DE102015219773A1 - Turbomachine and internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbomaschine (100) mit einem Verdichter (110) und einer Turbine (120), wobei – ein Turbinenrad (20) der Turbine (120) und ein Verdichterrad des Verdichters (110) an einer gemeinsamen Turboladerwelle (140) angebracht sind, wobei – die Turboladerwelle (140) mittels einem Lager (130) drehbar gelagert ist, insbesondere wobei das Lager (130) eine die Turboladerwelle drehbar lagernde Lageranordnung in einem Lagergehäuse aufweist, und – das Turbinenrad (142, 20) in einer Turbinenkammer (10) eines Turbinengehäuses (30) der Turbine (120) drehbar angeordnet ist, wobei ein lagerseitiger Rücken (21.A, 21.B) des Turbinenrades (20) einer Innenseite (31.A, 31.B) einer Turbinengehäusewand (31) über einen Radrückenraum (13) in der Turbinenkammer (10) zugewandt ist, wobei in dem Radrückenraum ein Gas, insbesondere Abgas, umlaufend um eine axiale Richtung (z) strömen kann, und/oder – das Verdichterrad (141) in einer Verdichterkammer eines Verdichtergehäuses des Verdichters (110) drehbar angeordnet ist, wobei ein lagerseitiger Rücken des Verdichterrades einer Innenseite einer Verdichtergehäusewand über einen Radrückenraum in der Verdichterkammer zugewandt ist, wobei in dem Radrückenraum ein Gas, insbesondere eine Ladeluft, umlaufend um eine axiale Richtung (z) strömen kann. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine lichte Weite (W) eines Ringspalts (RS) des Radrückenraumes (13) in axialer Richtung (z), die in einem sich in radialer Richtung (r) erstreckenden Abschnitt (13r) des Radrückenraumes (13) vorherrscht, mittels wenigstens einem in dem Abschnitt (13r) angeordneten Strömungswiderstandselement (1A, 1B) zur Erhöhung eines Strömungswiderstands der Gasströmung des umlaufenden Gases entlang der radialen Richtung (r) verändert ist.The invention relates to a turbomachine (100) having a compressor (110) and a turbine (120), wherein - a turbine wheel (20) of the turbine (120) and a compressor wheel of the compressor (110) are mounted on a common turbocharger shaft (140) in which - the turbocharger shaft (140) is rotatably supported by a bearing (130), in particular wherein the bearing (130) has a bearing assembly rotatably supporting the turbocharger shaft in a bearing housing, and - the turbine wheel (142, 20) is housed in a turbine chamber (10 ) of a turbine housing (30) of the turbine (120) is rotatably arranged, wherein a bearing-side back (21.A, 21.B) of the turbine wheel (20) an inner side (31.A, 31.B) of a turbine housing wall (31) via a Radrückenraum (13) in the turbine chamber (10) faces, in the Radrückenraum a gas, in particular exhaust gas, circumferentially around an axial direction (z) can flow, and / or - the compressor wheel (141) in a compression chamber of a compressor housing d it compressor (110) is rotatably arranged, wherein a bearing-side back of the compressor wheel faces an inside of a compressor housing wall over a Radrückenraum in the compressor chamber, wherein in the Radrückenraum a gas, in particular a charge air, circumferentially around an axial direction (z) can flow. According to the invention, it is provided that an inside width (W) of an annular gap (RS) of the wheel back space (13) in the axial direction (z), which prevails in a section (13r) of the wheel back space (13) extending in the radial direction (r), by means of at least one in the section (13r) arranged flow resistance element (1A, 1B) for increasing a flow resistance of the gas flow of the circulating gas along the radial direction (r) is changed.

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbomaschine mit einem Verdichter und einer Turbine, wobei

  • – ein Turbinenrad der Turbine und ein Verdichterrad des Verdichters an einer Turboladerwelle angebracht sind, wobei
  • – die Turboladerwelle mittels einem Lager drehbar gelagert ist, insbesondere wobei das Lager eine die Turboladerwelle drehbar lagernde Lageranordnung in einem Lagergehäuse aufweist, und
  • – das Turbinenrad in einer Turbinenkammer eines Turbinengehäuses der Turbine drehbar angeordnet ist, wobei ein lagerseitiger Rücken des Turbinenrades einer Innenseite einer Turbinengehäusewand über einen Radrückenraum in der Turbinenkammer zugewandt ist, wobei in dem Radrückenraum ein Gas, insbesondere Abgas, umlaufend um eine axiale Richtung strömen kann, und/oder
  • – das Verdichterrad in einer Verdichterkammer eines Verdichtergehäuses des Verdichters drehbar angeordnet ist, wobei ein lagerseitiger Rücken des Verdichterrades einer Innenseite einer Verdichtergehäusewand über einen Radrückenraum in der Verdichterkammer zugewandt ist, wobei in dem Radrückenraum ein Gas, insbesondere eine Ladeluft, umlaufend um eine axiale Richtung strömen kann. Die Erfindung betrifft weiter eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Wasserfahrzeug oder ein Landfahrzeug, vorzugsweise ein Nutzfahrzeug wie einen Kipper oder dergleichen.
The invention relates to a turbomachine with a compressor and a turbine, wherein
  • A turbine wheel of the turbine and a compressor wheel of the compressor are mounted on a turbocharger shaft, wherein
  • - The turbocharger shaft is rotatably supported by a bearing, in particular wherein the bearing has a turbocharger shaft rotatably supporting bearing assembly in a bearing housing, and
  • - The turbine is rotatably disposed in a turbine chamber of a turbine housing of the turbine, wherein a bearing-side back of the turbine wheel faces an inner side of a turbine housing wall over a Radrückenraum in the turbine chamber, wherein in the Radrückenraum a gas, in particular exhaust gas, can flow circumferentially about an axial direction , and or
  • - The compressor is rotatably disposed in a compressor chamber of a compressor housing of the compressor, wherein a bearing-side back of the compressor wheel faces an inside of a compressor housing wall over a Radrückenraum in the compressor chamber, wherein in the Radrückenraum a gas, in particular a charge air flow circumferentially about an axial direction can. The invention further relates to an internal combustion engine, in particular for a watercraft or a land vehicle, preferably a commercial vehicle such as a dump truck or the like.

Eine Turbomaschine der Eingangs genannten Art, mit einem Verdichter und einer Turbine, ist regelmäßig als Turbolader in einer Peripherie einer Brennkraftmaschine eingebunden, um über den Verdichter der Turbomaschine eine dem Motor zuzuführende Luft anzusaugen, und diese als verdichtete Ladeluft dem Motor zuzuführen. Angetrieben wird der Verdichter regelmäßig durch die Turbine, die mit dem vom Motor ausgegebenen Abgas angetrieben wird. Eine Brennkraftmaschine kann ladeluftseitig auch einen Luftfilter und abgasseitig eine Abgasnachbehandlung oder Abgasrückführung umfassen. Des Weiteren kann die Peripherie der Brennkraftmaschine geeignete Wärmetauscher zur Kühlung der verdichteten Ladeluft und/oder des Abgases umfassen. Eine Turbomaschine der eingangs genannten Art kann auch mehrstufig ausgeführt sein mit einer ersten Stufe und einer zweiten Stufe eines Turboladers; also mit einem ersten Verdichter einer Niederdruckstufe und einem zweiten Verdichter einer Hochdruckstufe und mit einer ersten Turbine einer Hochdruckstufe und mit einer zweiten Turbine einer Niederdruckstufe.A turbomachine of the type mentioned above, with a compressor and a turbine, is regularly incorporated as a turbocharger in a periphery of an internal combustion engine to suck via the compressor of the turbomachine an air to be supplied to the engine, and to supply them as a compressed charge air to the engine. The compressor is regularly driven by the turbine, which is driven by the exhaust gas emitted by the engine. An internal combustion engine may include an air filter on the charge air side and exhaust gas aftertreatment or exhaust gas recirculation on the exhaust side. Furthermore, the periphery of the internal combustion engine may comprise suitable heat exchangers for cooling the compressed charge air and / or the exhaust gas. A turbomachine of the type mentioned can also be designed in several stages with a first stage and a second stage of a turbocharger; that is to say with a first compressor of a low-pressure stage and a second compressor of a high-pressure stage and with a first turbine of a high-pressure stage and with a second turbine of a low-pressure stage.

Eine Turbomaschine dient regelmäßig zur Leistungserhöhung des Motors. Die Turboladerwelle ist, wie eingangs erläutert, mittels eines Lagers drehbar gelagert. Das Lager kann ein Radial- und/oder ein Axiallager aufweisen, sowie ein geeignetes Schmiersystem, das mit einem Schmierfluid wie Öl oder dergleichen, befüllt ist, um die Turboladerwelle drehbar und möglichst reibungsfrei in der Lageranordnung des Lagers zu lagern. A turbomachine is used regularly to increase the power of the engine. The turbocharger shaft is, as explained above, rotatably supported by a bearing. The bearing may have a radial and / or a thrust bearing, and a suitable lubrication system, which is filled with a lubricating fluid such as oil or the like, to support the turbocharger shaft rotatably and frictionless as possible in the bearing assembly of the bearing.

Das Schmierfluid kommt regelmäßig mit der Turboladerwelle in Berührung und steht, insbesondere in einem Lagerhohlraum des Lagergehäuses an. Ein Eindringen des Schmierfluids in eine Turbinenkammer und/oder Verdichterkammer sollte verhindert werden. Ein Eindringen des Schmierfluids in die Turbinenkammer und/oder Verdichterkammer kann nicht nur Beeinträchtigungen der Abgaswerte nach sich ziehen, sondern darüber hinaus aufgrund der erhöhten Temperatur in der Turbinenkammer und/oder der Verdichterkammer zu einer Verkokung in der Turbine bzw. dem Verdichter führen. Grundsätzlich besteht diese Gefahr in der Turbine und, wenn auch in verringerten Maße, auch bei dem Verdichter. The lubricating fluid regularly comes in contact with the turbocharger shaft and is in contact, in particular in a bearing cavity of the bearing housing. Penetration of the lubricating fluid into a turbine chamber and / or compressor chamber should be prevented. Penetration of the lubricating fluid into the turbine chamber and / or compressor chamber may not only cause deterioration of the exhaust gas values but, moreover, lead to coking in the turbine or compressor due to the elevated temperature in the turbine chamber and / or the compression chamber. Basically, this danger exists in the turbine and, albeit to a lesser extent, also in the compressor.

Eine eingangs genannte Turbomaschine ist beispielsweise in DE 11 2008 002 729 T5 offenbart. Zur Vermeidung eines Öllecks wird dort zusätzlich zu einer Dichtung vorgeschlagen, innerhalb eines sogenannten Hitzeschildholraumes zwischen Turbinengehäusewand und Lagergehäusewand einen Druck zu erhöhen. Dazu wird ein geeigneter Hohlraum zwischen Turbinengehäuse und Lagergehäuse mit Druck beaufschlagt, nämlich ein Hohlraum-Kanal zwischen dem genannten Hitzeschild und dem Lagergehäuse. Eine ähnliche Lösung ist in der dort genannten US 7,086,842 B2 vorgeschlagen. Ein solches, an sich geeignetes Konzept erfordert jedoch zusätzliche Maßnahmen bei den genannten Gehäuseteilen und ist darüber hinaus noch verbesserbar.An initially mentioned turbomachine is, for example, in DE 11 2008 002 729 T5 disclosed. To avoid an oil leak, there is proposed in addition to a seal to increase pressure within a so-called Hitzeschildholraumes between turbine housing wall and bearing housing wall. For this purpose, a suitable cavity between turbine housing and bearing housing is pressurized, namely a cavity channel between said heat shield and the bearing housing. A similar solution is mentioned in the there US 7,086,842 B2 proposed. However, such a concept, which is suitable in itself, requires additional measures in the case parts mentioned and, moreover, can still be improved.

Eine zusätzliche Problematik ergibt sich nämlich daraus, dass die Öldichtigkeit an der Turboladerwelle insofern beeinträchtigt wird, als dass im Turbinen- und/oder Verdichtergehäuse, d. h. in einem Radrückenraum der Turbinenkammer und/oder in einem Radrückenraum der Verdichterkammer ein absoluter Druck erzeugt wird, sodass Öl über die Dichtung hinweg angesaugt werden kann. Darüber hinaus zeigt sich, wie vorliegend erkannt, dass Axialschübe bei der Turbine und dem Verdichter unterschiedlich sein können, so dass ein daraus resultierender Axialschub in die eine oder andere Richtung des Lagers zunächst die Dichtung an der Turboladerwelle beeinträchtigen kann. Insbesondere hat sich gezeigt, dass ein Axialschub der Turbine im Vergleich zum Verdichter vergleichsweise groß ist, so dass Lagerschäden vor allem an einer Gegenschubfläche auftreten können. In fact, an additional problem arises from the fact that the oil leakage at the turbocharger shaft is impaired insofar as that in the turbine and / or compressor housing, d. H. in a Radrückenraum the turbine chamber and / or in a Radrückenraum the compression chamber an absolute pressure is generated so that oil can be sucked across the seal away. Moreover, as recognized herein, axial thrusts in the turbine and the compressor may be different so that a resulting axial thrust in one or the other direction of the bearing may initially affect the seal on the turbocharger shaft. In particular, it has been found that an axial thrust of the turbine in comparison to the compressor is comparatively large, so that bearing damage can occur primarily on a counter thrust surface.

Eine elektrisch angetriebene Turboladergruppe mit einem strömungsgünstig gestalteten Rücken eines Turbinen- und Verdichterrades beziehungsweise einer strömungsgünstigen Innenseite einer Gehäusewand ist in US 2010/0175377 A1 offenbart. Grundsätzlich ist es bekannt, dass strömungsgünstige Geometrien gewählt werden, um einen strömungswiderstandsarmen Drehverlauf eines Turbinenrades und/oder Verdichterrad in einem Turbinengehäuse beziehungsweise Verdichtergehäuse zu gewährleisten. An electrically driven turbocharger group with a streamlined back a turbine and compressor wheel or a streamlined inside of a housing wall is in US 2010/0175377 A1 disclosed. In principle, it is known that aerodynamic geometries are selected in order to ensure a low-flow rotation of a turbine wheel and / or compressor wheel in a turbine housing or compressor housing.

Die vorgenannte Problematik ist jedoch in bekannten Turbomaschinen nicht berücksichtigt. Wünschenswert ist es, die Öldichtigkeit und/oder die Axialschubproblematik bei einem Lager für die Turboladerwelle mit einer verbesserten Vorrichtung, insbesondere einer verbesserten Turbomaschine und Brennkraftmaschine, zu berücksichtigen. However, the aforementioned problem is not considered in known turbomachinery. It is desirable to take account of the oil-tightness and / or the axial thrust problem in a bearing for the turbocharger shaft with an improved device, in particular an improved turbomachine and internal combustion engine.

An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, eine verbesserte Turbomaschine und eine verbesserte Brennkraftmaschine anzugeben, welche die vorgenannte Problematik adressiert. Insbesondere soll die Turbomaschine und die Brennkraftmaschine ausgebildet sein, eine Öldichtigkeit und/oder eine verminderte Axialschubanfälligkeit zu gewährleisten, vorzugsweise beides, d.h. gleichermaßen die Öldichtigkeit als auch die verminderte Axialschubanfälligkeit zu gewährleisten. Insbesondere soll ein Druck in Turbinengehäuse bzw. Verdichtergehäuse erhöht und/oder ein Axialschub im Lager verringert werden. At this point, the invention begins, whose task is to provide an improved turbomachine and an improved internal combustion engine, which addresses the aforementioned problem. In particular, the turbomachine and the internal combustion engine should be designed to ensure oil leakage and / or reduced susceptibility to axial thrust, preferably both, i. to ensure both the oil-tightness and the reduced Axialschubanfälligkeit. In particular, a pressure in the turbine housing or compressor housing should be increased and / or an axial thrust in the bearing should be reduced.

Die Aufgabe, betreffend eine Turbomaschine wird durch die Erfindung mit einer Turbomaschine des Anspruchs 1 gelöst.The task relating to a turbomachine is achieved by the invention with a turbomachine of claim 1.

Die Erfindung basiert auf einer Turbomaschine mit einem Verdichter und einer Turbine, wobei

  • – ein Turbinenrad der Turbine und ein Verdichterrad des Verdichters an einer Turboladerwelle angebracht sind, wobei
  • – die Turboladerwelle mittels einem Lager drehbar gelagert ist, insbesondere wobei das Lager eine die Turboladerwelle drehbar lagernde Lageranordnung in einem Lagergehäuse aufweist, und
  • – das Turbinenrad in einer Turbinenkammer eines Turbinengehäuses der Turbine drehbar angeordnet ist, wobei ein lagerseitiger Rücken des Turbinenrades einer Innenseite einer Turbinengehäusewand über einen Radrückenraum in der Turbinenkammer zugewandt ist, wobei in dem Radrückenraum ein Gas, insbesondere Abgas, umlaufend um eine axiale Richtung strömen kann, und/oder
  • – das Verdichterrad in einer Verdichterkammer eines Verdichtergehäuses des Verdichters drehbar angeordnet ist, wobei ein lagerseitiger Rücken des Verdichterrades einer Innenseite einer Verdichtergehäusewand über einen Radrückenraum in der Verdichterkammer zugewandt ist, wobei in dem Radrückenraum ein Gas, insbesondere eine Ladeluft, umlaufend um eine axiale Richtung strömen kann.
The invention is based on a turbomachine with a compressor and a turbine, wherein
  • A turbine wheel of the turbine and a compressor wheel of the compressor are mounted on a turbocharger shaft, wherein
  • - The turbocharger shaft is rotatably supported by a bearing, in particular wherein the bearing has a turbocharger shaft rotatably supporting bearing assembly in a bearing housing, and
  • - The turbine is rotatably disposed in a turbine chamber of a turbine housing of the turbine, wherein a bearing-side back of the turbine wheel faces an inner side of a turbine housing wall over a Radrückenraum in the turbine chamber, wherein in the Radrückenraum a gas, in particular exhaust gas, can flow circumferentially about an axial direction , and or
  • - The compressor is rotatably disposed in a compressor chamber of a compressor housing of the compressor, wherein a bearing-side back of the compressor wheel faces an inside of a compressor housing wall over a Radrückenraum in the compressor chamber, wherein in the Radrückenraum a gas, in particular a charge air flow circumferentially about an axial direction can.

Erfindungsgemäß ist bei der Turbomaschine vorgesehen, dass eine lichte Weite eines Ringspalts des Radrückenraumes in axialer Richtung, die in einem sich in radialer Richtung erstreckenden Abschnitt des Radrückenraumes vorherrscht, mittels wenigstens einem in dem Abschnitt angeordneten Strömungswiderstandselement zur Erhöhung eines Strömungswiderstands der Gasströmung des umlaufenden Gases entlang der radialen Richtung verändert ist.According to the invention, it is provided in the turbomachine that a clear width of an annular gap of Radrückenraumes in the axial direction, which prevails in a radially extending portion of Radrückenraumes by at least one arranged in the flow resistance element section to increase a flow resistance of the gas flow of the circulating gas the radial direction is changed.

Die Erfindung führt im Rahmen der Aufgabenstellung auch auf eine Brennkraftmaschine des Anspruchs 14. Die Brennkraftmaschine hat einen Motor und eine Turbomaschine gemäß der Erfindung, wobei eine Ladeluftführung des Motors an den Verdichter und eine Abgasführung des Motors an die Turbine angeschlossen ist. Die Brennkraftmaschine eignet sich mit Vorteil insbesondere für ein Wasserfahrzeug oder ein Landfahrzeug, vorzugsweise ein Nutzfahrzeug wie einen Kipper od. dgl.In the context of the task, the invention also relates to an internal combustion engine of claim 14. The internal combustion engine has an engine and a turbomachine according to the invention, wherein a charge air duct of the engine is connected to the compressor and an exhaust gas duct of the engine to the turbine. The internal combustion engine is advantageously suitable in particular for a watercraft or a land vehicle, preferably a commercial vehicle such as a tipper or the like.

Die Erfindung hat erkannt, dass sich mit einer Veränderung der in axialer Richtung vorherrschenden lichten Weite eines Ringspalts des Radrückenraumes ein Strömungswiderstand im Radrückenraum verändern lässt. Ein solcher Strömungswiderstand in einem sich in radialer Richtung erstreckenden Abschnitt kann insbesondere über eine Verengung und/oder Aufweitung der in axialer Richtung vorherrschenden lichte Weite des Ringspaltes erzeugt werden. Dazu kann in dem radialen Abschnitt wenigstens ein Strömungswiderstandselement angeordnet sein. Diese Maßnahme gilt grundsätzlich für einen Turbinenradrückenraum als auch, zusätzlich oder alternativ für einen Verdichterradrückenraum.The invention has recognized that a flow resistance in the Radrückenraum can change with a change in the prevailing in the axial direction clear width of an annular gap of the Radrückenraumes. Such a flow resistance in a section extending in the radial direction can be generated in particular via a narrowing and / or widening of the axial width of the annular gap prevailing in the axial direction. For this purpose, at least one flow resistance element can be arranged in the radial section. This measure basically applies to a turbine wheel back space as well as, additionally or alternatively, to a compressor wheel back space.

Das Konzept der Erfindung eignet sich dafür einen absoluten Druck in dem Radrückenraum an einem Innenradius eines wellennahen Bereichs der Turboladerwelle im Radrückenraum zu erhöhen und fördert damit die Öldichtigkeit einer Abdichtung an einer Turboladerwelle. Üblicherweise ist ein absoluter Druck in einem Radrückenraum an einem Innenradius eines wellennahen Bereichs der Turboladerwelle ohne Strömungswiderstandselement geringer. The concept of the invention is suitable for increasing an absolute pressure in the Radrückenraum at an inner radius of a shaft near region of the turbocharger shaft in Radrückenraum and thus promotes the oil seal of a seal on a turbocharger shaft. Usually, an absolute pressure in a Radrückenraum at an inner radius of a shaft near region of the turbocharger shaft without flow resistance element is lower.

Darüber hinaus verringert das Strömungswiderstandselement im Radrückenraum – mittels der Erhöhung eines im Radrückenraum vorherrschenden absoluten Drucks –, abhängig von Lastpunkten am Abgasturbolader, existierende Axialschübe beziehungsweise kompensiert diese. Insbesondere werden Axialschübe beim Verdichterradrückenraum und/oder Turbinenradrückenraum verringert beziehungsweise angeglichen. Dadurch werden Axiallagerschäden an einer Gegenschubfläche vermieden. In addition, the flow resistance element in the Radrückenraum - by increasing the prevailing in the Radrückraum absolute pressure - depending on load points on the turbocharger, existing axial thrusts or compensates for them. In particular, axial thrusts are reduced in the compressor wheel back space and / or Turbinenradrückenraum or aligned. As a result, axial bearing damage to a counter thrust surface is avoided.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.Advantageous developments of the invention can be found in the dependent claims and specify in particular advantageous ways to realize the above-described concept within the scope of the problem and with regard to further advantages.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die lichte Weite des Ringspalts des Turbinen-Radrückenraumes in der Turbinenkammer und/oder die lichte Weite des Ringspalts des Verdichter-Radrückenraumes in der Verdichterkammer,

  • – jeweils mittels dem wenigstens einen Strömungswiderstandselement entlang der radialen Richtung verengt oder aufgeweitet oder abwechselnd verengt und aufgeweitet ist in dem sich in radialer Richtung erstreckenden Abschnitt. Auf diese Weise ist besonders vorteilhaft die lichte Weite mittels dem Strömungswiderstandselement zur Erhöhung eines Strömungswiderstands der Gasströmung verändert.
In particular, it is provided that the clear width of the annular gap of the turbine Radrückenraumes in the turbine chamber and / or the inside diameter of the annular gap of the compressor Radrückenraumes in the compression chamber,
  • - Narrows in each case by means of the at least one flow resistance element along the radial direction or widened or alternately narrowed and widened in the radially extending portion. In this way, the clear width is particularly advantageously changed by means of the flow resistance element to increase a flow resistance of the gas flow.

Bevorzugt der Strömungswiderstand der Gasströmung des umlaufenden Gases entlang der radialen Richtung mittels dem Strömungswiderstandselement gebildet, das sich in den Radrückenraum in axialer Richtung hinein erstreckt zur abschnittsweisen Veränderung, insbesondere Verengung und/oder Aufweitung, des Ringspaltes. Das Strömungswiderstandselement wirkt somit vergleichsweise effektiv.The flow resistance of the gas flow of the circulating gas along the radial direction is preferably formed by means of the flow resistance element, which extends into the wheel back space in the axial direction for changing in sections, in particular constriction and / or widening, of the annular gap. The flow resistance element thus acts comparatively effective.

Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung kann der Strömungswiderstand der Gasströmung des umlaufenden Gases entlang der radialen Richtung mittels einem Strömungswiderstandselement in Form einer Kontur gebildet sein. Eine Kontur lässt sich besonders gut an die Strömungsbedingungen anpassen und vergleichsweise einfach anbringen. In the context of a particularly preferred development, the flow resistance of the gas flow of the circulating gas along the radial direction can be formed by means of a flow resistance element in the form of a contour. A contour can be adapted particularly well to the flow conditions and attach comparatively easily.

Im Rahmen einer besonders bevorzugten ersten Variante kann die Kontur auf dem Rücken des Turbinenrades und/oder Verdichterrades angebracht sein, insbesondere aufgebracht oder eingebracht ist. Im Rahmen einer besonders bevorzugten zweiten Variante kann – zusätzlich oder alternativ – die Kontur auf der Innenseite einer Turbinengehäusewand und/oder Verdichtergehäusewand angebracht sein, insbesondere aufgebracht oder eingebracht ist. Sowohl die Maßnahmen der ersten Variante als auch der zweiten Variante haben sich allein oder in Kombination als vorteilhaft erwiesen, die lichte Weite eines Ringspalts des Radrückenraumes mittels wenigstens einem Strömungswiderstandselement in einem sich in radialer Richtung erstreckenden Abschnitt zu verengen und/oder aufzuweiten.In the context of a particularly preferred first variant, the contour can be mounted on the back of the turbine wheel and / or compressor wheel, in particular applied or introduced. In the context of a particularly preferred second variant, the contour may be additionally or alternatively applied to the inside of a turbine housing wall and / or compressor housing wall, in particular applied or introduced. Both the measures of the first variant and the second variant have proved advantageous, alone or in combination, to narrow and / or widen the clear width of an annular gap of the wheel back space by means of at least one flow resistance element in a section extending in the radial direction.

Bevorzugt ist eine Strömungsgeschwindigkeit der Gasströmung des umlaufenden Gases entlang der radialen Richtung des Radrückenraumes, insbesondere der Ladeluft und/oder des Abgases, in der radialen Richtung des Radrückenraumes gegeben und das Strömungswiderstandselement ist bevorzugt derart ausgebildet, dass sich die Strömungsgeschwindigkeit in der radialen Richtung und/oder umlaufenden Richtung des Radrückenraumes sublinear erhöht. Eine besonders bevorzugte beispielhafte Erläuterung ist dazu im Detail der 4(A) gezeigt.Preferably, a flow velocity of the gas flow of the circulating gas along the radial direction of Radrückenraumes, in particular the charge air and / or the exhaust gas, given in the radial direction of the Radrückenraumes and the flow resistance element is preferably designed such that the flow velocity in the radial direction and / or circumferential direction of Radrückenraumes increased sublinear. A particularly preferred exemplary explanation is to detail in the 4 (A) shown.

Insbesondere ist in dem Radrückenraum ein Betrag eines Druckgefälles von einem Innenradius eines wellennahen Bereichs der Turboladerwelle zu einem Außenradius eines wellenfernen Bereichs der Turboladerwelle gegeben. Bevorzugt ist das Strömungswiderstandselement derart ausgebildet, dass der Betrag des Druckgefälles geringer ist als bei einer linearen Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit. Eine besonders bevorzugte beispielhafte Erläuterung ist dazu im Detail der 4(B) gezeigt. Ein Zusammenhang zwischen Strömungsgeschwindigkeit und Druckgefälle ergibt sich grundsätzlich nach der Stromfaden-Theorie wie sie beispielsweise in Zierep „Grundzüge der Strömungslehre“, 5. Auflage, Springer-Lehrbuch auf Seiten 45 bis 56 beschrieben ist. Weitere Details dazu sind im Rahmen der Zeichnung anhand von 4 bis 6 erläutert. Bevorzugt ist das Strömungswiderstandselement derart ausgebildet ist, dass ein absoluter Druck in dem Radrückenraum an einem Innenradius eines wellennahen Bereichs der Turboladerwelle einen höheren Betrag hat gegenüber einem absoluten Druck in einem Radrückenraum an einem Innenradius eines wellennahen Bereichs der Turboladerwelle ohne Strömungswiderstandselement. Specifically, in the wheel back space, an amount of a pressure gradient is given from an inner radius of a shaft-proximal portion of the turbocharger shaft to an outer radius of a shaft-distal portion of the turbocharger shaft. Preferably, the flow resistance element is designed such that the amount of the pressure gradient is less than with a linear increase in the flow velocity. A particularly preferred exemplary explanation is to detail in the 4 (B) shown. A relationship between flow velocity and pressure gradient arises in principle according to the current thread theory as they are, for example, in Zierep "Fundamentals of Fluid Mechanics", 5th edition, Springer textbook on pages 45 to 56 is described. Further details are in the context of the drawing on the basis of 4 to 6 explained. Preferably, the flow resistance element is designed such that an absolute pressure in the Radrückenraum at an inner radius of a shaft near region of the turbocharger shaft has a higher amount to an absolute pressure in a Radrückenraum at an inner radius of a shaft near region of the turbocharger shaft without flow resistance element.

Vorteilhaft sind die Turbinenkammer und ein Lagerhohlraum des Lagergehäuses und/oder die Verdichterkammer und ein Lagerhohlraum des Lagergehäuses durch jeweils eine radial zur Turboladerwelle verlaufende Trennwand getrennt, welche eine Turbinengehäusewand und eine Lagergehäusewand und/oder eine Verdichtergehäusewand und eine Lagergehäusewand umfasst, wobei die Trennwand gegen die Turboladerwelle abgedichtet ist, insbesondere durch eine Dichtnabe, Wellendichtung oder dergleichen. Mit einer solchen Trennwand lässt sich das Konzept der Erfindung besonders vorteilhaft umsetzen.Advantageously, the turbine chamber and a bearing cavity of the bearing housing and / or the compressor chamber and a bearing cavity of the bearing housing are each separated by a radially extending to the turbocharger shaft partition comprising a turbine housing wall and a bearing housing wall and / or a compressor housing wall and a bearing housing wall, wherein the partition against the Turbocharger shaft is sealed, in particular by a sealing hub, shaft seal or the like. With such a partition wall, the concept of the invention can be implemented particularly advantageously.

Insbesondere kann die Trennwand hohl sein, wobei die Trennwand jeweils einen zwischen Turbinengehäusewand und Lagergehäusewand und/oder einen zwischen Verdichtergehäusewand und Lagergehäusewand verlaufenden Ringkanal umfasst. Ein Hohlraum der Trennwand lässt sich vorteilhaft auch für das Konzept der Erfindung nutzen, insbesondere durch eine Druckbeaufschlagung desselben.In particular, the partition wall may be hollow, wherein the partition wall in each case comprises an annular housing running between the turbine housing wall and the bearing housing wall and / or between the compressor housing wall and the bearing housing wall. A cavity of the dividing wall can also be advantageously used for the concept of the invention, in particular by pressurizing it.

Insbesondere kann die Trennwand und/oder ein radial zur Turboladerwelle verlaufender Radialteil der Turbinengehäusewand und/oder der Verdichtergehäusewand ganz oder teilweise als ein Hitzeschild ausgebildet sein. Dadurch lässt sich vorteilhaft ein Wärmeübertrag in das Lager verringern bzw. vermeiden. Vorzugsweise trägt eine Innenseite des Hitzeschildes das Strömungswiderstandselement, insbesondere ist das Strömungswiderstandselement in Form einer Kontur gebildet. In particular, the partition and / or a radially extending to the turbocharger shaft radial part of the turbine housing wall and / or the compressor housing wall may be wholly or partially formed as a heat shield. This can advantageously reduce or avoid heat transfer into the bearing. Preferably, an inside of the heat shield carries the flow resistance element, in particular, the flow resistance element is formed in the shape of a contour.

Vorteilhaft ist die Trennwand als ein vom Lagergehäuse und/oder als ein vom Turbinengehäuse und/oder als ein vom Verdichtergehäuse separates und mit diesen verbundenes Ringteil gebildet. Advantageously, the partition wall is formed as one of the bearing housing and / or as one of the turbine housing and / or as a separate from the compressor housing and connected to these ring part.

Insbesondere ist der Hitzeschild als eine Strahlscheibe ausgebildet und die Innenseite der Strahlscheibe trägt ein Strömungswiderstandselement in Form einer Kontur. Das Konzept der Erfindung kann somit vorteilhaft im Rahmen des Hitzeschildes und der Strahlscheibe umgesetzt werden. In particular, the heat shield is designed as a jet disk and the inside of the jet disk carries a flow resistance element in the form of a contour. The concept of the invention can thus be implemented advantageously in the context of the heat shield and the jet disk.

Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.Embodiments of the invention will now be described below with reference to the drawing. This is not necessarily to scale the embodiments, but the drawing, where appropriate for explanation, executed in a schematized and / or slightly distorted form. With regard to additions to the teachings directly recognizable from the drawing reference is made to the relevant prior art. It should be noted that various modifications and changes may be made in the form and detail of an embodiment without departing from the general idea of the invention. The disclosed in the description, in the drawing and in the claims features of the invention may be essential both individually and in any combination for the development of the invention. In addition, all combinations of at least two of the features disclosed in the description, the drawings and / or the claims fall within the scope of the invention. The general idea of the invention is not limited to the exact form or detail of the preferred embodiment shown and described below or limited to an article which would be limited in comparison to the subject matter claimed in the claims. For the given design ranges, values within the stated limits should also be disclosed as limit values and be arbitrarily usable and claimable. For simplicity, the same reference numerals are used below for identical or similar parts or parts with identical or similar function.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of the preferred embodiments and from the drawing; this shows in:

1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Motor und einer Turbomaschine gemäß einer bevorzugten Ausführungsform; 1 a schematic representation of an internal combustion engine with an engine and a turbomachine according to a preferred embodiment;

2 ein Detail einer Turbomaschine gemäß dem Stand der Technik, bei der ein Radrückenraum in einer Turbinenkammer eine in axialer Richtung im Wesentlichen gleichbleibende vorherrschende lichte Weite eines Ringspalts – und somit mit entsprechend hohem radialen Druckgradienten (p2‘-p1‘) – hat; 2 a detail of a turbomachine according to the prior art, in which a Radrückenraum in a turbine chamber has a substantially constant in the axial direction prevailing clear width of an annular gap - and thus with a correspondingly high radial pressure gradient (p2'-p1 ') -;

3A eine erste besonders bevorzugte Ausführungsform einer Turbomaschine, bei welcher – beispielhaft bei der Turbine – die in axialer Richtung vorherrschende lichte Weite eines Ringspalts des Radrückenraumes entlang der radialen Richtung (r) wiederholt aufgeweitet ist, wobei ein entsprechendes Strömungswiderstandselement an der Innenseite einer Turbinengehäusewand angeordnet ist; 3A a first particularly preferred embodiment of a turbomachine, in which - for example in the turbine - the prevailing axial width of an annular gap of the Radrückenraumes is repeatedly widened along the radial direction (r), wherein a corresponding flow resistance element is arranged on the inside of a turbine housing wall;

3B eine besonders bevorzugte zweite Ausführungsform, wobei im Unterschied zu 3A ein entsprechendes Strömungswiderstandselement am Rücken des Turbinenrades anstatt an der Innenseite einer Turbinengehäusewand angeordnet ist; 3B a particularly preferred second embodiment, in contrast to 3A a corresponding flow resistance element is arranged on the back of the turbine wheel instead of on the inside of a turbine housing wall;

4A, 4B eine schematische Darstellung eines Geschwindigkeitsverlaufs (A) und Druckverlaufs (B) entlang des Radius eines Starrkörperwirbels in einem Radrückenraum bei einer Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik; 4A . 4B a schematic representation of a velocity profile (A) and pressure curve (B) along the radius of a rigid body vortex in a Radrückenraum in an embodiment of the invention compared to the prior art;

5 eine schematische Darstellung der Dichtigkeitsproblematik im Stand der Technik aufgrund der in 4A, 4B gestrichelt dargestellten Geschwindigkeits- und Druckverläufe; 5 a schematic representation of the problem of leakage in the prior art due to in 4A . 4B dashed lines shown speed and pressure curves;

6A, 6B eine schematische Prinzipskizze entsprechend der speziellen Ausführungsform der 3A, 3B welche den in 4A und 4B dargestellten durchgezogenen Geschwindigkeits- und Druckverläufen zugeordnet sind; 6A . 6B a schematic schematic diagram according to the specific embodiment of 3A . 3B which the in 4A and 4B associated with continuous speed and pressure curves are assigned;

7A, 7B Details der 3A und 3B in Bezug auf eine Trennwand der Turbomaschine. 7A . 7B Details of 3A and 3B with respect to a partition wall of the turbomachine.

1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1000 mit einem Motor 200, in dessen Ladeluft- und Abgasperipherie 300 eine Turbomaschine 100 eingebunden ist. Die Turbomaschine 100 weist einen Verdichter 110 und eine Turbine 120 auf, wobei eine Turboladerwelle 140 mittels einem Lager 130 drehbar gelagert ist und ein Verdichterrad 141 des Verdichters 110 und ein Turbinenrad 142 der Turbine 120 an der Turboladerwelle 140 angebracht ist. Der Verdichter 110 ist an eine Ladeluftführung 111 für Ladeluft LL angeschlossen, wobei dem Verdichter Luft L aus der Umgebung zugeführt wird, die über einen Luftfilter 112 vom Verdichter 110 angesaugt wird. Das vom Motor abgegebene Abgas AG in einer Abgasführung 121 wird der Turbine 120 zugeführt, die an die Abgasführung 121 angeschlossen ist. Das Abgas AG wird anschließend an eine Abgasnachbehandlung und/oder eine Abgasrückführung 122 weitergegeben. Das über das Abgas AG angetriebene Turbinenrad 142 der Turbine 120 treibt wiederum über die Turboladerwelle 140 das Verdichterrad 141 des Verdichters 110 zur Verdichtung der Luft L zu Ladeluft LL an. 1 shows an internal combustion engine 1000 with a motor 200 , in its charge air and exhaust peripherals 300 a turbomachine 100 is involved. The turbo machine 100 has a compressor 110 and a turbine 120 on, with a turbocharger shaft 140 by means of a warehouse 130 is rotatably mounted and a compressor wheel 141 of the compressor 110 and a turbine wheel 142 the turbine 120 at the turbocharger shaft 140 is appropriate. The compressor 110 is to a charge air duct 111 connected to charge air LL, wherein the compressor air L is supplied from the environment via an air filter 112 from the compressor 110 is sucked. The output from the engine exhaust AG in an exhaust system 121 becomes the turbine 120 fed to the exhaust system 121 connected. The exhaust gas AG is then connected to an exhaust gas aftertreatment and / or an exhaust gas recirculation 122 passed. The driven via the exhaust AG turbine wheel 142 the turbine 120 in turn drives over the turbocharger shaft 140 the compressor wheel 141 of the compressor 110 to compress the air L to charge air LL.

2 zeigt zum Stand der Technik ein Detail einer Turbine T120 mit einer schematisch dargestellten Turboladerwelle T140 und, auf dieser, ein drehbar angebrachtes Turbinenrad TR in einer Turbinenkammer TK zur Verdichtung von Abgas AG. Zwischen dem Rücken TRR des Turbinenrades TR und einer Innenseite TGI einer Turbinengehäusewand TG ist ein Radrückenraum RR gebildet, mit einem Druckgradienten p2‘-p1‘ in radialer Richtung. An einem Innenradius r1 eines wellennahen Bereichs der Turboladerwelle T140 herrscht ein absoluter Druck p1‘ und eine Strömungsgeschwindigkeit c1‘ einer Gasströmung eines Starrkörperwirbels, wobei der absolute Druck p1‘ deutlich geringer ist als ein absoluter Druck p2‘ in einem Außenradius r2 eines wellenfernen Bereichs der Turboladerwelle T140; d. h. der dort herrschende Druck p2‘ des Starrkörperwirbels liegt ebenso wie dessen Geschwindigkeit c2‘ deutlich über dem Druck p1‘ beziehungsweise Geschwindigkeit c1‘. 2 In the prior art shows a detail of a turbine T120 with a schematically illustrated turbocharger shaft T140 and, on this, a rotatably mounted turbine wheel TR in a turbine chamber TK for compression of exhaust gas AG. Between the back TRR of the turbine wheel TR and an inside TGI of a turbine housing wall TG is formed a Radrückenraum RR, with a pressure gradient p2'-p1 'in the radial direction. At an inner radius r1 of a shaft-near portion of the turbocharger shaft T140, there is an absolute pressure p1 'and a flow velocity c1' of a gaseous flow of a rigid body vortex, the absolute pressure p1 'being significantly less than an absolute pressure p2' in an outer radius r2 of a shaft-distal portion of the turbocharger shaft T140; ie the prevailing pressure p2 'of the rigid body vortex there, as well as its speed c2', is significantly above the pressure p1 'or speed c1'.

Aufgrund dieser Druckverhältnisse, insbesondere im Bereich des Innenradius r1, ergeben sich zwei wesentliche Probleme, die von der Erfindung erkannt wurden. Zum Einen wird Schmierfluid „Öl“ in axialer Richtung z in den Radrückenraum RR gezogen und kann dort aufgrund der herrschenden Temperaturverhältnisse in dem Radrückenraum RR zu einer Verkokungsgefahr führen. Der Ringspalt RS des Radrückraumes RR ist vergleichsweise eng und mit geringem Strömungswiderstand gestaltet. Due to these pressure conditions, in particular in the region of the inner radius r1, there are two main problems which have been recognized by the invention. On the one hand, lubricating fluid "oil" is drawn into the wheel back space RR in the axial direction z and can there lead to a risk of coking due to the prevailing temperature conditions in the wheel back space RR. The annular gap RS of the Radrückraumes RR is relatively narrow and designed with low flow resistance.

Zum Anderen bringen gegebenenfalls unterschiedliche Druck- und Geschwindigkeitsverhältnisse p1‘, c1‘ der Gasströmung bei der Turbine T120 – im Unterschied zum auf gleicher Turboladerwelle T140 angebrachten Verdichter V110 – unterschiedliche Axialschübe in ein Lager La ein, das vorliegend lediglich symbolisch zwischen Turbine T120 und Verdichter V110 gezeigt ist. Dies kann dazu führen, dass bei Lagern La des Standes der Technik Axiallagerschäden an einer entsprechenden Gegenschubfläche auftreten.On the other hand, possibly different pressure and velocity ratios p1 ', c1' of the gas flow in the turbine T120-unlike the compressor V110 mounted on the same turbocharger shaft T140-introduce different axial thrusts into a bearing La, in the present case only symbolically between the turbine T120 and the compressor V110 is shown. This can lead to axial bearing damage occurring in bearings La of the prior art at a corresponding counter thrust surface.

3A und 3B zeigen zwei unterschiedliche Varianten einer besonders bevorzugten Ausführungsform einer Turbomaschine. Das Konzept der Erfindung wird anhand von 3A und 3B beispielhaft für eine Turbine 120 erläutert, wobei hier für identische oder ähnliche Merkmale oder Merkmale identischer oder ähnlicher Funktion der Einfachheit halber gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Die Systematik der anhand der Turbine 120 erläuterten Erfindung lässt sich gleichermaßen – zusätzlich oder alternativ – auf einen Verdichter 110 anwenden auch wenn dieser im Nachgang zu 1 im Folgenden nicht dargestellt ist. 3A and 3B show two different variants of a particularly preferred embodiment of a turbomachine. The concept of the invention is based on 3A and 3B exemplary for a turbine 120 for the sake of simplicity, identical reference numerals are used here for identical or similar features or features of identical or similar function. The system of the turbine 120 explained invention can be equally - additionally or alternatively - on a compressor 110 apply even if this in the aftermath too 1 not shown below.

Im Einzelnen zeigt 3A und 3B eine Turbine 120 in zwei unterschiedlichen Varianten einer Turbomaschine 1000 wie sie in 1 dargestellt ist im Detail. Beide Turbinen 120 haben ein Turbinenrad 20, das in einer Turbinenkammer 10 eines Turbinengehäuses 30 drehbar angeordnet ist. Das Turbinenrad 20 wird vorliegend durch Abgas AG angetrieben, das radial entlang eines Radius r in einen Diffusor 11 der Turbinenkammer eintritt und über einen Auslass 12 axial austritt, d.h. in Axialrichtung z, die hier entlang der Achse A bezeichnet ist. In 3A als auch in 3B ist erkennbar, dass ein Rücken 21.A bzw. 21.B des Turbinenrades 20 einer Innenseite 31.A bzw. 31.B der Turbinengehäusewand 31 zugewandt ist. Zwischen der Innenseite 31.A und dem Rücken 21.A der Turbine 120 der 3B bzw. zwischen der Innenseite 31.B und dem Rücken 21.B der Turbine 120 der 3B ist ein Radrückenraum 13 in der Turbinenkammer 10 mit einem Ringspalt RS gebildet. In detail shows 3A and 3B a turbine 120 in two different variants of a turbomachine 1000 as they are in 1 is shown in detail. Both turbines 120 have a turbine wheel 20 that in a turbine chamber 10 a turbine housing 30 is rotatably arranged. The turbine wheel 20 In this case, it is driven by exhaust gas AG, which extends radially along a radius r into a diffuser 11 the turbine chamber enters and via an outlet 12 axially exits, ie in the axial direction z, which is designated here along the axis A. In 3A as well as in 3B is recognizable that a back 21.A respectively. 21.B of the turbine wheel 20 an inside 31.A respectively. 31.B the turbine housing wall 31 is facing. Between the inside 31.A and the back 21.A the turbine 120 of the 3B or between the inside 31.B and the back 21.B the turbine 120 of the 3B is a bike back room 13 in the turbine chamber 10 formed with an annular gap RS.

Gemäß dem Konzept der Erfindung ist bei beiden Ausführungsformen der Turbine 120 der 3A und 3B eine in axialer Richtung z vorherrschende lichte Weite W eines scheibenartigen Ringspalts RS des Radrückenraums 13 in einem sich in radialer Richtung r erstreckenden Abschnitt 13r wiederholt aufgeweitet; man könnte auch sagen, dass sich die tatsächliche Breite des Radrückenraums 13 in dem radialen Abschnitt 13r abwechselnd erhöht und verringert, d.h. der verengt sich beziehungsweise weitet sich abwechselnd auf entlang der radialen Richtung r. Vorliegend ist eine lichte Weite W mit einem Strömungswiderstandselement 1A, 1B von Stegen 13S (also ringförmigen Rippen) gebildet, das hier als Kontur KA, KB abwechselnd mit den dazwischen liegenden Nuten 13N (also ringförmigen Nuten) erkennbar ist – siehe 7A, 7B im Detail. Dabei ist die Kontur KA vorliegend in der Ausführungsform der 3A auf der Innenseite 31.1A der Turbinengehäusewand 31 angebracht und die Kontur KB auf dem Rücken 21.B des Turbinenrades 20. According to the concept of the invention, the turbine is in both embodiments 120 of the 3A and 3B a prevailing in the axial direction z clear width W of a disc-like annular gap RS of Radrückenraums 13 in a section extending in the radial direction r 13r repeatedly widened; You could also say that the actual width of Radrückenraums 13 in the radial section 13r alternately increases and decreases, ie, narrows or widens alternately along the radial direction r. In the present case is a clear width W with a flow resistance element 1A . 1B from Stegen 13S (ie annular ribs) formed here as a contour KA, KB alternately with the intermediate grooves 13N (ie annular grooves) can be seen - see 7A . 7B in detail. In this case, the contour KA is present in the embodiment of 3A on the inside 31.1A the turbine housing wall 31 attached and the contour KB on the back 21.B of the turbine wheel 20 ,

Das Strömungswiderstandselement 1A, 1B ist derart ausgebildet, dass sich eine Strömungsgeschwindigkeit c in radialer Richtung und/oder umlaufender Richtung des Radrückenraumes sublinear erhöht, wie es in 4A als durchgezogene Linie im Vergleich zur gestrichelten Linie des Standes der Technik gezeigt ist. Das Strömungswiderstandselement 1A, 1B ist weiter derart ausgebildet, dass in dem Radrückenraum 13 ein Betrag eines Druckgefälles p1-p2 von einem Innenradius r1 eines wellennahen Bereichs der Turboladerwelle zu einem Außenradius r2 eines wellenfernen Bereichs der Turboladerwelle geringer ist als bei einer linearen Erhöhung einer Strömungsgeschwindigkeit c in radialer Richtung r und/oder umlaufender Richtung des Radrückenraumes 13 wie es 4 dargestellt ist.The flow resistance element 1A . 1B is formed such that a flow velocity c in the radial direction and / or circumferential direction of Radrückenraumes increased sublinear, as it is in 4A is shown as a solid line compared to the dashed line of the prior art. The flow resistance element 1A . 1B is further formed such that in the Radrückenraum 13 an amount of a pressure gradient p1-p2 from an inner radius r1 of a shaft-proximal region of the turbocharger shaft to an outer radius r2 of a shaft-remote region of the turbocharger shaft is smaller than a linear increase in a flow velocity c in the radial direction r and / or circumferential direction of the Radrückenraumes 13 like it 4 is shown.

4A und 4B verdeutlichen also, dass, – wie sich durch Vergleich der 5 einerseits mit der 6A (entsprechend 3A) und 6B (entsprechend 3B) andererseits sofort ergibt – ein absoluter Druck p1 in dem Radrückenraum 13 in dem radialen Abschnitt 13r an einem Innenradius r1 eines wellennahen Bereichs der Turboladerwelle einen höheren Betrag hat gegenüber einem absoluten Druck p1‘ in einem Radrückenraum an einem Innenradius eines wellennahen Bereichs der Turboladerwelle ohne Strömungswiderstandselement. Dies hat zur Folge, dass die Dichtigkeit einer Dichtung TD der 5 in Bezug auf ein Schmierfluid „Öl“ (gegenüber dem Stand der Technik) erheblich verbessert ist. 4A and 4B make it clear that, as by comparing the 5 on the one hand with the 6A (corresponding 3A ) and 6B (corresponding 3B on the other hand immediately gives an absolute pressure p1 in the Radrückenraum 13 in the radial section 13r at an inner radius r1 of a shaft-near portion of the turbocharger shaft has a higher magnitude than an absolute pressure p1 'in a wheel back space at an inner radius of a shaft near portion of the turbocharger shaft without flow resistance element. This has the consequence that the tightness of a gasket TD of 5 with respect to a lubricating fluid "oil" (over the prior art) is significantly improved.

Mit anderen Worten ist durch die Anhebung des absoluten Drucks p1 gemäß den Ausführungsformen der 3A, 3B (beziehungsweise 6A, 6B) gegenüber einem Druck im Stand der Technik p1‘ der absolute Druck im wellennahen Bereich der Turboladerwelle erhöht – damit sind die auf das Schmierfluid wirkenden Saugkräfte in dem Radrückenraum 13 im radialen Abschnitt 13r, aber insbesondere im wellennahen Bereich des ersten Radius r1, verringert als auch die Axialschübe verringert in synergetischer Weise. In other words, by increasing the absolute pressure p1 according to the embodiments of FIGS 3A . 3B (or 6A . 6B ) relative to a pressure in the prior art p1 'increases the absolute pressure near the shaft near the turbocharger shaft - so are the forces acting on the lubricating fluid suction forces in the Radrückenraum 13 in the radial section 13r , but in particular in the near-well region of the first radius r1, as well as the axial thrust decreases synergistically.

Die entsprechenden grundsätzlichen Formeln ergeben sich durch Betrachtung eines Starrkörperwirbels im Radrückenraum 13 aus den Ausführungen von Zierep „Grundzüge der Strömungslehre“ (5. Auflage, Springer Lehrbuch) zur Stromfadentheorie der Hydro- und Aerodynamik auf Seiten 45 bis 59 der Kapitel 4.1.3 ff. . Die dazugehörige Differenzialgleichung (dort 4.16) und deren Lösung (beispielhaft für eine als konstant angenommene Dichte ρ des Gases; dort 4.27) ist im Folgenden als Gleichung aufgeführt.

Figure DE102015219773A1_0002
The corresponding basic formulas are given by considering a rigid body vortex in Radrückenraum 13 from the remarks of Zierep "Fundamentals of Fluid Mechanics" (5th edition, Springer textbook) on the current thread theory of hydro- and aerodynamics on pages 45 to 59 of Chapter 4.1.3 ff. , The corresponding differential equation (4.16) and its solution (exemplarily for a density ρ of the gas assumed to be constant, 4.27 there) are listed below as an equation.
Figure DE102015219773A1_0002

7A und 7B zeigen ein Detail der bereits in 3A und 3B dargestellten Turbomaschine 100 betreffend die Gestaltung des Radrückenraumes 13 mit einer abschnittsweisen Verengung und/oder Aufweitung durch die Kontur KA, KB, d.h. hier einer wiederholten Aufweitung der Weite W des Ringspaltes RS entlang der radialen Richtung r wie anhand von 3A und 3B beschrieben. 7A and 7B show a detail of already in 3A and 3B illustrated turbomachine 100 concerning the design of the Radrückenraumes 13 with a sectional narrowing and / or widening by the contour KA, KB, ie in this case a repeated widening of the width W of the annular gap RS along the radial direction r, as with reference to FIG 3A and 3B described.

Im Einzelnen ist dort ersichtlich, dass die Turbinenkammer 10 und ein nicht näher bezeichneter Lagerhohlraum des Lagers 130 mit dem Lagergehäuse 50 durch eine radial zur Turboladerwelle 140 (entlang der Achse A) verlaufende hohle Trennwand 40 getrennt sind. Die Trennwand 40 umfasst jeweils ein zwischen der Turbinengehäusewand 31 und der Lagergehäusewand 51 verlaufenden Ringkanal 41 und ist im Ganzen als ein Hitzeschild ausgebildet. Der Hitzeschild ist insbesondere in der der Turbinenkammer 10 zugewandten Wand der Trennwand 40, umfassend die Innenseite 31.A, 31.B der Turbinengehäusewand 31, als Strahlscheibe ausgebildet. Bei der Ausführungsform der 7A ist diese Strahlscheibe mit der vorerwähnten Kontur KA zur Darstellung eines Strömungswiderstandselements 1A versehen. Bei der Ausführungsform der 7B ist die Strahlscheibe an ihrer Innenseite zur Turbinenkammer 10 flach gestaltet; stattdessen trägt der Rücken 21.B des Turbinenrades 20 die vorgenannte Kontur KB zur Bildung eines Strömungswiderstandselements 1B.Specifically, there is seen that the turbine chamber 10 and an unspecified bearing cavity of the bearing 130 with the bearing housing 50 through a radial to the turbocharger shaft 140 (along the axis A) extending hollow partition 40 are separated. The partition 40 each includes one between the turbine housing wall 31 and the bearing housing wall 51 extending annular channel 41 and as a whole is designed as a heat shield. The heat shield is especially in the turbine chamber 10 facing wall of the partition 40 comprising the inside 31.A . 31.B the turbine housing wall 31 , designed as a jet disk. In the embodiment of the 7A is this jet disc with the aforementioned contour KA to represent a flow resistance element 1A Mistake. In the embodiment of the 7B is the jet disk on its inside to the turbine chamber 10 flat design; instead wears the back 21.B of the turbine wheel 20 the aforementioned contour KB for forming a flow resistance element 1B ,

Die Kontur KA, KB ist vorliegend als abwechselnde, in radialer Richtung angeordnete Abfolge von Nuten 13N und Stegen 13S gebildet. Die Nuten 13N weisen einen im Wesentlichen halbkreisförmigen nicht näher bezeichneten Grund auf. Die Stege 13S sind an ihrer Oberseite im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet. Aufgrund der abwechselnden Tiefe der Oberfläche auf der Innenseite 31.A bzw. auf dem Rücken 21.B in radialer Richtung r wird ein Strömungswiderstand derart erzeugt, dass in radialer Richtung r und/oder umlaufender Richtung die Strömungsgeschwindigkeit c des Starrkörperwirbels an der Rückseite des Turbinenrades 20 im Radrückenraum 13 herabgesetzt ist und ein Druckgradient p2-p1 in radialer Richtung r – wie oben erläutert – ebenfalls vermindert ist. Insgesamt führt dies dazu, dass unterhalb der Trennwand 40 ein Sog auf ein im Lagerhohlraum befindliches Öl durch die Dichtung TD nicht mehr besteht beziehungsweise nur noch in vermindertem Maße besteht. Außerdem werden Axialschübe auf das Lager 130 verringert. The contour KA, KB is present as an alternating, arranged in the radial direction sequence of grooves 13N and jetties 13S educated. The grooves 13N have a substantially semi-circular unspecified reason. The bridges 13S are formed on their upper side substantially rectangular. Due to the alternating depth of the surface on the inside 31.A or on the back 21.B in the radial direction r, a flow resistance is generated such that in the radial direction r and / or circumferential direction the flow velocity c of the rigid body vortex at the rear of the turbine wheel 20 in the Radrückenraum 13 is reduced and a pressure gradient p2-p1 in the radial direction r - as explained above - is also reduced. Overall, this leads to being below the dividing wall 40 there is no longer a pull on an oil in the bearing cavity through the seal TD or only in reduced degree. In addition, axial thrusts on the bearing 130 reduced.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1A, 1B1A, 1B
Strömungswiderstandselement Flow resistance element
TK, 10TK, 10
Turbinenkammer turbine chamber
1111
Diffusor diffuser
1212
Auslass outlet
1313
Radrückenraum Radrückenraum
13r13r
radialer Abschnitt radial section
13S13S
Steg web
13N13N
Nut groove
2020
Turbinenrad turbine
21.A, 21.B21.A, 21.B
Rücken des Turbinenrades der Turbine  Back of the turbine wheel of the turbine
3030
Turbinengehäuse turbine housing
31 31
TurbinengehäusewandTurbine housing wall
31.A, 31.B31.A, 31.B
Innenseite der Turbinengehäusewand Inside the turbine housing wall
4040
Trennwand partition wall
50 50
Lagergehäusebearing housing
5151
Lagergehäusewand Bearing housing wall
10001000
Brennkraftmaschine Internal combustion engine
100100
Turbomaschine turbomachinery
V110, 110V110, 110
Verdichter compressor
111111
Ladeluftführung Charge air ducting
112112
Luftfilter air filter
T120, 120T120, 120
Turbine turbine
121121
Abgasführung exhaust system
122122
Abgasrückführung Exhaust gas recirculation
130130
Lager camp
T140, 140T140, 140
Turboladerwelle turbocharger shaft
141141
Verdichterrad compressor
142142
Turbinenrad turbine
200200
Motor engine
300300
Abgasperipherie exhaust peripherals
AGAG
Abgas exhaust
LL
Luft air
LLLL
Ladeluft charge air
LaLa
Lager camp
TR, 20TR, 20
Turbinenrad turbine
TRRTRR
Rücken des Turbinenrades Back of the turbine wheel
TGTG
Turbinengehäusewand Turbine housing wall
TGITGI
Innenseite der Turbinengehäusewand Inside the turbine housing wall
TDTD
Dichtung poetry
RRRR
Radrückenraum Radrückenraum
RSRS
Ringspalt annular gap
TGI TGI
TurbinengehäuseinnenwandTurbine casing inner wall
p1, p2, p1‘, p2‘p1, p2, p1 ', p2'
Druck print
c1, c2, c1‘, c2‘c1, c2, c1 ', c2'
Strömungsgeschwindigkeit flow rate
r1r1
Innenradius inner radius
r2r2
Außenradius outer radius
WW
lichte Weite clear width
zz
axiale Richtung axial direction
rr
radiale Richtung  radial direction
KA, KBKA, KB
Kontur contour

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 112008002729 T5 [0005] DE 112008002729 T5 [0005]
  • US 7086842 B2 [0005] US7086842 B2 [0005]
  • US 2010/0175377 A1 [0007] US 2010/0175377 A1 [0007]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Zierep „Grundzüge der Strömungslehre“, 5. Auflage, Springer-Lehrbuch auf Seiten 45 bis 56 [0023] Zierep "Fundamentals of Fluid Mechanics", 5th edition, Springer textbook on pages 45 to 56 [0023]
  • Zierep „Grundzüge der Strömungslehre“ (5. Auflage, Springer Lehrbuch) zur Stromfadentheorie der Hydro- und Aerodynamik auf Seiten 45 bis 59 der Kapitel 4.1.3 ff. [0049] Zierep "Fundamentals of Fluid Mechanics" (5th edition, Springer textbook) on the current thread theory of hydro- and aerodynamics on pages 45 to 59 of chapter 4.1.3 ff. [0049]

Claims (14)

Turbomaschine (100) mit einem Verdichter (110) und einer Turbine (120), wobei – ein Turbinenrad (20) der Turbine (120) und ein Verdichterrad des Verdichters (110) an einer Turboladerwelle (140) angebracht sind, wobei – die Turboladerwelle (140) mittels einem Lager (130) drehbar gelagert ist, insbesondere wobei das Lager (130) eine die Turboladerwelle drehbar lagernde Lageranordnung in einem Lagergehäuse aufweist, und – das Turbinenrad (142, 20) in einer Turbinenkammer (10) eines Turbinengehäuses (30) der Turbine (120) drehbar angeordnet ist, wobei ein lagerseitiger Rücken (21.A, 21.B) des Turbinenrades (20) einer Innenseite (31.A, 31.B) einer Turbinengehäusewand (31) über einen Radrückenraum (13) in der Turbinenkammer (10) zugewandt ist, wobei in dem Radrückenraum ein Gas, insbesondere Abgas, umlaufend um eine axiale Richtung (z) strömen kann, und/oder – das Verdichterrad (141) in einer Verdichterkammer eines Verdichtergehäuses des Verdichters (110) drehbar angeordnet ist, wobei ein lagerseitiger Rücken des Verdichterrades einer Innenseite einer Verdichtergehäusewand über einen Radrückenraum in der Verdichterkammer zugewandt ist, wobei in dem Radrückenraum ein Gas, insbesondere eine Ladeluft, umlaufend um eine axiale Richtung (z) strömen kann, dadurch gekennzeichnet, dass eine lichte Weite (W) eines Ringspalts (RS) des Radrückenraumes (13) in axialer Richtung (z), die in einem sich in radialer Richtung (r) erstreckenden Abschnitt (13r) des Radrückenraumes (13) vorherrscht, mittels wenigstens einem in dem Abschnitt (13r) angeordneten Strömungswiderstandselement (1A, 1B) zur Erhöhung eines Strömungswiderstands der Gasströmung des umlaufenden Gases entlang der radialen Richtung (r) verändert ist.Turbomachine ( 100 ) with a compressor ( 110 ) and a turbine ( 120 ), wherein - a turbine wheel ( 20 ) of the turbine ( 120 ) and a compressor wheel of the compressor ( 110 ) on a turbocharger shaft ( 140 ), wherein - the turbocharger shaft ( 140 ) by means of a bearing ( 130 ) is rotatably mounted, in particular wherein the bearing ( 130 ) has a bearing assembly rotatably supporting the turbocharger shaft in a bearing housing, and - the turbine wheel ( 142 . 20 ) in a turbine chamber ( 10 ) of a turbine housing ( 30 ) of the turbine ( 120 ) is rotatably arranged, wherein a bearing-side back ( 21.A . 21.B ) of the turbine wheel ( 20 ) an inside ( 31.A . 31.B ) a turbine housing wall ( 31 ) over a Radrückenraum ( 13 ) in the turbine chamber ( 10 ), wherein in the Radrückenraum a gas, in particular exhaust gas, circumferentially around an axial direction (z) can flow, and / or - the compressor wheel ( 141 ) in a compression chamber of a compressor housing of the compressor ( 110 ), wherein a bearing-side back of the compressor wheel faces an inside of a compressor housing wall over a Radrückenraum in the compressor chamber, wherein in the Radrückenraum a gas, in particular a charge air, circumferentially around an axial direction (z) can flow, characterized in that a clear width (W) of an annular gap (RS) of Radrückenraumes ( 13 ) in the axial direction (z), which in a radially extending (r) extending portion ( 13r ) of Radrückenraumes ( 13 ) prevails, by means of at least one in the section ( 13r ) arranged flow resistance element ( 1A . 1B ) is changed to increase a flow resistance of the gas flow of the circulating gas along the radial direction (r). Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die lichte Weite (W) des Ringspalts des Turbinen-Radrückenraumes (13) in der Turbinenkammer (10) und/oder die lichte Weite des Ringspalts des Verdichter-Radrückenraumes in der Verdichterkammer, – jeweils mittels dem wenigstens einen Strömungswiderstandselement (1A, 1B) entlang der radialen Richtung (r) verengt oder aufgeweitet oder abwechselnd verengt und aufgeweitet ist in dem sich in radialer Richtung erstreckenden Abschnitt (13r). Turbomachine according to claim 1, characterized in that - the clear width (W) of the annular gap of the turbine Radrückenraumes ( 13 ) in the turbine chamber ( 10 ) and / or the clear width of the annular gap of the compressor Radrückenraumes in the compression chamber, - each by means of at least one flow resistance element ( 1A . 1B ) is narrowed or widened or alternatively narrowed and widened along the radial direction (r) in the radially extending section (FIG. 13r ). Turbomaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand der Gasströmung des umlaufenden Gases entlang der radialen Richtung (r) mittels dem Strömungswiderstandselement (1A, 1B) gebildet ist, das sich in den Radrückenraum (13) in axialer Richtung (z) hinein erstreckt zur abschnittsweisen Veränderung, insbesondere Verengung und/oder Aufweitung, des Ringspaltes (RS).Turbomachine according to claim 1 or 2, characterized in that the flow resistance of the gas flow of the circulating gas along the radial direction (r) by means of the flow resistance element ( 1A . 1B ) formed in the Radrückenraum ( 13 ) in the axial direction (z) extends into the section-wise change, in particular constriction and / or expansion, of the annular gap (RS). Turbomaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand der Gasströmung des umlaufenden Gases entlang der radialen Richtung (r) mittels einem Strömungswiderstandselement (1B) in Form einer Kontur (KB) gebildet ist, die auf dem Rücken (21.B) des Turbinenrades (142, 20) und/oder Verdichterrades (141) angebracht ist, insbesondere aufgebracht oder eingebracht ist.Turbomachine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the flow resistance of the gas flow of the circulating gas along the radial direction (r) by means of a flow resistance element ( 1B ) is formed in the shape of a contour (KB) on the back ( 21.B ) of the turbine wheel ( 142 . 20 ) and / or compressor wheel ( 141 ) is mounted, in particular applied or introduced. Turbomaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand der Gasströmung des umlaufenden Gases entlang der radialen Richtung (r) mittels einem Strömungswiderstandselement (1A) in Form einer Kontur (KA,) gebildet ist, die auf der Innenseite (31.A) einer Turbinengehäusewand (31) und/oder Verdichtergehäusewand angebracht ist, insbesondere aufgebracht oder eingebracht ist.Turbomachine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the flow resistance of the gas flow of the circulating gas along the radial direction (r) by means of a flow resistance element ( 1A ) is formed in the form of a contour (KA,) on the inside ( 31.A ) a turbine housing wall ( 31 ) and / or compressor housing wall is mounted, in particular applied or introduced. Turbomaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strömungsgeschwindigkeit (c) der Gasströmung des umlaufenden Gases entlang der radialen Richtung (r) und/oder umlaufenden Richtung des Radrückenraumes, insbesondere der Ladeluft und/oder des Abgases, gegeben ist und das Strömungswiderstandselement (1A, 1B) derart ausgebildet ist, dass sich die Strömungsgeschwindigkeit (c) in der radialen Richtung (r) und/oder umlaufenden Richtung des Radrückenraumes (13) sublinear erhöht (4(A)).Turbomachine according to one of claims 1 to 5, characterized in that a flow velocity (c) of the gas flow of the circulating gas along the radial direction (r) and / or circumferential direction of Radrückenraumes, in particular the charge air and / or the exhaust gas is given, and the flow resistance element ( 1A . 1B ) is formed such that the flow velocity (c) in the radial direction (r) and / or circumferential direction of the Radrückenraumes ( 13 ) increased sublinearly ( 4 (A) ). Turbomaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Radrückenraum (13) ein Betrag eines Druckgefälles (p1-p2) von einem Innenradius (r1) eines wellennahen Bereichs der Turboladerwelle zu einem Außenradius (r2) eines wellenfernen Bereichs der Turboladerwelle gegeben ist, und das Strömungswiderstandselement (1A, 1B) derart ausgebildet ist, dass der Betrag des Druckgefälles (p1-p2) geringer ist als bei einer linearen Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit (c) in der radialen Richtung (r) und/oder umlaufenden Richtung des Radrückenraumes (13) (4(B)). Turbomachine according to claim 6, characterized in that in the Radrückenraum ( 13 ) an amount of a pressure gradient (p1-p2) is given from an inner radius (r1) of a shaft-near region of the turbocharger shaft to an outer radius (r2) of a shaft-remote region of the turbocharger shaft, and the flow resistance element ( 1A . 1B ) is formed such that the magnitude of the pressure gradient (p1-p2) is lower than in the case of a linear increase in the flow velocity (c) in the radial direction (r) and / or circumferential direction of the Radrückenraumes ( 13 ) ( 4 (B) ). Turbomaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungswiderstandselement (1A, 1B) derart ausgebildet ist, dass ein absoluter Druck (p1) in dem Radrückenraum (13) an einem Innenradius (r1) eines wellennahen Bereichs der Turboladerwelle einen höheren Betrag hat gegenüber einem absoluten Druck (p1‘) in einem Radrückenraum (13) an einem Innenradius (r1) eines wellennahen Bereichs der Turboladerwelle ohne Strömungswiderstandselement. Turbomachine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the flow resistance element ( 1A . 1B ) is formed such that an absolute pressure (p1) in the Radrückenraum ( 13 ) at an inner radius (r1) of a shaft-near region of the turbocharger shaft has a higher magnitude than an absolute pressure (p1 ') in a Radrückenraum ( 13 ) at an inner radius (r1) of a shaft near region of the turbocharger shaft without flow resistance element. Turbomaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenkammer (10) und ein Lagerhohlraum des Lagergehäuses (30) und/oder die Verdichterkammer und ein Lagerhohlraum des Lagergehäuses (30) durch jeweils eine radial zur Turboladerwelle (140) verlaufende Trennwand (40) getrennt sind, welche eine Turbinengehäusewand und eine Lagergehäusewand und/oder eine Verdichtergehäusewand und eine Lagergehäusewand umfasst, wobei die Trennwand (40) gegen die Turboladerwelle abgedichtet ist, insbesondere durch eine Dichtnabe, Wellendichtung oder dergleichen. Turbomachine according to one of claims 1 to 8, characterized in that the turbine chamber ( 10 ) and a bearing cavity of the bearing housing ( 30 ) and / or the compression chamber and a bearing cavity of the bearing housing ( 30 ) by a respective radial to the turbocharger shaft ( 140 ) extending partition ( 40 ), which comprises a turbine housing wall and a bearing housing wall and / or a compressor housing wall and a bearing housing wall, wherein the partition wall ( 40 ) is sealed against the turbocharger shaft, in particular by a sealing hub, shaft seal or the like. Turbomaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (40) hohl ist, wobei die Trennwand (40) jeweils einen zwischen Turbinengehäusewand (31) und Lagergehäusewand (51) und/oder einen zwischen Verdichtergehäusewand und Lagergehäusewand verlaufenden Ringkanal (41) umfasst. Turbomachine according to claim 9, characterized in that the partition ( 40 ) is hollow, wherein the partition ( 40 ) one each between turbine housing wall ( 31 ) and bearing housing wall ( 51 ) and / or a running between compressor housing wall and bearing housing wall annular channel ( 41 ). Turbomaschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass – die Trennwand (40) und/oder ein radial zur Turboladerwelle verlaufender Radialteil der Turbinengehäusewand (31) und/oder der Verdichtergehäusewand ganz oder teilweise als ein Hitzeschild ausgebildet ist, wobei – eine Innenseite (31.A) des Hitzeschildes das wenigstens eine Strömungswiderstandselement (1A, 1B) trägt, insbesondere das Strömungswiderstandselement (1A, 1B) in Form einer Kontur (KA, KB) gebildet ist. Turbo machine according to claim 9 or 10, characterized in that - the partition ( 40 ) and / or a radially extending to the turbocharger shaft radial part of the turbine housing wall ( 31 ) and / or the compressor housing wall is wholly or partially formed as a heat shield, wherein - an inside ( 31.A ) of the heat shield, the at least one flow resistance element ( 1A . 1B ), in particular the flow resistance element ( 1A . 1B ) in the form of a contour (KA, KB) is formed. Turbomaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (40) als ein vom Lagergehäuse (50) und/oder als ein vom Turbinengehäuse (30) und/oder als ein vom Verdichtergehäuse separates und mit diesen verbundenes Ringteil gebildet ist. Turbomachine according to one of claims 9 to 11, characterized in that the partition ( 40 ) as one from the bearing housing ( 50 ) and / or as one from the turbine housing ( 30 ) and / or is formed as a separate from the compressor housing and connected to these ring part. Turbomaschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Hitzeschild als eine Strahlscheibe ausgebildet ist und die Innenseite der Strahlscheibe ein Strömungswiderstandselement (1A) in Form einer Kontur (KA) trägt.Turbomachine according to claim 11 or 12, characterized in that the heat shield is formed as a jet disc and the inside of the jet disc a flow resistance element ( 1A ) in the form of a contour (KA). Brennkraftmaschine (1000), insbesondere für ein Wasserfahrzeug oder ein Landfahrzeug, vorzugsweise ein Nutzfahrzeug wie einen Kipper od. dgl., mit einem Motor (200) und einer Turbomaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ladeluftführung (111) des Motors an den Verdichter (110) und eine Abgasführung (121) des Motors an die Turbine (120) angeschlossen ist.Internal combustion engine ( 1000 ), in particular for a watercraft or a land vehicle, preferably a commercial vehicle such as a tipper or the like, with an engine ( 200 ) and a turbomachine ( 100 ) according to one of claims 1 to 13, characterized in that a charge air guide ( 111 ) of the engine to the compressor ( 110 ) and an exhaust system ( 121 ) of the engine to the turbine ( 120 ) connected.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7086842B2 (en) 2002-08-03 2006-08-08 Holset Engineering Company Limited Turbocharger
US20100175377A1 (en) 2009-01-12 2010-07-15 Will Hippen Cooling an electrically controlled turbocharger
DE112008002729T5 (en) 2007-10-13 2010-08-26 Cummins Turbo Technologies Ltd. turbomachinery
WO2014074433A1 (en) * 2012-11-12 2014-05-15 Borgwarner Inc. Supplemental air cooling system and air pressure oil sealing system for electrical turbocompound machine

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19845375A1 (en) * 1998-10-02 2000-04-06 Asea Brown Boveri Indirect cooling process for flow in gap between turbine rotor and stator, involving use of water to cool stator part adjacent to gap
DE10014810A1 (en) * 2000-03-27 2001-10-11 Abb Turbo Systems Ag Baden Exhaust gas turbocharger radial turbine for internal combustion engine; has turbine wheel and flow channel for working medium and has separating wall between turbine and bearing casings

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7086842B2 (en) 2002-08-03 2006-08-08 Holset Engineering Company Limited Turbocharger
DE112008002729T5 (en) 2007-10-13 2010-08-26 Cummins Turbo Technologies Ltd. turbomachinery
US20100175377A1 (en) 2009-01-12 2010-07-15 Will Hippen Cooling an electrically controlled turbocharger
WO2014074433A1 (en) * 2012-11-12 2014-05-15 Borgwarner Inc. Supplemental air cooling system and air pressure oil sealing system for electrical turbocompound machine

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Zierep „Grundzüge der Strömungslehre" (5. Auflage, Springer Lehrbuch) zur Stromfadentheorie der Hydro- und Aerodynamik auf Seiten 45 bis 59 der Kapitel 4.1.3 ff.
Zierep „Grundzüge der Strömungslehre", 5. Auflage, Springer-Lehrbuch auf Seiten 45 bis 56

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