CN111502781A - 涡轮增压器 - Google Patents

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H.邓克尔
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P.霍利克
R.特普利
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Abstract

本发明涉及一种涡轮增压器，其具有涡轮用于使第一介质膨胀，其中，涡轮包括涡轮壳体和涡轮转子；具有压缩机用于利用在第一介质的膨胀期间在涡轮中提取的能量压缩第二介质，其中，压缩机包括压缩机壳体和压缩机转子，其经由轴联接至涡轮转子；具有布置在涡轮壳体与压缩机壳体之间的轴承壳体，轴经由面向涡轮的轴承安装在轴承壳体中；具有端盘，其在面向涡轮的轴承的轴承环或轴承衬套的面向涡轮的一侧上邻接轴承环或轴承衬套。在与面向涡轮的轴承的轴承环或轴承衬套面对的轴向表面上，涡漩腔被引入端盘中，其在轴承环或轴承衬套的方向上敞开，涡漩腔收集和排出从轴承的润滑间隙的油泄漏。

Description

涡轮增压器
技术领域
本发明涉及涡轮增压器。
背景技术
涡轮增压器的基本构造对于本领域技术人员是已知的。涡轮增压器包括涡轮，第一介质在该涡轮中膨胀。此外，涡轮增压器包括压缩机，第二介质在压缩机中被压缩，即利用在第一介质的膨胀期间在涡轮中提取的能量。涡轮增压器的涡轮包括涡轮壳体和涡轮转子。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的涡轮壳体与压缩机的压缩机壳体之间，其中，轴承壳体一方面连接至涡轮壳体而另一方面连接至压缩机壳体。在轴承壳体中安装有轴，涡轮转子经由该轴联接至压缩机转子。
从DE 10 2010 038 527 A1已知一种涡轮增压器，其具有压缩机、涡轮和轴承壳体。在轴承壳体中，安装有轴(涡轮转子经由该轴联接至压缩机转子)，即通过多个滑动轴承。用于将轴安装在轴承壳体中的一滑动轴承面向涡轮。用于将轴安装在轴承壳体中的另一滑动轴承面向压缩机。面向涡轮的轴承之后是端盘，其尤其当滑动轴承包括浮动轴承环或浮动轴承衬套时限制轴承环或轴承衬套在涡轮的方向上的轴向移位，并且其尤其当轴承衬套或轴承环被固定时用于保持轴承衬套或轴承环。
关于涡轮增压器的操作安全性的一重要要求在于轴的安装的油密性，尤其朝向涡轮的涡轮叶轮(turbine wheel)。特别是在热涡轮侧上，存在从轴承壳体的油泄漏可点燃的风险。因此，用于将轴安装在轴承壳体中的轴密封件是用于涡轮增压器的操作安全性的重要部件。
因此需要一种涡轮增压器，利用该涡轮增压器，使用简单手段可安全地且可靠地提供用于将轴安装在轴承壳体中尤其邻接涡轮的油密性。从这一点出发，本发明基于提供一种新型涡轮增压器的目的。
发明内容
该目的通过一种根据权利要求1的涡轮增压器来实现。根据本发明，在轴承环或轴承衬套的方向上敞开的涡漩腔在与面向涡轮的轴承的轴承环或轴承衬套面对的轴向表面上被引入端盘中，涡漩腔收集和排出从轴承的润滑间隙泄漏的油。根据本发明提出，端盘(其邻接涡轮跟随面向涡轮、轴的轴承的轴承环或轴承衬套)包括涡漩腔，其在轴承环或轴承衬套的方向上敞开。从轴承的润滑间隙泄漏的油可进入在轴承环或轴承衬套的方向上敞开的涡漩腔并且在那里收集和安定。涡漩腔排出所收集和安定的油，即在轴承壳体的区域中在排油部(oil drain)的方向上。通过此，可确保用于将轴安装在轴承壳体中尤其邻接涡轮的油密性。因此可利用简单手段来提高涡轮增压器的操作安全性。
根据本发明的进一步发展，在轴承环方向上敞开的端盘的涡漩腔在背对轴承环或轴承衬套的一侧上由封闭的轴向壁而在径向外侧上由封闭的径向壁界定。在轴承环或轴承衬套的方向上敞开的端盘的涡漩腔在面向轴的径向内侧上由腹板(web)界定，其从轴向壁(其在背对轴承环或轴承衬套的那侧上界定敞开的涡漩腔)出发在面向轴承环或轴承衬套的轴向表面的轴向上延伸且在该轴向表面前面间隔开地终止。在轴承环或轴承衬套的方向上敞开的端盘的涡漩腔的这样的成轮廓(contouring)是特别优选的，以便安全地收集和安定从轴承的润滑间隙泄漏的油。
优选地，敞开的涡漩腔成轮廓成使得面向涡漩腔的轴承环或轴承衬套的倒角(chamfer)的延伸部与封闭的轴向壁相交。这些细节还用于从轴承的润滑间隙泄漏的油的安全收集和安定。
腹板(其在径向内侧界定涡漩腔)限定了相对于轴的密封间隙，其轴向长度优选地为端盘的轴向厚度的0.1倍与0.7倍之间并且/或者其径向宽度优选地为轴承环或轴承衬套与轴之间的径向轴承间隙的2倍与20倍之间。端盘的、即径向地在内侧部分地界定涡漩腔的腹板的这些细节是有利的，以便安全地收集离开润滑间隙的油。
附图说明
本发明的优选的进一步发展从从属权利要求和接下来的说明中获得。本发明的示例性实施例通过附图更详细地来解释，而不限于此。
其中：
图1示出穿过涡轮增压器的横截面，
图2示出根据本发明的涡轮增压器的细节，
图3示出图2的细节，以及
图4示出根据本发明的涡轮增压器的进一步细节。
附图标记清单
1 涡轮增压器
2 涡轮
3 压缩机
4 涡轮壳体
5 涡轮转子
6 压缩机壳体
7 压缩机转子
8 轴
9 轴承壳体
10 消音器
11 流入壳体
12 流出壳体
13 插入件
14 移动叶片
15 喷嘴环
16 密封盖
17 附连装置
18 轴承
19 轴承环/轴承衬套
20 润滑间隙
21 孔
22 端盘
23 轴向表面
24 涡漩腔
25 倒角
26 排油口
27 轴向壁
28 径向壁
29 腹板
30 径向间隙。
具体实施方式
图1示出了涡轮增压器1的基本构造。涡轮增压器1包括涡轮2，用于使第一介质膨胀，尤其用于使内燃机的废气膨胀。此外，涡轮增压器1包括压缩机3，用于压缩第二介质、尤其充量空气，即利用在第一介质的膨胀期间在涡轮2中提取的能量。
涡轮2包括涡轮壳体4和涡轮转子5。压缩机3包括压缩机壳体6和压缩机转子7。压缩机转子7经由安装在轴承壳体9中的轴8联接至涡轮转子5，其中，轴承壳体9位于涡轮壳体4与压缩机壳体5之间并且连接至涡轮壳体4和压缩机壳体5两者。
涡轮2的涡轮壳体4包括流入壳体11和流出壳体12。通过流入壳体11，在涡轮的区域中待膨胀的第一介质可被供给至涡轮转子5。通过流出壳体12，在涡轮转子5的区域中膨胀的第一介质流动离开涡轮2。
除了流入壳体11和流出壳体12，涡轮壳体4包括插入件13，其中，插入件13尤其在流入壳体11的区域中行进，即邻近涡轮转子5在径向外侧邻接涡轮转子5的移动叶片14。
此外，涡轮壳体4包括喷嘴环15。喷嘴环15也被称为涡轮导引设备。
此外，图1示出了在流入壳体11和轴承壳体9的连接区域中的密封盖16。密封盖16也被称为轴承壳体盖或热屏蔽部。
涡轮2的流入壳体11经由附连装置17连接至轴承壳体9，附连装置优选地形成为夹爪。密封盖15的径向外部被夹在涡轮的流入壳体11和轴承壳体9之间的该连接区域中。在该连接区域中，喷嘴环也优选地以一部分被夹持。
如已解释的那样，涡轮转子5和压缩机转子7经由安装在轴承壳体9中的轴8相联接。轴承、即面向涡轮2的轴承和面向压缩机3的轴承用于将轴8安装在轴承壳体9中，以便经由这些轴承在至少两个轴向位置中将轴8沿着其轴向延伸部安装。图2示出了在轴承18的区域中从涡轮增压器的截取，其用于在面向涡轮2或涡轮2的涡轮叶轮5的轴8或轴承壳体9的一侧上将轴8安装在轴承壳体9中。
面向涡轮或涡轮叶轮5的该轴承18是径向滑动轴承，其包括轴承环或轴承衬套19。在轴承环或轴承衬套19与轴8之间形成有润滑间隙20，其可经由轴承壳体9中的孔21被供应以油。
在面向涡轮2或涡轮叶轮5的那侧上，轴承18的轴承环或轴承衬套19之后是端盘22。尤其当轴承18的轴承环19或轴承衬套浮动地接收在轴承壳体19中时，端盘22限制了轴承环或轴承衬套19的轴向可移动性。在固定的轴承环或固定的轴承衬套19的情况中，端盘22在轴向上保持轴承环或轴承衬套19。
在运行期间，油可从在轴承环19或轴承衬套与轴8之间的润滑间隙20泄漏，即还在涡轮叶轮5的方向上。为了确保尤其邻接涡轮2将轴8安装在轴承壳体9中的油密性，根据本发明在端盘22(其一件式地或一体地来实施)中形成有在轴承环或轴承衬套19的方向上敞开的涡漩腔24。从在面向涡漩腔的轴承环或轴承衬套19的倒角25的区域中的润滑间隙20泄漏的油可被收集在该涡漩腔24中并且在涡漩腔24中安定。
涡漩腔24在周向上环绕并且在周向位置中包括排油口26，经由排油口26，经由其，在涡漩腔24中收集和安定的油然后可经由轴承壳体9的排油部被排出。该排油口26具有在周向上在5°与90°之间的打开角β。
如已解释的那样，涡漩腔24在轴承18的轴承环或轴承衬套19的方向上敞开。在轴承环或轴承衬套19的方向上敞开的该涡漩腔在背对轴承环或轴承衬套19的一侧上由封闭的轴向壁27而在径向外侧由封闭的径向壁28来限制。从轴向壁27出发(其在背对轴承18的轴承环或轴承衬套19的那侧上限制涡漩腔24)，腹板29在轴承环或轴承衬套19的方向上延伸，其在径向内侧邻接轴8部分地限制涡漩腔24并且其在面向轴承环或轴承衬套19的端盘22的轴向表面23前面间隔开地终止。因此，腹板29具有小于端盘22的轴向厚度或宽度的轴向长度。
腹板29(其朝向轴8限定密封间隙30)具有为端盘22的轴向厚度或轴向宽度的0.1倍与0.7倍之间的轴向长度。
在端盘22的腹板29与轴8之间的密封间隙30的径向宽度为在轴承18的轴承环19与轴8之间的径向轴承游隙的2倍与20倍之间。
为了在涡漩腔24(其形成成在轴承环或轴承衬套19的方向上敞开)的区域中最佳地收集从轴承18的润滑间隙20的油泄漏，涡漩腔24尤其以这样的方式成轮廓，使得轴承环或轴承衬套19的在涡漩腔24的方向上发散的倒角25的延伸部与封闭的轴向壁27(其在背对轴承环或轴承衬套19的那侧上限制涡漩腔24)相交。在图3中，倒角25的该延伸部在图中以虚线示出。在那里，倒角25的延伸部尤其在向封闭的径向壁28(其在径向外侧限制涡漩腔24)的过渡区域与封闭的轴向壁27相交。
因此根据本发明提出，在轴承18的轴承环或轴承衬套19的方向上敞开的涡漩腔24被引入端盘22(其布置在涡轮叶轮5与轴承18之间)中，轴承18在面向涡轮2的在轴承壳体9中的那侧上安装轴8。从在轴承18的轴承环或轴承衬套19与轴8之间的润滑间隙20泄漏的油进入涡漩腔24的区域，在那里被收集和安定并且经由在周向上环绕的涡漩腔24被向端盘22的排油口26的方向上导引。因此，所收集的油能够以限定的方式被排出。
涡漩腔24在径向内侧由腹板29、在径向外侧由径向壁28并且在背对轴承环或轴承衬套19的那侧上由轴向壁27来限制。优选地，轴承环或轴承衬套19的倒角25的延伸部与该轴向壁27相交。邻接轴承环或轴承衬套19，涡漩腔24敞开。
在面向压缩机3的那侧上安装轴8的轴承的区域中，可类似地布置有如上面所描述的端盘。

Claims (10)

1.一种涡轮增压器(1)，其：
具有涡轮(2)用于使第一介质膨胀，其中，所述涡轮(2)包括涡轮壳体(4)和涡轮转子(5)，
具有压缩机(3)用于利用在使所述第一介质膨胀期间在所述涡轮(2)中提取的能量压缩第二介质，其中，所述压缩机(3)包括压缩机壳体(6)和压缩机转子(7)，其经由轴(8)联接至所述涡轮转子(5)，
具有布置在所述涡轮壳体(4)与所述压缩机壳体(6)之间的轴承壳体(9)，所述轴(8)通过面向所述涡轮(2)的轴承(18)安装在所述轴承壳体中，
具有端盘(22)，其在面向所述涡轮(2)的所述轴承(18)的轴承环或轴承衬套(19)的面向所述涡轮(2)的一侧上邻接所述轴承环或所述轴承衬套(19)，其特征在于
在与面向所述涡轮(2)的所述轴承(18)的轴承环或轴承衬套(19)面对的轴向表面(23)上，涡漩腔(24)被引入所述端盘(22)中，所述涡漩腔在所述轴承环或轴承衬套(19)的方向上敞开，所述涡漩腔收集和排出从所述轴承(18)的润滑间隙(20)的油泄漏。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，所述端盘(22)一件式地来形成。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器，其特征在于，所述涡漩腔(24)在周向上环绕并且在周向位置中包括排油口(26)。
4.根据权利要求3所述的涡轮增压器，其特征在于，所述排油口(26)具有在周向上在5°与90°之间的打开角。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的涡轮增压器，其特征在于，在所述轴承环或所述轴承衬套(19)的方向上敞开的所述端盘(22)的涡漩腔(24)在背对所述轴承环或所述轴承衬套(19)的一侧上由封闭的轴向壁(27)而在径向外侧上由封闭的径向壁(28)限制。
6.根据权利要求5所述的涡轮增压器，其特征在于，敞开的所述涡漩腔(24)成轮廓成使得面向所述涡漩腔(24)的所述轴承环或所述轴承衬套(19)的倒角(25)的延伸部与封闭的所述轴向壁(27)相交。
7.根据权利要求6所述的涡轮增压器，其特征在于，面向所述涡漩腔(24)的所述轴承环(19)或所述轴承衬套(19)的倒角(25)的延伸部在至封闭的所述径向壁(28)的过渡区域中与封闭的所述轴向壁(27)相交。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的涡轮增压器，其特征在于，在所述轴承环或所述轴承衬套(19)的方向上敞开的所述端盘(22)的涡漩腔(24)在面向所述轴(8)的径向内侧上由腹板(29)限制。
9.根据权利要求8和9所述的涡轮增压器，其特征在于，所述腹板(29)从在背对所述轴承环或所述轴承衬套(19)的侧面上限制敞开的所述涡漩腔(24)的所述轴向壁(27)出发在面向所述轴承环或所述轴承衬套(19)的所述轴向表面(23)的方向上延伸并且在所述轴向表面(23)前面间隔开地终止。
10.根据权利要求8或9所述的涡轮增压器，其特征在于，所述腹板(29)限定相对于所述轴(8)的密封间隙(30)，其轴向长度为所述端盘(22)的轴向厚度的0.1倍与0.7倍之间并且/或者其径向宽度为在所述轴承环(19)或所述轴承衬套与所述轴(8)之间的径向轴承游隙的2倍与20倍之间。
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