CN1237262C - 将涡轮增压器固定于一个底座的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种装置，它适用于将涡轮增压器固定于底座上，并可以改善涡轮增压器内部的部件的可接近性；并且所述部件的维修成本可以降低。为此，带有至少一个设计成主支脚的整体部分的连接件和至少一个设计成轴承箱的整体部分的连接件，以便沿垂直方向以强制联锁方式将主支脚和轴承箱彼此连接起来。此外，还带有至少一个辅助的、可拆式安装的连接件以便沿轴向以强制联锁方式将主支脚和轴承箱彼此连接起来。

Description

将涡轮增压器固定于一个底座的装置
技术领域
本发明涉及一种用于将涡轮增压器固定于一个底座的装置。
背景技术
要将涡轮增压器固定并支承于一个底座，即内燃机、地基之类上，通常要兼顾必需的轴向刚度和对特别是在未冷却的涡轮出气壳中产生的热膨胀的补偿这两个方面。较小的涡轮增压器通常带有单个支脚。它通常具有足够的轴向刚度。这种在支脚和涡轮增压器之间带有连接件的结构设计已公开于如专利DE4432073A1中，其中连接件沿轴向及其横向强制联锁。
为支承较大的涡轮增压器，还使用了一个沿轴向可移动的第二辅助支脚，即所谓的摆式支座。这就形成了彼此相隔一段距离的两个支点，从而提高了涡轮增压器轴向上的刚度。这样，主支脚既而整个涡轮增压器的总高度就可以有利地得以减小。此外，所发生的热膨胀也可通过摆式支座得到一定程度的补偿。
然而这种结构设计，特别是在较大的涡轮增压器中，在维修时具有一个缺点，即如果要对轴承和/或涡轮机进行维修，就需要大量的工作时间以便保证可以接近这些组件。为此，要么必须拆下主支脚的重型紧固螺钉，其中主支脚通常在涡轮增压器的轴承箱上整体铸造而成，要么必须可以进入复杂的、两部分组成的涡轮进气壳，如三菱重工的仪器说明书H420-42TU11E1-A-0(1、0)98-3R、第6页中所公开。
专利WO88/04366中公开了一种类似装置，它一般用于流体流机，特别是离心泵或径流式涡轮机，具有一个主支脚和一个摆式支座。在这里，主支脚可拆地与流体流机相连。然而，这种结构抗扭刚度比较小因而需要非常坚固的外壳，这并非特别是大型涡轮增压器中的情况。
发明内容
为努力避免所有这些缺点，本发明的目的是提供一种装置，它适用于将涡轮增压器固定于底座上，并且它可以同时改善紧固结构的轴向刚度和涡轮增压器内部的部件的可接近性，并且所述部件的维修成本可以降低。
根据本发明，这一目的通过以下方式而实现，即提出一种用于将涡轮增压器固定于底座上的装置，涡轮增压器包括一个带有压缩机壳的压缩机、一个带有涡轮机壳的涡轮机、以及一个带有位于压缩机壳和涡轮机壳之间的轴承箱的内轴承结构，这种用于固定涡轮增压器的装置具有一个安装于轴承箱上的主支脚和一个沿轴向可移动的辅助支脚，其特征在于，通过设计为主支脚的整体部分的至少一个连接件以凹槽与梳齿的啮合方式啮合在设计为轴承箱的整体部分的至少一个连接件内；通过这些连接件，主支脚和轴承箱沿垂直方向以强制联锁方式彼此固定。此外，至少还有辅助连接件，它沿轴向以联锁方式将主支脚和轴承箱彼此连在一起。在这种情况下，至少辅助连接件设计为一个分离的、可拆式安装的组件。
这样，就可以达到较高的抗扭刚度，这就增加了轴向刚度因而也增大了涡轮增压器的固有频率。此外，由于沿垂直方向为强调联锁，并且连接件分别设计为主支脚或轴承箱的整体部分，并且可拆式连接在轴向强制联锁，因此轴承箱可以比较简便地从主支脚上拆下，并且与转子组件一起沿比较冷的压缩机一端的方向取出。在这个过程中，整个涡轮机壳保持与内燃机相连，因此热气体绝缘材料和牢牢固定的热气体螺钉无须拆下。因此转子组件的可接近性得以改善，这就使维修成本显著降低。
在因其简单因而节省成本而有利的方案中，在所有情况下，在主支脚和轴承箱两者上都带有一个沿垂直方向强制联锁的单个连接件。在这种情况下，主支脚的连接件的位置位于大约主支架沿轴向的中心处。
如果在所有情况下，主支脚和轴承箱两者上都带有两个沿垂直方向强制联锁的连接件，主支脚的连接件位于主支脚上的压缩机一端，而辅助连接件位于主支脚上涡轮机一端，那么就特别有利。相应地，在轴承箱上带有两个用于将主支脚沿垂直方向强制联锁地固定的对应设计和安装的连接件。通过采用沿垂直方向强制联锁的两个连接的结构，可以更牢固地将主支脚固定于涡轮增压器上。此外，由于连接件相距较远，因而涡轮增压器的轴向刚度可以进一步提高。
涡轮机壳由一个涡轮进气壳和一个涡轮出气壳组成，后者具有一个凹槽，主支脚的对应设计的腹板啮合于凹槽中。这样，即使当轴承箱拆下时，涡轮出气壳仍保持固定于其轴向位置上。
此外，如果主支脚的腹板在涡轮出气壳区域中具有多个用于在每种情况下安放套管的孔，将十分有利。这些套管中每个套管其一端以强制联锁方式啮合于涡轮出气壳的一个对应凹槽中，而其另一端利用穿过其中的螺钉固定于涡轮出气壳的螺纹孔中。此外，在所有情况下，腹板与涡轮出气壳的用于安放腹板的凹槽之间，以及套管与安放套管的孔之间都形成间隙配合。
由于在主支脚的腹板中安放的套管与涡轮出气壳之间的强制联锁螺纹连接方式，因此在维修工作期间，涡轮出气壳不仅可以沿轴向，而且可以垂直并沿切向定位。各部位之间形成的间隙配合使得可以在涡轮出气壳和轴承箱的区域中对涡轮增压器工作期间所产生的不同热膨胀进行补偿。
最后，有利的是，装有至少一个设计为辅助支脚的整体部分的连接件和至少一个设计为涡轮出气壳的整体部分的连接件，以便将辅助支脚和涡轮出气壳沿垂直方向以强制联锁方式彼此连接起来。此外，还带有至少另一个可拆地安装的连接件，以便将辅助支脚和涡轮出气壳沿轴向以强制联锁方式彼此连接起来。由于这种固定方式，因此，尽管涡轮增压器中存在较大气体力和振动，辅助支脚沿垂直方向的准确定位也能得以保持。
在图中参照一种废气涡轮增压器示出了本发明的两个示例性实施方案
附图说明
在图中：
图1示出了废气涡轮增压器的一个纵向剖面；
图2示出了图1中的主支脚区域的放大详图；
图3示出了主支脚及涡轮出气壳的视图，从压缩机一端观察，并且轴承箱已拆下；
图4示出了第二个示例性实施方案的根据图2的视图。
具体实施方式
图中只示出了对于理解本发明来说必不可少的构件。例如，图中并未示出与废气涡轮增压器相连的内燃机及对应的连接线。工作介质的流动方向由箭头表示。
图1示出了一种涡轮增压器4，它利用主支脚1和辅助支脚2固定于底座3上，并且设计为一种废气涡轮增压器。在这种情况中，底座3(图中并未更详细示出)可为内燃机、地基之类。
涡轮增压器4主要包括一个压缩机6和涡轮机7，其中压缩机6安放在一根共同轴5上，设计为离心式压缩机，而涡轮机设计为轴流式涡轮机。涡轮机7具有一个涡轮机壳8和一个安放在轴5上的涡轮机叶轮9。涡轮机壳8又由一个涡轮进气壳10和一个涡轮出气壳11构成，它们通过螺钉12彼此连接起来。一个废气扩散器11凸缘式安装于涡轮出气壳11上。压缩机6具有一个压缩机叶轮l4和一个安放后者的压缩机壳15。轴5具有一个内轴承结构16，内轴承结构16具有一个位于压缩机壳15和涡轮机壳8之间的轴承箱17和两个轴承18、19。压缩机壳15和涡轮出气壳11利用穿过轴承箱17的多个双头螺栓20连接起来。连接可以在压缩机壳15处拆卸，为此双头螺栓20在这一端各装有一个螺母21。
涡轮增压器4的主支脚1沿垂直方向以强制联锁方式固定于轴承箱17上。为此目的，主支脚1具有两个连接件22、23，它们设计为凹槽，并且轴承箱17的设计为梳齿的两个对应连接件24、25啮合于其中(图2)。当然，也可以将主支脚的连接件22、23设计成梳齿而将连接件24、25设计成凹槽(未示出)。在主支脚1上，一个连接件22位于压缩机一侧而辅助连接件23位于涡轮机一侧。此外，在主支脚1上还装有涡轮进气壳11的一个腹板27，腹板27啮合于设计成圆形槽的对应凹槽26中。主支脚1固定于底座3上的固定方式通过多个螺钉28来保证(图3)。
在涡轮出气壳11的区域中，腹板27具有多个用于在所有情况下安放套管30的孔29。每个套管30的一端31以强制联锁方式啮合于涡轮出气壳11的对应凹槽32中。压在其另一端33上的是螺钉34，螺钉34穿过套管30固定于涡轮出气壳11的螺纹孔35中。在这种结构中，在主支脚1的腹板27与涡轮出气壳11的安放着该腹板27的凹槽26之间，以及套管30与安放套管30的孔之间，在所有情况下都形成间隙配合36、37。
在压缩机一侧的连接件22区域中，主支脚1中带有多个螺纹孔38，而每个这些螺纹孔38安放着安装于轴承箱17的凹槽39中设计成紧固螺钉形式的辅助连接件40。可拆地安装的连接件40将主支脚1和轴承箱17沿轴向以强制联锁方式彼此连接起来。在这种情况下，由于强度的原因，在主支脚1的连接件22、23或轴承箱17的连接件24、25和辅助连接件40之间应当保持尽量小的垂直间距。
最后，同样利用螺钉41固定于底座3上的辅助支脚2也沿垂直方向和轴向以强制联锁方式与涡轮增压器的涡轮出气壳11相连。为此，辅助支脚2带有一个连接件42，它设计成梳齿，与涡轮出气壳11的形状为凹槽的对应连接件43相啮合(图1)。当然，在这个连接中，凹槽和梳齿也可以分别位于另一个部件上。此外，辅助支脚2还利用设计成紧固螺钉的辅助连接件49沿轴向以强制联锁方式与涡轮出气壳11相连。辅助支脚2还可以固定于另一个壳体部件如涡轮进气壳10上(图中未示出)。
在内燃机(图中未示出)工作过程中，其热废气44通过涡轮机7的涡轮机壳8到达涡轮机叶轮9。从而驱动涡轮机叶轮9，涡轮机叶轮9又驱动通过轴5与其相连的压缩机叶轮14。压缩机6中压缩的空气45通过进气管路(图中未示出)送至内燃机，在该处用于使内燃气增压，即用于使其输出增压。废气44从涡轮机7出来，流过废气扩散器13进入涡轮出气壳11中，最后被排放至周围的空气中。由于热废气44的原因，涡轮机7周围的部件会显著受热，因而这些部件不可避免地发生热膨胀。这些热膨胀可由间隙配合36、37在主支脚1的区域内进行补偿。
在涡轮增压器4内部的处理和/或维修工作期间，首先要拆下将压缩机壳15与轴承箱17和涡轮出气壳11连接起来的双头螺栓20的所有螺母以及辅助连接件40。然而，由于这些紧固件位于压缩机一侧，即位于涡轮增压器4的较冷的一侧，因此它们比较容易拆卸。然后就可取下压缩机壳15和轴承箱17，以便使得包括压缩机叶轮14、轴5和涡轮机叶轮9的转子组件可以自由够到。
在这种情况中，涡轮增压器4的热气体一侧仍然固定于内燃机上，但它通过辅助支脚2和主支脚1的腹板27支承于底座3上。与此同时，腹板27保持涡轮出气壳11保持固定于其轴向位置。此外，涡轮出气壳11还通过安放在腹板27的孔29中并以强制联锁方式螺旋于涡轮出气壳11的套管30垂直并沿切向定位。由于涡轮出气壳11在所有时间内都能保持这种位置，因此在修理和/或维修工作之后，涡轮增压器4可以毫无问题地进行装配。在这个过程中，在拆卸期间拆下的部件按照相反的顺序安装。最后，轴承箱17和主支脚1也按照要求利用连接件40连接起来。
在第二个示例性实施方案中，在主支脚1和轴承箱17之间只存在沿垂直方向的强制联锁连接，这就简化了结构设计，降低了所需成本。为此目的，主支脚1只有一个连接件46，它设计成一个凹槽，并且轴承箱17的设计成梳齿的一个对应连接件47啮合于其中(图4)。在这种情况中，主支脚1的连接件46位于大约主支脚1沿轴向的中心处。轴承箱17具有一个凹槽48，它用于减少主支脚1和轴承箱17的辅助连接件40的长度。其它地，结构设计与第一个示例性实施方案类似，并且功能也基本相同。

Claims (8)

1.一种用于将涡轮增压器固定于底座上的装置，涡轮增压器(4)包括一个带有压缩机壳(15)的压缩机(6)、一个带有涡轮机壳(8)的涡轮机(7)、以及一个带有位于压缩机壳(15)和涡轮机壳(8)之间的轴承箱(7)的内轴承结构(16)，这种用于固定涡轮增压器(14)的装置具有一个安装于轴承箱(17)上的主支脚(1)和一个沿轴向可移动的辅助支脚(2)，其特征在于，通过设计成主支脚(1)的整体部分的至少一个连接件(46、22、23)以凹槽与梳齿的啮合方式啮合在设计成轴承箱(17)的整体部分的至少一个连接件(47、24、25)内，以便沿垂直方向以强制联锁方式将主支脚(1)固定到轴承箱(17)上，并且带有至少一个辅助的、可拆式安装的连接件(40)以便沿轴向以强制联锁方式将主支脚(1)和轴承箱(17)彼此连接起来。
2.权利要求1的装置，其特征在于在所有情况下，主支脚(1)和轴承箱(17)上带有一个单个连接(46、47)，主支脚(1)的连接件(46)位于大约主支架(1)沿轴向的中心处。
3.权利要求1的装置，其特征在于在所有情况下，主支脚(1)和轴承箱(17)上两者都带有两个连接件(22、23和24、25)。
4.权利要求3的装置，其特征在于主支脚(1)的一个连接件(22)位于主支脚(1)上的压缩机一侧而辅助连接件(23)位于主支脚(1)上涡轮机一侧。
5.权利要求1至4中任一的装置，其特征在于涡轮机壳(8)包括一个涡轮进气壳(10)和一个涡轮出气壳(11)，并且主支脚上有一个啮合于涡轮出气壳(11)的对应结构的凹槽(26)中的腹板(27)。
6.权利要求5的装置，其特征在于腹板(27)在涡轮出气壳区域中具有多个用于在所有情况下安放套管(30)的孔(29)，每个套管(30)的一端(31)以强制联锁方式啮合于涡轮出气壳(11)的对应凹槽(32)中，而其另一端(33)利用穿过套管(30)的螺钉(34)在所有情况下都固定于涡轮出气壳(11)的螺纹孔(35)中。
7.权利要求6的装置，其特征在于在主支脚(1)的腹板(27)与涡轮出气壳(11)的安放该腹板(27)的凹槽(26)之间，以及套管(30)与安放套管(30)的孔(29)之间，在所有情况下都形成间隙配合(36、37)。
8.权利要求1至4中任一的装置，其特征在于带有至少一个设计成辅助支脚(2)的整体部分的连接件(42)和至少一个设计为涡轮出气壳(11)的整体部分的连接件(43)，以便将辅助支脚(2)和涡轮出气壳(11)沿垂直方向以强制联锁方式彼此连接起来，并且还带有至少一个辅助的、可拆式地安装的连接件(49)，以便将辅助支脚(2)和涡轮出气壳(11)沿轴向以强制联锁方式彼此连接起来。
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