DE2811724A1

DE2811724A1 - Zentrifugalverdichter und verdichtergehaeuse

Info

Publication number: DE2811724A1
Application number: DE19782811724
Authority: DE
Inventors: Bruce Robert Owen
Original assignee: Wallace Murray Corp
Current assignee: Wallace Murray Corp
Priority date: 1977-03-17
Filing date: 1978-03-17
Publication date: 1978-09-21
Also published as: SE7802945L; CA1101391A; FR2384139A1; JPS53115910A; FR2384139B1; ES467946A1; BR7801597A; GB1560454A; US4181466A

Description

DR. ING. F. Λ VUESTITO FF 80OO ΜΐίΝΟΠΓΕΝ OO DH.K ν. PECIIMANN SCHWEICIEIiSTIlASSE 3 DH. ING. D. BEHRENS /- "^™ ^{ίο80) ocaosl} DIFL. ING. K. GOETZ ~©- ^TE1Es58407°

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Anmelderin: Wallace-Murray Corporation,

1125 Brookside Avenue, P.O. Box 80-B, Indianapolis, Indiana 46206

Titel; Zentrifugalverdichter und Ver

dichtergehäuse

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DR. ING. I". WUESTHOFF DH, E. v. PECIIMANN DR. ING. D. BläHIUiiiS DIPL. ING. H. GOIiTZ PATENTANWÄLTE

80OO MtJNOIIEN 9O SClIWEIQEItSTHASSE 3 TELEfON (089) OB 2051 TELEX 5 24 070

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Beschreibung

Zentrifugalverdichter und Verdichtergehäuse

Die Erfindung betrifft Zentrifugalverdichter und Verdichtergehäuse hierfür und bezieht sich insbesondere auf ein einteilig ausgebildetes Verdichtergehäuse mit einem Diffusorflansch, der sich von der Zentrierfläche am Anschlußflansch der Volute nach außen erstreckt.

Ein Zentrifugalverdichter hat gewöhnlich ein laufrad, das in einer gestaltmäßig gut an es angepaßten Laufradkammer drehbar gelagert ist. Die Laufradkammer ist von einer Volute umgeben, welche einen torus- oder volutenförmigen Kanal bildet, der über ein Diffusorteil mit der Laufradkammer nahe der Basis deβ Laufrades in Verbindung steht. Der Diffusorteil ist ein kreisringförmiger oder ringähnlicher Kanal, der an jeder Stelle am Umfang der Laufradkammer und der \bJhzte -vorgegebene innere und äußere radiale Abmessungen hat. Der innere Radius des Diffusorteils entspricht per definitionem dem Abstand zum Diffusoreinlauf oder zu der Stelle, an der die kreisringförmige Öffnung oder der kreisringförmige Kanal für die gegebene Stelle die kleinste axiale Breite hat. Im übrigen !Teil des kreisringförmigen Kanäle erstreckt sich der Diffusorteil nach außen.

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hindurchströmen soll, ein geringstmöglicher Widerstand entgegengesetzt wird; jedoch ist das maschinelle Bearbeiten bestimmter Innenflächen eines einteiligen Verdichtergehäuses in großem Ausmaß undurchführbar. Die Erfindung schafft ein einteiliges Verdichtergehäuse, das die Glättung, durch maschinelles Bearbeiten nach herkömmlichen Verfahren, eines bedeutenden Anteils der Kanalflächen zuläßt, sowie einen Verdichter, der mit einem gegenüber herkömmlichen Verdichtern mit einteiligem Verdichtergehäuse verbesserten Wirkungsgrad arbeitet.

Dem Verdichterdeckel oder -gehäuse nach der Erfindung verwandte einteilige Verdichtergehäuse werden bereits hergestellt. Diese einteiligen Gehäuse weisen einen Wandabschnitt auf, der die Laufradkammer bildet, und eine Volute, welche einen umgebenden, volutenförmigen Kanal bildet, der mit der Laufradkammer über einen kreisringförmigen Diffusorkanal in Verbindung steht. Eine Seite des Diffusorkanais ist von einem ringähnlichen Flansch gebildet, der sich von dem dem Lagergehäuse am nächsten gelegenen Ende der Laufradkammer aus nach außen erstreckt. Die andere Seite des Diffusorkanais ist von einem Wandabschnitt des Lagergehäuses gebildet, der sich ungefähr parallel zum Diffusorflansch erstreckt. Das Verdichtergehäuse hat einen Anschlußflansch, der sich von der Volute des Verdichtergehäuses ausgehend erstreckt und eine zylindrische Führungs- oder Zentrierfläche aufweist, die am Lagergehäuse aufsitzt. Wegen der erhöhten Schwierigkeiten beim maschinellen Bearbeiten der Diffusorflanschfläche war bei vielen herkömmlichen Verdichtern der Diffusorflansch nicht über die Zentrierfläche des Anschlußflansches der Volute hinaus geführt. Weil die Zentrierfläche zylindrisch ist, läßt sich der von der Zentrierfläche radial nach innen gelegene Abschnitt des Diffusorflanscb.es nach herkömmlichen Verfahren durch Einführen des Bearbeitungswerkzeuges durch die kreisrunde Öffnung hindurch und Anstellen an den Diffusorflansch bequem maschinell bearbeiten. Das maschinelle Bearbeiten eines sich von der Zentrierfläche nach außen

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Zentrifugalverdichter dienen in verschiedenen Anwendungsf allen zum Unterdruck setzen eines fließfähigen Mediums und zum Abgeben desselben durch einen Auslaßkanal. Der Zentrifugalverdichter hat gewöhnlieh ein Laufrad, das in einer gestaltmäßig gut an es angepaßten Laufradkammer angeordnet ist. Die Laufradkammer hat eine axiale Einlaßöffnung oder axialen Einlaßkanal, damit das fließfähige Medium in die Laufradkammer nahe dem Zentrum des Laufrades einströmen kann. Das fließfähige Medium wird durch die Drehung des Laufrades in die Laufradkammer angesaugt und durch einen kreisringförmigen Diffusorkanal in einen umgebenden volutenförmigen Auslaßkanal abgegeben. Die Drehung des Laufrades erteilt den Teilchen des fließfähigen Mediums eine Geschwindigkeit. Die von dieser dargestellte Energie des fließfähigen Mediums wird mittels des Diffusorkanais in einen Druck innerhalb der Volute oder des volutenförmigen Kanals umgewandelt.

Bei vielen Anwendungsfällen ist es zweckmäßig, wenn der Zentrifugalverdichter ein einteiliges Gehäuse aufweist, das die Laufradkammer, den Diffusorkanal und den volutenförmigen Auslaßkanal bildet. Die Verwendung eines einzigen Bauteils führt im allgemeinen zu verringerten Herstell- und Materialkosten. Außerdem verhindert die einteilige Ausbildung mögliche Druckverluste, die an den Verbindungsstellen zwischen getrennten Bauteilen auftreten und dadurch den Wirkungsgrad des Verdichters herabsetzen könnten. Das einteilige Gehäuse ist im allgemeinen auch widerstandsfähiger gegen an ihm angreifende äußere Beanspruchungen, z.B. gegen die Schwingungen eines Motors, an dem ein Auflader angebracht sein kann.

Die Verwendung eines einteiligen Verdichtergehäuses bringt jedoch einige mögliche Probleme mit sich, insbesondere deshalb, weil die Innenflächen der Volute und des Diffusorteils nicht ohne weiteres völlig zugänglich sind. Es wird insbesondere angestrebt, die Flächen des Diffusorkanale maschinell zu bearbeiten, damit dem fließfähigen Medium, das dort

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erstreckenden Abschnittes des Diffusorflansches ist jedoch schwieriger und entsprechend teurer.

Zur gleichen Zeit hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, wenn der äußere Radius des Diffusorkanais und damit des Diffusorflansches "beim einteiligen Verdichtergehäuse wenigstens das Eineinhalbfache des größten radialen Maßes des Laufrades beträgt, da dies zu einem verbesserten Wirkungsgrad des Verdichters führt. Dies hat im Zusammenhang mit der Verwendung von einteiligen Verdichtergehäusen eine Schwierigkeit hervorgebracht. Lagergehäuse sind hinsichtlich ihrer Größe und Abmessungen genormt, und es ist unpraktisch, ein Lagergehäuse für jede mit ihm zu verwendende verschiedene Verdichtergröße und -gestalt umzukonstruieren. Der Abschnitt des Lagergehäuses, der eine Wand des Diffusorkanais bildet, konnte daher nicht ohne weiteres verlängert werden. Folglich kann die Zentrierfläche nicht einfach nach außen verlegt werden, damit ein in radialer Richtung vergrößerter Diffusorflansch völlig maschinell bearbeitet werden kann. Auch könnte der Diffusorflansch nicht einfach über die Zentrierfläche hinaus nach außen verlängert werden, da das maschinelle Bearbeiten nur des von der Zentrierfläche radial nach innen gelegenen Planschabschnittes eine positive Versetzung am äußeren Bereich des maschinell bearbeiteten Planschabschnittes erzeugen würde. Da der Diffusorkanal definitionsgemäß und in der Praxis an der Stelle der kleinsten axialen Breite des kreisringförmigen Kanals beginnt, würde der Diffusorkanal bei dem beschriebenen Gehäuse an cer Stelle der positiven Versetzung beginnen. Dies würde tatsächlich die radiale Abmessung des Diffusorkanais verringern und den Wirkungsgrad des Verdichters herabsetzen.

Die Erfindung überwindet diese Schwierigkeiten durch die Schaffung eines einteiligen Verdichtergehäuses mit einem Diffusorflansch, der sich über die Zentrierfläche hinaus nach außen erstreckt und an dem von der Zentrierfläche radial nach innen gelegenen Abschnitt maschinell bearbeiten

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läßt, ohne daß eine positive Versetzung erzeugt wird,, Folglich hat das Verdichtergehäuse die Vorteile, einteilig zu sein und einen Diffusorkanal aufzuweisen, der eine größtmögliche radiale Abmessung und einen maximalen äußeren Radius hat. Ferner wird bei dem Verdichtergehäuse nach der Erfindung diese größtmögliche radiale Abmessung zugleich mit der Möglichkeit erhalten, einen beträchtlichen Abschnitt des Diffusorflansches maschinell zu bearbeiten^ um für den weiter oben besprochenen geringstmöglichen Strömungswiderstand zu sorgen. Von den herkömmlichen Verdichtergehäusen oder den herkömmlichen Verdichtern weist keines bzw. keiner Jeden dieser Vorteile auf.

Außer dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen Verdichtergehäuse in einteiliger Ausbildung sind einteilige Verdichtergehäuse aus den US-PSen 2 465 625, 1 754 724 und 2 925 952 bekannt. Bei keinem dieser Gehäuse jedoch läßt sich ein Abschnitt des Diffusorflansches ohne weiteres maschinell bearbeiten, ohne die oben erwähnte positive Versetzung zu erzeugen.

Die meisten der herkömmlichen einteiligen Verdichtergehäuse haben einen Diffusorflansch oder ein vergleichbares Bauteil, der bzw. das an einer von der Zentrierfläche nach innen gelegenen Stelle das Ende des Diffusorkanais bildet. In der US-PS 2 695 131 wird ein einteiliges Verdichtergehäuse beschrieben, das einen Diffusorflansch aufweist, der sich nach außen nur bis zur Zentrierfläche erstreckt. Ein ähnliches Verdichtergehäuse ist aus der US-PS 2 777 632 bekannt., Dieses Gehäuse hat außerdem eine kreisrunde Scheibe, die an der Wand der Laufradkammer verankert ist und sich über die Zentrierfläche hinaus nach außen in den volutenförmigen Kanal erstreckt. Die kreisrunde Scheibe ist jedoch mit dem Gehäuse nicht einstückig verbunden; unter den sich daraus ergebenden Nachteilen ist der zum Herstellen und Einbauen der Scheibe notwendige Zeit- und Kostenaufwand zu nennen.

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Eine andere Lösung bestand darin, die Zentrierfläche weiter nach außen zu verlegen und den Abschnitt des Lagergehäuses, der eine Wand des Diffusorkanais bildet, entsprechend zu vergrößern. Verdichtergehäuse dieses Typs sind aus den US-PSen 2 737 897, 2 285 976 und 1 926 225 bekannt. Die Schwierigkeit, welche bei dieser Lösung auftritt, wurde weiter oben schon erwähnt und besteht darin, daß die Lagergehäuse im allgemeinen genormte Abmessungen haben und daß eine Abänderung des Lagergehäuses entsprechend jeder damit verwendbaren Konfiguration des Laufrades oder des Diffusorkanais nicht durchführbar ist.

In der US-PS 1 663 998 wird ein Verdichter mit einem Diffusorkanal beschrieben, der statt in den unteren Teil des volutenförmigen Kanals in dessen Zentrum einmündet. Der Diffusor- . kanal ist von einem Paar ringförmiger Bauteile gebildet, die mit kleinem axialem .Zwischenabstand angeordnet sind. Dieser Verdichter hat nicht ein einteiliges Verdichtergehäuse wie es von der Erfindung vorgesehen wird. Der Diffusorkanal des genannten Verdichters hat negative axiale Versetzungen an beiden Seiten des Diffusorkanais, die jedoch von kreisringförmigen Planschen gebildet sind, welche das Pulsieren des fließfähigen Mediums beim Durchströmen auf ein Geringstmaß herabsetzen sollen. Diese Flansche stehen in keinem Zusammenhang mit der Schaffung der Möglichkeit zum maschinellen Bearbeiten der Flächen des Kanals unter Vermeidung einer positiven Versetzung außerhalb des bearbeiteten Abschnitts, um welche Möglichkeit es sich bei der vorliegenden Erfindung handelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zentrifugalverdichter und ein Verdichtergehäuse hierfür zu schaffen, die sich ohne Schwierigkeit herstellen lassen und durch die der Wirkungsgrad des Verdichters verbessert wird.

Gegenstand der Erfindung ist ein Gehäuse in einteiliger Ausbildung für einen Zentrigualverdichter zur Verwendung mit

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einem Verbrennungsmotor, das einen Wandabschnitt hat, der eine zu einer Mittelachse im wesentlichen symmetrische Öffnung bildet und ein erstes und ein zweites Ende hat, eine Volute nahe dem ersten Ende des Wandabschnittes, die mit dem Wandabschnitt an einer Stelle einstückig verbunden ist, welche zwischen dem ersten und dem zweiten Ende gelegen ist, von dieser Stelle aus sich erstreckt und in einer zylindrischen Zentrierfläche endet, die vom ersten Ende des Wandabschnittes im Abstand nach außen angeordnet ist und von der Mittelachse einen ersten Abstand hat, und einen Diffusorabschnitt, der mit dem Wandabschnitt an dessen erstem Ende einstückig verbunden ist, sich von der Mittelachse aus radial nach außen über einen zweiten Abstand erstreckt, der größer ist als der erstgenannte Abstand, ein erstes Segment mit einer Fläche hat, die gegen die Zentrierfläche weist, jedoch von dieser radial nach innen gelegen ist, und ein zweites Segment mit einer Fläche aufweist, die gegen eine von der Zentrierfläche radial nach innen gelegene Stelle weist, sich von dieser nach außen erstreckt und gegenüber der Fläche des ersten Segmentes in Richtung des zweiten Endes des Wandabschnittes axial versetzt ist.·

Bei einem Zentrifugalverdichter ist das einteilige Verdichtergehäuse an einem Lagergehäuse angeordnet, ein Laufrad ist am Gehäuse drehbar gelagert und in der Laufradkammer des Verdichtergehäuses aufgenommen, und der Diffusorteil des Verdichtergehäuses bildet zusammen mit benachbarten Abschnitten des Lagergehäuses und des Verdichtergehäuses einen mit der Laufradkammer und dem volutenförmigen oder Volutenkanal in Verbindung stehenden Diffusorkanal, wobei die Zentrierflache an einer komplementären Fläche des Lagergehäuses anliegt und in radialer Richtung außerhalb des Laufrades angeordnet ist.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie ein einteiliges Gehäuse für einen Zentrifugalverdichter schafft,

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das in Verbindung mit gewöhnlichen Lagergehäusen und mit Lauf rädern und D ffusorkanälen verschiedener Konfigurationen und Abmessungen verwendbar ist.

Die Erfindung hat ferner den Vorteil, daß sie ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zum Herstellen eines einteiligen Verdichtergehäuses mit verbesserten Eigenschaften schafft.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Schaffung eines Verdichtergehäuses, das nach herkömmlichen Bearbeitungsverfahren herstellbar ist und normalen Kostenaufwand verlangt, jedoch verbesserte Leistungen hat.

Ein noch anderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie einen Verdichter und ein Verdichtergehäuse hierfür schafft, welche die gleiche Leistung und dieselben Wirkungsgrade wie herkömmliche Einheiten von weniger gedrängter Bauweise zeigen.

Die Erfindung schafft einen Verdichter und ein Verdichtergehäuse, die gegenüber sonst vergleichbaren Vorrichtungen verbessertes Betriebsverhalten zeigen. Die Vergrößerung des Diffusorflansches nach außen über die Zentrierfläche hinaus führt bei dem Verdichter, an dem das Gehäuse angeordnet ist, dazu, daß er mit erhöhten Wirkungsgraden arbeitet. Ein Verdichtergehäuse und ein Verdichter in erfindungsgemäßer Ausbildung weisen daher höhere Wirkungsgrade auf als herkömmliche Vorrichtungen ähnlicher Größe. In ähnlicher Weise hat ein Verdichter mit einem bestimmten Wirkungsgrad bei erfindungsgemäßer Ausbildung eine gedrängtere Bauweise als herkömmliche Vorrichtungen.

Die Erfindung hat ein weites Anwendungsfeld allgemein in Verbindung mit Zentrifugalverdichtern und Gehäusen hierfür. Der Diffusorkanal eines einteiligen Verdichtergehäuses ist ein kreisringförmiger Kanal, der an jeder Stelle des Umfanges

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der Laufradkammer und der Volute bestimmte innere und äußere radiale Abmessungen hat. Der innere Radius des Diffusorteils entspricht der am weitesten innen gelegenen Stelle, an der der kreisringformige Kanal die kleinste axiale Breite hat, wobei sich der Diffusorteil im übrigen Teil des kreisringförmigen Kanals nach außen erstreckte Die äußere radiale Abmessung kann an jeder Stelle die gleiche sein; in diesem falle kann der Diffusorteil als symmetrisch bezeichnet werden. Alternativ kann der äußere Radius des Diffusorteils oder -kanals an jeder Stelle verschieden sein; in diesem Falle kann der Diffusorteil oder -kanal als asymmetrisch bezeichnet werden. Die Erfindung ist auf Zentrifugalverdichter mit entweder symmetrischen oder asymmetrischen Diffusorteilen anwendbar. Im Innern des Diffusorkanais können auch Leitkörper angeordnet sein, die den Strom des komprimierten fließfähigen Mediums aus der Laufradkammer zum torusförmigen Kanal leiten. Die Erfindung ist auf Verdichter anwendbar, die Diffusorkanäle sowohl mit als auch ohne Leitkörper aufweisen.

Der hier benutzte Ausdruck "Führungsfläche" oder "Zentrierfläche" bedeutet hier den in radialer Richtung am weitesten innen gelegenen Abschnitt des Rückens des Verdichtergehäuses, unabhängig davon, ob dieser Abschnitt tatsächlich zum Indexieren benutzt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand sehematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Turbolader, in den das Verdichtergehäuse und der Verdichter nach der Erfindung eingegliedert sind, und

Fig. 2 einen Fig. 1 ähnlichen Längsschnitt durch ein Verdichtergehäuse nach der Erfindung.

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Der dargestellte Zentrifugalverdichter ist eine Baugruppe eines Turboladers, der in Verbindung mit Verbrennungsmotoren verwendbar ist.

In den Zeichnungen weist ein in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichneter Turbolader einen Verdichter 11 in erfindungsgemäßer Ausbildung auf. Die beiden Hauptbaugruppen des Turboladers 10 sind der Verdichter 11 und eine Turbine 12, die durch eine Lagergehäuse-Baugruppe 13 abgestützt und miteinander verbunden sind.

Die Lagergehäuse-Baugruppe 13 hat eine Welle 14, die in einem gewöhnlichen Lagergehäuse 15 durch Hülsenlager 16 drehbar gelagert ist. Mit einem Ende der Welle 14 ist ein Turbinenrad 17 verbunden, das in einem Turbinengehäuse 48 aufgenommen ist, welches am Lagergehäuse 15 mit einer V-Klammer 49 befestigt ist. Das andere Ende der Welle 14 ist in einer zentralen Bohrung eines Laufrades 18 aufgenommen, das an der Welle 14 mit einer am Ende der Welle 14 aufgeschraubten Sicherungsmutter 19 befestigt ist.

Abgase aus dem Auspuffkrümmer eines Verbrennungsmotors, an den der Turbolader 10 angeschlossen ist, strömen in das Turbinengehäuse 48 durch einen Turbineneinlaß 53 ©in und gelangen danach in eine Volute 50. Die Abgase strömen vom Umfang her in das Turbinenrad 17 ein und entspannen sich beim Ausströmen durch eine Auslaßöffnung 51. Dadurch wird Energie der Abgase in mechanische Arbeit umgewandelt, die das Turbinenrad 17 dreht und die Welle 14 und das Verdichterrad oder Laufrad 18 antreibt. Das Laufrad 18 wird dazu benutzt, durch Komprimieren von Luft die den Motorzylindern zugeführte Luftmenge über die bei natürlicher Ansaugung zur Verfügung stehende Luftmenge zu erhöhen. Die komprimierte Luft tritt aus dem Verdichter 11 an einem tangentialen Auslaß aus, der mit einem Kanal 25 in Verbindung steht und an den Ansaugkrümmer oder an das Luftansaugsystem des Verbrennungsmotors angeschlossen ist. Polglich verbrennt der Verbrennungsmotor mehr Kraftstoff und erzeugt mehr Leistung.

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Die Lagergehäuse-Baugruppe 13 kann jede beliebige Kombination von Lager-, Schmier- und Dichtelementen aufweisen, die zur drehbaren Lagerung der Welle 14 unter Betriebsbedingungen erforderlich sind. Die speziellen Bauteile, aus denen die Lagergehäuse-Baugruppe 13 zusammengesetzt ist, bilden nicht Teil der Erfindung und werden, da sie und ihre gegenseitigen Beziehungen in der Fachwelt bekannt sind, nicht näher beschrieben.

Das'Verdichterrad,oder Laufrad 18 ist an der Welle 14 an-

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geordnet und mit drehfest verbunden. Es weist radiale Flügel oder Schaufeln 20 auf. Mit dem Lagergehäuse 15 ist ein einteiliges Verdichtergehäuse 21 verbunden, von dem ein Wandabschnitt 22 eine Laufradkammer 23 bildet, die gestaltmäßig gut an das Profil der Schaufeln 20 angepaßt ist. Das Verdichtergehäuse 21 hat ferner eine Volute 24, die einen torusförmigen oder Volutenkanal 25 bildet, welcher die Laufradkammer 23 umgibt und mit ihr durch einen kreisringförmigen Diffusorkanal 26 in Verbindung steht. Bei Drehung des Laufrades 18 wird das unter Druck zu setzende fließfähige Medium durch die Schaufeln 20 nach innen in die Laufradkammer 23 angesaugt und durch den Diffusorkanal 26 in den yolutenförmigen Auslaßkanal 26 ausgestoßen.

Das Lagergehäuse 15 hat einen Anschlußflansch 27, der sich in der Nähe von und nach außen über einen Rücken 47 des Laufrades 18 hinaus erstreckt. Das Verdichtergehäuse 21 hat einen Anschlußflansch 28, der sich von der Volute 24 aus in axialer Richtung erstreckt und eine zylindrische Führungsoder Zentrierfläche 29 aufweist. Die Zentrierfläche 29 ist an einer komplementären, zylindrischen Fläche 30 am Anschlußflansch 27 aufgenommen. Die Anschlußflansche 27 und 28, und damit das Verdichtergehäuse 21 und das Lagergehäuse 15, sind durch eine V-Zlammer 31 aneinander befestigt.

Das einteilige Verdichtergehäuse 21 hat ferner einen kreisringförmigen Diffusorflansch 32, der sich vom unteren Teil

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des Wandabschnitts 22 nach, außen und in den Kanal 25 erstreckt. Der Diffusorflansch 32 ist im Abstand von Flächen 45 und 44 am Anschlußflansch 27 bzw. 28 angeordnet und bildet mit ihnen.den Diffusorkanal 26. Die Erfindung ist insbesondere in Verbindung mit Verdichtern anwendbar, für die genormte Lagergehäuse verfügbar sind, da die Erfindung eine Änderung der radialen Länge des Diffusorkanais 26 in den Fällen gestattet, wo eine Abänderung des Anschlußflansches 27 des Lagergehäuses 15 unzweckmäßig oder undurchführbar ist.

Der Diffusorflansch 32 erstreckt sich in radialer Richtung nach außen über die Zentrierfläche 29 des Anschlußflansches 28 hinaus. Er hat ein erstes Segment 33» das von der Zentrierfläche 29 radial nach innen gelegen ist, und ein zweites Segment 34, das gegenüber dem ersten Segment 33 axial versetzt ist und sich außerhalb der Zentrierfläche 29 erstreckt. Das zweite Segment 34 erstreckt sich radial nach innen bis zu einer kreisringformigen Schulter 35, die in radialer Richtung an der Zentrierfläche 29 oder von dieser nach innen angeordnet sein kann. Der Diffusorkanal 26 erstreckt sich daher von einer Stelle 36 aus, welche die in radialer Richtung am weitesten innen gelegene Stelle ist, an welcher die axiale Breite des Diffusorkanais 26 am kleinsten ist, nach außen bis zu einem Endstück 37 des Diffusorflansch.es

Wie weiter oben angegeben, ist es zweckmäßig, wenn von den den Diffusorkanal 26 bildenden Flächen ein möglichst großer Anteil maschinell bearbeitet ist, um eine exakte Einhaltung der Kanalgröße und -konfiguration zu ermöglichen und für einen geringstmöglichen Widerstand gegen die Strömung des komprimierten fließfähigen Mediums darin zu sorgen. Es wurde auch festgestellt, daß für einen guten Betrieb des Verdichters 11 die radiale Länge des Diffusorkanais 26 so groß wie irgend möglich sein sollte, und daß die radiale Länge oder der äußere Radius des Kanals wenigstens zum Teil an einer Stelle enden sollte, die einer Länge von wenigstens

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dem Eineinhalbfachen der größten radialen Abmessung des Laufrades 18 entspricht. Es ist jedoch auch von Vorteil, wenn der zeit- und kostenmäßige Aufwand für das maschinelle Bearbeiten der den Diffusorkanal 26 bildenden Flächen wirtschaftlich noch vertretbar ist. Diese Zielsetzungen werden mit der Konstruktion des Verdichtergehäuses und des Verdichters nach der Erfindung erreicht.

Das Verdichtergehäuse 21 ist ein aus Metall gegossenes einstückiges Bauteil. Die Gestalt des gegossenen Verdichtergehäuses in der bevorzugten Ausführungsform ist in Fig. durch gestrichelte Linien angegeben, obwohl die Gestalt der Laufradkammer 23 und des volutenförmigen Kanals 25 für eine spezielle Anwendung des Verdichtergehäuses 21 nach Belieben abgewandelt sein kann. Ausgewählte Abschnitte des Verdichtergehäuses 21 werden dann durch maschinelles Bearbeiten unter Einhaltung der angestrebten !Poleranzen auf die in Fig. 2 mit durchgezogenen Linien angegebenen angestrebten Konturen gebracht. Das gegossene Verdichtergehäuse 21 hat den Wandabschnitt 22, der die Laufradkammer 23 bildet, und ferner die Volute 24, welche den volutenförmigen Kanal 25 bildet. Von der Volute 24 aus erstreckt sich der Anschlußflansch 28, der eine gegossene Fläche 38 aufweist, aus der anschließend die Zentrierfläche 29 maschinell herausgearbeitet wird.

Ferner hat das Verdichtergehäuse 21 den Diffusorflansch mit dem ersten Segment 33 und dem zweiten Segment 34. Das erste Segment 33 weist zu Anfang eine gegossene Fläche 39 auf, die sich von der kreisringförmigen Schulter 35 nach innen erstreckt. Das zweite Segment 34 weist eine gegossene Fläche 40 auf, die mit einer negativen axialen Versetzung gegenüber der gegossenen Fläche 39 hergestellt worden ist. Um.an der Oberfläche der ersten Segmentes 33 eine größere Glätte und eine höhere Formgenauigkeit zu erzielen, wird die gegossene Fläche 39 nach herkömmlichen Verfahren maschinell zur Fläche 41 bearbeitet. Die Fläche

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des zweiten Segmentes 34 "behält ihre negative Versetzung gegenüber der maschinell "bearbeiteten Fläche 41 des ersten Segmentes 33 bei. Der Diffusorkanal 26 erstreckt sich daher über den gesamten Abstand zwischen der Stelle 36» an der er seinen schmälsten radial innen gelegenen Abschnitt hat, und dem Endstück 37 des Diffusorflansches 32. Hätte die Fläche 40 eine positive Versetzung gegenüber der maschinell bearbeiteten Fläche 41, würde der Diffusorkanal 26 tatsächlich erst an der der positiven Versetzung entsprechenden Stelle beginnen; dies ist, wie weiter oben schon erläutert, unerwünscht, da sich die länge des Diffusorkanais 26 verringern würde. Daß das erste Segment 33 maschinell bearbeitet werden kann, ohne eine positive Versetzung des zweiten Segmentes hervorzurufen, ist einer der Vorteile der Erfindung. Es wäre akzeptabel - und vielleicht vorteilhaft -, wenn die Fläche 40 und die maschinell bearbeitete Fläche 41 in einer gemeinsamen Ebene angeordnet wärenj dies ist jedoch, anders als beim maschinellen Bearbeiten, wegen der beim Gießen normalen Herstellungstoleranzen praktisch unerreichbar. Die normale Toleranz eines durch Kokillen-Kerngie3en hergestellten Werkstückes beträgt etwa 0,508 mm bei geringer Streubreite, während die bei maschinell bearbeitetem Metall erzielbare normale Toleranz etwa zwischen 0,076 und etwa 0,152 mm beträgt. Wegen der Unterschiede zwischen den an den Flächen erzielbaren Toleranzen, und weil es sich als vorteilhaft herausgestellt hat, wenn von der Fläche des Diffusorflansches 32 ein größtmöglicher Anteil maschinell bearbeitet wird, ist die kreisringförmige Schulter 35 vorgesehen. An dem maschinell bearbeiteten Abschnitt ist die Toleranz besser eingehalten und eine bessere Oberflächengüte erzielt. An der gegossenen Fläche 39 wird so viel Material abgetragen, bis die angestrebte Diffusorbreite erzielt ist. Sie wird jedoch nur so weit maschinell bearbeitet, wie das Entstehen einer positiven Versetzung der Fläche 40 sicher vermieden werden kann. Bei den angegebenen Toleranzen beträgt die axiale Versetzung vorzugsweise etwa 0,0254 mm, jedoch vergrößern normale Toleranzen dieses Maß auf etwa 0,914 mm.

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Die Stufe der negativen Versetzung kann bis zu etwa 2,032 mm oder darüber betragen, ohne daß sie sich auf die Leistung spürbar auswirkt. Die Einhaltung des Maßes der axialen Versetzung ermöglicht das maschinelle Bearbeiten des ersten Segmentes 33» ohne daß sich eine positive Versetzung ergibt, und kann auch zum Verändern des Schwingungsverhaltens des Verdichtergehäuses 21 und des Verdichters 11 benutzt werden.

Das Vorhandensein und die spezielle örtliche Lage der kreisringförmigen Schulter 35 gestatten es, die Fläche 39 des ersten Segmentes 33 bequem und wirtschaftlich nach herkömmlichen Verfahren maschinell zu bearbeiten, ohne daß an einer außerhalb der maschinell bearbeiteten Fläche 41 gelegenen Stelle eine positive Versetzung entstehen würde. Die Schulter 35 ist in radialer Richtung an der maschinell bearbeiteten Zentrierfläche 29 oder von dieser nach innen angeordnet, kann jedoch von der gegossenen Fläche 38 radial nach außen angeordnet sein. Im letzteren Falle wird, wie aus Fig. 2 der bevorzugten Ausführungsform einleuchtet, zuerst die gegossene Fläche 38 zur Zentrierfläche 29 bearbeitet, bevor durch maschinelles Bearbeiten der Fläche 39 des ersten Segmentes 33 die Fläche 41 hergestellt wird.

Wie sich weiter aus Fig. 2 ergibt, wird bei der bevorzugten Ausführungsform die Formgebung der Innenfläche 42 des Wandabschnitts 22 durch maschinelles Bearbeiten vorgenommen. Die Innenfläche 42 des Wandabschnitts 22 wird so bearbeitet, daß die Fläche 43 enger an das Profil des in der Laufradkammer 23 aufgenommenen Laufrades 18 angepaßt ist. Außerdem dient die maschinell bearbeitete Fläche 43 dazu, einen geringstmöglichen Widerstand gegen die Strömung des fließfähigen Mediums durch die Laufradkammer 23 zu schaffen und somit zum Leistungsvermögen des Verdichters 11 beizutragen.

Ganz allgemein erlaubt die konstruktive Ausbildung des Verdichtergehäuses 21 das maschinelle Bearbeiten der Flächen

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und 39, um das Verdichtergehäuse 21 an eine Vielfalt von Verdichtern anzupassen, bei denen die Profile der verschiedenen Laufräder voneinander abweichen können und der bevorzugte innere Radius oder die kleinste axiale Breite des Diffusorkanais verschiedene Werte haben kann. Die Erfindung hat daher den weiteren Vorteil, daß sie ein Verdichtergehäuse sowie ein Verfahren zum Herstellen desselben schafft, welches gestattet, ein Gehäuse von gewöhnlicher, insbesondere genormter, gegossener Konfiguration an eine Vielfalt von speziellen Verdichter-Baugruppen anzupassen.

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Claims

1A Zentrifugalverdichter zur Verwendung in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor, .gekennze ichnet durch

- ein Lagergehäuse (15),

- ein Laufrad (18) von größtmöglicher radialer Abmessung mit einem Rücken (47) und einer Mittelachse (46),

- eine Vorrichtung (Welle 14) zum drehbaren Lagern des Laufrades (18) am Lagergehäuse (15), das ein Anschlußglied (Anschlußflansch 27) aufweist, das sich nahe dem Rücken (47) des Laufrades (18) und in radialer Richtung nach außen über das Laufrad (18) hinaus erstreckt,

- und durch ein einteiliges Verdichtergehäuse (21) mit einem Wandabschnitt (22), der eine Laufradkammer (23) bildet, einer Volute (24), die einen im wesentlichen torusförmigen Auslaßkanal (25) bildet, welcher die Laufradkammer (23) umgibt, wobei der Wandabschnitt (22) eine Innenfläche (43) hat, die einen Abschnitt des Laufrades (18) umschließt und durch maschinelles Bearbeiten an den umschlossenen Abschnitt des Laufrades (18) angepaßt worden ist, weiterhin mit einem Anschlußglied (Anschlußflansch 28) mit einer Zentrierfläche (29), die in der Nähe des Anschlußgliedes (27) des Lagergehäuses (15) ausgebildet und mit diesem verbunden ist, und mit einem Diffusorabschnitt (Diffusorflansch 32), der vom Anschlußglied (28) des Verdichtergehäuses (21) und vom Anschlußglied (27) des Lagergehäuses (15) Abstand hat und zusammen mit dem Anschlußglied (28) der Volute (24) und dem Anschlußglied (27) des Lagergehäuses (15) einen kreisringformigen Diffusorkanal (26) bildet, der mit dem Auslaßkanal (25) in Verbindung steht, wobei sich der Diffusorabschnitt (32) von der Mittelachse (46) des Laufrades (18) aus in radialer Richtung erstreckt

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und sich gegenüber der Zentriaflache (29) sowohl nach innen als auch nach außen erstreckt, wobei wenigstens ein Teil des Diffusorabschnitts (32) von der Mittelachse (46) aus eine größtmögliche radiale länge hat, die wenigstens das Eineinhalbfache der maximalen radialen Abmessung des Laufrades (18) beträgt, wobei ferner der Diffusorabschnitt (32) nur an dem von der Zentrierfläche (29) radial nach innen gelegenen Bereich maschinell bearbeitet worden ist, und wobei der Diffusorkanal (26) eine nahezu gleichmäßige axiale Breite hat, die nur in Richtung der Mittelachse (46) des Laufrades (18) abnimmt.

2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Diffusorabschnitt (32) einen kreisringförmigen Flansch aufweist, der sich vom Wandabschnitt (22) des Verdichtergehäuses (21) nach außen erstreckt.

3. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Diffusorabschnitt (32) des Verdichtergehäuses (21) an seinem radial äußeren Abschnitt (Segment 3A) eine negative axiale Versetzung aufweist, die

ο- ι Schulter 35)
an einer Stelle beginnt, die in radialer Richtung wenigstens so weit innen gelegen ist wie die Zentrierfläche (29) des Anschlußgliedes (28) der Volute (24), wodurch die axiale Breite des Diffusorkanais (26) unmittelbar außerhalb der Versetzung vergrößert ist.

4. Verdichter nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusorabschnitt (32) einen kreisringförmigen Flansch aufweist, der sich vom Wandabschnitt (22) des Verdichtergehäuses (21) nach außen erstreckt.

5. Verdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß sich der Diffusorkanal (26) in einer zur Mittelachse (46) des Laufrades (18) senkrechten Ebene erstreckt.

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6. Verdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß sich der Diffusorabschnitt (32) in den von der Volute (24) gebildeten Auslaßkanal (25) erstreckt.

7. Gehäuse in einteiliger Ausbildung für einen Zentrifugalverdichter zur Verwendung mit einem Verbrennungsmotor _t gekennzeichnet durch

- einen Wandabschnitt (22), der eine zu einer Mittelachse (46) im wesentlichen symmetrische Öffnung bildet und ein erstes und ein zweites Ende hat,

- eine Volute (24) nahe dem ersten Ende des Wandabschnitts (22), die mit dem Wandabschnitt (22) an einer Stelle einstückig verbunden ist, welche zwischen dem ersten und dem zweiten Ende gelegen ist, von dieser Stelle aus sich erstreckt und in einer zylindrischen Zentrierfläche (29) endet, die vom ersten Ende des Wandabschnitts (22) im Abstand nach außen angeordnet ist und von der Mittelachse (46) einen ersten Abstand hat,

- und durch einen Diffusorabschnitt (Diffusorflansch 32), der mit dem Wandabschnitt (22) an dessen erstem Ende einstückig verbunden ist, sich von der Mittelachse (46) aus radial nach außen über einen zweiten Abstand erstreckt, der größer ist als der erstgenannte Abstand, ein erstes Segment (33) mit einer Fläche (41) hat, die gegen die Zentrierfläche (29) weist, jedoch von dieser radial nach innen gelegen ist, und ein zweites Segment (34) mit einer gegen die Zentrierfläche (29) weisenden Fläche (40) aufweist, die sich von einer Stelle^{11 er} ,tile von der Zentrierfläche (29) radial nach innen gelegen ist, nach außen über die Zentrierfläehe (29) hinaus erstreckt und gegenüber der Fläche (41) des ersten Segmentes (33) in Richtung des

zweiten Endes des WandabSchnitts (22) axial versetzt ist.

8. Gehäuse nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusorabschnitt (32) einen kreisringförmigen Flansch aufweist, der sich vom Wandabschnitt (22) nach außen erstreckt.

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9. Gehäuse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusorabschnitt (32) nur an der Fläche (41) des ersten Segmentes (33) maschinell bearbeitet worden ist.

10. Verfahren zum Herstellen eines einteiligen Gehäuses für einen Zentrifugalverdichter, dadurch gekennzeichnet, daß

- ein Gehäuse (21) mit einem Wandabschnitt (22), welcher eine zu einer Mittelachse (46) im wesentlichen symmetrische Öffnung bildet und ein erstes und ein zweites Ende hat, mit einer Volute (24) nahe dem ersten Ende des Wandabschnitts (22), die mit dem Wandabschnitt (22) an einer Stelle einstückig verbunden ist, die zwischen dem ersten und dem zweiten Ende gelegen ist, sich von dieser Stelle aus erstreckt und in einer zylindrischen Zentrierfläche (29) endet, welche vom ersten Ende des Wandabschnitts (22) im Abstand nach außen angeordnet ist und von der Mittelachse (46) einen ersten Abstand hat, und mit einem Diffusorabschnitt (Diffusorflansch 32) gegossen wird, der mit dem Wandabschnitt (22) an deseen erstem Ende einstückig verbunden ist, sich von der Mittelachse (46) aus radial nach außen über einen zweiten Abstand erstreckt, der größer ist als der erstgenannte Abstand, ein erstes Segment (33) mit einer gegen die Zentrierfläche (29) weisenden Fläche (39) hat, die von der Zentrierfläche (29) radial nach innen gelegen ist, und ein zweites Segment (34) mit einer gegen die Zentrierfläche (29) weisenden Fläche (40) aufweist,

(Schulter 35j
die sich von einer Stelle , die von der Zentrierfläche

(29) radial nach innen gelegen ist, von der Zentrierfläche (29) nach außen erstreckt und gegenüber der Fläche (39) des ersten Segmentes (33) in Richtung des zweiten Endes des Wandabschnitts (22) axial versetzt ist,

- und daß die Fläche (39) des ersten Segmentes (33) des Diffusorabschnitts (32) maschinell bearbeitet wird, wobei die gegossene Fläche (40) des zweiten Segmentes (34) gegenüber der maschinell bearbeiteten Fläche (41) des ersten Segmentes (33) in Richtung des zweiten Endes des Wandabschnitts (22) axial versetzt bleibt.

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11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Inenflache (42) des Wandabschnitts (22) maschinell bearbeitet wird.

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