EP1394366B1 - Gehäuse für Strömungsmaschinen - Google Patents
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- 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
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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- F01D9/00—Stators
- F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
- F01D9/026—Scrolls for radial machines or engines
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2220/00—Application
- F05D2220/40—Application in turbochargers
Definitions
- the present invention relates to a housing for turbomachines, such as turbocharger, secondary air chargers or the like., With a first rotor space for receiving a turbine rotor, a bearing space for a turbine rotor shaft carrying at one end, and a second rotor space for receiving an am another shaft end to be fastened compressor rotor, wherein the two rotor chambers are each surrounded by supply or discharge channels for a gas.
- housings are known from numerous documents, for example from CA-1,270,120 or US-A-2,860,827, 4,179,247 and 4,659,295, respectively.
- the housing consists of several - generally at least three - housing parts.
- the turbine rotor space, the storage space and the compressor rotor space each dedicated to a separate housing part, which parts then have to be screwed together or connected to each other in other ways.
- the multi-part design of the housing had in general also a special reason, namely in order to complicate the heat transfer and make the choice of materials according to the requirements.
- DE-OS 31 33 952 discloses a turbocharger with a multi-part inner housing and a one-piece outer housing.
- WO 95/25878 recommends that a turbocharger housing be made in one piece but does not give any indication as to how a turbocharger can be assembled with such a housing.
- GB 1 315 307 shows a two-part turbocharger housing.
- the invention is based on the finding that the multi-part design is not required in all cases and that it would therefore be desirable to reduce the cost of manufacturing and assembly.
- the housing surrounding the storage space is at least partially formed integrally with the housing surrounding at least one of the rotor chambers. Accordingly, for example, for each of the two rotors a housing surrounding its space in conjunction with at least one Part of the housing surrounding the storage space are poured, so that at the end only the two rotors housing parts must be joined together.
- a particular advantage of the embodiment according to the invention is that preferably only one single high-quality part has to be manufactured instead of several thereof (with mutual tolerance adaptation).
- the rotor chambers can each be covered with a simple flange, so that the assembly of the housing requires only the mounting of the two flanges and therefore less expensive.
- a unitary housing 1 made of, for example, a cast material such as gray cast iron or a light metal casting surrounds a turbine rotor space 2 for a turbine rotor 2 'shown in FIG. 1 at one of its ends, a compressor rotor space 3 for a compressor rotor 3' to be accommodated therein End and in between a storage space 4 for one of the two rotors 2 ', 3' in a known manner to one end bearing shaft 5.
- Each of the rotor chambers 2, 3 is an approximately annular or spirally surrounding channel, namely a supply channel 6 or assigned to a discharge channel 7, wherein a gaseous medium - that is, for example, in the case of a turbocharger exhaust, in the case of a secondary air charger air, in another case, perhaps a liquid - the supply channel 6 via a from Fig. 2 apparent, preferably molded nozzle 8 is supplied.
- Air is the compressor room 3 via an axial stub 17 is supplied to a housing cover 18 to be fastened to the housing 1 according to the invention by means of screws 19 (see arrow a ') and discharged from the discharge channel 7 via a connecting piece 9.
- the housing 1 of the invention can be closed at the other end of a housing cover 20 and to threaded holes 21 (only one is shown) has, which - similar to the screws 19 - 22 receive screws. Also, this housing cover will then limit the rotor space 2, similar to the housing cover 18, the rotor chamber 3 limited. In a similar manner, it has an axial connection 23, via which fluid is discharged, which is supplied to the rotor 6 'via the supply channel 6, in accordance with the indicated arrow a.
- the housing 1 is relatively strong, but formed with easy to manufacture shapes. In the context of the invention, it may well be to constrict it stronger between the turbine rotor chamber 2 and the compressor rotor chamber 3 and at most to provide it with ribs for heat dissipation.
- the invention is by no means limited thereto. It would, for example, be conceivable to produce the housing 1 from two parts which can be connected to one another in a detachable manner, as indicated by dash-dotted lines L. Of course, then again a tolerance problem may arise, which is why the fully one-piece training for all three rooms 2-4 is preferred. But you can control the tolerance problems better if then the two parts of the housing 1 mating mating surfaces, in particular conical mating surfaces 10, have, so that they are nested and then only need to be fastened together in a conventional manner.
- Such a subdivision of the housing 1 can of course also be done in other ways, for example by one of the rotor chambers 2 or 3 is surrounded by a housing which also includes the entire storage space. Another modification could be that the rotor chambers 2, 3 and the supply and Abbigbowkanäle 6, 7 are each equal.
- the storage space 4 can accommodate a conventional, possibly also divided sliding bearing, but it can also be used a rolling bearing.
- a cylindrical space 16 is provided at the other end of the storage space 4 (left in Fig. 1), in which an axial fixation, such as a thrust bearing, can be accommodated.
- an axial fixation such as a thrust bearing
- the storage space 4 has the form of a socket. In this way, it is possible to insert the shaft together with preassembled bearing unit (or initially only the bearings alone) in the hollow bush formed by the storage space 4, where it abuts against the annular wall 15.
- the annular wall 15 itself with its opening 14 for the passage of the shaft 5 may either itself be designed as a sliding bearing or receive such.
- the bearing unit which preferably has approximately the same axial length as the storage space 4
- the axial fixing in the space 16 can take place.
- an axial fixation are provided, such as by introducing at least one annular groove 24 for accommodating such a fixation in the bush-like bore of the storage space 4. In this way, it may be possible to provide the arrangement for an axial fixation of the bearing between the two ends of the storage space 4.
Landscapes
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gehäuse für Strömungsmaschinen, wie Turbolader, Sekundärluftladern od.dgl., mit einem ersten Rotorraum zur Aufnahme eines Turbinenrotors, einem Lagerungsraum für eine den Turbinenrotor tragende Welle an einem ihrer Enden, und einem zweiten Rotorraum zur Aufnahme eines am anderen Wellenende zu befestigenden Kompressorrotors, wobei die beiden Rotorräume jeweils von Zu- bzw. Abfuhrkanälen für ein Gas umgeben sind.
- Derartige Gehäuse sind aus zahlreichen Dokumenten bekannt, beispielsweise aus der CA-1,270,120 oder den US-A-2,860,827, 4,179,247 bzw. 4,659,295. In all diesen Fällen besteht das Gehäuse aus mehreren - im allgemeinen mindestens drei - Gehäuseteilen. Beispielsweise ist meist dem Turbinenrotorraum, dem Lagerungsraum und dem Kompressorrotorraum je ein eigener Gehäuseteil gewidmet, welche Teile dann miteinander verschraubt oder auf andere Weise miteinander verbunden werden müssen.
- Die mehrteilige Ausführung der Gehäuse hatte im allgemeinen auch einen besonderen Grund, nämlich um die Wärmeübergänge zu erschweren und die Werkstoffwahl entsprechend den Erfordernissen treffen zu können.
- Die DE-OS 31 33 952 offenbart einen Turbolader mit einem mehrteiligen Innengehäuse und einem einteiligen Aussengehäuse. Die WO 95/25878 empfiehlt ein Turboladergehäuse einstückig auszuführe gibt aber keinen Hinweis, wie ein Turbolader mit einem derartigen Gehäuse zusammengebaut werder kann. Die GB 1 315 307 zeigt ein zweiteiliges Turboladergehäuse.
- Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die mehrteilige Ausführung nicht in allen Fällen erforderlich ist und daß es deshalb erwünscht wäre, die Kosten der Herstellung und der Montage zu senken.
- Dies gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß das den Lagerungsraum umgebende Gehäuse mindestens zum Teil mit dem wenigstens einen der Rotorräume umgebenden Gehäuse einstückig ausgebildet ist. Demgemäß kann beispielsweise für jeden der beiden Rotoren ein seinen Raum umgebendes Gehäuse in Verbindung mit mindestens einem Teil des den Lagerungsraum umgebenden Gehäuse gegossen werden, so daß am Ende nur die beiden Rotorengehäuseteile aneinandergefügt werden müssen.
- Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegt darin, daß bevorzugt nur ein einziges technisch hochwertiges Teil an Stelle von deren mehreren hergestellt (mit gegenseitiger Toleranzanpassung) werden muß. Die Rotorräume können jeweils mit einem einfachen Flansch abgedeckt werden, so daß die Montage des Gehäuses nur das Aufmontieren der beiden Flansche erfordert und mithin weniger aufwendig ist.
- Noch günstiger ist es allerdings, wenn alle drei Räume von einem einstückig geformten Gehäuse umgeben sind.
- Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispieles. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Axialschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gehäuse für Strömungsmaschinen, bei dem zur Veranschaulichung bereits eine Lagerung mitsamt Rotoren und Gehäusedeckel eingesetzt ist und von dem
- Fig. 2
- eine Seitenansicht im Sinne der Linie II-II der Fig. 1 zeigt.
- Ein einheitliches, beispielsweise aus einem Gußmaterial, wie Grauguß oder Guß aus einem Leichtmetall, hergestelltes Gehäuse 1 umgibt einen Turbinenrotorraum 2 für einen in Fig. 1 dargestellten Turbinenrotor 2' an einem seiner Enden, einen Kompressorrotorraum 3 für einen darin unterzubringenden Kompressorrotor 3' am gegenüberliegenden Ende und dazwischen einen Lagerungsraum 4 für eine die beiden Rotoren 2', 3' in bekannter Weise an je einem Ende tragenden Welle 5. Jedem der Rotorräume 2, 3 ist ein ihn annähernd ringförmig bzw. spiralig umgebender Kanal, nämlich ein Zufuhrkanal 6 bzw. ein Abfuhrkanal 7 zugeordnet, wobei ein gasförmiges Medium - also beispielsweise im Falle eines Turboladers Abgas, im Falle eines Sekundärluftladers Luft, in einem anderen Falle vielleicht eine Flüssigkeit - dem Zufuhrkanal 6 über einen aus Fig. 2 ersichtlichen, vorzugsweise angeformten Stutzen 8 zugeführt wird. Luft wird dem Kompressorraum 3 über einen axialen Stutzen 17 an einem am erfindungsgemäßen Gehäuse 1 mittels Schrauben 19 zu befestigenden Gehäusedeckels 18 zugeführt (siehe Pfeil a') und vom Abfuhrkanal 7 über einen Stutzen 9 abgeführt.
- Es sei erwähnt, daß das erfindungsgemäße Gehäuse 1 auch am anderen Ende von einem Gehäusedeckel 20 verschlossen werden kann und dazu Gewindebohrungen 21 (nur eine ist dargestellt) besitzt, welche - ähnlich den Schrauben 19 - Schrauben 22 aufnehmen. Auch dieser Gehäusedeckel wird dann den Rotorraum 2 begrenzen, ähnlich wie der Gehäusedeckel 18 den Rotorraum 3 begrenzt. In ähnlicher Weise besitzt er einen axialen Stutzen 23, über den - entsprechend dem eingezeichneten Pfeil a - Fluid abgeführt wird, welches über den Zufuhrkanal 6 dem Rotor 6' zugeführt wurde.
- Wie besonders aus Fig. 1 ersichtlich, ist das Gehäuse 1 relativ stark, aber mit einfach herzustellenden Formen ausgebildet. Im Rahmen der Erfindung kann es aber durchaus sein, es zwischen dem Turbinenrotorraum 2 und dem Kompressorrotorraum 3 stärker einzuschnüren und es allenfalls auch mit Rippen zur Wärmeabgabe zu versehen.
- Wenn auch ein einheitliches, alle drei Räume 2-4 umgebendes Gehäuse aus Fig. 1 ersichtlich ist, so ist die Erfindung keineswegs darauf beschränkt. Es wäre beispielsweise denkbar, das Gehäuse 1 aus zwei lösbar miteinander verbindbaren Teilen herzustellen, wie strich-punktiert mit einer Linie L angedeutet ist. Natürlich kann sich dann wieder ein Toleranzproblem ergeben, weshalb die völlig einstückige Ausbildung für alle drei Räume 2-4 bevorzugt ist. Man kann aber die Toleranzprobleme besser beherrschen, wenn dann die beiden Teile des Gehäuses 1 ineinandergreifende Paßflächen, insbesondere konische Paßflächen 10, aufweisen, so daß sie ineinandergesteckt und dann nur noch miteinander in an sich bekannter Weise befestigt werden müssen. Eine solche Unterteilung des Gehäuses 1 kann natürlich auch in anderer Weise geschehen, beispielsweise indem einer der Rotorräume 2 oder 3 von einem Gehäuse umgeben ist, das auch den gesamten Lagerungsraum umfaßt. Eine weitere Modifikation könnte darin bestehen, daß die Rotorräume 2, 3 bzw. die Zu- bzw. Abfuhrfuhrkanäle 6, 7 jeweils gleich groß sind.
- Der Lagerungsraum 4 kann ein herkömmliches, allenfalls auch unterteiltes Gleitlager aufnehmen, es kann aber auch ein Wälzlager verwendet werden.
- Im Gegensatz zu herkömmlichen Ausgestaltungen, bei denen eine axiale Fixierung mitten im Lagerungsraum 4 untergebracht war (vgl. U.S. Patent Nr. 4,179,247) ist es in Weiterbildung der Erfindung bevorzugt, wenn eine Anordnung für eine axiale Fixierung, wie eine Axiallagerung, jeweils an einem einem jeweiligen Rotorraum 2 bzw. 3 zugekehrten Ende des Lagerungsraumes 4 vorgesehen wird, wo man beispielsweise ohne komplizierte Bearbeitung eine axiale Fixierung, etwa ein Axiallager, leicht montieren kann bzw. eine entsprechende Anordnung leichter vorgesehen werden kann. Diese Anordnung auf der rechten Seite der Fig. 1 von einer einen Raum 14 für den Durchtritt der Welle 5 - nämlich jenes Endes der Welle 5, das den Turbinenrotor 2' im Turbinenrotorraum 2 trägt - umgebenden und vorzugsweise einstückig mit dem Gehäuse 1 mitgefertigten Ringwand 15 gebildet, die so einen Abschluß des Lagerungsraumes 4 bildet.
- Anderseits ist am anderen Ende des Lagerungsraumes 4 (links in Fig. 1) ein zylindrischer Raum 16 vorgesehen, in welchen eine axiale Fixierung, beispielsweise ein Axiallager, untergebracht werden kann. Solche axiale Fixierungen bzw. Axiallager sind dem Fachmanne bekannt und brauchen deshalb hier nicht im einzelnen erörtert werden. Somit hat der Lagerungsraum 4 die Form einer Buchse. Auf diese Weise ist es möglich, die Welle samt vormontierter Lagereinheit (oder zunächst auch nur die Lager alleine) in die vom Lagerungsraum 4 gebildete hohle Buchse einzuschieben, wo es an der Ringwand 15 anschlägt. Die Ringwand 15 selbst mit ihrer Öffnung 14 für den Durchtritt der Welle 5 (d.h. die Öffnung 14 entspricht wenigstens annähernd dem Durchmesser der Welle 5) kann entweder selbst als Gleitlager ausgebildet sein oder ein solches aufnehmen. Sobald die Lagereinheit, welche vorzugsweise etwa dieselbe axiale Länge wie der Lagerungsraum 4 hat, in diesen Raum 4 eingesetzt worden ist, kann dann die axiale Fixierung im Raum 16 erfolgen.
- Im Rahmen der Erfindung sind selbstverständlich zahlreiche Modifikationen möglich, von denen einige bereits oben erwähnt wurden. Ferner wäre es aber auch denkbar, zum Lagerungsraum 4 von außen hin führende Schmierbohrungen vorzusehen. Auch könnte das Gehäuse 1 selbst an seinen beiden Enden auch noch radiale, äußere Verbindungsflansche aufweisen, an denen die Gehäusedeckel 18 und 20 mit den entsprechenden Axialstutzen 17, 23 zum Ausblasen von Fluid, wie des Abgases, (an der rechten Seite der Fig.
- 1) bzw. der Zufuhr von Luft (an der linken Seite der Fig. 1) aufschrauben zu können. In jedem Falle ist aber ersichtlich, daß nicht nur die Gehäusekonstruktion vereinfacht ist, sondern außerdem auch noch die Montage erleichtert wird. Was die Ausbildung der Rotoren 2', 3' anlangt, so können diese durchaus herkömmlicher Art sein; diesbezüglich wird auf die eingangs genannten Dokumente verwiesen.
- An Stelle der oben geschilderten, bevorzugten Art der axialen Fixinnerhalb desierung könnte - wie an sich, beispielsweise aus dem U.S. Patent Nr. 4,179,247, bekannt - innerhalb des Lagerungsraumes 4 eine axiale Fixierung vorgesehen werden, etwa indem man in der buchsenartigen Bohrung des Lagerungsraumes 4 wenigstens eine Ringnut 24 zur Unterbringung einer solchen Fixierung einbringt. Auf diese Weise ist es aber gegebenenfalls möglich, die Anordnung für eine axiale Fixierung der Lagerung zwischen den beiden Enden des Lagerungsraumes 4 vorzusehen.
Claims (6)
- Gehäuse (1) für Strömungsmaschinen mit einem
ersten Rotorraum (2) zur Aufnahme eines Turbinenrotors;
einem Lagerungsraum (4) für eine den Turbinenrotor tragende Welle (5) an einem ihrer Enden; und
einem zweiten Rotorraum (3) zur Aufnahme eines am anderen Wellenende zu befestigenden Kompressorrotors, wobei
die beiden Rotorräume (2, 3) jeweils von Zu- bzw. Abfuhrkanälen (6, 7) für ein Gas umgeben sind;
dadurch gekennzeichnet, daß
das den Lagerungsraum (4) umgebende Gehäuse (1) mindestens zum Teil mit dem wenigstens einen der Rotorräume (2 bzw. 3) umgebenden Gehäuse (1) einstückig ausgebildet ist. - Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle drei Räume (2-4) von einem einstückig geformten Gehäuse (1) umgeben sind.
- Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerungsraum (4) als gegenüber dem Durchmesser der Welle (5) vergrößerte Buchse zur Aufnahme einer Lagerung (13, 13') ausgebildet ist.
- Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (1) noch mindestens ein Zufuhrstutzen (8 bzw. 9) zur Zufuhr eines Gases zum zugehörigen Zufuhrkanal (6 bzw. 7) einstückig angeformt ist.
- Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einem Ende des Lagerungsraumes (4), vorzugsweise an beiden, eine Anordnung (15, 16) für eine axiale Fixierung der Lagerung vorgesehen ist.
- Gehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerungsraum (4) an einem seiner Enden eine sich radial einwärts zum Raum zur Unterbringung der Welle (5) erstreckende Ringwand (15) für eine axiale Fixierung, wie eine Axiallagerung, aufweist.
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