CN103925017B - 用于涡轮增压器涡轮箱的防爆裂装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于涡轮增压器涡轮箱的防爆裂装置，包括上防护罩（1）、下防护罩（2）、耐热防松螺钉（3）和要防护的涡轮箱（4），涡轮箱（4）上设置有高度可调的便于起定位连接的第一定位台（5）、第二定位台（6）、第三定位台（7）和第四定位台（8），上防护罩（1）与下防护罩（2）通过耐热防松螺钉（3）固定在涡轮箱（4）上的所述的四个定位台上，上防护罩（1）上由第一上侧板（9）、第一顶板（10）、第一下侧板（11）组成。下防护罩（2）上由第二上侧板（16）、第二顶板（17）、第二下侧板（18）组成。本发明采用的防护罩为分体结构，拆装方便、便于更换维护。

Description

用于涡轮增压器涡轮箱的防爆裂装置

技术领域

本发明属于透平机械技术领域，具体涉及一种用于涡轮增压器涡轮箱的防爆裂装置。

背景技术

涡轮增压器是现代发动机提高功率、节油降耗和改善排放必不可少的部件。涡轮增压器长期处于高转速下运行，如果涡轮增压器出现故障导致其破坏，甚至发生爆裂，则飞散出的碎片将会直接破坏周边物体，对设备维护人员也是一个潜在的危险。由于涡轮增压器的涡轮转轴质量大，涡轮叶轮飞散后直接撞击涡轮箱的能量巨大，虽然增压器涡轮箱进行了包容性设计，但是仍然有可能在特殊条件下会将涡轮箱击穿，涡轮箱的安全防护问题尤为突出，因此我们提出了一种用于涡轮增压器涡轮箱的防爆裂安全保护装置，该装置将有效的解决增压器发生爆裂现象时的安全防护问题。

为了满足涡轮箱的包容性设计，涡轮箱的壁厚通常都很厚，导致涡轮箱的质量很大，对涡轮增压器的安装拆卸、部件维护等工作都很不便利，同时也增大了涡轮箱铸造难度，成品率相对较低。对涡轮箱安装防爆裂安全防护装置可以使用减小壁厚的涡轮箱，能够有效降低涡轮箱的质量，提高涡轮箱的制造成品率，同时也能满足涡轮箱的安全防护问题。

发明内容

本发明就是针对涡轮叶轮可能在特殊条件下飞散后直接撞击涡轮箱，存在将涡轮箱击穿的安全防护问题，而提出了一种用于涡轮增压器涡轮箱的防爆裂装置。该装置简单易用、制造轻巧、安装拆卸灵活。

本发明采用的技术方案：一种用于涡轮增压器涡轮箱的防爆裂装置，包括上防护罩1、下防护罩2、耐热防松螺钉3和要防护的涡轮箱4，涡轮箱4上设置有高度可调的便于起定位连接的第一定位台5、第二定位台6、第三定位台7和第四定位台8，上防护罩1与下防护罩2通过耐热防松螺钉3固定在涡轮箱4上的所述的四个定位台上，上防护罩1上由第一上侧板9、第一顶板10、第一下侧板11组成，其中第一上侧板9和第一下侧板11连接在第一顶板10的两侧，第一顶板10上依次设置有四个便于连接的第一开孔12、第二开孔13、第三开孔14和第四开孔15；下防护罩2第二上侧板16、第二顶板17和第二下侧板18组成，其中第二上侧板16和第二下侧板18连接在第二顶板17的两侧，第二顶板17上依次设置有三个便于连接的第五开孔19、第六开孔20、第七开孔21。

进一步地，第二开孔13到上防护罩1中心处的距离A1与第一定位台5到涡轮箱4中心处的距离相等，第三开孔14到上防护罩1中心处的距离A2与第二定位台6到涡轮箱4中心处的距离相等；第六开孔20到下防护罩2中心处的距离B1与第三定位台7到涡轮箱4中心处的距离相等，第七开孔21到下防护罩2中心处的距离B2与第四定位台8到涡轮箱4中心处的距离相等。

进一步地，下防护罩2上第五开孔19上设置有连接固定台22。

进一步地，第一开孔12、第二开孔13、第三开孔14、第四开孔15、第五开孔19、第六开孔20和第七开孔21均为长圆孔。

进一步地，耐热防松螺钉（3）为公称直径至少为10mm的耐热型防松螺钉。

进一步地，上防护罩1和下防护罩2的板材壁厚至少为4mm。

本发明与现有技术相比其有益效果是：

1）本发明采用的防护罩为分体结构，拆装方便、便于更换维护；

2）通过调整涡轮箱上安装防护罩“定位台”的高度，可以满足同型号涡轮增压器的涡轮箱系列化设计使用单一防护罩的目的，既降低了防护罩的制造成本，又满足了防护罩的通用性要求；

3）针对增压器涡轮箱的安全防护等级的需要，防护罩的制造可以选用不同的材料或增加其壁厚的方法来实现；

4）防护罩的使用为增压器在特殊环境下提高产品可靠性提供了平台。诸如对防护罩进行表面处理、添加辅助材料（如隔热棉）或喷涂特种涂层以达到隔热、防油、防水、防火、防盐雾等目的。

附图说明

图1为本发明的防爆裂装置与涡轮箱连接后的结构示意图；

图2为上防护罩的结构示意图；

图3为下防护罩的结构示意图；

图4为涡轮箱的结构示意图。

具体实施方式

一种用于涡轮增压器涡轮箱的防爆裂装置，包括上防护罩1、下防护罩2、耐热防松螺钉3和要防护的涡轮箱4，涡轮箱4上设置有高度可调的便于起定位连接的第一定位台5、第二定位台6、第三定位台7和第四定位台8，上防护罩1与下防护罩2通过耐热防松螺钉3固定在涡轮箱4上的所述的四个定位台上，上防护罩1上由第一上侧板9、第一顶板10、第一下侧板11组成，其中第一上侧板9和第一下侧板11连接在第一顶板10的两侧，第一顶板10上依次设置有四个便于连接的第一开孔12、第二开孔13、第三开孔14和第四开孔15；下防护罩2第二上侧板16、第二顶板17和第二下侧板18组成，其中第二上侧板16和第二下侧板18连接在第二顶板17的两侧，第二顶板17上依次设置有三个便于连接的第五开孔19、第六开孔20、第七开孔21。所述的第二开孔13到上防护罩1中心处的距离A1与第一定位台5到涡轮箱4中心处的距离相等，第三开孔14到上防护罩1中心处的距离A2与第二定位台6到涡轮箱4中心处的距离相等；第六开孔20到下防护罩2中心处的距离B1与第三定位台7到涡轮箱4中心处的距离相等，第七开孔21到下防护罩2中心处的距离B2与第四定位台8到涡轮箱4中心处的距离相等。所述的下防护罩2上第五开孔19上设置有连接固定台22。其中第一开孔12、第二开孔13、第三开孔14、第四开孔15、第五开孔19、第六开孔20和第七开孔21均为长圆孔。所述的耐热防松螺钉3为公称直径至少为10mm的耐热型防松螺钉。所述的上防护罩1和下防护罩2的板材壁厚至少为4mm。

理论较验：为保证上防护罩1和下防护罩2上的耐热防松螺钉3在承受壳体爆裂冲击时不会断裂失效，需要对耐热防松螺钉3进行安全校核，考虑到耐热防松螺钉3承受的是复合冲击动载荷，采用第四强度理论计算，为此整理得到如下公式：

（1） 

式中为能够选用最小的耐热防松螺钉的公称直径（单位）；为动载荷因数；为螺钉的预紧系数，静载荷下一般为；为螺钉的相对刚度系数，静载荷下一般为；为冲击动载荷（单位）；为选用螺钉的最大许用应力（单位），该值和选用材料及螺钉的性能等级有关。

上防护罩1和下防护罩2的壁厚对防护罩的防爆安全保护能力起着重要作用，选用适当厚度的材料制造防护罩需要对其进行安全校核，为此整理得到如下公式：

（2）

式中为防护罩板材能够选用的最小厚度（单位）；为动载荷因数；为冲击动载荷（单位）；为防护罩材料的最大许用应力（单位）；为矩形平板系数，该值的选择与平板的长宽比有关。

通过计算防护罩连接紧固螺钉选用公称直径不低于M10的耐热型防松螺钉，防护罩板材壁厚不小于4。防护罩材料使用耐热不锈钢。根据安全防护等级的需要可以选用材料更优的钢种制造防护罩。防护罩制造材料的选用原则为重点选用耐热温度高、抗冲击性能强、耐腐蚀性能强、焊接性能强的材料。

为了保证设计的防护罩具有通用性，避免一个型号的涡轮箱匹配一个型号的防护罩，特别引入了所述的定位台的设计，以此来解决防护罩的通用性问题。以最大涡轮箱包络范围定制的防护罩可以达到对该型号增压器使用的所有涡轮箱进行防护。在设计制造涡轮箱时，将涡轮箱通流面积降低导致涡轮箱的包络范围减小的尺寸补偿到所述的四个定位台上，只需要通过调整所述的定位台的高度即可达到使用同一个防护罩的目的。

实施过程：

1）针对上防护罩1和下防护罩2如何适应涡轮箱4通流面积不同导致涡轮箱4包络范围不同的问题，在设计上防护罩1和下防护罩2前需要对涡轮箱4的选择进行甄别。选取同型号增压器使用的系列化涡轮箱中包络范围最大的涡轮箱为防护罩设计参考目标。以涡轮箱等环量流通截面、、、为参考位置分别设置涡轮箱的第一定位台5、第二定位台6、第三定位台7和第四定位台8。

2）上防护罩1如图2所示，要求严格控制尺寸A1和尺寸A2 ，使得上防护罩1的第二开孔13和第三开孔14能够与第一定位台5和第二定位台6完全重合。上防护罩1的第一顶板10可以是直角连接，也可以是圆弧连接。

3）下防护罩2如图3所示，要求严格控制尺寸B1和尺寸B2，使得下防护罩2的第六开孔20和第七开孔21能够与第三定位台7和第四定位台8完全重合。第二顶板17可以是直角连接，也可以是圆弧连接。

4）上防护罩1与下防护罩2分别与涡轮箱4上的四个定位台固定连接后，使用耐热型防松螺钉3穿过孔第四开孔15和第五开孔19，连接到下防护罩2上的连接固定台22上，使得上防护罩1和下防护罩2成为一体。

Claims (6)

1.一种用于涡轮增压器涡轮箱的防爆裂装置，包括上防护罩（1）、下防护罩（2）、耐热防松螺钉（3）和要防护的涡轮箱（4），涡轮箱（4）上设置有高度可调的便于起定位连接作用的第一定位台（5）、第二定位台（6）、第三定位台（7）和第四定位台（8），上防护罩（1）与下防护罩（2）通过耐热防松螺钉（3）固定在涡轮箱（4）上的所述的四个定位台上，其特征是：上防护罩（1）上由第一上侧板（9）、第一顶板（10）、第一下侧板（11）组成，其中第一上侧板（9）和第一下侧板（11）连接在第一顶板（10）的两侧，第一顶板（10）上依次设置有四个便于连接的第一开孔（12）、第二开孔（13）、第三开孔（14）和第四开孔（15）；下防护罩（2）第二上侧板（16）、第二顶板（17）和第二下侧板（18）组成，其中第二上侧板（16）和第二下侧板（18）连接在第二顶板（17）的两侧，第二顶板（17）上依次设置有三个便于连接的第五开孔（19）、第六开孔（20）、第七开孔（21）。

2.根据权利要求1所述的一种用于涡轮增压器涡轮箱的防爆裂装置，其特征是：第二开孔（13）到上防护罩（1）中心处的距离A1与第一定位台（5）到涡轮箱（4）中心处的距离相等，第三开孔（14）到上防护罩（1）中心处的距离A2与第二定位台（6）到涡轮箱（4）中心处的距离相等；第六开孔（20）到下防护罩（2）中心处的距离B1与第三定位台（7）到涡轮箱（4）中心处的距离相等，第七开孔（21）到下防护罩（2）中心处的距离B2与第四定位台（8）到涡轮箱（4）中心处的距离相等。

3.根据权利要求1所述的一种用于涡轮增压器涡轮箱的防爆裂装置，其特征是：下防护罩（2）上第五开孔（19）上设置有连接固定台（22）。

4.根据权利要求1所述的一种用于涡轮增压器涡轮箱的防爆裂装置，其特征是：第一开孔（12）、第二开孔（13）、第三开孔（14）、第四开孔（15）、第五开孔（19）、第六开孔（20）和第七开孔（21）均为长圆孔。

5.根据权利要求1所述的一种用于涡轮增压器涡轮箱的防爆裂装置，其特征是：耐热防松螺钉（3）为公称直径至少为10mm的耐热型防松螺钉。

6.根据权利要求1所述的一种用于涡轮增压器涡轮箱的防爆裂装置，其特征是：上防护罩（1）和下防护罩（2）的板材壁厚至少为4mm。