CN106661963A - 废气涡轮增压器的涡轮的流出区域 - Google Patents

废气涡轮增压器的涡轮的流出区域 Download PDF

Info

Publication number
CN106661963A
CN106661963A CN201580036380.7A CN201580036380A CN106661963A CN 106661963 A CN106661963 A CN 106661963A CN 201580036380 A CN201580036380 A CN 201580036380A CN 106661963 A CN106661963 A CN 106661963A
Authority
CN
China
Prior art keywords
turbine
flowing
region
recirculator
flow channel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201580036380.7A
Other languages
English (en)
Inventor
A.维克格兰恩特
A.索菲亚
D.鲁施
B.飞利浦森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Accelleron Industries AG
Original Assignee
ABB Turbo Systems AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Turbo Systems AG filed Critical ABB Turbo Systems AG
Priority to CN202011266865.4A priority Critical patent/CN112576321A/zh
Publication of CN106661963A publication Critical patent/CN106661963A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/30—Exhaust heads, chambers, or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12—Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/10—Stators
    • F05D2240/12—Fluid guiding means, e.g. vanes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

一种包括在轴向涡轮的扩散器区域中的流动通道的布置在内部的内壁(6)处的成轮廓的导引元件(31)的整流器阻止在扩散器的内壁的轮廓处的流动分离。

Description

废气涡轮增压器的涡轮的流出区域
技术领域
本发明涉及用于增压的内燃机的废气涡轮增压器的领域。本发明涉及一种这样的废气涡轮增压器的涡轮的流出区域(Abstroembereich)以及一种具有有带有这样的流出区域的涡轮的废气涡轮增压器。
背景技术
现代的内燃机利用单级或多级废气涡轮增压器来增压。在此将热的废气从燃烧室引导经过涡轮，涡轮驱动压缩机以压缩对于燃烧所需的新鲜空气。在较大的废气涡轮增压器中主要使用轴向涡轮和径向压缩机，在较小的废气涡轮增压器中也使用径向涡轮或混流涡轮。
尽管在废气涡轮的流出区域中谨慎地设计扩散器，从一定的面积平均的涡旋角(Drallwinkel)起引起在扩散器的内壁的轮廓处的流动分离。为了阻止流动分离须减少涡轮的吞吸能力(Schluckvermögen)，由此运行范围缩小并且涡轮的效率变差。
在涡轮扩散器或在二级增压中在两个涡轮级之间的过渡部中目前成功地使用所谓的涡流发生器(Vortex-Generator)，以将在边界层中的层流转变成涡流并且如此防止由于增加的压力梯度而流动分离。然而尤其对于较大的废气涡轮增压器已显示出，涡流发生器仅能发挥不足的作用。
特别对于带有较高的涡旋分量的流动另一可能性是使用后置导叶(Nachleitrad)，其减少了在涡轮叶轮之后的流动的涡旋分量。这样的构造然而是昂贵的并且由于在设计点之外缺少流动而与高的流动损失相联系。
最后，为了阻止流动分离，在涡轮的叶片根部的区域中通过减小在该区域中的叶片负载保持提高轴向速度分量。叶片负载的减少然而直接减少了功提取(Arbeitsentnahme)并且因此不好地影响涡轮的效率。此外，该措施常常在分离点上游较远地进行并且效果被减小，因为距离过大。
文件US 2011-0058939 A1公开了一种驱动涡轮的废气扩散器系统，其带有用于沿着流动通道的在径向上处于内部的轮廓吹入气态介质的喷嘴。
文件US 5,467,591公开了一种带有废气扩散器系统的燃气涡轮，其在径向上处于外部的壁区域中带有再循环器。
文件DE 10 2011 012 039 A1公开了一种在轴向鼓风机的扩散器区域中带有流动导引面的流动通道，流动导引面将工作流体的一部分从较高流动速度的区域导引到带有较低流动速度的区域中。
发明内容
本发明的目的在于利用简单的器件阻止在废气涡轮的流出区域中在扩散器的内壁的轮廓处的流动分离。
根据本发明，通过使用在流动通道的在径向上在内部的区域中影响边界层流动的、布置在扩散器的内壁的区域中的用于提高压力回收利用(Druckrückgewinn)的器件来实现这。
在第一实施形式中根据本发明使用一种整流器(Gleichrichter)，其包括在扩散器区域中在流动通道的布置在内部的内壁处的成轮廓的导引元件。
高度大约为在导引元件的区域中平均的通道高度的百分之二十至百分之六十并且导引元件的长度大约为在导引元件的区域中的平均的通道高度的两倍至四倍。不同于在涡流发生器中的情况，根据本发明在周向上起作用的整流器不与边界层流动的厚度成比例，而是以在导引元件的区域中的平均的通道高度的大约四分之一至一半的导引元件的高度而明显更大。
整流器在轴向上的位置可在分离点附近来选择，其中，导引元件以其进入棱边处于分离点上游。
在第二实施形式中根据本发明将再循环器(与在压缩机级中的稳定器缝隙(Stabilisatorspalt)类似)置入在扩散器区域中流动通道的布置在内部的内壁中。根据本发明，再循环器包括两个开口。第一开口、流入口(通过该开口流体从流动通道流入再循环器中)位于扩散器出口处。第二开口、流出喷嘴(通过该流出喷嘴流体从再循环器又流出到流动通道中)紧密地布置在分离部位上游，使得流出到流动通道中的流体发挥其对在分离区域中的边界层流动的影响。两个开口实施为环隙(Ringspalt)。尤其流出开口有利地形成为Coanda喷嘴，其开口指向下游，由此能够将流过再循环器的流体平行于壁地引入流动通道中。对于流入口这样的Coanda形式可同样是有利的，由此能够将流过再循环器的流体平行于壁地从流动通道提取。
穿过再循环器的流动由于在这些开口之间的压力梯度而自动出现，从而不需要附加的压力产生机构。
本发明可简单地且成本有利地集成到扩散器壁中并且明显地提高涡轮级的效率。由于废气涡轮的流出区域的根据本发明的设计，可将涡轮的运行区域向更高的吞吸能力扩展，这伴随有效率的提高。配备有带有根据本发明设计的流出区域的废气涡轮设计的废气涡轮增压器因此可在功率相同的情况下代替更大的更贵的废气涡轮增压器。
另外的优点由从属权利要求得出。
附图说明
接下来根据在附图中的示意性图示来说明轴向涡轮的根据本发明构造的流出区域的实施形式。在此：
图1示出了沿着轴轴线穿过带有根据本发明的流动整流器的轴向涡轮的剖面，
图2示出了(垂直于轴轴线)穿过根据图1的轴向涡轮的流动整流器的沿着II-II引导的剖面，
图3示出了沿着轴轴线穿过带有根据本发明的再循环器的轴向涡轮的剖面，
图4示出了(垂直于轴轴线)穿过根据图3的轴向涡轮的再循环器的沿着IV-IV引导的剖面，
图5示出了沿着轴轴线穿过带有根据本发明的流动整流器以及根据本发明的再循环器的轴向涡轮的剖面，以及
图6示出了(垂直于轴轴线)穿过根据图5的轴向涡轮的流动整流器和再循环器的沿着IV-IV引导的剖面。
具体实施方式
图1在沿着轴轴线引导的穿过废气涡轮增压器的轴向涡轮的剖面中示意性地示出了就在涡轮叶轮之前的流动区域以及在涡轮叶轮下游的流出区域。利用箭头示出的流动在图示中从左向右进行。在此，来自内燃机的燃烧室的废气流动在进入涡轮壳体中之后撞到带有多个沿着周缘分布的导引元件2的导引装置(喷嘴环)上。导引装置的导引元件使流动取向到涡轮叶轮的直接紧随其后的工作叶片12上。涡轮叶轮具有大量该工作叶片，其布置在与轴(未示出)相连接的轮毂体11上。涡轮叶轮通过作用到工作叶片上的废气流动被置于旋转中并且在废气涡轮增压器中经由轴驱动压缩机轮。在涡轮叶轮下游流动通道扩展，在所谓的扩散器中。环形的流动通道的横截面在此在一定的区域上连续地在面积上增加，尤其通过使外壁5在径向上向外弯。
为了有效地阻止流动在扩散器的内壁处分离，按照根据图1和图2的第一实施形式使轴向涡轮的流出区域设有整流器。在此沿着扩散器的内壁6分布到周缘上地来布置成轮廓的板作为导引元件31。导引元件31的最大高度根据本发明为在导引元件的区域中的平均的通道高度的四分之一直至最大一半。基于在导引元件的区域中的平均的通道高度的大概两倍直至最大四倍来确定导引元件的长度。整流器的定位可在分离点的区域中来选择，其中，导引元件的进入棱边处于分离点上游。
在根据图3和图4的第二实施形式中将再循环器置入扩散器的内壁6中。该流动回引主要包括至流动通道的两个开口，其经由回引管路(Rückführleitung)相互连接。在分离点下游，在扩散器出口的区域中再循环器包括流入口42。流入口通过平行于流动通道引导的再循环器室41与流出喷嘴42连接，流出喷嘴紧密地布置在分离部位上游。两个开口实施为环隙。至少流出喷嘴形成为Coanda喷嘴，其开口指向下游，由此将流体从再循环器中平行于壁地引入主流动中。流入口也可相应地来形成，以实现平行于壁地流入再循环器中，其中，其为此指向上游。在再循环器中的流动由于在流入口与流出喷嘴之间的压力梯度而自动出现并且不需要附加的压力产生机构。可选地可在再循环器室中设置有导引流动的元件，其将穿过再循环器的流动整流或使该流动拥有限定的周向分量并且同时用作对壁插入件(其将再循环器室与流动通道分离)的支承。再循环器可选地也可划分成多个室，其中，每个室可包括一个或多个自己的流入口和流出喷嘴，其在该情况中那么实施为环段缝隙(Ringsegmentspalt)或孔。
在根据图5和图6的第三实施形式中这两个第一实施形式的特征相结合。在此，整流器的导引元件31布置在将再循环器室与流动通道分离的壁插入件的区域中。
尽管根据轴向涡轮的示例阐述了本发明，这决不应该对根据本发明的器件可能应用于其它流动机器具有限制作用。根据本发明的器件尤其也可应用在废气涡轮增压器的径向涡轮或混流涡轮中。
附图标记清单
2 在涡轮叶片之前的导引元件
11 涡轮叶轮的轮毂
12 涡轮叶片
31 流动整流器的导引元件
41 再循环器室
42 流入口
43 流出喷嘴
5 流动通道(涡轮壳体)的外壁
6 流动通道(涡轮壳体)的内壁。

Claims (8)

1.一种废气涡轮增压器的涡轮的流出区域，其包括在涡轮叶轮下游的环管形的流动通道，其中，所述流动通道包括带有在流动方向上增加的流动通道横截面的扩散器，其特征在于，在所述扩散器中在所述流动通道的在径向上布置在内部的内壁(6)的区域中为了提高压力回收利用而布置有带有多个导引元件(31)的在周向上起作用的流动整流器，其导引元件在所述导引元件的区域中在平均的径向的流动通道高度的最大百分之六十上延伸。
2.根据权利要求2所述的涡轮的流出区域，其中，所述导引元件在所述导引元件的区域中在平均的径向的流动通道高度的最大百分之二十上延伸。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的涡轮的流出区域，其中，用于提高压力回收利用的附加的器件以再循环器的形式置入所述流动通道的在径向上布置在内部的内壁(6)中，其中，所述再循环器包括至少一个再循环器室(41)，其将至少一个下游的流入口(42)与至少一个上游的流出喷嘴(43)连接。
4.根据权利要求3所述的涡轮的流出区域，其中，所述至少一个流出喷嘴(43)构造为用于将流过所述再循环器的流体平行于壁地吹入所述流动通道中的Coanda喷嘴。
5.根据权利要求3或4中任一项所述的涡轮的流出区域，其中，所述至少一个流入口(43)构造为用于将流过所述再循环器的流体从所述流动通道中平行于壁地提取的Coanda喷嘴。
6.根据权利要求3到5中任一项所述的涡轮的流出区域，其中，在所述再循环器室中布置有导引流动的元件。
7.一种废气涡轮增压器，其包括带有根据权利要求1到6中任一项所述的流出区域的轴向涡轮。
8.一种废气涡轮增压器，其包括带有根据权利要求1到7中任一项所述的流出区域的径向涡轮或混流涡轮。
CN201580036380.7A 2014-07-03 2015-06-23 废气涡轮增压器的涡轮的流出区域 Pending CN106661963A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011266865.4A CN112576321A (zh) 2014-07-03 2015-06-23 废气涡轮增压器的涡轮的流出区域

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014109298 2014-07-03
DE102014109298.8 2014-07-03
PCT/EP2015/064017 WO2016001002A1 (de) 2014-07-03 2015-06-23 Abströmbereich einer turbine eines abgasturboladers

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011266865.4A Division CN112576321A (zh) 2014-07-03 2015-06-23 废气涡轮增压器的涡轮的流出区域

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106661963A true CN106661963A (zh) 2017-05-10

Family

ID=53524735

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580036380.7A Pending CN106661963A (zh) 2014-07-03 2015-06-23 废气涡轮增压器的涡轮的流出区域
CN202011266865.4A Pending CN112576321A (zh) 2014-07-03 2015-06-23 废气涡轮增压器的涡轮的流出区域

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011266865.4A Pending CN112576321A (zh) 2014-07-03 2015-06-23 废气涡轮增压器的涡轮的流出区域

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP3164578B1 (zh)
JP (1) JP6625572B2 (zh)
KR (1) KR102346583B1 (zh)
CN (2) CN106661963A (zh)
WO (1) WO2016001002A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110894807A (zh) * 2018-09-13 2020-03-20 博格华纳公司 具有去涡旋肋的涡轮增压器涡轮扩散器

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6821426B2 (ja) * 2016-12-26 2021-01-27 三菱重工業株式会社 ディフューザ、タービン及びガスタービン
KR101909595B1 (ko) 2017-04-28 2018-12-19 두산중공업 주식회사 분사구, 흡입구를 포함하는 배기 디퓨저 및 이를 포함하는 가스터빈
JP7303763B2 (ja) * 2020-02-28 2023-07-05 三菱重工マリンマシナリ株式会社 排気ディフューザ及びタービンハウジング、並びに過給機

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1542260A (zh) * 2003-03-19 2004-11-03 ABB����ϵͳ���޹�˾ 废气涡轮机壳体
CN1650092A (zh) * 2002-04-12 2005-08-03 Abb涡轮系统有限公司 轴上带有当压缩机转子开裂时用于轴向固定的装置的涡轮增压器
US20110058939A1 (en) * 2009-06-02 2011-03-10 John Orosa Turbine exhaust diffuser with a gas jet producing a coanda effect flow control
GB2508164A (en) * 2012-11-21 2014-05-28 Napier Turbochargers Ltd Diffuser

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5467591A (en) * 1993-12-30 1995-11-21 Combustion Engineering, Inc. Gas turbine combined cycle system
US6896475B2 (en) * 2002-11-13 2005-05-24 General Electric Company Fluidic actuation for improved diffuser performance
EP1876335A1 (de) * 2006-07-05 2008-01-09 ABB Turbo Systems AG Sekundärluftsystem für Turboladerturbine
EP1921278A1 (en) * 2006-11-13 2008-05-14 ALSTOM Technology Ltd Diffuser and exhaust system for turbine
US8313286B2 (en) * 2008-07-28 2012-11-20 Siemens Energy, Inc. Diffuser apparatus in a turbomachine
DE102011012039A1 (de) * 2011-02-22 2012-08-23 Esg Mbh Kanal mit Strömungsleitfläche
US8628297B2 (en) * 2010-08-20 2014-01-14 General Electric Company Tip flowpath contour
DE102011108195B4 (de) * 2011-07-20 2022-10-27 Ihi Charging Systems International Gmbh Turbine für einen Abgasturbolader
EP2685054B1 (de) * 2012-07-09 2020-11-25 ABB Schweiz AG Diffusor einer abgasturbine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1650092A (zh) * 2002-04-12 2005-08-03 Abb涡轮系统有限公司 轴上带有当压缩机转子开裂时用于轴向固定的装置的涡轮增压器
CN1542260A (zh) * 2003-03-19 2004-11-03 ABB����ϵͳ���޹�˾ 废气涡轮机壳体
US20110058939A1 (en) * 2009-06-02 2011-03-10 John Orosa Turbine exhaust diffuser with a gas jet producing a coanda effect flow control
GB2508164A (en) * 2012-11-21 2014-05-28 Napier Turbochargers Ltd Diffuser

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110894807A (zh) * 2018-09-13 2020-03-20 博格华纳公司 具有去涡旋肋的涡轮增压器涡轮扩散器
EP3623590A3 (en) * 2018-09-13 2020-07-29 Borgwarner Inc. Turbocharger turbine diffuser with deswirl ribs

Also Published As

Publication number Publication date
KR102346583B1 (ko) 2022-01-04
JP6625572B2 (ja) 2019-12-25
JP2017520716A (ja) 2017-07-27
CN112576321A (zh) 2021-03-30
EP3164578B1 (de) 2020-06-03
WO2016001002A1 (de) 2016-01-07
KR20170029525A (ko) 2017-03-15
EP3164578A1 (de) 2017-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8556573B2 (en) Diffuser with enhanced surge margin
US7575411B2 (en) Engine intake air compressor having multiple inlets and method
US9915176B2 (en) Shroud assembly for turbine engine
US8272832B2 (en) Centrifugal compressor with surge control, and associated method
US11541340B2 (en) Inducer assembly for a turbine engine
US7775759B2 (en) Centrifugal compressor with surge control, and associated method
US10975731B2 (en) Turbine engine, components, and methods of cooling same
EP2784330B1 (en) Turbomachine with impeller shroud having a recirculation system
US9890792B2 (en) Radial or mixed-flow compressor diffuser having vanes
CN101111683A (zh) 多级压缩机及其壳体
CN106661963A (zh) 废气涡轮增压器的涡轮的流出区域
KR20190060710A (ko) 반경류 압축기 및 터보차저
CN106460870A (zh) 用于径向压缩机的扩压器
US11918943B2 (en) Inducer assembly for a turbine engine
US10816014B2 (en) Systems and methods for turbine engine particle separation
CN106662119B (zh) 用于涡轮机的改进的涡管、包括所述涡管的涡轮机和操作的方法
JP5726236B2 (ja) ターボ機械用のディフューザ
JP7123029B2 (ja) 遠心圧縮機
CN106988806A (zh) 改进扩散器性能的流对准装置
JP2022548709A (ja) 流れが最適化された軸方向ディフューザ内へのウェイストゲート質量流の同心的な導入

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170510