EP1707742A1 - Turbine blade with dirt collector - Google Patents

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Publication number
EP1707742A1
EP1707742A1 EP05405231A EP05405231A EP1707742A1 EP 1707742 A1 EP1707742 A1 EP 1707742A1 EP 05405231 A EP05405231 A EP 05405231A EP 05405231 A EP05405231 A EP 05405231A EP 1707742 A1 EP1707742 A1 EP 1707742A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
blade
protective plate
blade tip
region
blades
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.)
Withdrawn
Application number
EP05405231A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Phillipsen Bent
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
Priority to EP05405231A priority Critical patent/EP1707742A1/en
Publication of EP1707742A1 publication Critical patent/EP1707742A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • 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
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/22—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations
    • F01D5/225—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations by shrouding
    • 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
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/60—Fluid transfer
    • F05D2260/607—Preventing clogging or obstruction of flow paths by dirt, dust, or foreign particles

Definitions

  • the invention relates to the field of exhaust gas turbochargers for increasing the performance of heavy fuel-powered internal combustion engines. It relates to a blade of an axial turbine of an exhaust gas turbocharger.
  • EP 0 781 897 known to introduce a cleaning liquid into the flow channel for cleaning the exhaust gas turbine.
  • the cold cleaning fluid is usually entered before the nozzle ring and in front of the turbine blades in the flow channel.
  • the dirt dissolves from the nozzle ring and the blades and is transported for the most part via the exhaust system to the outside. Part of the dirt accumulated during operation as well as part of the cleaning of the nozzle ring and the Blades of loosening debris are thrown radially outward onto the diffuser by the rotating blades. This is thus contaminated both during operation and during cleaning.
  • the distance between the tips of the blades and the diffuser can be reduced to zero by the contaminants so that the blades can be braked by the dirt on the diffuser during operation. This leads to friction losses, additional heat generation and damage or even destruction of the blades.
  • the object of the invention is to improve a blade of an axial turbine of an exhaust gas turbocharger to the extent that the radial ejection of dirt during operation can be prevented.
  • the object is achieved in that the blade is provided in the region of the blade tip with a protective plate for collecting the dirt. The accumulated on the blade surfaces and radially thrown outwards dirt is thus retained and contamination of the diffuser is prevented.
  • Fig. 1 shows a single blade of an exhaust gas turbine with axial flow.
  • the blades are connected to the blade carrier 3 and rotate about the axis of the turbine.
  • the blades include a blade root 12 in the region where the blade is connected to the blade carrier.
  • the blades are inserted with specially trained feet in grooves in the blade carrier and held by a fastener in the blade carrier.
  • Blade carrier and blades form the turbine wheel and can also be made in one piece.
  • the blades include blade surfaces 10 which are exposed to the flow of hot exhaust gas. The flow acts on the blade surfaces and thus drives the turbine wheel.
  • a protective plate 2 is arranged according to the invention.
  • the fender serves to catch the entrained in the flow dirt, especially oily residues which have not been completely burned in the combustion chambers of the internal combustion engine.
  • the fender is disposed on the radially outer edge of the blades so that the debris can be collected, which are due to the fast-rotating blades transported radially outward.
  • the dirt particles are involved on the one hand to those that have accumulated on the blade surfaces 10, and on the other hand to those that are thrown directly radially outward by the strong rotating flow.
  • FIG. 2 shows a plan view in the radial direction of an arrangement with a plurality of blades mounted in the blade carrier 3.
  • the exhaust gas flow is indicated by the two thick arrows.
  • the blades rotated from the blade root 12 to the blade tip 11 are arranged obliquely with respect to the flow and form a kind of pocket in the axial direction in which the dirt particles can accumulate.
  • This bag is closed radially outward by the fender, so that the accumulated in the bag dirt can not be thrown from the range of the rotating turbine wheel.
  • the fender has a floor plan with four sides, with two opposite sides parallel to each other. The one side pair runs perpendicular to the axis of rotation of the turbine wheel.
  • the mudguards of juxtaposed blades engage with each other at an angle to the axial direction sides, so that forms a circumferential ring of mudguards on the radially outer edge of the blades, which can also act as a stabilizing effect on the blades in addition to the function of dirt collection.
  • Fig. 3 serves to illustrate an advantageous embodiment of the inventive blade.
  • the fender 2 projects beyond the blade tip 11 in the circumferential direction.
  • the fenders are formed in the less loaded region of the blade tip with a tapered cross section.
  • the protective plate is thicker in cross section for reasons of strength.
  • the fender can be provided with two or more, outer projections, so that, in the case of two projections, a U-shaped cross-section results.
  • the described, different thickness of the mudguard in such a case refers to the cross plate 22, which connects the two legs 21 forming said projections together.
  • the cross plate 22 is, as shown in Figures 4 and 5, formed thicker in the region of the blade tip than in the blade tip projecting region.
  • Fig. 6 shows a further advantageous embodiment of the inventive blade, in the illustrated variant on the fender according to FIGS. 4 and 5 building.
  • the radially inner, the blade tip 11 facing side of the mudguard is slightly curved.
  • a vault 23 forms around the blade tip, in which the dirt particles drifting radially outward can be collected and stored until the next turbine cleaning.
  • the curvature prevents the dirt particles move radially outward due to the high centrifugal forces.
  • FIG. 8 and 9 serve to illustrate a further embodiment of the inventive blade.
  • 9 shows a view in the direction of the arrow on a section through the blade guided along IX-IX.
  • the protective plate in the region of the blade tip, is slightly shorter on one side, so that the blade tip 11 projects beyond the protective plate in the circumferential direction.
  • the blade tip of a first blade is covered by the guard of an adjacent second blade.
  • the blade height is slightly shortened ( ⁇ h) in the region of the protruding blade tip, by removing the corner of the blade tip which projects beyond the protective blade. The result is an inwardly drawn corner.
  • ⁇ h slightly shortened
  • FIG. 7 schematically shows a section through the flow channel of an exhaust gas turbine, with a rotor blade 1 according to the invention.
  • the rotor blade is arranged downstream of the guide blade 4 of a nozzle ring.
  • a downstream-oriented diffuser 5 Radially outside the blade, a downstream-oriented diffuser 5 is arranged, and for technical reasons fluid with a small radial distance from the blade tips 11.
  • the fender 2 is provided.
  • the protective plate is designed such that two projections reduce the radial distance to the fixed diffuser to a minimum.
  • the protective plate is arranged in the flow direction behind and in the radial direction outside a circumferential edge of the outer nozzle ring wall such that the flow channel in the region of the rotor blades is bounded radially outwardly by the protective plate. The flow is not affected by the fender.
  • the diffuser 5 has a minimum inner radius, which is greater than the maximum outer radius of the turbine wheel including the blades mounted thereon.
  • the turbine wheel can be easily assembled and disassembled from the gas outlet side without having to remove the diffuser.
  • the resulting step in the flow channel immediately downstream of the blade has no effect on the efficiency of the turbine.
  • this step assists in the removal of the dirt accumulated on the radially inner side of the mudguard during cleaning of the turbine wheel by injecting a cleaning liquid upstream of the nozzle ring.
  • the flow over the trailing edge of the mudguard in the area of this stage causes the dirt dissolved by the liquid to be carried away easily.
  • a separate, exchangeable housing part can also be arranged in the area radially outside the rotor blades of the turbine wheel, which has an increased wall thickness in comparison to the diffuser in order to take over burst protection functions.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

A shield (2) for catching, accumulating, and radially hurling out dirt is attached to the tip (11) of a rotor blade (1). The sides of the shield flank the blade tip in-between and run perpendicular to the turbine axis. The shield is also formed of sheet metal and is U-shaped cross-section consisting of a base and a pair of legs. The base is curved up to conform with the curvature of the blade tip. An independent claim is also included for an axial flow turbine.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Abgasturbolader zur Leistungssteigerung von mit Schweröl betrieben Brennkraftmaschinen. Sie betrifft eine Laufschaufel einer Axialturbine eines Abgasturboladers.The invention relates to the field of exhaust gas turbochargers for increasing the performance of heavy fuel-powered internal combustion engines. It relates to a blade of an axial turbine of an exhaust gas turbocharger.

Stand der TechnikState of the art

Die Verwendung von Abgasturboladern zur Leistungssteigerung von Brennkraftmaschinen ist heute weit verbreitet. Dabei wird die Abgasturbine des Turboladers von den Abgasen der Brennkraftmaschine angetrieben und deren Energie zum Ansaugen und Verdichten von Luft für die Brennkraftmaschine verwendet. In Abhängigkeit von der konkreten Betriebssituation und insbesondere der Zusammensetzung der zum Antrieb der Brennkraftmaschine verwendeten Brennstoffe, kommt es in der Abgasturbine früher oder später zu einer Verschmutzung des Düsenrings und der Laufschaufeln. Im Schwerölbetrieb bildet sich an den betroffenen Bauteilen mitunter eine harte Schmutzschicht aus. Solche Schmutzablagerungen führen zu einem schlechteren Turbinenwirkungsgrad und demzufolge zur Verringerung der Leistung der Brennkraftmaschine. Ausserdem kommt es im Brennraum zu einer Erhöhung der Abgastemperaturen sowie der Drücke, wodurch die Brennkraftmaschine und insbesondere deren Ventile geschädigt oder gar zerstört werden können.The use of exhaust gas turbochargers to increase the performance of internal combustion engines is now widespread. In this case, the exhaust gas turbine of the turbocharger is driven by the exhaust gases of the internal combustion engine and their energy used for sucking and compressing air for the internal combustion engine. Depending on the specific operating situation and in particular the composition of the fuels used to drive the internal combustion engine, the exhaust gas turbine will sooner or later foul the nozzle ring and the rotor blades. In heavy oil operation, a hard dirt layer sometimes forms on the affected components. Such dirt deposits lead to a poorer turbine efficiency and consequently to a reduction in the performance of the internal combustion engine. In addition, there is an increase in the exhaust gas temperatures and the pressures in the combustion chamber, whereby the internal combustion engine and in particular their valves can be damaged or even destroyed.

Es ist etwa aus EP 0 781 897 bekannt, zur Reinigung der Abgasturbine eine Reinigungsflüssigkeit in den Strömungskanal einzubringen. Die kalte Reinigungsflüssigkeit wird dabei in der Regel vor dem Düsenring und vor den Turbinenlaufschaufeln in den Strömungskanal eingegeben. Der Schmutz löst sich von dem Düsenring und den Laufschaufeln und wird zum grössten Teil über die Auspuffanlage ins Freie befördert. Ein Teil des während des Betriebes anfallenden Schmutzes sowie ein Teil des sich beim Reinigen vom Düsenring und den Laufschaufeln lösenden Schmutzes wird durch die rotierenden Laufschaufeln radial nach Aussen auf den Diffusor geschleudert. Dieser wird somit sowohl während dem Betrieb als auch beim Reinigen verunreinigt. Der aus strömungstechnischen Gründen klein gehaltene Abstand zwischen den Spitzen der Laufschaufeln und dem Diffusor kann durch die Verunreinigungen bis auf null reduziert werden, so dass die Laufschaufeln im Betrieb durch den Schmutz auf dem Diffusor gebremst werden können. Dies führt zu Reibungsverlusten, zusätzlicher Wärmeerzeugung und zu Beschädigung oder sogar Zerstörung der Laufschaufeln.It's about out EP 0 781 897 known to introduce a cleaning liquid into the flow channel for cleaning the exhaust gas turbine. The cold cleaning fluid is usually entered before the nozzle ring and in front of the turbine blades in the flow channel. The dirt dissolves from the nozzle ring and the blades and is transported for the most part via the exhaust system to the outside. Part of the dirt accumulated during operation as well as part of the cleaning of the nozzle ring and the Blades of loosening debris are thrown radially outward onto the diffuser by the rotating blades. This is thus contaminated both during operation and during cleaning. The distance between the tips of the blades and the diffuser, kept small for fluidic reasons, can be reduced to zero by the contaminants so that the blades can be braked by the dirt on the diffuser during operation. This leads to friction losses, additional heat generation and damage or even destruction of the blades.

Kurze Darstellung der ErfindungBrief description of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Laufschaufel einer Axialturbine eines Abgasturboladers dahingehend zu verbessern, dass das radiale Ausschleudern von Schmutz im Betrieb verhindert werden kann.The object of the invention is to improve a blade of an axial turbine of an exhaust gas turbocharger to the extent that the radial ejection of dirt during operation can be prevented.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Laufschaufel im Bereich der Schaufelspitze mit einem Schutzblech zum Auffangen des Schmutzes versehen wird. Der auf den Schaufelflächen angesammelte und radial nach aussen geschleuderte Schmutz wird damit zurückgehalten und eine Verunreinigung des Diffusors wird verhindert.According to the invention, the object is achieved in that the blade is provided in the region of the blade tip with a protective plate for collecting the dirt. The accumulated on the blade surfaces and radially thrown outwards dirt is thus retained and contamination of the diffuser is prevented.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Further advantages emerge from the dependent claims.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend werden anhand von Figuren verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemässen Laufschaufel detailliert beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1
eine erfindungsgemässe Laufschaufel mit einem Schutzblech zum Auffangen von Schmutz,
Fig. 2
eine Aufsicht in radialer Richtung auf eine Anordnung mit mehreren erfindungsgemässen Laufschaufeln im montierten Zustand in einem Schaufelträger,
Fig. 3
eine schematische Ansicht in axialer Richtung der Laufschaufel nach Fig. 1, mit einem die Laufschaufel überragenden Schutzblech,
Fig. 4
einen Schnitt durch eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemässen Laufschaufel nach Fig. 3, wobei der Schnitt durch das Schutzblech im Bereich der Laufschaufel geführt ist,
Fig. 5
einen Schnitt durch die Ausführungsform der Laufschaufel nach Fig. 3, wobei der Schnitt durch das Schutzblech in dem die Laufschaufel überragenden Bereich geführt ist,
Fig. 6
einen Schnitt durch eine weitere, beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemässen Laufschaufel,
Fig. 7
eine schematische Schnittdarstellung des Strömungskanals einer Turbine, mit einer erfindungsgemässen Laufschaufel nach Fig. 1,
Fig. 8
eine Ansicht in axialer Richtung auf eine weitere, beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemässen Laufschaufel, und
Fig. 9
einen Schnitt durch die Ausführungsform der Laufschaufel nach Fig. 8.
Various embodiments of the blade according to the invention will be described in detail below with reference to figures. It shows
Fig. 1
a rotor blade according to the invention with a mudguard for catching dirt,
Fig. 2
a view in the radial direction of an arrangement with a plurality of inventive blades in the mounted state in a blade carrier,
Fig. 3
1 is a schematic view in the axial direction of the blade according to FIG. 1, with a protective sheet projecting beyond the blade;
Fig. 4
3 shows a section through an exemplary embodiment of the rotor blade according to the invention, wherein the section through the protective plate is guided in the area of the rotor blade,
Fig. 5
3 shows a section through the embodiment of the moving blade, wherein the section through the protective plate is guided in the area projecting beyond the blade,
Fig. 6
a section through a further exemplary embodiment of the inventive blade,
Fig. 7
1 is a schematic sectional view of the flow channel of a turbine, with a rotor blade according to the invention according to FIG. 1,
Fig. 8
a view in the axial direction of a further exemplary embodiment of the inventive blade, and
Fig. 9
a section through the embodiment of the blade of FIG. 8.

Weg zur Ausführung der ErfindungWay to carry out the invention

Fig. 1 zeigt eine einzelne Laufschaufel einer Abgasturbine mit axialer Durchströmung. Die Laufschaufeln sind mit dem Schaufelträger 3 verbunden und rotieren um die Achse der Turbine. Die Laufschaufeln umfassen einen Schaufelfuss 12, in dem Bereich, in welchem die Laufschaufel mit dem Schaufelträger verbunden ist. In der Regel werden die Laufschaufeln mit speziell ausgebildeten Füssen in Nuten im Schaufelträger eingeschoben und mittels einem Befestigungsmittel im Schaufelträger festgehalten. Schaufelträger und Laufschaufeln bilden das Turbinenrad und können auch einstückig gefertigt sein. Weiter umfassen die Laufschaufeln Schaufelflächen 10, welche der Strömung des heissen Abgases ausgesetzt sind. Die Strömung wirkt auf die Schaufelflächen und treibt so das Turbinenrad an. Am radial äusseren Ende der Laufschaufein, im Bereich der Laufschaufelspitzen 11 ist erfindungsgemäss ein Schutzblech 2 angeordnet. Das Schutzblech dient dazu, den in der Strömung mitgeführten Schmutz aufzufangen, insbesondere ölige Rückstände, welche in den Brennkammern der Brennkraftmaschine nicht vollständig verbrannt worden sind. Das Schutzblech ist derart am radial äusseren Rand der Laufschaufeln angeordnet, dass die Schmutzteilchen aufgefangen werden können, welche aufgrund der schnelldrehenden Schaufeln radial nach aussen befördert werden. Bei den Schmutzteilchen handelt es sich einerseits um solche, welche sich auf den Schaufelflächen 10 angesammelt haben, sowie andererseits um solche, die durch die stark rotierende Strömung direkt radial nach aussen geschleudert werden.Fig. 1 shows a single blade of an exhaust gas turbine with axial flow. The blades are connected to the blade carrier 3 and rotate about the axis of the turbine. The blades include a blade root 12 in the region where the blade is connected to the blade carrier. In general, the blades are inserted with specially trained feet in grooves in the blade carrier and held by a fastener in the blade carrier. Blade carrier and blades form the turbine wheel and can also be made in one piece. Further, the blades include blade surfaces 10 which are exposed to the flow of hot exhaust gas. The flow acts on the blade surfaces and thus drives the turbine wheel. At the radially outer end of the rotor blade, in the region of the rotor blade tips 11, a protective plate 2 is arranged according to the invention. The fender serves to catch the entrained in the flow dirt, especially oily residues which have not been completely burned in the combustion chambers of the internal combustion engine. The fender is disposed on the radially outer edge of the blades so that the debris can be collected, which are due to the fast-rotating blades transported radially outward. The dirt particles are involved on the one hand to those that have accumulated on the blade surfaces 10, and on the other hand to those that are thrown directly radially outward by the strong rotating flow.

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht in radialer Richtung auf eine Anordnung mit mehreren, im Schaufelträger 3 montierten Laufschaufeln. Dabei ist die Abgasströmung mit den beiden dicken Pfeilen angedeutet. Die vom Schaufelfuss 12 bis zur Schaufelspitze 11 verdrehten Laufschaufeln sind bezüglich der Strömung schräg angeordnet und bilden in axialer Richtung eine Art Tasche in welcher sich die Schmutzpartikel ansammeln können. Diese Tasche ist nach radial aussen durch das Schutzblech abgeschlossen, so dass der in der Tasche angesammelte Schmutz nicht aus dem Bereich des rotierenden Turbinenrades geschleudert werden kann. Das Schutzblech hat einen Grundriss mit vier Seiten, wobei jeweils zwei gegenüberliegende Seiten parallel zueinander verlaufen. Das eine Seitenpaar verläuft dabei senkrecht zur Rotationsachse des Turbinenrades. Die Schutzbleche der nebeneinander angeordneten Laufschaufeln greifen mit schräg zur Achsrichtung verlaufenden Seiten ineinander, so dass sich am radial äusseren Rand der Laufschaufeln ein umlaufender Kranz aus Schutzblechen bildet, welcher neben der Funktion des Schmutzauffangens auch noch stabilisierend auf die Laufschaufeln wirken kann.2 shows a plan view in the radial direction of an arrangement with a plurality of blades mounted in the blade carrier 3. The exhaust gas flow is indicated by the two thick arrows. The blades rotated from the blade root 12 to the blade tip 11 are arranged obliquely with respect to the flow and form a kind of pocket in the axial direction in which the dirt particles can accumulate. This bag is closed radially outward by the fender, so that the accumulated in the bag dirt can not be thrown from the range of the rotating turbine wheel. The fender has a floor plan with four sides, with two opposite sides parallel to each other. The one side pair runs perpendicular to the axis of rotation of the turbine wheel. The mudguards of juxtaposed blades engage with each other at an angle to the axial direction sides, so that forms a circumferential ring of mudguards on the radially outer edge of the blades, which can also act as a stabilizing effect on the blades in addition to the function of dirt collection.

Fig. 3 dient der Veranschaulichung einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemässen Laufschaufel. Das Schutzblech 2 überragt in Umfangsrichtung die Schaufelspitze 11. Um möglichst wenig Gewicht im schnell rotierenden äussersten Randbereich des Gesamtsystems des Turbinenrades zu haben, werden die Schutzbleche im weniger belasteten Bereich der Schaufelspitze mit einem verjüngten Querschnitt ausgebildet. In dem die Schaufelspitze überragenden Bereich ist das Schutzblech aus Festigkeitsgründen im Querschnitt hingegen dicker. Aus strömungstechnischen Gründen kann das Schutzblech mit zwei oder mehreren, äusseren Vorsprüngen versehen werden, so dass sich, im Fall von zwei Vorsprüngen, ein U-förmiger Querschnitt ergibt. Die beschriebene, unterschiedliche Dicke des Schutzbleches bezieht sich in einem solchen Fall auf das Querblech 22, welches die beiden die erwähnten Vorsprünge bildenden Schenkel 21 miteinander verbindet. Das Querblech 22 ist, wie in den Figuren 4 und 5 dargestellt, im Bereich der Schaufelspitze dicker ausgebildet als in dem die Schaufelspitze überragenden Bereich.Fig. 3 serves to illustrate an advantageous embodiment of the inventive blade. The fender 2 projects beyond the blade tip 11 in the circumferential direction. In order to have as little weight as possible in the rapidly rotating outermost edge region of the overall system of the turbine wheel, the fenders are formed in the less loaded region of the blade tip with a tapered cross section. In the area projecting beyond the blade tip, however, the protective plate is thicker in cross section for reasons of strength. For aerodynamic reasons, the fender can be provided with two or more, outer projections, so that, in the case of two projections, a U-shaped cross-section results. The described, different thickness of the mudguard in such a case refers to the cross plate 22, which connects the two legs 21 forming said projections together. The cross plate 22 is, as shown in Figures 4 and 5, formed thicker in the region of the blade tip than in the blade tip projecting region.

Fig. 6 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemässen Laufschaufel, in der dargestellten Variante auf dem Schutzblech gemäss Fig. 4 und 5 aufbauend. Die radial innenliegende, der Schaufelspitze 11 zugewandte Seite des Schutzblechs ist dabei leicht gewölbt. Um die Schaufelspitze bildet sich also eine Wölbung 23, in welcher die radial nach aussen wegdriftenden Schmutzpartikel aufgefangen und bis zur nächsten Turbinenreinigung aufbewahrt werden können. Die Wölbung verhindert, dass sich die Schmutzpartikel aufgrund der hohen Zentrifugalkräfte nach radial aussen wegbewegen.Fig. 6 shows a further advantageous embodiment of the inventive blade, in the illustrated variant on the fender according to FIGS. 4 and 5 building. The radially inner, the blade tip 11 facing side of the mudguard is slightly curved. Thus, a vault 23 forms around the blade tip, in which the dirt particles drifting radially outward can be collected and stored until the next turbine cleaning. The curvature prevents the dirt particles move radially outward due to the high centrifugal forces.

Fig. 8 und 9 dienen der Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Laufschaufel. Fig. 9 zeigt eine Ansicht in Pfeilrichtung auf einen entlang IX-IX geführten Schnitt durch die Laufschaufel. In dieser Ausführungsform ist im Bereich der Schaufelspitze das Schutzblech auf einer Seite etwas kürzer, so dass die Schaufelspitze 11 das Schutzblech in Umfangsrichtung überragt. Werden die Laufschaufeln nebeneinander im Schaufelträger montiert, wird die Schaufelspitze einer ersten Laufschaufel durch das Schutzblech einer benachbarten zweiten Laufschaufel abgedeckt. Um die Montage zweier benachbarten Laufschaufeln zu ermöglichen, wird im Bereich der überragenden Schaufelspitze die Laufschaufelhöhe etwas gekürzt (Δh), indem die das Schutzblech überragende Ecke der Schaufelspitze entfernt wird. Es entsteht eine nach innen gezogene Ecke. Dadurch kann das die Schaufelspitze auf der anderen Seite überragende Schutzblech einer zweiten Laufschaufel über die Schaufelspitze einer ersten Laufschaufel geschoben werden.8 and 9 serve to illustrate a further embodiment of the inventive blade. 9 shows a view in the direction of the arrow on a section through the blade guided along IX-IX. In this embodiment, in the region of the blade tip, the protective plate is slightly shorter on one side, so that the blade tip 11 projects beyond the protective plate in the circumferential direction. When the blades are mounted side by side in the blade carrier, the blade tip of a first blade is covered by the guard of an adjacent second blade. In order to allow the assembly of two adjacent blades, the blade height is slightly shortened (Δh) in the region of the protruding blade tip, by removing the corner of the blade tip which projects beyond the protective blade. The result is an inwardly drawn corner. As a result, the protective blade of a second blade projecting beyond the blade tip on the other side can be pushed over the blade tip of a first blade.

Fig. 7 zeigt schematisch einen Schnitt durch den Strömungskanal einer Abgasturbine, mit einer erfindungsgemässen Laufschaufel 1. Die Laufschaufel ist stromabwärts der Leitschaufel 4 eines Düsenrings angeordnet. Radial ausserhalb der Laufschaufel ist ein stromabwärts ausgerichteter Diffusor 5 angeordnet, und zwar aus strömungstechnischen Gründen mit geringem radialem Abstand von den Laufschaufelspitzen 11. Um zu verhindern, dass Schmutzpartikel aus dem Bereich der Laufschaufel 1 radial nach aussen gelangen und es in dem dünnen Spalt zwischen der Laufschaufelspitze und dem Diffusor zu Ablagerungen kommt, ist erfindungsgemäss das Schutzblech 2 vorgesehen. In der dargestellten Variante ist das Schutzblech derart ausgestaltet, dass zwei Vorsprünge den radialen Abstand zu dem feststehenden Diffusor auf ein Minimum reduzieren. Dadurch kann der Wirkungsgrad der Turbine verbessert werden, da es im Bereich der Schaufelspitze zu keiner oder höchstens zu geringer Verlustströmung im radial äussersten Bereich kommt. Das Schutzblech ist derart in Strömungsrichtung hinter sowie in Radialer Richtung ausserhalb einer umlaufenden Kante der äusseren Düsenringwand angeordnet, dass der Strömungskanal im Bereich der Laufschaufeln der Turbine radial aussen durch das Schutzblech begrenzt ist. Die Strömung wird dadurch durch das Schutzblech nicht beeinträchtigt.7 schematically shows a section through the flow channel of an exhaust gas turbine, with a rotor blade 1 according to the invention. The rotor blade is arranged downstream of the guide blade 4 of a nozzle ring. Radially outside the blade, a downstream-oriented diffuser 5 is arranged, and for technical reasons fluid with a small radial distance from the blade tips 11. To prevent dirt particles from the region of the blade 1 radially outwardly and enter it in the thin gap between the Blade tip and the diffuser comes to deposits, according to the invention, the fender 2 is provided. In the illustrated variant, the protective plate is designed such that two projections reduce the radial distance to the fixed diffuser to a minimum. As a result, the efficiency of the turbine can be improved because there is no or at most in the region of the blade tip low leakage flow comes in the radially outermost region. The protective plate is arranged in the flow direction behind and in the radial direction outside a circumferential edge of the outer nozzle ring wall such that the flow channel in the region of the rotor blades is bounded radially outwardly by the protective plate. The flow is not affected by the fender.

Vorteilhafterweise weist der Diffusor 5 einen minimalen Innenradius auf, welcher grösser ist als der maximale Aussenradius des Turbinenrades inklusive der darauf montierten Laufschaufeln. Dadurch lässt sich das Turbinenrad einfach von der Gasaustrittsseite her montieren und demontieren, ohne dass der Diffusor entfernt werden müsste. Die dadurch entstehende Stufe im Strömungskanal unmittelbar stromab der Laufschaufel bleibt ohne Einfluss auf den Wirkungsgrad der Turbine. Hingegen unterstützt diese Stufe die Entfernung des auf der radial innenliegenden Seite des Schutzblechs aufgestauten Schmutzes beim Reinigen des Turbinenrades durch Einspritzen einer Reinigungsflüssigkeit stromauf des Düsenrings. Die Strömung über die Austrittskante des Schutzblechs im Bereich dieser Stufe bewirkt, dass der durch die Flüssigkeit gelöste Schmutz einfach weggeführt wird.Advantageously, the diffuser 5 has a minimum inner radius, which is greater than the maximum outer radius of the turbine wheel including the blades mounted thereon. As a result, the turbine wheel can be easily assembled and disassembled from the gas outlet side without having to remove the diffuser. The resulting step in the flow channel immediately downstream of the blade has no effect on the efficiency of the turbine. On the other hand, this step assists in the removal of the dirt accumulated on the radially inner side of the mudguard during cleaning of the turbine wheel by injecting a cleaning liquid upstream of the nozzle ring. The flow over the trailing edge of the mudguard in the area of this stage causes the dirt dissolved by the liquid to be carried away easily.

Anstelle des Diffusors 5 kann im Bereich radial ausserhalb der Laufschaufeln des Turbinenrades auch ein separates, austauschbares Gehäuseteil angeordnet sein, welches etwa im Vergleich zum Diffusor eine verstärkte Wanddicke aufweist, um Berstschutzfunktionen zu übernehmen.Instead of the diffuser 5, a separate, exchangeable housing part can also be arranged in the area radially outside the rotor blades of the turbine wheel, which has an increased wall thickness in comparison to the diffuser in order to take over burst protection functions.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Laufschaufel der TurbineBlade of the turbine
1010
LaufschaufelflächeBlade surface
1111
LaufschaufelspitzeBlade tip
1212
Laufschaufelfuss, BefestigungsbereichRotor foot, mounting area
22
Schutzblechmudguard
2121
Schenkelleg
2222
Querblechbulkhead
2323
Schmutzfang, WölbungDust catch, bulge
33
Schaufelträger des TurbinenradesBlade carrier of the turbine wheel
44
Düsenringnozzle ring
55
Diffusor der TurbineDiffuser of the turbine

Claims (13)

Laufschaufel (1) eines Turbinenrades einer Axialturbine, mit einer Schaufelfläche (10) und einer Schaufelspitze (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschaufel im Bereich der Schaufelspitze ein Schutzblech (2) zum Auffangen von sich auf der Schaufelfläche (10) ansammelndem und radial nach aussen geschleudertem Schmutz aufweist.Blade (1) of a turbine wheel of an axial turbine, with a blade surface (10) and a blade tip (11), characterized in that the blade in the region of the blade tip an apron (2) for collecting itself on the blade surface (10) accumulating and radially has outwardly thrown dirt. Laufschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzblech (2) eine Grundfläche mit vier, jeweils paarweise parallel zueinander verlaufenden Seiten aufweist.Blade according to claim 1, characterized in that the protective plate (2) has a base with four, in pairs mutually parallel sides. Laufschaufel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei der Seiten der Grundfläche des Schutzbleches senkrecht zur Rotationsachse (A) des Turbinenrades verlaufen.Blade according to claim 2, characterized in that two of the sides of the base of the protective plate are perpendicular to the axis of rotation (A) of the turbine wheel. Laufschaufel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelspitze (11) in axialer Richtung vollständig zwischen den beiden senkrecht zur Rotationsachse (A) verlaufenden Seiten der Grundfläche des Schutzbleches (2) liegt.Blade according to claim 3, characterized in that the blade tip (11) in the axial direction completely between the two perpendicular to the axis of rotation (A) extending sides of the base of the guard plate (2). Laufschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Kante der Schaufelspitze (11) das Schutzblech (2) in Umfangsrichtung überragt, und dass die Laufschaufel in dem das Schutzblech überragenden Bereich eine geringere Höhe aufweist als in dem durch das Schutzblech radial nach aussen abgedeckten Bereich.Blade according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one edge of the blade tip (11) projects beyond the protective plate (2) in the circumferential direction, and that the blade in the region projecting beyond the protective plate has a lower height than in that by the protective plate radially outwardly covered area. Laufschaufel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelhöhe im Übergang vom durch das Schutzblech radial nach aussen abgedeckten Bereich zu dem das Schutzblech überragenden Bereich sprunghaft abnimmt.Blade according to claim 5, characterized in that the blade height decreases abruptly in the transition from the apron radially outwardly covered area to the protective plate projecting area. Laufschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzblech (2) die Schaufelspitze (11) nach radial aussen vollständig abdeckt.Blade according to claim 1, characterized in that the protective plate (2) completely covers the blade tip (11) radially outwards. Laufschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzblech (2) die Schaufelspitze (11) in Umfangsrichtung zumindest teilweise überragt.Blade according to one of claims 1 to 7, characterized in that the protective plate (2) at least partially projects beyond the blade tip (11) in the circumferential direction. Laufschaufel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzblech (2) im Bereich der Schaufelspitze (11) einen geringeren Querschnitt aufweist, als in dem die Schaufelspitze überragenden Bereich.Blade according to claim 8, characterized in that the protective plate (2) in the region of the blade tip (11) has a smaller cross-section than in the blade tip projecting region. Laufschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die der Schaufelspitze zugewandte Seite des Schutzblechs gewölbt ist, so dass im Bereich der Schaufelspitze eine Wölbung (23) zum Auffangen des sich auf der Schaufelfläche ansammelnden Schmutzes ausgebildet ist.Blade according to one of claims 1 to 9, characterized in that the blade tip facing side of the mudguard is curved, so that in the region of the blade tip a curvature (23) is formed for collecting the accumulating on the blade surface dirt. Laufschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzblech (2) zumindest teilweise einen U-förmigen Querschnitt mit einem Querblech (22) und zwei Schenkeln (21) aufweist.Blade according to one of claims 1 to 10, characterized in that the protective plate (2) at least partially has a U-shaped cross section with a transverse plate (22) and two legs (21). Axialturbine eines Abgasturboladers, umfassend ein Turbinenrad (3) mit mehreren Laufschaufeln (1), einen Diffusor (5), welcher radial nach aussen an die Laufschaufeln (1) angrenzend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialturbine Mittel (2) zum Verhindern des Beschmutzens des Diffusors durch sich auf den Laufschaufeln ansammelnden Schmutz aufweist.Axial turbine of an exhaust gas turbocharger, comprising a turbine wheel (3) with a plurality of blades (1), a diffuser (5) disposed radially outwardly adjacent to the blades (1), characterized in that the axial turbine comprises means (2) for preventing the Soiling the diffuser by accumulating on the blades dirt. Axialturbine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschaufeln (1) der Axialturbine im Bereich ihrer Schaufelspitzen ein Schutzblech (2) zum Auffangen von sich auf der Schaufelfläche ansammelndem Schmutz aufweisen.Axial turbine according to claim 12, characterized in that the rotor blades (1) of the axial turbine in the region of their blade tips have an apron (2) for collecting accumulating on the blade surface dirt.
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