EP1394366A1 - Gehäuse für Strömungsmaschinen - Google Patents

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EP1394366A1
EP1394366A1 EP02019178A EP02019178A EP1394366A1 EP 1394366 A1 EP1394366 A1 EP 1394366A1 EP 02019178 A EP02019178 A EP 02019178A EP 02019178 A EP02019178 A EP 02019178A EP 1394366 A1 EP1394366 A1 EP 1394366A1
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EP
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housing
rotor
space
bearing
shaft
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Christiane Römuss
Manuela Döbel
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BorgWarner Inc
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BorgWarner Inc
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/026—Scrolls for radial machines or engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers

Definitions

  • the present invention relates to a housing for turbomachines, such as Turbocharger, secondary air loader or the like, with a first rotor space for receiving a Turbine rotor, a storage space for a shaft supporting the turbine rotor on one their ends, and a second rotor space for receiving one at the other shaft end compressor rotor to be fastened, with the two rotor spaces each or discharge channels for a gas are surrounded.
  • turbomachines such as Turbocharger, secondary air loader or the like
  • housings are known from numerous documents, for example from the CA-1,270,120 or US-A-2,860,827, 4,179,247 and 4,659,295, respectively.
  • the housing consists of several - generally at least three - housing parts.
  • the turbine rotor space, the storage space and the compressor rotor space are mostly each dedicated to a separate housing part, which parts then together screwed or otherwise connected to each other.
  • the multi-part design of the housing generally had a special one Reason, namely to complicate the heat transfer and the choice of material accordingly to be able to meet the requirements.
  • the invention is based on the knowledge that the multi-part design is not in all Cases is necessary and therefore it would be desirable to consider the cost of manufacture and lower assembly.
  • the housing surrounding the storage space at least in part with the housing surrounding at least one of the rotor spaces is formed in one piece. Accordingly, for example, for each of the two Rotors a housing surrounding its space in connection with at least one Part of the housing surrounding the storage space are cast, so that at the end only the two rotor housing parts need to be joined together.
  • a particular advantage of the configuration according to the invention is that it is preferred only one technically high-quality part made in place of several (with mutual tolerance adjustment) must be.
  • the rotor rooms can each with a simple flange are covered, so that the assembly of the housing only that Mounting the two flanges required and is therefore less expensive.
  • a uniform one for example made of a cast material, such as gray cast iron or cast from one Light metal, manufactured housing 1 surrounds a turbine rotor chamber 2 for one in Fig. 1 shown turbine rotor 2 'at one of its ends, a compressor rotor chamber 3 for a compressor rotor 3 'to be accommodated therein at the opposite end and in between a storage space 4 for one of the two rotors 2 ', 3' in a known manner Way at each end carrying shaft 5.
  • Each of the rotor spaces 2, 3 is approximate annular or spiral surrounding channel, namely a feed channel 6 or a Discharge channel 7 assigned, wherein a gaseous medium - so for example in the case a turbocharger exhaust, in the case of a secondary air charger air, in another case perhaps a liquid - the feed channel 6 via one shown in FIG. 2, preferably molded connector 8 is supplied.
  • Air is over the compressor room 3 an axial socket 17 on a housing 1 according to the invention by means of screws 19 to be fastened to the housing cover 18 (see arrow a ') and from the discharge duct 7 discharged through a nozzle 9.
  • housing 1 also at the other end of one Housing cover 20 can be closed and threaded holes 21 (only one is shown), which - similar to the screws 19 - receive screws 22.
  • This housing cover will then also limit the rotor space 2, similar to that Housing cover 18 limits the rotor space 3.
  • it has an axial one Spigot 23, via which - according to arrow a - fluid is discharged, which was fed to the rotor 6 'via the feed channel 6.
  • the housing 1 is relatively strong, but with simple Forms to be produced. In the context of the invention, however, it can be stronger between the turbine rotor space 2 and the compressor rotor space 3 constrict and if necessary also provide it with ribs for heat dissipation.
  • FIG. 1 Although a uniform housing surrounding all three rooms 2-4 can be seen from FIG. 1 is, the invention is in no way limited to this. It would be, for example conceivable to manufacture the housing 1 from two parts which can be detachably connected to one another, how dash-dotted is indicated with a line L. Of course, then again Tolerance problem arise, which is why the completely one-piece training for all three rooms 2-4 is preferred. But you can better master the tolerance problems, if then the two parts of the housing 1 interlocking mating surfaces, in particular conical Fit surfaces 10, so that they are nested and then only with each other must be attached in a manner known per se.
  • Such a division of the housing 1 can of course also be done in a different way, for example by one the rotor rooms 2 or 3 is surrounded by a housing that also covers the entire storage room includes. Another modification could be that the rotor spaces 2, 3 and the supply and discharge guide channels 6, 7 are each of the same size.
  • the storage space 4 can accommodate a conventional, if necessary also subdivided, slide bearing, however, a roller bearing can also be used.
  • a cylindrical Space 16 is provided, in which an axial fixation, for example an axial bearing, can be accommodated.
  • an axial fixation for example an axial bearing
  • Such axial fixations or axial bearings are known to the person skilled in the art known and therefore do not need to be discussed in detail here.
  • So has the storage space 4 is in the form of a socket.
  • the shaft including the pre-assembled bearing unit (or initially only the bearing alone) in the from Storage space 4 formed hollow socket to insert where it strikes the annular wall 15.
  • the ring wall 15 itself with its opening 14 for the passage of the shaft 5 (i.e. the opening 14 corresponds at least approximately to the diameter of the shaft 5) either be designed as a plain bearing or take one.
  • the Bearing unit which preferably has approximately the same axial length as the storage space 4 has been inserted into this space 4, then the axial fixation in space 16 respectively.
  • an axial fixation can be provided, for example by in the bush-like bore of the storage space 4 at least one annular groove 24 for Bring such fixation brings. In this way it may be possible the arrangement for an axial fixation of the bearing between the two Provide ends of the storage space 4.

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Abstract

Ein Gehäuse (1) für Strömungsmaschinen weist einen ersten Rotorraum (2) zur Aufnahme eines Turbinenrotors, einen Lagerungsraum (4) für eine den Turbinenrotor tragende Welle (5) an einem ihrer Enden und eine zweiten Rotorraum (3) zur Aufnahme eines am anderen Wellenende zu befestigenden Kompressorrotors auf. Die beiden Rotorräume (2, 3) sind jeweils von Zu- bzw. Abfuhrkanälen (6, 7) für ein Gas, d.h. Abgas eines Verbrennungsmotors und zu komprimierende Luft, umgeben. Das den Lagerungsraum (4) umgebende Gehäuse (1) ist mindestens zum Teil mit dem wenigstens einen der Rotorräume (2 bzw. 3) umgebenden Gehäuse (1) einstückig ausgebildet. <IMAGE>

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gehäuse für Strömungsmaschinen, wie Turbolader, Sekundärluftladern od.dgl., mit einem ersten Rotorraum zur Aufnahme eines Turbinenrotors, einem Lagerungsraum für eine den Turbinenrotor tragende Welle an einem ihrer Enden, und einem zweiten Rotorraum zur Aufnahme eines am anderen Wellenende zu befestigenden Kompressorrotors, wobei die beiden Rotorräume jeweils von Zu- bzw. Abfuhrkanälen für ein Gas umgeben sind.
Hintergrund der Erfindung
Derartige Gehäuse sind aus zahlreichen Dokumenten bekannt, beispielsweise aus der CA-1,270,120 oder den US-A-2,860,827, 4,179,247 bzw. 4,659,295. In all diesen Fällen besteht das Gehäuse aus mehreren - im allgemeinen mindestens drei - Gehäuseteilen. Beispielsweise ist meist dem Turbinenrotorraum, dem Lagerungsraum und dem Kompressorrotorraum je ein eigener Gehäuseteil gewidmet, welche Teile dann miteinander verschraubt oder auf andere Weise miteinander verbunden werden müssen.
Die mehrteilige Ausführung der Gehäuse hatte im allgemeinen auch einen besonderen Grund, nämlich um die Wärmeübergänge zu erschweren und die Werkstoffwahl entsprechend den Erfordernissen treffen zu können.
Kurzfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die mehrteilige Ausführung nicht in allen Fällen erforderlich ist und daß es deshalb erwünscht wäre, die Kosten der Herstellung und der Montage zu senken.
Dies gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß das den Lagerungsraum umgebende Gehäuse mindestens zum Teil mit dem wenigstens einen der Rotorräume umgebenden Gehäuse einstückig ausgebildet ist. Demgemäß kann beispielsweise für jeden der beiden Rotoren ein seinen Raum umgebendes Gehäuse in Verbindung mit mindestens einem Teil des den Lagerungsraum umgebenden Gehäuse gegossen werden, so daß am Ende nur die beiden Rotorengehäuseteile aneinandergefügt werden müssen.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegt darin, daß bevorzugt nur ein einziges technisch hochwertiges Teil an Stelle von deren mehreren hergestellt (mit gegenseitiger Toleranzanpassung) werden muß. Die Rotorräume können jeweils mit einem einfachen Flansch abgedeckt werden, so daß die Montage des Gehäuses nur das Aufmontieren der beiden Flansche erfordert und mithin weniger aufwendig ist.
Noch günstiger ist es allerdings, wenn alle drei Räume von einem einstückig geformten Gehäuse umgeben sind.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispieles. Es zeigen:
Fig. 1
einen Axialschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gehäuse für Strömungsmaschinen, bei dem zur Veranschaulichung bereits eine Lagerung mitsamt Rotoren und Gehäusedeckel eingesetzt ist und von dem
Fig. 2
eine Seitenansicht im Sinne der Linie II-II der Fig. 1 zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Ein einheitliches, beispielsweise aus einem Gußmaterial, wie Grauguß oder Guß aus einem Leichtmetall, hergestelltes Gehäuse 1 umgibt einen Turbinenrotorraum 2 für einen in Fig. 1 dargestellten Turbinenrotor 2' an einem seiner Enden, einen Kompressorrotorraum 3 für einen darin unterzubringenden Kompressorrotor 3' am gegenüberliegenden Ende und dazwischen einen Lagerungsraum 4 für eine die beiden Rotoren 2', 3' in bekannter Weise an je einem Ende tragenden Welle 5. Jedem der Rotorräume 2, 3 ist ein ihn annähernd ringförmig bzw. spiralig umgebender Kanal, nämlich ein Zufuhrkanal 6 bzw. ein Abfuhrkanal 7 zugeordnet, wobei ein gasförmiges Medium - also beispielsweise im Falle eines Turboladers Abgas, im Falle eines Sekundärluftladers Luft, in einem anderen Falle vielleicht eine Flüssigkeit - dem Zufuhrkanal 6 über einen aus Fig. 2 ersichtlichen, vorzugsweise angeformten Stutzen 8 zugeführt wird. Luft wird dem Kompressorraum 3 über einen axialen Stutzen 17 an einem am erfindungsgemäßen Gehäuse 1 mittels Schrauben 19 zu befestigenden Gehäusedeckels 18 zugeführt (siehe Pfeil a') und vom Abfuhrkanal 7 über einen Stutzen 9 abgeführt.
Es sei erwähnt, daß das erfindungsgemäße Gehäuse 1 auch am anderen Ende von einem Gehäusedeckel 20 verschlossen werden kann und dazu Gewindebohrungen 21 (nur eine ist dargestellt) besitzt, welche - ähnlich den Schrauben 19 - Schrauben 22 aufnehmen. Auch dieser Gehäusedeckel wird dann den Rotorraum 2 begrenzen, ähnlich wie der Gehäusedeckel 18 den Rotorraum 3 begrenzt. In ähnlicher Weise besitzt er einen axialen Stutzen 23, über den - entsprechend dem eingezeichneten Pfeil a - Fluid abgeführt wird, welches über den Zufuhrkanal 6 dem Rotor 6' zugeführt wurde.
Wie besonders aus Fig. 1 ersichtlich, ist das Gehäuse 1 relativ stark, aber mit einfach herzustellenden Formen ausgebildet. Im Rahmen der Erfindung kann es aber durchaus sein, es zwischen dem Turbinenrotorraum 2 und dem Kompressorrotorraum 3 stärker einzuschnüren und es allenfalls auch mit Rippen zur Wärmeabgabe zu versehen.
Wenn auch ein einheitliches, alle drei Räume 2-4 umgebendes Gehäuse aus Fig. 1 ersichtlich ist, so ist die Erfindung keineswegs darauf beschränkt. Es wäre beispielsweise denkbar, das Gehäuse 1 aus zwei lösbar miteinander verbindbaren Teilen herzustellen, wie strich-punktiert mit einer Linie L angedeutet ist. Natürlich kann sich dann wieder ein Toleranzproblem ergeben, weshalb die völlig einstückige Ausbildung für alle drei Räume 2-4 bevorzugt ist. Man kann aber die Toleranzprobleme besser beherrschen, wenn dann die beiden Teile des Gehäuses 1 ineinandergreifende Paßflächen, insbesondere konische Paßflächen 10, aufweisen, so daß sie ineinandergesteckt und dann nur noch miteinander in an sich bekannter Weise befestigt werden müssen. Eine solche Unterteilung des Gehäuses 1 kann natürlich auch in anderer Weise geschehen, beispielsweise indem einer der Rotorräume 2 oder 3 von einem Gehäuse umgeben ist, das auch den gesamten Lagerungsraum umfaßt. Eine weitere Modifikation könnte darin bestehen, daß die Rotorräume 2, 3 bzw. die Zu- bzw. Abfuhrfuhrkanäle 6, 7 jeweils gleich groß sind.
Der Lagerungsraum 4 kann ein herkömmliches, allenfalls auch unterteiltes Gleitlager aufnehmen, es kann aber auch ein Wälzlager verwendet werden.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Ausgestaltungen, bei denen eine axiale Fixierung mitten im Lagerungsraum 4 untergebracht war (vgl. U.S. Patent Nr. 4,179,247) ist es in Weiterbildung der Erfindung bevorzugt, wenn eine Anordnung für eine axiale Fixierung, wie eine Axiallagerung, jeweils an einem einem jeweiligen Rotorraum 2 bzw. 3 zugekehrten Ende des Lagerungsraumes 4 vorgesehen wird, wo man beispielsweise ohne komplizierte Bearbeitung eine axiale Fixierung, etwa ein Axiallager, leicht montieren kann bzw. eine entsprechende Anordnung leichter vorgesehen werden kann. Diese Anordnung auf der rechten Seite der Fig. 1 von einer einen Raum 14 für den Durchtritt der Welle 5 - nämlich jenes Endes der Welle 5, das den Turbinenrotor 2' im Turbinenrotorraum 2 trägt - umgebenden und vorzugsweise einstückig mit dem Gehäuse 1 mitgefertigten Ringwand 15 gebildet, die so einen Abschluß des Lagerungsraumes 4 bildet.
Anderseits ist am anderen Ende des Lagerungsraumes 4 (links in Fig. 1) ein zylindrischer Raum 16 vorgesehen, in welchen eine axiale Fixierung, beispielsweise ein Axiallager, untergebracht werden kann. Solche axiale Fixierungen bzw. Axiallager sind dem Fachmanne bekannt und brauchen deshalb hier nicht im einzelnen erörtert werden. Somit hat der Lagerungsraum 4 die Form einer Buchse. Auf diese Weise ist es möglich, die Welle samt vormontierter Lagereinheit (oder zunächst auch nur die Lager alleine) in die vom Lagerungsraum 4 gebildete hohle Buchse einzuschieben, wo es an der Ringwand 15 anschlägt. Die Ringwand 15 selbst mit ihrer Öffnung 14 für den Durchtritt der Welle 5 (d.h. die Öffnung 14 entspricht wenigstens annähernd dem Durchmesser der Welle 5) kann entweder selbst als Gleitlager ausgebildet sein oder ein solches aufnehmen. Sobald die Lagereinheit, welche vorzugsweise etwa dieselbe axiale Länge wie der Lagerungsraum 4 hat, in diesen Raum 4 eingesetzt worden ist, kann dann die axiale Fixierung im Raum 16 erfolgen.
Im Rahmen der Erfindung sind selbstverständlich zahlreiche Modifikationen möglich, von denen einige bereits oben erwähnt wurden. Ferner wäre es aber auch denkbar, zum Lagerungsraum 4 von außen hin führende Schmierbohrungen vorzusehen. Auch könnte das Gehäuse 1 selbst an seinen beiden Enden auch noch radiale, äußere Verbindungsflansche aufweisen, an denen die Gehäusedeckel 18 und 20 mit den entsprechenden Axialstutzen 17, 23 zum Ausblasen von Fluid, wie des Abgases, (an der rechten Seite der Fig. 1) bzw. der Zufuhr von Luft (an der linken Seite der Fig. 1) aufschrauben zu können. In jedem Falle ist aber ersichtlich, daß nicht nur die Gehäusekonstruktion vereinfacht ist, sondern außerdem auch noch die Montage erleichtert wird. Was die Ausbildung der Rotoren 2', 3' anlangt, so können diese durchaus herkömmlicher Art sein; diesbezüglich wird auf die eingangs genannten Dokumente verwiesen.
An Stelle der oben geschilderten, bevorzugten Art der axialen Fixinnerhalb desierung könnte - wie an sich, beispielsweise aus dem U.S. Patent Nr. 4,179,247, bekannt - innerhalb des Lagerungsraumes 4 eine axiale Fixierung vorgesehen werden, etwa indem man in der buchsenartigen Bohrung des Lagerungsraumes 4 wenigstens eine Ringnut 24 zur Unterbringung einer solchen Fixierung einbringt. Auf diese Weise ist es aber gegebenenfalls möglich, die Anordnung für eine axiale Fixierung der Lagerung zwischen den beiden Enden des Lagerungsraumes 4 vorzusehen.

Claims (6)

  1. Gehäuse (1) für Strömungsmaschinen mit einem
    ersten Rotorraum (2) zur Aufnahme eines Turbinenrotors;
    einem Lagerungsraum (4) für eine den Turbinenrotor tragende Welle (5) an einem ihrer Enden; und
    einem zweiten Rotorraum (3) zur Aufnahme eines am anderen Wellenende zu befestigenden Kompressorrotors, wobei
    die beiden Rotorräume (2, 3) jeweils von Zu- bzw. Abfuhrkanälen (6, 7) für ein Gas umgeben sind;
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das den Lagerungsraum (4) umgebende Gehäuse (1) mindestens zum Teil mit dem wenigstens einen der Rotorräume (2 bzw. 3) umgebenden Gehäuse (1 ) einstückig ausgebildet ist.
  2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle drei Räume (2-4) von einem einstückig geformten Gehäuse (1 ) umgeben sind.
  3. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerungsraum (4) als gegenüber dem Durchmesser der Welle (5) vergrößerte Buchse zur Aufnahme einer Lagerung (13, 13') ausgebildet ist.
  4. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (1 ) noch mindestens ein Zufuhrstutzen (8 bzw. 9) zur Zufuhr eines Gases zum zugehörigen Zufuhrkanal (6 bzw. 7) einstückig angeformt ist.
  5. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einem Ende des Lagerungsraumes (4), vorzugsweise an beiden, eine Anordnung (15, 16) für eine axiale Fixierung der Lagerung vorgesehen ist.
  6. Gehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerungsraum (4) an einem seiner Enden eine sich radial einwärts zum Raum zur Unterbringung der Welle (5) erstreckende Ringwand (15) für eine axiale Fixierung, wie eine Axiallagerung, aufweist.
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