CN102979586A - 废气涡轮的清洁装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种废气涡轮的清洁装置，其包括用于将净化液喷入废气涡轮的流动通道中的喷嘴体(5)。喷嘴体(5)具有喷嘴孔(51,52)且这样来设计，使得在喷入净化液时，在从至少一个第一喷嘴孔(52)中排出时净化液的排出速度与在从至少一个第二喷嘴孔(51)中排出时净化液的排出速度不同。为喷嘴体的每个喷嘴孔选择净化液的单独的排出速度的自由度使能够借助于数字方法更好地优化清洁装置。

Description

废气涡轮的清洁装置

技术领域

本发明涉及加载有内燃机的废气的流体机械的领域。其涉及一种废气涡轮的清洁装置、带有这样的清洁装置的废气涡轮或动力涡轮(Nutzturbine)以及带有具有这样的清洁装置的废气涡轮的废气涡轮增压器。

背景技术

废气涡轮被应用在用于内燃机的增压的废气涡轮增压器中或作为动力涡轮被用于将包含在内燃机的废气中的能量转化成机械能或电能。

根据内燃机的具体的运行情况和用于驱动内燃机的燃料的成分，在废气涡轮中或早或晚引起涡轮级(即在工作轮(Laufrad)处的涡轮叶片和喷嘴环的导叶)以及不同的涡轮壳体件的污染。这样的污物沉积可在喷嘴环的区域中导致更差的涡轮效率并且因此引起以下机器(例如借助于废气涡轮所驱动的压缩机和增压的内燃机本身)的功率减小。作为其结果可引起燃烧室中的废气温度的提高，由此不仅内燃机而且涡轮增压器可被热过载。对于内燃机，尤其可出现排气阀的损坏或甚至破坏。

如果在与四冲程内燃机相连接的涡轮增压器的涡轮叶片上和喷嘴环上沉积有污物层，则此外可预计涡轮增压器转速和因此增压压力及气缸压力的提高。由此，除了提高的热负载之外，不仅内燃机的而且涡轮增压器的构件也受更高的机械负载，这同样可导致相关构件的破坏。

在污物层不规则地分布在涡轮叶轮(Turbinenrad)的动叶(Laufschaufeln)的周缘处的情况下可引起转子的不平衡度的提高，由此也可损害旋转的部件的支承。

如果在涡轮壳体处引起污物沉积在流动通道的在径向上在涡轮叶片之外的区域中伸延的外轮廓处，则由于在涡轮叶片与涡轮壳体之间的减小的径向间隙在运行中可发生接触，其可损坏涡轮叶片并且在极端情况中使其不可用。

所以喷嘴环、涡轮叶片和涡轮壳体的相关区域在运行期间必须定期被除去附着在其处的污物。

为了在运行期间清洁带有来自利用重油运行的内燃机的污物的废气涡轮，主要应用未处理的自来水作为清洁剂，其经由在涡轮级上游的一个或多个喷嘴被喷入废气流中。

清洁作用可仅在废气涡轮的被清洁剂润湿的面中来实现。为了良好地清洁，相应地必须实现清洁剂在至涡轮级的入口处的圆面或圆环面中的均匀分布。

已知不同的设计方案，其在用于喷射清洁剂的喷嘴的数量和布置方面相区别：

文件DE3515825A1公开了一种用于清洁带有轴向对称的进气壳体的废气涡轮增压器的轴流式涡轮的动叶和喷嘴环的装置。清洁装置由多个布置在轴流式涡轮的进气壳体处的喷射器构成，其带有伸至流动通道中的喷嘴和用于清洁剂的输入管路。

文件WO2006017952A1公开了一种用于清洁废气涡轮增压器的轴流式涡轮的动叶和喷嘴环的装置，其可独立于所使用的进气壳体的形状来应用。清洁剂的喷入经由直接在涡轮入口上游布置在喷嘴环的轮毂直径上的与壁齐平的(wandbündig)喷嘴实现，其中，每个喷嘴环叶片(Düsenringschaufel)关联有喷嘴。

文件EP848150B1公开了一种用于清洁带有以90°弯曲的进气壳体的废气涡轮增压器的轴流式涡轮的动叶和喷嘴环的装置。带有槽形的、布置在周缘处的喷嘴孔的单个的、柱形的喷嘴体布置在球冠形的、内部的壳体壁的滞流点(Staupunkt)中。

文件WO2005/049972A1公开了一种带有伸入流动通道中的、杆形的喷嘴的用于清洁废气涡轮增压器的轴流式涡轮的动叶和喷嘴环的装置。通过在下游取向的喷射孔以在喷嘴环和涡轮叶片的方向上的流动来喷入清洁剂。

文件DE2120213公开了一种用于去除在涡轮处的沉积物的装置，在其中，在用于净化液的至喷嘴孔的输送管路中布置有用于关闭和开启输送管路的阀。

文件US5944483公开了一种带有多个伸入流动通道中的、杆形的喷嘴的用于清洁废气涡轮增压器的轴流式涡轮的动叶和喷嘴环的装置。通过喷射孔以在喷嘴环和涡轮叶片的方向上的流动来喷入清洁剂。

与用于清洁废气涡轮的装置相联系，涡轮结构面对以下挑战：

经由受限数量的喷嘴将净化液喷入在涡轮上游的流动通道中可导致净化液在到涡轮级中的入口处的不均匀的分布。更大数量的分布地布置的喷嘴导致净化液的更均匀的分布，然而通过更大数量的喷嘴体和在废气涡轮的进气壳体中的密封部位同时提高了清洁装置的成本。

因此力求将喷嘴体的数量减小到最小值。同时，每个喷嘴体经常常实现多个喷嘴孔，以达到净化液的更广的分布。在传统的清洁装置中，喷嘴体的喷嘴孔由流入通道供应以净化液并且因此在喷嘴孔之前全部具有相同的预压。由此得出，所有喷嘴孔的排出速度c(在假设喷嘴几何结构相似和由此流出系数(Ausflusszahl)μ类似的情况下)以第一近似是相等的

。

脉冲电流密度pw·c _w ² (其对于净化液到流动通道中的渗透深度(Eindringtiefe)是决定性的)因此对于喷嘴体的各个喷嘴孔不能被自由选择。尤其对于非轴向对称的进气壳体由此产生该问题，即各个喷嘴孔不可被设计到最佳的、单独的清洁剂脉冲上。

在清洁期间净化液在到涡轮级中的入口处的分布取决于多个参数，例如进气壳体的流动通道的几何形状、喷嘴的布置方案和几何形状、废气的流场或净化液的压力。因为内燃机的几乎每个模块具有单独的废气管路直径，对于一定的涡轮增压器结构系列得出大量几何形状不相似的进气壳体。

对于清洁装置的该设计来说，系统性的设计方法必须可使用，借助于其可将清洁装置与相应的要求相匹配。

借助于经验方法的设计太复杂，以致其不能对每个进气壳体经济性地被用于清洁装置的设计。

借助于数字流动计算程序的设计体现有效的且成本有利的方法。然而设计的准确性很大程度取决于流动情况的复杂性和净化液喷入废气流中的方式。尤其地，射束分裂(Strahlzerfall)和所喷入的净化液与气体通道的壁的相互作用的模拟仅可能在受限的量上有良好的精度。

在清洁期间，将带有环境温度的清洁剂喷入流动通道中。在清洁期间的废气温度处于大约430℃的范围中。由此引起的温度差导致所有参与的组件的热机的应力负载。

清洁喷嘴的输送管路直接固定在涡轮增压器处，由此产生高的振动负载，其可导致在管路处的损坏。

所提及的应力必须通过管路和凸缘连接的构造来考虑。需要复杂的且相应地成本集中的解决方案。

多喷嘴清洁装置的应用提高了复杂性和由此清洁装置的成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于废气涡轮的清洁装置，其中净化液在废气涡轮的待润湿的区域中最佳地分布。

根据本发明，这利用带有多个喷嘴孔的喷嘴体的新型的实施方案来实现，其使能够对于每个喷嘴孔实现净化液的单独的排出速度。

用于将净化液输送至各个喷嘴孔或喷嘴孔的组的输送通道为此可实施有用于针对性地调节净化液的预压的节流点。

通过在喷嘴体中的节流点以及喷嘴孔的横截面积的匹配的针对性的设计，对于喷嘴体的每个单独的喷嘴孔可实现净化液的单独的排出速度和单独的体积流。由此使能够对于一定的区域的润湿建立最佳的流动脉冲。此外，对于该区域的润湿可单独地调节所期望的净化液量。以该方式，可利用一个或少许几个喷嘴在涡轮级之前实现净化液的均匀的浓度分布。

由本发明提供的为喷嘴体的每个喷嘴孔选择净化液的单独的排出速度的自由度使能够借助于数字方法更好地优化清洁装置。

通过清洁喷嘴的设计的更灵活的可能性，可减小清洁喷嘴、管道(Verrohrung)和密封部位的数量。减少结构上的费用并且在运行中在抗振性、热机耐抗性以及管道的凸缘密封性方面提高清洁装置的可靠性。

通过减少的结构上的费用可降低成本。

附图说明

下面根据附图示出废气涡轮的根据本发明的清洁装置的一实施例并且详细阐述其工作原理。在所有附图中，起相同作用的元件设有相同的附图标记。其中：

图1显示了穿过带有具有根据现有技术的喷嘴体的清洁装置的废气涡轮的涡轮壳体的剖面，

图2显示了根据本发明构造的喷嘴体的第一实施形式的放大地示出的细节，

图3显示了根据本发明构造的喷嘴体的第二实施形式的放大地示出的细节，

图4显示了穿过带有具有根据本发明构造的喷嘴体的清洁装置的废气涡轮的涡轮壳体的剖面，以及

图5显示了根据本发明构造的喷嘴体的第三实施形式的放大地示出的细节。

附图标记清单

1 进气壳体

2 出气壳体

3 喷嘴环

4 涡轮叶轮

41 涡轮叶轮的动叶

42 涡轮叶轮的轮毂体

45 涡轮轴

5 清洁装置的喷嘴体

51 高压喷嘴孔

52 低压喷嘴孔

53 节流点(狭窄部)

531 高压节流点

532 低压节流点

54 高压前室(Vorkammer)

55 低压前室

6 用于净化液的输入管路。

具体实施方式

图1以沿着涡轮轴线引导的剖面显示了根据现有技术的轴向地流入的废气涡轮的截面。进气壳体1具有外部的以及内部的壳体壁，其中，内部的壳体壁球冠形地构造有空的内腔并且用于相对于流动通道遮盖涡轮叶轮的轮毂体42。

在废气涡轮的运行期间，由内燃机排出的热的废气首先以在横截面中至少近似圆形的废气流被导引到废气涡轮的进气壳体1中。通过内部的壳体壁的作用，利用成直角地冲击到内部的壳体壁上的滞流点流线(Staupunktstromlinie)实现转化成环形的废气流。现在环形的废气流被引导至涡轮叶轮的动叶处。在此，布置在动叶上游的喷嘴环3(导引装置)具有使废气最佳地取向到涡轮叶轮的动叶上的目的。在喷嘴环3上游，通入流动通道中的清洁装置布置在进气壳体的内部的壳体壁处。该清洁装置包括喷嘴体5，其在滞流点流线的区域中从内部的壳体壁中伸入流动通道中。喷嘴体包括多个用于将净化液喷入流动通道中的喷嘴孔。

在根据本发明构造的清洁装置中，传统的喷嘴体修改成使得带有一定的排出速度的一定的净化液量针对性地在流动通道中到一定的方向上从喷嘴孔中排出到流动通道中，以在该一定的区域中获得优化最佳的清洁效果。在此，该根据本发明设计的喷嘴体具有多个喷嘴孔，其相应将带有不同排出速度的净化液送出到流动通道中。

图2显示了根据本发明构造的喷嘴体的第一实施形式的放大地示出的细节，在其中喷嘴孔51和52被划分成两个喷嘴孔组。在此，喷嘴孔的第一组52在用于输送净化液的输入管路中布置在节流点53下游，而喷嘴孔的第二组51在用于输送净化液的输入管路中布置在节流点53上游。通过节流点53，在用于输送净化液的输送管路中得到两个不同的压力水平。在节流点下游在可选地存在的低压前室55中建立比在节流点53上游在可选地存在的高压前室54中更低的压力。

不同的压力比自身已导致，对于同样大的喷嘴孔，不同的净化液量以不同的排出速度通过两组喷嘴孔被喷入流动通道中。

通过针对性地调整每个组的各个喷嘴孔(例如通过改变喷嘴孔的尺寸、形状和取向)，附加地可强化利用节流点达到的效应。由此，可产生几乎任意的润湿模型(Benetzungsmuster)，使得在特别污染的部位处以比在其它、污染不那么严重的部位处更高的脉冲流密度来喷射用于清洁的净化液。在根据图2的喷嘴体的具体的实施例中，第二组的喷嘴孔、即高压喷嘴孔51在直径中不一样大，而第一组的喷嘴孔、即低压喷嘴孔52在直径中全都一样大。在根据图3的喷嘴体的具体的实施例中，第二组的喷嘴孔、即高压喷嘴孔51在直径中全都一样大，而第一组的喷嘴孔、即低压喷嘴孔52首先在直径中不一样大，并且第二，直接通到喷嘴孔处的通道关于喷嘴体的径向倾斜。通道的倾斜产生从喷嘴孔中排出的射束偏离于径向的取向，由此又可针对性地最佳地清洁周围的壳体的一定的区域。图4显示了在安装的状态中的根据本发明构造的喷嘴体。在此利用虚线表示，净化液相对于在图1中示出的实施形式一方面不一样强地、但是也不同取向地从喷嘴孔中排出。

图5再次显示了根据本发明构造的喷嘴体，其中，在该实施例中设置有两个节流点531和532。以该方式可针对性地调节不仅在低压前室55而且在高压前室54中的净化液的预压。以该方式也可能交换高压喷嘴孔和低压喷嘴孔，使得在喷嘴体的头部区域中净化液以比在移回的区域中更高的压力被从孔中喷射。

Claims (10)

1. 一种废气涡轮的清洁装置，其包括至少一个用于将净化液喷入废气涡轮的流动通道中的喷嘴体(5)，其中，所述喷嘴体(5)包括多个喷嘴孔(51, 52)，其特征在于，所述喷嘴体(5)这样来设计，使得在喷入所述净化液时，在从至少一个第一喷嘴孔(52)中排出时所述净化液的排出速度与在从至少一个第二喷嘴孔(51)中排出时所述净化液的排出速度不同。

2. 根据权利要求1所述的清洁装置，其特征在于，在用于将所述净化液输送至所述至少一个第一喷嘴孔(52)的输入管路中布置有第一节流点(53, 532)。

3. 根据权利要求2所述的清洁装置，其特征在于，在用于将所述净化液输送至所述至少一个第二喷嘴孔(51)的输入管路中布置有第二节流点(531)，其中，在喷入所述净化液时，所述第一和第二节流点(532, 531)负责所述净化液在所述至少一个第一喷嘴孔之前和在所述至少一个第二喷嘴孔之前不一样大的预压。

4. 根据权利要求1所述的清洁装置，其特征在于，至少一个第一喷嘴孔和至少一个第二喷嘴孔具有不一样大的横截面积。

5. 根据权利要求2所述的清洁装置，其特征在于，在多个第一喷嘴孔的组中，至少两个喷嘴孔具有不一样大的横截面积。

6. 根据权利要求3所述的清洁装置，其特征在于，在多个第二喷嘴孔的组中，至少两个喷嘴孔具有不一样大的横截面积。

7. 根据权利要求1至4中任一项所述的清洁装置，其特征在于，至少两个喷嘴孔以偏离于相应的径向的不同角度来引导通过所述喷嘴体，使得在喷入所述净化液时，所述净化液以偏离于相应的径向的不同角度从所述喷嘴体中排出。

8. 一种废气涡轮，其带有根据权利要求1至6中任一项所述的清洁装置。

9. 一种动力涡轮，其带有根据权利要求1至6中任一项所述的清洁装置。

10. 一种废气涡轮增压器，其包括带有根据权利要求1至6中任一项所述的清洁装置的废气涡轮。

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