WO2015169509A1 - Verdichtergehäuse - Google Patents
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- F05D2220/40—Application in turbochargers
Definitions
- the invention relates to the field of exhaust gas turbochargers for supercharged internal combustion engines. It relates to the housing of the compressor of such an exhaust gas turbocharger.
- Exhaust gas turbochargers are used to increase the performance of internal combustion engines, in particular reciprocating engines.
- an exhaust gas turbocharger usually has a centrifugal compressor and a radial or axial turbine.
- bypass mass flows that allow in the region of the surge limit, ie in the range of minimum volume flow and in the region of the intake limit, ie in the range of maximum volume flow promotion a shift toward smaller or larger volume flows compared with identical machines without bypass.
- the insert wall is integrated into the inner part of the spiral. It is known from WO 2008/023070 A1 that a plurality of retaining ribs distributed over the circumference hold the axial part of the insert wall-the annular web-which is separated from the radial part of the insert wall by the stabilizer gap. Burst tests and calculations show that the connection area between the retaining ribs and the annular web can be a weak point due to the high stress in case of bursting: If the retaining rib is arranged unfavorably, it can tear the connection to the annular web at the foot point. This can lead to the ring web in unfavorable construction in case of burst completely loosens and exits axially from the compressor housing.
- the object of the invention is to make a compressor housing by a new structural design in case of burst of the compressor wheel safer
- the retaining element may be rotationally symmetrical in form of a ring body or a plurality of retaining elements may each be arranged locally in the region of a retaining rib.
- the rotationally symmetrical design of the retaining element leads to a stiffening of the insert wall and thus during operation to a symmetrical deformation of the insert wall in the region of the compressor inlet, which has a favorable effect on the thermodynamics. As a result, the tolerances between the individual components can be reduced.
- the one or more retaining elements are optionally fluiddynamically optimized already integrated in the production in the contour of the annular web or subsequently positively, force or materially secured to the ring land.
- Fig. 1 shows in a guided along the compressor axis section
- Compressor housing with an integrated stabilizer chamber and this to the flow channel towards limiting according to the invention equipped with a radially projecting retaining element ring web, which via
- Retaining ribs is fastened to the compressor housing
- Fig. 2 shows a view in the direction of the compressor axis on the compressor housing according to Fig. 1, with an annular retaining element, and
- Fig. 3 shows a view in the direction of the compressor axis on the compressor housing according to Fig. 1, with a plurality, each arranged in the region of a retaining rib
- Fig. 1 shows a guided along the axis of rotation of the compressor 30 section through a housing of a centrifugal compressor, as it is used for compressing air in exhaust gas turbochargers.
- the compressor housing is divided into two, the separation into an outer compressor housing 20 and an inner compressor housing 10 in the region of the volute casing downstream of the compressor wheel.
- the outer compressor housing 20 is on the back of the compressor wheel 30, in the figure at the right edge of the bearing housing only partially shown, attached.
- the inner compressor housing 10 comprises a part of the spiral and the housing parts forming the flow channel upstream of the spiral, the insert wall 101 and, upstream of the compressor wheel 30, the boundary of the flow channel 14 in the intake area of the compressor wheel.
- guide vanes 25 of the diffuser are optionally arranged on the integrated housing wall 10.
- a radial inlet gap 12 is arranged, which by a housing part in the intake, for example a Housing part of a muffler 40 or intake manifold, and a surrounding the flow channel 14 in the intake of the compressor wheel housing part is limited. Downstream of the leading edge of the blades 31 of the compressor wheel 30 and in the overlap region to the inlet a radial stabilizer gap 1 1 is arranged.
- the annular web 102 arranged between the circumferential columns forms the flow channel wall in the intake region of the compressor wheel 14 and is connected to the inner compressor housing via a plurality of radially outwardly directed holding ribs 103.
- the retaining ribs can optionally be formed rotated about its axis.
- the holding ribs can optionally be inclined against the radial direction.
- the retaining ribs may have different deviations from the radial direction.
- the holding ribs can also be arranged skewed in opposite directions.
- the holding ribs can optionally be equipped with a round, conical or elliptical profile or with a flow profile.
- the overall very soft structure of the integrated inner compressor housing has a positive effect on the behavior in the event of bursting of the compressor wheel.
- the long housing parts can be easily deformed and absorb a large part of the energy stored in the compressor wheel.
- the retaining element 105 arranged according to the invention on the annular rib is used.
- the retaining element 105 is in the embodiment of FIG. 1, a circumferential, annular radial projection with a rectangular cross-section.
- the retaining element is formed integrally with the annular web.
- the projection may have a fluid-dynamic optimized cross-section and be integrated into the contour of the annular web.
- the retaining element 105 can, according to the illustration, be cast integrally with the annular web during production or (not shown) can subsequently be attached to the annular web in a form-fitting, force-fitting or material-locking manner, for example by shrinking, screwing, welding or casting.
- the retaining element 105 prevents the retaining ribs 102 from slipping off the retaining ribs in the axial direction by coming into contact with the retaining ribs.
- FIG. 2 shows a view of a compressor housing with a first, exemplary embodiment of the retaining element according to the invention.
- the retaining member 105 is formed as described above as an annular, outwardly directed, radial projection.
- the ring is subdivided into a plurality of ring segment pieces which are arranged at a distance from one another.
- the ring segment pieces are distributed such that in each case in the region of a retaining web, a retaining element 105 'is arranged.
- Inner compressor housing Insert wall as part of the inner compressor housing Ring web Retaining ribs Retaining element (s) Stabilizer gap Entrance gap Flow channel in the intake area of the compressor Stable isator space
- Outer compressor housing Diffuser with guide device Compressor wheel Blades of the compressor wheel Muffler Fastening means for attaching the muffler to the compressor
Landscapes
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Abstract
Das Verdichtergehäuse (10) eines Radialverdichters weist einen ringförmigen Stabilisatorraum (15) auf, welcher durch einen Ringsteg (102) gegenüber dem Strömungskanal (14) abgedeckt ist. Der Stabilisatorraum (15) steht über einen Eintrittsspalt (12) stromaufwärts des Verdichterradeintritts sowie einen Stabilisatorspalt (11) stromabwärts des Verdichterradeintritts mit dem Strömungskanal (14) in Verbindung. Der Ringsteg (102) ist weiter über mehrere radiale Halterippen (103) mit dem Verdichtergehäuse (10) verbunden. Um im Berstfall des Verdichterrades den Ringsteg (102) axial zu halten, wird vorgeschlagen, am Ringsteg axial zwischen den Halterippen (103) und dem Stabilisatorspalt (11) ein radial vorstehendes Rückhalteelement (105) anzuordnen. Reissen die Halterippen im Berstfall im Fussbereich, so wird der Ringsteg durch dieses Rückhalteelement axial durch die Halterippen formschlüssig zurückgehalten.
Description
Verd ichtergehäuse
B E S C H R E I B U N G Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Abgasturbolader für aufgeladene Brennkraftmaschinen. Sie betrifft das Gehäuse des Verdichters eines solchen Abgasturboladers.
Stand der Technik
Abgasturbolader werden zur Leistungssteigerung von Brennkraftmaschinen, insbesondere Hubkolbenmotoren, eingesetzt. Dabei besitzt ein Abgasturbolader üblicherweise einen Radialverdichter und eine Radial- oder Axialturbine.
Als Kennlinien-Stabilisierungs-Massnahme wird dabei über der Radkontur des Verdichterrades etwa im ersten Viertel der Radlänge, parallel zum Ansaugkanal, ein Bypass in Form eines Ringhohlraumes innerhalb des Verdichtergehäuses vorgesehen, wobei dieser Bypass aus einer stromauf zum Verdichterrad liegenden radialen Eintrittsspalt, einem stromab zur Eintrittskante des Verdichterrades liegenden radialen Stabilisatorspalt und einem diese beiden Spalte verbindenden Stabilisatorraum gebildet ist.
Durch den parallel zum Ansaugkanal und damit zum eigentlichen Radeintritt liegenden Stabilisatorraum ergeben sich Bypassmassenströme, die im Bereich der Pumpgrenze, also im Bereich minimaler Volumenstromförderung und im Bereich der Schluckgrenze, also im Bereich maximaler Volumenstromförderung eine Verschiebung in Richtung kleinerer bzw. grösserer Volumenströme ermöglichen, verglichen mit bauartgleichen Maschinen ohne Bypass.
Aus gewichts- und giesstechnischen Gründen kommen bei Grossladern auf der Verdichterseite vermehrt geteilte Spiralgehäuse zum Einsatz. Um die Bauteilkosten zu reduzieren, wird dabei die Einsatzwand in das Innenteil der Spirale integriert. Aus der WO 2008/023070A1 ist bekannt dass mehrere über dem Umfang verteilte Halterippen den axialen Teil der Einsatzwand - den Ringsteg - halten, welcher durch den Stabilisatorspalt vom radialen Teil der Einsatzwand abgetrennt ist.
Berstversuche und -Rechnungen zeigen, dass der Verbindungsbereich zwischen den Halterippen und dem Ringsteg aufgrund der hohen Beanspruchung im Berstfall eine Schwachstelle darstellen kann: Wird die Halterippe ungünstig angeordnet, so kann die die Verbindung zum Ringsteg am Fusspunkt reissen. Dies kann dazu führen, dass sich der Ringsteg bei ungünstiger Konstruktion im Berstfall komplett löst und axial aus dem Verdichtergehäuse austritt.
Kurze Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist, ein Verdichtergehäuse durch eine neue konstruktive Ausgestaltung im Berstfall des Verdichterrades sicherer zu gestalten
Um den Ringsteg im Berstfall des Verdichterrades axial zu halten, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, am Ringsteg axial zwischen den Halterippen und dem Stabilisatorspalt ein radial vorstehendes Rückhalteelement anzuordnen. Reissen die Halterippen im Berstfall im Fussbereich, so wird der Ringsteg durch dieses Rückhalteelement axial durch die Halterippen formschlüssig zurückgehalten.
Optional kann das Rückhaltelement rotationssymmetrisch als Ringkörper ausgebildet sein oder es können mehrere Rückhalteelemente jeweils lokal im Bereich einer Halterippe angeordnet sein.
Die rotationssymmetrische Ausführung des Rückhaltelements führt zu einer Versteifung der Einsatzwand und somit im Betrieb zu einer symmetrischen Deformation der Einsatzwand im Bereich des Verdichtereintritts, was sich günstig auf die Thermodynamik auswirkt. Dadurch können die Toleranzen zwischen den einzelnen Bauteilen verringert werden.
Das eine oder die mehreren Rückhalteelemente sind optional fluiddynamisch optimiert bereits bei der Herstellung in die Kontur des Ringstegs integriert oder nachträglich form- , kraft- oder materialschlüssig am Ringsteg befestigt.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden ist anhand der Figuren die erfindungsgemässe Vorrichtung schematisch dargestellt und näher erläutert.
In allen Figuren sind gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen:
Fig. 1 zeigt in einem entlang der Verdichterachse geführten Schnitt ein
Verdichtergehäuse mit einer integrierten Stabilisatorraum und einem diesen zum Strömungskanal hin begrenzenden, erfindungsgemäss mit einem radial vorstehenden Rückhalteelement ausgestatteten Ringsteg, welcher über
Halterippen am Verdichtergehäuse befestigt ist,
Fig. 2 zeigt eine Ansicht in Richtung der Verdichterachse auf das Verdichtergehäuse nach Fig. 1 , mit einem ringförmigen Rückhaltelement, und
Fig. 3 zeigt eine Ansicht in Richtung der Verdichterachse auf das Verdichtergehäuse nach Fig. 1 , mit mehreren, jeweils im Bereich einer Halterippe angeordneten
Rückhalteelementen.
Weg zur Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt einen entlang der Rotationsachse des Verdichterrades 30 geführten Schnitt durch ein Gehäuse eines Radialverdichters, wie er etwa zum Verdichten von Luft in Abgasturboladern eingesetzt wird. Das Verdichtergehäuse ist zweigeteilt, wobei die Trennung in ein äusseres Verdichtergehäuse 20 und ein inneres Verdichtergehäuse 10 im Bereich des Spiralgehäuses stromabwärts des Verdichterrades erfolgt.
Das äussere Verdichtergehäuse 20 ist auf der Rückseite des Verdichterrades 30, in der Figur am rechten Rand am lediglich teilweise dargestellten Lagergehäuse, befestigt. Das innere Verdichtergehäuse 10 umfasst einen Teil der Spirale sowie die den Strömungskanal stromaufwärts der Spirale bildenden Gehäuseteile, die Einsatzwand 101 sowie stromauf des Verdichterrades 30 die Begrenzung des Strömungskanals 14 im Ansaugbereich des Verdichterrades. Im Bereich stromabwärts des Verdichterrades sind an der integrierten Gehäusewand 10 optional Leitschaufelprofile 25 des Diffusors angeordnet.
Im Innern des einteilig ausgebildeten inneren Verdichtergehäuses 10 ist der Stabilisatorraum 15 angeordnet, welcher sich in der dargestellten Ausführungsform über eine in axialer Richtung und in Umfangsrichtung unregelmässig verlaufende, relativ grosse radiale Höhe ausdehnt. Der Stabilisatorraum 15 ist über zwei Öffnungen mit dem Strömungskanal verbunden. Stromauf des Verdichterrades ist ein radialer Eintrittsspalt 12 angeordnet, welcher durch ein Gehäuseteil im Ansaugbereich, beispielsweise einem
Gehäuseteil eines Schalldämpfers 40 oder Ansaugstutzens, sowie ein den Strömungskanal 14 im Ansaugbereich des Verdichterades umgebendes Gehäuseteil begrenzt ist. Stromab der Eintrittskante der Laufschaufeln 31 des Verdichterrades 30 und im Überdeckungsbereich zu dessen Einlauf ist ein radialer Stabilisatorspalt 1 1 angeordnet. Der zwischen den umlaufenden Spalten angeordnete Ringsteg 102 bildet im Ansaugbereichs des Verdichterrades 14 die Strömungskanalwand und ist über mehrere, radial nach aussen gerichtete Halterippen 103 mit dem inneren Verdichtergehäuse verbunden.
Optional können Schwingungsreduzierende Massnahmen verwirklicht sein. So können die Halterippen optional um ihre Achse verdreht ausgebildet sein. Die Halterippen können optional gegen die radiale Richtung schräg gestellt sein. Dabei können die Halterippen unterschiedliche Abweichungen zur radialen Richtung aufweisen. Insbesondere können die Halterippen auch gegenläufig schief gestellt angeordnet sein. Durch die in Fig. 2 und Fig. 3 angedeutete Schiefstellung der Halterippen 103 gegen die radiale Richtung, kann das Schwingungsverhalten gezielt beeinflusst werden. Die Halterippen können optional mit einem runden, konischen oder elliptischen Profil oder mit einem Strömungsprofil ausgestattet sein. Die insgesamt sehr weiche Struktur des integrierten inneren Verdichtergehäuses hat eine positive Auswirkung auf das Verhalten im Berstfall des Verdichterrades. Die langen Gehäuseteile lassen sich gut deformieren und absorbieren einen grossen Teil der im Verdichterrad gespeicherten Energie.
Sollte es im Berstfall dennoch im Verbindungsbereich zwischen den Halterippen 103 und dem Ringsteg 102 aufgrund der hohen Beanspruchung zu einem Bruch kommen, so dass der Ringsteg im Extremfall komplett von den Halterippen losgerissen wird, gelangt das erfindungsgemäss am Ringsteg angeordnete Rückhalteelement 105 zum Einsatz. Das Rückhalteelement 105 ist in der Ausführungsform nach Fig. 1 ein umlaufender, ringförmiger radialer Vorsprung mit einem rechteckigen Querschnitt. Das Rückhaltelement ist integral mit dem Ringsteg ausgebildet. Optional kann der Vorsprung ein fluiddynamisch optimierter Querschnitt aufweisen und in die Kontur des Ringstegs integriert sein. Das Rückhalteelement 105 kann gemäss der Darstellung bereits bei der Herstellung integral mit dem Ringsteg gegossen werden oder (nicht dargestellt) nachträglich form-, kraft- oder materialschlüssig am Ringsteg befestigt werden beispielsweise durch Aufschrumpfen, Anschrauben, Anschweissen oder Angiessen.
Im Falle eines Brechens der Verbindungsstellen zwischen den Halterippen 103 und dem Ringsteg 102 verhindert das Rückhaltelement 105 durch Anstehen an den Halterippen eine Verschiebung des Ringstegs 102 in axialer Richtung an den Halterippen vorbei.
Fig. 2 zeigt eine Ansicht auf ein Verdichtergehäuse mit einer ersten, beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemässen Rückhalteelements. In diesem Fall ist das Rückhalteelement 105 wie oben beschrieben als ein ringförmiger, nach aussen gerichteter, radialer Vorsprung ausgebildet.
Demgegenüber ist in der zweiten, beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemässen Rückhalteelements nach Fig. 3 der Ring in mehrere Ringsegmentstücke unterteilt, welche voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Ringsegmentstücke sind derart verteilt, dass jeweils im Bereich eines Haltesteg ein Rückhalteelement 105' angeordnet ist.
Bezugszeichenliste
Inneres Verdichtergehäuse Einsatzwand als Bestandteil des inneren Verdichtergehäuses Ringsteg Halterippen Rückhalteelement(e) Stabilisatorspalt Eintrittsspalt Strömungskanal im Ansaugbereich des Verdichters Stabil isatorraum Äusseres Verdichtergehäuse Diffusor mit Leitvorrichtung Verdichterrad Laufschaufeln des Verdichterrades Schalldämpfer Befestigungsmittel zur Befestigung des Schalldämpfers am
Verdichtergehäuse
Claims
1 . Verdichtergehäuse eines Radialverdichters, mit einem ringförmigen Stabilisatorraum (15) welcher einen Strömungskanal (14) im Ansaugbereich des Verdichterrades umgibt und durch einen Ringsteg (102) gegenüber dem Strömungskanal abgedeckt ist, wobei der Stabilisatorraum (15) über einen Eintrittsspalt (12) stromaufwärts des Verdichterradeintritts sowie einen Stabilisatorspalt (1 1 ) stromabwärts des Verdichterradeintritts mit dem Strömungskanal (14) in Verbindung steht, und wobei der Ringsteg (102) über mehrere radiale Halterippen (103) mit dem Verdichtergehäuse (10) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass am Ringsteg (102) zwischen den Halterippen und dem Stabilisatorspalt mindestens ein radial vorstehendes Rückhalteelement (105, 105') vorgesehen ist, welches im Falle eines Brechens der Verbindungsstellen zwischen den Halterippen (103) und dem Ringsteg (102) durch Anstehen an den Halterippen eine Verschiebung des Ringstegs in axialer Richtung an den Halterippen vorbei verhindert.
2. Verdichtergehäuse nach Anspruch 1 , wobei das Rückhalteelement (105) als ein umlaufender Ring ausgebildet ist.
3. Verdichtergehäuse nach Anspruch 1 , wobei mehrere Rückhaltelemente (105') als Segmente eines umlaufenden Rings ausgebildet sind.
4. Verdichtergehäuse nach Anspruch 3, wobei die mehreren Rückhalteelemente (105') voneinander beabstandet angeordnet sind.
5. Verdichtergehäuse nach Anspruch 3 oder 4, wobei die mehreren Rückhalteelemente (105') jeweils im Bereich der Verbindungsstellen zwischen den Halterippen (103) und dem Ringsteg (102) angeordnet sind.
6. Verdichtergehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Rückhaltevorsprung (105, 105') integrales Bestandteil des
Ringstegs ist.
7. Verdichtergehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Rückhaltevorsprung (105, 105') fluiddynamisch optimiert in die Kontur des Ringstegs integriert ist.
8. Verdichtergehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der mindestens eine Rückhaltevorsprung form-, kraft-, oder materialschlüssig am Ringsteg befestigt ist.
9. Radialverdichter, umfassen ein Verdichtergehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Abgasturbolader, umfassend einen Radialverdichter mit einem Verdichtergehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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Legal Events
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121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 15712919 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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NENP | Non-entry into the national phase |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
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