CN1220349A - 压缩机和透平机的改进 - Google Patents

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Abstract

一种向心式压缩机,包括一个压缩机箱,一个安装在压缩机箱里的带有压缩机叶片的压缩机叶轮。压缩机箱包括盖元件和扩散器法兰盘,扩散器法兰盘固定在盖和轴承箱上,扩散器有一个外表面连接到盖上,径向分布的内部元件连接到轴承箱上,扩散器上设计有一个低强度槽,位于外表面和径向分布的内部元件之间,以至于可以在压缩机叶轮发生故障期间能够预知扩散器法兰盘的断裂。

Description

压缩机和透平机的改进
本发明主要涉及的是在向心式压缩机和透平机的改进，但并不排除如应用在内燃机上的涡轮式增压器上使用的压缩机和透平机。
涡轮式增压器通常设计成增加内燃机的进口压力以提高它的功率和效率。传统的设计中，向心式压缩机由向心式的透平机驱动，而这个向心式的透平机由内燃机的废气推动。
通常，蜗轮式增压器的向心式压缩机包括压缩机箱，压缩机筒内安放着一个带径向分布叶片的旋转式压缩机推进器。压缩机箱包括一个盖板，盖板的一部分与推进器叶片的轮廓线紧密配合，一部分限定了一个环形入口通道，一个扩散器法兰盘，固定地安装在盖板的轴承箱之间，轴承箱里安放着压缩机和透平机的轴承。扩散器可通过安装螺钉固定在轴承箱上，也可和轴承箱整个整体铸造。
特别是伴随着大马力的机动车，迫切需要提高蜗轮式增压的性能。为满足这种需要，用钛来制造压缩机推进器成为必要，因为这样压缩机才能经得住高压比和恶劣的工况。用钛或另外的高密度金属(如不锈钢)制成的推进器相对于现在的铝合金推进器的不足之处是，密度增加，使得推进器在发生故障时更难控制。钛的瑕疵、蜗轮增压器在超过最高速限制的速度下持续使用、以及在极个别工况下蜗轮式增压器在高低速间连续循环所引起的材料的疲劳损伤都能引起压缩机推进器的故障。当压缩机推进器不能使用时，希望把沿径向喷射出来的碎片控制在压缩机箱里，以减小损伤蜗轮式增压器或伤人的危险。通常小的碎块相对容易控制，而大的碎块很可能由于它们的撞击力损伤压缩机箱或扩散器法兰盘。尤其危险的是扩散器法兰盘和轴承箱之间的连接。一旦这两部分分开，轴承箱漏油，就增加了发动机箱发生火灾或发动机发生故障的危险。
众所周知，仅为了实验目的或为了耐力验证实验，在压缩机推进器背面切一个槽，以保证发生故障时，推进器按预定尺寸和质量分成两半。于是可以根据确保推进器碎片的控制来设计压缩机箱和扩散器法兰盘。然而，我们也知道碎块可以成功地把压缩机箱从扩散器法兰盘上橇下来。试图避免这种情况，包括采用一个由球墨铁做成的压缩机盖。然而结果并不令人满意，因为这种材料不能吸收所需的那么多的能量，以致到达扩散器法兰盘和轴承箱的碰撞的重物比通常的大。另一种已知的方法是强固扩散器法兰盘以增加控制碎块的机会，但是这样会引起碎块上的撞击力又传递到了连接轴承箱和扩散器法兰盘的安装螺钉上，于是会使它们切断或从轴承箱上裂开。改进轴承箱和扩散器法兰盘的连接方案，以减少它被破坏的危险将涉及到连接方案结构的重大改变，以及费用的显著增加。
本发明的目的之一就是消除或减少前面所述的缺点。
根据本发明提供的一种向心式压缩机，它包括压缩机箱，一个安装在压缩机箱里的带压缩机叶片的压缩机叶轮，一个轴承箱，压缩机箱包括盖元件和一个被固定在盖和轴承箱上的扩散器元件，扩散器有一个外表面，和盖连到一起，一个径向分布的内部元件，和轴承箱连接到一起，其中扩散器元件有一个低强度区，设计在介于外表面和径向分布的内部元件之间。
在本发明的一个最优实施例中，低强度区由脆弱的槽构成，且该槽最好是环形的。
压缩机叶轮可以用钛来制造，以经得住高压比和高温。
根据本发明另一方面，提供一个带驱动如上所述向心式压缩机的透平机的蜗轮式增压器。
现在仅通过例子并参照以下附图来讨论本发明的一个具体实施例，
图1表示的是根据本发明装有一个压缩机的蜗轮式增压器的轴向视图。
图2表示的是本发明的一个扩散器法兰盘的主视图。
图3表示的是图2所示扩散器法兰盘沿A-A向的剖视图。
图4表示的是蜗轮式增压器另一个实施例的轴向剖视图。
现在参看附图，图1表示的是一个蜗轮式增压器，装有如图中序号1所示的向心式压缩机(根据本发明)，和一个由图中序号2所示的向心式透平机。
压缩机1包括一个安放着旋转式的压缩机推进器4的压缩机箱3，推进器4内有径向分布的推进器叶片5。压缩机箱3包括一个环形盖板6，它的形状设计成其上有一个环形入口7，该环形入口7沿着压缩机准进器4的前面布置，一个环形出口通道8，紧邻着推进器叶片5的径向末端布置，一个扩散器法兰盘9，布置在压缩机推进器4的后面。
类似的，透平机2包括一个透平机推进器10，该透平机推进器10旋转地安放在透平机箱11里，并安装在和压缩机推进器4共用的旋转轴12的末端。透平机2以传统方式设计，这里不作详细讨论。
在压缩机和蜗轮箱3、11之间有一个轴承箱13，轴承箱13上有中心孔14以安装旋转轴12，轴的末端伸入到压缩机和透平机箱3、11里，支掌着压缩机和透平机推进器4、10。轴承箱13安放着支撑轴12的轴承15，轴承15通过导管16来润滑。
在图2和图3中详细示出的扩散器法兰盘9，通常呈带中心孔17的圆盘形，以安装旋转轴12。法兰盘9的边缘有一个薄薄的轮箍18，通过这个轮箍把扩散器9连接到盖板6上，而法兰盘9的中心部分19相对较厚，其上有四个环形等距离分布的孔20，通过这四个孔把扩散器法兰盘9用安装螺钉21(图1中仅表示出一个)固定到轴承箱12上。紧接着安装螺钉孔20的外侧有一个切削出的环形槽22(图1中未示出)，这就大大地减小了扩散器法兰盘9在这个地方的厚度。
环形槽22给扩散器法兰盘9提供了一个低强度区，使得扩散器9发生故障时能够预先得知，一旦压缩机推进器4使用中发生故障，碎块沿径向向外抛射到盖板6上，碎块的撞击力使盖板6、扩散器法兰盘9、轮箍18上的连接点变形，第一个可能发生故障的位置就是扩散器法兰盘9上的低强度区22。这就使得轴承箱13和扩散器法兰盘9之间的连接不受影响地保持着，于是避免了漏油的可能性。扩散器法兰盘9的主要部分保持紧连着盖板6，并和盖板6一起为阻挡推进器碎块提供了一个坚固的外壳。
在图4所示出的另一个实施例中，扩散器法兰盘9和轴承箱12成整体地表示出来。
很容易知道本发明也可应用在蜗轮式增压器的多极蜗轮上，以防止轴承箱把油漏到排气口，引起发生火灾或爆炸的危险。槽或其它的低强度区可以通过切削由图1的序号23所示的法兰盘而获得。
很容易知道上述所述发明可以做许多改进，但这并不超出本发明权利要求书所限定的范围。例如，扩散器法兰盘可以以任何适当的方法降低局部的强度，上文所述的环形槽可仅认为是一个例子而已。而且，推进器可以用任何比铝的密度高的合适的材料来制造。

Claims (10)

1．一种向心式压缩机，它包括一个压缩机箱，一个安装在压缩机箱里的带有压缩机叶片的压缩机叶轮，一个轴承箱，压缩机箱包括一个盖元件和一个扩散器元件，扩散器被固定在盖和轴承箱上，扩散器有一个外表面，和盖连接到一起一个径向分布的内部元件，和轴承箱连接到一起，其中扩散器上有一个低强度区，设计在介于外表面和径向分布的内部元件之间。
2．根据权利要求1所述的向心式压缩机，其特征是低强度区是一个槽。
3．根据权利要求2所述的向心式压缩机，其特征是槽是环形的。
4．根据权利要求1,2或3所述的向心式压缩机，其特征是压缩机叶轮用钛来制造。
5．根据前面所述任何一项权利要求的向心式压缩机蜗轮式增压器，其特征是带一个驱动向心式压缩机的透平机。
6．一种向心式透平机，包括一个透平机箱，一个安装在透平机箱里的带有透平机叶片的透平机叶轮，一个轴承箱，透平机箱包括一个盖元件和一个法兰盘元件，法兰盘固定在盖和轴承箱上，法兰盘有一个外表面连接到盖上，径向分布的内部连接到轴承箱上，其中法兰盘有一个低强度区，设计在介于外表面和径向分布的内表面之间。
7．根据权利要求6所述的一种蜗轮式增压器，带一个驱动向心式压缩机的透平机。
8．一种向心式压缩机，和附图以及这里前面所讨论的本质上相同。
9．一种蜗轮式增压器，和附图以及这里前面所讨论的本质上相同。
10．一种向心式蜗轮机，和附图以及这里前面所讨论的本质上相同。
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