Abgasturbogebläse. Die Erfindung betrifft ein Abgasturbo gebläse, wie es zum Beispiel bei Brennkraft- maschinen zur Erzeugung der Spül- und Ladeluft Verwendung findet. Es ist das Be streben, bei allen solchen Abgasturbogeblä- sen zur Verringerung des Preises und des Gewichtes mit einem einstufigen Gebläse und einer einstufigen Turbine auszukommen und es so zu bauen, dass es möglichst wenig Platz beansprucht.
Dieser Forderung trägt man am besten dadurch Rechnung, dass man das Turbinenrad fliegend anordnet, da eine fliegend angeordnete Turbinenscheibe ausser dem noch sehr günstige Verhältnisse für die Abströmung der Abgase von der Turbine bietet. Um einen gänstigen Wirkungsgrad zu erzielen, müssen die Abgasturbogebläse mit sehr hohen Drehzahlen laufen. Ganz be sondere Beachtung verdient daher die La gerung der Welle. Bei den hohen Drehzahlen treten ganz beachtliche Kreiselmomente auf, die eine Erniedrigung der kritischen Dreh- zahl bedingen.
Da Abgasturbogebläse mit veränderlicher Drehzahl laufen, weil sich je nach der Belastung der Brennkraftmaschine das in der Abgasturbine zu verarbeitende Gefälle in weiten Grenzen ändert, ist ferner darauf zu achten, dass das Durchfahren einer kritischen Drehzahl während des Betriebes vermieden wird. Um eine möglichst hohe Lage der kritischen Drehzahl zu erhalten, sollen die blassen klein und die Welle mög lichst steif sein. Die Abmessungen und da mit die Masse der drehenden Teile sind be stimmt durch die verarbeiteten Luft- bezw. Gasgewichte und durch die Rücksicht auf die Festigkeit der Scheiben. Bei den üb lichen Bauarten ist man auch bei der Be messung der Welle an enge Grenzen ge bunden.
Eine Verstärkung der Welle be dingt eine Vergrösserung der Lager. Je grö sser aber die Lager sind, desto grösser werden die Schwierigkeiten.
Zur Behebung dieser Übelstände ist er- findungsgemäss die Turbinenwelle hohl aus gebildet, und die Lager sind im Innern der Welle auf einer in ihre Höhlung hinein ragenden, feststehenden Achse angeordnet. Man kann durch diese Massnahme die Welle beliebig steif ausführen und anderseits die Lager so klein halten, wie es die Belastungs möglichkeit zulässt. Durch diese Anordnung ist es möglich, die niedrigste kritische Dreh zahl auf ein Vielfaches der Höchstdrehzahl zu legen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungs beispiel eines Abgasturbogebläses nach der Erfindung in einem teilweisen Längsschnitt dargestellt.
Im Gebläsegehäuse 1 ist mit ihrem kege- Ligen Ende 2 die feststehende Achse 3 be festigt. Auf der Achse 3 ist mittels der Kugellager 4, 5 die hohle Welle 6 der Tur binenscheibe 7 gelagert. Auf der Welle 6 ist ferner das Gebläserad 20 befestigt. Der Innenring der Kugellager sitzt auf der fest stehenden Achse 3, während sich der Aussen ring mit der Turbinenwelle 6 dreht. Die Turbinenwelle 6 ist also eine zweimal ge lagerte Welle mit zwei Lasten. Während die eine Last, nämlich das Turbinenrad freifliegend angeordnet ist, ist das zweite Lager 5 unter der zweiten Last, dem Ge- bläserad 20, angeordnet.
Auf diese Weise wird dieses zweite Lager 5 von radialen Be anspruchungen entlastet. Ferner ist das zweite Lager 5, da es am weitesten vom beissen Turbinenrad 7 entfernt ist, als Festlager aus geführt, während das Lager 4 eine Wärme ausdehnung der Welle gestattet. Bei dieser Anordnung lassen sich auch sehr günstige Kühlbedingungen schaffen. Die feststehende Achee 3 ist zur Durchleitung einer Kühl flüssigkeit mit Hohlräumen 9, 10 versehen, so dass die Innenringe der Kugellager kühl gehalten werden können. Die Kühlflüssigkeit fliesst durch die Leitung 8 dem Hohlraum 9 zu und vom Hohlraum 10 durch die Leitung 11 wieder ab.
Durch Anordnung zweier oder mehrerer Scheiben 12, 13 in der Nähe der innern Stirnfläche der hohlen Welle 6 ist ein guter Strahlungsschutz gegen die heisse Turbinenscheibe ? geschaffen. Um gegebenen falls noch die Wärmeleitung von der Tur binenscheibe 7 über die Welle 6 auf den Aussenring des Kugellagers 4 zu verringern, kann zwischen Aussenring des Kugellagers 4 und Innensitzfläche der Welle 6 eine Büchse aus einem Werkstoff mit sehr niedriger Wärmeleitzahl eingesetzt werden.
Zur wei teren Kühlung des besonders gefährdeten Lagers 4 wird noch der Aussenumfang der Welle 6 mit Wasser angespritzt. Bei der hohen Umdrehungszahl wird das Wasser sofort von der Welle wieder abgeschleudert, so dass es daher kaum verdampfen wird. Das Spritzwasser wird durch die Leitung 14 zugeführt und das von der Welle 6 abge- schleuderte Wasser in einem die Welle 6 umgebenden Ringraum 15 aufgefangen und durch die Leitungen 16;
17 abgeführt. .Durch beiderseitig am Bingraum <B>16</B> angeordnete Spritzringe 1$, Labyrinthdichtungen und Sperrluftkammern 19 wird das Entweichen des Wassers nach der Seite hin verhindert. Durch die Leitung 21 und die Bohrung 22 wird schliesslich nach Druckluft zugeführt, die ebenfalls zur, Kühlung der Lager 4, 5 dient, ausserdem aber durch die Mitebrung von Öldämpfen die Schmierung der Kugel- lager besorgt.
Exhaust gas fan. The invention relates to an exhaust gas turbo fan, as is used, for example, in internal combustion engines to generate the scavenging and charge air. The aim is to get by with a single-stage fan and a single-stage turbine for all such exhaust gas turbo fans in order to reduce the price and weight, and to build them in such a way that it takes up as little space as possible.
This requirement is best taken into account by arranging the turbine wheel in a cantilevered manner, since an overhung turbine disk also offers very favorable conditions for the exhaust gas to flow away from the turbine. In order to achieve a good level of efficiency, the exhaust gas turbo fan must run at very high speeds. The shaft bearings therefore deserve special attention. Considerable gyroscopic torques occur at the high speeds, which necessitate a lowering of the critical speed.
Since exhaust gas turbo fans run at a variable speed, because the gradient to be processed in the exhaust gas turbine changes within wide limits depending on the load on the internal combustion engine, care must also be taken to avoid passing through a critical speed during operation. To get the highest possible critical speed, the pale small and the shaft should be as stiff as possible. The dimensions and because of the mass of the rotating parts are determined by the processed air respectively. Gas weights and by considering the strength of the discs. With the usual designs, you are bound to tight limits when measuring the shaft.
A reinforcement of the shaft causes an enlargement of the bearings. But the larger the camps, the greater the difficulties.
In order to remedy these inconveniences, according to the invention, the turbine shaft is made hollow, and the bearings are arranged inside the shaft on a stationary axle projecting into its cavity. With this measure, the shaft can be made as stiff as desired and, on the other hand, the bearings can be kept as small as the load capacity allows. This arrangement makes it possible to set the lowest critical speed to a multiple of the maximum speed.
In the drawing, an execution example of an exhaust gas turbine blower according to the invention is shown in a partial longitudinal section.
In the fan housing 1, the fixed axis 3 is fastened with its conical end 2. On the axis 3, the hollow shaft 6 of the tur bin disc 7 is mounted by means of the ball bearings 4, 5. The impeller 20 is also attached to the shaft 6. The inner ring of the ball bearings sits on the stationary axle 3, while the outer ring rotates with the turbine shaft 6. The turbine shaft 6 is thus a twice ge superimposed shaft with two loads. While one load, namely the turbine wheel, is arranged in a free-floating manner, the second bearing 5 is arranged under the second load, the fan wheel 20.
In this way, this second bearing 5 is relieved of radial loading. Furthermore, the second bearing 5, since it is furthest away from the two turbine wheel 7, is made as a fixed bearing, while the bearing 4 allows thermal expansion of the shaft. With this arrangement, very favorable cooling conditions can also be created. The stationary Achee 3 is provided with cavities 9, 10 for the passage of a cooling liquid, so that the inner rings of the ball bearings can be kept cool. The cooling liquid flows through the line 8 to the cavity 9 and from the cavity 10 through the line 11 again.
By arranging two or more disks 12, 13 in the vicinity of the inner end face of the hollow shaft 6 is a good radiation protection against the hot turbine disk? created. In order to reduce the conduction of heat from the turbo disk 7 via the shaft 6 to the outer ring of the ball bearing 4, a sleeve made of a material with a very low thermal conductivity can be used between the outer ring of the ball bearing 4 and the inner seat surface of the shaft 6.
For white direct cooling of the particularly endangered bearing 4, the outer circumference of the shaft 6 is sprayed with water. At the high number of revolutions, the water is immediately thrown off the shaft so that it will hardly evaporate. The spray water is fed in through line 14 and the water thrown off by shaft 6 is collected in an annular space 15 surrounding shaft 6 and passed through lines 16;
17 discharged. Splash rings 1 $, labyrinth seals and sealing air chambers 19 arranged on both sides of the bing chamber <B> 16 </B> prevent the water from escaping to the side. Finally, compressed air is supplied through the line 21 and the bore 22, which also serves to cool the bearings 4, 5, but also provides the lubrication of the ball bearings through the addition of oil vapors.