CN1267648C - 具有径流式压气机叶轮的涡轮机 - Google Patents

具有径流式压气机叶轮的涡轮机 Download PDF

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Abstract

为了以简单而廉价的手段开发一种具有径流式压气机叶轮(3)和带蜗壳形流道(9)的压气机罩(8)的涡轮机，其中压气机罩(8)借助于刚性固定结构(18)固定于涡轮机的轴承罩(1)，以防止破裂的压气机叶轮碎块自压气机罩排出的意外事故，提供了具有包围向外偏移外径向(B)的流道(9)的外螺旋形罩(10)的压气机罩(8)，还提供了沿径向(B)设置在螺旋形罩(10)和压气机叶轮(3)之间的内罩镶嵌件(12)，镶嵌件(12)的内轮廓(13)和压气机叶轮(3)的轮毂(4)的外轮廓(6)一起构成基本上沿轴向(A)延伸的流道(9)的管道区(14)，将螺旋罩(10)制有至少部分地包围该罩镶嵌件(12)的内圆柱部分(15)，该镶嵌件(12)借助于一个沿轴向(A)可挠曲的固定结构(17)固定于该圆柱部分(15)上，以构成一中空空间(16)，使该罩镶嵌件(12)的可挠曲结构(17)的防破碎的可靠性小于压气机罩(8)对轴承罩(1)的刚性固定结构(18)。

Description

具有径流式压气机叶轮的涡轮机
技术领域
本发明涉及具有径流式压气机叶轮的涡轮机，该叶轮安装在被支承在该涡轮机轴承罩内的轴上，被具有蜗壳形流道的螺旋形压气机罩所封闭。叶轮轮毂的外轮廓和压气机罩的内轮廓构成自轴向偏移到径向的流道，压气机罩借助于一刚性固定结构固定于轴承罩。
背景技术
诸如涡轮增压器的离心式压气机的这些涡轮机的基本结构和工作模式本身是公知的，因此，在这方无须更详细地说明。如此，例如DE 19502 808 C2叙述了一种呈涡轮增压器的离心式压气机形式的普通涡轮机，该压气机叶轮轮毂的直径因而叶片的直径在其螺旋形压气机罩内沿流动方向增大，而叶片的外部轮毂是弧形的，与相邻的蜗壳形流道的向外弯曲的喇叭口形流道壁相适应，该压气机罩的流道壁与压气机叶轮轮毂的外部轮廓一起，界定一个向外偏移的流道区，所述叶片占据这个区域。通向螺旋形流道的圆环形流道区邻接该径向向外偏移的流道区。
涡轮增压器的这种压气机罩及其镶嵌件通常为刚性结构。
在不利工况下长期运转后，这种压气机叶轮由于腐蚀、侵蚀和老化而可能被大大地削弱，以致不能排除压气机叶轮的断裂。万一压气机叶轮断裂，通常叶轮断成二个或三个大的碎块，这些各别的部分由于颇大的离心力而被抛向外边。这些碎块甚至可能自压气机罩中排出。在这过程中，压气机叶轮叶片被完全破坏，而使轮毂体卡紧在轴承罩和压气机罩之间。由于这些轮毂件的造型，便产生楔块效应，这些轮毂件在该罩上施加相当大的冲击型轴向力。
一些小的涡轮增压器由于壁厚较大和这些罩件的刚性，能吸收这些力。在一些大的涡轮增压器中，罩壁厚度出于工艺铸造的理由，通常被减薄，因此，在这些负荷情况下，很快地达到材料的破坏极限，从而出现外罩破碎。于是，碎块从涡轮增压器中排出，使其随后产生相当大的破坏。
这是要不惜任何代价来防止的。为此，现时通常在包容压气机叶轮的压气机罩外边设置一种附加的防破裂结构。
发明内容
因而据此，本发明的目的是要开发在开头提到的采用简单而价廉措施的这样一种涡轮机，这种措施能避免从压气机罩中排出破裂的压气机叶轮的碎块，而无须在该螺旋形罩外边设置附加的防破结构。
按照本发明，该目的是通过采用下述特征来达到的：该压气机罩由一外螺旋形罩和一内罩镶嵌件构成，前者包括向外偏移到径向B的流道的管道区，后者处在螺旋形罩和压气机叶轮之间，内罩镶嵌件的内轮廓和压气机叶轮的轮毂的外轮廓一起，构成基本上沿轴向A延伸的流道的管道区；螺旋形罩制有至少部分包围该罩镶嵌件的一内圆柱部分，该罩镶嵌件借助于一个沿轴向A可挠曲的固定结构固定在该内圆柱部分上，构成一中空空间；该罩镶嵌件的可挠曲固定结构这样构成，使其防止破碎的可靠性小于压气机罩对轴承罩的刚性固定结构。
由于该压气机罩具有一个包含向外偏入径向方向的流道区的外螺旋形罩和一个沿径向设置在螺旋形罩和压气机叶轮之间的内罩镶嵌件，镶嵌件的内轮廓和压气机叶轮轮毂的外轮廓一起构成基本上沿轴向延伸的该流道区；由于将螺旋形罩构形成具有一个至少部分地包围该罩镶嵌件的内圆柱部分，该罩镶嵌件借助于沿轴向可挠曲固定结构连接在该内圆柱部分上，形成一个中空空间；并且由于将该罩镶嵌件的可挠曲固定结构构成使其防破碎的可靠性低于压气机罩对轴承罩的刚性固定结构，因此，使螺旋形罩构形成具有一“屈服区”，由于这个“屈服区”，现在就没有破裂的叶轮碎块排出。破裂的压气机叶轮的碎块的功能现在可以被完全地转变为涡轮增压器内的变形能和热量。
该螺旋形罩对轴承罩的刚性固定结构，以及该罩镶嵌件本身比该罩镶嵌件对该螺旋形罩的可挠曲固定结构能吸收多得多的动能。这就保证了该罩镶嵌件在意外事故时能沿轴向移离该压气机叶轮。这样，该压气机叶轮件的动能由于转变成变形能和由此产生的热量而能被极大地吸收。这些碎块的剩余功能可被这些罩所吸收。
因此，在该螺旋罩外可免除附加的防破碎结构。
将该螺旋形罩构形成具有至少部分地包围罩镶嵌件的内圆柱部分，罩镶嵌件借助于沿轴向可挠曲的固定结构固定在该内圆柱部分上，形成一中空空间。这确保了高度保护螺旋形罩本身不受冲击及对付碎块从涡轮增压器排出的有效“阻滞”。借助于螺旋形罩和轴承罩的牢固的法兰连接，以特别有利的方式构成压气机罩的刚性固定装置，借助于沿轴向穿过螺旋形罩的内圆柱部分的缩颈轴的螺丝固定结构，构成罩镶嵌件的可挠曲固定结构。
具有螺旋形罩的刚性固定装置的轴承罩壁以特别有利的方式配置，将它沿径向向下移到压气机叶轮外轮廓的外顶尖上部，同时形成一间隙，这样，便产生一种附加的“阻滞”，即防护压气机叶轮碎块的径向排出。
按照下面所述，可以看到一种更加特别有利的结构。压气机罩由外螺旋形罩装定，同时在轴承罩上形成一连接面，其方法是将包括该偏移流道区的外螺旋形罩沿径向B下移到超过压气机对轴承罩的刚性固定结构，将该刚性固定结构是这样配置的，使它的位置沿径向B进一步向外，超过螺旋形罩和轴承罩之间的连接面。这种包括特殊连接结构的措施确保了压气机罩对轴承罩的刚性固定结构几乎没有遭受可能楔入流道内的碎块的任何负荷，借助于该结构，甚至在更大的程度上排除了压气机罩的破裂。
附图说明
下面，利用附图通过示例性说明更详细地解释本发明。
下面要被说明的附图表示了经本发明的呈离心压气机结构形式的涡轮增压器所取的局部纵剖面图。
具体实施方式
基于该附图的型式的废气燃气涡轮增压器有一根轴2，被支承在轴承罩1中央长度区内，在其伸出轴承结构的两端上，它支承一涡轮机叶轮(图中未示)和一在附图中简略表示的径流式压气机叶轮3。
所示压气机叶轮3有一轮毂4，它安装在由涡轮机叶轮驱动的轴2上，并与其一起转动，轮毂4在其周边装有径向伸出的叶片5。轮毂4的外轮廓6与压气机罩8的内轮廓7一起界定一流道9，该流道自轴向A偏转到径向B，朝外侧变窄，其横剖面与叶片5的构形相当。压气机罩8借助于刚性固定结构18固定于轴承罩1。轮毂4和叶片5的直径自流体入口向流体出口增大，因此，相对于压气叶轮3的中心横断面，其纵向横剖面是不对称的，相应地，质量分配沿压气机叶轮3的长度增加。
压气机罩8由外螺旋形罩10构成，后者经刚性固定装置18连接于所述轴承罩，螺旋形罩10包括流道9的向外偏入径向B的流道区11，还包括一内罩镶嵌件12，它沿径向B设置在螺旋形罩10和压气机叶轮3之间，其内轮廓13与压气机叶轮3的轮毂4的外轮廓6一起，构成流道9的基本上沿轴向A延伸的流道区14。
压气机罩8经外螺旋形罩10安装在轴承罩1上，同时形成一连接面22，使包括偏移的流道区11的外螺旋罩10在压气机罩8的刚性固定结构18上向内移动，沿径向B超过轴承罩1，这样，使刚性固定结构18沿径向B比螺旋形罩10和轴承罩1之间的连接面22更向外配置。这一措施，即连接面22的特殊安排，保证了压气机罩8对轴承罩1的刚性固定装置18在流道9内几乎没有遭受可能起楔块作用的碎块的负荷，因此，就是在更大的程度上也排除了压气机罩8的破裂。
在该示例性实施例中，在连接面22和轴2之间的距离以优选方式小于螺旋形罩10内经过偏移的管道区11的最大横截面区域24的区域23中心和轴2之间的距离。
将螺旋形罩10成形为带有一段至少部分包围该罩镶嵌件12的内圆柱部分15，该罩镶嵌件12借助于沿轴向A可挠曲的一固定结构17固定在内圆柱部分15上，以形成一中空空间16。该罩镶嵌件12的可挠曲固定结构17是这样构成的，使其防破碎的可靠性显著低于螺旋形罩10对轴承罩1的刚性固定结构18。
该压缩机罩8的、即螺旋形罩10的刚性固定结构18由螺旋形罩10对轴承罩1的牢固法兰连接构成，而该罩镶嵌件12的可挠曲固定结构由穿过螺旋形罩10的内圆柱部分15的沿轴向A缩颈的轴螺丝固定结构构成。
将为螺旋形罩10提供刚性固定结构18的轴承罩1的壁19配置成使它沿径向B下移到压气机叶轮3的轮毂4的外轮廓的外顶尖20的上部，同时形成间隙21。
将螺旋形罩10构造为使流道9的直径沿压气机叶轮3的方向向内连续地减小。

Claims (6)

1.具有径流式压气机叶轮(3)的涡轮机，该叶轮安装在被支承在该涡轮机轴承罩(1)内的轴(2)上，并配置在具有蜗壳形流道(9)的压气机罩(8)内，压气机叶轮(3)的轮毂(4)的外轮廓(6)和构成自轴向偏移到径向的流道(9)的压气机罩(8)内轮廓(7)，压气机罩(8)借助于一刚性固定结构(18)固定于轴承罩(1)，其特征在于压气机罩(8)由一外螺旋形罩(10)和一内罩镶嵌件(12)构成，前者包括向外偏移到径向B的流道(9)的管道区(11)，后者处在螺旋形罩(10)和压气机叶轮(3)之间，内罩镶嵌件(12)的内轮廓(13)和压气机叶轮(3)的轮毂(4)的外轮廓(6)一起，构成基本上沿轴向(A)延伸的流道(9)的管道区(14)；螺旋形罩(10)制有至少部分包围该罩镶嵌件(12)的一内圆柱部分(15)，该罩镶嵌件(12)借助于一个沿轴向(A)可挠曲的固定结构(17)固定在该内圆柱部分(15)上，构成一中空空间(16)；该罩镶嵌件(12)的可挠曲固定结构(17)这样构成，使其防止破碎的可靠性小于压气机罩(8)对轴承罩(1)的刚性固定结构(18)。
2.权利要求1的涡轮机，其特征在于压气机罩(8)的刚性固定结构(18)由螺旋形罩(10)对轴承罩(1)的牢固法兰连接构成。
3.权利要求1的涡轮机，其特征在于该罩镶嵌件(12)的可挠曲固定结构(17)由穿过螺旋形罩(10)的内圆柱部分(15)的沿轴向(A)直径缩小的轴螺丝固定结构构成。
4.权利要求1的涡轮机，其特征在于为螺旋形罩(10)提供刚性固定结构(18)的轴承罩(1)的壁(19)是这样配置的，使它沿径向(B)下移到压气机叶轮(3)的轮毂(4)的外轮廓(6)的外顶尖(20)的上部，同时，形成一间隙(21)。
5.按上述权利要求之1的涡轮机，其特征在于压气机罩(8)借助于外螺旋形罩(10)来安装，同时在轴承罩(1)上构成一连接面(22)，使包括偏移管道区(11)的外螺旋形罩(10)沿径向(B)下移到超过该刚性固定结构(18)，该刚性固定结构(18)这样配置，使它沿径向(B)所处的位置比在螺旋形罩(10)和轴承罩(1)之间的连接面(22)更加靠外。
6.权利要求5的涡轮机，其特征在于连接面(22)和轴(2)之间的距离小于通过螺旋形罩(10)内的偏移管道区(11)的最大横截面区(24)的区(23)的中心和轴(2)之间的距离。
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