船用徑流式廢氣渦輪增壓器可調噴嘴環機構的製作方法

2023-05-09 14:12:06

專利名稱：船用徑流式廢氣渦輪增壓器可調噴嘴環機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種廢氣渦輪增壓器，特別地涉及一種船用徑流式廢氣渦輪增壓器噴嘴環機構。
背景技術：
船用徑流式廢氣渦輪增壓器主要應用於中速柴油發動機，經過數十年的發展，船用徑流式廢氣渦輪增壓器在性能上得到了顯著的進步。然而，船用徑流式渦輪增壓器的整體結構一直沒有明顯的改進，在廢氣渦輪端更是如此。目前常見徑流式渦輪增壓器的廢氣進氣方式為柴油發動機汽缸廢氣從增壓器的燃氣進氣殼的進氣口進入，流經整體精鑄的噴嘴環，在噴嘴環上設置有方向、流線以及喉口面積都固定的噴嘴葉片，然後廢氣進入徑流式透平渦輪，驅動增壓器轉子高速旋轉。雖然這種帶增壓的柴油發動機的效率得到了充分的提高，但是由於在增壓器的匹配中，增壓器的所有參數都是根據柴油機的額定工況設計的，在柴油機啟動、處於低工況和承受部分負荷時，柴油機並不能在最佳狀態下工作，燃油未經充分燃燒，致使柴油機油耗高，對環境汙染大並且低工況響應差。隨著當代動力裝置在排放、節能以及功率上越來越高的要求，這種常規增壓器的缺陷已經愈發明顯。
如果可以實現對增壓器噴嘴環葉片的方向、喉口尺寸在不同工況時可以進行調節，也即在柴油發動機的不同工況都可以根據其需求進行該工況下的增壓系統匹配，就能滿足柴油發動機在啟動、低工況與承受部分負荷時的工作需求，所述的技術問題就可以迎刃而解。

發明內容
本發明的目的在於提供一種船用徑流式廢氣渦輪增壓器可調噴嘴環機構，該機構在柴油發動機的不同工況都可以根據其需求進行該工況下的增壓系統匹配，使得柴油發動機在啟動、低工況與承受部分負荷運轉時也能滿足低排放、高效率的要求。
為了解決所述的技術問題，本發明提供的船用徑流式廢氣渦輪增壓器噴嘴環機構包括噴嘴環和多個噴嘴葉片，其特點是所述的噴嘴葉片和噴嘴環可分離地設置，每個噴嘴葉片的軸可旋轉地通過在噴嘴環中的對應的孔，軸的一端部與一齒輪連接，多個所述齒輪分別與一齒圈嚙合；該機構還包括使齒圈旋轉的元件。
在上述的船用徑流式廢氣渦輪增壓器可調噴嘴環機構中，軸與孔的配合是間隙配合併且配合間隙大小按照下式確定Фd*l1*700-ФD*l2*700+0.02～0.04(mm)式中Фd——噴嘴葉片安裝軸110的軸徑(mm)l1——噴嘴葉片2的材料膨脹係數(10-6/℃)ФD——噴嘴環2′的安裝孔110′的孔徑(mm)l2——燃氣進氣殼材料膨脹係數(10-6/℃)在上述的船用徑流式廢氣渦輪增壓器可調噴嘴環機構中，在所述噴嘴葉片和增壓器的進氣殼體之間設置有密封元件，該密封元件可以是迷宮式活塞環。
在上述的船用徑流式廢氣渦輪增壓器可調噴嘴環機構中，在所述噴嘴葉片的軸上設置有彈簧，並且所述彈簧位於一限位元件和噴嘴環之間。
在上述的船用徑流式廢氣渦輪增壓器可調噴嘴環機構中，所述的使所述齒圈旋轉的元件可以是與所述齒圈連接的調節杆和調節撥叉。
通過旋轉上述的齒輪轉動所述噴嘴葉片，從而改變噴嘴葉片的方位，可以提供面積不同的喉口面積，從而實現在柴油發動機的不同工況都可以根據其需求進行該工況下的增壓系統匹配，滿足了柴油發動機在低工況與承受部分負荷運轉時始終保持低排放、高效率的要求；此外，通過密封元件與彈簧，保證了徑流式增壓器的密封效果。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步詳細的說明，在附圖中，相同的標號指示相同的部件；圖1是根據本發明提供的一種可調噴嘴葉片的實施例的示意圖；圖2是根據本發明的徑流式廢氣渦輪增壓器可調噴嘴環機構的實施例的剖視圖；圖3是在圖2中A處的局部放大視圖。
具體實施例方式
本發明提供的徑流式廢氣渦輪增壓器可調噴嘴環機構將現有技術中的整體式噴嘴環分離，精密澆鑄單個噴嘴葉片，噴嘴葉片的轉動由調節傳動機構實現。參照圖1，轉動根據本發明的可調噴嘴葉片2，可以在不同方向提供面積不同的喉口面積，例如在B處沿順時針方向旋轉可調噴嘴葉片2時喉口面積增大，在C處沿逆時針方向旋轉可調噴嘴葉片2時喉口面積減小。
參照圖2，根據本發明的徑流式廢氣渦輪增壓器可調噴嘴環機構包括可調噴嘴葉片2、軸承3、擋圈5、鎖緊彈簧6、調節齒圈10、小齒輪11、平鍵12、齒輪擋圈13、彈簧擋圈15、活塞環16、調節撥叉20以及調節杆21等。在該實施例中，噴嘴環2′成為燃氣進氣殼1的一部分，設置在燃氣入口處，可調噴嘴葉片2的安裝軸110依靠軸承3可旋轉地通過在噴嘴環2′中設置的安裝孔110′，並且安裝軸110的一端部通過平鍵12與小齒輪11連接，齒輪擋圈13作為限位元件調整小齒輪11在軸上的位置，調節齒圈10與多個小齒輪11相嚙合；通過推動調節杆21和調節撥叉20，可以使調節齒圈10進行順時針或逆時針轉動，從而安裝在每一個可調噴嘴葉片2的軸110上的小齒輪11可以逆時針或順時針轉動，小齒輪11通過平鍵12帶動可調噴嘴葉片2轉動實現可調噴嘴葉片2的可調。
由於廢氣渦輪端通常處於400℃-500℃的高溫，還會處於接近650℃-700℃的極限溫度，並且根據各自不同的要求，可調噴嘴葉片2和燃氣進氣殼1通常會選用熱膨脹係數存在一定差異的材料，因此要實現可調噴嘴葉片2在所有溫度下的順利轉動，要求可調噴嘴葉片2的安裝軸110和噴嘴環2′的安裝孔110′之間要保持必需的間隙，防止兩者之間出現過盈配合；但是由於在廢氣渦輪端存在較高的燃氣壓力，過大的間隙又會導致廢氣的洩漏，使增壓器的效率降低。因此如何合理地確定所述間隙，並通過專門的機構保證增壓器的密封，對於實現可調噴嘴環機構來說非常重要。在本發明的實施例中，根據可調噴嘴葉片2和燃氣進氣殼1的線脹係數的差異，並且基於最高700℃的溫度選擇了合理的配合間隙，結合附圖3，該間隙可按照下式進行計算Фd*l1*700-ФPD*l2*700+0.02～0.04(mm)式中Фd——噴嘴葉片安裝軸110的軸徑(mm)l1——噴嘴葉片2的材料膨脹係數(10-6/℃)ФD——噴嘴環2′的安裝孔110′的孔徑(mm)l2——燃氣進氣殼材料膨脹係數(10-6/℃)同時對於所述密封，一方面採用設置在安裝軸110上、位於擋圈5和彈簧擋圈15之間的鎖緊彈簧6，保證可調噴嘴葉片2的面101與噴嘴環的面101′緊密貼合，兩面之間的間隙接近於零，另一方面還採用了設置在安裝孔110′中的二道迷宮式活塞環16，防止廢氣的洩漏，保證徑流式增壓器的密封效果。
由上述內容可知，柴油發動機汽缸廢氣由燃氣進氣殼1進入徑流式廢氣渦輪增壓器，經渦旋流道後進入可調噴嘴環葉片2，經可調噴嘴葉片2的導向、加速後流入廢氣透平渦輪驅動增壓器轉子，驅動其轉動，做功後的廢氣由排氣擴壓器9排出；對於不同工況時的柴油發動機，可以通過可調噴嘴葉片2的旋轉，調節噴嘴葉片2的喉口面積和廢氣流向，進而實現柴油機不同工況下提高增壓器工作轉速和壓縮空氣壓力的要求。
然而，所述的實施例應在所有方面僅考慮成示例性的而不是限制性的。本發明的範圍因此由附帶的權利要求書來指出，而不是前面的說明內容，在權利要求書的等價的意義和範圍內的所有變化都將包含於這個範圍。
權利要求
1.一種船用徑流式廢氣渦輪增壓器可調噴嘴環機構，包括多個噴嘴葉片(2)和噴嘴環(2′)，其特徵在於每個所述噴嘴葉片(2)和所述噴嘴環(2′)可分離地設置，所述噴嘴葉片(2)的軸(110)可旋轉地通過所述噴嘴環(2′)的孔(110′)，所述軸的一端部與一齒輪(11)連接，多個所述齒輪(11)與一齒圈(10)嚙合；還包括使所述齒圈(10)旋轉的元件。
2.如權利要求1所述的船用徑流式廢氣渦輪增壓器可調噴嘴環機構，其特徵在於，在所述孔(110′)內設置有密封元件。
3.如權利要求2所述的船用徑流式廢氣渦輪增壓器可調噴嘴環機構，其特徵在於，所述密封元件是迷宮式活塞環(16)。
4.如權利要求1所述的船用徑流式廢氣渦輪增壓器可調噴嘴環機構，其特徵在於，在所述噴嘴葉片(2)的軸(110)上設置有彈簧(6)，並且所述彈簧(6)位於一限位元件和噴嘴環(2′)之間。
5.如權利要求1所述的船用徑流式廢氣渦輪增壓器可調噴嘴環機構，其特徵在於，所述的使所述齒圈(10)旋轉的元件是與所述齒圈(10)連接的調節杆(21)和調節撥叉(20)。
6.如權利要求1所述的船用徑流式廢氣渦輪增壓器可調噴嘴環機構，其特徵在於，所述軸(110)與所述孔(110′)的配合是間隙配合併且配合間隙大小按照下式確定Φd*l1*700-ΦD*l2*700+0.02～0.04(mm)式中Φd——所述安裝軸(110)的軸徑(mm)l1——所述噴嘴葉片(2)的材料膨脹係數(10-6/℃)ΦD——所述噴嘴環(2′)的安裝孔(110′)的孔徑(mm)l2——所述噴嘴環(2′)的材料膨脹係數(10-6/℃)。
全文摘要
本發明提供一種船用徑流式廢氣渦輪增壓器可調噴嘴環機構，包括噴嘴葉片(2)和噴嘴環(2′)，其特點是多個噴嘴葉片(2)和噴嘴環(2′)是可分離設置的，噴嘴葉片(2)的軸(110)可旋轉地通過噴嘴環(2′)的孔(110′)，軸的一端部與一齒輪(11)連接，多個所述齒輪(11)與一齒圈(10)嚙合；還包括使齒圈(10)旋轉的元件。通過所述機構改變噴嘴葉片的方位，可以提供面積不同的喉口面積，從而實現柴油機在不同工況下提高增壓器的工作轉速和壓縮空氣的壓力，滿足了柴油發動機在啟動、低負荷運轉時的性能時始終保持低排放、高效率的要求。
文檔編號F01D17/14GK1932257SQ20061011709
公開日2007年3月21日 申請日期2006年10月13日 優先權日2006年10月13日
發明者張納新, 張林君, 範建新, 王德銀, 黃錦洲 申請人:中國船舶重工集團公司第七一一研究所