CN106968723A - 径向涡轮机、涡轮增压器和径向涡轮机涡轮机壳体的插入件 - Google Patents

径向涡轮机、涡轮增压器和径向涡轮机涡轮机壳体的插入件 Download PDF

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Abstract

用于涡轮增压器的径向涡轮机（11），具有涡轮机壳体和涡轮机转子（19），其中涡轮机壳体包括涡轮机流入壳体（23）、涡轮机流出壳体（24）和安装在涡轮机流入壳体（23）上的插入件（26），其中插入件（26）在径向外侧邻近涡轮机转子（19）的移动叶片（20），并在移动叶片（20）的区域在一些部分界定径向涡轮机的流动管道。受到在移动叶片（20）和插入件（26）之间的、与静止涡轮机转子有关的名义径向间隙在一些部分的扩大，界定流动管道的插入件（26）的壁（35）在限定的周向部分（36）被径向拉到外侧。

Description

径向涡轮机、涡轮增压器和径向涡轮机涡轮机壳体的插入件
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于涡轮增压器的径向涡轮机。本发明还涉及具有径向涡轮机的涡轮增压器，并涉及用于径向涡轮机的涡轮机壳体的插入件。
背景技术
涡轮增压器包括涡轮机和压缩机，其中在涡轮机中，第一过程气体膨胀，在过程中提取的能量被使用从而在压缩机的区域中压缩第二过程气体。涡轮增压器的涡轮机以及压缩机两者包括壳体和转子，其中压缩机和涡轮机的转子经由安装在轴承壳体中的轴连接。
涡轮增压器的涡轮机包括涡轮机流入壳体和涡轮机流出壳体。特别地当涡轮机被实施为径向涡轮机时，所谓的插入件被安装在流入壳体上，所述插入件在外侧径向邻近涡轮机转子的移动叶片，在一些部分中在涡轮机转子的移动叶片的区域限定径向涡轮机的流动管道。在涡轮机转子的移动叶片的径向外端部和插入件之间的径向间隙在此情况下应当足够大，从而防止涡轮机转子的移动叶片进入插入件，同时另一方面，所述径向间隙应当足够小，从而保证径向涡轮机尽可能高的效率。
发明内容
由此出发，本发明基于发明一种新型的径向涡轮机、具有此种径向涡轮机的涡轮增压器和用于径向涡轮机的涡轮机壳体的插入件的目的。
此目的通过根据权利要求1的径向涡轮机解决。
根据本发明，受到在移动叶片和插入件之间的、与静止涡轮机转子有关的名义径向间隙在一些部分的扩大，界定流动管道的插入件的壁在限定的周向部分处被径向拉到外侧。
根据本发明，界定流动管道的插入件的壁在限定的周向部分处被径向拉到外侧且由于此偏心地形成，从而在此周向部分扩大在移动叶片外端部和插入件之间的、与静止涡轮机转子有关的名义径向间隙。由于此，一方面可以在旋转涡轮机转子的运行期间在限定的特别关键的周向部分防止涡轮机转子的移动叶片进入插入件，特别地在涡轮机流入壳体的加热阶段和冷却阶段期间，另一方面，可以保证径向涡轮机的连续高效率。
在此本发明基于在径向涡轮机的运行期间特别地在加热阶段和冷却阶段期间径向涡轮机的涡轮机流入壳体在所述涡轮机流入壳体的周向方向上看受到不均匀的变形来实现，从而相应地在运行期间，在移动叶片径向外端部和插入件之间的径向间隙在涡轮机流入壳体的周向范围上且因此在插入件的周向范围上不同地变化。此种自身的不均匀变形带来径向间隙的不均匀变化。通过本发明，此种不均匀径向间隙变化可以被补偿，使得在运行期间，在周向方向均匀的径向间隙在涡轮机转子的移动叶片和涡轮机流入壳体的插入件之间存在。
根据有利的其他扩展，周向部分具有120°±40°的周向范围，特别是120°±30°的周向范围，优选地是120°±20°的周向范围，最优选的是120°±10°的周向范围，在所述周向部分中，受到在移动叶片和插入件之间的名义径向间隙的扩大，插入件的壁被径向拉到外侧。通过此，可以在高效率的情况下被安全和可靠地避免径向涡轮机的移动叶片进入涡轮机壳体的插入件。
根据可替代的有利的其他扩展，涡轮机流入壳体包括流入法兰和螺旋地在周向方向上循环的流入管道，其中流入管道在流入管道的流动方向上看包括邻近流入法兰的上游端部和在流入管道的流动方向上看的下游端部，且其中周向部分在第一端部被流入管道的上游端部或者下游端部界定，基于流入管道的流动方向从此第一端部出发，相反于流入管道的流动方向在其第二端部的方向上延伸，在所述周向部分中，受到在移动叶片和插入件之间的名义径向间隙的扩大，插入件的壁被径向拉到外侧。基于流入管道的流动方向的周向部分的此种布置特别优选，因为已经展示出在此种周向部分中，由于流入壳体在周边上的不同变形，相比于在涡轮机流入壳体且因此在插入件的其他周向部分中，移动叶片有更高的可能性进入插入件。
根据本发明的涡轮增压器在权利要求7中限定。根据本发明的插入件在权利要求9中限定。
附图说明
本发明优选的其他扩展从从属权利要求和下述描述中获得。本发明的典型实施例通过附图更加详细地说明但不限制于此。在此示出：
图1：具有压缩机和径向涡轮机的涡轮增压器；
图2：在径向涡轮机区域的涡轮增压器的细节；
图3：在径向涡轮机区域的涡轮增压器与防护装置的进一步细节；
图4：径向涡轮机的涡轮机流入壳体在轴向视图方向的视图；
图5：在仅透视表示中的径向涡轮机的插入件。
具体实施方式
图1示出了涡轮增压器10的细节，所述涡轮增压器包括设计为径向涡轮机的涡轮机11和设计为径向压缩机的压缩机12。
具有轴14和移动叶片15的压缩机转子13被示出属于设计为径向压缩机的压缩机12。此外，起流出壳体作用的压缩机螺旋壳体16和起流入壳体作用的进气壳体17被示出属于设计为径向压缩机的压缩机12。压缩机12的插入件18安装在作为流出壳体的压缩机螺旋壳体16上，所述插入件在径向外侧邻近压缩机转子13的移动叶片15，在某些部分界定压缩机12的流动管道。
包括移动叶片20和轴21的涡轮机转子19被示出属于设计为径向涡轮机的涡轮机11。压缩机转子13的轴14和涡轮机转子19的轴21彼此联接，其中轴14、21安装在所谓的轴承壳体22上。
涡轮机壳体被示出属于设计为径向涡轮机的涡轮机11，此外，所述涡轮机壳体包括涡轮机流入壳体23和涡轮机流出壳体24。涡轮机流入壳体23是螺旋或螺线的轮廓，且提供了径向涡轮机11的流入管道25。
插入件26安装在径向涡轮机11的涡轮机壳体的涡轮机流入壳体23上，其中此插入件26径向在外侧邻近涡轮机转子19的移动叶片20的外端部，在某些部分中在移动叶片20的区域界定径向涡轮机11的流动管道。
图3示出了在涡轮机11区域的来自排气涡轮增压器10的选段，其中在图3中，涡轮机流入壳体23以及涡轮机流出壳体24两者的每个都被防护装置27、28围绕。此外，图3示出了在压缩机螺旋壳体16区域的防护装置29。
径向涡轮机11的涡轮机壳体的防护装置27、28留下涡轮机流入壳体23区域中的流入法兰30暴露，留下涡轮机流出壳体24区域中的流出法兰31暴露。
正如已经解释的，径向涡轮机11的涡轮机流入壳体是螺旋或螺线的轮廓，其中从涡轮机流入壳体23的流入法兰30出发，流入壳体23的流入管道25围绕涡轮机转子19延伸（即螺旋地或螺线地在周向方向循环），从而围绕涡轮机转子19的移动叶片20延伸。
涡轮机流入壳体23的流入管道25包括在所述流入管道的流动方向上看、与流入法兰30邻近的并在流动侧联接到流入法兰的下游端部23和在流入管道25的流动方向上看的下游端部34。从流入管道25的上游端部33出发在所述流入管道的下游端部34的方向上，流入管道25的流动横截面减小。
在运行期间，涡轮机流入壳体23在其周向范围上看会受到不同的变形。因此，在现有技术中已知的径向涡轮机的情况中，在涡轮机转子19的移动叶片20的径向外端部和安装在涡轮机流入壳体23上的插入件26之间的径向间隙在周向方向上看不同地减小。
现在为了防止移动叶片20进入插入件26，在涡轮机流入壳体23的插入件26的周向范围的此种部分（在运行期间，其上的插入件26和移动叶片20之间的径向间隙本身更大地减小）上，根据本发明设置界定流动管道的插入件26的壁35，受到与静止涡轮机转子13有关的名义径向间隙在一些部分的扩大，在限定的周向部分36处界定流动管道的插入件26的壁35在移动叶片20和插入件26之间被径向拉到外侧，从而在此周向部分补偿涡轮机壳体的较大变形，即补偿在运行期间形成的涡轮机流入壳体23的较大变形，并因此在此周向部分防止涡轮机转子19的移动叶片20进入插入件26。在此周向部分26外侧，其中涡轮机叶片20进入插入件26的风险较低，在其壁35上与流动通道邻近的插入件26不被径向拉到外侧，以保证径向涡轮机的高效率。
插入件26的周向部分36包括120°±40°的周向范围，特别是120°±30°的周向范围，优选地是120°±20°的周向范围，最优选的是120°±10°的周向范围，在周向部分中，受到在移动叶片20和插入件26之间的名义径向间隙的扩大，插入件26的壁35相对于插入件的其他周向部分被径向拉到外侧。
在移动叶片20和径向涡轮机11的插入件26之间的名义径向间隙是与静止涡轮机转子13和冷却的径向涡轮机11相关的径向间隙。在旋转涡轮机转子13的运行期间，特别地在径向涡轮机11的加热阶段和冷却阶段期间，在插入件26的周向方向上看，此间隙不均匀地变化。通过在周向部分36中插入件26的壁35的限定的轮廓，可以保证在旋转涡轮机转子13的运行期间，特别地在径向涡轮机11的加热阶段和冷却阶段期间，在插入件26的周向方向上看，在移动叶片20和径向涡轮机11的插入件26之间的径向间隙是均匀的。由于此，在径向涡轮机11的高效率的情况下防止移动叶片进入插入件26。
本发明基于涡轮机流入壳体23和安装在涡轮机流入壳体23上的插入件26在大约120°的周向范围而不是其他周向部分会受到变形来实现，即以此种方式，在此周向部分36，涡轮机转子19的移动叶片20进入插入件26是更加可能的，从而根据本发明，插入件26的径向内部壁35在此周向部分36被径向拉到外侧。
图4使插入件36的所述周向部分36的确切位置或方向可见，其中插入件的径向内部壁35被径向拉到外侧。相应地，图4示出周向部分36被两个端部37、38界定。第一端部37优选地与涡轮机流入壳体23的流入管道25的上游端部33或者下游端部34一致，其中在流入管道25的流动方向32上看，流入管道25的上游端部33邻近涡轮机流入壳体23的流入法兰30。插入件26的壁35径向拉到外侧的周向部分36从其第一端部37出发，在其第二端部38的方向延伸，即在流入管道25的流动方向32上看是与流入管道的流动方向32相反的。
相应地，插入件26的径向内部壁35径向拉到外侧的周向部分36经由流入管道25的周向部分延伸，所述周向部分36在流入管道25的流动方向32上看位于后部，面对流入管道25的下游端部34。
根据图4，流入法兰30的纵向中心轴线40在垂直于插入件26的纵向中心轴线41的投影上延伸。
图4还使涡轮机流入壳体的连接法兰39可见，涡轮机流出壳体24接合在所述连接法兰上。
根据本发明的径向涡轮机11优选地在图1中所示的涡轮增压器10中应用，所述涡轮增压器包括径向压缩机12。
本发明不仅涉及径向涡轮机11和包括径向涡轮机11的涡轮增压器10，还涉及如此的插入件26，已经安装在现场中的径向涡轮机11或涡轮增压器10可以通过所述插入件翻新。相应地，通过将现有的插入件更换为根据本发明的插入件26，在现场中安装的传统径向涡轮机11可以被翻新或者转变为根据本发明的径向涡轮机11。
正如已经解释的，插入件26的壁35在周向部分36被径向拉到外侧。由于此，径向内部壁35的流动相关半径在周向部分36扩大。此种扩大在整个周向范围36上可以是不变的，但也可能与此不同，流动相关半径的此种扩大在周向区域36上变化。
可以规定，半径的扩大和因此从周向部分36的端部37、38出发将壁35径向拉到外侧起初在其中心的方向持续增加，随后在周向部分36的中间区域保持不变。
附图标记列表
10 涡轮增压器
11 涡轮机
12 压缩机
13 压缩机转子
14 轴
15 移动叶片
16 压缩机流出壳体
17 压缩机流入壳体
18 插入件
19 涡轮机转子
20 移动叶片
21 轴
22 轴承壳体
23 涡轮机流入壳体
24 涡轮机流出壳体
25 流入管道
26 插入件
27 防护装置
28 防护装置
29 防护装置
30 法兰
31 法兰
32 流动方向
33 端部
34 端部
35 壁
36 周向部分
37 端部
38 端部
39 连接法兰
40 纵向中心轴线
41 纵向中心轴线

Claims (10)

1.一种用于涡轮增压器的径向涡轮机（11），具有涡轮机壳体和涡轮机转子（19），其中涡轮机壳体包括涡轮机流入壳体（23）、涡轮机流出壳体（24）和安装在涡轮机流入壳体（23）上的插入件（26），其中插入件（26）在径向外侧邻近涡轮机转子（19）的移动叶片（20），并在移动叶片（20）的区域在一些部分界定径向涡轮机的流动管道，其特征在于：受到在移动叶片（20）和插入件（26）之间的、与静止涡轮机转子有关的名义径向间隙在一些部分的扩大，界定流动管道的插入件（26）的壁（35）在限定的周向部分（36）被径向拉到外侧。
2.如权利要求1所述的径向涡轮机，其特征在于：所述周向部分（36）具有120°±40°的周向范围，在所述周向部分中，受到在移动叶片（20）和插入件（26）之间的名义径向间隙在一些部分的扩大，插入件（26）的壁（35）被径向拉到外侧。
3.如权利要求2所述的径向涡轮机，其特征在于：所述周向部分（36）具有120°±30°的周向范围，优选地是120°±20°的周向范围，最优选的是120°±10°的周向范围，在所述周向部分中，受到在移动叶片（20）和插入件（26）之间的名义径向间隙在一些部分的扩大，插入件（26）的壁（35）被径向拉到外侧。
4.如权利要求1到3中任一项所述的径向涡轮机，其特征在于：所述涡轮机流入壳体（23）包括流入法兰（30）和在周向方向螺旋或者螺线循环的流入管道（25），其中流入管道（25）在所述流入管道的流动方向上看包括与流入法兰（30）邻近的上游端部（33）和在所述流入管道的流动方向上看的下游端部（34），且其中周向部分（36）在第一端部（37）被流入管道（25）的上游端部（33）界定，基于流入管道的流动方向从此第一端部（37）出发，相反于流入管道（25）的流动方向在其第二端部（38）的方向上延伸，在所述周向部分中，受到在移动叶片（20）和插入件（26）之间的名义径向间隙的扩大，插入件（26）的壁（35）被径向拉到外侧。
5.如权利要求1到3中任一项所述的径向涡轮机，其特征在于：所述涡轮机流入壳体（23）包括流入法兰（30）和在周向方向螺旋循环的流入管道（25），其中流入管道（25）在所述流入管道的流动方向上看包括与流入法兰（30）邻近的上游端部（33）和在所述流入管道的流动方向上看的下游端部（34），且其中周向部分（36）在第一端部（37）被流入管道（25）的下游端部（34）界定，基于流入管道（25）的流动方向从此第一端部（37）出发，相反于流入管道（25）的流动方向在其第二端部（38）的方向上延伸，在所述周向部分中，受到在移动叶片（20）和插入件（26）之间的名义径向间隙的扩大，插入件（26）的壁（35）被径向拉到外侧。
6.如权利要求4或5所述的径向涡轮机，其特征在于：流入法兰（30）的纵向中心轴线（40）在垂直于插入件（26）的纵向中心轴线（41）的投影上延伸。
7.一种具有压缩机（12）和径向涡轮机（11）的涡轮增压器（10），其中压缩机（12）包括压缩机壳体（16、17）和压缩机转子（13），径向涡轮机（11）包括涡轮机壳体（23、24）和涡轮机转子（19），其中压缩机转子（13）和涡轮机转子（19）经由安装在轴承壳体（22）上的轴（14、21）联接，其特征在于：所述径向涡轮机（11）根据权利要求1到6中任一项设计。
8.如权利要求7所述的涡轮增压器，其特征在于：所述压缩机（12）被设计为径向压缩机。
9.一种径向涡轮机的涡轮机流入壳体（23）的插入件（26），其中插入件（26）在径向外侧在一些部分界定流动管道，其特征在于：界定流动管道的插入件（26）的壁（35）在限定的周向部分（36）被径向拉到外侧。
10.如权利要求9所述的插入件，其特征在于：所述周向部分（36）具有120°±40°的周向范围，特别是120°±30°的周向范围，优选地是120°±20°的周向范围，最优选的是120°±10°的周向范围，在所述周向部分中，插入件（26）的壁（35）被径向拉到外侧。
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