DE1116941B - Hot gas turbocharger - Google Patents
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Description
Heißgasturbolader Die Erfindung betrifft einen Heißgasturbolader, bei dem die als Radialräder ausgebildeten Laufräder des Gebläses und der Turbine beiderseits eines luftgekühlten, geschlossen ausgebildeten Lagerkörpers auf einer waagerechten Welle fliegend angeordnet sind und auf den dem Lagerkörper abgewendeten Seiten axial Luft ansaugen bzw. Heißgas auslassen, wobei der Lagerkörper nur an dem Gebläsegehäuse befestigt ist, während Gebläse- und Turbinengehäuse durch einen den Lagerkörper mit Abstand umgebenden Mantel verbunden sind. Derartige Maschinen, die vorzugsweise als Gasturbinen oder als Abgasturbolader verwendet werden, sind aus dem Bedürfnis entstanden, bei verhältnismäßig kleinen Abmessungen hohe Leistungen zu erzielen. Besonders bei Abgasturboladern ist der enge Zusammenbau erforderlich; da diese Maschinen zur guten Ausnutzung der Energie möglichst nahe an einer Brennkraftmaschine angebracht werden müssen.Hot gas turbocharger The invention relates to a hot gas turbocharger, in which the impellers of the fan and the turbine, which are designed as radial wheels on both sides of an air-cooled, closed bearing body on one horizontal shaft are cantilevered and facing away from the bearing body Sides axially suck in air or let out hot gas, with the bearing body only on the fan housing is attached, while the fan and turbine housing by a the bearing body are connected at a distance surrounding the jacket. Such machines, which are preferably used as gas turbines or as exhaust gas turbochargers arose from the need for high performance with relatively small dimensions to achieve. Close assembly is particularly necessary in the case of exhaust gas turbochargers; because these machines are as close as possible to an internal combustion engine in order to make good use of the energy must be attached.
Zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades ist man bestrebt, die Temperatur an der Turbine möglichst hoch zu legen. Bei dem engen Zusammenbau der verschiedenen Maschinenteile, wie Turbine, Gebläse und dem dazwischenliegenden Lagerkörper, sind dann aber besondere Maßnahmen zum Schutz der Lagerung gegen die hohe Temperatur erforderlich.In order to improve the thermal efficiency, efforts are made to to set the temperature at the turbine as high as possible. With the tight assembly of the various machine parts, such as the turbine, blower and the one in between Bearing bodies, but are then special measures to protect the storage against the high temperature required.
Es ist bekannt, den Lagerkörper mit einem Kühlmantel zu umgeben, durch den zwangsweise ein Kühlmittel hindurchgeführt wird. Als Kühlmittel können Wasser oder Luft benutzt werden, wobei die Kühlluft entweder dem Gebläse entnommen wird, wodurch sich dessen Wirkungsgrad verschlechtert, oder durch zusätzliche, von der Turbine angetriebene Fördermittel getrieben wird, wodurch sich die nutzbare Leistung der Turbine verringert, oder schließlich dem Fahrwind eines Fahrzeuges entstammt, wodurch die tatsächliche Leistung der das Fahrzeug treibenden Maschine herabgeht.It is known to surround the bearing body with a cooling jacket which a coolant is forced through. Water can be used as a coolant or air can be used, whereby the cooling air is either taken from the fan, whereby its efficiency deteriorates, or by additional, of the Turbine driven conveyor is driven, thereby increasing the usable power the turbine is reduced, or finally comes from the driving wind of a vehicle, thereby reducing the actual performance of the machine driving the vehicle.
Ein Heißgasturbolader der oben angegebenen Bauart ist nun gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Mantel etwa die Baulänge des Lagerkörpers hat und daß der Mantel mit Öffnungen versehen ist, die eine freie Strömung der Umgebungsluft durch den Mantelraum zulassen, welche Wärme aus dem Lagerkörper allein durch Konvektion abführt.A hot gas turbocharger of the type specified above is now according to FIG Invention characterized in that in a manner known per se, the jacket is about has the overall length of the bearing body and that the jacket is provided with openings, which allow a free flow of ambient air through the shell space, which Dissipates heat from the bearing body solely by convection.
Bei diesem Heißgasturbolader liegen die Laufräder beiderseits des Lagerkörpers, und die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, bei dieser an sich gedrängten Bauart ohne Verbrauch zusätzlicher Energie eine gute und sogar belastungsabhängige Kühlung zu schaffen. Die einseitige Befestigung des Lagerkörpers an dem Gebläsegehäuse verhindert ein Einströmen merklicher Wärme auf dem Wege über den Anschluß des Lagerkörpers. Da weiterhin die Verbindung zwischen dem Gebläsegehäuse und dem Turbinengehäuse nicht über den Lagerkörper, sondern über einen diesen Körper mit Abstand umgebenden, an sich bekannten Mantel erfolgt, kann die durch die mechanischen Verbindungen vom Turbinengehäuse abfließende Wärme nur bis zum Gebiäsegehäuse gelangen, von wo sie abgeführt wird.In this hot gas turbocharger, the impellers are on both sides of the Bearing body, and the invention is concerned with the task at this per se compact design without the consumption of additional energy a good and even load-dependent To create cooling. The one-sided attachment of the bearing body to the fan housing prevents noticeable heat from flowing in on the way over the connection of the bearing body. There continues to be the connection between the fan housing and the turbine housing not over the bearing body, but over a body surrounding this body at a distance, known coat takes place, the by the mechanical connections from Heat dissipating from the turbine housing can only reach the fan housing, from where it is is discharged.
Damit ist also zunächst durch an sich bekannte Mittel die Wärmezufuhr in Richtung auf den Lagerkörper herabgesetzt.Thus, first of all, the heat is supplied by means known per se reduced in the direction of the bearing body.
Weiterhin werden Turbinen und Gebläse benutzt, die in bekannter Weise radial arbeiten. Auf diese Weise erreicht man einen verhältnismäßig großen freien Abstand zwischen den inneren Begrenzungswänden des Turbinen- und Gebläsegehäuses, was weniger wegen einer Herabsetzung der Wärmestrahlung als vielmehr wegen einer möglichst freien und ungehinderten Luftzirkulation zweckmäßig ist. Bei Axialturbinen bzw. -gebläsen muß immer der Raum auf beiden Seiten der Beschaufelung zur Zuführung bzw. Abführung der Gase benutzt werden, wodurch zwangläufig der freie Abstand zwischen den beiden Gehäusen erheblich herabgesetzt wird.Furthermore, turbines and fans are used in a known manner work radially. In this way you get a relatively large free Distance between the inner boundary walls of the turbine and fan housing, which is less because of a reduction in thermal radiation than because of a as free and unimpeded air circulation as possible is appropriate. With axial turbines There must always be space on both sides of the blading for feed or discharge of the gases are used, whereby inevitably the free space between the two housings is significantly reduced.
Ferner erhalten der Mantel und der Lagerkörper in an sich bekannter Weise etwa dieselbe Länge. Auch diese Maßnahme dient der Ermöglichung einer freien Luftzirkulation.Furthermore, the jacket and the bearing body are given in a manner known per se Way about the same length. This measure also serves to enable a free Air circulation.
Diese Luftzirkulation durchsetzt im Mantel vorgesehene Öffnungen und ist eine freie Strömung der Umgebungsluft durch den Mantel, welche Wärme aus dem Lagerkörper allein durch Konvektion abführt, d. h., er bedient sich möglichst vollständig und ausschließlich derjenigen Energien, die bis zum Lagerkörper gelangt sind und dort Störungen hervorrufen können. Er bedient sich also der zu vernichtenden Energien und nicht etwa der Energien, die an sich im Gebläse nutzbar verwertet werden sollen. Auf diese Weise wird ein Kühlluftstrom erzeugt, ohne daß dem Lader oder einer Kraftmaschine Leistung entzogen wird, so daß der Wirkungsgrad der Gesamtanlage gegenüber den bekannten Anlagen verbessert wird.This air circulation penetrates openings and provided in the jacket is a free flow of ambient air through the jacket, which heat the end discharges the bearing body solely by convection, d. i.e., he uses himself as much as possible completely and exclusively those energies that reach the bearing body and can cause disturbances there. So he makes use of those to be destroyed Energies and not the energies that can be used in the blower should. In this way, a flow of cooling air is generated without the charger or an engine power is withdrawn, so that the efficiency of the overall system compared to the known systems is improved.
Zusätzlich ist die Kühlung in besonderer Weise den Bedürfnissen angepaßt. Läuft die Maschine bei niedriger Außentemperatur an, so sollen sich das Lager und das Lageröl zunächst erwärmen. Die übliche Zwangskühlung verhindert dies, wogegen die erfindungsgemäße Konvektionskühlung erst einsetzt, wenn die Lager sich ausreichend erwärmt haben. Andererseits hört die Wirkung einer Zwangskühlung sofort auf, wenn die Maschine nach Vollast stillgesetzt wird, so daß dann die Wärme des Turbinengehäuses über die Welle oder über andere Verbindungswege zum Lagerkörper hinüberkriechen und diesen unzulässig aufheizen wird. Die erfindungsgemäße Konvektionskühlung wirkt aber auch nach Stillegung der Maschine weiter, so daß die Lager zuverlässig geschützt werden.In addition, the cooling is adapted to the needs in a special way. If the machine starts up when the outside temperature is low, the bearings and First heat the bearing oil. The usual forced cooling prevents this, whereas the convection cooling according to the invention only starts when the bearings are sufficient have warmed. On the other hand, the effect of forced cooling stops immediately when the machine is shut down after full load, so that then the heat of the turbine housing Crawl over the shaft or other connecting paths to the bearing body and will heat it up inadmissibly. The convection cooling according to the invention works but also after the machine has been shut down, so that the bearings are reliably protected will.
Weiterhin ist zu beachten, daß die Erfindung nur eine besondere Bauart der an sich vorhandenen Verbindung zwischen Turbinengehäuse und Gebläsegehäuse erfordert. Sie bedingt also kein zusätzliches Gewicht, sondern setzt das Gesamtgewicht der Maschine durch den Fortfall zusätzlicher Kühlräume, Kühlmäntel, Kühlmittelantriebsmittel sowie durch die Ermöglichung einer besonders gedrängten Bauart herab. Diese gedrängte Bauart ist besonders bei Lastkraftwagenmotoren wichtig, da unter der Motorhaube nur wenig Raum ist und man den Lader dicht an den Motor rücken muß. Außerdem ermöglicht es der geringe Raumbedarf, den Lader an die richtige Stelle des Motors zu setzen, die funktionsmäßig durch die Führung der-Abgasleitungen und der Luftzutrittsleitungen bedingt ist.It should also be noted that the invention is only of a special type the existing connection between the turbine housing and the fan housing. So it does not require any additional weight, but sets the total weight of the Machine by eliminating additional cold rooms, cooling jackets, coolant drive means as well as by enabling a particularly compact design. This crowded Type of construction is particularly important in truck engines because it is under the bonnet there is little space and you have to move the loader close to the engine. Also enables it takes up little space to put the loader in the right place on the engine, functionally through the routing of the exhaust pipes and the air inlet pipes is conditional.
Die konstruktive Trennung des Turbinengehäuses vom Lagerkörper ermöglicht es, die z. B. für Nutzfahrzeuge vorgeschriebene Auspuffbremse, die üblicherweise vor der Turbine liegt, hinter diese zu verlegen. Der bei Betätigung der Auspuffbremse im Turbinengehäuse aufgestaute höhere Gasdruck kann sich bei der erfindungsgemäßen Bauart weder auf die Lager auswirken, noch Treibgase in das Gebläse drücken. Andererseits ergibt sich durch die Anordnung der Auspuffbremse hinter der Turbine eine günstigere Bremswirkung und infolge des durch das Turbinengehäuse vergrößerten Volumens eine Schonung der Ventile des Motors, da die rückläufigen Druckwellen bei geschlossener Auspuffklappe weniger steil reflektiert werden.The structural separation of the turbine housing from the bearing body is made possible it, the z. B. for commercial vehicles prescribed exhaust brake, usually in front of the turbine, behind it. The one when the exhaust brake is applied Higher gas pressure built up in the turbine housing can result in the inventive Design neither affect the bearings nor force propellant gases into the fan. on the other hand the arrangement of the exhaust brake behind the turbine results in a more favorable one Braking effect and due to the increased volume by the turbine housing Protection of the valves of the engine, since the falling pressure waves when the valve is closed The exhaust flap is reflected less steeply.
Durch die Verwendung eines turbinenseitigen Strahlungsschutzes kann der Wärmeübergang auf den Lagerkörper weiterhin herabgesetzt werden.By using a turbine-side radiation protection the heat transfer to the bearing body continues to be reduced.
Es ist vorteilhaft, wenn der Lagerkörper sich von der Gebläseseite in - Richtung auf das Turbinengehäuse kegelförmig verjüngt und Kühlrippen aufweist. Auch diese Maßnahmen verringern die Wärmeaufnahme und erhöhen die Kühlwirkung. Außerdem erhöhen sie die Steifheit der Anordnung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für den Gegenstand der Erfindung schematisch im axialen Schnitt dargestellt.It is advantageous if the bearing body is from the fan side in the direction of the turbine housing tapers conically and has cooling fins. These measures also reduce heat absorption and increase the cooling effect. aside from that they increase the rigidity of the assembly. In the drawing is an exemplary embodiment for the subject matter of the invention shown schematically in axial section.
Die- Welle 1 trägt links das fliegend angeordnete Turbinenlaufrad 2 und rechts das Gebläselaufrad 3. Beide Räder arbeiten radial. Die Welle ruht in den beiden Lagern 4 und 5, die im Lagerkörper 6 gehalten sind. Der Lagerkörper 6 ist nur mit dem Gebläsegehäuse 7 durch eine Flanschverbindung direkt verbunden. Das Turbinengehäuse 8 hat dagegen mit dem Lagerkörper 6 keine Verbindung, sondern ist mit dem Gebläsegehäuse 7 durch den Mantel 9 verbunden, der den Lagerkörper 6 frei umschließt. Dieser Mantel 9 hat unten und oben Öffnungen 10 für den Durchtritt der Umgebungsluft, so daß der Lagerkörper 6 durch Konvektionsströmung gekühlt wird. Durch diese Öffnungen 10 erhält der Mantel 9 etwa Laternenform.The shaft 1 carries the cantilevered turbine impeller 2 on the left and the fan impeller 3 on the right. Both wheels work radially. The shaft rests in the two bearings 4 and 5, which are held in the bearing body 6. The bearing body 6 is only directly connected to the fan housing 7 by a flange connection. The turbine housing 8, on the other hand, has no connection to the bearing body 6, but is connected to the fan housing 7 by the jacket 9 which freely encloses the bearing body 6. This jacket 9 has openings 10 below and above for the passage of the ambient air, so that the bearing body 6 is cooled by convection flow. Through these openings 10, the jacket 9 is given an approximately lantern shape.
Das Turbinengehäuse 8 ist an der Welle 1 durch eine Spitzendichtung 11 abgedichtet, wogegen das Gebläsegehäuse 7 durch eine entsprechende Dichtung 12 an der Welle 1 abgedichtet ist. Um auch den Übergang von Strahlungswärme vom Turbinengehäuse 8 auf den Lagerkörper 6 möglichst zu verhindern, ist ein Strahlenschutzblech 13 am Turbinengehäuse angebracht. Der Mantel 9, der das Turbinengehäuse mit dem Gebläsegehäuse verbindet, kann auch etwa ganz kreiszylindrisch oder kegelig ausgebildet sein und auf der ganzen Umfangsfläche mit entsprechenden, regelmäßig verteilten Luftdurchtrittsöffnungen versehen sein. Es können aber auch, um eine besonders intensive Umströmung des Lagerkörpers zu erreichen,_ an Stelle des kreiszylindrischen Mantels lediglich einzelne Stege die beiden Flansche am Turbinengehäuse und Gebläsegehäuse verbinden. Besonders zweckmäßig ist es in diem Falle, die Stege als Leitbleche zur Führung der den Lagerkörper umströmenden Kühlluft in der gewollten Richtung auszubilden.The turbine housing 8 is attached to the shaft 1 by a tip seal 11, while the fan housing 7 is sealed by a corresponding seal 12 is sealed on the shaft 1. To also the transfer of radiant heat from the turbine housing 8 to prevent the bearing body 6 as far as possible, a radiation protection plate 13 is attached to the turbine housing. The jacket 9, which connects the turbine housing to the fan housing connects, can also be designed and approximately completely circular cylindrical or conical on the entire circumferential surface with corresponding, regularly distributed air passage openings be provided. But it can also be a particularly intensive flow around the bearing body to achieve _ instead of the circular cylindrical jacket only individual webs connect the two flanges on the turbine housing and fan housing. Particularly useful it is in this case, the webs as baffles for guiding the flow around the bearing body Train cooling air in the desired direction.
Zur Unterstützung der Wirkung der Kühlluft wird vorteilhaft der Lagerkörper 6 mit Kühlrippen 14 versehen, wie sie in der Abbildung als Ergänzung strichpunktiert dargestellt sind.The bearing body is advantageous to support the effect of the cooling air 6 provided with cooling fins 14, as shown in the figure as a supplement in dash-dotted lines are shown.
Durch die Erfindung wird somit erreicht, daß der Wärmeübergang von dem heißen Turbinengehäuse an den Lagerkörper und damit an die Lagerung weitgehend unterbunden wird und gleichzeitig dieser Lagerkörper gekühlt wird. Da keine Verbindung zwischen dem Turbinengehäuse und dem Lagerkörper besteht, kann dort keine Wärme durch Leitung übertragen werden. Eine Wärmeübertragung durch Leitung kann vom Turbinen- nur an das Gebläsegehäuse erfolgen, und zwar an den Teil des Gebläsegehäuses, von dem aus die Wärme an die verdichtete Luft übergeht, so daß diese Wärmeenergie nicht verloren ist, sondern dem Kreislauf wieder zugeführt wird. Durch die Ausbildung des Verbindungsstückes als durchbrochener Mantel mit möglichst geringem Querschnitt wird diese Wärmemenge jedoch möglichst gering gehalten. Die Erfindung ermöglicht eine intensive Kühlung des Lagerkörpers durch die infolge der Konvektion diesen umströmende Umgebungsluft.The invention thus ensures that the heat transfer from the hot turbine housing to the bearing body and thus largely to the bearing is prevented and at the same time this bearing body is cooled. There is no connection exists between the turbine housing and the bearing body, no heat can there transmitted by line. Heat transfer by conduction can be from the turbine only to the fan housing, namely to the part of the fan housing from from which the heat is transferred to the compressed air, so that this heat energy is not is lost, but is fed back into the cycle. Through training of the connecting piece as an openwork jacket with the smallest possible cross-section however, this amount of heat is kept as low as possible. The invention enables intensive cooling of the bearing body due to the convection caused by it surrounding air.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEK27771A DE1116941B (en) | 1956-01-02 | 1956-01-02 | Hot gas turbocharger |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEK27771A DE1116941B (en) | 1956-01-02 | 1956-01-02 | Hot gas turbocharger |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE1116941B true DE1116941B (en) | 1961-11-09 |
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ID=7218006
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DEK27771A Pending DE1116941B (en) | 1956-01-02 | 1956-01-02 | Hot gas turbocharger |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1116941B (en) |
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