CN109386312A

CN109386312A - 涡轮增压器的轴向涡轮的涡轮流入壳体

Info

Publication number: CN109386312A
Application number: CN201810877062.9A
Authority: CN
Inventors: M.卡尔施米德; S.斯特尔; A.沙青格尔
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: Everllence SE
Priority date: 2017-08-04
Filing date: 2018-08-03
Publication date: 2019-02-26
Also published as: CH714062A2; KR20190015107A; CH714062B1; CH717806B1; DE102017117783A1; JP2019031972A

Abstract

本发明涉及涡轮增压器的轴向涡轮的涡轮流入壳体（10），其具有流入口侧端部（11），涡轮流入壳体的外壁（13）在流入口侧端部（11）处限定截面为圆形的流动通道（15），具有流出口侧端部（12），涡轮流入壳体的外壁（13）和其内壁（14）在流出口侧端部处限定截面为环形的流动通道（16），且具有肋部（17），涡轮流入壳体的外壁（13）和其内壁（14）经由肋部（17）彼此连接。肋部（17）的连接区段（22）定位在流入口侧凸缘（11）的区域中，肋部利用连接区段（22）联接到涡轮流入壳体的外壁（13）。

Description

涡轮增压器的轴向涡轮的涡轮流入壳体

技术领域

本发明涉及涡轮增压器的轴向涡轮的涡轮流入壳体。

涡轮增压器包括用于使第一介质膨胀的涡轮和用于压缩第二介质的压缩机。涡轮增压器的涡轮包括涡轮壳体和涡轮转子。涡轮增压器的压缩机包括压缩机壳体和压缩机转子。涡轮转子和压缩机转子经由轴相互连接，该轴可旋转地安装在涡轮增压器的轴承壳体中。涡轮增压器的轴承壳体连接到涡轮壳体并且还连接到压缩机壳体两者。涡轮增压器的涡轮可实施为轴向涡轮或径向涡轮。同样，涡轮增压器的压缩机可实施为轴向压缩机或径向压缩机。本发明涉及涡轮增压器的设计为轴向涡轮的涡轮的涡轮壳体的涡轮流入壳体。

背景技术

从DE202014002981U1已知涡轮增压器的轴向涡轮的基本结构。因此，该现有技术以摘录的形式示出了涡轮的涡轮转子与涡轮壳体的涡轮流入壳体。在此，涡轮流入壳体的流出口侧端部在DE202014002981U1中示出，涡轮流入壳体（即涡轮流入壳体的径向内壁和径向外壁）在其上限定了截面为环形的流动通道。借助于该环形流动通道，可将待膨胀的介质供给到轴向涡轮的涡轮转子。

根据DE202014002981U1，喷嘴环定位在涡轮转子和涡轮流入壳体的流出口侧端部之间。喷嘴环还描述为引导装置或引导栅格。

发明内容

从实践中已知，涡轮流入壳体的径向内壁和其径向外壁经由肋部彼此连接，肋部延伸通过涡轮流入壳体的流出口侧端部上的环形流动通道。待供给到涡轮转子的介质流围绕这些肋部循环。

从实践中已知的涡轮流入壳体由于热循环而易于破裂。因此，涡轮流入壳体的寿命受到限制。除了形成裂缝之外，在实践中已知的涡轮流入壳体中存在这样的问题：同样是由于热循环而可在涡轮流入壳体和安装在流入壳体上的组件（特别是引导装置或喷嘴环）之间形成相对运动，其结果是，涡轮流入壳体和引导装置之间的操作期间已实现的间隙改变。需要不易于由于热循环而形成裂缝的涡轮流入壳体。此外，需要最大程度地减小由于热循环的在涡轮流入壳体和安装在涡轮流入壳体上的组件之间的相对运动的形成。由此开始，本发明基于形成新型涡轮流入壳体的目的。

根据本发明的第一方面，该目的通过根据权利要求1的涡轮流入壳体解决。根据第一方面，肋部的连接区段（肋部利用连接区段联接到涡轮流入壳体的外壁）定位在流入口侧凸缘的区域中。

根据本发明的第二方面，该目的通过根据权利要求5的涡轮流入壳体解决。根据第二方面，肋部的截面轮廓设计为液滴形。

根据本发明的第三方面，该目的通过根据权利要求7的涡轮流入壳体解决。根据第三方面，在相应肋部的流入侧和流出侧之间以及在外壁和内壁之间延伸的肋部的流动传导表面以这样的方式设计轮廓，使得其最初从流入侧沿肋部轮廓的反转点的方向开始发散并随后从反转点开始沿流出侧的方向会聚，其中在反转点的区域中的流动传导表面的距离d与流入侧和流出侧的距离l之间的比率d/l大于0.4且小于1.0。

本发明的上述方面可单独使用或优选彼此组合使用。因此，可将两个或三个上述方面彼此组合利用。利用全部三个方面，可降低涡轮流入壳体上形成裂缝的风险。此外，涡轮流入壳体和安装在涡轮流入壳体上的组件之间的相对运动的风险可最大程度地减小。根据本发明的涡轮流入壳体可承受多个热负荷循环。

附图说明

从从属权利要求和以下描述中获得本发明的优选的进一步发展。借助于附图更详细地解释本发明的示例性实施例，而不限制于此。其示出：

图1为通过根据本发明的涡轮增压器的轴向涡轮的涡轮流入壳体的轴向截面。

零件清单

10 涡轮流入壳体

11 流入口侧凸缘

12 流出口侧凸缘

13 外壁

14 内壁

15 圆形入口流动通道

16 环形出口流动通道

17 肋部

18 流动传导表面

19 流动传导表面

20 流出侧

21 流入侧

22 连接区段

23 径向方向

24 纵向中心轴线

25 反转点

26 连接区段

具体实施方式

图1示出了涡轮增压器的轴向涡轮的涡轮流入壳体10。这种涡轮流入壳体10包括具有流入口侧凸缘11的流入口侧端部和具有流出口侧凸缘12的流出口侧端部。

在流入口侧端部上，有待在轴向涡轮的区域中膨胀的介质进入涡轮流入壳体10。在流出口侧端部处，该介质沿轴向方向离开涡轮流入壳体10，以便然后沿轴向方向供给到轴向涡轮的涡轮转子。因此，介质在流出口侧端部12的区域中的出口方向在轴向涡轮的轴向方向上延伸。出于这个原因，图1中通过图1中所示的涡轮流入壳体10的截面也描述为轴向截面。

涡轮流入壳体10包括外壁13和内壁14。在涡轮流入壳体10的流入口侧端部处，外壁13限定涡轮流入壳体10的截面是圆形的入口流动通道15。在流出口侧端部处，外壁13与内壁14一起限定涡轮流入壳体10的截面是环形的流出通道16。

在流入口侧端部的区域中，截面为圆形的流动通道15由外壁13限定，并且在流出口侧端部的区域中，环形流动通道16由外壁13和内壁14限定。内壁14也被描述为钟形。

肋部15在外壁13和内壁14之间延伸，其中内壁14经由肋部17连接到外壁13。在此，肋部17在环形出口侧流动通道16和圆形入口侧流动通道15之间的流动通道中延伸。流过涡轮流入壳体10的介质流围绕肋部17循环。介质流围绕其循环的肋部17具有流入侧21、流出侧20和在流出侧20和流入侧21之间延伸的流动传导表面18,19。

根据本发明的第一方面，提供了肋部17的连接区段22，肋部17利用其联接到涡轮流入壳体10的外壁13，连接区段定位在流入口侧凸缘11的区域中并延伸到流入口侧凸缘11的区域中。因此，肋部到外壁13的连接区段22移动到流入口侧端部的区域中，且因此移动到涡轮流入壳体10的流入口侧凸缘11的区域中。

肋部17的特定连接区段26（肋部17经由其联接到内壁14）定位成比起涡轮流入壳体的流入口侧端部更靠近涡轮流入壳体10的流出口侧。

从图1的轴向截面观察到，肋部17相对于径向方向23轴向地倾斜，即，以这种方式使得相应肋部17的纵向中心轴线24包括与径向方向23的角度α，该角度在45°和85°之间，优选在60°和80°之间，特别优选在60°和70°之间。因此，沿径向方向观察的肋部17具有相对低的高度且因此具有相对低的径向延伸。

利用这些特征，可增加涡轮流入壳体10的热阻且因此可增加涡轮流入壳体10的寿命。在肋部17的区域中形成裂缝的风险降低。此外，裂缝传播行为最大程度地减小。涡轮流入壳体和安装在涡轮流入壳体上的组件之间的相对运动的风险同样降低。

根据本发明的第二方面，其优选地与本发明的第一方面结合使用，肋部17的截面轮廓设计为液滴形（参见图1的细节II，其示出截面II-II）。这里，肋部17优选地以这种方式轮廓设计为液滴形，即，使得肋部17的流动传导表面18,19最初在轮廓设计为液滴形的表面18,19的反转点25的方向上从流入侧21开始发散，且在此之后，在流出侧20的方向上从这些反转点25开始会聚，其中，从流出侧20到反转点25的距离大于从流入侧21到反转点25的距离。反转点25是流动传导表面18,19的特定点，其中流动传导表面18,19的发散路线合并到流动传导表面18,19的会聚路线中。因此，在肋部17的区域中提供特别有利的流动传导，特别地，流在肋部17的下游平缓地结合。阴影效果最大程度地减小。

根据本发明的第三方面，其可与第一方面或第二方面或第一和第二方面结合利用，提供了在反转点25的区域中的流动传导表面18,19的距离与流入侧21和流出侧20的距离l之间的比率d/l大于0.4且小于1.0，优选大于0.5且小于0.9，特别优选大于0.6且小于0.8。

特别是当肋部17的特征在于这样的比率d/l时，其大大变厚，结果增加了热阻且因此增加了涡轮流入壳体10的寿命。在肋部17的区域中形成裂缝的风险降低。此外，裂缝传播行为最大程度地减小。涡轮流入壳体和安装在涡轮流入壳体上的组件之间的相对运动的风险同样降低。

因此，利用本发明，提出了用于涡轮增压器的轴向涡轮的新型涡轮流入壳体10。根据本发明的所有方面用于降低由于热负荷循环引起的裂缝形成的风险。此外，可提供最大程度地减小的裂缝传播行为。涡轮流入壳体10可承受多个负荷循环。涡轮流入壳体和安装在涡轮流入壳体上的组件之间不存在相对运动的风险。此外，可提供均匀的流动传导而没有下游引导栅格的振动激励的风险。

Claims

1.涡轮增压器的轴向涡轮的涡轮流入壳体（10），在流入口侧端部（11）处具有流入口侧凸缘（11），所述涡轮流入壳体的外壁（13）在所述流入口侧端部（11）处限定截面为圆形的入口流动通道（15），

在流出口侧端部（12）处具有流出口侧凸缘（11），所述涡轮流入壳体的外壁（13）和所述涡轮流入壳体的内壁（14）在所述流出口侧端部处限定截面为环形的出口流动通道（16），

具有肋部（17），经由所述肋部（17），所述涡轮流入壳体的外壁（13）和所述涡轮流入壳体的内壁（14）彼此连接，其特征在于，所述肋部（17）的连接区段（22）至少一些区段定位在所述流入口侧凸缘（11）的区域中，所述肋部（17）利用所述连接区段（22）联接到所述涡轮流入壳体的外壁（13）。

2.根据权利要求1所述的涡轮流入壳体，其特征在于，所述肋部（17）的连接区段（22）延伸直到所述流入口侧凸缘（11），所述肋部利用所述连接区段联接到所述涡轮流入壳体的外壁（13）。

3.根据权利要求1或2所述的涡轮流入壳体，其特征在于，在轴向截面中看到的所述肋部（17）相对于径向方向（23）轴向地倾斜。

4.根据权利要求3所述的涡轮流入壳体，其特征在于，在轴向截面中看，相应所述肋部（17）的纵向中心轴线（24）包括与径向方向（32）的角度（α），所述角度在45°和85°之间，优选在60°和80°之间，特别优选在60°和70°之间。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的涡轮流入壳体，其特征在于，所述涡轮流入壳体根据权利要求6至10中任一项进一步发展。

6.涡轮增压器的轴向涡轮的涡轮流入壳体（10），在流入口侧（11）处具有流入口侧凸缘（11），所述涡轮流入壳体的外壁（13）在所述流入口侧处限定截面为圆形的入口流动通道（15），在流出口侧端部（12）处具有流出口侧凸缘（11），所述涡轮流入壳体的外壁（13）和所述涡轮流入壳体的内壁（14）在所述流出口侧端部处限定截面为环形的出口流动通道（16），具有肋部（17），所述涡轮流入壳体的外壁（13）和所述涡轮流入壳体的内壁（14）经由所述肋部（17）彼此连接，其特征在于，所述肋部（17）的截面轮廓设计为液滴形。

7.根据权利要求6所述的涡轮流入壳体，其特征在于，所述肋部（17）的、在相应所述肋部（17）的流入侧（21）和流出侧（20）之间并且在所述外壁（13）和所述内壁（14）之间延伸的流动传导表面（18,19）限定所述肋部（17）的液滴轮廓。

8.根据权利要求7所述的涡轮流入壳体，其特征在于，所述肋部（17）的流动传导表面（18,19）最初从所述流入侧（21）沿所述液滴轮廓的反转点（25）的方向开始发散，且在此之后，从所述反转点（25）沿所述流出侧（20）的方向开始会聚，其中从所述流出侧（20）到所述反转点（25）的距离大于从所述流入侧（21）到所述反转点的距离。

9.涡轮增压器的轴向涡轮的涡轮流入壳体（10），在流入口侧端部（11）处具有流入口侧凸缘（11），所述涡轮流入壳体的外壁（13）在所述流入口侧端部处限定截面为圆形的入口流动通道（15），

具有流出口侧凸缘（11）和流出口侧端部（12），所述涡轮流入壳体的外壁（13）和所述涡轮流入壳体的内壁（14）在所述流出口侧端部处限定截面为环形的出口流动通道（16），具有肋部（17），所述涡轮流入壳体的外壁（13）和所述涡轮流入壳体的内壁（14）经由肋部彼此连接，其特征在于，所述肋部（17）的、在相应所述肋部（17）的流入侧（21）和流出侧（20）之间以及在所述外壁（13）和所述内壁（14）之间延伸的流动传导表面（18,19），最初从所述流入侧（21）沿肋部轮廓的反转点（25）的方向开始发散，且在此之后，从所述反转点（25）沿所述流出侧的方向开始会聚，其中在所述反转点（25）的区域中的所述流动传导表面（18,19）的距离d与流入侧（21）和流出侧（20）的距离l之间的比率d/l大于0.4且小于1.0。

10.根据权利要求9所述的涡轮流入壳体，其特征在于，所述比率d/l大于0.5且小于0.9。

11.根据权利要求9所述的涡轮流入壳体，其特征在于，所述比率d/l大于0.6且小于0.8。