CN101072925A - 用于废气涡轮机的导向器 - Google Patents

Abstract

在废气涡轮机导向器的每个导向叶片(11)上安装了叶片柄(12)。叶片柄以其向外指向的部分可围绕回转轴线旋转地得到支承。回转装置包括布置在流动通道外部的并且可以围绕涡轮机轴线旋转的调整环(3)以及将扭矩从调整环传递到每个导向叶片的叶片柄上的操纵杆(2)。所述操纵杆以一个端部(22)套装在叶片柄(12)上。所述操纵杆以另一个构造为球头的端部(25)在调整环的槽(4)中导引。用于将扭矩从调整环传递到每个导向叶片的叶片柄并且作用在操纵杆的球头上的表面按照球形座的形式构造。这产生了均匀且大面积的力分布，由此明显减小了彼此施压的部件的磨损。

Description

用于废气涡轮机的导向器

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的导向器。该导向器前置于轴向入流的废气涡轮机，并具有在导引废气的流动通道中关于涡轮机轴线轴对称地布置的导向叶片，这些导向叶片可以分别围绕径向指向的轴线回转，该导向器还具有使导向叶片围绕着回转轴线调节的回转装置。使用该导向器可以通过导向叶片的回转改变流动通道流过废气的横截面的大小，并且废气涡轮机由此可以用特别有利的方式适应变化的废气流，就如在提供废气的内燃机例如以部分负荷运转时出现的废气流一样。

背景技术

所述导向器例如在DE10013335A1中得以描述。在该导向器中，与涡轮机叶轮同心地设置了调整环，该调整环在流动通道中设置在径向外部。在每个导向叶片上都设置了穿过壳壁径向向外从流动通道中引出的叶片柄。该叶片柄以其向外引出的部分围绕回转轴线可旋转地支承。回转装置包括设置在流动通道外部的并围绕着涡轮机轴线可旋转的调整环以及将扭矩从调整环传递到每个导向叶片的叶片柄上的操纵杆。

操纵杆以一个端部套装在叶片柄上。操纵杆以另一端部导入调整环的槽中。槽通过两个径向指向的槽壁限界，两个槽壁之间的距离比操纵杆的导入槽中的构造成球头状的端部的直径稍大。

在旋转和回转运动条件下，操纵杆的球头在槽壁的表面上移动。由于操纵杆的球点状支承在槽中，即使是适度的法向力也会产生很高的赫兹压力。球在槽壁表面上的相对运动以及高表面压力在运行中会导致滑动副偶件上的磨损。

在专利说明书US5,316,438和US4,867,635以及公开文献DE1503527A1中公开了具有可调整的导向叶片的导向器。该导向器的调整机构具有调整杆，该调整杆为调整导向叶片将力从调整环传递到导向叶片的柄上。调整杆在一个端部上设有球头，并以该球头啮合到调整环区域中的球形座中。

发明内容

本发明的任务是提供一种本文开头所述类型的导向器，其特征在于磨损很小。

该任务按本发明通过一种具有权利要求1所述特征的导向器解决。

将扭矩从调整环传递到每个导向叶片的叶片柄并且作用在操纵杆的球头上的表面构造成球形座的形式，其中球形座至少部分由可平移移动地设置的滑动元件构成。由此出现均匀的大面积的压力分配，由此相互施压的部分的磨损明显减小。

在按本发明的导向器的一种实施方式中，滑座被设置在调整环的槽中，这些槽按球形座的形式构造，并且操纵杆的球头设置在这些槽中。滑座可以用简单的方式而且成本低廉地制造。

其它优点在从属权利要求书中获得。

附图说明

以下借助附图对按本发明的导向器的各种实施方式作进一步的解释。其中：

图1是按本发明的导向器的第一实施方式的等轴视图，该导向器具有径向套装在操纵杆的球头上的滑座并处于在调整环中的安装状态中，

图2是按图1的处于安装状态中的导向器的详细视图，没有调整环，

图3是按图2的处于拆卸状态中的导向器，

图4是按本发明的导向器的第二实施方式的详细视图，该导向器具有轴向套装在操纵杆的球头上的滑座并处于安装状态中但没有调整环，

图5是按图4的处于拆卸状态中的导向器，

图6是按本发明的导向器的按图2的实施方式的详细视图，该导向器在操纵杆端部上具有削平部位，

图7是按本发明的导向器的按图4的实施方式的详细视图，该导向器在操纵杆端部上具有削平部位，

图8是具有按本发明的导向器的废气涡轮机的剖面图，

图9是按图1的具有在中间位置的操纵杆的导向器沿着IX-IX的剖面图，

图10是按图9的具有轻微回转的操纵杆的剖面图。

具体实施方式

所有图中相同的附图标记都涉及相同作用的部件。在图8中示出了废气涡轮增压机的涡轮机部分。废气涡轮机包括设置在轴上的、可围绕着轴线旋转的、具有叶片支架62以及固定在其上的转子叶片61的涡轮6。此外废气涡轮机还包括涡轮机体和导向器，该导向器具有可调节的导向叶片11的关于涡轮机轴线轴对称地设置的轮圈和回转装置。导向叶片可以分别通过围绕径向指向的可旋转地支承的叶片柄12旋转回转到两个终端位置之间任意的角度位置中。

涡轮机叶片支架固定在轴的一个端部上，该轴以气密方式从壳体中导向未示出的支承位置并在它的另一端部上支撑着从图8中也不能看出的压缩机转子。

涡轮机体包括具有轴对称地设置的进气口的进气壳体71和具有径向指向的出气口的出气壳体72。在进气口和出气口之间延伸着由涡轮机体限制的流动通道。通过进气口从未示出的废气源、尤其是从内燃机输送热的废气。这种热的废气首先被引入沿涡轮机轴线的方向指向的流动通道区段。在该区段中废气通过导向叶片11和转子叶片61进行导引。废气在转子叶片下游流进被出气壳体限制的流动通道区段，在该区段中废气从轴线径向向外引出，并通过出气口最终从涡轮机体中清除。

导向器固定在夹紧在进气壳体71和出气壳体72之间的支承环73上。在这两个壳体之间另外夹紧着与支承环热分离的卸荷环，该卸荷环径向向外限制着在导向叶片11的区域中的流动通道并由此保护支承环不受热废气的直接作用并由此热卸荷。每个导向叶片11与设置的叶片柄12构成一个单元。叶片柄通过壳壁径向向外从流动通道中引出。叶片柄以其向外伸出的部分围绕用虚线示出的径向指向的回转轴线可旋转地得到支承。旋转运动通过设置在流动通道外的并且围绕着涡轮机轴线可旋转的调整环3以及将扭矩从调整环3传递到每个导向叶片的叶片柄12上的操纵杆2进行。

叶片柄12向外伸出的部分支承在两个径向错开设置的位置13上。这两个支承位置13设置在作为壳体的区段使用的支承环73中。

操纵杆2在一端通过插塞连接与叶片柄12相连。如图1所示，操纵杆的端部具有两个按叉尖的形式设置的虎钳22。该虎钳套在叶片柄12的两个平面平行的固定面上。该固定面设置在两个支承位置13之间。操纵杆2在其另一端在调整环3的槽4中导引。操纵杆2在其在调整环3的槽4中导引的端部构造为球头25的形式。按本发明该球头25啮合在形成在槽4中的球形座中。球头的至少部分存在的球面在操纵杆2由于调整环3的旋转而引起围绕着回转轴线回转的情况下在球形座的同样至少部分存在的球面上滑动。在所示出的实施方式中，球头在两侧具有削平部位，该削平部位允许减小槽高，而不会影响球头在与回转装置的运行有关的区域中的球形座中的摆动运动。

在图中所示的实施方式中，槽4在圆周方向上通过基本上径向指向的、相互平行延伸的槽壁41限界。在这两个槽壁之间的中间平面正好沿径向方向延伸，而两个相互平行延伸的槽壁稍稍偏离径向方向。如图9和图10中的按图1的装置的剖面图所示，球形座通过两个滑动元件51形成，该滑动元件分别在相对置的侧面上具有平坦的表面55和球形的表面52。滑动元件在球头25的相对置的侧面上以平坦的表面55支承在相互平行延伸的槽壁41上，并以其球形表面52容纳球头25。

如果调整环3被旋转用于调节导向叶片1，那么槽4中球头的滑动元件51就在槽表面41的平面中移动。如果图9中的调整环向右转出，那么操纵杆相对于调整环的位置发生改变。除了在图10中清楚看出的球头在槽4内的旋转中心的平移移动，操纵杆2会相对于调整环扭转。球头旋转中心的平移移动通过沿着槽壁41滑动的滑动元件51实现，而对于扭转，球头25可以在通过两个滑动元件51形成的球形座52中任意扭转至每个方向。

通过小的至少部分在槽的轴向边缘上环绕的凸起，防止了沿径向方向、也就是在图1中从下面推入槽中的球头连同滑动元件51沿轴向方向、也就是在图1中沿着操纵杆2的方向掉出。也可以通过以下方法来防止掉出，即在另一位置限制调整环和/或转子叶片的回转运动。

两个滑动元件51可以彼此独立地装配在球头25与相应的槽壁41之间。为简化安装，这两个滑动元件也可以构造为滑座5的支臂，该滑座附加地还具有将这两个支臂固定在一起的连接件53。

作为所示出的带滑动元件51的实施方式的替代方案，球形座也可以直接嵌入槽壁。但这时操纵杆相对于调整环的运动自由度必须通过其它方法保证。例如操纵杆为此可以具有可弹性伸缩的柄，该柄可以延伸和弯曲至一定程度。

借助图2和图3来进一步说明按本发明的导向器的第一实施方式。在该实施方式中，滑座沿径向方向、也就是横向于操纵杆套装到该操纵杆上。滑座5具有两个支臂51，该支臂通过削平的连接件53彼此连接在一起。支臂在其内侧以球形座52的形式成形，也就是至少部分具有球形表面。在将滑座5安装到操纵杆2上时，滑座的开口从下部推到球头25上，直到球形座52支承在球上。滑座的支臂51的尺寸如此确定，使它们在安装时只进行弹性变形。滑座的开口的净宽为L，该净宽比球头的球直径或者说球形座的球直径小大约10％。利用这种数量级的开口，球就能毫无困难地推过该开口，并且之后可靠地固定在球形座中。如在图3中所示，为能轻松地进行套装，开口的边缘可以附加地稍稍倾斜。

由于在操纵杆底面上的削平部位26以及滑座上的削平部位53，滑座在安装好以后相对于操纵杆不会扭转。彼此间隔开的削平部位虽然允许调节装置运行所必需的有限的摆动运动，但防止了进一步的扭转，在极端情况下该扭转可能导致球头和球形座之间的连接松开。通过削平部位实现的扭转止动器由此也是防丢失保护器，该防丢失保护器防止安装好的滑座从操纵杆上掉下从而失去。

借助图4和5进一步说明按本发明的导向器的第二实施方式。在该实施方式中，滑座沿轴向方向、也就是沿着操纵杆套装到操纵杆上。

在该实施方式中，由于球头的削平部位，滑座的高度B和调整环中的径向槽高可以减小。为防止滑座扭转以及球头和球形座之间的连接的可能的松开，设置了扭转止动器54，该扭转止动器可以构造为附加的削平的支臂。如果在操纵杆的端部设置附加的球头轴向削平部位，那么槽4的轴向深度就可以减小。图6和图7示出的就是所述第一或者说第二实施方式的这样构成的球头和滑座。在第二实施方式中，球头的削平部位在此与球中心具有一段距离，该距离小于滑座的削平部位53与球中心的距离，由此就得到调节装置运行所必需的操纵杆运动自由度。

附图标记列表

1     导向叶片-单元

11    导向叶片

12    叶片柄

13    支承位置

2     操纵杆

21    柄

22    叉状端部

25    球头

26    表面-削平部位

27    深度-削平部位

3     调整环

4     槽

41    槽壁，滑动面

5     滑座

51    滑动元件，滑座的支臂

52    球形座

53    连接件，削平部位

54    扭转止动器

55    平坦的滑动面

6     涡轮

61    转子叶片

62    涡轮-叶片支架

71    进气壳体

72    出气壳体

73    支承环

Claims (10)

1.用于废气涡轮机的导向器，该导向器具有分别可以围绕着与导向叶片相连接的叶片柄(12)回转的导向叶片(11)、可回转的调整环(3)和用于将扭矩从调整环(3)传递到每个导向叶片的叶片柄(12)的操纵杆(2)，其中操纵杆分别以按球头(25)的形式构造的端部在调整环(3)的槽(4)中导引，其特征在于，所述用于将扭矩从调整环传递到每个导向叶片的叶片柄并且作用在操纵杆的球头(25)上的表面按球形座(52)的形式构造，该球形座(52)至少部分通过滑动元件(51)构成，并且该滑动元件可移动地设置在槽(4)中。

2.按权利要求1所述的导向器，其特征在于，所述球形座(52)具有用于推进操纵杆的球头的开口，该开口的净宽(L)小于操纵杆的球头的球直径。

3.按上述权利要求中任一项所述的导向器，其特征在于，所述球形座具有至少一个削平部位(53)，该削平部位与球中心的距离小于球半径，并且所述操纵杆的球头也具有至少一个削平部位(26)，该削平部位与球中心的距离小于球形座的削平部位(53)与球中心的距离。

4.按权利要求3所述的导向器，其特征在于，为减小调整环中的槽的深度(T)，所述操纵杆球头的至少一个削平部位(27)布置在操纵杆的端部上，并且所述球形座的至少一个削平部位(53)与操纵杆端部上的削平部位(27)相对置地布置。

5.按上述权利要求中任一项所述的导向器，其特征在于，所述槽(4)至少部分通过相互平行延伸的槽壁(41)限界，并且所述滑动元件(51)在球头(25)的彼此对置的侧面分别设置在球头(52)和相互平行延伸的槽壁(41)中的一个槽壁之间。

6.按权利要求5所述的导向器，其特征在于，所述滑动元件(51)构造为滑座(5)的支臂，该滑座包括将所述支臂彼此连接的连接件(53)。

7.按权利要求6所述的导向器，其特征在于，所述滑座的支臂在球头(25)被推进球形座(52)中时可弹性变形。

8.具有用于容纳球头的球形座状开口(52)和两个相互平行延伸的外部滑动面(55)的滑座。

9.按权利要求9所述的滑座，其特征在于，两个相互平行设置的支臂(51)借助连接件(53)连接在一起，所述支臂在内侧具有空隙，该空隙限制球形座状的开口(52)，并且所述滑动面(55)设置在支臂(51)的外侧。

10.包括具有按上述权利要求中任一项所述的导向器的废气涡轮机的废气涡轮增压机。

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