DE2539711C3

DE2539711C3 - Spiralgehäuse für Strömungsmaschinen

Info

Publication number: DE2539711C3
Application number: DE19752539711
Authority: DE
Inventors: Hanns-Guenther Dipl.-Ing. Dr.-Ing. 8901 Neusaess Bozung; Hans 8900 Augsburg Mendle
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1975-09-06
Filing date: 1975-09-06
Publication date: 1980-03-06
Also published as: DE2539711A1; GB1561338A; FR2323014A1; JPS5234116A; JPS5947130B2; CH609127A5; DE2539711B2; FR2323014B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Spiralgehäuse für Strömungsmaschinen, insbesondere in einem Abgasturbolader, mit wenigstens einer an der radial nach innen weisenden Oberfläche der inneren Wand des Spiralgehäuses gleitend geführten Zunge, durch deren Verschiebung in Umfangsrichtung der äußere Zu- oder Abstromquerschnitt des Laufrades veränderbar ist wobei die Zunge radial nach innen verlaufende Bereiche an ihrem freien Ende aufweist

Aus der DE-OS 23 42 998 ist bereits ein Spiralgehäuse dieser Art bekannt, bei dem die Zunge im wesentlichen aus einem langgestreckten, biegeelastischen Ablenkstreifen besteht Dieser ist in Nuten geführt die in beiden Hälften eines zweigeteilten Spiralgehäuses ausgebildet sind. Ein derartiges Spiralgehäuse stellt jedoch fertigungstechnisch ein kompliziertes und aufwendiges Gebilde dar, da die Nuten verhältnismäßig schmal und tief sind und in Form einer Spirale gefräst werden müssen. Dabei sind auch an die Genauigkeit sehr hohe Anforderungen zu stellen, da bei den bei Turbomaschinen, insbesondere bei Abgasturboladern, herrschenden Vibrationen eine lose Führung der beweglichen Zunge in den Nuten schnell zur Zerstörung führen würde. Auch kann dieses Spiralgehäuse nur in zweigeteilter Form hergestellt werden, was zusätzliche Bearbeitungsschritte an einer Fräsmaschine erfordert.

Darüber hinaus ergeben sich auch Nachteile in strömungstechnischer Hinsicht da die Zunge in Form eines Ablenkstreifens nur in einer Ebene gekrümmt werden kann und sich dadurch ein im wesentlichen rechteckiger Strömungsquerschnitt ergibt Aufgrund der Tatsache, daß sich in einem Spiralgehäuse auch Strömungskomponenten einstellen, die zu einem Doppelwirbel oder einem einfachen Stabwirbel führen, verursacht ein derartiger Strömungsquerschnitt infolge

ίο der toten Ecken starke Strömungsverluste.

Aus der FR-PS 9 18 317 ist es auch bekannt den Zu- bzw. Abströmquerschnitt durch koaxial im Strömungsgehäuse verstellbare, starre Ringelemente zu verändern, von denen das eine radial nach innen gerichtete Düsen aufweist die durch einen das zweite Ringelement darstellenden Schieber schrittweise geöffnet oder geschlossen werden können. Diese Vorrichtung weist jedoch einen hohen Strömungswiderstand auf. Sie ist darüber hinaus auch nicht sinnvoll an einem Spiralge-

M häuse anzuwenden, so daß ihre Verwendung nur in Fällen zu vertreten ist, die keinen hohen Wirkungsgrad erfordern.

Demgegenüber besteht die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin, ein Spiralgehäuse der eingangs

-' genannten Gattung zu schaffen, das sich durch einen einfachen Aufbau hinsichtlich Herstellung, Wartung und Austauschbarkeit der Verstellelemente auszeichnet und bei dem über den gesamten Verstellbereich die für eine Spiralenströmung optimale Gehäuseinnenform erhalten bleibt

Diese Aufgabe wird bei einem Spiralgehäuse der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Zunge an einem koaxial im Spiralgehäuse drehbar gelagerten Gehäuseeinsatz befestigt ist der

ⁿ durch den dem Spiralgehäuse im Strömungsweg gegenüberliegenden rohrförmigen, koaxialen Ab- oder Zuströmstutzen des Maschinengehäuses gebildet ist

Man erzielt hiermit den Vorteil, daß sich durch den von der Stirnseite leicht zugänglichen Gehäuseeinsatz und den weiterführenden Ab- oder Zuströmstutzen eine besonders gute Möglichkeit zur Anbringung einer

Verstelleinrichtung sowie zum Auswechseln bzw. der Wartung des Gehäuseeinsatzes ergibt Vorteilhaft weisen die radial nach innen weisende

Oberfläche der inneren Wand des Spiralgehäuses und die hieran geführte Zunge zur Erzielung einer einfachen, starren Befestigung der Zunge an dem Gehäuseeinsatz konzentrische Führungsflächen auf, die sich verhältnismäßig einfach herstellen lassen.

^o Zweckmäßig ist die Zunge lösbar mit dem Gehäuseeinsatz verbunden. Durch unterschiedliche Zungenformen kann hier auf sehr einfache Weise der Abstand zwischen dem Spiralenzungenende und etwa dem Laufrad-Eintritt und damit etwa der Zuströmwinkel zur

">5 Laufradbeschaufelung, 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

<>o billigen Zungen beschränkt

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteranspriichen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher beschrieben.

*>■> Hierbei zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch ein Zuströmspiralgehäuse einer Radialturbine mit zwei Stutzen in vereinfachter Darstellung,

F i g. 2 einen Schnitt entlang der linie H-II in F i g. 1 und

F i g. 3 als weiteres Ausführungsbeispiel ein Zuströmspiralgehäuse für eine Axialturbine in einer der Fig.2 entsprechenden Darstellung.

Das in Fig. 1 dargestellte Einlaßspiralgehäuse für eine Radialturbine weist zwei Spiral^anäle 1 und 2 auf, denen zwei um etwa 180° gegeneinander versetzte Beaufschlagungsbereiche 3 und 4 zugeordnet sind. Der Spiralkanal 1 ist dabei um den Beaufschlagungsbereich 4 des Spiralkanals 2 herumgeführt und durch seine innere Wand 5 hiervon getrennt Der sich an die Wand 5 anschließende Beaufschlagungsbereich 3 reicht etwa bis zur radial nach innen weisenden Wand 6 des Spiralkanals 2, bei der der zugeordnete Beaufschlagungsbereich 4 beginnt In Verlängerung der Wand 5 sowie der Wand 6 ist jeweils eine Zunge 7 bzw. 8 vorgesehen. Die beiden Zungen 7, 8 sind mittels einer hier der Einfachheit halber nicht dargestellten Stelleinrichtung in Umfangsrichtung verschiebbar. Hierzu weisen die Zungen 7 und 8 konzentrische Führungsflächen 9 auf, welche an entsprechenden Führungsflächen 10 der zugehörigen Wände 5 und 6 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 Wand 5 ist hierzu im Bereich der Zunge 7 in Umfangsrichtung verjüngt Die verstellbaren Zungen 7 und 8 erlauben eine Vor- bzw. Rückverlegung des Beginns der Beaufschlagungsbereiche 3 und 4 und damit w eine Variation des dem einströmenden Gas erteilten Dralls. Außerdem läßt sich hierdurch der Eintrittsquerschnitt variieren. In der in F i g. 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 Dazwischen ist praktisch jeder Wert stufenlos einstellbar. Diese Einstellung kann entweder fest vorgenommen werden oder einer kontinuierlichen Regelung unterworfen -»o 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 in Umlangsrichtung verstellbaren Zungen 7, 8 eine Anpassung des Strömungsverhaltens jedes Spiralkanals 1, 2 a.i die gegebenen Verhältnisse. Da sich die Zungen 7 und 8 innerhalb des Spiralgehäuses befinden, treten Probleme der Abdichtung nach außen nicht auf.

Die Zungen 7 und 8 sind auf einem koaxial zur Maschinenachse im Maschinengehäuse gelagerten Gehäuseeinsatz 11 befestigt Wie aus Fig.2 hervorgeht bildet der Gehäuseeinsatz 11 den dem Spiralgehäuse im Strömungsweg gegenüberliegenden Abströmstutzen. Der Gehäuseeinsatz 11 ist mit einem angedrehten Bund 12 am Maschinengehäuse 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 Gehäuseeinsatz 11 mit den 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 Gehäuseeinsatz 11 zu einem Gußteil zusammengefaßt Zur Vereinfachung der Lagerhaltung kann es jedoch zweckmäßig sein, die Zungen mit dem verdrehbaren Gehäuseeinsatz lösbar zu verbinden. In diesem Fall können Zungen unterschiedlicher Größe und unterschiedlicher Krümmung auf Lager gehalten und je nach Bedarf eingesetzt werden. Die Variationsmöglichkeiten sind damit außerordentlich breit gestreut

Der grundsätzliche Aufbau der in F i g. 3 dargestellten Anordnung entspricht dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel. Für gleiche Teile finden daher gleiche Bezugszeichen Verwendung.

Bei einer Axialturbine wird das im Spiralgehäuse herangeführte Gas axial umgelenkt. Zur Begrenzung eines Beaufschlagungsbereiches weist jede Zunge 7 daher einen axial ausmündenden Bereich ihres freien Endes 14 auf. Jede Zunge 7 ist auch hier mit dem Gehäuseeinsatz 11 zusammengefaßt, der verdrehbar im Maschinengehäuse gelagert ist und einen Abströmstutzen bildet

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Spiralgehäuse für Strömungsmaschinen, insbesondere in einem Abgasturbolader, mit wenigstens einer an der radial nach innen weisenden Oberfläche der inneren Wand des Spiralgehäuses gleitend geführten Zunge, durch deren Verschiebung in Umfangsrichtung der äußere Zu- oder Abströmquerschnitt des Laufrades veränderbar ist, wobei die Zunge radial nach innen verlaufende Bereiche an ihrem freien Ende aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge (7,8) an einem koaxial im Spiralgehäuse drehbar gelagerten Gehäuseeinsatz (U) befestigt ist, der durch den dem Spiralgehäuse im Strömungsweg gegenüberliegenden rohrförmigen, koaxialen Ab- oder Zuströmstutzen des Maschinengehäuses gebildet ist

2. Spiralgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radial nach innen weisende Oberfläche der inneren Wand (5,6) des Spiralgehäuses und die hieran geführte Zunge (7, 8) konzentrische Führungsflächen (9,10) aufweisen.

3. Spiralgehäuse nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge (7, 8) lösbar mit dem Gehäuseeinsatz (H) verbunden ist

4. Spiralgehäuse nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche mit mehreren Spiralkanälen, dadurch gekennzeichnet daß jedem Spiralkanal (1, 2) jeweils eine an dem Gehäuseeinsatz (11) befestigte Zunge (7,8) zugeordnet ist

5. Spiralgehäuse für eine Strömungsmaschine mit einem axial durchströmten Laufrad nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Zungen (7, 8) axial ausmündende Bereiche ihrer freien Enden (14) aufweisen.