DE69203293T2 - Kreiselverdichter. - Google Patents

Description

Beschreibung HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kreiselverdichter zur Verwendung z.B. als (Turbo-)Lader einer Brennkraftmaschine.
Beschreibung des Stands der Technik
• Fig. 3 veranschaulicht im Längsschnitt den Aufbau eines Kreiselverdichters nach dein Stand der Technik; Fig. 4 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung der Arbeitsweise desselben. An der Rückseite eines Schaufelrads 1 des Kreiselverdichters und eines Gehäuses 12, wie dargestellt, ist eine Labyrinthdichtungspackung 5 eingefügt, die einen Dichtungsraum 7 zwischen Auslaß und Rückseite des Schaufelrads 1 abdichtet. Der Dichtungsraum 7 ist über eine Entlüftungsöffnung 8 zum Ablassen einer geringfügigen Menge an Luft, die längs der Labyrinthdichtungspackung 5 in den Dichtungsraum 7 eindringt, zur Außenseite hin entlüftet, um damit den Druck im Dichtungsrauin 7 zu senken. Als Ergebnis wird die Druckluft am Auslaß des Schaufelrads 1 daran gehindert, zur Rückseite des Schaufelrads 1 hindurchzutreten, und dementsprechend daran gehindert, einen eine Rotorwelle 2 in Richtung auf den Einlaß des Schaufelrads 1 drückenden Schub zu erzeugen. Damit wird der Flächendruck an einem Hauptschub- bzw. -axiallager 3 unter Milderung einer auf dieses einwirkenden Last verringert. Die Bezugsziffern 11 und 4 bezeichnen eine Schubmanschette bzw. ein Schubaufnahmelager.
• Ein diesem Kreiselverdichter ähnlicher Verdichter ist in der DE-C-244 336 dargestellt.
• Bei dem beschriebenen bisherigen Kreiselverdichter wird die Lufttemperatur am Auslaß des Schaufelrads 1 mit zunehmendem Druckverhältnis des Kreiselverdichters entsprechend höher. Auch wenn die Luft mit z.B. Raumtemperatur angesaugt wird, erreicht ihre Temperatur bei einem Druckverhältnis von etwa 4,0 am Auslaß des Schaufelrads 1 (einen Wert von) 200ºC oder mehr. Beim Durchgang durch die Labyrinthdichtungspackung 5 wird diese Heißluft durch die Reibungswärme, die durch die Rotationen der Rippen der Labyrinthdichtungspackung 5 entsteht, zusätzlich erwärmt, so daß sich die Rückseite des Schaufelrads 1 erwärmt. Das Schaufelrad dieses einstufigen Kreiselverdichters, der normalerweise die Atmosphärenluft ansaugt, besteht aus einer Aluminiumlegierung; bei Erwärmung seiner Rückseite durch die Luft wird die Festigkeit des Schaufelrads 1 aufgrund seines Temperaturanstiegs beeinträchtigt. Dies erschwert die Aufrechterhaltung des hohen Druckverhältnisses, wenn das Schaufelrad aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist. Der Temperaturanstieg des Schaufelrads 1 führt wiederum zu einem Anstieg der Lufttemperatur, was einen Wirkungsgradabfall des Verdichters bedingt.
ABRISS DER ERFINDUNG
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Kreiselverdichters, mit dem die oben geschilderte Schwierigkeit gelöst werden kann.
• Gegenstand dieser Erfindung ist ein Kreiselverdichter, umfassend: ein Schaufelrad, ein ringförmig und mehrfach (multiplexly) an der Rückseite des Schaufelrads angeordnetes Dichtungselement zum Abdichten eines Spalts zwischen dem Auslaß des Schaufelrads und einem Raum an der Rückseite des Schaufelrads und zur Bildung eines Ringraums sowie einen Kanal zum Zuführen eines kalten Gases unter einem höheren Druck als dem am Auslaß des Schaufelrads in den Ringraum.
• Beim Kreiselverdichter gemäß dieser Erfindung ist das Dichtungselement an der Rückseite des Schaufelrads so ringförmig und mehrfach (multiplexly) angeordnet, daß es einen Spalt zwischen dem Auslaß des Schaufelrads und einem Raum an der Rückseite des Schaufelrads abdichtet und einen Ringraum bildet. Dieser Ringraum wird über den Kanal mit einem kalten Gas unter einem höheren Druck als dem am Auslaß des Schaufelrads gespeist. Da das über den Kanal zugeführte kalte Gas einen höheren Druck als den am Auslaß des Schaufelrads besitzt, wird das heiße Gas am Schaufelradauslaß an einem Einströmen in den Raum an der Schaufelrad-Rückseite gehindert, während jedoch eine kleine Menge kalten Gases aus dem Raum zum Schaufelradauslaß ausströmt. Infolgedessen wird die Rückseite des Schaufelrads nicht durch das Gas am Schaufelradauslaß erwärmt, sondern durch das über den Kanal zugeführte kalte Gas gekühlt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen, in denen zeigen:
• Fig. 1 eine Längsschnittdarstellung eines Kreiselverdichters gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung,
• Fig. 2 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Arbeitsweise des Kreiselverdichters,
• Fig. 3 eine Längsschnittdarstellung des Kreiselverdichters nach dem Stand der Technik und
• Fig. 4 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Arbeitsweise des bisherigen Kreiselverdichters.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
• Fig. 1 veranschaulicht den Aufbau oder die Ausgestaltung eines Kreiselverdichters gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung; Fig. 2 verdeutlicht die Arbeitsweise des Kreiselverdichters. Der dargestellte Kreiselverdichter gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird als (Turbo-)Lader einer Brennkraftmaschine eingesetzt. Zwischen die Rückseite eines Schaufelrads 1 und ein Gehäuse 12 (Fig. 1) ist eine Labyrinthdichtungspackung 15 zum Abdichten eines zwischen dem Auslaß und der Rückseite des Schaufelrads 1 befindlichen Dichtungsraums 7 eingefügt. Letzterer ist über eine Entlüftungsöffnung 8 zum Ablassen einer geringfügigen Menge an Luft, die längs der Labyrinthdichtungspackung 15 in den Dichtungsraum 7 eindringt, nach außen hin entlüftet, um damit den Druck im Dichtungsraum 7 zu senken. Infolgedessen wird die Druckluft am Auslaß des Schaufelrads 1 daran gehindert, zur Rückseite des Schaufelrads 1 hindurchzutreten, und dementsprechend daran gehindert, einen eine Rotorwelle 2 in Richtung auf den Einlaß bzw. Einlauf des Schaufelrads 1 drückenden Schub zu erzeugen. Damit wird der Flächendruck an einem Hauptschuboder -axiallager 3 unter Milderung einer auf dieses einwirkenden Last verringert. Die Bezugsziffern 11 und 4 bezeichnen eine Schubmanschette bzw. ein Schubaufnahmelager.
• Die Lufttemperatur am Auslaß des Schaufelrads 1 wird mit zunehmendem Druckverhältnis des Kreiselverdichters entsprechend höher. Auch wenn die Luft mit z.B. Raumtemperatur angesaugt wird, erreicht ihre Temperatur bei einem Druckverhältnis von etwa 4,0 am Auslaß des Schaufelrads 1 (einen Wert von) 200ºC oder mehr. Zur Verhinderung einer Erwärmung der Rückseite des Schaufelrads 1 unter dieser hohen Temperatur sind bei der Labyrinthdichtungspackung 15 des vorliegenden Kreiselverdichters deren Rippen in zwei äußere und innere Gruppen unterteilt, die dazwischen einen Ringraum 6 festlegen, der seinerseits - wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist - über einen Luftkanal 9 von der Außenseite her mit Kaltluft gespeist wird, die einen den Druck P&sub1; am Auslaß des Schaufelrads 1 übersteigenden Druck P&sub2; besitzt. Die aus dem Kreiselverdichter austretende Luft besitzt, allgemein gesprochen, am Auslaß des Schaufelrads 1 einen höheren Druck als P&sub1;, wie die auf einen hohen Druck verdichtete, vom Lader über einen Kühler der Brennkraftmaschine zuzuführende Kaltluft; die verdichtete Luft wird durch einen Luftkühler gekühlt, bevor sie benutzt wird. Diese gekühlte Luft kann dabei zur Labyrinthdichtungspackung 15 an der Rückseite des Schaufelrads 1 geleitet werden.
• An der Labyrinthdichtungspackung an der Rückseite des Schaufelrads des bisherigen Kreiselverdichters wird die Luft unter Senkung ihres Drucks aus dem inneren Dichtungsraum entlassen, so daß Luft vom Schaufelradauslaß in einer kleinen Menge die Labyrinthdichtungspackung durchströmt. Dagegen weist die Labyrinthdichtungspackung 15 des vorliegenden Kreiselverdichters zwei äußere und innere Gruppen von Rippen auf, wobei der dazwischenliegende Ringraum 6 mit Luft des Drucks P&sub2;, der höher ist als der Druck P&sub1; am Auslaß des Schaufelrads 1, gespeist wird. Die so zugespeiste Luft besitzt mithin den höheren Druck P&sub2;, so daß die Luft vom Auslaß des Schaufelrads 1 nicht längs der Labyrinthdichtungspackung 15 in den Ringraum 6 einströmt; vielmehr strömt eine kleine Menge der dem Ringraum 6 zugespeisten Luft in Richtung auf den Auslaß des Schaufelrads 1. Infolgedessen ist die Rückseite des Schaufelrads 1 unter Vermeidung einer entsprechenden Erwärmung derselben nicht der Luft ausgesetzt, die anderenfalls vom Auslaß des Schaufelrads 1 (her) (ein) strömen könnte, vielmehr wird sie durch die von der Außenseite her über den Luftkanal 9 zugeführte Luft gekühlt. Ein Temperaturanstieg des Schaufelrads 1 kann somit unterdrückt werden, so daß eine Beeinträchtigung der Festigkeit des Schaufelrads 1 aufgrund der Temperaturerhöhung vermieden wird. Da der Dichtungsraum 7 an der Rückseite des Schaufelrads 1 und der Ringraum 6 durch die Labyrinthdichtungspackung 15 abgedichtet sind, wird - nebenbei bemerkt - ein etwaiger Luftstrom zum Dichtungsraum 7 unter Senkung eines Drucks P&sub3; in letzterem über die Entlüftungsöffnung 8 abgeführt. Im Gegensatz zum Kreiselverdichter nach dem Stand der Technik erhöht sich folglich die auf das Hauptaxiallager 3 einwirkende Last aufgrund des ausgeglichenen Schubs (Axialdrucks) nicht.
• Bei der beschriebenen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kreiselverdichters wird die Schaufelrad-Rückseite nicht durch das Gas vom Schaufelradauslaß erwärmt, sondern durch das kalte Gas gekühlt. Infolgedessen kann auch bei einem aus einer Aluminiumlegierung hergestellten Schaufelrad das hohe Druckverhältnis aufrechterhalten werden; die Temperatur des durch das Schaufelrad zu verdichtenden Gases kann unter Erhöhung des Verdichtungswirkungsgrads herabgesetzt sein.

Claims (3)

1. Kreiselverdichter, umfassend: ein Schaufelrad (1), (und) ein ringförmig und mehrfach (multiplexly) an der Rückseite des Schaufelrads angeordnetes Dichtungselement (15) zum Abdichten eines Spalts zwischen dem Auslaß des Schaufelrads und einem Raum (7) an der Rückseite des Schaufelrads, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement (15) einen Ringraum (6) bildet und daß der Verdichter ferner einen Kanal (9) zum Zuführen eines kalten Gases unter einem höheren Druck als dem am Auslaß des Schaufelrads in den Ringraum aufweist.

2. Kreiselverdichter nach Anspruch 1, wobei das unter einem hohen Druck stehende kalte Gas die Luft am (vom) Auslaß eines Brennkraftmaschinen-Luftkühlers ist.

3. Kreiselverdichter nach Anspruch 1, wobei das Dichtungselement (15) sowohl am Außen- als auch am Innenumfang des Ringraums (6) angeordnet ist.