DE3042971A1 - Exhaust turbocharger turbine housing - has heat-resistant inner shell in load-absorbing outer mantle and equalising intermediate layer - Google Patents
Exhaust turbocharger turbine housing - has heat-resistant inner shell in load-absorbing outer mantle and equalising intermediate layerInfo
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Abstract
Description
Gehäuse für eine Gas turbine und ein Verfahren zur HerstellungHousing for a gas turbine and a method for producing it
eines derartigen Gehäuses Die Erfindung bezieht sich auf ein Gehäuse für eine Gasturbine, insbesondere eincsAbgasturboladers, enthaltend eine Innenschale, an welcher Gas entlangströmt, und einen Außenmantel, wobei Innenschale und Außenmantel unterschiedliche Stoffeigenschaften, insbesondere unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten, aufweisen.of such a housing The invention relates to a housing for a gas turbine, in particular an exhaust gas turbocharger, containing an inner shell, along which gas flows, and an outer jacket, with an inner shell and an outer jacket different material properties, in particular different thermal expansion coefficients, exhibit.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Gehäuses.The invention also relates to a method of manufacture such a housing.
Das Gehäuse einer Gas turbine muß die Belastungen aufnehmen können, welche durch die vergleichsweise hohen Temperaturen des vorbeiströmenden Gases verursacht werden. Daher werden die Gehäuse oftmals aus Sphäroguß hergestellt, wobei mit zunehmenden Temperaturen der Nickelgehalt der Legierungen stark erhöht werden muß. Hierdurch können hohe Kosten auftreten, und die Funktion des Turbinengehäuses ist nicht unter allen Betriebsbedingungen zufriedenstellend. Der verwendete Werkstoff unterliegt darüberhinaus einer Materialermüdung infolge von Temperaturwechselbeanspruchungen, so daß ein vorzeitiger Ausfall nicht ausgeschlossen werden kann. Gelangt die Gasturbine in einem Abgasturbolader zum Einsatz, so liegen die Abgastemperaturen bei Dieselmotoren in der Größenordnung von 8500C und bei Ottomotoren bei etwa 1050°C. Die Entwicklungstendenz geht zu noch höheren Temperaturen, zumal auch heute schon höhere Temperaturen auftreten können, wenn der Verbrennungsprozeß im Motor nicht ordnungsgemäß abläuft. Je höher die Temperaturen werden, desto größer ist die Gefahr, daß die Funktionssicherheit und die Lebensdauer durch Verformungen, Risse oder sonstige Veränderungen beeinträchtigt werden. Durch den Einsatz beispielsweise eines austenitischen Stahlgusses könnte zwar eine gewisse Verbesserung erreicht werden, doch würde hierdurch der Herstellungsaufwand erheblich erhöht werden müssen, um das Turbinengehäuse mit der erforderlichen Formgenauigkeit gießen zu können. Darüberhinaus weisen die genannten Werkstoffe - Sphäroguß und Stahlguß - ein vergleichsweise hohes spezifisches Gewicht und eine rauhe Oberfläche auf, wobei herstellungsbedingt verhältnismäßig gro3e Wanddicken vorgesehen werden müssen. Mit einem derartigen Turbinengehäuse kann die Forderung nach einer Leichtbauweise praktisch nicht erfüllt werden. Andererseits kann festgestellt werden, daß die genannten Werkstoffe bei zutreffenderDimensionierung die Berstsicherheit des Turbinengehäuses gewährleisten können, so daß bei einer Zerstörung des Turbinenrades ein Durchschlagen des Gehäuses verhindert werden kann.The housing of a gas turbine must be able to withstand the loads which is caused by the comparatively high temperatures of the gas flowing past will. Therefore, the housings are often made of nodular cast iron, with increasing Temperatures the nickel content of the alloys must be increased significantly. Through this high costs can occur, and the function of the turbine housing is not under satisfactory in all operating conditions. The material used is subject to in addition, material fatigue as a result of thermal shock loads, so that premature failure cannot be ruled out. If the gas turbine is used in an exhaust gas turbocharger, the exhaust gas temperatures are there for diesel engines in the order of 8500C and for gasoline engines at around 1050 ° C. The trend is towards even higher temperatures, especially today higher temperatures can occur if the combustion process in the engine fails runs properly. The higher the temperatures, the greater the risk that the functional reliability and the service life through deformations, cracks or other Changes are affected. By using an austenitic, for example Some improvement could be achieved in cast steel, but this would the manufacturing costs have to be increased significantly in order to use the turbine housing to be able to cast the required shape accuracy. In addition, the named Materials - nodular cast iron and cast steel - a comparatively high specific weight and a rough surface, with relatively large wall thicknesses due to the manufacturing process must be provided. With such a turbine housing, the requirement are practically not met after a lightweight construction. On the other hand can be noted that the specified materials, if dimensioned correctly, ensure the bursting safety the turbine housing can ensure, so that in the event of destruction of the turbine wheel a penetration of the housing can be prevented.
In der DE-OS 2 255 792 ist daher ein Gehäuse für ein Gasturbinentriebwerk beschrieben, welches aus zwei Schalen aufgebaut ist.In DE-OS 2 255 792 there is therefore a housing for a gas turbine engine described, which is composed of two shells.
Hierbei besteht die dem strömenden Gas ausgesetzte Innenschale aus einem keramischen oder keramikähnlichen Material und sie ist von einem äußeren Schutzgehäuse bzw. Mantel umgeben, welcher aus einem metallischen Werkstoff besteht. Die Innenschale wird zweckmäßigerweise vorgefertigt und der Außenmantel wird durch nachfolgendes direktes Umgießen der Innenschale hergestellt. Aufgrund der unterschiedlichen Stoffeigenschaften von Innenschale und Außenmantel können jedoch nicht unerhebliche Schwierigkeiten, insbesondere bei der Wärmeausdehnung und bei Temperaturwechselbeanspruchungen auftreten. Darüberhinaus treten besondere Schwierigkeiten beim direkten Umgießen auf, da das Material der Innenschale dem Gießvorgang standhalten muß.The inner shell, which is exposed to the flowing gas, consists of a ceramic or ceramic-like material and it is of an outer protective housing or coat, which consists of a metallic material. The inner shell is expediently prefabricated and the outer jacket is through subsequent direct casting around the inner shell. Because of the different However, the material properties of the inner shell and outer jacket can not be insignificant Difficulties, particularly with thermal expansion and thermal shock appear. In addition, particular difficulties arise with direct casting around because the material of the inner shell must withstand the casting process.
Für das Material, insbesondere Keramik, der Innenschale muß daher ein KomlJromiß gefunden werden, um einerseits das Umgießen zu ermöglichen und um andererseits den betriebsbedingten Belastungen gewachsen zu sein. Es sei darauf hingewiesen, daß in der Vergangenheit aus den genannten Gründen die Handhabung derartiger Innenschalen aus Keramik in den Gießereien oftmals mit hohen Ausschußraten verbunden war, so daß eine kostengünstige Herstellung in größeren Stückzahlen praktisch nicht erreichbar war.For the material, especially ceramic, the inner shell must therefore a compromise can be found in order to enable casting around on the one hand and around on the other hand, to be able to cope with the operational stresses. Be on it pointed out that in the past, for the reasons mentioned, the handling of such Ceramic inner shells in foundries are often associated with high reject rates was, so that an inexpensive production in large numbers is practically impossible was attainable.
Ferncr ist in der GB-PS 1 530 088 ein Abgasturbolader beschrieben, dessen Gasturbinengehäuse aus einem inneren Einsatz aus einem hitzebeständigen Stahl und dessen Außenmantel aus einer Leichtmetallegierung besteht. Der Außenmantel dient als Berstschutz. Da aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Innenschale und Außenmantel auch unterschiedliche Wärmeausdehnungen auftreten, sind geeignete Zentrier- und Anschlagflächen vorgesehen. Hierdurch treten zusätzliche Bearbeitungskosten auf, zumal der die Innenschale umgebende Außenmantel aus zwei Teilen hergestellt sein muß.Ferncr is described in GB-PS 1 530 088 an exhaust gas turbocharger, whose gas turbine housing consists of an inner insert made of a heat-resistant steel and whose outer jacket is made of a light metal alloy. The outer jacket is used as burst protection. Because due to the different coefficients of thermal expansion Different thermal expansions also occur in the inner shell and outer jacket, suitable centering and stop surfaces are provided. This results in additional Processing costs, especially since the outer jacket surrounding the inner shell consists of two Parts must be made.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstig herstellbares Turbinengehäuse zu schaffen, welches auch bei hohen Temperaturen eine hohe Funktionssicherheit gewShrleistet und ein vergleichsweise geringes Gewicht aufweist. Ferner soll das Gehäuse eine lange Lebensdauer aufweisen und den betrieblichen Gegebenheiten gewachsen sein, das heißt, es sollen bessere Strömungseigenschaften erreicht und die Umgebungs- und Lagertemperatur verringert werden.The invention is therefore based on the object of a cost-effective to create manufacturable turbine housing, which even at high temperatures a high functional reliability guaranteed and a comparatively low weight having. Furthermore, the housing should have a long service life and the operational Conditions have grown, that is, better flow properties should be achieved reached and the ambient and storage temperature can be reduced.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der Innenschale und der Außenschale wenigstens eine Zwischenschicht vorgesehen ist, mittels welcher die unterschiedlichen thermischen und mechanischen Beanspruchungen von Innenschale und Außenmantel zumindest näherungsweise ausgleichbar sind.This object is achieved in that between the Inner shell and the outer shell at least one intermediate layer is provided, by means of which the different thermal and mechanical loads can be at least approximately compensated for by the inner shell and outer jacket.
Das erfindungsgemäße Gehäuse für eine Gasturbine zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau aus und kann auch in großen Stückzahlen kostengünstig gefertigt werden. Aufgrund der Zwischenschicht wird in vorteilhafter Weise eine Anpassung der Stoffeigenschaften möglich, wobei die Werkstoffe der Innenschale, der Zwischenschicht sowie des Außenmantels jeweils für sich optimiert werden können. Das Material der Innenschale kann daher optimal im Hinblick auf das vorbeiströmende Gas in seiner Temperaturbeständigkeit, Korrosionsfestigkeit usw. dimensioniert werden. Der Außenmantel kann hingegen ohne Schwierigkeiten im Hinblick auf die geforderte Berstsicherheit oder das zulässige Gewicht dimensioniert werden. Das erfindungsgemäße Gehäuse weist daher eine hohe Funktionssicherheit und eine große Lebensdauer auf. Es sei besonders hervorcjehoben, daß dif oben erwähnten Schwierigkeiten beim direkten Umgießen einer Innenschale erfindungsgemäß vermieden werden und daß somit die Stoffauswahl für die Innenschale ausschließlich nach den durch das heiße Gas bzw. hohe Temperaturen vorgegebenen Anforderungen vorgenommen werden kann. Es ist darüber hinaus von besonderer Bedeutung, daß aufgrund der Zwischenschicht die Innenschale weniger abkühlt als bei bekannten Gehäusen, so daß mit dem erfindungsgemäßen Gehäuse ein nicht unerheblich höherer Wirkungsgrad der Gas turbine erreicht wird.The housing according to the invention for a gas turbine is characterized by a simple structure and can also be manufactured inexpensively in large numbers will. Due to the intermediate layer, an adaptation is advantageous the material properties possible, with the materials of the inner shell, the intermediate layer as well as the outer jacket can be optimized individually. The material of the Inner shell can therefore be optimal with regard to the gas flowing past in its Temperature resistance, corrosion resistance, etc. can be dimensioned. The outer jacket can, however, without difficulties with regard to the required bursting safety or the permissible weight. The housing according to the invention has therefore a high level of functional reliability and a long service life. It is special emphasized that the difficulties mentioned above in direct encapsulation of a Inner shell can be avoided according to the invention and that thus the choice of fabric for the inner shell exclusively according to the through the hot gas or high temperatures specified requirements can be made. It's about that In addition, it is of particular importance that, due to the intermediate layer, the inner shell cools less than with known housings, so that with the housing according to the invention a not inconsiderably higher efficiency of the gas turbine is achieved.
Vorteilhaft ist die Innenschale, welche die Strömungskontur für den Gasstrom bildet, entsprechend den zur erwartenden thermischen Beanspruchungen und der Außenmantel im wesentlichen entsprechend der notwendigen mechanischen Festigkeit des Gehäuses ausgelegt, wobei die Zwischenschicht für den Ausgleich der unterschiedlichen thermischen und mechanischen Verformungen von Innenschale und Außenmantel vorgesehen ist. Erfindungsgemäß werden Innenschale und Außenmantel sowohl in ihren Stoffeigenschaften als auch in ihren Dimensionierungen und Abmessungen entsprechend den jeweiligen Anforderungen dimensioniert.The inner shell, which is the flow contour for the Gas flow forms, according to the expected thermal loads and the outer jacket essentially corresponds to the necessary mechanical strength of the housing designed, the intermediate layer for balancing the different thermal and mechanical deformations of the inner shell and outer jacket are provided is. According to the invention, the inner shell and outer jacket are both in their material properties as well as in their dimensions and dimensions according to the respective Requirements dimensioned.
Da Innenschale und Außenmantel somit unterschiedliche thermische bzw. mechanische Verformungen erfahren, erfolgt durch die Stoffauswahl sowie die Dimenionierung der Zwischenschicht die notwendige Anpassung, wobei Innenschale, Zwischenschicht und Außenmantel praktisch unabhängig voneinander optimiert werden können.Since the inner shell and outer jacket have different thermal or Experienced mechanical deformation occurs through the choice of material and the dimensioning the intermediate layer the necessary adjustment, with inner shell, intermediate layer and outer jacket can be optimized practically independently of one another.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Zwischenschicht aus einem Material, dessen Wärmeleitfähigkeit 2 z in dem vorz gesehenen Temperaturbereich kleiner ist als die Wärmeleitfähigkeine i des Materials der Innenschale. Somit wird erreicht, daß voiallem Temperaturwechselbeanspruchungen auf den Außenmantel praktisch keinen Einfluß ausüben können.In a preferred embodiment, the intermediate layer consists of a material whose thermal conductivity is 2 z in the temperature range seen vorz is less than the thermal conductivity no i of the material of the inner shell. Thus becomes achieved that total thermal stresses on the outer jacket are practical cannot exert any influence.
Bevorzugt weist das Material der Zwischenschicht einen geringeren Elastizitätsmodul E z auf, welcher kleiner als der Elastizitätsmodul E. der Innenschale ist. Damit wird eine thermische und mechanische Pufferzone zwischen Innenschale und AußenmanteL erreicht, womit aber auch ein Ausgleich zwischen den verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten erzielt wird.The material of the intermediate layer preferably has a lower material Modulus of elasticity E z, which is smaller than the modulus of elasticity E. of the inner shell is. This creates a thermal and mechanical buffer zone between the inner shell and outer shell achieved, but also a balance between the different thermal expansion coefficient is achieved.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Material der Zwischen schicht einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, welcher bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 3,6 x 10 6/ob liegt.In a preferred embodiment, the material comprises the intermediate layer a low coefficient of thermal expansion, which is preferred is in the range from 0.5 to 3.6 x 10 6 / ob.
Aufgrund des niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wird in vorteilhafter Weise die Empfindlichkeit gegenüber Thermoschocks wesentlich verringert.Due to the low coefficient of thermal expansion, in advantageously, the sensitivity to thermal shocks is significantly reduced.
Vorteilhaft besteht die Zwischenschicht aus Aluminiumtitanat oder Siliziumnitrid. Diese Werkstoffe sind besonders unempfindlich gegen Thermoschocks, zumal ihr thermischer Ausdehnungskoeffizient in dem oben angegebenen Bereich liegt.The intermediate layer is advantageously made of aluminum titanate or Silicon nitride. These materials are particularly insensitive to thermal shocks, especially since their coefficient of thermal expansion is in the range given above.
Bevorzugt besteht die Zwischenschicht aus mineralischen Füllstoffen bzw. Fliesen oder auch aus keramischem Pulver, welche mit Feuerfestzement verfestigt sind. Derartige Werkstoffe weisen die obengenannten Materialeigenschaften auf und gewährleisten darüberhinaus eine einfache und zuverlässige Verarbeitung selbst bei Serienfertigung in großen Stückzahlen.The intermediate layer preferably consists of mineral fillers or tiles or made of ceramic powder, which solidifies with refractory cement are. Such materials have the above-mentioned material properties and also ensure simple and reliable processing even with Series production in large numbers.
Vorteilhaft besteht die Innenschale aus einem temperaturbeständigen Material. Die Innenschale kann somit ohne weiteres die hohen Gastemperaturen des vorbeiströmenden Gases,beispielsweise des Abgases eines Verbrennungsmotors, aushalten, ohne daß Beschädigungen oder gar Zerstörungen zu befürchten sind.The inner shell advantageously consists of a temperature-resistant one Material. The inner shell can thus easily handle the high gas temperatures of the withstand the gas flowing past, for example the exhaust gas of an internal combustion engine, without fear of damage or even destruction.
Die Materialauswahl erfolgt im Hinblick auf die jeweils zu erwartenden Temperaturen des Gases, ohne daß hierbei ein Nompromiß mit anderen Eigenschaften bzw. Anforderungen einzugehen ist.The choice of material is based on what is to be expected in each case Temperatures of the gas without compromising other properties or requirements must be met.
Bevorzugt besteht die Innenschale aus einem keramischen Material, da ein derartiges Material den hohen Gastemperaturen standhält.The inner shell is preferably made of a ceramic material, because such a material can withstand the high gas temperatures.
Vorteilhaft wird die Im1ensctale mittels der Zwischenschicht gegenüber dem Außenmantel fixiert. tiber den Außenmantel kann somit die Befestiglng des Gehäuses am anderen Maschinenteil, wie zum Beispiel einem Lagergehäuse für eine Turbinenwelle, erfolgen, wobei die Innenschale die notwendigen Abstände und Toleranzen zum Turbinenlaufrad einhalten kann.The Im1ensctale is advantageous over by means of the intermediate layer fixed to the outer jacket. The housing can thus be fastened via the outer jacket on the other machine part, such as a bearing housing for a turbine shaft, take place, whereby the inner shell has the necessary clearances and tolerances to the turbine runner can adhere to.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Außenmantel einen Flansch auf, mittels welchem die Befestigung des Gehäuses am Lagergehäuse der Turbine erfolgt. Der Außenmantel bzw. der Flansch kann ohne besondere Schwierigkeiten an das Lagergehäuse montiert werden, wobei durch geeignete Paßflächen auch die notwendige Anpassung vorgenommen werden kann und auch ein verminderterr Wärmeübergang durch die Verwendung der Keramik eintritt.In a preferred embodiment, the outer jacket has a flange by means of which the housing is fastened to the turbine bearing housing. The outer casing or the flange can be attached to the bearing housing without any particular difficulty be mounted, with the necessary adaptation through suitable mating surfaces can be made and also a reduced heat transfer through the use the ceramic enters.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Innenschale einen ringförmigen Ansatz auf, welcher ebenso wie der Flansch des Außenmantels an zugeordneten Paß flächen des Lagergehäuses anliegt. Somit wird eine einfache und zuverlässige Befestigung des Gehäuses am Lagergehäuse gewährleistet. Zweckmäßigerweise sind die genannten Paßflächen auf einem ringförmigen Flansch des Lagergehäuses angeordnet.In an advantageous embodiment, the inner shell has a annular approach, which as well as the flange of the outer jacket is assigned to Fit surfaces of the bearing housing is applied. Thus, it becomes a simple and reliable Fixing of the housing on the bearing housing guaranteed. Appropriately are the mentioned mating surfaces arranged on an annular flange of the bearing housing.
Vorteilhaft liegt die Zwischenschicht nur in Teilbereichen an der Außenfläche der Innenschale an. Die Zwischenschicht umschließt somit die Innenschale nicht an deren gesamten Oberfläche, so daß der Wärmefluß von der Innenschale zum Außenmantel hin erheblich verringert wird.The intermediate layer is advantageously only in partial areas on the Outer surface of the inner shell. The intermediate layer thus encloses the inner shell not on their entire surface, so that the heat flow from the inner shell to the Outer jacket is significantly reduced.
Bevorzugt ist die Zwischenschicht im Hinblick auf die Berstsicherheit der Turbine energieverzehrend ausgelegt. Auf diese sehr vorteilhafte Weise wird die Sicherheit nicht unerheblich erhöht, da beim Bersten des Turbinenrades sowohl durch die Zwischenschicht als auch in bekannter Weise durch den Außenmantel das Durchschlagen des Gehäuses verhindert wird.The intermediate layer is preferred with a view to bursting resistance the turbine designed to consume energy. In this very beneficial way it will the safety increased not insignificantly, since both when the turbine wheel bursts through the intermediate layer and, in a known manner, through the outer jacket Penetration of the housing is prevented.
Das Verfahren zur Herstellung des Gehäuses für eine Gasturbine ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel und die Innenschale-zunächst in der erforderlichen Lage zueinander positioniert werden und daß anschließend die Zwischenschicht in den vorhandenen Hohlraum zwischen Außenmantel und Innenschale eingebracht wird. Zweckmäßigerweise wird die Zwischenschicht durch Gießen oder durch Druckgießen eingebracht.The method of manufacturing the casing for a gas turbine is according to the invention characterized in that the outer jacket and the inner shell-initially be positioned in the required position to each other and that then the Intermediate layer in the existing cavity between the outer jacket and the inner shell is introduced. The intermediate layer is expediently by pouring or by Introduced die casting.
Somit ist in vorteilhafter Weise ein Herstellungsverfahren angegeben, welches auch und gerade bei hohen Stückzahlen bei vergleichsweise geringem Aufwand durchführbar ist. Darüberhinaus sind hierbei keine besonderen Gießformen erforderlich, da Innenschale und Außenmantel selbst die Form bilden.A manufacturing method is thus advantageously specified, which also and especially with high numbers of items with comparatively little effort is feasible. In addition, no special molds are required here, because the inner shell and outer jacket themselves form the shape.
Vorteilhaft wird die Zwischenschicht durch Einlegen oder Stopfen zwischen Innenschale und Außenmantel eingebracht, wodurch je nach gewähltem Werkstoff eine einfache und materialgerechte Herstellung des Gehäuses erreicht wird. Hierbei ist es zweckmäßig, die Innenschale aus wenigstens zwei Teilen herzustellen, damit der Übergang von Gehäuseeintritt zur Spirale in einfacher Weise bearbeitet werden kann.The intermediate layer is advantageous by inserting or plugging between Inner shell and outer jacket introduced, whereby depending on the material selected, a simple and material-appropriate production of the housing is achieved. Here is it is appropriate to produce the inner shell from at least two parts so that the Transition from the housing inlet to the spiral can be processed in a simple manner.
Es sei besonders hervorgehoben, daß das erfindungsgemäße Gehäuse die Innenschale in bekannter Weise als eine Spirale ausgebildet ist, um die notwendige Druckverteilung im Inneren der Gasturbine zu erhalten.It should be particularly emphasized that the housing according to the invention the Inner shell is designed in a known manner as a spiral to the necessary To obtain pressure distribution inside the gas turbine.
Wei-tere Vorteile und erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen: Fiq. 1 einen axialen Teilschnitt der Turbine eines hoyasturboladers, Fig. 2 einen axiaien Teilschnitt ähnlich Fig. 1, wobei jedoch die Zwischenschicht nur teilweise an der Innenschale des Turbinengehäuses anliegt.Further advantages and features essential to the invention result from the embodiments shown in the drawing. It show: Fiq. 1 an axial partial section of the turbine of a Hoyasturbocharger, FIG. 2 an axial Partial section similar to FIG. 1, but with the intermediate layer only partially on the Inner shell of the turbine housing rests.
In Fig. 1 ist die Abgasturbine eines hier nicht weiter dargestellten Abgasturboladers schematisch dargestellt. Die Turbine enthält ein Lagergehäuse 2, in welchem eine Turbinenwelle 4 mit Turbinenrad 6 in bekannter Weise um eine Achse 8 drehbar angeordnet ist. Auf den weiteren Aufbau bzw. die Funktionsweise eines Abgasturboladers sei hier nicht weiter eingegangen, doch es sei ausdrücklich auf die bereits erwähnte GB-PS 1 530 088 verwiesen. Das Turbinenrad 6 ist in bekannter Weise von einem spiralförmigen Ringkanal 10 umgeben, durch welchen das durch einen hier nicht dargestellten Eintrittsstutzen eintretende heiße Abgas zu den Schaufeln 12 des Turbinenrades 6 gelangt.In Fig. 1, the exhaust turbine is not shown here Exhaust gas turbocharger shown schematically. The turbine contains a bearing housing 2, in which a turbine shaft 4 with turbine wheel 6 in a known manner around an axis 8 is rotatably arranged. On the further structure or the functionality of a Exhaust gas turbocharger is not discussed further here, but it is expressly stated the aforementioned GB-PS 1 530 088 is referred to. The turbine wheel 6 is known in FIG Way surrounded by a spiral annular channel 10, through which the through a Inlet nozzle, not shown here, entering hot exhaust gas to the blades 12 of the turbine wheel 6 arrives.
Das Abgas durchströmt diese Schaufeln 12 von außen nach innen und verläßt die Schaufeln an der Austrittsöffnung 14. Der genannte Ringkanal 10 wird durch die Innenflächen 16 einer Innenschale 18 des Turbinengehäuses 20 gebildet. Das Gehäuse 20 weist einen ringförmigen Außenmantel 22 auf, welcher einen etwa U-förmigen Querschnitt aufweist und bevorzugt aus einem hochfesten Material, wie zum Beispiel Stahl, besteht. Der Außenmantel weist die notwendige mechanische Festigkeit auf, um insbesondere beim Bersten des Turbinenrades ein Durchschlagen nach außen zu verhindern. Zwischen Außenmantel 22 und Innenschale 18 ist eine Zwischenschicht 24 vorgesehen, mittels weleuer die gegenseitige Fixierung von Außenmantel 22 und Innenschale 18 erreicht wird. Die Innenschale 24 besteht aus einem temperaturbeständigen Material, insbesondere aus einem keramischen Material, so daß das vorbeiströmende heiße Abgas eine Beschädigung oder gar Zerstörungen an der Innenschale hervorrufen können. Innenschale 16 und Außenmantel 22 weisen somit unterschiedliche Stoffeigenschaften auf und mittels der Zwischenschicht 24 wird eine Anpassung erreicht. Es erfolgt somit ein Ausgleich beispielsweise der hohen thermischen Beanspruchung der Innenschale 18 gegenüber dem Außenmantel 22. Die Innenschale 18 weist einen ringförmigen Ansatz 26 auf, welcher nach außen bis zum Außenmantel 22 bzw. einem Flansch 28 desselben reicht.The exhaust gas flows through these blades 12 from the outside to the inside and leaves the blades at the outlet opening 14. Said annular channel 10 becomes formed by the inner surfaces 16 of an inner shell 18 of the turbine housing 20. The housing 20 has an annular outer jacket 22 which is approximately U-shaped Has cross section and preferably made of a high strength material, such as Steel. The outer jacket has the necessary mechanical strength, in order to prevent a breakthrough to the outside, especially if the turbine wheel bursts. An intermediate layer 24 is provided between the outer jacket 22 and the inner shell 18, by means of weleuer the mutual fixation of outer jacket 22 and inner shell 18 is achieved. The inner shell 24 consists of a temperature-resistant material, in particular made of a ceramic material, so that the hot exhaust gas flowing past damage or even destruction of the inner shell. Inner shell 16 and outer jacket 22 thus have different material properties and by means of the intermediate layer 24 is matched. There is thus a compensation for example, the high thermal stress on the inner shell 18 compared the outer jacket 22. The inner shell 18 has an annular extension 26, which extends outward to the outer jacket 22 or a flange 28 thereof.
Das Lagergehäuse 2 weist im Bereich des Flansches 28 einen ringförmigen Flansch 30 auf, auf dessen zylindrischen Paß flächen der Außenmantel 22 und somit das Gehäuse 20 sich abstützt. Zusätzlich stützt sich auch die Innenschale 18 über einen Führungsteil 32 auf dem Lagergehäuse 2 ab, so daß eine gut Ausrichtung bzw. Zentrierung von Innenschale gegenüber dem Lagergehäuse 2 und somit gegenüber dem Turbinenrad 6 erreicht wird.The bearing housing 2 has an annular shape in the region of the flange 28 Flange 30, on the cylindrical passport surfaces the outer jacket 22 and thus the housing 20 is supported. The inner shell is also supported 18 via a guide part 32 on the bearing housing 2, so that a good alignment or centering of the inner shell with respect to the bearing housing 2 and thus opposite the turbine wheel 6 is reached.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform des Gehäuses 20 dargestellt, bei welchem die Zwischenschicht 24 nur in Teilbereichen 34 an der Außenfläche 36 der Innenschale 18 anliegt. Aufgrund der als Rippen ausgebildeten Teilbereich 34 erfolgt nur ein erheblich verringerter Wärmeübergang von der Innenschale 18 zum Außenmantel 22 mit der Folge, daß die thermische Beanspruchung des Außenmantels 22 verringert wird. Es sei besonders hervorgehoben, daß bei allen Ausführungsformen das Material der Zwischenschicht eine geringere Wärmeleitfähigkeit z aufweist, als das Material der Innenschale 18, dessen Wärmeleitfähigkeit 2 i beträgt.In Fig. 2, an embodiment of the housing 20 is shown at which the intermediate layer 24 only in partial areas 34 on the outer surface 36 of the Inner shell 18 rests. Due to the sub-area 34 designed as ribs only a considerably reduced heat transfer from the inner shell 18 to the outer jacket 22 with the result that the thermal stress on the outer jacket 22 is reduced will. It should be particularly emphasized that in all embodiments the material the intermediate layer has a lower thermal conductivity z than the material the inner shell 18, the thermal conductivity of which is 2 i.
Es sei hervorgehoben, daß durch die Ausführungsbeispiele, welche die Gasturbinen eines Abgasturboladers betreffen, keine Einschränkung der Erfindung auf derartige Abgasturbolader erfolgt. Vielmehr umfaßt die Erfindung sämtliche Turbinen bzw.It should be emphasized that the embodiments which the Relate to gas turbines of an exhaust gas turbocharger, not a limitation of the invention takes place on such exhaust gas turbochargers. Rather, the invention includes all turbines respectively.
Turbinengehäuse, welche von Gasen mit hohen Temperaturen durchströmt werden, wobei vor allem auch die Spiralgehäuseform in der beschriebenen Weise ausgeführt werden kann.Turbine housing through which gases at high temperatures flow are carried out, especially the shape of the volute in the manner described can be.
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| DE3042971A1 true DE3042971A1 (en) | 1982-06-03 |
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