DE2550054A1 - Zweistufiger abgasturbolader mit ineinanderliegenden wellen - Google Patents

Zweistufiger abgasturbolader mit ineinanderliegenden wellen

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DE2550054A1 DE19752550054 DE2550054A DE2550054A1 DE 2550054 A1 DE2550054 A1 DE 2550054A1 DE 19752550054 DE19752550054 DE 19752550054 DE 2550054 A DE2550054 A DE 2550054A DE 2550054 A1 DE2550054 A1 DE 2550054A1
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Description

1*10/75
Ro/Ca
15.10.75
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)
-Zweistufiger Abgasturbolader mit ineinanderliegenden Wellen.
Die Erfindung betrifft einen zweistufigen Abgasturbolader mit in einem Gehäuse untergebrachten ineinanderliegenden Wellen, einer HD- und einer ND-Stufe, die je ein beschaufeltes Turbinen- und ein beschaufeltes Verdichterrad aufweisen, wobei jede Welle ein Turbinen- und ein Verdichterrad trägt.
Im weiteren werden die Ausdrücke ND und HD für Niederdruck bzw, Hochdruck verwendet. "
Die Aufladung eines Verbrennungsmotors, dessen Leistung über die mit einem einstufigen Turbolader erzielbare gesteigert
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werden soll, kann bekanntlich mit einem zweistufigen Turbolader bewerkstelligt werden, der eine aus ND-Turbine und ND-Verdichter bestehende ND-Stufe und eine aus HD-Turbine und HD-Verdichter bestehende HD-Stufe aufweist. Verschiedene Turbolader dieser Art sind schon ausgeführt worden.
Bei einer in der Zeitschrift "Hans^a" Nr. 20/74 veröffentlichten, vom Standpunkt der Raumersparnis vorteilhaften Konstruktion werden zwei ineinanderliegende koaxiale Wellen in einem · gemeinsamen Gehäuse verwendet. Dabei ist das ND-Verdichterrad und das HD-Turbinenrad auf der inneren Welle, und das HD-Verdichterrad und das ND-Turbinenrad auf der äusseren Welle angeordnet. Diese Kopplung der HD-Turbine mit dem ND-Verdichter und der ND-Turbine mit dem HD-Verdichter ist jedoch nachteilig, da es sich eine ungünstige Verteilung der pro Welle durchgesetzten Volumina ergeben kann, und da sich dabei wirkungsgradmässig, festigkeitsmässig und schwingungsmässig sehr ungünstige Kombinationen ergeben können. So kann es vorkommen, dass einerseits ein sehr schmales HD-Verdichterrad oder eine ND-Turbine mit sehr langen Schaufeln, andererseits ein sehr breites HD-Verdichterrad oder eine HD-Turbine mit sehr kurzen Schaufeln verwendet werden müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile zu
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vermeiden und einen zweistufigen Turbolader der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem eine günstigere Verteilung der durchgesetzten Volumina und damit eine hinsichtlich der vorerwähnten Standpunkte günstige Kopplung erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die auf jeweils einer Welle angeordneten Räder derselben Stufe angehören.
Nach der vorliegenden Erfindung wird das vom Standpunkt des Pestigkeitsverhaltens, des Schwingungsverhaltens und des Wirkungsgrades des Turboladers günstige Merkmal der rationalen Verteilung der durchzusetzenden Volumina mit der vom Standpunkt der Raumersparnis günstigen Konstruktion der ineinander· liegenden Wellen in einfacher Weise kombiniert. Ferner besteht die Möglichkeit die grundsätzliche Anordnung in verschiedenen Varianten auszuführen, in Abhängigkeit von den in der Praxis vorkommenden jeweiligen Anforderungen.
So kann z.B. die das HD-Turbinenrad und das HD-Verdichterrad tragende, nachstehend als HD-Welle bezeichnete Welle die äussere Welle und die das ND-Turbinenrad und das ND-Verdichterrad tragende, nachstehend als ND-Welle bezeichnete Welle.
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die innere Welle sein. Dabei können die Verdichterräder von der Luft gleichgerichtet oder entgegengerichtet durchströmt sein, und die beiden Wellen in gleicher oder entgegengesetzter Richtung gedreht werden.
Eine der Wellen kann im Gehäuse und die andere in bzw. auf der ersten Welle gelagert sein. Es können auch beide Wellen im Gehäuse gelagert sein. Dabei sind verschiedene Varianten der Lagerungsanordnung möglich. Die Lager können zwischen den auf der Welle angeordneten Rädern oder ausserhalb derselben angeordnet sein. Ferner kann ein Lager zwischen den Rädern
und ein zweites Lager ausserhalb der Räder angeordnet sein.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Turboladers sind die Wellen in einem Gehäuse-Innenteil gelagert, welches zwecks Demontage aus einem Gehäuse-Aussenteil in
Richtung des Verdichters oder in Richtung der Turbine hinausschiebbar ist. Dabei müssen die an das Gehäuse angeschlossenen Luft- und Abgasleitungen nicht demontiert werden.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen im Längsschnitt:
Fig. 1 einen Turbolader, bei dem die innere Welle die ND-Welle und die äussere Welle die HD-Welle ist;
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Fig. 2 einen Turbolader, bei dem die innere Welle die HD-Welle und die äussere Welle die ND-Welle ist;
Fig. 3 einen Turbolader, dessen Gehäuse einen Aussenteil und einen aus diesem in Richtung des Verdichters
hinausschiebbaren Innenteil aufweist;
Fig. M den Turbolader nach der Fig. 3, wobei der Innenteil in teilweise hinausgeschobenem Zustand dargestellt ist;
Fig. 5 einen Turbolader, dessen Gehäuse einen Aussenteil und einen in Richtung der Turbine hinausschiebbaren Innenteil aufweist;
Fig. 6 den Turbolader nach der Fig. 5S wobei der Innenteil in teilweise hinausgeschobenem Zustand dargestellt ist.
In den Figuren sind gleiche oder ähnliche Bestandteile mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen.
Der Turbolader nach der Fig. 1 weist einen Turbinenteil 1 mit zwei Abgasturbinenstufen und einen Verdichterteil 2 mit zwei Verdichterstufen auf. In einem aus mehreren Teilen bestehenden
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Gehäuse 3 sind zwei ineinanderliegende Wellen 1I und 5 abgestützt, von denen die innere Welle k in den Lagern 6 gelagert ist und das äussere Turbinenrad 8 und das äussere Verdichterrad 9 trägt, und die äussere Welle 5 in den Lagern 7 gelagert ist und das innere Turbinenrad 10 und das innere Verdichterrad 11 trägt. Bei dieser Ausfuhrungsform ist die innere Welle M die ND-Welle, das Turbinenrad 8 ein ND-Turbinenrad und das Verdichterrad 9 ein ND-Verdichterrad, wogegen die äussere Welle 5 die HD-Welle, das Turbinenrad 10 ein HD-Turbinenrad , und das Verdichterrad 11 ein HD-Verdichterrad ist. Eine Leitstufe 12 ist zwischen den Turbinenrädern 8 und 10 vorgesehen. Die die innere Welle 4 tragenden Lager 6 sind ausserhalb der äusseren Räder 8 und 9, wogegen die die äussere Welle 5 tragenden Lager 7 innerhalb der inneren Räder 10 und 11 angeordnet sind.
Die Abgase strömen in Richtung des Pfeiles 13 in das Gehäuse hinein, durch die Schaufeln des HD-Turbinenrades 10, durch die Schaufeln der Leitstufe 12, die Schaufeln des ND-Turbinenrades 8 und in Richtung des Pfeiles lh aus dem Gehäuse hinaus und treiben dabei die Wellen 4 und 5 und deren Verdichterräder 9 und 11 an. Aussenluft strömt in Richtung des Pfeiles 15 über den Schalldämpfer 16 in die Schaufeln des ND-Verdichterrades 9 und wird dort auf ein bestimmtes Druckniveau
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verdichtet. Die aus dem ND-Verdichter herausströmende Luft wird im Hinblick auf eine Reduktion der Verdichtungsleistung zum Zweck weiterer Verdichtung in Richtung der Pfeile 17 über den Kühler 18 zum HD-Verdichterrad 11 geleitet und strömt in Richtung der Pfeile 20 über einen zweiten Kühler 19 zu den Zylindern des Motors (nicht gezeigt). Die Verdichterräder 9 und 11 sind somit von der Luft gleichgerichtet durchströmt.
Der Turbolader nach der Fig. 2 ist in seiner Punktionsweise demjenigen nach der Fig. 1 im wesentlichen gleich und unterscheidet sich von diesem lediglich in seiner Konstruktion. Hier ist die innere Welle 4 die HD-Welle, das Turbinenrad 8' ein HD-Turbinenrad und das Verdichterrad 9' ein HD-Verdichterrad, wogegen die äussere Welle 5 die ND-Welle ist, das Turbinenrad 10' ein ND-Turbinenrad und das Verdichterrad 11' ein ND-Verdichterrad. Die die äussere Welle 5 tragenden Lager 7 sind auch hier zwischen den inneren Rädern 10' und 11' angeordnet, wogegen eines der die innere Welle 4 tragenden Lager 6 zwischen den beiden äusseren Rädern 81 und 9' und das andere ausserhalb des Rades 8' angeordnet ist. Die aus dem ND-Ver.dichterrad 11' austretende Luft wird bei dieser Ausführung zuerst um das HD-Verdichterrad 91 herumgeleitet, bevor sie in dieses eintritt. Die Verdichterräder 9' und 11' sind somit von der Luft entgegengerichtet durchströmt.
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Es sind verschiedene Varianten der beschriebenen Anordnungen möglich. So können z.B. beide Lager 6 zwischen den äusseren Rädern 8 und 9 bzw. 8' und 9' beide Lager 7 ausserhalb der inneren Räder 10 und 11 bzw. 10' und II1, oder je ein Lager 6 und/oder 7 ausserhalb bzw. innerhalb ihrer betreffenden Räder angeordnet sein. Die äussere Welle 5 kann ferner auf der inneren Welle k gelagert sein, wobei die betreffenden Lager ebenfalls zwischen den Rädern 10 und 11 bzw. 10* und 11' und/oder ausserhalb derselben angeordnet sein können. Die zwei Turbinenräder 8 und 10 bzw. 81 und 10f können auch ohne Zwischenschaltung einer Leitstufe 12 unmittelbar nebeneinander angeordnet sein. Ferner können die beiden Wellen in gleicher Richtung oder in entgegengesetzten Richtungen gedreht werden.
Beim Turbolader nach den Figuren 3 und k besitzt das Gehäuse einen Aussenteil 20 und einen in diesem loslösbar befestigten Innenteil 21. Zweckmässig bestehen die beiden Teile 20 und 21 aus mehreren relativ zueinander starr befestigten Abschnitten. Der vom Aussenteil losgelöste Innenteil ist im Aussenteil in axialer Richtung verschiebbar angeordnet und kann in Richtung des Verdichters hinausgeschoben werden, wie dies aus der Fig. hervorgeht. Die innere Welle M, die eine ND-Welle ist, ist im Innenteil 2l gelagert, wogegen die als HD-Welle ausgebildete
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äussere Welle 5 auf der inneren Welle 1J gelagert ist. Die äussere Welle 5 kann jedoch ebenfalls im Innenteil 21 gelagert sein.
Der in den Figuren 5 und 6 gezeigte Abgasturbolader ist dem in den Figuren 3 und 4 beschriebenen ähnlich, doch kann der Innenteil 21 in Richtung der Turbine aus dem Aussenteil 20 hinausgeschoben werden. Die Ausführungsformen nach den Figuren 3-6 besitzen den Vorteil, dass der Innenteil 21 zusammen mit den Wellen 1I und 5 zwecks Demontage aus dem Aussenteil 20 entfernt werden kann, ohne dass die an das Gehäuse angeschlossenenLuft- und Abgasleitungen demontiert werden müssten.
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Claims (15)

2550Q5A - 3* - 1^40/75 Patentansprüche
1. Zweistufiger Abgasturbolader mit in einem Gehäuse untergebrachten ineinanderliegenden Wellen, einer HD- und einer ND-Stufe, die je ein beschaufeltes Turbinenrad und ein beschaufeltes Verdichterrad aufweisen, wobei jede Welle ein Turbinen- und ein Verdichterrad trägt, dadurch gekennzeich net, dass die auf jeweils einer Welle angeordneten Räder der selben Stufe angehören.
'2. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Räder der HD-Stufe (10, 11) auf der äusseren Welle (5) und die Räder der ND-Stufe (8, 9) auf der inneren Welle (1O angeordnet sind.
3. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Räder (8·, 9!) der HD-Stufe auf der inneren Welle (4) und die Räder (10·, 11') der ND-Stufe auf der äusseren Welle (5) angeordnet sind.
4. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichterräder (9, 11) der beiden Stufen von der Luft gleichgerichtet durchströmt sind.
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5. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichterräder (9fj 11") der beiden Stufen von der Luft entgegengerichtet durchströmt sind.
6. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Welle (5) auf der inneren Welle (4) gelagert ist.
7. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Welle (5) im Gehäuse (3) gelagert ist.
/8. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Welle (4) im Gehäuse gelagert ist.
9. Turbolader nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Lager (6 bzw. 7) zwischen den Rädern der betreffenden Welle (4 bzw. 5) angeordnet ist.
10. Turbolader nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Lager (6 bzw. 7) ausserhalb eines der Räder der betreffenden Welle (4 bzw. 6) angeordnet ist.
11. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Turbinenrädern (8, 10; 8·, 10') eine Leitstufe (12) angeordnet ist.
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- 12"- lMO/75
12. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ND-Turbinenrad und das HD-Turbinenrad, ohne Zwischenschaltung einer Leijütufe (12), unmittelbar nebeneinander angeordnet sind.
13. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse einen Aussenteil (20) und einen in diesem loslösbar befestigten Innenteil (21) aufweist, und dass der vom Aussenteil (20) losgelöste Innenteil (21) mit den im Innenteil (21) gelagerten beiden Wellen (4, 5) aus dem Aussenteil (20) hinausschiebbar ist.
I1J. Turbolader nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenteil (20) und/oder der Innenteil (21) mehrere miteinander starr verbundene und voneinander lostrennbare Abschnitte aufweist.
15. Turbolader nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens einen Luftkühler (18) zwischen dem ND- und dem HD-Verdichter,
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.
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DE19752550054 1975-10-17 1975-11-07 Zweistufiger abgasturbolader mit ineinanderliegenden wellen Withdrawn DE2550054A1 (de)

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