CN102016237B - 带有密封空气通道的引导装置的支撑环 - Google Patents

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Abstract

引入到支撑环(40)的轴向的端侧中的密封空气通道(46)在其敞开的一侧上由气体出口壳体(22)密封。由于这种布置，在截面轮廓的最外侧的区域处密封空气通道可具有如此大的截面，即，可将全部的密封空气沿着周缘仅仅输送到一个部位处。

Description

带有密封空气通道的引导装置的支撑环
技术领域
本发明涉及用于流体机械、尤其用于用于增压式内燃机的废气涡轮增压器的涡轮的引导装置的领域。
本发明涉及带有可调的导叶(Leitschaufel)的引导装置的支撑环、带有这种支撑环的引导装置、以及带有带有这种支撑环的这种引导装置的流体机械。
背景技术
废气涡轮增压器用于提高内燃机(活塞式发动机)的功率。废气涡轮增压器由在内燃机废气流中的废气涡轮和在内燃机吸气段(Ansaugtrakt)中的压缩机组成。废气涡轮的涡轮叶轮(Turbinenrad)由内燃机的废气流置于旋转中，并通过轴驱动压缩机的叶轮(Laufrad)。压缩机提高内燃机吸气段中的压力，从而在吸气时使更大量的空气到达燃烧室中。废气涡轮也用作动力涡轮(Nutzturbine)。在这种情况下，废气涡轮通过轴不驱动废气涡轮增压器的压缩机，而是驱动发电机或通过离合器驱动另一个、机械的动力部件(Nutzteil)。
降低排放、成本以及燃料消耗推动着当代活塞式发动机领域内的最新发展。在此，发动机的增压系统对实现这一发展目的有决定性的贡献。过去，在大型发动机中主要使用带有具有固定几何结构(Fix-Geometrien)的涡轮和压缩机构件的废气涡轮增压器。这些几何结构针对每个单独的发动机进行设计和匹配。但是，在发动机运行期间这些几何结构不能变化。为了将来在运行期间使得废气涡轮增压器还更好地匹配于发动机成为可能，日益讨论应用在运行中可调(或可变)涡轮几何结构(VTG)。在此，废气涡轮的引导装置的导叶的开口通过导叶的旋转而变化。可调涡轮几何结构的应用在现有技术中为已知的，且尤其在如在例如乘用车中所使用的小型发动机范围内广泛地传播。在大型发动机中，现已在需要精确的燃料空气比的调节的燃气发动机中使用了可变涡轮几何结构。未来可期望在大型发动机中广泛使用可变涡轮几何结构。
为了在带有可变涡轮几何结构的废气涡轮增压器中防止内燃机的废气进入引导装置的导叶的支承部位(Lagerstelle)中并且为了排除废气泄露到环境中的可能性，必须为引导装置供应密封空气。
在传统引导装置中，密封空气在环形通道(该环形通道布置在引导装置的起支撑作用的壳体环(以下称为支撑环)的截面轮廓(Querschnittprofil)的内部中)中导引。由于该环形通道，在铸造支撑环时需要铸芯(Gusskern)，这增加了铸造过程的成本。此外，由于在支撑环的轮廓内部空间情况
Figure BPA00001250928800021
为有限的，因此密封空气通道的截面相对较小。因此，为了实现均匀地供应密封空气，空气必须输送到多个部位处。为此，在引导装置之外需要其它特殊的管。
实用新型内容
本发明的目的在于，实现流体机械的引导装置的成本合适地待制造的支撑环。
根据本发明，该目的借助于这样的支撑环实现，即，在该支撑环中，用于防止气体从流体通道中渗入到引导装置的导叶的支承部位中的密封空气通道构造成向外敞开的且在周向上延伸的槽或切口(Rinne)。在此，在用于轴向穿流式引导装置的支撑环中，槽引入(einlassen)到支撑环的轴向的端侧中。在此，在径向穿流式引导装置中，槽引入到径向地位于外侧或内侧的周侧(Mantelseite)中。如果密封空气通道设计成敞开的切口，则由此可在不带有用于密封通道的铸芯的情况下铸造支撑环。
根据本发明，引入到支撑环的轴向的端侧或周侧中的密封空气通道在其敞开的一侧上由气体出口壳体和/或其它壳体部分(例如盖环)密封。
借助于这种布置，在截面轮廓的最外侧的区域处，根据本发明构造的支撑环的密封空气通道可具有如此大的截面，即，可将全部的密封空气沿着周缘仅仅输送到一个部位处。这使节省分配管成为可能，并且需要更少的支撑环的机械加工量。
其它优点从从属权利要求中得到。
附图说明
下面根据附图详细解释本发明的实施形式。其中：
图1显示了根据现有技术的废气涡轮增压器的整体视图，
图2显示了穿过带有根据现有技术的可调的轴向穿流式引导装置的废气涡轮的截面，
图3显示了穿过带有带有根据本发明构造的支撑环的可调的轴向穿流式引导装置的废气涡轮的截面，
图4显示了根据图3的根据本发明构造的支撑环在轴向方向上的视图，
图5显示了穿过根据图4的支撑环的沿着V-V引导的截面，以及
图6显示了穿过径向穿流式引导装置的根据本发明构造的支撑环的截面。
具体实施方式
图1显示了带有废气涡轮20和压缩机10以及布置在废气涡轮20和压缩机10之间的轴承壳体50的传统废气涡轮增压器。废气涡轮20包括气体进口壳体21，在废气通过气体出口壳体22输送到排气装置前，热的废气通过该气体进口壳体21流到涡轮叶轮上并且驱动涡轮叶轮。涡轮叶轮布置在可绕轴线A旋转的轴的一个端部处，该轴以可旋转的方式支承在轴承壳体50中。在轴的另一端部处存在压缩机叶轮，该压缩机叶轮压缩通过空气进口壳体11吸入的空气，随后该空气被收集在空气出口壳体21中并输送到内燃机的燃烧室中。在所示出的实施形式中，涡轮为轴向入流的
Figure BPA00001250928800041
轴流式涡轮。备选地，可在严格的径向的方向上或在相对于径向稍微倾斜的方向上将废气导引到涡轮叶轮上，其中，在这种情况中称为径流式或混流式涡轮。
图2显示了传统废气涡轮增压器的轴流式涡轮的截面。涡轮叶轮25布置在以可绕轴线A旋转的方式支承在轴承壳体50中的轴30上。涡轮叶轮25包括多个叶轮叶片(Laufschaufel)26，该叶轮叶片26以沿着涡轮叶轮的周缘分布的方式布置在涡轮叶轮的径向外边缘处。在图中分别利用箭头指出了在流体通道中从气体进口壳体21到气体出口壳体22的废气流动。在轴向方向上流向涡轮叶轮的叶轮叶片。可调的引导装置(可调的涡轮几何结构)布置在废气涡轮的叶轮叶片26的上游。该可调的引导装置包括多个分别具有柄(Schaft)42的导叶41。导叶41中的每一个分别利用其柄42以可绕轴线B旋转的方式支承在壳体中。引导装置的壳体包括支撑环40，该支撑环40环形地包围流动通道。朝向流动通道，支撑环40还可包围盖环45。导叶41的柄42在为其所设置的孔中布置并支承在支撑环40中。与导叶41的柄42一样，支承部位基本上在径向方向上伸延。通常利用固定件将支撑环40固定在气体出口壳体22和/或气体进口壳体21处。使用销钉、螺栓或接片(Lasche)作为固定件。可调的引导装置还包括调整环43以及每个导叶一个调整杠杆44，该调整杠杆44被导引通过支撑环中的孔49到柄42。为了调整引导装置，使调整环43在周向上运动。调整杠杆44将旋转运动传递到导叶的柄42上。为了防止废气进入导叶41的支承部位中并且为了排除废气泄露到环境中的可能性，在支撑环40中布置有密封空气通道46。在此，在一个或多个部位处将密封空气供给到环形地在支撑环40的轮廓内部伸延的密封空气通道46中，并且密封空气通过用于导叶的柄的孔流入流动通道中。
相反地，在带有根据图3的根据本发明构造的支撑环的轴向穿流式引导装置中，通过密封空气通道46将密封空气供应到用于容纳和支承导叶41的柄42的孔48处。相对于用于调整杠杆44的贯穿的孔49，利用密封元件47使密封空气通道46密封，以使得密封空气在沿着导叶的柄的方向上不可漏出。根据本发明，密封空气通道46构造成引入到支撑环40的轴向的端侧中的槽，如也可从根据图4和图5的轴向穿流式引导装置的示意性图示中得出的那样。
在装配的状态中，密封空气通道46由邻接在轴向的端侧处的壳体部分22限制。因此，在装配的状态中，对于作为槽引入到支撑环40中的密封空气通道46得到环形的空腔。为了扩大密封空气通道的截面，在壳体侧上可引入在轴向的方向上敞开的槽23。在这种情况中，密封空气通道由支撑环侧的密封空气通道46和壳体侧的槽23组合而成。
在密封空气通道的区域中，支撑环和邻接的壳体部分之间的接触面可构造成平的、倾斜的或阶梯的。
可选地，加宽密封空气通道的槽23可在壳体侧上延伸到盖环45的区域中。由此，截面可进一步扩大。
可选地，密封空气通道由径向地布置在密封空气通道以内和/或以外的密封元件47密封。由此可防止，以过压供给到密封空气通道46中的密封空气通过气体出口壳体22和支撑环40之间的连接部而漏出。
可选地，形成密封空气通道46的槽也可引入在支撑环40的面向气体进口壳体21的端侧上。
可选地，形成密封空气通道的槽在支撑环和/或邻接的壳体中构造成环槽段，即，沿着周缘分割成多个区段。在此，可从外部单独地为每个密封空气通道段供应密封空气。
图6显示了穿过径向穿流式引导装置的支撑环的截面，如其例如应用在径流式涡轮或混流式涡轮中那样。在这种情况中，根据本发明，密封空气通道46由径向向外或径向向内敞开的槽而形成到支撑环中。由此，形成密封空气通道46的槽引入到支撑环40的周面
Figure BPA00001250928800061
中。通过相邻的壳体部分实现将槽限制为环形空腔，在废气涡轮的情况中，壳体部分例如为气体进口壳体21。另一方面，为了加宽密封空气通道46，环绕的槽23可引入到相邻的壳体部分中。
在根据图4、图5和图6的示意性的图示中未绘出用于调整导叶的调整杠杆。
详细描述的实施例显示了作为废气涡轮的可调的引导装置的带有根据本发明构造的支撑环的引导装置。然而，所有特征应对于在任意流体机械、尤其压缩机中的一般应用也是有效的。
参考标号列表
10 压缩机
11 压缩机的空气进口壳体
12 压缩机的空气出口壳体
20 废气涡轮
21 废气涡轮的气体进口壳体
22 废气涡轮的气体出口壳体
23 在废气涡轮的壳体中的槽
25 涡轮叶轮
26 涡轮叶轮的叶轮叶片
30 废气涡轮增压器的轴
40 引导装置的支撑环
41 导叶，可调
42 导叶的柄
43 调整环
44 调整杠杆
45 盖环
46 在支撑环中的密封空气通道
47 密封元件
48 用于容纳和支承导叶的柄的孔
49 用于调整杠杆的贯穿的孔
50 用于支承废气涡轮增压器的轴的轴承壳体
A  废气涡轮增压器的轴的轴线
B  导叶的柄的轴线

Claims (11)

1.一种带有可调的导叶(41)的轴流式涡轮的引导装置的支撑环(40)，其中，所述支撑环环形地包围流动通道，并且其中，所述支撑环包括：用于容纳和以可旋转的方式支承布置在所述流动通道中的导叶的柄(42)的孔(48)；用于将密封空气输送到所述引导装置中的密封空气通道(46)；以及孔(49)，引导装置的调整杠杆(44)被导引通过该孔(49)到所述柄(42)，其特征在于，所述密封空气通道(46)作为向外敞开的、在周向上延伸的槽引入到所述支撑环(40)的外侧中，并且所述密封空气通道(46)通入所述用于容纳和以可旋转的方式支承所述柄(42)的孔(48)中，从而所述密封空气从所述引入到所述支撑环(40)中的槽穿过所述支撑环(40)中的用于容纳和以可旋转的方式支承所述柄(42)的孔(48)流动到所述流动通道中。
2.根据权利要求1所述的支撑环，其特征在于，所述密封空气通道(46)沿着周缘被分割成多个环槽段。
3.一种带有可调的导叶(41)的引导装置，其中，所述导叶(41)分别具有柄(42)，所述柄(42)分别以可旋转的方式支承在根据权利要求1或2中任一项所述的支撑环(40)的孔(48)中。
4.一种带有可调的导叶(41)的轴向穿流式引导装置，其中，所述导叶(41)分别具有柄(42)，所述柄(42)分别以可旋转的方式支承在根据权利要求1或2中任一项所述的支撑环(40)的孔(48)中，并且其中密封空气通道(46)作为在轴向方向上敞开的、在周向上延伸的槽引入到所述支撑环(40)的轴向的端侧中。
5.一种包括壳体(22)以及根据权利要求4所述的引导装置的流体机械，其中，所述支撑环(40)如此以具有所述密封空气通道(46)的端侧位于所述流体机械的壳体(22)上，即，所述壳体(22)在轴向方向上限制所述密封空气通道(46)。
6.根据权利要求5所述的流体机械，其特征在于，在轴向地限制所述密封空气通道(46)的区域中，在轴向方向上且朝向在所述支撑环(40)中的密封空气通道(46)敞开的、在周向上延伸的槽(23)引入到所述壳体(22)中。
7.一种包括壳体(22)以及根据权利要求3所述的引导装置的流体机械，其中，在所述流体机械的壳体和支撑环(40)之间的过渡区域中布置有密封元件(47)以用于密封所述密封空气通道(46)。
8.一种根据权利要求5-7中任一项所构造的废气涡轮。
9.一种根据权利要求5-7中任一项所构造的压缩机。
10.一种包括根据权利要求8所述的废气涡轮的废气涡轮增压器。
11.一种包括根据权利要求9所述的压缩机的废气涡轮增压器。
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