CN1304733C - 轴流式废气涡轮的喷口 - Google Patents

Abstract

喷口(5)用来改变涡轮增压器的轴流废气涡轮的导向叶片(6)的位置。导向叶片与涡轮轴线(1)轴对称地被设置在传送废气(15)的流动通道内并可以分别通过一个转动装置绕一个径向延伸轴线(8)转动。一个经过壳壁地沿径向从流动通道中延伸出来的叶片轴(18)被固定每个导向叶片上。叶片轴以其朝外伸出的部分绕转动轴线转动地支撑着。转动装置包含一个装在该流动通道外的且涡轮轴线转动的调节环(19)及一个将力矩从调节环传递给每个导向叶片的叶片轴的调节杆(20)。调节环以其外表面支承在滚动体上，滚动体分别被设计成单臂杆(27)的形式并且可转动地支撑在壳壁的一成支承环(16)形式的部件上。

Description

轴流式废气涡轮的喷口

技术领域

本发明涉及喷口，该喷口接在轴流式废气涡轮的前面并且它在一条传送废气的流动通道内具有与涡轮轴线轴对称地设置的并可分别绕一径向延伸的轴线转动的导向叶片以及一个绕该转动轴线调节导向叶片的转动装置。在这样的喷口的情况下，可以通过使导向叶片转动来改变流动通道的废气所流经的横截面积的尺寸并且可以通过特别有利的方式使废气涡轮适应于本身变化的废气流动状况，就象在提供废气的内燃机的部分负荷工作时出现的那样。

背景技术

例如，在EP0131719 B1中并尤其是在根据图3-图5的实施例中，描述了这种喷口。在喷口中，与涡轮叶轮同轴设置地设有一个在某个方向上始终承受调节力的调节环，该调节环径向靠外地设置在流动通道内。每个导向叶片可以绕一个位于径向取向的且位于叶片前缘区域内的轴线转动。每个导向叶片的后缘紧贴在调节环的一个端面上。通过平行于涡轮轴线地调整调节环，导向叶片可以在两个终点位置之间转动，因此，可以实现流体均匀地流入涡轮叶轮。与废气流的密度有关地，导向叶片被自动地调节到各个最适合的角位中。

DE-C1-3623001及DE-C2-4100224分别公开了这样的喷口，即在每个导向叶片上装有一个穿过壳壁而径向朝外地从流动通道中延伸出来的叶片轴。如此支承着叶片轴，即其朝外延伸的部分可绕一转动轴线转动。在DE-C2-4100224中公开的喷口中，通过一个被固定在每个轴端上的扇形齿来调节导向叶片，所述扇形齿分别和一个设置在流动通道外的且可绕涡轮轴线旋转的齿环配合工作。

在DE-C1-3623001公开的喷口中，通过一个设置于流动通道外的且绕涡轮轴线旋转的调节环以及一个调节杆来调节导向叶片，所述调节杆把来自调节环的力矩传递给每个导向叶片的叶片轴。调节环可借助滚动体旋转地支承在一个固定环的连接夹板上，该固定环被固定在涡轮外壳上。由于必须在调节环调节时传递的力很大，所以这种结构带来了部件被卡死以及发生自锁的危险。

发明内容

本发明的任务是提供开头所述类型的喷口，尽管结构简单，但这种喷口仍然以在复杂工作条件下仍然非常可靠而著称。

为此，本发明提供一种用于轴流式废气涡轮的喷口，它具有：与涡轮轴线轴对称地设置在一条流动通道内的导向叶片，每个导向叶片具有一个经过一壳壁并径向向外地从该流动通道延伸出来的叶片轴；一个转动装置，可通过该转动装置使该导向叶片绕由该叶片轴限定的转动轴线转动，其中该转动装置具有一个在该流动通道外支承于滚动体上的且可绕该涡轮轴线旋转的调节环以及一个把力矩从该调节环传递给每个导向叶片的叶片轴的调节杆，其特征是，所述滚动体分别被设计成单臂杆的形式，它们可转动地支承在壳壁的一个被设计成支承环形式的部件上。

根据本发明，属于开头所述类型的喷口的一部分的调节环以其外表面支承在滚动体上，所述滚动体分别成单臂杆的形式并且可转动地支撑在一个成支承环形式的壳壁部件上。通过这种支承，防止出现喷口的自锁。因此，喷口的特征体现为工作可靠性高、使用寿命长，此外，喷口可以非常简单地承受调节力。

尤其有利的是，如此设计杆臂的背对支承环的端部，即一个被固定在调节环上的导块可以分别嵌入杆臂中。同样非常有利的是，在这些端部中设有分别引导调节环局部的导槽。导槽分别有一个贴着调节环外表面的并与外表面相反地弯曲的槽底面，环的外表面的一部分可在该槽底面上滚动。

如果朝外伸出的叶片轴部被保持在两个沿径向相互错开的支承点上，则避免了叶片轴承受不希望的高支承力。支承点有利地设置在成支承环形式的壳壁部件中。于是，可以非常简单地将支承环和在支承点上可转动地受引导的导向叶片装入废气涡轮中，如果需要，可通过简单方式轻易地将其拆卸下来。如果支承点相距得远，则确实保证了两个支承点上的支承力低。因此，支承环在径向上比较高。

为使支承环不受可能不利地影响喷口的可靠性和使用寿命的高温差和进而高热应力的影响，通过一个向外地限定出流动通道边界的卸载环使支承环内侧不受输送热废气的流动通道的影响。尽管支承环的内侧接触到周围空气，但可通过这种方式显著减小高热应力。

为保证简单而可靠的导向叶片调节，设置在根据本发明的喷口中的调节杆可在其一端上分别与叶片轴相连，而其另一端可在调节环的一道槽中受到引导。在此，该调节杆可松开地与该叶片轴相连，并且该调节杆通过一个用于消除该叶片轴和该调节杆之间间隙的消除间隙机构被锁定住。这可通过简单措施有利地如此实现，即调节杆被套装在叶片轴上并且一个支承在调节环上的垫块被固定在调节杆上。因而，与调节杆位置无关地，垫块用于总是确保可靠良好地把力从调节环传递给叶片轴，并可靠避免了本发明喷口的自锁。如果没有垫块，则在喷口工作期间内，由于外力如发动机振动的影响，调节杆可能离开叶片轴地移向调节环。在调节喷口时，调节环必须克服插接连接的大摩擦力地向后推调节杆，这可能导致卡死及喷口自锁。当调节杆被套装在叶片轴上时并且当一个从后面接合叶片轴的锁定件被固定在调节杆上时，也保证了可靠而良好地传递力。这种力传递以非常可靠而著称，这是因为，与垫块不同，该锁定件在喷口工作时只承受比较小的变形力。但是，在任何情况下都非常可取的是，把调节杆的在调节环的槽中受导向的端部设计成球冠形式，这是因为力或力矩实际上由此会无间隙地从调节环被传递给叶片轴。出于节省空间的考虑，建议每个调节杆在两个支承点之间与叶片轴相连。

如果在支承环中形成一个可与冷却介质源相连的并通过叶片轴的外壳导通槽进入流动通道的冷却通道，则进一步延长了本发明喷口的使用寿命并提高了其工作可靠性。同时，可以由此避免侵蚀性热废气从流动通道中流出。

值得建议的是，如此把叶片轴装到导向叶片上，即转动轴线在导向叶片的前缘和一条连接叶片压力点的线之间经过。于是，叶片总是承受一个由废气流产生的有限力矩。因此，在一定的工作条件下，可以可靠地避免或至少基本上抑制了否则可能出现的导向叶片振动。如果喷口失效，则导向叶片通过废气流被打开，结果，降低了废气涡轮的转速并且避免了超转速。

附图说明

以下，结合实施例来详细说明本发明。其中：

图1是具有本发明喷口的第一实施例的废气涡轮增压器的涡轮部分的且沿涡轮轴线截取的截面图；

图2放大地示出了图1的细节；

图3是本发明喷口的第二实施例的调节杆的俯视图；

图4是沿箭头IV方向的图1所示涡轮部分的喷口和进气外壳的透视俯视图。

具体实施方式

在所有图中，相同符号表示有同样作用的部件。图1只示出了废气涡轮增压器的具有废气涡轮的涡轮部。该废气涡轮有一个可绕轴线1旋转的有一涡轮叶轮和固定于其上的转子叶片3的转子2以及一个涡轮外壳4和一个带有可调式导向叶片6的与涡轮轴线1轴对称地设置的环和一转动装置7的喷口5。通过使其绕一径向延伸轴线8转动，可分别使导向叶片6转入在两个终点位置之间的任何角位中。

使转子2不漏气地从涡轮外壳4通向一个支承点(未示出)并且该转子在图1的左侧端部上装有一个图1未示出的压缩机叶轮。

涡轮外壳4包含一个带有一轴对称设置的入口10的进气外壳9和一个带有径向取向的出口13的出气外壳12。由涡轮外壳4限定出的流动通道14在入口10和出口13之间延伸。从废气源(未示出)且尤其是内燃机中，把用箭头表示的热废气15经入口10送入。首先，热废气15被引入流动通道14的对准涡轮轴线1的部分内。在此通道部内，通过导向叶片6和转子叶片3引导废气15。在转子叶片3的下游，废气15流入一个由出气外壳12限定的流动通道14部中，在该通道部中，废气离开轴线1地被向外引并且最终通过出口13从涡轮外壳4中排出。

图2示出了喷口5的细节。喷口5被固定在一个通过螺钉被拧紧在进气外壳9和出气外壳12之间的支承环16上。另外，一个与支承环16无热联系的卸载环17被夹紧在两个外壳9、12之间，此卸载环在导向叶片6区域内径向向外地限定出流动通道14的边界并由此使支承环16不受热废气的直接作用，由此卸除了支承环的热负荷。一个被装在每个导向叶片6上的叶片轴18通过起壳壁作用的环17、16被径向向外地引出到流动通道14外。如此支承着叶片轴18，即其朝外伸出的部分可以绕转动轴线8旋转。这种转动可通过一个设置在流动通道14外的且可绕涡轮轴线1转动的调节环19以及一个把力矩从调节环19传递给每个导向叶片的叶片轴18的调节杆20来引起。

可以看到，如此把叶片轴18安装在导向叶片6上，即转动轴线8在导向叶片的前缘21和一条连接叶片压力点的线22之间经过。由此保证了废气流总是对导向叶片6施加一有限的力矩，结果，尽可能地抑制了不希望的导向叶片在废气涡轮工作时的摆动和振动。

在径向相互错开的两个点23、24上支承着叶片轴18的朝外伸出的部分。这两个支承点23、24设置在被用作壳4的一部分的支承环16中。因为卸载环17位于支承环16和流动通道14之间，所以支承环16具有足够大的径向尺寸，而不必担心它将受到不希望的高热应力。因此，可以径向相隔较远地安置这两个支承点23和24，由此一来，使大支承力远离支承点23、24。

调节杆20在一端上通过套装与叶片轴18相连。在图2所示的插接连接中，该叶片轴18端具有两个呈叉尖状设置的爪，它们被套装在叶片轴18的两个平面平行地导向的保持面上。所述保持面设置在这两个支承点23、24之间。通过这样的方式，可径向缩小空间。在其另一端上，调节杆20调节环19的一道槽25中受引导。槽25由两个大致径向延伸的槽壁限定出边界，所述槽壁沿调节环19切向看地彼此间有距离，这个距离略大于调节杆20的直径。槽25的深度据测也略大于调节杆20的直径。通过如此确定槽25的尺寸，确保了在通过调节环转动而引起绕转动轴线8的转动时不卡紧地引导调节杆20。通过一个被固定调节杆20上的并支承在调节环19上的垫块26保证了在进行转动时没有不利地影响到调节杆20与叶片轴18之间的插接。

图3示出了本发明喷口的另一个实施例的调节杆20。此调节杆同样套装在叶片轴18上。但与上述调节杆20不同的是，在调节杆20上固定着一由钢板形成的片状锁定件33。锁定件33有一个可弹性变形的叉状端34。当调节杆20套装在圆柱形叶片轴18上时，叉端34首先张开并且在完成套装后并在形成夹紧连接的情况下从后面卡住叶片轴18。为尽可能径向无间隙地保持调节杆20，只是在与调节杆20插接的区域中，在成圆柱形的叶片轴内形成两个如图3所示是平面延伸的侧面。力矩从调节环19被传递给叶片轴的特点是传递非常可靠，这是因为与垫块26不同，锁定件33在喷口工作期间内只承受较小的变形力。

也如图3所示，调节杆20在其在调节环19槽25中的端部上被设计成球冠35形状。当由调节环19转动引起调节杆20绕转动轴线8转动时，一个在此情况下至少局部存在的球面36主要在槽25侧面上滚动。因此，实际上可以无间隙地把力或力矩从调节环19传递给叶片轴18。也可以在早先与图2有关地描述的调节杆20中拟定这个有利的设计方式及调节杆在槽25中导向。

调节环19以其外表面支承在滚动体上。尤其如图4所示，这些滚动体被设计成可转动地支承在支承环16上的单臂杆27的形式。在各杆27的背对支承环16的端部上，设置一个月牙板，一个被固定在调节环19上的导块28嵌在该月牙板中。另外，一个用来接纳调节环19的一部分的导槽29也成型于该杆端中，该导槽具有一个贴着调节环19外表面、并与该外表面相反地弯曲的并且用作一个滚动面的槽底面。当通过外来控制或一个杆30引起调节环19转动时，调节环19外表面的在槽29中受引导的部分在杆27转动的同时向上滚动。因而，可靠地避免了在转动时的调节环19自锁。

如图2所示，在支承环16内形成一条通道31。在取掉一个帽32后(图4)，该通道可以与一个冷却介质源如一个增压空气冷却器的出口相连。通道31通过叶片轴18的外壳导通槽进入流动通道14。在通道内输送的压缩空气用于有效冷却喷口5并且通过溢流入流动通道14中来防止热废气进入该喷口。

                    附图标记一览表

1-涡轮轴线；2-转子；3-转子叶片；4-涡轮外壳；5-喷口；6-导向叶片；7-转动装置；8-转动轴线；9-进气外壳；10-入口；12-出气外壳；13-出口；14-流动通道；15-废气流；16-支承环；17-卸载环；18-叶片轴；19-调节环；20-调节杆；21-前缘；22-压力点线；23、24-支承点；25-槽；26-隔离器；27-杆；28-导向块；29-导槽；30-杆；31-冷却通道；32-帽；33-锁定件；34-叉状端；35-球冠；36-球面；

Claims (10)

1.用于轴流式废气涡轮的喷口(5)，它具有：

a)与涡轮轴线(1)轴对称地设置在一条流动通道(14)内的导向叶片(6)，每个导向叶片具有一个经过一壳壁并径向向外地从该流动通道(14)延伸出来的叶片轴(18)，

b)一个转动装置(7)，可通过该转动装置使该导向叶片(6)绕由该叶片轴(18)限定的转动轴线(8)转动，其中

c)该转动装置(7)具有一个在该流动通道(14)外支承于滚动体上的且可绕该涡轮轴线(1)旋转的调节环(19)

d)以及一个把力矩从该调节环(19)传递给每个导向叶片(6)的叶片轴(18)的调节杆(20)，其特征在于，

e)所述滚动体分别被设计成单臂杆(27)的形式，它们可转动地支承在壳壁的一个被设计成支承环(16)形式的部件上。

2.如权利要求1所述的喷口，其特征在于，在每个杆(27)的背对该支承环(16)的端部内，分别嵌入一个被固定在该调节环(19)上的导块(28)并且形成一个用来接纳该调节环(19)局部的导槽(29)，所述导槽具有一贴着该调节环的外表面的并与该外表面相反地弯曲的且用做滚动面的槽底面。

3.如权利要求1或2所述的喷口，其特征在于，该叶片轴(18)的朝外伸出的部分支承在该支承环(16)中的两个径向相互错开的位置(23，24)上。

4.如权利要求1或2所述的喷口，其特征在于，通过一个向外限定出该流动通道(14)边界的卸载环(17)，卸掉该支承环(16)的热负荷。

5.如权利要求1或2所述的喷口，其特征在于，该调节杆(20)在两个支承点(23，24)之间与该叶片轴(18)相连。

6.如权利要求1或2所述的喷口，其特征在于，该调节杆(20)可松开地与该叶片轴(18)相连，并且该调节杆通过一个用于消除该叶片轴和该调节杆之间间隙的消除间隙机构被锁定位。

7.如权利要求6所述的喷口，其特征在于，该调节杆(20)被套装在该叶片轴(18)上，并且该消除间隙机构是一个支承在该调节环(19)上的垫块(26)。

8.如权利要求6所述的喷口，其特征在于，该调节杆(20)被套装在该叶片轴(18)上，并且该消除间隙机构是一个从后面嵌接该叶片轴(18)的锁定件(33)。

9.如权利要求1或2所述的喷口，其特征在于，在该支承环(16)中形成有一个可以与一冷却介质源相连的冷却通道(31)，该冷却通道穿过该叶片轴(18)的外壳导通槽通入该流动通道(14)中。

10.如权利要求1或2所述的喷口，其特征在于，该叶片轴(18)如此与该导向叶片(6)相连，即该转动轴线(8)在该导向叶片(6)的前缘(21)和一条连接叶片压力点的线(22)之间经过。

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