EP-4737694-A2 - MANIFOLD, TURBOMACHINE COMPRISING SUCH A MANIFOLD, TURBOCHARGER COMPRISING SUCH A TURBOMACHINE, AND AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE COMPRISING SUCH A MANIFOLD

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Krümmer (15) zur Strömungsumlenkung eines den Krümmer (15) von einer Einströmseite (17) zu einer Ausströmseite (27) durchströmenden Mediums, mit einer ein Strömungsvolumen (31) des Krümmers (15) begrenzenden Wandung (29), wobei die Wandung (29) einen gekrümmten Innenwandabschnitt (41) mit einem ersten, kleineren Krümmungsradius (r1) und einen gekrümmten Außenwandabschnitt (39) mit einem zweiten, größeren Krümmungsradius (r2) aufweist, wobei der Innenwandabschnitt (41) einen Einformabschnitt (43) aufweist, wobei der Einformabschnitt (43) in das Strömungsvolumen (31) hinein eingeformt und in Strömungsrichtung zu der Ausströmseite (27) hin eingezogen ist.

Inventors

• Lachenmaier, Nicolas
• REFERT, Tim
• MÄNNLE, TOBIAS

Assignees

• Rolls-Royce Solutions GmbH

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20220203

Claims (7)

1. Krümmer (15) zur Strömungsumlenkung eines den Krümmer (15) von einer Einströmseite (17) zu einer Ausströmseite (27) durchströmenden Mediums, mit einer ein Strömungsvolumen (31) des Krümmers (15) begrenzenden Wandung (29), wobei die Wandung (29) einen gekrümmten Innenwandabschnitt (41) mit einem ersten, kleineren Krümmungsradius (r1) und einen gekrümmten Außenwandabschnitt (39) mit einem zweiten, größeren Krümmungsradius (r2) aufweist, wobei der Innenwandabschnitt (41) einen Einformabschnitt (43) aufweist, wobei der Einformabschnitt (43) in das Strömungsvolumen (31) hinein eingeformt und in Strömungsrichtung zu der Ausströmseite (27) hin eingezogen ist.
2. Krümmer (15) nach Anspruch 1, wobei der Einformabschnitt (43) eine zu der Ausströmseite (27) hin ausgerichtete Spitze (45) aufweist.
3. Krümmer (15) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Innenwandabschnitt (41) in einer Längsschnittansicht des Krümmers (15) im Bereich des Einformabschnitts (43) mindestens einen Wendepunkt (W) aufweist.
4. Strömungsmaschine (7,9) mit einem einströmseitigen Einlassbereich (11) und einem abströmseitigen Auslassbereich (13), wobei die Strömungsmaschine (7,9) in dem abströmseitigen Auslassbereich (13) einen Krümmer (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
5. Strömungsmaschine (7,9) nach Anspruch 4, wobei die Strömungsmaschine (7,9) als Turbine, insbesondere als Turbine eines Abgasturboladers (5), ausgebildet ist.
6. Abgasturbolader (5) mit einer als Verdichter ausgebildeten ersten Strömungsmaschine (7) und einer mit der ersten Strömungsmaschine (7) antriebswirkverbundenen, als Turbine ausgebildeten zweiten Strömungsmaschine (9), wobei die zweite Strömungsmaschine (9) als Strömungsmaschine (9) nach Anspruch 4 oder 5 ausgebildet ist.
7. Brennkraftmaschine (1) mit einem Krümmer (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, oder mit einem Abgasturbolader (5) nach Anspruch 6.

Description

Die Erfindung betrifft einen Krümmer, eine Strömungsmaschine mit einem solchen Krümmer, einen Abgasturbolader mit einer solchen Strömungsmaschine, und eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Krümmer. Bei einem Krümmer, der von einer Einströmseite zu einer Ausströmseite von einem Medium durchströmt wird, entsteht stets das Problem eines Druckverlusts über dem Krümmer. Wird ein solcher Krümmer im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine eingesetzt, erhöht sich die zu verrichtende Ausschiebearbeit, die durch die Brennkraftmaschine aufgebracht werden muss. In der Folge verschlechtert sich der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine. Besonders kritisch sind dabei Druckverluste, die stromabwärts einer Turbine, beispielsweise eines Abgasturboladers, entstehen. Diese haben nämlich eine gehebelte Wirkung auf die Ausschiebearbeit, da sie mit dem Druckverhältnis der Turbine multipliziert werden. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Krümmer, eine Strömungsmaschine mit einem solchen Krümmer, einen Abgasturbolader mit einer solchen Strömungsmaschine, und eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Krümmer zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest reduziert sind, vorzugsweise nicht auftreten. Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen. Die Aufgabe wird insbesondere gemäß einem ersten Aspekt gelöst, indem ein Krümmer zur Strömungsumlenkung eines den Krümmer von einer Einströmseite des Krümmers zu einer Ausströmseite des Krümmers durchströmenden Mediums geschaffen wird, wobei der Krümmer eine ein Strömungsvolumen des Krümmers begrenzende Wandung und einen in dem Strömungsvolumen einströmseitig zentral angeordneten Diffusorabschnitt aufweist. Der Diffusorabschnitt ist mit der Wandung einstückig ausgebildet. Mittels des einströmseitig zentral angeordneten Diffusorabschnitts kann der Druckverlust über dem Krümmer deutlich reduziert werden. Insbesondere wird eine Rezirkulation an einer an den Diffusorabschnitt angrenzenden Turbinennabe minimiert, wenn der Krümmer mit einer Turbine verwendet wird. Dass der Diffusorabschnitt mit der Wandung einstückig ausgebildet ist, ermöglicht in besonderer Weise eine optimierte Strömungsführung, wobei insbesondere Strömungsablösungen zumindest weitgehend vermieden, vorzugsweise verhindert werden können. Nicht zuletzt kann so der Wirkungsgrad einer Brennkraftmaschine, mit der der Krümmer verwendet wird, gesteigert werden. Der einströmseitig zentral angeordnete Diffusorabschnitt hat darüber hinaus den Vorteil, dass ein axiales Ausschieben eines Turbinenrads im Fall eines Bersts erschwert wird, sodass der hier vorgeschlagene Krümmer in Zusammenhang mit einer Turbine, mit der er verwendet wird, verbesserte Containmenteigenschaften aufweist. Dass der Diffusorabschnitt einströmseitig zentral angeordnet ist, bedeutet insbesondere, dass der Diffusorabschnitt an der Einströmseite des Krümmers mittig, insbesondere auf einer entlang einer lokalen Haupt-Strömungsrichtung weisenden, einströmseitigen Haupt-Strömungsachse des in den Diffusor einströmenden Mediums angeordnet ist. Insbesondere ist der Diffusorabschnitt mit der Wandung materialeinheitlich ausgebildet. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Diffusorabschnitt einströmseitig im Betrieb des Krümmers umströmt in dem Strömungsvolumen angeordnet ist. Dies bedeutet insbesondere, dass der Diffusorabschnitt im Betrieb des Krümmers von dem den Krümmer durchströmenden Medium umströmt ist. Dies erweist sich zur Strömungsführung in dem Krümmer als besonders günstig, wobei in besonders vorteilhafter Weise ein Druckverlust über dem Krümmer minimiert wird. Insbesondere ist der Diffusorabschnitt ein einströmseitig mittig zentral in dem Strömungsvolumen angeordnetes, massives oder allseitig gegenüber dem durchströmenden Medium geschlossenes Element, welches nicht selbst von dem Medium durchströmt wird; vielmehr umgibt das den Krümmer durchströmende Medium den Diffusorabschnitt. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Diffusorabschnitt als Nabendiffusor für eine Strömungsmaschine ausgebildet ist. Auf diese Weise ist es möglich, das Abströmverhalten des Mediums von einer Nabe der Strömungsmaschine, insbesondere einer Nabe einer Wandlereinrichtung zur Wandlung von Strömungsenergie in Rotationsenergie - oder gegebenenfalls je nach Ausgestaltung der Strömungsmaschine auch umgekehrt -, insbesondere eines Turbinenrads, besonders günstig zu beeinflussen. Insbesondere ist der als Nabendiffusor ausgebildete Diffusorabschnitt eingerichtet, um unmittelbar, vorzugsweise ohne radialen Versatz, insbesondere entlang seines gesamten Umfangs um die Haupt-Strömungsachse ohne radialen Versatz, an die Nabe der Strömungsmaschine anzuschließen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Diffusorabschnitt aus der Wan