DE10355105A1

DE10355105A1 - cleaning device

Info

Publication number: DE10355105A1
Application number: DE2003155105
Authority: DE
Inventors: Detlef Behrendt
Original assignee: ABB Turbo Systems AG
Current assignee: Accelleron Industries AG
Priority date: 2003-11-24
Filing date: 2003-11-24
Publication date: 2005-06-02
Also published as: EP1687512A1; JP2007533899A; WO2005049972A1; EP1687512B1

Abstract

Bei einer Reinigungsvorrichtung für den Düsenring und die Laufschaufeln der Axialturbine eines Turboladers ragt die stabförmige Düse (3) in den Strömungskanal (2) ein. Durch die stromab ausgerichteten Einspritzöffnungen (31) wird das Reinigungsmittel mit der Strömung in Richtung Düsenring und Turbinenschaufeln eingespritzt. DOLLAR A Die rohrförmige Düse lässt sich leicht durch eine Öffnung im Gaseintrittsgehäuse in den Strömungskanal einschieben. Es sind keine aufwendigen Zuleitungen und Bohrungen im Gehäuse notwendig.In a cleaning device for the nozzle ring and the blades of the axial turbine of a turbocharger, the rod-shaped nozzle (3) projects into the flow channel (2). Through the downstream aligned injection openings (31), the cleaning agent is injected with the flow in the direction of the nozzle ring and turbine blades. DOLLAR A The tubular nozzle can be easily inserted through an opening in the gas inlet housing in the flow channel. There are no complicated leads and holes in the housing necessary.

Description

Technisches Gebiettechnical area

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Abgasturbolader.The The invention relates to the field of exhaust gas turbochargers.

Sie betrifft die Axialturbine eines Turboladers, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.she relates to the axial turbine of a turbocharger, according to the preamble of the claim 1.

Stand der TechnikState of technology

Die Verwendung von Abgasturboladem zur Leistungssteigerung von Brennkraftmaschinen ist heute weit verbreitet. Dabei wird die Abgasturbine des Turboladers von den Abgasen der Brennkraftmaschine beaufschlagt und deren kinetische Energie zum Ansaugen und Verdichten von Luft für die Brennkraftmaschine verwendet. In Abhängigkeit von der konkreten Betriebssituation und der Zusammensetzung der zum Antrieb der Brennkraftmaschine verwendeten Brennstoffe kommt es in der Abgasturbine früher oder später zu einer Verschmutzung der Laufschaufeln und des Düsenrings, wobei letzterer wesentlich stärker betroffen ist. Im Schwerölbetrieb bildet sich auf dem Düsenring eine Schmutzschicht aus, deren Härte vom Arbeitsprinzip der Brennkraftmaschine abhängig ist. Allgemein führen solche Schmutzablagerungen im Bereich des Düsenrings zu einem schlechteren Turbinenwirkungsgrad und demzufolge zur Verringerung der Leistung der Brennkraftmaschine. Außer- dem kommt es zu einer Erhöhung der Abgastemperaturen im Brennraum, wodurch sowohl die Brennkraftmaschine als auch der Turbolader thermisch überbeansprucht werden können. Bei der Brennkraftmaschine kann insbesondere eine Beschädigung oder gar Zerstörung der Ventile auftreten. Lagert sich auf dem Düsenring und auf den Turbinenschaufeln eines mit einer Viertakt-Brennkraftmaschine verbundenen Turboladers eine Schmutzschicht ab, so ist mit einem Ansteigen der Drücke und der Drehzahl des Turboladers zu rechnen. Dadurch werden sowohl Bauteile der Brennkraftmaschine als auch des Turboladers thermisch und mechanisch höher beansprucht, was ebenfalls bis zur Zerstörung der betroffenen Bauteile führen kann. Bei unregelmäßiger Verteilung der Schmutzschicht am Umfang der Laufschaufeln des Turbinenrades kommt es zu einer Erhöhung der Unwucht des Rotors, wodurch auch die Lagerung beschädigt werden kann. Deshalb müssen die Düsenringe und die Laufschaufeln des Turbinenrades regelmäßig von den ihnen anhaftenden Verschmutzungen befreit werden.The Use of exhaust gas turbocharger to increase the performance of internal combustion engines is widely used today. In the process, the exhaust gas turbine of the turbocharger becomes acted upon by the exhaust gases of the internal combustion engine and their kinetic Energy used for sucking and compressing air for the internal combustion engine. Dependent on from the concrete operational situation and the composition of the comes to drive the internal combustion engine used fuels it used to be in the exhaust gas turbine or later to contamination of the blades and the nozzle ring, the latter being much stronger is affected. In heavy oil operation forms on the nozzle ring a layer of dirt whose hardness is dependent on the operating principle of the internal combustion engine. Generally, such lead Dirt deposits in the area of the nozzle ring to a worse Turbine efficiency and consequently to reduce the power the internal combustion engine. Except- it comes to an increase the exhaust gas temperatures in the combustion chamber, causing both the internal combustion engine as well as the turbocharger can be thermally overstressed. at The internal combustion engine may in particular damage or even destruction the valves occur. Lays on the nozzle ring and on the turbine blades a turbocharger connected to a four-stroke internal combustion engine a dirt layer, so is with an increase of the pressures and to calculate the speed of the turbocharger. This will both components the internal combustion engine and the turbocharger thermally and mechanically claimed higher which also up to the destruction lead the affected components can. In case of irregular distribution the dirt layer on the circumference of the blades of the turbine wheel there is an increase the imbalance of the rotor, whereby the storage will be damaged can. That's why the nozzle rings and blades of a turbine wheel regularly from them adhering Pollutions are freed.

Aus DE 35 15 825 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung der Laufschaufeln und des Düsenrings der Axialturbine eines Abgasturboladers mit Innenlagerung bekannt. Die Axialturbine besitzt ein Gaseintrittgehäuse mit einer äußeren und einer inneren Gehäusewand, wobei letztere zur Abdeckung des Turbinenrades und der Welle gegenüber dem Strömungskanal dient. Die Reinigungsvorrichtung besteht aus mehreren am Gaseintrittgehäuse der Axialturbine angeordneten Wasser-Injektoren mit bis in den Strömungskanal reichenden Düsen und einer Wasserleitung. Bei einem bestimmten Verschmutzungsgrad der Axialturbine wird über eine Mess- und Auswerteeinheit ein Reinigungsbedarf ermittelt. Dementsprechend wird über die stromauf der Leitschaufeln angeordneten Düsen Wasser in den Strömungskanal eingespritzt. Die dabei entstehenden Wassertröpfchen werden vom Abgasstrom bis zu den Leit- bzw. den Laufschaufeln der Axialturbine transportiert und reinigen diese von den anhaftenden Verschmutzungen. Eine ausreichende Reinigung der feststehenden Leitschaufeln ist aber nur dann zu erreichen, wenn diese auf ihrer dem Abgasstrom zugewandten Oberfläche möglichst vollständig mit den Wassertröpfchen beaufschlagt werden. Dazu müssen die Wasserinjektoren bzw. die Düsen gleichmäßig verteilt auf dem gesamten Umfang der Axialturbine angeordnet werden. Demnach ist eine größere Anzahl von Injektoren und Düsen erforderlich, wodurch eine solche Lösung relativ aufwendig und damit teuer wird. Außerdem erhöht sich der Aufwand zur Abdichtung des Gaseintrittgehäuses mit zunehmender Anzahl von Düsen. Ein weiteres Problem ist die Anordnung der Düsen in einem Bereich des Strömungskanals, in dem eine relativ hohe Strömungsgeschwindigkeit vorherrscht. Dadurch entsteht ein flacher Wasserstrahl, welcher nur Teile der Leitschaufeln erreicht. Eine ausreichende Reinigung ist somit nicht gewährleistet.Out DE 35 15 825 A1 For example, a method and an apparatus for cleaning the blades and the nozzle ring of the axial turbine of a turbocharger with internal storage are known. The axial turbine has a gas inlet housing with an outer and an inner housing wall, the latter serving to cover the turbine wheel and the shaft opposite the flow channel. The cleaning device consists of several arranged on the gas inlet housing of the axial turbine water injectors with reaching into the flow channel nozzles and a water pipe. At a certain degree of contamination of the axial turbine, a cleaning requirement is determined via a measuring and evaluation unit. Accordingly, water is injected into the flow channel via the nozzles arranged upstream of the guide vanes. The resulting water droplets are transported from the exhaust gas flow to the guide and the blades of the axial turbine and clean them of the adhering contaminants. However, sufficient cleaning of the stationary guide vanes can only be achieved if they are acted upon as completely as possible on their surface facing the exhaust gas stream with the water droplets. For this purpose, the water injectors or the nozzles must be arranged uniformly distributed over the entire circumference of the axial turbine. Accordingly, a larger number of injectors and nozzles is required, whereby such a solution is relatively complicated and therefore expensive. In addition, the effort to seal the gas inlet housing increases with increasing number of nozzles. Another problem is the arrangement of the nozzles in a region of the flow channel in which a relatively high flow velocity prevails. This creates a shallow jet of water which reaches only parts of the vanes. A sufficient cleaning is therefore not guaranteed.

Eine Reinigungsvorrichtung für den Düsenring und die Laufschaufeln der Axialturbine eines Turboladers, welche mit einem verringertem Bauaufwand eine verbesserte Reinigungswirkung erzielt, ist in DE 196 51 318 beschrieben. Sie besteht aus nur einer Düse mit zumindest einer Einspritzöffnung sowie einer Reinigungsmittelzuleitung. Die Einspritzöffnung ist auf einem beliebigen Punkt einer gedachten Kreisfläche angeordnet, welche ihrerseits durch einen in einem Abstand stromauf der inneren Gehäusewand angeordneten Mittelpunkt sowie durch einen Durchmesser definiert ist. Der Mittelpunkt liegt auf einer im Abstand zur inneren Gehäusewand ausgebildeten, gedachten Parallelfläche. Der Abstand entspricht dem mit einem Prozentsatz multiplizierten mittleren Durchmesser des Düsenrings. Der Mittelpunkt liegt auf einem Schnittpunkt der Parallelfläche und der sie rechtwinklig schneidenden Stromlinie. Der Durchmesser der Kreisfläche ist ebenfalls vom mittleren Durchmesser des Düsenrings abhängig, welcher mit einem Prozentsatz multipliziert wird. Die Einspritzöffnung der Düse ist zumindest annähernd parallel zur Tangentialebene ausgerichtet.A cleaning device for the nozzle ring and the blades of the axial turbine of a turbocharger, which achieves an improved cleaning effect with a reduced construction cost, is in DE 196 51 318 described. It consists of only one nozzle with at least one injection opening and a detergent feed line. The injection opening is arranged on any point of an imaginary circular area, which in turn is defined by a center located at a distance upstream of the inner housing wall and by a diameter. The center lies on an imaginary parallel surface formed at a distance from the inner housing wall. The distance corresponds to the percentage diameter of the center diameter of the nozzle ring. The midpoint is at an intersection of the parallel surface and the streamline intersecting it at right angles. The diameter of the circular area is also from the middle Diameter of the nozzle ring, which is multiplied by a percentage. The injection opening of the nozzle is aligned at least approximately parallel to the tangential plane.

Diese Lösung mit dem rechtwinklig zur Strömungsrichtung eingespritzten Reinigungsmittel hat sich in der Praxis nur bedingt bewährt. Das Reinigungsmittel wird teilweise gegen die Aussenwand des Gehäuses gespritzt. Dadurch kommt es zu einer ungenügenden Wasserverteilung am Düsenring und an den Laufschaufeln was wiederum die Reinigungswirkung nachteilig beeinflusst.These solution with the right angle to the flow direction Injected detergent has only limited in practice proven. The cleaning agent is partially injected against the outer wall of the housing. This leads to an insufficient Water distribution at the nozzle ring and on the blades which in turn the cleaning effect disadvantageous affected.

Kurze Darstellung der ErfindungShort illustration the invention

Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, eine Reinigungsvorrichtung für den Düsenring und die Laufschaufeln der Axialturbine eines Turboladers der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei geringem Bauaufwand eine verbesserte Reinigungswirkung erzielt.Of the Invention is therefore the object of a cleaning device for the nozzle ring and the blades of the axial turbine of a turbocharger of the beginning mentioned type to create, which improved at low construction costs Cleaning effect achieved.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention this object is achieved with the features of claim 1.

Bei der erfindungsgemässen Reinigungsvorrichtung ragt die stabförmige Düse in den Strömungskanal ein. Durch die stromab ausgerichteten Einspritzöffnungen wird das Reinigungsmittel mit der Strömung in Richtung Düsenring und Turbinenschaufeln eingespritzt.at the inventive Cleaning device protrudes the rod-shaped nozzle in the flow channel. By the downstream injection openings, the cleaning agent with the flow in the direction of the nozzle ring and turbine blades injected.

Die rohrförmige Düse lässt sich leicht durch eine Öffnung im Gaseintrittsgehäuse in den Strömungskanal einschieben. Es sind keine aufwendigen Zuleitungen und Bohrungen im Gehäuse notwendig.The tubular Nozzle leaves slightly through an opening in the gas inlet housing in the flow channel Push. There are no complicated leads and holes in the case necessary.

Vorteilhafterweise wird die Düse durch vorhandene Öffnungen, beispielsweise eine Waste-Gate Öffnung in der Gaseintrittsgehäusewand in den Strömungskanal geführt. Solche Öffnungen sind oft beidseitig vorgesehen, da zum Zeitpunkt der Herstellung des Gehäuses nicht feststeht, ob und auf welcher Seite ein solches Waste-Gate angeschlossen werden wird. Auf diese Weise lässt sich die Reinigungsvorrichtung sehr einfach realisieren, selbst bei bestehenden Anlagen ohne solche Reinigung.advantageously, becomes the nozzle through existing openings, for example, a waste gate opening in the gas inlet housing wall in the flow channel guided. Such openings are often provided on both sides, since at the time of manufacture of the housing it is not certain whether and on which side such a waste gate is connected will be. That way the cleaning device can be realized very easily, even in existing systems without such cleaning.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Further Advantages result from the dependent claims.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description the drawings

Im folgenden ist anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Verbindung schematisch dargestellt und näher erläutert. In allen Figuren sind gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:in the Following is an embodiment of the inventive compound schematically with reference to the figures shown and closer explained. In all figures, the same effect elements with the same reference numerals Mistake. Show it:

1 ein Schnitt durch das Gaseintrittsgehäuse einer Turbine mit einer erfindungsgemässen Reinigungsvorrichtung, 1 a section through the gas inlet housing of a turbine with a cleaning device according to the invention,

2 eine erste Ausführungsform der Reinigungsvorrichtung nach 1, 2 a first embodiment of the cleaning device according to 1 .

3 eine zweite Ausführungsform der Reinigungsvorrichtung nach 1, und 3 a second embodiment of the cleaning device according to 1 , and

4 und 5 Gesamtansichten des Gaseintrittsgehäuses nach 1. 4 and 5 Overall views of the gas inlet housing after 1 ,

Weg zur Ausführung der ErfindungWay to execute the invention

1 zeigt ein Schnitt durch ein Radial-Gaseintrittsgehäuse einer Axialturbine eines Turboladers. Die Pfeile zeigen die Strömungsrichtung der Abgase an. Die heissen Abgase kommen von unten in den Strömungskanal 2 und werden an einer inneren Gehäusewand vorbei auf den nicht dargestellten Düsenring sowie anschliessend auf die Laufschaufeln der Turbine geführt. Die innere Gehäusewand 12 deckt das Turbinenrad ab. 1 shows a section through a radial gas inlet housing of an axial turbine of a turbocharger. The arrows indicate the flow direction of the exhaust gases. The hot exhaust gases come from below into the flow channel 2 and are guided past an inner housing wall on the nozzle ring, not shown, and then on the blades of the turbine. The inner housing wall 12 covers the turbine wheel.

Die erfindungsgemässe Reinigungsvorrichtung ist stromauf der ringförmigen Aufteilung der Strömung angeordnet, so dass mit einer einzigen Düse 3 mit einer oder mehreren Einspritzöffnungen 32 die Reinigungsflüssigkeit in der gesamten Strömung verteilt werden kann. Die Düse ragt im wesentlichen rechtwinklig zu der Strömungsrichtung des Abgases in den Strömungskanal. Die Düse ist rohrförmig ausgebildet, wobei das Rohr vorteilhafterweise am Ende verschlossen ist, dafür eine oder mehrere der besagten Einspritzöffnungen aufweist. 2 und 3 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen solcher Düsen mit runden bzw. schlitzförmigen Einspritzöffnungen 32 bzw. 33. Weitere Öffnungsformen, beispielsweise quadratisch oder rechteckig, sind denkbar.The inventive cleaning device is arranged upstream of the annular distribution of the flow, so that with a single nozzle 3 with one or more injection openings 32 the cleaning liquid can be distributed throughout the flow. The nozzle protrudes into the flow channel substantially at right angles to the flow direction of the exhaust gas. The nozzle is tubular, wherein the tube is advantageously closed at the end, for having one or more of said injection openings. 2 and 3 show different embodiments of such nozzles with round or schlitzför migen injection ports 32 respectively. 33 , Other opening shapes, such as square or rectangular, are conceivable.

Sind mehrere Einspritzöffnungen vorgesehen, sind diese vorteilhafterweise derart angeordnet, dass eine Überdeckung mit den benachbarten Einspritzöffnungen gewährleistet ist, und somit eine weiter verbesserte Wasserverteilung am Düsenring und den Laufschaufeln erreicht wird. Dies wird beispielsweise bei schlitzförmigen Öffnungen damit erreicht, dass die Schlitze rechtwinklig zueinander ausgerichtet sind.are several injection openings provided, these are advantageously arranged such that an overlap Ensured with the adjacent injection ports is, and thus a further improved water distribution at the nozzle ring and the blades is reached. This is for example in slot-shaped openings thus ensuring that the slots are aligned at right angles to each other are.

Der Zuleitungsbereich 31 der rohrförmigen Düse wird beispielsweise mittels einer Befestigungsscheibe 4 am Gaseintrittsgehäuse befestigt. Die Befestigungsscheibe wird mittels Schrauben oder anderen Befestigungsmitteln beispielsweise durch die Befestigungsöffnungen an der Gehäusewand befestigt.The supply area 31 the tubular nozzle is, for example, by means of a fastening washer 4 attached to the gas inlet housing. The mounting plate is fastened by means of screws or other fastening means, for example through the mounting holes on the housing wall.

Vorteilhafterweise wird die Düse durch bereits im Gehäuse vorgesehene Öffnungen, beispielsweise das zum Abführen von Abgas aus dem Strömungskanal verwendete Waste-Gate, in den Strömungskanal geführt. Das Waste-Gate ist oftmals zwar vorgesehen, wird jedoch nicht oder nur einseitig genutzt, so dass mindestens ein entsprechender Anschlussflansch für den Einschub der Reinigungsdüse verwendet werden kann. Somit kann die Reinigungsvorrichtung ohne zusätzliche Bohrung angebracht werden, und auch an bestehenden Turbinen nachgerüstet werden. Die 4 und 5 zeigen Aussenansichten des Gaseintrittsgehäuses mit der erfindungsgemässen Reinigungsvorrichtung, bei denen die Düsen durch das Wast-Gate geführt sind. 4 zeigt eine Anordnung bei der die Reinigungsmittelzuleitung über die Befestigungsscheibe an dem Waste-Gate Flansch befestigt ist. Diese Anordnung hat gegenüber der Anordnung gemäss 5, bei welcher die Zuleitung direkt an die Gehäuseoberfläche geführt ist, den Vorteil, dass die kalte Zuleitung nicht direkt am heissen Gaseintrittsgehäuse befestigt ist. Allfällige Beeinträchtigungen der Gehäusewand, beispielsweise kleine Risse, können damit vermieden werden.Advantageously, the nozzle is guided into the flow channel by openings already provided in the housing, for example the waste gate used for discharging exhaust gas from the flow channel. Although the waste gate is often provided, it is not or only used on one side, so that at least one corresponding connection flange can be used for inserting the cleaning nozzle. Thus, the cleaning device can be installed without additional drilling, and be retrofitted to existing turbines. The 4 and 5 show external views of the gas inlet housing with the inventive cleaning device, in which the nozzles are guided through the Wast gate. 4 shows an arrangement in which the detergent feed line is attached via the mounting plate to the wastegate flange. This arrangement has respect to the arrangement according to 5 in which the supply line is led directly to the housing surface, the advantage that the cold supply line is not attached directly to the hot gas inlet housing. Any impairment of the housing wall, such as small cracks, can be avoided.

Bezugszeichenliste

LIST OF REFERENCE NUMBERS

Claims

Axial turbine of a turbocharger, with a gas inlet housing ( 1 ), a turbine wheel with blades, one in the gas inlet housing ( 1 ) formed flow channel ( 2 ) for the exhaust gases of an internal combustion engine connected to the turbocharger, an upstream of the rotor blades in the flow channel ( 2 ) arranged nozzle ring and a further upstream, in the flow channel ( 2 ) cleaning device ( 3 ), wherein the gas inlet housing ( 1 ) receives an exhaust stream of the engine and passes it to the blades of the turbine wheel, and the cleaning device ( 3 ) from only one nozzle ( 31 ) with at least one injection opening ( 32 . 33 ) as well as from a detergent feed line ( 34 ), characterized in that the nozzle ( 3 ) is rod-shaped and through an opening in the gas inlet housing ( 1 ) in the flow channel ( 2 ), and that the at least one injection opening ( 32 . 33 ) is aligned such that the cleaning agent in the flow direction in the flow channel ( 2 ) is injectable.

Axial turbine according to claim 1, characterized in that the nozzle ( 3 ) in the flow channel ( 2 ) at right angles to the flow lines ( 21 ) is arranged.

Axial turbine according to claim 2, characterized in that the at least one injection opening ( 33 ) is slot-shaped.

Axial turbine according to claim 3, characterized in that the at least one nozzle ( 3 ) a plurality of slot-shaped injection opening ( 33 ), and that the injection openings are arranged at least partially at right angles to each other.

Axial turbine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the nozzle ( 3 ) several injection openings ( 32 . 33 ) and that the injection openings ( 32 . 33 ) are aligned such that the cleaning agent both in the flow direction and at an acute angle to the flow direction in the flow channel ( 2 ) is injectable.

Axial turbine according to one of claims 1 to 5, characterized in that on the nozzle rod ( 3 ) a fixing disk ( 4 ) and that the nozzle rod ( 3 ) via the fastening disc ( 4 ) at the gas inlet housing ( 1 ) is attached.

Axial turbine according to one of the preceding claims, characterized in that at the gas inlet housing ( 1 ) is provided at least one opening for discharging exhaust gas, and that the nozzle ( 3 ) through this Gasabführöffnung in the flow channel ( 2 ) is guided.