DE1023177B - Stroemungsmaschine mit radial durchstroemtem Laufrad - Google Patents

Description

• Strömungsmaschine mit radial durchströmtem Laufrad Die Erfindung bezieht sich auf eine Strömungsmaschine mit wesentlich radial durchströmtem Laufrad ohne Deckscheibe und mit radial durchströmtem Leitrad. Darartige Laufräder werden beispielsweise verwendet alsTurbnnenlaufrMer bei Abgasturbinen von Turboladern; in diesem Fall ist das Laufrad im wesentlichen radial von außen nach innen durchströmt. Die Erfindung ist aber auch anwendbar bei solchen Strömungsmaschinen, bei denen die Strömungsführung im wesentlichen radial von innen nach außen geht.
• Es kommt darauf an, den Abstand zwischen dem Laufrad an der beschaufelten Seite und dem feststehenden Gehäuse möglichst gering zu halten, damit möglichst geringe Spaltverluste auftreten. Enge Spalte setzen jedoch, voraus, daß im Betrieb keine Verlagerung der feststehenden Gehäusewand gegenüber dem laufenden Rad erfolgt. Die Gehäuse müssen daher außerordentlich steif konstruiert sein. Es muß außerdem verhindert werden, daß durch die zentrisch am Gehäuse in axialer Richtung wegführende Ableitung des Strömungsmittels auf das Gehäuse Kräfte ausgeübt werden. Besonders schwierig wird die Enghaltung des Spaltes in den Fällen, wo das Strömungsmittel eine hohe Temperatur besitzt. Hierbei treten durch die Wärmedehnungen, insbesondere bei unsymmetrischer Ausführung der Gehäuse, leicht Veränderungen der relativen Lage des Gehäuses zum Laufrad ein.
• Der Erfindungsgedanke besteht darin, daß das Leitrad nur mit der der Radscheibe des Laufrades benachbarten Gehäusewand fest verbunden und daß das Laufrad auf seiner beschaufelten Seite durch einen am Leitrad zentrierten, und befestigten Deckring abgedeckt ist.
• Es ist zwar eine Ausführung entsprechender Strömungsmaschinen bekannt, bei der ebenfalls das radial durchströmte, einseitig offene Laufrad durch einen im Gehäuse gesondert angeordneten Ring abgedeckt ist. Dieser Ring ist jedoch mit dem den Veränderungen durch Kräfte und Temperaturen unterworfenen Gehäuseteil fest verbunden, so daß seine Lage relativ zu dem Laufrad durch die veränderlichen Betriebsbedingungen beeinflußt wird.
• In Fig. 1 ist das Wesen der Erfindung in einem schematischen Teilschnitt an dem Turbinenteil eines Abgasturboladers dargestellt. Das Laufrad ist im wesentlichen radial von außen durchströmt, wobei nur der Austritt und die Abströmung zentrisch in axialer Richtung erfolgen. 1 stellt das Laufrad dar, das auf der Welle 2 fliegend angebracht ist. Die Welle ist auf der dargestellten Seite der Strömungsmaschine im Lager 3 gelagert, das in dem Lagergehäuse 4 angeordnet ist. An dem Flansch 5 des zugehörigen Gehäuseträgers ist mittels des Flansches 7 die Gehäusewand 6 der Strömungsmaschine befestigt, die gewissermaßen, das Rückgrat der Gehäuseteile bildet und entsprechend steif ausgeführt ist. Infolge der direkten Anflanschung dieser Gehäusewand an dem Gehäuseträger, der steifen Ausführung und der relativ niedrigen Temperatur dieses Teiles ist die Lage dieser Gehäusewand im Verhältnis zum Laufrad immer unverändert sichergestellt. Mit der Gehäusewand 6 ist das Leitrad 10, das das Laufrad ringförmig umgibt, fest verbunden, beispielsweise derart, daß die Leitschaufeln mit diesem Gehäuse aus einem Stück gegossen sind oder verschweißt sind. Das Leitrad 10 trägt nun den der Schaufelvorderkante mit engem Spalt s angepaßten Deckring 11, der beispielsweise durch die Schrauben 12 am Leitrad befestigt ist. Das die heißen Gase führende Gehäuse 8 ist unabhängig von diesem das Laufrad umgebenden System mit den Flanschen 5 und 7 verschraubt und bei 13 lediglich durch eine die Bewegungsfreiheit nicht hindernde Abdichtung mit dem Ring 11 in Berührung.
• Weiterhin trägt das Gehäuse den axialen Austrittsstutzen 9, der mit dem das Laufrad abdeckenden-Ring 11 keine Berührung hat. Kräfte, die, auf den Austrittsstutzen 9 wirkend, eine Verformung des Gehäuses herbeiführen, beeinflussen also nicht den Spalt Zwischen dem Abdeckring 11 und dem Laufrad. Ebenso wirken sich durch die heißen Gase in dem Gehäuse 8 herbeigeführte Dehnungen nicht auf die Lage des Ringes 11 zum Laufrad 1 aus.
• Für die Ausführung der Abdichtung zwischen dem Gehäuse und dem Leitrad bzw. dem Deckring 11 gibt die Fig. 2 an einem Teilschnitt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel. 1 ist wieder das von außen radial durchströmte Laufrad, 6 die feste Gehäusewand, während 8 den relativ durch die Betriebskräfte verschiebbaren Gehäuseteil darstellt. Der Deckring 11 zur Abdeckung des Laufrades ist in dem Leitrad 10 zentriert und durch die Schrauben 12 festgehalten. Zwischen dem Gehäuseteil 8 und dem am Leitrad 10 anliegenden flanschartigen Teil 21 des Deckringes 11 ist eine Spitzendichtung 22 vorgesehen. Diese Spitzendichtung wird vorteilhaft so ausgebildet, daß sie innerhalb der im Betrieb vorkommenden Verformungen elastisch an dem Flansch 21 anliegt. Es wird dadurch die Abdichtung des Gases zwischen Gehäuse und Leitapparat hergestellt, ohne daß von dem Gehäuseteil 8 aus auf den Deckring 11 den Spalt s beeinflussende Kräfte ausgeübt werden können.
• Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Verbindung zwischen dem Gehäuseteil 8 und dem Leitrad bzw. dem Deckring 11 durch. eine in axialer und radialer Richtung nur geringe Kräfte übertragende gewellte Membran 31 erfolgt. Diese im Querschnitt gezeigte ringförmige Membran ist an dem Leitrad durch die Schrauben 32 befestigt und wird an dem Gehäuseteil 8 durch die Schrauben 33 abdichtend angezogen. Auf diese Weise wird eine vollkommene Dichtheit zwischen dem Gehäuse und dem Leitrad erzielt. Infolge der Wellenform der Membran besitzt diese eine ausreichende Elastizität, die Übertragung von verformenden Kräften, herrührend von dem Gehäuse 8, auf den Deckring 11 vollkommen zu verhindern, so daß der Spalt s bei allen Betriebszuständen unverändert bleibt.
• Eine weitere Ausführungsform, die sich durch besondere Einfachheit auszeichnet, ist in Fig. 4 dargestellt. Hierbei ist der Deckring 11 am Außenumfang seines Flansches 21 im Leitrad 10, d. h. in den Leitschaufeln zwar zentriert, mit diesem Leitrad aber nicht verschraubt. Das Halten des Ringes 11 in axialer Richtung erfolgt durch eine Einspannung zwischen dem derLaufradvorderseite zugekehrten Gehäuseteil 8 und dem Leitrad 10, unter Zwischenschalten einer Packungsdichtung 43. Der Gehäuseteil 8 wird mit Hilfe der Schraubenverbindung 41 am Flansch 44 gegen den Flansch 7 der steifen Gehäuserückwand, 6 bzw. den Flansch 5 des Lagerbockes fest angezogen. Dadurch wird unter Zwischenschaltung einer gewissen Elastizität der Flansch 21 des Ringes 11 am Leitrad 10 in axialer Richtung verspannt. Da die Verbindung zwischen dem Gehäuseteil 8 und dem Flansch 21 lediglich durch Anpressen erfolgt und die Elastizität des gasführenden Gehäuses und die Nachgiebigkeit der Packungsdichtung dazwischengeschaltet ist, kann das Gehäuse 8 gewisse Deformationen erleiden, ohne daß deformierende Kräfte auf das Leitrad und den Deckring il ausgeübt werden. Die an der,Berührungsfläche in radialer Richtung durch Reibung übertragenen Kräfte genügen nicht, eine Verformung des Leitrades und des Abdeckringes und damit eine Veränderung des Spaltes s herbeizuführen. Für die Dichtung 43 hat sich bei hoher Temperatur der Gase eine Asbestpackung bewährt.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Strömungsmaschine mit wesentlich radial durchströmtem Laufrad ohne Deckscheibe und mit radial durchströmtem Leitrad, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitrad (10) nur mit der der. Radscheibe des Laufrades benachbarten Gehäusewand (6) fest verbunden und daß das Laufrad (1) auf der beschaufelten Seite durch einen am Leitrad zentrierten und befestigten Deckring (11) abgedeckt ist.
2. 2. Strömungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der dem Deckring (11) benachbarten Gehäusewand (8) und dem Leitrad (10) eine Spitzendichtung (22) angeordnet ist.
3. 3. Strömungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der dem Deckring benachbarten Gehäusewand (8) und dem Leitrad (10) eine gewellte Membran (31) als Dichtung angeordnet ist.
4. 4. Strömungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der dem Deckring (1i) benachbarten Gehäusewand (8) und dem Deckring (11) eine Packungsdichtung (43) angeordnet ist, die zugleich den Deckring (11) axial gegen das Leitrad (10) festspannt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 918 726; französische Patentschrift Nr. 1083 716.