CN103807006B - 排气涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种排气涡轮增压器，其外部的壳体罩包括涡轮壳体以及外支承壳体，涡轮壳体带有气体进入壳体和气体排出壳体。布置在外部的壳体罩之内的转子组件包括：内支承壳体；支承在内支承壳体中的轴；与轴相连接的、布置在内支承壳体压缩机侧的压缩机叶轮；与轴相连接的、布置在内支承壳体涡轮侧的涡轮叶轮。转子组件可作为一个单元在轴向方向上朝压缩机侧从外部的壳体罩中拉出。在内支承壳体中布置有流道，其沿径向向外通到气体排出壳体中的环形流道中。在两个流道的过渡区域中在内支承壳体与气体排出壳体之间存在沿着周缘伸延的径向间隙。为了密封径向间隙，在内支承壳体中设置有阻隔空气通道，其发源于内支承壳体的压缩机侧且通到径向间隙中。

Description

排气涡轮增压器
技术领域
本发明涉及增压的内燃机的排气涡轮增压器的领域。
本发明涉及一种排气涡轮增压器，其带有可作为一个单元从外部的壳体罩中拉出的转子组件(Rotorblock)。
背景技术
排气涡轮增压器用来对内燃机进行功率提升。在此，排气涡轮增压器的排气涡轮利用内燃机的排气来加载，并且其动能使用来抽吸和压缩内燃机的空气。
在带有沿轴向流经的排气涡轮(在该文件中之后简称为轴流式涡轮)的排气涡轮增压器中，涡轮扩压器在机械方面例如通过固定的螺栓连接部与涡轮的气体排出壳体相联结。为了拆卸涡轮扩压器，在此必须首先将转子组件从壳体中拆除，并且接下来必须将涡轮扩压器从气体排出壳体中松开，这尤其在紧固器件生锈或以别的方式卡住时或仅仅由于通过在支承壳体中的开口接近待松开的紧固器件而可为辛苦的和耗费时间的工作。为了在维修时简化排气涡轮增压器的暴露于排气流的所有部件的拆除，致力于如此优化排气涡轮增压器的设计使得整个转子组件－即所有回转的部件和所属的支承区域－连同导引装置可在排气涡轮上游一起作为一个单元从外部的壳体罩中取出。
对于这样建造的排气涡轮增压器，在气体排出壳体(其为外部的壳体罩的部件)与在涡轮叶轮下游限制流道的壳体件－径向外部的扩压器以及沿径向处在内部的罩盖－之间在任何运行时刻存在径向间隙。这由于去耦在转子组件中的壳体件相对于气体排出壳体的力是必需的。热气可通过该间隙侵入到在外部的壳体罩与转子组件之间的分界缝中。此外，由于侵入到分界缝中和可能存在于该区域中的空腔中的热气而引入更高的构件温度。由此提高在转子组件的支承件中的材料温度，因此必需附加的冷却花费。
在带有轴流式涡轮的排气涡轮增压器中在涡轮侧上经常使用阻隔空气(Sperrluft)，以便保护支承区域不受侵入的热气的影响，或者以便冷却涡轮叶轮轮毂。阻隔空气在大多情况下为压缩机叶轮推力卸载的副产品，在压缩机叶轮推力卸载时通过以下方式降低在压缩机叶轮的背部空腔(Rückraum)中的气压，即，导出从压缩机叶轮的流道中侵入到该区域中的空气。
发明内容
本发明的目的在于在上面提到的结构类型的排气涡轮增压器中密封在转子组件与外部的壳体罩之间的过渡部(übergang)以防热气进入。
根据本发明，这由此来实现，即，为了密封在转子组件与外部的壳体罩之间延伸的径向间隙，在转子组件的内部中设置有阻隔空气通道，其发源于包含在转子组件中的内支承壳体的压缩机侧并且通到径向间隙中。
有利地，阻隔空气通道发源于在压缩机叶轮的背部中的空腔。因此所提取的阻隔空气通过以下方式促进压缩机叶轮推力卸载，即，减小在压缩机叶轮的背部空腔中的压力并且由此降低朝压缩机侧的方向上起作用的力。
如果沿着径向间隙设置有沿着转子组件的周缘延伸的空腔，则得到阻隔空气沿着环形间隙的经改善的分布。
同样，针对阻隔空气的更好的、更均匀的分布，分布地布置在周向方向上的多个阻隔空气通道可为有帮助的。
可选地可在阻隔空气通道中设置有阀以控制导引到径向间隙中的阻隔空气。
从从属的权利要求中得出其他的优点。
附图说明
下面借助附图阐述根据本发明构造的排气涡轮增压器。其中：
图1显示了带有插入在外部的壳体罩中的转子组件的排气涡轮增压器的示意性的截面图图示，
图2显示了根据图1的排气涡轮增压器，其中，转子组件部分地从外部的壳体罩中拉出。
参考标号列表
1压缩机叶轮
11压缩机叶轮的轮毂
12压缩机叶轮的转子叶片
2涡轮叶轮
21涡轮叶轮的轮毂
22涡轮叶轮的转子叶片
3轴
30内支承壳体
31撑架
32扩压器壁
33导引装置(喷嘴环)
34在压缩机叶轮的背侧上的空腔
35阻隔空气通道
39用于轴的支承
4压缩机壳体
5涡轮壳体
51气体进入壳体
52气体排出壳体
53,53'帽状罩
54撑架
6外支承壳体
7气体供应部
81在涡轮的气体进入部处的流道
82在涡轮的扩压器中的流道
83在气体排出壳体中的流道
85在内部的转子组件与气体排出壳体之间的径向间隙
851空腔。
具体实施方式
图1在示意性的截面图图示中显示了排气涡轮增压器，其带有插入在外部的壳体罩中的转子组件。排气涡轮增压器包括带有涡轮叶轮2的排气涡轮以及通过轴3与涡轮叶轮相连接的压缩机叶轮1。所示出的涡轮为轴流式涡轮的型式，在其中，热的排气在沿轴向取向的流道81中碰到涡轮叶轮上。涡轮叶轮2包括多个转子叶片22，其布置在轮毂21的径向外部的边缘处。轴3形状配合、力配合或材料配合地与涡轮叶轮的轮毂21相连接。为了支承轴3，设置有在附图中示意性地表示的支承39。典型地，轴借助于两个径向支承和至少一个轴向支承可旋转地支承在支承壳体中。在轴3的另一端部处布置有压缩机叶轮。压缩机叶轮典型地拧到自由的轴端部上。如涡轮叶轮一样，压缩机叶轮1具有多个转子叶片12，其沿着周缘分布地布置在轮毂11上。所示出的压缩机为径流式压缩机的型式，在其中，在轴向方向上抽吸待压缩的空气，并且将待压缩的空气在压缩机叶轮的区域中转向到径向方向上。
在所示出的排气涡轮增压器中，内部的转子组件可作为一个单元从外部的壳体罩中拉出，亦即在轴向方向上(关于排气涡轮增压器的轴的轴线)朝压缩机侧－即向左－拉出。图2显示了排气涡轮增压器，其中，已摘下压缩机壳体4，并且转子组件部分地从壳体罩中拉出。在该示意性的图示中未示出紧固器件，利用紧固器件将单个的壳体件集合在一起。
除了回转的构件－即涡轮叶轮2、压缩机叶轮1和处在涡轮叶轮与压缩机叶轮之间的轴3－之外，转子组件还包括支承件39以及内支承壳体30。在附图中未进一步详细示出内支承壳体30的内部区域，例如用于支承的润滑油供给管路。转子组件在涡轮区域中还进一步包括扩压器壁32以及从支承侧来看布置在涡轮叶轮2之后的导引装置(喷嘴环)33。导引装置用于使流取向到涡轮叶轮的转子叶片22上。扩压器壁32通过撑架31与内支承壳体相连接，其中，撑架引导穿过流道82。流道82(其在涡轮的扩压器区域中将热的排气从涡轮叶轮引导到直至转子组件的径向外部的周缘处)在面向轴的径向内部的侧部上由内支承壳体30的壳体壁(罩盖)来限制。在相对而置的侧部上，即在径向外部的侧部上，流道82由扩压器壁32来限制。扩压器壁在涡轮侧延长直至超过涡轮叶轮2的转子叶片22，并且承载布置在涡轮叶轮2的转子叶片22上游的导引装置33。该结构类型允许同时移开排气涡轮的所有构件，构件暴露于流中并且在保养情况下必须对其维护或者必要时进行替换。如上面所提及的那样，转子组件可作为一个单元从外部的壳体罩中拉出。
外部的壳体罩包括涡轮壳体5和外支承壳体6。两个壳体件典型地形成排气涡轮增压器关于马达托架或通常底座(排气涡轮增压器紧固在该底座上)的连接部。涡轮壳体5可划分成气体进入壳体51和气体排出壳体52。气体进入壳体通常包括在径向内部的区域中的罩盖状的帽状罩53，其使带有圆形截面的管状的流入区域转变到带有圆环形截面的流动区域中。帽状罩53或者可作为涡轮壳体的部件通过撑架54紧固在气体进入壳体51处，或者如在图2中利用参考标号53'标明的那样作为转子组件的部件与喷嘴环33以承载的方式相连接。在后者的情况下取消在气体进入壳体的流动区域中的撑架54。涡轮增压器壳体在压缩机侧包括压缩机壳体4。
在外部的壳体罩与转子组件之间的过渡区域中存在分界缝，沿着该分界缝可将转子组件从外部的壳体罩中拉出。理想地，分界缝如在附图中示出的那样具有至少一个轴向止挡。在该轴向止挡的区域中，转子组件最终贴靠在外支承壳体6处，由此可保证一定的气密性。
在分界缝中，在气体排出壳体52与在涡轮叶轮下游限制流道的壳体件－径向外部的扩压器壁32以及沿径向处在内部的罩盖－之间在任何运行时刻且与运行温度无关地存在径向间隙。这对于去耦相对于气体排出壳体作用到转子组件中的壳体件上的力是必需的。但为了防止热气通过该径向间隙侵入到在外部的壳体罩与转子组件之间的过渡部中的分界缝中，根据本发明将阻隔空气吹入到径向间隙的区域中。阻隔空气在此从压缩机侧提取并且通过内支承壳体30引导到分界缝中。对此，阻隔空气通道35在所示出的实施方式中从压缩机叶轮1的背部中的空腔34延伸直至分界缝中的环绕的、环形的空腔851。空腔851直接邻接到在气体排出壳体52与内支承壳体的罩盖的区域之间的环形的间隙85处并且以相对于径向间隙扩大的截面负责阻隔空气沿着周缘的更好的分布。可选地，可存在多个阻隔空气通道，其在周向方向上分布地布置在内支承壳体中，并且因此负责阻隔空气沿着分界缝的均匀的分布。
由于引入到空腔85中的阻隔空气而可防止热气侵入到分界缝和可能存在于分界缝的区域中的其他空腔中。由此可防止由于受污染的排气引起的沉积物，并且同时可保护支承件不受由于侵入的排气引起的加热。
可选地可在至少一个阻隔空气通道中设置有阀以控制导引到径向间隙中的阻隔空气。由此可动态地影响从压缩机背部空腔中导出的阻隔空气的量。
可选地可将来自外部的源(压缩空气源)的阻隔空气引入到阻隔空气通道中。

Claims (6)

1.一种排气涡轮增压器，包括
外部的壳体罩，其带有涡轮壳体(5)和外支承壳体(6)，其中，所述涡轮壳体包括气体进入壳体(51)和气体排出壳体(52)；以及
布置在所述壳体罩的内部中的转子组件，其带有：内支承壳体(30)；可旋转地支承在所述内支承壳体中的轴(3)；与所述轴相连接的、布置在所述内支承壳体的压缩机侧的压缩机叶轮(1)；以及同样与所述轴相连接的、布置在所述内支承壳体的涡轮侧的涡轮叶轮(2)，其中，所述转子组件可作为一个单元在轴向方向上朝所述压缩机侧从所述外部的壳体罩中拉出；
其中，在所述转子组件中布置有沿着所述转子组件的周缘朝径向外部打开的、从所述涡轮叶轮延伸直至所述转子组件的外周缘处的流道(82)；该流道(82)在面向所述轴的侧部上由所述内支承壳体(30)限制，而在相对而置的侧部上由经由撑架(31)与所述内支承壳体相连接的扩压器壁(32)限制，并且该流道(82)沿径向向外通到在所述气体排出壳体(52)中的环形的流道(83)中，其中，在所述内支承壳体(30)与所述气体排出壳体(52)之间的两个流道(82,83)的过渡区域中存在沿着周缘延伸的径向间隙(85)，
其中，为了密封所述径向间隙(85)，在所述转子组件的内支承壳体中设置有阻隔空气通道(35)，其起始于所述内支承壳体的压缩机侧并且通到所述径向间隙(85)中。
2.根据权利要求1所述的排气涡轮增压器，其特征在于，所述阻隔空气通道(35)起始于在所述压缩机叶轮(1)的后壁与所述内支承壳体(30)之间延伸的空腔(34)。
3.根据上述权利要求中任一项所述的排气涡轮增压器，其特征在于，所述阻隔空气通道(35)通到沿着所述径向间隙(85)延伸的空腔(851)中。
4.根据权利要求1或2所述的排气涡轮增压器，其特征在于，在所述阻隔空气通道中设置有控制阀。
5.根据权利要求1所述的排气涡轮增压器，其特征在于，所述阻隔空气通道与外部的阻隔空气供给部相连接。
6.根据权利要求1或2所述的排气涡轮增压器，其特征在于，在周向方向上分布地布置有多个阻隔空气通道(35)，其相应地连接所述内支承壳体的压缩机侧与所述径向间隙(85)。
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