CN115182790A - 具有独立的引导装置的涡轮机组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于增压设备的涡轮机组件。该涡轮机组件包括涡轮机壳体、涡轮机叶轮和引导装置。该涡轮机壳体限定涡轮机螺旋室和涡轮机出口。该涡轮机叶轮在该涡轮机壳体中被布置在该涡轮机螺旋室与该涡轮机出口之间。该引导装置包括载体环和多个引导叶片。这些引导叶片以预定的定向固定地布置在该载体环上。该引导装置被布置在该涡轮机螺旋室与该涡轮机叶轮之间的流入通道中,使得在运行中,流体从该涡轮机螺旋室经由该流入通道藉由这些引导叶片被引导至该涡轮机叶轮。

Description

具有独立的引导装置的涡轮机组件
技术领域
本发明涉及一种用于增压设备的涡轮机组件,该涡轮机组件具有引导装置,该引导装置具有固定的引导叶片。本发明还涉及一种具有这种涡轮机组件的增压设备。
背景技术
越来越多较新世代的车辆配备有增压设备,以便实现需求目标和法律要求。在开发增压设备时,不仅单独的部件而且整个系统都要在其可靠性和效率方面进行优化。
已知的增压设备大多具有至少一个带有压缩机叶轮的压缩机,该压缩机叶轮与驱动单元藉由共用的轴相连。压缩机压缩为了燃烧发动机或为了燃料电池所吸入的新鲜空气。由此提高了发动机可用于燃烧的空气量或者燃料电池可用于反应的氧气量。这进而产生了燃烧发动机或燃料电池的功率提升。增压设备可以配备有不同的驱动单元。在现有技术中尤其已知:电增压器(E-Lader),其中压缩机藉由电机来驱动;以及涡轮增压器,其中压缩机藉由涡轮机来驱动。在现有技术中还描述了这两种系统的组合。
为了提高涡轮机适配于不同的运行点的效率,通常在涡轮机中使用可变的引导叶片,这些引导叶片可以被调节成使得能够可变地设定引导至涡轮机叶轮的流动的流入角度以及流动截面。这种系统还被称为可变涡轮机几何形状或VTG。此外,已知具有固定的引导叶片的系统,以优化涡轮机的单个或几个特定的运行点。在此,固定的引导叶片与VTG引导叶片不同,是不可调节的,而是相对于涡轮机壳体以固定的定向布置,使得流动截面和流入角度一旦确定,就不再能够可变地调节,而是确定为针对单个或几个特定的运行点进行了优化。
本发明的目的在于,提供一种具有固定布置的引导叶片的改进的涡轮机组件。
发明内容
本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于增压设备的涡轮机组件。
用于增压设备的涡轮机组件包括涡轮机壳体、涡轮机叶轮和引导装置。该涡轮机壳体限定涡轮机螺旋室(Turbinenspirale)和涡轮机出口。该涡轮机叶轮在该涡轮机壳体中被布置在该涡轮机螺旋室与该涡轮机出口之间。该引导装置包括载体环和多个引导叶片。这些引导叶片以预定的定向固定地布置在该载体环上。该引导装置被布置在该涡轮机螺旋室与该涡轮机叶轮之间的流入通道中,使得在运行中,流体从该涡轮机螺旋室经由该流入通道藉由这些引导叶片被引导至该涡轮机叶轮。在此,预定的定向可以是如下定向:该定向从周向方向上的定向朝向更径向或更切向的定向偏移。由此,来自涡轮机螺旋室的流体可以更径向或更切向地被引导至涡轮机叶轮。换句话说,引导装置被布置成使得固定的引导叶片对应于预定的定向将流从涡轮机螺旋室引导至涡轮机叶轮。由于引导叶片不是一体式地与涡轮机壳体连接,而是包含在独立的引导装置中,因此获得装配优点和成本优势。因此,例如可以针对基本的涡轮机壳体根据应用来使用不同的、例如不同配置的引导装置,这些引导装置尤其具有不同定向的引导叶片。反之,引导装置的某种实施方式还可以被整合或插入到不同的涡轮机壳体中。因此,本发明可以改善引导装置的可更换性和可多次使用性。
在涡轮机组件的设计方案中,引导装置可以被设计为独立的构件。尤其,引导装置可以被设计为独立于涡轮机壳体的构件。替代性地或附加地,引导装置可以被设计为独立于增压设备的支承壳体的构件。由此可以改进涡轮机组件的模块性。
在涡轮机组件的能够与前一设计方案组合的设计方案中,引导装置可以被插入到涡轮机壳体中。尤其,引导装置可以以可更换和/或可取出和/或可松脱的方式插入到涡轮机壳体中。由此可以提供能够灵活地适配不同的应用或运行条件的涡轮机组件。
在涡轮机组件的能够与前述设计方案中任一项组合的设计方案中,引导装置可以被设计为单件式的。单件式地设计可以意味着:引导装置的元件以材料配合的复合结构处于相互连接。单件例如可以通过成形法(尤其铸造法)、通过连接法(尤其熔合技术法,例如焊接法或钎焊法)或通过增材法(例如选择性激光熔融或激光材料沉积)来制造。额外地,可以使用改型法和/或烧蚀法来实现最终的设计。通过单件式的设计方式,一方面可以改善引导装置的稳定性和强度特征。另一方面可以由此简化装配。
在涡轮机组件的能够与前述设计方案中任一项组合的设计方案中,载体环可以在涡轮机壳体中定中心,尤其可以通过涡轮机壳体定中心。额外地,载体环可以沿轴向方向被插入到涡轮机壳体的凹部中。凹部尤其可以是环形的凹部。在设计方案中,凹部可以是凹槽,尤其可以是环形的凹槽。替代性地或附加地,凹部、尤其环形的凹部可以沿轴向方向深入涡轮机壳体。环形的凹部可以被布置在流入通道的区域中。替代性地或附加地,凹部、尤其环形的凹部可以沿轴向方向深入涡轮机壳体的壁,该壁布置在涡轮机螺旋室与涡轮机叶轮之间并且基本上沿轴向方向朝向增压设备的支承壳体取向。
在涡轮机组件的能够与前一设计方案组合的设计方案中,载体环可以包括第一环形元件和第二环形元件。第一环形元件和第二环形元件可以沿轴向彼此间隔开。引导叶片可以被布置在第一环形元件与第二环形元件之间。替代性地或附加地,第二环形元件可以被插入到凹部、尤其环形的凹部中,使得仅引导叶片位于流入通道中。替代性地或附加地,流入通道可以至少部分地沿轴向形成在第一环形元件与第二环形元件之间。替代性地或附加地,第一环形元件可以在支承壳体侧(沿轴向)布置在引导叶片旁边。替代性地或附加地,第二环形元件可以在涡轮机壳体侧(沿轴向)布置在引导叶片旁边。
在涡轮机组件的能够与前述设计方案中任一项组合的设计方案中,载体环可以在涡轮机壳体的定心面、尤其柱形的定心面上定中心。载体环尤其可以在径向向内指向的柱形的定心面上定中心。额外地,载体环可以包括至少一个第一环形元件。额外地,引导叶片可以在涡轮机壳体侧沿轴向方向布置在第一环形元件上。替代性地或附加地,载体环可以藉由第一环形元件的外周在定心面的内周上定中心。替代性地或附加地,涡轮机壳体可以包括一个或多个轴向补偿凹部,这些轴向补偿凹部被设计成提供引导叶片沿轴向方向热膨胀的空间。一个或多个轴向补偿凹部尤其可以是环形的凹部。在设计方案中,一个或多个轴向补偿凹部可以是凹槽、尤其环形的凹槽。替代性地或附加地,一个或多个轴向补偿凹部、尤其环形的轴向补偿凹部可以沿轴向方向深入涡轮机壳体。一个或多个轴向补偿凹部可以被布置在流入通道的区域中。替代性地或附加地,一个或多个轴向补偿凹部、尤其环形的轴向补偿凹部可以沿轴向方向深入涡轮机壳体的壁,该壁被布置在涡轮机螺旋室与涡轮机叶轮之间并且基本上沿轴向方向朝向增压设备的支承壳体取向。替代于环形的轴向补偿凹部或凹槽形的轴向补偿凹部,可以在涡轮机壳体中设置有多个轴向补偿凹部,这些轴向补偿凹部被布置并且设计成使得这些轴向补偿凹部与引导叶片的数量相对应并且各自沿轴向方向布置在相应的引导叶片旁边,使得相应的引导叶片可以热膨胀到相邻的轴向补偿凹部中。
在涡轮机组件的能够与前一设计方案组合的设计方案中,载体环可以藉由第一环形元件的外周上的外螺纹、藉由定心面的内周上的内螺纹与涡轮机壳体螺接。通过这个有利的设计方式可以提供引导装置在涡轮机壳体中的定中心和轴向固定或夹紧。额外的固定元件(例如弹簧元件)是可能的,然而不是必须的。
在涡轮机组件的能够与前述设计方案中任一项组合的设计方案中,载体环可以被配置成藉由插接连接件在增压设备的支承壳体中定中心。载体环尤其可以被配置成藉由多个在周向方向上分布的螺栓在增压设备的支承壳体中定中心。额外地,载体环可以具有多个在周向方向上分布的轴向孔。轴向孔可以被布置并且设计成藉由螺栓与支承壳体联接或连接。
在涡轮机组件的能够与前述设计方案中任一项组合的设计方案中,涡轮机组件还可以包括热保护罩。热保护罩可以在支承壳体侧沿轴向布置在涡轮机叶轮旁边。额外地,热保护罩可以被设计为环形的。替代性地或附加地,载体环可以在热保护罩上定中心。替代性地或附加地,载体环可以包括至少一个第一环形元件。引导叶片可以在涡轮机壳体侧沿轴向方向布置在第一环形元件上。第一环形元件的内周可以贴靠热保护罩的外周。由此可以实现引导装置的简单然而高效的定中心。
在涡轮机组件的能够与前述设计方案中任一项组合的设计方案中,涡轮机组件可以进一步包括弹簧元件。弹簧元件可以在支承壳体侧沿轴向布置在载体环旁边。额外地,弹簧元件可以被设计为沿轴向方向将引导装置夹紧到涡轮机壳体上。在涡轮机组件包括热保护罩的设计方案中,弹簧元件可以在支承壳体侧沿轴向布置在热保护罩旁边。即,热保护罩可以沿轴向布置在载体环与弹簧元件之间。额外地,弹簧元件可以藉由热保护罩将引导装置或载体环夹紧到涡轮机壳体上。
在涡轮机组件的能够与前一设计方案组合的设计方案中,弹簧元件可以被设计为碟形弹簧。额外地,载体环可以在弹簧元件上定中心。替代性地或附加地,载体环可以包括至少一个第一环形元件、尤其仅第一环形元件。引导叶片可以在涡轮机壳体侧沿轴向方向布置在第一环形元件上。第一环形元件的内周可以在弹簧元件的外周上定中心。由此,可以仅用一个元件就能够实现简单的定中心和轴向夹紧。
在涡轮机组件的能够与前述设计方案中任一项组合的设计方案中,引导叶片可以伸至涡轮机叶轮的稍前方。引导叶片尤其可以伸至流入通道的径向内部端部。
在涡轮机组件的能够与前述设计方案中任一项组合的设计方案中,引导装置可以包括三个至三十个、尤其三个至十五个、优选地四个至十二个并且特别优选地五个至十个引导叶片。在一些设计方案中,引导装置可以包括六个至十五个、优选地六个至九个引导叶片,并且特别优选地可以包括六个至八个引导叶片。
在涡轮机组件的能够与前述设计方案中任一项组合的设计方案中,固定的引导叶片可以以预定的定向固定在该载体环上,使得这些引导叶片在相对于周向方向成角度α的流入方向上将流体引导至该涡轮机叶轮。角度α可以处于100°至175°之间的范围。尤其,角度α可以处于100°至170°之间或110°至160°之间、优选地处于120°至150°之间并且特别优选地处于130°至140°之间的范围。在一些设计方案中可以特别有利的是:角度α处于145°至175°之间、优选地处于150°至170°之间并且特别优选地处于155°至165°之间的范围。可以进一步特别有利的是:引导叶片以这种预定的定向布置并且设计,使得朝向涡轮机叶轮的流入角度处于150°至170°之间。替代性地或附加地,引导叶片可以被布置并且设计成使得这些引导叶片产生排气与涡轮机叶轮的撞击角度,该撞击角度针对期望的运行点是理想的。
在涡轮机组件的能够与前述设计方案中任一项组合的设计方案中,载体环可以包括第一环形元件和第二环形元件。第一环形元件和第二环形元件可以沿轴向彼此间隔开。引导叶片可以被布置在第一环形元件与第二环形元件之间。替代性地或附加地,流入通道可以至少部分地沿轴向形成在第一环形元件与第二环形元件之间。替代性地或附加地,第一环形元件可以在支承壳体侧(沿轴向)布置在引导叶片旁边。替代性地或附加地,第二环形元件可以在涡轮机壳体侧(沿轴向)布置在引导叶片旁边。替代性地或附加地,引导叶片可以从环形元件开始径向向内延伸。引导叶片尤其可以延伸至流入通道的径向内部端部。
在涡轮机组件的能够与前一设计方案组合并且涡轮机组件包括热保护罩的设计方案中,热保护罩可以在径向外部的端部区域中具有通道区段。额外地,流入通道的在第二环形元件的径向内部的支承壳体侧面可以至少部分地由通道区段构成。替代性地或附加地,在一些设计方案中,流入通道的在第二环形元件的径向内部的支承壳体侧面可以完全由通道区段构成。
在涡轮机组件的能够与前一设计方案组合并且涡轮机组件包括弹簧元件的设计方案中,热保护罩可以沿轴向布置在弹簧元件与引导装置之间。额外地,弹簧元件可以被设计为藉由通道区段沿轴向方向将引导装置夹紧到涡轮机壳体上。
在涡轮机组件的能够与前两个设计方案中任一项组合的设计方案中,通道区段可以具有U形的截面,该U形的截面具有径向外部支腿和径向内部支腿。额外地,第一环形元件的内周可以贴靠U形的截面的径向外部支腿的外周。
在涡轮机组件的能够与前一设计方案组合并且涡轮机组件包括弹簧元件的设计方案中,热保护罩可以沿轴向布置在弹簧元件与引导装置之间。额外地,弹簧元件可以以径向外部的端部区域在支承壳体侧伸入U形的截面,以便因此藉由通道区段沿轴向方向将引导装置夹紧到涡轮机壳体上。
在涡轮机组件的能够与前述设计方案中任一项组合的设计方案中,引导装置可以被设计为单件式的。引导装置尤其可以单件式地被设计为板件。
在涡轮机组件的能够与前述设计方案中任一项组合的设计方案中,引导装置可以被设计为板件。引导装置尤其可以由板件形成。
在涡轮机组件的能够与前述设计方案中任一项组合并且涡轮机壳体包括凹部的设计方案中,载体环可以包括第一环形元件和第二环形元件。第一环形元件和第二环形元件可以沿轴向彼此间隔开。引导叶片可以被布置在第一环形元件与第二环形元件之间。替代性地或附加地,第二环形元件可以被插入到凹部、尤其环形的凹部中,使得仅引导叶片位于流入通道中。额外地,第一环形元件和第二环形元件可以在引导叶片的径向内部和径向外部延伸,使得这些环形元件形成流入通道的大部分。替代性地或附加地,在一些设计方案中,第一环形元件和第二环形元件可以在引导叶片的径向内部和径向外部延伸,使得这些环形元件基本上形成整个流入通道。
在涡轮机组件的能够与前一设计方案组合的设计方案中,第一环形元件可以被设计成使得该第一环形元件构成流入通道的第一通道面的至少大部分。替代性地或附加地,第二环形元件可以被设计成使得该第二环形元件构成流入通道的第二通道面的至少大部分,该第二通道面与该第一通道面沿轴向相对。
在涡轮机组件的能够与前两个设计方案中任一项组合的设计方案中,第一环形元件和第二环形元件可以被设计成使得这些环形元件形成径向向内变窄的流入通道。
在涡轮机组件的能够与前三个设计方案中任一项组合的设计方案中,第一环形元件和第二环形元件可以被设计成使得这些环形元件形成流入通道,该流入通道的走向具有轴向分量和径向分量。
在涡轮机组件的能够与前述设计方案中任一项组合并且涡轮机壳体包括凹部的设计方案中,载体环可以包括第一环形元件和第二环形元件。第一环形元件和第二环形元件可以沿轴向彼此间隔开。引导叶片可以被布置在第一环形元件与第二环形元件之间。替代性地或附加地,第二环形元件可以被插入到凹部、尤其环形的凹部中,使得仅引导叶片位于流入通道中。替代性地或附加地,涡轮机螺旋室可以包括第一蜗室和第二蜗室。第一蜗室和第二蜗室可以通过分隔壁在流动技术意义上彼此分开。额外地,载体环可以进一步包括第三环形元件。额外地,第三环形元件可以沿轴向被布置并且设计在第一环形元件与第二环形元件之间,使得该第三环形元件以分隔壁的延长部分延伸至流入通道,尤其延伸穿过流入通道。
在涡轮机组件的能够与前一设计方案组合的设计方案中,该第三环形元件可以从该分隔壁延伸至该流入通道的径向内部端部,使得该流入通道被分成两个轴向相邻的流入通道区段。
在涡轮机组件的能够与前述设计方案中任一项组合的设计方案中,载体环可以螺接在涡轮机壳体中。额外地,载体环可以在涡轮机壳体的定心面、尤其柱形的定心面中定中心。载体环尤其可以在径向向内指向的柱形的定心面上定中心。额外地,载体环可以包括至少一个第一环形元件。可选地,载体环可以仅包括第一环形元件。替代性地或附加地,引导叶片可以在涡轮机壳体侧沿轴向方向布置在第一环形元件上。替代性地或附加地,载体环可以藉由第一环形元件的外周在定心面的内周上定中心。替代性地或附加地,载体环可以藉由第一环形元件的外周上的外螺纹、藉由定心面的内周上的内螺纹与涡轮机壳体螺接。替代性地或附加地,该载体环在该第一环形元件的外周上的涡轮机壳体侧的边缘处可以具有环绕的倒棱。通过藉由外周的定中心,可以实现引导装置的精确并且稳定的定位。此外可以简化装配过程。通过螺接同样可以简化装配过程。此外可以降低成本,原因在于不需要(然而可以)通过额外的弹簧元件来进行轴向夹紧。通过倒棱,可以防止或至少减少流入通道中的流动涡流。
在涡轮机组件的能够与前述设计方案中任一项组合的设计方案中,引导装置可以被设计为单件式的。引导装置尤其可以由铸件形成。替代性地,引导装置可以由焊接组件构成。由此获得例如更高的强度以及例如抵抗外部力、尤其轴向力和变形的更高的耐用性等优点。此外,可以通过单件式的设计简化装配过程。
在涡轮机组件的能够与前述设计方案中任一项组合的设计方案中,载体环可以是根据已知的设计、尤其根据已知的VTG设计制成的零件。替代性地或附加地,这些引导叶片可以是根据已知的设计、尤其根据已知的VTG设计制成的零件。额外地,可以选择最适合的(已知的)VTG涡轮机的载体环的尺寸、叶片宽度和/或节距圆(Lochkreis)。由此可以降低开发耗费、尤其开发时间和成本。例如可以通过使用现有设计或通过使用成本有效的大量生产的零件来实现节约成本。此外,可以使用经过证实和测试的已知的设计,这可以提高涡轮机组件的可靠性。
在涡轮机组件的能够与前一设计方案组合的设计方案中,载体环和引导叶片可以被设计为原本独立的构件。额外地,载体环和引导叶片可以在连接技术意义上尤其材料配合地相互连接。例如,载体环和引导叶片可以被设计为原本独立的构件并且焊接到一起。通过以原本独立的方式提供引导叶片,引导叶片可以更好地切削(后)加工。这实现了简化生产。替代性地或附加地,这些引导叶片可以以预定的定向与该载体环连接,尤其焊接或钎焊。替代性地或附加地,引导叶片可以是VTG引导叶片。额外地,引导叶片可以各自具有栓销。额外地,引导叶片可以藉由相应的栓销以预定的定向插入并且刚性地紧固、尤其焊接至载体环的对应的孔。替代性地,引导叶片可以藉由相应的栓销以预定的定向压入并且刚性地紧固、尤其焊接至载体环的对应的孔。
在涡轮机组件的能够与前述设计方案中任一项组合的设计方案中,涡轮机组件可以被设计成在双蜗室涡轮机(Dual-Volute Turbine)中使用。涡轮机螺旋室可以包括第一蜗室和第二蜗室。第一蜗室和第二蜗室可以在流动技术意义上分开地在第一涡轮机壳体舌片与第二涡轮机壳体舌片之间通入引导装置。额外地,该多个引导叶片中的两个引导叶片可以被设计为舌形引导叶片。舌形引导叶片可以被布置成与涡轮机壳体舌片相邻。该引导装置可以在该涡轮机壳体中被布置并且设计成使得这些舌形引导叶片中的相应的一个舌形引导叶片被布置在这些涡轮机壳体舌片的相应的一个涡轮机壳体舌片的延长部分中,使得这些蜗室的流动技术意义上的分离在该引导装置中继续被引导。相应的涡轮机壳体舌片的径向内部端部可以与相应的舌形叶片的径向外部端部基本上齐平地布置。
在涡轮机组件的能够与前述设计方案中任一项组合的设计方案中,涡轮机组件还可以包括扭转止动部。扭转止动部被设计成基本上防止引导装置在周向方向上的扭转。该扭转止动部可以由腔穴和径向接合到该腔穴中的销构成。在设计方案中,腔穴可以深入涡轮机壳体的径向向内指向的柱形的定心面。销可以在载体环(210)上被布置并且设计成使得销从载体环的外周径向向外接合到腔穴中。
本发明还涉及一种增压设备。该增压设备包括压缩机组件、支承壳体、轴以及根据前述设计方案中任一项所述的涡轮机组件。压缩机组件包括压缩机壳体和压缩机叶轮,该压缩机叶轮转动地布置在压缩机壳体中。轴转动地布置在支承壳体中。涡轮机叶轮藉由轴可旋转地与压缩机叶轮联接。
在增压设备的涡轮机组件包括弹簧元件的设计方案中,支承壳体可以在涡轮机侧的端部区域中具有轴向突起。轴向突起可以被配置成在其上支承弹簧元件。替代性地或附加地,在涡轮机组件包括热保护罩的设计方案中,支承壳体可以在涡轮机侧的端部区域处具有轴向突起,该轴向突起被配置成支承热保护罩。在涡轮机组件包括弹簧元件和热保护罩的设计方案中,轴向突起可以具有台阶,以便为弹簧元件和热保护罩提供独立的支承面。
在增压设备的能够与前一设计方案组合的设计方案中,载体环可以藉由插接连接件在支承壳体中定中心。载体环尤其可以藉由多个在周向方向上分布的螺栓在支承壳体中定中心。
在增压设备的能够与前两个设计方案中的任一项组合并且载体环被螺接在涡轮机壳体中的设计方案中,热保护罩可以被法兰连接在涡轮机壳体与支承壳体之间。
附图说明
图1以侧截面视图示出了具有涡轮机组件和示意性展示的引导装置的示例性的增压设备的局部;
图2A-图2B示出了具有以预定的定向布置的引导叶片的涡轮机壳体的截面视图;
图3示出了具有示例性实施的第一引导装置的涡轮机组件,该第一引导装置在两侧定中心;
图4A-图4C示出了图3的引导装置的不同的细节视图;
图5A示出了具有示例性实施的第二引导装置的涡轮机组件,该第二引导装置在两侧定中心;
图6A示出了具有示例性实施的第三引导装置的涡轮机组件,该第三引导装置在两侧定中心并且形成变窄的流入通道;
图7A示出了具有示例性实施的第四引导装置的涡轮机组件,该第四引导装置在两侧定中心并且形成半轴流式流入通道;
图8A示出了具有示例性实施的第五引导装置的涡轮机组件,该第五引导装置在两侧定中心并且形成用于双向流道(双蜗室)的涡轮机螺旋室的流入通道;
图5B、图6B、示出了图5A、图6A、图7A和图8A的相应的
图7B、图8B引导装置的细节视图。
图9示出了具有示例性实施的第六引导装置的涡轮机组件,该第六引导装置在一侧定中心;
图10A-图10B示出了图9的引导装置的不同的细节视图;
图11A示出了具有示例性实施的第七引导装置的涡轮机组件,该第七引导装置是被螺接的;
图11B示出了图11A的引导装置的细节视图;
图12A示出了涡轮机组件的沿涡轮机组件的轴向方向的侧截面视图,该涡轮机组件具有用于双向流道(双蜗室)的涡轮机螺旋室的示例性实施的第八引导装置;
图12B以沿径向平面的截面视图示出了图12A的涡轮机组件;
图13A示出了具有示例性实施的第九引导装置的涡轮机组件,该第九引导装置具有扭转止动部;
图13B示出了在插入引导装置时的图13A的涡轮机组件。
具体实施方式
在本申请的上下文中,表述“轴向”和“轴向方向”与涡轮机组件100或涡轮机叶轮140和/或引导装置200或载体环220的转动轴线相关。参照附图(例如参见图1、图3、图4C或图5A),涡轮机组件/引导装置的轴向方向以附图标记22示出。径向方向24在此与涡轮机组件/引导装置的轴线/轴向方向22相关。同样,周向或周向方向26在此与涡轮机组件/引导装置的轴线/轴向方向22相关。
在图1中示出了示例性的增压设备10,该增压设备包括具有引导装置200的涡轮机组件100。在图1中仅沿增压设备10的轴线(或沿增压设备10的轴330的轴线)展示了增压设备10直至对称线的局部。除了涡轮机组件100,增压设备10还包括压缩机组件320、支承壳体310和轴330,该轴以转动的方式布置在支承壳体310中。压缩机组件320包括压缩机壳体322和压缩机叶轮324,该压缩机叶轮以转动的方式布置在压缩机壳体322中。除了引导装置200,涡轮机组件100还包括涡轮机壳体110,该涡轮机壳体限定涡轮机螺旋室120和涡轮机出口150。此外,涡轮机组件100包括涡轮机叶轮140,该涡轮机叶轮在涡轮机壳体110中布置在涡轮机螺旋室120与涡轮机出口150之间。在涡轮机螺旋室120与涡轮机叶轮140之间形成流入通道130。在一些实施方式中,流入通道130可以至少部分地由引导装置200构成(参见更下文中的阐述)。流入通道130由第一通道面134和相对的第二通道面136构成(附图标记未在图1中标出,然而例如参考图9)。第一通道面134布置在流入通道130的支承侧。第二通道面136布置在流入通道130的涡轮机侧。流入通道130从涡轮机螺旋室120基本上径向向内延伸至涡轮机叶轮140(在半轴流式涡轮机中,流入通道130径向向内延伸,并且沿轴向远离支承壳体310延伸)。更确切地说,流入通道130从径向外部端部(无附图标记)延伸至径向内部端部132。流入通道130的径向外部端部可以被理解为流体从涡轮机螺旋室120进入流入通道130的区域。径向外部端部与径向内部端部132之间的距离还可以被称为流入通道130的总长度。流体可以经由流入通道130从涡轮机螺旋室120被引导至涡轮机叶轮140,并且进而经由涡轮机出口150从涡轮机壳体110流出。涡轮机叶轮140藉由轴330可旋转地与压缩机叶轮324联接。即,涡轮机叶轮140布置(尤其固定)在轴330的第一端部处。压缩机叶轮324布置(尤其固定)在轴330的第二端部处。第一端部还可以被称为涡轮机侧的端部或涡轮机壳体侧的端部。第二端部还可以被称为压缩机侧的端部或压缩机壳体侧的端部。第一端部与第二端部相反。
原则上,在本申请的上下文中,术语“涡轮机壳体侧”、“压缩机壳体侧”和“支承壳体侧”应被理解为用于相对于其他构件的轴向侧面、轴向位置或轴向方向的术语。尤其,涡轮机壳体侧例如在图1中是指在另一位置的更右边的位置。支承壳体侧例如在图1中是指在另一位置的更左边的位置。术语“涡轮机壳体侧”、“压缩机壳体侧”和“支承壳体侧”在此可以用作相应的术语“涡轮机侧”、“压缩机侧”和“支承侧”的同义词。这些阐述也可以在转义的意义上应用于其他的附图。
如在图1中可以进一步看出,支承壳体310包括凸缘(涡轮机侧的凸缘)和涡轮机侧的端部区域312。凸缘在支承壳体310的径向外部区域中形成,并且用于将涡轮机壳体110或涡轮机壳体110的凸缘紧固在支承壳体310上。涡轮机侧的端部区域312布置在径向内部区域中。替代性地,涡轮机侧的端部区域312还可以被称为涡轮机侧的壳体端部区域。涡轮机侧的端部区域312被设计为圆柱形的并且包围轴330。如在图1中可以看出,涡轮机侧的端部区域312具有轴向突起314。轴向突起从涡轮机侧的端部区域312的端面沿轴向方向22延伸至涡轮机叶轮140。在示出的示例中,轴向突起314被配置成支撑涡轮机组件200的弹簧元件230。为此,轴向突起314被设计为台阶形的,使得弹簧元件230被支撑在径向内部区域处。换句话说,弹簧元件230可以被支承在轴向突起314上。弹簧元件230的径向内部区域还可以被称为内周232(在图1中未展示,然而例如参考图3)。在其他实施方式中,在轴向突起314上还可以支承或支撑热保护罩240。更确切地说,可以支撑或支承热保护罩240的径向内部区域、尤其热保护罩240的内周242(在图1中未展示,然而例如参考图3)。在一些实施方式中,轴向突起314还可以被配置成支撑或支承弹簧元件230和热保护罩240。为此,轴向突起314例如可以如在图3中示出的那样被设计为两级的。换句话说,轴向突起为此可以包括台阶平台。因此,可以为弹簧元件230和热保护罩240提供两个不同的支撑区域或边界(还参见图3、图5A、图6A、图7A、图8A和图9)。在替代性的实施方式中,弹簧元件230和热保护罩240还可以被支承或支撑在一个台阶上(未展示)。轴向突起314还可以被称为环形的突起,该环形的突起共轴地围绕轴330(或围绕轴330的轴线)延伸。因此,轴向突起314还可以用于定中心和/或用作弹簧元件230或热保护罩240的支座。应理解的是,支承壳体310或其涡轮机侧的端部区域312被设计成其沿轴向朝向涡轮机壳体110的方向夹紧弹簧元件230。例如,弹簧元件230可以贴靠地布置在端部区域312的沿轴向定向的面上,轴向突起314从该面朝向涡轮机壳体110的方向凸出。
如已经提及的,涡轮机组件100包括引导装置200,该引导装置在涡轮机壳体110中布置在涡轮机螺旋室120与涡轮机叶轮140之间(参见图1)。引导装置200被设计为独立于涡轮机壳体110和支承壳体310的构件,并且被插入到涡轮机壳体110中。更确切地说,引导装置200被布置在涡轮机螺旋室120与涡轮机叶轮140之间的流入通道130中。即,引导装置200以可更换的或可松脱的方式插入到涡轮机壳体110中。在需要时可以再次取出引导装置200,并且例如更换为其他的引导装置200。由此可以提供能够灵活地适配于不同的应用或运行条件的涡轮机组件100。
引导装置200包括载体环210和多个引导叶片220(例如参见图1和图10A)。引导叶片220以预定的定向固定地布置在载体环210上。引导装置200被布置在涡轮机壳体110中,使得在增压设备10或涡轮机组件100运行时流体可以从涡轮机螺旋室120经由流入通道130藉由引导叶片220被引导至涡轮机叶轮140。换言之,引导装置200被布置在涡轮机壳体110中,使得流体可以从涡轮机螺旋室120通过引导装置200或沿引导装置200藉由引导叶片220被引导至涡轮机叶轮140。这通过引导装置200根据设计方案完全或至少部分地形成流入通道130可以实现。预定的定向应理解为如下定向:该定向从周向方向26上的定向朝向更径向或更切向的定向偏移(参见图2A)。由此,来自涡轮机螺旋室120的流体可以更径向或更切向地被引导至涡轮机叶轮140。换句话说,引导装置200被布置成使得引导叶片220可以对应于预定的定向将流从涡轮机螺旋室120引导至涡轮机叶轮140。由于引导叶片220不是一体式地与涡轮机壳体110连接,而是独立的引导装置220的部分,因此获得装配优点和成本优势。因此,例如针对基本的涡轮机壳体可以根据应用而使用不同的、例如不同配置的引导装置200,这些引导装置尤其具有不同定向的引导叶片220。反之,引导装置200的某种实施方式还可以被整合或被插入到不同的涡轮机壳体110中。因此,本发明可以改善引导装置200或涡轮机壳体110的可更换性和可重复使用性。
因此,引导叶片220的固定布置应被理解为引导叶片220是不可调节的。尤其,这应被理解为引导叶片220不像VTG引导叶片一样是可旋转的,而是刚性的或固定的。换言之,引导叶片220还可以被称为固定的引导叶片220。即,引导叶片220相对于载体环210以固定的定向布置。换句话说,引导叶片220相对于周向方向26以固定的定向布置(尤其参见图2A)。在此,角度α可以用于展示并且更准确地说明预定的定向,引导叶片220以该角度相对于周向方向26布置(参见图2B)。即,引导叶片220以相对于周向方向26成角度α的方式固定在载体环210上。换句话说,角度α描述了流从沿周向方向26的第一流动方向到沿引导叶片220的第二流动方向(也被称为修改的方向)的偏转。更确切地说,第二流动方向沿相应的引导叶片220的朝向涡轮机叶轮140定向的侧面延伸。第二流动方向还可以被称为流入方向223。因此,角度α在周向方向26(或沿周向方向26的切线)与流入方向223之间形成。根据引导叶片220的形状(例如弯曲或笔直延伸的),流入方向223例如可以与引导叶片220的流入边缘222与流出边缘224之间的连接线相对应(例如在笔直延伸的引导叶片220的宽度大致恒定的情况下)。即,在这些情况下,预定的定向以角度α与流入方向223相对应。在引导叶片220具有弯曲的走向和/或流入边缘222与流出边缘224之间宽度变化的设计方案中,预定的定向不以角度α与流入方向223相对应。在这种情况下,预定的定向(即引导叶片220在载体环210上的布置方式)必须被选择成使得流体能够如所期望的以角度α沿流入方向223被引导至涡轮机叶轮140。换言之,固定的引导叶片220被设计成用于将涡轮机壳体110内的排气流从第一流动方向26偏转到第二流动方向223,该第二流动方向相对于第一流动方向26成角度α。即,引导叶片220被布置并且设计成这些引导叶片产生流体与涡轮机叶轮140的撞击角度,该撞击角度针对期望的运行点是理想的。
在图2B的示例中,引导叶片220以这种预定的定向布置,使得这些引导叶片产生大约α=155°的流入方向223。然而,这仅应被视为示例性的设计方案。角度α可以处于100°至175°之间的范围。尤其,角度α可以处于100°至170°之间或110°至160°之间、优选地处于120°至150°之间并且特别优选地处于130°至140°之间的范围。在一些设计方案中可以特别有利的是:角度α处于145°至175°之间、优选地处于150°至170°之间并且特别优选地处于155°至165°之间的范围。可以进一步特别有利的是:引导叶片220以这种预定的定向布置并且设计成使得朝向涡轮机叶轮140的流入角度处于150°至170°之间。原则上,对于涡轮机组件100最佳的角度α例如可以取决于涡轮机叶轮140和涡轮机螺旋室120的结构以及取决于发动机(为其设置有增压设备10)的发动机运行条件而变化。每个引导叶片220可以以相同的角度α定向,或者一个或多个引导叶片220可以以不同的角度α定向,其中一些引导叶片220提供较大的排气绕行,而其他的引导叶片220提供较小的绕行。在此,分布(即沿周向方向26在引导叶片220之间的间距)也可以变化。借助这些措施(角度α和/或针对所有引导叶片220的不恒定的分布)可以影响涡轮机的激励,并且因此在疲劳损伤(尤其HCF损伤)方面提高使用寿命。
如在图2A中可以看到,引导叶片220伸至涡轮机叶轮140的稍前方。即,相应的引导叶片220的流出边缘224沿径向方向24布置在涡轮机叶轮140的稍前方。与此相关地,图3示出了引导叶片220伸至流入通道130的径向内部端部132。换种表述方式,相应的引导叶片220的流出边缘224被布置在流入通道130的径向内部端部132处。在一些设计方案中,单个或多个引导叶片220还可以不完全地伸至流入通道130的径向内部端部132。引导叶片220延伸至涡轮机叶轮的稍前方实现了以期望的流入角度223下的较好的流动引导。为了能够实现向涡轮机叶轮140的可靠的流动转向,引导叶片220应伸至流入通道130的径向内部端部132之前的流入通道130的总长度的至少50%、优选地伸至流入通道130的径向内部端部132之前的流入通道130的总长度的至少30%并且特别优选地伸至流入通道130的径向内部端部132之前的流入通道130的总长度的至少10%。例如,引导叶片220可以以不同长度或相同长度径向向内伸入流入通道130。在一些设计方案中,引导叶片220或其流出边缘224可以布置在相同的径向内部位置中(例如布置在与轴线22同心的圆上)。在此,引导叶片220(在流入边缘222与流出边缘224之间)的长度可以是一样长或不一样长的。同样的情况适用于引导叶片220的其他尺寸,例如引导叶片220的宽度或曲率。
此外,从图2A中可以得知,引导装置200包括八个引导叶片220。然而引导装置200原则上也可以包括其他数量的引导叶片220。引导叶片220的数量例如可以取决于引导叶片220的尺寸、取决于引导叶片间隔远近(分布)并且取决于制造方式而变化。引导叶片220的尺寸、数量、间隔和节距
Figure BDA0003083896500000181
可以针对特定的应用(具有对应不同的最佳运行点)而变化。与此相对应地,引导装置200可以包括三个至三十个、尤其三个至十五个、优选地四个至十二个、或特别优选地五个至十个引导叶片220。在一些设计方案中,引导装置200可以包括六个至十五个、优选地六个至九个引导叶片220,并且特别优选地可以包括六个至八个引导叶片220。例如从DE112015000631T5已知涉及固定的引导叶片的定向和设计方案的其他细节。
涡轮机叶轮140在高温环境下工作,并且可以暴露于高达1922°F(1050℃)的气体温度下。此外,涡轮机叶轮140旋转得非常快。涡轮机叶轮的转速是取决于尺寸的,而且更小的涡轮机叶轮可以比更大的叶轮旋转地更快。用于与燃烧发动机结合使用的增压设备10的较小的涡轮机叶轮可以实现高达350,000转/分钟的转速。涡轮机叶轮140的快速旋转在涡轮机叶轮140上产生较大的离心力或离心负荷。与此相对应地重要的是防止涡轮机叶轮140比预定的构造极限旋转得更快。通过排气而赋予涡轮机叶轮140的能量随排气受引导的角度而变化。针对径流式涡轮机叶轮,提供给涡轮机叶轮140的排气随气体撞击涡轮机叶轮的角度而变化。当排气径向或切向地撞击涡轮机叶轮时,为径流式涡轮机叶轮提供最大的能量。然而在一些情况下,将排气的全部力引导至涡轮机叶轮可能导致涡轮机叶轮旋转得比期望快,并且因此产生过高的加强压力。固定的引导叶片220在流入通道130中可以(通过对应预定的定向和任选对应弯曲的设计方式)被设定成使得这些固定的引导叶片产生对于期望的运行点而言理想的、排气与涡轮机叶轮140的撞击角度。在一些实施方式中,增压设备10还可以包括(未展示的)废气门,以便在需要的情况下释放排气压力。废气门例如可以被布置在旁路通道中,该旁路通道将涡轮机螺旋室120直接与涡轮机出口150连接并且绕过涡轮机叶轮140。涡轮机组件100可以在应用于汽油发动机或柴油发动机的增压设备10中使用,在此不期望具有可运动的叶片(例如VTG叶片)的增压设备10的成本和复杂度。在一些实施方式中,固定的引导叶片220可以以某一角度或某些角度进行设定,这些角度落入具有可运动的叶片的涡轮增压器所使用的叶片角度的范围。涡轮机组件100还可以在以固定的电机转速的应用(例如发电机)的增压设备10中使用。在这些应用中,电机以恒定的转速和相对恒定的负载运行。引导装置200的引导叶片220可以以这种预定的定向布置并且设计成以角度α产生流入方向223,该角度对于电机转速和负载而言是最佳的。
引导装置200包括具有引导叶片220的载体环210。载体环210根据设计方案可以包括不同数量的环形元件212、216、218。载体环210始终至少包括第一环形元件212,引导叶片220紧固在该第一环形元件上(例如参见图10A和图11A、图12A和图13A)。换种表述方式,引导叶片220在涡轮机壳体侧布置在第一环形元件212上。替代性地表达,引导叶片220在涡轮机壳体110内布置在第一环形元件212上。在一些设计方案中,载体环210除了第一环形元件212外还可以包括第二环形元件216(例如参见图1、图4A和图5A)。在一些另外的设计方案中,载体环210除了第一环形元件212和第二环形元件216外还可以包括第三环形元件218(例如参见图8A)。第一环形元件212布置在流入通道130的支承壳体侧并且可以构成流入通道130的第一通道面134的至少一部分(例如参见图5A)。第二环形元件216布置在流入通道130的涡轮机侧并且可以构成流入通道130的第二通道面136的至少一部分(例如参见图5A)。换言之,第一环形元件212在支承壳体侧沿轴向布置在引导叶片220旁边,而第二环形元件216(如果存在)在涡轮机壳体侧沿轴向布置在引导叶片220旁边。第一环形元件212和第二环形元件216沿轴向彼此间隔开。引导叶片220沿轴向布置在第一环形元件212与第二环形元件216之间。换种表述方式,引导叶片220沿轴向被紧固或固定在第一环形元件212与第二环形元件216之间。尤其,引导叶片与这两个环形元件212、216单件式地连接。流入通道130至少部分地沿轴向形成在第一环形元件212与第二环形元件216之间。换种表述方式,流入通道130沿轴向在第一环形元件212与第二环形元件216之间延伸。在载体环210仅包括第一环形元件212的设计方案中,流入通道130形成在第一环形元件212与涡轮机壳体110之间。这意味着引导叶片220被布置在流入通道130中。因此,流体、尤其流经流入通道130的排气的流动方向可以受到引导叶片220的影响。如果存在第三环形元件218,则该第三环形元件沿轴向布置在第一环形元件212与第二环形元件216之间(例如参见图8A)。在载体环210仅包括第一环形元件212的未展示的替代性实施方式中,第一环形元件212还可以布置在流入通道130的涡轮机侧,并且引导叶片220在支承壳体侧紧固在第一环形元件212上。于是在这个未展示的示例中,另外的元件、例如热保护罩240或者支承壳体310的一部分可以构成第一通道面134的至少一部分。
术语“载体环”210原则上应理解为将引导叶片220相对于彼此并且相对于载体环210本身以固定的定向固持的环形的元件,该环形的元件可以包括多个区段(例如第一环形元件、第二环形元件、第三环形元件212、216、218)。在仅具有第一环形元件212的设计方案中,载体环210例如与第一环形元件212相对应(例如参见图10A或图11B)。术语“环形元件”可以理解为大致环形的主体,尤其闭合的环或具有一个或多个凹口的环。环形元件应被理解为环形的主体,该环形的主体适合用于将引导叶片220以预定的定向固持在固定的位置。尤其,环形元件应理解为,环形元件(例如图4C的第一环形元件212)限定沿周向方向26延伸的外周214和内周213。
例如尤其在图1(还参见所有其他的图)中可以看到,引导装置200被设计为单件式的。在上下文中,单件式地设计意味着引导装置200的元件以材料配合的复合结构处于相互连接。单件例如可以通过成形法(尤其铸造法)、通过连接法(尤其熔合技术法,例如焊接法或钎焊法)或通过增材法(例如选择性激光熔融、激光材料沉积)或通过MIM(metalinjection molding,金属注射成形)来制造。额外地,可以使用改型法和/或烧蚀法来实现最终的设计。通过单件式的设计,一方面可以改善引导装置200的稳定性和强度特征。另一方面可以由此简化装配。在一些设计方案中,引导装置200还可以一体式地由一个零件成形,这至少包括上文提及的成形法和增材法(例如参见图1、图3、图5A)。与此相比,原本独立地提供载体环210和引导叶片220并且随后将载体环210和引导叶片220材料配合的连接(例如熔合技术的连接)不需要由一个零件的一体式提供(例如参见图9、图10A、图10B)。在替代性的实施方式(这些实施方式在此未展示)中,藉由螺钉、螺栓等的连接技术的连接也是可设想的。然而,这会在强度和稳定性方面带来缺点,然而带来了在组装前独立地机械加工细节的可能性的优点。
根据引导装置200的设计方案,可以提出引导装置200在涡轮机壳体110中的不同方式的定中心和夹紧,这些方式在下文中借助根据图3、图4A至图4C、图5A和图5B、图6A和图6B、图7A和图7B、图8A和图8B、图9、图10A、图10B、图11A和图11B、图12A和图12B、图13A和图13B的具体的示例性设计方案来阐述,并且可以与之前阐述的一般性特征相组合。然而,这些示例性的阐述不应理解为限制性的,而应理解为可组合的。因此,例如可以在一侧或两侧实现定中心。在所有至少包括第一环形元件212的设计方案中,可以藉由第一环形元件212实现引导装置200的定中心。这可以包括一个或多个以下的定中心:藉由涡轮机壳体110的定心面114定中心、藉由涡轮机壳体110的定心面114上的螺纹连接件定中心、藉由与支承壳体310的插接连接件316定中心、藉由热保护罩240定中心和/或藉由弹簧元件230定中心。在进一步包括第二环形元件216的设计方案中,可以在两侧对引导装置200定中心。即,还可以(替代性地或额外地)藉由第二环形元件216实现引导装置200的定中心。为此,可以在涡轮机壳体110中设置有凹部112,第二环形元件216插入到该凹部中。可以藉由弹簧元件230实现轴向夹紧,该弹簧元件将引导装置200直接或藉由热保护罩230沿轴向方向22从支承壳体侧朝向涡轮机侧夹紧。如上所述,在涡轮机组件100和支承壳体310组装完成的情况下,支承壳体310可以用作弹簧元件230的轴向支座。替代性地或附加地,可以藉由将第一环形元件212与涡轮机壳体110的定心面114螺接来实现轴向夹紧。原则上,引导装置200例如通过轴向夹紧而防扭转地布置在涡轮机壳体110中。在一些实施方式中,可以设置有额外的扭转止动部318,该扭转止动部示例性地借助图13A和图13B阐述。定中心、轴向夹紧和扭转止动的细节在下文中借助各个实施方式一至九阐述。即使涡轮机组件的某些元件的细节仅与某个实施方式或图结合来进行阐述,然而这些细节中的单个或多个细节还可以转移到其他的实施方式或未展示的设计方案。
与此相关地,图3和图4A至图4C以示例性的第一实施方式示出了具有引导装置200的涡轮机组件100。这个示例性的第一实施方式的引导装置200单件式地被设计为板件。换句话说,引导装置200由板件形成。在此,例如可以在中央带材中由原本平坦并且矩形的板件制成u形的截段,随后将板件改型为环形并且将u形截段的材料区域径向向内弯曲。因此,可以提供具有第一环形元件212、第二环形元件216的载体环210和处于其间的引导叶片220(参见图4A至图4C)。通过形成板件可以节省材料和重量并且产生成本优势。
如尤其在图3中可以看到,第一环形元件212和第二环形元件216沿轴向彼此间隔开。引导叶片220被布置在第一环形元件212与第二环形元件216之间。第一环形元件212在支承壳体侧沿轴向布置在引导叶片220旁边,并且第二环形元件216在涡轮机壳体侧沿轴向布置在引导叶片220旁边。引导叶片220从环形元件212、216开始径向向内延伸至流入通道130的径向内部端部132。引导装置200包括九个引导叶片220,然而在其他的设计方案中还可以包括更多或更少的引导叶片220。在板件的设计方案中应根据涡轮机组件100的几何形状如下选择引导叶片220的数量:使得引导叶片220一方面不远于流入通道130的径向内部端部132伸出。另一方面应如下选择数量:使得引导叶片220足够远地径向向内伸出,以便可以实现向涡轮机叶轮140的可靠的流动转向。
在示例性的第一实施方式中,引导装置200在两侧定中心(参见图3)。更确切地说,引导装置200在两个彼此轴向相反的侧面处定中心。换言之,引导装置200在涡轮机侧和支承壳体侧定中心。更确切地说,载体环210在涡轮机侧和支承壳体侧定中心,或其第一环形元件212在支承壳体侧定中心,并且其第二环形元件216在涡轮机侧定中心。在此,载体环210或第二环形元件216沿轴向方向22插入到涡轮机壳体110的凹部112中。凹部112是环形的凹部112。更确切地说,凹部112是环形的凹槽,该凹槽被配置成使得该凹槽可以容纳第二环形元件216。通过凹槽形的凹部,第二环形元件216可以在其径向外部周边和其径向内部周边处在凹槽中定中心。然而在替代性的实施方式中,凹部112还可以被设计成:凹部仅使得第二环形元件216在第二环形元件216的径向内部周边或在第二环形元件216的径向外部周边处定中心。凹部112沿轴向方向深入涡轮机壳体110,使得第二环形元件216与流入通道130的第二通道面136齐平地终止。因此,与突出到流入通道130中环形元件相比可以减小流动涡流。这意味着,凹部112布置在流入通道130的区域中并且沿轴向方向22深入涡轮机壳体110的壁,该壁布置在涡轮机螺旋室120与涡轮机叶轮140之间并且基本上沿轴向方向22朝向增压设备10的支承壳体310取向(参见图3)。由于第二环形元件216齐平地插入到凹部112中,因此仅引导叶片220位于流入通道130中。换言之,仅引导叶片220位于流入通道130中意味着,第一环形元件和第二环形元件212、216不位于流入通道130中。在此,引导叶片220的轴向高度被选择成使得第一环形元件212布置在流入通道130外或与该流入通道齐平地终止。这意味着,流入通道130至少部分地沿轴向形成在第一环形元件212与第二环形元件216之间。换言之,流入通道130至少部分地由环形元件212、216沿轴向方向22指向彼此的面形成。在此,第二环形元件216的从涡轮机侧指向支承侧的面可以构成第二通道面136的一部分。在此,第一环形元件212的从支承侧指向涡轮机侧的面可以构成第一通道面134的一部分。虽然出于清晰的原因第一通道面和第二通道面134、136在图3中未设有附图标记,但是借助其他的图(例如图5A)清楚这些面在图3中位于何处。通过插入到凹部112中的载体环210,除了减小重量和成本有效地制造之外,还可以简化装配过程并且获得稳定并且精确的定位。
图3的涡轮机组件100还包括热保护罩240和弹簧元件230。在此藉由热保护罩240实现引导装置200在支承壳体侧的定中心。原则上,热保护罩240在支承壳体侧沿轴向布置在涡轮机叶轮140旁边并且被设计为环形的。在此,第一环形元件212的内周213贴靠热保护罩240的外周244。在图3的示例中,热保护罩240在径向外部的端部区域中包括通道区段243。通道区段243具有U形的截面,该U形的截面具有径向外部支腿和径向内部支腿。径向外部支腿和径向内部支腿在基本上轴向方向22上延伸。然而在替代性的实施方式中,支腿中的一个支腿或两个支腿还可以倾斜于轴向方向22延伸。通道区段243被布置成使得其U形的截面朝向支承壳体310是开放的。第一环形元件212的内周213贴靠U形的截面的径向外部支腿的外周244。因此可以使引导装置200或载体环210定中心。在其他的实施方式中,引导装置200还可以通过不具有U形的截面的热保护罩240定中心。仅对定中心有利的是:第一环形元件212的内周213可以定中心地贴靠热保护罩240的外周244。然而可以通过通道区段243的在基本上轴向方向22上延伸的径向外部支腿获得改善的定中心。此外,通道区段243是有利的,原因在于该通道区段可以用作流入通道130的边界。在图3的设计方案中,流入通道130的在第二环形元件216的径向内部的支承壳体侧面由通道区段243形成。更确切地说,流入通道130的第一通道面134(参见其他图、例如图5A中的134)至少部分地由通道区段243形成。这还可以通过不具有U形截面的热保护罩243来实现。参照图3可以看到,流入通道130的第一通道面134沿径向在第一环形元件212与涡轮机叶轮140或流入通道130的径向内部端部132之间完全由通道区段243形成。换言之,流入通道130的在第二环形元件216的径向内部的支承壳体侧面完全由通道区段243构成。在替代性的实施方式中,还可以在第一环形元件的外周214与涡轮机壳体110的定心面114之间实现支承壳体的定中心。由此可以实现引导装置在涡轮机壳体中简单然而高效的定中心。
在替代性的设计方案中,这个第一实施方式的引导装置100还可以仅在一侧定中心。例如,载体环210可以在支承壳体侧藉由第一环形元件212定中心。在这种情况下,凹部112的尺寸可以被确定为使得第二环形元件216要么在第二环形元件216的径向内部周边定中心,要么在第二环形元件216的径向外部周边定中心。替代性地,载体环210可以仅在涡轮机壳体侧藉由第二环形元件216定中心。
弹簧元件230在支承壳体侧沿轴向布置在热保护罩240旁边。即,热保护罩240沿轴向布置在引导装置200(或引导叶片220)与弹簧元件230之间。弹簧元件230藉由热保护罩240将引导装置200或载体环210夹紧到涡轮机壳体110上。更确切地说,力流从弹簧元件230经由热保护罩240朝向引导叶片220间接地进入涡轮机壳体110和/或藉由第二环形元件216进入涡轮机壳体110。弹簧元件230被设计为碟形弹簧。弹簧元件230以径向外部的端部区域在支承壳体侧伸入通道区段243的U形截面。因此,可以藉由通道区段243沿轴向方向22将引导装置200夹紧到涡轮机壳体110上。
在替代性的实施方式中,载体环210可以不在热保护罩240,而是在弹簧元件230上定中心(未展示)。在此,第一环形元件212的内周213可以贴靠弹簧元件230的外周234。由此,可以仅用一个元件就能够实现简单的定中心和轴向夹紧。
图5A、图6A、图7A和图8A示出了涡轮机组件100的四个另外的示例性的实施方式。图5B、图6B、图7B和图8B示出了引导装置200的各自相关的具体设计方案的细节视图。这四个实施方式具有共同点:它们同样包括第一环形元件和第二环形元件212、216、在两侧定中心并且藉由弹簧元件230夹紧。与图3的实施方式的不同之处在于,这个实施方式的引导装置不是被设计为板件,而是单件式地被设计为铸件。在替代性的设计方案中也可以是例如通过熔合技术的连接(尤其焊接组件)或增材法的其他单件式的设计。优选地,图5B、图6B、图7B和图8B的引导装置200由铸件形成。由此获得例如更高的强度以及例如抵抗外部力、尤其轴向力和变形的更高的耐用性等优点。此外,可以通过单件式的设计简化装配过程。通过设计为铸件还获得与涡轮机螺旋室120和/或涡轮机叶轮140、140a的不同设计的较好的适配可能性。
涡轮机侧的定中心在图5A、图6A、图7A和图8A中的实施方式中与图3的实施方式类似地进行,即第二环形元件216沿轴向方向22插入到涡轮机壳体110的凹部112中。在此,凹部112被设计为环形的凹部。凹部112沿轴向方向22深入涡轮机壳体110,并且朝向涡轮机螺旋室120是开放的。更确切地说,凹部112沿轴向方向22深入涡轮机壳体110的壁,该壁布置在涡轮机螺旋室120与涡轮机叶轮140之间并且基本上沿轴向方向22朝向增压设备10的支承壳体310取向。凹部112布置在流入通道130的区域中。第二环形元件112在此被设计成:该第二环形元件在径向外部区域中具有从涡轮机螺旋室120到流入通道130的过渡区域、尤其齐平的过渡区域。然而在替代性的设计方案(类似于图1)中,凹部112还可以被设计为凹槽、尤其环形的凹槽。在后一种情况下,第二环形元件216于是根据凹部112的设计方案可以藉由第二环形元件216的径向内部周边和/或藉由第二环形元件216的径向外部周边定中心。
第二环形元件216被插入到凹部112中,使得仅引导叶片220位于流入通道130中。即,流入通道130至少部分地沿轴向形成在第一环形元件212与第二环形元件216之间。第一环形元件212和第二环形元件216在引导叶片220的径向内部和径向外部延伸,使得这些引导叶片基本上构成整个流入通道130(参见图5A、图6A、图7A和图8A)。在这些图中可以看到,第二通道面136的沿径向在第二环形元件216与流入通道130的径向内部端部132之间的较小的区段不是由第二环形元件216构成的。这个较小的区段对于定中心而言是必须的。替代性地,凹部112还可以被设计成:只要将涡轮机壳体110的与流入通道连通的壁区段(例如在径向内部端部132与涡轮机出口150的内壁之间)提供为定心面,则第二环形元件216就构成直至流入通道的径向内部端部132的第二通道面136。然而在替代性的实施方式中,较小的区段还可以布置在径向外部区域中,使得第二环形元件216不在径向内部周边上定中心,而是在径向外部周边上定中心。在这种设计方案中,第二环形元件216可以被设计成使得该第二环形元件构成径向内部端部132与涡轮机出口150的内壁之间的壁区段的至少一部分。“基本上构成整个流入通道130”可以理解为:流入通道130的总长度的至少75%由环形元件212、216构成。在替代性的设计方案中,第一环形元件212和第二环形元件216(尤其在引导叶片220的径向内部和径向外部延伸)还可以被布置并且设计成使得它们仅构成流入通道130的大部分。流入通道130的总长度的例如至少50%、优选地至少60%并且特别优选地至少70%可以视为流入通道130的大部分。如已经提及的,总长度可以被视为流入通道130的从涡轮机螺旋室120进入流入通道130的入口直至流入通道130的径向内部端部132的区域。在一些实施方式中还可以使得第一环形元件212基本上构成整个第一通道面134或第一通道面134的至少大部分,和/或第二环形元件216基本上构成整个第二通道面136或第二通道面136的至少大部分。“基本上构成整个第一通道面134或第二通道面136”可以理解为:第一通道面134或第二通道面的总长度的至少75%由相应的环形元件212、216构成。第一通道面134或第二通道面的总长度的例如至少50%、优选地至少60%并且特别优选地至少70%可以被视为第一通道面134或第二通道面的大部分。
在图5A、图6A、图7A和图8A的实施方式中,藉由与支承壳体310的插接连接件316来实现支承壳体侧的定中心。为此,载体环210被配置成藉由一个或多个在周向方向26上分布的螺栓、尤其两个或更多个螺栓在增压设备10的支承壳体310中定中心。更确切地说,第一环形元件212被配置成藉由一个或多个在周向方向26上分布的螺栓在增压设备10的支承壳体310中定中心。为此,第一环形元件212具有一个或多个、尤其两个或更多个在周向方向26上分布的轴向孔215。轴向孔215在此被布置并且设计成藉由螺栓与支承壳体310连接。即,轴向孔深入第一环形元件212的沿轴向指向支承壳体310的端面。在替代性的设计方案中,螺栓还可以一体式地与载体环210或支承壳体310连接。在另外的替代性的实施方式中,还可以使用其他的插接连接件、尤其其他的插接元件作为螺栓。
在图5A、图6A、图7A和图8A的实施方式中,藉由弹簧元件230来实现轴向夹紧。图5A、图6A、图7A和图8A的实施方式的所有涡轮机组件100都包括任选的热保护罩240,该热保护罩在支承壳体侧沿轴向布置在涡轮机叶轮140旁边并且被设计为环形的。热保护罩240以径向外部区域贴靠第一环形元件212的径向内部区域。在此,热保护罩240的径向外部区域在支承壳体侧以沿轴向方向接触的方式沿轴向布置在第一环形元件212的径向内部区域旁边。此外,涡轮机组件100包括弹簧元件230,该弹簧元件在支承壳体侧沿轴向布置在热保护罩240旁边。即,热保护罩240沿轴向布置在引导装置200(或第一环形元件212,尤其第一环形元件212的径向内部区域)与弹簧元件230之间。弹簧元件230藉由热保护罩240将引导装置200或载体环210夹紧到涡轮机壳体110上。弹簧元件230被设计为碟形弹簧。弹簧元件230以径向外部的端部区域将热保护罩240的径向外部区域夹紧到第一环形元件212的径向内部区域上。因此,引导装置200可以藉由热保护罩240沿轴向方向22被夹紧到涡轮机壳体110上。
在替代性的实施方式中,载体环210可以不藉由插接连接件316,而是还藉由热保护罩240或弹簧元件230定中心(未展示)。在此,第一环形元件212的内周213可以贴靠热保护罩240的外周244或弹簧元件230的外周234。替代性地,还可以藉由在涡轮机壳体110的、第一环形元件212的外周214所贴靠的定心面114上定中心来实现支承壳体侧的定中心。于是,同样也可以藉由将载体环210螺接在涡轮机壳体110中来实现轴向夹紧。
图5A、图6A、图7A和图8A的四个实施方式的不同之处尤其在于涡轮机螺旋室120和流入通道130的设计方案。
涡轮机组件100的示例性的第二实施方式具有流入通道130,该流入通道在轴向方向22上具有基本上恒定的宽度(参见图5A和图5B)。即,引导装置200被配置成构成在轴向方向22上具有基本上恒定的宽度的流入通道130或该流入通道130的至少大部分。换句话说,第一环形元件212和第二环形元件216被设计成使得它们在第一通道面134与第二通道面136之间形成基本上恒定的间距。
涡轮机组件100的示例性的第三实施方式具有流入通道130,该流入通道在轴向方向22上具有径向向内减小的宽度(参见图6A和图6B)。即,引导装置200被配置成构成在轴向方向22上具有径向向内减小的宽度的流入通道130或该流入通道130的至少大部分。换句话说,第一环形元件212和第二环形元件216被设计成使得它们构成径向向内变窄的流入通道130或径向向内变窄的流入通道130的大部分。在上下文中,“变窄”应被理解为:两个通道面212、216之间的轴向间距沿径向方向24向内缩短。
涡轮机组件100的示例性的第四实施方式具有流入通道130,该流入通道具有在径向方向24和轴向方向22上的走向(参见图7A和图7B)。这个第四示例的涡轮机组件100是混流式涡轮机组件100(还被称为半轴流式或半径流式的涡轮机或涡轮机组件)并且具有混流式涡轮机叶轮140a。即,涡轮机叶轮140a被设计成在具有轴向分量和径向分量的方向上被流入。引导装置200被配置成构成流入通道130或该流入通道130的至少大部分。换句话说,第一环形元件212和第二环形元件216被设计成使得它们构成在从径向方向24到更轴向方向22的弯曲的走向上延伸的第一通道面和第二通道面134、136。换言之,第一环形元件212和第二环形元件216被设计成使得它们构成流入通道130,该流入通道的走向具有轴向分量和径向分量。
涡轮机组件100的示例性的第五实施方式具有涡轮机螺旋室120,该涡轮机螺旋室具有第一蜗室122和第二蜗室124(参见图8A和图8B)。第一蜗室122和第二蜗室124通过分隔壁126在流动技术意义上彼此分开(通过蜗室122、124、即双蜗旋的涡轮机或涡轮机组件或双流式的涡轮机或双流式的涡轮机壳体中的每个蜗室大约360°的入射流)。即,第五实施方式的涡轮机组件100被设计为在双流式的涡轮机中使用。在这个设计方案中,载体环210还包括第三环形元件218,该第三环形元件沿轴向布置在第一环形元件212与第二环形元件216之间。第三环形元件218被设计和布置成使得该第三环形元件以分隔壁126的延长部分延伸穿过流入通道130。如在图8A中展示的,第三环形元件218从分隔壁126延伸至流入通道130的径向内部端部132。由此将流入通道130分成两个轴向相邻的流入通道区段130a、130b。第三环形元件218藉由引导叶片220与第一环形元件和第二环形元件212、216连接,使得引导叶片220相应分成第一流入通道区段130a中的第一叶片区段220a和第二流入通道区段130b中的第二叶片区段220b。在替代性的设计方案中,第三环形元件218还可以仅部分地延伸穿过流入通道130。第三环形元件218例如可以以大部分(如上所述)延伸穿过流入通道130。
图9示出了涡轮机组件100的示例性的第六实施方式。如尤其可以从图10A和图10B的细节视图中得出,在这个示例性的第六实施方式中,引导装置200包括仅具有第一环形元件212的载体环210。在此,第一环形元件212在支承壳体侧布置在引导叶片220旁边。第一环形元件212基本上构成流入通道130的整个第一通道面134。替代性地,第一环形元件212仅构成第一通道面134的大部分。流入通道130的第二通道面136由涡轮机壳体构成。在此,载体环210是根据已知的VTG设计的一部分。引导叶片220同样是根据已知的VTG设计的部分。这意味着,引导叶片220是VTG引导叶片,然而这些VTG引导叶片是不可旋转的,而是材料配合地与载体环210连接。在此,基于最合适的已知的VTG涡轮机来选择载体环210和引导叶片220的尺寸、叶片宽度和/或节距。由此可以降低开发耗费、尤其开发时间和成本。例如可以通过使用现有设计或通过使用成本有效的大量生产的零件来实现节约成本。此外,可以使用经过证实和测试的已知的设计,这可以提高设备的可靠性。载体环210和引导叶片220被设计为原本独立的构件并且材料配合地相互连接。例如,载体环210和引导叶片220可以被设计为原本独立的构件并且焊接到一起或钎焊到一起。通过原本独立地提供引导叶片220,引导叶片220可以更好地进行切削后加工。这实现了简化生产。在此,引导叶片220以预定的定向与载体环210连接。如尤其在图10B中示例性地指出,引导叶片220可以各自具有栓销226,藉由相应的栓销226以预定的定向被插入并且刚性地紧固、尤其焊接到载体环210的对应的孔中。在此有利的是,引导叶片220藉由相应的栓销226以预定的定向被压入并且刚性地紧固、尤其焊接到载体环210的对应的孔中。在替代性的实施方式中,引导叶片220还可以不包括栓销,并且以预定的定向直接放置并且刚性地紧固、尤其焊接或钎焊到载体环210上或载体环的对应的凹口中。如果设置有栓销226,则可以一侧或两侧(即载体环210或第一环形元件212的涡轮机壳体侧和支承壳体侧)实现紧固、尤其焊接。
在第六实施例中,在一侧、尤其仅在压缩机侧实现定中心。更确切地说,藉由涡轮机壳体110的定心面114来实现压缩机侧的定中心,第一环形元件212的外周214贴靠该定心面。定心面114是柱形的定心面,尤其是径向向内指向的柱形的定心面。即,载体环210或第一环形元件212在径向向内指向的柱形的定心面114上定中心。换句话说,载体环210藉由第一环形元件212的外周214在定心面114的内周上定中心。在替代性的设计方案中,还可以藉由涡轮机壳体110中的凹部(未展示)来实现定中心。凹部可以被设计并且布置成使得引导叶片220至少部分地被插入到凹部中。藉由流入边缘222和/或流出边缘224,引导叶片220可以贴靠凹部的径向向内或径向向外指向的面并且由此定中心。凹部可以被设计为类似上文所描述的凹部112。替代性地,可以藉由弹簧元件230或热保护罩240来实现支承壳体侧的定中心。在此,第一环形元件212的内周213可以贴靠热保护罩240的外周244或弹簧元件230的外周234。进一步替代性地,还可以如上所述地藉由与支承壳体310的插接连接件316来实现定中心。
在第六实施例中,类似于图5A、图6A、图7A和图8A的示例性的实施方式藉由弹簧元件230来实现轴向夹紧。即,第六示例的涡轮机组件100包括热保护罩240和弹簧元件230。热保护罩240在支承壳体侧沿轴向布置在涡轮机叶轮140旁边并且被设计为环形的。热保护罩240以径向外部区域贴靠第一环形元件212的径向内部区域。在此,热保护罩240的径向外部区域在支承壳体侧以沿轴向方向接触的方式沿轴向布置在第一环形元件212的径向内部区域旁边。弹簧元件230在支承壳体侧沿轴向布置在热保护罩240旁边。即,热保护罩240沿轴向布置在引导装置200(或第一环形元件212,尤其第一环形元件212的径向内部区域)与弹簧元件230之间。弹簧元件230藉由热保护罩240将引导装置200或载体环210夹紧到涡轮机壳体110上。弹簧元件230被设计为碟形弹簧。弹簧元件230以径向外部的端部区域将热保护罩240的径向外部区域夹紧到第一环形元件212的径向内部区域上。因此,引导装置200可以藉由热保护罩240沿轴向方向22被夹紧到涡轮机壳体110上。在替代性的实施方式中,还可以藉由将载体环210螺接在涡轮机壳体110中来实现轴向夹紧。
此外,涡轮机壳体110(在任意的实施方式中)可以包括一个或多个在图中不可见的轴向补偿凹部。一个或多个轴向补偿凹部被设计成提供引导叶片220和/或第二环形元件216沿轴向方向22热膨胀的空间。在此,一个或多个轴向补偿凹部可以是环形的凹部,尤其是环形的凹槽(例如类似凹部112)。一个或多个轴向补偿凹部沿轴向方向22深入涡轮机壳体110并且被布置在流入通道130的区域中。更确切地说,一个或多个轴向补偿凹部沿轴向方向22深入涡轮机壳体110的壁,该壁布置在涡轮机螺旋室120与涡轮机叶轮140之间并且基本上沿轴向方向22朝向支承壳体310取向。替代于环形的轴向补偿凹部或凹槽形的轴向补偿凹部,可以在涡轮机壳体110中设置有多个轴向补偿凹部,这些轴向补偿凹部被布置并且设计成使得其与引导叶片220的数量相对应并且各自沿轴向方向22布置在相应的引导叶片220旁边,使得相应的引导叶片220可以热膨胀到相邻的轴向补偿凹部中。
图11A示出了涡轮机组件100的示例性的第七实施方式。如尤其可以从图11B的细节视图中得出,在这个示例性的第七实施方式中,引导装置200包括仅具有第一环形元件212的载体环210。在此,第一环形元件212在支承壳体侧布置在引导叶片220旁边。第一环形元件212基本上构成流入通道130的整个第一通道面134。替代性地,第一环形元件212仅构成第一通道面134的大部分。流入通道130的第二通道面136由涡轮机壳体110构成。与示例性的第六设计方案中不同,这个示例性的第七设计方案的引导装置200由一个零件一体式地制成。此外,藉由螺接在涡轮机壳体110中来实现轴向夹紧。在这个设计方案中不需要弹簧元件230,然而在替代性的变型中也可以提供。由此可以防止例如引导装置200的不期望的松脱、尤其旋出。在第七实施例中,在一侧、尤其仅在压缩机侧实现定中心(类似于第六实施例的藉由定心面114的定中心)。然而,还可以如结合第六实施例所描述而替代性地以其他方式实现定中心。
在图11A和图11B的实施例中,藉由将引导装置200螺接在涡轮机壳体110中来实现引导装置200的轴向夹紧。在此,载体环210藉由第一环形元件212的外周214上的外螺纹214a、藉由定心面114的内周上的内螺纹114a与涡轮机壳体110螺接。通过这个有利的设计可以提供引导装置200在涡轮机壳体110中的定中心和轴向固定或夹紧。额外的固定元件(例如弹簧元件)是可能的,然而不是必须的。在此,载体环210被螺接在涡轮机壳体中,使得由第一环形元件212构成的第一通道面134的区段在涡轮机螺旋室120的侧面上与涡轮机壳体110齐平地终止。如尤其在图11B中可以看到,载体环210在第一环形元件212的外周214上的涡轮机壳体侧的边缘上具有环绕的倒棱214b。通过藉由外周214的定中心,可以实现引导装置200的精确并且稳定的定位。此外可以简化装配过程。通过螺接同样可以简化装配过程。此外可以降低成本,原因在于不需要(然而可以)通过额外的弹簧元件230来实现轴向夹紧。通过倒棱214b可以防止或至少减少流入通道130中的流动涡流。
尽管倒棱214b在其他实施例的图中未展示,但其他实施例的引导装置200同样可以具有一个或多个这种倒棱214b(同样在其他边缘上可以实现减少流动涡流)。代替倒棱,在替代性的设计方案中还可以在对应的边缘上设置用于减少流动涡流的倒圆角。
图11A的涡轮机组件还包括热保护罩240。然而在这个示例中,热保护罩240不是支承在支承壳体310的轴向突起314上,而是被法兰连接在涡轮机壳体110与支承壳体310之间。热保护罩240被设计为环形的或碟形的,并且借助径向外部区域卡紧在涡轮机侧的支承凸缘和涡轮机壳体110的凸缘之间。
在替代性的(未在图中展示的)设计方案中,根据图11A和图11B的设计方案的引导装置100(引导装置单件式或一体式地设计为仅具有第一环形元件212的铸件)还可以像图9、图10A和图10B的引导装置200一样包括弹簧元件230和热保护罩240。引导装置200包括仅具有第一环形元件212的载体环210。在此,第一环形元件212在支承壳体侧布置在引导叶片220旁边。第一环形元件212基本上构成流入通道130的整个第一通道面134(替代性地如更上文所述仅构成第一通道面134的大部分)。流入通道130的第二通道面136由涡轮机壳体110构成。在这种情况下,引导装置200不被螺接在涡轮机壳体110中,并且不包括外螺纹214a。同样,涡轮机壳体110或定心面114不必包括内螺纹114a。于是,引导装置200藉由弹簧元件230沿轴向方向被夹紧到涡轮机壳体110上(还参见图5A、图6A、图7A、图8A和图9的示例性的实施方式的描述)。热保护罩240在支承壳体侧沿轴向布置在涡轮机叶轮140旁边并且被设计为环形的。热保护罩240以径向外部区域贴靠第一环形元件212的径向内部区域。在此,热保护罩240的径向外部区域在支承壳体侧以沿轴向方向接触的方式沿轴向布置在第一环形元件212的径向内部区域旁边。弹簧元件230在支承壳体侧沿轴向布置在热保护罩240旁边。即,热保护罩240沿轴向布置在引导装置200(或第一环形元件212,尤其第一环形元件212的径向内部区域)与弹簧元件230之间。弹簧元件230藉由热保护罩240将引导装置200或载体环210夹紧到涡轮机壳体110上。弹簧元件230被设计为碟形弹簧。弹簧元件230以径向外部的端部区域将热保护罩240的径向外部区域夹紧到第一环形元件212的径向内部区域上。因此,引导装置200可以藉由热保护罩240沿轴向方向22被夹紧到涡轮机壳体110上。在替代性的实施方式中,还可以藉由将载体环210螺接在涡轮机壳体110中来实现轴向夹紧。在这个额外的替代性示例中,在一侧、尤其在压缩机侧来实现定中心,并且可以藉由插接连接件316(如上文关于图5A、图6A、图7A和图8A的实施方式所描述的,优选地以两个轴向孔215和对应两个螺栓)或藉由第一环形元件212的外周214接触式地贴靠涡轮机壳体110的定心面114来实现。如果选择与支承壳体310的插接连接件316,则载体环210被配置成藉由一个或多个在周向方向26上分布的螺栓、尤其两个或更多个螺栓在增压设备10的支承壳体310中定中心。更确切地说,第一环形元件212被配置成藉由一个或多个在周向方向26上分布的螺栓在增压设备10的支承壳体310中定中心。为此,第一环形元件212具有一个或多个、尤其两个或更多个在周向方向26上分布的轴向孔215。轴向孔215在此被布置并且设计成藉由螺栓与支承壳体310连接。即,轴向孔215深入第一环形元件212的轴向指向支承壳体310的端面。在替代性的设计方案中,螺栓还可以一体式地与载体环210或支承壳体310连接。在此,插接连接件316可以被设计为将引导装置200相对于涡轮机叶轮140固定。在另外的替代性的实施方式中,还可以使用其他的插接连接件、尤其其他的插接元件作为螺栓。替代性地,可以藉由弹簧元件230或热保护罩240来实现支承壳体侧的定中心。在此,第一环形元件212的内周213可以贴靠热保护罩240的外周244或弹簧元件230的外周234。
示例性的第八实施方式示出了用于在双蜗室涡轮机(参见图12A和图12B)中使用的涡轮机组件100。涡轮机螺旋室120包括第一蜗室122和第二蜗室124。第一蜗室122和第二蜗室124由在涡轮机壳体110中形成的分隔壁127在流动技术意义上分开。分隔壁127通入在涡轮机螺旋室120的径向内部端部处终止的第一涡轮机壳体舌片127和第二涡轮机壳体舌片129(参见图12B)。换言之,涡轮机壳体舌片127、129延伸至引导装置200的径向外部周边或延伸至流入通道的径向外部端部。涡轮机壳体舌片127、129在周向方向26上被布置成彼此间隔开优选180°。在替代性的设计方案中,涡轮机壳体舌片127、129例如可以在周向方向26上彼此间隔开175°或185°或170°或190°。其他间隔,例如160°至200°之间是可以的。在此,涡轮机壳体舌片127、129的相应的径向内部的端部区段尤其可以对应地在周向方向26上彼此间隔开。因此,在运行中,流体可以在周向方向26上在流动技术意义上分开地从蜗室122、124被引导到引导装置200中。换言之,第一蜗室122和第二蜗室124在流动技术意义上分开地在第一涡轮机壳体舌片127与第二涡轮机壳体舌片129之间通入引导装置200。即,涡轮机组件100被设计为双蜗室涡轮机组件。不同于参考图8A所描述的双蜗室涡轮机组件100(其中蜗室122、124沿轴向彼此分离地各自藉由整个周边通入引导装置200),双蜗室涡轮机组件100的蜗室122、124在周向方向上彼此分离地各自仅藉由周边的区段(在涡轮机壳体舌片127、129的示例性的180°偏移的情况下各自藉由基本上一半周边)通入引导装置200。引导装置200(或载体环210)在双蜗室涡轮机组件中被设计成使得藉由径向外部周边可以经由两个蜗室122、124在周向方向26上流体分开的出口流入该引导装置(或该载体环)。
如尤其可以从图12A的截面视图中得出,在这个示例性的第八实施方式中,引导装置200包括仅具有第一环形元件212的载体环210。在此,第一环形元件212在支承壳体侧布置在引导叶片220旁边。第一环形元件212基本上构成流入通道130的整个第一通道面134(替代性地如更上文所述仅构成第一通道面134的大部分)。流入通道130的第二通道面136由涡轮机壳体110构成。如在示例性的第七实施方式中所描述的,这个示例性的第八实施方式的引导装置200由一个零件一体式地制成。替代性地,引导装置200还可以如上所述单件式地制成。
引导叶片220中的两个引导叶片被设计为舌形引导叶片221。舌形引导叶片221与涡轮机壳体舌片127、129相邻地布置。换言之,舌形引导叶片221被布置在载体环210上,使得这些舌形引导叶片与涡轮机壳体舌片127、129相邻。由此,蜗室122、124的在流动技术意义上的分离可以在引导装置200(至少直至舌形引导叶片221的流出边缘)中继续被引导。即,在周向方向26上各自朝一侧在舌形引导叶片221之间可以各形成一个流入通道区段。通过各一个流入通道区段可以引导各一个蜗室流动(即来自第一蜗室122或第二蜗室124的流体流动)。换言之,因此来自蜗室122、124的分开的流体流动可以作为在相应的流入通道区段中的分开的流体流动经由引导装置200继续被引导至压缩机叶轮140。在此,舌形引导叶片221可以与其余的引导叶片220相同地设计或如在图12B中示出的那样被修改。舌形引导叶片221可以与在图12B中示出的相同地设计或不同地设计。在图12B的示例中,舌形引导叶片221、尤其其径向内部的端部区段(或流出边缘)及其径向外部的端部区段被布置成沿周向方向偏移180°。在其他的设计方案中,舌形引导叶片221或其径向外部的端部区段和/或径向内部的端部区段类似涡轮机壳体舌片127、129的上述偏移还可以沿周向方向26具有其他的间隔(例如175°或185°)。尤其,与第一涡轮机壳体舌片127相邻的舌形引导叶片221的径向内部的端部区段可以被布置成和与第二涡轮机壳体舌片129相邻的舌形引导叶片221的径向内部的端部区段沿周向方向26间隔175°。沿周向方向26继续,与第二涡轮机壳体舌片129相邻的舌形引导叶片221的径向内部的端部区段可以被布置成和与第一涡轮机壳体舌片127相邻的舌形引导叶片221的径向内部的端部区段沿周向方向26间隔185°。通过沿周向方向26在舌形引导叶片221的径向内部的端部区段之间形成的不同的圆周角区段(例如在一个周向方向上是175°,并且在相反定向的周向方向上是185°)可以获得有利的效果。由此,流体流动可以沿不同的圆周角区段从相应的流入通道区段被引导至涡轮机叶轮140,由此可以避免不利的频率增加。当涡轮机壳体舌片127、129对应地沿周向方向26偏移地布置时,还可以用两个相同设计的舌形引导叶片221来获得类似的效果。
引导装置200被插入到涡轮机壳体中,使得舌形引导叶片221被布置成与涡轮机壳体舌片127、129相邻。尤其,引导装置200在涡轮机壳体120中被布置并且设计成使得舌形引导叶片221中的相应的一个舌形引导叶片以涡轮机壳体舌片127、129的相应的一个涡轮机壳体舌片的延长部分布置,使得蜗室122、124的流动技术意义上的分离在引导装置200(至少直至舌形引导叶片221的流出边缘)中继续被引导。相应的涡轮机壳体舌片127、129的径向内部端部与相应的舌形叶片221的径向外部端部(或端部区段)基本上齐平地布置。由此可以改善从蜗室122、124进入到引导装置200中的流动传导。
原则上,圆周角区段可以通过引导装置200的对应的设计方案、尤其舌形引导叶片221的对应的设计方案得以保持,双蜗室涡轮机组件100的蜗室122、124藉由该圆周角区段在周向方向上彼此分离地流入引导装置200。替代性地,舌形引导叶片221还可以不同地设计,使得从引导装置200到涡轮机叶轮140的分开的流体流动的出口处的圆周角区段与从相应的蜗室122、124到引导环200的流体流动的圆周角区段不同。这尤其有利的是,由此流体流动可以沿不同的圆周角区段从相应的流入通道区段被引导至涡轮机叶轮140。
在第八实施例中,在一侧、尤其仅在支承壳体侧实现定中心。更确切地说,藉由涡轮机壳体110的定心面114来实现支承壳体侧的定中心,第一环形元件212的外周214贴靠该定心面(参见图12A)。定心面114是柱形的定心面,尤其是径向向内指向的柱形的定心面。即,载体环210或第一环形元件212在径向向内指向的柱形的定心面114上定中心。换句话说,载体环210藉由第一环形元件212的外周214在定心面114的内周上定中心。在替代性的设计方案中,还可以藉由涡轮机壳体110中的凹部(未展示)来实现定中心。凹部可以被设计并且布置成使得引导叶片220至少部分地被插入到凹部中。藉由流入边缘222和/或流出边缘224,引导叶片220可以贴靠凹部的径向向内或径向向外指向的面并且由此定中心。凹部可以被设计为类似上文所描述的凹部112。替代于或除了藉由定心面114的定中心之外,可以藉由弹簧元件230或热保护罩240来实现支承壳体侧的定中心。在此,第一环形元件212的内周213可以贴靠热保护罩240的外周244或弹簧元件230的外周234。进一步替代性地,还可以如上所述地藉由与支承壳体310的插接连接件316来实现定中心。
在第八实施例中,类似于图5A、图6A、图7A和图8A的示例性的实施方式藉由弹簧元件230来实现轴向夹紧。即,第八示例的涡轮机组件100包括热保护罩240和弹簧元件230。热保护罩240在支承壳体侧沿轴向布置在涡轮机叶轮140旁边并且被设计为环形的。热保护罩240以径向外部区域贴靠第一环形元件212的径向内部区域。在此,热保护罩240的径向外部区域在支承壳体侧以沿轴向方向接触的方式沿轴向布置在第一环形元件212的径向内部区域旁边。弹簧元件230在支承壳体侧沿轴向布置在热保护罩240旁边。即,热保护罩240沿轴向布置在引导装置200(或第一环形元件212,尤其第一环形元件212的径向内部区域)与弹簧元件230之间。弹簧元件230藉由热保护罩240将引导装置200或载体环210夹紧到涡轮机壳体110上。弹簧元件230被设计为碟形弹簧。弹簧元件230以径向外部的端部区域将热保护罩240的径向外部区域夹紧到第一环形元件212的径向内部区域上。因此,引导装置200可以藉由热保护罩240沿轴向方向22被夹紧到涡轮机壳体110上。在替代性的实施方式中,还可以藉由将载体环210螺接在涡轮机壳体110中来实现轴向夹紧。
在双蜗室涡轮机组件100的替代性的设计方案中,可以类似于图5A、图6A和图7A的示例性的实施方式设置有第二环形元件216。
示例性的第九实施方式示出了具有扭转止动部318的涡轮机组件100(参见图13A和图13B)。扭转止动部318被设计成基本上防止或至少限制引导装置200在周向方向26上的扭转。如尤其可以从图13A的截面视图中得出,在这个示例性的第九实施方式中,引导装置200包括仅具有第一环形元件212的载体环210。在此,第一环形元件212在支承壳体侧布置在引导叶片220旁边。第一环形元件212基本上构成流入通道130的整个第一通道面134(替代性地如更上文所述仅构成第一通道面134的大部分)。流入通道130的第二通道面136由涡轮机壳体110构成。就像在示例性的第七实施方式中一样,这个示例性的第九实施方式的引导装置200由一个零件一体式地制成。替代性地,引导装置200还可以如上所述单件式地制成。
在第九实施例中,在一侧、尤其仅在支承壳体侧实现定中心。更确切地说,藉由涡轮机壳体110的定心面114来实现支承壳体侧的定中心,第一环形元件212的外周214贴靠该定心面(参见图13A)。定心面114是柱形的定心面,尤其是径向向内指向的柱形的定心面。即,载体环210或第一环形元件212在径向向内指向的柱形的定心面114上定中心。换句话说,载体环210藉由第一环形元件212的外周214在定心面114的内周上定中心。在替代性的设计方案中,还可以藉由涡轮机壳体110中的凹部(未展示)来实现定中心。凹部可以被设计并且布置成使得引导叶片220至少部分地被插入到凹部中。藉由流入边缘222和/或流出边缘224,引导叶片220可以贴靠凹部的径向向内或径向向外指向的面并且由此定中心。凹部可以被设计为类似上文所描述的凹部112。替代于或除了藉由定心面114的定中心之外,可以藉由弹簧元件230或热保护罩240来实现支承壳体侧的定中心。在此,第一环形元件212的内周213可以贴靠热保护罩240的外周244或弹簧元件230的外周234。进一步替代性地,还可以如上所述地藉由与支承壳体310的插接连接件316来实现定中心。
在第九实施例中,类似于图5A、图6A、图7A、图8A和图12A的示例性的实施方式藉由弹簧元件230来实现轴向夹紧。即,第九示例的涡轮机组件100包括热保护罩240和弹簧元件230。热保护罩240在支承壳体侧沿轴向布置在涡轮机叶轮140旁边并且被设计为环形的。热保护罩240以径向外部区域贴靠第一环形元件212的径向内部区域。在此,热保护罩240的径向外部区域在支承壳体侧以沿轴向方向接触的方式沿轴向布置在第一环形元件212的径向内部区域旁边。弹簧元件230在支承壳体侧沿轴向布置在热保护罩240旁边。即,热保护罩240沿轴向布置在引导装置200(或第一环形元件212,尤其第一环形元件212的径向内部区域)与弹簧元件230之间。弹簧元件230藉由热保护罩240将引导装置200或载体环210夹紧到涡轮机壳体110上。弹簧元件230被设计为碟形弹簧。弹簧元件230以径向外部的端部区域将热保护罩240的径向外部区域夹紧到第一环形元件212的径向内部区域上。因此,引导装置200可以藉由热保护罩240沿轴向方向22被夹紧到涡轮机壳体110上。
扭转止动部318由腔穴318a和径向接合到腔穴318a中的销318b构成。在图13A和图13B的示例性的设计方案中,腔穴318a深入涡轮机壳体110的径向向内指向的柱形的定心面114。销318b在载体环210上被布置并且设计成使得销318b从载体环210的外周214径向向外接合到腔穴318a中。即,销318b从载体环210(或第一环形元件212)的外周214径向向外延伸。如从图13B可以得到,腔穴318a被设计为朝向沿轴向指向支承壳体310的面开口,使得销318b(与载体环210一起)可以在装配时沿轴向移入腔穴318a。腔穴318a和销318b在此的尺寸被确定成使得可以实现沿轴向方向22的移入并且防止或至少最小化销318b在腔穴318a中沿周向方向26的相对移位。在替代性的设计方案中,腔穴318a还可以布置在载体环210(或第一环形元件212)中,并且销318b可以布置在涡轮机壳体上。此外,可以设置有多个腔穴318a和销318b,这些腔穴和销对应地在周向方向26上分布地布置在载体环210上或定心面114上,使得每个销318b接合到每个腔穴318a中,以便固定引导装置200以防止相对于涡轮机壳体110的扭转。
扭转止动部318自然还可以与在此描述的其他实施例组合。尤其,扭转止动部318结合双蜗室涡轮机组件100是有利的。
尽管在所有示例性的设计方案示出了热保护罩240,但是这个热保护罩不一定是必须的(还可以替代性地实现定中心)。如果引导装置200藉由弹簧元件230沿轴向被夹紧,则弹簧元件230可以被设计成直接将引导装置200沿轴向夹紧到涡轮机壳体上。
虽然在上文描述了且在所附权利要求书中限定了本发明,但应该理解的是,本发明还能够替代性地根据如下实施方式来限定:
1.一种用于增压设备(10)的涡轮机组件(100),该涡轮机组件包括:
涡轮机壳体(110),该涡轮机壳体限定涡轮机螺旋室(120)和涡轮机出口(150);
涡轮机叶轮(140),该涡轮机叶轮在该涡轮机壳体(110)中布置在该涡轮机螺旋室(120)与该涡轮机出口(150)之间;以及
引导装置(200),该引导装置具有:
-载体环(210),和
-多个引导叶片(220),这些引导叶片以预定的定向固定地布置在该载体环(210)上,
其中该引导装置(200)被布置在该涡轮机螺旋室(120)与该涡轮机叶轮(140)之间的流入通道(130)中,使得在运行中,流体从该涡轮机螺旋室(120)经由该流入通道(130)藉由这些引导叶片(220)被引导至该涡轮机叶轮(140)。
2.根据实施方式1所述的涡轮机组件(100),其中该引导装置(200)被设计为独立的构件。
3.根据以上实施方式中任一项所述的涡轮机组件(100),其中该引导装置(200)被插入到该涡轮机壳体(110)中。
4.根据以上实施方式中任一项所述的涡轮机组件(100),其中该引导装置(200)被设计为单件式的。
5.根据以上实施方式中任一项所述的涡轮机组件(100),其中该载体环(210)在该涡轮机壳体(110)中定中心。
6.根据实施方式5所述的涡轮机组件(100),其中该载体环(210)沿轴向方向(22)被插入到该涡轮机壳体(110)的环形的凹部(112)、尤其凹槽中。
7.根据实施方式6所述的涡轮机组件(100),其中该载体环(210)包括第一环形元件(212)和第二环形元件(216),这些环形元件沿轴向彼此间隔开并且在这些环形元件之间布置有这些引导叶片(220),尤其其中该第二环形元件(216)被插入到该环形的凹部(112)中,使得仅这些引导叶片(220)位于该流入通道(130)中。
8.根据实施方式7所述的涡轮机组件(100),其中该流入通道(130)至少部分地沿轴向形成在该第一环形元件(212)与该第二环形元件(216)之间。
9.根据以上实施方式中任一项所述的涡轮机组件(100),其中该载体环(210)在该涡轮机壳体(110)的径向向内指向的柱形的定心面(114)上定中心。
10.根据实施方式9所述的涡轮机组件(100),其中该载体环(210)包括至少一个第一环形元件(212),这些引导叶片(220)在涡轮机壳体侧沿轴向方向(22)布置在该至少一个第一环形元件上,并且其中该载体环(210)藉由该第一环形元件(212)的外周(214)在该定心面(114)的内周上定中心,并且可选地,其中该涡轮机壳体(110)包括一个或多个轴向补偿凹部,这些轴向补偿凹部被设计成提供这些引导叶片(220)沿轴向方向(22)热膨胀的空间。
11.根据实施方式10所述的涡轮机组件(100),其中该载体环(210)藉由该第一环形元件(212)的外周(214)上的外螺纹(214a)、藉由该定心面(114)的内周上的内螺纹(114a)与该涡轮机壳体(110)螺接。
12.根据以上实施方式中任一项所述的涡轮机组件(100),其中该载体环(210)被配置成藉由插接连接件(316)、尤其藉由一个或多个在周向方向(26)上分布的螺栓在该增压设备(10)的支承壳体(310)中定中心。
13.根据实施方式12所述的涡轮机组件(100),其中该载体环(210)具有一个或多个在周向方向(26)上分布的轴向孔(215),这些轴向孔被布置并且设计成藉由螺栓与该支承壳体(310)连接。
14.根据以上实施方式中任一项所述的涡轮机组件(100),该涡轮机组件进一步包括热保护罩(240),该热保护罩在支承壳体侧沿轴向布置在该涡轮机叶轮(140)旁边。
15.根据实施方式14所述的涡轮机组件(100),其中该热保护罩(240)被设计为环形的,并且可选地,其中该载体环(210)在该热保护罩(240)上定中心。
16.根据实施方式15所述的涡轮机组件(100),其中该载体环(210)包括至少一个第一环形元件(212),这些引导叶片(220)在涡轮机壳体侧沿轴向方向(22)布置在该至少一个第一环形元件上,并且其中该第一环形元件(212)的内周(213)贴靠该热保护罩(240)的外周(244)。
17.根据以上实施方式中任一项所述的涡轮机组件(100),该涡轮机组件进一步包括弹簧元件(230),该弹簧元件在支承壳体侧沿轴向布置在该载体环(210)旁边并且被设计成将该引导装置(200)沿轴向方向(22)夹紧到该涡轮机壳体(110)上。
18.根据实施方式17所述的涡轮机组件(100),其中该弹簧元件(230)被设计为碟形弹簧,并且可选地,其中该载体环(210)在该弹簧元件(230)上定中心。
19.根据实施方式18所述的涡轮机组件(100),其中该载体环(210)包括至少一个第一环形元件(212),这些引导叶片(220)在涡轮机壳体侧沿轴向方向(22)布置在该至少一个第一环形元件上,并且其中该第一环形元件(212)的内周(213)贴靠该弹簧元件(230)的外周(234)。
20.根据以上实施方式中任一项所述的涡轮机组件(100),其中这些引导叶片(220)伸至该涡轮机叶轮(140)的稍前方,尤其伸至该流入通道(130)的径向内部端部(132)。
21.根据以上实施方式中任一项所述的涡轮机组件(100),其中该引导装置(200)包括三个至三十个、尤其三个至十五个、优选地四个至十二个、优选地五个至十个、并且特别优选地六个至九个引导叶片(220)。
22.根据以上实施方式中任一项所述的涡轮机组件(100),其中这些引导叶片(220)以预定的定向固定在该载体环(210)上,使得这些引导叶片在相对于周向方向(26)成角度(α)的流入方向(223)上将流体引导至该涡轮机叶轮(140),其中该角度(α)处于100°至170°之间,可选地处于110°至160°之间,优选地处于120°至150°之间并且特别优选地处于130°至140°之间的范围。
23.根据以上实施方式中任一项所述的涡轮机组件(100),其中该载体环(210)包括第一环形元件(212)和第二环形元件(216),这些环形元件沿轴向彼此间隔开并且在这些环形元件之间布置有这些引导叶片(220)。
24.根据实施方式23所述的涡轮机组件(100),其中这些引导叶片(220)从这些环形元件(212,216)开始径向向内、尤其延伸至该流入通道(130)的径向内部端部(132)。
25.根据至少从属于实施方式15的实施方式23或24中任一项所述的涡轮机组件(100),其中该热保护罩(240)在径向外部的端部区域中具有通道区段(243),其中该流入通道(130)的在该第二环形元件(216)的径向内部的支承壳体侧面至少部分地、尤其完全由该通道区段(243)构成。
26.根据至少从属于实施方式17的实施方式25所述的涡轮机组件(100),其中该热保护罩(240)沿轴向布置在该弹簧元件(230)与该引导装置(200)之间,并且其中该弹簧元件(230)被设计为藉由该通道区段(243)将该引导装置(200)沿轴向方向(22)夹紧到该涡轮机壳体(110)上。
27.根据实施方式25或26中任一项所述的涡轮机组件(100),其中该通道区段(243)具有U形的截面,该U形的截面具有径向外部支腿和径向内部支腿,并且其中该第一环形元件(212)的内周(213)贴靠该U形的截面的径向外部支腿的外周(244)。
28.根据至少从属于实施方式17的实施方式27所述的涡轮机组件(100),其中该热保护罩(240)沿轴向布置在该弹簧元件(230)与该引导装置(200)之间,并且其中该弹簧元件(230)以径向外部的端部区域在支承壳体侧伸入U形的截面,以便因此藉由该通道区段(243)将该引导装置(200)沿轴向方向(22)夹紧到该涡轮机壳体(110)上。
29.根据以上实施方式中任一项所述的涡轮机组件(100),其中该引导装置(200)被设计为单件式的、尤其单件式地被设计为板件。
30.根据以上实施方式中任一项所述的涡轮机组件(100),其中该引导装置(200)被设计为板件,尤其其中该引导装置(200)由板件形成。
31.根据至少从属于实施方式7的实施方式1至22中任一项所述的涡轮机组件(100),其中该第一环形元件(212)和该第二环形元件(216)在这些引导叶片(220)的径向内部和径向外部延伸,使得这些环形元件构成该流入通道(130)的大部分,尤其基本上构成整个流入通道(130)。
32.根据实施方式31所述的涡轮机组件(100),其中该第一环形元件(212)被设计成使得该第一环形元件构成该流入通道(130)的第一通道面(134)的至少大部分,并且其中该第二环形元件(216)被设计成使得该第二环形元件构成该流入通道(130)的第二通道面(136)的至少大部分,该第二通道面与该第一通道面(134)沿轴向相对。
33.根据实施方式31或32中任一项所述的涡轮机组件(100),其中该第一环形元件(212)和该第二环形元件(216)被设计成使得这些环形元件构成径向向内变窄的流入通道(130)。
34.根据实施方式31至33中任一项所述的涡轮机组件(100),其中该第一环形元件(212)和该第二环形元件(216)被设计成使得这些环形元件构成流入通道(130),该流入通道的走向具有轴向分量和径向分量。
35.根据至少从至少属于实施方式7的实施方式1至22或31至34中任一项所述的涡轮机组件(100),其中该涡轮机螺旋室(120)包括第一蜗室(122)和第二蜗室(124),这些蜗室由分隔壁(126)在流动技术意义上彼此分开,并且其中该载体环(210)进一步包括第三环形元件(218),该第三环形元件沿轴向布置在该第一环形元件(212)与该第二环形元件(216)之间并且被设计为使得该第三环形元件以该分隔壁(126)的延长部分延伸至该流入通道(130),尤其延伸穿过该流入通道(130)。
36.根据实施方式35所述的涡轮机组件(100),其中该第三环形元件(218)从该分隔壁(126)延伸至该流入通道(130)的径向内部端部(132),使得该流入通道(130)被分成两个轴向相邻的流入通道区段(130a,130b)。
37.根据以上实施方式中任一项所述的涡轮机组件(100),其中该载体环(210)被螺接在该涡轮机壳体(110)中。
38.根据至少从属于实施方式11的实施方式37所述的涡轮机组件(100),尤其其中该载体环(210)仅包括该第一环形元件(212)。
39.根据实施方式37或38中任一项所述的涡轮机组件(100),其中该载体环(210)在该第一环形元件(212)的外周(214)上的涡轮机壳体侧的边缘上具有环绕的倒棱(214b)。
40.根据实施方式31至39中任一项所述的涡轮机组件(100),其中该引导装置(200)被设计为单件式的,尤其其中该引导装置(200)由铸件形成。
41.根据实施方式31至39中任一项所述的涡轮机组件(100),其中该引导装置(200)由焊接组件构成。
42.根据以上实施方式中任一项所述的涡轮机组件(100),其中该载体环(210)和/或这些引导叶片(220)是根据已知的设计、尤其已知的VTG设计制成的零件。
43.根据实施方式42所述的涡轮机组件(100),其中选择最合适的VTG涡轮机的载体环(210)的尺寸、叶片宽度和/或节距圆。
44.根据实施方式42或43中任一项所述的涡轮机组件(100),其中该载体环(210)和这些引导叶片(220)被设计为原本独立的构件并且在连接技术上尤其材料配合地相互连接,可选地其中该载体环(210)和这些引导叶片(220)被设计为原本独立的构件并且焊接到一起。
45.根据实施方式42至44中任一项所述的涡轮机组件(100),其中这些引导叶片(220)以预定的定向与该载体环(210)连接,尤其焊接或钎焊。
46.根据实施方式42至44中任一项所述的涡轮机组件(100),其中这些引导叶片(220)是VTG引导叶片,并且各自具有栓销(226),其中这些引导叶片(220)藉由相应的栓销(226)以预定的定向被插入并且刚性地紧固、尤其焊接至该载体环(210)的对应的孔。
47.根据实施方式1至34或37至46中任一项所述的涡轮机组件(100),其中该涡轮机螺旋室(120)包括第一蜗室(122)和第二蜗室(124),这些蜗室在流动技术意义上分开地在第一涡轮机壳体舌片(127)与第二涡轮机壳体舌片(129)之间通入该引导装置(200)。
48.根据实施方式47所述的涡轮机组件(100),其中该多个引导叶片(220)中的两个引导叶片被设计为舌形引导叶片(221)并且被布置成与这些涡轮机壳体舌片(127,129)相邻,并且可选地,其中与该第一涡轮机壳体舌片(127)相邻的舌形引导叶片(221)的径向内部的端部区段被布置成和与该第二涡轮机壳体舌片(129)相邻的舌形引导叶片(221)的径向内部的端部区段眼周向方向(26)间隔小于180°、尤其175°。
49.根据实施方式48所述的涡轮机组件(100),其中该引导装置(200)在该涡轮机壳体(120)中被布置并且设计成使得这些舌形引导叶片(221)中的相应的一个舌形引导叶片以这些涡轮机壳体舌片(127,129)的相应的一个涡轮机壳体舌片的延长部分布置,使得这些蜗室的流动技术意义上的分离在该引导装置(200)中继续被引导。
50.根据实施方式49所述的涡轮机组件(100),其中相应的涡轮机壳体舌片(127,129)的径向内部端部与相应的舌形叶片(221)的径向外部端部基本上齐平地布置。
51.根据实施方式1至10或12至50中任一项所述的涡轮机组件(100),该涡轮机组件进一步包括扭转止动部(318),该扭转止动部被设计为基本上防止该引导装置(200)沿周向方向(26)的扭转。
52.根据实施方式51所述的涡轮机组件(100),其中该扭转止动部(318)由腔穴(318a)和径向接合到该腔穴(318a)中的销(318b)构成。
53.根据实施方式52所述的涡轮机组件(100),其中该腔穴(318a)深入该涡轮机壳体(110)的径向向内指向的柱形的定心面(114),并且其中该销(318b)在该载体环(210)上被布置并且设计成使得该销(318b)从该载体环(210)的外周(214)径向向外接合到该腔穴(318a)中。
54.一种增压设备(10),包括:
压缩机组件(320),该压缩机组件具有:压缩机壳体(322)和压缩机叶轮(324),该压缩机叶轮转动地布置在该压缩机壳体(322)中;
支承壳体(310);
轴(330),该轴转动地布置在该支承壳体(310)中;以及
根据以上实施方式中任一项所述的涡轮机组件(100),其中该涡轮机叶轮(140)藉由该轴(330)可旋转地与该压缩机叶轮(324)联接。
55.根据从属于实施方式17的实施方式54所述的增压设备(10),其中该支承壳体(310)在涡轮机侧的端部区域(312)上具有轴向突起(314),该弹簧元件(230)和/或该热保护罩(240)支承在该轴向突起上。
56.根据实施方式54或55中任一项所述的增压设备(10),其中该载体环(210)藉由插接连接件(316)、尤其藉由多个在周向方向(26)上分布的螺栓在该支承壳体(310)中定中心。
57.根据至少从属于实施方式37的实施方式54至56中任一项所述的增压设备(10),该增压设备进一步包括热保护罩(240),该热保护罩被法兰连接在该涡轮机壳体(110)与该支承壳体(310)之间。
附图标记清单
10 增压设备
22 轴向方向
24 径向方向
26 周向方向
100 涡轮机组件
110 涡轮机壳体
112 凹部
114 定心面
114a 内螺纹
120 涡轮机螺旋室
122 第一蜗室
124 第二蜗室
126 分隔壁
127 第一涡轮机壳体舌片
129 第二涡轮机壳体舌片
130 流入通道
130a 第一流入区段
130b 第二流入区段
132 径向内部端部
134 第一通道面
136 第二通道面
140 涡轮机叶轮
140a 半轴流式涡轮机叶轮
150 涡轮机出口
200 引导装置
210 载体环
212 第一环形元件
213 第一环形元件的内周
214 第一环形元件的外周
214a 外螺纹
214b 倒棱
215 孔
216 第二环形元件
218 第三环形元件
220 引导叶片
220a 第一叶片区段
220b 第二叶片区段
221 舌形叶片
222 流入边缘
223 流入方向
224 流出边缘
226 栓销
230 弹簧元件
232 弹簧元件的内周
234 弹簧元件的外周
240 热保护罩
242 热保护罩的内周
243 通道区段
244 热保护罩的外周
310 支承壳体
312 涡轮机侧的端部区域
314 轴向突起
316 插接连接件
318 扭转止动部
318a 腔穴
318b 销
320 压缩机组件
322 压缩机壳体
324 压缩机叶轮
330 轴

Claims (17)

1.一种用于增压设备(10)的涡轮机组件(100),该涡轮机组件包括:
涡轮机壳体(110),该涡轮机壳体限定涡轮机螺旋室(120)和涡轮机出口(150);
涡轮机叶轮(140),该涡轮机叶轮在该涡轮机壳体(110)中布置在该涡轮机螺旋室(120)与该涡轮机出口(150)之间;以及
引导装置(200),该引导装置具有:
-载体环(210),和
-多个引导叶片(220),所述多个引导叶片以预定的定向固定地布置在该载体环(210)上,
其中,该引导装置(200)被布置在该涡轮机螺旋室(120)与该涡轮机叶轮(140)之间的流入通道(130)中,使得在运行中流体从该涡轮机螺旋室(120)通过该流入通道(130)经由所述引导叶片(220)被引导至该涡轮机叶轮(140)上。
2.根据权利要求1所述的涡轮机组件(100),其中,该引导装置(200)被设计为独立的构件,可选地,该引导装置(200)被插入到该涡轮机壳体(110)中。
3.根据以上权利要求中任一项所述的涡轮机组件(100),其中,该引导装置(200)被设计为单件式的,尤其是,该引导装置(200)由铸件、板件或由焊接组件构成。
4.根据以上权利要求中任一项所述的涡轮机组件(100),其中,该载体环(210)在该涡轮机壳体(110)中定中心,并且可选地,该载体环(210)沿轴向方向(22)被插入到该涡轮机壳体(110)的环形的凹部(112)、尤其是凹槽中。
5.根据以上权利要求中任一项所述的涡轮机组件(100),其中,该载体环(210)包括第一环形元件(212)和第二环形元件(216),所述第一环形元件和第二环形元件沿轴向彼此间隔开并且在所述第一环形元件和第二环形元件之间布置所述引导叶片(220),尤其是,当从属于权利要求4时,该第二环形元件(216)被插入到该环形的凹部(112)中,使得仅所述引导叶片(220)位于流入通道(130)中。
6.根据以上权利要求中任一项所述的涡轮机组件(100),其中,该载体环(210)在该涡轮机壳体(110)的径向向内指向的柱形的定心面(114)上定中心,并且可选地,该载体环(210)包括至少一个第一环形元件(212),所述引导叶片(220)在涡轮机壳体侧沿轴向方向(22)布置在所述至少一个第一环形元件上,并且该载体环(210)经由该第一环形元件(212)的外周(214)在该定心面(114)的内周上定中心。
7.根据权利要求6所述的涡轮机组件(100),其中,该载体环(210)经由该第一环形元件(212)的外周(214)上的外螺纹(214a)与该涡轮机壳体(110)经由该定心面(114)的内周上的内螺纹(114a)螺接。
8.根据以上权利要求中任一项所述的涡轮机组件(100),当至少从属于权利要求5时,其中,该涡轮机螺旋室(120)包括第一蜗室(122)和第二蜗室(124),所述第一蜗室和第二蜗室由分隔壁(126)在流动技术意义上彼此分开,并且该引导环(210)进一步包括第三环形元件(218),该第三环形元件沿轴向布置在该第一环形元件(212)与该第二环形元件(216)之间并且被设计为使得该第三环形元件以该分隔壁(126)的延长部分延伸至该流入通道(130),尤其是延伸穿过该流入通道(130)。
9.根据以上权利要求中任一项所述的涡轮机组件(100),其中,该载体环(210)被配置成经由插接连接件(316)、尤其是经由多个在周向方向(26)上分布的螺栓在该增压设备(10)的支承壳体(310)中定中心。
10.根据以上权利要求中任一项所述的涡轮机组件(100),该涡轮机组件进一步包括热保护罩(240),该热保护罩在支承壳体侧沿轴向布置在该涡轮机叶轮(140)旁边,并且可选地,该载体环(210)在该热保护罩(240)上定中心。
11.根据以上权利要求中任一项所述的涡轮机组件(100),该涡轮机组件进一步包括弹簧元件(230),该弹簧元件在支承壳体侧沿轴向布置在该引导装置(200)旁边并且被设计成将该引导装置(200)沿轴向方向(22)夹紧到该涡轮机壳体(110)上。
12.至少根据权利要求10和11所述的涡轮机组件(100),其中,该热保护罩(240)沿轴向布置在该弹簧元件(230)与该引导装置(200)之间,并且该弹簧元件(230)被设计为经由该热保护罩(240)的径向外部区域沿轴向方向(22)将该引导装置(200)夹紧到该涡轮机壳体(110)上。
13.根据以上权利要求1至7或9至12中任一项所述的涡轮机组件(100),其中,该涡轮机螺旋室(120)包括第一蜗室(122)和第二蜗室(124),所述第一蜗室和第二蜗室在流动技术意义上分开地在第一涡轮机壳体舌片(127)与第二涡轮机壳体舌片(129)之间通入该引导装置(200),可选地,所述多个引导叶片(220)中的两个引导叶片被设计为舌形引导叶片(221)并且被布置成与所述涡轮机壳体舌片(127,129)相邻。
14.根据权利要求13所述的涡轮机组件(100),其中,该引导装置(200)在该涡轮机壳体(120)中被布置并且设计成使得所述舌形引导叶片(221)中的相应的一个舌形引导叶片以所述涡轮机壳体舌片(127,129)中的相应的一个涡轮机壳体舌片的延长部分布置,使得所述蜗室的在流动技术意义上的分离在该引导装置(200)中继续被引导。
15.根据以上权利要求1至6或8至14中任一项所述的涡轮机组件(100),该涡轮机组件进一步包括扭转止动部(318),该扭转止动部被设计为基本上防止该引导装置(200)在周向方向(26)上的扭转,可选地,该扭转止动部(318)由腔穴(318a)和径向接合到该腔穴(318a)中的销(318b)构成。
16.根据以上权利要求中任一项所述的涡轮机组件(100),其中,该载体环(210)和/或所述引导叶片(220)是根据已知的设计、尤其是已知的VTG设计制成的零件。
17.根据以上权利要求中任一项所述的涡轮机组件(100),其中,所述引导叶片(220)伸至该涡轮机叶轮(140)的稍前方,尤其是伸至该流入通道(130)的径向内部端部(132),并且可选地,所述引导叶片(220)以预定的定向被固定在该载体环(210)上,使得这些引导叶片在相对于周向方向(26)成角度(α)的流入方向(223)上将流体引导至该涡轮机叶轮(140)上,该角度对于期望的运行点是优化的。
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