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CN106907196A - 排气涡轮增压器和用于排气涡轮增压器的支撑结构 - Google Patents

排气涡轮增压器和用于排气涡轮增压器的支撑结构 Download PDF

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CN106907196A
CN106907196A CN201610929162.2A CN201610929162A CN106907196A CN 106907196 A CN106907196 A CN 106907196A CN 201610929162 A CN201610929162 A CN 201610929162A CN 106907196 A CN106907196 A CN 106907196A
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F.格里沙贝尔
S.布劳恩
J-E.梅尔斯科特
B.塔泽
D.绍尔
V.霍尔特
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Abstract

一种排气涡轮增压器，具有用于膨胀排气和用于提取能量的涡轮机（11），并具有借助于涡轮机提取的能量用于压缩增压空气的压缩机（1），其中涡轮机（11）包括具有流入壳体和流出壳体（9）的多部件涡轮机壳体（10）和定位在涡轮机壳体中的涡轮机转子，其中压缩机（1）包括具有支承壳体（3）和蜗形壳体（4）的多部件压缩机壳体（2）和定位在压缩机壳体中并耦接到涡轮机转子的压缩机转子（7），具有经由压缩力支撑涡轮机壳体（10）和压缩机壳体（2）的支撑结构（12），其包括在外侧作用于压缩机壳体（2）上的第一环形法兰（13）和在外侧作用于涡轮机壳体（10）上的第二环形法兰（14），第一环形法兰（13）和第二环形法兰（14）通过支撑涡轮机壳体（10）和压缩机壳体（2）的拉压杆（15）互相连接。

Description

排气涡轮增压器和用于排气涡轮增压器的支撑结构
技术领域
本发明涉及一种排气涡轮增压器和用于排气涡轮增压器的支撑结构。
背景技术
排气涡轮增压器包括涡轮机和压缩机。排气涡轮增压器的涡轮机用于膨胀离开发动机的排气并用于在排气膨胀过程中提取能量。排气涡轮增压器的压缩机借助于涡轮机中所提取的能量用于压缩要送入发动机的增压空气。涡轮机包括多部件的涡轮机壳体和定位在涡轮机壳体中的涡轮机转子。压缩机包括多部件的压缩机壳体和定位在压缩机壳体中的压缩机转子。压缩机转子和涡轮机转子通过轴耦接。在排气涡轮增压器运行过程中存在风险，例如，压缩机转子爆炸且压缩机转子的碎片击穿压缩机壳体并飞入排气涡轮增压器的四周。相似的失效也可以发生在排气涡轮增压器的涡轮机区域。为了考虑这个问题，在实践中已知的排气涡轮增压器的情况下，压缩机壳体（和如果适用的涡轮机壳体）以这样一种方式设计，各自壳体的失效不被期望发生且即使各自的转子爆炸，转子的碎片不能击穿各自的壳体。因此，一方面排气涡轮增压器的重量会增加，同时另一方面，这些措施只能被应用于新设计的排气涡轮增压器。相比之下，已经存在的、旧的排气涡轮增压器不能重新设计从而没有对应的保护，且万一失效，碎片可因此进入四周。
发明内容
从DE 10 2013 013 571 A1中已知一种解决方案，通过此种方案即使旧的已经存在的排气涡轮增压器在万一失效时也可被保护，从而没有其碎片进入四周。为此提出在每种情况下，压缩机壳体和/或涡轮机壳体至少部分地被至少一个金属环形织物包住。
由此出发，本发明基于创造新型排气涡轮增压器和用于排气涡轮增压器的支撑结构的目标。
根据权利要求1，此目标通过一种排气涡轮增压器解决。
根据本发明，排气涡轮增压器包括通过压缩力支撑涡轮机壳体和压缩机壳体的支撑结构，所述支撑结构包括在外侧作用于压缩机壳体上的第一环形法兰和在外侧作用于涡轮机壳体上的第二环形法兰，第一环形法兰和第二环形法兰通过支撑涡轮机壳体和压缩机壳体的拉压杆互相连接。根据本发明，排气涡轮增压器具有用于排气涡轮增压器失效的特别有利的保护，从而排气涡轮增压器的碎片不能进入四周。根据本发明，排气涡轮增压器的支撑结构特别适用于翻新已经存在的旧的排气涡轮增压器。
优选地，第一环形法兰在外侧作用于压缩机壳体的蜗形壳体上而第二环形法兰在外侧作用于涡轮机壳体的流出壳体上。拉压杆在压缩机壳体外侧和涡轮机壳体外侧延伸。万一失效时排气涡轮增压器的特别有效的保护从而可能，这特别适用于翻新已经存在的旧的排气涡轮增压器。
根据有利的其他扩展，支撑结构以这样一种方式通过压缩力支撑涡轮机壳体和压缩机壳体或其对应的壳体部件，壳体或壳体部件中通过压缩力产生的压缩应力在数量上大于万一失效时作用于壳体或壳体部件上的拉伸应力。可因此容易地并可靠地避免在排气涡轮增压器万一失效时支撑壳体或壳体部件爆炸以及压缩机转子或涡轮机转子的碎片可能击穿相应的壳体。特别优选地，已经存在的、旧的排气涡轮增压器可因此在万一失效时被保护。
根据进一步有利的其他扩展，压缩机壳体包括安装在压缩机壳体的蜗形壳体上的延展性材料插入件。因此可以保证压缩机转子万一失效时，撞击插入件的压缩机转子碎片导致插入件的区域载荷而不是集中载荷，从而万一失效时，作用于压缩机壳体或插入件上的力可被有利地引入支撑结构。万一失效时排气涡轮增压器的特别有效的保护从而可能。
根据本发明，用于排气涡轮增压器的支撑结构在权利要求10中被限定。
附图说明
本发明优选的其他扩展由从属权利要求和下述描述中获得。本发明的典型实施例通过附图更加详细地说明但不限制于此。在此示出：
图1：根据现有技术的排气涡轮增压器的选段形式的横截面；
图2：根据本发明的排气涡轮增压器的外部视图。
具体实施方式
本发明涉及排气涡轮增压器。排气涡轮增压器包括涡轮机和压缩机。排气涡轮增压器的涡轮机包括多部分的涡轮机壳体和接纳在涡轮机壳体中的涡轮机转子。排气涡轮增压器的压缩机包括压缩机壳体和接纳在压缩机壳体中的压缩机转子。涡轮机转子和压缩机转子互相耦接。在涡轮机区域的膨胀期间从排气提取的能量在压缩机中被利用从而压缩增压空气。
图1示出了排气涡轮增压器在压缩机1区域的横截面选段，即压缩机壳体2，其中图1所示压缩机壳体2由支承壳体3和蜗形壳体4组成。
此外，图1示出了作用于压缩机壳体2的蜗形壳体4上的插入件5和类似地作用于压缩机壳体2的蜗形壳体4上的消音器6的元件。图1中，压缩机转子7同样被示出，其中压缩机转子7与插入件5共同限定用于要压缩的增压空气的流管8。排气涡轮增压器的涡轮机11的涡轮机壳体10的流出壳体9作用于压缩机壳体2的支承壳体3上，其中，除了流出壳体9之外，涡轮机壳体10还包括未示出的流入壳体。此外，涡轮机11包括未示出的涡轮机转子，所述涡轮机转子耦接到压缩机转子7。
这里提及的本领域技术人员熟悉图1所示排气涡轮增压器的基本构造。
为了给排气涡轮增压器提供爆炸保护和遏制保护，根据本发明提供，排气涡轮增压器包括支撑结构12，借助于支撑结构，涡轮机壳体10和压缩机壳体2经由压缩力支撑。为此，支撑结构12包括在外侧作用于压缩机壳体2上的第一环形法兰13和在外侧作用于涡轮机壳体10上的第二环形法兰14。第一环形法兰13连接到压缩机壳体2，即连接到压缩机壳体2的蜗形壳体4，而第二环形法兰14连接到涡轮机壳体10，即连接到涡轮机壳体10的流出壳体9。此处，第一环形法兰13通过第一螺纹连接在外侧作用于压缩机壳体2上，即作用于蜗形壳体4上，其中第二法兰连接14经由第二螺纹连接在外侧作用于涡轮机壳体10上，即作用于流出壳体9上。
支撑结构12的两个环形法兰13、14经由多个拉压杆15互相连接，即支撑涡轮机壳体10和压缩机壳体2，同时引入压缩应力到这些壳体2、10，所述压缩应力通过压缩力产生。在图示优选典型实施例中，在外侧作用于压缩机壳体2和涡轮机壳体10上的支撑结构12相应地支撑压缩机壳体2的蜗形壳体4和涡轮机壳体10的流出壳体9，即通过压缩力，其中，经由拉压杆15和支撑结构12的环形法兰13、14被引入壳体部件（即蜗形壳体4和流出壳体9）的这些压缩力在这些壳体部件中产生压缩应力，压缩应力在数量上大于万一失效时作用于壳体2、10或壳体部件4、9上的拉伸应力。万一失效时作用的拉力和由此带来的作用于排气涡轮增压器壳体或壳体的上述壳体部件上的拉伸应力可相应地通过从支撑结构12引入壳体2、10或壳体部件4、9的压缩应力抵消，使得万一失效时壳体2、10或壳体部件4、9没有爆炸的风险。
第一环形法兰13，其在外侧作用于压缩机壳体2上，特别地作用于压缩机壳体2的蜗形壳体4上，主要吸收万一失效时作用于压缩机壳体2上的轴向力，而第二环形法兰14，其在外侧作用于涡轮机壳体10或作用于涡轮机壳体10的流出壳体9上，主要吸收万一失效时作用于涡轮机壳体10上的轴向力。
特别地，万一排气涡轮增压器失效时，在压缩机转子7或未示出的涡轮机转子相应地爆炸时，这些转子的碎片撞击壳体时产生的轴向力可能经由支撑结构12被可靠地吸收。万一失效时，压缩机转子7的碎片可例如首先到达插入件5并通过插入件5施加拉力和如此的拉伸应力到压缩机壳体2的蜗形壳体4。此外，此种碎片到达压缩机壳体2的支承壳体3，所述支承壳体连接到涡轮机壳体10的流出壳体9。因此，拉力和如此的拉伸应力被最终引入壳体或壳体部件，可导致壳体或壳体部件的破坏。根据本发明，针对破坏的保护通过支撑结构12提供，经由支撑结构12，压缩机壳体2的蜗形壳体4和涡轮机壳体10的流出壳体9以限定的方式被支撑，同时引入压缩应力到壳体或壳体部件。这里，如已经解释的，环形法兰14吸收引入到涡轮机壳体10的流出壳体9的力，而环形法兰13主要吸收作用于压缩机壳体2的蜗形壳体4上的力。通过合适数目的拉杆15，合适的预加载荷可在壳体2、10或壳体部件4、9中被调整，所述拉杆将两个环形法兰13、14互相连接，同时支撑壳体或壳体部件。
优选的实施例中，压缩机壳体2的插入件5由延展性材料组成或形成，所述插入件被安装在蜗形壳体4上。因此，可以保证的是，万一压缩机转子7失效，撞击插入件5的碎片不会导致集中载荷而是导致插入件5的区域载荷，因此对应的力随后被均匀地引入支撑结构12并可被支撑结构12吸收。因此，用于排气涡轮增压器的特别有利的遏制保护或爆炸保护于是是可能的。
此外，当涡轮机壳体10的流出壳体9由延展性材料组成从而能够均匀地在涡轮机壳体10区域中将载荷作为区域载荷引入，这是有利的，在支撑结构12中也是如此。
本发明特别适用于用有效的爆炸保护或遏制保护翻新已经存在的旧的排气涡轮增压器。根据本发明，支撑结构12可被容易在外侧安装在存在的排气涡轮增压器的压缩机壳体2和涡轮机壳体10上，从而提供压缩机壳体2和涡轮机壳体10的遏制保护或爆炸保护。
附图标记列表
1 压缩机
2 压缩机壳体
3 支承壳体
4 蜗形壳体
5 插入件
6 消音器
7 压缩机转子
8 流管
9 流出壳体
10 涡轮机壳体
11 涡轮机
12 支撑结构
13 环形法兰
14 环形法兰
15 拉压杆

Claims (11)

1.一种排气涡轮增压器，具有用于膨胀排气和用于提取能量的涡轮机（11），并具有借助于涡轮机中所提取的能量用于压缩增压空气的压缩机（1），其中涡轮机（11）包括具有流入壳体和流出壳体（9）的多部件壳体（10）和定位在涡轮机壳体中的涡轮机转子，其中压缩机（1）包括具有支承壳体（3）和蜗形壳体（4）的多部件压缩机壳体（2）和定位在压缩机壳体中并耦接到涡轮机转子的压缩机转子（7），其特征在于经由压缩力支撑涡轮机壳体（10）和压缩机壳体（2）的支撑结构（12），所述支撑结构包括在外侧作用于压缩机壳体（2）上的第一环形法兰（13）和在外侧作用于涡轮机壳体（10）上的第二环形法兰（14），第一环形法兰（13）和第二环形法兰（14）通过支撑涡轮机壳体（10）和压缩机壳体（2）的拉压杆（15）互相连接。
2.如权利要求1所述的排气涡轮增压器，其特征在于：第一环形法兰（13）在外侧作用于压缩机壳体（2）的蜗形壳体（4）上。
3.如权利要求1或2所述的排气涡轮增压器，其特征在于：第二环形法兰（14）在外侧作用于涡轮机壳体（10）的流出壳体（9）上。
4.如权利要求1到3中任一项所述的排气涡轮增压器，其特征在于：拉压杆（15）在压缩机壳体（2）外侧和涡轮机壳体（10）外侧延伸。
5.如权利要求1到4中任一项所述的排气涡轮增压器，其特征在于：第一环形法兰（13）吸收万一失效时作用于压缩机壳体（2）上的轴向力。
6.如权利要求1到5中任一项所述的排气涡轮增压器，其特征在于：第二环形法兰（14）吸收万一失效时作用于涡轮机壳体（14）上的轴向力。
7.如权利要求1到6中任一项所述的排气涡轮增压器，其特征在于：支撑结构（12）通过压缩力以这样一种方式支撑涡轮机壳体（10）和压缩机壳体（2）或其对应的壳体部件（4、9）：壳体（2、10）或壳体部件（4、9）中通过压缩力产生的压缩应力在数量上大于万一失效时作用于壳体（2、10）或壳体部件（4、9）上的拉伸应力。
8.如权利要求1到7中任一项所述的排气涡轮增压器，其特征在于：压缩机壳体（2）包括安装在压缩机壳体的蜗形壳体（4）上的由延展性材料制成的插入件（5）。
9.如权利要求1到8中任一项所述的排气涡轮增压器，其特征在于：涡轮机壳体（10）的流出壳体（9）由延展性材料组成。
10.用于排气涡轮增压器的支撑结构（12），包括用于膨胀排气和用于提取能量的涡轮机（11）和借助于涡轮机中所提取的能量用于压缩增压空气的压缩机（1），其中涡轮机包括多部件涡轮机壳体（10）和定位在涡轮机壳体中的涡轮机转子，其中压缩机包括多部件压缩机壳体（2）和定位在压缩机壳体中并耦接到涡轮机转子的压缩机转子，其中支撑结构（12）经由压缩力支撑涡轮机壳体（10）和压缩机壳体（2），且其中支撑结构（12）包括能在外侧安装于压缩机壳体（2）上的第一环形法兰（13）和能在外侧安装于涡轮机壳体（10）上的第二环形法兰（14），第一环形法兰（13）和第二环形法兰（14）通过支撑涡轮机壳体（10）和压缩机壳体（2）的拉压杆（15）互相连接。
11.如权利要求10所述的支撑结构（12），其特征在于：支撑结构（12）根据权利要求2到7中任一项形成。
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