EP1428983B1 - Abgasturbinengehäuse - Google Patents

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Publication number
EP1428983B1
EP1428983B1 EP03405821A EP03405821A EP1428983B1 EP 1428983 B1 EP1428983 B1 EP 1428983B1 EP 03405821 A EP03405821 A EP 03405821A EP 03405821 A EP03405821 A EP 03405821A EP 1428983 B1 EP1428983 B1 EP 1428983B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
protection wall
turbine
bearing housing
heat
seating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP03405821A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1428983A1 (de
Inventor
Marcel Meier
Tobias Gwehenberger
Marcel Zehnder
Anton Meier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Accelleron Industries AG
Original Assignee
ABB Turbo Systems AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Turbo Systems AG filed Critical ABB Turbo Systems AG
Publication of EP1428983A1 publication Critical patent/EP1428983A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1428983B1 publication Critical patent/EP1428983B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • 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
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/28—Supporting or mounting arrangements, e.g. for turbine casing
    • 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
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • 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
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/246—Fastening of diaphragms or stator-rings
    • 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
    • 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
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/60—Assembly methods
    • F05D2230/64—Assembly methods using positioning or alignment devices for aligning or centring, e.g. pins
    • 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
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/60—Assembly methods
    • F05D2230/64—Assembly methods using positioning or alignment devices for aligning or centring, e.g. pins
    • F05D2230/642—Assembly methods using positioning or alignment devices for aligning or centring, e.g. pins using maintaining alignment while permitting differential dilatation

Definitions

  • the invention relates to the field of exhaust gas turbochargers. It relates to an exhaust gas turbine according to claim 1.
  • Exhaust gas turbochargers are used to increase the performance of internal combustion engines. In the lower power range up to a few megawatts are mainly turbocharger with radially impinged turbine wheel and inner bearing of the shaft on which the turbine wheel is applied, used.
  • the uncooled gas inlet or turbine housing which has a temperature of, for example, 650 ° C. during operation, is usually fastened directly on the bearing housing, which is considerably cooler, for example, at 150 ° C.
  • the bearing housing in contrast to the gas-carrying channels, cooled to said temperature.
  • an intermediate wall serving as heat protection may be arranged in the region of a flow channel leading to the turbine wheel, which shields the bearing housing against the hot exhaust gas conducted in the inflow channel.
  • the intermediate wall can by a corresponding air or coolant zone from the bearing housing be arranged separately and have only a few defined contact points to avoid corresponding thermal bridges with the bearing housing as possible.
  • Exhaust gas turbines each arranged between the turbine wheel and the bearing housing partitions are disclosed in DE 38 31 687, US 3 408 046 and US 3,565,497.
  • the intermediate walls can serve as heat protection; on the other hand, they assume a certain centering function for the turbine housing in relation to the bearing housing.
  • EP 0 118 051 shows how a desaxing of the hotter component can be avoided by means of stem-shaped, groove-and-comb connections which are movable in the radial direction.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide an exhaust gas turbine of the type mentioned, which improves the turbine efficiency made possible by centering of the turbine housing relative to the shaft mounted in the bearing housing.
  • the position of the turbine housing relative to the bearing housing can be adjusted continuously, since according to the invention there is no positive connection between the bearing housing and the turbine housing.
  • This type of centering is suitable for all common types of connection between the bearing housing and the turbine housing, since according to the invention the centering takes place by components in the interior of the turbine housing.
  • the exhaust gas turbocharger consists mainly of a compressor, not shown, and an exhaust gas turbine schematically shown in Fig. 1 as a radial turbine.
  • the exhaust gas turbine mainly comprises a turbine housing 1, with a radially outer, spiral gas inlet housing and a gas outlet side housing wall 12, a bearing housing 4 with a rotatably supported by bearings 31 shaft 3 and arranged on the shaft turbine 5 with blades 51.
  • compressor side is on the shaft arranged also not shown compressor wheel.
  • the gas inlet housing is in the direction of arrow downstream in a flow channel 6 for the exhaust gases connected to the exhaust gas turbocharger, also not shown combustion engine over.
  • the inflow channel is bounded on one side by the gas outlet side housing wall 12, while on the other side serving as a heat shield disc-shaped intermediate wall 2 is arranged.
  • the heat protection wall which at least partially limits the inflow channel on the side of the bearing housing and / or is arranged at least partially in the axial direction between the turbine wheel and the bearing housing, shields the bearing housing located behind from the hot exhaust gases.
  • a nozzle ring 7 is furthermore arranged between the heat protection wall and the gas outlet-side housing wall 12.
  • the turbine housing 1 is secured in the illustrated embodiment with tabs 43 on the bearing housing 4, wherein the fastened with screws 42 on the turbine housing tabs allow certain movements of the turbine housing with respect to the bearing housing 4 in the radial direction.
  • the heat protection wall 2 and the nozzle ring 7 between the turbine housing 1 and bearing housing 4 is clamped by tightening the tabs 43 and secured accordingly in the axial direction.
  • first embodiment of the inventive exhaust gas turbine is on the heat protection wall 2 in the radially inner Area designed as a peripheral edge support 21 which rests on a likewise designed as a peripheral edge of the bearing housing 41.
  • the heat protection wall 2 In the standing state of the exhaust gas turbine, when in addition to the bearing housing and the heat protection wall is cold, between the two conditions each have a small air gap of a few to a few hundred micrometers, which in particular the simple assembly, ie the sliding of the heat protection wall in the axial direction allows for the bearing housing.
  • the heat protection wall is in contact with a radially outward support 22 on a radially inwardly directed support 11 of the turbine housing, wherein in the stationary state of the exhaust gas turbine also a corresponding, small air gap between the two supports is present.
  • the heat protection wall expands thermally, in particular in the radial direction.
  • the two air gaps are reduced, in particular, the inner support 21 of the heat protection wall is pressed with great force against the corresponding supports 41 of the cool bearing housing.
  • the air gap between the outer support 22 of the heat protection wall and the support 11 of the turbine housing can usually only be reduced, but not completely closed, because the turbine housing also expands because of the great heat. Due to the radially inner support 21 of the heat protection wall, which bears against the support 41 of the bearing housing a precise centering of the heat protection wall 2 and, thanks to the reduced outer air gap, and the turbine housing 1 is ensured.
  • the heat protection wall expands more strongly than the turbine housing and presses it outward in the radial direction. This additionally improves the centering of the turbine housing with respect to the heat protection wall.
  • FIGS. 3 and 4 show a second embodiment of the exhaust gas turbine according to the invention.
  • a peripheral edge support 21 In the radially inner region in turn designed as a peripheral edge support 21 is arranged, which in turn rests on a likewise designed as a peripheral edge of the bearing housing 41.
  • centering cams 24 are provided, which are arranged distributed along the circumference of the heat protection wall. These engage in corresponding grooves 15 in the turbine housing, resulting in a radial guidance of the turbine housing 1 with respect to the heat protection wall 2.
  • corresponding air gaps are present, in particular in the region of the inner supports, which in turn makes possible the simple installation of the heat protection wall.
  • the heat protection wall 2 which is appropriately aligned on the basis of the centering cams 24, is pushed into the turbine housing 1 in the axial direction.
  • the heat protection wall expands in the radial direction.
  • the air gap is closed and the support 21 of the heat protection wall is pressed against the corresponding support 41 of the bearing housing and centered accordingly.
  • the centering of the turbine housing 1 is ensured by guided in the grooves 15 centering cam 24.
  • the centering cams may be disposed on the side of the turbine housing and the corresponding grooves may be recessed into the heat shield wall. Or it may be recessed both in the turbine housing and in the heat protection wall grooves, in the axial direction connecting wedges or grafts are inserted.
  • This second embodiment is particularly suitable for very high temperatures of the turbine housing, because thanks to the radial directional grooves and guided centering cam centering of the turbine housing with respect to the heat protection wall is ensured regardless of the thermally induced expansion of the turbine housing.
  • FIGS. 5 and 6 show a third embodiment of the exhaust gas turbine according to the invention which is slightly modified compared to the second embodiment.
  • the centering cams 23 are provided in the radially inner region of the heat protection wall.
  • the cams 23 may be arranged on the heat protection wall and engage in corresponding grooves 45 in the bearing housing, or it may be cams be arranged on the bearing housing, which engage in corresponding grooves in the heat protection wall.
  • the grooves may be formed as through holes or only as shallow depressions in the heat protection wall.
  • the heat protection wall In the radially outer region is the heat protection wall according to the first embodiment with the radially outer pad 22 on the radially inwardly directed support 11 of the turbine housing, in turn, in the stationary state of the exhaust gas turbine a corresponding air gap is present, which allows the installation of the heat protection wall.
  • a corresponding air gap is present, which allows the installation of the heat protection wall.
  • the heat protection wall expands in the radial direction.
  • the air gap decreases in the outer region and thus leads to the corresponding centering of the turbine housing with respect to the heat protection wall.
  • the expansion of the heat protection wall can be reinforced in order to additionally improve the centering of the turbine housing with respect to the heat protection wall. Thanks to the temperature-independent centering of the heat protection wall with respect to the bearing housing through the arranged in the inner region Zentri mecanicsnocken, this embodiment is particularly suitable for transient operation or at low gas inlet temperatures.
  • a suitable material for the heat protection wall of all three embodiments would be, for example, Ni resist, with about 30 percent greater thermal expansion compared to cast iron.
  • the support for the turbine housing can also be arranged via an intermediate piece arranged between the heat protection wall and the turbine housing, in particular over parts of the flow channel arranged nozzle ring done.
  • the nozzle ring and the heat protection wall, or parts of the nozzle ring and the heat protection wall can be made in one piece.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Support Of The Bearing (AREA)

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der abgasbetriebenen Turbolader. Sie betrifft eine Abgasturbine gemäss Anspruch 1.
    • Stand der Technik
  • Abgasturbolader werden zur Leistungssteigerung von Verbrennungsmotoren eingesetzt. Im unteren Leistungsbereich bis zu einigen Megawatt werden vorwiegend Turbolader mit radial angeströmtem Turbinenrad und Innenlagerung der Welle, auf der das Turbinenrad aufgebracht ist, eingesetzt.
  • Bei ungekühlten Abgasturboladern, bei denen die gasführenden Kanäle nicht gekühlt werden, liegt die Abgastemperatur am Turbineneintritt höher, wodurch der thermische Wirkungsgrad der Maschine und die an den Luftverdichter per Abgasmenge abgegebene Leistung steigt.
  • Das ungekühlte Gaseintritts- oder Turbinengehäuse, welches im Betrieb eine Temperatur von beispielsweise 650°C aufweist, ist meistens direkt auf dem mit beispielsweise 150°C wesentlich kühleren Lagergehäuse befestigt. In gewissen Anwendungsbereichen wird das Lagergehäuse, im Gegensatz zu den gasführenden Kanälen, auf die genannte Temperatur gekühlt. Zusätzlich kann, wie in der EP 0 856 639 dargestellt, im Bereich eines auf das Turbinenrad führenden Anströmkanals eine als Hitzeschutz dienende Zwischenwand angeordnet sein, welche das Lagergehäuse gegen das im Anströmkanal geführte heisse Abgas abschirmt. Die Zwischenwand kann dabei durch eine entsprechende Luft- oder Kühlflüssigkeitszone vom Lagergehäuse getrennt angeordnet sein und nur wenige, definierte Kontaktpunkte aufweisen, um entsprechende Wärmebrücken mit dem Lagergehäuse möglichst zu vermeiden.
  • Abgasturbinen mit jeweils zwischen dem Turbinenrad und dem Lagergehäuse angeordneten Zwischenwänden sind in DE 38 31 687, US 3 408 046 sowie US 3 565 497 offenbart. Die Zwischenwände können einerseits als Hitzeschutz dienen, andererseits übernehmen sie eine gewisse Zentrierfunktion für das Turbinengehäuse gegenüber dem Lagergehäuse.
  • Zur Befestigung des Turbinengehäuses auf dem Lagergehäuse werden bei herkömmlichen Abgasturbinen Laschen oder sogenannte Profilschellen- bzw. V-Band-Verbindungen eingesetzt. Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erzielen, ist der Luftspalt zwischen den Turbinenschaufeln dem Turbinengehäuse so klein wie möglich zu halten. Dies bedingt jedoch, dass diese Gehäusewand und das Turbinenrad jederzeit, insbesondere im Betrieb unter Volllast und bei entsprechender thermischer Belastung aller Teile, gegeneinander zentriert sind. Da sich infolge des hohen Temperaturunterschiedes zwischen dem Lagergehäuse und dem Turbinengehäuse der Zentriersitz des Turbinengehäuses zum Lagergehäuse mitunter radial aufweitet, kann sich das Turbinengehäuse gegenüber dem Lagergehäuse und insbesondere der darin gelagerten Turbinenwelle desaxieren, d.h. das Turbinengehäuse ist gegenüber der Welle und dem darauf angeordneten Turbinenrad in radialer Richtung nicht mehr zentriert. Eine solche Desaxierung, die durch äussere Krafteinwirkungen zusätzlich unterstützt werden kann, führt zu Berührungen der Turbinenschaufelspitzen mit der Gehäusewand des Turbinengehäuses, zu entsprechenden Abnutzungen oder Defekten und damit verbunden zu erheblichen Einbussen im Wirkungsgrad der Abgasturbine.
  • Das EP 0 118 051 zeigt, wie mittels stemförmig angeordneten, in radialer Richtung beweglichen Nut/Kamm-Verbindungen eine Desaxierung des heisseren Bauteils vermieden werden kann.
  • Dieser herkömmliche jedoch relativ kostenintensive Lösungsansatz, bei dem der Fertigungsprozess nebst reinen Drehoperationen auch Fräsoperationen beinhaltet, ermöglicht aufgrund der diskreten Anzahl Nut/Kamm-Verbindungen nur eine beschränkte Anzahl unterschiedlicher Gehäusepositionen. Wünschenswert ist jedoch eine Lösung bei der die Position des Turbinengehäuses gegenüber dem Lagergehäuse im wesentlichen stufenlos eingestellt werden kann.
    • Kurze Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, eine Abgasturbine der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine Verbesserung des Turbinenwirkungsgrads durch Zentrierung des Turbinengehäuses gegenüber der im Lagergehäuse gelagerten Welle ermöglicht.
  • Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind darin zu sehen, dass die Zentrierung des Turbinengehäuses gegenüber der im Lagergehäuse gelagerten Welle ohne zusätzliche Bauteile gewährleistet werden kann. Lagergehäuse, Turbinengehäuse und Hitzeschutzwand müssen lediglich geringfügig zusätzlich bearbeitet werden. Dadurch ergeben sich für die Abgasturbine keine wesentlichen zusätzlichen Kosten.
  • Die Position des Turbinengehäuses gegenüber dem Lagergehäuse lässt sich stufenlos einstellen, da erfindungsgemäss zwischen dem Lagergehäuse und dem Turbinengehäuse keine formschlüssige Verbindung besteht.
  • Diese Art von Zentrierung eignet sich für alle gängigen Verbindungsarten zwischen Lagergehäuse und Turbinengehäuse, da erfindungsgemäss die Zentrierung durch Bauteile im Innern des Turbinengehäuses erfolgt.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Im folgenden sind anhand der Figuren Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Abgasturbine schematisch dargestellt und näher erläutert. In allen Figuren sind gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Abgasturboladers,
    Fig. 2
    eine vergrössert dargestellte Ansicht des Abgasturboladers nach Fig. 1,
    Fig. 3
    eine schematische Ansicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Abgasturboladers,
    Fig. 4
    eine schematische Ansicht IV-IV aus Fig. 3,
    Fig. 5
    eine schematische Ansicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Abgasturboladers, und
    Fig. 6
    eine schematische Ansicht VI-VI aus Fig. 5.
    Weg zur Ausführung der Erfindung
  • Der Abgasturbolader besteht hauptsächlich aus einem nicht dargestellten Verdichter und einer in Fig. 1 als Radialturbine schematisch dargestellten Abgasturbine. Die Abgasturbine umfasst hauptsächlich ein Turbinengehäuse 1, mit einem radial aussenliegenden, spiralförmigen Gaseintrittsgehäuse und einer gasaustrittsseitigen Gehäusewand 12, ein Lagergehäuse 4 mit einer mittels Lagern 31 drehbar gelagerten Welle 3 sowie ein auf der Welle angeordnetes Turbinenrad 5 mit Laufschaufeln 51. Verdichterseitig ist auf der Welle ein ebenfalls nicht dargestelltes Verdichterrad angeordnet.
  • Das Gaseintrittsgehäuse geht in Pfeilrichtung stromab in einen Anströmkanal 6 für die Abgase einer mit dem Abgasturbolader verbundenen, ebenfalls nicht dargestellten Verbrennungsmaschine über. Der Anströmkanal ist auf der einen Seite durch die gasaustrittsseitige Gehäusewand 12 begrenzt, während auf der anderen Seite eine als Hitzeschutz dienende scheibenförmige Zwischenwand 2 angeordnet ist. Die Hitzeschutzwand, welche den Anströmkanal auf der Seite des Lagergehäuses zumindest teilweise begrenzt und/ oder zumindest teilweise in axialer Richtung zwischen Turbinenrad und Lagergehäuse angeordnet ist, schirmt das dahinterliegende Lagergehäuse von den heissen Abgasen ab.
  • Im Anströmkanal ist femer zwischen der Hitzeschutzwand und der gasaustrittsseitigen Gehäusewand 12 ein Düsenring 7 angeordnet.
  • Das Turbinengehäuse 1 ist in der dargestellten Ausführungsform mit Laschen 43 am Lagergehäuse 4 befestigt, wobei die mit Schrauben 42 am Turbinengehäuse festgemachten Laschen gewisse Bewegungen des Turbinengehäuses bezüglich des Lagergehäuses 4 in radialer Richtung erlauben. Wie aus der Figur ersichtlich ist, wird durch das Festschrauben der Laschen 43 die Hitzeschutzwand 2 sowie der Düsenring 7 zwischen Turbinengehäuse 1 und Lagergehäuse 4 eingeklemmt und entsprechend in axialer Richtung befestigt. Im stehenden Zustand der Abgasturbine, wenn Turbinengehäuse und Lagergehäuse kalt sind, liegt das Turbinengehäuse auf dem Lagergehäuse auf und ist dadurch entsprechend gegenüber der Welle und dem darauf angeordneten Turbinenrad zentriert.
  • In der in Fig. 2 vergrössert dargestellten ersten Ausführungsform der erfindungsgemässen Abgasturbine ist an der Hitzeschutzwand 2 im radial inneren Bereich eine als umlaufende Kante ausgebildete Auflage 21 angeordnet, welche auf einer ebenfalls als umlaufenden Kante ausgebildeten Auflage 41 des Lagergehäuses aufliegt. Im stehenden Zustand der Abgasturbine, wenn neben dem Lagergehäuse auch die Hitzeschutzwand kalt ist, kann zwischen den beiden Auflagen jeweils ein geringer Luftspalt von einigen wenigen bis zu einigen hundert Mikrometern vorhanden sein, was insbesondere die einfache Montage, d.h. das Aufschieben der Hitzeschutzwand in axialer Richtung auf das Lagergehäuse ermöglicht. Im radial aussenliegenden Bereich steht die Hitzeschutzwand mit einer radial aussenliegenden Auflage 22 an einer radial nach innen gerichteten Auflage 11 des Turbinengehäuses an, wobei im stehenden Zustand der Abgasturbine ebenfalls ein entsprechender, geringer Luftspalt zwischen den beiden Auflagen vorhanden ist.
  • Im Betriebszustand der Abgasturbine, wenn die Hitzeschutzwand gegenüber dem Lagergehäuse eine erheblich höhere Temperatur aufweist, dehnt sich die Hitzeschutzwand thermisch bedingt insbesondere in radialer Richtung. Die beiden Luftspalte werden verringert, wobei insbesondere die innere Auflage 21 der Hitzeschutzwand mit grosser Kraft gegen die entsprechenden Auflagen 41 des kühlen Lagergehäuses gepresst wird. Der Luftspalt zwischen der äusseren Auflage 22 der Hitzeschutzwand und der Auflage 11 des Turbinengehäuses kann in der Regel nur verringert, jedoch nicht ganz geschlossen werden, da sich das Turbinengehäuse der grossen Hitze wegen ebenfalls dehnt. Durch die radial innere Auflage 21 der Hitzeschutzwand, welche an der Auflage 41 des Lagergehäuses anliegt ist eine genaue Zentrierung der Hitzeschutzwand 2 und, dank dem verringerten äusseren Luftspalt, auch des Turbinengehäuses 1 sichergestellt.
  • Wird für die Hitzeschutzwand ein Material mit einem grösseren Wärmeausdehnungskoeffizienten als dem des Materials des Turbinengehäuses gewählt, dehnt sich die Hitzeschutzwand stärker als das Turbinengehäuse und drückt dieses in radialer Richtung nach aussen. Dadurch verbessert sich die Zentrierung des Turbinengehäuses bezüglich der Hitzeschutzwand zusätzlich.
  • Fig. 3 und Fig. 4 zeigen eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemässen Abgasturbine. Im radial inneren Bereich ist wiederum eine als umlaufende Kante ausgebildete Auflage 21 angeordnet, welche wiederum auf einer ebenfalls als umlaufenden Kante ausgebildeten Auflage 41 des Lagergehäuses aufliegt. Zusätzlich oder alternativ zur einfachen Auflage 22 im radial aussenliegenden Bereich der Hitzeschutzwand 2, sind Zentrierungsnocken 24 vorgesehen, welche entlang des Umfangs der Hitzeschutzwand verteilt angeordnet sind. Diese greifen in entsprechende Nuten 15 in dem Turbinengehäuse ein, wodurch sich eine radiale Führung des Turbinengehäuses 1 bezüglich der Hitzeschutzwand 2 ergibt. Im stehenden Zustand der Abgasturbine sind insbesondere im Bereich der inneren Auflagen entsprechende Luftspalte vorhanden, was wiederum die einfache Montage der Hitzeschutzwand ermöglicht. Dabei wird die aufgrund der Zentriernocken 24 entsprechend ausgerichtete Hitzeschutzwand 2 in axialer Richtung in das Turbinengehäuse 1 geschoben. Im Betriebszustand dehnt sich wiederum die Hitzeschutzwand in radialer Richtung. Der Luftspalt wird geschlossen und die Auflage 21 der Hitzeschutzwand wird gegen die entsprechende Auflage 41 des Lagergehäuses gepresst und entsprechend zentriert. Im radial äusseren Bereich wird die Zentrierung des Turbinengehäuses 1 durch die in den Nuten 15 geführten Zentrierungsnocken 24 gewährleistet.
  • Altemativ können die Zentrierungsnocken auf der Seite des Turbinengehäuses angeordnet und die entsprechenden Nuten in die Hitzeschutzwand eingelassen sein. Oder es können sowohl in das Turbinengehäuse wie in die Hitzeschutzwand Nuten eingelassen sein, in die in axialer Richtung Verbindungskeile oder -pfropfen eingeschoben werden.
  • Diese zweite Ausführungsform eignet sich insbesondere bei sehr hohen Temperaturen des Turbinengehäuses, da dank den radialen gerichteten Nuten und den darin geführten Zentrierungsnocken eine Zentrierung des Turbinengehäuses bezüglich der Hitzeschutzwand unabhängig von der thermisch bedingten Ausdehnung des Turbinengehäuses gewährleistet ist.
  • Trotz dieser formschlüssigen Verbindung zwischen Turbinengehäuse und Hitzeschutzwand lässt sich die Position des Turbinengehäuses gegenüber dem Lagergehäuse stufenlos einstellen, da zwischen der Hitzeschutzwand und dem Lagergehäuse und somit auch zwischen dem Turbinengehäuse und dem Lagergehäuse keine formschlüssige Verbindung vorhanden ist.
  • Fig. 5 und Fig. 6 zeigen eine gegenüber der zweiten Ausführungsform leicht abgeänderten dritte Ausführungsform der erfindungsgemässen Abgasturbine. Die Zentrierungsnocken 23 sind im radial inneren Bereich der Hitzeschutzwand vorgesehen. Dabei können die Nocken 23 auf der Hitzeschutzwand angeordnet sein und in entsprechende Nuten 45 im Lagergehäuse eingreifen, oder es können Nocken auf dem Lagergehäuse angeordnet sein, welche in entsprechende Nuten in der Hitzeschutzwand eingreifen. In letzterem Fall können die Nuten als durchgehende Löcher oder nur als oberflächliche Vertiefungen in der Hitzeschutzwand ausgebildet sein. Es ergibt sich eine radiale Führung der Hitzeschutzwand 2 bezüglich des Lagergehäuses 4. Im radial aussenliegenden Bereich steht die Hitzeschutzwand entsprechend der ersten Ausführungsform mit der radial aussenliegenden Auflage 22 an der radial nach innen gerichteten Auflage 11 des Turbinengehäuses an, wobei im stehenden Zustand der Abgasturbine wiederum ein entsprechender Luftspalt vorhanden ist, was die Montage der Hitzeschutzwand ermöglicht. Dabei wird die aufgrund der Zentriemocken entsprechend ausgerichtete Hitzeschutzwand 2 in axialer Richtung auf das Lagergehäuse 4 geschoben. Im Betriebszustand dehnt sich wiederum die Hitzeschutzwand in radialer Richtung. Wie oben beschrieben, verringert sich der Luftspalt im aussenliegenden Bereich und führt somit zur entsprechenden Zentrierung des Turbinengehäuses bezüglich der Hitzeschutzwand. Wiederum kann durch die Wahl eines Materials mit entsprechend grösserem Wärmeausdehnungskoeffizienten die Ausdehnung der Hitzeschutzwand verstärkt werden, um die Zentrierung des Turbinengehäuses bezüglich der Hitzeschutzwand zusätzlich zu verbessern. Dank der temperaturunabhängigen Zentrierung der Hitzeschutzwand bezüglich des Lagergehäuses durch die im inneren Bereich angeordneten Zentrierungsnocken eignet sich diese Ausführungsform insbesondere für den transienten Betrieb oder bei tiefen Gaseintritts-Temperaturen.
  • Trotz der formschlüssigen Verbindung zwischen Hitzeschutzwand und Lagergehäuse lässt sich die Position des Turbinengehäuses gegenüber dem Lagergehäuse wie schon bei den ersten beiden Ausführungsformen in jedem beliebigen Winkel einstellen, da zwischen der Hitzeschutzwand und dem Turbinengehäuse und somit auch zwischen dem Lagergehäuse und dem Turbinengehäuse keine formschlüssige Verbindung vorhanden ist.
  • Ein geeignetes Material für die Hitzeschutzwand aller drei Ausführungsformen wäre beispielsweise Ni-Resist, mit einem gegenüber Gusseisen rund 30 Prozent grösseren Wärmeausdehnungskoeffizienten.
  • Im radial aussenliegenden Bereich der Hitzeschutzwand kann die Auflage zum Turbinengehäuse auch über ein zwischen Hitzeschutzwand und Turbinengehäuse angeordnetes Zwischenstück, insbesondere über Teile des im Anströmkanal angeordneten Düsenrings, erfolgen. Dabei können der Düsenring und die Hitzeschutzwand, oder Teile des Düsenrings und die Hitzeschutzwand einteilig gefertigt sein.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Turbinengehäuse
    11
    Auflage
    12
    Gasaustrittsseitige Gehäusewand
    15
    Zentrierungsnuten
    2
    Hitzeschutzwand
    21
    Auflage, Kante
    22
    Auflage
    23
    Zentrierungsnocken
    24
    Zentrierungsnocken
    3
    Welle
    31
    Innenlager
    4
    Lagergehäuse
    41
    Auflage, Kante
    42
    Befestigung, Schraube
    43
    Lasche
    45
    Zentrierungsnuten
    5
    Turbinenrad
    51
    Schaufeln
    6
    Anströmkanal
    7
    Düsenring

Claims (9)

  1. Abgasturbine, mit einem Turbinengehäuse (1), einer in einem Lagergehäuse (4) drehbar gelagerten Welle (3) sowie einem auf der Welle angeordneten Turbinenrad (5), mit einer Hitzeschutzwand (2), wobei die Hitzeschutzwand (2) mit dem Turbinengehäuse (1) einen Anströmkanal (6) auf das Turbinenrad begrenzt, und die Hitzeschutzwand zum Zentrieren des Turbinengehäuses bezüglich der Welle mindestens zwei Auflagen (21, 22, 23) umfasst, von denen eine erste Auflage (21, 23) zum Aufliegen an dem Lagergehäuse (4) und eine zweite Auflage (22) zum Aufliegen an dem Turbinengehäuse (1) vorgesehen ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die sich im Betriebszustand radial nach aussen dehnende Hitzeschutzwand (2) im Betriebszustand mittels der ersten Auflage (21, 23) bezüglich dem Lagergehäuse zentriert ist, indem
    entweder die erste Auflage (21) als radial nach aussen gerichtete, umlaufende Kante (21) ausgebildet ist, welche auf einer als radial nach innen gerichtete, umlaufende Kante ausgebildeten Auflage (41) des Lagergehäuses aufliegt, oder die erste Auflage (23) mittels in radial gerichteten Nuten (45) geführten Zentrierungsnocken (23) realisiert ist.
  2. Abgasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hitzeschutzwand (2) entweder im Bereich der ersten Auflage (21) oder im Bereich der zweiten Auflage (22) Zentrierungsnocken (23) aufweist, welche zum Eingreifen in Nuten (45, 15), welche entweder in das Lagergehäuse (4) oder das Turbinengehäuse (1) eingelassen sind, vorgesehen sind.
  3. Abgasturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in das Lagergehäuse radial gerichtete Nuten (45) eingelassen sind, welche zum Aufnehmen von an der Hitzeschutzwand angebrachten Zentrierungsnocken (23) vorgesehen sind.
  4. Abgasturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in das Turbinengehäuse Nuten (15) eingelassen sind, welche zum Aufnehmen von an der Hitzeschutzwand angebrachten Zentrierungsnocken (23) vorgesehen sind.
  5. Abgasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Hitzeschutzwand entweder im Bereich der ersten Auflage oder im Bereich der zweiten Auflage Nuten eingelassen sind, welche zum Aufnehmen von entweder am Lagergehäuse oder am Turbinengehäuse angebrachten Zentrierungsnocken vorgesehen sind.
  6. Abgasturbine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse Zentrierungsnocken aufweist, welche zum Eingreifen in Nuten, welche in die Hitzeschutzwand (2) eingelassen sind, vorgesehen sind.
  7. Abgasturbine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinengehäuse Zentrierungsnocken aufweist, welche zum Eingreifen in Nuten, welche in die Hitzeschutzwand (2) eingelassen sind, vorgesehen sind.
  8. Abgasturbine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinengehäuse mindestens eine Auflage (11) zum Aufliegen auf der Hitzeschutzwand (2) umfasst.
  9. Abgasturbine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hitzeschutzwand (2) ein Material enthält, welches einen grösseren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Material des Turbinengehäuses (1) aufweist.
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