DE102017114608A1 - Turbine inlet housing of an axial turbine of a turbocharger - Google Patents
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Abstract
Turbinenzuströmgehäuse (10) einer Axialturbine eines Turboladers, mit einem strömungseintrittsseitigen Ende (11), an welchem eine äußere Wandung (13) des Turbinenzuströmgehäuses einen im Querschnitt kreisartigen Strömungskanal (15) definiert, mit einem strömungsaustrittsseitigen Ende (12), an welchem die äußere Wandung (13) des Turbinenzuströmgehäuses und eine innere Wandung (14) desselben einen im Querschnitt kreisringartigen Strömungskanal (16) definieren, und mit Rippen (17), über welche die äußere Wandung (13) des Turbinenzuströmgehäuses und die innere Wandung (14) desselben miteinander verbunden sind. Die Rippen (17) weisen zwischen strömungsführenden Flächen (18, 19) derselben, die sich zwischen einer Anströmseite (21) und einer Abströmseite (20) der jeweiligen Rippe (17) und zwischen der äußeren Wandung (13) und der inneren Wandung (14) erstrecken, einen mittleren Abstand auf, der minimal dem 1,5-fachen einer Dicke (s) der äußere Wandung (13) des Turbinenzuströmgehäuses entspricht. Turbine inlet housing (10) of an axial turbine of a turbocharger, having a flow inlet end (11) on which an outer wall (13) of Turbinenzuströmgehäuses defines a circular in cross-section flow channel (15) having a flow outlet end (12) on which the outer wall (13) of the Turbinenzuströmgehäuses and an inner wall (14) thereof define a circular in cross-section flow channel (16), and with ribs (17), via which the outer wall (13) of the Turbinenzuströmgehäuses and the inner wall (14) of the same are. The ribs (17) point between flow-guiding surfaces (18, 19) of the same between an inflow side (21) and an outflow side (20) of the respective rib (17) and between the outer wall (13) and the inner wall (14 ), a mean distance which is at least 1.5 times a thickness (s) of the outer wall (13) of the Turbinenzuströmgehäuses.
Description
Die Erfindung betrifft ein Turbinenzuströmgehäuse einer Axialturbine eines Turboladers.The invention relates to a Turbinenzuströmgehäuse an axial turbine of a turbocharger.
Ein Turbolader verfügt über eine Turbine zur Entspannung eines ersten Mediums sowie über einen Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums. Die Turbine des Turboladers verfügt über ein Turbinengehäuse und einen Turbinenrotor. Der Verdichter des Turboladers verfügt über ein Verdichtergehäuse und einen Verdichterrotor. Der Turbinenrotor und der Verdichterrotor sind über eine Welle miteinander verbunden, die in einem Lagergehäuse des Turboladers drehbar gelagert ist. Das Lagergehäuse des Turboladers ist sowohl mit dem Turbinengehäuse als auch mit dem Verdichtergehäuse verbunden. Die Turbine eines Turboladers kann als Axialturbine oder auch als Radialturbine ausgeführt sein. Ebenso kann der Verdichter eines Turboladers als Axialverdichter oder als Radialverdichter ausgeführt sein. Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Turbinenzuströmgehäuse des Turbinengehäuses einer als Axialturbine ausgebildeten Turbine eines Turboladers.A turbocharger has a turbine for relaxing a first medium and a compressor for compressing a second medium. The turbine of the turbocharger has a turbine housing and a turbine rotor. The compressor of the turbocharger has a compressor housing and a compressor rotor. The turbine rotor and the compressor rotor are connected to each other via a shaft which is rotatably mounted in a bearing housing of the turbocharger. The bearing housing of the turbocharger is connected to both the turbine housing and the compressor housing. The turbine of a turbocharger can be designed as an axial turbine or as a radial turbine. Likewise, the compressor of a turbocharger may be designed as an axial compressor or as a centrifugal compressor. The present invention relates to a Turbinenzuströmgehäuse the turbine housing of a designed as an axial turbine turbine of a turbocharger.
Aus der
Nach der
Aus der Praxis ist es bekannt, dass die radial innere Wandung des Turbinenzuströmgehäuses und die radial äußere Wandung desselben über Rippen miteinander verbunden sind, die sich durch den kreisringartigen Strömungskanal am strömungsaustrittsseitigen Ende des Turbinenzuströmgehäuses erstrecken. Diese Rippen sind vom Medium, welches dem Turbinenrotor zuzuführen ist, umströmt.From practice it is known that the radially inner wall of the Turbinenzuströmgehäuses and the radially outer wall thereof are connected to each other via ribs which extend through the annular flow channel at the flow-exit end of Turbinenzuströmgehäuses. These ribs are surrounded by the medium which is to be supplied to the turbine rotor.
Aus der Praxis bekannte Turbinenzuströmgehäuse sind einer Rissbildung infolge von thermischen Zyklen ausgesetzt. Dadurch wird die Lebensdauer eines Turbinenzuströmgehäuses eingeschränkt. Zusätzlich zu der Rissbildung besteht bei aus der Praxis bekannten Turbinenzuströmgehäusen das Problem, dass sich ebenfalls infolge thermischer Zyklen eine Relativbewegung zwischen dem Turbinenzuströmgehäuse sowie einer an dem Turbinenzuströmgehäuse montierten Baugruppe, insbesondere dem Leitapparat bzw. Düsenring, ausbilden kann, wodurch dann im Betrieb sich eingestellte Spalte zwischen dem Turbinenzuströmgehäuse und dem Leitapparat verändern. Es besteht Bedarf an einem Turbinenzuströmgehäuse, welches infolge thermischer Zyklen einer geringeren Rissbildung ausgesetzt ist. Ferner besteht Bedarf daran, infolge thermischer Zyklen ausbildende Relativbewegungen zwischen Turbinenzuströmgehäuse und einer an dem Turbinenzuströmgehäuse montierten Baugruppe zu minimieren.Turbine induction housings known from practice are susceptible to cracking due to thermal cycling. As a result, the life of a Turbinenzuströmgehäuses is limited. In addition to the formation of cracks, there is the problem in turbine inlet cases known from practice that a relative movement between the turbine inlet housing and a module mounted on the turbine inlet housing, in particular the nozzle or nozzle ring, can likewise be formed as a result of thermal cycles, whereby gaps then set in operation change between the Turbinenzuströmgehäuse and the nozzle. There is a need for a turbine inlet housing which is less susceptible to cracking due to thermal cycling. Further, there is a need to minimize thermal motion forming relative movements between the turbine inlet housing and an assembly mounted on the turbine inlet housing.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Turbinenzuströmgehäuse zu schaffen.On this basis, the present invention has the object to provide a novel Turbinenzuströmgehäuse.
Diese Aufgabe wird nach einem ersten Aspekt der Erfindung durch ein Turbinenzuströmgehäuse nach Anspruch 1 gelöst.This object is achieved according to a first aspect of the invention by a Turbinenzuströmgehäuse according to
Nach dem ersten Aspekt weisen die Rippen zwischen strömungsführenden Flächen derselben, die sich zwischen einer Anströmseite und einer Abströmseite der jeweiligen Rippe und zwischen der äußeren Wandung und der inneren Wandung, einen mittleren Abstand auf, der minimal dem 1,5-fachen einer Dicke der äußere Wandung des Turbinenzuströmgehäuses entspricht. Dieser mittlere Abstand zwischen den strömungsführenden Flächen der Rippen bestimmt die Dicke der Rippen. Durch solche Rippen kann die Rissbildung am Turbinenzuströmgehäuse infolge thermischer Zyklen reduziert werden. Ferner kann die Gefahr einer Relativbewegung zwischen Turbinenzuströmgehäuse und einer an dem Turbinenzuströmgehäuse montierten Baugruppe minimiert werden.According to the first aspect, the fins between flow-guiding surfaces thereof, located between an upstream side and an outflow side of the respective rib and between the outer wall and the inner wall, an average distance which is at least 1.5 times a thickness of the outer Wall of Turbinenzuströmgehäuses corresponds. This mean distance between the flow-guiding surfaces of the ribs determines the thickness of the ribs. Such ribs can reduce cracking on the turbine inlet housing due to thermal cycling. Furthermore, the risk of relative movement between the turbine inlet housing and an assembly mounted on the turbine inlet housing can be minimized.
Diese Aufgabe wird nach einem zweiten Aspekt der Erfindung durch ein Turbinenzuströmgehäuse nach Anspruch 6 gelöst.This object is achieved according to a second aspect of the invention by a Turbinenzuströmgehäuse according to claim 6.
Nach dem zweiten Aspekt sind die Rippen in einem Axialschnitt gesehen gegenüber der Radialrichtung axial geneigt. Durch diese Neigung der Rippen kann ebenfalls die Gefahr der Rissbildung sowie die Relativbewegungen zwischen dem Turbinenzuströmgehäuse und einer an demselben montierten Baugruppe minimiert werden.According to the second aspect, the ribs are axially inclined as viewed in an axial section with respect to the radial direction. This tendency of the ribs also minimizes the risk of cracking and relative movement between the turbine inlet housing and an assembly mounted thereon.
Diese Aufgabe wird nach einem dritten Aspekt der Erfindung durch ein Turbinenzuströmgehäuse nach Anspruch 9 gelöst.This object is achieved according to a third aspect of the invention by a Turbinenzuströmgehäuse according to claim 9.
Nach dem dritten Aspekt sind die Rippen in Axialblickrichtung gesehen gegenüber der Radialrichtung tangential geneigt. Auch diese Neigung der Rippen dient der Minimierung der Rissbildung sowie der Minimierung einer Relativbewegung zwischen Turbinenzuströmgehäuse und einer demselben montierten Baugruppe infolge thermischer Zyklen. According to the third aspect, as viewed in the axial direction, the ribs are tangentially inclined with respect to the radial direction. Also, this inclination of the ribs serves to minimize cracking as well as minimizing relative movement between the turbine inlet housing and a subassembly mounted thereto due to thermal cycling.
Diese Aufgabe wird nach einem vierten Aspekt der Erfindung durch ein Turbinenzuströmgehäuse nach Anspruch 12 gelöst.This object is achieved according to a fourth aspect of the invention by a Turbinenzuströmgehäuse according to
Nach dem vierten Aspekt gehen die Rippen in die äußere Wandung und in die innere Wandung mit einem Übergangsradius über, der im Bereich der äußeren Wandung und im Bereich der inneren Wandung ungleichmäßig um die jeweilige Rippe umläuft. Such hiermit kann die Rissbildungsgefahr und Relativbewegungsgefahr infolge thermischer Zyklen minimiert werden.According to the fourth aspect, the ribs pass into the outer wall and into the inner wall with a transition radius, which rotates unevenly around the respective rib in the region of the outer wall and in the region of the inner wall. This can be used to minimize the risk of cracking and relative movement due to thermal cycling.
Diese Aufgabe wird nach einem fünften Aspekt der Erfindung durch ein Turbinenzuströmgehäuse nach Anspruch 15 gelöst.This object is achieved according to a fifth aspect of the invention by a Turbinenzuströmgehäuse according to
Nach dem fünften Aspekt sind benachbart zu einem Bereich, in welchem die Rippen in die innere Wandung übergehen, an einer von den Rippen abgewandten Seite der inneren Wandung Anbindungsabschnitte für ein Leitgitter ausgebildet. Die Anbindungsabschnitte für das Leitgitter bzw. den Leitapparat bzw. den Düsenring sind insbesondere von Vorteil, um eine Relativbewegung zwischen Turbinenzuströmgehäuse und Leitgitter infolge thermischer Zyklen zu minimieren. Dieselben sind jedoch auch von Vorteil, um die Rissbildungsgefahr infolge thermischer Zyklen zu minimieren.According to the fifth aspect, adjacent to a region in which the ribs merge into the inner wall, connecting sections for a guide grid are formed on a side of the inner wall facing away from the ribs. The connection sections for the guide grid or the nozzle or the nozzle ring are particularly advantageous in order to minimize a relative movement between Turbinenzuströmgehäuse and guide grid due to thermal cycles. However, they are also advantageous in minimizing the risk of cracking due to thermal cycling.
Die obigen fünf Aspekte der Erfindung können entweder alleine oder bevorzugt in Kombination miteinander zum Einsatz kommen. So können zwei der obigen fünf Aspekte, drei der obigen fünf Aspekte, vier der obigen fünf Aspekte oder auch alle fünf Aspekte in Kombination miteinander genutzt werden. Besonders bevorzugt ist dabei eine Ausgestaltung des Turbinenzuströmgehäuses, bei welcher der erste Aspekt, der zweite Aspekt, der dritte Aspekt und der vierte Aspekt, also die definierte Dicke der Rippen mit der Neigung der Rippen und den ungleichmäßig umlaufenden Übergangsradien kombiniert wird.The above five aspects of the invention may be used either alone or preferably in combination with each other. Thus, two of the above five aspects, three of the above five aspects, four of the above five aspects, or even all five aspects can be used in combination. Particularly preferred is an embodiment of Turbinenzuströmgehäuses, in which the first aspect, the second aspect, the third aspect and the fourth aspect, so the defined thickness of the ribs with the inclination of the ribs and the non-uniform circumferential radii is combined.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
-
1 einen Axialschnitt durch ein erfindungsgemäßes Turbinenzuströmgehäuse einer Axialturbine eines Turboladers, -
2 eine Ansicht in BlickrichtungII der1 , -
3 Schnittansicht auf EbeneIII -III der1 .
-
1 an axial section through an inventive Turbinenzuströmgehäuse an axial turbine of a turbocharger, -
2 a view in the direction of viewII of the1 . -
3 Section view on levelIII -III of the1 ,
Das Turbinenzuströmgehäuse
Im in
Die Erfindung ist jedoch nicht auf Turbinenzuströmgehäuse in Krümmerbauweise beschränkt. Bei einem Turbinenzuströmgehäuse, welches nicht in Krümmerbauweise ausgeführt ist, erstrecken sich sowohl die Strömungseintrittsrichtung im Bereich des strömungseintrittsseitigen Endes
In jedem Fall ist im Bereich des strömungseintrittsseitigen Endes
Die innere Wandung
Im Bereich des strömungsaustrittsseitigen Endes
Nach einem ersten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung weisen die Rippen
Wie den
Wie den
Im Axialschnitt gesehen (siehe
Daraus folgt, dass sich die Rippen
Daher wird in Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der Erfindung auch auf den mittleren Abstand zwischen den strömungsführenden Flächen
Mit der oben definierten mittleren Dicke der jeweiligen Rippe
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung, der vorzugsweise in Kombination mit dem oben beschriebenen ersten Aspekt an einem Turbinenzuströmgehäuse
Dabei zeigt
Dieser Winkel α liegt vorzugsweise zwischen 20° und 80°, bevorzugt zwischen 20° und 70°, besonders bevorzugt zwischen 20° und 60°, höchst bevorzugt zwischen 30° und 40°.This angle α is preferably between 20 ° and 80 °, preferably between 20 ° and 70 °, more preferably between 20 ° and 60 °, most preferably between 30 ° and 40 °.
Bei dem in
Die obigen Details des zweiten Aspekts der Erfindung dienen ebenso wie die Details des ersten Aspekts der Erfindung einer Reduzierung der Rissbildungsgefahr des Turbinenzuströmgehäuses
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung, der vorzugsweise in Kombination mit dem oben beschriebenen ersten Aspekt und dem oben beschriebenen zweiten Aspekt der Erfindung an einem Turbinenzuströmgehäuse
Dabei zeigt
Durch jede der Rippen
In Axialblickrichtung der
Auch die Details des dritten Aspekts der Erfindung reduzieren die Rissbildungsgefahr und Relativbewegungsgefahr infolge thermischer Zyklen. Insbesondere wird eine homogene Spannungs- und Deformationsverteilung zwischen äußerer Wandung
Dann, wenn wie in den Figuren gezeigt, das Turbinenzuströmgehäuse
Nach einem vierten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung, der vorzugsweise in Kombination mit den drei oben beschriebenen Aspekten der Erfindung am Turbinenzuströmgehäuse
Bei einem fünften Aspekt der hier vorliegenden Erfindung, der vorzugsweise in Kombination mit den vier oben beschriebenen Aspekten der Erfindung am Turbinenzuströmgehäuse
Durch die oben beschriebenen Aspekte der Erfindung kann alleine oder vorzugsweise in Kombination derselben erreicht werden, dass ein Turbinenzuströmgehäuse einer deutlich reduzierten Rissbildungsgefahr infolge thermischer Zyklen ausgesetzt ist. Hierdurch können höhere Lebensdauern erreicht und Wartungsintervalle vergrößert werden. Es wird eine elastische Gesamtstruktur mit geringeren Steifigkeitssprüngen bereitgestellt, wodurch eine homogene Spannungs- und Deformationsverteilung zwischen äußerer Wandung
Die Rippen
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- TurbinenzuströmgehäuseTurbinenzuströmgehäuse
- 1111
- strömungseintrittsseitiges Endeflow inlet end
- 1212
- strömungsaustrittsseitiges Endeflow outlet end
- 1313
- äußere Wandungouter wall
- 1414
- innere Wandunginner wall
- 1515
- kreisartigen Strömungskanalcircular flow channel
- 1616
- kreisringartigen Strömungskanalcircular flow channel
- 1717
- Ripperib
- 1818
- strömungsführende Flächeflowing surface
- 1919
- strömungsführende Flächeflowing surface
- 2020
- Abströmseiteoutflow
- 2121
- Anströmseiteinflow
- 2222
- Anbindungsabschnittconnecting section
- 2323
- Radialrichtungradial direction
- 2424
- LängsmittelachseLongitudinal central axis
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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