废气涡轮的净化装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种废气涡轮的净化装置，具体而言，使圆形面转变成环形面的气体进入部实施成带有椭圆形的横截面。净化喷嘴的位置的特征在于，该净化喷嘴布置在椭圆形的较短的对称轴线中。由此，在喷嘴长度方面实现了最小化，并且此外可在阻滞最小化的情况下以防振动的方式实现从外部插入的喷嘴。从外部插入的喷嘴也允许在喷嘴体中的这样的孔，即其允许直接湿润引导格栅而不需不必要地湿润球冠形部。
【专利说明】废气涡轮的净化装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及利用内燃机的废气加载的流体机械的领域。本发明涉及废气涡轮的净 化装置、带有这种净化装置的废气涡轮或动力涡轮（Nutzturbine)以及带有具有这种类型 的净化装置的废气涡轮的废气涡轮增压器。
[0002] 废气涡轮应用在废气涡轮增压器中以用于为内燃机增压或者作为动力涡轮用于 将包含在内燃机的废气中的能量转换成机械能或电能。
[0003] 根据内燃机的具体的运行情况和用于驱动内燃机的燃料的成分，在废气涡轮中迟 早导致涡轮级即在工作叶轮处的涡轮叶片和喷嘴环的导叶以及不同的涡轮壳体部件的污 染。在喷嘴环的区域中，这种污染沉积可导致更差的涡轮效率并且因此引起随后的机械例 如借助于废气涡轮驱动的压缩机和增压的内燃机自身的功率减小。其结果可导致在燃烧室 中的废气温度提高，由此不仅内燃机而且涡轮增压器可热过载。在内燃机中尤其地可出现 排气阀的损坏或甚至破坏。
[0004] 如果污物层沉积在喷嘴环上和与四冲程内燃机相连接的涡轮增压器的涡轮叶片 上，则此外考虑涡轮增压器转速提高并且由此增压压力和气缸压力的增加。由此，除了提高 的热负载之外，不仅内燃机的构件而且涡轮增压器的构件附加地还受到更高的机械负载， 这同样可导致相关构件的破坏。
[0005] 当污物层不均匀地分布在涡轮叶轮的工作叶片的周缘处时，可导致转子的不平衡 性提高，由此也可损坏旋转的部件的支承。
[0006] 如果在涡轮壳体处发生污物在流动通道的在涡轮叶片的径向之外的区域中伸延 的外轮廓处沉积，则由于在涡轮叶片和涡轮壳体之间的径向间隙减小在运行中出现接触， 其可损坏涡轮叶片并且在极端情况中使涡轮叶片不可用。
[0007] 因此，必须在运行期间定期地为喷嘴环、涡轮叶片和涡轮壳体的相关的区域清除 附着在其处的污物。
[0008] 为了在运行期间净化带有来自利用重油运行的内燃机的污物的废气涡轮，主要应 用未处理的自来水作为净化介质，该自来水通过一个或多个在涡轮级上游的喷嘴被喷入废 气流中。
[0009] 净化作用仅仅可到达废气涡轮的由净化介质湿润的面中。相应地，为了良好的净 化，必须实现净化介质在通到涡轮级的进入部处的圆形面或圆环面中均匀的分布。
【背景技术】
[0010] 轴流式润轮（Axialturbine)的典型地径向流入的（radial angestr5mt)气体进 入壳体将流从圆形横截面转换成环形横截面。为了在涡轮级处实现足够的净化作用（也就 是说净化介质的足够的湿润），发展了具有部分高的复杂性的不同的方案。
[0011] 文献DE3515825A1公开了一种用于净化带有轴向对称的气体进入壳体的废气涡 轮增压器的轴流式涡轮的工作叶片和喷嘴环的装置。该净化装置包括多个布置在轴流式涡 轮的气体进入壳体处的喷射器，其带有伸展直到流动通道中的喷嘴和用于净化介质的输入 部。
[0012] 文献W02006017952A1公开了一种用于净化废气涡轮增压器的轴流式涡轮的工作 叶片和喷嘴环的装置，其可与所使用的气体进入壳体的形状无关地应用。净化介质的喷入 通过直接在涡轮进入部上游布置在喷嘴环的毂直径上的与壁齐平的喷嘴实现，其中每个喷 嘴环叶片关联有一个喷嘴。
[0013] 文献EP848150B1公开了一种用于净化带有弯折了 90°的气体进入壳体的废气涡 轮增压器的轴流式涡轮的工作叶片和喷嘴环的装置。带有槽形的布置在周缘处的喷嘴孔的 单个柱形的喷嘴体布置在球冠形的内部的壳体壁的滞流点中。
[0014] 文献W02005/049972A1公开了一种用于净化带有伸入流动通道中的棒形的喷嘴 的废气涡轮增压器的轴流式涡轮的工作叶片和喷嘴环的装置。通过在下游取向的喷射孔以 朝向喷嘴环和涡轮叶片的方向的流动喷入净化介质。
[0015] 文献EP2565391A1公开了一种带有单个的喷嘴杆的简化的净化装置，其特征在 于，提供净化液的多种压力水平并且喷嘴本身尽可能定位在流相对于球冠形部的滞留点附 近（参见）。
[0016] 如果使用从外部通过壳体壁被插入的喷嘴体,必须考虑喷嘴体的固有频率。喷嘴 体越长，固有频率越小。需要高的固有频率以用于避免导致潜在的HCF损坏的涡轮增压器 旋转频率的激励。
[0017] 为了必须实现尽可能高的固有频率，优选地必须应用喷嘴体的大的基础横截面。 该大的基础横截面导致气体通道的大的阻滞并且由此导致了提高的流动损失。
【发明内容】
[0018] 本发明的目的在于，在湿式净化方面优化径向流入的轴流式涡轮的流入区域。
[0019] 根据本发明这通过以下方式实现，即流动通道在净化喷嘴的区域中具有椭圆形的 横截面，并且净化喷嘴布置在椭圆形的较短的对称轴线中。
[0020] 由此在喷嘴长度方面实现了最小化，并且此外在阻滞最小化的情况下以防振动的 方式实现了从外部插入的喷嘴。
[0021] 可选地，从外部被插入气体进入壳体中并且伸入流动通道中的净化喷嘴具有在整 个长度上分布的单独的喷嘴孔。
[0022] 在喷嘴体中的每个喷嘴孔可选地以相对于喷嘴体的轴线特定的角度取向并且此 外具有特定的孔直径。在此，借助于CFD模拟限定几何参数，例如喷嘴孔的直径、角位置和 喷嘴体的角位置，以实现尽可能高的净化效果。
[0023] 从外部插入气体进入壳体中的净化喷嘴也允许在喷嘴体中的这样的孔，即其允许 直接湿润引导格栅而不需不必要地湿润球冠形部。
[0024] 从从属权利要求中得到其它优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 紧接着根据图纸解释根据本发明构造的气体进入壳体的实施形式。其中： 图1显示了带有具有径向气体进入部的轴流式涡轮和径流式压缩机的根据现有技术 的部分地剖切的废气涡轮增压器的视图，以及 图2显示了沿着轴线的延长线引导的穿过带有根据本发明的净化喷嘴的根据图1的轴 流式涡轮的气体进入壳体的截面，以及 图3显示了沿着III-III引导的穿过根据图2的气体进入壳体的截面。
[0026] 参考标号列表 1气体进入壳体 10外部的壳体壁 11桥接部 12内部的壳体壁（球冠形部） 14外部的壳体壁的进入孔 15固定凸缘 18支撑部 21扩散器 22气体离开壳体 3引导装置 4涡轮叶轮 41工作叶片 42轮毂 5轴 51轴承壳体 6压缩机叶轮 61压缩机壳体 7净化喷嘴 71喷嘴体 72在喷组体中的输送通道 A外部的罩壁的圆形的离开孔的圆轴线 Ri，R2在净化喷嘴的区域中的椭圆形的通道横截面的对称轴线 Sp S2废气流。
【具体实施方式】
[0027] 图1显示了根据现有技术的部分剖切的废气涡轮增压器。在右侧的前部区域中存 在涡轮叶轮4,其通过轴5与压缩机叶轮6相连接。压缩机叶轮布置在压缩机壳体61中。 轴5支承在轴承壳体51中。
[0028] 涡轮叶轮包括与轴相连接的轮毂42以及多个与轮毂相连接的工作叶片41。工作 叶片可形状配合地或力配合地与轮毂相连接。备选地，包括轮毂和工作叶片的涡轮叶轮可 构造成单件。
[0029] 涡轮壳体包括气体进入壳体1，其将热的废气从内燃机的燃烧室中通过引导装置 3引导到涡轮叶轮的工作叶片上。在涡轮叶轮下游，废气穿流扩散器21，并且紧接着聚集在 气体离开壳体22中并且被引导到排气设备。
[0030] 轴流式涡轮的气体进入壳体1包括外部的壳体壁10,其在径向外部包围流动通 道。附加地，气体进入壳体1在内部的区域中包括罩形的内部的壳体壁12,其覆盖涡轮叶轮 的轮毂并且将来自管形的输入管路的废气流分开成环管形的流动。外部的壳体壁在通到涡 轮进入部的过渡区域中形成圆形的离开孔。因此，与内部的壳体壁的同轴地布置的圆形的 基础面外轮廓一起限制环管形的流动通道。
[0031] 图2显示了沿着废气涡轮的轴轴线的延长部引导的穿过带有椭圆形的流动通道 横截面和被插入的净化喷嘴7的根据本发明构造的气体进入壳体的截面。外部的壳体壁10 构造成管形。在所示出的径向流入的轴流式涡轮中，气体进入壳体具有这样的功能，即将废 气流从与轴向方向不同的方向转向到轴向方向上并且此外将管形的流动分割成环管形的 流动。
[0032] 观察自身，外部的壳体壁10在通到涡轮进入部的过渡区域中具有圆形的离开孔。 垂直于圆形的离开孔的圆形面且通过其中间点的直线以下被称为轴线A。该轴线A相应于 与涡轮叶轮相连接的轴的轴轴线。与轴线A同轴地，在外部的壳体壁10的内部中布置有罩 形的内部的壳体壁12。在外部的壁10的离开孔的区域中，内部的壳体壁12具有同样圆形 的基础面外轮廓。相反地在上游内部的壳体壁朝向倒圆的顶端或突起部变细。在该区域中 管形的流动通道过渡到环管形的流动通道中。
[0033] 在废气涡轮的运行期间，在内燃机之前的热的废气首先以在横截面方面至少近似 圆形的废气流Si被引导到轴流式涡轮的气体进入壳体中。通过内部的壳体壁12(球冠形 部）的作用实现转换为环形的废气流S 2。现在环形的废气流通过流动通道继续被引导到涡 轮叶轮4。在此，布置在涡轮叶轮的工作叶片41上游的引导装置（喷嘴环）3具有的目的 是，最优地将废气向着涡轮叶轮4的工作叶片41取向。由此被驱动的涡轮叶轮自身通过轴 5用于驱动与其相连接的未示出的压缩机或者在动力涡轮应用的情况中用于驱动未示出的 实用机械（Nutzmaschine)例如发电机。
[0034] 图3显示了沿着III-III被引导的穿过喷嘴体7的截面，在该截面中可看到流动 通道的椭圆形的横截面。该流动通道在所示出的截面中具有两个对称轴线&和R 2，其中， 札是椭圆形的横截面的较长的对称轴线，而R2是椭圆形的横截面的较短的对称轴线。
[0035] 由于流动通道的横截面相对于圆形的横截面在较短的对称轴线R2的方向上具有 较小的高度，因此也可减小净化喷嘴7的长度。
[0036] 从外部插入气体进入壳体10中的并且伸入流动通道中的净化喷嘴7在整个长度 上具有分布的单独喷嘴孔。在图中这些孔未详细示出。在图2中的两个箭头指出净化液体 的喷射方向，并且由此暗示地指出了在喷嘴体中的两个孔的布置和取向。理想地，多个孔沿 着喷嘴体分布，并且分别以相对于喷嘴体的轴线的特定的角度取向并且此外分别具有特定 的孔直径，其中根据相应的具体的流动通道几何结构计算和实施具体的实施形式，即例如 几何参数，例如喷嘴孔的直径和取向。为此有利地应用CFD模拟技术以用于已经在设计阶 段中引起了尽可能高的净化作用。
【权利要求】
1. 一种废气涡轮的气体进入壳体，该气体进入壳体包括带有圆形的离开孔的管形的外 部的壳体壁（10)、以及带有圆形的基础面外轮廓的布置在所述外部的壳体壁之内的罩形的 内部的壳体壁（12)，其中带有圆形的基础面外轮廓（K)的所述内部的壳体壁（12)在所述外 部的壳体壁（10)的圆形的离开孔的区域中布置成与所述外部的壳体壁（10)的所述圆形的 离开孔同心； 其中，通过所述外部的壳体壁限制的流动通道沿着所述内部的壳体壁（12)从所述管 形过渡到环管形； 其中，所述外部的壳体壁如此弯曲地构造，即通过所述外部的壳体壁限制的流动通道 经历从与所述圆形的离开孔的圆轴线（A)的轴向方向不同的第一方向转向到所述轴向方 向上， 其中，净化喷嘴（7)被引导穿过所述外部的壳体壁（10)并且伸入所述流动通道中， 其特征在于， 所述流动通道在所述净化喷嘴的区域中具有带有短的对称轴线（R2)和长的对称轴线 (Ri)的椭圆形的横截面，并且所述净化喷嘴（7)沿着椭圆形的通道横截面的所述短的对称 轴线（R2)延伸。
2. 根据权利要求1所述的气体进入壳体，其特征在于，所述净化喷嘴具有喷嘴体（71) 和多个在所述喷嘴体（71)的长度上分布的喷嘴孔。
3. 根据权利要求2所述的气体进入壳体，其特征在于，所述多个喷嘴孔中的每一个分 别以相对于所述喷嘴体的轴线的特定的角度伸延，并且针对性地向着所述流动通道的一定 的区域取向。
4. 根据权利要求2或3所述的气体进入壳体，其特征在于，所述多个喷嘴孔中的每一个 分别具有特定的孔直径。
【文档编号】F01D25/00GK104061025SQ201410101998
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2013年3月19日
【发明者】M.菲斯彻尔, R.普罗布斯特, T.雷钦 申请人:Abb涡轮系统有限公司