CN111886400B - 具有可倾翻的壳体件的涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有可绕着旋转轴线(A)旋转地支承的叶轮(1)的涡轮机，所述叶轮在前侧限定流入区域(2)和流出区域(3)并且在后侧与壳体件(4)共同作用以形成轴向间隙(5)。根据本发明，所述壳体件(4)形成用于所述叶轮(1)的轴向轴承。为了补偿所述叶轮(1)的倾斜位态，所述壳体件相对于另一壳体件(6)可倾翻运动地支承。

Description

具有可倾翻的壳体件的涡轮机
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1前序部分的特征的涡轮机。涡轮机例如可以使用在用于内燃机的废热利用的废热回收系统中。
背景技术
由公开文献DE 10 2014 226 951 A1例如已知一种用于内燃机的废热回收系统的涡轮机，该涡轮机包括壳体和布置在驱动轴上的叶轮。涡轮机具有流入区域和流出区域并且在运行中被工作介质流过。工作介质沿着构造在叶轮上的前侧流到流入区域中，并且随后从流出区域流出，其中，在所述前侧上在流入区域和流出区域之间存在压力降。同时，轴向力作用到叶轮上，该轴向力导致轴向轴承的高负荷。为了减小轴向力，因此提出，在叶轮的与所述前侧相对置的后侧上布置有压力分配器。该压力分配器导致在作用到背侧上的压力的压力走势中的突变，或者相对于流入区域的压力水平降低了至少作用到背侧的一部分上的压力。以这种方式可以调整作用到叶轮上的合成的液压力。在此，压力分配器可以实施为节流器、蒸汽润滑的密封件、迷宫式密封件或介质密封的密封件。
在实施为节流器的压力分配器中，叶轮与涡轮机的壳体共同作用以形成间隙、尤其形成轴向间隙。由于制造和/或装配公差，一方面可能出现轴向间隙的扩大和与此伴随的、降低涡轮机效率的泄漏。另一方面，制造和/或装配公差可能导致轴向间隙减小或甚至导致叶轮与壳体件接触，使得轴向轴承经受大的磨损。
发明内容
本发明所基于的任务是，给出一种涡轮机，在该涡轮机中不出现或至少明显减少上述缺点。尤其应实现一种具有高效率且受磨损较小的涡轮机。
为了解决该任务，给出具有权利要求1特征的涡轮机。本发明的有利扩展方案可以由从属权利要求得出。
提出一种涡轮机，该涡轮机具有可绕着旋转轴线旋转地支承的叶轮，该叶轮在前侧限定流入区域和流出区域并且在后侧与壳体件共同作用以形成轴向间隙。根据本发明，壳体件形成用于叶轮的轴向轴承。为了补偿叶轮的倾斜位态，壳体件相对于另一壳体件可倾翻运动地支承。
形成轴向轴承的壳体件的可倾翻运动地支承能够补偿可能的制造和/或装配公差。因此，在轴向轴承的区域中形成恒定的轴向间隙，该轴向间隙导致轴向轴承的均匀负载。从而提高轴向轴承的可负载性或者说承载性。同时降低了磨损，因为恒定的轴向间隙防止叶轮与壳体件接触。
叶轮和可倾翻运动地支承的壳体件之间的轴向间隙同时可以形成根据开头所引用的现有技术的压力分配器。以这种方式可以减小作用到叶轮上的轴向力。因为轴向间隙在周边上具有恒定的宽度，可以使轴向间隙最小化，用于减少泄漏。由此提高涡轮机的效率。
根据本发明的一个优选实施方式，可倾翻运动地支承的壳体件和另一壳体件共同作用以形成铰链。因此，形成轴向轴承的第一壳体件的可倾翻运动地支承通过另一壳体件引起。以这种方式可以简单地保持涡轮机的结构。尤其可以省去附加的轴承构件。
铰链优选包括至少一个球形和/或锥形成型的铰接面，该铰接面关于叶轮的旋转轴线同心地布置。即旋转轴线同心地穿过对应的铰接面延伸。因此，通过铰链可以补偿叶轮的任意倾斜位置。
优选地，球形成型的第一铰接面构造在突出的轴头上。在此，所述轴头可以布置在可倾翻运动地支承的第一壳体件上或布置在另一壳体件上。在这种情况下，对应的另一壳体件具有球形或锥形成型的第二铰接面，该第二铰接面构造在端侧的槽口中，使得轴头能够被接收在该槽口中。锥形成型的第二铰接面具有以下优点：该第二铰接面仅在环形的接触区域中接触所述球形成型的第一铰接面。因此，通过作用到可倾翻运动地支承的第一壳体件上的轴向力可以同时获得密封力。这例如可以经证明为有利的，当流体通道居中地引导穿过铰链时，该铰链用于将流体通道向外密封。
优选地，可倾翻运动地支承的壳体件基本上盘形地实施和/或实施为旋转对称体。盘形形状减小了可倾翻运动地支承的壳体件的质量并且从而便于壳体件的倾翻运动。此外，降低了径向碰撞和从而壳体件在倾翻运动的情况下卡住的危险。作为旋转对称体的构造方式保证均匀的负载分布。此外，在装配涡轮机时，可以忽略倾翻运动地支承的壳体件关于另一壳体件的角度位置。
此外提出，可倾翻运动地支承的壳体件相对于另一壳体件被保险以防绕着所述旋转轴线旋转。即可倾翻运动地支承的壳体件与另一壳体件直接或间接地通过至少一个用于产生防旋转结构的元件抗扭地连接。因为两个壳体件相对彼此的旋转将导致接触区域中的增加的磨损，使得本发明的优点将被抵消。
优选地，可倾翻运动地支承的壳体件和另一壳体件共同限界径向间隙。在此，至少一个壳体件具有环绕的密封几何形状和/或环绕的可弹性变形的密封元件，用于密封径向间隙。密封几何形状或者密封元件必须这样地构型，使得不损害第一壳体件相对于另一壳体件的可倾翻运动性。如果使用可弹性变形的密封元件用于密封径向间隙，则由此可以同时实现作用到可倾翻运动地支承的壳体件上的复位力。
有利地，密封几何形状或者密封元件布置在相对于可倾翻运动地支承的壳体件的外径明显减小的直径上。该直径可以是可倾翻运动地支承的壳体件的外径或是另一壳体件的内径。即密封几何形状或者密封元件不但可以布置在可倾翻运动地支承的壳体件上而且可以布置在另一壳体件上。通过密封几何结构或者密封元件的直径可以调整作用到可倾翻运动地支承的壳体件上的压力关系。尤其，作用到可倾翻运动地支承的壳体件上的轴向力可以抵抗小于轴向力的反作用力。由此保证，轴向力将可倾翻运动地支承的壳体件保持与另一壳体件贴靠。同时，通过反作用力可以减小轴向力，以便减小负载。
可倾翻运动地支承的壳体件优选被中央布置的流体通道穿过。通过该流体通道，在可倾翻运动地支承的壳体件和叶轮之间形成的轴向间隙可以被加载以流体、例如气体。在这种情况下，该轴向轴承可以实施为外部被压力加载的气体轴承。流体通道优选延伸到另一壳体件中，以便确保流体通道的流体供给。即流体通道优选延伸超过用于可倾翻运动地支承第一壳体件的铰链。在该构型中有利的是，两个壳体件例如通过环形的密封接触密封地共同作用，如之前已经提及的那样。
此外提出，可倾翻运动地支承的壳体件具有至少一个泄漏回引通道，该泄漏回引通道将轴向间隙直接或间接地通过一个扩宽该轴向间隙的环绕的槽与后方的压力室连接。泄漏回引通道可以实施为轴向和/或倾斜地穿过壳体件延伸的通道，以便建立轴向间隙和后方的压力室之间的连接。此外，泄漏回引通道可以在铰链的区域中通到用于接收轴头的槽口中。通过两个壳体件的环形的密封接触可以引起泄漏回引通道与中央布置的流体通道分隔开。
在本发明的扩展方案中提出，轴向轴承实施为气体轴承、尤其实施为外部被压力加载的气体轴承。在该构型中，本发明的优点特别好地起作用。
附图说明
下面根据附图详细地阐述本发明。该附图示出根据本发明的涡轮机的优选实施方式的示意性纵截面。
具体实施方式
附图示出了具有可绕着旋转轴线A旋转地支承的叶轮1的涡轮机。为了简单起见，该示图局限于旋转轴线上方的纵截面。为了使附图完整，该附图可以绕着旋转轴线被镜像。
叶轮1具有前侧和背侧，其中，前侧限定用于过程气体的流入区域2和流出区域3。背侧平坦地实施并且与壳体件4的轴向支承面16共同限界轴向间隙5。轴向间隙5能够通过居中地穿过壳体件4的流体通道12被加载以流体，其中，该流体尤其可以是过程气体。轴向间隙5的流体加载导致形成气体轴承。
此外，在壳体件4中构造有泄漏回引通道13，该泄漏回引通道从构造在轴向支承面16中的环形槽14延伸至壳体件4的中央的槽口9。通过槽口9建立泄漏回引通道13与后方的压力室15的连接，该压力室用作泄漏收集室。
为了可以补偿运行轮1的可能的倾斜位态，壳体件4可倾翻运动地支承。该可倾翻运动的支承通过另一壳体件6实现，该另一壳体件与第一壳体件4共同作用以形成铰链7。为此，另一壳体件6具有轴头8，该轴头嵌接到可倾翻运动地支承的壳体件4的槽口9中并且在其自由端部上具有球形成型的铰接面7.1。在第一壳体件4的槽口9中构造有锥形成型的铰接面7.2，第一壳体件4通过该锥形成型的铰接面支撑在轴头8上。两个铰接面7.1、7.2共同形成环形的密封接触，该密封接触将流体通道12与泄漏回引通道13隔开。由此保证，在流体通道中存在供给压力p1，该供给压力大于在压力室15中存在的回引压力p2并且轴向间隙5尽可能无损失地被供给以气体。
此外，为了调整作用到可倾翻运动地支承的壳体件4上的压力关系，设置呈构造在另一壳体件6上的密封几何结构11形式的辅助密封件。密封几何形状11在两个壳体件4、5之间形成的径向间隙10的区域中引起密封。密封几何形状11这样地构型，使得其允许壳体件4的倾翻运动。

Claims (10)

1.一种涡轮机，所述涡轮机具有能绕着旋转轴线(A)旋转地支承的叶轮(1)，所述叶轮在前侧限定流入区域(2)和流出区域(3)并且在后侧与壳体件(4)共同作用以形成轴向间隙(5)，
其特征在于，所述壳体件(4)形成用于所述叶轮(1)的轴向轴承并且为了补偿所述叶轮(1)的倾斜位态而相对于另一壳体件(6)能够倾翻运动地支承。
2.根据权利要求1所述的涡轮机，
其特征在于，能够倾翻运动地支承的所述壳体件(4)和所述另一壳体件(6)共同作用以形成铰链(7)。
3.根据权利要求2所述的涡轮机，
其特征在于，所述铰链(7)包括至少一个球形和/或锥形成型的铰接面(7.1、7.2)，所述铰接面关于所述旋转轴线(A)同心地布置。
4.根据权利要求3所述的涡轮机，
其特征在于，球形成型的第一铰接面(7.1)构造在突出的轴头(8)上，并且，球形或锥形成型的第二铰接面(7.2)构造在两个壳体件(4、6)中对应的另一壳体件的端侧的槽口(9)中。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的涡轮机，
其特征在于，能够倾翻运动地支承的所述壳体件(4)基本上盘形地实施和/或实施为旋转对称体。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的涡轮机，
其特征在于，能够倾翻运动地支承的所述壳体件(4)相对于所述另一壳体件(6)被保险以防绕着所述旋转轴线(A)旋转。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的涡轮机，
其特征在于，能够倾翻运动地支承的所述壳体件(4)和所述另一壳体件(6)共同限界径向间隙(10)，其中，至少一个壳体件(4、6)具有环绕的密封几何形状(11)和/或环绕的能弹性变形的密封元件，用于密封所述径向间隙(10)。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的涡轮机，
其特征在于，能够倾翻运动地支承的所述壳体件(4)被中央布置的流体通道(12)穿过。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的涡轮机，
其特征在于，能够倾翻运动地支承的所述壳体件(4)具有至少一个泄漏回引通道(13)，所述泄漏回引通道将所述轴向间隙(5)直接或间接地通过扩宽所述轴向间隙(5)的环绕的槽(14)与后方的压力室(15)连接。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的涡轮机，
其特征在于，所述轴向轴承实施为气体轴承。
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