CH676737A5

CH676737A5 - IC engine exhaust turbocharger - has gas turbine rotor hub with rotary burst collar on side facing hub bearing

Info

Publication number: CH676737A5
Application number: CH310488A
Authority: CH
Inventors: Oskar Schaer
Original assignee: Asea Brown Boveri
Priority date: 1988-08-19
Filing date: 1988-08-19
Publication date: 1991-02-28

Abstract

The exhaust gas turbocharger has a radial-flow gas turbine which consists of a turbine rotor (6) mounted in a housing (1). The turbine rotor is overhung from a bearing (5) and is separated from the bearing housing by a wall (8) of thermally insulating material. The rear face of the turbine rotor is provided with a circular ridge which fits with clearance in a recess (10) in the insulating wall. In the event of the bursting, the recess retains the fragments inside the turbine housing. ADVANTAGE - Improved protection.

Description

Technisches Gebiet Technical field

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine mit einer radialen Abgasturbine, welche im wesentlichen aus einem Gasgehäuse und einem innengelagerten Turbinenrad besteht, wobei das Lagergehäuse von der Turbine durch eine wärmeisolierende Begrenzungswand getrennt ist. The invention relates to an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine with a radial exhaust gas turbine, which essentially consists of a gas housing and an internally mounted turbine wheel, the bearing housing being separated from the turbine by a heat-insulating boundary wall.

Stand der Technik State of the art

Bei solchen innengelagerten Abgasturbolader sind das Verdichterrad und das Turbinenrad fliegend auf einer gemeinsamen Welle angeordnet. Diese Lösung zeichnet sich zum einen durch eine geringe Baulänge aus und zum andern dadurch, dass auf eine Wasserkühlung des Zuströmteiles des Gasgehäuses verzichtet werden kann. In such internally mounted exhaust gas turbochargers, the compressor wheel and the turbine wheel are overhung on a common shaft. This solution is characterized on the one hand by a small overall length and on the other hand by the fact that water cooling of the inflow part of the gas housing can be dispensed with.

Während des Betriebes laufen solche Abgasturbolader mit sehr hohen Drehzahlen, weshalb für die Lagerung der Welle in der Regel hydrostatische oder hydrodynamische Gleitlager zur Anwendung gelangen. Infolge der hohen Abgastemperaturen in der Tur bine stellt der Wärmefluss zwischen deren Gasgehäuse und dem die Lagerung umgebenden Lagergehäuse ein Problem für die einwandfreie Wirkungsweise und den Verschleiss der flüssigkeitsgeschmierten Lagerung dar. Such exhaust-gas turbochargers run at very high speeds during operation, which is why hydrostatic or hydrodynamic plain bearings are generally used to support the shaft. Due to the high exhaust gas temperatures in the turbine, the heat flow between the gas housing and the bearing housing surrounding the bearing poses a problem for the proper functioning and wear of the liquid-lubricated bearing.

Abhilfe schafft hier die obengenannte Begrenzungswand zwischen Turbine und Lagerung, die den Wärmefluss von der Abgasturbine in das Lagergehäuse wirksam unterbindet. This is remedied by the above-mentioned boundary wall between the turbine and the bearing, which effectively prevents the flow of heat from the exhaust gas turbine into the bearing housing.

Wird nun die Turbine eines solchen Abgasturboladers ohne vorgelagerte Leitvorrichtung in Form eines Düsenringes ausgebildet, so besteht beim Bersten der Turbine - beispielsweise infolge Überdrehzahl - die Gefahr, dass geborstene Turbinenteile mit hoher Geschwindigkeit auf die Gehäusewand auftreffen und diese durchschlagen bezw. Gehäuseteile wegsprengen. If the turbine of such an exhaust gas turbocharger is designed in the form of a nozzle ring without an upstream guide device, there is a risk of the turbine bursting, for example as a result of overspeed, that broken turbine parts hit the housing wall at high speed and break through or break through. Blast away housing parts.

Darstellung der Erfindung Presentation of the invention

Hier setzt nun die Erfindung ein. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Abgasturbolader der eingangs genannten Art eine Schutzvorrichtung gegen das Heraustreten von Turbinenbruchstücken zu schaffen. This is where the invention begins. It is based on the object of providing a protective device against the emergence of turbine fragments in an exhaust gas turbocharger of the type mentioned at the outset.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Nabe des Turbinenrades an ihrer dem Lager zugekehrten Seite mit einem umlaufenden Berstkragen versehen ist, welcher mit Spiel in eine an der Begrenzungswand angebrachte Aussparung eingreift. According to the invention, this object is achieved in that the hub of the turbine wheel is provided on its side facing the bearing with a circumferential bursting collar which engages with play in a recess made in the boundary wall.

Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass auch bestehende Abgasturbolader durch blossen Austausch der beteiligten Elemente ohne weiteres mit der Schutzvorrichtung ausgerüstet werden können. The advantage of the invention can be seen in particular in the fact that even existing exhaust gas turbochargers can be easily equipped with the protective device simply by exchanging the elements involved.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Brief description of the drawing

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt. Dabei sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Teile gezeigt resp. mit Bezugszeichen versehen. Die Strömungsrichtung des Arbeitsmediums ist mit Pfeilen bezeichnet. In the drawing, an embodiment of the invention is shown in simplified form. Only the parts essential for understanding the invention are shown or. provided with reference numerals. The direction of flow of the working medium is indicated by arrows.

Weg zur Ausführung der Erfindung Way of carrying out the invention

Die feststehenden Teile des Abgasturboladers sind im wesentlichen das Gasgehäuse 1, das nur teilweise dargestellte Lagergehäuse 2 sowie das nichtgezeigte Luftgehäuse für den Verdichter. Alle diese Gehäuseteile sind gegeneinander zentriert, so beispielsweise das Gasgehäuse 1 im Flansch 3 des Lagergehäuses 2. Innerhalb dieses Lagergehäuses liegt die für Turbine und Verdichter gemeinsame Welle 4 in druckölgeschmierten Radiallagern 5 ein. An einem der freien Wellenenden ist das aus Nabe 6 und Radialschaufeln 7 bestehende Tubinenrad drehfest angeordnet. The fixed parts of the exhaust gas turbocharger are essentially the gas housing 1, the bearing housing 2, which is only partially shown, and the air housing (not shown) for the compressor. All these housing parts are centered against each other, for example the gas housing 1 in the flange 3 of the bearing housing 2. Within this bearing housing, the shaft 4 common to the turbine and compressor lies in radial oil-lubricated radial bearings 5. At one of the free shaft ends, the tubular wheel consisting of hub 6 and radial blades 7 is arranged in a rotationally fixed manner.

Zur Wärmeisolierung der Turbinenteile, d.h. des Turbinenrades 6, 7 und des Gasgehäuses 1 gegenüber dem Lagergehäuse 2 ist eine Begrenzungswand 8 so angeordnet, dass sie zusammen mit der Wandung des Lagergehäuses 2 einen ringförmigen Kühlspalt 11 bildet. Hierzu erstreckt sich die Begrenzungswand 8 mit ihrem radial äusseren Teil bis an den Flansch 3 und mit ihrem radial inneren Teil bis nahe an die Welle 4. For thermal insulation of the turbine parts, i.e. of the turbine wheel 6, 7 and the gas housing 1 opposite the bearing housing 2, a boundary wall 8 is arranged such that it forms an annular cooling gap 11 together with the wall of the bearing housing 2. For this purpose, the boundary wall 8 extends with its radially outer part to the flange 3 and with its radially inner part to close to the shaft 4.

Die dem Turbinenteil zugekehrte Seite der Begrenzungswand 8 ist nun gemäss der Neuerung mit einer umlaufenden Aussparung 10 versehen. Ein entsprechend konfigurierter umlaufender Berstkragen 9 ist demzufolge an der der Lagerung resp. der Begrenzungswand zugekehrten Stirnseite der Turbinennabe 6 vorgesehen. Im gezeigten Fall ist dieser Kragen integraler Bestandteil der Nabe 6. Es versteht sich, dass in Abweichung zu dieser einstücki gen Herstellung die Nabe 6 auch nachträglich mit einem ringförmigen Ansatz bestückt werden könnte, wobei die jeweilige Befestigungsart im wesentlichen eine Funktion der beteiligten Werkstoffe ist. The side of the boundary wall 8 facing the turbine part is now provided with a circumferential recess 10 according to the innovation. A correspondingly configured circumferential burst collar 9 is consequently on the storage or. the end wall of the turbine hub 6 facing the boundary wall. In the case shown, this collar is an integral part of the hub 6. It goes without saying that, in deviation from this one-piece production, the hub 6 could also be subsequently fitted with an annular attachment, the respective type of fastening being essentially a function of the materials involved.

Massgebend ist lediglich, dass während des Betriebes des Abgasturboladers der Begrenzungswand 8 mit geringem Spiel - und zwar insbesondere mit geringem Radialspiel - innerhalb der Aussparung 10 rotiert. Ein ggfs. berstendes Turbinenrad soll dadurch zurückbehalten werden, bevor sich überhaupt die radiale Geschwindigkeitskomponente aufbauen kann. Aus dieser Forderung ergibt sich sowohl die einfach zu bestimmende, notwendige axiale Erstreckung des Berstkragens 9 als auch die entsprechende Tiefe der Aussparung 10. The only decisive factor is that during operation of the exhaust gas turbocharger, the boundary wall 8 rotates within the recess 10 with little play - in particular with little radial play. A possibly bursting turbine wheel should be retained before the radial speed component can build up at all. This requirement results in both the easy-to-determine, necessary axial extent of the bursting collar 9 and the corresponding depth of the recess 10.

Es vesteht sich, dass die Erfindung nicht nur bei Radialturbinen, sondern auch bei Abgasturbinen mit sogenannter "Mixed-Flow"-Beschaufelung Anwendung finden kann. It is understood that the invention can be used not only in radial turbines but also in exhaust gas turbines with so-called "mixed flow" blading.

Claims

Exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine with a radial exhaust gas turbine, which essentially consists of a gas housing (1) and an internally mounted turbine wheel (6, 7), the bearing housing (2) being separated from the turbine by a heat-insulating boundary wall (8) that the hub (6) of the turbine wheel is provided on its side facing the bearing (5) with a circumferential bursting collar (9) which engages with play in a recess (10) provided on the boundary wall (8). Exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine with a radial exhaust gas turbine, which essentially consists of a gas housing (1) and an internally mounted turbine wheel (6, 7), the bearing housing (2) being separated from the turbine by a heat-insulating boundary wall (8) that the hub (6) of the turbine wheel is provided on its side facing the bearing (5) with a circumferential bursting collar (9) which engages with play in a recess (10) provided on the boundary wall (8).