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CN109812302A - 涡轮机和涡轮增压器 - Google Patents

涡轮机和涡轮增压器 Download PDF

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CN109812302A CN201811397840.0A CN201811397840A CN109812302A CN 109812302 A CN109812302 A CN 109812302A CN 201811397840 A CN201811397840 A CN 201811397840A CN 109812302 A CN109812302 A CN 109812302A
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J.克利马
V.霍特
T.魏斯布罗德
B.哈斯
J.尼布尔
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Abstract

一种用于涡轮增压器的涡轮机，用于使介质膨胀，带有涡轮机转子，带有具有插入件(13)的涡轮机壳体，所述插入件(13)在涡轮机转子的邻近叶片的径向外侧延伸，其中，插入件（13）在上游端处包括第一凸缘(16)，并且在下游端处包括第二凸缘(17)，并且其中，插入件(13)在第一凸缘(16)与第二凸缘(17)之间延伸的中间部分(21)中具有近似恒定的厚度(D)。

Description

涡轮机和涡轮增压器
技术领域
本发明涉及一种涡轮机，并且涉及一种具有涡轮机的涡轮增压器。
背景技术
图1示出了从现有技术已知的涡轮增压器1的基本结构。
涡轮增压器1包括用于使第一介质膨胀、尤其地用于使内燃机的废气膨胀的涡轮机2。此外，涡轮增压器1包括即利用在第一介质的膨胀期间在涡轮机2中提取的能量用于压缩第二介质、尤其是进气空气的压缩机3。
涡轮机2包括涡轮机壳体4和涡轮机转子5。压缩机3包括压缩机壳体6和压缩机转子7。压缩机转子7经由安装在轴承壳体9中的轴8联接至涡轮机转子5，其中，轴承壳体9被定位在涡轮机壳体4与压缩机壳体5之间，并连接至涡轮机壳体4和连接至压缩机壳体5。此外，图1示出了压缩机侧消音器10。
涡轮机2的涡轮机壳体4包括入流壳体11和出流壳体12。经由入流壳体11，待在涡轮机2的区域中膨胀的第一介质能被供给至涡轮机转子5。经由出流壳体12或经由未示出的排气管，在涡轮机转子5的区域中膨胀的第一介质从涡轮机流走。
除入流壳体11和出流壳体12之外，涡轮机壳体4包括插入件13，其中，插入件13尤其地在入流壳体11的区域中延伸，即在径向外侧邻近涡轮机转子5的移动叶片14、邻近地延伸至涡轮机转子5。此外，涡轮机壳体4包括喷嘴环15。喷嘴环15还被称为涡轮机引导设备。
在操作期间，能出现涡轮机2的失效。在这期间，尤其地碎片能从涡轮机转子5脱离并撞穿涡轮机壳体4。这必须避免。由于这个原因，从实践已知给涡轮增压器1的涡轮机2配备爆裂保护，例如壳体。
存在通过涡轮机内部措施改善爆裂保护的需求，以便例如能够使带有较薄的壁厚的壳体具体化，以便通过这样做实现成本和重量的优点。
发明内容
由此开始，本发明基于的目的是创造一种新型涡轮机和一种新型涡轮增压器。该目的通过根据权利要求1的涡轮机和根据权利要求10的涡轮增压器解决。根据本发明，在第一凸缘与第二凸缘之间或者在涡轮机的区域中延伸的插入件在中间部分中具有近似恒定的厚度。
在涡轮机失效的情况下，根据本发明的涡轮机的插入件允许以限定的方式拦截和去除涡轮机转子的碎片的动能，使得在实现成本和重量的优点并减少邻接结构的同时能够更容易地实现诸如例如壳体的用于安全壳安全性的其他措施。
插入件的中间部分的厚度由在插入件的流动引导径向内壁与插入件的径向外壁之间的径向距离限定，其中，近似恒定的厚度基于中间部分的平均厚度以最大±10%变化。中间部分的平均厚度优先地达到插入件的配合直径的3%与9%之间，其中，配合直径由在插入件的第一凸缘上形成的用于涡轮机壳体的一部分的径向接触表面限定。通过这种方式，即在提供成本和重量的降低的前提下，能在涡轮机的区域中特别有利地提供安全壳安全性。
附图说明
本发明的另外的优选改进从从属权利要求和以下的说明获得。本发明的示例实施例通过附图的方式被更详细地说明，但不限于此。示出的是：
图1示出通过根据现有技术的涡轮增压器的横截面；
图2示出根据本发明的涡轮机或根据本发明的涡轮增压器的详图；
图3示出根据本发明涡轮机或根据本发明的涡轮增压器的另一详图。
具体实施方式
本发明在此涉及一种涡轮机，并且涉及一种涡轮增压器。已参考图1描述了根据现有技术的涡轮机和涡轮增压器的基本结构。在下文中，将仅讨论使涡轮机不同于现有技术的根据本发明的涡轮机和根据本发明的涡轮增压器的这样的细节。
图2和3示出了根据本发明的涡轮增压器的涡轮机的详图，其中，图1示出了在插入件13的区域中涡轮机壳体4的邻近的喷嘴环15和邻近的入流壳体11的节取。
插入件13径向地邻近涡轮机转子5的移动叶片14延伸，并且至少部分地界定涡轮机2的流动通道。
在上游端处，插入件13包括第一凸缘16，并且在下游端处包括第二凸缘17。
在第一凸缘16处，插入件13抵靠涡轮机壳体4的入流壳体11的部分18，其中，在该凸缘16上，形成用于入流壳体11的部分18的一方面的轴向接触表面16a和另一方面的径向接触表面16b。在该上游凸缘16的区域中的径向接触表面16b限定插入件13的所谓的配合直径dP。
在相对定位的下游端处，形成插入件13的第二凸缘17，经由所述第二凸缘17，插入件13在其下游端处与涡轮机2的入流壳体11的另一部分19相互作用，其中，根据图2，多个螺钉20延伸穿过入流壳体11的形成凸缘的该部分19和插入件13的第二凸缘17，所述多个螺钉20在拧紧期间、即用轴向接触表面16a在轴向方向上将在插入件13的上游端处的凸缘16压在入流壳体11的部分18上。
在插入件13的上游端处的第一凸缘16与在下游端处的第二凸缘17之间，形成插入件13的中间部分21，其中，插入件13的该中间部分21以近似恒定的厚度D为特征。该厚度D由在插入件13的流动引导径向内壁13a与插入件13的径向外壁13b之间的径向距离限定。
插入件13的该部分21的近似恒定的厚度D意味着在部分21的区域中，厚度D基于中间部分21的平均厚度以最大±10%变化，优先地以最大±7%变化，特别优选地以最大±5%变化。
近似恒定的厚度基于中间部分21的平均厚度特别优选地以最大±2mm变化。
平均厚度由中间部分21沿着其轴向延伸的所有厚度的平均值限定。
中间部分21的平均厚度尤其地达到配合直径dP的3%与9%之间，优选地在4%与8%之间，特别优选地在5%与7%之间。
插入件13优先地是已预制成最终轮廓的铸造部件。仅在流动引导径向内壁13a的区域中提供插入件13的机械加工，其优先地通过车削实现。
采用本发明，在失效的情况下能通过插入件13以限定的方式去除涡轮机转子5的碎片的动能。由于这个原因，能更简单、更容易并且更有成本效益地使安全壳安全性的其他措施具体化。此外，能调整在插入件13与涡轮机转子5之间的最优间隙。在操作期间，不存在插入件13由于热膨胀而在涡轮机转子5的方向上移动并减小该间隙的风险。
因而，通过限定的壁厚获得涡轮增压器的改善的热特性。经由小并因而柔性的壁厚，通过弹性的柔性变形拦截通过热膨胀对部件的载荷。获得凸缘轴承壳体/涡轮机入流壳体之间的更有利的凸缘加载以及通过穿过喷嘴环和插入件的最优更小间隙的效率提高。
本发明的另一积极效果是，因为壁厚不仅径向地被限定而且在径向区域以上的过渡区域中被限定，所以防止凸缘区域(凸缘轴承壳体-涡轮机入流壳体)的分裂。由于这个原因，作用于该凸缘的力被保持在限定的范围内。
附图标记列表：
1 涡轮增压器
2 涡轮机
3 压缩机
4 涡轮机壳体
5 涡轮机转子
6 压缩机壳体
7 压缩机转子
8 轴
9 轴承壳体
10 消音器
11 入流壳体
12 出流壳体
13 插入件
13a 壁
13b 壁
14 移动叶片
15 喷嘴环
16 凸缘
16a 接触表面
16b 接触表面
17 凸缘
18 部分
19 部分
20 螺钉
21 部分

Claims (10)

1.一种用于涡轮增压器的涡轮机，用于使介质膨胀，
带有涡轮机转子(5)，
带有涡轮机壳体(4)，
带有在所述涡轮机转子(5)的邻近的移动叶片(14)的径向外侧延伸的插入件(13)，其中，所述插入件(13)在上游端处包括第一凸缘(16)，并且在下游端处包括第二凸缘(17)，其特征在于，
所述插入件(13)在所述第一凸缘(16)与所述第二凸缘(17)之间延伸的中间部分(21)中具有近似恒定的厚度(D)。
2.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，所述厚度(D)由在流动引导径向内壁(13a)与径向外壁(13b)之间的径向距离限定。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮机，其特征在于，在所述第一凸缘(16)与所述第二凸缘(17)之间的所述近似恒定的厚度(D)基于所述中间部分(21)的平均厚度以最大±10%变化。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，在所述第一凸缘(16)与所述第二凸缘(17)之间的所述近似恒定的厚度(D)基于所述中间部分(21)的平均厚度以最大±10mm变化。
5.根据权利要求3或4所述的涡轮机，其特征在于，所述中间部分(21)的所述平均厚度达到所述插入件(13)的配合直径(dP)的3%与9%之间。
6.根据权利要求5所述的涡轮机，其特征在于，所述平均厚度达到所述配合直径(dP)的4%与8%之间。
7.根据权利要求6所述的涡轮机，其特征在于，所述平均厚度达到所述配合直径(dP)的5%与7%之间。
8.根据权利要求5至7中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，所述配合直径(dP)由在所述插入件(13)的所述第一凸缘(16)上形成的用于所述涡轮机壳体的一部分(18)的径向接触表面(16b)限定。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，所述插入件(13)经由延伸穿过所述涡轮机壳体(4)的入流壳体(11)的凸缘（19）和所述插入件(13)的所述第二凸缘(17)的螺钉(20)、在所述插入件(13)的所述下游端处被拧紧至所述入流壳体(11)。
10.一种涡轮增压器，
带有用于使第一介质膨胀的涡轮机(2)，
带有用于压缩第二介质的压缩机(3)，
其特征在于，
所述涡轮机(2)根据权利要求1至10中的任一项形成。
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