DE102010009201A1

DE102010009201A1 - Cartridge-Gehäusefortsatz für ummantelte Shroud-Turbine

Info

Publication number: DE102010009201A1
Application number: DE201010009201
Authority: DE
Inventors: Josef Bättig; Kutay Mehmet Güven
Original assignee: ABB Turbo Systems AG
Current assignee: Accelleron Industries AG
Priority date: 2010-02-24
Filing date: 2010-02-24
Publication date: 2011-08-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Axialturbine (100) eines Abgasturboladers, die ein Turbinenrad mit Laufschaufeln (102), einen Gehäusefortsatz (103) und eine Schnellspannvorrichtung (104) aufweist. Insbesondere ist eine Axialturbine (100) eines Turboladersystems mit einem Turbinenrad (101) mit Laufschaufeln (102) und einem Gehäusefortsatz (103) angegeben, der einen Strömungskanal der Axialturbine (100) wenigstens teilweise umläuft, so dass der Gehäusefortsatz (103) die Laufschaufeln (102) in einer Richtung stromabwärts (SA) radial nach innen überdeckt (U). Die Axialturbine (100) kann als Shroud-Axialturbine (100) ausgeführt sein und weist wenigstens eine Schnellspannvorrichtung (104) auf zum axialen Fixieren und Verspannen des Gehäusefortsatzes (103) an einem Turbinengehäuse (105) der Axialturbine (100) derart, dass der Gehäusefortsatz (103) die Laufschaufeln (102) auf der dem Turbinengehäuse abgewandten Seite radial wenigstens teilweise überlappt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Abgasturbolader für aufgeladene Brennkraftmaschinen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Axialturbine eines Abgasturboladers, die ein Turbinenrad mit Laufschaufeln und einen die Laufschaufeln radial umgebenden Gehäusefortsatz aufweist.
Stand der Technik
Abgasturbolader werden zur Leistungssteigerung von Brennkraftmaschinen, insbesondere Hubkolbenmotoren, eingesetzt. Dabei besitzt ein Abgasturbolader üblicherweise einen Radialverdichter und eine Radial- oder Axialturbine. Ab einer bestimmten Grösse ist es sinnvoll Axialturbinen für den Antrieb des Verdichters einzusetzen. Damit das Abgas die Laufschaufeln der Axialturbine nicht umgehen kann, werden diese aussen von einem Gehäusefortsatz radial umschlossen. Der Gehäusefortsatz begrenzt im Bereich der Laufschaufeln einen Abgasströmungskanal radial nach aussen.
Bei einer Shroud-Turbine ist die Abdeckung direkt in der Beschaufelung integriert.
Aus Gründen der Optimierung des Wirkungsgrads der Shroud-Turbine ist ein kontinuierlicher Strömungskanal ohne Rücksprünge ausgeführt. Der Gehäusefortsatz überdeckt die Shroud-Turbine stromab radial nach innen. Dadurch wird eine klassische Cartridge Montage bzw. Demontage der Shroud-Turbine erschwert.
Eine Cartridge ist ein auswechselbarer Einsatz, wie beispielsweise ein Rotorblock, einer Shroud-Turbine.
Kurze Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Abgasturbine eines Abgasturboladers derart zu verbessern, dass eine einfache, flexible und effiziente Montage und Demontage eines Rotorblocks der Abgasturbine ermöglicht wird.
Es sind eine Axialturbine eines Turboladersystems, ein Verfahren zum Demontieren eines Rotorblocks von einem Turbinengehäuse der Axialturbine sowie ein Verfahren zum Montieren des Rotorblocks an dem Turbinengehäuse der Axialturbine gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche angegeben. Weiterbildungen der Erfindung und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen gleichermaßen die Axialturbine, das Verfahren zum Demontieren eines Rotorblocks von einem Turbinengehäuse der Axialturbine sowie das Verfahren zum Montieren des Rotorblocks an dem Turbinengehäuse der Axialturbine. In anderen Worten sind im Folgenden im Hinblick auf die Axialturbine genannte Merkmale auch in den Verfahren implementiert, und umgekehrt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Axialturbine eines Turboladersystems angegeben, welche ein Turbinenrad mit Laufschaufeln, einen einen Strömungskanal der Axialturbine wenigstens teilweise umlaufenden Gehäusefortsatz, und wenigstens eine Schnellspannvorrichtung aufweist. Die wenigstens eine Schnellspannvorrichtung ist zum axialen Fixieren des Gehäusefortsatzes an einem Turbinengehäuse der Axialturbine derart ausgeführt, dass der Gehäusefortsatz die Laufschaufeln radial wenigstens teilweise überlappt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Axialturbine eines Turboladersystems angegeben, welche ein Turbinenrad mit Laufschaufeln, einen Gehäusefortsatz, der die Laufschaufeln wenigstens teilweise in axialer Richtung radial ummantelt, und wenigstens eine Schnellspannvorrichtung aufweist. Die wenigstens eine Schnellspannvorrichtung ist zum axialen Fixieren und Verspannen des Gehäusefortsatzes an einem Turbinengehäuse der Axialturbine derart ausgeführt, dass der Gehäusefortsatz die Laufschaufeln radial wenigstens teilweise überlappt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Gehäusefortsatz ein Abdeckring einer Shroud-Axialturbine.
Dadurch, dass der Gehäusefortsatz die Laufschaufeln radial wenigstens teilweise überlappt, ist das Turbinenrad mit den Laufschaufeln in einer Richtung stromabwärts, auf der Verdichterseite des Turboladersystems, nicht lösbar von dem Turbinengehäuse, wenn der Gehäusefortsatz mittels der Schnellspannvorrichtung an dem Turbinengehäuse axial fixiert ist.
Eine derartige Axialturbine mit einem Gehäusefortsatz und einer Schnellspannvorrichtung ermöglicht eine einfache, flexible und effiziente Montage und Demontage eines Rotorblocks an dem Turbinengehäuse der Axialturbine, da im Vergleich zu einer Befestigung des Rotorblocks mit Gehäusefortsatz an dem Turbinengehäuse mit einer Vielzahl von Schrauben, wie beispielsweise 6 bis 8 Schrauben, beispielsweise eine hohe Zeiteinsparung erzielt werden kann.
Die Schnellspannvorrichtung kann beispielsweise durch eine seitliche im Vergleich zum Gesamtumfang des Turbinengehäuses kleine Öffnung ausserhalb des Turbinengehäuses gelöst und gespannt bzw. entspannt werden, so dass bei einer Montage bzw. Demontage des Gehäusefortsatzes, beispielsweise zu Servicezwecken, nicht Teile des Turbinengehäuses montiert/demontiert werden müssen bzw. der Gehäusefortsatz mittels Schrauben an das/von dem Turbinengehäuse montiert/demontiert werden muss, was eine erhebliche Vereinfachung des Services zur Folge haben kann.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ummantelt der Gehäusefortsatz die Laufschaufeln derart radial, so dass der Gehäusefortsatz die Laufschaufeln in einer Richtung stromabwärts radial nach innen überdeckt, wobei der Gehäusefortsatz an der Gasaustrittsseite an dem Turbinengehäuse der Axialturbine befestigt ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Turbinengehäuse einen kontinuierlichen Strömungskanal ohne Rücksprünge auf.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Schnellspannvorrichtung derart angeordnet, dass sie den Gehäusefortsatz wenigstens teilweise radial umläuft.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Schnellspannvorrichtung zum axialen und radialen Fixieren und Verspannen des Gehäusefortsatzes an einem Turbinengehäuse der Axialturbine zum Befestigen eines Rotorblocks der Axialturbine mit dem Turbinengehäuse ausgeführt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst der Rotorblock das Lagergehäuse der Axialturbine.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Axialturbine eine Shroud-Axialturbine eines Turboladersystems.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Turbinengehäuse ein Gasaustrittsgehäuse eines Turboladersystems.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Gehäusefortsatz ein Diffusor der Axialturbine.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Diffusor mehrteilig ausgeführt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Gehäusefortsatz Teil der Außenwand eines Düsenrings des Turbinengehäuses.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Gehäusefortsatz Teil des Lagergehäuses des Turboladersystems.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung bilden der Gehäusefortsatz und der Rotorblock eine Rotorblockeinheit, die mittels der Schnellspannvorrichtung von dem Turbinengehäuse lösbar und an das Turbinengehäuse befestigbar ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Gehäusefortsatz vor einem Anbringen an dem Turbinengehäuse mittels Vorsprüngen an dem Gehäusefortsatz bezüglich der Laufschaufeln vorzentrierbar.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist wenigstens ein Teil des Gehäusefortsatzes während des Spannens der Schnellspannvorrichtung von dem Turbinengehäuse ummantelt, wobei die Schnellspannvorrichtung von radial außerhalb des Turbinengehäuses durch wenigstens eine Öffnung des Turbinengehäuses spannbar ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt das Anziehen bzw. Lösen der Schnellspannvorrichtung über wenigstens eine seitliche Öffnung im Gasaustrittsgehäuse des Turbinengehäuses der Axialturbine.
Ein Spannen bzw. Lösen einer Schnellspannvorrichtung durch wenigstens eine seitliche Öffnung im Gasaustrittsgehäuse bzw. im Turbinengehäuse mittels eines Spannwerkzeugs ermöglicht es, dass eine bessere Zugänglichkeit und eine geringe Verschmutzungsgefahr der Spannebene erreicht wird, beispielsweise mittels einem Distanzrohr an einem Zuganker in tangentialer Richtung radial außerhalb des Gasaustrittsgehäuses.
Die wenigstens eine Öffnung kann eine seitliche Öffnung im Turbinengehäuse sein.
Die Form der wenigstens einen Öffnung kann kreisförmig und/oder mehreckförmig ausgebildet sein.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Länge einer Seite bzw. der Durchmesser der wenigstens einen Öffnung eine Größe im Bereich von 2 bis 25% des Umfangs des Turbinengehäuses auf.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die wenigstens eine Öffnung eine Flächengröße im Bereich von 10 cm² bis 2000 cm² auf.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Schnellspannvorrichtung mittels eines Spannwerkzeugs gespannt und entspannt. Das Spannwerkzeug ist radial außerhalb des Turbinengehäuses angeordnet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Schnellspannvorrichtung mittels eines Spannwerkzeugs geöffnet und geschlossen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Schnellspannvorrichtung ausgewählt aus der Gruppe umfassend einen Bajonettring, ein mehrgängiges Gewinde, eine Überwurfschraube, ein Gewindesegment, eine Ringmutter mit L + R-Gewinde, ein eingängiges Gewinde-Segment, einen Spannbügel, eine Spannbratze, ein Spannelement mit einem Schwalbenschwanz, ein Schwalbenschwanz mit einem Konus, mehrere Drehkeilen am Umfang des Gehäusefortsatzes mit Verbindungen, eine Tangentialverschraubung mit einem Spannkeil, eine Spannfeder, eine Tangentialverschraubung, ein Stelldraht, ein Spannband, ein Sprengring mit keilförmigem Gewindering, ein angegossener Ring, Vier-Ringsegmente mit axialen Schrauben und ein Spannbügel mit Drahtsicherung sowie eine Kombination aus den Elementen der Gruppe.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Schnellspannvorrichtung für einen Gehäusefortsatz in Form eines mehrteiligen Diffusors ausgewählt aus der Gruppe umfassend ein axial verspanntes V-Band, ein Stemmdraht, Vier-Ringsegmente mit axialen Schrauben, ein radial verspanntes V-Band, Rohrschellen und Ringsegmenten mit radialen Schrauben und eine Kombination der einzelnen Elemente der Gruppe.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Schnellspannvorrichtung wenigstens ein Spannband auf.
Die Ausführung mittels Spannband hat den Vorteil, dass sich die Verbindung auch bei starker Verschmutzung problemlos radial öffnen lässt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Spannband ein V-Band.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Spannband zum wenigstens teilweisen Umwandeln von einer radialen Kraft resultierend aus dem Spannen des Spannbandes in eine axiale Kraft zum axialen Fixieren des Gehäusefortsatzes an dem Turbinengehäuse ausgeführt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Schnellspannvorrichtung wenigstens eine Rohrschelle auf.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Schnellspannvorrichtung in Form eines V-Bandes oder in Form von wenigstens einer Rohrschelle mittels eines Stahlbandes in dem Gasaustrittsgehäuse in einen passenden Durchmesser eingelegt werden. Nach der Einschiebung der Rotorblocks mit dem Gehäusefortsatz kann das V-Band oder die wenigstens eine Rohrschelle zusammengezogen werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden das V-Band oder die wenigstens eine Rohrschelle im Turbinengehäuse im geöffneten Durchmesser des Turbinengehäuses eingelegt. Nach dem Einschieben des Rotorblocks mit dem Gehäusefortsatz wird das V-Band oder die wenigstens eine Rohrschelle durch ein Spannwerkzeug zusammengezogen. Falls große Kräfte benötigt werden, um den Gehäusefortsatz an dem Turbinengehäuse axial zu fixieren, werden statt dem V-Band bevorzugt mehrere Rohrschellen eingesetzt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Spannwerkzeug zum Spannen eines Spannbandes oder wenigstens einer Rohrschelle ausgewählt aus der Gruppe umfassend eine Stangenschraube mit einem Distanzrohr und ein radial außerhalb des Turbinengehäuses angeordneten Zuganker, einen Spannbolzen mit L + R-Gewinde, eine Zange, eine Schere, einen Kniehebel, einen Bolzen mit einer Spirale und einer Kombination der einzelnen Elemente der Gruppe.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann ein Spannen der Schnellspannvorrichtung, insbesondere bei einer Schnellspannvorrichtung in Form wenigstens einer Rohrschelle bzw. eines V-Bandes, mittels einem Distanzrohr und einem Zuganker, der radial außerhalb des Gasaustrittsgehäuses angeordnet ist, erfolgen, wobei das Distanzrohr eine verlängerte Schraube mit Schutzhaube und einem Lochdeckel für das Gasaustrittsgehäuse aufweist. Die Verschraubung kann notfalls außerhalb des Gasaustrittsgehäuses mit Gewalt bzw. mittels Trennscheibe gelöst werden.
Dabei kann der eine Teil des V-Bandes an der Schraube, sowie der andere Teil des Spannbandes an dem Distanzrohr angebracht werden und mittels einer Drehung der Schraube gespannt werden, wobei das Distanzrohr im Inneren ein Gewinde aufweist, das die Schraube aufnehmen kann.
Das Verschrauben erfolgt im Bereich des Zugankers mittels eines Bolzens, wobei der Bolzen durch eine Haube vor Verschmutzung bzw. Beschädigung geschützt ist. Der Zuganker ist an dem Gasaustrittsgehäuse, das die Spannebene darstellt, radial außerhalb des Turbinengehäuses 105 angeordnet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Gewindedrehung außen an dem Distanzrohr angeordnet sein.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Schnellspannvorrichtung mittels eines Spannbolzens mit Links- und Rechtsgewinde (L + R-Gewinde) verspannt werden, wobei beide Enden von den Rohrschellen bzw. dem V-Band mittels Spannbolzen mit L + R-Gewinde verbunden sind, und ein Anziehen oder Losdrehen der Spannbolzen ein Anlegen des Bandes in einer Nut des Gasaustrittsgehäuses und/oder ein Pressen des Gehäusefortsatzes an einen Düsenrand des Turbinengehäuses bewirken.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt das Spannen der Schnellspannvorrichtung mittels einer gelenkig gebundenen Zange, welche beide Enden der Schnellspannvorrichtung, beispielsweise in Form eines V-Bandes, in eine Richtung zueinander drücken.
Ein Drücken zueinander kann ebenso mittels einer Schere anstatt einer Zange erfolgen, wobei die Arme der Schere mittels einer Ring- und Druckschraube festgehalten werden.
Das Band wird dabei mittels in einer Verlängerungsröhre vorgesehenen Schere zu- oder ausgedrückt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann eine Montage der Schnellspannvorrichtung mittels eines Bolzens mit einer Spirale durchgeführt werden, wobei die Schnellspannvorrichtung die Form eines V-Bandes mit Schlitzen haben kann, der Bolzen mit der Spirale durch die wenigstens eine Öffnung in die Schlitze gesteckt und mit einem Sicherungsflansch sichergestellt werden können.
Durch das Drehen des Bolzens kann die V-Band-Öffnung ausgeweitet und damit der Innendurchmesser der V-Band-Öffnung entsprechend vergrößert werden. Mittels einer Fixierschraube wird die Lage des Spannbandes fixiert.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Schnellspannvorrichtung wenigstens einen Sicherungsring auf.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Schnellspannvorrichtung, wie beispielsweise ein konischer Sicherungsring, in einem Kanal von einem Gasaustrittsgehäuse des Turbinengehäuses eingelegt und mittels einem Spannwerkzeug ausgespannt, damit der ganze Ring im vorgesehenen Kanal bleibt und das Einfahren des Gehäusefortsatzes auf das Turbinengehäuse nicht verhindert. Nach dem Einfahren des Gehäusefortsatzes wird der Sicherungsring mittels Spannwerkzeugen zugespannt.
Der Sicherungsring kann spiralförmige Schlitze aufweisen, wobei Bolzen mit Spiralen durch ein Loch in die Schlitze gesteckt werden können und mit einem Sicherungsflansch sichergestellt werden können. Durch das Drehen des Bolzens kann die Sicherungsöffnung ausgeweitet werden, damit der Innendurchmesser vergrößert wird. Mittels einer Schraube wird die Lage fixiert.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann ein ballförmig konisch gespitzter Rundstab in einen einfachen Sicherungsschlitz der Schnellspannvorrichtung, beispielsweise in Form eines Sicherungsrings, gesteckt werden. Mit einer 90°-Drehung kann der Sicherungsschlitz ausgeweitet werden, wodurch der Sicherungsring in eine Rille in das Austrittsgehäuse versteckt werden kann.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung können bei einer Schnellspannvorrichtung in Form eines Sicherungsrings leicht konisch gespitzte und kann ein ballförmiger leicht konisch gespitzter und reichlich gekrümmter Rundstab in einen Sicherungsringsschlitz eingesteckt werden, wobei mit einer 90°-Drehung der Sicherungsringschlitz ausgeweitet wird und der Sicherungsring in die Rille in das Austrittsgehäuse versteckt wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann eine Schnellspannvorrichtung in Form eines Sicherungsrings derart montiert werden, dass zwei bohnenförmige Teile im Gasaustrittsgehäuse gelagert werden, ein konisch gespitzter Rundstab einfach zwischen Drehkeile eingeschoben wird und die Keile den Sicherungsring ausweiten können und damit den Sicherungsring in der Rille oder Nut im Gasaustrittsgehäuse verstecken kann.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Sicherungsring konisch.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Sicherungsring in eine Ringnut des Turbinengehäuses bzw. des Gasaustrittsgehäuses eingelegt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Schnellspannvorrichtung einen Verschmutzungsschutz, wie eine Dichtlippe, auf.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Dichtlippe elastisch und stellt im Betrieb der Axialturbine eine metallische Abdichtung sicher. Dadurch kann eine Verschmutzung der Sicherungsringkontaktflächen verhindert bzw. minimiert werden.
Die Ausführung mittels wenigstens eines Sicherungsrings hat den Vorteil, dass durch die elastische Dichtlippe im Betrieb immer eine metallische Abdichtung sichergestellt ist und somit eine Verschmutzung von Ringkontaktflächen verhindert werden kann.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Spannwerkzeug zum Spannen des Sicherungsrings ausgewählt aus der Gruppe umfassend einen Bolzen mit einer Spirale, einen Stoßkeil, einen Drehflügel und Drehkeile.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Schnellspannvorrichtung wenigstens ein Drahtseil auf.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Schnellspannvorrichtung ein Drahtseil, wobei das Gasaustrittsgehäuse und der Gehäusefortsatz gegenseitig gegenüberliegend angeordnete Rollen aufweisen. Das Drahtseil umschlingt die Rollen schlangenartig. Nach einer mehrfachen Umschlingung wird der Rotorblock mit dem Gehäusefortsatz in den Montagezustand an das Turbinengehäuse gebracht. Danach werden die Seilenden durch die wenigstens eine Öffnung zusammengezogen und fixiert, wodurch der Rotorblock mit dem Gehäusefortsatz an dem Turbinengehäuse in die gewünschte Betriebslage gebracht werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Schnellspannvorrichtung eine Laschenspannvorrichtung, die wenigstens zwei axial gebogene Laschen aufweist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Spannwerkzeug zum Spannen einer Laschenvorrichtung beispielsweise eine Verschraubung.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die wenigstens zwei axial gebogenen Laschen durch wenigstens jeweils eine am Turbinengehäuse angeordnete Nocke gehalten.
Die Nocken können dabei eine Art Scharnierfunktion ausbilden.
Die Enden der Laschen, die nicht durch die Nocken gehalten werden, können mittels Schrauben den Gehäusefortsatz gegen einen Düsenring des Turbinengehäuses drücken.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die wenigstens zwei axial gebogenen Laschen durch wenigstens zwei Öffnungen in das Turbinengehäuse einschiebbar.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Verwendung einer Axialturbine nach einem der vorhergegangenen Ausführungsbeispiele in einem Turboladersystem angegeben.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zum Demontieren eines Rotorblocks von einem Turbinengehäuse einer Axialturbine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit folgenden Schritten angegeben: Lösen der Schnellspannvorrichtung, Lösen des Gehäusefortsatzes von dem Turbinengehäuse und Ziehen des Rotorblocks aus dem Turbinengehäuse.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgen das Lösen des Gehäusefortsatzes von dem Turbinengehäuse und das Ziehen des Rotorblocks aus dem Turbinengehäuse in einem Schritt.
Ein Verfahren zum Demontieren des Rotorblocks der Axialturbine gemäß den oben genannten Ausführungsbeispielen kann beispielsweise im Rahmen eines Turboladerservices erfolgen und vorzugsweise gegen die Verdichterseite des Turboladersystems durchgeführt werden. Dabei kann vor dem Ziehen des Rotorblocks, der die Laufschaufeln radial nach innen überdeckende Gehäusefortsatz gelöst und separat oder zusammen mit einem Rotorblock gegen die Verdichterseite ausgebaut werden.
Das Lösen der Schnellspannvorrichtung sowie das Lösen des Gehäusefortsatzes von dem Turbinengehäuse können durch wenigstens eine Öffnung in dem Turbinengehäuse beispielsweise mittels eines Spannwerkzeugs erfolgen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zum Montieren eines Rotorblocks an ein Turbinengehäuse einer Axialturbine gemäß einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele angegeben, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Einsetzen des Rotorblocks in das Turbinengehäuse, Anordnen eines Gehäusefortsatzes an der Axialturbine, Anordnen einer Schnellspannvorrichtung an dem Gehäusefortsatz und Anziehen der Schnellspannvorrichtung zum Befestigen des Gehäusefortsatzes an dem Turbinengehäuse.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgen das Anordnen der Schnellspannvorrichtung an dem Gehäusefortsatz und das Anordnen des Gehäusefortsatzes an der Axialturbine in einem Schritt.
Das Anziehen der Schnellspannvorrichtung kann beispielsweise mittels eines Spannwerkzeugs durch wenigstens eine Öffnung in dem Turbinengehäuse erfolgen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Gehäusefortsatz, beispielsweise ausgeführt als Diffusor, durch mehrere Arten an dem Rotorblock bzw. dem Turbinengehäuse fixiert, gespannt bzw. gelöst werden, wie beispielsweise durch einen konischen Sicherungsring, einem Spannband, mehreren Rohrschellen ect.
Der vorzugsweise einteilige Gehäusefortsatz mit Diffusor kann mit Hilfe eines Spannbandes oder mit Hilfe eines konischen Sicherungsrings axial positioniert und verspannt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Gehäusefortsatz auf der Axialturbine mit einem Sicherungsring gesichert, der nach der Montage des Gehäusefortsatzes mittels eines vorstehenden Kragens am Düsenaußenring gesichert ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Gehäusefortsatz mittels zwei oder drei Klötzen zwischen Lagergehäusen und dem Gehäusefortsatzaustritt fixiert.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Gehäusefortsatz auf der Turbine mit einem Absatz radial positioniert und geführt. Dabei sind für die axiale Positionierung ein bis drei Klötze zwischen Gehäusefortsatz und dem Rotorblock vorgesehen. Nach der Montage des Rotorblocks werden die Klötze, die mit einem Seil verbunden sind, weggezogen, womit die Axialturbine in ihren Platz geschoben wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Gehäusefortsatz auf der Turbine mit zwei kurzen Absätzen zum Erreichen eines lockeren Zentrierungssitzes radial positioniert und geführt.
Infolge der kurzen axialen Führungslänge und dem zu den Zentriersitzen versetzten Schwerpunkt des Gehäusefortsatzes wird sich der Gehäusefortsatz auf der Turbine verkanten bzw. während der Montage die Montage festsetzen. Zur Verhinderung eines Runterfallens des Gehäusefortsatzes durch ungewollten Anstoß beim Einfahren des Rotorblocks kann eine Sicherung durch Klötze zwischen Gehäusefortsatz und Rotorblock erfolgen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Gehäusefortsatz auf der Axialturbine axial mit einem Sicherungsring positioniert und mit Hilfe von drei Bolzen in seinen Schwerpunkt geführt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden zur Sicherung des Gehäusefortsatzes mit dem Rotorblock zwei Druckstücke zwischen dem Gehäusefortsatz und dem Rotorblock mittels eines Federelements verbunden, wobei eine Demontage durch Ziehen des Federelements erfolgt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Gehäusefortsatz und der Rotorblock mittels zweier Teile mit R – L-Gewinde mittels Spannmutter ver- oder abgespannt. Die Demontage, erfolgt mittels eines Teils.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung können drei Holzklötze, die mit einem Seilring durch die Ösen verbunden sind, von innen gepresst den Gehäusefortsatz von dem Rotorblock gegen die Axialturbine stoßen, wodurch der Gehäusefortsatz mit der Axialturbine fest positioniert wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zum Montieren bzw. Demontieren eines Rotorblocks an ein Turbinengehäuse einer Axialturbine gemäß einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele angegeben, mit den folgenden Schritten: Radiales und axiales Positionieren und Bereitstellen des Gehäusefortsatz und des Rotorblock bzw. der Axialturbine und für die Montage, Vorbereitung des Gasaustritts, Anordnen eines Sicherungsrings an einem Gasaustrittsgehäuse des Turbinengehäuses, beispielsweise durch Einlegen des Sicherungsrings in dem Gasaustrittsgehäuse mittels Montagewerkzeugen, Einsetzen des Sicherungsrings und der Montagewerkzeuge in dem Gasaustrittsgehäuse, Aufspreizen des Sicherungsrings mittels Verdrehen des Montagewerkzeuges, Einfahren des Rotorblocks ins Gasaustrittsgehäuse, Montieren des Rotorblocks im Gasaustrittsgehäuse durch ein Entspannen des Sicherungsrings, Spannen des Sicherungsrings und endgültige Montage des Rotorblocks im Gasaustrittsgehäuse.
Für die Montage und Demontage können unterschiedliche Befestigungselemente, wie beispielsweise ein Sicherungsring, mit verschiedenen Montage- und Demontagehilfsmitteln und Fixierelementen, gemäß der oben genannten Ausführungsbeispiele kombiniert werden.
Im Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Querschnittansicht eines Teils einer Axialturbine eines Turboladersystems mit einem Gehäusefortsatz, der an einem Turbinengehäuse der Axialturbine montiert ist.
2 zeigt eine schematische Querschnittansicht eines Teils einer Axialturbine eines Turboladersystems mit einem Gehäusefortsatz, der ohne Rücksprünge gegenüber einer Laufschaufel der Axialturbine an einem Turbinengehäuse der Axialturbine montiert ist.
3a zeigt eine schematische Querschnittansicht eines Teils einer Axialturbine eines Turboladersystems mit einem Gehäusefortsatz und einer Schnellspannvorrichtung zum axialen Fixieren des Gehäusefortsatzes an einem Turbinengehäuse der Axialturbine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3b zeigt eine schematische Querschnittansicht eines vergrößerten Ausschnitts der 3a während des Betriebes der Axialturbine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3c zeigt eine schematische Querschnittansicht eines vergrößerten Abschnitts der 3a während der Montage der Axialturbine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4a zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Rotorblocks mit einem Gehäusefortsatz einer Axialturbine eines Turboladersystems sowie ein Turbinengehäuse einer Axialturbine vor der Montage des Rotorblocks an das Turbinengehäuse gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4b zeigt den Rotorblock und das Turbinengehäuse der Axialturbine gemäß 4a im montierten Zustand gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines vergrößerten Abschnitts der Schnellspannvorrichtung der 4a und 4b gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
6 zeigt eine Spannwerkzeugvorrichtung zum Spannen der Schnellspannvorrichtung der 5 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
7 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Rotorblocks einer Axialturbine eines Turboladersystems mit einem Gehäusefortsatz, der mittels einer Schnellspannvorrichtung an dem Turbinengehäuse der Axialturbine montiert ist, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
8 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines vergrößerten Abschnitts der Schnellspannvorrichtung der 7 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
9 zeigt schematisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Demontieren eines Rotorblocks von einem Turbinengehäuse einer Axialturbine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
10 zeigt eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms eines Verfahrens zum Montieren eines Rotorblocks an ein Turbinengehäuse einer Axialturbine gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
In der folgenden Figurenbeschreibung werden für die gleichen oder ähnlichen Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Teils einer Axialturbine 100 eines Turboladersystems mit einem Turbinenrad 101 mit Laufschaufeln 102, einem einen Strömungskanal der Axialturbine 100 umlaufenden Gehäusefortsatz 103 in Form eines Diffusors 103, der stromabwärts SA der Laufschaufeln 102 angeordnet ist, und der die Laufschaufeln 102 wenigstens teilweise radial ummantelt, eine Außenwand eines Düsenrings 108, der an dem Ende der Laufschaufeln 102 angeordnet ist, eine Düsenringleitschaufel 110 sowie eine Innenwand des Düsenrings 109. Der Gehäusefortsatz 103 weist keine radiale Überdeckung der Laufschaufeln 102 in eine Richtung stromabwärts SA auf, wobei der Gehäusefortsatz 103 an einer Gasaustrittsseite an einem Turbinengehäuse 105 der Axialturbine 100 befestigt ist.
Turbinenrad 101 mit Laufschaufeln 102 sowie ein an das Turbinenrad 101 angeschlossener Verdichter bilden einen Rotorblock 106 der Axialturbine 100. Rotorblock 106 und Gehäusefortsatz 103 bilden eine Rotorblockeinheit 107.
Der Gehäusefortsatz 103 der Axialturbine 100 gewährleistet, dass das Abgas die Axialturbine 100 nicht umgehen kann.
Der Gehäusefortsatz ist mittels Schrauben 111 an dem Turbinengehäuse 105 befestigt und bleibt bei einer Demontage des Rotorblocks 106 an dem Turbinengehäuse 105 befestigt.
Die Axialturbine 100 gemäß 1 ist als Shroud-Axialturbine ausgeführt, bei der die Abdeckung direkt in der Beschaufelung integriert ist.
Der Strömungskanal ist in einer Richtung stromabwärts SA mit einem Rücksprung am Ende der Laufschaufeln 102 im Verhältnis zum Gehäusefortsatz 103 ausgeführt.
2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Teils einer Axialturbine 100 gemäß der 1 mit dem Unterschied, dass der Strömungskanal in einer Richtung stromabwärts SA ohne Rücksprünge U ausgeführt ist. Stromabwärts SA der Axialturbine 100 überdeckt der Gehäusefortsatz 103 die Laufschaufeln 102 des Turbinenrads 101 der Axialturbine 100 wenigstens teilweise radial nach innen. Der Gehäusefortsatz 103 überlappt die Laufschaufeln 102 wenigstens teilweise radial. Bei einer Demontage des Rotorblocks 106, beispielsweise zu Servicezwecken beim Reinigen der Axialturbine, muss in der Ausführung gemäß 2 zunächst der Gehäusefortsatz 103 von dem Turbinengehäuse 105 bzw. Gasaustrittsgehäuse 105 gelöst werden, indem jede einzelne Schraube 111, die den Gehäusefortsatz 103 an das Turbinengehäuse 105 befestigen, gelöst und entfernt wird. Beispielsweise kann es sich hier um 6 bis 8 Schrauben handeln. Bei mittelgroßen Turboladern bzw. Turboladersystemen und insbesondere auf Viertaktmotoren wird der Turboladerservice vorzugsweise gegen die Verdichterseite durchgeführt.
3a zeigt eine schematische Schnittansicht eines Teils einer Axialturbine gemäß der 2, mit dem Unterschied, dass der Gehäusefortsatz 103 mittels einer Schnellspannvorrichtung 104 an dem Turbinengehäuse 105 axial fixiert ist. Der Gehäusefortsatz 103 ist nicht mittels Schrauben 111 an dem Turbinengehäuse 105 befestigt, wie in 1 und 2 gezeigt.
Die Schnellspannvorrichtung 104 ist in einer Aussparung des Turbinengehäuses 105 eingelegt und kann bei einem Spannen den Gehäusefortsatz 103 axial an dem Turbinengehäuse 105 fixieren, so dass der Gehäusefortsatz 103 die Laufschaufeln 102 radial nach innen überdeckt, so dass im Strömungskanal keine Rücksprünge U vorhanden sind.
Die wenigstens eine Schnellspannvorrichtung 104 ist als Sicherungsring 104 ausgeführt und zum axialen Fixieren und Verspannen des Gehäusefortsatzes 103 an dem Turbinengehäuse 105 der Axialturbine 100 derart ausgeführt, dass der Gehäusefortsatz (103) die Laufschaufeln (102) radial wenigstens teilweise überlappt.
Bei einem Turboladerservice, der gegen die Verdichterseite der Axialturbine 100 durchgeführt wird, wird vor dem Ziehen des Rotorblocks der radial nach innen überdeckende Gehäusefortsatz 103 gelöst, indem die Schnellspannvorrichtung 104 gelöst bzw. entspannt wird. Anschließend wird der Gehäusefortsatz 103 separat oder zusammen mit dem Rotorblock 106 gegen die Verdichterseite ausgebaut.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3a wird eine einfachere schnellere und flexible sogenannte Cartridge (Rotorblock) Montage/und Demontage bei einer Axialturbine 100 mit einem kontinuierlichen Strömungskanal ohne Rücksprünge ermöglicht, da nicht mehrere Schrauben 111 wie in 1 und 2 gelöst werden müssen, sondern lediglich die Schnellspannvorrichtung 104 entspannt bzw. gespannt werden muss.
3b zeigt eine schematische Schnittansicht einer Vergrößerung im Bereich des Endes der Laufschaufeln 102 gemäß 3a während eines Betriebs der Axialturbine 100. Der Gehäusefortsatz 103 weist ein Profil mit mehreren Rück- bzw. Vorsprüngen auf, wobei die Laufschaufel 102 ein derartiges Profil aufweist, das der Gehäusefortsatz 103 auf der Laufschaufel mit zwei kurzen Absätzen zur Schaffung eines lockeren Zentrierungssitzes radial positioniert und geführt ist.
3c zeigt eine schematische Querschnittansicht einer Vergrößerung des Bereichs des Gehäusefortsatzes 103 und der Laufschaufeln 102 gemäß 3a während der Montage bzw. Demontage eines Rotorblocks bzw. einer Rotoreinheit der Axialturbine 100 an dem Turbinengehäuse 105 der Axialturbine 100. Infolge einer kurzen axialen Führungslänge und dem zu den Zentriersitzen versetzten Schwerpunkt des Gehäusefortsatzes 103 verkantet sich der Gehäusefortsatz 103 auf den Laufschaufeln 102 der Axialturbine bzw. setzt sich der Gehäusefortsatz 103 auf der Axialturbine fest. Durch die Verkantung der Laufschaufeln 102 an dem Profil 103 mit Vor- bzw. Rücksprüngen erfolgt eine Zentrierung, wobei die Führungslänge wesentlich kleiner als der Zentrierungsdurchmesser ist.
4a zeigt eine Axialturbine 100 eines Turboladersystems mit einem Turbinenrad 101 mit Laufschaufeln 102, einen Gehäusefortsatz 103, der die Laufschaufeln 102 radial ummantelt, und wenigstens eine Schnellspannvorrichtung 104 in Form eines Spannbandes 402 bzw. eines V-Bandes 402 zum axialen Fixieren und Verspannen des Gehäusefortsatzes an einem Turbinengehäuse 105, zum Befestigen eines Rotorblocks 106 der Axialturbine 100 mit dem Turbinengehäuse 105. Das Turbinengehäuse 105 kann beispielsweise ein Gasaustrittsgehäuse 105 der Axialturbine 100 sein. Der Rotorblock 106 ist gebildet aus dem Turbinenrad 101 mit den Laufschaufeln 102 und bildet zusammen mit dem Gehäusefortsatz 103 eine sogenannte Rotorblockeinheit 107. Ein Verdichter 403 ist an dem Turbinenrad 101 der Axialturbine 100 angeschlossen.
4a zeigt die Axialturbine 100 in einem demontierten Zustand, bei dem die Rotorblockeinheit 107 von dem Turbinengehäuse 105 gelöst ist. Das Turbinengehäuse 105 weist eine Außenwand eines Düsenrings 108, Leitschaufeln des Düsenrings 110 und eine Innenwand des Düsenrings 109 stromaufwärts eines Strömungskanals der Axialturbine 100 auf.
Die Schnellspannvorrichtung 104 in Form eines V-Bandes 402 ist eingepasst radial an dem Turbinengehäuse 105 im Bereich der Außenwand des Düsenrings 108 angeordnet.
Die Rotorblockeinheit 107 ist mittels der Schnellspannvorrichtung 104 von dem Turbinengehäuse 105 lösbar und an das Turbinengehäuse 105 befestigbar.
Zumindest ein Teil des Gehäusefortsatzes 103 ist während des Spannens der Schnellspannvorrichtung 104 von dem Turbinengehäuse 105 ummantelt, wobei die Schnellspannvorrichtung 104 von radial außerhalb des Turbinengehäuses 105 durch wenigstens eine Öffnung 401 des Turbinengehäuses 105 spannbar ist.
Gemäß 4a ist die wenigstens eine Öffnung 401 eine seitliche Öffnung 401 im Turbinengehäuse 105, die ungefähr einen Bereich von ca. 5% des Umfangs des radialen Turbinengehäuses 105 aufweist.
4b zeigt eine Axialturbine 100 gemäß der 4a, wobei die Rotorblockeinheit 107 mittels der Schnellspannvorrichtung 104 in Form eines Spannbandes 402 an dem Turbinengehäuse 105 angebracht ist. Der Gehäusefortsatz 103 überdeckt die Laufschaufeln 102 der Axialturbine 100 radial nach innen stromabwärts. Das Spannband 402 ist zum axialen Fixieren und Verspannen des Gehäusefortsatzes 103 an dem Turbinengehäuse 105 der Axialturbine 100 ausgeführt, wobei der Gehäusefortsatz 103 an das Turbinengehäuse 105 gedrückt wird.
Das Spannband 402 bzw. die Schnellspannvorrichtung 104 ist von radial außerhalb des Turbinengehäuses 105 durch wenigstens eine Öffnung 401 des Turbinengehäuses 105 spannbar.
4a und 4b zeigen eine seitliche Öffnung 401, die eine Flächengröße im Bereich von 10 cm²–2000 cm² aufweisen kann. Der Durchmesser der kreisförmigen Öffnung 401 weist eine Größe im Bereich von 2–25% des Umfangs des radialen Turbinengehäuses 105 auf. Es kann lediglich eine Öffnung 401 zum Spannen, Entspannen bzw. Lösen der Schnellspannvorrichtung 104 benötigt werden.
Die Schnellspannvorrichtung 104 kann ein V-Band 402 bzw. ein Spannband 402 sein oder wenigstens eine Rohrschelle 104 aufweisen. Bei der Montage der Rotorblockeinheit 107 an dem Turbinengehäuse 105 werden V-Band 402 oder Rohrschellen 104 im Turbinengehäuse 105 im geöffneten Durchmesser 401 des Turbinengehäuses 105 eingelegt. Nach dem Einschieben des Rotorblocks 106 mit dem Gehäusefortsatz wird das V-Band 402 oder die wenigstens eine Rohrschelle 104 durch ein Spannwerkzeug zusammengezogen. Falls große Kräfte benötigt werden, um den Gehäusefortsatz 103 in dem Turbinengehäuse 105 axial zu fixieren, werden statt dem V-Band 402 Rohrschellen 104 eingesetzt.
5 zeigt eine schematische Querschnittansicht eines vergrößerten Teils der Axialturbine 100 gemäß der 4a und der 4b im Bereich der Schnellspannvorrichtung 104 bzw. des Spannbandes 402.
Das Spannband 402 in Form eines V-Bandes 402 ist derart angeordnet, dass es den Gehäusefortsatz 103 an dem Turbinengehäuse 105 der Axialturbine 100 axial fixiert, wobei der Gehäusefortsatz 103 eingepasst an dem Turbinengehäuse 105 angeordnet sein kann. Eine derartige axiale Fixierung kann beim Verspannen der Schnellspannvorrichtung 104 bzw. des Spannbandes 402 in Form eines V-Bandes 402 erfolgen.
Das Spannband 402 kann zum wenigstens teilweisen Umwandeln von einer radialen Kraft R resultierend aus dem Spannen des Spannbandes 402 in axiale Kräfte A zum axialen Fixieren des Gehäusefortsatzes 103 in dem Turbinengehäuse ausgeführt sein.
Eine derartige Umwandlung der radialen Kraft R in axiale Kräfte A wird durch eine spezifische Ausgestaltung des Profils des Spannbandes 402, wie in 5 gezeigt, ermöglicht.
Der Gehäusefortsatz 103 überdeckt die Laufschaufeln 102 der Axialturbine 100 radial nach innen stromabwärts eines Strömungskanals der Abgase des Turboladersystems und schafft einen kontinuierlichen Strömungskanal ohne Rücksprünge zwischen dem Gehäusefortsatz 103 und den Laufschaufeln 102 in Bezug auf die Anordnung der Außenwand des Düsenrings 108 an den Laufschaufeln 102 stromaufwärts der Abgase.
Die Schnellspannvorrichtung 104 kann mittels eines Spannwerkzeugs 600 gemäß 6 gespannt und entspannt sowie geöffnet und geschlossen werden.
6 zeigt ein Spannwerkzeug 600 zum Spannen der Schnellspannvorrichtung 104 in Form eines Spannbandes 402, wobei das Spannwerkzeug 600 radial außerhalb des Turbinengehäuses 105 angeordnet ist. Das Spannwerkzeug 600 umfasst eine Stangenschraube 601 mit einem Außengewinde, die in ein Distanzrohr 602 des Spannwerkzeugs 600 verschraubt ist, und mittels einer Kombination eines Zugankers 603, der radial außerhalb der Turbinengehäuses 105 angeordnet ist, und einer Bolzenschraubenvorrichtung 604 gegenüber dem Distanzrohr 602 herein- bzw. herausgeschraubt werden kann.
Die eine Seite des Spannbandes 402 ist dabei mit der Stangenschraube 601 verbunden, während die andere Seite des Spannbandes 402 mit dem Distanzrohr 602 verbunden ist, wobei durch ein Schrauben der Stangenschraube 601 in das Distanzrohr 602 ein Spannen des Spannbandes ermöglicht werden kann. Bei einem Herausschrauben der Stangenschraube 601 aus dem Distanzrohr 602 kann ein Entspannen des Spannbandes 402 erzielt werden.
Die Gewindedrehung kann dabei innen oder außen am Distanzrohr 602 ausgebildet sein.
Die Schraubenvorrichtung 604 ist durch eine Schutzhaube vor Verschmutzung und Beschädigung geschützt.
Das Spannwerkzeug 600 bzw. das Distanzrohr 602 mit der Stangenschraube 601 kann durch wenigstens eine Öffnung 401 im Turbinengehäuse 105 eingeführt werden und die Schnellspannvorrichtung spannen, entspannen, öffnen bzw. schließen.
7 zeigt eine perspektivische schematische Darstellung einer Axialturbine 100 mit einem Verdichterrad 403, sowie einem Turbinenrad 101 mit Laufschaufeln 102, und einem Gehäusefortsatz 103, der die Laufschaufeln 102 radial ummantelt, so dass der Gehäusefortsatz 103 die Laufschaufeln 102 in einer Richtung stromabwärts radial nach innen überdeckt, so dass ein Strömungskanal ohne Rücksprünge ausgebildet ist.
Wenigstens eine Schnellspannvorrichtung 104, die wenigstens einen Sicherungsring 701 aufweist, ist in einer Ringnut 702 des Turbinengehäuses 105 eingelegt, und zum axialen Fixieren und Verspannen des Gehäusefortsatzes 103 an dem Turbinengehäuse 105 der Axialturbine 100 zum Befestigen eines Rotorblocks 106 der Axialturbine 100 mit dem Turbinengehäuse 105 ausgeführt.
Die Schnellspannvorrichtung 104 weist weiterhin einen Verschmutzungsschutz 703, beispielsweise in Form einer elastischen Dichtlippe 703, auf, die im Betrieb der Axialturbine 100 eine metallische Abdichtung sicherstellt, und somit eine Verschmutzung der Sicherungsringkontaktflächen 701 verhindert bzw. minimiert.
Wenigstens ein Teil des Gehäusefortsatzes 103 ist während des Spannens der Schnellspannvorrichtung 104 von dem Turbinengehäuse 105 ummantelt, wobei der Sicherungsring 701 von radial außerhalb des Turbinengehäuses 105 durch wenigstens eine Öffnung 401 des Turbinengehäuses 105 spannbar ist.
Die Laufschaufeln 102 des Turbinenrads 101 schließen an eine Außenwand eines Düsenrings 108 der Axialturbine 100 sowie an den Gehäusefortsatz 103 an. Der Sicherungsring 701 kann durch ein Spannwerkzeug gespannt, entspannt, geöffnet und geschlossen werden, wobei das Spannwerkzeug zum Spannen des Sicherungsrings 701 ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Bolzen mit einer Spirale, einem Stoßkeil, einem Drehflügel und Drehkeilen.
8 zeigt eine schematische Querschnittansicht des Abschnitts der 7, an dem der Gehäusefortsatz 103 an dem Turbinenrad 105 axial gesichert ist in Vergrößerung. Der Gehäusefortsatz 103 ist radial und axial an dem Turbinengehäuse 105 angeordnet, wobei der Sicherungsring 701 als Schnellspannvorrichtung 104 in eine Nut 702 des Turbinengehäuses 105 eingelegt ist, und zum axialen Fixieren und Verspannen des Gehäusefortsatzes 103 an dem Turbinengehäuse 105 der Axialturbine 100 zum Befestigen eines Rotorblocks 106 der Axialturbine 100 mit dem Turbinengehäuse 105 ausgeführt ist.
Der Gehäusefortsatz 103 ummantelt die Laufschaufeln 102 in montiertem Zustand radial und überdeckt die Laufschaufeln 102 nach innen, so dass ein Strömungskanal ohne Rücksprünge gewährleistet ist. Eine Außenwand eines Düsenrings 108 der Axialturbine 100 schließt bündig an die Laufschaufeln 102 der Axialturbine 100 an.
9 zeigt eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms eines Verfahrens zum Demontieren 900 eines Rotorblocks von einem Turbinengehäuse einer Axialturbine mit folgenden Schritten: Lösen der Schnellspannvorrichtung 901, Lösen des Gehäusefortsatzes von dem Turbinengehäuse 902 und Ziehen des Rotorblocks aus dem Turbinengehäuse 903. Das Lösen des Gehäusefortsatzes von dem Turbinengehäuse 902 und das Ziehen des Rotorblocks aus dem Turbinengehäuse 903 können in einem Schritt erfolgen.
10 zeigt ein Verfahren zum Montieren 1000 eines Rotorblocks an einem Turbinengehäuse einer Axialturbine mit den Schritten: Einsetzen des Rotorblocks in dem Turbinengehäuse 1001, Anordnen eines Gehäusefortsatzes an der Axialturbine 1002, Anordnen einer Schnellspannvorrichtung an dem Gehäusefortsatz 1003 und Anziehen der Schnellspannvorrichtung zum Befestigen des Gehäusefortsatzes an dem Turbinengehäuse 1004. Das Anordnen der Schnellspannvorrichtung an dem Gehäusefortsatz 1003 und das Anordnen des Gehäusefortsatzes an der Axialturbine 1002 können in einem Schritt erfolgen.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „umfassend” und „aufweisend” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine” oder „ein” keine Vielzahl ausschließt. Dies bedeutet insbesondere, dass mehrere Schnellspannvorrichtungen, mehrere Gehäusefortsatze, mehrere Spannwerkzeuge, mehrere Öffnungen, mehrere Dichtlippen vorhanden sein können. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.
Bezugszeichenliste

100: Axialturbine
101: Turbinenrad
102: Laufschaufel, Laufschaufeln
103: Gehäusefortsatz
104: Schnellspannvorrichtung, wenigstens eine Rohrschelle, Rohrschellen, Drahtseil, Laschenspannvorrichtung
105: Turbinengehäuse, Gasaustrittsgehäuse
106: Rotorblock
107: Rotorblockeinheit
108: Außenwanddüsenring, Düsenringaußenwand
109: Innenwanddüsenring, Düsenringinnenwand
110: Leitschaufeldüsenring, Düsenringleitschaufel
111: Schrauben, Schraube
401: Wenigstens eine Öffnung, wenigstens eine seitliche Öffnung
402: Spannband, V-Band
403: Verdichterrad, Verdichter
600: Spannwerkzeug
601: Stangenschraube
602: Distanzrohr
603: Zuganker
604: Schraubenbolzenvorrichtung, Bolzenschraubenvorrichtung
701: Sicherungsring, Sicherungsringkontaktflächen
702: Ringnut, Nut
703: Dichtlippe, elastische Dichtlippe
SA: stromabwärts, Richtung stromabwärts
U: Strömungskanal ohne Rücksprung

Claims

Axialturbine (100) eines Turboladersystems, die Axialturbine (100) aufweisend: ein Turbinenrad (101) mit Laufschaufeln (102); einen einen Strömungskanal der Axialturbine (100) wenigstens teilweise umlaufenden Gehäusefortsatz (103); wenigstens eine Schnellspannvorrichtung (104); wobei die wenigstens eine Schnellspannvorrichtung (104) zum axialen Fixieren des Gehäusefortsatzes (103) an einem Turbinengehäuse (105) der Axialturbine (100) derart ausgeführt ist, dass der Gehäusefortsatz (103) die Laufschaufeln (102) auf der dem Turbinengehäuse (105) abgewandten Seite radial wenigstens teilweise überlappt.
Axialturbine (100) gemäß Anspruch 1, wobei der Gehäusefortsatz (103) und der Rotorblock (106) eine Rotorblockeinheit (107) bilden, die mittels der Schnellspannvorrichtung (104) von dem Turbinengehäuse (105) lösbar und an das Turbinengehäuse (105) befestigbar ist.
Axialturbine (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Teil des Gehäusefortsatzes (103) während des Spannens der Schnellspannvorrichtung (104) von dem Turbinengehäuse (105) ummantelt ist, wobei die Schnellspannvorrichtung (104) von radial außerhalb des Turbinengehäuses (105) durch wenigstens eine Öffnung (401) des Turbinengehäuses (105) spannbar ist.
Axialturbine (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schnellspannvorrichtung (104) mittels eines Spannwerkzeugs (600) gespannt und entspannt wird; wobei das Spannwerkzeug (600) außerhalb des Turbinengehäuses (105) angeordnet ist.
Axialturbine (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schnellspannvorrichtung (104) wenigstens ein Spannband (402) aufweist.
Axialturbine (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schnellspannvorrichtung (104) wenigstens eine Rohrschelle (104) aufweist.
Axialturbine (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schnellspannvorrichtung (104) wenigstens einen Sicherungsring (701) aufweist.
Axialturbine (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schnellspannvorrichtung (104) wenigstens ein Drahtseil (104) aufweist.
Axialturbine (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schnellspannvorrichtung (104) eine Laschenspannvorrichtung (104) ist, die wenigstens zwei axial gebogene Laschen aufweist.
Axialturbine (100) gemäß Anspruch 9, wobei die wenigstens zwei axial gebogenen Laschen durch wenigstens jeweils eine am Turbinengehäuse (105) angeordnete Nocke gehalten werden.
Axialturbine (100) gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die wenigstens zwei axial gebogenen Laschen durch wenigstens zwei Öffnungen (401) in das Turbinengehäuse (105) einschiebbar sind.
Verfahren zum Demontieren eines Rotorblocks (106) von einem Turbinengehäuse (105) einer Axialturbine (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, das Verfahren aufweisend die Schritte: Lösen der Schnellspannvorrichtung (104, 901)); Lösen des Gehäusefortsatzes (103) von dem Turbinengehäuse (105, 902); Ziehen des Rotorblocks (106) aus dem Turbinengehäuse (105, 903).
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das Lösen des Gehäusefortsatzes (103) von dem Turbinengehäuse (105, 902) und das Ziehen des Rotorblocks (106) aus dem Turbinengehäuse (105, 903) in einem Schritt erfolgen.
Verfahren zum Montieren eines Rotorblocks (106) an ein Turbinengehäuse (105) einer Axialturbine (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, das Verfahren aufweisend die Schritte: Einsetzen des Rotorblocks (106) in das Turbinengehäuse (105, 1001); Anordnen eines Gehäusefortsatzes (103) an der Axialturbine (100, 1002); Anordnen einer Schnellspannvorrichtung (104) an dem Gehäusefortsatz (103, 1003); Anziehen der Schnellspannvorrichtung (104) zum Befestigen des Gehäusefortsatzes (103) an dem Turbinengehäuse (105, 1004).
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei das Anordnen der Schnellspannvorrichtung (104) an dem Gehäusefortsatz (103, 1003) und das Anordnen des Gehäusefortsatzes (103) an der Axialturbine (100, 1002) in einem Schritt erfolgen.