专利名称：一透平增压器的废气透平的制作方法
技术领域：
本发明涉及一透平增压器的废气透平，其带有一个设置于废气透平的进气通道中并把工质引导到透平叶片上的喷嘴环。
该透平增压器的废气透平的喷嘴环因易变的工作条件例如工质压力和温度的升降而要求很高。根据所用的透平及相应的具体使用条件，该工质可产生较大的温度梯度。由于一喷嘴环相对于包围着它的透平部分总是只占有极小的重量，因此它承受着相当大的温度变化。
常常是通过普通的夹紧装置把喷嘴环固定于废气透平的壳体中。在这种情况下，由于该喷嘴环不能相应地膨胀，它会产生材料变形和裂纹，所以一个这样的喷嘴环不会具有足够的寿命。因此它必须在相当短的时间间隔后进行更换，这样除增加了附加成本外，还使该透平停止工作。
由于这一原因，在喷嘴环和包围着它的部分之间必须设置一足够大的膨胀间隙。然而。由于这一措施又产生了相当多的旁通工质流过该膨胀间隙的缺点。因此它将大大降低透平的效率。
为了消除这一缺点，相应的欧洲专利EP0024275-A1提出了一种喷嘴环，该喷嘴环不但在轴向而且在径向都可自由膨胀并且仍可提供一个可封闭的膨胀间隙。此时该喷嘴环的制动主要是由一弹性元件获得，该弹性元件根据一偏压将该喷嘴环固定地压靠在其位于透平壳体中的支承上。因此也同时获得了对该膨胀间隙的密封。
但是，也可看出，该弹性元件的偏压因工质和喷嘴环的温度高而减小。该弹性元件减小的偏压最后导致该喷嘴环不再紧靠在其支承上，并且该膨胀间隙又使一旁通流流过。因此，借助于该措施，该膨胀间隙的密封相对旁通流也不能得到长久的保证，并且不能防止效率逐渐减小。
本发明就是为了克服所有这些缺点，其目的在于提供一种透平增压器的废气透平用的喷嘴环，该喷嘴环除了具有更好的寿命外还可保证一恒定的效率。
根据本发明，该目的将通过权利要求1前序部分所述装置实现，在该透平壳体和喷嘴环之间设置一径向膨胀间隙，并且在该膨胀间隙中至少设置一密封垫。在这种情况下，该喷嘴环由两个设置于空腔中的固定元件构成，所说的固定元件通过一定数量的导向叶片相互连接在一起。至少在一个固定元件中或至少在一个包围着所说固定元件的透平壳体的部分中设置有一个安装密封垫的环绕槽。
在透平增压器运行时，在该喷嘴环和透平壳体之间设置的径向膨胀间隙使得该喷嘴环不但在轴向而且在径向方向都能自由膨胀。同时该密封垫由于与该透平增压器相连的内燃机的废气压力而压靠在该槽上，因此实现对该膨胀间隙的进一步密封。根据这种方式，一方面可保证该喷嘴环具有足够的热膨胀间隙，另一方面可保证对旁通流进行适当的密封。
如果该环绕槽在废气流动方向形成，这是特别合适的。这样就可得到一个极大的密封面，从而可改善密封并提高透平效率。
该密封垫在该喷嘴环区域内的适当的具体位置情况是该密封垫总是设置于该喷嘴环和进气壳体，即透平一侧的壳体部分或出气壳体之间。
该密封垫制成为片式金属环。最好是一个由足够的耐热性的材料，如铬镍钢制成的双片式金属环。一个这样的密封垫包围角为720°。因此它不但可承受高达750℃的温度，而且也可改善该膨胀间隙的密封性。因此再一次提高了透平效率并增加了喷嘴环的使用寿命。
此外，该密封垫也可制成为由具有足够的耐热性的材料构成的活塞环。从而获得对该膨胀间隙进行密封的另一可能性，其使用取决于相应的具体使用条件。
附图中借助于一个带有喷嘴环的透平增压器的径向透平示出了本发明的一个实施例。
图1是该径向透平的局部纵剖视图；图2是图1中喷嘴环区域的放大剖视图；图3是相应于图1的通过本发明的密封垫的放大纵剖视图；图4是第二实施例中相应于图2的图；图5是第三实施例中相应于图2的图。
为了理解本发明，此时只示出了各主要元件。例如该废气透平增压器的压气机一侧的结构和与该径向透平相连的内燃机的结构都没有示出。工质的流动方向由箭头表示。
该废气透平增压器主要由—未示出的压气机和一个作为径向透平的废气透平1构成。该径向透平1具有一个透平壳体2，该透平壳体2带有一螺旋形进气壳体3、一个制成为出气口法兰的出气壳体4和一个制成为隔板且处于透平一侧的壳体部分5。一个由轴6携带的并带有叶片8的涡轮7可旋转地支承于透平壳体2中。在压气机一侧的轴6上设置一个也没有示出的压气机叶轮。
进气壳体3下游逐渐变成为一个废气10用的进气通道9，该废气10是一个与该废气透平增压器相连但图中未示出的内燃机排出的废气。在该进气通道9中，在该进气壳体3和出气法兰4及隔板5之间形状合理地设置一喷嘴环11。该轴6借助于轴承12可旋转地支承于一轴承箱13中。该进气壳体3和该轴承箱13通过一个在圆周方向设置的夹紧带14相互连接。该出气法兰4和该进气壳体3通过螺钉15相互可拆卸地固定连接(图1)。
该喷嘴环11由两个由一定数目的导向叶片18相互连接在一起的环形固定元件16、17构成。为了安装该喷嘴环11，该透平壳体2在进气壳体3到出气法兰4或到隔板5的通道区域内设置一个空腔19。在该空腔19中，即在该喷嘴环11和透平壳体2之间设置一径向膨胀间隙20，该间隙20可使该喷嘴环11不但在轴向而且在径向都能膨胀。在喷嘴环11的进气侧，一环绕槽21设置于该固定元件17中，并且废气10在流动方向流动。该槽21装载一个密封垫22，该密封垫制成为双片式金属环，即包围角为720°的密封垫。该双片式金属环22由铬镍钢制成，当然也可以用其它耐热材料制成。不但在该槽21中而且在该透平壳体2的空腔19中分别设置该双片式金属环22用的密封面23、24(图2)。根据密封要求和位置情况，当然也可使用单片的或三片的片式金属环。
图3示出一个在图1中仅仅部分示出的双片式金属环22的纵剖视图。为清楚起见，此处选择了一个放大示意图。
为了装配该双片式金属环22，可将该环与喷嘴环11一起推到稍稍小一点的空腔19的外径上。因此形成该双片式金属环22的偏压，通过该偏压始终将该环压靠在密封面24上。为了易于安装该双片式金属环22，空腔19在进气壳体3的区域上设置一斜面26。
在与该废气透平增压器相连且由柴油机构成的内燃机的运行过程中，其废气10首先流到径向透平1的螺旋形进气壳体3中。该废气流在进气壳体3中加速，并由喷嘴环11以一最佳入流角引导到涡轮7中。在此废气10进行最后的减压。与此同时输出功率，该功率用于驱动轴6和压气机叶轮。
按照该径向膨胀间隙20的结构，该喷嘴环11不但在轴向而且在径向都可自由地膨胀。因此通过该进气通道9和膨胀间隙20起作用的废气压力始终使该双片式金属环22压靠在槽21的密封面23上。因此获得对该膨胀间隙20的进一步密封。在相应的实验中，与该膨胀间隙没有密封的情况相比，效率提高可达到三个百分点。
在本发明的第二实施例中，该环绕槽21设置于出气法兰24中(图4)。因此此处给出了该密封垫22的第二种结构，在具有相应结构的前提条件下，该结构可以使用。与第一实施例的区别在于除在槽21中设置密封面23外，还在喷嘴环11的固定元件17上设置一第二密封面27。双片式金属环22的作用类似于第一实施例中的作用。自然，该环绕槽21也可设置于固定元件16或隔板5中，即该喷嘴环11的进气侧或出气侧中(未示出)。
根据图5，在第三实施例中，一个制成为活塞环的密封垫28设置于该喷嘴环11的进气侧，处于其固定元件17及进气壳体3之间。该活塞环28由一相应的相配合槽29装纳。不但在该槽29中而且在透平壳体2的空腔19中分别设置活塞环28用的密封面30、31。为了保证良好的密封，可使用一种带搭接接口的活塞环28(未示出)。该径向透平1的所有其它部分制造得与第一实施例类似。该活塞环28的作用相当于双片式金属环22的作用。
权利要求
1，一透平增压器的废气透平，其带有一个由进气壳体(3)、一出气壳体(4)及至少一个透平一侧的壳体部分(5)构成的透平壳体(2)、一个在轴(6)上可旋转支承的并带有工作叶片(8)的涡轮(7)、一个在透平壳体(2)中设置于该涡轮(7)上游的废气(10)的进气通道(9)及一个设置于该进气通道(9)中且固定于该透平壳体(2)的空腔(9)中并把该废气(10)引导到工作叶片上的喷嘴环(11)，该废气(10)是一个与该透平增压器相连的内燃机排出的废气，其特征在于在透平壳体(2)和喷嘴环(11)之间设置一径向膨胀间隙(20)，并且至少一个密封垫(22，28)设置于该膨胀间隙(20)中。
2，如权利要求1所述废气透平，其特征在于该喷嘴环11由两个设置于空腔(19)中的固定元件(16，17)构成，所说固定元件(16，17)由一定数目的导向叶片(18)相互连接在一起，并且至少在一个固定元件(16，17)中或至少在一个包围着所说固定元件(16，17)的透平壳体(2)的部分(3，4，5)中设置一个装纳该密封垫(12，28)的环绕槽(21)。
3，如权利要求2所述废气透平，其特征在于该环绕槽(21)设置于废气(10)的流动方向。
4，如权利要求3所述废气透平，其特征在于该密封垫(22，28)设置于该进气壳体(3)和喷嘴环(11)之间。
5，如权利要求3所述废气透平，其特征在于该密封垫(22，28)设置于该透平一侧的壳体部分(5)和喷嘴环(11)之间。
6，如权利要求3所述废气透平，其特征在于该密封垫(22，28)设置于该出气壳体(4)和喷嘴环(11)之间。
7，如权利要求4至6之一所述废气透平，其特征在于该密封垫(22)制成为片式金属环，特别是双片式金属环。
8，如权利要求7所述废气透平，其特征在于该片式金属环(22)由一种具有足够的耐热性的材料制成，特别是由铬镍钢制成。
9，如权利要求4至6之一所述废气透平，其特征在于该密封垫(28)制成为活塞环。
10，如权利要求9所述废气透平，其特征在于该活塞环(28)由一种具有足够的耐热性的材料制成，特别是由铬镍钢制成。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种透平增压器的废气透平用的喷嘴环,该喷嘴环除了具有更好的寿命外还可保证一恒定的效率。该目的通过本发明实现,在该透平壳体(2)和喷嘴环(11)之间设置一径向膨胀间隙(20),并且在该膨胀间隙(20)中至少设置一密封垫(22)。因此在该喷嘴环(11)的至少一个固定元件(16,17)中或在至少一个包围着所说固定元件(16,17)的透平壳体(2)的部分(3,4,5)中设置有一个安装该密封垫(22)的环绕槽(21)。
文档编号F01D9/04GK1192513SQ98105958
公开日1998年9月9日 申请日期1998年1月27日 优先权日1997年1月29日
发明者M·迈尔, M·瑟勒尔, C·维瑟特, M·泽恩德尔 申请人:亚瑞亚·勃朗勃威力有限公司