DE2539711A1

DE2539711A1 - Spiralgehaeuse fuer stroemungsmaschinen

Info

Publication number: DE2539711A1
Application number: DE19752539711
Authority: DE
Inventors: Hanns-Guenther Dipl Ing Bozung; Hans Mendle
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1975-09-06
Filing date: 1975-09-06
Publication date: 1977-03-17
Also published as: FR2323014A1; JPS5947130B2; DE2539711B2; DE2539711C3; CH609127A5; GB1561338A; JPS5234116A; FR2323014B1

Description

Maschinenfabrik Augsburg«Nürnberg Aktiengesellschaft 8900 Augsburg, Stadtbachstraße 1

P. B. 2851/1266 Augsburg, den 3. September 1975

Spiralgehäuse für Strömungsmaschinen

Die Erfindung betrifft ein Spiralgehäuse für Strömungsmaschinen, insbesondere in einem Abgasturbolader mit wenigstens bereichsweise einstellbarem Querschnitt.

Die in Abgasturboladern verwendeten Turbinen und Gebläse müssen zur Erzielung zufriedenstellender Wirkungsgrade sehr genau an die Durchsatzverhältnisse und Ladedruckforderungen des Motors angepaßt werden. Dies läßt sich unter Vermeidung von sogenannten Leiträdern, die lediglich eine Abstimmung in engen Grenzen ermöglichen und deren Herstellung aufwendig ist, auch durch eine Querschnittsänderung der verwendeten Spiralgehäuse erreichen.

Aus der OE-PS 168 357 ist eine Anordnung der eingangs erwähnten Art bekannt, bei der dementsprechend eine seitliche Begrenzungswand eines spiralförmigen Zuströmkanals zu einer Turbine eines Abgasturboladers auf dem ganzen Spiralenumfang mittels Schubstangen axial verstellbar ist. Es ist leicht einzusehen, daß bei einer

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derartigen Anordnung mit einer kolbenartig auf dem gesamten Spiralenumfang verstellbaren Wand die Abdichtprobleme Überhand nehmen. Außerdem sind hier die Dichtflächen gegen Verschmutzung äußerst anfällig. Die bekannte Anordnung eignet sich daher nur schlecht für eine Regelung. Ferner ist zu bedenken, daß bei der bekannten Anordnung infolge der axialen Verstellung der Seitenwand des Spiralgehäuses im Übergangsbereich zwischen dem starren und dem verstellbaren Seitenwandbereich ein Querschnittsprung auftritt. Es ist nicht bekannt, ob eine derartige Anordnung jemals zur praktischen Ausführung gelangt ist. Die vorstehend genannten Nach« teile dürften jedenfalls dazu geführt haben, daß die bekannte Anord« nung keine Spuren in der Technik hinterlassen hat.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, mit geringem Aufwand eine einfache und zuverlässige Einrichtung zur Anpassung des Strömungsverhaltens einer Zuströmspirale an die Verhältnisse des Einzelfalls zu ermöglichen.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt in überraschend einfacher Weise dadurch, daß wenigstens eine an der radial inneren Wand des Spiralgehäuses gleitend geführte, im Anschluß an diese Wand in Umfangsrichtung verschiebbare Zunge vorgesehen ist. Hierbei werden die gewünschten Strömungs verhältnis se ausschließlich durch die Änderung des Spiraleneintrittsquerschnitts erreicht. Hierbei treten keine Probleme der Abdichtung nach außen auf. Außerdem ist die Anordnung unempfindlich gegen Verschmutzung. Mit Hilfe eines entsprechenden Antriebs der Zunge kann hier durch einfaches Verschieben der Zunge

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der jeweils geforderte Strömungsquerschnitt im Zungenbereich und damit das gewünschte Strömungsverhalten der Spirale stufenlos eingestellt werden. Dies ist besonders für aufgeladene Motoren zweckmäßig, die ein günstiges Drehmomentverhalten verlangen. Es gelingt damit, den im Teillastgebiet geforderten hohen Ladeluftdruck zu verwirklichen. Ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß hier für unterschiedliche Radkonturen, die auch unterschiedliche Querschnitte im Zungenbereich erfordern, durch eine entsprechende Formgebung der Zungen ein und dieselben Spiralgehäuse verwendet werden können. Die erfindungs· gemäßen Vorteile wirken sich sowohl bei der Anwendung der Erfindung auf ein Turbinenzuströmgehäuse einer Radial» oder Axialturbine als auch auf ein Abströmgehäuse eines Gebläses positiv aus.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Zunge auf einem koaxial im Maschinengestell gelagerten Zungeneinsatz befestigt. Dies erlaubt eine einfache Einstellung der Zungenstellung durch Verdrehen des Einsatzes auf einem Drehkreis. Der Zungeneinsatz kann zweckmäßig durch einen dem Spiralgehäuse ira Strömungsweg gegenüberliegenden rohrförmigen Stutzen, bei einer Turbine durch den Auslaßstutzen gebildet werden. Hierdurch ergibt sich eine einfache kompakte Bauweise sowie eine zuverlässige Abstützung und Lagerung der Zungen. Die radial innere Gehäusewand und die hieran geführte Zunge weisen hierbei zur Erzielung einer einfachen starren Befestigung der Zunge auf dem Einsatz kreisförmig gebogene Führungsflächen auf, die sich verhältnismäßig einfach herstellen lassen.

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Zweckmäßig ist die Zunge lösbar mit dem Zungeneinsatz verbunden. Durch unterschiedliche Zungenformen kann hier auf sehr einfache Weise der Abstand zwischen dem Spiralenzungenende und etwa dem Laufradeintritt und damit etwa der Zuströmwinkel zur Turbinenbeschaufelung, der für den Wirkungsgrad der Turbine von großer Bedeutung ist, variiert werden. Dies ist auch zur Vermeidung von Schwingungsanregungen von Bedeutung. Die Lagerhaltung ist hierbei in vorteilhafter Weise lediglich auf die relativ kleinen und billigen Zungen beschränkt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung in Verbindung mit den restlichen Unteransprüchen.

Hierbei zeigen

Figur 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäß

ausgestaltetes Turbinenzuströmgehäuse einer Radialturbine mit zwei Stutzen in vereinfachter Darstellung,

Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in

Figur 1 und

Figur 3 einen Schnitt durch ein weiteres Ausfüh

rungsbeispiel anhand einer Zuströmspirale zu einer Axialturbine in einer der Figur 2 entsprechenden Darstellung.

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Das in Figur 1 dargestellte Einlaßspiralgehäuse für eine Radialturbine weist zwei Einlaßstutzen 1 und 2 auf, denen zwei um etwa 100° gegeneinander versetzte Beaufschlagungsbereiche 3 und 4 zugeordnet sind. Der Stutzen 1 ist dabei spiralförmig um den Be« aufschlagungsbereich 4 des Stutzens 2 herumgeführt und durch seine radial innere Wand 5 hiervon getrennt. Der an die Wand 5 sich anschließende Beaufschlagungsbereich 3 reicht etwa bis zur radial inneren Wand 6 des Zuführstutzens 2, bei der der zugeordnete Beaufschlagungsbereich 4 beginnt. Gemäß der Erfindung sind in Verlängerung der radial inneren Wand 5 sowie der radial inneren Wand 6 jeweils zugeordnete Zungen 7 bzw. 8 vorgesehen, die mittels einer hier der Einfachheit halber nicht dargestellten Stelleinrichtung in Umfangsrichtung verschiebbar sind. Die Zungen 7 und 8 weisen hierzu zweckmäßig kreisförmig gebogene Führungsflächen 9 auf, welche an zugeordneten Führungsflächen 10 der zugehörigen radial inneren Wand gleitend geführt sind. Zur Vermeidung von Strömungsverlusten im Ansatzbereich der Zungen gehen die Oberflächen der Zungen und der benachbarten Wände möglichst flach ineinander über. Die radial innere Wand 5 ist hierzu im Bereich der Zunge 7 in Umfangs richtung verjüngt. Die verstellbaren Zungen 7 und 8 erlauben in vorteilhafter Weise eine Vor- bzw. Rückverlegung des Beginns der Beaufschlagungsbereiche 3 und 4 und damit eine Variation des dem einströmenden Gas erteilten Dralls. Außerdem läßt sich hierdurch der Eintrittsquerschnitt variieren. In der in Figur 1 mit durchgezogenen Linien dargestellten Position der Zungen 7 und 8 hat der Eintrittsquerschnitt seine maximale Ausdehnung. Die Position für die minimalen Eintrittsquerschnitte ist durch gestrichelte Linien angedeutet.

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Dazwischen ist praktisch jeder Wert stufenlos einstellbar. Diese Einstellung kann entweder fest vorgenommen werden oder einer kontinuierlichen Regelung unterworfen werden, was zum Beispiel bei LKW-Motoren, die ein günstiges Drehmomentverhalten verlangen, von Vorteil sein kann. Die dargestellte Anordnung erlaubt demnach durch die Anordnung der erfindungsgemäßen Zungen, welehe in Umfangsrichtung verstellbar sind, eine Anpassung des Strömungsverhaltens jeder Zuströmspirale an die gegebenen Verhältnisse. Da sich die erfindungs gemäß en Zungen 7 und 8 innerhalb des Spiralgehäuses befinden, treten Probleme der Abdichtung nach außen nicht auf.

Die Zungen 7 und 8 sind zweckmäßig auf einem koaxial zur Maschinenachse im Maschinengestell gelagerten Zungeneinsatz befestigt. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, kann hierzu bei Radialturbinen vorteilhaft der rohrförmige Auslaßstutzen 11 herangezogen werden. Der Auslaßstutzen 11 ist mit einem angedrehten Bund 12 am Spiralgehäuse gelagert. Im vorliegenden Beispiel ist der Bund 12 durch einen Spannring 13 fest auf seine Unterlage gepreßt. Eine derartige Anordnung ist vorteilhaft, wenn lediglich eine einmalige Einstellung der Zungenposition notwendig ist. Es wäre jedoch durchaus denkbar, den Auslaßstutzen Il mit den erfindungsgemäßen Zungen 7 und 8 drehbar zu lagern und mit Hilfe etwa einer Verzahnung oder einer Schubstange während des Betriebs laufend über eine Regelautomatik einzustellen. Im dargestellten Beispiel sind die Zungen 7 und 8 mit dem Auslaßstutzen 11 zu einem Gußteil zusammengefaßt. Zur Vereinfachung der Lagerhaltung kann es jedoch zweckmäßig sein, die Zungen mit dem verdrehbaren Zungeneinsatz lösbar zu verbinden. In diesem Fall können Zungen unterschiedlicher Größe und unterschiedlicher Krümmung auf Lager ge-

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halten und je nach Bedarf eingesetzt werden. Die Variationsmöglichkeiten sind damit außerordentlich breit gestreut.

Der grundsätzliche Aufbau der in Figur 3 dargestellten Anordnung entspricht den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen. Für gleiche Teile finden daher gleiche Bezugszeichen Verwendung.

Bei einer Axialturbine wird das in der Zuströmspirale herangeführte Gas axial umgelenkt. Zur Begrenzung der Beaufschlagungsbereiche weisen die Zungen daher radial nach innen gerichtete Endbereiche auf. In Figur 3 ist eine derartige Begrenzungswand des an der Zunge 7 endenden Beaufschlagungsbereichs 4 bei 14 angedeutet. Die erfindungsgemäßen Zungen, hier zusätzlich mit radialer Begrenzungs wand, können auch hier mit dem Auslaßstutzen 11 zusammengefaßt sein, der verdrehbar im Gehäuse gelagert ist.

Vorstehend sind zwar einige vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert worden, ohne daß jedoch hiermit eine Beschränkung verbunden sein soll. Vielmehr stehen dem Fachmann eine Reihe von Möglichkeiten zur Verfügung, wie angedeutet, um den allgemeinen Gedanken der Erfindung an die Verhältnisse des Einzelfalls anzupassen.

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Claims

Ansprüche - 8 - P. B. 2851/1266

1. Spiralgehäuse für Strömungsmaschinen, insbesondere in einem Abgasturbolader mit wenigstens bereichsweise einstellbarem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine an der radial inneren Wand (5, 6) des Spiralgehäuses gleitend geführte, im Anschluß an diese Wand (5, 6) in Umfangsrichtung verschiebbare Zunge (7, 8) vorgesehen ist.

2. Spiralgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge (7, 8) auf einem koaxial im Maschinengestell gelagerten Zungeneinsatz (11) befestigt ist.

3. Spiralgehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zungeneinsatz durch einen dem Spiralgehäuse im Strömungsweg gegenüberliegenden rohrförmigen Stutzen (11) gebildet wird.

4. Spiralgehäuse nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radial innere Wand (5₄ 6) und die hieran geführten Zungen (7, 8) kreisförmig gebogene Führungsflächen (9, 10) aufweisen.

5. Spiralgehäuse nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge (7, 8) lösbar mit dem Zungeneinsatz (11) verbunden ist.

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6. Spiralgehäuse nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radial innere Wand (5) des Spiralgehäuses im Bereich der Zunge (7) in Umfangs richtung verjüngt ausläuft.

7. Spiralgehäuse nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche mit mehreren Stutzen, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Stutzen (1, 2) eine auf einem gemeinsamen Zungeneinsatz (11) befestigte Zunge (7, 8) zugeordnet ist.

8. Spiralgehäuse für eine axial durchströmte Maschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungen (7, 8) radial nach innen verlaufende Endbereiche (14) aufweisen.

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