發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件的制作方法
【專利摘要】一種發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件(1101)包括至少一個(gè)間隙控制腔(13)，該間隙控制腔由間隙控制腔內(nèi)壁(138)限界并且具有間隙控制腔縱向范圍。至少一個(gè)插入部件(14)布置在該間隙控制腔內(nèi)。該插入部件布置和構(gòu)造成實(shí)現(xiàn)流引導(dǎo)功能和熱傳遞增強(qiáng)功能中的至少一者。
【專利說明】
發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本公開涉及如權(quán)利要求1的前序部分中所述的發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件的領(lǐng)域。
[0002]在某些實(shí)施例中，它涉及用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼的罩殼元件。這種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)可非限制性地包括渦輪壓縮機(jī)，包含蒸汽渦輪、渦輪增壓器和燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的膨脹渦輪，所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括至少一個(gè)渦輪壓縮機(jī)和至少一個(gè)渦輪。這種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)例如可提供作為驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的發(fā)電燃?xì)鉁u輪，用于汽車驅(qū)動(dòng)、用于飛行器推進(jìn)以及用于需要機(jī)械驅(qū)動(dòng)的其他應(yīng)用。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可包括一個(gè)或多個(gè)渦輪和/或壓縮機(jī)，其中通常至少一個(gè)渦輪和一個(gè)壓縮機(jī)可彼此驅(qū)動(dòng)地連接，并且一個(gè)渦輪可或可不直接地或經(jīng)由齒輪組被聯(lián)接到需要機(jī)械傳動(dòng)的裝置。這種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)是本領(lǐng)域中眾所周知的。以上提供的簡(jiǎn)短概要可不認(rèn)為是全面的并且僅提供作為示例性參考。
[0003]本公開進(jìn)一步提供了適用于發(fā)動(dòng)機(jī)間隙控制的裝置和方法。通常在旋轉(zhuǎn)葉片和固定零件之間或在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的固定靜葉和旋轉(zhuǎn)零件之間發(fā)現(xiàn)這種要控制的間隙。例如在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)靜葉或葉片的有護(hù)罩或無護(hù)罩的末梢出現(xiàn)的間隙可被這樣控制，以使得該葉片或靜葉末梢上的工作流體損失盡可能小，同時(shí)保持最小間隙以避免旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)部件和固定發(fā)動(dòng)機(jī)部件之間的機(jī)械接觸。
[0004]此外，所述裝置和方法例如可應(yīng)用于多級(jí)渦輪壓縮機(jī)的最后(即最下游的)級(jí)和/或多級(jí)渦輪的第一(即最上游的)級(jí)。
【背景技術(shù)】
[0005]在發(fā)動(dòng)機(jī)的區(qū)段中，其中移動(dòng)和固定的發(fā)動(dòng)機(jī)零件接觸并進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而在固定和移動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的接觸區(qū)域上發(fā)現(xiàn)壓力差，可導(dǎo)致工作流體的泄漏流，其進(jìn)而會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。這在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中在葉片或靜葉環(huán)上尤其如此。通常，由于固定和移動(dòng)零件的較高相對(duì)速度以及此外由于該過程中固有的潛在高溫，不能施加緊密的密封。因此需要在葉片和靜葉的末梢和并列的相對(duì)移動(dòng)構(gòu)件之間維持最小間隙。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的各種構(gòu)件將具有不同的熱膨脹并且在改變操作參數(shù)后將另外以不同時(shí)間特性膨脹-或收縮，該間隙需要適于最壞的情況條件，而其他操作狀態(tài)中的間隙然后超過所需的最小間隙，導(dǎo)致性能下降。雖然可通過密封系統(tǒng)減少所述性能下降，仍然存在間隙在操作期間變化的問題。
[0006]解決該問題的各種嘗試在本領(lǐng)域中是已知的。已經(jīng)通過匹配轉(zhuǎn)子和定子的材料配對(duì)嘗試了某些途徑來解決該問題。US 2010/0031671和US 2012/0045312提出了在定子中應(yīng)用低熱膨脹材料。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)中(例如US 2002/0009361中和US 2008/0232949中)描述的機(jī)械系統(tǒng)提出使轉(zhuǎn)子在軸向方向上移位。除了這種系統(tǒng)的機(jī)械復(fù)雜性外，這需要葉片的不同傾角以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)間隙變化，并且不適用于具有小傾角或沒有傾角的渦輪葉片。
[0008]其他機(jī)械系統(tǒng)(例如，如US8534996中提出的)提出了定子零件的徑向運(yùn)動(dòng)。然而，這需要該定子在周向方向中被劃分成需要能夠執(zhí)行彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)的節(jié)段，進(jìn)而導(dǎo)致在發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能上具有負(fù)面影響的額外泄漏間隙。
[0009]其他系統(tǒng)是從現(xiàn)有技術(shù)已知的，其中定子零件被冷卻或加熱以實(shí)現(xiàn)定子的熱收縮或膨脹以便控制間隙。US 2005/0109039公開了一種應(yīng)用多個(gè)定子的系統(tǒng)，其中一個(gè)定子被熱促動(dòng)以適用于主動(dòng)間隙控制。EP1798381公開了一種由受控制流體促動(dòng)的內(nèi)靜葉載體。熱交換經(jīng)由在該定子的外表面上的對(duì)流和/或沖擊實(shí)現(xiàn)。該方法需要一種帶有低熱慣性的薄靜葉載體罩殼。EP2182175公開在發(fā)動(dòng)機(jī)的外殼體處執(zhí)行間隙控制的區(qū)域中支撐發(fā)動(dòng)機(jī)的靜止零件。熱氣零件由分段環(huán)支撐，該分段環(huán)并不主動(dòng)地促進(jìn)間隙促動(dòng)，但由外殼體零件促動(dòng)。
[0010]us 2006/0225430公開了一種用于主動(dòng)地控制燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)間隙的系統(tǒng)和方法。該燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)罩殼在間隙應(yīng)被控制的區(qū)域中包括軸向間隙控制通道，流體可被選擇性地供給到該軸向間隙控制通道，所述流體流過軸向定向的通道并且在所述通道周圍選擇性地冷卻或加熱該殼體。因此實(shí)現(xiàn)了該殼體的熱膨脹或收縮。根據(jù)本文獻(xiàn)，氣室布置在該間隙控制通道的軸向供給和排出端。使用所供給流體的有效性取決于在通道內(nèi)壁和流過的流體之間的熱傳遞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本公開的一個(gè)目的是提供克服現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)的裝置和方法。本公開的一個(gè)更具體目的是提供對(duì)現(xiàn)有技術(shù)已知的用于主動(dòng)間隙控制的裝置和方法進(jìn)行了改進(jìn)的裝置和方法，且特別地在發(fā)動(dòng)機(jī)中以及特別地在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中出現(xiàn)的葉片和/或靜葉末梢間隙控制以及其他徑向間隙的控制。這可在改進(jìn)提供用于間隙控制的流體和控制流體被提供到的間隙控制腔的壁之間的熱傳遞方面實(shí)現(xiàn)，并且可適于改進(jìn)控制的反應(yīng)時(shí)間，以及另一方面可用于減少所需的間隙控制流體的量。在本公開的更進(jìn)一步方面中，使用從間隙控制腔退出的間隙控制流體應(yīng)該是更有效的。因此在本公開的更進(jìn)一步方面中，應(yīng)在減少間隙控制流體量和/或改進(jìn)間隙控制效率和/或提供被施加用于間隙控制的流體的更有效排出方面改進(jìn)整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)效率。
[0012]本公開的其他方面，不論是否明確地提及，在更詳細(xì)描述方面可變得對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見。
[0013]在提供包括權(quán)利要求1的特征的裝置中實(shí)現(xiàn)了本公開的目的。
[0014]提供了一種發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件，其包括至少一個(gè)間隙控制腔，該間隙控制腔由間隙控制腔內(nèi)壁限界并且具有一個(gè)間隙控制腔縱向范圍，其中至少一個(gè)插入部件布置在該間隙控制腔內(nèi)。
[0015]發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件在這方面可被理解為發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼的一部分，例如可包括縱向范圍、徑向范圍以及圓周范圍。所述罩殼元件可以非限制性地至少基本類似于或形成圓柱體或截錐，或上述的任何一者的區(qū)段。橫截面可以為帶有小于360°或小于180°的周向角度范圍的部分圓形，并且在特定實(shí)施例中為帶有等于180°的周向角度范圍的半圓，或可以是圓形。該發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件例如可以是渦輪罩殼、壓縮機(jī)罩殼、燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼或渦輪增壓器罩殼的一部分，特別地是發(fā)動(dòng)機(jī)的固定構(gòu)件的一部分。該發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件例如可以是水平分開的發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的上部或下部。該發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件可包括一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)向靜葉或?qū)蜢o葉排，或可包括用于接收和/或固定導(dǎo)向靜葉的器件。同樣，該發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件可包括用于在其上附接熱屏蔽等的器件。該罩殼元件可以是靜葉載體。
[0016]考慮到設(shè)計(jì)一種發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件用于在特定發(fā)動(dòng)機(jī)中以及在一個(gè)或許多預(yù)定位置中使用，將變得顯而易見的是，該發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼定向或范圍可分別具有與發(fā)動(dòng)機(jī)定向的良好限定的相關(guān)性。因此，在某些實(shí)施例中，該發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件的縱向延伸可與發(fā)動(dòng)機(jī)或轉(zhuǎn)子軸向方向至少基本地平行。同樣，徑向范圍可分別與發(fā)動(dòng)機(jī)或轉(zhuǎn)子的徑向方向平行，相應(yīng)地，周向范圍可至少基本等同于轉(zhuǎn)子周向方向。因此在下面的說明書中對(duì)所述發(fā)動(dòng)機(jī)或轉(zhuǎn)子方向的參考可被考慮和理解為等同于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件范圍或方向的參考。在這方面也非常有意義并且對(duì)參考發(fā)動(dòng)機(jī)上游和下游軸向方向提供了良好限定的教導(dǎo)。
[0017]應(yīng)當(dāng)指出以及將認(rèn)識(shí)到的是，與以上引用的用于主動(dòng)間隙控制的現(xiàn)有技術(shù)已知的周向分開的罩殼不同，本文所公開的周向區(qū)段不需要執(zhí)行彼此獨(dú)立的相對(duì)運(yùn)動(dòng)并且彼此可牢固地固定，避免了其間的間隙，進(jìn)而避免了將對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能有損害的額外泄漏流。
[0018]在某些方面，該發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件可以是發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的一部分，特別地可以是內(nèi)罩殼或殼體的元件，特別地可進(jìn)一步是靜葉載體。
[0019]該發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件可包括單個(gè)或多個(gè)間隙控制腔。多個(gè)間隙控制腔可沿發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件周向方向均勻或不均勻地分布，并且所述分布可取決于所需的空間熱交換分布。一種間隙控制腔可在與發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件縱向范圍相同的方向上縱向地延伸，并且在某些實(shí)施例中與發(fā)動(dòng)機(jī)軸向方向至少基本地平行。在某些實(shí)施例中，該至少一個(gè)間隙控制腔根據(jù)制造的可達(dá)性可以是通孔或盲孔。在這種情況下，在發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件中限界間隙控制腔的間隙控制腔壁由孔或鉆孔產(chǎn)生表面所限定。該間隙控制腔然后可包括恒定或分級(jí)的直徑，且也可包括凹形莫爾斯錐體或其他自鎖凹形錐體，其中可接收插入件的凸形對(duì)應(yīng)物。
[0020]布置在該間隙控制腔內(nèi)的插入部件可布置和構(gòu)造成實(shí)現(xiàn)流引導(dǎo)功能和熱傳遞增強(qiáng)功能中的至少一者。被提出以實(shí)現(xiàn)該功能的所述功能和特征將在下文更詳細(xì)地標(biāo)出。[0021 ]此外，該插入部件的縱向范圍可與間隙腔縱向范圍至少基本地對(duì)其。
[0022]根據(jù)本文所公開的發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件的一個(gè)方面，至少一個(gè)間隙形成在插入部件和間隙控制腔內(nèi)壁之間并且沿插入件和間隙控制腔中的每一個(gè)的縱向范圍的至少一部分延伸。顯而易見的是，在提供所述間隙方面，通流面積與沒有插入件的間隙控制腔相比減少，并且可大大提高引導(dǎo)通過所述間隙的流體流的接觸面積與關(guān)于整體流量的間隙控制腔壁的比值。因此，更大部分的間隙控制流體流將與發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件一起參與熱傳遞，同時(shí)減少總體間隙控制流體流。此外，可增強(qiáng)間隙控制流體流的紊流，其進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件和間隙控制流體流之間熱傳遞的額外增強(qiáng)。因而更有效地使用間隙控制流體。
[0023]在本公開的另一方面中，插入部件包括至少一個(gè)支撐區(qū)段，其中該插入部件被支撐在間隙控制腔內(nèi)，并且其中特別地所述支撐區(qū)段布置在插入部件縱向端。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，插入部件包括至少兩個(gè)支撐區(qū)段，其中所述兩個(gè)支撐區(qū)段可特別地布置在兩個(gè)相對(duì)的插入部件縱向端。至少一個(gè)支撐區(qū)段的外表面然后被緊密地接收在間隙控制腔的相應(yīng)縱向截面中。特別地，支撐區(qū)段以及進(jìn)一步特別地多個(gè)支撐區(qū)段中的一個(gè)，可以成緊密配合地接收在該間隙控制腔的相應(yīng)區(qū)段中。例如，該插入部件的支撐區(qū)段可具有凸形圓柱幾何形狀的特征，而間隙控制腔的對(duì)應(yīng)區(qū)段可具有相應(yīng)的凹形圓柱幾何形狀的特征。在另一實(shí)施例中，支撐區(qū)段以及特別地多個(gè)支撐區(qū)段中的一個(gè)支撐區(qū)段可形成自鎖楔形物，而相應(yīng)的凹形楔形物可在間隙控制部件中形成。所述支撐區(qū)段例如可以是自鎖凸形錐體，而相應(yīng)的凹形錐體設(shè)置在該間隙控制腔中。在還有另一實(shí)施例中，支撐區(qū)段可包括陽螺紋，而相應(yīng)的陰螺紋設(shè)置在該間隙控制腔中，使得該插入件可擰入到該間隙控制腔內(nèi)。在存在多個(gè)支撐區(qū)段的情況下，可以設(shè)想實(shí)施例為，其中支撐區(qū)段中僅一個(gè)成鎖定接合地牢固地保持在間隙控制腔內(nèi)，而另一個(gè)成轉(zhuǎn)動(dòng)配合地接收在該間隙控制腔內(nèi)的對(duì)應(yīng)凹形幾何形狀中。特別地，如果該轉(zhuǎn)動(dòng)配合布置在插入部件的遠(yuǎn)端側(cè)，也就是說，當(dāng)將插入部件安裝到間隙控制腔內(nèi)時(shí)首先插入的側(cè)，這可在大大促進(jìn)組裝。同樣，間隙控制腔內(nèi)的需要較高制造精度的凹形配合表面將在間隙控制腔的近端上，并且然后可發(fā)現(xiàn)便于加工所述凹形配合表面。在某些實(shí)施例中，相應(yīng)遠(yuǎn)端配合表面可比在插入部件以及間隙控制腔中的每一個(gè)的近端上的那些更小，例如具有較小的直徑。也可發(fā)現(xiàn)這便于組裝。
[0024]應(yīng)該理解的是，支撐區(qū)段可用于堵塞和密封間隙控制腔。例如，在某些實(shí)施例中，遠(yuǎn)端支撐區(qū)段可密封設(shè)置作為通孔或鉆孔的間隙控制通道。同樣，該支撐區(qū)段可包括貫穿開口，其可提供間隙控制流體供給和/或排出端口。
[0025]可以設(shè)想用于將插入部件鎖定在間隙控制腔內(nèi)的幾種方法。僅舉幾例:
[0026]插入部件可被擰入到腔或發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件內(nèi)，然而合適的陽螺紋將設(shè)置在該插入件上并且相應(yīng)的陰螺紋將設(shè)置在間隙控制腔或發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件中。
[0027]可通過將其收縮到間隙控制腔或罩殼內(nèi)鎖定該插入部件。
[0028]可利用間隙控制腔或罩殼填塞該插入部件。
[0029]可利用鎖緊螺釘鎖定該插入部件。
[0030]該插入部件可設(shè)置有凸緣，所述凸緣然后被擰到該罩殼。
[0031]該插入部件可被焊接到通道或罩殼。
[0032]可在插入部件和/或罩殼之間形成壓配合?？赏ㄟ^自鎖楔形物或錐體鎖定該插入部件。將插入部件鎖定到罩殼或在間隙控制腔內(nèi)鎖定插入部件的其他方式對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說很容易顯而易見。
[0033]在某些示例性實(shí)施例中，該插入部件可包括內(nèi)部管道。也就是說，例如，該插入部件可包括管狀區(qū)段。所述管狀區(qū)段在某些情況下可具有圓形橫截面的特征，但也可具有不同的橫截面，諸如例如矩形、卵形、橢圓形、多邊形，僅舉幾例。該管道的流橫截面可以是恒定的或可沿該管道的縱向范圍變化。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，管道壁外表面可具有恒定或變化的橫截面尺寸。該管道可包括至少一個(gè)開放前端。在操作中，間隙控制流體可通過所述開放前端供給到該管道，使得所述開放前端提供間隙控制流體供給端口。
[0034]此外，可在間隙控制腔內(nèi)壁和管道壁的外表面之間設(shè)置間隙。所述間隙的橫截面積可能不同或沿該間隙控制腔的縱向范圍是恒定的。將會(huì)認(rèn)識(shí)到的是，在提供沿其縱向范圍具有恒定橫截面的間隙控制腔以及為包括管道的插入部件提供帶有沿其縱向范圍變化的管道壁外表面方面，在某些實(shí)施例中可實(shí)現(xiàn)變化的間隙橫截面積。
[0035]該插入部件的管道區(qū)段可以在間隙控制腔的橫截面視圖中以同心或偏心的方式布置在間隙控制腔內(nèi)。使得，間隙可以以對(duì)稱方式設(shè)置在管道壁外表面的周圍，或間隙寬度可在管道區(qū)段周圍在周向方向上變化。此外，該插入部件的管道區(qū)段的縱向方向可與間隙控制腔的縱向方向?qū)R或傾斜地布置。該管道區(qū)段的傾斜布置可導(dǎo)致沿該間隙控制腔的縱向方向變化的間隙。
[0036]在插入部件包括管道區(qū)段的實(shí)施例中，間隙控制腔的間隙控制流體供給端口和間隙控制流體排出端口可布置在該間隙控制腔的相同縱向側(cè)上，其中間隙控制流體供給端口流體地連接到該管道的內(nèi)部并且間隙控制流體排出端口流體地連接到該間隙。將會(huì)認(rèn)識(shí)到的是，由于該測(cè)量的影響，在該管道內(nèi)的間隙控制流體流和在該間隙中的間隙控制流體流將沿該間隙控制腔的縱向范圍在相對(duì)方向上定向。
[0037]在更進(jìn)一步的示例性實(shí)施例中，管道壁外表面可設(shè)置有突出部和凹部中的至少一者，特別地設(shè)置有多個(gè)突出部和多個(gè)凹部中的至少一者，所述突出部和/或凹部在該間隙的范圍上提供不一致的間隙寬度。該突出部或凹部可確定尺寸和成形以在通過所述間隙的流中產(chǎn)生或增強(qiáng)紊流。在增強(qiáng)紊流方面，可增強(qiáng)在間隙和間隙控制腔內(nèi)壁內(nèi)的流體流之間的熱交換。
[0038]—種螺旋流引導(dǎo)元件可沿該管道壁的外表面延伸。所述螺旋流引導(dǎo)元件可在整個(gè)間隙寬度上或可不在整個(gè)間隙寬度上延伸。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，靜葉可布置在管道外壁上，以在該間隙內(nèi)提供旋流器，從而在間隙控制腔內(nèi)以及在管道外壁周圍產(chǎn)生渦流。
[0039]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，該管道可包括兩個(gè)開放前端。所述端的第一個(gè)可用作間隙控制流體供給端口，間隙控制流體可通過其進(jìn)入管道并且被引導(dǎo)到第二開放前端，其在那里從管道排出到間隙內(nèi)。
[0040]在包括插入部件(該插入部件包括管道形的插入?yún)^(qū)段)的發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件的還有另一方面，管道壁可包括至少一個(gè)貫穿開口，并且特別地可包括多個(gè)貫穿開口，使得該管道壁被穿孔。此外，該管道可包括用于供給間隙控制流體的一個(gè)開放前端，以及一個(gè)封閉前端。該至少一個(gè)貫穿開口可適于和構(gòu)造為沖擊孔，使得間隙控制流體從該管道的內(nèi)部排出作為沖擊在間隙控制腔內(nèi)壁上的射流。由于封閉前端，通過第一開放前端進(jìn)給到管道的所有間隙控制流體將通過所述貫穿開口從該管道排出。
[0041]貫穿開口可均等地分布在該管道壁上。在其他實(shí)施例中，每單位管道壁表面的貫穿開口的數(shù)目和/或貫穿開口的尺寸可沿該管道壁的長(zhǎng)度和/或圍繞該管道壁的圓周變化。因此，例如，從該管道排出并被引導(dǎo)到該間隙控制腔內(nèi)壁的間隙控制流體的射流可主要被引導(dǎo)到間隙控制腔內(nèi)壁區(qū)段，其布置得更靠近發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件的熱量攝入表面，即，例如間隙控制腔內(nèi)壁的徑向向內(nèi)定位的零件。然而，通孔的這種布置可詳細(xì)地考慮在間隙控制腔內(nèi)以及到間隙控制腔的熱通量。
[0042]在更進(jìn)一步的實(shí)施例中，管道壁外表面可布置為至少基本在整個(gè)管道壁外表面上與間隙控制腔內(nèi)壁無間隙地緊密接觸。插入部件然后至少基本地構(gòu)成內(nèi)襯間隙控制腔內(nèi)壁的套筒。該管道壁內(nèi)表面特別地可設(shè)置有突出部和/或多個(gè)凹部，或其他紊流產(chǎn)生特征，所述突出部和/或凹部提供了該管道的非一致的內(nèi)表面。所述突出部和/或凹部可特別地適于在通過所述管道的流中產(chǎn)生和/或增強(qiáng)紊流。在某些實(shí)施例中，螺旋流引導(dǎo)元件可沿該管道的內(nèi)表面行進(jìn)。旋流器可布置在該管道內(nèi)，以便產(chǎn)生管道內(nèi)的渦流。所述特征可用于在間隙控制腔的內(nèi)部提供紊流產(chǎn)生特征，而不需要以復(fù)雜方式加工間隙控制腔的內(nèi)部。在這方面，如果管道形插入部件在間隙控制腔內(nèi)收縮以便在罩殼或相應(yīng)地間隙控制腔內(nèi)壁和插入件之間達(dá)到良好的導(dǎo)熱傳遞，則可發(fā)現(xiàn)是有益的。
[0043]在根據(jù)本公開的進(jìn)一步的實(shí)施例中，插入部件包括板狀區(qū)段，所述板狀區(qū)段包括第一表面、第二表面和兩個(gè)側(cè)表面。第一間隙設(shè)置在板狀區(qū)段第一表面以及間隙控制腔內(nèi)壁與管道壁內(nèi)表面中的一者之間，并且第二間隙設(shè)置在板狀區(qū)段第二表面以及間隙控制內(nèi)壁與管道壁內(nèi)表面中的一者之間。特別地，可在第一間隙和第二間隙之間提供流體連接?？赏ㄟ^在板狀區(qū)段側(cè)表面和間隙控制腔內(nèi)壁之間的一些開放空間提供所述流體連接。然而，可設(shè)想實(shí)施例為，其中板狀區(qū)段側(cè)表面將與間隙控制腔內(nèi)壁至少基本地齊平，使得至少?zèng)]有明顯的間隙控制流體流在所述側(cè)表面和間隙控制腔內(nèi)壁之間出現(xiàn)。然后通過在板狀區(qū)段中的至少一個(gè)貫穿開口提供流體連接，所述開口從第一表面到第二表面延伸。特別地，所述至少一個(gè)貫穿開口可布置和構(gòu)造為沖擊孔，使得朝間隙控制腔內(nèi)壁引導(dǎo)的間隙控制流體的射流從貫穿開口排出。此外，如之前在不同情境中描述的那樣，突出部或凹部或任何其他合適的紊流產(chǎn)生器件可布置在板狀區(qū)段的第一表面或第二表面上，或在這兩個(gè)表面上，特別地以提供紊流發(fā)生器，從而增強(qiáng)熱傳遞。
[0044]該插入部件的板狀區(qū)段可呈現(xiàn)各種幾何形狀和/或在間隙控制腔內(nèi)的布置。例如，該板狀區(qū)段可具有恒定厚度的特征。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，板狀區(qū)段厚度可沿插入部件的縱向范圍變化，其可用于沿間隙控制腔的縱向范圍提供不同的間隙寬度。板狀區(qū)段可以成中心方式布置在間隙控制腔內(nèi)，提供等同橫截面的第一間隙和第二間隙。板狀區(qū)段也可以成偏心方式布置，使得第一間隙和第二間隙具有不同的間隙寬度。板狀區(qū)段的縱向范圍可與間隙控制腔的縱向范圍對(duì)齊。在其他實(shí)施例中，該板狀區(qū)段可傾斜地布置，使得第一間隙和第二間隙的間隙寬度沿間隙控制腔的縱向范圍在相反的方向上變化，提供了恒定厚度的板狀區(qū)段。
[0045]如從以上描述中看到的，在間隙控制腔內(nèi)使用插入部件可用于在增強(qiáng)間隙控制腔內(nèi)壁和流體之間的熱傳遞方面大大改進(jìn)使用供給到間隙控制腔的流體，從而減少對(duì)間隙控制流體流的需求。此外，在選擇具有不同幾何形狀特征的插入部件方面，可很容易地適應(yīng)在間隙控制流體和間隙控制腔內(nèi)壁之間的熱傳遞特征，而不需要改變間隙控制腔的幾何形狀并且不需要對(duì)間隙控制腔內(nèi)部的昂貴加工。
[0046]在根據(jù)本公開的發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件的進(jìn)一步實(shí)施例中，間隙控制腔設(shè)置有至少兩個(gè)流體端口，其中第一(間隙控制流體供給)端口與插入部件管道和第一間隙中的一者處于流體連通，第一間隙設(shè)置在插入部件板狀區(qū)段第一表面和間隙控制腔內(nèi)壁之間，且第二(間隙控制流體排出)端口與設(shè)置在管道壁外表面和間隙控制通道內(nèi)壁之間的間隙以及第二間隙中的一者處于流體連通，第二間隙設(shè)置在插入件板狀區(qū)段第二表面和間隙控制腔內(nèi)壁之間。在特定實(shí)施例中，第一端口和第二端口布置在間隙控制腔的相同縱向端。
[0047]進(jìn)一步公開的是包括如上所述的至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件的發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼。在本公開的一些方面中，該發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼可以是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的罩殼，諸如例如膨脹渦輪、壓縮機(jī)、燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪增壓器。如上所述的發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件例如可有利地布置作為用于最后壓縮機(jī)級(jí)和/或第一渦輪級(jí)的定子元件。
[0048]此外，公開了包括固定和移動(dòng)部分的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中固定部分包括如上所述的發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼，并且特別地包括根據(jù)本公開的發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件。例如，該發(fā)動(dòng)機(jī)例如可以是膨脹渦輪、壓縮機(jī)，特別是渦輪壓縮機(jī)、燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪增壓器。
[0049]本公開在下文中涉及渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，特別地燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)和膨脹渦輪，結(jié)合有基于熱促動(dòng)的主動(dòng)間隙控制系統(tǒng)，其中至少一個(gè)罩殼元件或罩殼包括間隙控制腔，該間隙控制腔包括流體供給端口和流體排出端口以用于在操作期間選擇性地引導(dǎo)通過其中的間隙控制流體流。該間隙控制腔可特別地被結(jié)合在靜葉載體中。與以下標(biāo)出的實(shí)施例相關(guān)，該間隙控制腔可包括或可不包括插入部件。
[0050]至少一個(gè)排出端口，且特別地所有排出端口，可流體地連接到在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的主工作流體流通道。所排出的間隙控制流體可用于提供進(jìn)一步的有用功到發(fā)動(dòng)機(jī)，提高了整體發(fā)動(dòng)機(jī)效率。
[0051]至少一個(gè)排出端口，且特別地所有排出端口，可被連接到需要冷卻的渦輪構(gòu)件，諸如渦輪靜葉，或定子平臺(tái)和熱屏蔽。所排出的間隙控制流體然后進(jìn)一步用于冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件以及因此節(jié)省專用的冷卻氣體，從而提高了整體發(fā)動(dòng)機(jī)效率。
[0052]至少一個(gè)排出端口，且特別地所有排出端口，可連接到膨脹渦輪的選定的定子腔。因此，所排出的間隙控制流體用于與從膨脹渦輪主流攝入熱流體相反地清洗所述腔。如果與從內(nèi)燃式燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的膨脹渦輪中的熱燃燒氣體流攝入熱燃燒氣體相反地清洗定子腔，則這可以發(fā)現(xiàn)是特別有益的。
[0053]在有效地使用排出的間隙控制流體中，可增強(qiáng)該發(fā)動(dòng)機(jī)的整體效率。
[0054]間隙控制促動(dòng)將由間隙控制流體的溫度和/或質(zhì)量流控制。所述間隙控制流體流參數(shù)在一個(gè)方面可基于發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)在開環(huán)控制中控制。該操作參數(shù)可包括發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載、渦輪入口處的溫度，以及此外負(fù)載變化的速度。在另一方面，該間隙控制流體流參數(shù)可基于間隙和/或溫度的測(cè)量值在閉環(huán)控制中控制。例如，可測(cè)量定子溫度，并且可單獨(dú)或與其他測(cè)量的和/或操作數(shù)據(jù)一起用于控制間隙控制流體流參數(shù)。關(guān)于分布在定子的圓周上的多個(gè)間隙控制腔，可以單獨(dú)地控制到這些腔的流體流，并且可在數(shù)個(gè)周向位置控制和優(yōu)化間隙，并且可以解決非均勻性。
[0055]在本公開的還有其他方面中，公開了用于主動(dòng)地控制發(fā)動(dòng)機(jī)的固定和移動(dòng)部分之間的間隙的方法。在一個(gè)方面，該方法包括提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件，所述發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件包括至少一個(gè)間隙控制腔，提供驅(qū)動(dòng)流體流或間隙控制流體流，在所述間隙控制流體流中產(chǎn)生紊流和/或渦流并且供給間隙控制流體流到該間隙控制腔。
[0056]在另一方面，該方法包括提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件，所述發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件包括至少一個(gè)間隙控制腔，提供驅(qū)動(dòng)流體流或間隙控制流體流到該間隙控制腔，并且產(chǎn)生朝該間隙控制腔的內(nèi)壁引導(dǎo)的間隙控制流的至少一個(gè)射流。
[0057]在更進(jìn)一步的方面中，該方法包括提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件，所述發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件包括至少一個(gè)間隙控制腔，提供促動(dòng)流體流或間隙控制流體流到該間隙控制腔，并在該間隙控制腔內(nèi)在所述間隙控制流體流中產(chǎn)生和/或增強(qiáng)紊流和/或渦流。
[0058]上述方法可進(jìn)一步包括提供位于間隙控制腔內(nèi)的插入部件。
[0059]該發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件可以是經(jīng)常為渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)罩殼的元件，并且特別地可以是靜葉載體。
[0060]與以上引用的US2006/0225430的教導(dǎo)相反，其教導(dǎo)了在該間隙控制間隙的供給端口和排出端口處應(yīng)用氣室，該應(yīng)用將使供給流均勻化并提供至少很大范圍上的層流到間隙控制腔，在本公開中通過該間隙控制腔的紊流是所需要的，從而增強(qiáng)了在間隙控制腔內(nèi)壁和間隙控制流體流之間的熱傳遞。
[0061]應(yīng)該理解的是，上述裝置和方法的特征可彼此結(jié)合。
【附圖說明】
[0062]現(xiàn)在通過不同實(shí)施例以及參考附圖更仔細(xì)地解釋本發(fā)明。特別地，附圖描述了:
[0063]圖1為穿過膨脹渦輪的示意性縱向截面；
[0064]圖2為膨脹渦輪的示意性橫截面；
[0065]圖3為穿過包括如公開的發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件的膨脹渦輪的縱向截面；
[0066]圖4為帶有插入部件的間隙控制腔的第一示例性實(shí)施例；
[0067]圖5為圖4中所示的插入部件的更詳細(xì)視圖；
[0068]圖6為帶有插入部件的間隙控制腔的另一示例性實(shí)施例；
[0069]圖7為圖6中所示的插入部件的更詳細(xì)視圖；
[0070]圖8為帶有插入部件的間隙控制腔的第三示例性實(shí)施例；
[0071]圖9為帶有插入部件的間隙控制腔的實(shí)施例，其布置作為內(nèi)部套筒。
[0072]該附圖是示意性的，并且已經(jīng)省略了對(duì)于理解本發(fā)明不需要的特征。此外，雖然在附圖中所示出的實(shí)施例是本文所公開的本發(fā)明的可能實(shí)施例，但如上文所公開并在權(quán)利要求中要求保護(hù)的本發(fā)明不應(yīng)被理解為限于這些。
[0073]參考標(biāo)號(hào)列表
[0074]I膨脹渦輪
[0075]11定子，罩殼
[0076]12轉(zhuǎn)子
[0077]13間隙控制腔
[0078]14插入部件
[0079]31間隙控制流體流
[0080]33間隙控制流體流[0081 ]111 內(nèi)殼體或罩殼
[0082]112,113,114,115 靜葉
[0083]117外殼體或罩殼
[0084]121軸
[0085]122,123,124,125 葉片
[0086]131間隙控制流體供給流
[0087]132間隙控制流體排出流
[0088]133間隙控制流體供給端口
[0089]134間隙控制流體排出端口
[0090]135，136空隙
[0091]138間隙控制腔內(nèi)壁
[0092]141插入部件的板狀區(qū)段
[0093]142，143插入部件的支撐區(qū)段
[0094]144沖擊孔
[0095]145板狀區(qū)段的第一表面
[0096]146板狀區(qū)段的第二表面
[0097]147板狀區(qū)段的側(cè)表面
[0098]151管道壁，管道狀區(qū)段
[0099]152管道
[0100]153流引導(dǎo)元件
[0101]154管道前端
[0102]155空隙
[0103]158紊流發(fā)生器
[0104]1101內(nèi)殼體或罩殼上半部，發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件
[0105]1102內(nèi)殼體或罩殼下半部
[0106]1103外殼體或罩殼上半部
[0107]1104外殼體或罩殼下半部。
【具體實(shí)施方式】
[0108]圖1在示意圖中描述了穿過一種多級(jí)實(shí)際膨脹渦輪I的縱向剖面。為方便描述僅示出該渦輪機(jī)的一半。該渦輪包括定子11和轉(zhuǎn)子12 ο該定子包括內(nèi)殼體111、在該圖中未示出的外殼體以及靜葉112、113、114和115。內(nèi)殼體111也用作靜葉載體，渦輪導(dǎo)向靜葉被附接到該靜葉載體。轉(zhuǎn)子12包括軸121和葉片122、123、124和125。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的是，工作流體主流在圖示中沿葉片和靜葉從右到左流經(jīng)該渦輪。內(nèi)殼體111包括基本在該渦輪的軸向方向上延伸的間隙控制腔13。間隙控制腔13布置在前兩個(gè)渦輪級(jí)的區(qū)域中并覆蓋第一級(jí)靜葉和第二級(jí)靜葉115和114以及第一級(jí)葉片和第二級(jí)葉片125和124布置的范圍。將會(huì)認(rèn)識(shí)到的是，由于渦輪工作流體在其在隨后的渦輪級(jí)中膨脹時(shí)冷卻，在前兩個(gè)渦輪級(jí)中的溫度高于下游渦輪級(jí)中的溫度。示意性地示出的是間隙控制流體供給流131和間隙控制流體排出流132。在該示例中，供給流在上游端被引入到間隙控制腔中，與渦輪工作流體主流的方向有關(guān)，并且在下游排出，與進(jìn)入渦輪第三級(jí)的渦輪工作流體主流有關(guān)。所排出的間隙控制流體因此可在下游渦輪級(jí)中增加有用功到渦輪。雖然在該特定示例中，間隙控制腔中的間隙控制流體流示出為在渦輪工作流體主流的方向上向下游流動(dòng)，但也可選擇上游結(jié)構(gòu)，其中間隙控制流體流供給在下游端進(jìn)入間隙控制腔且在上游端排出，所述方向再次與渦輪工作流體主流相關(guān)。如果間隙控制流體排出到渦輪內(nèi)，必須選擇將所排出的間隙控制流體引入到該渦輪的位置，使得所排出的間隙控制流體的壓力高于渦輪主流在進(jìn)入位置處的壓力。
[0109]現(xiàn)在參考圖2。圖2示出了穿過渦輪I的示意性橫截面。轉(zhuǎn)子12以非常簡(jiǎn)化的方式示出，沒有示出關(guān)于軸和葉片的任何細(xì)節(jié)。轉(zhuǎn)子12被包含在定子或罩殼11中。罩殼11包括內(nèi)殼體111和外殼體117。該罩殼被水平地分成上半部和下半部，分別包括內(nèi)殼體上半部1101和外殼體上半部1103，以及內(nèi)殼體下半部1102和外殼體下半部1104。相應(yīng)的上半部和下半部通過例如螺釘連接在凸緣(沒有標(biāo)記)處牢固地連接。導(dǎo)向靜葉未在該圖中示出。內(nèi)殼體111(例如靜葉載體)包括多個(gè)間隙控制腔或通道13，僅其中一些通過附圖標(biāo)記表示，它們?cè)趦?nèi)殼體111的軸向區(qū)段內(nèi)或穿過內(nèi)殼體111的軸向區(qū)段或分別在罩殼元件1101和1102內(nèi)或穿過罩殼元件1101和1102軸向地延伸。
[0110]現(xiàn)在再次參考圖1。在葉片122、123、124和125的末梢和內(nèi)罩殼111之間需要間隙，從而允許葉片末梢和罩殼之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其可達(dá)到幾百米每秒的速度。同樣，在靜葉112、113、114和115的末梢與轉(zhuǎn)子之間需要末梢間隙。由于被選擇用于轉(zhuǎn)子和定子部分的不同材料，以及同樣由于轉(zhuǎn)子和定子所經(jīng)受的不同溫度，所述末梢間隙在發(fā)動(dòng)機(jī)的操作期間變化。此外，轉(zhuǎn)子和定子在操作的瞬態(tài)模式期間具有對(duì)溫度變化的不同時(shí)間響應(yīng)。因此，需要設(shè)計(jì)末梢間隙，使得它們?cè)谌魏尾僮鳁l件下維持。換句話說，在大多數(shù)操作條件下，該末梢間隙比所需要的更大，以便保證安全操作并避免旋轉(zhuǎn)部分和固定部分之間的接觸。另一方面，在葉片和靜葉末梢上通過所述間隙發(fā)生的泄漏流不提供有用功到發(fā)動(dòng)機(jī)，且因而降低發(fā)動(dòng)機(jī)效率。因此提供間隙控制流體供給流131到間隙控制腔13并引導(dǎo)通過其中。在低于罩殼溫度的溫度下提供間隙控制流體流時(shí)，內(nèi)罩殼111將收縮并且因此減少末梢間隙。在高于罩殼溫度的溫度下提供間隙控制流體流時(shí)，內(nèi)罩殼111將膨脹且因此增大末梢間隙。渦輪中的提供末梢間隙控制手段的區(qū)域可被減少到第一渦輪級(jí)，由于這些將經(jīng)受溫度變化的最大幅度。此外，由于第一渦輪級(jí)葉片和靜葉最短，在給定末梢間隙下的相對(duì)泄漏流將比下游渦輪級(jí)更大。
[0111]同樣，在例如渦輪壓縮機(jī)中，主動(dòng)間隙控制的應(yīng)用可被限制到最后的最下游壓縮機(jī)級(jí)。
[0112]可在調(diào)節(jié)間隙控制流體的溫度和/或質(zhì)量流時(shí)控制罩殼的膨脹和收縮。這種控制可基于發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度和負(fù)載條件，但也可基于渦輪中的局部溫度和/或間隙測(cè)量在閉環(huán)控制中實(shí)施。
[0113]圖3在縱向剖面中描述了一種膨脹渦輪的不同實(shí)施例。轉(zhuǎn)子12和定子11與其相應(yīng)構(gòu)件一起已關(guān)于圖1標(biāo)出，并且這里省略了詳細(xì)解釋。間隙控制腔從關(guān)于渦輪主流的流動(dòng)方向的下游側(cè)供給有間隙控制流體供給流131。間隙控制腔13包括將在以下更詳細(xì)地標(biāo)出的插入部件14。除了其他功能之外，該插入部件可適于將間隙控制腔分成兩個(gè)區(qū)段，使得控制流體可被引導(dǎo)到間隙控制通道內(nèi)的獨(dú)立方向。因此，間隙控制排出端口可放置在間隙控制腔的相同縱向端作為間隙控制供給端口。所排出的間隙控制流體132在該實(shí)施例中被引導(dǎo)到導(dǎo)流靜葉114并用于冷卻第二渦輪級(jí)的導(dǎo)向靜葉114。因此，不需要供給額外的冷卻空氣或供給很少量額外的冷卻空氣到第二渦輪級(jí)導(dǎo)向靜葉114，其有助于進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率和性能。
[0114]現(xiàn)在參考圖4，其描述了一種包括插入部件13的間隙控制腔的示例性實(shí)施例。間隙控制腔13在殼體或罩殼元件1101中形成。間隙控制腔13包括間隙控制流體供給流131可被提供到的間隙控制流體供給端口 133，以及間隙控制流體排出流132可從其排出的間隙控制流體排出端口 134。間隙控制腔13由間隙控制腔內(nèi)壁138限界。在該示例性實(shí)施例中，為了以下解釋的目的，可假設(shè)間隙控制腔是在縱向方向延伸并具有縱向范圍的圓柱形孔;然而，這不應(yīng)被理解為限制性的，其他間隙控制腔幾何形狀是可能的，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠?qū)⒁韵绿峁┑脑摻虒?dǎo)應(yīng)用到其他幾何形狀。此外，沒有任何進(jìn)一步的解釋，該間隙控制腔的縱向方向和程度是顯而易見的。插入部件14設(shè)置在間隙控制腔13中。插入部件包括板狀區(qū)段141。它進(jìn)一步包括布置在插入部件14的縱向端部處的第一端部區(qū)段和第二端部區(qū)段。端部區(qū)段用作支撐區(qū)段142、143，插入部件利用該支撐區(qū)段支撐并且可被鎖定在腔13內(nèi)。插入部件的板形區(qū)段141將間隙控制腔13的內(nèi)部空間分成第一間隙135和第二間隙136。第一間隙135在板狀部件第一表面145和間隙控制腔內(nèi)壁138之間形成，并且第二間隙136在板狀部件第二表面146和間隙控制腔內(nèi)壁138之間形成。間隙控制流體供給流131通過間隙控制流體供給端口 133被提供到第一間隙135，并且作為間隙控制流體流31相應(yīng)地在間隙控制腔或插入部件14的縱向方向上流動(dòng)穿過該間隙。間隙控制流體流31通過合適方式引導(dǎo)到第二間隙136中。第一間隙和第二間隙之間的流體連通在該示例性實(shí)施例中通過以下將更詳細(xì)地標(biāo)出的沖擊孔提供，并且以沖擊射流32的形式流入第二間隙136。所述沖擊射流以很高的脈沖朝間隙控制腔壁138引導(dǎo)，且因此穿透形成于間隙腔內(nèi)壁上的任何最終熱邊界層，從而改進(jìn)熱傳遞。第二間隙136在該示例中可布置在間隙控制腔的徑向內(nèi)側(cè)上，也就是說，更靠近轉(zhuǎn)子或朝向發(fā)動(dòng)機(jī)軸線布置的那側(cè)。這可以是最大熱攝入發(fā)生的間隙控制腔的側(cè)。以射流32的形式從第一間隙排出到第二間隙的間隙控制流體流然后在間隙控制腔的縱向方向上(如通過附圖標(biāo)記33描述的，在與第一間隙135中的間隙控制流體流31的方向相反的方向上)流動(dòng)穿過第二間隙，并通過間隙控制流體排出端口 134排出作為間隙控制流體排出流132。如可以看到的，插入部件的端部和支撐區(qū)段142和143堵塞間隙控制腔的縱向端部，使得沒有或基本沒有間隙控制流體可在端部區(qū)段和間隙控制腔內(nèi)壁之間穿過。然而，在該示例性實(shí)施例中，間隙控制流體排出端口 134在端部和支撐區(qū)段143中形成。將認(rèn)識(shí)到的是，雖然間隙控制流體流31和33流動(dòng)通過該間隙，但熱交換發(fā)生在間隙控制流體和間隙控制腔內(nèi)壁138之間。取決于與罩殼111的溫度相比的間隙控制流體的溫度，罩殼可被冷卻或加熱。因此，在控制間隙控制流體的溫度和/或質(zhì)量流時(shí)，罩殼111可被受控地冷卻或加熱，其進(jìn)而會(huì)影響罩殼111的熱膨脹或收縮，其用于控制如上標(biāo)出的末梢間隙。
[0115]圖5更詳細(xì)地描述了如圖4中所示的插入部件14。如圖5中所述的插入部件14包括端部區(qū)段142和143以及布置在端部區(qū)段之間并在端部區(qū)段之間在縱向方向上延伸的板狀區(qū)段141。板狀區(qū)段141包括第一表面145和第二表面146，以及兩個(gè)側(cè)表面147。該板狀區(qū)段的寬度可以(特別地在如圖4中所示的實(shí)施例中)為這樣，使得側(cè)表面與間隙控制腔內(nèi)壁基本齊平，并且因而在第一間隙和第二間隙之間提供至少基本緊密的密封。因此，從第一間隙到第二間隙的控制流體流完全地流動(dòng)穿過以下更詳細(xì)地標(biāo)出的沖擊孔144?？梢栽O(shè)想其他實(shí)施例，其中側(cè)間隙可在板狀區(qū)段側(cè)表面和間隙控制腔內(nèi)壁之間形成，使得間隙控制流體可在側(cè)表面和間隙控制腔內(nèi)壁之間從第一間隙排出到第二間隙。在此程度上，板狀區(qū)段的寬度也可沿插入部件的縱向范圍變化，使得側(cè)間隙的寬度相應(yīng)地沿間隙控制腔或插入部件的縱向范圍變化。圖5中描述的插入部件14還包括一系列的沖擊孔144，該沖擊孔從板狀區(qū)段第一表面145延伸到板狀區(qū)段第二表面146并且當(dāng)流體流過它們時(shí)被布置和構(gòu)造成提供沖擊射流，如圖4中所示。取決于間隙控制腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)的熱傳遞特征，可與在該示例性實(shí)施例中所示不同地選擇沖擊孔在該板狀區(qū)段上的分布。此外，插入部件14的支撐區(qū)段142和143具有凸形圓柱形狀以適配到間隙控制腔的凹形圓柱區(qū)段內(nèi)。在該示例性實(shí)施例中，支撐區(qū)段143可以是在組裝期間首先插入到間隙控制腔內(nèi)的遠(yuǎn)端區(qū)段，并且可確定尺寸為使得實(shí)現(xiàn)端部區(qū)段外表面和間隙控制腔內(nèi)壁之間的轉(zhuǎn)動(dòng)配合。近端區(qū)段142可確定尺寸為實(shí)現(xiàn)與間隙控制腔內(nèi)壁的相應(yīng)縱向區(qū)段的鎖定配合。它也可成形為凸形鎖定錐體，其中間隙控制腔的相應(yīng)縱向區(qū)段可成形為相應(yīng)的凹形鎖定錐體。在將插入部件14的鎖定特征布置在近端上時(shí)，即，在組裝期間最后插入到間隙控制腔內(nèi)的插入部件的部分，極大地便于在間隙控制腔中安裝插入部件14。
[0116]再參考圖4，需要注意的是，在該示例性實(shí)施例中，板狀區(qū)段141具有恒定厚度并且以對(duì)稱方式且與間隙控制腔縱向范圍平行地布置。這導(dǎo)致第一間隙和第二間隙135和136沿該間隙控制腔的縱向范圍的恒定寬度，以及所述間隙的等同寬度。然而，板形區(qū)段可以以非對(duì)稱方式布置，可傾斜于間隙控制腔縱向范圍延伸，和/或特征可為變化的厚度，其中第一間隙和第二間隙135和136可彼此不同和/或特征可為沿間隙控制腔13的縱向范圍的不同間隙寬度。
[0117]在圖6中示出了包括插入部件的間隙控制腔的進(jìn)一步的實(shí)施例。間隙控制腔13在這種情況下被形成為罩殼元件1101中的盲孔。插入部件14包括由例如類似于導(dǎo)管的管道壁區(qū)段151限界的管道152。間隙控制流體供給端口 133在插入部件14的縱向端部處形成并且與管道152流體地連接。間隙控制流體供給流131被供給到該供給端口，且被引導(dǎo)到管道152內(nèi)，并且相應(yīng)地在該插入部件或該管道的第二縱向端部處從該管道排出。該間隙控制供給流體然后流動(dòng)通過設(shè)置在管道壁外表面和間隙控制腔內(nèi)壁138之間的與間隙控制腔內(nèi)壁處于熱交換關(guān)系的環(huán)狀間隙，此后通過間隙控制流體排出端口 134排出作為間隙控制流體排出流132。如將結(jié)合圖7標(biāo)出的，管道的外壁包括紊流產(chǎn)生特征，該紊流產(chǎn)生特征在通過環(huán)狀間隙的間隙控制流體流中增強(qiáng)和/或產(chǎn)生紊流，其進(jìn)而增強(qiáng)了在間隙控制腔壁和在所述間隙內(nèi)的間隙控制流體流之間的熱傳遞。此外，該插入部件設(shè)置有圓柱形支撐區(qū)段142，其可用于在該間隙控制腔內(nèi)以如上標(biāo)出的方式支撐和鎖定插入部件14。
[0118]在圖7中更詳細(xì)地描述了包括管道的插入部件的實(shí)施例。該插入件包括支撐區(qū)段142和管道壁151。螺旋流引導(dǎo)元件153沿管道壁外表面的縱向范圍延伸。流引導(dǎo)元件可以設(shè)計(jì)成使得它在管道壁外表面和間隙控制腔內(nèi)壁之間形成的間隙的基本整個(gè)橫截面上延伸。因此將引起間隙控制流體在間隙中的螺旋流。在另一實(shí)施例中，諸如結(jié)合圖6所公開的，流引導(dǎo)元件將僅在該間隙的一部分上徑向地延伸，并且將用于產(chǎn)生和/或增強(qiáng)在間隙內(nèi)的流體的紊流，從而提高在間隙控制腔內(nèi)壁和間隙控制流體之間的熱傳遞。同樣，其他紊流產(chǎn)生元件也可被布置在管道壁外表面上。
[0119]在圖8中所示的實(shí)施例中，包括并且基本包含管道壁151的插入部件14被布置在間隙控制腔內(nèi)。多個(gè)徑向凸出的支柱形成了支撐區(qū)段142和143。插入部件14的管道區(qū)段形成在管道壁的外表面和間隙控制腔內(nèi)壁之間的間隙155，在該實(shí)施例中為基本環(huán)狀的間隙。雖然管道的第一前端打開以對(duì)被供給到該管道的間隙控制腔流體流131提供通路，但該管道的第二前端154是關(guān)閉的。管道壁151由多個(gè)沖擊孔144穿孔。間隙控制流體供給流131設(shè)置為穿過間隙控制流體供給端口 133到管道151并且從該管道穿過沖擊孔144排出作為指向該間隙控制腔內(nèi)壁的射流。該間隙控制流體然后朝間隙控制流體排出端口 134流動(dòng)并且從該間隙控制腔排出作為間隙控制流體排出流132。
[0120]雖然在該實(shí)施例中，沖擊孔144被不出為基本均勾地分布在管道壁151上，沖擊孔可沿該管道壁的周向和縱向范圍不同地分布。然而，沖擊孔的這種分布將受到所需熱傳遞的詳細(xì)考慮。
[0121]圖9描述了另一示例性實(shí)施例。插入件14包括由管道壁151限界的管道，該管道壁被布置在間隙控制腔內(nèi)，在管道壁外表面和間隙控制腔內(nèi)壁之間基本沒有任何間隙。例如，它可被收縮到間隙控制腔內(nèi)。該管道包括在該管道壁的內(nèi)表面上提供的許多紊流發(fā)生器158，例如以環(huán)形隆起或突出部或凹窩的形式提供。這些紊流發(fā)生器用于增強(qiáng)在通過該管道的間隙控制流體流中的紊流。由于插入部件被收縮到該間隙控制腔內(nèi)，在管道壁外表面和間隙控制腔內(nèi)壁之間存在良好的熱傳導(dǎo)。通過該測(cè)量，紊流發(fā)生器可設(shè)置在間隙控制腔13內(nèi)，并且可增強(qiáng)在流動(dòng)通過間隙控制腔的間隙控制流體和罩殼之間的熱傳遞，而不需要進(jìn)一步加工該間隙控制腔內(nèi)壁。
[0122]雖然已經(jīng)在膨脹渦輪的情境下并借助于選定的示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是這些示例性實(shí)施例和膨脹渦輪的情境決不應(yīng)限制該文獻(xiàn)的公開內(nèi)容或權(quán)利要求的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件(1101)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件包括至少一個(gè)間隙控制腔(13)，所述間隙控制腔由間隙控制腔內(nèi)壁(138)限界并且具有間隙控制腔縱向范圍，其特征在于，至少一個(gè)插入部件(14)布置在所述間隙控制腔內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件，其特征在于，所述插入部件(14)布置和構(gòu)造成實(shí)現(xiàn)流引導(dǎo)功能和熱傳遞增強(qiáng)功能中的至少一項(xiàng)。3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件，其特征在于，至少一個(gè)間隙(135，136，155)形成在所述插入部件(14)和所述間隙控制腔內(nèi)壁(138)之間并且沿所述插入部件和所述間隙控制腔中的每一個(gè)的縱向范圍的至少一部分延伸。4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件，其特征在于，插入部件縱向范圍與所述間隙控制腔縱向范圍至少基本對(duì)齊。5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件，其特征在于，所述插入部件(14)包括至少一個(gè)支撐區(qū)段(142，143)，在所述支撐區(qū)段中，所述插入部件被支撐在所述間隙控制腔內(nèi)，并且其中，特別地所述支撐區(qū)段布置在插入部件縱向端部處。6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件，其特征在于，所述插入部件(14)包括至少兩個(gè)支撐區(qū)段(142，143)，其中，所述兩個(gè)支撐區(qū)段特別地布置在兩個(gè)相對(duì)的插入部件縱向端部處。7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的罩殼元件，其特征在于，所述插入部件包括管道(152)08.根據(jù)權(quán)利要求3所述的罩殼元件，其特征在于，所述間隙(155)設(shè)置在所述間隙控制腔內(nèi)壁(138)和管道壁(151)外表面之間。9.根據(jù)權(quán)利要求7或8中的任一項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件，其特征在于，所述管道壁(151)外表面設(shè)置有突出部和凹部中的至少一者，特別地設(shè)置有多個(gè)突出部和多個(gè)凹部中的至少一者，所述突出部和/或凹部在所述間隙的范圍上提供不一致的間隙寬度，并且特別地適于在通過所述間隙的流中產(chǎn)生和/或增強(qiáng)紊流，并且其中，進(jìn)一步特別地，所述管道(152)包括兩個(gè)開放前端。10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的罩殼元件，其中，所述插入部件(14)包括管道(152)，其特征在于，所述管道壁(151)包括至少一個(gè)貫穿開口(144)，特別地包括多個(gè)貫穿開口，使得所述管道壁被穿孔，其中特別地，所述至少一個(gè)貫穿開口適于且構(gòu)造為沖擊孔，并且其中，特別地所述管道(152)包括開放前端和封閉前端(154)。11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件，其特征在于，所述管道壁(151)外表面布置為至少基本在整個(gè)管道壁外表面上與所述間隙控制腔內(nèi)壁(138)無間隙地緊密接觸，并且其中，進(jìn)一步特別地，所述管道壁內(nèi)表面設(shè)置有突出部和凹部(158)中的至少一者，特別地設(shè)置有多個(gè)突出部和/或多個(gè)凹部中的至少一者，所述突出部和/或凹部提供所述管道的非一致的內(nèi)表面，并且特別地適于在通過所述管道的流中產(chǎn)生和/或增強(qiáng)紊流。12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件，其特征在于，所述插入件(14)包括板狀區(qū)段，所述板狀區(qū)段包括第一表面(145)、第二表面(146)和兩個(gè)側(cè)表面(147)， 第一間隙(135)，其形成于板狀區(qū)段第一表面(145)以及間隙控制腔內(nèi)壁(138)與管道壁內(nèi)表面中的一者之間， 第二間隙(136)，其形成于板狀區(qū)段第二表面(146)以及間隙控制腔內(nèi)壁(138)與管道壁內(nèi)表面中的一者之間； 其中，特別地在所述第一間隙(135)和所述第二間隙(136)之間提供流體連接。13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件，其特征在于，至少一個(gè)貫穿開口(144)從所述板狀區(qū)段第一表面(145)延伸到所述板形區(qū)段第二表面(146)，并且其中，特別地多個(gè)貫穿開口從所述板狀區(qū)段第一表面延伸到所述板形區(qū)段第二表面，其中，進(jìn)一步特別地，所述至少一個(gè)貫穿開口布置和構(gòu)造為沖擊孔。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件，其特征在于，所述板狀區(qū)段第一表面(145)和所述板狀區(qū)段第二表面(146)中的至少一者設(shè)置有突出部和凹部中的至少一者，特別地設(shè)置有多個(gè)突出部和/或多個(gè)凹部中的一者，所述突出部和/或凹部在相應(yīng)間隙(135，136)的范圍上提供不一致的間隙寬度，并且特別地適于在通過所述間隙的流中產(chǎn)生和/或增強(qiáng)紊流。15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼元件，所述間隙控制腔(13)設(shè)置有至少兩個(gè)流體端口(133，134)，其特征在于，第一流體端口(133)與管道內(nèi)流體通道(152)和第一間隙(135)中的一者處于流體連通，所述第一間隙設(shè)置在插入件板狀區(qū)段第一表面(145)和所述間隙控制腔內(nèi)壁(138)之間，且第二流體端口(134)與設(shè)置在管道壁外表面和所述間隙控制腔內(nèi)壁之間的間隙(155)以及第二間隙(136)中的一者處于流體連通，所述第二間隙設(shè)置在插入件板狀區(qū)段第二表面(146)和所述間隙控制腔內(nèi)壁之間，并且其中，特別地所述第一端口和第二端口布置在所述間隙控制腔的相同縱向端部處。
【文檔編號(hào)】F01D11/20GK106065789SQ201511035787
【公開日】2016年11月2日
【申請(qǐng)日】2015年11月24日 公開號(hào)201511035787.6, CN 106065789 A, CN 106065789A, CN 201511035787, CN-A-106065789, CN106065789 A, CN106065789A, CN201511035787, CN201511035787.6
【發(fā)明人】J·里奇特, G·卡塔迪, N·維伊德曼恩, C·西蒙-德加多
【申請(qǐng)人】通用電器技術(shù)有限公司