CN1178288A - 用于涡轮增压器的径流式蜗轮机的防破裂装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种用于涡轮增压器的径流式涡轮机的简单而可靠的防破裂装置,因而增加涡轮机的耐用性和与它相连的内燃机的利用率。本发明这样实现此目的,第一防破裂装置(16)沿径向安装在进气壳(3)和出气壳(4)之间,但导向叶片通道(8)除外,在进气壳(3)上制作一个第二防破裂装置(17),两个防破裂装置(16,17)是沿轴向安装在涡轮机叶轮(6)的区域内。

Description

用于涡轮增压器的径流式蜗轮机的防破裂装置

本发明涉及涡轮增压器的径流式涡轮机上的一种防破裂装置，它具有一个涡轮机机壳，该机壳主要由一进气壳和一出气壳组成；一个可转动地安装在轴上的涡轮机叶轮；以及一个设在进气壳和出气壳之间的导向叶片通道。

与废气涡轮增压器相连的内燃机的功率输出增大的一个决定性判据是由废气涡轮增压器的压缩机所施加的增压压力。如果增压压力增大则可迫使较多的空气进入气缸，因而可使内燃机的输出得以提高。为了得到高的增压压力，今天所用的废气涡轮增压器就得以很高的圆周速度转动。其结果是通过造价高的结构措施仅能将破裂的运动叶片所产生的那些碎片拦截在涡轮机机壳中，特别是在大的废气涡轮增压器的情形中更是如此。由于可能产生大量的碎片，在所谓的整体式涡轮机中这个问题就变得更为严重，这是因为它们的涡轮盘和运动叶片做成一体所致。

为了防止碎片穿透涡轮增压器的外壁，从而防止对人或附近的机器部件造成伤害，现代的涡轮增压器在涡轮机壳中、在涡轮叶轮径向外侧区域设计了较厚的壁。但是，这些解决方法却有很多的缺点，比如，相当大的额外的机壳重量和由于这样的涡轮机壳的铸造性较差而有发生缩孔的危险。此外，这样加厚的外壳可由于各种原因变热，这可导致热破裂。所有这些因素都可减少涡轮机的耐用性，因而减少了与它相关联的内燃机的利用率。

DE-A1-4223496公开了一种用来减小高速转动机器的破裂部件动能的装置。在轴式涡轮机内部的这种装置是由大量保护环所组成，这些环彼此相连，而且在各种情形下，在它们之间都有一个由可延伸的材料制作的折皱区。但是，这样的解决方法并不适于径流式涡轮机，这是由于在径流式涡轮机上设有径向气体入口而不能将防破裂装置用到涡轮机的径向区域中。

尽管人们也知道外部防破裂环，但鉴于涡轮机的质量很大，这种外部防破裂环同样不适于用来防止涡轮机壳的穿透。

如前所述，在试图避免所有这些缺点的过程中，本发明的一个目的是提供一个新颖的，简单而可靠的用于涡轮增压器的径流式涡轮机的破裂装置，因而增加涡轮机的耐用性并相应地提高与涡轮机相关联的内燃机的利用率。

按照本发明，这一点可这样来实现，在权利要求1的序言所述的装置中，有两个防破裂装置沿轴向连接在涡轮叶轮所在区域中。第一个防破裂装置是做在内部，也就是沿径向做在涡轮机的进气壳与出气壳之间，但却不包括导向叶片通道的区域。这第一防破裂装置设计成一个圆形的防破裂环。。相反，第二防破裂装置安装在外面，也就是涡轮进气壳的外面。它被做成一个螺旋形金属薄板套筒而且至少延伸在涡轮机叶轮的轴向范围上。在气体出口侧，防破裂环同样至少覆盖在该涡轮机叶轮的轴向范围上。为此，涡轮进气壳和涡轮出气壳在它们的连接区域都各有一凹槽。这两个凹槽构成一个公共的中空的空间，防破裂环就很松动地安放在这中空空间中。第二防破裂装置靠摩擦与涡轮进气壳相连。

这样就为涡轮增压器的径流式涡轮机提供了一种相当简单而可靠的防破裂装置。松动地安装这种防破裂环有利于它的组装，因而可降低装配费用。如果涡轮叶轮破裂，这种防破裂环就可吸收大部分破裂能量。因为防破裂环覆盖了除导向叶片通道之外的涡轮叶轮的整个长度，因而只有较少的碎片能通过相当狭窄的导向叶片通道甩进涡轮进气壳。具有较高动能的大碎片可被防破裂环所挡住。如果较小的碎片穿透了涡轮进气壳壁，则它们就会被外防破裂装置挡住。因而通过内外防破裂装置的联合就能防止涡轮机部件被甩出到环境中，即使在释放出的能量很高时也是如此。

在本发明的第二个实施例中，除了前述的两个防破裂装置外，还安装了第三个防破裂装置，而且将它设计成一钢丝绳组合件。同样将这种钢丝绳组合件安装在涡轮进气壳和涡轮出气壳的中空空间中，特别是安装在防破裂环的涡轮出气壳那一侧。它是由许多钢丝绳组成，这些钢丝绳平行于涡轮机叶轮的转动方向并一个靠着一个地布置在至少一排中。当使用这种附加的防破裂装置时，损坏的涡轮机零件保留在壳中的可能性，因而涡轮增压器的安全性都有显著的增加。

如在涡轮出气壳的凹槽内至少做两个平行于涡轮叶轮轴的肋部，而且将钢丝绳组合件与肋部以刚性联锁方式相连，将是特别有用的。这样就可确保附加的防破裂装置的装配和固定特别简单。

当结合废气涡轮增压器的径流式涡轮机的附图来考虑并参考下述的详细描述时，本发明就变得更好理解，因此很容易全面了解本发明以及伴随它的很多的优点，其中：

图1表示径流式涡轮机的局部的纵向截面；

图2按照图1画出了一个图示，但却是用来说明第二示范性实施例；

图3表示沿图2中的III-III线并通过涡轮出气壳的横截面。

这里仅画出一些对于理解本发明极为重要的元件，这个装置没有画出的元件是，例如，废气涡轮增压器的压缩机部分。工作介质的流动方向由箭头所示。

现在请参看附图，在所有这几个附图中，相同的参考号都代表相同的或相应的部件。涡轮增压器主要由一个压缩机(未画出)和一个设计成径流式的废气涡轮机1组成。该径流式涡轮机1具有一个涡轮机机壳2，机壳2又具有一个螺旋涡轮进气壳3和一个设计成出气法兰的涡轮出气壳4。一个由轴5所支承并具有运动叶片7的涡轮机叶轮6，以可转动方式安装在涡轮机机壳2中。在压缩机一侧，将一个压缩机叶轮(同样未画出)安装在轴5上。

该涡轮进气壳3在下游合并入导向叶片通道8中，在导向叶片通道中一个喷嘴环9以刚性联锁的方式安装在涡轮进气壳3和涡轮出气壳4之间。轴5通过轴承10可转动地安装在一个轴承箱11中。涡轮进气壳3和轴承箱11通过安装在圆周方向的紧固带箍12彼此相连(图1)。

涡轮进气壳3和涡轮出气壳4通过一些螺栓13可拆卸地相互连接。涡轮机壳2的两个部件在它们连接的区域都各有一个凹槽14。两个凹槽14形成了一个公共的中空空间15，它把第一防破裂装置16松动地容纳其中，第一防破裂装置设计成圆形防破裂环。因而防破裂环16沿径向安装在涡轮进气壳3和涡轮出气法兰4之间，但导向叶片通道8的区域除外。在出气侧，防破裂环16完全覆盖涡轮叶轮6的轴向延伸区域。当然，在这一侧它也可伸出涡轮叶轮6的范围。

一个设计成螺旋金属薄板套筒的第二防破裂环17被安装在涡轮进气壳3的外面，而且通过许多螺栓18以可拆方式与进气壳相连。一种高级材料，如象哈斯特耐蚀耐热合金(Hastelloy)被用来制作这两种防破裂装置16，17。因而可进一步提高保护效果。

在一个与废气涡轮增压器相连并被设计成柴油发动机的内燃机(未画出)运行过程中，它的废气首先通入废气涡轮机1的进气壳3中。它们在螺旋进气壳3中被加速，而且以一最佳的流动角度通过喷嘴环9送到涡轮叶轮6。废气最后在该处膨胀。在这过程中，它们放出能量用来驱动轴5，从而驱动压缩机的叶轮。

但在非常条件下，它却不能防止涡轮机叶轮6的破裂。因为两种防破裂装置16，17按轴向来说是安装在涡轮机叶轮6的区域中，而按径向来说则是安装在涡轮叶轮6的外面，因而在这种情况下防破裂环16能吸收大部分的破裂能量。此外，由于它覆盖了除相当狭窄的导向叶片通道9以外的整个涡轮机叶轮6的长度，因而只有较小的涡轮机碎片才能被甩进进气壳3中。大的碎片，也就是具有高动能的那些碎片，将被防破裂环16所挡住。如果较小的碎片穿透了进气壳3的壁，则它们就会被第二个，也就是外防破裂装置17所挡住。外防破裂装置17覆盖了涡轮机叶轮6的整个轴向延伸区域。因而内外防破裂装置16，17能防止涡轮机的部件被甩出到周围环境中，即使释放的能量很高时也能做到。

在本发明的第二个示范性实施例中，除了这第一和第二防破裂装置16，17外，还在防破裂环16的出气壳一侧的中空空间15中安装了一个第三防破裂装置19。这第三个防破裂装置19设计成一钢丝绳组合件，它由许多平行于涡轮机叶轮6的转动方向而且一个靠着一个布置成一排的钢丝绳20构成(图2)。在凹进部分14中，出气法兰4有四根肋部22，这些肋部平行于涡轮机叶轮6的转动轴21布置，而且钢丝绳组合件19与这些肋部以刚性联锁方式相连(图3)。这些肋部具有加强的作用，因而可以获得一种额外的防破裂效果。

使用第三防破裂装置19可进一步减小涡轮机部件从涡轮机壳2中逃逸出来的可能性，因而增大了废气涡轮增压器的安全性。这种钢丝绳组合件19的安装简单和固定可靠是由于设计了出气法兰4的肋部22和它们与钢丝绳组合件19的刚性联锁连接方式而得以实现的。

当然，也可沿径向一个落一个的安装几排钢丝绳，这可强化第三防破裂装置19的防护效果。

显然，根据上述说明，对本发明作许多改进和变化都是可能的。因此，应明白，除了这里具体描述的而外，在附加的权利要求范围内本发明还可采用另外的实施方案。

                  标号表1  废气涡轮机，                         12  紧固带箍径流式涡轮机2  涡轮机机壳                           13  螺栓3  进气壳                               14  凹槽4  出气壳，出气法兰                     15  中空空间5  轴                                   16  第一防破裂装置，

                                        防破裂环6  涡轮机叶轮                           17  第二防破裂装置，

                                        金属薄板套筒7  运动叶片                             18  螺栓8  导向叶片通道                         19  第三防破裂装置，

                                        钢丝绳组合件9  喷嘴环                               20  钢丝绳10 轴承                                 21  转动轴11 轴承箱                               22  肋部塞件具有一对与碱液容器体固定凸起16的开孔15相同的宽度的加粗部分23。夹件的外侧倒圆的自由端26终结在一对分叉的、指向弯曲的翼件22的翼件24，在翼件的外端具有一个小的台阶25。

这样夹件5可以简单地插入破液容器固定凸起18的开孔15内，其中固定凸起卡固在翼件24外表面的台阶25上，同时当弯曲的翼件22抵住固定凸起18的相对侧时，加粗部分23在插入开孔15内时起着支撑和固定夹件5的作用。

综上所述，采用上述手段可实现一较为经济制做和安装的、改善了密封性能的，并且大批量工业生产时大大省工、省料的传感器壳体，这是因为与通常方式相比其安装既简单又迅速之故。

Claims (10)

1.一种用于涡轮增压器，最好是废气涡轮增压器的径流式涡轮机的防破裂装置，它具有一个涡轮机机壳(2)，该机壳(2)主要由一进气壳(3)和一出气壳(4)组成；一个可转动地安装在轴(5)上的涡轮机叶轮(6)；以及一个设在进气壳(3)和出气壳(4)之间的导向叶片通道(8)；其中，沿径向看，第一防破裂装置(16)安装在除导向叶片通道(8)以外的进气壳(3)和出气壳(4)之间，而第二个防破裂装置(17)装设在进气壳(3)上，同时两个防破裂装置沿轴向都是安装在涡轮机叶轮(6)的区域内。

2.按照权利要求1所述的防破裂装置，其中，第一防破裂装置(16)被设计成一个圆形的防破裂环，而第二防破裂装置(17)被设计成一个螺旋金属薄板套筒。

3.按照权利要求2所述的防破裂装置。其中，第二防破裂装置(17)至少延伸在涡轮机叶轮(6)的轴向范围上，而防破裂环(16)在出气侧至少遮住涡轮机叶轮(6)的轴向延伸部分。

4.按照权利要求2或3所述的防破裂装置。其中，进气壳(3)和出气壳(4)在它们连接区各有一凹槽(14)，这两凹槽(14)形成一个公共的中空空间(15)，防破裂环(16)就安装在这个中空空间(15)中。

5.按照权利要求4所述的防破裂装置。其中，防破裂环(16)松动地安装在这个中空空间(15)中。

6.按照权利要求4所述的防破裂装置。其中，该第二防破裂装置(17)是靠摩擦与进气壳(3)相连接。

7.按照权利要求4所述的防破裂装置。其中，制做一个第三防破裂装置(19)并同样将它安装在这个中空空间(15)中。

8.按照权利要求7所述的防破裂装置。其中，这第三防破裂装置(19)被设计成一钢丝绳组合件，并将它安装在防破裂环(16)的出气壳一侧上。

9.按照权利要求8所述的防破裂装置。其中，钢丝组合件(19)由很多钢丝绳(20)组成，这些钢丝绳平行于涡轮机叶轮(6)的转动方向并一个靠着一个地布置在至少一排中。

10.按照权利要求9所述的防破裂装置。其中，在出气壳(4)的凹槽(14)中至少有两条肋部(22)，这两条肋部(22)是平行于涡轮机叶轮(6)的转动轴(21)布置的，而且上述钢丝绳组合件(19)以刚性联锁的方式与该肋部(22)相连。

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