[go: up one dir, main page]

CH715703A2 - Exhaust gas turbocharger with auxetic structures. - Google Patents

Exhaust gas turbocharger with auxetic structures. Download PDF

Info

Publication number
CH715703A2
CH715703A2 CH01463/19A CH14632019A CH715703A2 CH 715703 A2 CH715703 A2 CH 715703A2 CH 01463/19 A CH01463/19 A CH 01463/19A CH 14632019 A CH14632019 A CH 14632019A CH 715703 A2 CH715703 A2 CH 715703A2
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
exhaust gas
gas turbocharger
housing
auxetic
auxetic material
Prior art date
Application number
CH01463/19A
Other languages
German (de)
Inventor
Weihard Stefan
Spengler Sebastian
Thaser Boris
Aurahs Lutz
Original Assignee
Man Energy Solutions Se
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 Man Energy Solutions Se filed Critical Man Energy Solutions Se
Publication of CH715703A2 publication Critical patent/CH715703A2/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/26—Double casings; Measures against temperature strain in casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/441—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/4206—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • 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
    • F01D11/14—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
    • F01D11/16—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing by self-adjusting means
    • F01D11/18—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing by self-adjusting means using stator or rotor components with predetermined thermal response, e.g. selective insulation, thermal inertia, differential expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12—Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/20—Mounting or supporting of plant; Accommodating heat expansion or creep
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/28—Arrangement of seals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/02—Selection of particular materials
    • F04D29/023—Selection of particular materials especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/90—Coating; Surface treatment
    • 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
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/50—Intrinsic material properties or characteristics
    • 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
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/50—Intrinsic material properties or characteristics
    • F05D2300/518—Ductility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verwendung von auxetischen Material (M) bzw. auxetischen Strukturen in einem Abgas-Turbolader. Weiter betrifft die Erfindung einen Abgas-Turbolader mit einer Welle (2) und wenigstens einem auf der Welle (2) angeordneten Verdichterrad (V) und einem Turbinenrad (T) sowie einem Gehäuse (3) in dem die Welle (2), das Verdichterrad (V) und das Turbinenrad (T) angeordnet sind, wobei wenigstens ein Teil des Gehäuses (3) aus einem auxetischen Material (M) mit einer negativer Querkontraktionszahl besteht.The invention relates to the use of auxetic material (M) or auxetic structures in an exhaust gas turbocharger. The invention further relates to an exhaust gas turbocharger with a shaft (2) and at least one compressor wheel (V) arranged on the shaft (2) and a turbine wheel (T) and a housing (3) in which the shaft (2), the compressor wheel (V) and the turbine wheel (T) are arranged, wherein at least part of the housing (3) consists of an auxetic material (M) with a negative transverse contraction number.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft einen Abgas-Turbolader. The invention relates to an exhaust gas turbocharger.

[0002] Konventionelle Abgas-Turbolader werden zur Leistungssteigerung und Optimierung der Verbrennung eingesetzt. Für eine gute und vollständige Verbrennung im Motor ist ein bestimmtes Mischungsverhältnis notwendig (stöchiometrisches Kraftstoffverhältnis). Bei der Aufladung des Abgas-Turboladers wird die Dichte der Ansaugluft erhöht und damit die Luftmenge vergrößert. Durch die Aufladung wird der Füllungsgrad und somit der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors deutlich verbessert. Darüber hinaus kann das Drehmoment deutlich angehoben werden, wodurch eine Leistungssteigerung erzielt werden kann. Conventional exhaust gas turbochargers are used to increase performance and optimize combustion. A certain mixture ratio (stoichiometric fuel ratio) is necessary for good and complete combustion in the engine. When the exhaust gas turbocharger is being charged, the density of the intake air is increased and thus the air volume is increased. The degree of filling and thus the efficiency of the internal combustion engine are significantly improved by the charging. In addition, the torque can be increased significantly, whereby an increase in performance can be achieved.

[0003] Das Herzstück des Turboladers ist das Laufzeug, bestehend aus Turbinenrad mit Welle und Verdichterrad, welche in dem Turboladergehäuse angeordnet sind. Das Turbinenrad befindet sich an der Abgasseite und ist meist fest mit der Welle verbunden. Das Verdichterrad ist am anderen Ende der Läuferwelle montiert. Die Räder sind je nach Ausführung typischerweise mit Laufradschaufeln ausgestattet und bilden endseitig einen Spalt zum Gehäuse. Die Spaltweite hat dabei einen direkten Einfluss auf den Wirkungsgrad des Turboladers. Je nach Drehzahl der Welle treten an den unterschiedlichen rotierenden und nicht-rotierenden Bauteilen auch unterschiedliche Dehnungsanteile auf - diese führen damit zu veränderlichen relativen Positionen. The heart of the turbocharger is the rotor, consisting of a turbine wheel with shaft and compressor wheel, which are arranged in the turbocharger housing. The turbine wheel is located on the exhaust side and is usually firmly connected to the shaft. The compressor wheel is mounted on the other end of the rotor shaft. Depending on the version, the wheels are typically equipped with impeller blades and form a gap to the housing at the end. The gap width has a direct influence on the efficiency of the turbocharger. Depending on the speed of the shaft, different proportions of expansion occur on the different rotating and non-rotating components - this leads to changing relative positions.

[0004] Somit ändert sich auch der Spalt zwischen den Schaufelspitzen und der Gehäusewand. Man betrachtet bei dem Dehnungsverhalten insbesondere das sogenannte transiente Dehnungsverhalten zwischen Rotor und Gehäuse beim Durchfahren eines Zyklus. Dieses transiente Dehnungsverhalten von rotierenden und nicht-rotierenden Bauteilen weicht deutlich voneinander ab. Es besteht demzufolge eine hohe Gefahr für eine Spaltüberbrückung bei der die Schaufelradspitzen an dem Gehäuse schleifen. Ein solches Risiko eines Streifvorgangs zwischen Gehäuse und Schaufelspitze besteht insbesondere beim Hochfahren des Abgas-Turboladers. [0004] The gap between the blade tips and the housing wall also changes. One considers the so-called transient expansion behavior between rotor and housing when driving through a cycle. This transient strain behavior of rotating and non-rotating components differs significantly from one another. As a result, there is a high risk of gap bridging in which the blade wheel tips rub against the housing. Such a risk of a rubbing process between the housing and the blade tip exists in particular when the exhaust gas turbocharger is started up.

[0005] Um gefährliche und/oder unzulässige Betriebszustände im transienten Betrieb zwischen relativ zueinander beweglichen Bauteilen zu vermeiden, werden die Nominalspalte demzufolge im Stand der Technik ausreichend groß dimensioniert. Hierdurch kann zwar ein Streifen oder Überbrücken des Spalts mit Kontakt am Gehäuse im transienten Betrieb vermieden werden. Gleichzeitig führt aber ein entsprechend groß dimensionierter Spalt im späteren stationären Betrieb des Abgas-Turboladers zu einem verminderten Wirkungsgrad. In order to avoid dangerous and / or impermissible operating states in transient operation between components that are movable relative to one another, the nominal gaps are accordingly dimensioned sufficiently large in the prior art. In this way, streaking or bridging of the gap with contact on the housing can be avoided in transient operation. At the same time, however, a correspondingly large gap in the later stationary operation of the exhaust gas turbocharger leads to reduced efficiency.

[0006] Im Berstfall - beim Versagen rotierender Bauteile - können gefährliche Situationen mit herumschleudernden Bruchteilen des Abgas-Turboladers entstehen. Im Stand der Technik werden hierzu unterschiedliche Berstschutzvorrichtungen vorgeschlagen. [0006] In the event of bursting - when rotating components fail - dangerous situations can arise with fractions of the exhaust gas turbocharger being thrown around. Different burst protection devices are proposed for this purpose in the prior art.

[0007] Um einen Austritt von Bauteilfragmenten bei definierten Versagensszenarien rotierender Bauteile zu verhindern, werden bei konventionellen Gehäusekonstruktionen z. B. massive Wandstärken vorgesehen und/oder komplexe zusätzliche Berstschutzkonstruktionen direkt um die Gehäuse herum installiert. Ziel ist es aber auf eine aufwendige Berstschutzkonstruktion und/oder massive strömungsführende Gehäusekonstruktionen verzichten zu können. To prevent leakage of component fragments in defined failure scenarios of rotating components, z. B. provided massive wall thicknesses and / or complex additional burst protection structures installed directly around the housing. The aim, however, is to be able to dispense with a complex burst protection construction and / or massive flow-guiding housing constructions.

[0008] Ferner besteht bei den im Stand der Technik bekannten Abgas-Turboladern das Problem, dass miteinander gekoppelte Bauteile sich in ihrem Dehnungsverhalten deutlich unterschiedlich ausdehnen. Bei konventionellen Verbindungen zwischen solchen Bauteilen treten z. B. durch Dehnungsblockaden hohe Schraubenbeanspruchungen und z. B. durch Relativbewegungen in den Kontaktflächen entsprechender Verschließ auf. Es ist ebenfalls wünschenswert eine Optimierung dieser nachteiligen Eigenschaften mit der Idee der vorliegenden Erfindung zu realisieren. Furthermore, there is the problem with the exhaust gas turbochargers known in the prior art that components which are coupled to one another expand significantly differently in their expansion behavior. In conventional connections between such components occur, for. B. by strain blockages high screw stresses and z. B. by relative movements in the contact surfaces corresponding closure. It is also desirable to optimize these adverse properties with the idea of the present invention.

[0009] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, vorbesagte Nachteile zu überwinden und eine verbesserte Lösung für einen Abgas-Turbolader vorzuschlagen, welcher ein sicheres Betriebsverhalten mit einem hohen Wirkungsgrad aufweist und insbesondere eine Verbesserung für die Problematik der transienten Dehnung aufweist. The invention is therefore based on the object to overcome the aforementioned disadvantages and to propose an improved solution for an exhaust gas turbocharger which has a safe operating behavior with a high efficiency and in particular has an improvement for the problem of transient expansion.

[0010] Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 und Patentanspruch 3 gelöst. [0010] This object is achieved by the combination of features according to patent claim 1 and patent claim 3.

[0011] Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass man die Eigenschaften von Materialen mit negativer Poissonzahl (Querkontraktionszahl) in bestimmten Bereichen des Gehäuses oder des Turboladers verwendet, um einen gezielten Einfluss auf das Dehnungsverhalten betreffender Bereiche zu nehmen. A basic idea of the present invention is that one uses the properties of materials with a negative Poisson number (transverse contraction number) in certain areas of the housing or of the turbocharger in order to have a targeted influence on the expansion behavior of the areas in question.

[0012] Erfindungsgemäß wird demnach eine neuartige Verwendung eines auxetischen Materials oder einer auxetischen Struktur mit einer negativer Querkontraktionszahl in oder an einem Abgas-Turbolader an einem oder zwischen zwei benachbarten Bauteilen zur Beeinflussung von thermischen und transienten Dehnungen vorgeschlagen. According to the invention, a novel use of an auxetic material or an auxetic structure with a negative transverse contraction number in or on an exhaust gas turbocharger is proposed on one or between two adjacent components to influence thermal and transient strains.

[0013] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine Verwendung eines auxetischen Materials vorgeschlagen, wobei das auxetische Material oder die auxetische Struktur zwischen zwei Gehäusewänden eines Turboladergehäuses, in Hohlräumen von Bauteilen des Abgas-Turboladers und/oder zwischen wenigstens zwei aneinander angrenzenden Bauteilen des Abgas-Turboladers angeordnet ist, wobei im letztgenannten Fall das auxetischen Material vorzugsweise als ein elastisches Verbindungselement vorgesehen ist. In an advantageous embodiment of the invention, the use of an auxetic material is proposed, the auxetic material or the auxetic structure between two housing walls of a turbocharger housing, in cavities of components of the exhaust gas turbocharger and / or between at least two adjacent components of the exhaust gas -Turbocharger is arranged, in the latter case the auxetic material is preferably provided as an elastic connecting element.

[0014] Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Abgas-Turbolader mit einer Welle und wenigstens einem auf der Welle angeordneten Verdichterrad und einem Turbinenrad sowie einem Gehäuse in dem die Welle, das Verdichterrad und das Turbinenrad angeordnet sind, wobei wenigstens ein Teil des Gehäuses aus einem auxetischen Material mit einer negativen Querkontraktionszahl besteht. Another aspect of the present invention relates to an exhaust gas turbocharger with a shaft and at least one compressor wheel arranged on the shaft and a turbine wheel and a housing in which the shaft, the compressor wheel and the turbine wheel are arranged, at least part of the housing consists of an auxetic material with a negative transverse contraction number.

[0015] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuse eine innere Gehäusewand und eine äußere Gehäusewand und einen Zwischenraum aufweist und das auxetische Material (M) zwischen den Gehäusewänden vorzugsweise vollständig im Zwischenraum angeordnet ist. In a preferred embodiment of the invention it is provided that the housing has an inner housing wall and an outer housing wall and a space and the auxetic material (M) between the housing walls is preferably arranged completely in the space.

[0016] Durch die Integration der auxetischen Struktur in das Verdichter- und/oder turbinenseitige Gehäuse eines radialen oder axialen Abgas-Turboladers kann das Dehnungsverhalten des Gehäuses dem Dehnungsverhalten des Rotors angepasst werden. Die Anpassung erfolgt dabei durch die gezielte Einstellung der Geometrieparameter der auxetischen Struktur. Die Einstellung der Geometrieparameter erfolgt derart, dass unter Berücksichtigung von transienten thermischen Dehnungen und Dehnungsanteilen infolge von Druck und Fliehkraft die Dehnungscharakteristik des Gehäuses der Dehnungscharakteristik des Rotors angepasst wird. Hierdurch fällt der sich im stationären Betrieb einstellende Radialspalt gegenüber konventionellen Bauweisen enger aus. Im Ergebnis kann dadurch ein höherer Wirkungsgrad bei Turbinen und ein größerer Pumpgrenzenabstand bei Verdichtern erreicht werden. By integrating the auxetic structure in the compressor and / or turbine-side housing of a radial or axial exhaust gas turbocharger, the expansion behavior of the housing can be adapted to the expansion behavior of the rotor. The adjustment is made by the targeted setting of the geometry parameters of the auxetic structure. The geometry parameters are set such that, taking into account transient thermal expansions and proportions of expansion due to pressure and centrifugal force, the expansion characteristic of the housing is adapted to the expansion characteristic of the rotor. As a result, the radial gap that occurs in stationary operation is narrower than that of conventional designs. As a result, a higher efficiency in turbines and a larger surge margin in compressors can be achieved.

[0017] Weiter vorteilhaft ist es, wenn das auxetische Material vollständig in dem Bereich um das Verdichterrad und/oder das Turbinenrad herum, vorzugsweise zwischen den Gehäusewänden angeordnet ist, wodurch ein zusätzlicher Sicherheitseffekt für einen Berstfall des Turboladers hergestellt wird. Hierbei wird die auxetische Struktur als Crashzone zur Absorption kinetischer Energie beim Einschlag eines rotierenden Bauteils in die Gehäusestruktur integriert und folglich die Sicherheit gegen das Austreten von Bauteilen und/oder Bauteilfragmenten ohne eine nennenswerte Gewichtszunahme erhöht. It is further advantageous if the auxetic material is arranged completely in the area around the compressor wheel and / or the turbine wheel, preferably between the housing walls, as a result of which an additional safety effect for a bursting case of the turbocharger is produced. Here, the auxetic structure is integrated as a crash zone for absorbing kinetic energy when a rotating component strikes the housing structure, and consequently the security against the escape of components and / or component fragments is increased without any noteworthy increase in weight.

[0018] Weiter vorteilhaft ist es, wenn zwischen wenigstens zwei angrenzenden Bauteilen des Abgas-Turboladers ein elastisches Verbindungselement angeordnet ist, welches aus einem auxetischen Material mit einer negativen Querkontraktionszahl besteht (z. B. zwischen dem Lagergehäuse und dem Turbinenzuströmgehäuse). Die Struktur kann z. B. direkt auf ein Bauteil oder beide Bauteile aufgedruckt oder aufgebracht werden oder mit nicht näher beschriebenen Verbindungselementen an den beiden Bauteilen befestigt werden. It is further advantageous if an elastic connecting element is arranged between at least two adjacent components of the exhaust gas turbocharger, which consists of an auxetic material with a negative transverse contraction number (z. B. between the bearing housing and the turbine inflow housing). The structure can e.g. B. be printed or applied directly to a component or both components or attached to the two components with connecting elements not described in detail.

[0019] Alternativ können die beiden benachbarten Bauteile unmittelbar durch das auxetische Material miteinander verbunden werden. Alternatively, the two adjacent components can be directly connected to each other by the auxetic material.

[0020] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass Hohlräume im Gehäuse vorgesehen sind, welche mit dem auxetischen Material befüllt sind. Durch eine entsprechende Gestaltung der Struktur wird die geforderte Steifigkeit eingestellt, sodass trotz des geringen Gewichts die schwingungstechnischen Anforderungen erfüllt werden. In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that cavities are provided in the housing, which are filled with the auxetic material. The required stiffness is set by an appropriate design of the structure, so that despite the low weight, the vibration requirements are met.

[0021] Ebenso ist es von Vorteil, wenn Bauteile des Abgasturboladers, dessen Dehnungsverhalten beeinflusst werden soll, mit auxetischem Material beschichtet oder beaufschlagt sind. It is also advantageous if components of the exhaust gas turbocharger, the expansion behavior of which is to be influenced, are coated or acted upon with auxetic material.

[0022] Das erfinderische Konzept lässt sich insbesondere bei den folgenden Abgas-Turbolader verwenden: Radial-Turbolader, Axial-Turbolader, Turbo-Blower oder Turbine (Power-Turbine). The inventive concept can be used in particular in the following exhaust gas turbochargers: radial turbochargers, axial turbochargers, turbo blowers or turbines (power turbines).

[0023] Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>ein erstes schematisches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und <tb>Fig. 2<SEP>ein alternatives schematisches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.[0023] Other advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or are shown in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to the figures. Show it: <tb> Fig. 1 <SEP> a first schematic embodiment of the present invention and <tb> Fig. 2 <SEP> an alternative schematic embodiment of the present invention.

[0024] Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche strukturelle und/oder funktionale Merkmale hinweisen. The invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1 and 2, the same reference symbols in the figures indicating the same structural and / or functional features.

[0025] In der Fig. 1 ist ein erstes, rein schematisches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Gezeigt ist ein Ausschnitt eines Gehäuses 3 eines Abgas-Turboladers mit einem Laufrad L (z. B. einem Turbinenrad T oder einem Verdichterrad V) mit Laufschaufeln 7. Das Laufrad L ist auf einer Welle 2 im Gehäuse 3 angeordnet. 1 shows a first, purely schematic embodiment of the present invention. A section of a housing 3 of an exhaust gas turbocharger with an impeller L (for example a turbine wheel T or a compressor wheel V) with moving blades 7 is shown. The impeller L is arranged on a shaft 2 in the housing 3.

[0026] Das Gehäuse 3 besitzt eine innere Gehäusewand 4 und eine äußere Gehäusewand 5, wobei ein auxetisches Material M bzw. eine auxetische Struktur mit einer negativer Querkontraktionszahl zwischen den beiden Gehäusewänden 4, 5 angeordnet ist. The housing 3 has an inner housing wall 4 and an outer housing wall 5, an auxetic material M or an auxetic structure with a negative transverse contraction number being arranged between the two housing walls 4, 5.

[0027] Zwischen den Laufradschaufeln 7 und der inneren Gehäusewand 4 ist bestimmungsgemäß ein Spalt S vorgesehen. A gap S is provided between the impeller blades 7 and the inner housing wall 4 as intended.

[0028] In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das auxetische Material M vollständig in dem Bereich um das Laufrad L herum zwischen den Gehäusewänden 4, 5 angeordnet. In the embodiment shown, the auxetic material M is arranged completely in the area around the impeller L between the housing walls 4, 5.

[0029] Die Fig. 2 zeigt ein alternatives schematisches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt sind ein Bauteil B1 und ein Bauteil B2 eines Abgas-Turbolader, wobei zwischen den zwei benachbarten d. h. angrenzenden Bauteilen B1, B2 des Abgas-Turboladers ein elastisches Verbindungselement 10 angeordnet ist, welches aus einem auxetischen Material M bzw. aus einer auxetischen Struktur M mit einer negativer Querkontraktionszahl besteht. Dabei werden die beiden benachbarten Bauteile B1, B2 unmittelbar durch das auxetische Material M miteinander verbunden. 2 shows an alternative schematic embodiment of the present invention. A component B1 and a component B2 of an exhaust gas turbocharger are shown, with between the two adjacent d. H. adjacent components B1, B2 of the exhaust gas turbocharger, an elastic connecting element 10 is arranged, which consists of an auxetic material M or an auxetic structure M with a negative transverse contraction number. The two adjacent components B1, B2 are directly connected to one another by the auxetic material M.

[0030] Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. The embodiment of the invention is not limited to the preferred exemplary embodiments specified above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solution shown even in the case of fundamentally different types.

BezugszeichenlisteReference list

[0031] 3 Gehäuse 4 innere Gehäusewand 5 äußere Gehäusewand 7 Laufradschaufeln 10 Verbindungselement B1 Bauteil 1 B2 Bauteil 2 L Laufrad M auxetisches Material / auxetische Struktur S Spalt T Turbinenrad V Verdichterrad 3 housing 4 inner housing wall 5 outer housing wall 7 impeller blades 10 connecting element B1 component 1 B2 component 2 L impeller M auxetic material / auxetic structure S gap T turbine wheel V compressor wheel

Claims (10)

1. Verwendung eines auxetischen Materials (M) oder einer auxetischen Struktur mit einer negativer Querkontraktionszahl in oder an einem Abgas-Turbolader zwischen zwei benachbarten Bauteilen zur Beeinflussung von thermischen und transienten Dehnungen.1. Use of an auxetic material (M) or an auxetic structure with a negative transverse contraction number in or on an exhaust gas turbocharger between two adjacent components to influence thermal and transient strains. 2. Verwendung eines auxetischen Materials (M) oder einer auxetischen Struktur nach Anspruch 1, wobei das auxetische Material (M) zwischen zwei Gehäusewänden, in Hohlräumen von Bauteilen des Abgas-Turboladers oder zwischen wenigstens zwei aneinander angrenzenden Bauteilen des Abgas-Turboladers als ein elastisches Verbindungselement angeordnet ist.2. Use of an auxetic material (M) or an auxetic structure according to claim 1, wherein the auxetic material (M) between two housing walls, in cavities of components of the exhaust gas turbocharger or between at least two adjacent components of the exhaust gas turbocharger as an elastic Connection element is arranged. 3. Abgas-Turbolader mit einer Welle (2) und wenigstens einem auf der Welle angeordneten Verdichterrad (V) und einem Turbinenrad (T) sowie einem Gehäuse (3) in dem die Welle (2), das Verdichterrad (V) und das Turbinenrad (T) angeordnet sind, wobei wenigstens ein Teil des Gehäuses (3) aus einem auxetischen Material (M) mit einer negativer Querkontraktionszahl besteht.3. exhaust gas turbocharger with a shaft (2) and at least one compressor wheel (V) arranged on the shaft and a turbine wheel (T) and a housing (3) in which the shaft (2), the compressor wheel (V) and the turbine wheel (T) are arranged, at least part of the housing (3) consisting of an auxetic material (M) with a negative transverse contraction number. 4. Abgas-Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) eine innere Gehäusewand (4) und eine äußere Gehäusewand (5) aufweist und das auxetische Material (M) zwischen den Gehäusewänden angeordnet ist.4. Exhaust gas turbocharger according to claim 1, characterized in that the housing (3) has an inner housing wall (4) and an outer housing wall (5) and the auxetic material (M) is arranged between the housing walls. 5. Abgas-Turbolader nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das auxetische Material (M) vollständig in dem Bereich um das Verdichterrad (V) und/oder das Turbinenrad (T) herum, vorzugsweise zwischen den Gehäusewänden (4, 5) angeordnet ist.5. Exhaust gas turbocharger according to claim 2, characterized in that the auxetic material (M) is arranged completely in the area around the compressor wheel (V) and / or the turbine wheel (T), preferably between the housing walls (4, 5) . 6. Abgas-Turbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen wenigstens zwei angrenzenden Bauteilen des Abgas-Turboladers ein elastisches Verbindungselement angeordnet ist, welches aus einem auxetischen Material (M) mit einer negativer Querkontraktionszahl besteht.6. Exhaust gas turbocharger according to one of the preceding claims, characterized in that an elastic connecting element is arranged between at least two adjacent components of the exhaust gas turbocharger, which consists of an auxetic material (M) with a negative transverse contraction number. 7. Abgas-Turbolader nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden benachbarten Bauteile unmittelbar durch das auxetische Material (M) miteinander verbunden sind.7. exhaust gas turbocharger according to claim 6, characterized in that the two adjacent components are directly connected to each other by the auxetic material (M). 8. Abgas-Turbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass Hohlräume im Gehäuse (3) vorgesehen sind, welche mit dem auxetischen Materials (M) befüllt sind.8. Exhaust gas turbocharger according to one of the preceding claims, characterized in that cavities are provided in the housing (3) which are filled with the auxetic material (M). 9. Abgas-Turbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass Bauteile des Abgasturboladers mit auxetischem Material (M) beschichtet oder beaufschlagt sind.9. Exhaust gas turbocharger according to one of the preceding claims, characterized in that components of the exhaust gas turbocharger are coated or acted upon with auxetic material (M). 10. Abgas-Turbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbolader ein Radial-Turbolader, ein Axial-Turbolader, ein Turbo-Blower oder eine Turbine ist.10. Exhaust gas turbocharger according to one of the preceding claims, characterized in that the turbocharger is a radial turbocharger, an axial turbocharger, a turbo blower or a turbine.
CH01463/19A 2018-12-17 2019-11-19 Exhaust gas turbocharger with auxetic structures. CH715703A2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018132414.6A DE102018132414A1 (en) 2018-12-17 2018-12-17 Exhaust gas turbocharger with auxetic structures

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH715703A2 true CH715703A2 (en) 2020-06-30

Family

ID=70858584

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH01463/19A CH715703A2 (en) 2018-12-17 2019-11-19 Exhaust gas turbocharger with auxetic structures.

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20200191162A1 (en)
JP (1) JP2020097937A (en)
KR (1) KR20200074893A (en)
CN (1) CN111322152A (en)
CH (1) CH715703A2 (en)
DE (1) DE102018132414A1 (en)
RU (1) RU2725302C1 (en)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021126424A1 (en) * 2021-10-12 2023-04-13 Universität der Bundeswehr München, Körperschaft des öffentlichen Rechts Element and method for compensating for tolerances and/or gap widths in a device and engine, assembly method for a shaft-hub connection
US11988095B2 (en) 2022-03-03 2024-05-21 General Electric Company Seals for managing thermal distortion in a turbomachine and methods for building the same
CN115213635A (en) * 2022-06-28 2022-10-21 山西柴油机工业有限责任公司 A kind of process method of fast sealing and sealing of cylinder head
US12006829B1 (en) 2023-02-16 2024-06-11 General Electric Company Seal member support system for a gas turbine engine
US12486779B2 (en) 2023-03-08 2025-12-02 General Electric Company Seal support assembly for a turbine engine
US12215587B2 (en) 2023-03-24 2025-02-04 General Electric Company Seal support assembly for a turbine engine
US12116896B1 (en) 2023-03-24 2024-10-15 General Electric Company Seal support assembly for a turbine engine
US12241375B2 (en) 2023-03-24 2025-03-04 General Electric Company Seal support assembly for a turbine engine
US12421861B2 (en) 2023-03-24 2025-09-23 General Electric Company Seal support assembly for a turbine engine
US12372002B2 (en) 2023-03-24 2025-07-29 General Electric Company Seal support assembly for a turbine engine
US12416243B2 (en) 2023-03-24 2025-09-16 General Electric Company Seal support assembly for a turbine engine
US12215588B2 (en) 2023-03-27 2025-02-04 General Electric Company Seal assembly for a gas turbine engine
US12326089B2 (en) 2023-04-24 2025-06-10 General Electric Company Seal assembly for a gas turbine engine
US12297741B2 (en) 2023-06-19 2025-05-13 General Electric Company Rapid active clearance control system of inter stage and mid-seals

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2011850C1 (en) * 1990-12-07 1994-04-30 Порфирий Сергеевич Владимиров Turbo-supercharger
EP1353041A1 (en) * 2002-04-12 2003-10-15 ABB Turbo Systems AG Turbocharger with means on the shaft to axially restrain said shaft in the event of the compressor bursting
US7824763B2 (en) * 2007-03-21 2010-11-02 General Electric Company Composite material for turbine support structure
RU2013151704A (en) * 2011-05-10 2015-06-20 Боргварнер Инк. COMPRESSOR TURBOCHARGER DRIVED BY EXHAUST GASES
DE102011108957B4 (en) * 2011-07-29 2013-07-04 Mtu Aero Engines Gmbh A method for producing, repairing and / or replacing a housing, in particular an engine housing, and a corresponding housing
US20150345320A1 (en) * 2013-03-13 2015-12-03 United Technologies Corporation Fan case with auxetic liner
US9709274B2 (en) * 2013-03-15 2017-07-18 Rolls-Royce Plc Auxetic structure with stress-relief features
EP3245055B1 (en) * 2015-01-09 2019-08-21 President and Fellows of Harvard College Hybrid dimple-and-void auxetic structures with engineered patterns for customized npr behavior
US20180272649A1 (en) * 2015-01-09 2018-09-27 Christopher Booth-Morrison Multi-Layer NPR Structures
FR3040733B1 (en) * 2015-09-07 2018-08-31 Poly Shape CARTER FOR ROTATING MACHINES, ESPECIALLY FOR TURBOMACHINES.
DE102016206022A1 (en) * 2016-04-12 2017-10-12 Siemens Aktiengesellschaft Seal for turbomachinery

Also Published As

Publication number Publication date
DE102018132414A1 (en) 2020-06-18
JP2020097937A (en) 2020-06-25
RU2725302C1 (en) 2020-06-30
CN111322152A (en) 2020-06-23
KR20200074893A (en) 2020-06-25
US20200191162A1 (en) 2020-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CH715703A2 (en) Exhaust gas turbocharger with auxetic structures.
DE602004001531T2 (en) Stator scoop with double curvature
EP2320030B1 (en) Rotor and rotor blade for an axial turbomachine
DE102015101156A1 (en) High chord blade, two partial span damper elements and curved dovetail
DE102017115042A1 (en) Shroud configurations for turbine blades
CH707728A2 (en) System and method for a composite airfoil with fillet transition.
EP2796668A2 (en) Casing section of a turbo engine compressor or turbo engine turbine stage
EP2147216A1 (en) Exhaust gas turbocharger
DE102010017105A1 (en) Rotor blades for turbine plants
DE102019220257B4 (en) AXIAL TURBINE WITH A COVER PLATE PROVIDED ON THE ROTOR BLADES WITH A SEALING ARRANGEMENT
CH709266A2 (en) Turbine blade and method for balancing a tip shroud of a turbine blade and the gas turbine.
EP2558685A2 (en) Guide blade of a turbomachine
EP0806547B1 (en) Axial turbine for turbochargers
WO2017178203A1 (en) Turbine blade, associated device, turbomachine and use
WO2003054356A1 (en) Thermally loaded component
DE102011054307A1 (en) Tail for turbine blade shroud
DE102022210936A1 (en) HEAT SHIELD FOR A CHARGER
AT512653B1 (en) Rotor and radially flowable turbine
DE102009041027B4 (en) Guide vane for a turbocharger, vane assembly, turbocharger, motor vehicle and method
EP1632678A1 (en) Orthogonal swirl generator
DE102006060694B4 (en) Rotor and stator blade arrangement for a gas turbine engine
WO2015082624A1 (en) Compressor wheel
DE102021109844A1 (en) Gas Turbine Blade Assembly
EP3246521B1 (en) Discharge area for guide blade cover and base panels
DE2926135C2 (en) Impeller of a single-flow, centripetal flow-through radial turbine

Legal Events

Date Code Title Description
AZW Rejection (application)