專利名稱：渦輪機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1前序部分所述的渦輪機。
背景技術(shù)：
圖2結(jié)合圖1示出上述形式的渦輪機1。該渦輪機1以渦輪增壓機的形式構(gòu)成，具有渦輪壓縮機10和廢氣渦輪機20。該渦輪機1具有壓縮機外殼11、渦輪機外殼21和使壓縮機外殼11與渦輪機外殼21連接的軸承外殼30，它由球墨鑄鐵制成。該渦輪機1還具有由鋼制成的軸40，它通過多個旋轉(zhuǎn)軸承42，43 (在這里是兩個徑向滑動軸承42和一個軸向滑動軸承4 可旋轉(zhuǎn)地支承在軸承外殼30的內(nèi)室31 (也稱為油室)中。如圖2所示，在軸40的縱向端部41上設(shè)有廢氣渦輪機20的工作葉輪25，它通過焊縫S在材料上與軸40的縱向端部41連接，并且它在軸承外殼30的內(nèi)室31外部設(shè)置在渦輪機外殼21的工作葉輪室22中。該工作葉輪25由鎳基合金制成。同樣如圖2所示，在軸40的圓周上設(shè)置一個(或多個)環(huán)形的活塞環(huán)形式的密封件50，由此使軸承外殼30的內(nèi)室31相對于渦輪機外殼21的工作葉輪室22密封。密封件 50在徑向RR上預(yù)緊地夾緊在軸承外殼30的壁體32中，由此使密封件50抗扭轉(zhuǎn)地固定在軸承外殼30上。密封件50由鋼或由鐵石墨合金制成。為了密封，使密封件50與兩個相互對置旋轉(zhuǎn)的密封面51，52共同作用。如圖2所示，旋轉(zhuǎn)的密封面51，52中的第一密封面51在廢氣渦輪機20的工作葉輪25的連接端部沈上構(gòu)成，并且旋轉(zhuǎn)密封面51，52中的第二密封面52在軸40的縱向端部41上構(gòu)成。兩個密封面51，52分別由環(huán)帶的側(cè)面(未單獨地示出)構(gòu)成，其中從每個環(huán)帶上突出直徑更小的凸起。兩個凸肩通過焊縫S相互連接，由此使焊縫S位于由密封面51，52和兩個凸肩形成的環(huán)槽53的區(qū)域內(nèi)。在這樣構(gòu)成的工作葉輪25與軸40之間的焊連接在過去在渦輪機1運行中總是重復(fù)地以下述形式產(chǎn)生損壞，即，工作葉輪25與軸40之間的焊連接不期望地松脫。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是，提供一種如權(quán)利要求1前序部分所述的渦輪機，其中可靠地防止工作葉輪與軸之間的焊連接不期望地松脫。這一點通過按照權(quán)利要求1的渦輪機得以實現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中定義了本發(fā)明的改進方案。按照本發(fā)明，提供一種渦輪機，其具有軸承外殼(LagergehSuse)、可旋轉(zhuǎn)地支承在軸承外殼的內(nèi)室中的軸、通過焊縫在材料上(Stofflich)與軸的縱向端部連接的且在內(nèi)室外部設(shè)置在工作葉輪室中的工作葉輪以及密封件，它設(shè)置在軸的圓周上，由此使內(nèi)室相對于工作葉輪室進行密封，其中該密封件為了密封與兩個相互對置的、旋轉(zhuǎn)的密封面共同作用。所述軸優(yōu)選利用摩擦焊接與工作葉輪連接。按照本發(fā)明的渦輪機的特征在于，兩個密封面中的至少一個密封面的密封面材料形成設(shè)置在密封件與工作葉輪之間的隔離層。按照本發(fā)明已經(jīng)認識到，根據(jù)所使用的焊接參數(shù)(尤其是摩擦焊接參數(shù))可以使焊縫以幾微米在從部件到部件的軸向上變化。根據(jù)實際的位置關(guān)系，這在現(xiàn)有技術(shù)中可能導(dǎo)致，優(yōu)選的金屬密封件已與工作葉輪材料產(chǎn)生金屬接觸。在渦輪機運行中，密封件受結(jié)構(gòu)制約不一起旋轉(zhuǎn)，并且與軸具有金屬接觸，由此在軸與密封件之間產(chǎn)生摩擦。尤其在進氣過程時，由此導(dǎo)致部分明顯的生熱。如果密封件與工作葉輪材料接觸，如同通過上述的變化不能排除的那樣，可能熔化工作葉輪材料，因為它比密封材料具有更低的熔點。由此，使工作葉輪材料熔化在密封件上并且從軸上松脫。這樣長時間地重復(fù)這個過程，直到焊縫弱化到工作葉輪與軸斷開的程度。按照解決方案已經(jīng)試驗過，降低了密封件與工作葉輪材料之間的旋轉(zhuǎn)摩擦，其中借助減小摩擦的覆層來進行該試驗。但是這個覆層已經(jīng)證實不能達到目的，因為它們盡管降低了不利的作用，但是沒有克服。通過按照本發(fā)明規(guī)定的密封件與工作葉輪之間的隔離層(它提供了密封件與工作葉輪之間的隔熱)，可靠地避免了密封件與工作葉輪材料之間的金屬摩擦接觸，并由此避免不期望的、由于熔化而松開工作葉輪與軸之間的焊連接。換言之，按照本發(fā)明可靠地避免了，工作葉輪材料與靜止的部件(如密封件)具有金屬摩擦接觸。由此避免了機構(gòu)損傷的原因，并建立了運行可靠性。所述隔熱的隔離層優(yōu)選這樣構(gòu)成(例如在其軸向厚度和/或其材料方面)，使在渦輪機運行中由旋轉(zhuǎn)摩擦引起的在焊縫上產(chǎn)生的最高溫度位于工作葉輪材料的熔化溫度以下。按本發(fā)明的實施例，這兩個密封面由同一種密封面材料制成。通過這種方式，可以使密封面最佳地且特別簡單地并由此成本有利地與密封件在旋轉(zhuǎn)摩擦方面相協(xié)調(diào)。按照本發(fā)明的另一實施例，所述兩個密封面共同地在渦輪機的唯一密封面部件 (Dichtflachenkomponente)上構(gòu)成。由此，可以可靠地避免或減小在現(xiàn)有技術(shù)中存在的由焊接參數(shù)引起的密封面軸向結(jié)構(gòu)中的誤差，由此可以可靠地配置密封件與密封面之間的金屬摩擦接觸。按照本發(fā)明的另一實施例，所述密封面部件由軸構(gòu)成。因此，焊縫這樣遠地在工作葉輪方向上移動，或密封位置這樣遠地在旋轉(zhuǎn)軸承的方向上移動，即可靠地避免工作葉輪材料與密封件之間的金屬摩擦接觸。換言之，所述焊縫設(shè)置在工作葉輪室中或緊靠工作葉輪室設(shè)置。其優(yōu)點是，使密封位置的徑向直徑可以保持較小，但是產(chǎn)生更大的軸向結(jié)構(gòu)空間。因為所述軸通常由鋼材料制成，這個軸在其熔點方面可靠地經(jīng)受住在與密封件旋轉(zhuǎn)摩擦?xí)r產(chǎn)生的熱負荷，其中兩個密封面中的靠近工作葉輪設(shè)置的密封面的鋼材料形成隔熱的隔離層。按照本發(fā)明的實施例，所述密封面部件由套構(gòu)成，它固定在軸的縱向端部上。其優(yōu)點是，產(chǎn)生更短的軸向結(jié)構(gòu)空間，但是通過套產(chǎn)生更大的徑向結(jié)構(gòu)空間。在這種情況下，焊縫優(yōu)選設(shè)置在工作葉輪室與軸承外殼的內(nèi)室之間。
優(yōu)選這樣構(gòu)成套(例如在其徑向厚度和/或其材料方面)，即，使在渦輪機運行中由旋轉(zhuǎn)摩擦引起的在焊縫上產(chǎn)生的最高溫度位于工作葉輪材料的熔點以下。按照本發(fā)明的實施例，所述套突出于軸的縱向端部伸入到工作葉輪室中，其中工作葉輪的通過焊縫與軸的縱向端部連接的連接端部插入到套中。在此優(yōu)選使所述工作葉輪的連接端部無間隙地配合到套中。由此，所述套支撐工作葉輪的連接端部，附加地反作用于彎曲應(yīng)力，并因此提高焊連接的不出錯率。按照本發(fā)明的另一實施例，所述套由鋼或由鐵基合金制成，它在其熔點方面可靠地經(jīng)受住在與密封件旋轉(zhuǎn)摩擦?xí)r產(chǎn)生的熱負荷。


下面借助于優(yōu)選的實施例并參照附圖詳細地描述本發(fā)明。附圖中圖1以立體局部截面圖示出以渦輪增壓機形式構(gòu)成的渦輪機；圖2以示意縱向截面圖示出按照現(xiàn)有技術(shù)配置的圖1的渦輪機的方案；圖3以示意縱向截面圖示出按照本發(fā)明的實施例配置的圖1的渦輪機的方案；圖4以示意縱向截面圖示出按照本發(fā)明的另一實施例配置的圖1的渦輪機的方案。參考標記清單1渦輪機10渦輪壓縮機11壓縮機外殼20廢氣渦輪機21渦輪機外殼22工作葉輪室25工作葉輪25，工作葉輪25”工作葉輪26連接端部26，連接端部26”連接端部30軸承外殼31 內(nèi)室32 壁體40 軸40，軸40” 軸41縱向端部41，縱向端部41”縱向端部
42徑向滑動軸承(旋轉(zhuǎn)軸承)43軸向滑動軸承(旋轉(zhuǎn)軸承)50密封件51密封面51，密封面51”密封面52密封面52’密封面52”密封面53 環(huán)槽53，環(huán)槽53” 環(huán)槽60” 套RR 徑向AR 軸向S 焊縫S’ 焊縫S” 焊縫D’ 厚度D” 厚度T，分隔層T”分隔層B密封件厚度具體實施方式
下面參照圖1和3描述本發(fā)明的第一實施例。按照本發(fā)明的渦輪機1以渦輪增壓機的形式構(gòu)成，其具有渦輪壓縮機10和廢氣渦輪機20。該渦輪機1具有壓縮機外殼11、渦輪機外殼21和使壓縮機外殼11與渦輪機外殼 21連接的軸承外殼30，它由球墨鑄鐵制成。所述渦輪機1還具有由鋼制成的軸40’，它通過多個旋轉(zhuǎn)軸承42，43 (在這里是兩個徑向滑動軸承42和一個軸向滑動軸承4 可旋轉(zhuǎn)地支承在軸承外殼30的內(nèi)室31 (也稱為油室)中。如圖3所示，在軸40，的軸向端部41，上設(shè)有廢氣渦輪機20的工作葉輪25，，它通過焊縫S’在材料上與軸40’的軸向端部41’連接，并且它在軸承外殼30的內(nèi)室31外部設(shè)置在渦輪機外殼21的工作葉輪室22中。該工作葉輪25’由鎳基合金制成。同樣如圖3所示，在軸40’的圓周上設(shè)置活塞環(huán)形式的環(huán)形密封件50，由此使軸承外殼30的內(nèi)室31相對于渦輪機外殼21的工作葉輪室22密封。該密封件50在徑向RR上預(yù)緊地夾緊在軸承外殼30的壁體32中，由此使密封件50抗扭轉(zhuǎn)地固定在軸承外殼30上。所述密封件50由鋼或由鐵石墨合金制成。為了密封，所述密封件50與兩個相互對置旋轉(zhuǎn)的密封面51’，52’共同作用，它們由刺入到軸40中的環(huán)槽53’的側(cè)面限制面構(gòu)成。如圖3所示，兩個密封面51’，52’中的靠近廢氣渦輪機20的工作葉輪25’設(shè)置的第一密封面51’的密封面材料(在這里是軸40’的鋼材料)形成設(shè)置在密封件50與工作葉輪25’之間的隔熱隔離層T’，它在軸向AR上通過這樣的厚度D’構(gòu)成，即，使在渦輪機1 運行中由于旋轉(zhuǎn)摩擦引起的在焊縫S’上產(chǎn)生的最高溫度位于工作葉輪材料(在這里是鎳基合金)的熔化溫度以下。與在圖2所述的焊縫S相比，按照本發(fā)明設(shè)置的焊縫S’這樣遠地在工作葉輪25’ 的方向上移動，或者使由密封件50和密封面51’，52’形成的密封位置這樣遠地在旋轉(zhuǎn)軸承 42,43的方向上移動，即，使得可靠地避免工作葉輪材料與密封件50之間的金屬摩擦接觸。如圖3所示，按照本發(fā)明設(shè)置的焊縫S’設(shè)置在工作葉輪室22中，或緊靠這個工作葉輪室設(shè)置。在此優(yōu)點是，可以使密封位置的徑向直徑保持較小，但是產(chǎn)生更大的軸向結(jié)構(gòu)空間。按照圖3所示的本發(fā)明實施例，兩個在這里由同一種密封材料制成的密封面51’， 52’共同地在渦輪機1的唯一密封面部件上構(gòu)成，即，在這里在軸40’上構(gòu)成。下面參照圖1和4描述本發(fā)明的第二實施例。本發(fā)明的第二實施例與第一實施例類似，因此下面主要描述不同之處，其中與圖3中相同的部件用相同的參考標記表示，有變化的部件以配有雙引號的標記符號表示。所述渦輪機1具有由鋼制成的軸40”，它仍然通過多個旋轉(zhuǎn)軸承42，43 (兩個徑向滑動軸承42和一個軸向滑動軸承4 可旋轉(zhuǎn)地支承在軸承外殼30的內(nèi)室31中。如圖4所示，在軸40”的縱向端部41”上設(shè)有廢氣渦輪機20的工作葉輪25”，它通過焊縫S”在材料上與軸40”的軸向端部41”連接，并且它在軸承外殼30的內(nèi)室31外部設(shè)置在渦輪機外殼21的工作葉輪室22中。該工作葉輪25”也是由鎳基合金制成。如圖4所示，在這里所述焊縫S”設(shè)置在工作葉輪室22與軸承外殼30的內(nèi)室31 之間。同樣如圖4所示，在軸40”的圓周上設(shè)置活塞環(huán)形式的環(huán)形密封件50，由此使軸承外殼30的內(nèi)室31相對于渦輪機外殼21的工作葉輪室22密封。該密封件50在徑向RR上預(yù)緊地夾緊在軸承外殼30的壁體32中，由此使密封件50抗扭轉(zhuǎn)地固定在軸承外殼30上。由鋼或由鐵石墨合金制成的密封件50仍然與兩個相互對置旋轉(zhuǎn)的密封面51”， 52”共同作用。按照在圖4中所示的本發(fā)明的實施例，兩個在這里由同一種密封面材料制成的密封面51”，52”共同地在渦輪機1的唯一密封面部件上構(gòu)成，即在這里在套60”上構(gòu)成，它固定在軸40”的縱向端部41”上。兩個相互對置旋轉(zhuǎn)的密封面51”，52”由刺入到套60”中的環(huán)槽53”的側(cè)面限制面構(gòu)成。在此優(yōu)點是，與圖3的實施例相比，產(chǎn)生了更短的軸向結(jié)構(gòu)空間，但是通過套60” 產(chǎn)生更大的徑向結(jié)構(gòu)空間。由鋼或由鐵基合金制成的套60”突出于軸40”的縱向端部41”延伸到工作葉輪室 22中，其中通過焊縫S”與軸40”的縱向端部41”連接的工作葉輪25”的連接端部26”安裝到套60”中，并且尤其無間隙地配合到套60”中。如圖4所示，兩個密封面51”，52”的密封面材料(在這里是套60”的鋼材料或鐵基合金材料)形成設(shè)置在密封件50與工作葉輪25”之間的隔熱的隔離層T”，它在徑向RR 上通過這樣的厚度D”構(gòu)成，S卩，使在渦輪機1的運行中由于旋轉(zhuǎn)摩擦引起的在焊縫S”上產(chǎn)生的最高溫度位于工作葉輪材料(鎳基合金)的熔化溫度以下。 試驗已經(jīng)指出，在使用所述的材料組合時，隔離層T”的厚度D”應(yīng)基本對應(yīng)于密封件50的厚度B，或者要設(shè)計更大的尺寸。
權(quán)利要求
1.一種渦輪機(1)，其具有軸承外殼(30)、可旋轉(zhuǎn)地支承在軸承外殼(30)的內(nèi)室(31) 中的軸(40，，40”)、通過焊縫(S，，S”)在材料上與軸(40',40")的縱向端部(41',41")連接的且在內(nèi)室(31)外部設(shè)置于工作葉輪室02)中的工作葉輪05’，25”)以及設(shè)置在軸 (40',40")的圓周上由此使內(nèi)室(31)相對于工作葉輪室02)密封的密封件(50)，其中該密封件(50)為了密封與兩個相互對置的、旋轉(zhuǎn)的密封面(51，，52，；51”，52”)共同作用，其特征在于，兩個密封面(51，，52，;51”，52”)中的至少一個密封面(51，;51 ”，52”)的密封面材料形成設(shè)置在密封件(50)與工作葉輪05’，25”)之間的隔離層(T’，T”)。
2.如權(quán)利要求1所述的渦輪機(1)，其特征在于，所述兩個密封面(51’，52’;51”，52”) 由同一種密封材料制成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的渦輪機(1)，其特征在于，所述兩個密封面(51’，52’；51”， 52”)共同地在渦輪機(1)的唯一密封面部件上構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求3所述的渦輪機(1)，其特征在于，所述密封面部件由軸GO’)構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求3所述的渦輪機(1)，其特征在于，所述密封面部件由套(60”)構(gòu)成，它固定在軸(40”)的縱向端部(41”)上。
6.如權(quán)利要求5所述的渦輪機(1)，其特征在于，所述套(60”)突出于軸00”)的縱向端部01”)伸入到工作葉輪室02)中，工作葉輪05”)的通過焊縫(S”)與軸00”) 的縱向端部G1”)連接的連接端部06”)插入到套(60”)中。
7.如權(quán)利要求6所述的渦輪機(1)，其特征在于，所述工作葉輪05”)的連接端部 (26")無間隙地配合到套(60”)中。
8.如權(quán)利要求5至7中任一項所述的渦輪機(1)，其特征在于，所述套(60”)由鋼或由鐵基合金制成。
9.如權(quán)利要求5至8中任一項所述的渦輪機(1)，其特征在于，所述焊縫(S”)設(shè)置在工作葉輪室02)與軸承外殼(30)的內(nèi)室(31)之間。
10.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的渦輪機(1)，其特征在于，所述焊縫(S’)設(shè)置在工作葉輪室02)中或者緊靠這個工作葉輪室設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明一種渦輪機(1)，其具有軸承外殼(30)、可旋轉(zhuǎn)地支承在軸承外殼(30)的內(nèi)室(31)中的軸(40’，40”)、通過焊縫(S’，S”)在材料上與軸(40’，40”)的縱向端部(41’，41”)連接的且在內(nèi)室(31)外部設(shè)置在工作葉輪室(22)中的工作葉輪(25’，25”)以及密封件(50)，它設(shè)置在軸(40’，40”)的圓周上，由此使內(nèi)室(31)相對于工作葉輪室(22)密封，其中該密封件為了密封與兩個相互對置旋轉(zhuǎn)的密封面(51’，52’；51”，52”)共同作用。本發(fā)明的目的在于，提供一種渦輪機，其中可靠地防止工作葉輪與軸之間的焊連接的不期望地松脫。這一點通過以下方式得以實現(xiàn)，即所述兩個密封面中的至少一個密封面的密封面材料形成設(shè)置在密封與工作葉輪之間的隔離層(T’，T”)。
文檔編號F02C7/06GK102322304SQ20111014144
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月18日
發(fā)明者A·博恩霍恩, K·巴托洛梅, P·肖雷爾 申請人:曼柴油機和渦輪機歐洲股份公司