DE102018107264A1

DE102018107264A1 - Radialverdichter und Turbolader

Info

Publication number: DE102018107264A1
Application number: DE102018107264.3A
Authority: DE
Inventors: Jirí Klíma; Jan Rezanina
Original assignee: MAN Energy Solutions SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2019-10-02
Also published as: RU2019108603A; JP2019173750A; KR20190113553A; CH714854A2; US20190301487A1; CH714854B1; CN110307180A

Abstract

Radialverdichter (10) mit einem Laufschaufeln aufweisenden Verdichterrotor (14), und mit einem einen Diffusor (13) aufnehmenden Verdichtergehäuse (11), wobei der Diffusor (13) einen von den Laufschaufeln des Verdichterrotors (14) wegführenden Strömungskanal zumindest abschnittsweise begrenzt, und wobei der Diffusor (13) ausschließlich Stützschaufeln (16) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Radialverdichter und einen Turbolader.
Turbolader verfügen über einen Verdichter und eine Turbine. In der Turbine eines Turboladers wird ein erstes Medium entspannt, wobei hierbei gewonnene Energie in dem Verdichter des Turboladers genutzt wird, um ein zweites Medium zu verdichten. Die hier vorliegende Erfindung betrifft einen Radialverdichter eines Turboladers sowie einen Turbolader mit einem Radialverdichter.
Ein Radialverdichter eines Turboladers verfügt über ein Verdichtergehäuse sowie einen Verdichterrotor. Der Verdichterrotor des Radialverdichters ist axial angeströmt und radial abgeströmt, wobei der Verdichterrotor Laufschaufeln trägt. Das Verdichtergehäuse nimmt ein Einsatzstück sowie einen Diffusor auf, wobei das Einsatzstück einen zu den Laufschaufeln des Verdichterrotors hinführenden Strömungskanal und der Diffusor einen von den Laufschaufeln des Verdichterrotors wegführenden Strömungskanal des Radialverdichters zumindest abschnittsweise begrenzt.
Aus der EP 1 340 920 B1 ist ein Radialverdichter mit einem Diffusor bekannt, wobei der Diffusor des dort offenbarten Radialverdichters Diffusorleitschaufeln aufweist. Derartige Diffusorleitschaufeln eines Diffusors eines Radialverdichters bestimmen maßgeblich den sich von den Leitschaufeln des Verdichterrotors wegführenden Strömungskanal. Dabei ist über den Umfang des Diffusors gesehen eine relativ hohe Anzahl von Diffusorleitschaufeln angeordnet, nämlich mindestens 16 Diffusorleitschaufeln, die sich demnach mit geringem Umfangsabstand zueinander erstrecken und eine relativ große Länge zwischen einer Anströmkante und einer Abströmkante aufweisen.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Radialverdichter und einen Turbolader mit einem solchen Radialverdichter zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch einen Radialverdichter nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß weist der Diffusor ausschließlich Stützschaufeln auf. Der erfindungsgemäße Diffusor weist keine Diffusorleitschaufeln, sondern vielmehr lediglich Stützschaufeln auf. Die Stützschaufeln bestimmen im Gegensatz zu Diffusorleitschaufeln nicht maßgeblich den von den Laufschaufeln des Verdichterrotors wegführenden Strömungskanal. Die Stützschaufeln dienen im Wesentlichen lediglich der verbesserten Fixierung des Diffusors im Radialverdichter. Die Strömung des verdichteten Mediums wird durch die Stützschaufeln so gut wie nicht beeinflusst. Ein solcher Diffusor ermöglicht es, die Vorteile von mit Diffusorleitschaufeln beschaufelten Diffusoren mit den Vorteilen schaufellosen Diffusoren zu kombinieren. Insbesondere wird das sogenannte Kennfeld des Radialverdichters nicht eingeschränkt.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Diffusor über seinen Umfang verteilt 3 bis 10 Stützschaufeln, vorzugsweise zwischen 3 bis 7 Stützschaufeln, auf. Eine derart geringe Anzahl von Stützschaufeln ist bevorzugt, um die Vorteile von schaufellosen Diffusoren beizubehalten.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung liegen radial innere Kanten der Stützschaufein auf einem Durchmesser d3, wobei für den Durchmesser d3, auf dem die radial innere Kanten der Stützschaufeln liegen, gilt: 1,2*d2≤d3≤1,35*d2, wobei d2 ein Außendurchmesser des Verdichterrotors des Radialverdichters ist. Auch diese Details dienen der Beibehaltung der Vorteile schaufelloser Diffusoren.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung liegen radial äußere Kanten der Stützschaufeln auf einem Durchmesser. Für eine durch den Abstand zwischen radial inneren Kanten und radial äußeren Kanten bestimmte Länge L der Stützschaufeln gilt: 0,1*d2≤L≤0,3*d2, wobei d2 der Außendurchmesser des Verdichterrotors des Radialverdichters ist. Mit einer derartigen Länge der Stützschaufeln können die Vorteile von schaufellosen Diffusoren beibehalten werden.
Der erfindungsgemäße Turbolader ist in Anspruch 9 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

1 einen Axialschnitt durch ein Detail eines Radialverdichters;
2 eine Ansicht auf einen Diffusor des Radialverdichters in Blickrichtung II der 1.

Die Erfindung betrifft einen Radialverdichter und einen Turbolader mit einem Radialverdichter.
Der grundsätzliche Aufbau eines Turboladers ist dem hier angesprochenen Fachmann geläufig. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass ein Turbolader über einen Verdichter und eine Turbine verfügt. In der Turbine des Turboladers wird ein erstes Medium, insbesondere Abgas, entspannt und hierbei Energie gewonnen. Die bei der Entspannung des ersten Mediums in der Turbine gewonnene Energie wird im Verdichter des Turboladers genutzt, um ein zweites Medium, insbesondere Ladeluft, zu verdichten.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft einen Turbolader sowie einen Radialverdichter für einen Turbolader, wobei ein Radialverdichter vom zu verdichtenden Medium in Axialrichtung angeströmt und vom verdichteten Medium in Radialrichtung abgeströmt ist.
Die Turbine (nicht gezeigt) eines Turboladers verfügt über einen Turbinenrotor und ein Turbinengehäuse. Der Verdichter, nämlich der Radialverdichter 10, verfügt über ein Verdichtergehäuse 11 und einen Verdichterrotor 14. Turbinenrotor und Verdichterrotor 14 sind über eine Welle (nicht gezeigt) gekopplet, die in einem Lagergehäuse 15 gelagert ist. Das Lagergehäuse 15 ist einerseits mit dem Turbinengehäuse der Turbine und andererseits mit dem Verdichtergehäuse 11 des Radialverdichters 10 verbunden.
1 zeigt weiterhin ein Einsatzstück 12 und einen Diffusor 13. Das Einsatzstück 12 begrenzt einen zu den Laufschaufeln des Verdichterrotors 14 hinführenden Strömungskanal und der Diffusor 13 begrenzt einen von den Laufschaufeln des Verdichterrotors 14 wegführenden Strömungskanal jeweils zumindest abschnittsweise.
Der Diffusor 13 des erfindungsgemäßen Radialverdichters 10 verfügt über keine Diffusorleitschaufeln, welche die Strömungsführung des Mediums stromabwärts des Verdichterrotors 14 maßgeblich definieren, sondern lediglich über Stützschaufein 16, die der vereinfachten Montage und dem vereinfachten Einbau des Diffusors 13 im Verdichtergehäuse 11 dienen.
Uber den Umfang des Diffusors 13 sind zwischen 3 und 10 Stützschaufeln 16, bevorzugt zwischen 3 und 7 Stützschaufeln 16, besonders bevorzugt zwischen 4 und 6 Stützschaufeln 16, verteilt. Wie 2 entnommen werden kann, sind im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel 5 Stützschaufeln 16 über den Umfang des Diffusors 13 verteilt.
Zwischen den einzelnen Stützschaufeln 16 ist ein relativ großer Abstand ausgebildet, insbesondere ist in Radialrichtung gesehen, keine Uberdeckung zwischen benachbarten Stützschaufeln 16 vorhanden. Die Stützschaufeln 16 beeinflussen demnach eine Strömung des verdichteten Mediums stromabwärts der Laufschaufeln 14 des Verdichterrotors 14 so gut wie nicht. Der Abstand zwischen unmittelbar benachbarten Stützschaufeln 16 in Umfangsrichtung gesehen beträgt mindestens 10°, bevorzugt mindestens 20°, besonders bevorzugt mindestens 30°. In diesem Winkelbereich erstreckt sich dann in Radialrichtung sowie Umfangsrichtung gesehen keine der Stützschaufeln 16. In diesem Winkelbereich kann demnach die Strömung des verdichteten Mediums ungehindert und nicht umgelenkt an den Stützschaufeln 16 vorbeiströmen.
Radial innere Kanten 17 der Stützschaufeln 16, die auch als Anströmkanten bezeichnet werden, liegen auf einem Kreis bzw. einer Kreiskontur mit dem Durchmesser d3. Für diesen Durchmesser d3, auf dem die radial inneren Kanten 17 der Stützschaufeln 16 liegen, gilt: 1,2*d2≤d3≤1,35*d2. wobei d2 der Außendurchmesser des Verdichterrotors 14 des Radialverdichters ist.
Zusätzlich zu den radial inneren Kanten 17 verfügen die Stützschaufeln 16 auch über radial äußere Kanten 18, die auch als Abströmkanten bezeichnet werden. Ein Abstand zwischen den radial inneren Kanten 17 und den radial äußeren Kanten 18 bestimmt eine Länge L der Stützschaufeln 16. Für die Länge L gilt: 0,1*d2≤L≤0,3*d2, wobei d2 wiederum der Außendurchmesser des Verdichterrotors 14 ist.
Die radial äußeren Kanten 18 liegen auf einer Kreiskontur mit dem Durchmesser d4. Für diesen Durchmesser d4, auf dem die radial äußeren Kanten 18 der Stützschaufeln 16 liegen, gilt: 1,4*d2≤d4 ≤1,55*d2, wobei d2 wiederum der Außendurchmesser des Verdichterrotors 14 des Radialverdichters 10 ist.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird demnach ein Radialverdichter 10 bzw. ein Turbolader mit einem Radialverdichter 10 vorgeschlagen, wobei der Diffusor 13 des Radialverdichters 10 Stützschaufeln 16 aufweist, die eine relativ geringe Länge L aufweisen, die eine relativ geringe Radialerstreckung aufweisen, die durch die Differenz d4-d3 definiert ist, und die darüber hinaus in Umfangsrichtung gesehen einen relativ großen Abstand aufweisen. Auf diese Art und Weise können die Vorteile von schaufellosen Diffusoren beibehalten werden. Der Diffusor 13 kann einfach im Verdichtergehäuse 11 montiert werden.
Bezugszeichenliste

10: Radialverdichter
11: Verdichtergehäuse
12: Einsatzstück
13: Diffusor
14: Verdichterrotor
15: Lagergehäuse
16: Stützschaufel
17: Kante
18: Kante

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1340920 B1 [0004]

Claims

Radialverdichter (10), mit einem Laufschaufeln aufweisenden Verdichterrotor (14); einem einen Diffusor (13) aufnehmenden Verdichtergehäuse (11), wobei der Diffusor (13) einen von den Laufschaufeln des Verdichterrotors (14) wegführenden Strömungskanal zumindest abschnittsweise begrenzt; dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (13) ausschließlich Stützschaufeln (16) aufweist.
Radialverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (13) über seinen Umfang verteilt 3 bis 10 Stützschaufeln (16) aufweist.
Radialverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (13) über seinen Umfang verteilt 3 bis 7 Stützschaufeln (16) aufweist.
Radialverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass radial innere Kanten (17) der Stützschaufeln (16) auf einer Kreiskontur mit einem Durchmesser (d3) liegen.
Radialverdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für den Durchmesser (d3), auf dem die radial innere Kanten (17) der Stützschaufeln (16) liegen, gilt: 1,2*d2≤d3≤1,35*d2, wobei d2 ein Außendurchmesser eines Verdichterrotors (14) des Radialverdichter ist.
Radialverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass radial äußere Kanten (18) der Stützschaufeln (16) auf einer Kreiskontur mit einem Durchmesser (d4) liegen.
Radialverdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für den Durchmesser (d4), auf dem die radial äußeren Kanten (18) der Stützschaufeln (16) liegen, gilt: 1,4*d2≤d4≤1,55*d2, wobei d2 ein Außendurchmesser eines Verdichterrotors (14) des Radialverdichter ist
Radialverdichter nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für eine durch den Abstand zwischen radial inneren Kanten (17) und radial äußeren Kanten (18) bestimmte Länge (L) der Stützschaufeln (16) gilt: 0,1*d2≤L≤0,3*d2, wobei d2 ein Außendurchmesser eines Verdichterrotors (14) des Radialverdichter ist.
Turbolader, mit einer Turbine zur Entspannung eines ersten Mediums, mit einem als Radialverdichter (10) ausgebildeten Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums unter Nutzung von in der Turbine bei Entspannung des ersten Mediums gewonnener Energie, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialverdichter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.