DE930602C

DE930602C - Mehrstufige Abgasturbine

Info

Publication number: DE930602C
Application number: DEM8385A
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Zinner
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1951-02-01
Filing date: 1951-02-01
Publication date: 1955-07-21

Description

Mehrstufige Abgasturbine Die Erfindung betrifft eine die Energie der Abgase einerBrennkraftmaschine, insbesondereDieselmaschine, ausnutzende mehrstufige Abgasturbine, die ein Aufladegebläse antreibt und bei der zwischen der ersten und der zweiten Entspannungsstufe ein Aufnehmerraum zum Ausgleich von Druckunterschieden im Treibmittel vorgesehen ist.
Bei Abgasturbinen, denen das Treibmittel von den einzelnen Zylindern in getrennten Auspuffleitungen zu getrennten Düsenkammern zugeführt wird, werden die Schaufeln im Takte der Auspufferöffnungen mit stark schwankenden Drücken beaufschlagt. Bei solchem wechselhaften Druckververlauf wird das Gefälle gegenüber einem mittleren Gegendruck hinter der Brennkraftmaschine zeitweilig vergrößert, d. h., bei, Auftreten von sogenannten Druckbergen wird die Turbine von größeren Gasmengen durchströmt als bei Drucktälern. Außerdem wird die Zylinderspülung während des Vorhandenseins von Drucktälern begünstigt, wenn in diesem Zeitabschnitt Ein- und Auslaßventile eines Zylinders zugleich offengehalten werden. Die Trennung der einzelnen Gasstöße in den Düsenkammern vor dem ersten Turbinenrad läßt sich nun aber bei mehrstufigen Turbinen für die weiteren Stufen nicht aufrechterhalten. Die Folge davon ist, daß ein einzelner Auspuffstoß, der bei der ersten Stufe in eine getrennte Kammer eingeführt wird und damit nur einen Teil des Umfanges beaufschlagt, sich hinter der ersten Stufe auf den ganzen Umfang ausbreitet. Dieses Ausbreiten über den ganzen Umfang erfolgt, wenn der Abstand zwischen dem ersten Laufrad und zweiten Leitrad in üblicher Weise klein ist, notgedrungen mit sehr starken Umfangskomponenten der Gasströmung, die stark von der Richtung abweichen, für die das Gitter eigentlich ausgelegt ist. Dies gibt wegen falschen Einströmens eine erhebliche Verschlechterung des Wirkungsgrades.
An sich ist es bei Brennkraftturbinen, denen das Treibmittel aus ventilgesteuerten Verpuffungskammern zugeführt wird, bekannt, hinter einem zweikränzigen Curtisrad einen Aufnehmerraum anzuordnen. Dieser bekannte Aufnehmerraum ist ringförmig und parallel zur Turbinenachse mit kreisrundem Querschnitt ausgebildet.. In axialer Richtung besitzt er also sehr verschiedene Durchströmquerschnitte; wodurch im Betrieb beträchtliche Strömungsverluste eintreten können. Des weiteren ist eine Verpuffungsturbine bekannt, bei der an dem Verbindungskanal zwischen zwei Laufrädern über ein Rohr ein Druckausgleichbehälter angeschlossen ist, der sich in dem Abgasstutzen der Turbine befindet. Der Ausgleichsbehälter ist @ hierbei also nicht zwischen den Turbinenstufen angeordnet.
Mit der Erfindung werden die bei den eingangs beschriebenen Abgasturbinen durch den Druckausgleich bedingten Störkomponenten unter Verwendung eines Aufnehmers hinter- der ersten Turbinenstufe dadurch unschädlich gemacht, daß der senkrecht zur Turbinenachse liegende Durchströmquerschnitt des Aufnehmerraumes längs dieser Achse konstant ist, und daß die axiale Erstreckung dieses schaufelfreien Aufnehmerraumes mindestens gleich der Schaufelhöhe ist.
Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung des Aüfnehmerraumes wird der stationäre Strömungszustand des die erste Turbinenstufe verlassenden Treibmittels nicht verändert; demgemäß können durch Formänderungen des Strömungskanals bedingte Verluste nicht eintreten. Die bei der Eröffnung der Auslaßventile der Brennkräftmaschine erzeugten, der stationären Strömung sich überlagernden Druckimpulse werden infolge des durch den Aufnehmerraum gebildeten, langen axialen Spaltes mit wesentlich geringeren Umfangskomponenten ausgeglichen und können demzufolge- die Strömungsrichtung des der nachfolgenden Turbinenstufe zuströmenden Treibmittels - kaum noch beeinträchtigen. Das Leitschaufelgitter dieser Stufe wird daher in der vorgesehenen Richtung angeströmt. Die erfindungsgemäße Anordnung und Ausbildung eines Aufnehmerraumes hinter der ersten Entspannungsstufe gestattet somit in überraschend einfacher Weise die vollständige Ausnutzung sowohl der Strömungsenergie des aus der ersten Stufe austretenden Treibmittels als auch des mit den Druckimpulsen gegebenen höheren D ruckgefälles unter Vermeidung der Verluste, die sich sonst durch Abweichungen in der Anströmrichtung der nachgeordneten Leitschaufeln ergeben oder die durch Änderung des Durchströmquerschnitts in dem Aufnehmer bedingt sind.
Vorteilhafterweise wird das Druckgefälle der ersten Turbinenstufe schon weitgehend in deren Leitapparat in Geschwindigkeit umgesetzt und demgemäß die erste Turbinenstufe mit kleinem Reaktionsgrad ausgelegt.
Die Auspuffgase eines jeden Zylinders können - wie an sich bekannt - in je einer gesonderten Leitung der Turbine zugeführt werden, oder es können diejenigen Zylinder mit 24o° Kurbelwinkelabstand in der Zündfolge in je- einem. Leitungsstrang zusammengefaßt werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Abgasturbine nach der Erfindung in schematischer Weise -dargestellt.
Der Turbinenläufer i trägt die Laufschaufelkränze 2; 3 und 4, während am Leitschaufelträger 5 die Leitschaufelkränze 6, 7 und 8 befestigt sind. Die Abgaszufuhr erfolgt durch die getrennten Zuleitungen, von denen zwei mit 9 und io bezeichnet dargestellt sind. Es können entsprechend der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine auch mehr als zwei Zuleitungen verwendet werden. Zweckmäßigerweise werden dabei in einem Leitungsstrang Zylinder mit mindestens 24o° Kurbelwinkelabstand zusammengefaßt. Nach dem Laufschaufelkranz 2 der ersten Turbinenstufe und vor dem Leitschaufelkranz 7 der zweiten Turbinenstufe ist gemäß der Erfindung ein größerer Zwischenraum vorgesehen, der einen Aufnehmerraum i i entstehen läßt, welcher als Ausgleichsraum für die einzelnen Auspuffstöße dient; mit denen die erste Turbinenstufe beaufschlagt wird. Nachdem die Abgase alle Turbinenstufen durchströmt haben, werden sie im Ringraum i2 gesammelt und abgeführt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Mehrstufige Abgasturbine für Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmaschinen, bei der die gesamte Abgasmenge der Brennkraftmaschine durch sämtliche Turbinenstufen strömt und bei welcher zwischen der ersten und zweiten Entspannungsstufe ein Aufnehmerraum zum Druckausgleich der Auspuffstöße angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrecht zur Turbinenachse liegende Durchströmquerschnitt des Aufnehmerraümes (i i) längs dieser -Achse nahezu konstant ist, und daß die axiale Erstreckung dieses schaufelfreien Aufnehmerraumes mindestens gleich der Schaufelhöhe ist.
2. Mehrstufige Abgasturbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Turbinenstufe mit kleinem Rdaktiönsgrad ausgeführt ist, so daß das Druckgefälle der ersten Turbinenstufe schon weitgehend im Leitapparat in Geschwindigkeit umgewandelt wird: 3. Mehrstufige Abgasturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auspuffgase jedes Zylinders in an sich bekannter Weise in einer gesonderten Leitung zur Turbine .geführt werden. 4. Mehrstufige Abgasturbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Zylinder mit mindestens 24o° Kurbelwinkelabstand in einem Leitungsstrang zusammengefaßt sind. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 68o 800, 522 436, 505977.