DE2736562A1 - Turbocompressor for supercharging IC engine - has double-skin thin wall casing providing annular cooling fluid flow chamber (CS 31.7.78) - Google Patents
Turbocompressor for supercharging IC engine - has double-skin thin wall casing providing annular cooling fluid flow chamber (CS 31.7.78)Info
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Abstract
Description
TURBOVERDICHTER TURBO COMPRESSOR
Die vorliegende Erfindung betrifft den Strömun0smaschinenbau, insbesondere Turboverdichter. The present invention relates to fluid engineering, in particular Turbo compressor.
Die Brfindng sann bei Turboverdichtern zum Aufladen von Verbrennungsmotoren (Diesel- und Gasmotoren) am vorteilhaftesten angewendet werden, da es bekannt ist, daß die Verwendung der Aufladung, d. h. die Füllung der Arbeitszylinder der Verbrennungsmotoren zenit Luft unter ueberdruck eines der wirksamsten Mittel zur Erhöhung der Leistungtsdaten der Motcren darstellt. Im Motorzylinder eines bestimmten Volumens können mit Hilfe der Aufladung größere Gewichtsluftladungsmenge untergebracht, folglich größere Brennstoffmenge verbrannt und dadurch höhere Leitung erzeugt werden. The discovery was made of turbo compressors for charging internal combustion engines (Diesel and gas engines) are most advantageously used as it is known that the use of charging, d. H. the filling of the working cylinders of the internal combustion engines zenit air under overpressure one of the most effective means to increase the performance data the Motcren represents. In the engine cylinder of a certain volume you can use the charge accommodated a larger weight air charge amount, consequently a larger amount of fuel burned, thereby generating higher conduction.
Allbekannt sind Turboverdichter zum Aufladen von Verbrennungsmotoren. Der Turboverdichter enthält ein Verdichtergehäuse, in dem das Laufrad des Verdichters, untergebracht ist, und ein GasaufnahmegehSuse zur Heißgaszufuhr an das Turbinenlaufrad. Das Turbinenlaufrad sitzt auf einer Welle mit dem Laufrad des Verdichters. Der Turboverdichter weist auch ein mit Flüssigkeit, z.B. Was:;er, gekühltes Gehäuse zur Abgasableitung von der Turbine auf. Turbo compressors for charging internal combustion engines are well known. The turbo compressor contains a compressor housing in which the impeller of the compressor, is housed, and a gas intake housing for supplying hot gas to the turbine wheel. The turbine runner sits on a shaft with the compressor runner. The turbo compressor Also has a liquid-cooled housing, e.g. Was:; er, for exhaust gas discharge from the turbine.
Bei den bekannten Turboverdichtern ist das gekühlte Gehäuse zur Abgasableitung von aer Turbine üblicherweise aus Lisenmetallen (Gußeisen) oder Aluminiumlezierungen gegossen ausgeführt. Das Gehäuse hat Doppelwände, zwischen denen eine Kühlflüssigkeit umläuft (s. z.B. das buch von P.s. Morgulis, V.G. Perrilov "Turboaompressory teplovosnykh dvigatelei" Turboverdlchter von Die e llomotoren, Mashinostroenie, 1965) Wegen der Wanddicke, die durch die Möglichkeiten der Gießtechnologie gegeben ist, haben die GuS-gehäuse aus Eisenmetallen ein beträchtliches Gewicht. In the known turbo-compressors, the cooled housing is used for exhaust gas discharge of the turbine usually made of pilasters (cast iron) or aluminum alloys poured executed. The housing has double walls between which a cooling liquid circulating (see e.g. the book by P.s. Morgulis, V.G. Perrilov "Turboaompressory teplovosnykh dvigatelei "Turboverdlchter von Die e llomotoren, Mashinostroenie, 1965) Because of the Wall thickness, which is given by the possibilities of casting technology, have the GuS housings made of ferrous metals have a considerable weight.
Die Gußgehäuse aus Aluminiumlegierungen sind nicht wärmebeständig genug, weil bei einer Temperatur von über 400°C die Rekristallisation der Aluminiumlegierung und als Folge davon ein Festigkeitsverlust eintritt. The cast aluminum alloy housings are not heat-resistant enough because at a temperature of over 400 ° C the recrystallization of the aluminum alloy and as a result there is a loss of strength.
Bei der Herssellung der gegossenen Gehäuse sowohl aus Sisenmetallen als auch aus Aluminiumlegierungen besteht außerdem die Möglichkeit zur Entstehung solcher spezifischer Fehler, von denen die Gießtechnologie begleitet wird, wie Bunker, Risse, nicht voll ausgelaufene Stellen, Zusammenziehungen u. desgl. m. Die Gußgehäuse haben ferner wegen beträchtlicher Schnittzugaben und Wanddicke einen großen Metallbedarf. When making the cast housing from both ferrous metals as well as aluminum alloys, there is also the possibility of formation such specific defects that accompany the casting technology, such as bunkers, Cracks, not fully leaked areas, contractions and the like with the cast housing also have a large metal requirement because of considerable cutting allowances and wall thickness.
Außerdem sind Turboverdichter bekannt, bei denen das gekühlte Gehäuse zur Abgasableitung von der Turbine gescehweißt aus Stahlblechen ausgeführt ist (s. z.B. das Buch "Diseli" Dieselmotoren, Spravochnoe posobie konstruktora, "Ißashgis", 1957). Die erforderliche Festigkeit und Steifigkeit dieses Gehäuses wird aufkosten der Dicke von glatten Stahlblechen, die den Außen- und Innenmantel des Gehäuses bilden1 erreicht. Ein solches Gehäuse besteht aus Ssahlblechen, die genauso dick wie die Wände des Gußgehäuses sind, und entspricht in seiner Konfiguration den Gußgehäuse. Wegen der unrationellen nutzung der '*erkstoffmöglichkeiten und des gewählten Herstellungsverfahrens (Schweißen) hat das gektihlte Gehäuse zur Abgasableitung ein beträchtliches Gewicht, welches dem des Gehäuses in Gußkonstruktion aus Eisenmetallen nahekommt. In addition, turbo compressors are known in which the cooled housing is welded from sheet steel for exhaust gas discharge from the turbine (see Fig. e.g. the book "Diseli" Diesel engines, Spravochnoe posobie Konstruktora, "Ißashgis", 1957). The required strength and rigidity of this housing will be at an expense the thickness of smooth Steel sheets covering the outer and inner sheaths of the housing 1 achieved. Such a housing consists of Ssahlbleche, which just as thick as the walls of the cast housing, and corresponds in its configuration the cast housing. Because of the inefficient use of the '* fuel options and the selected manufacturing process (welding) has the sealed housing for exhaust gas discharge a considerable weight equal to that of the cast iron housing comes close.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen Turboverdichter zu schaffen, bei dem das gekühlte Gehäuse zur Abgasableitung von der Turbine in Form eines dünnwandigen Traggerüstes ausgeführt ist und ein vermindertes Gewicht unter Beibehaltung von Festigkeit, Steifigkeit und Wärmebeständigkeit hat. The invention is based on the object of such a turbo compressor to create, in which the cooled housing for exhaust gas discharge from the turbine in In the form of a thin-walled supporting structure and a reduced weight while maintaining strength, rigidity and heat resistance.
Diese rufgabe wird dadurch gelöst, daß beim Turboverdichter,.der ein Verdichteigehäuse, in dem das Laufrad des Verdichters untergebracht ist, ein Gasaufnahmegehäuse zur Heißgaszufuhr zum Turbinenlaufrad, das auf einer Welle mit dem Laufrad des Verdichters sitzt, und ein gekL;hltes Genäuse zur Aboasableitung von der Turbine aufweist, erfindungsgemäß das gekühlte Gehäuse in Form eines Gerüstes ausgeführt ist, das durch zwei in einem gewissen Abstand voneinander entfernte Flansche und starre dünnwandige Längsprofilelemente aus Stahl gebildet ist, die die Flansche ver-Abstand binden undvvoneinander haben, deren Zwischenräuse mit dünnen Stahlblechen gefüllt sind, die mit den Profilelemerten die Außenwand des Gehäuses bilden, während die innewand des Gehäuses in Form eines glatten dunnwandigen muldenfo-rnigen Stahlblechs ausgeführt ist, das an den Flanschen bebefestigt und derart angeordnet ist, daß ein Hohlraum zam Umlauf der Sühlflüssigkeit zwischen Außen- und Innenwand entsteht. This task is solved by the fact that the turbo compressor, .der a compressor housing in which the impeller of the compressor is housed Gas intake housing for hot gas supply to the turbine runner, which is on a shaft with the impeller of the compressor, and a cooled housing for aboas discharge of the turbine, according to the invention, the cooled housing in the form of a frame is carried out, that by two at a certain distance from each other flanges and rigid, thin-walled longitudinal profile elements are formed from steel that form the flanges bind ver-distance and have vfrom each other, their intermediate ruff with thin steel sheets are filled, which form the outer wall of the housing with the Profilelemerten while the inner wall of the housing in the form of a smooth, thin-walled, trough-shaped Sheet steel is executed, which is attached to the flanges and arranged in such a way is that a cavity zam the circulation of the coolant between the outer and inner wall arises.
Die Festigkeit und Steifigkeit des Gehäuses ist durch sein Traggerüst gewährleistet, das sich aus zwei Flanschen und diese verbindenden starren Profilelementen zusammensetzt. The strength and rigidity of the housing is due to its supporting structure ensures that it consists of two flanges and rigid profile elements connecting them composed.
Als ergebnis dieser Ausführung nimmt das Gewicht des gekühlten Gehäuses zur Abgasableitung von der Turbine im Vergleich zu dem Gußgehäuse aus Lisenmetallen um das 1,8fache ab. Dementsprechend vermindert sich das Gewicht des Turboverdichters, bei dem dieses Gehäuse Verwendung findet. Außerdem besitzt das erfindungsgemäß ausgef'ührte gekühlte Gehäuse zur Abgasableitung von den Turbinen eine hohe Reparierbarkeit, d.h. eine Eigenschaft, die in seiner Taug1ich'it zur Auffindung und Beseitigung von Fehlern und Schäden sasohl in Produktion als auch in Betrieb durch Verschweißen der Fehler besteht. Die Wärmebeständigkeit des Gehäuses ist dadurch gewährleistet, daß es aus Stahl besteht. As a result of this design, the weight of the cooled housing is reduced for exhaust gas discharge from the turbine compared to the cast housing made of pilaster metals by 1.8 times. Accordingly, the weight of the turbo compressor is reduced, in which this housing is used. In addition, what is carried out according to the invention has cooled housing for exhaust gas discharge from the turbines a high reparability, i.e. a property which, in its suitability for discovery and disposal of errors and damage in production as well as in operation due to welding the error persists. The heat resistance of the housing is guaranteed by that it is made of steel.
Im Vergleich zu den Gußgehäusen hat das erfindunsgemäße Gehäuse einen höheren Ausnutzungskoeffizienten des Werkstoffes, insofern als die Konstruktion des Gehäuses gänzlich auf der Verwendung kaltgestanzten Walzgutes (tie für die starren Profilelemenfie, in den Zwischenräumen der Profilelemente angeordnete Bleche und Innenwand so.vie Flansche, die durch Verformung aus Streifenstahimaterial mit minimalen Schnittzugaben hergestellt wurden, beruht. In comparison to the cast housing, the housing according to the invention has one higher utilization coefficient of the material, insofar as the construction of the housing entirely on the use of cold-stamped rolled stock (tie for the rigid Profilelemenfie, arranged in the spaces between the profile elements and sheets Inner wall so.vie flanges that by deformation from strip steel material were made with minimal allowances.
Es ist wünschenswert, daß das glatte dt1nnwandie Stahlblech, das die Innentvand des Gehäuses bildet, mit den die AußenvJand des Gehäuses bildenden Blechen zumindest an zwei in bezug auf die Vertikalebene symmetrischen Stellen mittels Verbindungselementer verbunden ist. It is desirable that the smooth thin-walled steel sheet that forms the inner wall of the housing, with those forming the outer wall of the housing Sheets at least at two with respect to the vertical plane symmetrical points by means Fastener is connected.
Die nach der Erfindung ausgeführten gekühlten Gehäuse zur Abtasableitung von der Turbine finden bei Turboverdichtern unterschiedlicher >rößen Verwendung und können in Abhängigkeit von der Baugröße unterschiedliche hbaessungen aufweisen. Die zur Installation an Dieselmotoren hoher Leistung (etwa 7000 PS) bestimmten Turboverdichter von beträchtlichen Baugrößen haben ein gekühltes Gehäuse, in dem der Abstand zwischen den Profilelementen derart sein kann, daß eine Verformung des dünnen Blechs, das die lnnenwand des Gehäuses bildet, und der zwischen den Profilelenenten angeordneten Bleche unter dem Druckeinfluß der in Raum zwischen Außen- und Innenwand umlaufenden Kühlflüssigke it möglich ist. Um dies zu vermeiden, steht die Innenwand des größeren Gehäuses mindestens an zwei Stellen mit der Außenwand, die durch die zwischen den Profilelementen angeordneten Bleche gebildet ist, in Verbindung. The cooled housing designed according to the invention for discharge discharge of the turbine are used in turbo compressors of various sizes and can have different dimensions depending on the size. Turbo compressors intended for installation on high-performance diesel engines (around 7000 hp) of considerable sizes have a cooled housing in which the distance between the profile elements can be such that a deformation of the thin sheet, the forms the inner wall of the housing, and that arranged between the profile elements Sheet metal under the influence of pressure in the space between the outer and inner wall Cooling liquid is possible. To avoid this, the inner wall of the larger one stands Housing at least in two places with the outer wall, which is through the between the Profile elements arranged sheets is formed in connection.
Es ist zweckmäßig, wenn die starren Lärgsprofilstahlelemente im wesentlichen muldenförmig und mit den Höhlungen zur Innenwand des Gehäuses gekehrt sind. It is useful if the rigid steel profile elements substantially are trough-shaped and turned with the cavities to the inner wall of the housing.
Der nach der Erfindung auseführte, zum Aufladen von Vebrennungsmotoren bestimmte Turboverdichter gestattet, die Leistung der Motoren um das 2,5 bis 3fache zu erhöhen. Das Druckverhältnis im Verdichter erreicht 4,0, die Leistung 2,7 bis 10 kg/s je nach der Baugröße. The one carried out according to the invention, for charging combustion engines Certain turbo compressors allow the engine power to be 2.5 to 3 times higher to increase. The pressure ratio in the compressor reaches 4.0, the output 2.7 to 10 kg / s depending on the size.
Die erfindungsgemäßen Turboverdichter können bei Motoren mit einem effektiven Mitteldruck von etvja 25 kp/cm² und einer Leistung von etwa 7000 PS zum Einsatz gelangen. Der Wirkungsgrad des Qurboverdichters beträgt 60%. Die Masse des Turboverdichters beträgt 270 bis 400 kg je nach der Baugröße.. The turbo compressor according to the invention can be used in engines with a effective mean pressure of about 25 kp / cm² and an output of about 7000 hp Use. The efficiency of the turbo compressor is 60%. The bulk of the Turbo compressor is 270 to 400 kg depending on the size.
Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und der beigefügte Zeichnungen näher erläutert. 165 zeigt itig. 1 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Turboverdichter, big. 2 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch das gekühlte Gehäuse zur Abgasableitung von der Turbine, Fig. 3 einen schnitt nach Linie III-III in balg. 2. Other objects and advantages of the invention will be discussed below an embodiment and the accompanying drawings explained in more detail. 165 shows itig. 1 in a schematic representation a longitudinal section through the invention Turbo compressor, big. 2 in a schematic representation a longitudinal section through the cooled housing for exhaust gas discharge from the turbine, Fig. 3 is a section along the line III-III in bellows. 2.
Der Turboverdichter enthält ein Veidichtergehause I (ig. 1), in dem das Laufrad 2 des Verdichters untergebracet ist, und ein Gasaufnahmegehäuse 3 zur Heißgaszufuhr an das Turbinenlaufrad 4. Hinter dem Laufrad 2 des Verdichters ist in Luftstromrichtung ein Lufttrichter 5 angeordnet, durch den die Luft in eine Schnecke 6 des Verdichtergehäuses einstromt, aus der sie den (nicht dargestellten) Zylindern des Motors zugeführt wird. The turbo compressor contains a Veidichtergehause I (Fig. 1) in which the impeller 2 of the compressor is untergebracet, and a gas intake housing 3 for Hot gas supply to the turbine runner 4. Behind the runner 2 of the compressor is arranged in the air flow direction an air funnel 5 through which the air into a screw 6 of the compressor housing flows in, from which they the (not shown) cylinders of the motor is supplied.
Das Turbinenlaufrad 4 ist auf einer Welle 7 mit dem Laufrad 2 des Verdichters angeordnet. Die l.'ielle 7 ist durch einen Wärmeschutzmantel 8 vor der Einwirkung der heissen Auspuffgase geschützt. Außerdem enthält der Turboverdichter ein gekühltes Gehäuse 9 zur Abgasableitung von der Turbine. Vor dem Turbinenlaufrad 4 ist auf einer Ausbohrung des Gasaufnahmegehäuses 3 in Gasstromrichtung ein Düsena,parat 10 angeordnet, der zum Zweiten des Heißgasstromes auf das Turbinenlaufrad 4 dient. Das gekühlte Gehäuse 9 zur Abgasableitung von der Turbine ist in Form eines Traggerdstes ausgeführt, das durch zwei in einem gewissen Abstand voneinander entfernte Flansche II und 12 (Fig. 2) und starre dunnwandige Längsprofilelemente aus Stahl 13 gebildet ist, die die Flansche II und 12 verbinden und voneinander Abstand haben. The turbine wheel 4 is on a shaft 7 with the impeller 2 of the Compressor arranged. The l.'ielle 7 is through a thermal jacket 8 in front of the Protected against the effects of hot exhaust gases. The turbo compressor also contains a cooled housing 9 for exhaust gas discharge from the turbine. In front of the turbine runner 4 is a nozzle on a bore in the gas receiving housing 3 in the gas flow direction 10 arranged, which is used for the second of the hot gas flow on the turbine wheel 4. The cooled housing 9 for exhaust gas discharge from the turbine is in the form of a supporting framework carried out by two flanges spaced from each other at a certain distance II and 12 (Fig. 2) and rigid, thin-walled longitudinal profile elements made of steel 13 which connect the flanges II and 12 and are spaced from each other.
Die Zwischenräume der Elemente 13 sind mit Blechen 14 (Fig. 3) gefüllt, die gemeinsam mit den Längselementen 13 die Außenwand des Gehäuses 9 bilden. Die Innenwand des Gehäuses 9 ist in Form eines denen glatten muldenförmigen Stahlblechs 15 ausgeführt, das an den Flanschen II und 12 befestigt und derart angeordnet ist, daß ein Hohlraum für die Kühlflussigkeit zwischen Außen- und Innenwand des Gehäuses 9 entsteht, und steht mit dem die Außenwand des Gehäuses 9 bildenden Blech 14 mittels Verbindungselemente 16 mindestens an zwei Stellen in Verbindung. Durch die Verbindungselemente 16 ist die Verformung der Innenwand 15 des Gehäuses 9 durch den Druck der Eühlflüssigkeit, die in dem durch die Außen- und Innenwand des Gehäuses 9 gebildeten Baum umläuft, ausgeschlossen.The spaces between the elements 13 are filled with metal sheets 14 (Fig. 3), which together with the longitudinal elements 13 form the outer wall of the housing 9. the The inner wall of the housing 9 is in the form of a trough-shaped sheet steel that is smooth 15 executed, which is attached to the flanges II and 12 and arranged in such a way that a cavity for the cooling fluid between the outer and inner walls of the housing 9 arises, and stands with the sheet metal 14 forming the outer wall of the housing 9 by means Connecting elements 16 in connection at least at two points. Through the fasteners 16 is the deformation of the inner wall 15 of the housing 9 by the pressure of the cooling liquid, in the that formed by the outer and inner walls of the housing 9 Tree running around, excluded.
In der zylindrischen Aufbohrung des Gehäuses 9 ist seitens des Flansches II eine Labyrinthdichtung 17 angeordnet, die ein Entweichen der Luft aus dem Laufrad 2 des Verdichters in den Hohlraum 18 des Gehäuses 9 verhindert. An der Dichtung 17 ist der Bärmeschutzmantel 8 befestigt. In the cylindrical bore of the housing 9 is on the part of the flange II a labyrinth seal 17 is arranged, which prevents the air from escaping from the impeller 2 of the compressor in the cavity 18 of the housing 9 is prevented. At the seal 17, the thermal protection jacket 8 is attached.
Der Turboverdichter arbeitet wie folgt. The turbo compressor works as follows.
Durch (nicht dargestellte) Eintrittsöffnungen des Gasaufnahmegehäuses 3 gelangen die Auspuffgase von dem (nicht dargestellten) Verbrennungsmotor zum Düsenapparat 10, der den Heißgasstrom dem Turbinenlaufrad 4 zuleitet. Through inlet openings (not shown) in the gas intake housing 3 pass the exhaust gases from the internal combustion engine (not shown) to the nozzle apparatus 10, which feeds the hot gas flow to the turbine wheel 4.
Der Gas strom treibt das Turbinenlaufrad 4 und das auf einer Welle 7 mit ihm sitzende Laufrad 2 des Verdichters an, das die Luft durch den Lufttrichter 5 und die Schnecke 6 in die Motorzylinder fördert. The gas stream drives the turbine wheel 4 and that on a shaft 7 with it seated impeller 2 of the compressor that the air through the air funnel 5 and the screw 6 promotes in the motor cylinder.
Die die Turbine verlassenden Abgase gelangen in den Innenhohlraum 18 des gekühlten Gehäuses 9 zur Abgasableitung von der Turbine und treten aus dem Turbaverdichter durch eine Ausströmöffnung 19 aus. The exhaust gases leaving the turbine enter the inner cavity 18 of the cooled housing 9 for exhaust gas discharge from the turbine and emerge from the Turbo compressor through an outflow opening 19.
Diese Ausführung des Turboverdichters bietet die Mög lichkeit, höchstens 3 bis 5 mm dicke gestanzte Elemente aus Stahlblechwalzgut für die Herstellung seines Gehäuses 9 zur Abgasableitung von der Turbine zu ven.enden, was das Gewicht des Gehäuses im Vergleich zu dem gegossen auEgeführten Gehäuse mit ähnlichem Verwendungszweck z.3. aus Gußeisen um das 1,8fach vermindert, die Reparierbarkeit des Gehäuses und des Turboverdichters insgesamt verbessert-und den Metallbedarf des Turboverdichters herabsetst. L e e r s e i t e i t e This version of the turbo compressor offers the possibility of at most 3 to 5 mm thick stamped elements from rolled sheet steel for the manufacture of his Housing 9 for exhaust gas discharge from the turbine to be used, which is the weight of the Housing compared to the cast housing with a similar purpose z.3. made of cast iron reduced by 1.8 times, the repairability of the Housing and the turbo-compressor overall and the metal requirements of the turbo-compressor belittling. L e r s e i t e i t e
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| US10920921B2 (en) | 2015-01-14 | 2021-02-16 | Atlas Copco Airpower, Naamloze Vennootschap | Housing for a compressor or expander installation, vacuum pump, generator or the like |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OAM | Search report available | ||
| OC | Search report available | ||
| OHJ | Non-payment of the annual fee |