CN1253230A - 轴流式涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明旨在提出一种效率改善了的轴流式涡轮机,为此应扩大安装和拆卸的可能性。按照本发明,这是这样实现的,即喷嘴环(15)的外环(12)与罩(8)的接缝(17)设置在工作叶片侧的一个通过轴向间隙(18)的一半间隙宽度(9)延伸的假想的平面(20)内。

Description

轴流式涡轮机
本发明涉及一种按照权利要求1前序部分所述的轴流式涡轮机。
流体机械中轴流式涡轮机的主要构件是带工作叶片的转子、喷嘴环和工作叶片罩。由于不可避免的加工误差和安装误差在这种轴流式涡轮机的通流通道中存在引起效率降低的不连续性。
由EP 806 547 A1公开了一种废气涡轮增压机的轴流式涡轮机，它在运行时承受与内燃机相关的很高的温度，因此，在涡轮侧的构件中，例如在进气口壳体、喷嘴环、罩和出气口壳体中产生很大的热应力。由于每一个这种构件离内燃机具有不同的距离并为此使用不同的材料，因此，这些构件的温度是不同的。其结果可能导致各构件之间具有相对运动的不同的热膨胀而使螺栓断裂、气体泄漏和构件撕裂。因此，进气口壳体、出气口壳体、喷嘴环和罩的分离处的结构和设置对于轴流式涡轮机和废气涡轮增压机的功能起着重要作用。
设置在轴流式涡轮机的固定的壳体件和旋转的工作叶片之间的通常为浇铸的喷嘴环对于热膨胀尤为关键。EP 806 548 A1公开了一种简单并可靠地固定喷嘴环的方案。为此将喷嘴环的外环贴在罩上而内环则贴在进气口壳体上。在外环和进气口壳体之间形成一轴向膨胀间隙，在外环和出气口壳体之间形成一径向膨胀间隙。
然而业已表明，即使在从喷嘴环的外环至罩的过渡区中有不连续性时也要考虑效率相应的下降。上述不连续性除了上面已经说明的加工误差和安装误差外，热膨胀也是一个原因。
为此，由Dejc和Trojanovskij的“轴向涡轮级的检查和计算”，VEB技术出版社，柏林，1973年，第452页(图7。32，II)公开了一种减少由涡轮叶片的径向间隙引起的间隙损失的装置。为此，将工作叶片与在喷嘴环中固定的导向叶片分段设置，并具有正的重叠，也就是说，在工作叶片范围内，罩的内轮廓设置得径向超出导向叶片的范围。
然而，在拆卸时这种轮廓的缺点是，轴流式涡轮机只能对着喷嘴环移动，而不能在两个方向移动。
本发明试图避免所有这些缺点。本发明的目的在于提出一种效率改善了的轴流式涡轮机。为此要扩大安装或拆卸的可能性。
按照本发明，这一目的是这样实现的，即在按照权利要求1前序部分所述的装置中，在工作叶片侧的通过轴向间隙一半宽度延伸的假想平面中设置一条从喷嘴环的外环至罩的接缝。
这样，喷嘴环的外环就沿着工作叶片方向伸长，因此，通流通道在轴向间隙的绝大部分宽度上没有不连续性，从而改善了轴流式涡轮机的流动特性和效率。
尤其有利的是外环和罩的接缝直接设置在工作叶片的上游。在这种情况中，几乎全部的轴向间隙宽度没有形成不连续性，从而进一步提高了轴流式涡轮机的效率。
如果为此将罩的内轮廓设置在外环内轮廓的径向之外时，是特别适宜的。在这种情况下，形成一种带所谓的正的叶片重叠的阶，它减少了在工作叶片上游范围内的工作叶片的溢流，结合明显减小的不连续性可超比例地提高效率。
由于外环和罩的接缝直接设置在工作叶片的上游，在工作叶片的范围内就不需要径向向内的工作叶片的重叠。这种重叠和因此而产生的要求的级现在由喷嘴环的外环承担，该外环本身沿径向向内超过工作叶片的罩的内轮廓。因此，尽管采用了这种有利的叶片重叠，轴流式涡轮机在去掉喷嘴环后可以从两侧拆卸，这止今是不可能的。
此外，如果设有压力侧、抽吸侧和叶片顶端的每个工作叶片的外形设计成在叶片顶端设置一个至少在压力侧超出叶片外形的托架，是有利的。通过在托架范围形成的涡流可以明显减少对效率有害的叶片顶端的溢流。
最后，在叶片顶端设置一个沿罩的方向超出托架的接片是有优点的。该接片减少了在工作叶片和罩之间构成的径向间隙内的间隙损失。
在附图中借助于废气涡轮增压机的轴流式涡轮机描述了本发明的一个实施例。其中：
图1现有技术中的轴流式涡轮机的部分纵剖面；
图2具有本发明的喷嘴环结构的图1的放大的局部；
图3按照图2的视图，但是表示第二种实施例；
图4叶片沿着图3中的IV-IV线的剖面。
图中只表示出了理解本发明重要的部件。没有表示例如废气涡轮增压机的压缩侧以及与内燃机的连接。工作介质的流动方向用箭头表示。
图1中作为现有技术表示的废气涡轮增压机的轴流式涡轮机具有一个由进气口和出气口壳体1、2构成的涡轮机壳体3，它借助于设计为螺栓的连接件4连接在一起。在涡轮机壳体3中设置一个由轴5支撑的带工作叶片7的转子6。转子6向外由一个作为扩压器构成的罩8界定。罩8本身经法兰9用螺栓10固定在出气口壳体2上。在转子6和涡轮机壳体3之间形成通流通道11，用来接收与废气涡轮增压机相连的未示出的柴油机的废气并将其继续引向转子6的工作叶片7。当然另一台内燃机也可与废气涡轮增压机相连。
在工作叶片7上游的通流通道11中设置一个由外环12、内环13以及多个其间形成的导向叶片14组成的作为铸件的喷嘴环15。后者被轴向夹紧在罩8和进气口壳体1之间，径向设置在出气口壳体2内。为此，喷嘴环15的外环12贴在罩8上，其内环13贴在进气口壳体1上。内环13借助于几个设计为销子的定位件16抗转动地支撑在进气口壳体1上。在喷嘴环15的外环12和罩8之间形成接缝17(图1)。当然，喷嘴环15也可由其它的材料例如由板材或钢型材制成或由陶瓷制成。
图2表示本发明第一实施例的图1中的放大的局部。在轴流式涡轮机的工作叶片7和导流叶片14之间构成一具有间隙宽度19的轴向间隙18。喷嘴环15的外环12和罩8之间的接缝17设置在叶片一侧的通过轴向间隙18的一半间隙宽度19延伸的假想的平面20内。示出的是一种直接在工作叶片7的上游设置有接缝17的有利的结构。
在柴油机运行时，其热的废气经过进气口壳体1或其内设置的通流通道11到达轴流式涡轮机的转子6。这里，喷嘴环15的任务里将废气最佳地引导到转子6的工作叶片7上。这样被传动的转子6用来传动与其相连的未示出的压缩机。在压缩机中压缩的空气被用来增压，也就是提高柴油机的功率。
通过将接缝17按照本发明直接设置在工作叶片7的上游以及为此相应延长的外环12而明显减少了几乎在全部的轴向间隙18范围内由加工误差和安装误差引起的不连续性。因此，流入轴流式涡轮机的废气可以基本无干扰地经喷嘴环15到达工作叶片7，最终提高效率。
在第二实施例中，不仅工作叶片7的罩8而且喷嘴环15的外环12具有一个内轮廓21，其中，罩8的内轮廓21设置在外环12的内轮廓22的径向之外(图3)。由此形成一个具有所谓的正叶片重叠的级，该级减少了工作叶片7在其上游范围的溢流。现有技术中已知的在导向叶片14范围内径向向内的由罩8实现的工作叶片7的重叠现在由喷嘴环15的外环12承担。因此，尽管采用这种有利的叶片重叠，轴流式涡轮机可以在去掉喷嘴环15后从两侧拆卸，这是止今不可能的。
此外，在图3中描述了工作叶片7的外形3，该外形具有压力侧24、抽吸侧25和叶片顶端26。在叶片顶端26上设置一个在压力侧和抽吸侧超出叶片外形23的托架27和一个沿着罩8的方向超出托架27的接片28(图4)。
通过托架27明显减小了对效率有害的叶片顶端26的溢流。为此，接片28减少了在工作叶片7和罩8之间形成的径向间隙29中可能的间隙损失。

Claims (5)

1.轴流式涡轮机，具有一个支撑一定数目的工作叶片(7)的转子(6)，一个设置在工作叶片(7)的上游、由一个外环(12)、一个内环(13)和一些在其间设置的导向叶片(14)组成的喷嘴环(15)，一个在工作叶片(7)和导向叶片(14)之间形成的、具有间隙宽度(19)和轴向间隙(18)和一个向外限定工作叶片(7)的罩(8)，其中，在喷嘴环(15)的外环(12)和罩(8)之间形成接缝(17)，其特征为，外环(12)和罩(8)的接缝(17)设置在工作叶片侧的一个通过轴向间隙(18)的半间隙宽度(19)延伸的假想平面(20)内。
2.按照权利要求1的轴流式涡轮机，其特征为，外环(12)和罩(8)的接缝(17)直接设置在工作叶片(7)的上游。
3.按照权利要求1或2的轴流式涡轮机，其特征为，罩(8)和外环(12)具有内轮廓(21，22)，其中，罩(8)的内轮廓(21)设置在外环(12)的内轮廓(22)的径向外面。
4.按照权利要求3的轴流式涡轮机，其特征为，每一工作叶片(7)具有一个带压力侧(24)、抽吸侧(25)和叶片顶端(26)的叶片外形(23)，其中，在叶片顶端(26)上设置一个至少在压力侧超出叶片外形(23)的托架(27)。
5.按照权利要求4的轴流式涡轮机，其特征为，在叶片顶端(26)上设置一个沿着罩(8)方向超出托架(27)的接片(28)。
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