DE102018105827A1

DE102018105827A1 - Verschalung eines Turboladers und Turbolader

Info

Publication number: DE102018105827A1
Application number: DE102018105827.6A
Authority: DE
Inventors: Steffen Braun; Daniel Albrecht; Harald Denkel; Stefan WEIHARD; Bernd Haas; Johannes Niebuhr; Urban Spatz
Original assignee: MAN Energy Solutions SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2018-03-14
Filing date: 2018-03-14
Publication date: 2019-09-19
Also published as: US20190284956A1; CH714847B1; RU2019106956A; KR20190108501A; JP2019157857A; CH714847A2; CN110566292A

Abstract

Verschalung (1) eines Turboladers, welche ein zu verschalendes Gehäuse wie ein Turbinengehäuse und/oder ein Verdichtergehäuse und/oder ein Lagergehäuse des Turboladers zumindest abschnittsweise umgibt, mit axialen Verschalungssegmenten (2, 3), welche sich axial außen an das zu verschalende Gehäuse anschließen, und mit radialen Verschalungssegmenten (4, 5), welches sich radial außen an das zu verschalende Gehäuse anschließen. Die Verschalung (1) weist ein Zusatzverschalungssegment (10) auf, welches die axialen Verschalungssegmente (2, 3) und/oder die radialen Verschalungssegmente (4, 5) im Bereich eines Eintrittsflanschs oder Austrittsflanschs des zu verschalenden Gehäuses zumindest abschnittsweise umschließt und/oder ergänzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verschalung eines Turboladers und einen Turbolader.
Der grundsätzliche Aufbau eines Turboladers ist dem hier angesprochenen Fachmann bekannt. Ein Turbolader verfügt über eine Turbine, in der ein erstes Medium entspannt wird. Ferner verfügt ein Turbolader über einen Verdichter, in dem ein zweites Medium verdichtet wird, und zwar unter Nutzung der in der Turbine bei der Entspannung des ersten Mediums gewonnenen Energie. Die Turbine des Turboladers verfügt über ein Turbinengehäuse sowie einen Turbinenrotor. Der Verdichter des Turboladers verfügt über ein Verdichtergehäuse sowie einen Verdichterrotor. Zwischen dem Turbinengehäuse der Turbine und dem Verdichtergehäuse des Verdichters ist ein Lagergehäuse positioniert, wobei das Lagergehäuse einerseits mit dem Turbinengehäuse und andererseits mit dem Verdichtergehäuse verbunden ist. Im Lagergehäuse ist eine Welle gelagert, über die der Turbinenrotor mit dem Verdichterrotor gekoppelt ist.
Im Betrieb eines Turboladers besteht die Gefahr, dass ein Rotor, so zum Beispiel der Turbinenrotor oder auch der Verdichterrotor, des Turboladers bricht und Bruchstücke des Rotors das entsprechende Gehäuse, also das Turbinengehäuse oder das Verdichtergehäuse, durchschlagen. Dabei besteht dann die Gefahr, dass die Bruchstücke des Turboladers, insbesondere des Rotors, in die Umgebung gelangen. Um diesem Problem des Berstens eines Rotors des Turboladers Rechnung zu tragen, wird bei aus der Praxis bekannten Turboladern das jeweilige Gehäuse derart ausgelegt, dass ein Schadensfall des jeweiligen Gehäuses nicht zu erwarten ist und selbst bei Brechen des jeweiligen Rotors Bruchstücke desselben das jeweilige Gehäuse nicht durchschlagen können. Hierdurch wird jedoch das Gewicht des Turboladers erhöht.
Um das Gewicht des Turboladers nicht unnötig zu erhöhen und darüber hinaus auch bereits im Feld eingesetzte Turbolader vor einem Durchschlagen von Bruchstücken eines Rotors in die Umgebung zu schützen, ist es aus der Praxis bereits bekannt, einen Turbolader mit einer Verschalung auszurüsten, welche ein Turbinengehäuse und/oder ein Verdichtergehäuse und/oder ein Lagergehäuse des Turboladers radial außen sowie axial außen zumindest abschnittweise umgibt.
Aus der Praxis bekannte Verschalungen für Turbolader verfügen über axiale Verschalungselemente, welchen sich an den Seiten des zu verschalenden Gehäuses axial außen an das zu verschalende Gehäuse anschließen. Ferner verfügen aus der Praxis bekannte Verschalungen über radiale Verschalungselemente, welche sich radial außen an das zu verschalende Gehäuse anschließen. Die radialen Verschalungselemente weisen dabei sich gegenüberliegende Enden auf, die eine Ausnehmung für den Durchtritt eines Eintrittsflanschs oder Austrittsflanschs des zu verschalenden Gehäuses definieren. An dieser Position verfügen bislang bekannte Verschalungen über eine Schwachstelle, sodass über diese Position im Schadensfall Bruchstücke des Rotors nach außen in die Umgebung gelangen können. Dies ist von Nachteil.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Verschalung eines Turboladers und einen Turbolader mit einer solchen Verschalung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Verschalung eines Turboladers nach Anspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Verschalung weist ein Zusatzverschalungssegment auf, welches die axialen Verschalungssegmente und/oder die radialen Verschalungssegmente im Bereich eines Eintrittsflanschs oder Austrittsflanschs des zu verschalenden Gehäuses zumindest abschnittsweise umschließt und/oder ergänzt.
Über das Zusatzverschalungssegment wird die Schwachstelle an bislang bekannten Verschalungen geschlossen. Das Zusatzverschalungselement umschließt und/oder ergänzt zumindest abschnittsweise die axialen Verschalungselemente und/oder die radialen Verschalungselemente im Bereich der Durchtrittsöffnung für den Eintrittsflansch oder Austrittsflansch. Insbesondere kann ein durch die Verschalung bereitstellbarer Containmentschutz bzw. Berstschutz erhöht werden.
Vorzugsweise weisen die radialen Verschalungssegmente sich gegenüberliegende Enden auf, die eine Ausnehmung für den Eintrittsflansch oder Austrittsflansch des zu verschalenden Gehäuses definieren, wobei diese sich gegenüberliegende Enden der radialen Verschalungssegmente durch das Zusatzverschalungssegment verbunden sind. Hierdurch kann der durch die Verschalung bereitstellbare Containmentschutz bzw. Berstschutz besonders vorteilhaft erhöht werden.
Vorzugsweise weist das Zusatzverschalungssegment einen Umfassungsabschnitt auf, der an einem ersten Ende der radialen Verschalungssegmente benachbart zum Eintrittsflanschs oder Austrittsflanschs die axialen Verschalungssegmente und/oder die radialen Verschalungssegmente abschnittsweise umschließt und ergänzt. Das Zusatzverschalungssegment ist über den Umfassungsabschnitt im Bereich des ersten Endes der radialen Verschalungssegmente mit den radialen Verschalungssegmenten und/oder axialen Verschalungssegmenten verbunden. Ausgehend vom Umfassungsabschnitt des Zusatzverschalungssegments erstrecken sich Befestigungsabschnitte des Zusatzverschalungssegments in Richtung auf das zweite Ende der radialen Verschalungssegmente. Über die Befestigungsabschnitte ist das Zusatzverschalungssegment mit den axialen Verschalungssegmenten und/oder im Bereich des zweiten Endes der radialen Verschalungssegmente mit den radialen Verschalungssegmenten verbunden. Auch diese Merkmale dienen der besonders vorteilhaften Erhöhung des durch die Verschalung bereitstellbaren Containmentschutzes bzw. Berstschutzes.
Der erfindungsgemäße Turbolader ist in Anspruch 10 definiert.
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 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Verschalung für einen Turbolader,
2 die Verschalung der 1 mit einem zu verschalenden Gehäuse des Turboladers;
3 die Anordnung der 1 ohne Zusatzverschalungssegment;
4 ein Ausschnitt aus der Verschalung der 1 in Seitenansicht;
5 ein ausschnittweisen Querschnitt durch die Verschalung der 1.

Die Erfindung betrifft eine Verschalung eines Turboladers und einen Turbolader mit einer Verschalung.
Der grundsätzliche Aufbau eines Turboladers ist dem hier angesprochenen Fachmann geläufig. So umfasst ein Turbolader eine Turbine zur Entspannung eines ersten Mediums, insbesondere zur Entspannung von Abgas, sowie einen Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums, insbesondere zur Verdichtung von Ladeluft, und zwar unter Nutzung der bei der Entspannung des ersten Mediums in der Turbine gewonnenen Energie. Die Turbine verfügt über einen Turbinenrotor und ein Turbinengehäuse. Der Verdichter verfügt über einen Verdichterrotor und ein Verdichtergehäuse. Der Turbinenrotor und der Verdichterrotor sind über eine Welle gekoppelt, die in einem Lagergehäuse des Turboladers gelagert ist, wobei das Lagergehäuse sowohl mit dem Turbinengehäuse als auch mit dem Verdichtergehäuse verbunden ist.
Dann, wenn im Betrieb zum Beispiel der Turbinenrotor oder der Verdichterrotor bricht, können Bruchstücke desselben das jeweilige Gehäuse, also das Turbinengehäuse oder das Verdichtergehäuse, durchschlagen und in die Umgebung gelangen. Dies muss vermieden werden, wozu es bekannt ist, einen Turbolader mit einer Verschalung auszurüsten, welche das Turbinengehäuse und/oder das Verdichtergehäuse und/oder das Lagergehäuse des Turboladers umgibt.
Vorzugsweise kommt im Bereich des Turbinengehäuses sowie des Verdichtergehäuses jeweils eine separate Verschalung zum Einsatz, welche das jeweilige zu verschalende Gehäuse des Turboladers radial außen und axial außen zumindest abschnittweise umgibt.
1 bis 5 zeigen eine erfindungsgemäße Verschalung 1, wobei in 2 und 3 die erfindungsgemäße Verschalung 1 zusammen mit einem zu verschalenden Turbinengehäuse 6 einer Turbine des Turboladers gezeigt ist. Die Verschalung 1 ist dabei um ein Turbinenzuströmgehäuse 6a des Turbinengehäuses 6 zumindest abschnittsweise herum angeordnet. Die Verschalung umgibt demnach das zu verschalende Turbinenzuströmgehäuse 6a des Turbinengehäuses 6 außen zumindest abschnittsweise. 2 und 3 zeigen ferner ein Turbinenabströmgehäuse 6b des Turbinengehäuses 6.
Ferner zeigen 2 und 3 einen Eintrittsflansch 6c des Turbinenzuströmgehäuses 6a. Über diesen Eintrittsflansch 6c kann das Turbinenzuströmgehäuse 6a an eine Abgasleitung angebunden werden, um dem Turbinenzuströmgehäuse 6a heißes Abgas, welches in der Turbine zu entspannen ist, zuzuführen.
Die Verschalung 1 verfügt über axiale Verschalungssegmente 2, 3, die axial au-βen seitlich neben dem zu verschalenden Gehäuse 6a angeordnet sind und sich axial außen an das zu verschalende Gehäuse 6a anschließen sowie dasselbe axial zumindest abschnittsweise abdecken.
Ferner verfügt die Verschalung 1 über radiale Verschalungssegmente 4, 5, die sich radial außen an das zu verschalende Gehäuse 6a anschließen und dasselbe radial außen zumindest abschnittsweise umgeben. Die radialen Verschalungssegmente 4, 5 erstrecken sich im Wesentlichen zwischen den axialen Verschalungssegmenten 2 und 3.
Insbesondere ist vorgesehen, dass ein erstes radiales Verschalungssegment 4 mit einem ersten axialen Verschalungssegment 2 verbunden ist und sich ausgehend von diesem ersten axialen Verschalungssegment 2 in Richtung auf ein zweites axiales Verschalungssegment 3 erstreckt. Mit dem zweiten axialen Verschalungssegment 3 ist ein zweites radiales Verschalungssegment 5 verbunden, das sich ausgehend vom zweiten axialen Verschalungssegment 3 in Richtung auf das erste axiale Verschalungssegment 2 erstreckt.
Die radialen Verschalungssegmente 4 und 5 bilden, wie am besten 3 entnommen werden kann, sich gegenüberliegende Enden 7, 8 aus. Zwischen diesen sich gegenüberliegenden Enden 7, 8 der radialen Verschalungssegmente 4, 5 ist eine Ausnehmung 9 für den Durchtritt des Eintrittsflanschs 6c des zu verschalenden Gehäuses 6a ausgebildet. Im Bereich dieses Eintrittsflanschs 6c ist das zu verschalende Gehäuse 6a nicht von den radialen Verschalungssegmenten 4, 5 sowie den axialen Verschalungssegmenten 2, 3 abgedeckt bzw. umgeben, sodass hier die Verschalung 1 eine Schwachstelle aufweisen würde.
Um diese Schwachstelle zu schließen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verschalung 1 ein Zusatzverschalungssegment 10 aufweist. Das Zusatzverschalungssegment 10 umschließt und/oder ergänzt zumindest abschnittsweise die axialen Verschalungssegmente 2, 3 und/oder die radialen Verschalungssegmente 4, 5 im Bereich des Eintrittsflanschs 6c bzw. angrenzend an den Eintrittsflansch 6c des zu verschalenden Gehäuses 6 und erhöht so den von der Verschalung bereitstellbaren Berstschutz bzw. Containmentschutz.
Das Zusatzverschalungssegment 10 verbindet die Enden 7, 8 der radialen Verschalungssegmente 4, 5, welche die Durchtrittsöffnung 9 für den Eintrittsflansch 6c des zu verschalenden Gehäuses 6a definieren, miteinander, und erhöht so auf besonders vorteilhafte Art und Weise den Containmentschutz bzw. Berstschutz.
Das Zusatzverschalungssegment 10 verfügt über einen Umfassungsabschnitt 10a. Der Umfassungsabschnitt 10a ergänzt und umschließt an einem ersten Ende 7 der radialen Verschalungssegmente 4, 5 angrenzend an den Eintrittsflansch oder Austrittsflansch die axialen Verschalungssegmente 2, 3 und die radialen Verschalungssegmente 4, 5. Dieser Umfassungsabschnitt 10a ist dabei über erste Befestigungsmittel 11 mit dem ersten Ende 7 der radialen Verschalungssegmente 4, 5 und über zweite Befestigungsmittel 12 mit einem angrenzenden Bereich der axialen Verschalungssegmente 2, 3 verbunden. Gemäß 2 umschließt dabei der Umfassungsabschnitt 10a des Zusatzverschalungssegments 10 die Verschalungssegmente 2, 3, 4 und 5 angrenzend an den Eintrittsflansch 6c des zu verschalenden Gehäuses 6a an drei Seiten.
Ausgehend vom Umfassungsabschnitt 10a des Zusatzverschalungssegments 10 erstrecken sich seitlich Befestigungsabschnitte 10b in Richtung auf das zweite Ende 8 der radialen Verschalungssegmente 4, 5. Das Zusatzverschalungssegment 10 ist im Bereich des zweiten Endes 8 der radialen Verschalungssegmente 4, 5 über zweite Befestigungsmittel 13 mit den radialen Verschalungssegmenten 4, 5 und/oder den axialen Verschalungssegmenten 2, 3 in einem hierzu benachbarten Bereich verbunden.
Mit der hier vorliegenden Erfindung kann der von einer Verschalung bereitstellbare Containmentschutz bzw. Berstschutz deutlich erhöht werden. Insbesondere dort, wo die Verschalung eine Ausnehmung für den Durchtritt eines Eintrittsflanschs oder Austrittsflanschs eines zu verschalenden Gehäuses aufweist, kann der Berstschutz bzw. Containmentschutz deutlich gesteigert werden.
Das zur Erhöhung des Berstschutzes bzw. Containmentschutzes genutzte Zusatzverschalungssegment 10 der Verschalung 1 kann einstückig oder auch mehrteilig ausgeführt sein.
Das Zusatzverschalungssegment 10 umschließt und/oder ergänzt die Verschalung 1 im Bereich einer Ausnehmung für den Durchtritt des Eintrittsflanschs oder Austrittsflanschs des zu verschalenden Gehäuses. Besonders bevorzugt werden Enden, die die Ausnehmung für den Durchtritt des Eintrittsflanschs oder Austrittsflanschs begrenzen, durch das Zusatzverschalungssegment miteinander verbunden, wodurch der Containmentschutz weiter gesteigert werden kann. Das Zusatzverschalungssegment 10 verstärkt die Verschalung 1 im Bereich einer Ausnehmung 9 für den Durchtritt des Eintrittsflanschs oder Austrittsflanschs des zu verschalenden Gehäuses halskrausenartig.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Turbolader mit einer solchen Verschalung, die vorzugsweise um ein Turbinenzuströmgehäuse eines Turbinengehäuses einer Turbine des Turboladers herum angeordnet ist. Die Verschalung kann jedoch auch im Bereich eines Verdichtergehäuses des Turboladers zum Einsatz kommen.
Bezugszeichenliste

1: Verschalung
2: axiales Verschalungssegment
3: axiales Verschalungssegment
4: radiales Verschalungssegment
5: radiales Verschalungssegment
6: Turbinengehäuse
6a: Turbinenzuströmgehäuse
6b: Turbinenabströmgehäuse
6c: Eintrittsflansch
7: Ende
8: Ende
9: Ausnehmung
10: Zusatzverschalungssegment
10a: Umfassungsabschnitt
10b: Befestigungsabschnitt
11: Befestigungsmittel
12: Befestigungsmittel
13: Befestigungsmittel

Claims

Verschalung (1) eines Turboladers, welche ein zu verschalendes Gehäuse wie ein Turbinengehäuse und/oder ein Verdichtergehäuse und/oder ein Lagergehäuse des Turboladers zumindest abschnittsweise umgibt, mit axialen Verschalungssegmenten (2, 3), welche sich axial außen an das zu verschalende Gehäuse anschließen, mit radialen Verschalungssegmenten (4, 5), welches sich radial außen an das zu verschalende Gehäuse anschließen, gekennzeichnet durch ein Zusatzverschalungssegment (10), welches die axialen Verschalungssegmente (2, 3) und/oder die radialen Verschalungssegmente (4, 5) im Bereich eines Eintrittsflanschs oder Austrittsflanschs des zu verschalenden Gehäuses zumindest abschnittsweise umschließt und/oder ergänzt.
Verschalung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Verschalungssegmente (4, 5) sich gegenüberliegende Enden (7, 8) aufweisen, die eine Ausnehmung (9) für den Eintrittsflansch oder Austrittsflansch des zu verschalenden Gehäuses definieren, wobei diese sich gegenüberliegende Enden (7, 8) der radialen Verschalungssegmente (4, 5) durch das Zusatzverschalungssegment (10) verbunden sind.
Verschalung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzverschalungssegment (10) einen Umfassungsabschnitt (10a) aufweist, der an einem ersten Ende (7) der radialen Verschalungssegmente (4, 5) die axialen Verschalungssegmente (2, 3) und/oder die radialen Verschalungssegmente (4, 5) abschnittsweise umschließt und ergänzt.
Verschalung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzverschalungssegment (10) über den Umfassungsabschnitt (10a) im Bereich des ersten Endes (7) der radialen Verschalungssegmente (4, 5) mit den radialen Verschalungssegmenten (4, 5) verbunden ist.
Verschalung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzverschalungssegment (10) über den Umfassungsabschnitt (10a) mit den axialen Verschalungssegmenten (2, 3) verbunden ist.
Verschalung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfassungsabschnitt (10a) die Verschalungssegmente (2, 3, 4, 5) an drei Seiten abschnittsweise umschließt.
Verschalung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich ausgehend vom Umfassungsabschnitt (10a) Befestigungsabschnitte (10b) in Richtung auf das zweite Ende (8) der radialen Verschalungssegmente (4, 5) erstrecken.
Verschalung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzverschalungssegment (10) über die Befestigungsabschnitte (10b) im Bereich des zweiten Endes (8) der radialen Verschalungssegmente (4, 5) mit den radialen Verschalungssegmenten (4, 5) verbunden ist.
Verschalung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzverschalungssegment (10) über die Befestigungsabschnitte (10b) mit den axialen Verschalungssegmenten (2, 3), verbunden ist.
Turbolader, mit einer Turbine zur Entspannung eines ersten Mediums, mit einem Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums unter Nutzung von in der Turbine bei Entspannung des ersten Mediums gewonnener Energie, wobei ein Turbinengehäuse der Turbine und ein Verdichtergehäuse des Verdichters jeweils mit einem zwischen denselben angeordneten Lagergehäuse verbunden sind, gekennzeichnet durch eine das Turbinengehäuse und/oder das Verdichtergehäuse und/oder das Lagergehäuse radial außen und axial außen zumindest abschnittsweise umgebenden Verschalung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.