氣體進入殼體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及氣體進入殼體，具體而言，在流動技術方面通過以下方式優(yōu)化徑向流入的軸流式渦輪的流入?yún)^(qū)域，即，氣體進入殼體的罩狀的內(nèi)殼體壁(12)經(jīng)由沿軸向布置的一個或多個橋接部(11)(其沿著軸的軸線的延長部延伸)與氣體進入殼體的外殼體壁(10)相連接。如果在運行中發(fā)生內(nèi)殼體壁的由熱決定的變形，由于橋接部沿著軸的軸線的軸向的延伸發(fā)生變形，由此對于周圍的構(gòu)件(例如導引裝置(3))來說得到非對稱的負荷。
【專利說明】氣體進入殼體
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及排氣渦輪的領域，該排氣渦輪例如使用在用于增壓的內(nèi)燃機的排氣渦輪增壓器中或使用在商用渦輪中。
[0002]本發(fā)明涉及排氣潤輪的氣體進入殼體(Gaseintrittsgehjiuse))以及帶有這樣的氣體進入殼體的排氣渦輪。
【背景技術】
[0003]現(xiàn)在廣泛流行使用排氣渦輪增壓器以用于內(nèi)燃機的功率提升。在此，排氣渦輪增壓器的排氣渦輪由內(nèi)燃機的排氣來加載，并且使用排氣的動能來抽吸和壓縮用于內(nèi)燃機的空氣。
[0004]文件DE 19651318說明了一種徑向流入的軸流式渦輪，對于該軸流式渦輪，在氣體進入殼體中將被弓I導到渦輪上的排氣從徑向方向上換向到軸向方向上。在換向的區(qū)域中設置有罩狀的內(nèi)殼體壁(帽狀罩(KalOtte))，其覆蓋渦輪葉輪的輪轂并且將來自于管狀的輸入管路的排氣流分成環(huán)形管狀的流。內(nèi)殼體壁與導引裝置(噴嘴環(huán))相連接。通過排氣流作用到噴嘴環(huán)上的力在此通過內(nèi)殼體壁引開。為了可吸收該力，直到現(xiàn)在必不可少的是通過徑向伸延的橋接部(Steg)相應地連接帽狀罩。在用于將帽狀罩固定在氣體進入殼體壁處的徑向的橋接部中，由于氣體進入殼體的承受熱的管外壁和在熱方面動態(tài)地起反應的帽狀罩而在橋接部的區(qū)域中出現(xiàn)很高的機械應力，這在極端情況下可在橋接部與殼體壁之間的過渡部中引起裂紋。此外，排氣流可由在流通道中恰好布置在導引裝置之前的、沿徑向伸延的肋條負面地影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于在流技術方面優(yōu)化徑向流入的軸流式渦輪的流入?yún)^(qū)域以及降低在運行中作用到殼體件上的機械應力。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，這通過以下方式來實現(xiàn)，S卩，內(nèi)部的罩狀氣體進入殼體(帽狀罩)通過沿軸向布置的一個或多個橋接部與外殼體壁相連接，該橋接部在軸向方向上沿著軸的軸線(Wellenachse)的延長部(Verljingerung)延伸。
[0007]如果在運行中出現(xiàn)帽狀罩的由熱決定的變形，由于橋接部沿著軸的軸線的軸向的延伸而發(fā)生變形，由此對于周圍的構(gòu)件(例如導引裝置(噴嘴環(huán)))來說得到非對稱的負荷。
[0008]可選地，在導引裝置與帽狀罩之間的連接通過以下方式如此進行使得不可發(fā)生力矩傳遞，即，帽狀罩僅僅無連接地貼靠在導引裝置處，例如通過同軸的引導(其允許相對的旋轉(zhuǎn)運動)，或者通過完全缺乏形狀配合(來實現(xiàn))。
[0009]可選地，至少一個橋接部可在帽狀罩與外殼體壁之間以相對于垂直的和/或水平的平面成最大30°的角度布置在從上方流入的氣體進入殼體中，從而提高帽狀罩的連接的剛性。[0010]可選地，在至少一個橋接部的區(qū)域中設置有用于洗滌裝置的一個或多個開口。在這種情況下，至少一個橋接部可可選地設計成帶有在空氣動力學方面有利的輪廓以用于優(yōu)化潤濕。在此，噴入的凈化液體應由排氣流如此攜帶使得至少一個橋接部由該凈化液體均勻地潤濕。
[0011]可選地，外殼體壁在軸的軸線的延長部中以及在通過氣體進入殼體的圓形的進入開口的圓軸線(Kreisachse)的延長部中具有固定凸緣,在該固定凸緣處可安裝有支撐件。這尤其在帶有更高的壓力水平(例如多級增壓的高壓渦輪增壓器)的徑向流入的軸流式渦輪中是有利的，因為通過擴大在壓縮機側(cè)與渦輪側(cè)的固定部之間的間距可提高固有頻率。
[0012]可選地，在氣體進入殼體處的支撐件由膨脹材料(Ausdehnungswerkstoff)制成，其卓越之處在于在很大的溫度范圍上大小穩(wěn)定(Masskonstanz)，因為其從低冷的溫度直至超過250° C具有很低的膨脹系數(shù)。
[0013]從從屬的權利要求中得出其它的優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下面根據(jù)附圖來闡述根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的氣體進入殼體的實施方式。其中:
圖1顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術的、部分剖開的排氣渦輪增壓器的視圖，該排氣渦輪增壓器帶有具有徑向的氣體進口的軸流式渦輪和徑流式壓縮機，以及
圖2顯示了排氣渦輪的根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的氣體進入殼體的示意性的圖示，該排氣渦輪例如可使用在根據(jù)圖1的排氣渦輪增壓器中。
[0015]參考標號列表 I氣體進入殼體 10外殼體壁
11橋接部
12內(nèi)殼體壁(帽狀罩)
14外殼體壁的進入開口 15固定凸緣 16用于凈化噴嘴的開口 18支撐件 21擴散器 22氣體離開殼體 3導引裝置 4渦輪葉輪 41轉(zhuǎn)子葉片 42輪轂 5軸
51支承殼體 6壓縮機葉輪 61壓縮機殼體
A外殼體壁的圓形的離開開口的圓軸線 B外殼體壁的圓形的進入開口的圓軸線 K內(nèi)殼體壁的圓形的基面外輪廓 SI，S2排氣流。
【具體實施方式】
[0016]圖1顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術的部分剖開的排氣渦輪增壓器。在右前部的區(qū)域中存在渦輪葉輪4，其通過軸5與壓縮機葉輪6相連接。壓縮機葉輪布置在壓縮機殼體61中。軸5支承在支承殼體51中。
[0017]渦輪葉輪包括與軸相連接的輪轂42以及與輪轂相連接的多個轉(zhuǎn)子葉片41。轉(zhuǎn)子葉片可與輪轂形狀配合或力配合地相連接。備選地，渦輪葉輪連同輪轂和轉(zhuǎn)子葉片構(gòu)造成一體。
[0018]渦輪殼體包括氣體進入殼體1，其將來自內(nèi)燃機的燃燒室的熱的排氣通過導引裝置3導引到渦輪葉輪的轉(zhuǎn)子葉片上。在渦輪葉輪的下游，排氣流經(jīng)擴散器21并且緊接著集結(jié)在排氣離開殼體22中，并且被引導至排氣設備。
[0019]軸流式渦輪的氣體進入殼體I包括外殼體壁10，其在徑向外部包圍流通道。附加地，氣體進入殼體I在內(nèi)部的區(qū)域中包括罩狀的內(nèi)殼體壁12，其覆蓋渦輪葉輪的輪轂并且將來自于管狀的輸入管路的排氣流分成環(huán)形管狀的流。外殼體壁在至渦輪進口的過渡區(qū)域中形成圓形的離開開口。因此與內(nèi)殼體壁的同軸布置的、圓形的基面外輪廓一起來限制環(huán)形管狀的流通道。
[0020]圖2顯示了通過排氣渦輪的、沿著軸的軸線引導的截面，該排氣渦輪帶有根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的氣體進入殼體。外殼體壁10構(gòu)造成管狀。在所示出的徑向流入的軸流式渦輪中，氣體進入殼體具有這樣的功能，即，將排氣流從偏離于軸向方向的方向一在本情況中從徑向方向B —改變到軸向方向上，并且此外將管狀的流S1分成環(huán)形管狀的流S2。
[0021]單獨來看，外殼體壁10在至渦輪進口的過渡區(qū)域中具有圓形的離開開口。處成垂直于圓形的離開開口的圓面的并且穿過其中心的直線此后被稱為軸線A。相應地，措辭軸向和徑向針對該軸線A。軸線A相應于與渦輪葉輪相連接的軸的軸的軸線。關于軸線A同軸地在外殼體壁10的內(nèi)部布置有罩狀的內(nèi)殼體壁12。在外(殼體)壁10的離開開口的區(qū)域中，內(nèi)殼體壁12具有同樣圓形的基面外輪廓。與此相比，內(nèi)殼體壁向上游漸縮成倒圓的尖部或突起。在該區(qū)域中，管狀的流通道過渡成環(huán)形管狀的流通道。
[0022]在排氣渦輪的運行期間，來自內(nèi)燃機的熱的排氣首先以在橫截面中至少近似圓形的排氣流S1被導入到軸流式渦輪的氣體進入殼體中。通過內(nèi)殼體壁12(帽狀罩)的作用實現(xiàn)轉(zhuǎn)變成環(huán)狀的排氣流S2。現(xiàn)在環(huán)狀的排氣流S2通過流通道轉(zhuǎn)運至渦輪葉輪4。在此，布置在渦輪葉輪的轉(zhuǎn)子葉片41上游的導引裝置(噴嘴環(huán))3具有這樣的任務，即使排氣最優(yōu)地取向到渦輪葉輪4的轉(zhuǎn)子葉片41上。由此受驅(qū)動的渦輪葉輪在其方面負責經(jīng)由軸5驅(qū)動與其相連接的、未示出的壓縮機，或者在商用渦輪應用的情況下，負責經(jīng)由軸驅(qū)動未示出的商用機器，例如電的發(fā)電機。
[0023]根據(jù)本發(fā)明，內(nèi)殼體壁12通過沿軸向布置的一個、兩個或多個橋接部11與外殼體壁10相連接。一個或多個橋接部在此在軸的軸線A的延長部中延伸或平行于軸的軸線延伸。至少一個橋接部連接內(nèi)殼體壁12與外殼體壁10，其中，橋接部在相應的殼體壁上固定在其處的兩個部位在軸向方向上相對而置，從而其軸向的投影絕大部分重疊。在嚴格軸向的取向的情況下，軸向的投影完全重疊，在少許偏差的情況下還始終產(chǎn)生超過50%的重疊。在所示出的實施方式中，至少一個橋接部一不考慮在橋接部與殼體壁之間的過渡處由制造技術或流技術決定的倒圓一在內(nèi)殼體壁的圓形的基面外輪廓的軸向的平行投影K的內(nèi)部伸延，或者至少在內(nèi)殼體壁的圓形的基面外輪廓的軸向的錐形投影的內(nèi)部伸延，其中，錐形開口相對于軸線的角度最大為10°。由此得到至少一個橋接部的主要軸向的延伸，這在短暫的運行中弓I起橋接部在軸向方向上的由熱決定的延伸以及內(nèi)殼體壁在軸向方向上的相應的移動。
[0024]為了提高帽狀罩的連接的剛性，橋接部可取向成相對于軸向的豎直平面和/或軸向的水平平面成直到30°的角度。軸向的豎直平面一方面在軸向方向A上延伸，且另一方面在方向B上延伸,排氣從該方向B被引入到氣體進入殼體中。在利用從徑向方向從上面流入的氣體進入殼體示出的示例中，軸向的豎直平面在所示出的截面平面中伸延。軸向的水平平面一方面在軸向方向A上延伸，且另一方面垂直于方向B延伸，排氣從該方向B被引入到氣體進入殼體中。在利用從徑向方向從上面流入的氣體進入殼體示出的示例中，軸向的水平平面沿著軸線A且垂直于所示出的截面平面伸延。
[0025]橋接部基本上具有在空氣動力學方面有利的輪廓，以便盡可能少地影響流走向。
[0026]在至少一個橋接部的區(qū)域中可設置有用于洗滌裝置的一個或多個開口 16。在這種情況下，至少一個橋接部可可選地設計成帶有在空氣動力學方面有利的輪廓以用于最優(yōu)地潤濕。在此，噴入的凈化液體應由排氣流如此攜帶使得至少一個橋接部由該凈化液體均勻地潤濕。
[0027]可選地，在導引裝置3與內(nèi)殼體壁12之間的連接通過以下方式如此設計使得不可實現(xiàn)力矩傳遞，即，帽狀罩僅僅無連接地貼靠在導引裝置處，例如通過同軸的引導(其允許相對的旋轉(zhuǎn)運動)，或者通過完全缺乏形狀配合(來實現(xiàn))。
[0028]在所示出的實施方式中，外殼體壁10在軸線A的延長部中且因此在在其中至少一個橋接部11過渡到外殼體壁中的區(qū)域中具有固定凸緣15，在該固定凸緣處可安裝有支撐件18。固定凸緣15布置在至少一個橋接部11的延長部中。在軸的軸線的延長部中的支撐允許氣體進入殼體的自由旋轉(zhuǎn)，以便可相應于聯(lián)接管對氣體進入開口進行取向。此外，根據(jù)本發(fā)明，固定凸緣在外殼體壁中的圓形的進入開口 14的圓軸線B的截面區(qū)域中與外殼體壁布置在一起。這種類型的支撐使得能夠高效地吸收很高的氣體力(Gaskdfte)，該氣體力由于排氣流的換向引起并且其在圓軸線B的方向上作用到氣體進入殼體上。
[0029]比起例如在排氣渦輪增壓器的壓縮機側(cè)的端部處的支撐件，支撐件18由于支撐在氣體進入殼體處自然暴露于更高的溫度。為了抵抗由溫度決定的更高的膨脹，支撐件理想地由膨脹材料制成。如上面所提及的那樣，膨脹材料從低冷的溫度直至超過250° C具有很低的膨脹系數(shù)，從而在很大的溫度范圍上引起大小穩(wěn)定。作為這種膨脹材料的示例，在此提到合金36(Alloy 36, —種定膨脹合金)。選擇這種材料省下結(jié)構(gòu)上的對應措施,例如擴大的間隙或在殼體連接部之間許可相對的滑動運動。
【權利要求】
1.一種排氣渦輪的氣體進入殼體，包括:管狀的外殼體壁(10)，其帶有圓形的離開開口 ；以及布置在所述外殼體壁的內(nèi)部的罩狀的內(nèi)殼體壁(12)，其帶有圓形的基面外輪廓，其中，帶有所述圓形的基面外輪廓(K)的所述內(nèi)殼體壁(12)在所述外殼體壁(10)的圓形的離開開口的區(qū)域中布置成與所述外殼體壁(10)的圓形的離開開口同心并且利用至少一個橋接部(11)固定在所述外殼體壁處； 其中，由所述外殼體壁限制的流通道沿著所述內(nèi)殼體壁(12)從管狀過渡成環(huán)形管狀； 其中，所述外殼體壁如此彎曲地來構(gòu)造，即，由所述外殼體壁限制的所述流通道經(jīng)歷從偏離于所述圓形的離開開口的圓軸線(A)的軸向方向的第一方向換向到所述軸向方向上， 其特征在于，所述至少一個橋接部(11)在軸向方向上伸延，并且在所述內(nèi)殼體壁(12)處且在所述外殼體壁(10)處固定在在軸向方向上相對而置的部位處。
2.根據(jù)權利要求1所述的排氣渦輪的氣體進入殼體，其特征在于，在所述內(nèi)殼體壁(12)處和在所述外殼體壁(10)處進行固定的兩個部位如此在軸向上相對而置，即其軸向的投影在50%與100%之間重疊。
3.根據(jù)權利要求1所述的排氣渦輪的氣體進入殼體，其特征在于，所述至少一個橋接部(11)具有與軸向的豎直平面最大30°的偏差，其中，所述軸向的豎直平面在所述軸向方向以及所述第一方向上延伸。
4.根據(jù)權利要求1所述的排氣渦輪的氣體進入殼體，其特征在于，所述至少一個橋接部(11)具有與軸向的水平平面30°的最大偏差，其中，所述軸向的水平平面在所述軸向方向上延伸以及垂 直于所述第一方向延伸。
5.根據(jù)權利要求1所述的排氣渦輪的氣體進入殼體，其特征在于，所述內(nèi)殼體壁(12)在所述外殼體壁(10)的圓形的離開開口的區(qū)域中具有圓形的外輪廓，并且所述至少一個橋接部在所述內(nèi)殼體壁(12)的圓形的基面外輪廓(K)的軸向的錐形投影的內(nèi)部伸延，其中，錐形開口相對于所述軸線的角度最大為10°。
6.根據(jù)權利要求5所述的排氣潤輪的氣體進入殼體,其特征在于,所述內(nèi)殼體壁(12)在所述外殼體壁(10)的圓形的離開開口的區(qū)域中具有圓形的外輪廓，并且所述至少一個橋接部在所述內(nèi)殼體壁(12)的圓形的基面外輪廓(K)的軸向的平行投影的內(nèi)部伸延。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的排氣渦輪的氣體進入殼體，其特征在于，在所述至少一個橋接部(11)的區(qū)域中裝入有至少一個開口(16)以用于將凈化液體噴入到所述外殼體壁(10)中。
8.根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的排氣渦輪的氣體進入殼體，其特征在于，所述外殼體壁在通過所述圓形的離開開口的軸線(A)的延長部中包括帶有固定器件的固定凸緣(15)以用于將所述氣體進入殼體固定在所述支撐件處。
9.根據(jù)權利要求8所述的排氣渦輪的氣體進入殼體，其特征在于，所述固定凸緣(15)在這樣的部位處與所述外殼體壁相連接，即，在該部位處所述至少一個橋接部(11)與所述外殼體壁(10)相連接。
10.根據(jù)權利要求9所述的排氣渦輪的氣體進入殼體，其特征在于，所述外殼體壁(10)具有圓形的進入開口(14)，并且所述固定凸緣(15)在這樣的部位處與所述外殼體壁相連接，即，在該部位處所述圓形的進入開口的圓軸線(B)與所述外殼體壁(10)相交。
11.根據(jù)權利要求8至10中任一項所述的排氣渦輪的氣體進入殼體，其特征在于，所述固定器件在軸向上與所述外殼體壁隔開。
12.根據(jù)權利要求8至11中任一項所述的排氣渦輪的氣體進入殼體，其特征在于，包括支撐件(18)，其借助于所述固定器件固定在所述外殼體壁的固定凸緣(15)處。
13.根據(jù)權利要求12所述的排氣渦輪的氣體進入殼體，其特征在于，所述支撐件(18)包括膨脹材料，其在大的溫度范圍上具有很低的膨脹系數(shù)。
14.一種排氣渦輪，包括根據(jù)上述`權利要求中任一項所述的氣體進入殼體。
【文檔編號】F01D25/26GK103775142SQ201310486095
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月17日 優(yōu)先權日:2012年10月17日
【發(fā)明者】D.奧伊施格, M.斯特德里, P.巴雷羅, R.普羅布斯特, T.雷欽 申請人:Abb渦輪系統(tǒng)有限公司