DE102019101602A1 - Fluid machine - Google Patents
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Abstract
Strömungsmaschine, mit einem stromabwärts eines Laufrads (11) vorgesehenen, durch eine innere Schale (13) und eine äußere Schale (14) begrenzten Diffusor (12), mit einem stromabwärts des Diffusors (12) vorgesehenen Sammelraum (15), wobei der Diffusor (12) in Radialrichtung in den Sammelraum (15) mit einem Mündungsquerschnitt (16) mündet, mit einem austrittsseitigen Ende (17) der äußeren Schale (14) des Diffusors (12), welches an den Sammelraum (15) angrenzt oder in den Sammelraum (15) hineinragt. Das austrittsseitige Ende (17) der äußeren Schale (14) weist einen dem Sammelraum (15) zugewandten Flächenabschnitt (18) auf, der sich im Querschnitt in Radialrichtung erstreckt. Der sich in Radialrichtung erstreckende, dem Sammelraum (15) zugewandte Flächenabschnitt (18) des austrittsseitigen Endes (17) der äußeren Schale (14) geht mit einem im Querschnitt kreissegmentförmig konturierten Flächenabschnitt (19) in einen dem Diffusor (12) zugewandten Flächenabschnitt (20) des austrittsseitigen Endes (17) der äußeren Schale (14) über. Fluid flow machine, with a diffuser (12) provided downstream of an impeller (11), delimited by an inner shell (13) and an outer shell (14), with a collecting space (15) provided downstream of the diffuser (12), the diffuser ( 12) opens in the radial direction into the collecting space (15) with an orifice cross section (16), with an outlet-side end (17) of the outer shell (14) of the diffuser (12), which adjoins the collecting space (15) or into the collecting space ( 15) protrudes. The outlet-side end (17) of the outer shell (14) has a surface section (18) which faces the collecting space (15) and which extends in the radial direction in cross section. The surface section (18) of the outlet-side end (17) of the outer shell (14), which extends in the radial direction and faces the collecting space (15), goes into a surface section (20) facing the diffuser (12) with a cross-sectionally contoured surface section (19) ) of the outlet end (17) of the outer shell (14).
Description
Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a turbomachine according to the preamble of claim 1.
Der grundsätzliche Aufbau eines Turboladers ist dem hier angesprochenen Fachmann bekannt. Ein Turbolader verfügt über eine Turbine, in welcher ein erstes Medium entspannt wird. Ferner verfügt ein Turbolader über einen Verdichter, in welchem 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.The basic structure of a turbocharger is known to those skilled in the art. A turbocharger has a turbine in which a first medium is expanded. Furthermore, a turbocharger has a compressor in which a second medium is compressed, using the energy obtained in the turbine when the first medium is expanded. The turbine of the turbocharger has a turbine housing and a turbine rotor. The turbocharger's compressor has a compressor housing and a compressor rotor. A bearing housing is positioned between the turbine housing of the turbine and the compressor housing of the compressor, the bearing housing being connected on the one hand to the turbine housing and on the other hand to the compressor housing. A shaft is mounted in the bearing housing, via which the turbine rotor is coupled to the compressor rotor.
Aus der
Die Strömung soll aus dem Diffusor möglichst ungestört in den Sammelraum übertreten. Dies bereitet bei aus der Praxis bekannten Strömungsmaschinen Schwierigkeiten, insbesondere kann es zu Strömungsablösungen im Bereich des austrittsseitigen Endes der äußeren Schale des Diffusors kommen, welches in den Sammelraum hineinragt bzw. an den Sammelraum angrenzt. Dies ist von Nachteil.The flow from the diffuser should pass into the collecting space as undisturbed as possible. This causes difficulties in turbomachines known from practice, in particular flow separations can occur in the region of the outlet-side end of the outer shell of the diffuser, which protrudes into the collecting space or adjoins the collecting space. This is a disadvantage.
Es besteht daher Bedarf an einer Strömungsmaschine, bei welcher eine Strömung ausgehend von einem Diffusor ungestört in einen sich am Diffusor angrenzenden Sammelraum überströmen kann.There is therefore a need for a turbomachine in which a flow can flow from a diffuser undisturbed into a collecting space adjacent to the diffuser.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Strömungsmaschine zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Strömungsmaschine nach Anspruch 1 gelöst.Proceeding from this, the object of the invention is to create a novel flow machine. This object is achieved by a turbomachine according to claim 1.
Erfindungsgemäß weist das austrittsseitige Ende der äußeren Schale einen dem Sammelraum zugewandte Flächenabschnitt auf, der sich im Querschnitt in Radialrichtung erstreckt. Der sich in Radialrichtung erstreckende, dem Sammelraum zugewandte Flächenabschnitt des austrittsseitigen Endes der äußeren Schale geht mit einem im Querschnitt kreissegmentförmig konturierten Flächenabschnitt in einen dem Diffusor zugewandten Flächenabschnitt des austrittsseitigen Endes der äußeren Schale über.According to the invention, the outlet-side end of the outer shell has a surface section which faces the collecting space and which extends in the radial direction in cross section. The surface section of the outlet-side end of the outer shell which extends in the radial direction and faces the collecting space merges with a surface section which is contoured in the form of a circular segment in cross section into a surface section of the outlet-side end of the outer shell which faces the diffuser.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Strömungsmaschine am austrittsseitigen Ende der äußeren Schale des Diffusors kann gewährleistet werden, dass eine Strömung aus dem Diffusor ungestört in den Sammelraum überströmen kann. Insbesondere können Strömungsablösungen und Verwirbelungen vermieden werden. Hierdurch können Strömungsverluste minimiert und der Wirkungsgrad gesteigert werden.The configuration of the turbomachine according to the invention at the outlet-side end of the outer shell of the diffuser can ensure that a flow from the diffuser can flow undisturbed into the collecting space. In particular, flow separation and turbulence can be avoided. This minimizes flow losses and increases efficiency.
Vorzugsweise geht der kreissegmentförmig konturierte Flächenabschnitt in den dem Sammelraum zugewandte Flächenabschnitt und/oder in den dem Diffusor zugewandte Flächenabschnitt tangential übergeht. Eine derartige Konturierung der äußeren Schale des Diffusors am austrittsseitigen Ende ist besonders bevorzugt, um Strömungsverluste zu minimieren.Preferably, the surface section contoured in the shape of a segment merges tangentially into the surface section facing the collecting space and / or into the surface section facing the diffuser. Such a contouring of the outer shell of the diffuser at the outlet end is particularly preferred in order to minimize flow losses.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung weist der sich in Radialrichtung erstreckende Flächenabschnitt des austrittsseitigen Endes der äußeren Schale des Diffusors in Radialrichtung eine Länge L auf, für die gilt: 0,1 *X≤L≤X, wobei X die Abmessung des Mündungsquerschnitts des Diffusors in Axialrichtung ist. Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist der kreissegmentförmig konturierte Flächenabschnitt des austrittsseitigen Endes der äußeren Schale des Diffusors einen Radius R auf, für den gilt: 0,1 *X≤R≤X, wobei X die Abmessung des Mündungsquerschnitts des Diffusors in Axialrichtung ist. Dann, wenn eine oder vorzugsweise beide dieser Bedingungen erfüllt sind, kann die Strömung aus dem Diffusor besonders vorteilhaft in den Sammelraum übertreten, um so Strömungsverluste zu minimieren.According to an advantageous development, the surface section of the outlet-side end of the outer shell of the diffuser which extends in the radial direction has a length L in the radial direction, for which the following applies: 0.1 * X≤L≤X, where X is the dimension of the mouth cross section of the diffuser in the axial direction is. According to a further advantageous development, the area segment of the outlet-side end of the outer shell of the diffuser which is contoured in the shape of a segment of a circle has a radius R for which: 0.1 * X≤R≤X, where X is the dimension of the mouth cross section of the diffuser in the axial direction. When one or preferably both of these conditions are met, the flow from the diffuser can pass into the collecting space in a particularly advantageous manner, in order to minimize flow losses.
Vorzugsweise ist die Strömungsmaschine eine Axialturbine, besonders bevorzugt eines Turboladers. Die Erfindung ist besonders vorteilhaft bei einer Verwendung an einer als Axialturbine eines Turboladers ausgebildeten Strömungsmaschine.The turbomachine is preferably an axial turbine, particularly preferably a turbocharger. The invention is particularly advantageous when used on a turbomachine designed as an axial turbine of a turbocharger.
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 schematisierten, ausschnittweisen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine.
-
1 a schematic, partial cross section through a turbomachine according to the invention.
Der Diffusor
Am austrittsseitigen Ende
Dieser sich im Meridianschnitt ausschließlich in Radialrichtung erstreckende, dem Sammelraum
Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass der kreissegmentförmig konturierte Flächenabschnitt
Das austrittsseitige Ende
Im Meridianschnitt gesehen ist das austrittsseitige Ende
Vorzugsweise gilt eine, besonders bevorzugt gelten beide, der nachfolgenden Bedingungen:
- L die Länge des sich in Radialrichtung
erstreckenden Flächenabschnitts 18 ist, - R der Radius des kreissegmentförmig
konturierten Flächenabschnitts 19 ist, - X die Abmessung des
Mündungsquerschnitts 16 des Diffusors in Axialrichtung ist.
- L is the length of the surface section extending in the radial direction
18th is - R is the radius of the area segment contoured in the shape of a segment of a circle
19th is - X the dimension of the
mouth cross section 16 of the diffuser in the axial direction.
Das austrittsseitige Ende
Mit einem derart ausgebildeten austrittsseitigen Ende
Die Erfindung kommt vorzugsweise bei einer Axialturbine eines Turboladers zum Einsatz. Obwohl die Erfindung in diesem Anwendungsfall besonders bevorzugt zum Einsatz kommt, kann die Erfindung auch bei anderen Strömungsmaschinen mit einem Diffusor und einem sich an den Diffusor angrenzten Sammelraum zum Einsatz kommen, bei welchen eine Strömung ausgehend vom Diffusor in Radialrichtung in den sich an den Diffusor angrenzenden bzw. anschließenden Sammelraum übergeht.The invention is preferably used in an axial turbine of a turbocharger. Although the invention is used with particular preference in this application, the invention can also be used in other turbo machines with a diffuser and a collecting space adjacent to the diffuser, in which a flow starting from the diffuser in the radial direction into those adjacent to the diffuser or subsequent collection room.
Bezugszeichenliste Reference list
- 1010th
- StrömungsmaschineFluid machine
- 1111
- LaufradWheel
- 1212th
- DiffusorDiffuser
- 1313
- innere Schaleinner shell
- 1414
- äußere Schaleouter shell
- 1515
- SammelraumGathering room
- 1616
- MündungsquerschnittMouth cross section
- 1717th
- austrittsseitiges Endeexit end
- 1818th
- FlächenabschnittSurface section
- 1919th
- FlächenabschnittSurface section
- 2020
- FlächenabschnittSurface section
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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Claims (9)
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