SE451618B - Turbokompressor - Google Patents

Description

451 618 turbinhuset i två partier, varvid dessa partier avdelas med hjälp av en radiellt sig sträckande cirkulär delningsvägg och återsto- den av huset. Delningsväggen sträcker sig från ett yttersta parti av huset och därifrån radiellt inåt mot den ringformiga halsen genom vilken utblåsningsgaserna passerar till turbinhjulet. Tur- binvn är vanligen av radialinloppstyp. Exempel på sådana huskon- struktioner visas i de amerikanska patenten 3 270 495 (Connor) och 3 292 364 (Cazier).

Karaktâristiskt för den typ av turbokompressorkonstruktioner som har ett delat hus, och som beskrives i dessa två amerikanska pa- tent, är att huset för turbinpartiet hos turbokompressorn likväl som den radiellt sig sträckande delningsväggen är integrerat bil-I dad av gjutjärn. Medan turbokompressorn arbetar kommer heta ut- blåsningsgaser in i turbokompressorn från förbränningsmotorernas cylindrar och går in i den ena eller bägge kamrarna i turbinpar- tiet hos huset. Dessa gaser är väldigt heta och orsakar följakt- ligen ändringar i storleken av huset. Dessa ändringar beror på den vanliga effekten av termisk expansion hos metall som är följ- den av en ökning av temperaturen. Både delningsväggen och huset tenderar att expandera radiellt med ökande temperatur. Delnings- väggen uppnår dock högre temperatur än huset, beroende på att delningsväggen är utsatt för de heta gaserna på båda sidorna me- dan en yta hos husväggen är utsatt för kylning av omkringliggande luft. Beroende på denna temperaturdifferens skulle den obundna termiska expansionen hos delningsväggen bli större än hos huset i radiell riktning. Den mindre expansionen av huset binder den 7 termiska expansionen hos delningsväggen. Därmed induceras oönska- de termiska spänningar i delningsväggenl Dessutom är formen hos det delade turbinhuset självbindande i det att ändringar i tempe- raturen ger termiska spänningar även vid frånvaro av temperatur- gradienter. Därmed ökar de totala spänningsniwüxna. Man har funnit att dessa spänningar har resulterat i sprickor eller tbrott på delningsväggen med följden att turbokompressorn går sönder.

Enligt tillämpningen av denna uppfinning övervinns problemet med differentiell radiell expansion. För att åstadkomma detta, är i ett utförande av uppfinningen turbokompressorns hus och delnings- väggen separerade, med den radiellt yttersta periferin hos del- ningsväggen sträckande sig in i ett spår lokaliserat i det 451 m angränsande partiet hos turbinhusets kammare. Ett radiellt mellan- rum är åstadkommet mellan det radiellt yttersta partiet av del- ningsväggen och det radiellt yttersta partiet av spåret ini.viU«m periferin hos delningsväggen sträcker sig och är belägen. På grund av denna konstruktion kan delningsväggen expandera radiellt, glidande inuti spåret radiellt utåt vid dess yttersta periferi under turbokompressorns gång, och orsakar ingen spänning på huset.

Sådan radiell rörelse sker relativt obehindrat. Följaktligen und- viks termiskt inducerade spänningar i delningsväggen. Den radiellt yttersta periferin av delningsväggen är företrädesvis goffrerad eller räfflad för att åstadkomma axiellt utskjutande segment, alternerat vinklade med segmenten normalt sneda från varandra i en axiell riktning för att därigenom åstadkomma en centrering eller inställning mellan huset och delningsväggen. För enkel monte- ring, är huset gjort av två partier, med ett parti utrustat med en kontinuerlig ringformad avsats så att när de båda partierna är sammansatta bildar de ett kontinuerligt ringformat spår. Delnings- väggen är företrädesvis bildad av ett värmebeständigt material såsom rostfritt stål som kan uppvisa en högre termisk expansions- koefficient än gjutjärn av vilket återstoden av huset är bildat.

Enligt en annan modifiering av uppfinningen är delningsplattans yttersta radie lika med den yttersta radien hos husets spår som mottager denna, och delningsplattan är bildad med en ringformad kontinuerlig expansionsfals. I denna andra konstruktion, är den_ utåtriktade expansionen av huvudpartiet hos den cirkulära delnings- väggen ugmagen av expansionsfalsen, med endast expansion av det yttersta kantpartiet hos delningsväggen medförande påverkan radiellt i riktning utåt på turbinhuset.

BESKRIVNING AV RITNINGAR; Fig 1 är längsgående tvärsektionsvy av ett turbinhusparti till en turbokompressor konstruerad i enlighet med 'denna uppfinning, och visande lokaliseringen av det vanliga turbinhjulet och kompressor- hjulet förenade med huset.

Fig 2 är en kantvy av delningsväggen i fig 1.

Fig 3 är en partiell vy, liknande fig 1, och illustrerar en modi- liuring. 451 618 På ritningarna är ett hus för turbindelen hos en turbokomç pressor allmänt betecknad med 10. Huset är kontinuerligt ring- format och är uppdelat i en första halvsektion eller parti 12 som har ett flertal vinkelmässigt åtskilda flänsar 14 integre- rade däri. Nummer 16 betecknar en kompletterande hushalva eller' sektion som också har ett flertal vinkelmässigt åtskilda flän- sar 18 som vid hopsättning av hushalvorna passar med flänsarna 14. Nummer 20 betecknar ett ringformigt kontinuerligt spår i vil- ket en ringformig kontinuerlig tätning 22 är anordnad, bildad av t ex tråd. Nummer 24 betecknar en nit eller en bult för fastsätt- ning av de kornpletterande flänsarna 14 och 18. Andra anordningar för ihop- sättning av halvorna (delar 12 och 16) sàaau svetsning, kan också användas.

Nummer 28 beskriver en radiellt sig sträckande urtagning på ena sidan av det yttre flänspartiet hos hushalvan 12, medan nummer 29 beskriver ett axiellt sig sträckande cirkulärt väggparti som sträcker sig till ytan av flänspartiet hos huset 12 från urtag- ningen 28.

Nummer 30 beskriver något av en serie av ” periferiellt sig sträckande axiellt förskjutna- segment lokaliserade vid periferin av en cirkulär skivformad delningsvägg, vilken delnüwsfiüg be- tecknas med nummer 34. Den cirkulära väggen 34 har ett aauzalt hål för att lämna plats_åt turbinhjulet 46. Nummer 33 betecknar ett radiellt sig sträckande mellanrum eller avstånd mellan det radiellt yttersta partiet av väggen 34 (som har segmenten 30) och det axi- ellt sig sträckande väggpartiet 29.

Nummer 36 betecknar en första ringformad kontinuerlig turbinkam- mare, medan nummer 38 betecknar en andra ringformad kontinuerlig turbinkammare. Dessa två kamrar är avdelade av delningsväggen 34 som sträcker sig radiellt inåt i huset 12, 16. Nummer 40 beteck- nar ett radiellt innersta parti av hushalvan 12, medan nummer 42 betecknar ett motsvarande radiéflt innersta husparti hos den väns- tra hushalvan 16. En hals 44 är bildad som det radiellt innersta partiet hos kamrarna 36, 38 vid en region angränsande till 40, 42.

Nummer 46 betecknar ett konventionellt turbinhjul roterande runt vn qvomvtrisk axeï 47, viiket turbinhjul driver ett kompressorhjul 48, varvid både turbinhjulet 46 och kompressorhjulet 48 är montera- de pä en gemensam axel 50. Arbetssättet är som följer. , glfi 451 618 Heta utblåsningsgaser matas genom lämplig ledning inuti turbo- kompressorn (ej illustrerad) in i den ena eller båda de ring- formiga kamrarna 36 och 38. Gaserna passerar radiellt inåt genom halsen 44 och på periferin av turbinhjulet 46. De passerar sedan utmed och mellan bladen hos turbinhjulet och sedan ut i en väšamli- gen axiell riktning för fortsättning ut ur aggregatet. Rotatio- nen hos turbinhjulet 46 orsakar rotation hos kompressorhjulet 48 för att därigenom komprimera omgivande luft för fortsatt passage av en luft- eller luft-bränsleblandning till förbränningsmotorn.

De återstående partierna såsom kompressorhuset hos turbokompres- sorn är ej visade eftersom de ej bildar del av denna uppfinning och är väl kända inom denna teknik.

Under kompressorarbetet kommer delnimßvämfim 34 att expandera radiellt i en större utsträckning än den radiella expansionen av turbinhuspartierna 12 och 16. På grund av mellanrummet 33 kan den yttre periferin hos delningsväggen röra sig radiellt utåt utan att hindras, så att mekanisk spänning som annars skulle bil- das i delningsväggen där dess yttre periferi ej är fri att röra sig radiellt utåt därigenom undviks. Sådan brist på rörelse radi- ellt utåt har varit karaktäristisk inom tidigare teknik hos del- ningsväggar i turbinhuskonstruktioner och har lett till, såsom påpekats härovan, brott av väggen.

Funktionen av de alternerande axiellt motsatta segmenten är tre- faldig. Första funktionen är att segmenten tillåter bättre spår- breddstoleranser eftersom deras effektiva bredd är lättare att kontrollera än plåttjockleken. Andra funktionen är att segmenten endast ger linjekontakt med gjutgodset så att friktionen mellan delningsväggen och gjutdelarna kan regleras. Tredje funktionen är att serpentinformen av segmenten tillåter att en reglerad axi- ell förspänning upprättas i ändamål att lokalisera delningsväg-» gen, dvs segmenten fungerar såsom en vågfjäderbricka så att den installerade förspänningen kan minimeras.

I fig 2 illustreras en ändvy av en räfflad eller veckad konfigu- ration av den yttersta periferin hos den cirkulära delningsväggen X4. Man kan se att periferin 30 antar en serpentin- eller vågfor- mig konfiguration. 451 618 Som ett specifikt exempel på denna uppfinning, är delningsväggen 34 bildad av AISI 321 austenitiskt rostfritt stål, med hushalvor 12 och 16 bildade av maskinbearbetat moduljärn.

J [íg 3 illustreras en modifiering av delníngsväggen 34. I detta utförande kan den yttre periferin av delningsväggen också vara räfflad eller på annat sätt deformerad för att tillåta differen- ser i termisk expansion. Läsaren kan observera att inget mellan- rum, såsom mellanrummet 33 i utförandet enligt fig 1, krävs. I detta utförande är radiell rörelse hos huvudpartiet av skivan 34', liknande skivan 34, relativt huset möjlig med hjälp av en ringformad kontinuerlig expansionsfals bildad av ett spår 60 i skivan. Spâret 60 är definierat av axiellt sig sträckande par- tier 62 och 64 och ett radiellt sig sträckande parti 66. Läsa- ren förstår att spåret är av kontinuerlig ringformad eller periferiell utsträckning och är företrädesvis lokaliserat i när- heten av det yttersta radiepartiet hos delningsväggen 34'. Expan- sionssektionen 60 kan vara bildad med hjälp av pfiessning av ski- van som bildar delningsväggen 34'. Läsaren bör nu vara i läge att med lätthet föreställa sig att radiell expansion av delnings- väggen 34', orsakad av hög temperatur, kommer att resultera i en förvrängning av expansionsfalsen 60. Genom förmågan hos ex- pansionsfalsen 60 kommer radiella krafter som en följd av förhöjd temperatur att resultera i en förvrängning av expansionsfalsen 60 i motsats till en uppbyggning av oönskade höga spänningar i del- ningsväggen 34'. Expansíonen hos dessa skivpartier radiellt innan- för expansionsfalsen 60 kommer att tas upp av expansionsfalsen.

Radiell expansion hos skivan radiellt bortom expansionsfalsen kommer att resultera i spänningar i detta parti, men sådana spän- ningar blir lägre och orsakar ej brott på delningsväggen. I fig 3 visas kanten hos delningsväggen 34' på avstånd från spårväggen 29, och tjockare än återstoden av skivan för att klargöra illust- rationen. u,

Claims (6)

451 618 Patentkrag

1. Turbokompressor av den typ som har ett delat turbinhus, inne- fattande en första (36) och en andra (38) ringformad turbinkammare för mottagande av heta gaser, vilka kamrar är placerade inuti ett ringformat hus (12, 16),ett turbinhjul (46) placerat radiellt in- nanför de ringformade kamrarna, varvid det radiellt innersta par- Liet hos kamrarna har en ringformad hals (44» varvid turbihhjulet är placerat radiellt innanför halsen och mottager heta gaser passerande radiellt inåt från de två ringformade kamrarna genom halsen för att därigenom rotera turbinhjulet, varvid turbinhjulet är kopplat till ett kompressorhjul (48) på axiellt avstånd däri- från, vilket är anordnat att komprimera luft, varvid den första (36) och den andra (38) ringformade kammaren är avgränsade med en vinkelmässigt kontinuerlig delningsvägg (34) som sträfl«n'sig fràn) det radiellt yttersta partiet av huset mot halsen, k ä n n e - t e c k n a d därav, 1) att delningsväggen är separerbar från huset genom att den radiellt yttersta periferin (30) hos delningsväggen är mottagen i ett ringformigt kontinuerligt spår i huset, 2) att anordningar (33) för att tillåta åtminstone huvuddelen av delningsväggen att undergå radiell rörelse relativt huset, finnes 3) att radiell expansion hos delningsväggen, orsakad av för- höjd temperatur, kan ske väsentligen oberoende av ändringar av husets storlek orsakad av sådana förhöjda ntemperaturer.

2. Turbokompressorkonstruktion enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a d därav, att huset är bildat av två ringformiga kontinuer- liga hushalvor (12, 16), varvid en aav hushalvorna har åtminstone ett parti av sagda ringformiga kontinuerliga spår (20, 29).

3. Turbokompressorkonstruktion enligt krav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a d därav, att sagda anordning utgörs av ett radiellt mellanrum (33) mellan den radiellt yttersta periferin (30) av sagda delningsvägg (34) och den radiellt yttersta periferin hos sagda spår (29). 451 618

4. Turbokompressor enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att den radiellt yttersta periferín hos delningsväggen (30) är försedd med angränsande axiellt motstående, förskjutna segment, varvid segmenten alternerande kontaktar motstående axiella sidor hos sagda spår (29).

5. Turbokompressor enligt krav 1 eller z k ä n n e t e o k n a d därav; att sagda anordning utgörs av ett vinkelmässigt kontinuer- ligt expansionsförband (60) integrerat bildat med delningsväggen (34') och radiellt lokaliserat närmare huset (12, 16) än det ra- diellt innersta partiet hos delningsväggen.

6. Turbokompressorkonstruktion enligt krav 3 eller 5, k ä n n e - t e c k n a d därav, att konstruktionsmaterialen i huset och delningsväggen har olika värmeutvidgningskoefficíenter. .ècü