CN110023590A - 在喷嘴环和涡轮机壳体之间具有密封表面的涡轮增压器 - Google Patents

在喷嘴环和涡轮机壳体之间具有密封表面的涡轮增压器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种涡轮增压器，其包括用于使第一介质膨胀的涡轮机以及用于通过使用在所述第一介质膨胀时在所述涡轮机中获得的能量压缩第二介质的压缩机，其中所述涡轮机具有涡轮机壳体(1)和涡轮机转子，其中所述压缩机具有压缩机壳体和压缩机转子，所述压缩机转子借助于轴联接到所述涡轮机转子，其中所述涡轮机壳体(1)和所述压缩机壳体各自连接到布置在所述涡轮机壳体(1)和所述压缩机壳体之间的轴承壳体(2)，所述轴支撑在所述轴承壳体中，其中所述涡轮机壳体(1)和所述轴承壳体(2)借助于紧固设备(5)连接成使得所述紧固设备借助于第一区段(7)安装在所述涡轮机壳体(1)的凸缘(6)上，并且借助于第二区段(9)至少部分地覆盖所述轴承壳体(2)的凸缘(10)，并且其中喷嘴环(3)的至少一个凸缘(11)夹持在所述涡轮机壳体(1)的所述凸缘(6)和所述轴承壳体(2)的所述凸缘(10)之间。在所述涡轮机壳体(1)的所述凸缘(6)和所述喷嘴环(3)的所述凸缘(11)之间，轴向密封区域(13)形成在所述凸缘(6、11)的轴向密封表面(14、15)之间，所述密封表面彼此抵靠地放置，其中所述轴向密封表面(14、15)中的至少一者具有不同于平坦轮廓的轮廓。

Description

在喷嘴环和涡轮机壳体之间具有密封表面的涡轮增压器
技术领域
本发明涉及一种涡轮增压器。
背景技术
从DE 10 2013 002 605 A1已知涡轮增压器的基本构造。涡轮增压器包括第一介质在其中膨胀的涡轮机。此外，涡轮增压器包括第二介质在其中被压缩的压缩机，即利用在第一介质的膨胀期间在涡轮机中提取的能量。涡轮增压器的涡轮机包括涡轮机壳体和涡轮机转子。涡轮增压器的压缩机包括压缩机壳体和压缩机转子。轴承壳体定位在涡轮机的涡轮机壳体和压缩机的压缩机壳体之间，其中轴承壳体在一侧上连接到涡轮机壳体，并且在另一侧上连接到压缩机壳体。轴安装在轴承壳体中，涡轮机转子经由所述轴联接到压缩机转子。
从实践已知，涡轮机的涡轮机壳体（即所谓的涡轮机流入壳体）和轴承壳体经由被优选地设计为夹持爪的紧固设备彼此连接。被优选地设计为夹持爪的此紧固设备经由紧固装置通过其第一区段安装到涡轮机壳体的凸缘，并且通过第二区段至少部分地覆盖轴承壳体的凸缘。通过此紧固设备，轴承壳体和涡轮机壳体的组合被支承，特别是在夹持喷嘴环的凸缘时（并且如果需要，涡轮机壳体的凸缘和轴承壳体的凸缘之间的热屏障的凸缘）。
涡轮机壳体填充有待膨胀的第一介质，特别是待膨胀的排气。涡轮机壳体的涡轮机流入壳体沿涡轮机转子的方向引导所述排气。在涡轮机流入壳体中，相对于周围环境存在正压力，其在涡轮机中被移除时在第一介质膨胀期间经受提取能量。在涡轮机壳体或涡轮机流入壳体和轴承壳体的连接区域中，可能发生泄漏，使得待在涡轮机中膨胀的第一介质可以经由涡轮机壳体和轴承壳体之间的连接区域进入周围环境。这是不利的。
为了抵消待在涡轮机中膨胀的第一介质的此泄漏，实践中增加涡轮机壳体或涡轮机流入壳体和轴承壳体之间的支承，特别是经由紧固装置的较高拧紧转矩，被优选地设计为夹持爪的紧固设备经由紧固装置安装到涡轮机壳体。这还增加了紧固设备和轴承壳体之间的夹持力。由于轴承壳体和涡轮机壳体或涡轮机流入壳体的不同的热膨胀，轴承壳体和紧固设备之间的接触点暴露至高的相对移动。
发明内容
由此出发，本发明的目的是基于产生一种具有经改进的凸缘连接的新型涡轮增压器。
此目的通过根据权利要求1的涡轮增压器来解决。
根据本发明，涡轮机壳体和喷嘴环的凸缘的彼此抵靠地放置的轴向密封表面之间的轴向密封区域形成在涡轮机壳体的凸缘和喷嘴环的凸缘之间，喷嘴环的凸缘夹持在涡轮机壳体的凸缘和轴承壳体的凸缘之间，其中这些轴向密封表面中的至少一者具有不同于平坦轮廓的轮廓。
由此，涡轮机壳体或涡轮机流入壳体和轴承壳体的连接点的特别有利的密封是可能的。待在涡轮机中膨胀的介质经由涡轮机壳体和轴承壳体之间的连接区域进入周围环境的风险被降低。
根据本发明的有利的第一进一步扩展，两个轴向密封表面具有不同于平坦轮廓的轮廓。优选地，突出部于是形成在喷嘴环的凸缘的轴向密封表面上，其接合在涡轮机壳体的凸缘的轴向密封表面中的凹部中。可替代地，突出部还可以形成在涡轮机壳体的凸缘的轴向密封表面上，其接合在喷嘴环的凸缘的轴向密封表面中的凹部中。突出部和凹部形成迷宫式密封。在轴承壳体和涡轮机壳体或涡轮机流入壳体和喷嘴环的不同的热膨胀期间，突出部按压到凹部中，并且加强所形成的迷宫式密封的密封效果。待在涡轮机中膨胀的介质经由涡轮机壳体和轴承壳体之间的连接区域进入周围环境的风险被降低。
根据本发明的第二替代性进一步扩展，两个轴向密封表面中的仅一者具有不同于平坦轮廓的轮廓，而两个轴向密封表面中的另一者具有平坦轮廓。优选地，涡轮机壳体的凸缘的轴向密封表面沿喷嘴环的凸缘的平坦地形成轮廓的轴向密封表面的方向向外凸出地弯曲。可替代地，喷嘴环的凸缘的轴向密封表面还可以沿涡轮机壳体的凸缘的平坦地形成轮廓的密封表面的方向向外凸出地弯曲。在轴承壳体和涡轮机壳体或涡轮机流入壳体和喷嘴环的不同的热膨胀期间，特别是在喷嘴环的热变形期间，可以在涡轮机壳体和轴承壳体之间的连接区域中确保良好的密封效果。待在涡轮机中膨胀的介质经由涡轮机壳体和轴承壳体之间的连接区域进入周围环境的风险被降低。
附图说明
由从属权利要求和以下描述获得本发明的优选的进一步扩展。本发明的示例性实施例通过附图更详细地解释而不限于此。
其示出：
图1是在涡轮机壳体到轴承壳体的连接区域中通过根据本发明的第一涡轮增压器的节选的横截面；
图2是在涡轮机壳体到轴承壳体的连接区域中通过根据本发明的第二涡轮增压器的节选的横截面。
具体实施方式
本发明涉及一种涡轮增压器。
涡轮增压器包括用于使第一介质膨胀、特别是用于使内燃发动机的排气膨胀的涡轮机。此外，涡轮增压器包括用于压缩第二介质、特别是增压空气的压缩机，即利用在第一介质的膨胀期间在涡轮机中提取的能量。此处，涡轮机包括涡轮机壳体和涡轮机转子。压缩机包括压缩机壳体和压缩机转子。压缩机转子经由安装在轴承壳体中的轴联接到涡轮机转子，其中轴承壳体定位在涡轮机壳体和压缩机壳体之间，并且连接到涡轮机壳体和压缩机壳体两者。此处涉及的领域的技术人员熟悉涡轮增压器的此基本构造。本发明现在涉及涡轮增压器的此类细节，其涉及涡轮增压器的涡轮机（优选地设计为径向涡轮机）的涡轮机壳体和轴承壳体的连接。在下文中，参考图1和图2，描述涡轮增压器的不同的示例性实施例，其中图1和图2各自示出在涡轮机壳体到轴承壳体的连接区域中来自涡轮增压器的相关节选。
图1示出涡轮增压器的第一示例性实施例，其中在图1中，示出排气涡轮增压器的涡轮机壳体（即涡轮机壳体的涡轮机流入壳体1）和轴承壳体2之间的连接点。此外，图1还示出喷嘴环3和热屏障4。涡轮机流入壳体1经由紧固设备5连接到轴承壳体2，使得紧固设备5通过第一区段7（即经由多个紧固装置8）安装到涡轮机流入壳体1的凸缘6，并且紧固设备5通过第二区段9至少部分地覆盖轴承壳体2的凸缘10。紧固设备5还称为夹持爪，并且使涡轮机流入壳体1和轴承壳体2彼此支承。可以在周向方向上看到紧固设备5是分段的。
在图1和图2中所示的示例性实施例中，每一紧固装置8包括拧到涡轮机流入壳体1的凸缘6中的带螺纹的螺钉8a和作用在带螺纹的螺钉8a的另一端上的螺母8b，其中通过拧紧螺母8b，所限定的预载力可以经由紧固设备5施加在涡轮机流入壳体1和轴承壳体10上。在此过程中，喷嘴环3的凸缘11和热屏障4的凸缘12夹持在涡轮机流入壳体1的凸缘6和轴承壳体2的凸缘10之间。
在图1的涡轮增压器中，为了密封涡轮机流入壳体1和轴承壳体2之间的连接区域，设置成在涡轮机流入壳体1的凸缘6和喷嘴环3的凸缘11之间，轴向密封区域13形成在涡轮机壳体1和喷嘴环的凸缘6、11的彼此抵靠地放置的轴向密封表面14、15之间。这些轴向密封表面14、15中的至少一者（即，喷嘴环3的凸缘11的轴向密封表面14和/或涡轮机流入壳体1的凸缘6的轴向密封表面15）具有不同于平坦轮廓的轮廓。由此，可以在涡轮机流入壳体1、轴承壳体2和喷嘴环3的不同的热膨胀期间、即在涡轮机流入壳体1和喷嘴环3之间的轴向密封区域13的区域中提供涡轮机流入壳体1和轴承壳体2之间的连接区域的特别有利的密封。
在图1的示例性实施例中，两个轴向密封表面14、15中的一者具有不同于平坦轮廓的轮廓，而两个轴向密封表面15或14中的另一者具有平坦轮廓。优选地，具有不同于平坦轮廓的轮廓的密封表面14、15沿平坦地形成轮廓的另一轴向密封表面的方向向外凸出地弯曲。
在图1的示例性实施例中，涡轮机流入壳体1的凸缘6上的密封表面15沿喷嘴环3的凸缘11的平坦地形成轮廓的轴向密封表面14的方向向外凸出地弯曲，即具有曲率半径R。虽然不是优选的，但是还可以可替代地在喷嘴环3的凸缘11的密封表面14上提供此曲率半径，密封表面14于是沿涡轮机流入壳体1的凸缘6的平坦地形成轮廓的轴向密封表面的方向向外凸出地弯曲。
图1的示例性实施例基于以下认识：在操作期间，喷嘴环3热变形，并且因此不再能够维持喷嘴环3和涡轮机流入壳体1之间的密封所需的表面压力。特别是轴承壳体1的凸缘6的密封表面15的凸出曲率特别地利用喷嘴环的热变形，即使得在涡轮机流入壳体1的凸缘6的该凸出地弯曲的密封表面15上，喷嘴环3的凸缘11的密封表面14可以自己滚动，由此，于是可以确保涡轮机壳体1和喷嘴环3的凸缘6、11的面向彼此的密封表面14、15之间的连续线性接触，使得不存在排气经由此连接区域进入周围环境的风险。
图2示出本发明的第二示例性实施例，其中图2的涡轮增压器不同于图1的涡轮增压器之处特别在于，在图2中所示的涡轮增压器中，仅喷嘴环3的凸缘11（而不像在图1中，具有其凸缘12的热屏障4）夹持在轴承壳体2的凸缘10和涡轮机流入壳体1的凸缘6之间。
图2的示例性实施例和图1的示例性实施例之间的进一步区别在于，在图2的示例性实施例中，涡轮机流入壳体1和喷嘴环3的凸缘6、11的两个轴向密封表面14、15都具有不同于平坦轮廓的轮廓。
因此，在图2的示例性实施例中，设置成突出部16形成在喷嘴环3的凸缘11的轴向密封表面14上，所述突出部16接合在涡轮机流入壳体1的凸缘6的轴向密封表面15中的对应凹部17中。突出部16的横截面凸耳状地形成轮廓，并且是周向的。通过突出部16在周向凹部17中的相互接合，形成一种迷宫式密封。在涡轮机流入壳体1、喷嘴环3和轴承壳体2的不同的热膨胀期间，突出部16被按压到沟槽17中，并且加强轴向密封区域13中的密封效果。
虽然不是优选的，但是还可以在涡轮机流入壳体1的凸缘6的密封表面15的区域中在喷嘴环3的凸缘11的密封表面14上提供在图2中提供的突出部16，其中在此情况下，相应形成轮廓的凹部于是形成在喷嘴环3的凸缘11的密封表面14上。
在图2的示例性实施例中，另外的密封元件18布置在轴承壳体2的凸缘10和涡轮机流入壳体1的凸缘6之间，以便进一步密封涡轮机流入壳体1和轴承壳体2之间的连接区域。这优选是金属密封元件18，例如金属O形环或金属C形环。此外，密封元件18还可以由石墨构成。
定位在涡轮机流入壳体1和轴承壳体2的凸缘6、10之间并且沿轴向方向和径向方向两者密封的图2的密封元件18还可以与图1的涡轮增压器一起使用。
图1和图2的两个示例性实施例的共同之处在于，轴向密封区域13形成在涡轮机流入壳体1的凸缘6和喷嘴环3的凸缘11之间，其中涡轮机流入壳体1和喷嘴环的凸缘6、11的轴向密封表面14、15彼此抵靠地放置。特别地，金属表面接触存在于这些轴向密封表面14、15之间。涡轮机流入壳体1和喷嘴环3的凸缘6、11的这些轴向密封表面14、15中的至少一者具有不同于平坦轮廓的轮廓。特别优选的是图2的版本，其中两个轴向密封表面14、15具有不同于平坦轮廓的轮廓，即使得形成在喷嘴环3的凸缘11的轴向密封表面14上的周向突出部接合在相应形成轮廓的凹部17中，凹部17被引入到涡轮机流入壳体1的凸缘6的密封表面15中。
附图标记列表
1 涡轮机流入壳体
2 轴承壳体
3 喷嘴环
4 热屏障
5 紧固设备
6 凸缘
7 区段
8 紧固装置
8a 螺钉
8b 螺母
9 区段
10 凸缘
11 凸缘
12 凸缘
13 密封区域
14 密封表面
15 密封表面
16 突出部
17 凹部
18 密封元件

Claims (10)

1.一种涡轮增压器，
具有用于使第一介质膨胀的涡轮机，
具有用于利用在所述第一介质的膨胀期间在所述涡轮机中提取的能量来压缩第二介质的压缩机，
其中，所述涡轮机包括涡轮机壳体(1)和涡轮机转子，
其中，所述压缩机包括压缩机壳体和压缩机转子，所述压缩机转子经由轴联接到所述涡轮机转子，
其中，所述涡轮机壳体(1)和所述压缩机壳体各自连接到布置在所述涡轮机壳体(1)和所述压缩机壳体之间的轴承壳体(2)，所述轴安装在所述轴承壳体(2)中，
其中，所述涡轮机壳体(1)和所述轴承壳体(2)经由紧固设备(5)连接成使得所述紧固设备通过第一区段(7)安装到所述涡轮机壳体(1)的凸缘(6)，并且通过第二区段(9)至少部分地覆盖所述轴承壳体(2)的凸缘(10)，
其中，喷嘴环(3)的至少一个凸缘(11)夹持在所述涡轮机壳体(1)的所述凸缘(6)和所述轴承壳体(2)的所述凸缘(10)之间，
其特征在于：
在所述涡轮机壳体(1)的所述凸缘(6)和所述喷嘴环(3)的所述凸缘(11)之间，轴向密封区域(13)形成在这些凸缘(6、11)的彼此抵靠地放置的轴向密封表面(14、15)之间，其中，这些轴向密封表面(14、15)中的至少一者具有不同于平坦轮廓的轮廓。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于：两个轴向密封表面(14、15)都具有不同于平坦轮廓的轮廓。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器，其特征在于：突出部(16)形成在所述喷嘴环(3)的所述凸缘(11)的所述轴向密封表面(14)上，所述突出部(16)接合在所述涡轮机壳体(1)的所述凸缘(6)的所述轴向密封表面(15)中的凹部(17)中。
4.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器，其特征在于：突出部形成在所述涡轮机壳体(1)的所述凸缘(6)的所述轴向密封表面上，所述突出部接合在所述喷嘴环(3)的所述凸缘(11)的所述轴向密封中的凹部中。
5.根据权利要求3或4所述的涡轮增压器，其特征在于：所述突出部(16)和所述凹部(17)形成迷宫式密封。
6.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于：所述两个轴向密封表面(14、15)中的仅一者具有不同于平坦轮廓的轮廓，而所述两个轴向密封表面(15、14)中的另一者具有平坦轮廓。
7.根据权利要求6所述的涡轮增压器，其特征在于：所述涡轮机壳体(1)的所述凸缘(6)的所述轴向密封表面(15)沿所述喷嘴环(3)的所述凸缘(11)的平坦地形成轮廓的所述轴向密封表面(14)的方向向外凸出地弯曲。
8.根据权利要求6所述的涡轮增压器，其特征在于：所述喷嘴环(3)的所述凸缘(11)的所述轴向密封表面(14)沿所述涡轮机壳体(1)的所述凸缘(6)的平坦地形成轮廓的所述轴向密封表面(15)的方向向外凸出地弯曲。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的涡轮增压器，其特征在于：所述涡轮机壳体(1)的所述凸缘(6)和所述喷嘴环(3)的所述凸缘(11)的彼此抵靠地放置的所述轴向密封表面(14、15)处于金属表面接触中。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的涡轮增压器，其特征在于：所述涡轮机是径向涡轮机。
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