DE3804229A1 - Vorrichtung zur regelung einer abgasturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für eine Verbundanordnung von Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmotor, und Abgasturbolader zur Regelung des zu der mehrflutig, insbesondere dreiflutig, beaufschlagbaren Abgasturbine zuführbaren Abgasstromes durch Veränderung des Zuführquerschnittes mittels einer vom Betrieb der Brennkraftmaschine abhängig steuerbaren Absperreinrichtung, wobei die einzelnen Abgasströme über ein Sammelleitungs­ system zusammen- und danach durch ein Gaseintrittsgehäuse der Turbine hinzuführbar sind.

Bei Anordnungen dieser Art besteht das Problem, wie bei hochaufgeladenen Brennkraftmaschinen im Verbund mit einem vollastoptimierten Abgasturbolader ein überproportionaler Ladedruckabfall beim Übergang auf den Teillastbetrieb zu vermeiden ist. Dieser Ladedruckabfall kann besonders bei Schiffsantrieben mit Festpropellern oder Verstellpropellern mit großen Steigungsraten bei plötzlicher Herabsetzung der Motordrehzahlen zu kritischen Betriebszuständen führen.

Zur Regelung von Abgasturboladern ist nun schon vorge­ schlagen worden, das Gaseintrittsgehäuse der Tubine so abzuändern, daß durch entsprechende Trennwände konzentri­ sche Zufuhrkanäle gebildet werden, wobei die Trennwand als Leitring bis an das Turbinenrad fortgeführt wird, und vorzugsweise einen inneren Zuführungskanal durch einen Steuerschieber mehr oder weniger zu öffnen bzw. zu ver­ schließen.

Bei einem solchen Vorgehen ist jedoch nicht nur eine völlige Umänderung des Turbinengehäuses erforderlich, sondern es treten womöglich bei der Regelung auch Ventilationsverluste und wechselnde Schaufelbelastungen auf.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Lösung für das vorstehend angegebene Problem zu schaffen, bei der die genannten nachteiligen Schwierigkeiten nicht in Kauf genommen werden müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Regelungsvorrichtung der eingangs angegebenen Art die Absperreinrichtung als Abschluß des Sammelleitungssystems vor dem Gaseintrittsgehäuse derart angeordnet ist, daß von den Zuführkanälen im Gaseintrittsgehäuse mindestens einer absperrbar ist.

Bei einer derartigen einfachen Maßnahme bleibt nicht nur das Turbinengehäuse vollkommen unverändert, sondern eine Abänderung beschränkt sich im wesentlichen auf den Konverter und kann auch noch bei bereits im Betrieb befindlichen An­ lagen erfolgen. Außerdem wirken sich Ventilationsverluste und wechselnde Schaufelbelastung bei teilweise abgesperrten Turbinensegmenten wegen der Teillastbedingungen nicht so gravierend aus wie bei Vollast.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind noch dadurch gekennzeichnet, daß bei einer mit Tellerventilen versehenen Absperreinrichtung die von der Ventilsitzseite abgekehrte Rückseite mindestens eines Ventiltellers als Anschlag am bewegbaren Ventilteil ausgebildet ist.

In einer weiteren Ausführungsform umfaßt die Absperrein­ richtung ein Klappenventil mit einer flüssigkeitskühlbaren Drehwelle.

Weitere Vorzüge und Merkmale ergeben sich aus den Ansprü­ chen und aus den schematischen Zeichnungsfiguren sowie aus der hiernach folgenden Zeichnungsbeschreibung, in denen erfindungsgemäße Ausführungsformen dargestellt und beschrie­ ben sind. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Anordnung aus Brennkraftmaschine und Abgas­ turbine mit einer Absperreinrichtung, teil­ weise im Schnitt,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Absperreinrich­ tung der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Anordnung mit einer anderen Ausführungsform der Absperreinrichtung, teilweise im Schnitt,

Fig. 4a einen Längsschnitt durch die Absperreinrich­ tung der Fig. 3 in vergrößertem Maßstab, in geschlossenem Zustand,

Fig. 4b die Absperreinrichtung der Fig. 4a jedoch in geöffnetem Zustand,

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Verbundanordnung mit einem Klappenventil in der Absperreinrichtung, teilweise im Schnitt,

Fig. 6 einen Querschnitt einer Absperreinrichtung ähnlich Fig. 5 zur Verdeutlichung einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 7 eine Draufsicht auf noch eine weitere Aus­ führungsform einer Verbundanordnung mit einem Klappenventil,

Fig. 8 und Fig. 8a Klappenventil der Ausführungsform von Fig. 7 im Schnitt.

Die in Fig. 1 dargestellte Verbundanordnung wird durch einen mehrzylindrigen Dieselmotor 1 und eine Abgasturbine 2 gebildet. Von den einzelnen Zylindern führen Rohrkrümmer 3 zu dem Abgassammelleitungssystem 4. Die Rohre des Leitungssystems 4 sind zu einer Absperreinrichtung 5 geführt, die erfindungs­ gemäß vor einem Gaseintrittsgehäuse 6 der Turbine 2 ange­ ordnet ist. Die Turbine 2 ist dreiflutig; die drei Zuführ­ kanäle im Gaseintrittsgehäuse 6 sind mit 61, 62 und 63 be­ zeichnet. In Fig. 1 ist die Gasströmung aus dem Leitungs­ system 4 durch die Absperreinrichtung 5 in die drei Zuführ­ kanäle 61, 62 und 63 mit Pfeilen gekennzeichnet, wobei er­ sichtlich ist, wie bei der gewählten Ausführung ein großer Teil der Gesamtströmung, durch gerade Pfeile gekennzeichnet, jeweils aus einem der Rohre des Systems 4 sofort durch die Absperreinrichtung 5 hindurch jeweils in die äußeren Zu­ führkanäle 61 und 63 der Turbine 2 eintritt.

Der durch die gekrümmten Pfeile gekennzeichnete Teil des Abgasstromes tritt jedoch von einander gegenüberliegenden Seiten her, an Ventiltellern 511 und 521 von Ventileinheiten 51 bzw. 52, siehe Fig. 2, vorbei durch den mittleren Zuführ­ kanal 62 in die Turbine 2 ein.

Die Fig. 2 zeigt eine Absperreinrichtung 5 der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab. Der mittlere Zuführkanal 62 ist durch die Ventileinheiten 51, 52 mittels Betätigungselemente 515 und 525 von einander gegenüberliegenden Seiten her öffen- bzw. verschließbar. Bei geöffneten Ventilen wirkt die Ab­ sperreinrichtung dabei als "Pulseconverter", in der "Dicht­ stellung" als Absperrung des mittleren Zuführkanals 62.

Die Ventileinheiten 51 und 52 umfassen jeweils die Ventil­ teller 511, 521 sowie Ventilführungen 512, 522, Ventilschäfte 513, 523, Kühlrippenpakete 514, 524 zum Schutz der Betätigungs­ elemente 515, 525. Als Betätigungselement 515, 525 ist insbe­ sondere ein beiderseits druckbeaufschlagbarer Kolben 516 bzw. 526 vorgesehen, der von einer Membran 517, 527 derart gehalten wird, daß er im Zylinder 518, 528 bewegbar ist.

Zum Betrieb befindet sich unter dem Kolben 516, 526, d. h. auf der Seite der Ventilteller 511, 521, Ladeluftdruck, der gegen einen Steuerluftdruck oder einen Federdruck auf der anderen Seite des Kolbens wirkt.

Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung für eine Verbundanordnung ähnlich der in Fig. 1 jedoch mit einer anderen Ausführungsform der Absperreinrichtung, die mit 7 bezeichnet ist. Die Absperreinrichtung 7 hat nur eine mit 71 bezeichnete Ventileinheit, die in der Art eines doppelten Tellerventils ausgeführt ist.

Gegenüber den Ventileinheiten 51, 52 weist die Ventileinheit 71, siehe die Fig. 4a, 4b, jedoch zwei Ventilteller 711, 712 an einem Ventilschaft 713 und ein Betätigungselement 715 auf, das aber eine ähnliche Wirkungsweise wie das Betäti­ gungselement 515 haben kann.

Vorteilhafterweise hat der Ventilteller 711 zwei Wirkungs­ flächen 716, 717, nämlich eine Ventilsitzseite 716 und die von der Ventilsitzseite 716 abgekehrte Rückseite 717, die mit einem Anschlag 718 für den bewegbaren Teil der Ventil­ einheit 71 ausgebildet ist.

Die Pfeile in den Fig. 4a bzw. 4b bezeichnen den Weg der Abgasströme bei geschlossenem Ventil, Fig. 4a, wenn, bei verminderter Beaufschlagung, die Abgase nur in die zwei Zuführkanäle 61 und 63 eintreten können bzw. bei geöffneten Durchgängen zum Kanal 62, Fig. 4b, wenn die Ströme von gegenüberliegenden Seiten kommend, einander beeinflussen zu einer gemeinsam in Kanal 62 eintretenden, ausgeglichenen Strömung.

In den Fig. 5 und 6 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung für eine Verbundanordnung aus einem Dieselmotor und einer dreiflutigen Abgasturbine für den Turbolader dargestellt, bei dem das Absperrelement der Absperreinrichtung als Klappenventil 81 ausgebildet ist. Die Klappen 811 und 812 der Ventile in den Fig. 5 bzw. 6 sind im geöffneten Zustand dargestellt, so daß der volle Durchgang der Abgasströmung und damit Beaufschlagung der Turbine über alle drei Zuführ­ kanäle 61, 62 und 63 ermöglicht wird.

Für den Bereich der durch Drehen öffen- und schließbaren Klappe sind Kühlflüssigkeitskanäle 813 vorgesehen.

In den Fig. 7 und 8 ist noch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, die einen besonders wartungsgünstigen Betrieb ermöglicht, weil das Klappenventil 91 vereinzelt und sofort für sich zugänglich ist.

Die Fig. 8 und 8a zeigen als weitere Einzelheiten dieses Ausführungsbeispiels: eine bevorzugte, weil strömungs­ günstige Form einer Ventilklappe 911 sowie Hohlräume 912 und Anschlußleitungen 913 für die Zufuhr von Kühlflüssig­ keit zu einer flüssigkeitskühlbaren Drehwelle 914.

In den Fig. 5 und 7 sind Möglichkeiten für die Anbringung von Federungskörpern 82 und 92 zur Schwingungsdämpfung angedeutet.

Claims (4)

1. Vorrichtung für eine Verbundanordnung von Brennkraft­ maschine, insbesondere Dieselmotor, und Abgasturbolader zur Regelung des zu der mehrflutig, insbesondere drei­ flutig, beaufschlagbaren Abgasturbine zuführbaren Abgas­ stromes durch Veränderung des Zuführquerschnittes mittels einer vom Betrieb der Brennkraftmaschine abhängig steuer­ baren Absperreinrichtung, wobei die einzelnen Abgas­ ströme über ein Sammelleitungssystem zusammen- und danach durch ein Gaseintrittsgehäuse der Turbine hinzu­ führbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperr­ einrichtung (5; 7; 81; 91) als Abschluß des Sammelleitungs­ systems (4) vor dem Gaseintrittsgehäuse (6) derart an­ geordnet ist, daß von den Zuführkanälen (61, 62, 63) im Gaseintrittsgehäuse mindestens einer absperrbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperreinrichtung (5, 7, 81, 91) an die Stelle eines Konverters tritt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einer mit Tellerventilen (711, 712) versehenen Absperreinrichtung (7) die von der Ventil­ sitzseite (716) abgekehrte Rückseite (717) mindestens eines Ventiltellers (711) als Anschlag (718) am beweg­ baren Ventilteil ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Absperreinrichtung (91) ein Klappen­ ventil (911) mit einer flüssigkeitskühlbaren Dreh­ welle (914) umfaßt.