CN103775142A - 气体进入壳体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及气体进入壳体，具体而言，在流动技术方面通过以下方式优化径向流入的轴流式涡轮的流入区域，即，气体进入壳体的罩状的内壳体壁(12)经由沿轴向布置的一个或多个桥接部(11)(其沿着轴的轴线的延长部延伸)与气体进入壳体的外壳体壁(10)相连接。如果在运行中发生内壳体壁的由热决定的变形，由于桥接部沿着轴的轴线的轴向的延伸发生变形，由此对于周围的构件(例如导引装置(3))来说得到非对称的负荷。

Description

气体进入壳体
技术领域
本发明涉及排气涡轮的领域，该排气涡轮例如使用在用于增压的内燃机的排气涡轮增压器中或使用在商用涡轮中。
本发明涉及排气涡轮的气体进入壳体(Gaseintrittsgehäuse))以及带有这样的气体进入壳体的排气涡轮。
背景技术
现在广泛流行使用排气涡轮增压器以用于内燃机的功率提升。在此，排气涡轮增压器的排气涡轮由内燃机的排气来加载，并且使用排气的动能来抽吸和压缩用于内燃机的空气。
文件DE 19651318说明了一种径向流入的轴流式涡轮，对于该轴流式涡轮，在气体进入壳体中将被引导到涡轮上的排气从径向方向上换向到轴向方向上。在换向的区域中设置有罩状的内壳体壁(帽状罩(Kalotte))，其覆盖涡轮叶轮的轮毂并且将来自于管状的输入管路的排气流分成环形管状的流。内壳体壁与导引装置(喷嘴环)相连接。通过排气流作用到喷嘴环上的力在此通过内壳体壁引开。为了可吸收该力，直到现在必不可少的是通过径向伸延的桥接部(Steg)相应地连接帽状罩。在用于将帽状罩固定在气体进入壳体壁处的径向的桥接部中，由于气体进入壳体的承受热的管外壁和在热方面动态地起反应的帽状罩而在桥接部的区域中出现很高的机械应力，这在极端情况下可在桥接部与壳体壁之间的过渡部中引起裂纹。此外，排气流可由在流通道中恰好布置在导引装置之前的、沿径向伸延的肋条负面地影响。
发明内容
本发明的目的在于在流技术方面优化径向流入的轴流式涡轮的流入区域以及降低在运行中作用到壳体件上的机械应力。
根据本发明，这通过以下方式来实现，即，内部的罩状气体进入壳体(帽状罩)通过沿轴向布置的一个或多个桥接部与外壳体壁相连接，该桥接部在轴向方向上沿着轴的轴线(Wellenachse)的延长部(Verlängerung)延伸。
如果在运行中出现帽状罩的由热决定的变形，由于桥接部沿着轴的轴线的轴向的延伸而发生变形，由此对于周围的构件(例如导引装置(喷嘴环))来说得到非对称的负荷。
可选地，在导引装置与帽状罩之间的连接通过以下方式如此进行使得不可发生力矩传递，即，帽状罩仅仅无连接地贴靠在导引装置处，例如通过同轴的引导(其允许相对的旋转运动)，或者通过完全缺乏形状配合(来实现)。
可选地，至少一个桥接部可在帽状罩与外壳体壁之间以相对于垂直的和/或水平的平面成最大30°的角度布置在从上方流入的气体进入壳体中，从而提高帽状罩的连接的刚性。
可选地，在至少一个桥接部的区域中设置有用于洗涤装置的一个或多个开口。在这种情况下，至少一个桥接部可可选地设计成带有在空气动力学方面有利的轮廓以用于优化润湿。在此，喷入的净化液体应由排气流如此携带使得至少一个桥接部由该净化液体均匀地润湿。
可选地，外壳体壁在轴的轴线的延长部中以及在通过气体进入壳体的圆形的进入开口的圆轴线(Kreisachse)的延长部中具有固定凸缘，在该固定凸缘处可安装有支撑件。这尤其在带有更高的压力水平(例如多级增压的高压涡轮增压器)的径向流入的轴流式涡轮中是有利的，因为通过扩大在压缩机侧与涡轮侧的固定部之间的间距可提高固有频率。
可选地，在气体进入壳体处的支撑件由膨胀材料(Ausdehnungswerkstoff)制成，其卓越之处在于在很大的温度范围上大小稳定(Masskonstanz)，因为其从低冷的温度直至超过250°C具有很低的膨胀系数。
从从属的权利要求中得出其它的优点。
附图说明
下面根据附图来阐述根据本发明构造的气体进入壳体的实施方式。其中：
图1显示了根据现有技术的、部分剖开的排气涡轮增压器的视图，该排气涡轮增压器带有具有径向的气体进口的轴流式涡轮和径流式压缩机，以及
图2显示了排气涡轮的根据本发明构造的气体进入壳体的示意性的图示，该排气涡轮例如可使用在根据图1的排气涡轮增压器中。
参考标号列表
1 气体进入壳体
10 外壳体壁
11 桥接部
12 内壳体壁(帽状罩)
14 外壳体壁的进入开口
15 固定凸缘
16 用于净化喷嘴的开口
18 支撑件
21 扩散器
22 气体离开壳体
3 导引装置
4 涡轮叶轮
41 转子叶片
42 轮毂
5 轴
51 支承壳体
6 压缩机叶轮
61 压缩机壳体
A 外壳体壁的圆形的离开开口的圆轴线
B 外壳体壁的圆形的进入开口的圆轴线
K 内壳体壁的圆形的基面外轮廓
S1,S2 排气流。
具体实施方式
图1显示了根据现有技术的部分剖开的排气涡轮增压器。在右前部的区域中存在涡轮叶轮4，其通过轴5与压缩机叶轮6相连接。压缩机叶轮布置在压缩机壳体61中。轴5支承在支承壳体51中。
涡轮叶轮包括与轴相连接的轮毂42以及与轮毂相连接的多个转子叶片41。转子叶片可与轮毂形状配合或力配合地相连接。备选地，涡轮叶轮连同轮毂和转子叶片构造成一体。
涡轮壳体包括气体进入壳体1，其将来自内燃机的燃烧室的热的排气通过导引装置3导引到涡轮叶轮的转子叶片上。在涡轮叶轮的下游，排气流经扩散器21并且紧接着集结在排气离开壳体22中，并且被引导至排气设备。
轴流式涡轮的气体进入壳体1包括外壳体壁10，其在径向外部包围流通道。附加地，气体进入壳体1在内部的区域中包括罩状的内壳体壁12，其覆盖涡轮叶轮的轮毂并且将来自于管状的输入管路的排气流分成环形管状的流。外壳体壁在至涡轮进口的过渡区域中形成圆形的离开开口。因此与内壳体壁的同轴布置的、圆形的基面外轮廓一起来限制环形管状的流通道。
图2显示了通过排气涡轮的、沿着轴的轴线引导的截面，该排气涡轮带有根据本发明构造的气体进入壳体。外壳体壁10构造成管状。在所示出的径向流入的轴流式涡轮中，气体进入壳体具有这样的功能，即，将排气流从偏离于轴向方向的方向－在本情况中从径向方向B－改变到轴向方向上，并且此外将管状的流S1分成环形管状的流S2。
单独来看，外壳体壁10在至涡轮进口的过渡区域中具有圆形的离开开口。处成垂直于圆形的离开开口的圆面的并且穿过其中心的直线此后被称为轴线A。相应地，措辞轴向和径向针对该轴线A。轴线A相应于与涡轮叶轮相连接的轴的轴的轴线。关于轴线A同轴地在外壳体壁10的内部布置有罩状的内壳体壁12。在外(壳体)壁10的离开开口的区域中，内壳体壁12具有同样圆形的基面外轮廓。与此相比，内壳体壁向上游渐缩成倒圆的尖部或突起。在该区域中，管状的流通道过渡成环形管状的流通道。
在排气涡轮的运行期间，来自内燃机的热的排气首先以在横截面中至少近似圆形的排气流S1被导入到轴流式涡轮的气体进入壳体中。通过内壳体壁12(帽状罩)的作用实现转变成环状的排气流S2。现在环状的排气流S2通过流通道转运至涡轮叶轮4。在此，布置在涡轮叶轮的转子叶片41上游的导引装置(喷嘴环)3具有这样的任务，即使排气最优地取向到涡轮叶轮4的转子叶片41上。由此受驱动的涡轮叶轮在其方面负责经由轴5驱动与其相连接的、未示出的压缩机，或者在商用涡轮应用的情况下，负责经由轴驱动未示出的商用机器，例如电的发电机。
根据本发明，内壳体壁12通过沿轴向布置的一个、两个或多个桥接部11与外壳体壁10相连接。一个或多个桥接部在此在轴的轴线A的延长部中延伸或平行于轴的轴线延伸。至少一个桥接部连接内壳体壁12与外壳体壁10，其中，桥接部在相应的壳体壁上固定在其处的两个部位在轴向方向上相对而置，从而其轴向的投影绝大部分重叠。在严格轴向的取向的情况下，轴向的投影完全重叠，在少许偏差的情况下还始终产生超过50%的重叠。在所示出的实施方式中，至少一个桥接部－不考虑在桥接部与壳体壁之间的过渡处由制造技术或流技术决定的倒圆－在内壳体壁的圆形的基面外轮廓的轴向的平行投影K的内部伸延，或者至少在内壳体壁的圆形的基面外轮廓的轴向的锥形投影的内部伸延，其中，锥形开口相对于轴线的角度最大为10°。由此得到至少一个桥接部的主要轴向的延伸，这在短暂的运行中引起桥接部在轴向方向上的由热决定的延伸以及内壳体壁在轴向方向上的相应的移动。
为了提高帽状罩的连接的刚性，桥接部可取向成相对于轴向的竖直平面和/或轴向的水平平面成直到30°的角度。轴向的竖直平面一方面在轴向方向A上延伸，且另一方面在方向B上延伸，排气从该方向B被引入到气体进入壳体中。在利用从径向方向从上面流入的气体进入壳体示出的示例中，轴向的竖直平面在所示出的截面平面中伸延。轴向的水平平面一方面在轴向方向A上延伸，且另一方面垂直于方向B延伸，排气从该方向B被引入到气体进入壳体中。在利用从径向方向从上面流入的气体进入壳体示出的示例中，轴向的水平平面沿着轴线A且垂直于所示出的截面平面伸延。
桥接部基本上具有在空气动力学方面有利的轮廓，以便尽可能少地影响流走向。
在至少一个桥接部的区域中可设置有用于洗涤装置的一个或多个开口16。在这种情况下，至少一个桥接部可可选地设计成带有在空气动力学方面有利的轮廓以用于最优地润湿。在此，喷入的净化液体应由排气流如此携带使得至少一个桥接部由该净化液体均匀地润湿。
可选地，在导引装置3与内壳体壁12之间的连接通过以下方式如此设计使得不可实现力矩传递，即，帽状罩仅仅无连接地贴靠在导引装置处，例如通过同轴的引导(其允许相对的旋转运动)，或者通过完全缺乏形状配合(来实现)。
在所示出的实施方式中，外壳体壁10在轴线A的延长部中且因此在在其中至少一个桥接部11过渡到外壳体壁中的区域中具有固定凸缘15，在该固定凸缘处可安装有支撑件18。固定凸缘15布置在至少一个桥接部11的延长部中。在轴的轴线的延长部中的支撑允许气体进入壳体的自由旋转，以便可相应于联接管对气体进入开口进行取向。此外，根据本发明，固定凸缘在外壳体壁中的圆形的进入开口14的圆轴线B的截面区域中与外壳体壁布置在一起。这种类型的支撑使得能够高效地吸收很高的气体力(Gaskräfte)，该气体力由于排气流的换向引起并且其在圆轴线B的方向上作用到气体进入壳体上。
比起例如在排气涡轮增压器的压缩机侧的端部处的支撑件，支撑件18由于支撑在气体进入壳体处自然暴露于更高的温度。为了抵抗由温度决定的更高的膨胀，支撑件理想地由膨胀材料制成。如上面所提及的那样，膨胀材料从低冷的温度直至超过250°C具有很低的膨胀系数，从而在很大的温度范围上引起大小稳定。作为这种膨胀材料的示例，在此提到合金36(Alloy 36，一种定膨胀合金)。选择这种材料省下结构上的对应措施，例如扩大的间隙或在壳体连接部之间许可相对的滑动运动。

Claims (14)

1.一种排气涡轮的气体进入壳体，包括：管状的外壳体壁(10)，其带有圆形的离开开口；以及布置在所述外壳体壁的内部的罩状的内壳体壁(12)，其带有圆形的基面外轮廓，其中，带有所述圆形的基面外轮廓(K)的所述内壳体壁(12)在所述外壳体壁(10)的圆形的离开开口的区域中布置成与所述外壳体壁(10)的圆形的离开开口同心并且利用至少一个桥接部(11)固定在所述外壳体壁处；
其中，由所述外壳体壁限制的流通道沿着所述内壳体壁(12)从管状过渡成环形管状；
其中，所述外壳体壁如此弯曲地来构造，即，由所述外壳体壁限制的所述流通道经历从偏离于所述圆形的离开开口的圆轴线(A)的轴向方向的第一方向换向到所述轴向方向上，
其特征在于，所述至少一个桥接部(11)在轴向方向上伸延，并且在所述内壳体壁(12)处且在所述外壳体壁(10)处固定在在轴向方向上相对而置的部位处。
2.根据权利要求1所述的排气涡轮的气体进入壳体，其特征在于，在所述内壳体壁(12)处和在所述外壳体壁(10)处进行固定的两个部位如此在轴向上相对而置，即其轴向的投影在50%与100%之间重叠。
3.根据权利要求1所述的排气涡轮的气体进入壳体，其特征在于，所述至少一个桥接部(11)具有与轴向的竖直平面最大30°的偏差，其中，所述轴向的竖直平面在所述轴向方向以及所述第一方向上延伸。
4.根据权利要求1所述的排气涡轮的气体进入壳体，其特征在于，所述至少一个桥接部(11)具有与轴向的水平平面30°的最大偏差，其中，所述轴向的水平平面在所述轴向方向上延伸以及垂直于所述第一方向延伸。
5.根据权利要求1所述的排气涡轮的气体进入壳体，其特征在于，所述内壳体壁(12)在所述外壳体壁(10)的圆形的离开开口的区域中具有圆形的外轮廓，并且所述至少一个桥接部在所述内壳体壁(12)的圆形的基面外轮廓(K)的轴向的锥形投影的内部伸延，其中，锥形开口相对于所述轴线的角度最大为10°。
6.根据权利要求5所述的排气涡轮的气体进入壳体，其特征在于，所述内壳体壁(12)在所述外壳体壁(10)的圆形的离开开口的区域中具有圆形的外轮廓，并且所述至少一个桥接部在所述内壳体壁(12)的圆形的基面外轮廓(K)的轴向的平行投影的内部伸延。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的排气涡轮的气体进入壳体，其特征在于，在所述至少一个桥接部(11)的区域中装入有至少一个开口(16)以用于将净化液体喷入到所述外壳体壁(10)中。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的排气涡轮的气体进入壳体，其特征在于，所述外壳体壁在通过所述圆形的离开开口的轴线(A)的延长部中包括带有固定器件的固定凸缘(15)以用于将所述气体进入壳体固定在所述支撑件处。
9.根据权利要求8所述的排气涡轮的气体进入壳体，其特征在于，所述固定凸缘(15)在这样的部位处与所述外壳体壁相连接，即，在该部位处所述至少一个桥接部(11)与所述外壳体壁(10)相连接。
10.根据权利要求9所述的排气涡轮的气体进入壳体，其特征在于，所述外壳体壁(10)具有圆形的进入开口(14)，并且所述固定凸缘(15)在这样的部位处与所述外壳体壁相连接，即，在该部位处所述圆形的进入开口的圆轴线(B)与所述外壳体壁(10)相交。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的排气涡轮的气体进入壳体，其特征在于，所述固定器件在轴向上与所述外壳体壁隔开。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的排气涡轮的气体进入壳体，其特征在于，包括支撑件(18)，其借助于所述固定器件固定在所述外壳体壁的固定凸缘(15)处。
13.根据权利要求12所述的排气涡轮的气体进入壳体，其特征在于，所述支撑件(18)包括膨胀材料，其在大的温度范围上具有很低的膨胀系数。
14.一种排气涡轮，包括根据上述权利要求中任一项所述的气体进入壳体。
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