涡轮机制造技术

一种例如涡轮增压器的涡轮机，包括限定轴承腔的壳体３和安装到轴８上用于绕轴线旋转的涡轮叶轮４。壳体壁３ａ设置于轴承腔和涡轮叶轮４之间，轴８通过设置在壳体壁３ａ中的通道２０延伸进入轴承腔。壳体壁３ａ包括与涡轮叶轮４一起限定气隙的第一部分，以及限定通向轴通道２０的开口的第二环形部分３ｂ，该第二部分在轴向上与涡轮叶轮４间隔分开最小间距Ｄ。壳体壁３ａ还包括至少一个第三部分３２，例如环形肋板，其在径向上与第一部分３ａ间隔开。第三部分构造用来在装置失效或损坏的情况下承载来自涡轮叶轮离轴旋转的载荷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种涡轮机，例如用于内燃机的动力涡轮或涡轮增压器。更具体地，本 专利技术涉及对由涡轮或涡轮叶轮的低周疲劳失效引起的、发生在涡轮增压器的损坏的限制低 周疲劳。
技术介绍
涡轮增压器是众所周知的用于以高于大气的压力(升压或增压)提供空气给内燃 机的进气管的装置。传统的涡轮增压器通常包括安装在位于由涡轮壳体限定的涡轮机腔内 部的可旋转轴上排气驱动的涡轮或涡轮叶轮。涡轮或涡轮叶轮的旋转驱动安装在压缩机壳 体内的轴的另一端的压缩机叶轮。压缩机叶轮将压缩空气递送给内燃机的进气歧管，以此 来增大内燃机或发动机的功率。涡轮增压器的轴通常由轴颈(journal)和止推轴承支撑，包括适当的润滑系统， 位于连接涡轮和压缩机壳体的中间轴承壳体内。众所周知，提供有效的密封系统用以防止 油从中间轴承壳体泄露进入涡轮壳体内是成问题的或者没有解决。然而，防止油泄露进入 涡轮壳体内是重要的，在涡轮壳体内油将会与排气混合而增大排气排放并且会引起下游的 部件例如催化转化器的损坏。涡轮叶包括主体或轮毂，其具有面朝向轴承壳体的背端面或背面。涡轮叶片通常 从轮毂沿径向延伸且通常相对于后端面同轴延伸。涡轮叶轮可以摩擦焊接于涡轮增压器轴 端部的密封凸台(boss)上，密封凸台具有比轴大的直径，用于在通过将轴承壳体和涡轮壳 体分开的壳体壁的通道内旋转。已知的油密封装置包括密封环，该密封环围绕通道内部的 密封凸台设置，以活塞环的方式提供密封。此外，常见多由薄片金属制成的热屏蔽层设置在涡轮叶轮和壳体壁中间，以便减 少向轴承壳体的热传递(由于高温排气产生)的量。众所周知，涡轮增压器的部分，特别是涡轮，上的热负荷和/或机械负荷状况会导 致相关材料过早损坏。这就是我们熟知的疲劳。一种类型的疲劳被称为低周疲劳，低周疲 劳通常是在涡轮增压器在低运行速度和高运行速度之间改变变化时由重复的负荷循环所 引起的。在某些情况下低周疲劳可以引起涡轮叶轮失效甚至断裂，这将对涡轮增压器造成 灾难性的破坏。尤其是对轴承壳体的破坏或损坏会导致油从轴承腔泄漏进入涡轮中，这将 引起火灾。
技术实现思路
本专利技术的目标在于，避免或消除或减轻由于涡轮或涡轮叶轮失效而引起的从涡轮 增压器的轴承壳体泄露的油进入涡轮增压器涡轮腔的问题。根据本专利技术，提供的一种涡轮机，包括壳体，其限定出轴承腔；涡轮叶轮，其安装于围绕轴线旋转的轴上； 壳体壁，其设置于轴承腔和涡轮叶轮之间；轴，所述轴通过设置在所述壳体壁内的 轴通道延伸进入轴承腔内；该壳体壁包括第一部分，其在壳体壁与涡轮叶轮之间限定气隙；第二部分，其呈环形并且从第一部分凸起进入所述气隙以限定到所述通道的开 口 ；以及至少一个第三部分，其沿径向远离第二部分并从所述第一部分凸起进入所述气 隙；其中第三部分配置用来在涡轮叶轮离轴旋转的失效状态下支撑涡轮叶轮，以便由 此至少减小在这种失效状态下将由轴施加到环形第二部分的径向载荷。因此，壳体壁的第三部分配置成，例如尺寸和位置配置成，在依次减小作用在通过 轴的壳体壁的第二环形部分上的离轴载荷的失效状态下，承载(直接地或间接地)来自涡 轮叶轮的载荷。在一些具体实施方式中，涡轮或涡轮叶轮可以直接与壳体壁的第三部分接 触。在另一些具体实施方式中，热屏蔽层可以设置于第三部分和涡轮叶轮之间，热屏蔽层在 涡轮失效的时候被夹在第三部分和涡轮叶轮之间。涡轮叶轮会经历不对称形式的低周疲劳。当疲劳源自涡轮叶轮的后端面(通常临 近轴承壳体)或当涡轮叶轮的大部分(例如叶片)松开或脱落时尤其是这样。可以认为， 当这样的失效发生时，涡轮叶轮的剩余部分(依旧跟转轴连接)以相对于涡轮叶轮的转轴 径向移动的方式作出反应，此后变得极度不平衡。作用在轴上的高扭矩甚至会导致轴突然 断裂。涡轮叶轮和所连接的轴可以用作杠杆，尤其是当轴已经折断的时候，这将施加作用力 到壳体壁和/或通过壳体壁的轴通道内的油封结构，从而引起可能的围绕该通道的壳体壁 的破裂和/或油封结构的失效或破坏。轴承壳体破裂或油封结构的失效将引起轴承腔内的 高压油泄露进入涡轮并与排气流混合。就如前面提到的，这会严重污染下游的排气设备或 装置，还可能引起火灾。本专利技术通过设置壳体的第三部分(或多个部分)以提供一定支撑给可能以不对称 方式旋转的失效的涡轮叶轮来减小涡轮机的这种灾难性失效的可能性。这样的支撑会降低 任何形式的施加于围绕轴通道的壳体壁上的第二部分(以及施加于轴通道上的任何密封 结构)的离轴力，或杠杆力，由此降低壳体壁的失效(或密封结构的破坏)的风险，从而降 低油泄露进入涡轮机的可能性。在某些实施方式中，本专利技术还通过配置壳体的第三部分使得其增强限定孔轴的壳 体的第二部分来降低涡轮机的灾难性失效或破坏的可能性。也就是说，任何由涡轮叶轮的 离轴旋转导致的由轴施加的轴向力都会传递到加强部分或每个增强部分。第三部分或每个 第三部分可以例如定位成将任何这种力传递到壳体上更坚固的部分，例如具有至少一个沿 轴向延伸的坚固部件的壳体壁。在某些实施方式中，第三部分或每个第三部分可以配置成加强第二部分，而不必 在失效情况下直接支撑涡轮。本专利技术的一个方面提供一种涡轮机，包括壳体，其限定出轴承腔；涡轮叶轮，其安装到轴用于围绕轴线旋转；壳体壁，其设置于轴承腔和涡轮叶轮之间；轴，其通过设置在所述壳体壁内的轴通 道延伸进入轴承腔内；该壳体壁包括第一部分，其在壳体壁与涡轮叶轮之间限定出气隙；第二部分，其呈环形并且从第一部分凸起进入所述气隙以限定所述通道的开口 ； 以及至少一个第三部分，其从所述第一部分凸起进入所述气隙；其中第三部分配置用以(例如尺寸和位置配置用以)加强限定孔轴的壳体的第二 部分。例如，壳体的第三部分或每个第三部分可以包括将壳体的第二部分连接到壳体第 一部分或壳体的其它部分的肋板或肋或筋板或连结板或筋边。第二部分可以由壳体壁的大体圆顶部分限定。第三部分或每个第三部分可以定位在小于或等于涡轮叶轮半径的半径处。第二部分与涡轮叶轮可以间隔分开最小间距D而第三部分或每个第三部分与涡 轮叶轮间隔分开最小间距d，其中d小于或等于D。在某些实施方式中，涡轮机可以包括轴承壳体，所述轴承壳体限定至少部分轴承 腔，和涡轮，所述涡轮限定涡轮叶轮在其内部旋转的涡轮腔。壳体壁可以是将轴承腔和涡轮 叶轮在其内旋转的涡轮腔分开的轴承壳体的壁，二者之间的气隙减慢了热量向轴承壳体的 传递。在这个实施方式中，热屏蔽层可以设置在壳体壁与涡轮叶轮之间的气隙中。任何这 样的热屏蔽层优选与壳体壁的第二部分间隔开以限制向壳体的热量传递。在另外的实施方 式中，壳体壁本身就可以包括热屏蔽层，例如具有轴承壳体的整体铸造。壳体壁的第三部分或每个第三部分可以是环形的。壳体壁的第三部分或每个第三部分可以由肋板或其它从壳体壁朝向涡轮叶轮具 有高度延伸的凸起来限定。例如第三部分或每个第三部分可以是以具有一定长度的沿直线 或曲线方向离开壳体壁第一部分延伸的肋板。这样的肋板延伸至壳体的第二部分，或可以 在离开壳体第二部分一定间隔的位置终止。第三部分或每个第三部分的高度可以是不一致或不规则的，以形成在受到撞击时 将优先变形的一个区域或各个第三部分的多个区域。第三部分或每个第三部分可以沿大体上为径向方向延伸远离壳体壁的第二部分。 在一些实施方式中，至少一个第三部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡轮机，包括：　　壳体，其限定轴承腔；　　涡轮叶轮，其安装到轴上用于绕轴线旋转；　　壳体壁，其设置于轴承腔和涡轮叶轮之间；所述轴通过设置在所述壳体壁内的轴通道延伸进入轴承腔内；所述壳体壁包括：　　第一部分，其在所述壳体壁与所述涡轮叶轮之间限定气隙；　　第二部分，其呈环形并且从所述第一部分向所述气隙凸起以限定到所述通道的所述开口；以及　　至少一个第三部分，其沿径向与第二部分间隔分开并从所述第一部分向所述气隙凸起；　　其中所述第三部分构造用来在所述叶轮离轴旋转的失效状态下支撑涡轮叶轮，以便由此至少减小在失效状态下由轴施加到环形的第二部分的径向载荷。

【技术特征摘要】
GB 2008-11-15 0820952.0;GB 2008-12-13 0822771.2一种涡轮机，包括壳体，其限定轴承腔；涡轮叶轮，其安装到轴上用于绕轴线旋转；壳体壁，其设置于轴承腔和涡轮叶轮之间；所述轴通过设置在所述壳体壁内的轴通道延伸进入轴承腔内；所述壳体壁包括第一部分，其在所述壳体壁与所述涡轮叶轮之间限定气隙；第二部分，其呈环形并且从所述第一部分向所述气隙凸起以限定到所述通道的所述开口；以及至少一个第三部分，其沿径向与第二部分间隔分开并从所述第一部分向所述气隙凸起；其中所述第三部分构造用来在所述叶轮离轴旋转的失效状态下支撑涡轮叶轮，以便由此至少减小在失效状态下由轴施加到环形的第二部分的径向载荷。2.如权利要求1所述的涡轮机，其中所述第二部分通过所述壳体壁的大体圆顶部分限定。3.如权利要求2所述的涡轮机，其中所述第三部分或每个第三部分通过所述壳体壁上 延伸至圆顶部分以便直接地加强所述圆顶部分抵抗由轴施加其上的任何径向载荷的特征限定。4.如前述权利要求中任一项所述的涡轮机，其中所述第三部分或每个第三部分被定位 在小于或等于所述涡轮叶轮的半径的半径位置处。5.如前述权利要求中任一项所述的涡轮机，其中所述第二部分与所述涡轮叶轮间隔分 开最小间隔D，并且所述第三部分或每个第三部分与涡轮叶轮间隔分开最小间隔d，其中d 小于或等于D。6.如前述权利要求中任一项所述的涡轮机，其中所述第三部分或每个第三部分是至少 大体上环形的并且至少大体上环绕所述第二部分。7.如前述权利要求中任一项所述的涡轮机，其中所述壳体壁的所述第三部分或每个第 三部分包括肋板或者具有从所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：皮埃尔伯纳德弗伦奇，乔纳森大卫伍德，
申请(专利权)人：康明斯涡轮增压技术有限公司，
类型：发明
国别省市：GB