CN101910566A - 用于叶片调整的引导装置 - Google Patents

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P·纽恩施万德
B·菲利普森
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Abstract

用于将引导装置(40)安装在出气壳体(20)处的固定部定位在引导叶片(41，42)的径向之外的区域中。因此，可在预设的角度之内自由选择引导叶片的周缘位置。在引导叶片(41，42)和固定件(50)之间不存在碰撞。

Description

用于叶片调整的引导装置
技术领域
本发明涉及流体机械、尤其用于增压式内燃机的废气涡轮增压器的领域。
本发明涉及一种引导装置在这种流体机械的壳体处的固定。
背景技术
废气涡轮增压器用于提高内燃机(活塞式发动机)的功率。废气涡轮增压器由在内燃机废气流中的废气涡轮和在内燃机进气段(Ansaugtrakt)中的压缩机组成。废气涡轮的涡轮叶轮(Turbinenrad)由内燃机的废气置于旋转中，并通过轴驱动增压器的叶轮(Laufrad)。增压器提高内燃机进气段中的压力，从而在吸气时使更大的空气量到达燃烧室中。废气涡轮也用作动力涡轮。在这种情况下，废气涡轮通过轴不驱动废气涡轮增压器的压缩机，而是驱动发电机或通过离合器(Kupplung)驱动另一个、机械的动力部件(Nutzteil)。
降低排放、成本以及燃料消耗推动着当代活塞式发动机领域内的最新发展。在此，发动机的增压系统对实现这一发展目的有决定性的贡献。过去，在大型发动机中主要使用带有具有固定几何结构(Fix-Geometrien)的涡轮和压缩机构件的废气涡轮增压器。这些几何结构针对每个单独的发动机进行设计和匹配。但是，在发动机运行期间这些几何结构不能变化。为了将来在发动机运行时使得废气涡轮增压器还更好地匹配于发动机成为可能，日益讨论在运行中应用可调(或可变)涡轮几何结构(VTG)。在此，废气涡轮的引导装置的引导叶片的开口通过引导叶片的旋转而变化。可调涡轮几何结构的应用在现有技术中为已知的，且尤其在如在例如乘用车中所使用的小型发动机范围内广泛地传播。在大型发动机中，现已在需要精确的燃料空气比的调节的燃气发动机中使用了可变涡轮几何结构。未来可期望在大型发动机中广泛使用可变涡轮几何结构。
由于经济性的原因，研发涡轮增压器的流体构件用于高的比通过量(spezifische Durchsatz)(高的质量流量比几何结构尺寸)。这种涡轮机械的涡轮的叶轮叶片(Laufschaufel)可经受高的振荡激励。为了保证可靠的运行性能，在涡轮的开发时应对引导装置(喷嘴环)和叶轮叶片几何结构进行非常精确的协调。
尤其地，可出现如下的问题，即，引导装置的引导叶片对涡轮叶轮的叶轮叶片构成周期性的扰动，其中，频率等于引导叶片数乘转速。如果该频率与叶轮叶片的固有频率一致，则可产生共振。在大多数情况下，这种共振中的交变应力可导致材料损坏。已知的是，共振振幅随引导叶片开口的减小而增加。这导致了引导叶片许用开口的限制。在可变的涡轮几何结构中，重要的是，使得具有引导叶片开口的大的调整范围。如果引导叶片开口的许用范围由于不允许的共振必须受到限制，则可变涡轮几何结构的益处降低。
从文件“通过使用修正的定子叶片间距减小在涡轮机械中转子叶片振动的理论和试验分析”(R.H.Kemp，M.H.Hirschberg，W.C.Morgan.NACA技术说明4374，1958)中已知，引导叶片的周缘位置的不均匀分布可引起共振振幅的明显降低。目前，在很多涡轮机械中使用引导叶片的不均匀布置，以用于减小共振振幅。
在用于大型发动机的废气涡轮增压器中可变引导装置(VTG)一般构造成独立的模块，并固定在废气涡轮的进气壳体和出气壳体处，如在图1中所指明的那样。为了安装在不同的发动机处，进气壳体和出气壳体一般可以确定的角度(例如15°)等级自由旋转。典型地，这导致使用在周缘上均匀分布的螺栓(在区段为15°的情况下，这形成24个螺栓)。在使用不均匀布置的引导叶片时，无法避免引导叶片和螺栓之间的碰撞。
发明内容
本发明的目的在于，如此优化用于流体机械、例如废气涡轮的可调的引导装置，即，使得可不取决于引导装置相对壳体的定位而安置为了在相邻的壳体处的固定而使用的固定件。
本发明的想法在于，使用于安装引导装置的固定部移位到在引导叶片径向之外、尤其在引导叶片柄(Leitschaufel-Schaft)径向之外的区域内。由此，可在预设的角度之内自由选择引导叶片的周缘位置。在引导叶片与固定件之间没有碰撞。
引导叶片既可在周缘处均匀分布，也可不均匀分布。
对于不均匀的布置，通过在减压环、支撑环以及凹槽环中的引导叶片容纳部(Leitschaufelaufnahme)的不均匀分布实现引导叶片。
附图说明
下面根据附图详细解释本发明的实施形式。其中：
图1显示了穿过带有根据现有技术的可调的引导装置的废气涡轮的截面图；以及
图2显示了穿过带有根据本发明构造的、可调的引导装置的废气涡轮的截面图。
具体实施方式
图1显示了废气涡轮增压器的常规的轴流式涡轮的截面图。涡轮叶轮10布置在可绕轴线A旋转的、支承在轴承壳体中的轴30上。涡轮叶轮10包括多个叶轮叶片11，该叶轮叶片11以沿着周缘分布的方式而布置在涡轮叶轮的径向外缘处。利用箭头指出了流体通道中的废气流动。在轴向方向上流向
Figure BPA00001185113900031
涡轮叶轮的叶轮叶片。可调的引导装置(可调的涡轮几何结构)布置在废气涡轮的叶轮叶片11的上游。该可调的引导装置包括多个各自具有一个柄42的引导叶片41。引导叶片41中的每一个分别利用其柄42以可绕轴线B旋转的方式支承在壳体中。引导装置的壳体主要包括支撑环40，该支撑环40环形地包围流体通道。朝向流体通道，支撑环40还包围减压环45。引导叶片41的柄42在为其所设置的孔中布置在支撑环40中。与引导叶片41的柄一样，孔基本上在径向方向上伸延。利用固定件50将支撑环固定在出气壳体20处。使用螺栓或螺钉作为固定件。可调的引导装置还包括调整环43以及每个引导叶片一个调整杆44。使调整环43在周向上运动以用于调整引导装置。调整杆44将旋转运动传递到引导叶片的柄42上。
在根据图2的根据本发明而实施的引导装置中，固定件径向上布置在引导叶片柄42的支承部位46之外，或径向上布置在引导叶片柄自由端之外。因此，半径r2(固定件50位于该半径r2以外)大于半径r1(引导叶片柄位于该半径r1以内)。
因此，引导叶片41沿着支撑环的周缘既可均匀分布又可不均匀分布，而固定件50和引导叶片的柄42不会因此而彼此相交。引导叶片41的不均匀布置通过引导叶片容纳部在减压环45、支撑环40以及调整环中的不均匀分布而实现。即使在引导叶片不均匀分布时，支撑环40也可以以沿着周缘分布的方式而布置的用于固定件的孔所允许的任意角度相对于出气壳体20而定位。因此，可在预设的角度之内自由选择引导叶片的周缘位置。
如图2中表明的那样，进气壳体21可径向上在调整杆44之内利用独立的固定件与支撑环40相连接。
部件列表
10    涡轮叶轮
11    涡轮叶轮的叶轮叶片
20    废气涡轮的出气壳体
30    废气涡轮的轴
40    支撑环，引导装置的壳体
41    引导叶片，可调
42    引导叶片的柄
43    调整环
44    调整杆
45    减压环
46    用于支承引导叶片的柄的支承部位
50    用于将支撑环固定在涡轮壳体处的固定件
r1    引导叶片柄的外半径
r2    用于将支撑环固定在涡轮壳体处的固定件的内半径
A     涡轮增压器的轴的轴线
B     引导叶片的柄的轴线

Claims (3)

1.一种流体机械，包括壳体(20)以及构造成环形的带有可旋转的引导叶片(41)的引导装置，所述引导叶片(41)以沿所述引导装置的周缘分布的方式而布置且各自利用径向伸延的柄(42)支承在所述引导装置的支撑环(40)中，其中，所述支撑环(40)包括用于容纳所述引导叶片柄(42)的支承部位(46)和用于将所述支撑环(40)固定在所述壳体(20)处的固定件(50)，其特征在于，用于容纳所述引导叶片柄(42)的支承部位(46)径向上布置在第一半径(r1)之内，并且所述固定件(50)径向上布置在第二半径(r2)之外，且所述第一半径(r1)小于所述第二半径(r2)。
2.根据权利要求1所述的流体机械，其特征在于，所述引导叶片(41)以沿着所述引导装置的周缘不均匀分布的方式、也就是说以彼此的间隔不同的方式而布置。
3.一种废气涡轮增压器，包括废气涡轮，所述废气涡轮构造成根据权利要求1或2的流体机械。
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