DE1907040A1 - Einlassgehaeuse-Einrichtung fuer Turbomaschinen - Google Patents

Description

-Dr. !nc). H, Nsgpii ' Dipi. !ng.!■:, Hcuck ■· DIpL Phys. V/. S-λίπΗζ

Carrier Corporation

Carrier Parkway '

Syracuse, N.Y. 13-2Ql/USA ' H₁ Februar I9B9

~ Anwältsakte -M-5 69

Einiäßgehäuse-Einrichtung für Turbomasehinen

Die Erfindung betrifft eine Einlaßgehäuse-Einrichtung zum Zuleiten eines unter relativ hohem Druck stehenden Strömungsmittels an das Schaufelrad einer Turbine_Ä wobei das Einlaßgehäuse einen Stützring mit einer im wesentlichen zylindrischen ₃ durch eine Schulter gebildete Fläche, eine Nabe mit einem an der Schulter angreifenden ringförmigen Randabschnitt und einen Diffusorring aufweist, der mit dem. Stützring so verbunden ist, daß er eine Axialbewegung des Rändabschnitts des Nabe gegenüber dem Stützring versperrt.

Bei Turbomasehinen, wie beispielsweise Turboladern, ist die Temperatür des.Gases * das als antreibendes Strömungsmittel für den Turbinenabschnitt dient, relativ hoehj oft in der Größenordnung von 700⁰Ci Die Gehäuse oder die Verkleidungen dieser Turbinen sind gewöhnlich mit Durehgänigen für den Kühlmittelfluß versehen, damit die Wärme, die in den Teilen der Maschine durch Leituhg

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ORiGiNALlNSPEOTID

vorhanden 1st, abgeführt werden kann. Durch die Verwendung eines Kühlmediums für diesen Zweck xirerden die Temperatürgradientgh '. ^{: :}' über den einzelnen Teilen der Turbine erhöht. Wegen dieseb Teifl- :; peraturgradienten ändert sich das Maß der Ausdehnung der Teile' ■ aufgrund der Temperaturgradienten. Wenn keine Vorkehruhiii'ür' verschieden große Ausdehnungen der beteiligten Teile getroffen ; wirdj kann einVersagen auftreten. '

Der Turbinenabschnitt, der am meisten durch die Temperatürgrä- " dienten in Mitleidenschaft gezögen wird, ist der Einlaßabschnitt, der als Verbindung zu der Quelle des Treibmittels dient. Der Ein·^ laßabschnitt -weist gewöhnlich eine bauliche Einheit mehrerer. Teile auf., von denen einer der Nasenkonus ist. Ein Nasenkonus ist so angeordnet, daß der in die Turbine eintretende Gasstrom irr. -.-'■ einen ringförmigen Weg zu einer Leitkranzeinheit öder einer Stätoreinheit geleitet wird. Wenn es durch den Leitkranz hindurchgetreten ist, trifft das Gas auf die Schaufeln eines Schaufelrades auf und verursacht eine Drehung des Schaufelrades und einer ihm zugeordneten Welle. Die Gasströmung gelangt dann in einen Auslaß-; abschnitt, wo sie von der Turbine ausgestoßen wird. Die Erfindung bezieht sich auf eine Einlaßeinriehtung, die den oben erwähnten Nasenkonus oder das Nabenglied in Verbindung mit einem bestimmten tragenden Aufbau aufweist, der als Verschlußglied für die Turbine wirkt. . - .

Die erfindungsgemäße Einlaßeinriehtung hat zusätzlich zu ein^m _; Nabenglied, das den Leitkranz an seiner rückseiMgen Fläche ! einen Stützring, mit dem das Nabenglied zuMrnmengeseftzt einen Diffusorteil. '

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P-er Diffusorteil weist eine Vorrichtung zur Verbindung mit dem. Stützring.auf, um das Nabenglied darin zu befestigen. Der Stützring ist seinersei-ts mit einem Ringflansch versehen, der die aus den.beschriebenen Teilen zusammengesetzte Einheit an dem Einlaßende eine.r,_fTurbine anzuordnen gestattet. .

Das Nabenglied hat eine Vielzahl radialer Arme, die von einem Mittelabschnitt ausgehen.und ist fe.rner mit einem Randabschnitt versehen, der den Mittelabschnitt umgibt und die äußeren Enden der oben erwähnten Arme miteinander verbindet.

Das Nabenglied ist in den Stützring eingefügt und wird darin in seineT Lage durch eine Vielzahl Stellschrauben gehalten, die eine bestimmte Lage bezüglich der radialen Arme haben. Der Diffusorrlng ist mit. einem Flansch auf dem Stützring durch Bolzen verbunden, so daß der Randabschnitt des Nabengliedes in einem Abschnitt der Innenfläche des Stützringes eingebettet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der bei- . liegenden Zeichnungen beschrieben/Es zeigen:

Fig. 1 eine gebrochene Darstellung einer Turbomaschine.zum Teil im Schnitt, die eine erfindungsgemäße Einlaßeinrichtung aufweist, und

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II von Fig. 1, der bestimmte Einzelheiten des Nabenglledes zeigt.

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In den Figuren ist gezeigt, wie das erfindungsgemäße Einlaßgehäuse an einer Turbine angeordnet ist, in die Gas unter hohem Druck und unter hoher Temperatur eingeführt wird. Das Gas tritt in die Turbine durch den Einlaßabschnitt ein und strömt über den Leitkran-z durch einen Rotor in einen Auslaßabschnitt.

Die in dem Einlaßabschnitt gezeigte Äusführungsform der Erfindung weist folgende zu einer Einheit zusammengesetzte Teile auf: einen Stützring lo, ein Nabenglied 2o und einen Diffusorring 3o. Der Stützring Io weist Flansche 12 und 13 auf. Der Flansch 12 stellt die Verbindung mit einer Stützstruktur 15 her, die einen Teil des Turbinengehäuses bildet. Der Stützring Ib weist eine Innenfläche 14 auf, die durch einen Abschnitt konstanten Durchmessers 16 gekennzeichnet ist, der eine Schulter 18 bildet. Zusätzlich ist der Stützring Io mit einer Vielzahl an seinem Umfang unter Abständen angeordneten öffnungen 2o versehen, deren Zweck noch beschrieben wird.

In den Stützring Io ist ein ringförmiges Nabenglied 22 eingesetzt. Das Nabenglied weist einen Mittelabschnitt 23 auf, der dem in die Turbine eintretenden Gas eine konvexe Fläche bietet. Das Nabenglied 22 weist eine Vielzahl radialer Arme 24 auf, die am Umfang des Mittelabschnittes des Nabengliedes unter Abständen angeordnet sind. Ein Randabschnitt 26 verbindet die äußeren Enden der radialen Arme 24. Gemäß Fig. 1 ist das Nabenglied 22 in den Stützring.. Io durch das Angreifen· der Schulter 18 an der- · außenseitigen Endfläche des» Randes 26 ;und. durch durch das :An-_: liegen der Außenfläche des Randes 26 an der: Fläche .^eingesetzt,' die auf dem Stützring Io vorgesehen ist.

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Die Einlaßgehäuse-Einrichtung weist* als drittes Glied einen Diffus.orring.-3o- auf, der einen Flansch 32 hat, der an dem Plansch 13 des Stützringes Io angreifen kann. Die Teile sind so ausgeführt, daß der Diffusorring eine:Axialbewegüng des Nabengliedes bezüglich des Stützringes oder des DiffusorrInges/ . und insbesondere eine Axialbewegung des Nabengliedes relativ zu der Achse der Turbine verhindert. Der Diffusorring ist mit dem Stützring durch Bolzen J>k und sperrende Beilagscheiben 36 verbunden. Zusätzlich sind" Stellschrauben 38 . in den öffnungen 2o zum.Angreifenander Außenfläche des Randes 26 vorgesehen, wenn er in den Stützring eingesetzt ist (Fig. 1).

Die beschriebene Einlaßgehäuse-Einrichtung ist mit einer Stützstruktur 15 verbunden, die einen Teil des Turbinengehäüses bildet und Durchgänge ,19 aufweist, durch die ein Kühlmittel geschickt wird. Daher ist ein erheblicher.Temperaturgradient über dem Stützring Io in einer Richtung senkrecht zur Turbinenachs.e vorhanden. Zusätzlich ergibt sich ein erheblicher Temperaturgradient über .dem Näbenglied, so daß das Nabenglied ebenso wie der Stützring und-der Diffusorring dazu neigen, sich unter_: dem Einfluß des eine hohe Temperatur aufweisenden Gases radial auszudehnen. Bei der Dimensionierung der einzelnen Teile wird ein kleiner freier Zwischenraum zwischen dem ringförmigen Nabenglied und dem Stütsring vorgesehen. Er wird durch die Einstellung der ■■/ Stellschrauben 2o gesteuert, wenn der Rand 26 in derinFig. 1 gezeigten Lage ist. Es ist wesentlich,, daß der Zwischenraum so klein wie möglich gehalten wird, damit die mechanische Stabilität der Einrichtung; erhalten bleibt und den 'Schwihgungskräften

Widerstand entgegengesetzt wird, die auf die Turbine ausgeübt werden können. Andererseits wird der Zwischenraum wegen, jder relativen Ausdehnung des Nabengliedes in radialer Richtung „gegenüber dem Stützring benötigt. Bei dem beschriebenen Aufbau dehnt sich,, das Nabenglied in den Grenzen des Stützringes aus, und wenn Temperaturen auftreten, die die bei der Dimensionierung zugrundegelegten Temperaturen übersteigen, wird der Randabschnitt des Ringes.und das Nabenglied deformiert. Bei der gezeigten Aus- ^! führungsform sind in einer Reihe sechs getrennte Innenabschnitte gezeigt, die jeweils durch den Berührungspunkt einer Stellschrau be und die danebenliegenden radialen Arme definiert sind. Es hat sich gezeigt,, daß die einzelnen Abschnitte sich in dem Bereich zwischen den Punkten, die als Endpunkte des Abschnittes dienen, durchbiegen. Mit anderen Worten wird die Verzerrung über die gesamte Ausdehnung der Abschnitte verteilt, so daß, obwohl die Fließgrenze des Werkstoffes, aus dem die Teile hergestellt sind, überschritten sein kann, die elastische Grenze ein Versagen der Einrichtung durch einen Bruch aufgrund örtlicher Spannungspunkte nicht verhindert. -

Zum Gebrauch werden die erfindungsgemäßen Teile in der beschriebenen Art zusammengesetzt, und ein Leitkranz 4o wird an der hinteren Fläche des Nabengliedes befestigt. Die sich ergebende Einrichtung wird dann an einer Turbine angeordnet, die ein Schaufelrad 42 aufweist, das mit einer in dem Gehäuse getragenen Antriebswelle 44 mit üblichen Lagern und Dichtungen verbunden ist. Die in Fig. 1 gezeigte Maschine ist ein Teil eines Turboladers mit einem Turbinenabschnitt und einem einstückig damit ausgebildeten Kompressorabschnitt (nicht gezeigt)»Die Einlaßeinrichtung wirkt in

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der Art eines Endverschlusses, wobei!Maßnahmen zum Anschließen einer Leitung zum Zuführen eines unter hohem Druck und hoher Temperatur stehenden Auspuffgases oder eines anderen Antriebs mittels getroffen sind.

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Claims (1)

1. Patentanspruch

   Einlaßgehäuse-Einrichtung zum Zuleiten eines unter relativ hohem Druck stehenden Strömungsmittels an das Schaufelrad einer Turbine, wobei das Einlaßgehäuse einen Stützring mit einer im wesentlichen zylindrischen, durch eine Schulter gebildete Fläche, eine Nabe mit einem an der Schulter angreifenden ringförmigen Randabschnitt und einen Diffusorring aufweist, der mit dem Stützring so verbunden ist, daß er eine Axialbewegung des Randabschnittes der Nabe gegenüber dem Stützring versperrt, dadurch gekennzeichnet, daß

   ■'■"■■ · ' in , ■:■',:■ ■-..-... mehrere radial einstellbare Stellglieder (38)/an dem Umfang des Stützringes (lo) verteilten öffnungen (2p) angeordnet sind, die an dem Randabschnitt (26) angreifen und ihn gegenüber der Zylinderfläche (16) auf Abstand halten, wobei eine radiale Ausdehnung des Randabschnittes (26) zwischen den Stellgliedern (38) aufgenommen wird.

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   Lee r s e i t e