CN101255804A - 流体机，尤其是热气膨胀机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流体机，尤其是一种具有转子、壳体、以及无旋的流动轮廓(进气导流机构4，轮廓环6)的热气膨胀机，所述转子具有导流叶片，所述流动轮廓对流动通道在导流叶片的区域内一侧地限界，其中，所述流动轮廓(进气导流机构4，轮廓环6)借助至少一个弹性件(12)相对于壳体(2)张紧，并且来自弹性件(12)的张紧力向着减小导流叶片和流动轮廓(进气导流机构4，轮廓环6)之间间隙的方向作用。

Description

流体机，尤其是热气膨胀机

技术领域

本发明涉及一种流体机，尤其是一种包括具有工作叶片的转子、壳体、以及无旋转的流动轮廓的热气膨胀机，所述流动轮廓在一侧限制在工作叶片的区域中的流动通道。

背景技术

EP 1 620 633 B1公开了一种涡轮增压机，该涡轮增压机具有中部壳体和涡轮壳体，涡轮壳体具有设在它们之间的可变的喷嘴装置。喷嘴装置具有环形设置的可调式导流叶片，导流叶片插入一个环形喷嘴中，从而定义出多个喷嘴通道。导流叶片与调节环耦合，以便导流叶片在喷嘴中被摆动地调节。此外还设有一个弹性装置，该弹性装置被设置在调节环和中部壳体之间或被设置在调节环和涡轮壳体之间。该弹性装置在导流叶片之间施加轴向弹力给中部壳体或涡轮壳体。

流体机、例如传动机、尤其是开文所述类型的热气膨胀机以一种具有围绕中心驱动轮的不同转速的多轴设置方式著称。因此，对于大量介质、优选气态介质的多级压缩/膨胀来说要提供一种紧密的单元。

这种传动机对介质进行膨胀，介质的进入温度可至300℃或按照优选实施例超过300℃。就大于300℃的介质进入温度而言相对应的亦即所谓的热气膨胀机。

热气膨胀机具有至少一个进气壳体，在进气壳体内设有螺旋件。该螺旋件支承具有定位环、导流叶片和销的可调式进气导流机构，其中，销被用作用于调节导流叶片的转轴。

导流叶片可转地贴附在销上，并且导流叶片同时通过固定件与定位环连接。如果定位环以期望的角度值转动，则该固定件引起导流叶片围绕销的强制调节，从而通过导流叶片的这种调节使得介质流相对于导流叶片或叶轮的方向和/或速度受到影响。

螺旋件因此而具有两种功能。一方面，螺旋件支承调节机构(定位环等)，另一方面该螺旋件也支承轮廓环。

螺旋件与所配的进气导流机构和轮廓环在进气壳体之外预先安装并作为一个单元装入该进气外壳。

出于较高热负荷的缘由，尤其对于热气膨胀机而言可以发现，各种组件会由于热效应而膨胀或各异地膨胀。由于螺旋件与在进气壳体上所配组件通常刚性连接，所以待置入的单元在安装时必须设有相对于进气壳体或叶轮较大的径向间隙，以便避免通过不同的温胀产生夹卡并能够确保轴向运动灵活性。

因此，在轮廓环面和与之相配的叶轮导流叶片边缘之间的轮廓环间隙较大，以致于热气膨胀机的效率通过极高的间隙损耗而大大地降低。当导流叶片或销(作为各导流叶片转轴)与所配通道内壁之间的间隙过大时，也会发生效率损耗。

发明内容

因此，本发明的目的在于，以简单的方式有利地改善开文所述类型的流体机、尤其是热气膨胀机，使得间隙损耗得以减小，从而可以大大提高效率。

该目的按照发明通过下述内容得以解决，即，流动轮廓借助至少一个弹性件相对于壳体张紧，并且来自弹性件的张紧力向着减小导流叶片和流动轮廓之间间隙的方向作用。

流动轮廓可以例如具有进气导流机构、定位环、以及轮廓环，其中壳体可以配有扩压器。

由于按照发明的弹性件的缘故，流动轮廓或所配的螺旋件相对于进气壳体或壳体是运动的，其中螺旋件优选沿着轴向观察是运动的，弹性件在下面被描述为张紧系统。

优选在流动轮廓与壳体之间设置至少一个间隔件，其中该间隔件也是导流叶片的转轴。

按照发明有利的是，张紧系统具有居中的容纳销，该容纳销在扩压器侧分别配有支撑脚，其中各容纳销在螺旋件侧分别配有挡件，挡件分别形状配合且传力地(kraftformschlüβig)固定在容纳销上，其中各容纳销配有蓄力器和作用件。作用件优选设在螺旋件侧，蓄力器则设在作用件和支撑脚之间。

在一种优选的构成中，蓄力器被设为盘簧组或围绕容纳销设置的盘簧挡圈。

按照目的，作用件设有锅形孔。在锅形孔的孔底内分别设置一个与容纳销相配的通孔，从而作用件沿着容纳销的纵轴可移动地支承。其中，挡件在一定程度上起限制作用件向着螺旋件运动的作用。作用件在张紧状态下优选贴附在螺旋件上。

进气导流机构优选具有间隔件，该间隔件底侧容纳在螺旋件中并且顶侧指向通道内壁，其中，张紧系统使得间隔件以其顶侧压向通道内壁，通道内壁至少在局部具有滑动件。进气导流机构还具有定位环和导流叶片。导流叶片通过固定件与定位环连接并且可转动地与间隔件相配。间隔件因此也可以被描述为导流叶片销并起导流叶片转轴的作用。当以期望的角度值调节定位环时，导流叶片通过固定件被强制地带动并围绕各叶片轴或各间隔件转动。按照目的，每个间隔件配有滑动件，从而各滑动件被设置在通道内壁中的分配给间隔件的位置上。当然也可以设置唯一的、恰当的滑动件。

在一种优选实施例中，滑动件作为滑片在通道内壁中足够稳固地设置。滑动件也可以作为滑动覆层设置。滑动件按照其作为滑片的构成由适合的材料形成，优选由耐高温和腐蚀的基本材料制成以及被相应地覆层或加工。例如滑动件或滑片可以由钢或镍铬合金形成并覆有特殊层(例如Tribaloy)。覆层优选这样选择，使得滑动摩擦值降低的同时具有高的耐磨性。覆层还阻止腐蚀并且是耐腐蚀的。作为替代方案也可以实施通过

(耐腐蚀的表面硬化)的加工。当然也可以按照一种设计让滑动件作为滑动覆层相应地利用覆层直接设置到所分配的通道内壁区域上。

螺旋件与进气导流机构在进气壳体之外预先安装并作为单元置入进气壳体中。螺旋件利用适合的辅助件轴向地通过间隔件(导流叶片销)压向进气壳体后壁(通道内壁)中的滑片，从而轮廓环得到组装和调节(轴向间隙)。接下来张紧系统被置入预设的位置。然后扩压器与进气壳体连接或利用螺栓连接，其中扩压器以其支撑凸缘贴附在支撑脚上。通过扩压器与进气壳体的连接或者螺栓连接使得张紧系统预张紧。张紧系统、尤其盘簧组在安装之前在需要的弹簧力方面不言而喻要基于工作条件设计。当然，各组件(螺旋件，进气导流机构，轮廓环)也要相应地设计。

张紧系统使得间隔件以其顶侧压向相应的滑动件或优选的滑片。对于单个组件的温胀差异而言，优选实施沿径向的滑动，因为间隔件支承在滑动件上。此外通过热膨胀使得盘簧有利地轴向压缩。通过间隔件对通道内壁的挤压和张紧使得附加的、能够通过进气壳体的形变而形成的间隙尺寸不会出现。同时，对于轴向热膨胀而言，为间隙的设计可以有利地仅顾及导流叶片的叶片高度。通过进气导流栅(导流叶片)上的较小间隙可以提高效率。

热气膨胀机还具有叶轮，叶轮以其导流叶片边缘间隔轮廓环，从而形成轮廓环间隙。借助有利的张紧系统可以将该轮廓环间隙有利地减小，因为温胀直接作用在间隔件上，间隔件支撑在通道内壁或各滑动件上并且在热膨胀的情况下将轮廓环压离叶轮，从而一定程度地抵消了导流叶片和轮廓环的热膨胀。

总之可以因此而有利地使得间隙损耗降低，从而提高流体机或传动机或例如热气膨胀机的效率。间隙尺寸可以从一开始就设到最小，其中借助张紧系统可以一定程度地对热膨胀进行补偿。

另外，借助张紧系统还能有利地避免热膨胀引起的过度的组件应力，因为螺旋件在径向和轴向上不与进气壳体接触。

附图说明

本发明的其它的有利设计在从属权利要求和下面的附图描述中有所公开。其中：

图1是举例示出的热气膨胀机的截面图；

图2单独示出弹性件(张紧系统)。

在各附图中，相同物始终具有相同的附图标记，出于该原因它们基本上只被描述了一次。

具体实施方式

图1示出的是流体机或传动机，其在图示实施例中作为热气膨胀机1构成，该热气膨胀机的优选气态介质具有可达510℃的进入温度。热气膨胀机1具有至少一个内设螺旋件3的进气壳体2。螺旋件3配有进气导流机构4和轮廓环6，从而形成流动轮廓。进气壳体2还配有扩压器7。

进气导流机构4具有定位环8、至少一个间隔件9、以及导流叶片11。

导流叶片11通过固定件与定位环8连接，从而定位环8的转动使得可转动地固定在间隔件9上的导流叶片11得到相应的调节。间隔件9因此起到导流叶片11的转轴的作用。

螺旋件3配有弹性件或张紧系统12。张紧系统12一侧贴附在螺旋件3上，另一侧贴附在扩压器7或其相对于进气壳体2的支撑凸缘13上。

在图2中示出的实施例中，张紧系统12具有居中的容纳销14，该容纳销在扩压器侧配有支撑脚16。支撑脚16以其支撑面17贴附在与之相配的、扩压器17的或其支撑凸缘13的反支撑面18上。容纳销14在螺旋侧配有挡件19，该挡件通过螺栓连接形状配合且传力地(kraftformschlüβig)固定在容纳销14上。当然，挡件19也可以利用其它适合的连接方式与容纳销14连接。例如挡件19可以与该容纳销焊连。

容纳销14还配有作用件21和蓄力器22。

作用件21优选设在螺旋件侧，并且设有锅形孔，鉴于所选的展示区域，在图2中只能看到一个锅形孔，从而作用件21根据所选的截面观察呈U形并设有基梁23(孔底)和两个U-臂24。在基梁23(孔底)内设有与容纳销14相配的通孔26，从而作用件21可以沿着容纳销14的纵轴(双向箭头27)运动。U-臂24以其自由端28指向螺旋件3，从而作用件21在张紧系统8的张紧状态下贴附在螺旋件3上。

蓄力器22设在作用件21与支撑脚16之间并优选作为盘簧组或作为盘簧挡圈构成。

间隔件9底侧容纳在螺旋件3中并且顶侧指向通道内壁29(图1)。张紧系统12使得间隔件9以其顶侧31压向通道内壁29，在该通道内壁上、至少在间隔件9的支撑面上设有滑动件32。

滑动件32在所示实施例中作为由适合材料形成并优选经覆层或相应加工的滑片构成。滑动件32在通道内壁29中足够支撑稳固地设置。

热气膨胀机1当然还配有叶轮33，叶轮的叶片以其边缘34向着轮廓环6间隔，从而形成轮廓环间隙36。

螺旋件3与进气壳体2之外的进气导流机构4预先组装成一个单元并作为单元设置在进气壳体2中。螺旋件3利用适合的辅助工具轴向地通过间隔件9(导流叶片的销)压向进气壳体2后壁(通道内壁11)内的滑片，这同时使得轮廓环6得以组装和调整(轴向间隙)。然后安置张紧系统12。通过将支撑凸缘13与进气壳体2拧合的方式使得进气壳体2借助扩压器7得到封闭。由此使得张紧系统12张紧，从而也使得导流叶片11和通道内壁29之间的间隙可以和轮廓环间隙36一样被调整到最小值。螺旋件3在径向和轴向上不与进气壳体2接触。

在工作条件下，尤其在介质、优选气态介质的进入温度超过300℃时，例如在510℃时，单个组件会由于热效应而膨胀。热膨胀使得张紧系统12或蓄力器22受到压缩。通过张紧系统12可以使间隔件9通过螺旋件3压向通道内壁29或滑动件32，从而就此引起沿径向的滑动。就轴向热膨胀而言具有优点的是仅须顾及导流叶片的叶片高度。由于间隔件9对通道内壁29进行挤压，所以不考虑附加的、可以通过进气壳体2的(热)变形产生的间隙量。同时，通过间隔件9对滑动件32的挤压，轮廓环6被压离叶轮33的导流叶片。

总之，借助具有优点的张紧系统12实现了可以避免通过热膨胀产生过度的组件应力，因为螺旋件3在作为进气导流机构4的支承件的同时至少在轴向上不与进气壳体2接触。从而导流叶片11与通道内壁29之间的间隙以及轮廓环间隙36可以最小，因为对于热膨胀仅须顾及叶片轴线即间隔件9。通过热膨胀使得蓄力器22或盘簧组一方面通过滑动件32径向滑动，另一方面受到轴向压缩。

在图1所示的实施例中，螺旋件3还配有一个为径向可调节性而设的调节系统37和一个适合的、使得轮廓环6相对于扩压器7密封的密封系统38。

Claims (8)

1. 流体机，尤其是热气膨胀机，包括具有工作叶片的转子、壳体、以及无旋转的流动轮廓(进气导流机构4，轮廓环6)，所述流动轮廓在一侧限制在叶片的区域中的流动通道，其特征在于，所述流动轮廓(进气导流机构4，轮廓环6)借助至少一个弹性件(12)相对于壳体(2)张紧，以致于来自弹性件(12)的张紧力向着减小工作叶片和流动轮廓(进气导流机构4，轮廓环6)之间间隙的方向作用。

2. 按权利要求1所述的流体机，其特征在于，在流动轮廓(进气导流机构4，轮廓环6)和壳体(2)之间设置至少一个间隔件(9)。

3. 按权利要求2所述的流体机，其特征在于，间隔件(9)形成导流叶片的转轴。

4. 按前述权利要求之一所述的流体机，其特征在于，弹性件(12)一侧贴附在螺旋件(3)上并且另一侧贴附在扩压器(7)上。

5. 按前述权利要求之一所述的流体机，其特征在于，弹性件(12)具有中央的容纳销(14)，该容纳销在扩压器侧分别配有支撑脚(16)，其中各容纳销(14)在螺旋件侧分别配有挡件(19)，和其中各容纳销(14)配有作用件(21)和蓄力器(22)。

6. 按权利要求5所述的传动机，其特征在于，在作用件(21)内设有与容纳销(14)相配的通孔(26)。

7. 按前述权利要求之一所述的传动机，其特征在于，间隔件(9)借助弹性件(12)以顶侧压向通道内壁(29)，通道内壁(29)至少在局部配有至少一个滑动件(32)。

8. 按权利要求7所述的传动机，其特征在于，滑动件(32)作为优选具有滑动覆层的滑片构造。

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