DE2331565A1

DE2331565A1 - Turbolader

Info

Publication number: DE2331565A1
Application number: DE2331565A
Authority: DE
Inventors: Arthur James Miller; Robert Atwood Miller
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1972-08-28
Filing date: 1973-06-20
Publication date: 1974-03-07
Also published as: US3778194A; CA979229A; CH556971A; IT987759B; GB1436347A; FR2198541A5

Description

Patentanwalt· Dr. Ing. H. Negendank CHpI Ing. H. Hauck - Dipl Phyi. W. Schmitt DIpI. Ing. E. GraaHs - Dipl. Ing. VV. Wehnert

t Mfedien 2, MozartstraBo 21

Telefon 5380586

Carrier Corporation

Carrier Tower

P.O.Box 1000 ¹⁸· ^Juni

Syracuse,New York 13201,USA Anwaltsakte M-2681

Turbolader

Infolge der hohen Drehgeschwindigkeit der Turbinen-Verdichterwelle von Turboladern werden die Lager mit einem konstanten Strom von öl gespeist. Infolge der hohen Arbeitstemperatur, insbesondere im in der Nähe der Turbinenscheibe befindlichen Lager _y unterliegt das öl einer Verkohlung. Als Folge davon wird die berührungslose Labyrinthdichtung verstopft und unwirksam. Auch führt die Leckage verkohlten Öls durch die Dichtungen zu einer Ansammlung von Kohle auf der an die öldichtung angrenzenden Turbinenscheibe.

Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin einen Turbolader zu schaffen, bei welchem die öldichtungen ständig in sauberem Zustand gehalten werden. Die Temperatur des Öles

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soll dabei unterhalb der Verkohlungstemperatur gehalten bleiben. Jegliche ölleckage durch die Dichtung wird dabei von der Turbinenscheibe zurückgeführt und innerhalb einer ölabzugskammer eingeleitet.

Beim Turbolader bzw. -verdichter gemäß.der Erfindung sind öldichtungen, vorzugsweise der Gewindelabyrinth-Bauart entsprechend, an den Außenenden der Wellenlager im Bereich der Turbinenscheibe und des Verdichterlaufrades vorgesehen, üie Dichtungen weisen radial sich erstreckende Kanäle auf, in welche unter Druck befindliche Luft am Auslaß des Kompressor- oder Verdichterabschnittes eingeleitet wird. Ein Öl-Rückleitungskörper ist zwischen der Turbinenscheibe und der daran angrenzenden Dichtung vorgesehen. Der Leitkörper ist von Ringform und erstreckt sich radial über den Bereich zwischen Dichtung und Welle. Die ölleckage im Bereich zwischen Dichtung und Leitkörper wird in eine ölabzugskammer zurückgeführt.

Die Erfindung ist verwirklicht in einem Turbolader, insbesondere im Aufbau der Turbinen- und Verdichterradwelle, die in einem Paar von Lagern im Mittelabschnitt des Turboladergehäuses geführt sind. Eine öldichtung ist im Abschnitt zwischen der Turbinenscheibe und einem der Wellenlager vorgesehen, während eine zweite Dichtung zwischen dem Verdichterrad und dem anderen Lager vorgesehen ist. Die Dichtungen weisen radial befindliche Kanäle auf, die mit dem Bereich zwischen den Dichtungen und der Welle in Verbindung stehen. Ein Luftkanal erstreckt sich vom Ausgang bzw. von der Abgabeseite des Kompressorabschnittes in die

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Jichtungskanäle, um Luft zwischen die Dichtungen und die Welle zum Zwecke der Kühlung der Welle und des schmierenden Öls einzuleiten. Ein Öl-Rückleitungskörper befindet sich zwischen der Turbinenscheibe und der daran angrenzenden Dichtung. Der Leitkörper erstreckt sich radial nach innen zwischen Dichtung und Scheibe in einer die Dichtung und das Ende der Welle überlagernden Position. Der Leitkörper dient dazu, die zwischen Dichtung und Welle passierende ölleckage in eine ölabzugskammer zurückzuführen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.

Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht eines Turboladers gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 1 dargestellten Mittelabschnittes; I

Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 2 linken oberen Teils; und

Fig. 4 ist eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 2 linken unteren Teils.

In der dargestellten Ausführun^form der Erfindung weist der
Turbolader ein Gehäuse mit einem Turbinenabschnitt 10, mit
einem Verdichter- bzw. Kompressorabschnitt 11 und mit einem ■

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L'iittelabschnitt 12 auf. Der Mittelabschnitt 12 des Turboladers ist mittels Schrauben 15 am Turbinenabschnitt befestigt, während der Kompressor 11 mittels Schrauben 17 am Mittelabschnitt 12 befestigt ist. Ein Einlaßring 18 ist mit Hilfe von Schrauben 20 am Turbinenabschnitt 10 befestigt, während ein Einlaß- Auslaßdiffusor bzw. -leitkörper 21 mittels Schrauben 23 am Einlaßring 18 angebracht ist. Ein Nasenteil 24 ist durch Tragstäbe innerhalb des Diffusorkanals 21 befestigt. Ein Leitschaufelbzw. Zwischenring 26 ist mittels Schrauben 27 am Nasenteil 24 befestigt und mit Leitschaufeln 30 ausgebildet. Der Nasenteil 24 bildet zusammen mit dem Einlaufdiffusor 21 einen ringförmigen Kanal für den Einlauf der .lotor-Abgase, welche durch die Leitschaufeln 30 auf am Umfang der Turbinenscheibe 33 getragene Laufschaufeln 31 gerichtet werden.

Eine rohrförmige Welle 35 ist in Lagern 36, 37 geführt, die im i-iittelabschnitt 12 angebracht sind. Ein Ende der Welle 35 ist mit einem materialeinheitlich ausgebildeten und erweiterten Endteil 40 vorgesehen. Ein auf der Welle 35 befestigter Bund 41 ist außerhalb des Lagers 37 vorgesehen und bildet eine auf der Welle bestehende Schulter. Eine Hülse 34 ist mit Hilfe eines KeUs 45 an der Welle 35 befestigt. Das Innenende der Hülse 43 weist einen radialen Flansch 46 auf, welcher sich an den Bund 41 anlegt.

Ein Verdichterrad 47 und ein Einlaß 48, welche zusammen eine Laufradanordnung bilden, sind mittels Bolzen 50 miteinander verbunden. Das Verdichterrad 47 ist mittels Zapfen 51 am Flansch

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der Hülse 43 fixiert. Eine Scheibenkappe 53 ist am Außenende des Niibenteils des Einlasses 48 angelegt. Hin Spann- bzw. Zugbolzen 55 ist in die Nabe der Turbinenscheibe 33 eingeschraubt und erstreckt sich in Axialrichtung durch die Welle 35. Jas Außenende des Bolzens 55 trägt ein eine Mutter 57 aufnehmendes Gewinde. Zwischen der Mutter und der Kappe 53 befindet sich eine Scheibe 58. .lit Hilfe dieser Anordnung sind die Turbinenscheibe 33 und die Laufradanordnung an der Welle fixiert. Der Kompressorabschnitt umfaßt einen Einlaß 54 für den an das Verdichterrad 47 anströmenden Luftstrom. Dem Einlaß 54 ist eine ringförmige Kammer 56 zugeordnet, welche an der Außenkante am Umfang des Verdichterrades 47 einen Einlaß aufweist. Wenn die Motorabgase auf die Laufradschaufeln der Turbinenscheibe 33 treffen wird diese

in Umdrehung versetzt; gleichzeitig dreht sich das Verdichterrad 47, wodurch Luft unter Druck gesetzt bzw. verdichtet und in den Leitkanal 59 und in die Kammer 56 geleitet wird.

Eine Öldichtung 60 von Ringform umgibt den erweiterten Endteil ^: 12

der Welle. Die Dichtung ist im Mittelabschnitt/mit Hilfe eines Zapfens 61 angebracht. Sie ist mit einem radial befindlichen Kanal 63 versehen, der mit dem Außenumfang des erweiterten Endteils 40 und mit der Bohrung der Dichtung Verbindung besitzt. .Ein Kanalsystem verbindet den Kanal 63 mit der vom Verdichterrad 47 unter Druck gesetzten Luft. Dieses Kanalsystem ist mit einem horizontal befindlichen Kanal 65 versehen, der mit einem vertikal befindlichen Kanal 66 in Verbindung steht. Dieser ist bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung über eine

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Leitung 68 (Fig. 1) an die Kammer 56 des Verdichters angeschlossen. Der Kanalabschnitt 65 des Kanalsystems steht mit dem Kanal 63 der Dichtung in Verbindung. Gleichzeitig weist er Verbindung mit einem Kanal 64 in der Dichtung 69 auf, welche den Bund 41 zwischen dem Lager 37 und der Hülse 43 umgibt. Das bnde des Kanals 65 an der Dichtung 60 ist durch einen Stopfen 62 verschlossen.

Die beschriebene Anordnung bewirkt, daß kühlende Luft zwischen die Bohrungen der Dichtungen und an die gegenüberliegenden Flächen der Welle 35 geleitet wird. Die Bohrung der Dichtungen ist mit einem Gewinde-Labyrinth 70 ausgebildet, welches bei Drehung der Welle (Fig. 3 und 4) Öl zwischen Hülse und Welle in Richtung der ölabziehenden Kammern 71 und 93 bewegt.

Das Lager 36 ist mit einem radialen und dem Wellenteil 40 gegenüberliegenden Flansch 73 ausgebildet. Die Fläche des Flansches 73 ist mit einem radial sich erstreckenden Kanal 75 versehen, dessen Außenende mit der ülabzuskammer 71 in Verbindung steht.

Der .iittelabschnitt 12 ist mit einem radial befindlichen Kanal 77 ausgestattet, der mit einem Kanal 78 in Verbindung steht. Dieser Kanal steht mit Nebenkanälen 80 und 81 in Verbindung, um Öl in die die Lager 36, 37 umgebenden Nuten 8 2 und 83 einzuleiten. Die Lager sind mit öffnungen 84 versehen, um das öl aus den Nuten 82 und 83 in axial sich erstreckende Kanäle 85 zum Zwecke geeigneter Verteilung des Öls zwischen den Lagern und der Welle weiterzuleiten. Die Kanäle 8 5 im Lager 36 stehen

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mit dem radialen Kanal 7 5 in Verbindung. Das Außenende des Kanal· auscnnittes 77 wird mit unter Druck stehendem öl gespeist. Das sich über den iNebenkanal 80 erstreckende Lnde des Kanals 78 ist durch einen Stopfen 90 verschlossen.

Während des Betriebs des Turboladers dient das öl sowohl zum Schmieren als auch zum Kühlen der Lager 36, 37. Das öl des Lagers 36 wird über den Kanal 75 in die ölabzugskammer 71 abgegeben. Falls der über den Kompressoreinlaß 54 anströmende Luftstrom Feuchtigkeit enthält dann wandert die Feuchtigkeit entlang der Außenkanten der Laufradschaufeln des Verdichterrades 47, d.h. entlang der Innenwand der Kammer 56 (Fig. 1). Der größte Anteil der Feuchtigkeit tritt also in die Kammer 56 ein und wird nicht über den Diffusorkanal 59 weitergeleitet. Wenn der Verdichter bei normaler voller Last gefahren wird dann bewirkt die Strömung der die Kanäle 63, 64 in den Dichtungen 60, 6 9 durchsetzenden Luft, daß das öl unterhalb einer Temperatur gehalten wird, bei welcher es karbonisiert bzw. verkohlt. Wenn der Verdichter unter Oberlastbedingungen arbeitet dann wird die Turbinen-Verdichterradanordnung mit höherer Geschwindigkeit gefauren, so daß sich der Druck in der Kammer 56 und der Druck der Luft innerhalb der Dichtungskanäle 63 und 64 erhöht. Auch die Temperatur der Turbinenscheibe 33 und der Welle 40 erhöhen sich. Unter dieser Situation wird die Feuchtigkeit der zwischen Welle und Dichtungen strömenden Luft in Dampf umgesetzt, welcher die Labyrinthdichtungen reinigt. Hs kann sich also kein verkohltes öl in den Dichtungen ansammeln, wenn die Vorrrichtung unter

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Überlastbedingungen arbeitet. Ls gibt Anwendungsbereiche, bei welchen zu gewissen Zeiten der dieselmotor im Leerlauf arbeitet, so beispielsweise in Lokomotiven für Züge. Line ^leiteinrichtung ist vorgesehen, urn das Lntweichen von '61 zu ändern, welches zwischen der jicntung 60 und der Welle entweichen kann, wenn der Motor langsam oder mit Leerlaufgeschwindigkeit läuft.

oie Leiteinrichtung ist von king form, v/ie bei 95 dargestellt. Sie weist einen Lippenteil 96 auf, der sich radial nach innen über den Bereich zwischen der Bohrung der uicntung und der" Kelle hinaus erstreckt. Die Lippe erstreckt sich bis nahe an das Ende des IVellenendteils 40. Vorzugsweise ist die Leiteinrichtung 95 materialeinheitlich mit der Lichtung 60 ausgebildet. Die Dichtung 60 ist in einer Gegenbohrung des Mittelabschnittes 12 eingelassen und wird in dieser Position durch einen Spreng- bzw. Schnappring 97 gehalten.

Jegliche, sich zwischen der Lippe 96 und dem Bnde der Welle ansammelnde ölleckage wird durch die Dichtung in die ölabzugskammer 71 zurückgedrängt. Auf diese Weise wird verhindert, daß sich öl auf der Turbinenscheibe 33 sammelt, was bei hohen Temperaturen zu einer Verkohlung des Öls und zu einer unerwünschten Ansammlung an der Turbinenscheibe führen könnte.

Zwischen der Dichtung 69 und dem Verdichterrad ist keine öl-Leiteinrichtung vorgesehen. Die Abgabe kühlender Luft über den Dichtungskanal 64 hält die Dichtung 69 und den Bund 41 auf

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einer Temperatur unterhalb des Temperaturbereiches, bei welchem Verkohlung stattfindet. Ls ist erkennbar, daß die Temperatur innerhalb dieses Teils des Aufbaues beträchtlich tiefer liegt als im Bereich der an die Turbinenscheibe angrenzenden dichtung 60. iJie Jichtung 60 ist in ihrer Position durch einen Sprengbzw. Schnappring 97 gehalten und wird mit Hilfe eines Zapfens 61 gegenüber Drehung abgesichert.

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Claims

Patentanwalt·

Dr. Ing. H. N»g«ndank

Dipl. Ing. H. Hauet: · Diol Pfr/s. W. Schmitz

Dipl. Ing. E. Grealfs - Dipl. Ing W. Wehnert

• »n 2, MoiarUtraß· 23

Telefon 5 3S 05 S6

Carrier Corporation
Carrier Tower

η r τ ι _r rsr 1 & · Juni 1 57 3

P.O. Box 1000

Syracuse, New York 13201,JSA Anwaltsakte .:-2Ccl

Patentansprüche

ί 1 .; Turbolader mit einen Gehäuse, welches einen Turbinenaoschnitt, einen Kompressorabschnitt mit einem Auslaü-^iffusor/canal und einen .-littelabschnitt aufweist, mit.ersten αηα zweiten, i^ Abstand zueinander im .-littelabschnitt angeoraneten Lagern, einer in den Lagern geführte Kelle, einer mit Laufradschaufeln ausgestatteten Turbinenscheibe, welche innerhalb des Turoinenabschnittes befindlich angrenzend an das erste Lager ir.it eine::. Lnde der Welle verbunden ist, ;:.it einem Zentrifugal-Verdienter laufrad, welcnes angrenzend an das zweite Lager mit den entgegengesetzten Ende der Viel Ie verbunden ist und sich innerhalb des Koapressorabschnittes befindet, wobei das Verdichterrad bei Jrehung der Welle drehbar ist, us Luft unter ^ruck in den ijiffusorkanal einzuleiten, dadurch gekennzeicnnet, uaeine erste Ringdichtung (5jJ die Welle zwisehen der Turbinen-

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BADOmöiNÄL

scheine und dein ersten Lager (36) umgibt, daß eine zweite jicatung (69j die Welle zwischen dem zweiten Lager (37j und iera Verdichterrad (47) umgibt, daß jede der dichtungen (60, Wj) mit einem radial sich erstreckenden Kanal (63,64) ausgestattet ist, der mit den gegenüberliegenden Flächen von Welle und dichtung in Verbindung steht, daß der .Iittelabschnitt (10) des Gehäuses ein Gasleitsystem (65,66,68) aufweist, welches sich vom Diffusorkanal (59) an den Kanal in jeder der Jichtangen erstreckt, daß dem .-Iittelabschnitt ein ölkanalsystem (77, 78,8u,81j zugeordnet ist, um öl unter brück an die Bohrung jedes der Lager heranzuleiten, daß der .iittelabschnitt ferner ölabzugskammern (71,93) aufweist, welche die Lager umschließen, wobei die Kammern angrenzend an die Dichtungen angeordnet sind, daß sich ein öl-kückleitungskörper (96) zwiscnen der ersten Dichtung und der Turbinenscheibe befindet und sicii radial nach innen über das Ende der Welle unter axialem Abstand dazu erstreckt, und daß der Leitkörper wirksam ist, um ölleckage aus dem Bereich zwischen Welle und Dichtung in die ölabzugskammer (71) zurückzuführen.
2. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der

ölrückleitungskörper (96) materialeinheitlich mit der ersten Dichtung(60) ausgebildet ist.

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