專利名稱：軸流式廢氣渦輪的噴口的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明基于如權(quán)利要求1前序部分所述的噴口。該噴口接在軸流式廢氣渦輪的前面并且它在一條傳送廢氣的流動通道內(nèi)具有與渦輪軸線軸對稱地設(shè)置的并可分別繞一徑向延伸的軸線轉(zhuǎn)動的導向葉片以及一個繞該轉(zhuǎn)動軸線調(diào)節(jié)導向葉片的轉(zhuǎn)動裝置。在這樣的噴口的情況下，可以通過使導向葉片轉(zhuǎn)動來改變流動通道的廢氣所流經(jīng)的橫截面積的尺寸并且可以通過特別有利的方式使廢氣渦輪適應于本身變化的廢氣流動狀況，就象在提供廢氣的內(nèi)燃機的部分負荷工作時出現(xiàn)的那樣。
DE-C1-3623001及DE-C2-4100224分別公開了這樣的噴口，即在每個導向葉片上裝有一個穿過殼壁而徑向朝外地從流動通道中延伸出來的葉片軸。如此支承著葉片軸，即其朝外延伸的部分可繞一轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動。在DE-C2-4100224中公開的噴口中，通過一個被固定在每個軸端上的扇形齒來調(diào)節(jié)導向葉片，所述扇形齒分別和一個設(shè)置在流動通道外的且可繞渦輪軸線旋轉(zhuǎn)的齒環(huán)配合工作。
在DE-C1-3623001公開的噴口中，通過一個設(shè)置于流動通道外的且繞渦輪軸線旋轉(zhuǎn)的調(diào)節(jié)環(huán)以及一個調(diào)節(jié)桿來調(diào)節(jié)導向葉片，所述調(diào)節(jié)桿把來自調(diào)節(jié)環(huán)的力矩傳遞給每個導向葉片的葉片軸。調(diào)節(jié)環(huán)可借助滾動體旋轉(zhuǎn)地支承在一個固定環(huán)的連接夾板上，該固定環(huán)被固定在渦輪外殼上。由于必須在調(diào)節(jié)環(huán)調(diào)節(jié)時傳遞的力很大，所以這種結(jié)構(gòu)帶來了部件被卡死以及發(fā)生自鎖的危險。
根據(jù)本發(fā)明，屬于開頭所述類型的噴口的一部分的調(diào)節(jié)環(huán)以其外表面支承在滾動體上，所述滾動體分別成單臂桿的形式并且可轉(zhuǎn)動地支撐在一個成支承環(huán)形式的殼壁部件上。通過這種支承，防止出現(xiàn)噴口的自鎖。因此，噴口的特征體現(xiàn)為工作可靠性高、使用壽命長，此外，噴口可以非常簡單地承受調(diào)節(jié)力。
尤其有利的是，如此設(shè)計桿臂的背對支承環(huán)的端部，即一個被固定在調(diào)節(jié)環(huán)上的導塊可以分別嵌入桿臂中。同樣非常有利的是，在這些端部中設(shè)有分別引導調(diào)節(jié)環(huán)局部的導槽。導槽分別有一個貼著調(diào)節(jié)環(huán)外表面的并與外表面相反地彎曲的槽底面，環(huán)的外表面的一部分可在該槽底面上滾動。
如果朝外伸出的葉片軸部被保持在兩個沿徑向相互錯開的支承點上，則避免了葉片軸承受不希望的高支承力。支承點有利地設(shè)置在成支承環(huán)形式的殼壁部件中。于是，可以非常簡單地將支承環(huán)和在支承點上可轉(zhuǎn)動地受引導的導向葉片裝入廢氣渦輪中，如果需要，可通過簡單方式輕易地將其拆卸下來。如果支承點相距得遠，則確實保證了兩個支承點上的支承力低。因此，支承環(huán)在徑向上比較高。
為使支承環(huán)不受可能不利地影響噴口的可靠性和使用壽命的高溫差和進而高熱應力的影響，通過一個向外地限定出流動通道邊界的卸載環(huán)使支承環(huán)內(nèi)側(cè)不受輸送熱廢氣的流動通道的影響。盡管支承環(huán)的內(nèi)側(cè)接觸到周圍空氣，但可通過這種方式顯著減小高熱應力。
為保證簡單而可靠的導向葉片調(diào)節(jié)，設(shè)置在根據(jù)本發(fā)明的噴口中的調(diào)節(jié)桿可在其一端上分別與葉片軸相連，而其另一端可在調(diào)節(jié)環(huán)的一道槽中受到引導。這可通過簡單措施有利地如此實現(xiàn)，即調(diào)節(jié)桿被套裝在葉片軸上并且一個支承在調(diào)節(jié)環(huán)上的墊塊被固定在調(diào)節(jié)桿上。因而，與調(diào)節(jié)桿位置無關(guān)地，墊塊用于總是確?？煽壳伊己玫匕蚜恼{(diào)節(jié)環(huán)傳遞給葉片軸并且可靠避免了本發(fā)明噴口自鎖。如果沒有墊塊，則在噴口工作期間內(nèi)，由于外力如發(fā)動機振動的影響，調(diào)節(jié)桿可能離開葉片軸地移向調(diào)節(jié)環(huán)。在調(diào)節(jié)噴口時，調(diào)節(jié)環(huán)必須克服插接連接的大摩擦力地向后推調(diào)節(jié)桿，這可能導致卡死及噴口自鎖。當調(diào)節(jié)桿被套裝在葉片軸上時并且當一個從后面接合葉片軸的鎖定件被固定在調(diào)節(jié)桿上時，也保證了可靠而良好地傳遞力。這種力傳遞以非?？煽慷Q，這是因為與墊塊不同地，該鎖定件在噴口工作時只承受比較小的變形力。但是，在任何情況下都非?？扇〉氖?，把調(diào)節(jié)桿的在調(diào)節(jié)環(huán)的槽中受導向的端部設(shè)計成球冠形式，這是因為力或力矩實際上由此會無間隙地從調(diào)節(jié)環(huán)被傳遞給葉片軸。出于節(jié)省空間的考慮，建議每個調(diào)節(jié)桿在兩個支承點之間與葉片軸相連。
如果在支承環(huán)中形成一個可與一冷卻介質(zhì)源相連的并通過葉片軸的外殼導通槽進入流動通道的冷卻通道，則進一步延長了本發(fā)明噴口的使用壽命并提高了其工作可靠性。同時，可以由此避免侵蝕性熱廢氣從流動通道中流出。
值得建議的是，如此把葉片軸裝到導向葉片上，即轉(zhuǎn)動軸線在導向葉片的前緣和一條連接葉片壓力點的線之間經(jīng)過。于是，葉片總是承受一個由廢氣流產(chǎn)生的有限力矩。因此，在一定的工作條件下，可以可靠地避免或至少基本上抑制了否則可能出現(xiàn)的導向葉片振動。如果噴口失效，則導向葉片通過廢氣流被打開，結(jié)果，降低了廢氣渦輪的轉(zhuǎn)速并且避免了超轉(zhuǎn)速。
使轉(zhuǎn)子2不漏氣地從渦輪外殼4通向一個支承點(未示出)并且該轉(zhuǎn)子在

圖1的左側(cè)端部上裝有一個圖1未示出的壓縮機葉輪。
渦輪外殼4包含一個帶有一軸對稱設(shè)置的入口10的進氣外殼9和一個帶有徑向取向的出口13的出氣外殼12。由渦輪外殼4限定出的流動通道14在入口10和出口13之間延伸。從廢氣源(未示出)且尤其是內(nèi)燃機中，把用箭頭表示的熱廢氣15經(jīng)入口10送入。首先，熱廢氣15被引入流動通道14的對準渦輪軸線1的部分內(nèi)。在此通道部內(nèi)，通過導向葉片16和轉(zhuǎn)子葉片3引導廢氣15。在轉(zhuǎn)子葉片3的下游，廢氣15流入一個由出氣外殼12限定的流動通道14部中，在該通道部中，廢氣離開軸線1地被向外引并且最終通過出口13從渦輪外殼4中排出。
圖2示出了噴口5的細節(jié)。噴口5被固定在一個通過螺釘被擰緊在進氣外殼9和出氣外殼12之間的支承環(huán)16上。另外，一個與支承環(huán)16無熱聯(lián)系的卸載環(huán)17被夾緊在兩個外殼9、12之間，此卸載環(huán)在導向葉片6區(qū)域內(nèi)徑向向外地限定出流動通道14的邊界并由此使支承環(huán)16不受熱廢氣的直接作用，由此卸除了支承環(huán)的熱負荷。一個被裝在每個導向葉片6上的葉片軸18通過起殼壁作用的環(huán)17、16被徑向向外地引出到流動通道14外。如此支承著葉片軸18，即其朝外伸出的部分可以繞轉(zhuǎn)動軸線8旋轉(zhuǎn)。這種轉(zhuǎn)動可通過一個設(shè)置在流動通道14外的且可繞渦輪軸線1轉(zhuǎn)動的調(diào)節(jié)環(huán)19以及一個把力矩從調(diào)節(jié)環(huán)19傳遞給每個導向葉片的葉片軸18的調(diào)節(jié)桿20來引起。
可以看到，如此把葉片軸18安裝在導向葉片6上，即轉(zhuǎn)動軸線8在導向葉片的前緣21和一條連接葉片壓力點的線22之間經(jīng)過。由此保證了廢氣流總是對導向葉片6施加一有限的力矩，結(jié)果，盡可能地抑制了不希望的導向葉片在廢氣渦輪工作時的擺動和振動。
在徑向相互錯開的兩個點23、24上支承著葉片軸18的朝外伸出的部分。這兩個支承點23、24設(shè)置在被用作殼4的一部分的支承環(huán)16中。因為卸載環(huán)17位于支承環(huán)16和流動通道14之間，所以支承環(huán)16具有足夠大的徑向尺寸，而不必擔心它將受到不希望的高熱應力。因此，可以徑向相隔較遠地安置這兩個支承點23和24，由此一來，使大支承力遠離支承點23、24。
調(diào)節(jié)桿20在一端上通過套裝與葉片軸18相連。在圖2所示的插接連接中，該葉片軸18端具有兩個呈叉尖狀設(shè)置的爪，它們被套裝在葉片軸18的兩個平面平行地導向的保持面上。所述保持面設(shè)置在這兩個支承點23、24之間。通過這樣的方式，可徑向縮小空間。在其另一端上，調(diào)節(jié)桿20調(diào)節(jié)環(huán)19的一道槽25中受引導。槽25由兩個大致徑向延伸的槽壁限定出邊界，所述槽壁沿調(diào)節(jié)環(huán)19切向看地彼此間有距離，這個距離略大于調(diào)節(jié)桿20的直徑。槽25的深度據(jù)測也略大于調(diào)節(jié)桿20的直徑。通過如此確定槽25的尺寸，確保了在通過調(diào)節(jié)環(huán)轉(zhuǎn)動而引起繞轉(zhuǎn)動軸線8的轉(zhuǎn)動時不卡緊地引導調(diào)節(jié)干20，通過一個被固定調(diào)節(jié)桿20上的并支承在調(diào)節(jié)環(huán)19上的墊塊26保證了在進行轉(zhuǎn)動時沒有不利地影響到調(diào)節(jié)桿20與葉片軸18之間的插接。
圖3示出了本發(fā)明噴口的另一個實施例的調(diào)節(jié)桿20。此調(diào)節(jié)桿同樣套裝在葉片軸18上。但與上述調(diào)節(jié)桿20不同的是，在調(diào)節(jié)桿20上固定著一由鋼板形成的片狀鎖定件33。鎖定件33有一個可彈性變形的叉狀端34。當調(diào)節(jié)桿20套裝在圓柱形葉片軸18上時，叉端34首先張開并且在完成套裝后并在形成夾緊連接的情況下從后面卡住葉片軸18。為盡可能徑向無間隙地保持調(diào)節(jié)桿20，只是在與調(diào)節(jié)桿20插接的區(qū)域中，在成圓柱形的葉片軸內(nèi)形成兩個如圖3所示是平面延伸的側(cè)面。力矩從調(diào)節(jié)環(huán)19被傳遞給葉片軸的特點是傳遞非常可靠，這是因為與墊塊26不同，鎖定件33在噴口工作期間內(nèi)只承受較小的變形力。
也如圖3所示，調(diào)節(jié)桿20在其在調(diào)節(jié)環(huán)19槽25中的端部上被設(shè)計成球冠35形狀。當由調(diào)節(jié)環(huán)19轉(zhuǎn)動引起調(diào)節(jié)桿20繞轉(zhuǎn)動軸線8轉(zhuǎn)動時，一個在此情況下至少局部存在的球面36主要在槽25側(cè)面上滾動。因此，實際上可以無間隙地把力或力矩從調(diào)節(jié)環(huán)19傳遞給葉片軸18。也可以在早先與圖2有關(guān)地描述的調(diào)節(jié)桿20中擬定這個有利的設(shè)計方式及調(diào)節(jié)桿在槽25中導向。
調(diào)節(jié)環(huán)19以其外表面支承在滾動體上。尤其如圖4所示，這些滾動體被設(shè)計成可轉(zhuǎn)動地支承在支承環(huán)16上的單臂桿27的形式。在各桿27的背對支承環(huán)16的端部上，設(shè)置一個月牙板，一個被固定在調(diào)節(jié)環(huán)19上的導塊28嵌在該月牙板中。另外，一個用來接納調(diào)節(jié)環(huán)19的一部分的導槽29也成型于該桿端中，該導槽具有一個貼著調(diào)節(jié)環(huán)19外表面、并與該外表面相反地彎曲的并且用作一個滾動面的槽底面。當通過外來控制或一個桿30引起調(diào)節(jié)環(huán)19轉(zhuǎn)動時，調(diào)節(jié)環(huán)19外表面的在槽29中受引導的部分在桿27轉(zhuǎn)動的同時向上滾動。因而，可靠地避免了在轉(zhuǎn)動時的調(diào)節(jié)環(huán)19自鎖。
如圖2所示，在支承環(huán)16內(nèi)形成一條通道31。在取掉一個帽32后(圖4)，該通道可以與一個冷卻介質(zhì)源如一個增壓空氣冷卻器的出口相連。通道31通過葉片軸18的外殼導通槽進入流動通道14。在通道內(nèi)輸送的壓縮空氣用于有效冷卻噴口5并且通過溢流入流動通道14中來防止熱廢氣進入該噴口。
附圖標記一覽表1-渦輪軸線；2-轉(zhuǎn)子；3-轉(zhuǎn)子葉片；4-渦輪外殼；5-噴口；6-導向葉片；7-轉(zhuǎn)動裝置；8-轉(zhuǎn)動軸線；9-進氣外殼；10-入口；12-出氣外殼；13-出口；14-流動通道；15-廢氣流；16-支承環(huán)；17-卸載環(huán)；18-葉片軸；19-調(diào)節(jié)環(huán)；20-調(diào)節(jié)桿；21-前緣；22-壓力點線；23、24-支承點；25-槽；26-隔離器；27-桿；28-導向塊；29-導槽；30-桿；31-冷卻通道；32-帽；33-鎖定件；34-叉狀端；35-球冠；36-球面；
權(quán)利要求
1.用于軸流式廢氣渦輪且尤其是渦輪增壓器的噴口(5)，它具有a)與渦輪軸線(1)軸對稱地設(shè)置在一條流動通道(14)內(nèi)的導向葉片(6)，每個導向葉片具有一個經(jīng)過一殼壁并徑向向外地從流動通道(14)延伸出來的葉片軸(18)，b)一個轉(zhuǎn)動裝置(7)，可通過該轉(zhuǎn)動裝置使導向葉片(6)繞由葉片軸(18)限定的轉(zhuǎn)動軸線(8)轉(zhuǎn)動，其中c)該轉(zhuǎn)動裝置(7)具有一個在流動通道(14)外支承于滾動體上的且可繞渦輪軸線(1)旋轉(zhuǎn)的調(diào)節(jié)環(huán)(19)d)以及一個把力矩從調(diào)節(jié)環(huán)(19)傳遞給每個導向葉片(6)的葉片軸(18)的調(diào)節(jié)桿(20)，其特征在于，e)所述滾動體分別被設(shè)計成單臂桿(27)的形式，它們可轉(zhuǎn)動地支承在一個殼壁的一個被設(shè)計成支承環(huán)(16)形式的部件上。
2.如權(quán)利要求1所述的噴口，其特征在于，在每個桿(27)的背對支承環(huán)(16)的端部內(nèi)，分別嵌入一個被固定在調(diào)節(jié)環(huán)(19)上的導塊(28)并且形成一個用來接納調(diào)節(jié)環(huán)(19)局部的導槽(29)，所述導槽具有一貼著該調(diào)節(jié)環(huán)的外表面的并與該外表面相反地彎曲的且用做滾動面的槽底面。
3.如權(quán)利要求1或2所述的噴口，其特征在于，葉片軸(18)的朝外伸出的部分支承在支承環(huán)(16)中的兩個徑向相互錯開的位置(23，24)上。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的噴口，其特征在于，通過一個向外地限定出流動通道(14)邊界的卸載環(huán)(17)卸掉支承環(huán)(16)的熱負荷。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的噴口，其特征在于，調(diào)節(jié)桿(20)在兩個支承點(23，24)之間與葉片軸(18)相連。
6.如權(quán)利要求1-5之一所述的噴口，其特征在于，調(diào)節(jié)桿(20)可松開地與葉片軸(18)相連并且它通過一個消除間隙機構(gòu)被無間隙地鎖定在葉片軸和調(diào)節(jié)桿之間。
7.如權(quán)利要求6所述的噴口，其特征在于，調(diào)節(jié)桿(20)被套裝在葉片軸(18)上并且該消除間隙機構(gòu)是一個支承在調(diào)節(jié)環(huán)(19)上的墊塊(26)。
8.如權(quán)利要求6所述的噴口，其特征在于，調(diào)節(jié)桿(20)被套裝在葉片軸(18)上并且該消除間隙機構(gòu)是一個從后面嵌接葉片軸(18)的鎖定件(33)。
9.如權(quán)利要求1-8之一所述的噴口，其特征在于，在支承環(huán)(16)中形成有一個可以與一冷卻介質(zhì)源相連的冷卻通道(31)，該冷卻通道穿過葉片軸(18)的外殼導通槽通入流動通道(14)中。
10.如權(quán)利要求1-9之一所述的噴口，其特征在于，該葉片軸(18)如此與導向葉片(6)相連，即轉(zhuǎn)動軸線(8)在導向葉片(6)的前緣(21)和一條連接葉片壓力點的線(22)之間經(jīng)過。
全文摘要
噴口(5)用來改變渦輪增壓器的軸流廢氣渦輪的導向葉片(6)的位置。導向葉片與渦輪軸線(1)軸對稱地被設(shè)置在傳送廢氣(15)的流動通道內(nèi)并可以分別通過一個轉(zhuǎn)動裝置繞一個徑向延伸軸線(8)轉(zhuǎn)動。一個經(jīng)過殼壁地沿徑向從流動通道中延伸出來的葉片軸(18)被固定每個導向葉片上。葉片軸以其朝外伸出的部分繞轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動地支撐著。轉(zhuǎn)動裝置包含一個裝在該流動通道外的且渦輪軸線轉(zhuǎn)動的調(diào)節(jié)環(huán)(19)及一個將力矩從調(diào)節(jié)環(huán)傳遞給每個導向葉片的葉片軸的調(diào)節(jié)桿(20)。調(diào)節(jié)環(huán)以其外表面支承在滾動體上，滾動體分別被設(shè)計成單臂桿(27)的形式并且可轉(zhuǎn)動地支撐在殼壁的一成支承環(huán)(16)形式的部件上。
文檔編號F02B39/00GK1429311SQ01809647
公開日2003年7月9日 申請日期2001年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月17日
發(fā)明者D·貝倫德特, J·貝茨, M·賽勒 申請人:Abb渦輪系統(tǒng)有限公司