DE4213678A1

DE4213678A1 - Axialdurchströmte Abgasturboladerturbine

Info

Publication number: DE4213678A1
Application number: DE19924213678
Authority: DE
Inventors: Jozef Baets
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd; ABB AB
Priority date: 1992-04-25
Filing date: 1992-04-25
Publication date: 1993-10-28

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine axialdurchströmte Abgasturbo laderturbine mit einer Reihe einzeln verstellbarer Leit schaufeln, welche über je eine in einem Gehäuse gelagerte und einen Schaufelträger durchdringende Verstellwelle verdrehbar sind, wobei jede Verstellwelle über einen Schwenkhebel betätigt wird.

Stand der Technik

Derartige Turbinen sind beispielsweise bei Abgasturboladern hinlänglich bekannt. Neben der Leitschaufelverstellung am Verdichter ist als Regeleingriff zur Verbesserung der Beschleunigung und des Drehmomentenverhaltens auch die Leit schaufelverstellung an der Turbine eine mögliche Maßnahme. Ein Beispiel hierfür liefert die EP 2 53 234 A1. Mit den ver stellbaren Turbinenleitschaufeln soll für einen gegebenen Durchsatz ein größeres Gefälle erzeugt werden. Dadurch erhöht sich die Turbinenleistung, die Turbinendrehzahl und schließlich dem Ladedruck. Damit die Verstellschaufeln während des "heißen" Betriebes nicht klemmen, müssen sie in der Regel mit angemessenem Spiel eingebaut werden. Besonders im zugedrehten Zustand kann sich die Spaltströmung am Kopf und am Fuß der Schaufeln sehr störend auf die Hauptströmung im Kanal auswirken. Da überdies auf die Verstellschaufeln große Fluidkräfte in Axial- und in Umfangsrichtung einwir ken, müssen des öfteren die Schaufeln sowohl am Kopf als auch am Fuß eingespannt werden, um die Verstellwelle zu entlasten.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei axial durch strömten Turbinen der eingangs genannten Art zwecks Erhöhen der Betriebssicherheit den Verstellmechanismus der Leit schaufeln zu kühlen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Verstell-Elemente von einem Kühlmittel umströmt sind, welches nach Ausüben seiner Kühlfunktion stromaufwärts der Leitschaufeln in die Abgasströmung im durchströmten Kanal eingeleitet wird. Abgesehen von der vorteilhaften Begrenzung der Betriebstemperatur der bewegten Teile bietet diese Lösung, gemäß der das Kühlmittel der Abgasströmung beige mischt wird, die nahezu verlustfreie Möglichkeit, den Lade druck insbesondere bei Teillast, bei welcher die Verstell schaufeln zum Teil zugedreht sind, zu erhöhen.

Diese Möglichkeit ist insbesondere dann gegeben, wenn das Kühlmittel verdichtete Luft ist, welche stromabwärts des Abgasturboladerverdichters aus der Ladeluftleitung abge zweigt wird. Mit dieser Maßnahme kann verhindert werden, daß sich beim Zudrehen der Verstellschaufeln der Gasturbine der Betriebspunkt im Verdichterkennfeld in unzulässiger Weise gegen die Pumpgrenze verschiebt.

Zur Kühlung des den heißen Abgasen ausgesetzten Schaufel trägers ist es vorteilhaft, wenn das Kühlmittel vor dem Einleiten in den Abgaskanal an der diesem Kanal abgewandten Seite des Schaufelträgers entlang geführt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer einstufigen Abgasturboladerturbine mit axial/radialem Austritt dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine mittels Abgasturbolader auf geladene 4-Zylinder Brennkraftmaschine;

Fig. 2 einen Teillängsschnitt durch die Turbine.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentli chen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind in Fig. 2 bei spielsweise die Gehäuse mit Zu- und Ableitungen, der Rotor mitsamt Lagerung usw. Die Strömungsrichtung der Arbeitsmit tel sind mit Pfeilen bezeichnet.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Die in Fig. 1 gezeigte Brennkraftmaschine sei ein mittel schnellaufender Dieselmotor 1, wie er beispielsweise für Schiffsantriebe Verwendung findet. Die Auspuffgase der einzelnen Zylinder strömen in einen Abgassammelbehälter 2, in dem sich die Druckstöße vergleichmäßigen. Mit nahezu konstantem Druck gelangen die Abgase über die Abgasleitung 3 in die Turbine 4, die nach dem Stauverfahren arbeitet. Der von der Turbine angetriebene Verdichter 5 fördert die atmo sphärisch angesaugte und komprimierte Luft über eine Lade luftleitung 6 in einen Ladeluftsammelbehälter 7, aus dem die Ladeluft in die einzelnen Zylinder gelangt. Die Turbine ist mit einem variablem Ersatzquerschnitt in Form von verstell baren Leitschaufeln 18 (Fig. 2) versehen.

In der in Fig. 2 teilweise gezeigten Gasturbine sind die den durchströmten Kanal 11 begrenzenden Wandungen zum einen die innere Nabe 12 und zum andern der äußere Schaufelträger 13. Letzterer ist auf nicht näher dargestellte Art im Gehäuse 14 und in einem stromaufwärts angeordneten Zuströmgehäuse 24 eingehängt. Im Bereich der Laufschaufeln 15 wird der Kanal 11 innen begrenzt durch die Rotorscheibe 16 und außen durch die Abdeckung 17.

Die verstellbaren Leitschaufeln 18 sind mit ihrer jeweiligen Verstellwelle 19 vorzugsweise einteilig ausgeführt, wobei ein Bund 25 die Welle 19 mit dem Schaufelblatt verbindet. Die Welle 19 ist in einer Buchse 20 gelagert, welche das Gehäuse 14 und teilweise den Schaufelträger 13 durchdringt. An ihrem aus der Buchse 20 herausragenden Ende ist die Welle mit einem Schwenkhebel 21 verbunden. Dieser Hebel ist über einen Bolzen 22 mit einem Verstellring 23 verbunden.

Die eigentliche Verstellung der Leitschaufeln 18 im Gitter erfolgt über das Hebelgestänge 19, 21, 22, 23 durch nicht dargestellte Betätigungsmittel, wie sie beispielsweise aus dem Verdichterbau bekannt sind. Die Verstellung erfolgt vor zugsweise automatisch in Funktion der Betriebsparameter wie Ladedruck, Drehzahl usw.

Der Schwenkhebel 21 ist in seinem mittleren Teil 21a als Blattfeder ausgebildet. Nach der Montage ist diese Blattfe der vorgespannt und wirkt in Längsrichtung auf die Verstell welle 19. Diese wird dabei durch die Buchse 20 radial ein wärts bewegt, bis die Schaufelspitze der Leitschaufel am Anschlag mit der Nabe ist.

Zur Kühlung des Verstellmechanismus ist nunmehr die Umspü lung der beteiligten Elemente mit verdichteter Luft vorgese hen. Hierzu ist gemäß Fig. 1 stromabwärts des Verdichters eine Bypassleitung 8 mit einem darin angeordneten Regelorgan 9 vorgesehen. Diese Bypassleitung 8 mündet in das in Fig. 2 nicht dargestellte Außengehäuse der Gasturbine 4. Das Kühl mittel gelangt in den von der Abdeckung 17 und dem Gehäuse 14 begrenzten Innenraum und umströmt hier den Verstellring 23, die Bolzen 22, die Schwenkhebel 21 und die zugänglichen Partien der Verstellwellen 19. Das Kühlmittel wird um die Stirnseite des Gehäuses 14 herumgelenkt und gelangt in den axial verlaufenden Spalt zwischen Gehäuse 14 und Schaufel träger 13, wobei auch letzterer gekühlt wird. Im dargestell ten Fall wird die Kühlluft am einlaßseitigen Ende des Schaufelträgers der Hauptströmung möglichst stoßfrei zuge mischt. Hierzu sind die entsprechenden Teile des Schaufel trägers und des daran angrenzenden Zuströmgehäuses 24 strö mungsgünstig ausgebildet. Zum einen beeinträchtigt diese verlustarme Art des Einströmens nicht die Hauptströmung, zum andern wird auch noch eine teilweise Abschirmung des Schau felträgers von den heißen Abgasen der Hauptströmung erzielt.

Bezugszeichenliste

1 Dieselmotor
2 Abgassammelbehälter
3 Abgasleitung
4 Turbine
5 Verdichter
6 Ladeluftleitung 6
7 Ladeluftsammelbehälter
8 Bypassleitung
9 Regelorgan
11 Kanal
12 Nabe
13 Schaufelträger
14 Gehäuse
15 Laufschaufel
16 Rotorscheibe
17 Abdeckung
18 verstellbare Leitschaufel
19 Welle
20 Buchse
21 Schwenkhebel
21a Federmittel
22 Bolzen
23 Verstellring
24 Zuströmgehäuse
25 Bund

Claims

1. Axialdurchströmte Abgasturboladerturbine mit einer Reihe einzeln verstellbarer Leitschaufeln (18), welche über je eine in einem Gehäuse (14) gelagerte und einen Schaufelträger (13) durchdringende Verstellwelle (19) verdrehbar sind, wobei jede Verstellwelle (19) über einen Schwenkhebel (21) betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstell-Elemente (19, 21, 22, 23) von einem Kühlmittel umströmt sind, welches nach Ausüben seiner Kühlfunktion stromaufwärts der Leitschaufeln (18) in die Abgasströmung im durchströmten Kanal (11) eingelei tet wird.

2. Abgasturboladerturbine nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Kühlmittel verdichtete Luft ist, welche stromabwärts des Abgasturboladerverdichters (5) aus der Ladeluftleitung (6) abgezweigt wird.

3. Abgasturboladerturbine nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Kühlmittel vor dem Einleiten in den Kanal (11) an der dem Kanal (11) abgewandten Seite des Schaufelträgers (13) entlang geführt wird.