DE2317095A1 - Turbomaschine - Google Patents

Description

Patentanwälte

Dr. Ing. H. K'eo Dipl. !ησ H (-;■-. ι·=-ν ' < nys. W. Schmitt Dlpl.tng. E. G ~-i - ' ^! ing. W. Wehnert

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Carrier Corporation TeIe?:.;: 1-5 0584

Carrier Tower, P.O. Box looo
Syracuse, New York 132ol ₄^ _{April 1973}

M 2546

Turbomaschine

Die Erfindung betrifft den Einlaß einer Turbomaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In Turbomaschinen, insbesondere Turbolader, wie sie in US-PS 3 476 487 beschrieben sind, sind das Nasenteil und die Leitschaufel einem pulsierenden Gasstrom ausgesetzt, der durch Abgase einer Verbrennungskraftmaschine gebildet ist und der Temperaturen bis zu 7o4°C erreicht. Bei Betrieb dieser Turbomaschinen sind die Teile des Eintritts Kräften ausgesetzt, die eine starke Vibration dieser Teile bewirken; ebenso weisen das Nasenteil, die Leitschaufeln und das Diffusorrohr stark variierende Temperaturgradienten von bedeutender Größenordnung auf, mit dem Ergebnis, daß sich diese Teile ungleichmäßig ausdehnen und zusammenziehen. Dementsprechend erzeugt die Differenz im wärmebedingten Anwachsen zwischen den Teilen, die den Einlaß der Turbomaschine bilden, Bruchzonen.

Verschiedene Anordnungen sollen die Bruchbildung im Nasenteil und in den Leitschaufeln verringern. Die oben angeführte US-PS 3 476 487 schlägt eine Lösung in Form einer Anordnung vor, die

ein solches Anwachsen zwischen dem Nasenteil und dem Teil, in dem dieses angebracht ist, ,betrifft. Eine andere Lösung ist in einer noch schwebenden US-Anmeldung der Anmelderin (Seriennr. 199 972, eingereicht am 18. November 1971) vorgeschlagen. Wenn auch diese Vorschläge Verbesserungen der bekannten Turbomaschinenbauweise enthalten, so sind sie doch nicht gänzlich zufriedenstellend, insbesondere im Hinblick auf die Herstellungskosten der Turbomaschine. t.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Einlaß für einen Turbolader mit einem Nasenteil und mit einer Leitschaufelanordnung derart zu gestalten, daß ein Vibrieren dieser Teile verhindert ist, da aber diese Teile sich mit den Temperaturänderungen frei ausdehnen und zusammenziehen können, ohne dabei irgendwelche unerwünschten Spannungen zu erzeugen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Nasenteil im Eintritts-Diffusorrohr eines Turboladers angeordnet und durch zwei Haltestangen in einer zum Rohr konzentrischen Lage festgehalten wobei die Haltestangen sich durch den Nasenteil und durch das Diffusorrohr erstrecken. Eine Befestigungsvorrichtung ist mittic innerhalb des Nasenteils angebracht und bewirkt, daß die Haltestangen durch Biegung der Stangen in axialer Richtung zum Nasenteil hin verspannt sind. Vorzugsweise sind die Leitschaufeln in einem Stück mit dem Nasenteil geformt.

- 3 In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch den Turbinenteil eines

Turboladers gemäß der vorliegenden Erfindung, ; Fig. 2 eine Ansicht entsprechend der Linie 2-2 aus Fig. 1,

Fig. 3 eine Teilansicht einer leicht veränderten Anordnung

des die Haltestangen tragenden Widerlagers
Fig. 4 eine Teilansicht entsprechend der Linie 4-4 aus Fig.l.i

Ein Turbinengehäuse Io ist an einem Ende an einem Zwischengehäuse 11 befestigt, von dem ein Teilstück in Fig. 1 dargestellt ist. Diese Gehäuseteile sind miteinander durch Schrauben 12 vei bunden. Die Gegenwand des Gehäuses Io weist eine kreisförmige,
abgesetzte öffnung auf, in der der Flansch 13 des Diffusor-Eintrittsrohres 14 angebracht ist. Der Flansch 13 ist fest mit
der Außenwand des Gehäuses Io durch die Schrauben 15 verbunden. Ein Eintrittsrohr 16 ist an dem Diffusorrohr' 14 mit Schrauben
17 befestigt. Das Gehäuse Io ist mit hohlen, in Umfangsrichtunc sich erstreckenden Kanälen 18, zum Umlauf von Kühlwasser versehen .

Eine Welle 2o ist in dem Zwischengehäuse 11 gelagert. Eine Turbinenscheibe oder Turbinenrad 21 ist fest mit der Welle 2o verbunden und weist an seinem Umfang Turbinenschaufeln 23 auf. Das Turbinenrad 21,23 dreht sich im Inneren des Diffusor-Rohres 14.

Ein Nasenteil, das eine Außenwand 25 enthält, die an ihrem Um-

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fang in den ringförmigen Teil 27 übergeht, ist in dem Diffusorrohr 14 angeordnet, wobei das ringförmige Teil 27 zum Rohr 14 j konzentrisch ausgerichtet ist. Das ringförmige Teil 27 bildet in Verbindung mit dem Diffusorrohr 14 einen ringförmigen Kanal <

i 3o zur Beaufschlagung der Turbinenschäüfeln 23 mit Strömungs- ' mittel, um eine Drehung des Turbinenrades 21 bei hoher Dreh- '■ zahl zu bewirken. Der Aufbau hat die Form eines Turboladers. j Heiße Abgase einer Brennkraftmaschine werden durch das Rohr 16 | und den Kanal 3o zugeführt, um die Drehung der Turbine zu bewirken. Das Nasenteil ist mit Eintrittsleitschaufeln 31 versehen, die vorzugsweise mit dem Nasenteil aus einem Stück"bestehen. Die Leitschaufeln 31 haben die in Fig. 4 gezeigte Form, Die Kanten 32 bilden die Eintrittskanten der Leitschaufeln. Es gilt als selbstvers-tändlich, daß ein nicht gezeigtes Verdichterrad am Gegenende der Welle 2o festgemacht ist und als Antriebsteil eines Turboverdichters dient, um Druckluft zum Eintritts-Rohr der Turbine zu fördern.

Die vorliegende Erfindung betrifft die konstruktive Ausbildung des Eintritts des Turboladers sowie das Nasenteil und seine Anbringung in dem Diffusorrohr 14. Der ringförmige Teil 27 des Nasenteils ist mit öffnungen ausgebildet^ um zwei das Nasenteil tragende Stangen 35, 36 aufzunehmen= Diese Stangen erstrecken sich durch das Nasenteil, durch die-darin ausgebildete^ öffnungen und durch den ringförmigen Strömungsmittel-Eintritts kanal 3o. Die Endabschnitte der Stangen 35,36 erstrecken sich durch fluchtende Öffnungen in dem Diffusorrohr.14« Die beiden

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tragenden Stangen sind zueinander winkelförmig verdreht ange- : ordnet. Vorzugsweise sind die Stangen 35 und 36 diametral zum Nasenteil und zum Diffusorrohr 14 angebracht, wobei die eine Stange sich in einem rechten Winkel zur anderen erstreckt. (Siehe Figur 2)

Es ist eine Vorrichtung vorgesehen, um eine Eewegung der Stan- ^; gen 35 und 36 gegenüber dem Nasenteil zu verhindern. Die Fest- ; haltevorrichtung hat die Form eines Widerlagers 4o, das Öffnun-j gen aufweist, um die tragenden Stangen 35,36 aufzunehmen. Das Widerlager ist mittig in dem Nasenteil angebracht, und es sind Vorrichtungen vorgesehen, um das Widerlager in axialer Richtung des Hasenteils zu bewegen, um somit die Stangen 35,36 zu biegen In der in den Figuren 1 und 3 gezeigten Anordnung hat das Widerlager 4o einen Schraubenbolzen 43, der sich durch eine in der Außenwand 25 des Nasenteils gebildeten Öffnung erstreckt. Eine Mutter 45 ist auf dem Bolzen 43 verschraubt und bewirkt, wenn s angezogen wird, daß das äußere Ende des Widerlagers 4o gegen die Schulter 47 der Außenwand 25 des Nasenteils gezogen wird. (Fig.l)

In Figur 3 hat die Mutter 45' die Form einer Hülsenmutter, die mit einem radialen Flanschteil 48 ausgebildet ist, der sich gegen die Außenfläche der Wandung 25 andrückt, wobei sich das Widerlager 4o gegen das innere Ende der Mutter 45' schiebt, wenn dieselbe auf dem Bolzen 43 angezogen wird.

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Die die Stangen aufnehmenden. Öffnungen in dem Widerlager 4o sind so angeordnet, daß beim Anziehen der Mutter 45 oder 45' das Widerlager 4o gegen die Schulter 47 oder gegen das innere Ende der Mutter 45' gedrückt wird und sich die tragenden Stangen 35,36 kräftig in axialer Richtung zum Nasenteil verbiegen, Wodurch die tragenden Stangen offensichtlich gegen Bewegung relativ zum Nasenteil festgelegt sind. Die Haltekraft der Stan- ■;

i gen 35 und 36 mit dem ringförmigen Teil 27 des Nasenteils ist : so hoch, daß die Stangen mit dem Nasenteil während des Betriebs des Turboladers fest im Eingriff bleiben. Das bedeutet, daß diese Teile gegen Schwingungen festgelegt sind., Jedoch ist das Ineinandergreifen der tragenden Stangen mit dem ringförmigen Teil 27 derart gestaltet, daß das Anwachsen dieser Teile untereinander aufgrund von Ausdehnung oder Zusammenziehung wegen Temperaturänderungen möglich ist.

Da die tragenden Stangen winkelförmig zueinander angeordnet sind, ist ein Verschieben des Nasenteils relativ zum Eintritt-Diffusorrohr 14 ausgeschlossen. Demgemäß ist das Nasenteil, wenn es ordentlich in dem Rohr 14 zentriert ist, und wenn die Schrauben 45, 45' fest angezogen sind, in einer einwandfreien konzentrischen Lage hinsichtlich des Rohres 14 festgehalten.

Die Außenenden der Stangen 35,36 können Öffnungen haben, um verschnürende Drähte 5o aufzunehmen, die im Falle eines Bruches des Bolzens 43 ein örtliches Verrücken der Stangen 35,36 verhindern sollen.

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Gemäß der vorliegenden Erfindung verhindern die fest verankerten tragenden Stangen den Verschleiß in den Öffnungen des ring-

förmigen Teils 27 des Nasenteils durch die Ausschaltung von Schwingungen, die bei bekannten Ausführungen durch die starken Hexßgaspulsationen hervorgerufen werden. Ebenso vermindern die verriegelten kreuzförmigen Stangen 35,36 das Problem des unter-i schiedlichen Anwachsens des heißeren Nasenteils bezüglich des j kälteren Diffusorrohres 14. Das aus einem Stück mit Schaufeln j

31 versehene Nasenteil beseitigt das den bekannten Ausführungen eigene Problem, wo die Schaufeln auf einem Leitring angeordnet waren, und mit dem inneren Ende des Nasenteils verschraubt waren. Ebenso enthält das Nasenteil in seiner Konstruktion keine Teile, die aufgrund von Bruch oder Falschbedienung mit dem Turbinenrad 21 oder xäessen Schaufeln 23 in Berührung kommen könen. Andererseits ist es offensichtlich, daß die Teile, die den Aufbau dieser Erfindung ausmachen, in wirtschaftlicher Weise durch einfache Dreharbeiten hergestellt werden können.

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Claims (4)

~ 8 ~ Patentanwälte Dr. If-o. K Negendank Dipl Inn M. w;.u -; -DioJ. Phys. W. Schmitz DIpI Inc E C - .: l·» - Dipl. Ing. W. Wehnert 8I&^ ; ' 3 2, Moiartetraße 25 Telefon 5580586 Carrier Corporation Carrier Tower, P.O. Box looo Syracuse, New York 132ol 4. April 1973 M 2546 Ansprüche

1.) Turbomaschine für ein elastisches Strömungsmittel mit einem Gehäuse, das ein Diffusorrohr aufweist, mit einem im Diffusorrohr angebrachten Nasenteil, das eine Außenwandung enthält, wobei der radiale Außenumfang der Wandung in ein ringförmiges Teil übergeht, das konzentrisch innerhalb des Diffusorrohres 'angebracht ist und das in Verbindung mit diesem einen ringförmigen Strömungsmitteleintrittskanal bildet, mit einem im Gehäuse gelagerten und auf der Innenseite des Nasenteils angebrachten beschaufelten Turbinenlaufrad, dessen Laufschaufein mit dem Eintrittskanal zur Beaufschlagung des Strömungsmittelflusses im Eingriff stehen, dadurch gekennzeichnet, daß 4^as ringförmige Teil (27) des Nasenteils (25,27) mit kreisförmig ausgebildeten, in dem ringförmigen Eintrittskanal angeordneten Leitschaufeln (31) versehen ist und öffnungen aufweist, daß sich zwei das Nasenteil tragende Stangen (35,36) durch diese öffnungen des Nasenteils und durch mit diesem fluchtende Öffnungen im Diffusorrohr (14) erstrecken, wobei die beiden Stangen zueinander winkelförmig verdreht angeordnet sind, und daß Befestigungsvorrichtungen (4o,45) mit der Außenwand (25)

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zusammenwirken, um die mittleren Teile der Stangen in axialer Richtung zum Nasenteil kräftig zu verbiegen.

2. Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die j das Nasenteil (25,27) tragenden Stangen (35,36) diametral zum Nasenteil (25) angeordnet sind.

3. Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der das Nasenteil tragenden Stangen (35,36) rechtwinkelig zur anderen Stange angeordnet ist.

4. Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsvorrichtung (4o,45) für die Stangen ein Widerlager (4o) mit Öffnungen für die das Nasenteil tragenden Stangen aufweist, sowie eine betätigbare Schraubverbindung, um das Widerlager gegen die Außenwand (25) zu ziehen.

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