專利名稱：廢氣渦輪外殼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由廢氣驅(qū)動的渦輪增壓器領(lǐng)域。本發(fā)明涉及一種廢氣渦輪。特別是軸承外殼、渦輪外殼以及廢氣渦輪的隔熱板，其中，廢氣渦輪內(nèi)的隔熱板利用渦輪外殼將入流通道限制在渦輪上；其中，渦輪設(shè)置在可轉(zhuǎn)動支承在軸承外殼內(nèi)的軸上。
背景技術(shù)：
廢氣渦輪增壓器用于提高內(nèi)燃機的功率。在最高幾兆瓦的較低功率范圍內(nèi)，主要使用帶有徑向入流渦輪和上面安裝渦輪的軸的內(nèi)軸承的渦輪增壓器。
在供氣通道不冷卻的非冷卻的廢氣渦輪增壓器中，廢氣溫度在渦輪入口處較高，由此提高機器的熱效率和通過廢氣量排放到空氣壓縮機上的功率。
工作時溫度為例如650C的不冷卻的進氣口-或者渦輪外殼大多直接固定在例如150℃較冷的軸承外殼上。在某些應(yīng)用領(lǐng)域，與供氣通道相反，將軸承外殼冷卻到所述的溫度。也可以像EP 0 856 639中所述的那樣，在通到渦輪上的入流通道的范圍內(nèi)設(shè)置起到防熱作用的隔板，所述隔板保護軸承外殼不受入流通道內(nèi)輸送的熱廢氣的影響。在這種情況下，隔板可以通過相應(yīng)的空氣-或者冷卻液體區(qū)與軸承外殼隔離地設(shè)置，并只有少量確定的接觸點，以便盡可能避免與軸承外殼相應(yīng)的熱滲透。
為將渦輪外殼固定在軸承外殼上，在傳統(tǒng)的廢氣渦輪中使用接片或者所謂的異型卡圈-或V形帶連接。為獲得盡可能高的效率，渦輪葉片之間的空隙應(yīng)對渦輪外殼保持得盡可能小。然而，這就要求該外殼壁和渦輪隨時彼此相對定中心，特別是在滿負荷下工作時和在所有部件相應(yīng)的熱負荷情況下。因為由于軸承外殼和渦輪外殼之間溫差較大，渦輪外殼的定中心座有時向軸承外殼徑向擴張，所以渦輪外殼會相對于軸承外殼并且特別是支承在該外殼里面的渦輪軸偏心，即渦輪外殼相對于軸和設(shè)置在該軸上面的渦輪在徑向上不再定中心。由于外力作用而有所增加的這種偏心導(dǎo)致渦輪葉片尖與渦輪外殼的外殼壁產(chǎn)生接觸，導(dǎo)致相應(yīng)的磨損或者故障，因此導(dǎo)致廢氣渦輪在效率上明顯損失。
EP 0 118 051介紹，如借助于星形設(shè)置的、可在徑向上移動的槽/齒-連接可以避免較熱部件的偏心。
這是一種傳統(tǒng)的，然而成本相當(dāng)高的解決方案，其中加工過程既包括純車削又包括銑削，由于槽/齒-連接的數(shù)量不詳，所以不同的外殼定位數(shù)量有限。然而值得期望的是一種解決方案，其中，渦輪外殼相對于軸承外殼的位置基本上可以無級調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種上述類型的廢氣渦輪，通過渦輪外殼相對于支承在軸承外殼內(nèi)的軸的定中心可以提高渦輪效率。
依據(jù)本發(fā)明，該目的利用權(quán)利要求1、7和12所述特征以及利用權(quán)利要求16得以實現(xiàn)。
通過本發(fā)明所實現(xiàn)的優(yōu)點在于，無需附加構(gòu)件便可保證渦輪外殼相對于支承在軸承外殼內(nèi)的軸進行定中心。軸承外殼、渦輪外殼和隔熱板只需稍作附加加工。由此不會明顯增加廢氣渦輪的成本。
渦輪外殼相對于軸承外殼的位置可以進行無級調(diào)整，因為依據(jù)本發(fā)明在軸承外殼和渦輪外殼之間不存在形狀配合的連接。
這種類型的定中心適合于軸承外殼和渦輪外殼之間所有常用的連接方式，因為依據(jù)本發(fā)明所述定中心通過渦輪外殼內(nèi)部的部件完成。
其他優(yōu)點來由屬權(quán)利要求給出。


下面借助附圖簡要示出根據(jù)本發(fā)明的廢氣渦輪的實施例，并作詳細說明。所有附圖中相同功能的部件采用相同的附圖標(biāo)記。附圖示出圖1依據(jù)本發(fā)明的廢氣渦輪增壓器的第一實施例的示意圖；圖2按圖1的廢氣渦輪增壓器的放大視圖；圖3依據(jù)本發(fā)明的廢氣渦輪增壓器的第二實施例的示意圖；圖4圖3中IV-IV的示意圖；圖5依據(jù)本發(fā)明的廢氣渦輪增壓器的第三實施例的示意圖；以及圖6圖5中VI-VI的示意圖。
具體實施例方式
廢氣渦輪增壓器主要由一未示出的壓縮機和圖1中作為徑向渦輪而示意性示出的廢氣渦輪組成。廢氣渦輪主要包括一個渦輪外殼1和一個軸承外殼4以及一個渦輪5，所述渦輪外殼1帶有一個徑向外置的螺旋狀進氣口外殼和一個排氣口側(cè)的外殼壁12；所述軸承外殼4帶有借助于軸承31可轉(zhuǎn)動地支承的軸3；所述渦輪5設(shè)置在該軸上并帶有工作葉片51。在壓縮機側(cè)，軸上設(shè)置同樣未示出的壓縮機轉(zhuǎn)子。
進氣口外殼在箭頭方向上順流而下地過渡到一個與廢氣渦輪增壓器連接的、同樣未示出的內(nèi)燃機的廢氣入流通道6內(nèi)。入流通道在一側(cè)上以排氣口側(cè)的外殼壁12為界，而在另一側(cè)上設(shè)置一個起到防熱作用的片狀隔板2。至少部分限制軸承外殼一側(cè)上的入流通道的和/或者至少部分軸向上設(shè)置在渦輪和軸承外殼之間的隔熱板用于使處于其后面的軸承外殼避免受到熱的廢氣的影響。
此外，入流通道內(nèi)、在隔熱板和排氣口側(cè)的外殼壁12之間設(shè)置有一個噴管環(huán)7。
渦輪外殼1在示出的實施方式中利用接片43固定在軸承外殼4上，其中，利用螺栓42固定在渦輪外殼上的接片允許渦輪外殼相對于軸承外殼4在徑向上有一定的移動。正如從圖中看到的那樣，隔熱板2以及噴管環(huán)7通過接片43的緊固螺栓夾緊在渦輪外殼1和軸承外殼4之間，并相應(yīng)固定在軸向上。在廢氣渦輪的靜止?fàn)顟B(tài)下，如果渦輪外殼和軸承外殼冷卻的話，那么渦輪外殼處于軸承外殼上，由此相應(yīng)地相對于軸和設(shè)置在上面的渦輪定中心。
圖2放大地示出依據(jù)本發(fā)明的廢氣渦輪的第一種實施方式，在隔熱板2上的徑向內(nèi)部范圍內(nèi)設(shè)置有設(shè)計為環(huán)形棱邊的支座21，所述支座21處于軸承外殼的同樣設(shè)計為環(huán)形棱邊的支座41上。在廢氣渦輪靜止的狀態(tài)下，如果除了軸承外殼以外，隔熱板也是冷卻的話，那么在兩個支座之間總是可以存在從僅幾微米到幾百微米的較小空隙，這樣特別是可以使安裝簡單，即可以將隔熱板軸向插到軸承外殼上。在徑向外置的部位上，隔熱板利用徑向外置的支座22處于渦輪外殼的徑向向內(nèi)指的支座11上，其中，在廢氣渦輪靜止的狀態(tài)下，所述兩個支座之間同樣存在相應(yīng)的較小的空隙。
在廢氣渦輪的工作狀態(tài)下，如果隔熱板溫度明顯高于軸承外殼的話，那么隔熱板因受熱特別是在徑向上膨脹。所述兩個空隙變小，其中，特別是隔熱板的內(nèi)支座21以較大的力壓向冷的軸承外殼的相應(yīng)的支座41。隔熱板的外支座22和渦輪外殼的支座11之間的空隙一般只會減小，但不會完全封閉，因為渦輪外殼由于很熱同樣也要膨脹。通過緊貼在軸承外殼支座41上的隔熱板的徑向內(nèi)支座21確保由于減小的外部空隙而引起的隔熱板2的以及渦輪外殼1的準(zhǔn)確的定中心。
如果為隔熱板選擇熱膨脹系數(shù)大于渦輪外殼材料的熱膨脹系數(shù)的材料，那么隔熱板會比渦輪外殼更強地膨脹，并將渦輪外殼徑向向外擠壓。由此額外改善了渦輪外殼相對于隔熱板的定中心。
圖3和圖4示出依據(jù)本發(fā)明的廢氣渦輪的第二種實施方式。在徑向內(nèi)部的范圍內(nèi)，再次設(shè)置一個設(shè)計為環(huán)形棱邊的支座21，所述支座21再次處于軸承外殼的一個同樣設(shè)計為環(huán)形棱邊的支座41上。作為對隔熱板2的徑向外置部位上的簡化的支座22的附加或者選擇，設(shè)有沿隔熱板的周邊分布地設(shè)置的定中心凸塊23。該凸塊嵌入渦輪外殼中的槽15內(nèi)，由此形成的渦輪外殼1相對于隔熱板2的徑向?qū)?。在廢氣渦輪靜止的狀態(tài)下，特別是在內(nèi)支座的范圍內(nèi)存在相應(yīng)的空隙，再次可以使隔熱板簡單地安裝。在這種情況下，將根據(jù)定中心凸塊23相應(yīng)對齊的隔熱板2軸向插入渦輪外殼1中。在工作狀態(tài)下，隔熱板再次徑向膨脹。所述空隙封閉，隔熱板的支座21向軸承外殼的相應(yīng)支座41擠壓，并相應(yīng)地定中心。在徑向外部范圍內(nèi)，渦輪外殼1的定中心通過導(dǎo)入所述槽15內(nèi)的定中心凸塊23得到保證。
可以替換地將定中心凸塊設(shè)置在渦輪外殼一側(cè)上，相應(yīng)的槽通入隔熱板內(nèi)?；蛘咚霾奂瓤梢酝ㄈ霚u輪外殼內(nèi)也可以通入隔熱板內(nèi)，而該槽內(nèi)軸向插入連接楔或者連接塞。
這兩個實施方式特別適合于在渦輪外殼非常高的溫度下使用，因為由于徑向槽和嵌入其中的定中心凸塊使得渦輪外殼相對于隔熱板的定中心與渦輪外殼的熱膨脹無關(guān)地得到保證。
盡管渦輪外殼和隔熱板之間存在這種形狀配合的連接，但是渦輪外殼相對于軸承外殼的位置仍可無級調(diào)節(jié)，因為在隔熱板和軸承外殼之間、因此也在渦輪外殼和軸承外殼之間不存在形狀配合的連接。
圖5和圖6示出依據(jù)本發(fā)明的廢氣渦輪的與第二種實施方式相比略有變化的第三種實施方式。在隔熱板的徑向內(nèi)部范圍內(nèi)設(shè)有定中心凸塊23。在這種情況下，凸塊23設(shè)置在隔熱板上，并嵌入軸承外殼中的相應(yīng)的槽45內(nèi)，或者可以設(shè)置在軸承外殼上，嵌入隔熱板相應(yīng)的槽內(nèi)。在后一種情況下，槽可以設(shè)計為通孔或者僅設(shè)計為隔熱板上的表面凹陷。形成隔熱板2相對于軸承外殼4的徑向?qū)?。在徑向外置的部位上，隔熱板與第一實施方式相應(yīng)，利用徑向外置的支座22處于渦輪外殼的徑向向內(nèi)指的支座11上，其中，在廢氣渦輪的靜止?fàn)顟B(tài)下再次存在一個相應(yīng)的空隙，這可以用于安裝隔熱板。在這種情況下，將根據(jù)定中心凸塊相應(yīng)對齊的隔熱板2沿軸向插到軸承外殼4上。在工作狀態(tài)中，隔熱板再次徑向膨脹。如上所述，外置部位上的空隙變小，由此產(chǎn)生渦輪外殼相對于隔熱板的相應(yīng)定中心。還可以通過選擇熱膨脹系數(shù)更大的材料來加強隔熱板的膨脹，以便額外提高渦輪外殼相對于隔熱板的定中心。由于通過設(shè)置在內(nèi)部部位上的定中心凸塊，隔熱板相對于軸承外殼的定中心與溫度無關(guān)，所以該實施方式特別適合于瞬時工作或者在進氣口低溫下使用。
盡管隔熱板和軸承外殼之間存在這種形狀配合的連接，但是渦輪外殼相對于軸承外殼的位置如在前兩個實施方式中那樣，可以以任意角度進行調(diào)節(jié)，因為在隔熱板和渦輪外殼之間、因此也在軸承外殼和渦輪外殼之間不存在形狀配合的連接。
對于所述所有三個實施方式的隔熱板適合的材料例如是鎳合金，與鑄鐵件相比其熱膨脹系數(shù)高出約30％。
在隔熱板的徑向外置部位上，用于渦輪外殼的支座也可以通過設(shè)置在隔熱板和渦輪外殼之間的中間件構(gòu)成，特別是通過設(shè)置在入流通道內(nèi)的噴管環(huán)的部件構(gòu)成。在這種情況下，噴管環(huán)和隔熱板、或者噴管環(huán)的部件和隔熱板可以整體制造。
附圖標(biāo)記列表1 渦輪外殼11 支座12 排氣口側(cè)外殼壁15 定中心槽2 隔熱板21 支座，棱邊22 支座23 定中心凸塊3 軸31 內(nèi)軸承4 軸承外殼41 支座，棱邊42 固定件，螺栓43 接片44 定中心槽5 渦輪51 葉片6 入流通道7 噴管環(huán)
權(quán)利要求
1.用于廢氣渦輪的隔熱板(2)，其中，廢氣渦輪具有一個渦輪外殼(1)、一個可轉(zhuǎn)動地支承在軸承外殼(4)內(nèi)的軸(3)以及一個設(shè)置在所述軸上的渦輪(5)，隔熱板(2)利用渦輪外殼(1)將一個入流通道(6)限制在所述渦輪上，其特征在于，該隔熱板具有將渦輪外殼(1)相對于支承在軸承外殼(4)內(nèi)的軸(3)進行定中心的部件(21，22，23)。
2.按權(quán)利要求1所述的隔熱板，其特征在于，隔熱板包括至少兩個支座(21，22)，所述支座作為渦輪外殼相對于所述軸進行定中心的部件，其中，所述至少兩個支座中的一個第一支座(21)用于放置在軸承外殼(4)上，所述至少兩個支座中的一個第二支座(22)用于放置在渦輪外殼(1)上。
3.按權(quán)利要求2所述的隔熱板，其特征在于，至少第一或者第二支座之一設(shè)計為環(huán)形棱邊(21)，所述棱邊用于放置在軸承外殼(4)和/或者渦輪外殼(1)上。
4.按權(quán)利要求3所述的隔熱板，其特征在于，第一和第二支座(21，22)徑向同向地進行設(shè)計。
5.按權(quán)利要求2或3之一所述的隔熱板，其特征在于，隔熱板(2)在第一支座(21)的部位上內(nèi)或者在第二支座(22)的部位上具有定中心凸塊(23)，所述凸塊用于嵌入槽(45，15)內(nèi)，所述槽通入軸承外殼(4)內(nèi)、或者通入渦輪外殼(1)內(nèi)。
6.按權(quán)利要求2或3之一所述的隔熱板，其特征在于，在第一支座的部位上或者在第二支座的部位上通入隔熱板內(nèi)的槽用于接受安裝在軸承外殼上的或者安裝在渦輪外殼上的定中心凸塊。
7.用于廢氣渦輪的軸承外殼(4)，其中，所述廢氣渦輪具有一個渦輪外殼(1)、一個可轉(zhuǎn)動地支承在所述軸承外殼內(nèi)的軸(3)、一個設(shè)置在該軸上的渦輪(5)以及一個在廢氣渦輪內(nèi)利用渦輪外殼將一個入流通道(6)限制在渦輪上的隔熱板(2)，其中，隔熱板具有將渦輪外殼(1)相對于支承在軸承外殼(4)內(nèi)的軸(3)進行定中心的部件(21，22，23)，其特征在于，所述軸承外殼具有用于將渦輪外殼(1)通過該隔熱板(2)并相對于支承在該軸承外殼內(nèi)的軸(3)進行定中心的部件(41，45)。
8.按權(quán)利要求7所述的軸承外殼，其特征在于，軸承外殼包括至少一個用于放置在隔熱板上的支座(41)，所述支座用于作為將渦輪外殼通過隔熱板并相對于支承在該軸承外殼內(nèi)的軸進行定中心的部件。
9.按權(quán)利要求8所述的軸承外殼，其特征在于，軸承外殼的支座設(shè)計為環(huán)形棱邊(41)。
10.按權(quán)利要求7所述的軸承外殼，其特征在于，軸承外殼具有用于嵌入到通入隔熱板(2)的槽內(nèi)的定中心凸塊，所述定中心凸塊用于作為將渦輪外殼通過隔熱板并相對于支承在該軸承外殼內(nèi)的軸進行定中心的部件。
11.按權(quán)利要求7所述的軸承外殼，其特征在于，通入到軸承外殼內(nèi)的槽(45)作為將渦輪外殼通過隔熱板并相對于支承在軸承外殼內(nèi)的軸進行定中心的部件，所述槽(45)用于接受安裝在隔熱板上的定中心凸塊(23)。
12.用于廢氣渦輪的渦輪外殼(1)，其中，廢氣渦輪具有一個渦輪外殼(1)、一個可轉(zhuǎn)動地支承在軸承外殼內(nèi)的軸(3)、一個設(shè)置在所述軸上的渦輪(5)以及一個在廢氣渦輪內(nèi)利用渦輪外殼將一個入流通道(6)限制在渦輪上的隔熱板(2)，其中，隔熱板具有將渦輪外殼(1)相對于支承在軸承外殼內(nèi)的軸(3)進行定中心的部件(21，22，23)，其特征在于，渦輪外殼具有將渦輪外殼(1)通過隔熱板(2)相對于支承在軸承外殼內(nèi)的軸(3)進行定中心的部件(11，15)。
13.按權(quán)利要求12所述的渦輪外殼，其特征在于，渦輪外殼包括至少一個用于放置在隔熱板(2)上的支座(11)，所述支座用于作為將渦輪外殼通過隔熱板并相對于支承在軸承外殼內(nèi)的軸進行定中心的部件。
14.按權(quán)利要求12或13之一所述的渦輪外殼，其特征在于，渦輪外殼具有嵌入到通入隔熱板(2)的槽內(nèi)的定中心凸塊，所述定中心凸塊用于作為將渦輪外殼通過隔熱板并相對于支承在軸承外殼內(nèi)的軸進行定中心的部件。
15.按權(quán)利要求12所述的渦輪外殼，其特征在于，通入到渦輪外殼內(nèi)的槽(15)作為將渦輪外殼通過隔熱板并相對于支承在軸承外殼內(nèi)的軸進行定中心都件，所述槽(15)用于接受安裝在隔熱板上的定中心凸塊(23)。
16.廢氣渦輪，帶有按權(quán)利要求1至6之一所述的一個渦輪外殼(1)、一個可轉(zhuǎn)動地支承在一個軸承外殼(4)內(nèi)的軸(3)、一個設(shè)置在軸上的渦輪(5)和一個隔熱板(2)，其中，隔熱板利用渦輪外殼將入一個入流通道(6)限制在渦輪上。
17.按權(quán)利要求16所述的廢氣渦輪，其特征在于，隔熱板(2)包括一利熱膨脹系數(shù)大于渦輪外殼(1)材料的材料。
18.廢氣渦輪，帶有一個渦輪外殼(1)、一個可轉(zhuǎn)動地支承在一個軸承外殼(4)內(nèi)的軸(3)、一個設(shè)置在軸上的渦輪(5)、以及帶有一個按權(quán)利要求4所述的隔熱板(2)，其中，隔熱板連同渦輪外殼一起將一個入流通道(6)限制在渦輪上，其特征在于，軸承外殼上和/或渦輪外殼上具有環(huán)形棱邊(41)，所述棱邊用于放置在隔熱板的環(huán)形棱邊(21)上。
19.廢氣渦輪，帶有一個渦輪外殼(1)、一個可轉(zhuǎn)動地支承在一個軸承外殼(4)內(nèi)的軸(3)、一個設(shè)置在軸上的渦輪(5)、以及帶有按權(quán)利要求5所述的隔熱板(2)，其中，隔熱板連同渦輪外殼一起將一個入流通道(6)限制在渦輪上，其特征在于，槽通入軸承外殼(4)內(nèi)或者通入渦輪外殼(1)內(nèi)，所述槽用于接受布置在隔熱板上的定中心凸塊(23)。
20.廢氣渦輪，帶有一個渦輪外殼(1)、一個可轉(zhuǎn)動地支承在一個軸承外殼(4)內(nèi)的軸(3)、一個設(shè)置在軸上的渦輪(5)、以及帶有按權(quán)利要求6所述的隔熱板(2)，其中，隔熱板連同渦輪外殼一起將一個入流通道(6)限制在渦輪上，其特征在于，定中心凸塊布置在軸承外殼(4)上或者布置在渦輪外殼(1)上，所述定中心凸塊嵌入通入到隔熱板中的槽內(nèi)。
全文摘要
廢氣渦輪包括一個渦輪外殼(1)，一個可轉(zhuǎn)動地支承在一個軸承外殼(4)內(nèi)的軸(3)，一個設(shè)置在所述軸上的渦輪(5)和一個隔熱板(2)，其中，隔熱板利用渦輪外殼將一個入流通道(6)限制在該渦輪上。所述隔熱板具有兩個支座，其中，第一支座放置在軸承外殼(4)上，第二支座放置在渦輪外殼(1)上。如果隔熱板(2)受熱，那么兩個支座向軸承外殼和渦輪外殼擠壓。渦輪外殼在徑向上向外擠壓。通過所述隔熱板的徑向內(nèi)支座確保隔熱板(2)、因此還有渦輪外殼(1)的定中心。
文檔編號F02C7/12GK1504638SQ200310124880
公開日2004年6月16日 申請日期2003年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月2日
發(fā)明者M·邁耶, M 邁耶, T·格維亨伯格, 嗖 , M·策恩德爾, 韉露, A·邁耶 申請人:Abb渦輪系統(tǒng)有限公司