CN100470011C - 船用径流式废气涡轮增压器可调喷嘴环机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种船用径流式废气涡轮增压器可调喷嘴环机构，包括喷嘴叶片(2)和喷嘴环(2′)，其特点是：多个喷嘴叶片(2)和喷嘴环(2′)是可分离设置的，喷嘴叶片(2)的轴(110)可旋转地通过喷嘴环(2′)的安装孔(110′)，轴的一端部与一齿轮(11)连接，多个所述齿轮(11)与一齿圈(10)啮合；还包括使齿圈(10)旋转的元件。通过所述机构改变喷嘴叶片的方位，可以提供面积不同的喉口面积，从而实现柴油机在不同工况下提高增压器的工作转速和压缩空气的压力，满足了柴油发动机在启动、低负荷运转时的性能时始终保持低排放、高效率的要求。

Description

船用径流式废气涡轮增压器可调喷嘴环机构

技术领域

本发明涉及一种废气涡轮增压器，特别地涉及一种船用径流式废气涡轮增压器喷嘴环机构。

背景技术

船用径流式废气涡轮增压器主要应用于中速柴油发动机，经过数十年的发展，船用径流式废气涡轮增压器在性能上得到了显著的进步。然而，船用径流式涡轮增压器的整体结构一直没有明显的改进，在废气涡轮端更是如此。目前常见径流式涡轮增压器的废气进气方式为：柴油发动机汽缸废气从增压器的燃气进气壳的进气口进入，流经整体精铸的喷嘴环，在喷嘴环上设置有方向、流线以及喉口面积都固定的喷嘴叶片，然后废气进入径流式透平涡轮，驱动增压器转子高速旋转。虽然这种带增压的柴油发动机的效率得到了充分的提高，但是由于在增压器的匹配中，增压器的所有参数都是根据柴油机的额定工况设计的，在柴油机启动、处于低工况和承受部分负荷时，柴油机并不能在最佳状态下工作，燃油未经充分燃烧，致使柴油机油耗高，对环境污染大并且低工况响应差。随着当代动力装置在排放、节能以及功率上越来越高的要求，这种常规增压器的缺陷已经愈发明显。

如果可以实现对增压器喷嘴环叶片的方向、喉口尺寸在不同工况时可以进行调节，也即在柴油发动机的不同工况都可以根据其需求进行该工况下的增压系统匹配，就能满足柴油发动机在启动、低工况与承受部分负荷时的工作需求，所述的技术问题就可以迎刃而解。

发明内容

本发明的目的在于提供一种船用径流式废气涡轮增压器可调喷嘴环机构，该机构在柴油发动机的不同工况都可以根据其需求进行该工况下的增压系统匹配，使得柴油发动机在启动、低工况与承受部分负荷运转时也能满足低排放、高效率的要求。

为了解决所述的技术问题，本发明提供的船用径流式废气涡轮增压器喷嘴环机构包括喷嘴环和多个喷嘴叶片，其特点是：所述的喷嘴叶片和喷嘴环可分离地设置，每个喷嘴叶片的轴可旋转地通过在喷嘴环中的对应的安装孔，轴的一端部与一齿轮连接，多个所述齿轮分别与一齿圈啮合；该机构还包括使齿圈旋转的元件。

在上述的船用径流式废气涡轮增压器可调喷嘴环机构中，轴与安装孔的配合是间隙配合并且配合间隙大小按照下式确定：

Φd^*l₁ ^*700-ΦD^*l₂ ^*700+0.02～0.04     (mm)

式中：Φd——喷嘴叶片安装轴110的轴径   (mm)

l₁——喷嘴叶片的材料膨胀系数   (10^-6/℃)

ΦD——喷嘴环的安装孔的孔径   (mm)

l₂——燃气进气壳材料膨胀系数   (10^-6/℃)

在上述的船用径流式废气涡轮增压器可调喷嘴环机构中，在所述喷嘴叶片和增压器的进气壳体之间设置有密封元件，该密封元件可以是迷宫式活塞环。

在上述的船用径流式废气涡轮增压器可调喷嘴环机构中，在所述喷嘴叶片的轴上设置有弹簧，并且所述弹簧位于一限位元件和喷嘴环之间。

在上述的船用径流式废气涡轮增压器可调喷嘴环机构中，所述的使所述齿圈旋转的元件可以是与所述齿圈连接的调节杆和调节拨叉。

通过旋转上述的齿轮转动所述喷嘴叶片，从而改变喷嘴叶片的方位，可以提供面积不同的喉口面积，从而实现在柴油发动机的不同工况都可以根据其需求进行该工况下的增压系统匹配，满足了柴油发动机在低工况与承受部分负荷运转时始终保持低排放、高效率的要求；此外，通过密封元件与弹簧，保证了径流式增压器的密封效果。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明，在附图中，相同的标号指示相同的部件；

图1是根据本发明提供的一种可调喷嘴叶片的实施例的示意图；

图2是根据本发明的径流式废气涡轮增压器可调喷嘴环机构的实施例的剖视图；

图3是在图2中A处的局部放大视图。

具体实施方式

本发明提供的径流式废气涡轮增压器可调喷嘴环机构将现有技术中的整体式喷嘴环分离，精密浇铸单个喷嘴叶片，喷嘴叶片的转动由调节传动机构实现。参照图1，转动根据本发明的可调喷嘴叶片2，可以在不同方向提供面积不同的喉口面积，例如在B处沿顺时针方向旋转可调喷嘴叶片2时喉口面积增大，在C处沿逆时针方向旋转可调喷嘴叶片2时喉口面积减小。

参照图2，根据本发明的径流式废气涡轮增压器可调喷嘴环机构包括可调喷嘴叶片2、轴承3、挡圈5、锁紧弹簧6、调节齿圈10、小齿轮11、平键12、齿轮挡圈13、弹簧挡圈15、活塞环16、调节拨叉20以及调节杆21等。在该实施例中，喷嘴环2′成为燃气进气壳1的一部分，设置在燃气入口处，可调喷嘴叶片2的安装轴110依靠轴承3可旋转地通过在喷嘴环2′中设置的安装孔110′，并且安装轴110的一端部通过平键12与小齿轮11连接，齿轮挡圈13作为限位元件调整小齿轮11在轴上的位置，调节齿圈10与多个小齿轮11相啮合；通过推动调节杆21和调节拨叉20，可以使调节齿圈10进行顺时针或逆时针转动，从而安装在每一个可调喷嘴叶片2的轴110上的小齿轮11可以逆时针或顺时针转动，小齿轮11通过平键12带动可调喷嘴叶片2转动实现可调喷嘴叶片2的可调。

由于废气涡轮端通常处于400℃-500℃的高温，还会处于接近650℃-700℃的极限温度，并且根据各自不同的要求，可调喷嘴叶片2和燃气进气壳1通常会选用热膨胀系数存在一定差异的材料，因此要实现可调喷嘴叶片2在所有温度下的顺利转动，要求可调喷嘴叶片2的安装轴110和喷嘴环2′的安装孔110′之间要保持必需的间隙，防止两者之间出现过盈配合；但是由于在废气涡轮端存在较高的燃气压力，过大的间隙又会导致废气的泄漏，使增压器的效率降低。因此如何合理地确定所述间隙，并通过专门的机构保证增压器的密封，对于实现可调喷嘴环机构来说非常重要。在本发明的实施例中，根据可调喷嘴叶片2和燃气进气壳1的线胀系数的差异，并且基于最高700℃的温度选择了合理的配合间隙，结合附图3，该间隙可按照下式进行计算：

Φd^*l₁ ^*700-ΦD^*l₂ ^*700+0.02～0.04   (mm)

式中：Φd——喷嘴叶片安装轴110的轴径   (mm)

l₁——喷嘴叶片2的材料膨胀系数   (10^-6/℃)

ΦD——喷嘴环2′的安装孔110′的孔径   (mm)

l₂——燃气进气壳材料膨胀系数   (10^-6/℃)

同时对于所述密封，一方面采用设置在安装轴110上、位于挡圈5和弹簧挡圈15之间的锁紧弹簧6，保证可调喷嘴叶片2的面101与喷嘴环的面101′紧密贴合，两面之间的间隙接近于零，另一方面还采用了设置在安装孔110′中的二道迷宫式活塞环16，防止废气的泄漏，保证径流式增压器的密封效果。

由上述内容可知，柴油发动机汽缸废气由燃气进气壳1进入径流式废气涡轮增压器，经涡旋流道后进入可调喷嘴环叶片2，经可调喷嘴叶片2的导向、加速后流入废气透平涡轮驱动增压器转子，驱动其转动，做功后的废气由排气扩压器9排出；对于不同工况时的柴油发动机，可以通过可调喷嘴叶片2的旋转，调节喷嘴叶片2的喉口面积和废气流向，进而实现柴油机不同工况下提高增压器工作转速和压缩空气压力的要求。

然而，所述的实施例应在所有方面仅考虑成示例性的而不是限制性的。本发明的范围因此由附带的权利要求书来指出，而不是前面的说明内容，在权利要求书的等价的意义和范围内的所有变化都将包含于这个范围。

Claims (5)

1.一种船用径流式废气涡轮增压器可调喷嘴环机构，包括多个喷嘴叶片(2)、喷嘴环(2′)和燃气进气壳(1)，每个所述喷嘴叶片(2)和所述喷嘴环(2′)可分离地设置，所述喷嘴叶片(2)的轴(110)可旋转地通过所述喷嘴环(2′)的安装孔(110′)，所述轴的一端部与一齿轮(11)连接，多个所述齿轮(11)与一齿圈(10)啮合；还包括使所述齿圈(10)旋转的元件；其特征在于，所述喷嘴环(2′)与所述燃气进气壳(1)是一整体，所述轴(110)与所述安装孔(110′)的配合是间隙配合并且配合间隙大小按照下式确定：

Φd*l₁*700-ΦD*l₂*700+0.02～0.04      (mm)

式中：

Φd——所述轴(110)的轴径(mm)

l₁——所述喷嘴叶片(2)的材料膨胀系数(10^-6/℃)

ΦD——所述喷嘴环(2′)的安装孔(110′)的孔径(mm)

l₂——所述喷嘴环(2′)的材料膨胀系数(10^-6/℃)。

2.如权利要求1所述的船用径流式废气涡轮增压器可调喷嘴环机构，其特征在于，在所述安装孔(110′)内设置有密封元件。

3.如权利要求2所述的船用径流式废气涡轮增压器可调喷嘴环机构，其特征在于，所述密封元件是迷宫式活塞环(16)。

4.如权利要求1所述的船用径流式废气涡轮增压器可调喷嘴环机构，其特征在于，在所述喷嘴叶片(2)的轴(110)上设置有弹簧(6)，并且所述弹簧(6)位于一限位元件和喷嘴环(2′)之间。

5.如权利要求1所述的船用径流式废气涡轮增压器可调喷嘴环机构，其特征在于，所述的使所述齿圈(10)旋转的元件是与所述齿圈(10)连接的调节杆(21)和调节拨叉(20)。

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