TW576886B - Turbocharger having a radial-flow compressor and burst-protection arrangement for a radial-flow compressor of a turbocharger - Google Patents

Description

576886

技術範圍 本發明關於申請專利範圍第!項之前文特性所敘述涡輪增 壓機之徑向流動壓縮機的防爆配置，且關於如申請專利範 圍第10項之前文特性的渦輪增壓機。 先前技藝 關於壓力條件於排氣渦輪增壓機上所配置增加的需求， 由於強大離心力的結果，壓縮機葉輪爆炸的危險也已增加 。因為壓縮機葉輪的碎片以其高動能能穿透排氣渦輪增壓 2的外壁，壓縮機葉輪的爆炸構成，位於渦輪增壓機周圍人 員及物件損傷的危險。四散的破片能導致人員致命的危險 且產生緊鄰設備嚴重的損壞。 各種訴求已提出，以便避免渦輪增壓機的外壁為徑向方 向撕擲離的破片所刺穿。例如，較大的壁面厚度已提供外 殼部件用於徑向圍繞壓縮機葉輪的外側。或者是防爆環， 例如，其也提出 DE-A-196 40 654 及 US-4,955，192 及 WO- 92/07180號專利，用於徑向流動渦輪機，且已配置於沿著 壓縮機葉輪之區域中。 然而，如果徑向流動壓縮機爆炸時，壓縮機葉輪作用好 像一楔件，其位於緊鄰流動通道下游之壓縮機葉輪的一縮 機擴散器及界定壓縮機移動葉片上方區域外側徑向流動通 道之插置壁面間。結果，除了強大的力量作用在徑向方向 外’作用於轴向方向之強大力量有同時產生。此力作用於 軸向方向係由插置壁面傳送至壓縮機外殼，及進一步插置 壓縮機外殼及上游組件，例如引入連接件或過濾器消聲器 -4 - 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)

裝 訂 % B7 五、發明説明（2 ) 間之的連接部份。壓縮機外殼及上游組件間的連接 ， 其經常係一螺絲連接方式，通常不能維持這些大型軸向 用力，且部份的壓縮機外殼及上游組件會軸向地擲開j 述方式不能抵消由此所導致對於人員及設備的危險。 發明說明 本發明之目的係因此提供具有徑向流動壓縮機的渴輪增 壓機’其中外殼部件及岐至壓縮機外殼的部件係避免^ 縮機爆炸情形防止以軸向方向擲開。 此目的係由如申請專利範圍第1〇•項之特性的渦輪增壓機 及由如申請專利範圍第丨項之特性的防爆配置所達成。 如本發明渦輪增壓徑向流動的壓縮機之防爆配置具有一 流動通道，其係藉由一插置壁面徑向界定於壓縮機葉輪移 動葉片上方的外側。插置壁面具有一預定斷裂點於移動葉 片或進一步下游的上方。在壓縮機葉輪爆炸的情形，一些 軸向作用力係由預定斷裂點上插置壁面之受控制的斷裂所 吸收。此外，該作用力流動經插置壁面至徑向圍繞外側上 插置壁面的外殼部件，且進一步流動至壓縮機外殼及上游 組件，例如引入連接件或過濾器消聲器之間的連接部份， 係由插置壁面斷裂所中斷。壓縮機外殼及上游組件間的連 接不破壞，個別部件將不會向軸向方向擲開。 預定斷裂點較佳以凹口形式設計。這易於產生且有成本 效應’及谷許非常良好界定之插置壁面的斷裂。 在一特別較佳實施例中，預定斷裂點配置於壓縮機葉輪 之移動葉片及幾鄰下游之壓縮機擴散器之導片間的區域。 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 576886 A7 --—---- 五、發明説明（3 ) 此預定斷裂點的配置引導吸收大部份插置壁面斷離部份中 的轴向能量。 其特別的優點為如果插置壁面軸向地經由壓縮機外殼内 壁所圍繞，此薄壁面具有至少一縮小錐形上游的第一段， 此段開始約在插置壁面預定斷裂點的位準及具有一初始半 從’其約略相等或稍大於預定斷裂點上插置壁面半徑。基 於吸收大部份軸向動能，斷離及移動於軸向方向之插置壁 面的部件’係經此内壁軸向方向之縮小錐形上游的第一段 斷裂於其軸向運動。軸向動能係由此内壁段之變形及磨 擦損失所破壞。 其已證明特別有利於以約5。及20。間範圍内的斜率來設計 内壁之縮小錐形上游的第一段。由此可見，大部份軸向動 能旎被破壞且同時其能確信内壁僅會變形而不會被穿透。 如果進一步縮小錐形上游段，及較佳具有不同斜率結合 該縮小錐形上游第一段時係非常有利的。這容許在各情形 下於仍在插置壁面破片出現之軸向動能及經磨擦及内壁變 形此動能破壞間的最佳狀態。 其已證明在此情形選取第二段結合第一段斜率，及縮小 錐形上游至30。至50。範圍内係非常有利的。 在一特別較佳實施例，提供由插置壁面桎向向外突出的 制動7L件，在壓縮機葉輪爆炸的情形，這些制動元件與縮 小錐形上游之内壁進一步段件相互作用。這樣，在插置壁 面斷離部份中所儲存之軸向動能，能同時藉由磨擦及經内 壁變形於數個位置破壞。 -6 - 本紙張尺歧財B國家標準(CNS) A4規格(210 X 297^17

裝 訂 气 五、發明説明（4 突出的制二 上游作為由内壁徑向向内 犬出的制動大耳，係、同樣非常有利的。沒有此型式 形效果於緊鄰錐形段之制動突耳會變形。 渴輪增壓機，其具有上述如本發明防爆配置之 :卜動壓縮機，將構成渦輪增壓機附近人員及在壓縮機 爆炸時緊鄰設備的最低危險。 圖示簡單敘述 本發明主要目的係參考附圖所示之二較佳示範實施例而 更詳細說明如下，其中僅概略圖示： 圖1表示沿著其機械軸段中，具有如先前技藝之徑向流動 壓縮機之渦輪增壓側的部份； 圖2表不沿其機械軸段中，具有如本發明防爆配置之如本 發明渦輪增壓之壓縮機側的部份； 圖3表示一類似於圖2表示之如本發明防爆配置的進一步 實施例。 圖示中所使用的參考編號及其意義編排於參考編號表中 。原則上，圖中相同的組件具備相同的參考編號。所敘述 之實施例以範例方式表示本發明主要目的且不具限定效果。 實施本發明之方式 圖1表示沿著其機械軸10之段中，具有徑向流動壓縮機12 之渦輪增壓機的壓縮機側的詳細圖型。徑向流動壓縮機^ 2 具有一壓縮機葉輪14安裝於軸13上及具有移動葉片16。移 動葉片16突出進入一流動通道，其由箭頭18所標記。流動 通道18係由至少移動葉片16上方區域中之插置壁面2〇徑向 576886 A7 _____B7 五、發明説明（5 ) 界疋於外側上。插置壁面2〇徑向向外延伸於一側，諸如軸 向界定氣體入口區域，接著合併進入適合移動葉片外圍之 區域’及最後經約略徑向延伸的區域，形成流動通道丨8之 外邊界壁面於移動葉片16下游所配置之壓縮機擴散器22的 區域。壓縮機擴散器22具有導片4〇及利用螺絲23先連接至 插置壁面20接著連接至壓縮機葉輪14所圍繞之壓縮機外殼 24。壓縮機外殼14具有一外殼部件26及内壁28。内壁28直 接地結合徑向延伸的插置壁面2〇的區域及圍繞徑向於外側 上之插置壁面20的軸向延伸區域。壓縮機外殼24係利用連 接部份30連接至氣體入口側至上游組件32，該連接部份在 此係設計成一螺絲連接的形式。此上游組件32例如可為一 引入連接件或一過濾消聲器。 在壓縮機爆炸的情形，壓縮機葉輪14作用像一在壓縮機 擴散器22及插置壁面2〇間的楔件。在此徑向流動壓縮機i2 中最後產生之大量的軸向力，係由插置壁面2〇傳送至内壁 28及進一步至連接部份30〇如果軸向力超過，連接部份3〇 不能承受瞬間負荷，且上游組件32同時與内壁28及插置壁 面20係向軸向方向擲開。 在如本發明具有徑向流動壓縮機之渦輪增壓機，其如圖2 所示之壓縮機側部份類似於圖1所表示方式，這情形將不會 發生。具壓縮機葉輪14之徑向流動壓縮機12、移動葉片16 、插置壁面20、壓縮機擴散器22及壓縮機外殼24、26、28 同時與上游組件32係與先前技藝之渦輪增壓機之圖1所示構 造具相同原理。然而，相反於先前技藝，如本發明之渦輪 -8- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 576886 A7 B7 五、發明説明（6 ) 增壓機具有徑向流動壓縮機12之防爆配置34，此爆配置34 避免外殼28、插置壁面20及上游組件32向軸向相向擲開。 防爆配置34包含插置壁面2〇，其界定壓縮機葉輪14之移 動葉片16上方外側上徑向方向之流動通道18，插置壁面具 有預定的斷裂點36。在圖2所示範例，此預定斷裂點36配置 於插置壁面20之轴向及徑向延伸區域間，且使其精確於壓 縮機葉面14之移動葉片16及壓縮機擴散器22之導片4〇間。 在此結合插置壁面20徑向延伸之區域部份中，内壁28具有 一初始半徑Ra，其相等於或稍大定斷裂點36區域中插置壁 面20之半徑Re。由此半徑Ra開始，内壁28縮小於一第一段 42、其以約5。的斜率縮小椎形上游部份。縮小錐形上游及 結合該第一段42上游之一第二段44 ,内壁28以約40。的斜率 縮小。提供縮小錐形上游之内壁28的進一步段件46，這些 段46件與由插置壁面20徑向向外突出之制動元件48相互作 用。 如本發明防爆配置34之進一步實施例係如圖3所示，當制 動突耳50由内壁28徑向向内突出時，縮小錐形上游之複數 段44、46係設計於此實施例中。 預疋斷裂點36當然可配置於移動葉片上方的區域中，且 位於插置壁面20之軸向及徑向延伸區域間，或甚至在位於 上游之插置壁面20徑向延伸區域。如果希望不是很大的軸 向力’其僅可能提供預定斷裂點36於插置壁面2〇。内壁錐 形斜率在第一段42可約5。及30。間的範圍内，在進一步段件 44、46係5°及50。間的範圍内。制動元件48及制動突耳5〇較

裝 訂

576886 A7 B7 五、發明説明（7 ) 佳地分別與插置壁面20及内壁28形成一單件，如圖2及3所 示。然而，其也可設計為分離的組件。 名稱表 10 機械軸 12 徑向流動壓縮機 13 主軸 14 壓縮機葉輪 16 移動葉片 .. 18 流動通道 20 插置壁面 22 壓縮機擴散器 23 螺絲 24 壓縮機外殼 26 外殼部件 28 内壁 30 連接部份 32 上游組件 34 防爆配置 36 預定斷裂點 38 位於上游區域 40 導片 42 第一段 44 第二段 •10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

裝 訂

線 576886 A7 B7

Claims (1)

1. 576886 第091108238號專利申請案 中文申请專利範圍替換本(92年7月)

   1· 一種渦輪增壓機之徑向流動壓縮機的防爆配置，具有一 插置壁面界定一壓縮機葉輪之移動葉片上方外側徑向方 向的流動通道，其中該插置壁面（20)具有一預定斷裂點 (36) 〇 2. 如申請專利範圍第1項之防爆配置，其中該預定斷裂點 係配置於插置壁面（20)軸向延伸區域及徑向延伸區域間 的區域（38)中，且較佳以一凹口之形式設計。 3. 如申請專利範圍第1或2項之防爆配置，其中該預定斷裂 點（36)係配置於該壓縮機葉輪（14)之移動葉片（16)及壓縮 機擴散器（22)之導片（4〇)間之區域中。 4·如申請專利範圍第1或2項之防爆配置，其中該插置壁面 (20)係徑向地由一壓縮機外殼（24)之内壁（28)所圍繞，該 内壁（28)具有至少一第一段（42),其縮小錐形上游且開 始於約至少插置壁面（2〇)之預定斷裂點（36)的位準，使 其精確具有一初始半徑（Ra)，其係約等於或稍大於預定 斷裂點（36)上之插置壁面（2〇)的半徑（Re)。 5. 如申明專利範圍第4項之防爆配置，其中該内壁（28)具有 縮小錐形上游及較佳具有不同的斜率之進一步段件（44、 46)。 6. 如申請專利範圍第4項之防爆配置，其中縮小錐形上游 之孩第一段（42)中的斜率係約在5◦及2〇。間的範圍内。 7·如申請專利範圍第5項之防爆配置，其中結合該第一段 (42)及縮小錐形上游之一第二段（44)具有一斜率於3〇。至 5 0 °間的範圍内。 ： O:\77\77113-92071〇.DOC\ 5 本紙張尺度適用中η η χ 297公董)— 576886 A8 B8 C8 ______ D8_ 六 、申請專利範園 8 ·如申請專利範圍第5項之防爆配置，其中縮小錐形上游 之内壁（28)的進一步段件（44、46)，在該壓縮機葉輪爆 炸的情形，將與由該插置壁面（20)徑向向外突出的制動 元件（48)相互作用。 9·如申請專利範圍第5項之防爆配置，其中縮小錐形上游 之一或多個段件（42、44、46)係由内壁（28)徑向向内突 出之制動突耳（50)所製成。 10· —種具有徑向流動壓縮機之渦輪增壓機，其壓縮機葉輪 以其移動葉片突出進入一流動通道，該通道係由一插置 壁面徑向界定於該外側且至少在該移動葉片的上方，其 中才疋供如申請專利範圍第1或2項之防爆配置（34)。 O:\77\77113-920710.DOC\ 5 - 2 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐)