專利名稱：可調(diào)式導(dǎo)向葉片的密封的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與流體才幾械(Stroemungsmaschinen)領(lǐng)域相關(guān)。其涉及流體 機(jī)械的導(dǎo)向裝置，例如廢氣渦輪增壓器(Abgasturbolader)的透平的導(dǎo)向 裝置，帶有可旋轉(zhuǎn)地安裝的可調(diào)式導(dǎo)向葉片，并涉及具有帶這種導(dǎo)向 裝置的透平的廢氣渦輪增壓器。
背景技術(shù)：
廢氣透平(Abgasturbinen),例如渦輪增壓器的廢氣透平，與內(nèi)燃 機(jī)一同使用。在此，來自內(nèi)燃機(jī)的廢氣被用作用于驅(qū)動(dòng)透平轉(zhuǎn)子的驅(qū) 動(dòng)介質(zhì)。透平轉(zhuǎn)子通過軸與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子(Verdichterrad)相連，通過該壓 縮機(jī)轉(zhuǎn)子，待輸送給內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣被壓縮。為了滿足現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)的變 化的運(yùn)行條件，可以在廢氣透平中使用可調(diào)式透平幾何機(jī)構(gòu)(VTG)代 替固定的通流部分葉柵(噴管環(huán))。這種情況下，借助調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，透平 導(dǎo)向葉片的偏角(Anstellwinkel)可以與各的運(yùn)行點(diǎn)相適應(yīng)。
VTG裝置通常包括多個(gè)安裝在軸承殼體中的導(dǎo)向葉片以及用于 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向葉片的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。VTG裝置在例如EP0 226 444或DE 43 09 636中有所描述。
在運(yùn)行中劇烈地被加熱的廢氣透平的導(dǎo)向葉片必須以帶有適當(dāng) 的徑向間隙的方式裝入在軸襯(Lagerbuechsen)中，以使得其在高溫的 運(yùn)行狀態(tài)中不會(huì)在軸襯中卡死。由于軸襯與導(dǎo)向葉片之間的徑向間 隙，總有少量的熱的氣體從環(huán)繞著導(dǎo)向葉片的區(qū)域漏出(entweicht)到 外部環(huán)境中。通過軸襯的泄漏流(Leckage-Stroemung)隨著軸承間隙的 增加而增加。這一效應(yīng)導(dǎo)致透平效率的損失，以及噪聲生成的增加， 通常為逐漸變強(qiáng)的呼嘯聲的形式。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)在于，對(duì)流體機(jī)械導(dǎo)向裝置的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行 如下改善，即，盡管在導(dǎo)向裝置的運(yùn)動(dòng)件之間存在運(yùn)行所需的間隙， 但沒有或僅有少量泄漏流通過導(dǎo)向葉片的軸承而漏出。
根據(jù)本發(fā)明以如下方式實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，即，在殼體(導(dǎo)向葉片可旋轉(zhuǎn)地
安裝在該殼體中)和各個(gè)導(dǎo)向葉片之間布置有密封套管(Dichthuelse也 稱為密封隔板或密封元件)。
這里，密封套管優(yōu)選地在軸向上通過用于支承導(dǎo)向葉片軸的導(dǎo)向 軸套(Fuehrungsbuechse)的外直徑或內(nèi)直徑而被引導(dǎo)。任何情況下密封 套管與導(dǎo)向軸套之間的留下的徑向殘余間隙被容許(toleriert)為最d 、間 隙，以使得僅少量殘余質(zhì)量流通過該配合處而漏出。
根據(jù)本發(fā)明，附加的軸向的壓緊彈簧確保了，密封套管^皮持續(xù)地 壓靠在導(dǎo)向葉片配對(duì)輪廓(Leitschaufel-Gegenkontur)上并由此抑制 (unterbunden)軸向縫隙以及泄漏流。


接下來借助示意圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明。這里 圖l顯示了穿過具有帶可調(diào)式導(dǎo)向葉片的導(dǎo)向裝置的廢氣渦輪 增壓器的透平側(cè)部分的截面圖。
圖2顯示了穿過根據(jù)圖1的帶有不密封的導(dǎo)向葉片的導(dǎo)向裝置 的部分的截面圖，以及
圖3顯示了穿過根據(jù)圖2的帶有4艮據(jù)本發(fā)明的密封的導(dǎo)向葉片 的布置的截面圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的可調(diào)式導(dǎo)向葉片的密封可應(yīng)用在任何帶有導(dǎo)向裝 置的流體機(jī)械上，例如可應(yīng)用于帶有可調(diào)式導(dǎo)向葉片的廢氣渦輪增壓 器、動(dòng)力渦輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)或壓氣機(jī)等。圖1顯示了帶有布置在透平殼體中的透平轉(zhuǎn)子10的廢氣渦輪增 壓器的透平側(cè)。透平轉(zhuǎn)子包括輪轂11和固定于其上或與該^"轂一體
地制成的轉(zhuǎn)子葉片12。透平殼體包括氣體入口殼體21、軸承殼體22 以及位于透平轉(zhuǎn)子輪轂背部的隔板23。隔板將軸承殼體從高溫的透平 轉(zhuǎn)子熱隔離開。備選地，其也可由軸承殼體的部分或氣體入口殼體的 部分所構(gòu)成。
在通向轉(zhuǎn)子葉片的通流通道中布置有導(dǎo)向裝置。導(dǎo)向裝置包括用 于調(diào)整廢氣流70的可調(diào)式導(dǎo)向葉片31。導(dǎo)向葉片利用導(dǎo)向葉片軸32 而可旋轉(zhuǎn)地安裝在透平殼體中。導(dǎo)向葉片31可通過調(diào)整桿41而繞導(dǎo) 向葉片軸32的軸線旋轉(zhuǎn)。調(diào)整桿通過調(diào)整環(huán)42而^l驅(qū)動(dòng)，以在一定 的調(diào)整角(Stellwinkel)內(nèi)定位導(dǎo)向葉片31。
導(dǎo)向葉片軸32以帶有小間隙的方式安裝在透平殼體中。優(yōu)選地， 透平殼體在導(dǎo)向葉片軸的軸承的區(qū)域中包括導(dǎo)向軸套50，該導(dǎo)向軸套 50具有高的耐磨強(qiáng)度和良好的滑動(dòng)性。該導(dǎo)向軸套壓入在透平殼體 中，且為固定的。
如從圖2和圖3中可見，導(dǎo)向葉片軸包括軸頸(Lagerstelle)33,其 在導(dǎo)向軸套50內(nèi)以滑動(dòng)的方式被安裝。此外，導(dǎo)向葉片軸可以包括 另一軸頸，尤其是在與該導(dǎo)向葉片相對(duì)而置的端部處。導(dǎo)向葉片的軸 向支承通常通過一個(gè)或兩個(gè)軸向擋板或在一側(cè)通過導(dǎo)向葉片軸的端 部而在另一側(cè)通過導(dǎo)向葉片型面的端部來實(shí)現(xiàn)。導(dǎo)向葉片的軸向固定 可借助于壓緊彈簧而得以保證。
在運(yùn)行中劇烈地被加熱的導(dǎo)向葉片必須以帶有適當(dāng)?shù)膹较蜷g隙 的方式而裝入在軸襯中，以使得其在高溫的運(yùn)行狀態(tài)中不會(huì)在軸襯中 卡死。由此，不僅在軸頸33的區(qū)域中而且徑向地在導(dǎo)向葉片的配對(duì) 輪廓34的外側(cè)處產(chǎn)生了小縫隙，泄漏流可通過這些小縫隙流出。
為能夠盡量避免與泄漏相關(guān)的透平效率的損失，且為了防止熱的 廢氣侵入到應(yīng)盡可能保持低溫的渦輪增壓器的軸頸處，可將阻隔空氣 引入到在隔板的背部中的空腔61中。這種與廢氣相比冷得多的壓縮空氣可以外部的方式被供給，或者如圖l所示的，在壓氣機(jī)出口分出
一部分并通過阻隔空氣通道62而引至透平側(cè)。阻隔空氣被引入空腔 61中并沿著整個(gè)透平周邊分布。阻隔空氣優(yōu)選地具有至少比廢氣流 70略高的壓力。
在根據(jù)圖2的傳統(tǒng)導(dǎo)向裝置上，由于導(dǎo)向軸套50和導(dǎo)向葉片軸 的軸頸33之間的徑向間隙，高溫氣體或阻隔空氣(如果存在的話)可從 空腔61中漏到周圍環(huán)境中。這產(chǎn)生了泄漏流63。
根據(jù)本發(fā)明，通過如下方式抑制泄漏流，即，依據(jù)圖3，密封套 管80被推到導(dǎo)向軸套50上。根據(jù)本發(fā)明的密封套管優(yōu)選地由耐熱鋼 加工成，最好是通過鑄造、車削或銑削而加工成。根據(jù)待由密封套管 橋接(ueberbruecken)的軸向縫隙的軸向長度，密封套管可設(shè)計(jì)成軸向 較長的且因而接近管狀的，或較短的并因而更接近環(huán)狀的。密封套管 包括圓柱套環(huán)(Zylinderkragen)，其為徑向地伸出(abstehender)且至少部 分地環(huán)繞的帶有軸向擋板的套環(huán)。在所描述的實(shí)施形式中，密封套管 80由導(dǎo)向軸套50的圓柱形外直徑所支撐。密封套管80和導(dǎo)向軸套 50之間的可能存在的徑向縫隙被容許成最小間隙。與導(dǎo)向葉片軸的軸 頸33和導(dǎo)向軸套之間的間隙相比，在運(yùn)4亍中相對(duì)4皮此不運(yùn)動(dòng)或幾乎 不運(yùn)動(dòng)的部件之間的這種徑向間隙可保持得小得多。由此，即使有， 也僅會(huì)有很少量的殘余質(zhì)量流通過該配合處而漏出。附加的軸向壓緊 彈簧90的作用是，使密封套管持續(xù)地壓緊在導(dǎo)向葉片配對(duì)輪廓34上， 并由此抑制軸向間隙及泄漏流。該壓緊彈簧90夾緊于在透平殼體22 處的軸向擋板和密封套管80的圓柱套環(huán)的軸向擋板之間。壓緊彈簧 90也可附加地通過以下方式承擔(dān)導(dǎo)向葉片的軸向固定，即，導(dǎo)向葉片 型面通過該壓緊彈簧而壓在相對(duì)而置的通流通道的壁或透平殼體處 的另一軸向擋板上。
在另 一種未示出的實(shí)施形式中，密封套管也可以直接地推到透平 殼體的一部分上一一例如在導(dǎo)向葉片軸承的導(dǎo)向軸套被布置成無法 接近或^^艮本沒有安裝時(shí)。在這種情況下，密封套管由殼體部件的圓柱形外直徑所支撐。密封套管也可被引導(dǎo)成徑向上位于導(dǎo)向軸套之內(nèi)或位于透平殼體的圓柱形凹部之內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的密封套管由此可在帶有或沒有阻隔空氣供給裝置
的流體機(jī)械上防止空氣或氣體通過導(dǎo)向葉片的軸承而泄漏。參考標(biāo)號(hào)列表
10透平轉(zhuǎn)子
11輪轂
12轉(zhuǎn)子葉片
13軸
21氣體入口殼體
22軸承殼體
23隔板
31導(dǎo)向葉片
32導(dǎo)向葉片軸
33軸頸
34配對(duì)輪廓
41調(diào)整桿
42調(diào)整環(huán)、調(diào)整元件
50導(dǎo)向軸套
60阻隔空氣流
61空腔
62阻隔空氣通道
63泄漏
70熱氣流
80密封套管
90壓緊彈簧
權(quán)利要求
1. 一種流體機(jī)械的導(dǎo)向裝置，其包括至少一個(gè)帶有可旋轉(zhuǎn)地安裝在殼體(22，23)中的導(dǎo)向葉片軸(32)的導(dǎo)向葉片(31)，其特征在于，在所述殼體(22)和所述導(dǎo)向葉片軸(32)之間布置有密封套管(80)，用于橋接軸向縫隙。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)向裝置，其特征在于，所述密封套管 (80)具有帶軸向擋一反的徑向地伸出的套環(huán)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)向裝置，其特征在于，所述密封套管 (80)借助于壓緊彈簧(90)而壓靠在所述導(dǎo)向葉片的配對(duì)輪廓(34)上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的導(dǎo)向裝置，其特征在于，所述密封套管 (80)具有帶軸向擋^1的徑向地伸出的套環(huán)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的導(dǎo)向裝置，其特征在于， 所述殼體包括導(dǎo)向軸套(50)以支承所述導(dǎo)向葉片軸(32)，并且，所述密 封套管(80)橋接所述導(dǎo)向軸套(50)和所述導(dǎo)向葉片軸(32)之間的縫隙。
6. —種流體機(jī)械，其特征在于依據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述 的導(dǎo)向裝置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的流體機(jī)械，其特征在于，所述殼體包括 導(dǎo)向軸套(50)以支承所述導(dǎo)向葉片軸(32),并且，所述密封套管(80)橋 接所述導(dǎo)向軸套(50)和所述導(dǎo)向葉片軸(32)之間的縫隙。
8. 廢氣渦輪增壓器，其特征在于帶有根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一 項(xiàng)所述的導(dǎo)向裝置的廢氣透平。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的廢氣渦輪增壓器，其特征在于，所述殼 體包括導(dǎo)向軸套(50)以支承所述導(dǎo)向葉片軸(32),并且，所述密封套管 (80)橋接所述導(dǎo)向軸套(50)和所述導(dǎo)向葉片軸(32)之間的縫隙。
全文摘要
透平的導(dǎo)向裝置具有可旋轉(zhuǎn)地安裝在透平殼體(22，23)中的導(dǎo)向葉片(31)。在透平殼體(22)和導(dǎo)向葉片軸(32)之間布置有密封套管(80)。附加的軸向的壓縮彈簧(90)確保將密封套管(80)持續(xù)地壓靠在導(dǎo)向葉片配對(duì)輪廓(34)上，并由此抑制了軸向的間隙及泄漏流。
文檔編號(hào)F02C6/12GK101512107SQ200780032481
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2007年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月28日
發(fā)明者A·科普, J·施萊恩格 申請(qǐng)人:Abb渦輪系統(tǒng)有限公司