排氣渦輪增壓器和用於排氣渦輪增壓器的支撐結構的製作方法

2023-04-24 07:25:11 1

本發明涉及一種排氣渦輪增壓器和用於排氣渦輪增壓器的支撐結構。

背景技術：

排氣渦輪增壓器包括渦輪機和壓縮機。排氣渦輪增壓器的渦輪機用於膨脹離開發動機的排氣並用於在排氣膨脹過程中提取能量。排氣渦輪增壓器的壓縮機藉助於渦輪機中所提取的能量用於壓縮要送入發動機的增壓空氣。渦輪機包括多部件的渦輪機殼體和定位在渦輪機殼體中的渦輪機轉子。壓縮機包括多部件的壓縮機殼體和定位在壓縮機殼體中的壓縮機轉子。壓縮機轉子和渦輪機轉子通過軸耦接。在排氣渦輪增壓器運行過程中存在風險，例如，壓縮機轉子爆炸且壓縮機轉子的碎片擊穿壓縮機殼體並飛入排氣渦輪增壓器的四周。相似的失效也可以發生在排氣渦輪增壓器的渦輪機區域。為了考慮這個問題，在實踐中已知的排氣渦輪增壓器的情況下，壓縮機殼體（和如果適用的渦輪機殼體）以這樣一種方式設計，各自殼體的失效不被期望發生且即使各自的轉子爆炸，轉子的碎片不能擊穿各自的殼體。因此，一方面排氣渦輪增壓器的重量會增加，同時另一方面，這些措施只能被應用於新設計的排氣渦輪增壓器。相比之下，已經存在的、舊的排氣渦輪增壓器不能重新設計從而沒有對應的保護，且萬一失效，碎片可因此進入四周。

技術實現要素：

從DE 10 2013 013 571 A1中已知一種解決方案，通過此種方案即使舊的已經存在的排氣渦輪增壓器在萬一失效時也可被保護，從而沒有其碎片進入四周。為此提出在每種情況下，壓縮機殼體和/或渦輪機殼體至少部分地被至少一個金屬環形織物包住。

由此出發，本發明基於創造新型排氣渦輪增壓器和用於排氣渦輪增壓器的支撐結構的目標。

根據權利要求1，此目標通過一種排氣渦輪增壓器解決。

根據本發明，排氣渦輪增壓器包括通過壓縮力支撐渦輪機殼體和壓縮機殼體的支撐結構，所述支撐結構包括在外側作用於壓縮機殼體上的第一環形法蘭和在外側作用於渦輪機殼體上的第二環形法蘭，第一環形法蘭和第二環形法蘭通過支撐渦輪機殼體和壓縮機殼體的拉壓杆互相連接。根據本發明，排氣渦輪增壓器具有用於排氣渦輪增壓器失效的特別有利的保護，從而排氣渦輪增壓器的碎片不能進入四周。根據本發明，排氣渦輪增壓器的支撐結構特別適用於翻新已經存在的舊的排氣渦輪增壓器。

優選地，第一環形法蘭在外側作用於壓縮機殼體的蝸形殼體上而第二環形法蘭在外側作用於渦輪機殼體的流出殼體上。拉壓杆在壓縮機殼體外側和渦輪機殼體外側延伸。萬一失效時排氣渦輪增壓器的特別有效的保護從而可能，這特別適用於翻新已經存在的舊的排氣渦輪增壓器。

根據有利的其他擴展，支撐結構以這樣一種方式通過壓縮力支撐渦輪機殼體和壓縮機殼體或其對應的殼體部件，殼體或殼體部件中通過壓縮力產生的壓縮應力在數量上大於萬一失效時作用於殼體或殼體部件上的拉伸應力。可因此容易地並可靠地避免在排氣渦輪增壓器萬一失效時支撐殼體或殼體部件爆炸以及壓縮機轉子或渦輪機轉子的碎片可能擊穿相應的殼體。特別優選地，已經存在的、舊的排氣渦輪增壓器可因此在萬一失效時被保護。

根據進一步有利的其他擴展，壓縮機殼體包括安裝在壓縮機殼體的蝸形殼體上的延展性材料插入件。因此可以保證壓縮機轉子萬一失效時，撞擊插入件的壓縮機轉子碎片導致插入件的區域載荷而不是集中載荷，從而萬一失效時，作用於壓縮機殼體或插入件上的力可被有利地引入支撐結構。萬一失效時排氣渦輪增壓器的特別有效的保護從而可能。

根據本發明，用於排氣渦輪增壓器的支撐結構在權利要求10中被限定。

附圖說明

本發明優選的其他擴展由從屬權利要求和下述描述中獲得。本發明的典型實施例通過附圖更加詳細地說明但不限制於此。在此示出：

圖1：根據現有技術的排氣渦輪增壓器的選段形式的橫截面；

圖2：根據本發明的排氣渦輪增壓器的外部視圖。

具體實施方式

本發明涉及排氣渦輪增壓器。排氣渦輪增壓器包括渦輪機和壓縮機。排氣渦輪增壓器的渦輪機包括多部分的渦輪機殼體和接納在渦輪機殼體中的渦輪機轉子。排氣渦輪增壓器的壓縮機包括壓縮機殼體和接納在壓縮機殼體中的壓縮機轉子。渦輪機轉子和壓縮機轉子互相耦接。在渦輪機區域的膨脹期間從排氣提取的能量在壓縮機中被利用從而壓縮增壓空氣。

圖1示出了排氣渦輪增壓器在壓縮機1區域的橫截面選段，即壓縮機殼體2，其中圖1所示壓縮機殼體2由支承殼體3和蝸形殼體4組成。

此外，圖1示出了作用於壓縮機殼體2的蝸形殼體4上的插入件5和類似地作用於壓縮機殼體2的蝸形殼體4上的消音器6的元件。圖1中，壓縮機轉子7同樣被示出，其中壓縮機轉子7與插入件5共同限定用於要壓縮的增壓空氣的流管8。排氣渦輪增壓器的渦輪機11的渦輪機殼體10的流出殼體9作用於壓縮機殼體2的支承殼體3上，其中，除了流出殼體9之外，渦輪機殼體10還包括未示出的流入殼體。此外，渦輪機11包括未示出的渦輪機轉子，所述渦輪機轉子耦接到壓縮機轉子7。

這裡提及的本領域技術人員熟悉圖1所示排氣渦輪增壓器的基本構造。

為了給排氣渦輪增壓器提供爆炸保護和遏制保護，根據本發明提供，排氣渦輪增壓器包括支撐結構12，藉助於支撐結構，渦輪機殼體10和壓縮機殼體2經由壓縮力支撐。為此，支撐結構12包括在外側作用於壓縮機殼體2上的第一環形法蘭13和在外側作用於渦輪機殼體10上的第二環形法蘭14。第一環形法蘭13連接到壓縮機殼體2，即連接到壓縮機殼體2的蝸形殼體4，而第二環形法蘭14連接到渦輪機殼體10，即連接到渦輪機殼體10的流出殼體9。此處，第一環形法蘭13通過第一螺紋連接在外側作用於壓縮機殼體2上，即作用於蝸形殼體4上，其中第二法蘭連接14經由第二螺紋連接在外側作用於渦輪機殼體10上，即作用於流出殼體9上。

支撐結構12的兩個環形法蘭13、14經由多個拉壓杆15互相連接，即支撐渦輪機殼體10和壓縮機殼體2，同時引入壓縮應力到這些殼體2、10，所述壓縮應力通過壓縮力產生。在圖示優選典型實施例中，在外側作用於壓縮機殼體2和渦輪機殼體10上的支撐結構12相應地支撐壓縮機殼體2的蝸形殼體4和渦輪機殼體10的流出殼體9，即通過壓縮力，其中，經由拉壓杆15和支撐結構12的環形法蘭13、14被引入殼體部件（即蝸形殼體4和流出殼體9）的這些壓縮力在這些殼體部件中產生壓縮應力，壓縮應力在數量上大於萬一失效時作用於殼體2、10或殼體部件4、9上的拉伸應力。萬一失效時作用的拉力和由此帶來的作用於排氣渦輪增壓器殼體或殼體的上述殼體部件上的拉伸應力可相應地通過從支撐結構12引入殼體2、10或殼體部件4、9的壓縮應力抵消，使得萬一失效時殼體2、10或殼體部件4、9沒有爆炸的風險。

第一環形法蘭13，其在外側作用於壓縮機殼體2上，特別地作用於壓縮機殼體2的蝸形殼體4上，主要吸收萬一失效時作用於壓縮機殼體2上的軸向力，而第二環形法蘭14，其在外側作用於渦輪機殼體10或作用於渦輪機殼體10的流出殼體9上，主要吸收萬一失效時作用於渦輪機殼體10上的軸向力。

特別地，萬一排氣渦輪增壓器失效時，在壓縮機轉子7或未示出的渦輪機轉子相應地爆炸時，這些轉子的碎片撞擊殼體時產生的軸向力可能經由支撐結構12被可靠地吸收。萬一失效時，壓縮機轉子7的碎片可例如首先到達插入件5並通過插入件5施加拉力和如此的拉伸應力到壓縮機殼體2的蝸形殼體4。此外，此種碎片到達壓縮機殼體2的支承殼體3，所述支承殼體連接到渦輪機殼體10的流出殼體9。因此，拉力和如此的拉伸應力被最終引入殼體或殼體部件，可導致殼體或殼體部件的破壞。根據本發明，針對破壞的保護通過支撐結構12提供，經由支撐結構12，壓縮機殼體2的蝸形殼體4和渦輪機殼體10的流出殼體9以限定的方式被支撐，同時引入壓縮應力到殼體或殼體部件。這裡，如已經解釋的，環形法蘭14吸收引入到渦輪機殼體10的流出殼體9的力，而環形法蘭13主要吸收作用於壓縮機殼體2的蝸形殼體4上的力。通過合適數目的拉杆15，合適的預加載荷可在殼體2、10或殼體部件4、9中被調整，所述拉杆將兩個環形法蘭13、14互相連接，同時支撐殼體或殼體部件。

優選的實施例中，壓縮機殼體2的插入件5由延展性材料組成或形成，所述插入件被安裝在蝸形殼體4上。因此，可以保證的是，萬一壓縮機轉子7失效，撞擊插入件5的碎片不會導致集中載荷而是導致插入件5的區域載荷，因此對應的力隨後被均勻地引入支撐結構12並可被支撐結構12吸收。因此，用於排氣渦輪增壓器的特別有利的遏制保護或爆炸保護於是是可能的。

此外，當渦輪機殼體10的流出殼體9由延展性材料組成從而能夠均勻地在渦輪機殼體10區域中將載荷作為區域載荷引入，這是有利的，在支撐結構12中也是如此。

本發明特別適用於用有效的爆炸保護或遏制保護翻新已經存在的舊的排氣渦輪增壓器。根據本發明，支撐結構12可被容易在外側安裝在存在的排氣渦輪增壓器的壓縮機殼體2和渦輪機殼體10上，從而提供壓縮機殼體2和渦輪機殼體10的遏制保護或爆炸保護。

附圖標記列表

1 壓縮機

2 壓縮機殼體

3 支承殼體

4 蝸形殼體

5 插入件

6 消音器

7 壓縮機轉子

8 流管

9 流出殼體

10 渦輪機殼體

11 渦輪機

12 支撐結構

13 環形法蘭

14 環形法蘭

15 拉壓杆