CN102322304A - 涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明一种涡轮机(1)，其具有轴承外壳(30)、可旋转地支承在轴承外壳(30)的内室(31)中的轴(40’，40”)、通过焊缝(S’，S”)在材料上与轴(40’，40”)的纵向端部(41’，41”)连接的且在内室(31)外部设置在工作叶轮室(22)中的工作叶轮(25’，25”)以及密封件(50)，它设置在轴(40’，40”)的圆周上，由此使内室(31)相对于工作叶轮室(22)密封，其中该密封件为了密封与两个相互对置旋转的密封面(51’，52’；51”，52”)共同作用。本发明的目的在于，提供一种涡轮机，其中可靠地防止工作叶轮与轴之间的焊连接的不期望地松脱。这一点通过以下方式得以实现，即所述两个密封面中的至少一个密封面的密封面材料形成设置在密封与工作叶轮之间的隔离层(T’，T”)。

Description

涡轮机
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的涡轮机。
背景技术
图2结合图1示出上述形式的涡轮机1。该涡轮机1以涡轮增压机的形式构成，具有涡轮压缩机10和废气涡轮机20。该涡轮机1具有压缩机外壳11、涡轮机外壳21和使压缩机外壳11与涡轮机外壳21连接的轴承外壳30，它由球墨铸铁制成。
该涡轮机1还具有由钢制成的轴40，它通过多个旋转轴承42，43(在这里是两个径向滑动轴承42和一个轴向滑动轴承43)可旋转地支承在轴承外壳30的内室31(也称为油室)中。
如图2所示，在轴40的纵向端部41上设有废气涡轮机20的工作叶轮25，它通过焊缝S在材料上与轴40的纵向端部41连接，并且它在轴承外壳30的内室31外部设置在涡轮机外壳21的工作叶轮室22中。该工作叶轮25由镍基合金制成。
同样如图2所示，在轴40的圆周上设置一个(或多个)环形的活塞环形式的密封件50，由此使轴承外壳30的内室31相对于涡轮机外壳21的工作叶轮室22密封。密封件50在径向RR上预紧地夹紧在轴承外壳30的壁体32中，由此使密封件50抗扭转地固定在轴承外壳30上。密封件50由钢或由铁石墨合金制成。
为了密封，使密封件50与两个相互对置旋转的密封面51，52共同作用。如图2所示，旋转的密封面51，52中的第一密封面51在废气涡轮机20的工作叶轮25的连接端部26上构成，并且旋转密封面51，52中的第二密封面52在轴40的纵向端部41上构成。两个密封面51，52分别由环带的侧面(未单独地示出)构成，其中从每个环带上突出直径更小的凸起。
两个凸肩通过焊缝S相互连接，由此使焊缝S位于由密封面51，52和两个凸肩形成的环槽53的区域内。
在这样构成的工作叶轮25与轴40之间的焊连接在过去在涡轮机1运行中总是重复地以下述形式产生损坏，即，工作叶轮25与轴40之间的焊连接不期望地松脱。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种如权利要求1前序部分所述的涡轮机，其中可靠地防止工作叶轮与轴之间的焊连接不期望地松脱。
这一点通过按照权利要求1的涡轮机得以实现。在从属权利要求中定义了本发明的改进方案。
按照本发明，提供一种涡轮机，其具有轴承外壳
Figure BSA00000506275600021
可旋转地支承在轴承外壳的内室中的轴、通过焊缝在材料上(stofflich)与轴的纵向端部连接的且在内室外部设置在工作叶轮室中的工作叶轮以及密封件，它设置在轴的圆周上，由此使内室相对于工作叶轮室进行密封，其中该密封件为了密封与两个相互对置的、旋转的密封面共同作用。所述轴优选利用摩擦焊接与工作叶轮连接。按照本发明的涡轮机的特征在于，两个密封面中的至少一个密封面的密封面材料形成设置在密封件与工作叶轮之间的隔离层。
按照本发明已经认识到，根据所使用的焊接参数(尤其是摩擦焊接参数)可以使焊缝以几微米在从部件到部件的轴向上变化。根据实际的位置关系，这在现有技术中可能导致，优选的金属密封件已与工作叶轮材料产生金属接触。
在涡轮机运行中，密封件受结构制约不一起旋转，并且与轴具有金属接触，由此在轴与密封件之间产生摩擦。尤其在进气过程时，由此导致部分明显的生热。如果密封件与工作叶轮材料接触，如同通过上述的变化不能排除的那样，可能熔化工作叶轮材料，因为它比密封材料具有更低的熔点。由此，使工作叶轮材料熔化在密封件上并且从轴上松脱。这样长时间地重复这个过程，直到焊缝弱化到工作叶轮与轴断开的程度。
按照解决方案已经试验过，降低了密封件与工作叶轮材料之间的旋转摩擦，其中借助减小摩擦的覆层来进行该试验。但是这个覆层已经证实不能达到目的，因为它们尽管降低了不利的作用，但是没有克服。
通过按照本发明规定的密封件与工作叶轮之间的隔离层(它提供了密封件与工作叶轮之间的隔热)，可靠地避免了密封件与工作叶轮材料之间的金属摩擦接触，并由此避免不期望的、由于熔化而松开工作叶轮与轴之间的焊连接。换言之，按照本发明可靠地避免了，工作叶轮材料与静止的部件(如密封件)具有金属摩擦接触。由此避免了机构损伤的原因，并建立了运行可靠性。
所述隔热的隔离层优选这样构成(例如在其轴向厚度和/或其材料方面)，使在涡轮机运行中由旋转摩擦引起的在焊缝上产生的最高温度位于工作叶轮材料的熔化温度以下。
按本发明的实施例，这两个密封面由同一种密封面材料制成。
通过这种方式，可以使密封面最佳地且特别简单地并由此成本有利地与密封件在旋转摩擦方面相协调。
按照本发明的另一实施例，所述两个密封面共同地在涡轮机的唯一密封面部件上构成。
由此，可以可靠地避免或减小在现有技术中存在的由焊接参数引起的密封面轴向结构中的误差，由此可以可靠地配置密封件与密封面之间的金属摩擦接触。
按照本发明的另一实施例，所述密封面部件由轴构成。
因此，焊缝这样远地在工作叶轮方向上移动，或密封位置这样远地在旋转轴承的方向上移动，即可靠地避免工作叶轮材料与密封件之间的金属摩擦接触。换言之，所述焊缝设置在工作叶轮室中或紧靠工作叶轮室设置。其优点是，使密封位置的径向直径可以保持较小，但是产生更大的轴向结构空间。
因为所述轴通常由钢材料制成，这个轴在其熔点方面可靠地经受住在与密封件旋转摩擦时产生的热负荷，其中两个密封面中的靠近工作叶轮设置的密封面的钢材料形成隔热的隔离层。
按照本发明的实施例，所述密封面部件由套构成，它固定在轴的纵向端部上。其优点是，产生更短的轴向结构空间，但是通过套产生更大的径向结构空间。在这种情况下，焊缝优选设置在工作叶轮室与轴承外壳的内室之间。
优选这样构成套(例如在其径向厚度和/或其材料方面)，即，使在涡轮机运行中由旋转摩擦引起的在焊缝上产生的最高温度位于工作叶轮材料的熔点以下。
按照本发明的实施例，所述套突出于轴的纵向端部伸入到工作叶轮室中，其中工作叶轮的通过焊缝与轴的纵向端部连接的连接端部插入到套中。在此优选使所述工作叶轮的连接端部无间隙地配合到套中。
由此，所述套支撑工作叶轮的连接端部，附加地反作用于弯曲应力，并因此提高焊连接的不出错率。
按照本发明的另一实施例，所述套由钢或由铁基合金制成，它在其熔点方面可靠地经受住在与密封件旋转摩擦时产生的热负荷。
附图说明
下面借助于优选的实施例并参照附图详细地描述本发明。附图中：
图1以立体局部截面图示出以涡轮增压机形式构成的涡轮机；
图2以示意纵向截面图示出按照现有技术配置的图1的涡轮机的方案；
图3以示意纵向截面图示出按照本发明的实施例配置的图1的涡轮机的方案；
图4以示意纵向截面图示出按照本发明的另一实施例配置的图1的涡轮机的方案。
参考标记清单：
1涡轮机
10涡轮压缩机
11压缩机外壳
20废气涡轮机
21涡轮机外壳
22工作叶轮室
25工作叶轮
25’工作叶轮
25”工作叶轮
26连接端部
26’连接端部
26”连接端部
30轴承外壳
31内室
32壁体
40轴
40’轴
40”轴
41纵向端部
41’纵向端部
41”纵向端部
42径向滑动轴承(旋转轴承)
43轴向滑动轴承(旋转轴承)
50密封件
51密封面
51’密封面
51”密封面
52密封面
52’密封面
52”密封面
53环槽
53’环槽
53”环槽
60”套
RR径向
AR轴向
S焊缝
S’焊缝
S”焊缝
D’厚度
D”厚度
T’分隔层
T”分隔层
B密封件厚度
具体实施方式
下面参照图1和3描述本发明的第一实施例。
按照本发明的涡轮机1以涡轮增压机的形式构成，其具有涡轮压缩机10和废气涡轮机20。该涡轮机1具有压缩机外壳11、涡轮机外壳21和使压缩机外壳11与涡轮机外壳21连接的轴承外壳30，它由球墨铸铁制成。
所述涡轮机1还具有由钢制成的轴40’，它通过多个旋转轴承42，43(在这里是两个径向滑动轴承42和一个轴向滑动轴承43)可旋转地支承在轴承外壳30的内室31(也称为油室)中。
如图3所示，在轴40’的轴向端部41’上设有废气涡轮机20的工作叶轮25’，它通过焊缝S’在材料上与轴40’的轴向端部41’连接，并且它在轴承外壳30的内室31外部设置在涡轮机外壳21的工作叶轮室22中。该工作叶轮25’由镍基合金制成。
同样如图3所示，在轴40’的圆周上设置活塞环形式的环形密封件50，由此使轴承外壳30的内室31相对于涡轮机外壳21的工作叶轮室22密封。该密封件50在径向RR上预紧地夹紧在轴承外壳30的壁体32中，由此使密封件50抗扭转地固定在轴承外壳30上。
所述密封件50由钢或由铁石墨合金制成。为了密封，所述密封件50与两个相互对置旋转的密封面51’，52’共同作用，它们由刺入到轴40中的环槽53’的侧面限制面构成。
如图3所示，两个密封面51’，52’中的靠近废气涡轮机20的工作叶轮25’设置的第一密封面51’的密封面材料(在这里是轴40’的钢材料)形成设置在密封件50与工作叶轮25’之间的隔热隔离层T’，它在轴向AR上通过这样的厚度D’构成，即，使在涡轮机1运行中由于旋转摩擦引起的在焊缝S’上产生的最高温度位于工作叶轮材料(在这里是镍基合金)的熔化温度以下。
与在图2所述的焊缝S相比，按照本发明设置的焊缝S’这样远地在工作叶轮25’的方向上移动，或者使由密封件50和密封面51’，52’形成的密封位置这样远地在旋转轴承42，43的方向上移动，即，使得可靠地避免工作叶轮材料与密封件50之间的金属摩擦接触。
如图3所示，按照本发明设置的焊缝S’设置在工作叶轮室22中，或紧靠这个工作叶轮室设置。在此优点是，可以使密封位置的径向直径保持较小，但是产生更大的轴向结构空间。
按照图3所示的本发明实施例，两个在这里由同一种密封材料制成的密封面51’，52’共同地在涡轮机1的唯一密封面部件上构成，即，在这里在轴40’上构成。
下面参照图1和4描述本发明的第二实施例。本发明的第二实施例与第一实施例类似，因此下面主要描述不同之处，其中与图3中相同的部件用相同的参考标记表示，有变化的部件以配有双引号的标记符号表示。
所述涡轮机1具有由钢制成的轴40”，它仍然通过多个旋转轴承42，43(两个径向滑动轴承42和一个轴向滑动轴承43)可旋转地支承在轴承外壳30的内室31中。
如图4所示，在轴40”的纵向端部41”上设有废气涡轮机20的工作叶轮25”，它通过焊缝S”在材料上与轴40”的轴向端部41”连接，并且它在轴承外壳30的内室31外部设置在涡轮机外壳21的工作叶轮室22中。该工作叶轮25”也是由镍基合金制成。
如图4所示，在这里所述焊缝S”设置在工作叶轮室22与轴承外壳30的内室31之间。
同样如图4所示，在轴40”的圆周上设置活塞环形式的环形密封件50，由此使轴承外壳30的内室31相对于涡轮机外壳21的工作叶轮室22密封。该密封件50在径向RR上预紧地夹紧在轴承外壳30的壁体32中，由此使密封件50抗扭转地固定在轴承外壳30上。
由钢或由铁石墨合金制成的密封件50仍然与两个相互对置旋转的密封面51”，52”共同作用。
按照在图4中所示的本发明的实施例，两个在这里由同一种密封面材料制成的密封面51”，52”共同地在涡轮机1的唯一密封面部件上构成，即在这里在套60”上构成，它固定在轴40”的纵向端部41”上。两个相互对置旋转的密封面51”，52”由刺入到套60”中的环槽53”的侧面限制面构成。
在此优点是，与图3的实施例相比，产生了更短的轴向结构空间，但是通过套60”产生更大的径向结构空间。
由钢或由铁基合金制成的套60”突出于轴40”的纵向端部41”延伸到工作叶轮室22中，其中通过焊缝S”与轴40”的纵向端部41”连接的工作叶轮25”的连接端部26”安装到套60”中，并且尤其无间隙地配合到套60”中。
如图4所示，两个密封面51”，52”的密封面材料(在这里是套60”的钢材料或铁基合金材料)形成设置在密封件50与工作叶轮25”之间的隔热的隔离层T”，它在径向RR上通过这样的厚度D”构成，即，使在涡轮机1的运行中由于旋转摩擦引起的在焊缝S”上产生的最高温度位于工作叶轮材料(镍基合金)的熔化温度以下。
试验已经指出，在使用所述的材料组合时，隔离层T”的厚度D”应基本对应于密封件50的厚度B，或者要设计更大的尺寸。

Claims (10)

1.一种涡轮机(1)，其具有轴承外壳(30)、可旋转地支承在轴承外壳(30)的内室(31)中的轴(40’，40”)、通过焊缝(S’，S”)在材料上与轴(40’，40”)的纵向端部(41’，41”)连接的且在内室(31)外部设置于工作叶轮室(22)中的工作叶轮(25’，25”)以及设置在轴(40’，40”)的圆周上由此使内室(31)相对于工作叶轮室(22)密封的密封件(50)，其中该密封件(50)为了密封与两个相互对置的、旋转的密封面(51’，52’；51”，52”)共同作用，其特征在于，两个密封面(51’，52’；51”，52”)中的至少一个密封面(51’；51”，52”)的密封面材料形成设置在密封件(50)与工作叶轮(25’，25”)之间的隔离层(T’，T”)。
2.如权利要求1所述的涡轮机(1)，其特征在于，所述两个密封面(51’，52’；51”，52”)由同一种密封材料制成。
3.如权利要求1或2所述的涡轮机(1)，其特征在于，所述两个密封面(51’，52’；51”，52”)共同地在涡轮机(1)的唯一密封面部件上构成。
4.如权利要求3所述的涡轮机(1)，其特征在于，所述密封面部件由轴(40’)构成。
5.如权利要求3所述的涡轮机(1)，其特征在于，所述密封面部件由套(60”)构成，它固定在轴(40”)的纵向端部(41”)上。
6.如权利要求5所述的涡轮机(1)，其特征在于，所述套(60”)突出于轴(40”)的纵向端部(41”)伸入到工作叶轮室(22)中，工作叶轮(25”)的通过焊缝(S”)与轴(40”)的纵向端部(41”)连接的连接端部(26”)插入到套(60”)中。
7.如权利要求6所述的涡轮机(1)，其特征在于，所述工作叶轮(25”)的连接端部(26”)无间隙地配合到套(60”)中。
8.如权利要求5至7中任一项所述的涡轮机(1)，其特征在于，所述套(60”)由钢或由铁基合金制成。
9.如权利要求5至8中任一项所述的涡轮机(1)，其特征在于，所述焊缝(S”)设置在工作叶轮室(22)与轴承外壳(30)的内室(31)之间。
10.如权利要求1至4中任一项所述的涡轮机(1)，其特征在于，所述焊缝(S’)设置在工作叶轮室(22)中或者紧靠这个工作叶轮室设置。
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