專利名稱:廢氣渦輪增壓器渦輪機的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于內(nèi)燃機的廢氣渦輪增壓器。該內(nèi)燃機具有以下所述型式。即內(nèi)燃機的廢氣渦輪增壓器中有一個帶葉片的導(dǎo)流裝置，它裝在渦輪轉(zhuǎn)動葉片的進氣端，由主導(dǎo)流環(huán)7和輔助導(dǎo)流環(huán)8組成。兩導(dǎo)流環(huán)互相分隔形成流道2和3，利用一個蝶閥4可控制流向輔助導(dǎo)流環(huán)8中的廢氣流。
在內(nèi)燃機中，廢氣渦輪增壓器是用于提高內(nèi)燃機的功率。在許多有變速發(fā)動機的應(yīng)用領(lǐng)域(例如船舶、車輛用發(fā)動機)總希望在部分速度時升壓壓力高。為了使部分負(fù)載下比全負(fù)載下增壓壓力相對提高，人們已熟知各種解決辦法。例如采用特別狹窄流動橫截面的渦輪機，使增壓壓力高于整個操作壓力。為了確保全負(fù)載下的增壓壓力不超過容許值，或者將壓氣機后的部分增壓空氣放到大氣，或者將渦輪前的部分高能量廢氣放到大氣。這種解決辦法的缺點在于，放出高壓空氣或者廢氣，都會帶來同樣的影響，即會降低渦輪增壓器的效率，并增加燃料的消耗。
為了實現(xiàn)部分負(fù)載下增壓壓力有相對提高的另一種可行辦法是采用可調(diào)節(jié)的渦輪導(dǎo)葉。這些導(dǎo)葉能使渦輪在全負(fù)載下采用大的橫截面，而在部分負(fù)載下采用小的橫截面。這種解決辦法的缺點是要調(diào)節(jié)無數(shù)的導(dǎo)葉(如18-36片導(dǎo)葉)，這在機械上是很復(fù)雜的。尤其是當(dāng)渦輪增壓器是由以重油為燃料的柴油發(fā)動機的廢氣來驅(qū)動時其調(diào)節(jié)操作可靠性差。因為艱硬的煙塵顆粒有磨蝕可移動導(dǎo)葉的危險，或者不完全燃燒的燃料顆粒會存積在導(dǎo)葉上阻礙導(dǎo)葉的移動。
從聯(lián)邦德國專利DE2934041C2和DE3346472A1中，人們已熟知了各種廢氣渦輪機。這些渦輪機中的各個流道保證了氣流對各轉(zhuǎn)動葉片的載荷作用。不過，這些渦輪機全都安的是無葉片的導(dǎo)流裝置。
歐洲專利EP0093462A1中所介紹的渦輪機，為改變渦輪橫截面積，在渦輪分配器和渦輪導(dǎo)葉間裝有一個軸向可調(diào)的環(huán)形滑動裝置。但這種結(jié)構(gòu)在部分負(fù)載時，廢氣流會流向轉(zhuǎn)動葉片的葉梢，即流到廢氣流產(chǎn)生離心作用最大的點，因而會招致小流動橫截面被粘結(jié)上煙塵粒的潛在危險。
該結(jié)構(gòu)也設(shè)計有不致產(chǎn)生分離的環(huán)形滑動裝置的端面，當(dāng)設(shè)計是根據(jù)可變廢氣流設(shè)計時，這種結(jié)構(gòu)可作為非最佳設(shè)計的折衷設(shè)計。
本發(fā)明試圖對上述問題提出一種補救辦法，其特征在于在廢氣渦輪增壓渦輪機中，1.輔助導(dǎo)流環(huán)(8)布置在較之主導(dǎo)流環(huán)(7)小的安裝直徑上，蝶閥(4)安裝在輔助導(dǎo)流環(huán)(8)的進氣端;
2.主導(dǎo)流環(huán)(7)的內(nèi)頂點輪廓線C2基本上位于轉(zhuǎn)動葉片(6)的內(nèi)頂點輪廓線C1的引伸延長線上;
3.徑向開口寬度A是徑向開口寬度B的85%-110%，而A位于內(nèi)頂點輪廓線C2與主導(dǎo)流環(huán)(7)出口端面的相交處，出口寬度B位于內(nèi)輪廓線C1與主導(dǎo)流環(huán)(7)出口端面的相交處;
4.蝶閥(4)安裝在廢氣渦輪增壓器機殼的進氣口中。
本發(fā)明的目的是要在不損害渦輪機效率的條件下，降低一開頭就提及的廢氣渦輪增壓器在全負(fù)載下的增壓壓力。
可以看到，本發(fā)明的主要優(yōu)點是內(nèi)燃機在部分負(fù)載下，廢氣只經(jīng)由主導(dǎo)流環(huán)去驅(qū)動渦輪機。只有在全負(fù)載下才開啟安裝在進氣端的蝶閥，借此使廢氣在蝶閥處分流，并使氣流經(jīng)由輔助導(dǎo)流環(huán)流向渦輪。輔助導(dǎo)流環(huán)與主導(dǎo)流環(huán)平行連接。由于主導(dǎo)流環(huán)相對于輔助導(dǎo)流環(huán)有更大的流動橫截面，且主導(dǎo)流環(huán)安裝在外流道，所以絕不會有煙塵粒粘結(jié)在流動橫截面上的任何更進一步的危險。此外，在靠近導(dǎo)葉附近處，沒有運動部件，所以不存在調(diào)節(jié)裝置產(chǎn)生粘結(jié)危險的任何問題。另外，對位于進氣端的蝶閥的檢查和清潔工作比對安裝在導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)動葉片區(qū)域內(nèi)的調(diào)節(jié)裝置更方便易行。
本發(fā)明最佳實施例型式中，輔助導(dǎo)流環(huán)是這樣安裝的，即在部分負(fù)載時，封閉輔助導(dǎo)流環(huán)提供的流道，在渦輪機中的氣流實際上不受擾動。當(dāng)主導(dǎo)流環(huán)的內(nèi)頂點輪廓線(inner meridian Contor)基本上位于渦輪轉(zhuǎn)動葉片的內(nèi)頂點輪廓線的引伸延長線上時，仍可實現(xiàn)上述不受擾動的狀態(tài)。渦輪轉(zhuǎn)動葉片的內(nèi)輪廓線也可布置得稍偏一點，這一偏移是根據(jù)廢氣渦輪增壓器渦輪機設(shè)計而定。
用圖形圖解說明本發(fā)明的實施例。
這里圖1表示有主導(dǎo)流環(huán)、輔助導(dǎo)流環(huán)和蝶閥的軸流式廢氣渦輪增壓器渦輪機，蝶閥安裝在進氣端。
圖2是與圖1類似的廢氣渦輪增壓器渦輪機，但主導(dǎo)流環(huán)各導(dǎo)葉和各轉(zhuǎn)動葉片的內(nèi)頂點輪廓線C1，C2位于不同位置。
為了盡快搞清楚本發(fā)明，不必要的各零件都予略去。箭頭表示廢氣流動方向。上兩圖中，同一零件用相同的件號表示。
從圖1可以看見，機殼1中的分隔壁1α將廢氣分成兩路，安裝在進氣端機殼進氣口中的蝶閥4支撐在分隔壁1α的加厚部分上。圖中蝶閥4處于關(guān)閉狀態(tài)，即此時全部廢氣流只從主流道2流過。主導(dǎo)流環(huán)7的出口構(gòu)成主流道2的末尾。主導(dǎo)流環(huán)7由許多固定導(dǎo)葉組成。主導(dǎo)流環(huán)7位于主流道出口端頭，它裝在機殼1和渦輪靜罩殼9之間。靜罩殼9在徑向有一凹槽9α，它作成與主導(dǎo)流環(huán)7外輪廓線吻合的形狀，借此，主流道2的外流動壁、主導(dǎo)流環(huán)7和渦輪罩殼9可以一個裝在另一個內(nèi)。這樣，此區(qū)域內(nèi)氣流不擾動。另一方面，在軸向也設(shè)計有凹槽9α，以便將主導(dǎo)流環(huán)7固定在機殼1和渦輪靜罩殼9之間，用幾個螺釘10將其固定。
在平行安裝的主導(dǎo)流環(huán)7和輔助導(dǎo)流環(huán)8之間有環(huán)13，它作成液滴狀，這種形狀使流道2、流道3與渦輪轉(zhuǎn)動葉輪6間的兩進口形成氣流的理想過渡段。本實施例中，環(huán)13是主導(dǎo)流環(huán)7的一部分。輔助導(dǎo)流環(huán)8布置在較之主導(dǎo)流環(huán)7小的安裝直徑上，即輔助導(dǎo)流環(huán)8安裝在主導(dǎo)流環(huán)7內(nèi)。主導(dǎo)流環(huán)7安裝在分隔壁1α出口處的加厚部分，并用中心定位銷14定位。14嵌在環(huán)13中。輔助導(dǎo)流環(huán)8的葉片既可固定在環(huán)13上，也可固定在壁11上。內(nèi)壁11形成輔助流道3的末尾，它借助幾個螺栓12固定在幾條肋1b上。肋1b是分隔壁1α的軸向突塊，在流道3中，它橫截氣流方向。渦輪轉(zhuǎn)子5的圓周上有許多渦輪葉片。輔助導(dǎo)流環(huán)8應(yīng)這樣布置，即將蝶閥4關(guān)閉時，廢氣流對轉(zhuǎn)動葉片6實際上沒有擾動。為實現(xiàn)這種狀態(tài)，主導(dǎo)流環(huán)7的內(nèi)頂點輪廓線C2應(yīng)基本上位于渦輪轉(zhuǎn)動葉片6的內(nèi)頂點輪廓線C1的延長線上。
在全負(fù)載下，如果需要葉片8的流道開口較寬時，兩條輪廓線C1，C2被布置成互相稍微有點錯位，正如圖2所示。但如果要求通過轉(zhuǎn)動葉片的氣流實際上不受到擾動，則兩頂點輪廓線C1，C2相互間的錯位量必須限制在一很小的范圍內(nèi)。利用徑向開口寬度A和B的比值作為這一錯位量的測定值。A和B分別位于內(nèi)頂點輪廓線C1和C2與主導(dǎo)流環(huán)7出口端面相交處。開口寬度A應(yīng)等于或大于開口寬度B的70%，但最大只能為B的110%。
圖例1機殼1α分隔壁1b肋2主流道3輔助流道4蝶閥5渦輪機轉(zhuǎn)子6渦輪機轉(zhuǎn)動葉片7主導(dǎo)流環(huán)8輔助導(dǎo)流環(huán)9渦輪機靜罩殼10螺釘11內(nèi)壁12螺釘13環(huán)14定位銷A徑向開口寬度，B徑向開口寬度C1轉(zhuǎn)動葉片的內(nèi)頂點輪廓線(inner meridian contour)C2主導(dǎo)流環(huán)的內(nèi)頂點輪廓線(inner meridian contour)
權(quán)利要求
1.內(nèi)燃機的廢氣渦輪增壓器中有一個帶葉片的導(dǎo)流裝置，它安裝在渦輪轉(zhuǎn)動葉片的進氣端，由主導(dǎo)流環(huán)(7)和輔助導(dǎo)流環(huán)(8)組成，兩導(dǎo)流環(huán)相互分隔形成流道(2)和流道(3)，用蝶閥(4)可控制流向輔助導(dǎo)流環(huán)(8)中的廢氣流，其特征在于，輔助導(dǎo)流環(huán)(8)布置在較之主導(dǎo)流環(huán)(7)小的安裝直徑上，蝶閥(4)安裝在輔助導(dǎo)流環(huán)(8)的進氣端。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的廢氣渦輪增壓器渦輪機，其特征在于主導(dǎo)流環(huán)(7)的內(nèi)頂點輪廓線C2基本上位于轉(zhuǎn)動葉片(6)的內(nèi)頂點輪廓線C1的引伸延長線上;
3.根據(jù)權(quán)利要求
2的廢氣渦輪增壓器渦輪機，其特征在于，徑向開口寬度A是徑向開口寬度B的85%-110%，而A位于內(nèi)頂點輪廓線C2與主導(dǎo)流環(huán)(7)出口端面的相交處，出口寬度B位于內(nèi)輪廓線C1與主導(dǎo)流環(huán)(7)出口端面的相交處;
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的廢氣渦輪增壓器渦輪機，其特征在于，蝶閥(4)安裝在廢氣渦輪增壓器機殼的進氣口中。
專利摘要
為了提高廢氣渦輪增壓器內(nèi)燃機的功率，部分負(fù)載下的增壓壓力較之全負(fù)載下的增壓壓力有相對提高，那么較高的增壓壓力就會超過整個操作壓力范圍。為了避免增壓壓力超過全負(fù)載下的容許值，在部分負(fù)載時，廢氣只經(jīng)由主導(dǎo)流環(huán)(7)驅(qū)動廢氣渦輪增壓器渦輪機，只有在全負(fù)載下才開啟安裝在進氣端的蝶閥(4)，使廢氣在蝶閥處分流，且經(jīng)由輔助導(dǎo)環(huán)(8)流到葉片(6)，輔助導(dǎo)環(huán)(8)與主導(dǎo)流環(huán)(7)平行安裝，輔助導(dǎo)流環(huán)(8)安裝在主導(dǎo)流環(huán)(7)內(nèi)。
文檔編號F01D9/02GK86100943SQ86100943
公開日1986年8月20日 申請日期1986年2月20日
發(fā)明者烏爾里克·林西 申請人:布朗-波維里公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan