專利名稱：軸流式渦輪機的制作方法
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。
流體機械中軸流式渦輪機的主要構(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公開了一種廢氣渦輪增壓機的軸流式渦輪機，它在運行時承受與內(nèi)燃機相關(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。由于每一個這種構(gòu)件離內(nèi)燃機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)件之間具有相對運動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)置對于軸流式渦輪機和廢氣渦輪增壓機的功能起著重要作用。
設(shè)置在軸流式渦輪機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)對于熱膨脹尤為關(guān)鍵。EP 806 548 A1公開了一種簡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)則貼在進氣口殼體上。在外環(huán)和進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)至罩的過渡區(qū)中有不連續(xù)性時也要考慮效率相應(yīng)的下降。上述不連續(xù)性除了上面已經(jīng)說明的加工誤差和安裝誤差外，熱膨脹也是一個原因。
為此，由Dejc和Trojanovskij的“軸向渦輪級的檢查和計算”，VEB技術(shù)出版社，柏林，1973年，第452頁(圖7。32，II)公開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，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，在拆卸時這種輪廓的缺點是，軸流式渦輪機只能對著噴嘴環(huán)移動，而不能在兩個方向移動。
本發(fā)明試圖避免所有這些缺點。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。為此要擴大安裝或拆卸的可能性。
按照本發(fā)明，這一目的是這樣實現(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，因此，通流通道在軸向間隙的絕大部分寬度上沒有不連續(xù)性，從而改善了軸流式渦輪機的流動特性和效率。
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有形成不連續(xù)性，從而進一步提高了軸流式渦輪機的效率。
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，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)和葉片頂端的每個工作葉片的外形設(shè)計成在葉片頂端設(shè)置一個至少在壓力側(cè)超出葉片外形的托架，是有利的。通過在托架范圍形成的渦流可以明顯減少對效率有害的葉片頂端的溢流。
最后，在葉片頂端設(shè)置一個沿罩的方向超出托架的接片是有優(yōu)點的。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的軸流式渦輪機描述了本發(fā)明的一個實施例。其中

圖1現(xiàn)有技術(shù)中的軸流式渦輪機的部分縱剖面；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按照圖2的視圖，但是表示第二種實施例；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。沒有表示例如廢氣渦輪增壓機的壓縮側(cè)以及與內(nèi)燃機的連接。工作介質(zhì)的流動方向用箭頭表示。
圖1中作為現(xiàn)有技術(shù)表示的廢氣渦輪增壓機的軸流式渦輪機具有一個由進氣口和出氣口殼體1、2構(gòu)成的渦輪機殼體3，它借助于設(shè)計為螺栓的連接件4連接在一起。在渦輪機殼體3中設(shè)置一個由軸5支撐的帶工作葉片7的轉(zhuǎn)子6。轉(zhuǎn)子6向外由一個作為擴壓器構(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和渦輪機殼體3之間形成通流通道11，用來接收與廢氣渦輪增壓機相連的未示出的柴油機的廢氣并將其繼續(xù)引向轉(zhuǎn)子6的工作葉片7。當(dāng)然另一臺內(nèi)燃機也可與廢氣渦輪增壓機相連。
在工作葉片7上游的通流通道11中設(shè)置一個由外環(huán)12、內(nèi)環(huán)13以及多個其間形成的導(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貼在進氣口殼體1上。內(nèi)環(huán)13借助于幾個設(shè)計為銷子的定位件16抗轉(zhuǎn)動地支撐在進氣口殼體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)明第一實施例的圖1中的放大的局部。在軸流式渦輪機的工作葉片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)。
在柴油機運行時，其熱的廢氣經(jīng)過進氣口殼體1或其內(nèi)設(shè)置的通流通道11到達軸流式渦輪機的轉(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。這樣被傳動的轉(zhuǎn)子6用來傳動與其相連的未示出的壓縮機。在壓縮機中壓縮的空氣被用來增壓，也就是提高柴油機的功率。
通過將接縫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，流入軸流式渦輪機的廢氣可以基本無干擾地經(jīng)噴嘴環(huán)15到達工作葉片7，最終提高效率。
在第二實施例中，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)。由此形成一個具有所謂的正葉片重疊的級，該級減少了工作葉片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)置一個在壓力側(cè)和抽吸側(cè)超出葉片外形23的托架27和一個沿著罩8的方向超出托架27的接片28(圖4)。
通過托架27明顯減小了對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，具有一個支撐一定數(shù)目的工作葉片(7)的轉(zhuǎn)子(6)，一個設(shè)置在工作葉片(7)的上游、由一個外環(huán)(12)、一個內(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)的一個通過軸向間隙(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，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，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，其特征為，每一工作葉片(7)具有一個帶壓力側(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，其特征為，在葉片頂端(26)上設(shè)置一個沿著罩(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,為此應(yīng)擴大安裝和拆卸的可能性。按照本發(fā)明,這是這樣實現(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)的一個通過軸向間隙(18)的一半間隙寬度(9)延伸的假想的平面(20)內(nèi)。
文檔編號F02B39/00GK1253230SQ9912351
公開日2000年5月17日 申請日期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 申請人:亞瑞亞·勃朗勃威力有限公司