DE689013C - Abgasturbogeblaese mit einer auf einer feststehenden Achse gelagerten Hohlwelle - Google Patents

Description

• Abgasturbogebläse mit einer auf einer feststehenden Achse gelagerten Hohlwelle Die Erfindung betrifft ein Abgasturbogebläse, wie es z.B. bei Brennl=aftmaschinen zur Erzeugung der Spül- und Ladeluft Verwendung findet. Es ist das Bestreben, bei allen solchen Abgasturbogebläsen zur Verringerung des Preises und des Gewicht-es mit einem einstufigen Gebläse und einerjelnstufigen Turbin#e auszukommen, und es so zu bauen, daß es möglichst wenig Platz beansprucht. Dieser Forderung trägt man am besten dadurch Rechnung, daß man das Turbinenrad fliegend anordnet, da leine fliegend angeordnete Turbinenscheibe außerdem noch sehr günstige Verhältnisse für die Abströmung der Abgase von der Turbine bietet. Um einen günstigen Wirkungsgrad zu erw zielen, müssten die Abgasturbog#bläse mit sehr hohen Dre lizahlen laufen. Ganz besondere Beachtung verdient daher die Lagerung der Welle. Bei den hohen Drehzahlen treten ganz beachtliche Kreiselmomente auf, die eine Erniedrigung der kritischen Drehzahl bedingen. Da Abgasturbogebläse mit veränderlicher Drehzahl laufen, weil sich je nach der Belastung der Brennkraftmaschine- das in der Abgasturbine zu verarbeitende Gefälle in weiten Grenzen ändert, ist ferner darauf zu achten, daß das Durchfahren einer kritischen Drehzahl während des Betriebes vermieden wird. Um eine möglichst hohe Lage der kritischen Drehzahl zu erhalten, sollen die Massen klein und die Welle möglichst steif sein. Die Abmessungen und damit die Masse der drehenden Teile sind bestimmt durch die verarbeiteten Luft- bzw. Gasgewichte und durch die Rücksicht auf die Festigkeit der Scheiben. Bei den üblichen Bauarten ist man auch bei der Bemessung der Welle an enge Grenzen gebunden. Eine Verstärkung der Welle bedingt eine Vergrößerung der Lager. je größer aber die Lager sind, desto größer werden die Schwierigkeiten. Es ist infolgedessen schon vorgeschlagen worden, die Turbinenwelle hohl auszubilden und die Lager im limern der Welle auf einer,

  in ihre Höhlung hineinragende feststehel

  Achse anzuordnen. Diese bekannten Au

  rungen weisen jedoch einige wesentliche

  tQüe auf. Zunächst besitzt das Turbinenl#14-#

  rad, welches auf der Hohlwelle sitzt, lerne zentrale Bohrung, die identisch ist mit der Bohrung der Hohlwelle. Dadurch wird die Widerstandsfähigkeit des Laufrades gegenüber hohen Drehzahlen stark vermindert. Dieser Nachteil wird noch verstärkt bei einer bekannten Ausführung, bei welcher der Turbinenlaufschaufelkranz nur von Rippen getragen wird, die gleichzeitig als Flügel eines Axialgebläses dienen. Durch die Vereinigung von Turbine und Gebläselaufrad, bei welcher auf der einen Seite der Radscheibe. die Turbinenschaufeln und auf der anderen Seite die Gebläseschaufeln angoordnet sind, wird ferner eine sehr starke Erwärmung der Gebläseluft durch die heißen Abgase infolge Wärmeableitung vom Turbinenteil zum benachbarten Gebläseteil des gemeinsamen Laufrades bewirkt, was eine Verminderung des zur Brennkraftmaschine geförderten Luftgewichtes zur Folge hat. Schließlich ist noch die feststehende Achse, auf welcher die hohle Turbinenwelle läuft, im Turbinengehäuse befestigt, so daß infolge der ungünstigen' Temperatureinflüsse sehr leicht eine Lockerung der Achse eintreten kann.
• Zur Behebung dieser übelstände ist erfindungsgemäß das volle Turbinenlaufrad fliegend am Ende der gleichzeitig am anderen Ende das Gebläselaufrad tragendenHohlwelle angeordnet und :die die Hohlwelle tragende feststehende Achse möglichst weit von der Turbineentfernt im Gebläsegehäuse befestigt. Diese Ausbildung des Abgasturbogebläses nach der Erfindung hat den Vorteil, daß die fliegend angeordnete volle Turbineinscheibe einen wesentlich größeren Widerstand gegmüber den bei hohen Drehzahlen auftretcnden Fliehkräften bietet und daß das auf die Hohl-,velle gesetzte Gebläserad sowie die Befestigung der feststehenden Achse für die Hohlwelle der heißen Turbinenzone entzogen sind. Es ergeben sich dadurch bessere Beanspruchungsmöglichkeite,a und eine erhöhte Betriebssicherheit des Abgasturbogebläses.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Abgasturbogebläses nach der Erfindung in einem teilweisen Längsschnitt dargestellt.
• Im Gebläsegehäuse i ist mit ihrem kegeligen Ende 2 die feststehende Achse 3 - befestigt. Auf der Achse 3 ist mittels der Kugellager 4, 5 die hohle Welle 6 der Turbinenscheibe 7 gelagert. Auf der WM1e 6 ist ferner das Gebläserad 2o befestigt. Der Innenring der Kugellager sitzt auf der feststehenden

  se 3, während sich der Außenring mit

  Turbinenwelle 6 dreht. Die Turbinen-

  e 6 ist also eine zweimal gelagerte Welle

  #mit zwei Lasten. Während die eine Last,

  .nämlich das Turbinenrad 7, frei fliegend angeordnet ist, ist das zweite Lager 5 unter der zweiten Last, dem Gebläserad 2o, angeordnet. Auf diese Weise wird eine zusätzliche Beanspruchung der Welle durch Biegungskräfte vermieden. Ferner ist das zweite Lag-er 5, da es am weitesten vom heißen Turbinenrad 7 entfernt ist, als Festlager ausgeführt, während das Lager 4 eine Wärmeausdehnung der Welle gestattet. Bei dieser Anordnung lassen sich auch sehr günstige Kühlbedingungen schaffen. Die feststehende Achse 3 ist zur Durchleitung einer Kühlflüssigkeit hohl ausgeführt, so daß der Innenring der Kugellager kühl gehalten werden kann. Die Kühlflüssigkeit fließt durch die Leitungen 8, 9 zu und durch die Leitungen i o, i i wieder ab. Durch Anordnung zwei oder mehrerer Scheiben 12, 13 in der Nähe der inneren Stirnfläche der hohlen Welle 6 ist ein guter Strahlungsschutz,gegen die heiße Turbinenscheibe 7 geschaffen. Um gegebenenfalls noch die Wärmeleitung von der Turbinenscheibe 7 über die Welle 6 auf den Außenring des Kugellagers 4 zu verringern, kann zwischen Außenring des Kugellagers 4 und Innensitzfläche der Welle 6 eine Büchse aus einem Werkstoff mit sehr niedriger Wärmeleitzahl eingesetzt werden. Zur weiteren Kühlung des besonders gefährdeten Lagers 4 wird noch der Außenumfangg der Welle 6 mit Wasser angespritzt. Bei der hohen Urndrehungszahl wird das Wasser sofort von der Welle wieder abges chleudert, so daß es daher kaum verdampfen wird. Das Spritzwasser wird durch die Leitung 14 zugeführt und das von der Welle 6 abgeschleuderte Wasser in einem die Welle 6 umgebenden Ringraum 15 aufgefangen und durch die Leitungen 16, 17 abgeführt. Durch beiderseitig am Ringraum 15 angeordnete Spritzringe 18, Labyrinthdichtungen und Sperrluftkammern ig wird das Entweichen des Wassers nach der Seitehin verhindert. Durch die Leitung 21 und die BohrUng 22 wird schließlich noch Druckluft zugeführt, die ebenfalls zur Kühlung der Lagger4,5 dient, außerdem aber durch die Mitführung von öldämpfen die Schmi-erung der Kugellager besorgt.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Abgasturbogebläse mit einer auf einer feststehenden Achse gelagerten Hohlwelle, dadurch gekennzeichnet, daß das volle Turbinenrad (7) fliegend am Ende der gleichzeiti am anderen Ende das 19 Gebläselaufrad (20) tragenden Hohlwelle (6) angeordnet ist und die die Hohlwelle-(6) tragende feststehende Achse (3) möglichst weit von der Abgasturbine entfernt im Gebläsegehäuse'(i) befestigt ist.
2. 2. Abgasturbogebläse nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (6) auf zwei Lagern (4, 5) gelagert ist, von denen eins (5) unterhalb des Gebläserades (2o) angeordnet ist. 3. Abgasturbogebläse nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (5) unterhalb des Gebläserades (2o) als Festlager ausgebildet ist. 4. Abgasturbogebläse nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das im Innern der hohlen Turbinenwelle (6) angeordnete, der Turbinenscheibe naheliegende Lager (4) durch die Anordnung von einer oder mehreren Scheiben (12, 13) gegen von der Turbinenscheibe (7) ausgehende Wärmestrahlung geschützt ist. 5. Abgasturbogebläsie nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, da-ß zur Kühlung der Lager (4, 5) die feststehende Achse (3) mit einem zylindrischen, durch eine eingesetzte Wand längs geteilten Ringraum (9, io) versehen ist, durch welchen im Gegenstrom ein Kühlmittel geleitet wird. 6. Abgasturbogebläse nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß von außen gegen die Hohlwelle (6) Kühlwasser gespritzt wird * 7. Abgasturbogebläse nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten des Ringraumes (15), in welchem Wasser auf die Hohlwelle (6) gespritzt wird, je eine Sperrluftkammer (ig) angeordnet ist.