專利名稱：軸流式渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1前序部分所述的軸流式渦輪機(jī)。
流體機(jī)械中軸流式渦輪機(jī)的主要構(gòu)件是帶工作葉片的轉(zhuǎn)子、噴嘴環(huán)和工作葉片罩。由于不可避免的加工誤差和安裝誤差在這種軸流式渦輪機(jī)的通流通道中存在引起效率降低的不連續(xù)性。
由EP 806 547 A1公開(kāi)了一種廢氣渦輪增壓機(jī)的軸流式渦輪機(jī)，它在運(yùn)行時(shí)承受與內(nèi)燃機(jī)相關(guān)的很高的溫度，因此，在渦輪側(cè)的構(gòu)件中，例如在進(jìn)氣口殼體、噴嘴環(huán)、罩和出氣口殼體中產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。由于每一個(gè)這種構(gòu)件離內(nèi)燃機(jī)具有不同的距離并為此使用不同的材料，因此，這些構(gòu)件的溫度是不同的。其結(jié)果可能導(dǎo)致各構(gòu)件之間具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的不同的熱膨脹而使螺栓斷裂、氣體泄漏和構(gòu)件撕裂。因此，進(jìn)氣口殼體、出氣口殼體、噴嘴環(huán)和罩的分離處的結(jié)構(gòu)和設(shè)置對(duì)于軸流式渦輪機(jī)和廢氣渦輪增壓機(jī)的功能起著重要作用。
設(shè)置在軸流式渦輪機(jī)的固定的殼體件和旋轉(zhuǎn)的工作葉片之間的通常為澆鑄的噴嘴環(huán)對(duì)于熱膨脹尤為關(guān)鍵。EP 806 548 A1公開(kāi)了一種簡(jiǎn)單并可靠地固定噴嘴環(huán)的方案。為此將噴嘴環(huán)的外環(huán)貼在罩上而內(nèi)環(huán)則貼在進(jìn)氣口殼體上。在外環(huán)和進(jìn)氣口殼體之間形成一軸向膨脹間隙，在外環(huán)和出氣口殼體之間形成一徑向膨脹間隙。
然而業(yè)已表明，即使在從噴嘴環(huán)的外環(huán)至罩的過(guò)渡區(qū)中有不連續(xù)性時(shí)也要考慮效率相應(yīng)的下降。上述不連續(xù)性除了上面已經(jīng)說(shuō)明的加工誤差和安裝誤差外，熱膨脹也是一個(gè)原因。
為此，由Dejc和Trojanovskij的“軸向渦輪級(jí)的檢查和計(jì)算”，VEB技術(shù)出版社，柏林，1973年，第452頁(yè)(圖7。32，II)公開(kāi)了一種減少由渦輪葉片的徑向間隙引起的間隙損失的裝置。為此，將工作葉片與在噴嘴環(huán)中固定的導(dǎo)向葉片分段設(shè)置，并具有正的重疊，也就是說(shuō)，在工作葉片范圍內(nèi)，罩的內(nèi)輪廓設(shè)置得徑向超出導(dǎo)向葉片的范圍。
然而，在拆卸時(shí)這種輪廓的缺點(diǎn)是，軸流式渦輪機(jī)只能對(duì)著噴嘴環(huán)移動(dòng)，而不能在兩個(gè)方向移動(dòng)。
本發(fā)明試圖避免所有這些缺點(diǎn)。本發(fā)明的目的在于提出一種效率改善了的軸流式渦輪機(jī)。為此要擴(kuò)大安裝或拆卸的可能性。
按照本發(fā)明，這一目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，即在按照權(quán)利要求1前序部分所述的裝置中，在工作葉片側(cè)的通過(guò)軸向間隙一半寬度延伸的假想平面中設(shè)置一條從噴嘴環(huán)的外環(huán)至罩的接縫。
這樣，噴嘴環(huán)的外環(huán)就沿著工作葉片方向伸長(zhǎng)，因此，通流通道在軸向間隙的絕大部分寬度上沒(méi)有不連續(xù)性，從而改善了軸流式渦輪機(jī)的流動(dòng)特性和效率。
尤其有利的是外環(huán)和罩的接縫直接設(shè)置在工作葉片的上游。在這種情況中，幾乎全部的軸向間隙寬度沒(méi)有形成不連續(xù)性，從而進(jìn)一步提高了軸流式渦輪機(jī)的效率。
如果為此將罩的內(nèi)輪廓設(shè)置在外環(huán)內(nèi)輪廓的徑向之外時(shí)，是特別適宜的。在這種情況下，形成一種帶所謂的正的葉片重疊的階，它減少了在工作葉片上游范圍內(nèi)的工作葉片的溢流，結(jié)合明顯減小的不連續(xù)性可超比例地提高效率。
由于外環(huán)和罩的接縫直接設(shè)置在工作葉片的上游，在工作葉片的范圍內(nèi)就不需要徑向向內(nèi)的工作葉片的重疊。這種重疊和因此而產(chǎn)生的要求的級(jí)現(xiàn)在由噴嘴環(huán)的外環(huán)承擔(dān)，該外環(huán)本身沿徑向向內(nèi)超過(guò)工作葉片的罩的內(nèi)輪廓。因此，盡管采用了這種有利的葉片重疊，軸流式渦輪機(jī)在去掉噴嘴環(huán)后可以從兩側(cè)拆卸，這止今是不可能的。
此外，如果設(shè)有壓力側(cè)、抽吸側(cè)和葉片頂端的每個(gè)工作葉片的外形設(shè)計(jì)成在葉片頂端設(shè)置一個(gè)至少在壓力側(cè)超出葉片外形的托架，是有利的。通過(guò)在托架范圍形成的渦流可以明顯減少對(duì)效率有害的葉片頂端的溢流。
最后，在葉片頂端設(shè)置一個(gè)沿罩的方向超出托架的接片是有優(yōu)點(diǎn)的。該接片減少了在工作葉片和罩之間構(gòu)成的徑向間隙內(nèi)的間隙損失。
在附圖中借助于廢氣渦輪增壓機(jī)的軸流式渦輪機(jī)描述了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。其中

圖1現(xiàn)有技術(shù)中的軸流式渦輪機(jī)的部分縱剖面；圖2具有本發(fā)明的噴嘴環(huán)結(jié)構(gòu)的圖1的放大的局部；圖3按照?qǐng)D2的視圖，但是表示第二種實(shí)施例；圖4葉片沿著圖3中的IV-IV線的剖面。
圖中只表示出了理解本發(fā)明重要的部件。沒(méi)有表示例如廢氣渦輪增壓機(jī)的壓縮側(cè)以及與內(nèi)燃機(jī)的連接。工作介質(zhì)的流動(dòng)方向用箭頭表示。
圖1中作為現(xiàn)有技術(shù)表示的廢氣渦輪增壓機(jī)的軸流式渦輪機(jī)具有一個(gè)由進(jìn)氣口和出氣口殼體1、2構(gòu)成的渦輪機(jī)殼體3，它借助于設(shè)計(jì)為螺栓的連接件4連接在一起。在渦輪機(jī)殼體3中設(shè)置一個(gè)由軸5支撐的帶工作葉片7的轉(zhuǎn)子6。轉(zhuǎn)子6向外由一個(gè)作為擴(kuò)壓器構(gòu)成的罩8界定。罩8本身經(jīng)法蘭9用螺栓10固定在出氣口殼體2上。在轉(zhuǎn)子6和渦輪機(jī)殼體3之間形成通流通道11，用來(lái)接收與廢氣渦輪增壓機(jī)相連的未示出的柴油機(jī)的廢氣并將其繼續(xù)引向轉(zhuǎn)子6的工作葉片7。當(dāng)然另一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)也可與廢氣渦輪增壓機(jī)相連。
在工作葉片7上游的通流通道11中設(shè)置一個(gè)由外環(huán)12、內(nèi)環(huán)13以及多個(gè)其間形成的導(dǎo)向葉片14組成的作為鑄件的噴嘴環(huán)15。后者被軸向夾緊在罩8和進(jìn)氣口殼體1之間，徑向設(shè)置在出氣口殼體2內(nèi)。為此，噴嘴環(huán)15的外環(huán)12貼在罩8上，其內(nèi)環(huán)13貼在進(jìn)氣口殼體1上。內(nèi)環(huán)13借助于幾個(gè)設(shè)計(jì)為銷子的定位件16抗轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐在進(jìn)氣口殼體1上。在噴嘴環(huán)15的外環(huán)12和罩8之間形成接縫17(圖1)。當(dāng)然，噴嘴環(huán)15也可由其它的材料例如由板材或鋼型材制成或由陶瓷制成。
圖2表示本發(fā)明第一實(shí)施例的圖1中的放大的局部。在軸流式渦輪機(jī)的工作葉片7和導(dǎo)流葉片14之間構(gòu)成一具有間隙寬度19的軸向間隙18。噴嘴環(huán)15的外環(huán)12和罩8之間的接縫17設(shè)置在葉片一側(cè)的通過(guò)軸向間隙18的一半間隙寬度19延伸的假想的平面20內(nèi)。示出的是一種直接在工作葉片7的上游設(shè)置有接縫17的有利的結(jié)構(gòu)。
在柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)，其熱的廢氣經(jīng)過(guò)進(jìn)氣口殼體1或其內(nèi)設(shè)置的通流通道11到達(dá)軸流式渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子6。這里，噴嘴環(huán)15的任務(wù)里將廢氣最佳地引導(dǎo)到轉(zhuǎn)子6的工作葉片7上。這樣被傳動(dòng)的轉(zhuǎn)子6用來(lái)傳動(dòng)與其相連的未示出的壓縮機(jī)。在壓縮機(jī)中壓縮的空氣被用來(lái)增壓，也就是提高柴油機(jī)的功率。
通過(guò)將接縫17按照本發(fā)明直接設(shè)置在工作葉片7的上游以及為此相應(yīng)延長(zhǎng)的外環(huán)12而明顯減少了幾乎在全部的軸向間隙18范圍內(nèi)由加工誤差和安裝誤差引起的不連續(xù)性。因此，流入軸流式渦輪機(jī)的廢氣可以基本無(wú)干擾地經(jīng)噴嘴環(huán)15到達(dá)工作葉片7，最終提高效率。
在第二實(shí)施例中，不僅工作葉片7的罩8而且噴嘴環(huán)15的外環(huán)12具有一個(gè)內(nèi)輪廓21，其中，罩8的內(nèi)輪廓21設(shè)置在外環(huán)12的內(nèi)輪廓22的徑向之外(圖3)。由此形成一個(gè)具有所謂的正葉片重疊的級(jí)，該級(jí)減少了工作葉片7在其上游范圍的溢流?，F(xiàn)有技術(shù)中已知的在導(dǎo)向葉片14范圍內(nèi)徑向向內(nèi)的由罩8實(shí)現(xiàn)的工作葉片7的重疊現(xiàn)在由噴嘴環(huán)15的外環(huán)12承擔(dān)。因此，盡管采用這種有利的葉片重疊，軸流式渦輪機(jī)可以在去掉噴嘴環(huán)15后從兩側(cè)拆卸，這是止今不可能的。
此外，在圖3中描述了工作葉片7的外形3，該外形具有壓力側(cè)24、抽吸側(cè)25和葉片頂端26。在葉片頂端26上設(shè)置一個(gè)在壓力側(cè)和抽吸側(cè)超出葉片外形23的托架27和一個(gè)沿著罩8的方向超出托架27的接片28(圖4)。
通過(guò)托架27明顯減小了對(duì)效率有害的葉片頂端26的溢流。為此，接片28減少了在工作葉片7和罩8之間形成的徑向間隙29中可能的間隙損失。
權(quán)利要求
1.軸流式渦輪機(jī)，具有一個(gè)支撐一定數(shù)目的工作葉片(7)的轉(zhuǎn)子(6)，一個(gè)設(shè)置在工作葉片(7)的上游、由一個(gè)外環(huán)(12)、一個(gè)內(nèi)環(huán)(13)和一些在其間設(shè)置的導(dǎo)向葉片(14)組成的噴嘴環(huán)(15)，一個(gè)在工作葉片(7)和導(dǎo)向葉片(14)之間形成的、具有間隙寬度(19)和軸向間隙(18)和一個(gè)向外限定工作葉片(7)的罩(8)，其中，在噴嘴環(huán)(15)的外環(huán)(12)和罩(8)之間形成接縫(17)，其特征為，外環(huán)(12)和罩(8)的接縫(17)設(shè)置在工作葉片側(cè)的一個(gè)通過(guò)軸向間隙(18)的半間隙寬度(19)延伸的假想平面(20)內(nèi)。
2.按照權(quán)利要求1的軸流式渦輪機(jī)，其特征為，外環(huán)(12)和罩(8)的接縫(17)直接設(shè)置在工作葉片(7)的上游。
3.按照權(quán)利要求1或2的軸流式渦輪機(jī)，其特征為，罩(8)和外環(huán)(12)具有內(nèi)輪廓(21，22)，其中，罩(8)的內(nèi)輪廓(21)設(shè)置在外環(huán)(12)的內(nèi)輪廓(22)的徑向外面。
4.按照權(quán)利要求3的軸流式渦輪機(jī)，其特征為，每一工作葉片(7)具有一個(gè)帶壓力側(cè)(24)、抽吸側(cè)(25)和葉片頂端(26)的葉片外形(23)，其中，在葉片頂端(26)上設(shè)置一個(gè)至少在壓力側(cè)超出葉片外形(23)的托架(27)。
5.按照權(quán)利要求4的軸流式渦輪機(jī)，其特征為，在葉片頂端(26)上設(shè)置一個(gè)沿著罩(8)方向超出托架(27)的接片(28)。
全文摘要
本發(fā)明旨在提出一種效率改善了的軸流式渦輪機(jī),為此應(yīng)擴(kuò)大安裝和拆卸的可能性。按照本發(fā)明,這是這樣實(shí)現(xiàn)的,即噴嘴環(huán)(15)的外環(huán)(12)與罩(8)的接縫(17)設(shè)置在工作葉片側(cè)的一個(gè)通過(guò)軸向間隙(18)的一半間隙寬度(9)延伸的假想的平面(20)內(nèi)。
文檔編號(hào)F02B39/00GK1253230SQ9912351
公開(kāi)日2000年5月17日 申請(qǐng)日期1999年11月4日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月4日
發(fā)明者B·菲利普森 申請(qǐng)人:亞瑞亞·勃朗勃威力有限公司