DE2044026A1

DE2044026A1 - Turbinengehause

Info

Publication number: DE2044026A1
Application number: DE19702044026
Authority: DE
Inventors: Joseph J Columbus Ind Neff (V St A) P
Original assignee: Cummins Engine Co Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 1969-09-04
Filing date: 1970-09-04
Publication date: 1971-03-25
Also published as: SE368259B; ZA705852B; GB1281774A; DE7033081U; FR2060833A5; US3614259A; CA931078A; BE755769A

Description

betreffend Turbinengehäuse.

Die Erfindung bezieht sich auf (Turbinen und betrifft insbesondere ein neuartiges Gehäuse zur Verwendung bei einer Gasturbine, wie sie bei einem Turbolader für eine Verbrennungskraftmaschine verwendet wird.

Da Verbrennungskraftmaschinen, die mit Abgasturboladern ausgerüstet sind, eine höhere Leistung liefern und weitere Vorteile bieten, wird von Turboladern in ständig zunehmendem Ausmaß Gebrauch gemacht. Während der letzten Jahre wurden die Gehäuse solcher Turbolader in einem erheblichen Ausmaß weiterentwickelt, um eine bessere Ausnutzung der in den Abgasen enthaltenen Energie zu erzielen und so den Gesamtwirkungsgrad des Turboladers und des Verbrennungsmotors zu erhöhen.

Bei einer Turbinenbauart, die bereits bei Turboladern angewendet wird, welche zur Verwendung in Verbindung mit Verbrennungsmotoren bestimmt sind, die mit Auslaßventilen in Form von i'ellerventilen ausgerüstet sind, handelt ee sich um die sogenannte "Impulsturbine". Eine solche Turbine umfaßt ein Gehäuse, das 00 konstruiert ist, daß die kinetieohe Energie der Impulse, welche beim Offnen der Auslaßventile

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des Motors durch den Abgasstrom erzeugt werden, so auf den Turbinenläuf er übertragen wird, daß die Energieverluste auf einem Minimum gehalten werden. Die Gehäuse .der meisten gegenwärtig in Gebrauch befindlichen Impulsturbinen weisen eine Trennwand auf, die das Gehäuse in zwei Teile unterteilt, so daß der pulsierende Abgasstrom aus bestimmten Zylindern des Motors in einen Teil des Gehäuses eingeleitet wird, und daß der pulsierende Abgasstrom aus den übrigen Zylindern dem anderen Teil des Gehäuses zugeführt wird. Beispielsweise würde bei einem V-Motor der Abgasstrom aus den Zylindern einer Zylinderreihe einem Teil des unterteilten Turbinengehäuses P zugeführt, und der Abgasstrom aus den Zylindern der zweiten Eeihe würde in den anderen Teil des Gehäuses eingeleitet.

Die bis jetzt bekannten unterteilten Impuls turbinengehäuse haben sich aus verschiedenen Gründen nicht in jeder Beziehung bewährt, und einer dieser Gründe besteht in einer Verringerung des Wirkungsgrades infolge der U terteilung der Strömung durch den Turbinenläufer.

Bei einer anderen bekannten Turbinenbauart, die bei Turboladern für Verbrennungsmotoren angewendet wird, handelt es sich um mit variabler Drehzahl arbeitende Turbinen. Zwar sind mit variabler Drehzahl arbeitende Turbinen bereits seit ^ langem bekannt, doch handelt es sich bei einer mit variabler Drehzahl arbeitenden Turbine mit einem unterteilten Turbinengehäuse in Verbindung mit einem Ventil zum Zuführen des Abgasstroms desMotors zu einem Teil oder beiden Teilen des Gehäuses zum Zweck des Vc riierens der Strömungsgeschwindigkeit der dem Turbinenläufer zuzuführenden Abgase und somit auch zum Variieren der Turbinendrehzahl um eine relativ neue Entwicklung.

Diese bekannten, mit variabler Drehzahl arbeitenden Turbinen mit einem unterteilten Turbinengehäuse haben sich aus verschiedenen Gründen nicht in jeder Beziehung bewährt. Einer dieser Gründe für die unbefriedigende Leistung dieser

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Turbinen besteht in einer Verringerung des Wirkungsgrades, die darauf zurückzuführen ist, daß der Einlaß des Turbinenläufers nur teilweise gefüllt wird, so daß im Eintrittsbereich der Turbinenläuferschaufein ExpansionsVerluste auftreten.

Der Erfindung liegt nun ganz allgemein die Aufgabe zugrunde, ein die vorstehenden Nachteile vermeidendes unterteiltes Turbinengehäuse zu schaffen, das sowohl bei einer Impulsturbine als auch bei einer mit variabler Drehzahl arbeitenden Turbine für einen Abgasturbolader verwendet werden kann. Das unterteilte Turbinengehäuse soll für eine Gasturbine geeignet sein, die durch einen von einem Verbrennungsmotor abgegebenen pulsierenden Abgasstrom angetrieben wird, wobei das Gehäuse so ausgebildet sein soll, daß die Impulse des Abgasstroms dem Turbinenläufer «β- mit nur minimalem Energieverlust zugeführt werden. Das Turbinengehäuse soll auch für eine Turbine verwendbar sein, die durch die pulsierenden Abgasströme aus verschiedenen Gruppen von Zylindern eines mehrzylindrigen Verbrennungsmotors antreibbar ist, wobei verhindert wird, daß die durch eine Gruppe von Zylindern erzeugten Impulse den von einer anderen Gruppe von Zylindern abgegebenen Abgasstrom nachteilig beeinflussen.

Die Erfindung geht von einem Turbinengehäuse für einen Turbinenläufer mit einer Mehrzahl über den Umfang verteilter Schaufeln aus, das einen den Turbinenläufer umschließenden Spiralgehäuseteil mit einer nach innen gerichteten ringförmigen Verengung umfaßt, die eine Verbindung zu den Lücken zwischen den Läuferschaufeln herstellt. Nach der Erfindung ist bei diesem Turbinengehäuse der Spiralgehäuseteil durch eine ringförmige, sich allgemein radial nach innen erstreckende Trennwand in zwei Teile unterteilt, wobei der innere Rand der Trennwand im wesentlichen am äußeren Umfang der Verengung angeordnet ist, so daß ein über den einen oder den anderen Teil oder beide Teile des Spiralgehäuseteils zugeführter Gasstrom die Verengung vollständig ausfüllt, bevor er in die Lücken zwischen den Läuferschaufeln eintritt, um den Turbinenläufer anzutreiben.

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Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten derErfindung werden im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

1 ist eine axiale Ansicht eines Turbinengehäuses gemäß der Erfindung.

Pig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1 und läßt die Beziehung zwischen dem Turbinengehäuse und dem zugehörigen Turbinenläufererkennen.

Fig. 3 zeigt die rechte Seite des in Fig. 1 dargestellten Turbinengehäuses.

, Fig. 4 ist eine teilweise als Schnitt gezeichnete axiale Ansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Turbinengehäuses, das dem Turbinengehäuse nach Fig. 1 ähnelt.

Fig. 5 ist ein Schnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 4.

Wie erwähnt, sieht die Erfindung ein neuartiges Turbinengehäuse zum Zuführen eines Gasstroms zu einem Turbineuläufer vor. Das im folgenden näher beschriebene Turbinengehäuse umfaßt einen Spiralgehäuseteil, der den Läuferumgibt, einen sich in tangentialer Richtung an den Spiralgehäuseteil anschließenden Einlaßabschnitt und einen ringförmigen, sich verengenden Abschnitt zum Einleiten des von dem Spiralgehäuseabschnitt abgegebenen GasStroms in die Lücken zwischen den Schaufeln des Turbinenläufers derart, daß der Läufer angetrieben, wird· Im Inneren des Gehäuses ist eine Trennwand vorgesehen, die den Spiralgehäuseabschnitt in zwei Teile unterteilt, welche sich bezüglich ihres Radius von der Achse des Gehäuses bis zum Mittelpunkt ihrer Querschnittsfläche unterscheiden; diese Trennwand hat in Beziehung zur Achse des Turbinengehäuses innerhalb des Spiralgehäuseteile eine konische Form· Der der Gehäuseachse benachbarte innere Rand der Trennwand ist im wesentlichen am äußeren Hand der ringförmigen Verengung angeordnet, und mindestens auf einer Seite abgeschrägt, um ein Ablösen des Gasstrome von den Wänden der Verengung zu

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■verhindern. I_n dem Einlaßabschnitt ist die Trennwand so gekrümmt, daß sie von einem im rechten WSnkel zur Gehäuseachse verlaufenden Abschnitt aus in den in dem Spiralgehäuseabschnitt angeordneten konischen Abschnitt übergeht.

Bei einer Ausrührungsform der Erfindung ist das (Turbinengehäuse so ausgebildet, daß die Impulse der von zwei verschiedenen Zylindergruppen eines der Turbine zugeordneten Verbrennungsmotors abgegebenen Gc s ströme ausgenutzt werden, so daß die Turbine als Impulsturbine arbeitet. Hierbei sind die beiden Teile des unterteilten Turbinengehäuses so ge— j staltet, daß sie getrennte Ströme von pulsierendem 4l>S^as aufnehmen, die von den zugehörigen Zylindergruppen des Motors abgegeben werden, und daß diese AbgasStromimpulse auf einen Turbinenläufer übertragen werden, ohne daß sich irgendwie bemerkenswerte Energieverluste ergeben, und ohne daß die Abgasströme nachteilig beeinflußt werden. Um die Turbine in dieser Weise zu betreiben, wird der eine Teil des unterteilten Einlasses mit einer Gruppe von Zylindern des Motors und der andere Teil des Einlasses mit der anderen Gruppe von Motorzylindern verbunden. Die Gruppen von Zylindern sind so gewählt, daß die durch eine Zylindergruppe erzeugten Abgasimpulse nicht im gleichen Zeitpunkt der Verengung des Gehäuses zugeführt werden, in dem ihr die Abgasstromimpulse der anderen ! Zylindergruppe zugeführt werden.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Turbinengehäuse so gestaltet, daß die Turbine als mit variabler Drehzahl arbeitende Turbine betrieben werdet kann. In diesem Fall sind in dem Einlaßabschnitt Klappenventilmittel angeordnet, die eine Fortsetzung der Trennwand bilden und dazu dienen, den von den Zylindern des Motors abgegebenen Abgasstrom je nach der Stellung der Ventilmittel dem einen oder dem anderen Teil oder beiden Teilen des Gehäuses zuzuführen. Die Ventilmittel sind so eingerichtet, daß sie von einer Seite des Einlaßabschnitts dee Gehäuses zur anderen Seite geschwenkt werden können, um dae Strömen von Abgasen

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durch den einen oder anderen der beiden Genau seteile zu verhindern, und daß sie in dem Einlaßabschnitt in eine Mittelsbellung gebracht werden können, bei der die Abgase durch beide Teile des Gehäuses strömen können. Die "beiden Seile des Spiralgehäuseabschnitts des Turbinengehäuses unterscheiden sich bezüglich des V/ertes des Verhältnisses A/R, wobei A die Querschnittsfläche des betreffenden Teils am Beginn des Spiralgehäuseabschnitts und R den Radius zwischen der Achse des Gehäuses und dem Mittelpunkt der Querschnittsfläche bezeichnet. Natürlich kann man zwei verschiedene Werte des Verhältnisses A/R erzielen, indem man A oder S oder sowohl A als auch R variiert. Wenn man jeweils einen der beiden Teile benutzt, ist es somit möglich, dafür zu sorgen, daß sich am Umfang des Turbinenläufers zwei verschiedene Bereiche von Gasströmungsgeschwindigkeiten ergeben. Wenn die beiden Teile des Spiralgehäuseabschnitts gleichzeitig benutzt werden, erhält man einen anderen Wert des Verhältnisses A/H, der sich von dem Wert unterscheidet, welcher beim Benutzen nur eines einzigen Teils erzielt wird. Somit ist es möglich, dafür zu sorgen, daß sich am Umfang des Turbinenläufers ein anderer Bereich von Gasströmungsgeschwindigkeiten ergibt, Wenn man die Ventilmittel im Einlaßabschnitt des Gehäuses nacheinander in ihre verschiedenen möglichen Stellungen bringt, erhält man daher am Umfang des Turbinenläufers 3 verschiedene Bereiche von Gaßströmungsgeschwindigkeiten, so daß sich, drei verschiedene Turbinendrehzahlbereiche ergeben.

Ein erfindungsgemäßes Turbinengehäuse kann an eine Druckgasquelle angeschlossen werden. In ii'ig. 1, 2 und 3 ist ein Turbinengehäuse dargestellt, das mit einer Quelle für ein pulsierendes Druckgas, z.B. der Abgasleitung eines Verbrennungsmotors verbunden werden kann, der mit Auslaßventilen in Form von Tellerventilen ausgerüstet ist. Das in Mg. 1 bis 5 gezeigte Turbinengehäuse ist in zwei Teile unterteilt, denon die Abgaaimpulsö von verschiedenen Gruppen von Zylindern des Motors zugeführt werden können* Dieses ilo.. Uuce umfaßt einen üpiralgahäuaeaboeUnieb 11, eintts uich alL. .üDtitu t n-

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gential dazu erstreckenden Einlaßabschnitt 12, eine ringförmige Verengung 13 an dem der Gehäuseachse benachbarten inneren Rand des Spiralgehäuseabschnitts sowie einen ringförmigen Auslaßabschnitt 34, der sich von einer Seite des Spiralgehäuseabschnitts 11 aus in axialer Sichtung erstreckt. Im vorliegenden Fall erstreckt sich der Auslaßabschnitt 14 gemäß Pig. 2 von der linken Seite des Spiralgehäuseabschnitts weg. Gemäß Fig. 2 ist das Gehäuse auf seiner rechten Seite mit einem ringförmigen, sich axial erstreckenden Tragabschnitt 16 versehen, <Len an seinem äußeren Ende einen radial nach außen ragenden flansch 1? aufweist, der Tragabschnitt 16 kann auf ein Ende 22 eines zylindrischen Bauteils, z.B. eines Lagertraggehäuses 25» aufgeschoben werden, das in Fig. 2 und 3 teilweise dargestellt ist« In das Gehäuse 23 ist ein in Fig. 2 teilweise dargestelltes Lager 24 eingebaut, in dem eine Welle 26 drehbar gelagert ist.

Das linke Ende der Welle 26 trägt gemäß Fig. 2 einen zum Antreiben der Welle dienenden Turbinenläufer JO mit mehreren radialen, in Umfangsabständen verteilten Schaufeln 31. Wenn das Turbinengehäuse auf dem Traggehäuse 23 montiert ist, so daß der Läufer 30 von dem Spiralgehäuseabschnitt 11 umgeben ist, und wenn unter Druck stehendes Gas dem Einlaßabschnitt 12 des Gehäuses zugeführt wird, strömt das die Verengung 13 des Turbinengehäuses passierende Gas radial nach innen in die Lücken zwischen den äußeren Enden 32 der Schaufeln 31» woraufhin die Strömungsrichtung allmählich aus einer im wesentlichen radialen Richtung in eine im wesentlichen axiale Richtung übergeht, bevor das Gas über den Auslaßabschnitt 14 des Gehäuses abgegeben wird.

Wenn das Turbinengehäuse den Turbinenteil eines Abgasturboladers bilden soll, wird ein nicht dargestellter Laderoder Verdichterläufer «a anderen Ende der Welle 26 befestigt, und ein ebenfalls nicht gezeigtes Verdichtergehäuse wird auf dem entgegengesetzten Ende des Lagertraggehäuses 23 montiert. Das Traggehäuse 23» die Welle 26, der Turbinenläufer 30,

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der lader bzw. Verdichter und das zugehörige Gehäuse bilden nicht einen Gegenstand der Erfindung, so daß sich eine nähere Beschreibungerübrigen dürfte,

Das in Fig. 1 bis 5 gezeigte Turbinengehäuse ermöglicht es, Impulse, die in zwei getrennten, dem Gehäuse zugeführten Gasströmen enthalten sind, weiterzuleiten und sie auf den Turbinenläufer 51 zu übertragen, ohne daß sich ein bemerkenswerter Energieverlust ergibt, und ohne daß sich die Gasströme gegenseitig nachteilig beeinflussen, z.B. dadurch, daß die Impulse des einen Gasstroms den Impulsen des anderen Gasstroms )> entgegenwirken. Mit anderen Worten, wenn das Turbinengehäuse nach Fig. 1 bis 3 in Verbindung mit einem geeigneten Turbinenläufer benutzt wird, arbeitet die Turbine mit einem hohen Wirkungsgrad als I_mpulsturbine.

Als Beispiel für eine Quelle für einen pulsierenden Gasstrom, der mit Hilfe des Turbinengehäuses nach Fig. 1 bis 5 besondere gut ausgenutzt werden kann, sei die Abgasanlage eines Verbrennungsmotors genannt, dessen Auslaßventile als Tellerventile ausgebildet sind, undder zwei Abgasleitungen umfaßt, welche an zwei verschiedene Gruppen von Zylindern des Motors angeschlossen sind. Die Zylindergruppen werden so gewählt, daß die Impulse des von der einen Gruppe abgegebenen ψ Abgasstroms die I_mpulse des von der anderen Gruppe abgegebenen Abgasstroms nicht stören, wenn die Impulse in das Gehäuse eintreten. Als Beispiel für einen geeigneten Verbrennungsmotor sei ein Motor der V-Bauart genannt, der mit dem Turbinengehäuse so verbunden ist, daß die Abgase der Zylinder einer Zylinderreihe dem einen Te 1 des Gehäuses und die Abgase der Zylinder der anderen Reihe dem anderen Teil des Gehäuses zugeführt werden· Wenn das Turbinengehäuse an die Abgasanlage eines Reihenmotors, z.B. eines Motors mit acht Zylindern, angeschlossen werden soll, sieht man Verbindungen in der Weise vor, daß die Abgase aus vier Zylindern des Motors dem einen Teil des Gehäuses und die Abgase der vier anderen Zylinder dem anderen Gehäuseteil zugeführt werden.

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Gemäß Pig. 2 und 3 ist der Spiralgehäuseabschnitt 11 durch, eine innere Trennwand 35 in zwei Teile 36 und 37 unterteilt. Zwar können die Teile 36 und 37 die gleiche Größe haben, doch, sind sie vorzugsweise verschieden groß ausgebildet. Im vorliegenden Fall hat der Teil 36 an jedem beliebigen Punkt eine größere Querschnittsfläche und einen größeren mittleren Radius als der Teil 37· Mit anderen Worten, die Querschnittsfläche des Teils 36 ist größer als diejenige des Teils 37» und der von der Achse des Gehäuses zum Mittelpunkt der Querschnittsfläche des Teils 36 verlaufende Radius hat eine größere Länge als der von der Gehäuseachse zum Mittelpunkt der Querschnittsfläche des Teils 37 verlaufende Eadius, wenn man diese Radien jeweils in einer beliebigen radialen Ebene betrachtet, die sich durch den Spiralgehäuseteil 11 erstreckt. Ferner ist das am Beginn des Spiralgehäuseteils 11 gemessene Verhältnis zwischen der Querschnittsfläche und dem erwähnten Radius für den Toil 36 gleich dem Verhältnis zwischen der Querschnittsffcäche und dem erwähnten Radius und dem Toil 37.

Wenn die beiden Teile 36 und 37 gegenüber der Verengung oder Düse 13 in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise angeordnet sind, um zu gewährleisten, daß die aus den Teilen 36 und 37 austretenden Gasströme die Verengung 13 vollständig füllen, bevor sie zu dem Läufer 30 gelangen, ist die Trennwand 35 gegen eine im rechten Winkel zur Gehäuseachse verlaufende Ebene geneigt. Gemäß Fig. 2 ist die Trennwand 35 in Richtung auf die rechte Wand 39 der Verengung 15 von dem radial weiter außen liegenden Rand der Trennwand zu ihrem radial weiter innen liegenden Rand geneigt. Daher ist die Trennwand 35 nicht eben, sondern sie hat eine konische Form. Die Verringerung dee Wirkungsgrades infolge der Entspannung des Gases im Eintrittsbereich der Schaufeln des Turbinenläufere 30, d.h. in der Zone zwischen den radial am weitesten außen liegenden Enden 32 der Schaufeln 31, i*t dadurch auf ein Mindestmaß herabgesetzt, daß die Trennwand 55 im wesentlichen am äußeren Umfang bzw. am Eingang der Verengung 1$ endet,

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die vorzugsweise eine gleichmäßige radiale Abmessung hat. Ein vollständiges iüllen der Verengung 13 durch den aus dem Teil 37 austretenden Gasstrom ist ferner dadurch gewährleistet, daß die linke Seite der Trennwand 35 gemäß Fig. 2 an ihrem inneren Rand 40 mit einer Ab schrägung 42 versehen ist. ^a die Trennwand 35 eine konische Form hat, ist die Abschrägung 42 auf der Innenseite dieser konischen Wand vorgesehen.

Die beschriebene Anordnung ermöglicht es dem Gasstrom, der aus dem Teil 36 oder dem Teil 37 oder beiden Te len aus-P tritt, sich über die ganze radiale Länge der Eintrittszone der Schaufeln des Turbinenläufers zu entspannen. Wenn sich, die Trennwand 35 durch die Verengung 13 hindurch bis zu einem Punkt in der Nähe der äußeren Enden 32 der Turbinenschaufeln 31 erstrecken würde, würde sich eine erhebliche Verringerung des Wirkungsgrades ergeben, da sich das Gas in der Eintrittszone der Schaufeln des Turbinenläufers entspannen würde.

Um die Impulse der beiden Gasströme im Einlaßabschnitt 12 des Turbinengehäuses nach Fig. 1 bis 3 voneinander getrennt zu halten, ist auch der Einlaßabschnitt unterteilt. 2u diesem Zweck weist die Trennwand 35 eine Verlängerung 45 auf, die sich durch den Einlaßabschnitt 12 des Gehäuses erstreckt und " an der äußeren Stirnfläche 46 eines am äußeren Ende des Einlaßabschnitts 12 ausgebildeten Tragflansches 47 endet. Die Verlängerung 45 der Trennwand 35 unterteilt somit den Einlaßabschnitt 12 gemäß Fig. 3 in zwei Teile 52 und 53, die Fortsetzungen der Teile 36 und 37 des unterteilten Spiralgehäuseabschnitts 11 bilden.

Gemäß Fig. 3 haben die beiden Teile 52 und 53 de» Einlaßabsohnitts 12 in der Ebene der äul- ren Stirnfläche 46 des Tragflansches 47 eine im wesentlichen rechteckige Querschnittsform, und daa Ende der Verlängerung 45 erstreckt sich in dieser Ebene im rechten Winkel zur Achse des Gehäuses· Somit geht die QuerschnittBform der Teile 52 und 53 des Einlaßabschnitts

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12 allmählich von der in Pig. 3 gezeigten rechteckigen Form über die ganze Länge des Einlaßabschnitts in die aus Fig. 2 ersichtliche Querschnittsform der Teile 36 und 37 des Spiral- oder Sehneckengehäuseteils 11 über. Da die !Trennwand 35 gegen eine zur Gehäuseachse rechtwinklige Ebene dem Spiralgehäuseteil 11 geneigt ist, und da sich das äußere Ende der Verlängerung 45 im rechten Winkel zur Gehäuseachse erstreckt, hat die Verlängerung 45 in dem Einlaßabschnitt 12 eine verwundene Form.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung führt das Turbinegehäuse nach Fig. 1 bis 3 die Impulse, die in zwei getrennten pulsierenden Gasströmen enthalten sind, welche dem Einlaßabschnitt 12 zugeführt werden, dem Turbinenläufer 30 auf eine solche Weise zu, daß sieh kein bemerkenswerter Energieverlust ergibt und daß sich die Gasströme gegenseitig nicht nachteilig beeinflussen. Biese Wirkung wird durch die Trennwand 35 in dem Spiralgehäuseteil 11 des Turbinengehäuses und die Verlängerung 45 der Trennwand in dem Einlaßabschnitt 12 hervorgerufe, welche die in den Gasströmen vorhandenen Impulse voneinander getrennt halten, bis sie die Verengung 13 erreichen. Ferner gewährleistet die Neigung der Trennwand 35 in dem Spiralgehäuseteil 11, daß dieVerengung 13 von den Gasströmen ausgefüllt wird, die von den Teilen 36 und 37 des Spiralgehäuseteils abgegeben werden. Dieses Ausfüllen der Verengung durch den aus dem Teil 37 des Spiralgehäuseabschnitts 11 aufgetretenen Gasstrom wird zusätzlich dadurch gewährleistet, daß die Trennwand 35 an. ihrem inneren Hand auf ihrer linken Seite mit der Abschrägung 42 versehen ist. Da die Trenn wand 35 im wesentlichen am äußeren Band oder Eingang der verengten Verengung 13 endet, bewirkt das in Fig. 1 bis 3 gezeigte Turbinengehäuse ferner, daß die Verringerung des Wirkungsgrades, die auf die Expansion des Gas&s in der EfBntrittszone der Schaufeln des Turbinenläufers 30 zurückzuführen ist, auf dem Mindestmaß gehalten wird.

In Fig. 4 und 5 ist eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung dargestellt. Das Turbinengehäuse nach Fig. 4

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und 5 kann an eine Druckgasquelle, z.B. die Abgasleitung eines Verbrennungsmotors, angeschlossen werden und dazu dienen, die Abgase einem Turbinenläufer innerhalb verschiedener Geschwindigkeitsbereiche zuzuführen, so daß man eine mit variabler Drehzahl betreibbare Turbine erhält. Gemäß der Erfindung sei gesagt, daß das Turbinengehäuse nach J¹Ig. 4 und 5 den Turbinenteil eines Abgasturboladers bilden kann, und es ermöglichen, die Turbine innerhalb von drei verschiedenen Drehzahlbereichen zu betreiben. Um dies zu ermöglichen, ist in dem. Spiralgehäuseteil des Turbinengehäuses eine Trennwand vorgesehen, die das Innere des Gehäuses in zwei ver-

" schieden große Teile unterteilt. Die Trennwand erstreckt sich bis in den Einlaßabschnitt des Gehäuses hinein, und in dem Einlaßabschnitt sind in der Strömungsrichtung vor der Verlängerung der Trennwand Yentilmittel vorgesehen, die es ermöglichen, das dem Einlaß des Gehäuses zugeführte Gas nach Bedarf dem einen oder anderen Teil oder beiden Teil des Spiralgehäuseabschnitts zuzuführen. Dieses Turbinengehäuse ermöglicht es somit, eine Turbine zu schaffen, die je nach der Stellung der Ventilmittel in dem Einlaßabschnitt in einem von drei verschiedenen Drehzahlbereichen betrieben werden kann. Wenn nur zwei verschiedene Drehzajlbereiche benötigt werden, können die beiden Teile des Gehäuses die gleiche Größe erhal-

| ten.

Wie aus Fig. 4 und 5 ersichtlich, ähnelt das dargestellte Turbinengehäuse allgemein dem an Hand von Pig. 1 bis 5 beschriebenen Turbinengehäuse, d«h. das Gehäuse nach Fig. 4 und 5 umfaßt einen Spiralgehäuseteil 55» einen Einlaßabschnitt 56, der sich allgemein tangential zu dem Spiralgehäuseteil erstreckt, eine nicht dargestellte ringförmige Verengung am inneren Rand des Spiralgehäuseteils und einen ringförmigen Auslaßabschnitt 57» der sich von einer Seite des Spiralgehäuseteils 55 aus in axialer Richtung erstreckt. Gemäß Fig. 5 ist die entgegengesetzte Seite des Gehäuses im wesentlichen in der in Fig. 2 gezeigten Weise ausgebildet.

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Das Turbinengehäuse nach Fig. 4 und 5 ähnelt dem in Fig. 1 bis'¹5 gezeigten Turbinengehäuse außerdem insofern, als es gemäß Fig. 4 durch eine innere Trennwand 60 in zwei TacLe unterteilt ist. Zwar können die beiden Teile des Ge äuses die gleiche Größe haben, doch weisen sie vorzugsweise verschiedene Abmessungen auf. Mit anderen Worten, die beiden Teile des Gehäuses nach Fig. 4 und 5 sind vorzugsweise so bemessen, " daß die Verhältnisse zwischen der Querschnittsfläche der Teile des Spiralgehäuseabschnitts 55 und dem Radius zwischen der Gehäuseachse und dem Mittelpunkt der betreffenden Querschnittsfläche in jeder sich durch den Spiralgehäuseteil erstreckenden radialen Ebene verschiedene Werte haben. Die Trennwand 60 des Gehäuses nach Fig. 4 und 5 kat die gleiche Form wie die Trennwand 35 der der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 3, d.h. diese Trennwand ist nicht eben, sondern sie hat eine konische Form.

Wie erwähnt, ermöglicht es das Turbinengehäuse nach Fig. 4 und 5, eine mit variabler Drehzahl betereibbare Turbine zu schaffen. Zu diesem Zweck unterscheidet sich der Einlaßabschnitt 56 von dem Binlaßabschnitt 12 des Turbinengehäuses nach Fig. 1 bis 3 dadurch, daß die Trennwand 60 mit einer Verlängerung 61 versehen ist, die gemäß Fig. 5 den Einlaßabschnitt 56 in zwei Teile 62 und, 63 unterteilt. Jedoch erstreckt sich die Verlängerung 61 nicht über die ganze Länge des Einlaßäbschnitts, sondern sie endet gemäß Fig. 4 und 5 an einem Punkt 64, der gegenüber der äußeren Stirnfläche 65 eines Tragflansches 66 am äußeren Ende bzw. dem Eingang des Einlaßabschnitte 56 nach innen versetzt ist·

Damit das Gas dem Teil 62 oder dem Teil 63 oder beiden Teilen des Einlaßabschnitte 56 zugeführt werden kann, sind in dem der Strömung zugewandten Ende dee Einlaßabschnitts mit Hilfe einer Achse 69 Ventilmittel in Gestalt einer plattenähnlichen Ventilklappe 68 drehbar gelagert; die Achse 69 ist fest mit dem in die Strömungerichtung weisenden Ende der Ventilklappe 68 verbunden. Gemäß Fig« 4 ißt die Achse

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in dem Einlaßabschnitt 56 drehbar gelagert, und"ein aus dem Einlaßabschnitt herausragendes Ende der Achse kann mit einem sich in seitlicher Richtung erstreckenden Arm oder Griff 70 versehen sein, damit die Achse gedreht werden kann, um die Ventilklappe 68 zu schwenken. Die Länge der Yentilklappe 68 ist größer als der Abstand zwischen der Drehachse der Achse 69 und den beiden benachbarten Innenflächen der Wand des Einlaßabschnitts 56. Daher kann man die Ventilklappe 68 in der einen oder anderen Richtung schwenken, bis ihre der Strömung zugewandte Kante 74 die eine oder andere Wand des Einlaßabschnitts 56 berührtl Je nach der Stellung der Ventilklappe 68 kann somit das Gas in den Teil 62 oder den Teil 65 des Einlaßabschnitts 56 oder in dessen beide Teile einströmen.

Bei manchen Motoren ist es erwünscht, dafür zu sorgen, daß das Drehmoment erhöht werden kann, während sich die Motordrehzahl verringert. Um eine solche Erhöhung des Drehmoments zu bewirken, ist es erforderlich, das dem Motor durch den Turbolader zugeführte Luftvolumen im Vergleich zu dem Luftvolumen zu vergrößern, das dem Motor durch den Turbolader bei abnehmender Motordrehzahl normalerweise zugeführt würde. Bei der an Hand von Fig. 4- und 5 beschriebenen Konstruktion wird die erforderliche Steigerung der Drehzahl der Turbine und damit auch des Turboladters zum Vergrößern des geförderten Luftvolumens dadurch erzielt, daß die Geschwindigkeit der zu dem Turbinenläufer strömenden Gase bei abnehmender Motordrehzahl erhöht wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß das in Fig. 4 und 5 gezeigte Turbinengehäuse ein unter Druck stehendes Gis, z.B. das Abgas der Zyinder eines Verbrennungsmotora, einem Turbinenläufer innerhalb verschiedener Geschwindigkeit sbereiche zuführen kann, so daß es möglich ist, eine mit variabler Drehzahl betreibbare Turbine zu schaffen. Da sich die beiden Teile des Spiralgehäuseabschnitts 55 des Turbinengehäuees nach I¹Ig. 4 und 5 bezüglich ihrer Größe

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unterscheiden, ermöglicht es das dargestellte Turbinengehäuse, dem Turbinenläufer das Gas innerhalb von drei verschiedenen Strömungsgeschwindigkeitsbereichen zuzuführen, so daß drei verschiedene TurbinendrehzahTbereiehe zur Verfugung stehen. Sin bestimmter Drehzahlbereich dieser drei verschiedenen Bereiche kann zum Anpassen des Betriebs des Turboladers an einen bestimmten Betriebszustand des Verbrennungsmotors auf einfache Weise dadurch gewählt werden, daß die Ventilklappe 68 gemäß Fig. 5 i*i 'die- J&it Vollinien wiedergegebene Stellung oder in eine der beiden mit gestrichelten Linien angedeuteten Stellungen geschwenkt wird, um zu bewirken, daß das Gas, das dem Einlaßabschnitt 56 des Gehäuses zugeführt wird, in den Teil 62 oder den Teil 63 oder in beide Teile des Einlaßabschnitts eingeleitet wird»

Patentansprüche:

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Claims

Ansprüche

Turbinengehäuse für einen Turbinenläufer mit einer Mehrzahl über den Umfang verteilter Schaufeln, das einen den Turbinenläufer umschließenden Spiralgehäuseteil mit einer nach innen gerichteten ringförmigen Verengung umfaßt, die eine Verbindung zu den Lücken zwischen den Läuferschaufein herstellt, dadurch gekennzeichnet , daß der Spiralgehäuseteil (11; 55) durch eine ringförmige, sich allgemein radial nach innen erstreckende Trennwand (35; 6o) in zwei Teile unterteilt ist, wobei der innere Rand (4o) der Trennwand im wesentlichen am äußeren Umfang der Verengung (13) angeordnet ist, so daß ein über den einen oder den anderen Teil oder beide Teile des Spiralgehäuseteils zugeführter Gasstrom die Verengung vollständig ausfüllt, bevor er in die Lücken zwischen den Lauferschaufein eintritt, um den Turbinenläufer anzutreiben.
2. Turbinengehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Verengung (13) über den Umfang gleichbleibende radiale Abmessung aufweist.
3. Turbinengehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der innere Rand (4o) der Trennwand (35; 60) mindestens auf einer Seite mit einer Abschrägung (42) versehen ist, um das vollständige Füllen der Verengung mit dem zugeführten Gas zu gewährleisten.
4. Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Trennwand (35; 69) eine konische Form aufweist.

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5. Turbinengehäuse nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der innere Rand (4o) der Trennwand (35; 6o) auf ihrer Innenseite mit einer Abschrägung (42) versehen ist.
6. Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da-, durch gekennzeichnet , daß die Querschnittsfläche eines Teils (36) des Spiralgehäuseabschnitts (11) größer ist als die Querschnittsfläche des anderen Teils (37), und daß der sich von der Achse des Gehäuses zum Mittelpunkt der Querschnittsfläche des ersten Teils erstreckende Radius größer ist als der Radius, der sich von der Achse des Gehäuses zum Mittelpunkt der Querschnittsfläche des anderen Teils des Spiralgehäuseabschnitts erstreckt, und zwar derart, daß das Verhältnis zwischen der Querschnittsfläche und dem Radius des zuerst genannten Teils an seinem dem Gasstrom zugewandten Ende im wesentlichen gleich dem Verhältnis zwischen der Ouerschnittsflache und dem Radius des anderen Teils an dessen dem Gasstrom zugewandten Ende ist.
7. Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das einen sich zu dem Spiralgehäuseteil allgemein tangential erstreckenden Einlaßabschnitt hat, dadurch g e k e η η ζ e ic h net, daß sich die Trennwand (35; 6o) in den Einlaßabschnitt (12; 56) hinein erstreckt und ihn in zwei Teile (36, 37; 62, 63) unterteilt.
8. Turbinengehäuse nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Trennwand (45; 61) in dem Einlaßabschnitt (12; 56) von einem rechtwinklig zur Gehäuseachse verlaufenden Abschnitt zu dem in dem Spiralgehäuseteil angeordneten konischen Abschnitt verwindet.
9. Turbinengehäuse nach Anspruch 7 oder 8, dadurch g e kennzeichnet, daß in dem Einlaßabschnitt (56) ein Regelorgan (8) angeordnet ist, mit dem das Druckgas zur

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Regelung der Turbinendrehzahl wahlweise in den einen Teil (62) oder den anderen Teil (63) oder in beide Teile des Einlaßabschnitts einzuleiten ist.
10. Turbinengehäuse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß das Regelorgan eine drehbar gelagerte Klappe (68) 1st.
11. Turbinengehäuse nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet , daß die Klappe (68) um eine Achse drehbar gelagert ist, die in der Ebene der Trennwand (6o) an dem dem Gasstrom zugewandten Ende (65) des Einlaßabschnitts
(56).liegt.
12. Turbinengehäuse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Klappe (68) plattenförmig ist und ihre Drehachse an ihrer stromabwärts liegenden Kante angeordnet ist.

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