廢氣渦輪的凈化裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種廢氣渦輪的凈化裝置，具體而言，使圓形面轉(zhuǎn)變成環(huán)形面的氣體進(jìn)入部實(shí)施成帶有橢圓形的橫截面。凈化噴嘴的位置的特征在于，該凈化噴嘴布置在橢圓形的較短的對(duì)稱軸線中。由此，在噴嘴長度方面實(shí)現(xiàn)了最小化，并且此外可在阻滯最小化的情況下以防振動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)從外部插入的噴嘴。從外部插入的噴嘴也允許在噴嘴體中的這樣的孔，即其允許直接濕潤引導(dǎo)格柵而不需不必要地濕潤球冠形部。
【專利說明】廢氣渦輪的凈化裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及利用內(nèi)燃機(jī)的廢氣加載的流體機(jī)械的領(lǐng)域。本發(fā)明涉及廢氣渦輪的凈 化裝置、帶有這種凈化裝置的廢氣渦輪或動(dòng)力渦輪（Nutzturbine)以及帶有具有這種類型 的凈化裝置的廢氣渦輪的廢氣渦輪增壓器。
[0002] 廢氣渦輪應(yīng)用在廢氣渦輪增壓器中以用于為內(nèi)燃機(jī)增壓或者作為動(dòng)力渦輪用于 將包含在內(nèi)燃機(jī)的廢氣中的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或電能。
[0003] 根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的具體的運(yùn)行情況和用于驅(qū)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)的燃料的成分，在廢氣渦輪中遲 早導(dǎo)致渦輪級(jí)即在工作葉輪處的渦輪葉片和噴嘴環(huán)的導(dǎo)葉以及不同的渦輪殼體部件的污 染。在噴嘴環(huán)的區(qū)域中，這種污染沉積可導(dǎo)致更差的渦輪效率并且因此引起隨后的機(jī)械例 如借助于廢氣渦輪驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)和增壓的內(nèi)燃機(jī)自身的功率減小。其結(jié)果可導(dǎo)致在燃燒室 中的廢氣溫度提高，由此不僅內(nèi)燃機(jī)而且渦輪增壓器可熱過載。在內(nèi)燃機(jī)中尤其地可出現(xiàn) 排氣閥的損壞或甚至破壞。
[0004] 如果污物層沉積在噴嘴環(huán)上和與四沖程內(nèi)燃機(jī)相連接的渦輪增壓器的渦輪葉片 上，則此外考慮渦輪增壓器轉(zhuǎn)速提高并且由此增壓壓力和氣缸壓力的增加。由此，除了提高 的熱負(fù)載之外，不僅內(nèi)燃機(jī)的構(gòu)件而且渦輪增壓器的構(gòu)件附加地還受到更高的機(jī)械負(fù)載， 這同樣可導(dǎo)致相關(guān)構(gòu)件的破壞。
[0005] 當(dāng)污物層不均勻地分布在渦輪葉輪的工作葉片的周緣處時(shí)，可導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的不平衡 性提高，由此也可損壞旋轉(zhuǎn)的部件的支承。
[0006] 如果在渦輪殼體處發(fā)生污物在流動(dòng)通道的在渦輪葉片的徑向之外的區(qū)域中伸延 的外輪廓處沉積，則由于在渦輪葉片和渦輪殼體之間的徑向間隙減小在運(yùn)行中出現(xiàn)接觸， 其可損壞渦輪葉片并且在極端情況中使渦輪葉片不可用。
[0007] 因此，必須在運(yùn)行期間定期地為噴嘴環(huán)、渦輪葉片和渦輪殼體的相關(guān)的區(qū)域清除 附著在其處的污物。
[0008] 為了在運(yùn)行期間凈化帶有來自利用重油運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)的污物的廢氣渦輪，主要應(yīng) 用未處理的自來水作為凈化介質(zhì)，該自來水通過一個(gè)或多個(gè)在渦輪級(jí)上游的噴嘴被噴入廢 氣流中。
[0009] 凈化作用僅僅可到達(dá)廢氣渦輪的由凈化介質(zhì)濕潤的面中。相應(yīng)地，為了良好的凈 化，必須實(shí)現(xiàn)凈化介質(zhì)在通到渦輪級(jí)的進(jìn)入部處的圓形面或圓環(huán)面中均勻的分布。

【背景技術(shù)】
[0010] 軸流式潤輪（Axialturbine)的典型地徑向流入的（radial angestr5mt)氣體進(jìn) 入殼體將流從圓形橫截面轉(zhuǎn)換成環(huán)形橫截面。為了在渦輪級(jí)處實(shí)現(xiàn)足夠的凈化作用（也就 是說凈化介質(zhì)的足夠的濕潤），發(fā)展了具有部分高的復(fù)雜性的不同的方案。
[0011] 文獻(xiàn)DE3515825A1公開了一種用于凈化帶有軸向?qū)ΨQ的氣體進(jìn)入殼體的廢氣渦 輪增壓器的軸流式渦輪的工作葉片和噴嘴環(huán)的裝置。該凈化裝置包括多個(gè)布置在軸流式渦 輪的氣體進(jìn)入殼體處的噴射器，其帶有伸展直到流動(dòng)通道中的噴嘴和用于凈化介質(zhì)的輸入 部。
[0012] 文獻(xiàn)W02006017952A1公開了一種用于凈化廢氣渦輪增壓器的軸流式渦輪的工作 葉片和噴嘴環(huán)的裝置，其可與所使用的氣體進(jìn)入殼體的形狀無關(guān)地應(yīng)用。凈化介質(zhì)的噴入 通過直接在渦輪進(jìn)入部上游布置在噴嘴環(huán)的轂直徑上的與壁齊平的噴嘴實(shí)現(xiàn)，其中每個(gè)噴 嘴環(huán)葉片關(guān)聯(lián)有一個(gè)噴嘴。
[0013] 文獻(xiàn)EP848150B1公開了一種用于凈化帶有彎折了 90°的氣體進(jìn)入殼體的廢氣渦 輪增壓器的軸流式渦輪的工作葉片和噴嘴環(huán)的裝置。帶有槽形的布置在周緣處的噴嘴孔的 單個(gè)柱形的噴嘴體布置在球冠形的內(nèi)部的殼體壁的滯流點(diǎn)中。
[0014] 文獻(xiàn)W02005/049972A1公開了一種用于凈化帶有伸入流動(dòng)通道中的棒形的噴嘴 的廢氣渦輪增壓器的軸流式渦輪的工作葉片和噴嘴環(huán)的裝置。通過在下游取向的噴射孔以 朝向噴嘴環(huán)和渦輪葉片的方向的流動(dòng)噴入凈化介質(zhì)。
[0015] 文獻(xiàn)EP2565391A1公開了一種帶有單個(gè)的噴嘴桿的簡化的凈化裝置，其特征在 于，提供凈化液的多種壓力水平并且噴嘴本身盡可能定位在流相對(duì)于球冠形部的滯留點(diǎn)附 近（參見）。
[0016] 如果使用從外部通過殼體壁被插入的噴嘴體,必須考慮噴嘴體的固有頻率。噴嘴 體越長，固有頻率越小。需要高的固有頻率以用于避免導(dǎo)致潛在的HCF損壞的渦輪增壓器 旋轉(zhuǎn)頻率的激勵(lì)。
[0017] 為了必須實(shí)現(xiàn)盡可能高的固有頻率，優(yōu)選地必須應(yīng)用噴嘴體的大的基礎(chǔ)橫截面。 該大的基礎(chǔ)橫截面導(dǎo)致氣體通道的大的阻滯并且由此導(dǎo)致了提高的流動(dòng)損失。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 本發(fā)明的目的在于，在濕式凈化方面優(yōu)化徑向流入的軸流式渦輪的流入?yún)^(qū)域。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明這通過以下方式實(shí)現(xiàn)，即流動(dòng)通道在凈化噴嘴的區(qū)域中具有橢圓形的 橫截面，并且凈化噴嘴布置在橢圓形的較短的對(duì)稱軸線中。
[0020] 由此在噴嘴長度方面實(shí)現(xiàn)了最小化，并且此外在阻滯最小化的情況下以防振動(dòng)的 方式實(shí)現(xiàn)了從外部插入的噴嘴。
[0021] 可選地，從外部被插入氣體進(jìn)入殼體中并且伸入流動(dòng)通道中的凈化噴嘴具有在整 個(gè)長度上分布的單獨(dú)的噴嘴孔。
[0022] 在噴嘴體中的每個(gè)噴嘴孔可選地以相對(duì)于噴嘴體的軸線特定的角度取向并且此 外具有特定的孔直徑。在此，借助于CFD模擬限定幾何參數(shù)，例如噴嘴孔的直徑、角位置和 噴嘴體的角位置，以實(shí)現(xiàn)盡可能高的凈化效果。
[0023] 從外部插入氣體進(jìn)入殼體中的凈化噴嘴也允許在噴嘴體中的這樣的孔，即其允許 直接濕潤引導(dǎo)格柵而不需不必要地濕潤球冠形部。
[0024] 從從屬權(quán)利要求中得到其它優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 緊接著根據(jù)圖紙解釋根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的氣體進(jìn)入殼體的實(shí)施形式。其中： 圖1顯示了帶有具有徑向氣體進(jìn)入部的軸流式渦輪和徑流式壓縮機(jī)的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù) 的部分地剖切的廢氣渦輪增壓器的視圖，以及 圖2顯示了沿著軸線的延長線引導(dǎo)的穿過帶有根據(jù)本發(fā)明的凈化噴嘴的根據(jù)圖1的軸 流式渦輪的氣體進(jìn)入殼體的截面，以及 圖3顯示了沿著III-III引導(dǎo)的穿過根據(jù)圖2的氣體進(jìn)入殼體的截面。
[0026] 參考標(biāo)號(hào)列表 1氣體進(jìn)入殼體 10外部的殼體壁 11橋接部 12內(nèi)部的殼體壁（球冠形部） 14外部的殼體壁的進(jìn)入孔 15固定凸緣 18支撐部 21擴(kuò)散器 22氣體離開殼體 3引導(dǎo)裝置 4渦輪葉輪 41工作葉片 42輪轂 5軸 51軸承殼體 6壓縮機(jī)葉輪 61壓縮機(jī)殼體 7凈化噴嘴 71噴嘴體 72在噴組體中的輸送通道 A外部的罩壁的圓形的離開孔的圓軸線 Ri，R2在凈化噴嘴的區(qū)域中的橢圓形的通道橫截面的對(duì)稱軸線 Sp S2廢氣流。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 圖1顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的部分剖切的廢氣渦輪增壓器。在右側(cè)的前部區(qū)域中存 在渦輪葉輪4,其通過軸5與壓縮機(jī)葉輪6相連接。壓縮機(jī)葉輪布置在壓縮機(jī)殼體61中。 軸5支承在軸承殼體51中。
[0028] 渦輪葉輪包括與軸相連接的輪轂42以及多個(gè)與輪轂相連接的工作葉片41。工作 葉片可形狀配合地或力配合地與輪轂相連接。備選地，包括輪轂和工作葉片的渦輪葉輪可 構(gòu)造成單件。
[0029] 渦輪殼體包括氣體進(jìn)入殼體1，其將熱的廢氣從內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中通過引導(dǎo)裝置 3引導(dǎo)到渦輪葉輪的工作葉片上。在渦輪葉輪下游，廢氣穿流擴(kuò)散器21，并且緊接著聚集在 氣體離開殼體22中并且被引導(dǎo)到排氣設(shè)備。
[0030] 軸流式渦輪的氣體進(jìn)入殼體1包括外部的殼體壁10,其在徑向外部包圍流動(dòng)通 道。附加地，氣體進(jìn)入殼體1在內(nèi)部的區(qū)域中包括罩形的內(nèi)部的殼體壁12,其覆蓋渦輪葉輪 的輪轂并且將來自管形的輸入管路的廢氣流分開成環(huán)管形的流動(dòng)。外部的殼體壁在通到渦 輪進(jìn)入部的過渡區(qū)域中形成圓形的離開孔。因此，與內(nèi)部的殼體壁的同軸地布置的圓形的 基礎(chǔ)面外輪廓一起限制環(huán)管形的流動(dòng)通道。
[0031] 圖2顯示了沿著廢氣渦輪的軸軸線的延長部引導(dǎo)的穿過帶有橢圓形的流動(dòng)通道 橫截面和被插入的凈化噴嘴7的根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的氣體進(jìn)入殼體的截面。外部的殼體壁10 構(gòu)造成管形。在所示出的徑向流入的軸流式渦輪中，氣體進(jìn)入殼體具有這樣的功能，即將廢 氣流從與軸向方向不同的方向轉(zhuǎn)向到軸向方向上并且此外將管形的流動(dòng)分割成環(huán)管形的 流動(dòng)。
[0032] 觀察自身，外部的殼體壁10在通到渦輪進(jìn)入部的過渡區(qū)域中具有圓形的離開孔。 垂直于圓形的離開孔的圓形面且通過其中間點(diǎn)的直線以下被稱為軸線A。該軸線A相應(yīng)于 與渦輪葉輪相連接的軸的軸軸線。與軸線A同軸地，在外部的殼體壁10的內(nèi)部中布置有罩 形的內(nèi)部的殼體壁12。在外部的壁10的離開孔的區(qū)域中，內(nèi)部的殼體壁12具有同樣圓形 的基礎(chǔ)面外輪廓。相反地在上游內(nèi)部的殼體壁朝向倒圓的頂端或突起部變細(xì)。在該區(qū)域中 管形的流動(dòng)通道過渡到環(huán)管形的流動(dòng)通道中。
[0033] 在廢氣渦輪的運(yùn)行期間，在內(nèi)燃機(jī)之前的熱的廢氣首先以在橫截面方面至少近似 圓形的廢氣流Si被引導(dǎo)到軸流式渦輪的氣體進(jìn)入殼體中。通過內(nèi)部的殼體壁12(球冠形 部）的作用實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換為環(huán)形的廢氣流S 2?，F(xiàn)在環(huán)形的廢氣流通過流動(dòng)通道繼續(xù)被引導(dǎo)到渦 輪葉輪4。在此，布置在渦輪葉輪的工作葉片41上游的引導(dǎo)裝置（噴嘴環(huán)）3具有的目的 是，最優(yōu)地將廢氣向著渦輪葉輪4的工作葉片41取向。由此被驅(qū)動(dòng)的渦輪葉輪自身通過軸 5用于驅(qū)動(dòng)與其相連接的未示出的壓縮機(jī)或者在動(dòng)力渦輪應(yīng)用的情況中用于驅(qū)動(dòng)未示出的 實(shí)用機(jī)械（Nutzmaschine)例如發(fā)電機(jī)。
[0034] 圖3顯示了沿著III-III被引導(dǎo)的穿過噴嘴體7的截面，在該截面中可看到流動(dòng) 通道的橢圓形的橫截面。該流動(dòng)通道在所示出的截面中具有兩個(gè)對(duì)稱軸線&和R 2，其中， 札是橢圓形的橫截面的較長的對(duì)稱軸線，而R2是橢圓形的橫截面的較短的對(duì)稱軸線。
[0035] 由于流動(dòng)通道的橫截面相對(duì)于圓形的橫截面在較短的對(duì)稱軸線R2的方向上具有 較小的高度，因此也可減小凈化噴嘴7的長度。
[0036] 從外部插入氣體進(jìn)入殼體10中的并且伸入流動(dòng)通道中的凈化噴嘴7在整個(gè)長度 上具有分布的單獨(dú)噴嘴孔。在圖中這些孔未詳細(xì)示出。在圖2中的兩個(gè)箭頭指出凈化液體 的噴射方向，并且由此暗示地指出了在噴嘴體中的兩個(gè)孔的布置和取向。理想地，多個(gè)孔沿 著噴嘴體分布，并且分別以相對(duì)于噴嘴體的軸線的特定的角度取向并且此外分別具有特定 的孔直徑，其中根據(jù)相應(yīng)的具體的流動(dòng)通道幾何結(jié)構(gòu)計(jì)算和實(shí)施具體的實(shí)施形式，即例如 幾何參數(shù)，例如噴嘴孔的直徑和取向。為此有利地應(yīng)用CFD模擬技術(shù)以用于已經(jīng)在設(shè)計(jì)階 段中引起了盡可能高的凈化作用。
【權(quán)利要求】
1. 一種廢氣渦輪的氣體進(jìn)入殼體，該氣體進(jìn)入殼體包括帶有圓形的離開孔的管形的外 部的殼體壁（10)、以及帶有圓形的基礎(chǔ)面外輪廓的布置在所述外部的殼體壁之內(nèi)的罩形的 內(nèi)部的殼體壁（12)，其中帶有圓形的基礎(chǔ)面外輪廓（K)的所述內(nèi)部的殼體壁（12)在所述外 部的殼體壁（10)的圓形的離開孔的區(qū)域中布置成與所述外部的殼體壁（10)的所述圓形的 離開孔同心； 其中，通過所述外部的殼體壁限制的流動(dòng)通道沿著所述內(nèi)部的殼體壁（12)從所述管 形過渡到環(huán)管形； 其中，所述外部的殼體壁如此彎曲地構(gòu)造，即通過所述外部的殼體壁限制的流動(dòng)通道 經(jīng)歷從與所述圓形的離開孔的圓軸線（A)的軸向方向不同的第一方向轉(zhuǎn)向到所述軸向方 向上， 其中，凈化噴嘴（7)被引導(dǎo)穿過所述外部的殼體壁（10)并且伸入所述流動(dòng)通道中， 其特征在于， 所述流動(dòng)通道在所述凈化噴嘴的區(qū)域中具有帶有短的對(duì)稱軸線（R2)和長的對(duì)稱軸線 (Ri)的橢圓形的橫截面，并且所述凈化噴嘴（7)沿著橢圓形的通道橫截面的所述短的對(duì)稱 軸線（R2)延伸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體進(jìn)入殼體，其特征在于，所述凈化噴嘴具有噴嘴體（71) 和多個(gè)在所述噴嘴體（71)的長度上分布的噴嘴孔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體進(jìn)入殼體，其特征在于，所述多個(gè)噴嘴孔中的每一個(gè)分 別以相對(duì)于所述噴嘴體的軸線的特定的角度伸延，并且針對(duì)性地向著所述流動(dòng)通道的一定 的區(qū)域取向。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的氣體進(jìn)入殼體，其特征在于，所述多個(gè)噴嘴孔中的每一個(gè) 分別具有特定的孔直徑。
【文檔編號(hào)】F01D25/00GK104061025SQ201410101998
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月19日
【發(fā)明者】M.菲斯徹爾, R.普羅布斯特, T.雷欽 申請(qǐng)人:Abb渦輪系統(tǒng)有限公司