專利名稱：廢氣渦輪的清潔裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加載有內(nèi)燃機的廢氣的流體機械的領(lǐng)域。其涉及一種廢氣渦輪的清潔裝置、帶有這樣的清潔裝置的廢氣渦輪或動力渦輪(Nutzturbine)以及帶有具有這樣的清潔裝置的廢氣渦輪的廢氣渦輪增壓器。
背景技術(shù)：
廢氣渦輪被應(yīng)用在用于內(nèi)燃機的增壓的廢氣渦輪增壓器中或作為動力渦輪被用于將包含在內(nèi)燃機的廢氣中的能量轉(zhuǎn)化成機械能或電能。
根據(jù)內(nèi)燃機的具體的運行情況和用于驅(qū)動內(nèi)燃機的燃料的成分，在廢氣渦輪中或早或晚引起渦輪級(即在工作輪(Laufrad)處的渦輪葉片和噴嘴環(huán)的導葉)以及不同的渦輪殼體件的污染。這樣的污物沉積可在噴嘴環(huán)的區(qū)域中導致更差的渦輪效率并且因此引起以下機器(例如借助于廢氣渦輪所驅(qū)動的壓縮機和增壓的內(nèi)燃機本身)的功率減小。作為其結(jié)果可引起燃燒室中的廢氣溫度的提高，由此不僅內(nèi)燃機而且渦輪增壓器可被熱過載。 對于內(nèi)燃機，尤其可出現(xiàn)排氣閥的損壞或甚至破壞。
如果在與四沖程內(nèi)燃機相連接的渦輪增壓器的渦輪葉片上和噴嘴環(huán)上沉積有污物層，則此外可預(yù)計渦輪增壓器轉(zhuǎn)速和因此增壓壓力及氣缸壓力的提高。由此，除了提高的熱負載之外，不僅內(nèi)燃機的而且渦輪增壓器的構(gòu)件也受更高的機械負載，這同樣可導致相關(guān)構(gòu)件的破壞。
在污物層不規(guī)則地分布在潤輪葉輪(Turbinenrad)的動葉(Laufschaufeln)的周緣處的情況下可引起轉(zhuǎn)子的不平衡度的提高，由此也可損害旋轉(zhuǎn)的部件的支承。
如果在渦輪殼體處引起污物沉積在流動通道的在徑向上在渦輪葉片之外的區(qū)域中伸延的外輪廓處，則由于在渦輪葉片與渦輪殼體之間的減小的徑向間隙在運行中可發(fā)生接觸，其可損壞渦輪葉片并且在極端情況中使其不可用。
所以噴嘴環(huán)、渦輪葉片和渦輪殼體的相關(guān)區(qū)域在運行期間必須定期被除去附著在其處的污物。
為了在運行期間清潔帶有來自利用重油運行的內(nèi)燃機的污物的廢氣渦輪，主要應(yīng)用未處理的自來水作為清潔劑，其經(jīng)由在渦輪級上游的一個或多個噴嘴被噴入廢氣流中。
清潔作用可僅在廢氣渦輪的被清潔劑潤濕的面中來實現(xiàn)。為了良好地清潔，相應(yīng)地必須實現(xiàn)清潔劑在至渦輪級的入口處的圓面或圓環(huán)面中的均勻分布。
已知不同的設(shè)計方案，其在用于噴射清潔劑的噴嘴的數(shù)量和布置方面相區(qū)別 文件DE3515825A1公開了一種用于清潔帶有軸向?qū)ΨQ的進氣殼體的廢氣渦輪增壓器的軸流式渦輪的動葉和噴嘴環(huán)的裝置。清潔裝置由多個布置在軸流式渦輪的進氣殼體處的噴射器構(gòu)成，其帶有伸至流動通道中的噴嘴和用于清潔劑的輸入管路。
文件W02006017952A1公開了一種用于清潔廢氣渦輪增壓器的軸流式渦輪的動葉和噴嘴環(huán)的裝置，其可獨立于所使用的進氣殼體的形狀來應(yīng)用。清潔劑的噴入經(jīng)由直接在渦輪入口上游布置在噴嘴環(huán)的輪轂直徑上的與壁齊平的(wandbilndig)噴嘴實現(xiàn)，其中，每個噴嘴環(huán)葉片(Diisenringschaufel)關(guān)聯(lián)有噴嘴。
文件EP848150B1公開了一種用于清潔帶有以90°彎曲的進氣殼體的廢氣渦輪增壓器的軸流式渦輪的動葉和噴嘴環(huán)的裝置。帶有槽形的、布置在周緣處的噴嘴孔的單個的、 柱形的噴嘴體布置在球冠形的、內(nèi)部的殼體壁的滯流點(Staupunkt)中。
文件W02005/049972A1公開了一種帶有伸入流動通道中的、桿形的噴嘴的用于清潔廢氣渦輪增壓器的軸流式渦輪的動葉和噴嘴環(huán)的裝置。通過在下游取向的噴射孔以在噴嘴環(huán)和渦輪葉片的方向上的流動來噴入清潔劑。
文件DE2120213公開了一種用于去除在渦輪處的沉積物的裝置，在其中，在用于凈化液的至噴嘴孔的輸送管路中布置有用于關(guān)閉和開啟輸送管路的閥。
文件US5944483公開了一種帶有多個伸入流動通道中的、桿形的噴嘴的用于清潔廢氣渦輪增壓器的軸流式渦輪的動葉和噴嘴環(huán)的裝置。通過噴射孔以在噴嘴環(huán)和渦輪葉片的方向上的流動來噴入清潔劑。
與用于清潔廢氣渦輪的裝置相聯(lián)系，渦輪結(jié)構(gòu)面對以下挑戰(zhàn)經(jīng)由受限數(shù)量的噴嘴將凈化液噴入在渦輪上游的流動通道中可導致凈化液在到渦輪級中的入口處的不均勻的分布。更大數(shù)量的分布地布置的噴嘴導致凈化液的更均勻的分布，然而通過更大數(shù)量的噴嘴體和在廢氣渦輪的進氣殼體中的密封部位同時提高了清潔裝置的成本。
因此力求將噴嘴體的數(shù)量減小到最小值。同時，每個噴嘴體經(jīng)常常實現(xiàn)多個噴嘴孔，以達到凈化液的更廣的分布。在傳統(tǒng)的清潔裝置中，噴嘴體的噴嘴孔由流入通道供應(yīng)以凈化液并且因此在噴嘴孔之前全部具有相同的預(yù)壓。由此得出，所有噴嘴孔的排出速度 c(在假設(shè)噴嘴幾何結(jié)構(gòu)相似和由此流出系數(shù)(Ausflusszahl) μ類似的情況下)以第一近似是相等的1> 12 - dp|··-1j1......................... O~A~ 4 ρ
脈沖電流密度潭· c/(其對于凈化液到流動通道中的滲透深度(Eindringtiefe) 是決定性的)因此對于噴嘴體的各個噴嘴孔不能被自由選擇。尤其對于非軸向?qū)ΨQ的進氣殼體由此產(chǎn)生該問題，即各個噴嘴孔不可被設(shè)計到最佳的、單獨的清潔劑脈沖上。
在清潔期間凈化液在到渦輪級中的入口處的分布取決于多個參數(shù)，例如進氣殼體的流動通道的幾何形狀、噴嘴的布置方案和幾何形狀、廢氣的流場或凈化液的壓力。因為內(nèi)燃機的幾乎每個模塊具有單獨的廢氣管路直徑，對于一定的渦輪增壓器結(jié)構(gòu)系列得出大量幾何形狀不相似的進氣殼體。
對于清潔裝置的該設(shè)計來說，系統(tǒng)性的設(shè)計方法必須可使用，借助于其可將清潔裝置與相應(yīng)的要求相匹配。
借助于經(jīng)驗方法的設(shè)計太復雜，以致其不能對每個進氣殼體經(jīng)濟性地被用于清潔裝置的設(shè)計。
借助于數(shù)字流動計算程序的設(shè)計體現(xiàn)有效的且成本有利的方法。然而設(shè)計的準確性很大程度取決于流動情況的復雜性和凈化液噴入廢氣流中的方式。尤其地，射束分裂 (Strahlzerfall)和所噴入的凈化液與氣體通道的壁的相互作用的模擬僅可能在受限的量上有良好的精度。
在清潔期間，將帶有環(huán)境溫度的清潔劑噴入流動通道中。在清潔期間的廢氣溫度處于大約430°C的范圍中。由此引起的溫度差導致所有參與的組件的熱機的應(yīng)力負載。
清潔噴嘴的輸送管路直接固定在渦輪增壓器處，由此產(chǎn)生高的振動負載，其可導致在管路處的損壞。
所提及的應(yīng)力必須通過管路和凸緣連接的構(gòu)造來考慮。需要復雜的且相應(yīng)地成本集中的解決方案。
多噴嘴清潔裝置的應(yīng)用提高了復雜性和由此清潔裝置的成本。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于廢氣渦輪的清潔裝置，其中凈化液在廢氣渦輪的待潤濕的區(qū)域中最佳地分布。
根據(jù)本發(fā)明，這利用帶有多個噴嘴孔的噴嘴體的新型的實施方案來實現(xiàn)，其使能夠?qū)τ诿總€噴嘴孔實現(xiàn)凈化液的單獨的排出速度。
用于將凈化液輸送至各個噴嘴孔或噴嘴孔的組的輸送通道為此可實施有用于針對性地調(diào)節(jié)凈化液的預(yù)壓的節(jié)流點。
通過在噴嘴體中的節(jié)流點以及噴嘴孔的橫截面積的匹配的針對性的設(shè)計，對于噴嘴體的每個單獨的噴嘴孔可實現(xiàn)凈化液的單獨的排出速度和單獨的體積流。由此使能夠?qū)τ谝欢ǖ膮^(qū)域的潤濕建立最佳的流動脈沖。此外，對于該區(qū)域的潤濕可單獨地調(diào)節(jié)所期望的凈化液量。以該方式，可利用一個或少許幾個噴嘴在渦輪級之前實現(xiàn)凈化液的均勻的濃度分布。
由本發(fā)明提供的為噴嘴體的每個噴嘴孔選擇凈化液的單獨的排出速度的自由度使能夠借助于數(shù)字方法更好地優(yōu)化清潔裝置。
通過清潔噴嘴的設(shè)計的更靈活的可能性,可減小清潔噴嘴、管道(Verrohrung)和密封部位的數(shù)量。減少結(jié)構(gòu)上的費用并且在運行中在抗振性、熱機耐抗性以及管道的凸緣密封性方面提高清潔裝置的可靠性。
通過減少的結(jié)構(gòu)上的費用可降低成本。


下面根據(jù)附圖示出廢氣渦輪的根據(jù)本發(fā)明的清潔裝置的一實施例并且詳細闡述其工作原理。在所有附圖中，起相同作用的元件設(shè)有相同的附圖標記。其中圖I顯示了穿過帶有具有根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的噴嘴體的清潔裝置的廢氣渦輪的渦輪殼體的剖面，圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的噴嘴體的第一實施形式的放大地示出的細節(jié)，圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的噴嘴體的第二實施形式的放大地示出的細節(jié)，圖4顯示了穿過帶有具有根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的噴嘴體的清潔裝置的廢氣渦輪的渦輪殼體的剖面，以及圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的噴嘴體的第三實施形式的放大地示出的細節(jié)。
附圖標記清單I進氣殼體 2出氣殼體 3噴嘴環(huán) 4渦輪葉輪 41渦輪葉輪的動葉 42渦輪葉輪的輪轂體 45渦輪軸5清潔裝置的噴嘴體 51高壓噴嘴孔 52低壓噴嘴孔 53節(jié)流點(狹窄部)531高壓節(jié)流點 532低壓節(jié)流點 54 高壓前室(Vorkammer)55低壓前室6用于凈化液的輸入管路。
具體實施方式
圖I以沿著渦輪軸線引導的剖面顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的軸向地流入的廢氣渦輪的截面。進氣殼體I具有外部的以及內(nèi)部的殼體壁，其中，內(nèi)部的殼體壁球冠形地構(gòu)造有空的內(nèi)腔并且用于相對于流動通道遮蓋渦輪葉輪的輪轂體42。
在廢氣渦輪的運行期間，由內(nèi)燃機排出的熱的廢氣首先以在橫截面中至少近似圓形的廢氣流被導引到廢氣渦輪的進氣殼體I中。通過內(nèi)部的殼體壁的作用，利用成直角地沖擊到內(nèi)部的殼體壁上的滯流點流線(Staupunktstromlinie)實現(xiàn)轉(zhuǎn)化成環(huán)形的廢氣流。 現(xiàn)在環(huán)形的廢氣流被引導至渦輪葉輪的動葉處。在此，布置在動葉上游的噴嘴環(huán)3(導引裝置)具有使廢氣最佳地取向到渦輪葉輪的動葉上的目的。在噴嘴環(huán)3上游，通入流動通道中的清潔裝置布置在進氣殼體的內(nèi)部的殼體壁處。該清潔裝置包括噴嘴體5，其在滯流點流線的區(qū)域中從內(nèi)部的殼體壁中伸入流動通道中。噴嘴體包括多個用于將凈化液噴入流動通道中的噴嘴孔。
在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的清潔裝置中，傳統(tǒng)的噴嘴體修改成使得帶有一定的排出速度的一定的凈化液量針對性地在流動通道中到一定的方向上從噴嘴孔中排出到流動通道中， 以在該一定的區(qū)域中獲得優(yōu)化最佳的清潔效果。在此，該根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的噴嘴體具有多個噴嘴孔，其相應(yīng)將帶有不同排出速度的凈化液送出到流動通道中。
圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的噴嘴體的第一實施形式的放大地示出的細節(jié)，在其中噴嘴孔51和52被劃分成兩個噴嘴孔組。在此，噴嘴孔的第一組52在用于輸送凈化液的輸入管路中布置在節(jié)流點53下游，而噴嘴孔的第二組51在用于輸送凈化液的輸入管路中布置在節(jié)流點53上游。通過節(jié)流點53，在用于輸送凈化液的輸送管路中得到兩個不同的壓力水平。在節(jié)流點下游在可選地存在的低壓前室55中建立比在節(jié)流點53上游在可選地存在的高壓前室54中更低的壓力。
不同的壓力比自身已導致，對于同樣大的噴嘴孔，不同的凈化液量以不同的排出速度通過兩組噴嘴孔被噴入流動通道中。
通過針對性地調(diào)整每個組的各個噴嘴孔(例如通過改變噴嘴孔的尺寸、形狀和取向)，附加地可強化利用節(jié)流點達到的效應(yīng)。由此，可產(chǎn)生幾乎任意的潤濕模型 (Benetzungsmuster)，使得在特別污染的部位處以比在其它、污染不那么嚴重的部位處更高的脈沖流密度來噴射用于清潔的凈化液。在根據(jù)圖2的噴嘴體的具體的實施例中，第二組的噴嘴孔、即高壓噴嘴孔51在直徑中不一樣大，而第一組的噴嘴孔、即低壓噴嘴孔52在直徑中全都一樣大。在根據(jù)圖3的噴嘴體的具體的實施例中，第二組的噴嘴孔、即高壓噴嘴孔51在直徑中全都一樣大，而第一組的噴嘴孔、即低壓噴嘴孔52首先在直徑中不一樣大， 并且第二，直接通到噴嘴孔處的通道關(guān)于噴嘴體的徑向傾斜。通道的傾斜產(chǎn)生從噴嘴孔中排出的射束偏離于徑向的取向，由此又可針對性地最佳地清潔周圍的殼體的一定的區(qū)域。 圖4顯示了在安裝的狀態(tài)中的根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的噴嘴體。在此利用虛線表示，凈化液相對于在圖I中示出的實施形式一方面不一樣強地、但是也不同取向地從噴嘴孔中排出。
圖5再次顯示了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的噴嘴體，其中，在該實施例中設(shè)置有兩個節(jié)流點531和532。以該方式可針對性地調(diào)節(jié)不僅在低壓前室55而且在高壓前室54中的凈化液的預(yù)壓。以該方式也可能交換高壓噴嘴孔和低壓噴嘴孔，使得在噴嘴體的頭部區(qū)域中凈化液以比在移回的區(qū)域中更高的壓力被從孔中噴射。
權(quán)利要求
1.一種廢氣渦輪的清潔裝置，其包括至少一個用于將凈化液噴入廢氣渦輪的流動通道中的噴嘴體(5)，其中，所述噴嘴體(5)包括多個噴嘴孔(51，52)，其特征在于，所述噴嘴體(5)這樣來設(shè)計，使得在噴入所述凈化液時，在從至少一個第一噴嘴孔(52)中排出時所述凈化液的排出速度與在從至少一個第二噴嘴孔(51)中排出時所述凈化液的排出速度不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的清潔裝置，其特征在于，在用于將所述凈化液輸送至所述至少一個第一噴嘴孔(52)的輸入管路中布置有第一節(jié)流點(53，532)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的清潔裝置，其特征在于，在用于將所述凈化液輸送至所述至少一個第二噴嘴孔(51)的輸入管路中布置有第二節(jié)流點(531)，其中，在噴入所述凈化液時，所述第一和第二節(jié)流點(532，531)負責所述凈化液在所述至少一個第一噴嘴孔之前和在所述至少一個第二噴嘴孔之前不一樣大的預(yù)壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的清潔裝置，其特征在于，至少一個第一噴嘴孔和至少一個第二噴嘴孔具有不一樣大的橫截面積。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的清潔裝置，其特征在于，在多個第一噴嘴孔的組中，至少兩個噴嘴孔具有不一樣大的橫截面積。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的清潔裝置，其特征在于，在多個第二噴嘴孔的組中，至少兩個噴嘴孔具有不一樣大的橫截面積。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項所述的清潔裝置，其特征在于，至少兩個噴嘴孔以偏離于相應(yīng)的徑向的不同角度來引導通過所述噴嘴體，使得在噴入所述凈化液時，所述凈化液以偏離于相應(yīng)的徑向的不同角度從所述噴嘴體中排出。
8.一種廢氣渦輪，其帶有根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項所述的清潔裝置。
9.一種動力渦輪，其帶有根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項所述的清潔裝置。
10.一種廢氣渦輪增壓器，其包括帶有根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項所述的清潔裝置的廢氣渦輪。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種廢氣渦輪的清潔裝置，其包括用于將凈化液噴入廢氣渦輪的流動通道中的噴嘴體(5)。噴嘴體(5)具有噴嘴孔(51,52)且這樣來設(shè)計，使得在噴入凈化液時，在從至少一個第一噴嘴孔(52)中排出時凈化液的排出速度與在從至少一個第二噴嘴孔(51)中排出時凈化液的排出速度不同。為噴嘴體的每個噴嘴孔選擇凈化液的單獨的排出速度的自由度使能夠借助于數(shù)字方法更好地優(yōu)化清潔裝置。
文檔編號F02B39/00GK102979586SQ20121031755
公開日2013年3月20日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月2日
發(fā)明者T.貝爾, F.鮑姆貝格, M.菲舍爾, M.施特德利 申請人:Abb渦輪系統(tǒng)有限公司