DE102008061398A1 - Method for creating burst protection for flow machine, particularly exhaust gas turbocharger, involves wrapping machine housing of flow machine partially with metal or Kevlar netting - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Berstschutz für eine Strömungsmaschine, insbesondere für einen Abgasturbolader.The The present invention relates to a burst protection for a Turbomachine, in particular for an exhaust gas turbocharger.
Der grundsätzliche Aufbau und die Wirkungsweise von Strömungsmaschinen, wie zum Beispiel Verdichtern, Turbinen und Turboladern mit Verdichter und Turbine, sind dem Fachmann an sich bekannt und bedürfen daher im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung keiner näheren Erläuterungen mehr.Of the basic structure and the mode of operation of turbomachinery, such as compressors, turbines and turbochargers with compressors and turbine, are known in the art and require therefore no closer in connection with the present invention Explanations more.
Insbesondere nach langem Betrieb unter ungünstigen Betriebsbedingungen kann ein Verdichter- oder Turbinenrad durch Korrosion, Erosion und Alterung so stark geschwächt werden, dass ein Bersten zum Beispiel eines Turbinen- oder Verdichterrades eines Turboladers nicht ausgeschlossen werden kann. Im Fall eines solchen Turboladerradbruches, bei dem das Rad zumeist in zwei oder mehr, teilweise große Teilstücke zerbricht, werden diese Einzelteile durch die erheblichen Zentrifugalkräfte des Verdichterrades nach außen geschleudert. Es besteht dann sogar die Gefahr, dass Bruchstücke aufgrund ihrer hohen kinetischen Energie das Verdichtergehäuse durchschlagen und aus diesem austreten, was erhebliche Folgeschäden für Vorrichtungen und Personen in der Umgebung der Strömungsmaschine haben kann.Especially after long operation under unfavorable operating conditions can a compressor or turbine wheel through corrosion, erosion and Aging so severely weakened that a bursting to the Example of a turbine or compressor wheel of a turbocharger can not be excluded. In the case of such a turbocharger wheel break, at the bike mostly in two or more, sometimes large Pieces will break, these items will be replaced by the considerable centrifugal forces of the compressor after flung outside. There is even the danger that Fragments due to their high kinetic energy Penetrate the compressor housing and exit from it, causing considerable consequential damage to devices and have people in the vicinity of the turbomachine can.
Zur Gewährleistung eines gefahrlosen Einsatzes der Strömungsmaschine sind grundsätzlich zwei verschiedene Lösungsansätze bekannt. Einerseits wird angestrebt, die Sicherheit des Systems durch entsprechende Sicherheitsfaktoren und spezielle Konstruktionen des Zentrifugenkörpers zu gewährleisten, sodass der Berstfall weitgehend ausgeschlossen werden kann. Beispielsweise wird insbesondere bei kleinen Turboladern versucht, die auftretenden Kräfte durch relativ große Wandstärken und steife Gehäuseteile aufzunehmen. Der zweite Lösungsansatz zielt dagegen darauf ab, die Leistungsfähigkeit der Sicherheitskomponenten der Strömungsmaschine so zu verbessern, dass bei einem etwaigen Bruch zum Beispiel des Verdichterrades keine Bruchstücke oder splitternden Gehäuseteile die Strömungsmaschine in die Umgebung verlassen können. Selbstverständlich werden in einigen Fällen auch beide Lösungsansätze miteinander kombiniert.to Ensuring a safe use of the turbomachine are basically two different approaches known. On the one hand, the security of the system is sought appropriate safety factors and special constructions of the To ensure centrifuge body, so that the Bursting can be largely excluded. For example is tried in particular with small turbochargers, the occurring Forces through relatively large wall thicknesses and to take rigid housing parts. The second approach On the other hand, it aims to improve the performance of safety components the turbomachine to improve so that at a possible Breakage, for example, of the compressor wheel no fragments or splintering housing parts the turbomachine can rely on the environment. Of course In some cases, both solutions will be used combined together.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft den oben erläuterten zweiten Lösungsansatz, der auch als Berstschutz bezeichnet wird.Of the The present invention relates to the above-explained second approach, also called burst protection becomes.
In
diesem Zusammenhang ist es zum Beispiel aus der
Die
Die
In
der
Während
in den oben diskutierten Fällen jeweils eine mehr oder
weniger aufwändige Umkonstruktion im Innern der Strömungsmaschine
vorgenommen werden muss, sind ferner als Berstschutz auch verschiedene
Blechkonstruktionen bekannt, deren Anpassung an die teilweise komplexe
Außenkontur der jeweiligen Strömungsmaschine jedoch
aufwändig ist. Darüber hinaus zeigt die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Berstschutz für eine Strömungsmaschine, insbesondere einen Abgasturbolader, zu schaffen, der trotz einfachen Aufbaus und platzsparender Bauweise eine hohe Effektivität besitzt.The invention is based on the object, a burst protection for a turbomachine, esp special an exhaust gas turbocharger to create, which has a high efficiency despite simple construction and space-saving design.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Schaffen eines Berstschutzes für eine Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 5 und durch ein Metall- oder Kevlargeflecht mit einer Vielzahl von geschlossenen, ineinander greifenden Geflechtelementen zum Schaffen eines Berstschutzes für eine Strömungsmaschine. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.These Task is solved by a method for creating a Burst protection for a turbomachine with the Features of claim 1, by a turbomachine with the features of claim 5 and by a metal or Kevlar braid with a plurality of closed interlocking mesh elements for creating a burst protection for a turbomachine. Advantageous embodiments and further developments of the invention are Subject of the respective dependent claims.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Berstschutz für eine Strömungsmaschine dadurch geschaffen, dass ein Maschinengehäuse der Strömungsmaschine zumindest teilweise mit einem Metall- oder Kevlargeflecht umwickelt wird.According to the present invention is a burst protection for a turbomachine created by a machine housing of the turbomachine at least partially wrapped with a metal or Kevlar braid becomes.
Das Vorsehen eines das Maschinengehäuse zumindest teilweise umgebenden Metall- oder Kevlargeflechtes stellt einen sehr einfach und platzsparend aufgebauten Berstschutz für die Strömungsmaschine dar. Außerdem kann dieser Berstschutz sehr einfach auch bei bereits bestehenden Strömungsmaschinen nachgerüstet werden, da die eigentliche Strömungsmaschine für den erfindungsgemäßen Berstschutz nicht modifiziert werden muss.The Providing a machine housing at least partially surrounding metal or Kevlar braids makes a very easy and space-saving built-burst protection for the turbomachine In addition, this bursting protection can be very simple too retrofitted to existing turbomachinery be as the actual turbo machine for not modified the burst protection according to the invention must become.
Das Metall- oder Kevlargeflecht passt sich in einfacher Weise auch komplexen Gehäuseformen an, sodass die vorliegende Erfindung nicht auf spezielle Arten von Strömungsmaschinen beschränkt ist. Das Metall- oder Kevlargeflecht besitzt ein sehr hohes Energieabsorptionsvermögen, mit dem im Fall eines Radbruches oder dergleichen in der Strömungsmaschine die Bruchstücke hoher kinetischer Energie aufgehalten werden. Dieser Effekt wird im Metall- oder Kevlargeflecht durch eine Umwandlung der kinetischen Energie der Bruchstücke in Verformungsenergie und Reibung erzielt. Das Geflecht ist außerdem ein elastisches Gebilde, das wieder seine vorherige Form annimmt, wenn keine äußeren Kräfte mehr anliegen.The Metal or Kevlar braid easily adapts to complex conditions Housing shapes, so that the present invention is not limited to special types of turbomachinery is. The metal or Kevlar braid has a very high energy absorption capacity, with the case of a wheel break or the like in the turbomachine the fragments of high kinetic energy are held up. This effect is achieved in the metal or Kevlar braiding by a transformation of the kinetic energy of the fragments in deformation energy and friction achieved. The braid is also an elastic Structure that assumes its previous form again, if no outer one Forces are more important.
Weitere Vorteile der Verwendung eines solchen Metall- oder Kevlargeflechts als Berstschutz für eine Strömungsmaschine sind das geringe Gewicht bzw. die geringen Kosten dieser technischen Lösung.Further Advantages of using such a metal or Kevlar lichen are as burst protection for a turbomachine the low weight or the low cost of this technical Solution.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem Geflecht insbesondere eine flächige bzw. makroskopisch zweidimensionale Struktur verstanden, die in jeder Richtung ihrer Flächenausdehnung gegen Zug stabil ist. Grundsätzlich sind aber auch dreidimensionale Geflechte denkbar.in the Frame of the present invention is under a braid in particular a planar or macroscopic two-dimensional structure understood in any direction of their surface area is stable against train. Basically, however, are also three-dimensional Braids conceivable.
Ein Metall- oder Kevlargeflecht besteht insbesondere aus einer großen Anzahl von ineinander greifenden, geschlossenen Geflechtelementen. Diese Geflechtelemente sind im Allgemeinen kreisförmig, oval oder rechteckig ausgebildet, wobei die Elementgrößen und -stärken variabel ausgewählt werden können. Außerdem ist jedes Geflechtelement des Metall- oder Kevlargeflechtes vorteilhafterweiseweise mit wenigstens zwei, vorzugsweise mit drei, bevorzugt mit vier benachbarten Geflechtelementen ineinander greifend verbunden.One Metal or Kevlar lichen consists in particular of a large one Number of interlocking, closed mesh elements. These braid elements are generally circular, oval or rectangular shaped, the element sizes and strengths can be variably selected. In addition, every mesh element of the metal or Kevlar braiding Advantageously, at least two, preferably three, are preferred connected with four adjacent mesh elements interlocking.
Ein geeignetes Material für die Geflechtelemente des Metallgeflechtes ist zum Beispiel Stahl oder Titan. Die Geflechtelemente können zum Beispiel durch Umformen und Fügen (z. B. Schweißen, Löten, Kleben) von entsprechenden Drähten hergestellt werden.One suitable material for the mesh elements of the metal mesh is for example steel or titanium. The mesh elements can for example by forming and joining (eg welding, soldering, Gluing) of corresponding wires.
Ein Geflecht im Sinne der vorliegenden Erfindung kann auch ein Gewirk sein. Bei einem Gewirk werden im Gegensatz zu ineinander greifenden, geschlossenen Geflechtelementen ein durchgehender langer Faden so in Schlaufen gelegt und die Schlaufen so miteinander verschlungen, dass ein flächiges Objekt entsteht. Ein Geflecht ist kann außerdem als Flechtwerk ausgebildet sein, bei dem mehrere Drähte miteinander verflochten werden. Während ein Geflecht im engeren Sinne, bei dem geschlossenen, metallische Geflechtelementen ineinandergreifend, eine besonders hohe Zugfestigkeit und damit Sicherheit sowie eine sehr gute Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Strömungsmaschinenkonturen erreicht werden kann, können Gewirke und Flechtwerk, insbesondere aus Kevlar, häufig besonders kostengünstig hergestellt werden.One Braid in the sense of the present invention can also be a knitted fabric be. In a knit, as opposed to interlocking, closed wicker elements a continuous long thread so put into loops and the loops entwined with each other, that a flat object arises. A braid is can also be designed as a wicker, in which several Wires are intertwined. While a braid in the narrower sense, in the closed, metallic Mesh elements interlocking, a particularly high tensile strength and thus security as well as a very good adaptability achieved at different flow machine contours can be knitted and woven, in particular made of kevlar, often produced especially cost-effectively become.
Das Maschinengehäuse kann wahlweise einlagig oder mehrlagig mit dem Metall- oder Kevlargeflecht umwickelt werden.The Machine housing can be single or multi-layered be wrapped with metal or Kevlar braid.
Außerdem kann das Metall- oder Kevlargeflecht wahlweise unter Spannung oder ungespannt um das Maschinengehäuse gewickelt werden.Furthermore can the metal or Kevlar braid optionally under tension or unstrapped to be wrapped around the machine housing.
Das Maschinengehäuse der Strömungsmaschine wird vorzugsweise wenigstens im Bereich eines Rotors, insbesondere eines Strömungsrades der Strömungsmaschine, ganz oder teilweise teilweise mit dem Metall- oder Kevlargeflecht in Umfangsrichtung umwickelt. Wenn die Strömungsmaschine einen Verdichter und/oder eine Turbine aufweist, kann zum Beispiel das Verdichtergehäuse, das Turbinengehäuse oder das Verdichter- und das Turbinengehäuse jeweils zumindest teilweise mit dem Metall- oder Kevlargeflecht in Umfangsrichtung umwickelt sein. Im Fall eines Turboladers, bei dem die Strömungsmaschine einen Verdichter und eine Turbine aufweist, können wahlweise das Verdichtergehäuse, das Turbinengehäuse und/oder ein Wellengehäuse einer Kopplungswelle zwischen dem Verdichter und der Turbine zumindest teilweise mit dem Metall- oder Kevlargeflecht in Umfangsrichtung umwickelt werden.The machine housing of the turbomachine is preferably at least in the region of a rotor, in particular a flow wheel of the turbomachine, completely or partially partially wrapped with the metal or Kevlarflecht in the circumferential direction. For example, when the turbomachine includes a compressor and / or a turbine, the compressor housing, the turbine housing, or the compressor and turbine housings may be at least partially circumferentially wrapped with the metal or Kevlar mesh. In the case of a turbocharger, in which the turbomachine comprises a compressor and a turbine, optionally the compressor housing, the turbine housing and / or a shaft housing of a Coupling shaft between the compressor and the turbine are at least partially wrapped with the metal or Kevwalflecht in the circumferential direction.
Ferner ist es bevorzugt, das Metall- oder Kevlargeflecht an solchen Bereichen vorzusehen, die in einem Berstfall besonders gefährdet sind, d. h. an denen im Berstfall besonders große Kräfte auftreten bzw. die gebrochenen Teilstücke gegen das Maschinengehäuse beschleunigt werden. Aus diesem Grund ist das Metall- oder Kevlargeflecht vorzugsweise in einem Bereich eines maximalen Radius eines Strömungsmaschinenrades, beispielsweise eines Verdichter- oder Turbinenrades in Umfangsrichtung um das Maschinengehäuse gewickelt, da hier die maximalen Zentrifugalkräfte auftreten, und/oder in einem Bereich quer zu einer Hauptströmungsrichtung um das Maschinengehäuse gewickelt, da in dieser Richtung Bruchstücken durch den Fluid- bzw. Gasstrom beschleunigt werden.Further it is preferable to have the metal or Kevlar braid in such areas be particularly at risk in a bursting event are, d. H. at those in the case of burst particularly large forces occur or the broken sections against the machine housing be accelerated. For this reason, the metal or Kevlar braid is preferably in a range of a maximum radius of a flow machine wheel, for example, a compressor or turbine wheel in the circumferential direction wrapped around the machine housing, since here the maximum Centrifugal forces occur, and / or in one area transverse to a main flow direction around the machine housing wound, since in this direction fragments through the Fluid or gas flow can be accelerated.
Bei Bedarf weisen das Metall- oder Kevlargeflecht und/oder das Maschinengehäuse geeignete Befestigungselemente zur Fixierung des Metall- oder Kevlargeflechts auf.at Need have the metal or Kevlar braid and / or the machine housing suitable fasteners for fixing the metal or Kevlar lichen on.
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Legal Events
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Owner name: MAN DIESEL & TURBO SE, 86153 AUGSBURG, DE |
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