CN101617102A - 涡轮 - Google Patents

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Abstract

涡轮的相邻地布置的涡轮叶片(10)的护罩段之间的过渡部分成两个区域：一个简单的、可成本低廉地被加工得到的接触区域(18)和一个——任意地复杂的——的铸造的其余区域(19)。在接触区域中实现涡轮叶片端部(13)之间的力传递。过渡部的其余区域具有在相应的彼此相邻地布置的涡轮叶片的护罩段(12)之间的间隙(19)，以使得在该区域中不出现涡轮叶片之间的接触。

Description

涡轮
技术领域
本发明涉及流体机械领域，尤其涉及用于增压式内燃机的废气涡轮增压器(Abgasturbolader)。
其涉及一种带有分别在其自由端部处具有护罩段(Deckband-Segmente)的多个涡轮叶片(Laufschaufeln)的涡轮(Turbinenrad)，并涉及涡轮的彼此相邻地布置的两个涡轮叶片的护罩段之间的过渡部。
背景技术
诸如废气涡轮增压器的涡轮机(Turbine)或燃气涡轮机等的热流体机械的轴流式涡轮机具有多个涡轮叶片，其布置在轮毂上，轮毂可绕轴旋转地支承。通常，涡轮叶片在其径向外侧的自由端部处具有护罩，专业术语中称为“Shroud”。护罩包括单独的分段，其分别与一涡轮叶片整体地相连接。
分段由于涡轮叶片的扭转预应力(在装配时)或者在运行中由于离心力影响下叶片的自然扭转而彼此紧压。护罩的功能在于通过降低间隙损失而改善热力学(thermodynamisch)效率以及通过其阻尼作用和加固作用而优化振动特性。
按照涉及热力学、运行强度(Betriebsfestigkeit)、表面压力、可装配性和加工性等的不同的标准来进行两个相邻地布置的涡轮叶片的护罩段之间的过渡部的设计。在此，护罩段之间的过渡部的优化的形状常常由于所提及的设计标准而如此之复杂，以使得其只能通过高成本的加工工艺来制造。与简单的、例如可利用一维的磨削过程而加工成的面相比，在生产中铸造的涡轮叶片可能导致巨大的额外费用。
在文件US 5,593,282的图4中绘出了燃气涡轮机的相邻地布置的涡轮叶片的护罩段之间的过渡部的示例性形状。
在文件EP 1724441中公开了一种涡轮的相邻地布置的涡轮叶片的护罩段之间的过渡部，其分成接触区域和间隙区域，其中，接触区域和间隙区域径向上布置在一个高度上。
发明内容
本发明的目的在于，这样地设计涡轮的相邻地布置的涡轮叶片的护罩段之间的过渡部，即，使得有关热力学、运行强度、表面压力、可装配性和加工性方面的要求可得到满足。
为此，根据本发明，涡轮的相邻地布置的涡轮叶片的护罩段之间的过渡部分成两个区域：一个简单的、可成本低廉地被加工得到的接触区域，以及一个——任意地复杂的——铸造的其余区域。在此，护罩在径向方向上，即在叶片高度上看，分成两个层(Ebene)。径向上在外的、上面的层在接触区域中承担叶片之间的机械接合的功能。在该区域中，相邻叶片的护罩段相接触。
护罩的下层承担流体引导、尤其是避免叶片尖端处的溢流(Ueberstroemungen)的功能。在该区域中护罩(在流动方向上看)有利地比在接触区域中更宽。出于流体及可装配性的考虑，在该层中至相邻地布置的涡轮叶片的过渡部通常定向成与在接触区域中不同。因为在该层中不需要力配合的连接，所以护罩段的表面的造型(Formung)可以铸造技术的方式(giesstechnisch)而实现。为补偿铸造误差，该接触区域可设计为间隙配合。
在该接触区域中(其在轴向方向上有利地布置在护罩段的中间区域中)进行涡轮叶片端部之间的力传递。过渡部的其余区域具有在相应的彼此相邻地布置的涡轮叶片的护罩段之间的间隙，从而，在该区域不出现涡轮叶片之间的接触。
根据本发明，接触区域设有简单的表面几何形状(Oberflaechengeometrie)，以使得其可简单地以机械的方式被加工。在间隙的区域中，与之相反，过渡部可具有复杂的、尤其是非线性的表面走向(Oberflaechenverlauf)，其有利地在涡轮叶片的铸造毛坯的制造中在铸造模具中已被成形。护罩的不必用于接触的内部区域对涡轮叶片的护罩段之间的力传递没有贡献。其功能主要在于减少由叶片尖端的溢流引起的热力学损失。
在接触区域中表面的角位置基本上通过机械学的和可装配性的边界条件来确定。接触面由于高的尺寸稳定性要求而必须以机械的方式被加工，例如被磨削。接触面可设计成平的面，以用于成本低廉的加工。
由从属权利要求给出其它优点。
附图说明
下面借助于附图而描述根据本发明的涡轮的相邻地布置的涡轮叶片的护罩段之间的过渡部的实施例。附图中：
图1显示了相对轴线倾斜、径向地向外的看向根据本发明彼此排成行(aneinander gereiht)的一组涡轮叶片的等轴视图，
图2显示了相对轴线倾斜、径向地向内的看向根据图1的涡轮叶片组的等轴视图
图3显示了在轴向方向上的看向根据图1的涡轮叶片组的等轴视图，
图4显示了垂直于轴线、径向地向内的看向根据图1的涡轮叶片组的等轴视图。
具体实施方式
图1示出涡轮增压器的轴流式涡轮机的涡轮叶片10的一部分。涡轮叶片利用叶根14而布置在叶片支座、即涡轮的轮毂中。涡轮的轮毂可绕轴线旋转地支承在轴上。在此使用的概念“径向”、“轴向”和“在周向方向上”涉及该轴线。叶根通常构造成圣诞树形且在轴向方向上插入到相对地相同地(gegengleich)成形的槽中并且轴向地固定。涡轮叶片具有符合空气动力学地成形的叶片体(Schaufelkoerper)11，其暴露在流体、即热的废气中。涡轮叶片在其径向上在外的自由端部处具有在轴向方向上至少部分地超出叶片体的护罩。该护罩分成多个短的分段12，其分别地与一涡轮叶片整体地相连接。根据本发明而设计的涡轮叶片的护罩径向上在该沿轴向方向延伸的分段之外具有构造成轴向上更短的第二区域13，其用于各个涡轮叶片彼此间的连接。径向上在内的护罩区域的功能主要在于减少由叶片尖端的溢流所引起的热力学损失。
如从图1可知，在护罩段12的径向上在内的区域中，在相应的彼此相邻地布置的两个护罩段之间存在间隙19。与此相反，径向上在外的护罩段(如图2所示的那样)无空隙地彼此按压。根据本发明，由此，护罩段的过渡部分成接触区域和间隙区域。
在接触区域中，每个护罩段——在周向方向上在两个端部处——具有易于加工的接触面15。该接触面有利地为单个的平的面或由几个平的面组成。因此，归因于简单的几何形状，每个涡轮叶片的接触区域能以简单的方式机械地被加工(例如磨削或铣削)。
相反，在间隙区域中，表面16可具有任意地复杂的形状，从而可例如成形出流体技术方面优化的过渡部。过渡部的该区域可在铸造涡轮叶片时已被加工成其最终的形状。在铸造时的成型明显比该复杂过渡部区域的事后的机械式的制造更加成本低廉。由于所存在间隙，复杂的铸造模具中产生的偏离所计划的表面走向的偏差可被容忍，从而，通常可完全省去该区域的再加工。
图3在轴向上示出了该组涡轮叶片。可清楚地看到轴向地突出的护罩段12之间的间隙19。
图4以从径向外侧向内侧地观察的方式示出了涡轮叶片和护罩。轴向上在外的护罩段12之间的间隙19以及在周向方向上紧密地彼此按压的护罩的内侧的区域13再次可见。
参考标号列表
10    涡轮叶片
11    叶片体
12    护罩-内部区域
13    护罩-外部区域
14    叶根
15    接触面
16    间隙区域中的表面走向
18    接触区域
19    间隙区域

Claims (6)

1.一种涡轮，包括多个涡轮叶片(10)，所述涡轮叶片(10)布置在可绕轴线旋转的轮毂上且所述涡轮叶片(10)分别在其径向外侧端部处具有护罩段(12，13)，所述护罩段(12，13)在周向方向上排成行地形成环形的护罩，其中，相邻地布置的两个涡轮叶片之间的过渡部在所述护罩的区域中分成接触区域(18)和间隙区域(19)，并且，在所述接触区域(18)中相应的涡轮叶片的护罩段(13)在周向方向上彼此按压，且在所述间隙区域(19)中在相应的涡轮叶片的护罩段(12)之间在周向方向上存在间隙，
其特征在于，所述接触区域(18)径向上这样地布置在所述间隙区域(19)之外，即，使得在周向方向上由在周向方向上按压到一起的护罩段(12)产生径向上位于外面的护罩且径向上在该护罩之内延伸有在周向方向上由间隙所分隔开的护罩。
2.根据权利要求1所述的涡轮，其特征在于，所述涡轮叶片在所述接触区域(18)中具有经机械加工的接触面(15)且在所述间隙区域(19)中不经机械处理。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮，其特征在于，所述涡轮叶片在所述接触区域(18)中具有平的接触面(15)且在所述间隙区域(19)中具有非线性的表面走向(16)。
4.一种废气涡轮增压器的涡轮机，包括根据前述权利要求中任一项所述的涡轮。
5.一种废气涡轮增压器，包括根据权利要求4所述的涡轮机。
6.一种涡轮的彼此相邻地布置的两个涡轮叶片(10)的护罩段(12，13)之间的过渡部，其中，所述过渡部分成接触区域(18)和间隙区域(19)，并且，在所述接触区域(18)中相应的涡轮叶片的护罩段(13)彼此按压，且在所述间隙区域(19)中在相应的涡轮叶片的护罩段(12)之间存在间隙，
其特征在于，所述接触区域(18)径向上布置在所述间隙区域(19)之外，从而，在周向方向上由在周向方向上按压到一起的护罩段(12)产生径向上位于外面的护罩且径向上在该护罩之内延伸有在周向方向上由间隙所分隔开的护罩。
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