CH277111A - Verfahren zum Regulieren von Radialturbinen und Einrichtung zur Durchführung desselben. - Google Patents

Description

  Verfahren zum Regulieren von     Radialturbinen    und Einrichtung  zur Durchführung desselben.    Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum  Regulieren von     Radialturbinen    und eine     Ein-          riclitun    g zur     Durehführung    desselben.

       Ce-          mü13    der     Erfindung-    besteht das Verfahren  darin,     (1a13    im     Ringspalt,    der zwischen den       Leitsehaufelaustritten    und den Laufschaufel  eintritten besteht,     Durehströmquerschnitte    ge  ändert      -erden.    Die zur Ausübung des Verfah  rens geeignete Einrichtung ist dadurch ge  kennzeichnet, dass zwischen dem Leitschaufel  austritt und dem     Laufsehaufeleintritt    ein       i        ingförmiges    Regulierorgan eingeschaltet ist,

    (las zwecks -Änderung des     Dureliströmquer-          sehnittes    zwischen dein. Leitrad und dem Lauf  rad in axialer Richtung bewegbar ist.  



  Auf der beiliegenden Zeichnung ist die zur       Ausführun        o-    des Verfahrens     geeignete        Ein-          rielitung    in beispielsweisen     Ausführungsfor-          inen    dargestellt, und es zeigt:

         Fig.    1 eine Ansicht mit teilweisem Längs  schnitt eines Abgasturboladers mit Regulier  organ in einem ersten Ausführungsbeispiel  und       Fig.    ' einen Querschnitt nach den Linien       1-I    und     II-II    der     Fig.    1,       Fig.3    einen     Längssehnitt    eines zweiten  Ausführungsbeispiels mit einem Regulieror  gan,

   das sowohl den     Durchströmquersehnitt          zwisehen        Leit-    und Laufrad als auch     Über-          ströniöffnungen    für     übersehüssiges        Betriebs-          niitt.el,    steuert.  



       Fig.        4.    einen     Längssehnitt    eines Düsen  triebwerkes     finit.        Regulierbüehse,    die im Bereich    zwischen den     Leit-    und Laufschaufeln ein  zelne     Ausnehmungen    aufweist.  



  An Hand dieser Beispiele wird auch     da-,     Verfahren nach der Erfindung beispielsweise  erläutert.  



  Zur Veranschaulichung der Erfindung  dienen die Beispiele nach     Fig.1    bis 4, wobei  zwecks     Wahrung    der Übersicht in den     Fig.    1  bis 3 nur einstufige     innenbeaufsehlagte    Ra  dialturbinen mit den hierfür entsprechenden  Regulierorganen als Beispiele angenommen  wurden.  



  Die nachfolgenden Stufen mehrstufiger  Turbinen können radiale oder axiale     Durch-          strömrichtung    aufweisen, wobei im letzteren  Fall das Betriebsmittel nach der ersten Stufe  in die axiale Richtung umgeleitet wird. Einen  solchen Fall zeigt das in     Fig.4    dargestellte  Düsentriebwerk mit Regulierorgan zwischen       Leit-    und Laufschaufeln der ersten Turbinen  stufe.  



  Die Erfindung kann für     vollbeaufschlagte     wie auch für     teilbeaufschlagte    Turbinen ange  wendet werden. Bei. den letzteren sind be  kanntlich durch entsprechend     geformteWVände     am Düseneinlauf die nicht benötigten Düsen  gruppen abgeschlossen. Durch Verschieben  der Regulierbüchse verändert sich der Quer  schnitt der     Durchströmfläche    zwischen den       Leit-    und Laufschaufeln. Ebenfalls kann die  Erfindung Anwendung finden bei     Turbinen,     bei denen zwei und mehr Eintritte mit Tren  nung des Zuflusses bis     nun    Düsenaustritt      notwendig sind.

   Diese Ausführungsart findet  beispielsweise bei Abgasturboladern für     mehr-          zylindrige    Dieselmotoren Anwendung. Um  eine ungünstige Beeinflussung des     Abgasaus-          lasses    einzelner Zylinder durch die Druck  stösse der Abgase anderer Zylinder zu verhin  dern, werden die Abgase je nach Zylinderzahl  in zwei oder mehr Teilströme unterteilt. Diese  Unterteilung wird bis zum Düsenaustritt.     auf-          r        echterhalten.     



  Nach dem ersten Ausführungsbeispiel,       Fig.    1 und     \?,    bezeichnet 1 die Leistung auf  nehmende Maschine und 2 das Turbinenrad,       \velches    das Gebläse einer     Abgas-Turboauf-          ladegruppe    treibt. 3 bezeichnet den Eintritt  des Abgases in das Turbinengehäuse G, 4 ein  trichterförmiges     Umlenkbleeh    und 5 die  Düsen. Nach den Düsen befindet sich ein Spalt  6 und hinter diesem die Turbinenschaufeln 7.  8 ist das     Gas-Sammelgehäuse    und 9 der Aus  trittsstutzen desselben. In den Spalt 6 greift  das Ende einer axial verschiebbaren Regu  lierbüchse 10.

   Die Regulierbüchse ist am Mit:       telteil    mit einer oder mehreren eingefrästen,  mit Steigung     versehenen    Nuten 12 versehen,  in welche im Maschinenteil     17    ortsfest veran  kerte Führungszapfen 11 eingreifen. In der  Lagerbüchse 18 ist     versehiebbar    eine Regulier  stange 13 gelagert. Die Regulierstange 13  weist einen Schlitz 13' auf, in welchen der  Führungsstift 14 eingreift, welcher mit der  Regulierbüchse 10 fest verbunden ist. 15 ist.  ein Federrohr     zur    Abdichtung der Regulier  stange 13.  



  Im Betrieb fliesst das Betriebsmittel in das  Turbinengehäuse und wird durch das     Um-          lenkble.eh    4 den Düsen 5 zugeleitet. Das ganz  oder teilweise expandierte Gas strömt nach  Verlassen der Düse 5 in den Spalt 6,     um    hier  auf die Energie an die Laufschaufeln 7 abzu  geben. Nach Verlassen derselben wird das Gas  im Sammelgehäuse 8, das auch als Spirale aus  gebildet sein kann, gesammelt und dem Aus  trittstut.zen 9 zugeführt. Durch axiales Ver  schieben der     Regulierbüehse    10 im Spalt 6  wird der     Durchströmquerschnitt    zwischen       Leit-    und Laufschaufeln verändert.

   Um die  Genauigkeit der Regulierung zu erhöhen und    eine     Verschiebung    der Büchse 10 zu erleich  tern, wird die axiale Bewegung durch Drehen  der Büchse erreicht. Ein oder mehrere,     bei-          spiels reise    drei ortsfeste Führungszapfen 1.1  greifen in die mit     Steigung    eingefrästen Nuten  12.

   Durch Verschieben der Regulierstange 13  wird mittels     Führ tuigsstift        1:1    die     Regulier-          büehse    10 gedreht.     uncl    gleichzeitig     entspre-          ehend    der     Steigung    der     Führungsnuten    1\?  axial verschoben. Die axiale     Verschiebung    der       Regulierbüehse    kann     aneh    durch andere -Mit  tel erreicht werden.  



  Beim     zweiten        Ausführungsbeispiel        Fig.3     haben die mit gleichen Bezugszeichen belegten  Teile die analoge Bedeutung wie in     Fig.    1 und  beschrieben. Der     zylindi-iselie    Teil     (Y    des  Gehäuses G ist dabei mit in regelmässigen Ab  ständen zueinander angeordneten     Öffnungen     16 versehen. Die     Regulierbüelise    besitzt einen  Teil 10'     finit    gegenüber dem Teil 10 verminder  tem Durchmesser, welcher an     cleni    Teil.       aussenseits    über den     Öffnungen    16 anliegt.

    13 ist die in der Richtung des     Pfeils    P     hin-          und        lierversehiebbare    Regulierstange, welche       -in    der Stelle 13' mit der     Regulierliüelise    10  fest verbunden ist.  



  Durch Verschieben der     Regulierbüehse    10  vermittels der Regulierstange 13 werden nach  ganz freigegebenem     Dtircliströinquei-sehnitt     zwischen     Leit-    und     Laufsehaufeln    die Öff  nungen 16 mehr oder weniger freigelegt. Diese  Regulierung kommt dort in Frage,      -o    Be  triebszustände auftreten, bei denen trotz frei  gegebenem     Durehströmquersehnitt    zwischen       Leit-;    und     Laufsehaufeln    die     Betriebsmittel-          menge    den Leistungsbedarf übersteigt.

   Durch  Einregulieren dieses     (luersehnittes    kann der       überscliüssia-e    Teil des Betriebsmittels unter  Umgehung von Düse und Turbinenrad direkt  dem Austrittstutzen 9 zuströmen.  



  Bei dem Düsentriebwerk nach     Fig.    4 haben  die mit gleichen Bezugszeichen belegten Teile  ebenfalls die Bleiehe Bedeutung, wie in den  vorangehenden Beispielen beschrieben. Der       Durchströniquersehnitt    zwischen     Leitsehau-          feln    5 und     Laufsehaufeln    7 ist. durch die Regu  lierbüchse 10 bei     Betäti-ung    der Stange 13  regulierbar. Die     Regulierbüeltse    spielt in     deni         Spalt 6, der zwischen den Leitschaufeln 5 und  den Laufschaufeln 7 liegt.  



  Eine weitere Variante besteht darin, das  in den Rin     gspalt    eingreifende Ende der     Regu-          lierlrüehse    abzustufen, d. h. mit Ausschnitten  27 zu versehen     (Fig.    4). Dadurch erhält man  die     -Möglichkeit,    den     Durchströmquerschnitt     zwischen     Leit-    und Laufschaufeln längs des  Umfanges in axialer Richtung verschieden  gross     zrt    gestalten.  



  Die Betätigung des beschriebenen Regu  lierorgans kann von Hand oder automatisch  erfolgen. Die automatische Steuerung kann in  Abhängigkeit der Turbinendrehzahl, der Dreh  zahl der angetriebenen oder einer dritten     Ma-          seliine    oder aber einer andern Betriebsgrösse  dieser Maschinen erfolgen. Bei grösserem  Wechsel des Atmosphärenzustandes während       des    Betriebes kann die Steuerung der Regu  lierung- in Abhängigkeit von Barometerstand  oder     Aussentemperatur    gebracht werden.  



       Die    Vorteile der beschriebenen     Regulie-          rLinn'    sowie ihre Wirkungsweise und Anwen  dung- werden an Hand einiger Beispiele besser  erkannt.  



  Besonders grosse Vorteile der Regulierbar  keii: von Abgasturboladern ergeben sich bei  ihrer Anwendung auf Motoren mit häufiger  Betriebsänderung, wie Fahrzeugmotoren  (Lastwagen, Überlandbusse     etc.)    und     Flug-          inotoren.     



  Bei     unregulierbaren        Abgasturboladern          hängt    der     Aufladedruck    von der sekundlich  angelieferten Abgasmenge ab. Wenn. beispiels  weise die Drehzahl des Motors reduziert oder  mit Teillast gefahren wird, vermindert sich       (leg-    Abgasanfall;

   der Düsenquerschnitt wird  zu grob und damit sinkt das von der Turbine       ausnützbare        Drrrekgefälle.    Der     Aufladedruck     sinkt so weit ab, bis     Leistungsgewicht    zwischen       Turbine    und     (lebläse    herrscht.     -Mit    dem vor  geschlagenen Regulierverfahren kann durch  Verringerung des     Durchströmquersehnittes     zwischen den     Leit-    und Laufschaufeln das       1)ruekgefälle    so lange gesteigert werden, bis  die Leistung zur Erreichung des     Auflade-          druekes    erreicht ist..

      <I>Beispiel</I><B>1:</B>     Aufladung    eines     Fahrzeug-          Dieselmotors    in ständig angenähert gleicher  Höhe über Meer. Das vorgeschlagene Regulier  verfahren gestattet, unabhängig von der Mo  torendrehzahl mit einem konstanten Auflade  druck und ständig hohem Drehmoment zu  fahren, was stets sehr erwünscht ist. Das An  fahren geht schneller, der Motor reagiert viel  rascher und es muss weniger geschaltet werden,  weil der Motor infolge der Regulierung des       Aufladedruckes    elastischer ist. Die automati  sche Regulierung wird dabei vorteilhaft in Ab  hängigkeit der     Motorendrehzahl        gesteuert,kann     aber auch     ladedruelzabhängig    geschehen.

   Bei  Vollast mit reduzierter Drehzahl und bei Teil  last wird mittels der Regulierbüchse der       Durchströmquerschnitt    zwischen     Leit-    und  Laufschaufeln so stark verringert, bis der  volle     Aufladedruek    erreicht ist. Wird die Re  gulierung gemäss     Fig.    3 ausgebildet, so kann  mit einem Handgriff durch Freilegen der Um  gehungsöffnungen vor den Leitschaufeln die       Aufladegruppe    ausser Betrieb gesetzt werden.  



  <I>Beispiel ,?:</I>     Aufladung    eines     Fahrzeug-          Dieselmotors    zur Überwindung grosser Höhen  differenzen. Infolge Änderung des Barometer  standes kommt das vorgeschlagene Regulier  verfahren kombiniert mit der Mengenregulie  rung gemäss     Fig.3    in Frage. Bei gleichblei  bendem     Aufladedruck    ändert sich das Druck  verhältnis des Laders mit der Änderung des       Barometerstandes.    Zweckmässig werden die       Leitschaufeln    für das grösste Druckverhältnis  des Laders (bei niedrigstem Barometerstand  bzw. bei grösster Höhe) dimensioniert.

   Beim  Betrieb in den untern Höhenlagen ist, infolge  des höheren Barometerstandes, das für den  gleichen     Aufladedruck    benötigte Druckver  hältnis des Gebläses kleiner, weshalb der Ab  gasanfall den Leistungsbedarf übersteigt. Bei  Vollast mit maximaler Drehzahl wird deshalb  in den Niederungen die Regulierbüchse so weit  zurückgezogen, bis genügend     Querschnitt-zum     Abströmen des nicht benötigten Abgases frei  gelegt ist. Bei reduzierter Drehzahl oder Teil  last ist der Abgasanfall geringer, weshalb der       Abströmquerschnitt    durch Verschieben der  Regulierbüchse     verkleinert.    werden muss.

   In der      grössten Höhenlage ist der     Abströmquer-          schnitt    ganz zu schliessen, wobei die  Regulierung für die verschiedenen Be  triebszustände analog Beispiel 1 nur noch  durch Veränderung des     Durehströmquer-          sehnittes    zwischen     Leit-    und Laufschaufeln zu  erfolgen hat. Die automatische Steuerung  könnte in den untern Höhenlagen vom Baro  meterstand, in den obern von der     vIotoren-          drehzahl    abhängig gemacht werden. Andere  Kombinationen sind durchaus möglich. .

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zum Regulieren von Radia.ltur- binen, dadurch gekennzeichnet, da.ss im Ring spalt zwischen den Leitschaufelaustrit.ten und den Laufsehaufeleintritten Durchströmquer- schnitte geändert werden.

   II. Einrichtung zur Durchführung des Re gelverfahrens gemäss Patenanspruch I,dadureh gekennzeichnet, dass zwischen dem Leitschau felaustritt und dem Laufschaufeleintritt ein ringförmiges Regulierorgan eingeschaltet ist, -welches, zwecks Änderung des Durchström- querschnittes zwischen dem Leitrad und dem Laufrad, in axialer Richtung bewegbar ist. UNTERANSPRÜCHE: 1.

   Einrichtung nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, da.ss das RegLilierorgan eine verdrehbare und verschiebbare Büchse (1.0) aufweist, deren eines Ende in den Ring spalt (6) zwischen Leitschaufelaustritt (5) und Laufschaufeleintritt (7) eingreift und beim Bewegen den Durehströmquersehnitt im Ringspalt beeinflusst.

   ?. Einrichtung nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (G) steuerbare Auslassöffnungen (16) aufweist, um durch dieselben eine den momentanen Lei stungsbedarf überschreitende Arbeitsmittel- menge vor den Leitschaufeln abströmen zu lassen.

   3. Einrichtung nach Patentansprneli II und Unteranspruch 2, dachtreu gekennzeichnet, dass (las Regulierorgan so ausgebildet ist, dass es beim Verschieben die im (;ehiiuse vor den Leit- schaufeln an-,eordneten Aitslassöffnungen ebenfalls steuern kann.

   4. Einriehtting naeli Patentanspruch Il und. Unteransprueli 1,dadureh gekennzeichnet, da.ss in. der Büelise (10) mindestens eine mit Stei-ung versehene Nut (12) eingearbeitet ist, in welche im Gehäuse feststehende Führungs stifte (11) eingreifen. 5. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeielinet, dass das Regulier organ (10) mit einer Regulierstange (13) ver bunden ist, mittels welcher die axiale Ver schiebung desselben erfolgen kann.

   6. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass (las Regulier organ mit Steuerorganen verbunden ist, mit tels welchen die axiale Verschiebung desselben selbsttätig erfolgt. 7. Einrichtung nach Patentanspruch 1I, da durch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche der Büchse (10) abgestuft ist.