專利名稱：用于葉片調(diào)整的引導(dǎo)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體機(jī)械、尤其用于增壓式內(nèi)燃機(jī)的廢氣渦輪增壓器的領(lǐng)域。本發(fā)明涉及一種引導(dǎo)裝置在這種流體機(jī)械的殼體處的固定。
背景技術(shù)：
廢氣渦輪增壓器用于提高內(nèi)燃機(jī)(活塞式發(fā)動機(jī))的功率。廢氣渦輪增壓器由 在內(nèi)燃機(jī)廢氣流中的廢氣渦輪和在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣段(Ansaugtrakt)中的壓縮機(jī)組成。廢氣 渦輪的渦輪葉輪(Turbinenrad)由內(nèi)燃機(jī)的廢氣置于旋轉(zhuǎn)中，并通過軸驅(qū)動增壓器的葉 輪(Laufrad)。增壓器提高內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣段中的壓力，從而在吸氣時使更大的空氣量到達(dá)燃 燒室中。廢氣渦輪也用作動力渦輪。在這種情況下，廢氣渦輪通過軸不驅(qū)動廢氣渦輪增 壓器的壓縮機(jī)，而是驅(qū)動發(fā)電機(jī)或通過離合器(Kupplimg)驅(qū)動另一個、機(jī)械的動力部件 (Nutzteil)。降低排放、成本以及燃料消耗推動著當(dāng)代活塞式發(fā)動機(jī)領(lǐng)域內(nèi)的最新發(fā)展。在此， 發(fā)動機(jī)的增壓系統(tǒng)對實現(xiàn)這一發(fā)展目的有決定性的貢獻(xiàn)。過去，在大型發(fā)動機(jī)中主要使用 帶有具有固定幾何結(jié)構(gòu)(Fix-Geometrien)的渦輪和壓縮機(jī)構(gòu)件的廢氣渦輪增壓器。這些 幾何結(jié)構(gòu)針對每個單獨(dú)的發(fā)動機(jī)進(jìn)行設(shè)計和匹配。但是，在發(fā)動機(jī)運(yùn)行期間這些幾何結(jié)構(gòu) 不能變化。為了將來在發(fā)動機(jī)運(yùn)行時使得廢氣渦輪增壓器還更好地匹配于發(fā)動機(jī)成為可 能，日益討論在運(yùn)行中應(yīng)用可調(diào)(或可變)渦輪幾何結(jié)構(gòu)(VTG)。在此，廢氣渦輪的引導(dǎo)裝 置的引導(dǎo)葉片的開口通過引導(dǎo)葉片的旋轉(zhuǎn)而變化。可調(diào)渦輪幾何結(jié)構(gòu)的應(yīng)用在現(xiàn)有技術(shù)中 為已知的，且尤其在如在例如乘用車中所使用的小型發(fā)動機(jī)范圍內(nèi)廣泛地傳播。在大型發(fā) 動機(jī)中，現(xiàn)已在需要精確的燃料空氣比的調(diào)節(jié)的燃?xì)獍l(fā)動機(jī)中使用了可變渦輪幾何結(jié)構(gòu)。 未來可期望在大型發(fā)動機(jī)中廣泛使用可變渦輪幾何結(jié)構(gòu)。由于經(jīng)濟(jì)性的原因，研發(fā)渦輪增壓器的流體構(gòu)件用于高的比通過量(spezifische Durchsatz)(高的質(zhì)量流量比幾何結(jié)構(gòu)尺寸)。這種渦輪機(jī)械的渦輪的葉輪葉片 (Laufschaufel)可經(jīng)受高的振蕩激勵。為了保證可靠的運(yùn)行性能，在渦輪的開發(fā)時應(yīng)對引 導(dǎo)裝置(噴嘴環(huán))和葉輪葉片幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行非常精確的協(xié)調(diào)。尤其地，可出現(xiàn)如下的問題，S卩，引導(dǎo)裝置的引導(dǎo)葉片對渦輪葉輪的葉輪葉片構(gòu)成 周期性的擾動，其中，頻率等于引導(dǎo)葉片數(shù)乘轉(zhuǎn)速。如果該頻率與葉輪葉片的固有頻率一 致，則可產(chǎn)生共振。在大多數(shù)情況下，這種共振中的交變應(yīng)力可導(dǎo)致材料損壞。已知的是， 共振振幅隨引導(dǎo)葉片開口的減小而增加。這導(dǎo)致了引導(dǎo)葉片許用開口的限制。在可變的渦 輪幾何結(jié)構(gòu)中，重要的是，使得具有引導(dǎo)葉片開口的大的調(diào)整范圍。如果引導(dǎo)葉片開口的許 用范圍由于不允許的共振必須受到限制，則可變渦輪幾何結(jié)構(gòu)的益處降低。從文件“通過使用修正的定子葉片間距減小在渦輪機(jī)械中轉(zhuǎn)子葉片振動的理論和 試驗分析”(R. H. Kemp，M. H. Hirschberg，W. C. Morgan. NACA 技術(shù)說明 4374，1958)中已知，引 導(dǎo)葉片的周緣位置的不均勻分布可引起共振振幅的明顯降低。目前，在很多渦輪機(jī)械中使 用引導(dǎo)葉片的不均勻布置，以用于減小共振振幅。
3
在用于大型發(fā)動機(jī)的廢氣渦輪增壓器中可變引導(dǎo)裝置(VTG) —般構(gòu)造成獨(dú)立的 模塊，并固定在廢氣渦輪的進(jìn)氣殼體和出氣殼體處，如在圖1中所指明的那樣。為了安裝在 不同的發(fā)動機(jī)處，進(jìn)氣殼體和出氣殼體一般可以確定的角度(例如15° )等級自由旋轉(zhuǎn)。典 型地，這導(dǎo)致使用在周緣上均勻分布的螺栓(在區(qū)段為15°的情況下，這形成24個螺栓)。 在使用不均勻布置的引導(dǎo)葉片時，無法避免引導(dǎo)葉片和螺栓之間的碰撞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，如此優(yōu)化用于流體機(jī)械、例如廢氣渦輪的可調(diào)的引導(dǎo)裝置， 即，使得可不取決于引導(dǎo)裝置相對殼體的定位而安置為了在相鄰的殼體處的固定而使用的 固定件。本發(fā)明的想法在于，使用于安裝引導(dǎo)裝置的固定部移位到在引導(dǎo)葉片徑向之外、 尤其在引導(dǎo)葉片柄(Leitschaufel-Schaft)徑向之外的區(qū)域內(nèi)。由此，可在預(yù)設(shè)的角度之 內(nèi)自由選擇引導(dǎo)葉片的周緣位置。在引導(dǎo)葉片與固定件之間沒有碰撞。引導(dǎo)葉片既可在周緣處均勻分布，也可不均勻分布。對于不均勻的布置，通過在減壓環(huán)、支撐環(huán)以及凹槽環(huán)中的引導(dǎo)葉片容納部 (Leitschaufelaufnahme)的不均勻分布實現(xiàn)引導(dǎo)葉片。


下面根據(jù)附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明的實施形式。其中圖1顯示了穿過帶有根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的可調(diào)的引導(dǎo)裝置的廢氣渦輪的截面圖；以及圖2顯示了穿過帶有根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的、可調(diào)的引導(dǎo)裝置的廢氣渦輪的截面圖。
具體實施例方式圖1顯示了廢氣渦輪增壓器的常規(guī)的軸流式渦輪的截面圖。渦輪葉輪10布置在 可繞軸線A旋轉(zhuǎn)的、支承在軸承殼體中的軸30上。渦輪葉輪10包括多個葉輪葉片11，該葉 輪葉片11以沿著周緣分布的方式而布置在渦輪葉輪的徑向外緣處。利用箭頭指出了流體 通道中的廢氣流動。在軸向方向上流向(anstr0men)渦輪葉輪的葉輪葉片?？烧{(diào)的引導(dǎo)裝 置(可調(diào)的渦輪幾何結(jié)構(gòu))布置在廢氣渦輪的葉輪葉片Ii的上游。該可調(diào)的引導(dǎo)裝置包 括多個各自具有一個柄42的引導(dǎo)葉片41。引導(dǎo)葉片41中的每一個分別利用其柄42以可 繞軸線B旋轉(zhuǎn)的方式支承在殼體中。引導(dǎo)裝置的殼體主要包括支撐環(huán)40，該支撐環(huán)40環(huán)形 地包圍流體通道。朝向流體通道，支撐環(huán)40還包圍減壓環(huán)45。引導(dǎo)葉片41的柄42在為其 所設(shè)置的孔中布置在支撐環(huán)40中。與引導(dǎo)葉片41的柄一樣，孔基本上在徑向方向上伸延。 利用固定件50將支撐環(huán)固定在出氣殼體20處。使用螺栓或螺釘作為固定件。可調(diào)的引導(dǎo) 裝置還包括調(diào)整環(huán)43以及每個引導(dǎo)葉片一個調(diào)整桿44。使調(diào)整環(huán)43在周向上運(yùn)動以用于 調(diào)整引導(dǎo)裝置。調(diào)整桿44將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞到引導(dǎo)葉片的柄42上。在根據(jù)圖2的根據(jù)本發(fā)明而實施的引導(dǎo)裝置中，固定件徑向上布置在引導(dǎo)葉片柄 42的支承部位46之外，或徑向上布置在引導(dǎo)葉片柄自由端之外。因此，半徑r2 (固定件50 位于該半徑r2以外)大于半徑Γι (引導(dǎo)葉片柄位于該半徑以內(nèi))。因此，引導(dǎo)葉片41沿著支撐環(huán)的周緣既可均勻分布又可不均勻分布，而固定件50和引導(dǎo)葉片的柄42不會因此而彼此相交。引導(dǎo)葉片41的不均勻布置通過引導(dǎo)葉片容納部 在減壓環(huán)45、支撐環(huán)40以及調(diào)整環(huán)中的不均勻分布而實現(xiàn)。即使在引導(dǎo)葉片不均勻分布 時，支撐環(huán)40也可以以沿著周緣分布的方式而布置的用于固定件的孔所允許的任意角度 相對于出氣殼體20而定位。因此，可在預(yù)設(shè)的角度之內(nèi)自由選擇引導(dǎo)葉片的周緣位置。
如圖2中表明的那樣，進(jìn)氣殼體21可徑向上在調(diào)整桿44之內(nèi)利用獨(dú)立的固定件 與支撐環(huán)40相連接。部件列表
10渦輪葉輪
11渦輪葉輪的葉輪葉片
20廢氣渦輪的出氣殼體
30廢氣渦輪的軸
40支撐環(huán)，引導(dǎo)裝置的殼體
41引導(dǎo)葉片，可調(diào)
42引導(dǎo)葉片的柄
43調(diào)整環(huán)
44調(diào)整桿
45減壓環(huán)
46用于支承引導(dǎo)葉片的柄的支承部位
50用于將支撐環(huán)固定在渦輪殼體處的固定件
Tl引導(dǎo)葉片柄的外半徑
r2用于將支撐環(huán)固定在渦輪殼體處的固定件的內(nèi)半徑
A渦輪增壓器的軸的軸線
B引導(dǎo)葉片的柄的軸線
權(quán)利要求
一種流體機(jī)械，包括殼體(20)以及構(gòu)造成環(huán)形的帶有可旋轉(zhuǎn)的引導(dǎo)葉片(41)的引導(dǎo)裝置，所述引導(dǎo)葉片(41)以沿所述引導(dǎo)裝置的周緣分布的方式而布置且各自利用徑向伸延的柄(42)支承在所述引導(dǎo)裝置的支撐環(huán)(40)中，其中，所述支撐環(huán)(40)包括用于容納所述引導(dǎo)葉片柄(42)的支承部位(46)和用于將所述支撐環(huán)(40)固定在所述殼體(20)處的固定件(50)，其特征在于，用于容納所述引導(dǎo)葉片柄(42)的支承部位(46)徑向上布置在第一半徑(r1)之內(nèi)，并且所述固定件(50)徑向上布置在第二半徑(r2)之外，且所述第一半徑(r1)小于所述第二半徑(r2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體機(jī)械，其特征在于，所述引導(dǎo)葉片(41)以沿著所述引導(dǎo) 裝置的周緣不均勻分布的方式、也就是說以彼此的間隔不同的方式而布置。
3.一種廢氣渦輪增壓器，包括廢氣渦輪，所述廢氣渦輪構(gòu)造成根據(jù)權(quán)利要求1或2的流 體機(jī)械。
全文摘要
用于將引導(dǎo)裝置(40)安裝在出氣殼體(20)處的固定部定位在引導(dǎo)葉片(41，42)的徑向之外的區(qū)域中。因此，可在預(yù)設(shè)的角度之內(nèi)自由選擇引導(dǎo)葉片的周緣位置。在引導(dǎo)葉片(41，42)和固定件(50)之間不存在碰撞。
文檔編號F01D17/16GK101910566SQ200980102772
公開日2010年12月8日 申請日期2009年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月15日
發(fā)明者B·菲利普森, M·賈魯塞爾, P·紐恩施萬德, T·博斯 申請人:Abb渦輪系統(tǒng)有限公司