DK160953B - Udstoedsgasturboladerturbine - Google Patents

Description

i

DK 160953 B

Den foreliggende opfindelse angår en udstødsgasturbolader til forbrændingsmotorer som angivet i krav l's indledning.

Ved forbrændingsmotorer tjener udstødsgasturboladeren til en forøgelse af ydelsen. I mange anvendelsestilfælde med variabelt 5 motoromløbstal (f.eks. skibs- og køretøjsmotorer) ønskes et højt ladetryk ved lavere omdrejningstal. Der kendes forskellige løsninger til forøgelse af ladetrykket under del!ast i forhold til fuldlast-punktet, f.eks. ved anvendelse af en turbine med særligt snævre gennemstrømningstværsnit, der gør det muligt at hæve ladetrykket i 10 hele driftsområdet. For at ladetrykket under fuldlast ikke skal overskride den tilladelige værdi, udblæses en del af ladeluften efter kompressoren eller en del af udstødsgasserne foran turbinen i det fri ved høje ydelser. Denne løsning har den ulempe, at udblæsningen af højtryksluft eller -gas virker på samme måde som en 15 forringelse af turboladervirkningsgraden, hvilket medfører en forøgelse af brændstofforbruget.

En yderligere mulighed for en relativ forøgelse af ladetrykket under del last kan opnås ved anvendelsen af indstillelige turbineledeskovle. Derved kan turbinetværsnittet indstilles større 20 ved fuldlast og mindre ved dellast. Denne løsning har den ulempe, at indstillingen af et stort antal ledeskovle (f.eks. 18-36 skovle) er mekanisk temmelig kompliceret og kun i ringe grad er driftssikker, især dersom turboladerturbinen arbejder med udstødsgasserne fra en dieselmotor, der drives med tung olie. Der er her fare for, at hårde 25 soddele forårsager erosion af de bevægelige ledeskovle, eller at ledeskovlenes bevægelighed forringes ved aflejring af ikke færdig forbrændte brændstofdele.

Fra DE 29 34 041 C2 og DE 33 46 472 Al kendes udstødsgasturbiner, ved hvilke forskellige kanaler overtager den af lasten 30 afhængige tilstrømning til løbeskovlene. Disse turbiner har imid lertid alle ledeanordninger uden skovle.

Fra EP 0 093 462 Al kendes en turbine, der til ændring af turbinetværsnittet er forsynet med en i aksial retning forskydelig ringskyder, der er anbragt mellem turbineledeapparatet og turbine-35 ledeskovlene. Dette medfører imidlertid, at udstødsgasstrømmen ved dellast føres til løbeskovi spidsen, d.v.s. til det sted, hvor udstødsgasstrømmens centrifugal virkning er størst, og der derfor er fare for, at det lille strømningstværsnit tilstoppes af belægninger af sodpartikler. Endvidere forudsætter denne udførelse, at forkanten 2

DK 160953 B

af ringskyderen udformes på en sådan måde, at den ikke forårsager turbolens, hvilket i tilfælde af at der skal tages hensyn til en variabel udstødsgasstrøm kan føre til kompromiser, der ikke er konstruktivt optimale.

5 Fra DE-A-2 840 201 er det kendt at regulere udstødsgas strømmen til en eller flere hjælpeledekranse ved hjælp af ringskydere. Ved hjælp af denne regulering skal der ved alle driftsforhold opnås en strømningsgunstig tilstrømningskanal. Hertil holdes enkelte partier af løbeskovlene fri for bestrygning med udstødsgasstrømmen.

10 De således friholdte partier af løbeskovlene forårsager imidlertid en ventilationsvirkning, der medfører betydelige forringelser af virkningsgraden.

Formålet med opfindelsen er derfor at sænke ladetrykket under fuldlast ved en udstødsgasturbolader af den indledningsvis 15 nævnte art uden at forringe turbinens virkningsgrad.

Denne opgave løses ifølge opfindelsen ved, at den radiale ringformede åbning mellem hovediedekransens udvendige diameter og skæringsstedet for hovediedekransens indre meridiankontur og hoved-ledekransens bageste kant er 70-110% af den radiale ringformede 20 åbning mellem hoved!edekransens udvendige diameter og skæringsstedet for turbi neløbeskovlenes indre meridiankontur og hovediedekransens bageste kant henholdsvis dennes forlængelse, og at hovediedekransens indre meridiankontur ligger i det væsentlige i forlængelse af løbeskovlenes indre meridiankontur. Midlerne til reguleringen af 25 udstødsgasstrømmen til hjælpeledekransen kan fordelagtigt være et spjæld. Den særlige fordel ved opfindelsen er, at turbinen under dellastdrift af forbrændingsmotoren kun tilføres udstødsgas over hovediedekransen. Først under fuldlast åbnes det opstrøms indbyggede spjæld, hvorved den ved dette sted afgrenede udstødsgasdel strøm over 30 hjælpeledekransen, der er anbragt parallelt med hovediedekransen, ligeledes føres til turbinen. Da den indre meridiankontur af hoved-1edekransen ligger i det væsentlige i fortsættelse af den indre meridiankontur af løbeskovlene, idet dog mindre afvigelser herfra er tilladelige alt efter udformningen af udstødsgasturboladerturbinen, 35 forstyrres udstødsgasindstrømningen i turbinen ikke væsentligt ved lukningen af hjælpeledekransens tilstrømningskanal under dellast-drift af forbrændingsmotoren. Da hoved!edekransen med sit i forhold til hjælpeledekransen større strømningstværsnit befinder sig i den ydre tilstrømningskanal, er der ikke længere fare for, at 3

DK 160953 B

strømningstværsnittet vil kunne blive tilstoppet af soddele. Endvidere findes der ikke længere bevægelige dele i umiddelbar nærhed af ledeskovlene, således at heller ikke faren for tilkoksning af indstil!ingsorganer er et problem. Endvidere kan kontrol og rensning 5 af det opstrøms anbragte spjæld lettere gennemføres end rensning af indstillingsorganer i nærheden af lede- og løbeskovi ene.

På tegningen er udførelseseksempler for opfindelsen anskue-liggjort skematisk, og her viser: fig. 1 en aksial udstødsgasturboladerturbine med hoved-10 og hjælpeledekrans og opstrøms indbygget spjæld, og fig. 2 en tilsvarende udstødsgasturboladerturbine med forskellig indre meridiankontur af lede- og løbeskovi ene.

15 Alle elementer, der ikke er nødvendige for forståelsen af opfindelsen, er udeladt. Udstødsgasserne strømningsretning er vist med pile. I tegningens figurer er ens elementer forsynede med samme henvi sni ngsbetegnelser.

Som det ses i fig. 1, er huset l's udstødsgas indløb opdelt 20 ved hjælp af en skillevæg la. Et opstrøms i gasindløbshuset anbragt spjæld 4 er lejret i en tykkere del af skillevæggen la. Spjældet 4 er vist i lukket stilling, d.v.s. at hele udstødsgasstrømmen her kun strømmer gennem hovedkanalen 2. Hovedkanalen 2 ender ved sin i strømningsretningen bageste ende i en hovediedekrans 7, der består 25 af et antal faste ledeskovle. Hovediedekransen 7 ved enden af hovedkanalen ligger mellem huset 1 og turbinekappen 9, der i radial retning har en til yderkonturen af hoved!edekransen 7 svarende udsparing 9a, således at de yderst beliggende strømningsvægge af hovedkanalen 2, af hovediedekransen 7 og af turbinekappen 9 ligger 30 på en sådan måde i forhold til hinanden, at strømningen ikke forstyrres i dette område. I aksial retning er udsparingen 9a derimod udformet på en sådan måde, at hovediedekransen 7 kan fanges mellem huset 1 og turbinekappen 9 og fikseres ved hjælp af skruer 10.

En mellem hovediedekransen 7 og den parallelt med denne 35 anbragte hjælpeledekrans 8 anbragt ring 13 med et dråbeformet tværsnit danner den strømningsideelle overgang fra de to indløbskanaler 2 og 3 til turbineskovlene 6. Denne ring 13 er i det viste eksempel en del af hovediedekransen 7. Hjælpeledekransen 8 ligger på en mindre diameter end hovediedekransen 7 og ligger altså inden for

DK 160953 B

4 hoved!edekransen. Hoved!edekransen 7 er ved hjælp af en centreringsbolt 14, der indgriber i ringen 13, fastgjort til en ved skillevæggens i strømningsretningen bageste ende udformet tykkere del af skillevæggen la. Hjælpeledekransen 8's skovle kan enten være 5 fastgjort til ringen 13 eller til en væg 11. Indervæggen 11 danner afslutningen af hjælpekanalen 3. Den er ved hjælp af skruer 12 fastgjort til flere ribber lb, der i hjælpekanalen 3 rager aksi alt og på tværs af strømningsretningen ud fra skillevæggen la.

Et turbineløbehjul 5 bærer langs omkredsen et antal turbi-10 neskovle 6. Hjælpeledekransen 8 er anbragt på en sådan måde, at udstødsgasstrømmen gennem løbeskovi ene 6 ikke forstyrres væsentligt ved lukning af spjældet 4. Dette opnås ved, at den indre meridiankontur C2 af hovediedekransen 7 ligger i det væsentlige i fortsættelse af den indre meridiankontur Cl af turbineskovlene 6.

15 Dersom der under fuldlast kræves en større gennemstrøm ningsåbning i hjælpeledekransen 8, er de to meridiankonturer Cl og C2 anbragt noget forskudt i forhold til hinanden, således som vist i fig. 2. For at strømningen gennem løbeskovi ene ikke skal forstyrres væsentligt, skal forskydningen af de to meridiankonturer Cl og C2 i 20 forhold til hinanden holdes inden for snævre grænser. Et mål herfor er forholdet mellem de radiale åbninger A,B, hvor de indre meridiankonturer Cl,C2 skærer hovediedekransen 7's udstrømningskant. Åbningen A skal her være lig med eller større end 70% men højst 110% af åbningen B.

25 30 35

Claims (2)

1. Udstødsgasturbolader til forbrændingsmotorer, ved hvilken 5 der foran turbineløbeskovlene er anbragt et beskovlet ledeelement, der består af en hovediedekrans (7) og en på en mindre diameter end denne beliggende hjælpeledekrans (8), og hvor ledekransene (7 og 8) har fra hinanden adskilte indløbskanaler (2 og 3), og reguleringen af udstødsgasstrømmen til hjælpeledekransen (8) sker ved hjælp af 10 midler (4), der er anbragt i udstødsgasturboladerens gasindløbshus (1) og foran hjælpeledekransen (8), k e n d e t e g n e t ved, at den ringformede åbning (A) mellem hovediedekransens (7) udvendige diameter og skæringsstedet for hovediedekransens (7) indre meridiankontur (C2) og hoved!edekransens bageste kant er 70-110% af den 15 radiale ringformede åbning (B) mellem hovediedekransens (7) udvendige diameter og skæringsstedet for turbineløbeskovlenes (6) indre meridiankontur (Cl) og hovediedekransens (7) bageste kant henholdsvis dennes forlængelse, og at hoved!edekransens (7) indre meridiankontur (C2) ligger i det væsentlige i forlængelse af løbeskovlenes 20 (6) indre meridiankontur (Cl).

2. Udstødsgasturbolader ifølge krav 1, kendetegnet ved, at midlerne (4) er et spjæld. 25 30 35