WO2012028339A1 - Turbolader mit ausgewuchteten läufern - Google Patents

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WO2012028339A1
WO2012028339A1 PCT/EP2011/056294 EP2011056294W WO2012028339A1 WO 2012028339 A1 WO2012028339 A1 WO 2012028339A1 EP 2011056294 W EP2011056294 W EP 2011056294W WO 2012028339 A1 WO2012028339 A1 WO 2012028339A1
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compressor
turbine
welding
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Klaus Daut
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Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
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    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12—Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • 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
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/027—Arrangements for balancing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
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    • F04D29/662—Balancing of rotors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/32—Correcting- or balancing-weights or equivalent means for balancing rotating bodies, e.g. vehicle wheels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M1/00—Testing static or dynamic balance of machines or structures
    • G01M1/30—Compensating imbalance
    • G01M1/32—Compensating imbalance by adding material to the body to be tested, e.g. by correcting-weights
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/23—Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together
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    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise

Definitions

  • the invention relates to a turbocharger comprising a compressor arranged in a cold housing and a turbine arranged in a hot housing, the turbine and the compressor being coupled to one another.
  • turbochargers are known whose rotor are machined by means of a balancing machine span lifting.
  • the respective, already installed on the shaft rotor in other words the turbine and / or the compressor, ground or milled at a predetermined location on the pin.
  • the local weight loss alters the weight distribution of the runner and optimizes the running characteristics for each typical speed of e.g. 150,000 to 250,000 revolutions per minute.
  • the object of the invention is therefore to specify a turbocharger whose rotor is balanced in such a way that it does not dispense with the known properties of a turbocharger, but its manufacture can be made more cost-effective.
  • the object is achieved by a turbocharger of the type mentioned in that at least one balancing weight is welded to a pin of the turbine and / or on a pin of the compressor.
  • a runner i. Both the turbine and the compressor have a wheel back which has a disc shape.
  • the Rason goes over in a leaf ring which is intended for mechanical-aerodynamic coupling. Axially opposite to the wheel back of the leaves wreath passes into the pin, which are arranged as well as the Ra lake and the sectionkranz coaxial with the axis of rotation of the turbocharger.
  • the balancing weight is at least partially or entirely formed by a welding point or a weld.
  • the size of the welding point or the length and the weld is chosen depending on the weight to be introduced. It is advantageous that the weight can not solve in the course of the operating time, but still the additional weight introduced is easily dosed. This can, for example, by the thickness of a welding electrode and / or by the welding duration are regulated.
  • the balancing weight is welded by means of electrode welding, inert gas welding or a microburner.
  • Inert gas welding has the advantage that no reworking of the weld is required.
  • a micro burner is the dosing problem and the entry amount justice.
  • a balancing weight welded to the wheel back or to the rotor blade of the rotor can also be used or optionally thereto.
  • the attachment to Rahot has the advantage that more space is available, but the Rahot is often at least partially obscured by the housing of the turbocharger during balancing. It is also possible to apply the balancing weight on one of the blades of the rim, but this must be done taking into account the aerodynamic function of the rotor.
  • the balancing weight is machined by machining. This may be advantageous, depending on the application, e.g. when certain aerodynamic conditions need to be restored.
  • a machined balancing vorappelbar in addition to the balancing weight optionally a machined balancing vorappelbar. This can be done in coordination with the balance weight and leads to the fact that a certain total weight can be sought, which, for example, for a certain application is given.
  • a lower weight can be defined defined, so that the machining process is a fine-tuning to the welding process.
  • the same runner can be welded and machined.
  • a balancing weight can be welded to the turbine and the compressor can be machined, or vice versa, whereby not only the rotor, but the shaft is balanced with the runners.
  • FIG. 1 shows a welding process for balancing the rotors installed on the bearing housing of the turbocharger
  • FIG. 2 Fig. 2 axial view of the compressor during the welding process of FIG.
  • FIG. 1 shows a welding operation for balancing on the runners 2, 4 installed on the bearing housing 4 of the turbocharger.
  • the turbocharger shaft is already assembled with runners, whereby the rotative part of the turbocharger is complete and a balance of the shaft / rotor arrangement can be made.
  • the shaft extends within the turbocharger bearing housing. 1
  • the turbocharger bearing housing 1 includes a cooling water supply that can be fed through the port 5 with cooling water.
  • the turbine is arranged and optionally designed in one piece with the shaft.
  • the welding arm 6 is arranged together with further welding arms on a retaining ring and includes a radially translatable electrode, which is provided for forming a welding pool on the concealed pin of the turbine 2.
  • the welding arm 8 On the opposite side of the welding arm 8 is arranged on the retaining ring 9 and provided for a welding of the pin of the compressor 4. If necessary, either at least one, two or more balancing weights are applied to only one of the two rotors 3,4 or both.
  • FIG. 2 shows an axial view of the compressor 4 during the welding process of FIG. 1.
  • FIG. The compressor 4 is axially mounted on the shaft 12 by means of the screw 13.
  • the welding arm 8 carries an electrode of a certain outer diameter, wherein the other welding arms contain other electrodes, which implement a different weight setting for the same welding duration, and are used with a correspondingly determined rotatory unevenness.
  • the balancing weight is a weld which extends on the cylindrical outer surface of the pin 1 1 in axial or circumferential direction.
  • the retaining ring 9 is moved accordingly in the axial direction or circumferential direction.
  • the invention relates to a turbocharger, comprising a compressor arranged in a cold housing and a turbine arranged in a hot housing, wherein the turbine and the compressor are coupled together.
  • runners are proposed with a certain balancing, with at least one balance weight welded to the coaxial pin at least one runner.

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Abstract

Die Erfindung betrifft zusammenfassend einen Turbolader, aufweisend ein in einem Kaltgehuse angeordneten Verdichter und eine in einem Heigehuse angeordneten Turbine, wobei die Turbine und der Verdichter miteinander gekoppelt sind. Mit dem Ziel die Herstellungskosten zu senken werden Lufer mit einer bestimmten Auswuchtung vorgeschlagen, wobei am koaxial angeordneten Zapfen weinigstens eines Lufers wenigstens ein Wuchtgewicht angeschweit ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Turbolader mit ausgewuchteten Läufern
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Turbolader, aufweisend ein in einem Kaltgehäu- se angeordneten Verdichter und einer in einem Heißgehäuse angeordneten Turbine, wobei die Turbine und der Verdichter miteinander gekoppelt sind.
Stand der Technik
Hintergrund der Erfindung
Aus dem Stand der Technik, wie zum Beispiel aus DE102007024130A1 , sind Turbolader bekannt, deren Läufer mittels einer Wuchtmaschine span- abhebend nachbearbeitet werden. Dazu wird der jeweilige, auf der Welle bereits installierte Läufer, mit anderen Worten die Turbine und/oder der Verdichter, an einer vorher bestimmten Stelle am Zapfen angeschliffen oder angefräst. Der lokale Gewichtsverlust verändert die Gewichtsverteilung des Läufers und optimiert die Laufeigenschaften für die jeweils typische Dreh- zahl von z.B. 150.000 bis 250.000 Umdrehungen pro Minute.
Daran ist problematisch, dass bei einer großen Unwucht die entsprechende spanabhebende Korrektur der Gewichtsverteilung am Zapfen, derart groß ist, dass die Wandung des Zapfens, insbesondere in der Nähe des Innengwindes, zu gering wird. Damit geht die notwendige Stabilität des Läufers verloren, was zur Folge hat, dass der Läufer verschrottet werden muss.
Aufgabenstellung
Zusammenfassung der Erfindung Die Aufgabe der Erfindung ist daher einen Turbolader anzugeben, dessen Läufer derart ausgewuchtet sind, dass weder auf die bekannten Eigenschaften eines Turboladers verzichtet, jedoch dessen Herstellung kostengünstiger gestaltet werden kann. Die Aufgabe wird durch einen Turbolader der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass an einem Zapfen der Turbine und/oder an einem Zapfen des Verdichters wenigstens ein Wuchtgewicht angeschweißt ist.
Ein Läufer, d.h. sowohl die Turbine als auch der Verdichter, weist ein Radrü- cken auf, der eine Scheibenform besitzt. Der Radrücken geht über in einen Blätterkranz der zur mechanisch-aerodynamischen Kopplung vorgesehen ist. Axial gegenüberliegend zum Radrücken geht der Blätterkranz in den Zapfen über, der wie auch der Radrücken und der Blätterkranz koaxial zur Rotationsachse des Turboladers angeordnet sind.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Wuchtgewicht zumindest teilweise oder ganz durch einen Schweißpunkt oder eine Schweißnaht gebildet. Die Größe des Schweißpunktes oder die Länge sowie der Schweißnaht wird in Abhängigkeit des einzubringenden Gewichtes gewählt. Daran ist vorteilhaft, dass das Gewicht sich nicht im Laufe der Betriebszeit lösen kann, aber dennoch ist das zusätzlich eingebrachte Gewicht leicht dosierbar. Dies kann beispielsweise durch die Dicke einer Schweißelektrode und/oder durch die Schweißdauer reguliert werden.
Falls ein größeres Gewicht angebracht werden muss, so ist es denkbar, dass ein Gewichtsstück eines definierten Gewichtes in der Funktion eines Wuchtgewichtes mittels der Schweißnaht angeschweißt wird.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Wuchtgewicht mittels Elektrodenschweißen, Schutzgasschweißen oder eines Mikrobrenners aufgeschweißt. Schutzgasschweißen birgt den Vorteil, dass keine Nachbearbei- tung der Schweißnaht erforderlich ist. Ein Mikrobrenner wird der Dosierungsproblematik und der Eintragsmenge gerecht.
Alternativ zu dem an einem Zapfen der Turbine und/oder an einem Zapfen des Verdichters angeschweißten wenigstens einem Wuchtgewichts kann ein an dem Radrücken oder an dem Blätterkranz des Läufers angeschweißtes Wuchtgewicht eingesetzt werden oder auch optional dazu. Die Anbringung am Radrücken hat den Vorteil, dass mehr Raum zur Verfügung steht, allerdings ist der Radrücken bei der Auswuchtung oft durch das Gehäuse des Turboladers zumindest teilweise verdeckt. Eine Aufbringung des Wuchtge- wichtes auf einem der Blätter des Kranzes ist auch möglich, jedoch muss dies unter Berücksichtigung der aerodynamischen Funktion des Läufers geschehen.
Vorteilhafterweise ist das Wuchtgewicht spanabhebend nachbearbeitet. Dies ist in Abhängigkeit der Anwendung gegebenenfalls vorteilhaft, z.B. wenn bestimmte aerodynamische Verhältnisse wiederhergestellt werden müssen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist neben dem Wuchtgewicht optio- nal eine spanabhebende Wuchtung vornehmbar. Dies kann in Abstimmung mit dem Wuchtgewicht geschehen und führt dazu, dass auch ein bestimmtes Gesamtgewicht angestrebt werden kann, welches beispielsweise für eine bestimmte Anwendung vorgegeben ist. Außerdem kann durch die spanabhebende Behandlung, also zum Beispiel durch Fräsen oder Schleifen, ein geringeres Gewicht definiert abgenommen werden, sodass der spanabhebende Prozess eine Feinabstimmung zum Schweissprozess darstellt. Dazu kann beispielsweise der gleiche Läufer geschweißt und spanabhebend behandelt werden. Alternativ kann an der Turbine ein Wuchtgewicht angeschweißt und der Verdichter spanabhebend behandelt werden, oder auch umgekehrt, womit nicht nur der Läufer, sondern die Welle mit den Läufern gewuchtet wird.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen und bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind der Figurenbeschreibung und/oder den Unteransprüchen zu entnehmen. Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 Schweißvorgang zur Auswuchtung an den am Lagergehäuse des Turboladers installierten Läufern, und
Fig. 2 Axialansicht auf den Verdichter beim Schweißvorgang aus Fig.
1 .
Ausführungsbeispiel
Beschreibung der Zeichnungen Fig. 1 zeigt einen Schweißvorgang zur Auswuchtung an den am Lagergehäuse 4 des Turboladers installierten Läufern 2,4. In diesem Stadium der Installation ist die Turboladerwelle mit Läufern bereits zusammengesetzt, womit der rotative Teil des Turboladers komplett ist und eine Auswuchtung der Welle/Läufer-Anordnung vorgenommen werden kann.
Die nicht gezeigte Welle verläuft innerhalb des Turboladerlagergehäuses 1 . Das Turboladerlagergehäuse 1 beinhaltet eine Kühlwasserversorgung, die durch den Anschluss 5 mit Kühlwasser gespeist werden kann. Am linken Wellenende ist die Turbine angeordnet und gegebenenfalls einstückig mit der Welle ausgeführt. Der Schweißarm 6 ist zusammen mit weiteren Schweißarmen auf einem Haltering angeordnet und beinhaltet eine radial translatierbare Elektrode, die zur Bildung eines Schweißbades auf den verdeckten Zapfen der Turbine 2 vorgesehen ist. Es sind andere Schweißvorrichtungen denkbar, die Wuchtgewichte auf der Ruckseite 3 anbringen, insoweit diese zugänglich ist.
Auf der gegenüberliegenden Seite ist der Schweißarm 8 auf dem Haltering 9 angeordnet und für eine Schweißung des Zapfens des Verdichters 4 vorgesehen. Sofern notwendig wird entweder nur auf einem der beiden Läufer 3,4 oder auf beiden wenigstens ein, zwei oder mehrere Wuchtgewichte aufge- bracht.
Fig. 2 zeigt eine Axialansicht auf den Verdichter 4 beim Schweißvorgang der Fig. 1 . Der Verdichter 4 ist auf der Welle 12 mittels der Schraube 13 axial befestigt. Es ist erkennbar, dass der Schweißarm 8 eine Elektrode eines bestimmten Außendurchmessers trägt, wobei die anderen Schweißarme andere Elektroden enthalten, die bei gleicher Schweißdauer einen anderen Gewichtseintag umsetzen, und bei entsprechend festgestellter rota- tiver Ungleichmässigkeit zum Einsatz kommen. Das Wuchtgewicht ist eine Schweißnaht, die auf der zylindrischen Außenfläche des Zapfens 1 1 in Axi- alrichtung oder Umfangsrichtung verläuft. Beim Schweißvorgang wird der Haltering 9 entsprechend in Axialrichtung bzw. Umfangsrichtung bewegt. Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Turbolader, aufweisend ein in einem Kaltgehäuse angeordneten Verdichter und eine in einem Heißgehäuse angeordneten Turbine, wobei die Turbine und der Verdichter miteinander gekoppelt sind. Mit dem Ziel die Herstellungskosten zu senken werden Läu- fer mit einer bestimmten Auswuchtung vorgeschlagen, wobei am koaxial angeordneten Zapfen weinigstens eines Läufers wenigstens ein Wuchtgewicht angeschweißt ist.
Bezugszeichenliste
Turboladerlagergehäuse 2 Turbine
Radrücken 4 Verdichter
Anschluss 6 Schwei ßarm
Haltering 8 Haltearm
Haltering 10 Schweißelektrode
Zapfen 12 Welle
Mutter

Claims

Patentansprüche
Turbolader, aufweisend eine Turbine (2) und einen Verdichter (4), wobei die Turbine (2) und der Verdichter (4) über eine Welle (12) miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Zapfen der Turbine (2) und/oder an einem Zapfen (1 1 ) des Verdichters (4) wenigstens ein Wuchtgewicht angeschweißt ist.
Turbolader nach Anspruch 1 , wobei das Wuchtgewicht zumindest teilweise oder ganz durch eine Schweißnaht oder einen Schweißpunkt gebildet ist.
Turbolader nach Anspruch 2, wobei die Schweißnaht in Umfangsrich- tung oder Axialrichtung auf einer Oberfläche des Zapfens (2) verläuft.
Turbolader nach Anspruch 1 , wobei das Wuchtgewicht mittels Elektrodenschweißen, Schutzgasschweißen oder eines Mikrobrenners aufgeschweißt ist.
Turbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wuchtgewicht spanabhebend nachbearbeitet ist.
Turbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verdichter (4) und/oder die Turbine (2) spanabhenbend gewuchtet sind.
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