CN101280694A - 废气涡轮用隔热板、轴承外壳、涡轮外壳及废气涡轮 - Google Patents

废气涡轮用隔热板、轴承外壳、涡轮外壳及废气涡轮 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种废气涡轮用隔热板、一种轴承外壳、一种涡轮外壳及一种废气涡轮。其中，废气涡轮具有一个涡轮外壳、一个可转动地支承在轴承外壳内的轴以及一个设置在所述轴上的涡轮，隔热板利用涡轮外壳限制一个引导到所述涡轮的入流通道，其中，该隔热板包括至少两个用于将所述涡轮外壳相对于所述轴定中心的支座，所述至少两个支座中的一个第一支座用于放置在轴承外壳上，所述至少两个支座中的一个第二支座用于放置在涡轮外壳上。为了使所述部件的安装简便，根据本发明，隔热板在第一支座的部位上或者在第二支座的部位上设置的定中心凸块嵌入到用于接受该定中心凸块而设置在轴承外壳中的或设置在涡轮外壳中的槽内。

Description

废气涡轮用隔热板、轴承外壳、涡轮外壳及废气涡轮
本申请是申请号为200310124880.5、发明名称为《废气涡轮外壳》的分案申请。
技术领域
本发明涉及由废气驱动的涡轮增压器领域。本发明涉及一种废气涡轮。特别是轴承外壳、涡轮外壳以及废气涡轮的隔热板，其中，废气涡轮内的隔热板利用涡轮外壳将入流通道限制在涡轮上；其中，涡轮设置在可转动支承在轴承外壳内的轴上。
背景技术
废气涡轮增压器用于提高内燃机的功率。在最高几兆瓦的较低功率范围内，主要使用带有径向入流涡轮和上面安装涡轮的轴的内轴承的涡轮增压器。
在供气通道不冷却的非冷却的废气涡轮增压器中，废气温度在涡轮入口处较高，由此提高机器的热效率和通过废气量排放到空气压缩机上的功率。
工作时温度为例如650℃的不冷却的进气口-或者涡轮外壳大多直接固定在例如150℃较冷的轴承外壳上。在某些应用领域，与供气通道相反，将轴承外壳冷却到所述的温度。也可以像EP 0 856 639中所述的那样，在通到涡轮上的入流通道的范围内设置起到防热作用的隔板，所述隔板保护轴承外壳不受入流通道内输送的热废气的影响。在这种情况下，隔板可以通过相应的空气-或者冷却液体区与轴承外壳隔离地设置，并只有少量确定的接触点，以便尽可能避免与轴承外壳相应的热渗透。
为将涡轮外壳固定在轴承外壳上，在传统的废气涡轮中使用接片或者所谓的异型卡圈-或V形带连接。为获得尽可能高的效率，涡轮叶片之间的空隙应对涡轮外壳保持得尽可能小。然而，这就要求该外壳壁和涡轮随时彼此相对定中心，特别是在满负荷下工作时和在所有部件相应的热负荷情况下。因为由于轴承外壳和涡轮外壳之间温差较大，涡轮外壳的定中心座有时向轴承外壳径向扩张，所以涡轮外壳会相对于轴承外壳并且特别是支承在该外壳里面的涡轮轴偏心，即涡轮外壳相对于轴和设置在该轴上面的涡轮在径向上不再定中心。由于外力作用而有所增加的这种偏心导致涡轮叶片尖与涡轮外壳的外壳壁产生接触，导致相应的磨损或者故障，因此导致废气涡轮在效率上明显损失。
EP 0 118 051介绍，如借助于星形设置的、可在径向上移动的槽/齿-连接可以避免较热部件的偏心。
这是一种传统的，然而成本相当高的解决方案，其中加工过程既包括纯车削又包括铣削，由于槽/齿-连接的数量不详，所以不同的外壳定位数量有限。然而值得期望的是一种解决方案，其中，涡轮外壳相对于轴承外壳的位置基本上可以无级调节。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种上述类型的废气涡轮，通过涡轮外壳相对于支承在轴承外壳内的轴的定中心可以提高涡轮效率。
上述目的通过一种用于废气涡轮的隔热板来实现。该废气涡轮具有一个涡轮外壳、一个可转动地支承在轴承外壳内的轴以及一个设置在所述轴上的涡轮，隔热板利用涡轮外壳限制一个引导到所述涡轮的入流通道，其中，该隔热板包括至少两个用于将所述涡轮外壳相对于所述轴定中心的支座，所述至少两个支座中的一个第一支座用于放置在轴承外壳上，所述至少两个支座中的一个第二支座用于放置在涡轮外壳上。根据本发明，在第一支座的部位上或者在第二支座的部位上通入隔热板内的槽用于接受安装在轴承外壳上的或者安装在涡轮外壳上的定中心凸块。
通过本发明所实现的优点在于，无需附加构件便可保证涡轮外壳相对于支承在轴承外壳内的轴进行定中心，因此使得安装简单。轴承外壳、涡轮外壳和隔热板只需稍作附加加工。由此不会明显增加废气涡轮的成本。
根据一种优选方案，在所述定中心凸块与槽底部之间存在空隙。这样可以使安装更加简单，即可以将隔热板轴向插到轴承外壳上。
根据另一种优选方案，隔热板包括一种热膨胀系数大于涡轮外壳材料的材料。这样隔热板会比涡轮外壳更强地膨胀，并将涡轮外壳径向向外挤压。由此额外改善了涡轮外壳相对于隔热板的定中心。
涡轮外壳相对于轴承外壳的位置可以进行无级调整，因为依据本发明在轴承外壳和涡轮外壳之间不存在形状配合的连接。
这种类型的定中心适合于轴承外壳和涡轮外壳之间所有常用的连接方式，因为依据本发明所述定中心通过涡轮外壳内部的部件完成。
附图说明
下面借助附图简要示出根据本发明的废气涡轮的实施例，并作详细说明。所有附图中相同功能的部件采用相同的附图标记。附图示出：
图1依据本发明的废气涡轮增压器的第一实施例的示意图；
图2按图1的废气涡轮增压器的放大视图；
图3依据本发明的废气涡轮增压器的第二实施例的示意图；
图4图3中IV-IV的示意图；
图5依据本发明的废气涡轮增压器的第三实施例的示意图；以及
图6图5中VI-VI的示意图。
附图标记列表
1涡轮外壳
11支座
12排气口侧外壳壁
15定中心槽
2隔热板
21支座，棱边
22支座
23定中心凸块
3轴
31内轴承
4轴承外壳
41支座，棱边
42固定件，螺栓
43接片
44定中心槽
5涡轮
51叶片
6入流通道
7喷管环
具体实施方式
废气涡轮增压器主要由一未示出的压缩机和图1中作为径向涡轮而示意性示出的废气涡轮组成。废气涡轮主要包括一个涡轮外壳1和一个轴承外壳4以及一个涡轮5，所述涡轮外壳1带有一个径向外置的螺旋状进气口外壳和一个排气口侧的外壳壁12；所述轴承外壳4带有借助于轴承31可转动地支承的轴3；所述涡轮5设置在该轴上并带有工作叶片51。在压缩机侧，轴上设置同样未示出的压缩机转子。
进气口外壳在箭头方向上顺流而下地过渡到一个与废气涡轮增压器连接的、同样未示出的内燃机的废气入流通道6内。入流通道在一侧上以排气口侧的外壳壁12为界，而在另一侧上设置一个起到防热作用的片状隔板2。至少部分限制轴承外壳一侧上的入流通道的和/或者至少部分轴向上设置在涡轮和轴承外壳之间的隔热板用于使处于其后面的轴承外壳避免受到热的废气的影响。
此外，入流通道内、在隔热板和排气口侧的外壳壁12之间设置有一个喷管环7。
涡轮外壳1在示出的实施方式中利用接片43固定在轴承外壳4上，其中，利用螺栓42固定在涡轮外壳上的接片允许涡轮外壳相对于轴承外壳4在径向上有一定的移动。正如从图中看到的那样，隔热板2以及喷管环7通过接片43的紧固螺栓夹紧在涡轮外壳1和轴承外壳4之间，并相应固定在轴向上。在废气涡轮的静止状态下，如果涡轮外壳和轴承外壳冷却的话，那么涡轮外壳处于轴承外壳上，由此相应地相对于轴和设置在上面的涡轮定中心。
图2放大地示出依据本发明的废气涡轮的第一种实施方式，在隔热板2上的径向内部范围内设置有设计为环形棱边的支座21，所述支座21处于轴承外壳的同样设计为环形棱边的支座41上。在废气涡轮静止的状态下，如果除了轴承外壳以外，隔热板也是冷却的话，那么在两个支座之间总是可以存在从仅几微米到几百微米的较小空隙，这样特别是可以使安装简单，即可以将隔热板轴向插到轴承外壳上。在径向外置的部位上，隔热板利用径向外置的支座22处于涡轮外壳的径向向内指的支座11上，其中，在废气涡轮静止的状态下，所述两个支座之间同样存在相应的较小的空隙。
在废气涡轮的工作状态下，如果隔热板温度明显高于轴承外壳的话，那么隔热板因受热特别是在径向上膨胀。所述两个空隙变小，其中，特别是隔热板的内支座21以较大的力压向冷的轴承外壳的相应的支座41。隔热板的外支座22和涡轮外壳的支座11之间的空隙一般只会减小，但不会完全封闭，因为涡轮外壳由于很热同样也要膨胀。通过紧贴在轴承外壳支座41上的隔热板的径向内支座21确保由于减小的外部空隙而引起的隔热板2的以及涡轮外壳1的准确的定中心。
如果为隔热板选择热膨胀系数大于涡轮外壳材料的热膨胀系数的材料，那么隔热板会比涡轮外壳更强地膨胀，并将涡轮外壳径向向外挤压。由此额外改善了涡轮外壳相对于隔热板的定中心。
图3和图4示出依据本发明的废气涡轮的第二种实施方式。在径向内部的范围内，再次设置一个设计为环形棱边的支座21，所述支座21再次处于轴承外壳的一个同样设计为环形棱边的支座41上。作为对隔热板2的径向外置部位上的简化的支座22的附加或者选择，设有沿隔热板的周边分布地设置的定中心凸块23。该凸块嵌入涡轮外壳中的槽15内，由此形成的涡轮外壳1相对于隔热板2的径向导向。在废气涡轮静止的状态下，特别是在内支座的范围内存在相应的空隙，再次可以使隔热板简单地安装。在这种情况下，将根据定中心凸块23相应对齐的隔热板2轴向插入涡轮外壳1中。在工作状态下，隔热板再次径向膨胀。所述空隙封闭，隔热板的支座21向轴承外壳的相应支座41挤压，并相应地定中心。在径向外部范围内，涡轮外壳1的定中心通过导入所述槽15内的定中心凸块23得到保证。
可以替换地将定中心凸块设置在涡轮外壳一侧上，相应的槽通入隔热板内。或者所述槽既可以通入涡轮外壳内也可以通入隔热板内，而该槽内轴向插入连接楔或者连接塞。
这两个实施方式特别适合于在涡轮外壳非常高的温度下使用，因为由于径向槽和嵌入其中的定中心凸块使得涡轮外壳相对于隔热板的定中心与涡轮外壳的热膨胀无关地得到保证。
尽管涡轮外壳和隔热板之间存在这种形状配合的连接，但是涡轮外壳相对于轴承外壳的位置仍可无级调节，因为在隔热板和轴承外壳之间、因此也在涡轮外壳和轴承外壳之间不存在形状配合的连接。
图5和图6示出依据本发明的废气涡轮的与第二种实施方式相比略有变化的第三种实施方式。在隔热板的径向内部范围内设有定中心凸块23。在这种情况下，凸块23设置在隔热板上，并嵌入轴承外壳中的相应的槽45内，或者可以设置在轴承外壳上，嵌入隔热板相应的槽内。在后一种情况下，槽可以设计为通孔或者仅设计为隔热板上的表面凹陷。形成隔热板2相对于轴承外壳4的径向导向。在径向外置的部位上，隔热板与第一实施方式相应，利用径向外置的支座22处于涡轮外壳的径向向内指的支座11上，其中，在废气涡轮的静止状态下再次存在一个相应的空隙，这可以用于安装隔热板。在这种情况下，将根据定中心凸块相应对齐的隔热板2沿轴向插到轴承外壳4上。在工作状态中，隔热板再次径向膨胀。如上所述，外置部位上的空隙变小，由此产生涡轮外壳相对于隔热板的相应定中心。还可以通过选择热膨胀系数更大的材料来加强隔热板的膨胀，以便额外提高涡轮外壳相对于隔热板的定中心。由于通过设置在内部部位上的定中心凸块，隔热板相对于轴承外壳的定中心与温度无关，所以该实施方式特别适合于瞬时工作或者在进气口低温下使用。
尽管隔热板和轴承外壳之间存在这种形状配合的连接，但是涡轮外壳相对于轴承外壳的位置如在前两个实施方式中那样，可以以任意角度进行调节，因为在隔热板和涡轮外壳之间、因此也在轴承外壳和涡轮外壳之间不存在形状配合的连接。
对于所述所有三个实施方式的隔热板适合的材料例如是镍合金，与铸铁件相比其热膨胀系数高出约30％。
在隔热板的径向外置部位上，用于涡轮外壳的支座也可以通过设置在隔热板和涡轮外壳之间的中间件构成，特别是通过设置在入流通道内的喷管环的部件构成。在这种情况下，喷管环和隔热板、或者喷管环的部件和隔热板可以整体制造。

Claims (24)

1.用于废气涡轮的隔热板(2)，其中，废气涡轮具有一个涡轮外壳(1)、一个可转动地支承在轴承外壳(4)内的轴(3)以及一个设置在所述轴上的涡轮(5)，隔热板(2)利用涡轮外壳(1)限制一个引导到所述涡轮的入流通道(6)，其中，该隔热板包括至少两个用于将所述涡轮外壳相对于所述轴定中心的支座(21，22)，所述至少两个支座中的一个第一支座(21)用于放置在轴承外壳(4)上，所述至少两个支座中的一个第二支座(22)用于放置在涡轮外壳(1)上，其特征在于，在第一支座的部位上或者在第二支座的部位上通入隔热板内的槽用于接受安装在轴承外壳上的或者安装在涡轮外壳上的定中心凸块。
2.根据权利要求1所述的隔热板，其特征在于，在所述定中心凸块与槽底部之间存在空隙。
3.根据权利要求1或2所述的隔热板，其特征在于，隔热板(2)包括一种热膨胀系数大于涡轮外壳(1)材料的材料。
4.用于废气涡轮的隔热板(2)，其中，废气涡轮具有一个涡轮外壳(1)、一个可转动地支承在轴承外壳(4)内的轴(3)以及一个设置在所述轴上的涡轮(5)，隔热板(2)利用涡轮外壳(1)限制一个引导到所述涡轮的入流通道(6)，其中，该隔热板包括至少两个用于将所述涡轮外壳相对于所述轴定中心的支座(21，22)，所述至少两个支座中的一个第一支座(21)用于放置在轴承外壳(4)上，所述至少两个支座中的一个第二支座(22)用于放置在涡轮外壳(1)上，其特征在于，隔热板(2)在第一支座的部位上或者在第二支座的部位上设置的定中心凸块(23)嵌入到用于接受该定中心凸块而设置在轴承外壳中的或设置在涡轮外壳中的槽内。
5.根据权利要求5所述的隔热板，其特征在于，在所述定中心凸块与槽底部之间存在空隙。
6.根据权利要求4或5所述的隔热板，其特征在于，隔热板(2)包括一种热膨胀系数大于涡轮外壳(1)材料的材料。
7.用于废气涡轮的轴承外壳(4)，其中，所述废气涡轮具有一个涡轮外壳(1)、一个可转动地支承在所述轴承外壳内的轴(3)、一个设置在该轴上的涡轮(5)以及一个在废气涡轮内利用涡轮外壳限制一个引导到所述涡轮的入流通道(6)的隔热板(2)，其中，隔热板具有将涡轮外壳(1)相对于支承在轴承外壳(4)内的轴(3)进行定中心的部件(21，22，23)，其特征在于，所述轴承外壳用于将涡轮外壳(1)通过该隔热板(2)并相对于支承在该轴承外壳内的轴(3)进行定中心，所述轴承外壳具有用于嵌入到通入隔热板(2)的槽内的定中心凸块。
8.按权利要求7所述的轴承外壳，其特征在于，在所述定中心凸块与槽底部之间存在空隙。
9.根据权利要求7或8所述的轴承外壳，其特征在于，隔热板(2)包括一种热膨胀系数大于涡轮外壳(1)材料的材料。
10.用于废气涡轮的轴承外壳(4)，其中，所述废气涡轮具有一个涡轮外壳(1)、一个可转动地支承在所述轴承外壳内的轴(3)、一个设置在该轴上的涡轮(5)以及一个在废气涡轮内利用涡轮外壳限制一个引导到所述涡轮的入流通道(6)的隔热板(2)，其中，隔热板具有将涡轮外壳(1)相对于支承在轴承外壳(4)内的轴(3)进行定中心的部件(21，22，23)，其特征在于，所述轴承外壳用于将涡轮外壳(1)通过该隔热板(2)并相对于支承在该轴承外壳内的轴(3)进行定中心，设置在轴承外壳中的槽(45)沿径向延伸，并用于接受安装在隔热板上的定中心凸块(23)。
11.根据权利要求10所述的轴承外壳，其特征在于，在所述定中心凸块与槽底部之间存在空隙。
12.根据权利要求10或11所述的轴承外壳，其特征在于，隔热板(2)包括一种热膨胀系数大于涡轮外壳(1)材料的材料。
13.用于废气涡轮的涡轮外壳(1)，其中，所述废气涡轮具有一个轴承外壳(4)、一个可转动地支承在所述轴承外壳内的轴(3)、一个设置在该轴上的涡轮(5)以及一个在废气涡轮内利用涡轮外壳限制一个引导到所述涡轮的入流通道(6)的隔热板(2)，其中，隔热板具有将涡轮外壳(1)相对于支承在轴承外壳(4)内的轴(3)进行定中心的部件(21，22，23)，其特征在于，，为了使涡轮外壳(1)通过隔热板(2)相对于支承在轴承外壳内的轴(3)进行定中心，所述涡轮外壳具有用于嵌入到通入隔热板(2)的槽内的定中心凸块。
14.按权利要求13所述的涡轮外壳，其特征在于，在所述定中心凸块与槽底部之间存在空隙。
15.根据权利要求13或14所述的涡轮外壳，其特征在于，隔热板(2)包括一种热膨胀系数大于涡轮外壳(1)材料的材料。
16.用于废气涡轮的涡轮外壳(1)，其中，所述废气涡轮具有一个轴承外壳(4)、一个可转动地支承在所述轴承外壳内的轴(3)、一个设置在该轴上的涡轮(5)以及一个在废气涡轮内利用涡轮外壳限制一个引导到所述涡轮的入流通道(6)的隔热板(2)，其中，隔热板具有将涡轮外壳(1)相对于支承在轴承外壳(4)内的轴(3)进行定中心的部件(21，22，23)，其特征在于，通入到涡轮外壳内的槽(15)用于使涡轮外壳通过隔热板并相对于支承在轴承外壳内的轴进行定中心，所述槽(15)沿径向延伸，并用于接受安装在隔热板上的定中心凸块(23)。
17.根据权利要求16所述的涡轮外壳，其特征在于，在所述定中心凸块与槽底部之间存在空隙。
18.根据权利要求16或17所述的涡轮外壳，其特征在于，隔热板(2)包括一种热膨胀系数大于涡轮外壳(1)材料的材料。
19.废气涡轮，带有一个涡轮外壳(1)、一个可转动地支承在一个轴承外壳(4)内的轴(3)、一个设置在轴上的涡轮(5)、以及带有一个隔热板(2)，其中，隔热板连同涡轮外壳一起将一个限制一个引导到所述涡轮的入流通道(6)，该隔热板包括至少两个用于将所述涡轮外壳相对于所述轴定中心地安装在轴承外壳(4)中的支座(21，22)，所述至少两个支座中的一个第一支座(21)用于放置在轴承外壳(4)上，所述至少两个支座中的一个第二支座(22)用于放置在涡轮外壳(1)上，其特征在于，所述隔热板(2)在第一支座(21)的部位上或者在第二支座(22)的部位上具有定中心凸块(23)，所述凸块用于嵌入径向延伸的槽(45，15)内，所述槽通入轴承外壳(4)内、或者通入涡轮外壳(1)内。
20.根据权利要求19所述的废气涡轮，其特征在于，所述定中心凸块和槽底部之间存在间隙。
21.根据权利要求19或20所述的废气涡轮，其特征在于，隔热板(2)包括一种热膨胀系数大于涡轮外壳(1)材料的材料。
22.废气涡轮，带有一个涡轮外壳(1)、一个可转动地支承在一个轴承外壳(4)内的轴(3)、一个设置在轴上的涡轮(5)、以及带有一个隔热板(2)，其中，隔热板连同涡轮外壳一起将一个限制一个引导到所述涡轮的入流通道(6)，其特征在于，定中心凸块布置在轴承外壳(4)上或者布置在涡轮外壳(1)上，所述定中心凸块嵌入通入到设置在隔热板中的槽内。
23.根据权利要求22所述的废气涡轮，其特征在于，所述定中心凸块和槽底部之间存在间隙。
24.根据权利要求22或23所述的废气涡轮，其特征在于，隔热板(2)包括一种热膨胀系数大于涡轮外壳(1)材料的材料。
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