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DE102010029048A1 - Turbo machine for use in form of turbocharger, has bearing housing, shaft, impeller and sealing, where shaft is rotatably supported in inner chamber of bearing housing - Google Patents

Turbo machine for use in form of turbocharger, has bearing housing, shaft, impeller and sealing, where shaft is rotatably supported in inner chamber of bearing housing Download PDF

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DE102010029048A1
DE102010029048A1 DE102010029048A DE102010029048A DE102010029048A1 DE 102010029048 A1 DE102010029048 A1 DE 102010029048A1 DE 102010029048 A DE102010029048 A DE 102010029048A DE 102010029048 A DE102010029048 A DE 102010029048A DE 102010029048 A1 DE102010029048 A1 DE 102010029048A1
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DE
Germany
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impeller
shaft
turbomachine
bearing housing
sealing
Prior art date
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DE102010029048A
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German (de)
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DE102010029048B4 (en
Inventor
Klaus Bartholomä
Alfons Bornhorn
Paul Schorer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MAN Energy Solutions SE
Original Assignee
MAN Diesel and Turbo SE
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Publication date
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Priority to CH00291/11A priority patent/CH703204B1/en
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Priority to JP2011082605A priority patent/JP5859739B2/en
Priority to CN201110141447.7A priority patent/CN102322304B/en
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Abstract

The turbo machine (1) has a bearing housing (30), a shaft (40), an impeller and a sealing (50), where the shaft is rotatably supported in an inner chamber (31) of the bearing housing. The impeller is arranged in an impeller space (22) above the inner chamber and is connected with a longitudinal end of the shaft by a weld seam. A sealing surface material of the sealing surface forms a separating layer arranged between the sealing and the impeller. A sleeve is made of steel or an iron-based alloy.

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbomaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a turbomachine according to the preamble of patent claim 1.

2 zeigt in Verbindung mit 1 eine Turbomaschine 1 der eingangsgenannten Art. Die Turbomaschine 1 ist in Form eines Turboladers mit einem Turboverdichter 10 und einer Abgasturbine 20 ausgebildet. Die Turbomaschine 1 weist ein Verdichtergehäuse 11, ein Turbinengehäuse 21 und ein Verdichtergehäuse 11 und Turbinengehäuse 21 verbindendes Lagergehäuse 30 auf, welches aus Kugelgraphitguss hergestellt ist. 2 shows in conjunction with 1 a turbomachine 1 of the type mentioned. The turbomachine 1 is in the form of a turbocharger with a turbo compressor 10 and an exhaust gas turbine 20 educated. The turbo machine 1 has a compressor housing 11 , a turbine housing 21 and a compressor housing 11 and turbine housing 21 connecting bearing housing 30 on, which is made of nodular cast iron.

Die Turbomaschine 1 weist ferner eine aus Stahl hergestellte Welle 40 auf, die über eine Mehrzahl von Rotationslagern 42, 43 (hier zwei Radialgleitlagern 42 und einem Axialgleitlager 43) drehbar in einem Innenraum 31 (auch Ölraum genannt) des Lagergehäuses 30 gelagert ist.The turbo machine 1 also has a shaft made of steel 40 on, which has a plurality of rotation bearings 42 . 43 (here two radial plain bearings 42 and an axial sliding bearing 43 ) rotatable in an interior space 31 (also called oil chamber) of the bearing housing 30 is stored.

Wie 2 zeigt, ist an einem Längsende 41 der Welle 40 ein Laufrad 25 der Abgasturbine 20 vorgesehen, welches über eine Schweißnaht S stofflich mit dem Längsende 41 der Welle 40 verbunden ist und welches außerhalb des Innenraums 31 des Lagergehäuses 30 in einem Laufradraum 22 des Turbinengehäuses 21 angeordnet ist. Das Laufrad 25 ist aus einer Nickel-Basis-Legierung hergestellt.As 2 shows is at one longitudinal end 41 the wave 40 an impeller 25 the exhaust gas turbine 20 provided, which via a weld S material with the longitudinal end 41 the wave 40 is connected and which outside the interior 31 of the bearing housing 30 in an impeller room 22 of the turbine housing 21 is arranged. The impeller 25 is made of a nickel-based alloy.

Wie 2 ebenfalls zeigt, ist umfänglich der Welle 40 eine (oder mehrere) ringförmige Dichtung 50 in Form eines Kolbenrings angeordnet, so dass der Innenraum 31 des Lagergehäuses 30 gegen den Laufradraum 22 des Turbinengehäuses 21 abgedichtet ist. Die Dichtung 50 ist in einer Radialrichtung RR vorgespannt in eine Wandung 32 des Lagergehäuses 30 geklemmt, so dass die Dichtung 50 drehfest am Lagergehäuse 30 gehalten ist. Die Dichtung 50 ist aus Stahl oder aus einer Eisen-Graphit-Legierung hergestellt.As 2 also shows is the circumference of the shaft 40 one (or more) annular seal 50 arranged in the form of a piston ring, so that the interior 31 of the bearing housing 30 against the impeller room 22 of the turbine housing 21 is sealed. The seal 50 is biased in a radial direction RR in a wall 32 of the bearing housing 30 clamped, leaving the seal 50 non-rotatably on the bearing housing 30 is held. The seal 50 is made of steel or of an iron-graphite alloy.

Zum Abdichten wirkt die Dichtung 50 mit zwei einander gegenüberliegenden rotativen Dichtflächen 51, 52 zusammen. Wie aus 2 ersichtlich, ist eine erste Dichtfläche 51 der rotativen Dichtflächen 51, 52 an einem Verbindungsende 26 des Laufrades 25 der Abgasturbine 20 ausgebildet und ist eine zweite Dichtfläche 52 der rotativen Dichtflächen 51, 52 an dem Längsende 41 der Welle 40 ausgebildet. Beide Dichtflächen 51, 52 sind jeweils als seitliche Flächen eines Ringbundes (nicht separat bezeichnet) ausgebildet, wobei von jedem Ringbund ein Fortsatz geringeren Durchmessers vorsteht.For sealing the seal works 50 with two opposing rotary sealing surfaces 51 . 52 together. How out 2 can be seen, is a first sealing surface 51 the rotary sealing surfaces 51 . 52 at a connection end 26 of the impeller 25 the exhaust gas turbine 20 formed and is a second sealing surface 52 the rotary sealing surfaces 51 . 52 at the longitudinal end 41 the wave 40 educated. Both sealing surfaces 51 . 52 are each formed as lateral surfaces of a ring collar (not separately designated), projecting from each collar an extension of smaller diameter.

Beide Fortsätze sind über die Schweißnaht S miteinander verbunden, so dass sich die Schweißnaht S im Bereich einer von den Dichtflächen 51, 52 und den beiden Fortsätzen gebildeten Ringnut 53 befindet.Both extensions are connected to each other via the weld S, so that the weld S in the region of one of the sealing surfaces 51 . 52 and the two projections formed annular groove 53 located.

Bei einer derart ausgestalteten Schweißverbindung zwischen Laufrad 25 und Welle 40 haben sich in der Vergangenheit im Betrieb der Turbomaschine 1 immer wieder Schadensfälle in der Form ergeben, dass sich die Schweißverbindung zwischen Laufrad 25 und Welle 40 ungewollt gelöst hat.In such a configured welded joint between the impeller 25 and wave 40 have been in the past in the operation of the turbomachinery 1 Repeated damage in the form revealed that the welded joint between impeller 25 and wave 40 unintentionally solved.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Turbomaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bereitzustellen, wobei ein ungewolltes Lösen der Schweißverbindung zwischen Laufrad und Welle sicher verhindert wird.The invention is therefore based on the object to provide a turbomachine according to the preamble of claim 1, wherein an unwanted loosening of the welded connection between the impeller and shaft is reliably prevented.

Dies wird mit einer Turbomaschine gemäß Anspruch 1 erreicht. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.This is achieved with a turbomachine according to claim 1. Further developments of the invention are defined in the dependent claims.

Gemäß der Erfindung wird bereitgestellt eine Turbomaschine mit einem Lagergehäuse, einer drehbar in einem Innenraum des Lagergehäuses gelagerten Welle, einem über eine Schweißnaht stofflich mit einem Längsende der Welle verbundenen und außerhalb des Innenraums in einem Laufradraum angeordneten Laufrad sowie einer Dichtung, die umfänglich der Welle angeordnet ist, so dass der Innenraum gegen den Laufradraum abgedichtet ist, wobei die Dichtung zum Abdichten mit zwei einander gegenüberliegenden rotativen Dichtflächen zusammenwirkt. Die Welle ist bevorzugt mittels einer Reibschweißung mit dem Laufrad verbunden. Die erfindungsgemäße Turbomaschine zeichnet sich dadurch aus, dass ein Dichtflächenmaterial wenigstens einer Dichtfläche der beiden Dichtflächen eine zwischen der Dichtung und dem Laufrad angeordnete Trennschicht bildet.According to the invention, there is provided a turbomachine comprising a bearing housing, a shaft rotatably mounted in an interior of the bearing housing, an impeller materially connected to a longitudinal end of the shaft and disposed outside the interior in an impeller space, and a seal circumferentially arranged on the shaft is, so that the inner space is sealed against the impeller space, wherein the seal for sealing cooperates with two opposing rotary sealing surfaces. The shaft is preferably connected to the impeller by friction welding. The turbomachine according to the invention is characterized in that a sealing surface material forms at least one sealing surface of the two sealing surfaces arranged between the seal and the impeller separating layer.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass je nach den angewendeten Schweißparametern, insbesondere Reibschweißparametern, die Schweißnaht um einige Millimeter in einer Axialrichtung von Bauteil zu Bauteil variieren kann. Je nach den aktuellen Platzverhältnissen kann dies beim Stand der Technik dazu führen, dass die bevorzugt metallische Dichtung metallischen Kontakt zum Laufradmaterial hat.According to the invention, it has been recognized that, depending on the welding parameters used, in particular friction welding parameters, the weld seam can vary from component to component by a few millimeters in an axial direction. Depending on the current space conditions, this may result in the prior art that the preferred metallic seal has metallic contact with the impeller material.

Konstruktionsbedingt dreht sich die Dichtung im Betrieb einer Turbomaschine nicht mit und hat metallischen Kontakt zur Welle, wodurch es zu Reibung zwischen Welle und Dichtung kommt. Insbesondere beim Einlaufvorgang kommt es dadurch zu teils erheblicher Wärmebildung. Hat die Dichtung Kontakt zum Laufradmaterial, wie es durch o. g. Variation nicht ausgeschlossen ist, kann das Laufradmaterial schmelzen, weil es einen geringeren Schmelzpunkt hat als das Dichtungsmaterial. In der Folge schmilzt das Laufradmaterial auf die Dichtung auf und löst sich von der Welle. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis die Schweißnaht so weit geschwächt ist, dass das Laufrad von der Welle abbricht.By design, the seal does not rotate with the operation of a turbomachine and has metallic contact with the shaft, causing friction between shaft and seal. In particular, during the inlet process, this leads to some significant heat generation. If the seal is in contact with the impeller material, as is not excluded by the above variation, the impeller material may melt because it has a lower melting point than the seal material. As a result, the impeller material melts on the seal and detaches from the shaft. This process is repeated in this way long, until the weld is weakened so far that the impeller breaks off from the shaft.

Gemäß einem Lösungsansatz wurde versucht, die Rotationsreibung zwischen Dichtung und Laufradwerkstoff zu reduzieren, wobei Versuche mit reibungsmindernden Beschichtungen durchgeführt wurden. Diese Beschichtungen haben sich jedoch als nicht zielführend erwiesen, weil sie allenfalls die Wirkung der Schadensursache reduzieren, sie aber nicht beheben.In one approach, attempts have been made to reduce rotational friction between the seal and the impeller material by conducting trials with friction reducing coatings. However, these coatings have proven to be ineffective because they reduce the effect of the cause of the damage at most, but they do not remedy.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Trennschicht zwischen Dichtung und Laufrad, welche eine Wärmeisolierung zwischen Dichtung und Laufrad bereitstellt, wird ein metallischer Reibkontakt von Dichtung und Laufradmaterial und damit ein ungewolltes durch Aufschmelzen Lösen der Schweißverbindung zwischen Laufrad und Welle sicher verhindert. Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß sicher vermieden, dass das Laufradmaterial metallischen Reibkontakt mit einem stehenden Bauteil wie der Dichtung hat. Die Ursache des Schadensmechanismus wird somit vermieden und Betriebssicherheit hergestellt.By inventively provided separation layer between the seal and the impeller, which provides a thermal insulation between the seal and impeller, a metallic friction contact of seal and impeller material and thus unwanted by melting releasing the weld between impeller and shaft is reliably prevented. In other words, it is reliably avoided according to the invention that the impeller material has metallic frictional contact with a stationary component, such as the seal. The cause of the damage mechanism is thus avoided and reliability established.

Die wärmeisolierende Trennschicht ist bevorzugt so ausgebildet (z. B. hinsichtlich ihrer axialen Dickenabmessung und/oder ihres Materials), dass eine im Betrieb der Turbomaschine rotationsreibungsbedingt an der Schweißnaht auftretende Maximaltemperatur unter einer Schmelztemperatur des Laufradmaterials liegt.The heat-insulating separating layer is preferably formed (for example with respect to its axial thickness dimension and / or its material) such that a maximum temperature occurring at the weld seam during operation of the turbomachine is below a melting temperature of the impeller material.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Dichtflächen aus ein und demselben Dichtflächenmaterial hergestellt.According to one embodiment of the invention, the two sealing surfaces are made of one and the same sealing surface material.

Auf diese Weise können die Dichtflächen optimal und besonders einfach und damit kostengünstig auf die Rotationsreibung mit der Dichtung abgestimmt werden.In this way, the sealing surfaces can be optimally and particularly easily and thus cost-effectively matched to the rotational friction with the seal.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Dichtflächen gemeinsam an einer einzigen Dichtflächenkomponente der Turbomaschine ausgebildet.According to a further embodiment of the invention, the two sealing surfaces are formed together on a single sealing surface component of the turbomachine.

Damit können die beim Stand der Technik vorhandenen Schweißparameter bedingten Toleranzen in der axialen Anordnung der Dichtflächen zuverlässig vermieden bzw. reduziert werden, so dass der metallische Reibkontakt zwischen Dichtung und Dichtflächen zuverlässig konfiguriert werden kann.In this way, the welding parameters existing in the prior art can be reliably avoided or reduced in the axial arrangement of the sealing surfaces, so that the metallic frictional contact between the seal and the sealing surfaces can be reliably configured.

Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Dichtflächenkomponente von der Welle gebildet.According to yet another embodiment of the invention, the sealing surface component is formed by the shaft.

Die Schweißnaht wird demnach so weit in Richtung Laufrad verschoben oder die Dichtstelle wird so weit in Richtung Rotationslagerung verschoben, dass ein metallischer Reibkontakt zwischen Laufradwerkstoff und Dichtung sicher vermieden wird. Mit anderen Worten ist die Schweißnaht in dem Laufradraum oder direkt an diesen angrenzend angeordnet. Vorteilig ist hieran u. a., dass ein radialer Durchmesser der Dichtstelle klein gehalten werden kann, wobei allerdings ein etwas vergrößerter axialer Bauraum entsteht.Accordingly, the weld is displaced so far in the direction of the impeller or the sealing point is moved so far in the direction of rotation storage, that a metallic frictional contact between the impeller material and seal is reliably avoided. In other words, the weld is disposed in the impeller space or directly adjacent thereto. Advantageous is this u. a., That a radial diameter of the sealing point can be kept small, although a somewhat larger axial space is created.

Da die Welle in der Regel aus Stahlmaterial hergestellt ist, hält diese hinsichtlich ihres Schmelzpunktes zuverlässig den bei Rotationsreibung mit der Dichtung entstehenden Wärmebelastungen stand, wobei das Stahlmaterial einer näher zu dem Laufrad angeordneten Dichtfläche der beiden Dichtflächen die wärmeisolierende Trennschicht bildet.Since the shaft is usually made of steel material, this holds in terms of their melting point reliably with the resulting thermal friction with the seal heat loads, the steel material forms a closer to the impeller arranged sealing surface of the two sealing surfaces, the heat insulating separating layer.

Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung ist die Dichtflächenkomponente von einer Hülse gebildet, die auf dem Längsende der Welle befestigt ist. Vorteilig ist hieran u. a., dass ein etwas kürzerer axialer Bauraum entsteht, wobei allerdings durch die Hülse ein etwas vergrößerter radialer Bauraum entsteht. In diesem Fall ist die Schweißnaht bevorzugt zwischen dem Laufradraum und dem Innenraum des Lagergehäuses angeordnet.According to yet another embodiment of the invention, the sealing surface component is formed by a sleeve fixed on the longitudinal end of the shaft. Advantageous is this u. a., That a slightly shorter axial space is created, however, whereby a slightly larger radial space is created by the sleeve. In this case, the weld is preferably arranged between the impeller space and the interior of the bearing housing.

Bevorzugt ist die Hülse so ausgebildet (z. B. hinsichtlich ihrer radialen Dickenabmessung und/oder ihres Materials), dass die im Betrieb der Turbomaschine rotationsreibungsbedingt an der Schweißnaht auftretende Maximaltemperatur unter der Schmelztemperatur des Laufradmaterials liegt.The sleeve is preferably designed (for example with regard to its radial thickness dimension and / or its material) such that the maximum temperature occurring at the weld seam during operation of the turbomachine is below the melting temperature of the impeller material.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich die Hülse über das Längsende der Welle hinaus bis in den Laufradraum hinein, wobei ein über die Schweißnaht mit dem Längsende der Welle verbundenes Verbindungsende des Laufrades in die Hülse eingesetzt ist. Bevorzugt ist dabei das Verbindungsende des Laufrades spielfrei in die Hülse eingepasst.According to one embodiment of the invention, the sleeve extends beyond the longitudinal end of the shaft out into the impeller space, wherein a connected via the weld with the longitudinal end of the shaft connecting end of the impeller is inserted into the sleeve. Preferably, the connecting end of the impeller is fitted without play in the sleeve.

Damit stützt die Hülse das Verbindungsende des Laufrades zusätzlich gegen Biegebeanspruchungen ab und erhöht damit die Ausfallsicherheit der Schweißverbindung.Thus, the sleeve supports the connection end of the impeller additionally against bending stresses and thus increases the reliability of the welded joint.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Hülse aus Stahl oder aus einer Eisen-Basis-Legierung hergestellt, welche hinsichtlich ihres Schmelzpunktes zuverlässig den bei Rotationsreibung mit der Dichtung entstehenden Wärmebelastungen standhält.According to a further embodiment of the invention, the sleeve is made of steel or of an iron-based alloy, which reliably with respect to its melting point withstanding the rotational friction with the seal resulting heat loads.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter beschrieben.In the following the invention with reference to preferred embodiments and below Reference to the accompanying figures described in more detail.

1 zeigt eine perspektivische teilweise geschnittene Ansicht einer in Form eines Turboladers ausgebildeten Turbomaschine. 1 shows a perspective partially sectional view of a formed in the form of a turbocharger turbomachine.

2 zeigt in schematischer Längsschnittansicht eine gemäß dem Stand der Technik konfigurierte Variante der Turbomaschine von 1. 2 shows a schematic longitudinal sectional view of a configured according to the prior art variant of the turbomachine of 1 ,

3 zeigt in schematischer Längsschnittansicht eine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung konfigurierte Variante der Turbomaschine von 1. 3 shows a schematic longitudinal sectional view of a configured according to an embodiment of the invention variant of the turbomachine of 1 ,

4 zeigt in schematischer Längsschnittansicht eine gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung konfigurierte Variante der Turbomaschine von 1. 4 shows a schematic longitudinal sectional view of a configured according to another embodiment of the invention variant of the turbomachine of 1 ,

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 und 3 eine erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben.The following is with reference to the 1 and 3 a first embodiment of the invention described.

Die erfindungsgemäße Turbomaschine 1 ist in Form eines Turboladers mit einem Turboverdichter 10 und einer Abgasturbine 20 ausgebildet. Die Turbomaschine 1 weist ein Verdichtergehäuse 11, ein Turbinengehäuse 21 und ein Verdichtergehäuse 11 und Turbinengehäuse 21 verbindendes Lagergehäuse 30 auf, welches aus Kugelgraphitguss hergestellt ist.The turbomachine according to the invention 1 is in the form of a turbocharger with a turbo compressor 10 and an exhaust gas turbine 20 educated. The turbo machine 1 has a compressor housing 11 , a turbine housing 21 and a compressor housing 11 and turbine housing 21 connecting bearing housing 30 on, which is made of nodular cast iron.

Die Turbomaschine 1 weist ferner eine aus Stahl hergestellte Welle 40' auf, die über eine Mehrzahl von Rotationslagern 42, 43 (hier zwei Radialgleitlagern 42 und einem Axialgleitlager 43) drehbar in einem Innenraum 31 (auch Ölraum genannt) des Lagergehäuses 30 gelagert ist.The turbo machine 1 also has a shaft made of steel 40 ' on, which has a plurality of rotation bearings 42 . 43 (here two radial plain bearings 42 and an axial sliding bearing 43 ) rotatable in an interior space 31 (also called oil chamber) of the bearing housing 30 is stored.

Wie 3 zeigt, ist an einem Längsende 41' der Welle 40' ein Laufrad 25' der Abgasturbine 20 vorgesehen, welches über eine Schweißnaht S' stofflich mit dem Längsende 41' der Welle 40' verbunden ist und welches außerhalb des Innenraums 31 des Lagergehäuses 30 in einem Laufradraum 22 des Turbinengehäuses 21 angeordnet ist. Das Laufrad 25' ist aus einer Nickel-Basis-Legierung hergestellt.As 3 shows is at one longitudinal end 41 ' the wave 40 ' an impeller 25 ' the exhaust gas turbine 20 provided, which via a weld S 'material with the longitudinal end 41 ' the wave 40 ' is connected and which outside the interior 31 of the bearing housing 30 in an impeller room 22 of the turbine housing 21 is arranged. The impeller 25 ' is made of a nickel-based alloy.

Wie 3 ebenfalls zeigt, ist umfänglich der Welle 40' eine ringförmige Dichtung 50 in Form eines Kolbenrings angeordnet, so dass der Innenraum 31 des Lagergehäuses 30 gegen den Laufradraum 22 des Turbinengehäuses 21 abgedichtet ist. Die Dichtung 50 ist in einer Radialrichtung RR vorgespannt in eine Wandung 32 des Lagergehäuses 30 geklemmt, so dass die Dichtung 50 drehfest am Lagergehäuse 30 gehalten ist.As 3 also shows is the circumference of the shaft 40 ' an annular seal 50 arranged in the form of a piston ring, so that the interior 31 of the bearing housing 30 against the impeller room 22 of the turbine housing 21 is sealed. The seal 50 is biased in a radial direction RR in a wall 32 of the bearing housing 30 clamped, leaving the seal 50 non-rotatably on the bearing housing 30 is held.

Die Dichtung 50 ist aus Stahl oder aus einer Eisen-Graphit-Legierung hergestellt. Zum Abdichten wirkt die Dichtung 50 mit zwei einander gegenüberliegenden rotativen Dichtflächen 51', 52' zusammen, welche als seitliche Begrenzungsflächen einer in die Welle 40' eingestochenen Ringnut 53' ausgebildet sind.The seal 50 is made of steel or of an iron-graphite alloy. For sealing the seal works 50 with two opposing rotary sealing surfaces 51 ' . 52 ' together, which as lateral boundary surfaces one in the shaft 40 ' pierced ring groove 53 ' are formed.

Wie aus 3 ersichtlich, bildet das Dichtflächenmaterial (hier das Stahlmaterial der Welle 40') einer näher am Laufrad 25' der Abgasturbine 20 angeordneten ersten Dichtfläche 51' der beiden Dichtflächen 51', 52' eine zwischen der Dichtung 50 und dem Laufrad 25' angeordnete wärmeisolierende Trennschicht T', welche in Axialrichtung AR mit einer solchen Dickenabmessung D' ausgeführt ist, dass eine im Betrieb der Turbomaschine 1 rotationsreibungsbedingt an der Schweißnaht S' auftretende Maximaltemperatur unter einer Schmelztemperatur des Laufradmaterials (hier der Nickel-Basis-Legierung) liegt.How out 3 can be seen, forms the sealing surface material (here the steel material of the shaft 40 ' ) one closer to the impeller 25 ' the exhaust gas turbine 20 arranged first sealing surface 51 ' the two sealing surfaces 51 ' . 52 ' one between the seal 50 and the impeller 25 ' arranged heat-insulating separating layer T ', which is designed in the axial direction AR with such a thickness dimension D' that during operation of the turbomachine 1 Due to rotational friction, the maximum temperature occurring at the weld seam S 'is below a melting temperature of the impeller material (in this case the nickel-based alloy).

Die erfindungsgemäß angeordnete Schweißnaht S' ist gegenüber der in 2 gezeigten Schweißnaht S so weit axial in Richtung Laufrad 25' verschoben bzw. die von der Dichtung 50 und den Dichtflächen 51', 52' gebildete Dichtstelle ist so weit axial in Richtung der Rotationslager 42, 43 verschoben, dass ein metallischer Reibkontakt zwischen Laufradmaterial und Dichtung 50 sicher vermieden wird.The inventively arranged weld S 'is opposite to in 2 shown weld S so far axially towards the impeller 25 ' shifted or from the seal 50 and the sealing surfaces 51 ' . 52 ' formed sealing point is so far axially in the direction of rotation bearings 42 . 43 shifted that a metallic rubbing contact between impeller material and seal 50 safely avoided.

Wie aus 3 ersichtlich, ist die erfindungsgemäß angeordnete Schweißnaht S' in dem Laufradraum 22 oder direkt an diesen angrenzend angeordnet. Vorteilig ist hieran u. a., dass ein radialer Durchmesser der Dichtstelle klein gehalten werden kann, wobei allerdings ein etwas vergrößerter axialer Bauraum entsteht.How out 3 can be seen, the invention arranged weld S 'in the impeller space 22 or directly adjacent to it. An advantage of this is, inter alia, that a radial diameter of the sealing point can be kept small, although a somewhat larger axial space is created.

Gemäß der in 3 gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind die beiden hier aus ein und demselben Dichtflächenmaterial hergestellten Dichtflächen 51', 52' gemeinsam an einer einzigen Dichtflächenkomponente der Turbomaschine 1 ausgebildet, nämlich hier an der Welle 40.According to the in 3 shown embodiment of the invention, the two sealing surfaces produced here from one and the same sealing surface material 51 ' . 52 ' together on a single sealing surface component of the turbomachine 1 trained, namely here on the shaft 40 ,

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 und 4 eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die zweite Ausführungsform der Erfindung ähnelt der ersten Ausführungsform der Erfindung, weshalb im Folgenden im Wesentlichen nur auf die Unterschiede eingegangen wird, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen wie bei 3 und abweichende Elemente mit Doppelapostroph versehenen Bezugszeichen bezeichnet sind.The following is with reference to the 1 and 4 A second embodiment of the invention is described. The second embodiment of the invention is similar to the first embodiment of the invention, which is why below essentially addresses only the differences, wherein like elements with the same reference numerals as in 3 and different elements are provided with double apostrophic reference numerals.

Die Turbomaschine 1 weist eine aus Stahl hergestellte Welle 40'' auf, die wieder über eine Mehrzahl von Rotationslagern 42, 43 (zwei Radialgleitlagern 42 und einem Axialgleitlager 43) drehbar im Innenraum 31 des Lagergehäuses 30 gelagert ist.The turbo machine 1 has a shaft made of steel 40 '' on that again over one Plurality of rotary bearings 42 . 43 (two radial plain bearings 42 and an axial sliding bearing 43 ) rotatable in the interior 31 of the bearing housing 30 is stored.

Wie 4 zeigt, ist an einem Längsende 41'' der Welle 40'' ein Laufrad 25'' der Abgasturbine 20 vorgesehen, welches über eine Schweißnaht S'' stofflich mit dem Längsende 41'' der Welle 40'' verbunden ist und welches außerhalb des Innenraums 31 des Lagergehäuses 30 im Laufradraum 22 des Turbinengehäuses 21 angeordnet ist. Das Laufrad 25'' ist wieder aus einer Nickel-Basis-Legierung hergestellt.As 4 shows is at one longitudinal end 41 '' the wave 40 '' an impeller 25 '' the exhaust gas turbine 20 provided, which via a weld S '' material with the longitudinal end 41 '' the wave 40 '' is connected and which outside the interior 31 of the bearing housing 30 in the impeller room 22 of the turbine housing 21 is arranged. The impeller 25 '' is again made of a nickel-based alloy.

Wie aus 4 ersichtlich, ist hier die Schweißnaht S'' zwischen dem Laufradraum 22 und dem Innenraum 31 des Lagergehäuses 30 angeordnet.How out 4 it can be seen here is the weld S '' between the impeller space 22 and the interior 31 of the bearing housing 30 arranged.

Wie 4 ebenfalls zeigt, ist umfänglich der Welle 40'' die ringförmige Dichtung 50 in Form eines Kolbenrings angeordnet so dass der Innenraum 31 des Lagergehäuses 30 gegen den Laufradraum 22 des Turbinengehäuses 21 abgedichtet ist. Die Dichtung 50 ist in Radialrichtung RR vorgespannt in die Wandung 32 des Lagergehäuses 30 geklemmt, so dass die Dichtung 50 drehfest am Lagergehäuse 30 gehalten ist.As 4 also shows is the circumference of the shaft 40 '' the annular seal 50 arranged in the form of a piston ring so that the interior 31 of the bearing housing 30 against the impeller room 22 of the turbine housing 21 is sealed. The seal 50 is biased in the radial direction RR in the wall 32 of the bearing housing 30 clamped, leaving the seal 50 non-rotatably on the bearing housing 30 is held.

Die aus Stahl oder aus einer Eisen-Graphit-Legierung hergestellte Dichtung 50 wirkt wieder mit zwei einander gegenüberliegenden rotativen Dichtflächen 51'', 52'' zusammen.The seal made of steel or of an iron-graphite alloy 50 acts again with two opposing rotary sealing surfaces 51 '' . 52 '' together.

Gemäß der in 4 gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind die beiden hier aus ein und demselben Dichtflächenmaterial hergestellten Dichtflächen 51'', 52'' gemeinsam an einer einzigen Dichtflächenkomponente der Turbomaschine 1 ausgebildet, nämlich hier an einer Hülse 60'', die auf dem Längsende 41'' der Welle 40'' befestigt ist. Die beiden einander gegenüberliegenden rotativen Dichtflächen 51'', 52'' sind als seitliche Begrenzungsflächen einer in die Hülse 60'' eingestochenen Ringnut 53'' ausgebildet.According to the in 4 shown embodiment of the invention, the two sealing surfaces produced here from one and the same sealing surface material 51 '' . 52 '' together on a single sealing surface component of the turbomachine 1 trained, namely here on a sleeve 60 '' on the longitudinal end 41 '' the wave 40 '' is attached. The two opposing rotary sealing surfaces 51 '' . 52 '' are as lateral boundary surfaces one in the sleeve 60 '' pierced ring groove 53 '' educated.

Vorteilig ist hieran u. a., dass gegenüber der Ausführungsform von 3 ein etwas kürzerer axialer Bauraum entsteht, wobei allerdings durch die Hülse 60'' ein etwas vergrößerter radialer Bauraum entsteht.This is advantageous, inter alia, that compared to the embodiment of 3 a slightly shorter axial space is created, however, through the sleeve 60 '' a slightly larger radial space is created.

Die aus Stahl oder aus einer Eisen-Basis-Legierung hergestellte Hülse 60'' erstreckt sich über das Längsende 41'' der Welle 40'' hinaus bis in den Laufradraum 22 hinein, wobei ein über die Schweißnaht S'' mit dem Längsende 41'' der Welle 40'' verbundenes Verbindungsende 26'' des Laufrades 25'' in die Hülse 60'' eingesetzt und insbesondere spielfrei in die Hülse 60'' eingepasst ist.The sleeve made of steel or of an iron-based alloy 60 '' extends over the longitudinal end 41 '' the wave 40 '' out into the impeller room 22 in, with a via the weld S '' with the longitudinal end 41 '' the wave 40 '' connected connection end 26 '' of the impeller 25 '' in the sleeve 60 '' used and in particular play in the sleeve 60 '' is fitted.

Wie aus 4 ersichtlich, bildet das Dichtflächenmaterial (hier das Stahlmaterial oder das Eisen-Basis-Legierungsmaterial der Hülse 60'') der beiden Dichtflächen 51'', 52'' eine zwischen der Dichtung 50 und dem Laufrad 25'' angeordnete wärmeisolierende Trennschicht T'', welche in Radialrichtung RR mit einer solchen Dickenabmessung D'' ausgeführt ist, dass eine im Betrieb der Turbomaschine 1 rotationsreibungsbedingt an der Schweißnaht S'' auftretende Maximaltemperatur unter der Schmelztemperatur des Laufradmaterials (Nickel-Basis-Legierung) liegt.How out 4 As can be seen, forms the sealing surface material (here the steel material or the iron-based alloy material of the sleeve 60 '' ) of the two sealing surfaces 51 '' . 52 '' one between the seal 50 and the impeller 25 '' arranged heat-insulating separating layer T '', which is designed in the radial direction RR with such a thickness dimension D 'that one in the operation of the turbomachine 1 Due to rotational friction, the maximum temperature occurring at the weld seam S "is below the melting temperature of the impeller material (nickel-based alloy).

Versuche haben gezeigt, dass bei Verwendung der beschriebenen Materialkombination, die Dicke D'' der Trennschicht T'' etwa der Dicke B der Dichtung 50 entsprechen sollte, oder großer dimensioniert sein sollte.Experiments have shown that when using the combination of materials described, the thickness D '' of the separation layer T '' about the thickness B of the seal 50 should correspond or should be sized larger.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Turbomaschineturbomachinery
1010
TurboverdichterTurbo compressor
1111
Verdichtergehäusecompressor housing
2020
Abgasturbineexhaust turbine
2121
Turbinengehäuseturbine housing
2222
Laufradraumimpeller chamber
2525
LaufradWheel
25'25 '
LaufradWheel
25''25 ''
LaufradWheel
2626
Verbindungsendeconnecting end
26'26 '
Verbindungsendeconnecting end
26''26 ''
Verbindungsendeconnecting end
3030
Lagergehäusebearing housing
3131
Innenrauminner space
3232
Wandungwall
4040
Wellewave
40'40 '
Wellewave
40''40 ''
Wellewave
4141
Längsendelongitudinal end
41'41 '
Längsendelongitudinal end
41''41 ''
Längsendelongitudinal end
4242
Radialgleitlager (Rotationslager)Radial sliding bearing (rotary bearing)
4343
Axialgleitlager (Rotationslager)Axial sliding bearing (rotary bearing)
5050
Dichtungpoetry
5151
Dichtflächesealing surface
51'51 '
Dichtflächesealing surface
51''51 ''
Dichtflächesealing surface
5252
Dichtflächesealing surface
52'52 '
Dichtflächesealing surface
52''52 ''
Dichtflächesealing surface
5353
Ringnutring groove
53'53 '
Ringnutring groove
53''53 ''
Ringnutring groove
60''60 ''
Hülseshell
RRRR
Radialrichtungradial direction
ARAR
Axialrichtungaxially
SS
SchweißnahtWeld
S'S '
SchweißnahtWeld
S''S ''
SchweißnahtWeld
D'D '
Dickenabmessungthickness dimension
D''D ''
Dickenabmessungthickness dimension
T'T '
TrennschichtInterface
T''T ''
TrennschichtInterface
BB
Dicke DichtungThick seal

Claims (10)

Turbomaschine (1) mit einem Lagergehäuse (30), einer drehbar in einem Innenraum (31) des Lagergehäuses (30) gelagerten Welle (40'; 40''), einem über eine Schweißnaht (S'; S'') stofflich mit einem Längsende (41'; 41'') der Welle (40'; 40'') verbundenen und außerhalb des Innenraums (31) in einem Laufradraum (22) angeordneten Laufrad (25'; 25'') sowie einer Dichtung (50), die umfänglich der Welle (40'; 40'') angeordnet ist, so dass der Innenraum (31) gegen den Laufradraum (22) abgedichtet ist, wobei die Dichtung (50) zum Abdichten mit zwei einander gegenüberliegenden rotativen Dichtflächen (51', 52'; 51''; 52'') zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtflächenmaterial wenigstens einer Dichtfläche (51'; 51''; 52'') der beiden Dichtflächen (51', 52'; 51''; 52'') eine zwischen der Dichtung (50) und dem Laufrad (25'; 25'') angeordnete Trennschicht (T'; T'') bildet.Turbomachine ( 1 ) with a bearing housing ( 30 ), one rotatable in an interior space ( 31 ) of the bearing housing ( 30 ) shaft ( 40 '; 40 '' ), one via a weld (S ';S'') materially with a longitudinal end ( 41 '; 41 '' ) the wave ( 40 '; 40 '' ) and outside the interior ( 31 ) in an impeller space ( 22 ) arranged impeller ( 25 '; 25 '' ) as well as a seal ( 50 ), the circumference of the shaft ( 40 '; 40 '' ) is arranged so that the interior ( 31 ) against the impeller space ( 22 ) is sealed, the seal ( 50 ) for sealing with two opposing rotary sealing surfaces ( 51 ' . 52 '; 51 ''; 52 '' ) cooperates, characterized in that a sealing surface material at least one sealing surface ( 51 '; 51 ''; 52 '' ) of the two sealing surfaces ( 51 ' . 52 '; 51 ''; 52 '' ) one between the seal ( 50 ) and the impeller ( 25 '; 25 '' ) arranged separating layer (T ', T'') forms. Turbomaschine (1) gemäß Anspruch 1, wobei die beiden Dichtflächen (51', 52'; 51''; 52'') aus ein und demselben Dichtflächenmaterial hergestellt sind.Turbomachine ( 1 ) according to claim 1, wherein the two sealing surfaces ( 51 ' . 52 '; 51 ''; 52 '' ) are made of one and the same sealing surface material. Turbomaschine (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die beiden Dichtflächen (51', 52'; 51''; 52'') gemeinsam an einer einzigen Dichtflächenkomponente der Turbomaschine (1) ausgebildet sind.Turbomachine ( 1 ) according to claim 1 or 2, wherein the two sealing surfaces ( 51 ' . 52 '; 51 ''; 52 '' ) together on a single sealing surface component of the turbomachine ( 1 ) are formed. Turbomaschine (1) gemäß Anspruch 3, wobei die Dichtflächenkomponente von der Welle (40') gebildet ist.Turbomachine ( 1 ) according to claim 3, wherein the sealing surface component of the shaft ( 40 ' ) is formed. Turbomaschine (1) gemäß Anspruch 3, wobei die Dichtflächenkomponente von einer Hülse (60'') gebildet ist, die auf dem Längsende (41'') der Welle (40'') befestigt ist.Turbomachine ( 1 ) according to claim 3, wherein the sealing surface component of a sleeve ( 60 '' ) formed on the longitudinal end ( 41 '' ) the wave ( 40 '' ) is attached. Turbomaschine (1) gemäß Anspruch 5, wobei sich die Hülse (60'') über das Längsende (41'') der Welle (40'') hinaus bis in den Laufradraum (22) hinein erstreckt, und wobei ein über die Schweißnaht (S'') mit dem Längsende (41'') der Welle (40'') verbundenes Verbindungsende (26'') des Laufrades (25'') in die Hülse (60'') eingesetzt ist.Turbomachine ( 1 ) according to claim 5, wherein the sleeve ( 60 '' ) over the longitudinal end ( 41 '' ) the wave ( 40 '' ) out into the impeller space ( 22 ), and wherein one over the weld (S '') with the longitudinal end ( 41 '' ) the wave ( 40 '' ) connected connection end ( 26 '' ) of the impeller ( 25 '' ) in the sleeve ( 60 '' ) is used. Turbomaschine (1) gemäß Anspruch 6, wobei das Verbindungsende (26'') des Laufrades (25'') spielfrei in die Hülse (60'') eingepasst ist.Turbomachine ( 1 ) according to claim 6, wherein the connection end ( 26 '' ) of the impeller ( 25 '' ) into the sleeve without play ( 60 '' ) is fitted. Turbomaschine (1) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Hülse (60'') aus Stahl oder aus einer Eisen-Basis-Legierung hergestellt ist.Turbomachine ( 1 ) according to one of claims 5 to 7, wherein the sleeve ( 60 '' ) is made of steel or of an iron-based alloy. Turbomaschine (1) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Schweißnaht (S'') zwischen dem Laufradraum (22) und dem Innenraum (31) des Lagergehäuses (30) angeordnet ist.Turbomachine ( 1 ) according to one of claims 5 to 8, wherein the weld seam (S '') between the impeller space ( 22 ) and the interior ( 31 ) of the bearing housing ( 30 ) is arranged. Turbomaschine (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Schweißnaht (S') in dem Laufradraum (22) oder direkt an diesen angrenzend angeordnet ist.Turbomachine ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the weld (S ') in the impeller space ( 22 ) or is arranged directly adjacent to this.
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