专利名称：具有包括一组可调节导叶的导向装置的轴流式机器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种轴流式机器，尤其涉及一种在流道内具有导向装置的透平，该导向装置包括一组可调节导叶，一方面以内轮毂为界，另一方面以外导叶支座为界，这些导叶，一方面被旋转地支承在圆环形导叶支座的径向轴承孔内，另一方面，这些导叶的叶尖轮廓密封该导叶支座，而导叶的叶根轮廓密封该轮毂，即这些导叶在一端被支承。
在特写的透平内，可调节的导向装置，如众所周知，被应用在透平和透平增压器结构内，以便能便透平与在运转期间出现的特定的运转工况匹配。这是因为，在废气透平增压器的情况下，例如，与高比功率的活塞式发动机相关的确定特性使它难于在整个的运转范围内获得所希望的可用空气量。通过调节导向装置横截面，于是能在一定的范围内修正相对于给定负荷点的增压压力，从而修正可用空气量。随着负荷增加按照确定的特性来开启透平横截面，便能限制压力的增加，使得在全负荷时将扫气压力因而还有点火压力和燃料消耗均设定在正常设计发动机的设计值。
因此，特别在离开设计点的运转状况下，带有可调透平导叶装置的效率还能升高或降低。
可调节透平导叶装置通常具有若干导叶，这些导叶可旋转地配置在一轴线的周围，并借助于杆件或调节环以铰接方式连接。
在轴流和径流式透平的可调节透平导向装置之间，必须划清一个基本区别。尽管径流式可调节透平导叶装置可能属于较简单的结构(例如参见DE 4218229C1)，从根本上来说，要获得轴向结构更加复杂，因为尤其须将轮毂和进口壳体轮廓设计成球形，即至少为弧形。为了在整个导叶调整中相对于轮毂和进口壳体轮廓产生均匀的径向间隙，这是必要的。
DE4213709 A1公开了普通型式的轴流式机器，尤其是一种轴向流透平。在该例中，可调节透平导叶装置通过转动该导叶，在发动机部分负荷时，提供了减小透平流动横截面的可能性，并且通过这一措施，提供了提高气缸前空气压力的可能性。
先前已知的轴流式可调节透平导叶装置，一方面在连接环形流道的壁中包括内轮毂，另一方面，包括外导叶支座，后者作为环形体包围该轮毂。该导叶支座被固定在透平的进口流道壳体内。导叶的实际调整通过连杆进行，最好，作为诸如增压压力、转速等的运转参数的函数自动地进行。
为在轴流式可调节透平叶叶装置中保持低的流量损失，导叶和进口壳体和/或轮毂之间的间隙必须保持尽可能的小。为此，已知道了各种手段，如具有转动凸耳的导叶被支承在导叶支座内，和叶片转盘相对于进口壳体密封(例如参见DE2740192C2或DE4237031C1)。
另一方面，为了在“热”运转期间不使导叶发生故障，它们通常须以适当的间隙安装。为了在负荷变化情况下，即在导向装置的部件间有不同的热膨胀情况下地能确保方便地调节，事先采纳了充分大的间隙，但在导叶的叶尖和叶根处所产生的间隙流可大大地干扰导管中的主流。
一方面要使间隙的横截面最小，另一方面要使部件方便的调节，这二个要求是相互矛盾的，为此，过去所获得的可调节轴流式透平导叶装置或者是操作方便，或者是具有小的流量损失。
本发明基于在开始时提到的这种轴流式机器的发展目的，使得导叶装置的部件既方便操作，又仅允许有小的间隙流。因此，要求在新的轴流式机器中结合上述两个要求。
按照本发明，该目的是通过权利要求1中的特征来达到的。
因为，至少在导叶的尖根轮廓的密封区内，轮毂包含可伸缩轮毂外形，而在叶片支座内的导叶悬臂部沿导叶轴线方向同样具有可伸缩结构，故能减少经导叶外形和进口流道壳体和轮毂外形之间的流量损失，此外，避免了由密封件和由各部件的热膨胀引起的可调节导叶装置的各部件的应力。
在导叶支座内导叶的可伸缩支承结构，在所有情况下，通过沿导叶轴线方向的弹性作用，尤其是板簧作用，以特别有利的方式获得，确保了导叶的叶尖外形在所有运转工况下与进口流道壳体外形相接触，借助于该手段，能使这两个部件之间的间隙保持很小，或者能完全免除。
由于以有利的方式以内环的形式包含该可伸缩轮毂轮廓，该内环与轮毂轮廓配合，并且在预负荷状况下，顶靠导叶的叶根轮廓而被支承，因此，该内环总是和导叶轮廓相接触。
此外，在一个优先的实施例中，该内环设有一条装配槽，因此又能补偿热膨胀。将该槽这样设置，使其处于两导叶之间，而在调节程序中该叶片轮廓并不越过该槽，这样，能使由槽引起的损失减至最小。
此外，由于该槽由密封板相对于轮毂内部空间盖住，因此能避免经该槽的质量流动损失。
在一个优先的实施例中，将内环用法兰连接于轮毂上，使它能沿进口流道壳体的径向移动，即沿导叶轴线的方向移动，但沿进口流壳体的轴向仅以小的间隙被装入该轮毂轮廓内。通过这一措施，再次避免了质量流动损失。
在该优先实施例中，圆环形导叶支座的内轮廓，轮毂和叶尖外形以及导叶的叶根外形具有相应的球面结构，以改善密封效果。
尽管，由于本发明的通用轴流式机器的导向装置的这种结构，然而各部件之间所增加的摩擦是可接受的，并有交地防止了由各部件之间不同的热膨胀引起的机械故障。可以这样选择材料，便以高耐热材料藉铸造工艺制造的导向叶片利用其根部轮廓被支承在陶瓷导叶支座内，并对同样的铸造轮毂加以密封。同时，这确保了导叶和进口壳体或轮毂之间的间隙能被保持得尽可能的小，以便能使流动损失减至最小。
利用附图详细地说明本发明的一个实施例。单张
图1表示经废气透平增压器透平的局部纵剖视图。
仅仅表示了本发明的基本元件，尤其是调节装置图。
一方面，以内轮毂21轴流式透平的轴流圆环形导管为界，另一方面，以圆环形导叶支座7和进口壳体8为界。导叶支座7被固定在进口壳体8内(按下详细说明的某种方式)。
可调节导叶30各自包括导叶翼面1，叶片凸耳2和叶片旋转板3。叶片凸耳2可旋转地被支承在圆环形导叶支座7的径向支承孔内，并以已知的方式被固定在导叶支座7上，例如，利用一拧上的槽顶螺母等。在导叶支座7的外侧，一连杆5安装在导叶30的延伸的凸耳2上，并用滑键可旋转地固定。连杆5通过板簧4的中间连接与叶片凸耳2和导叶支座7相接触，因此，连杆5被导叶支座7支承。板簧4对叶片凸耳2施加一预载力，而该预载力迫使根部轮廓31，即导叶翼面1的下部轮廓顶压轮毂21的外表面，即导叶30的根部轮廓31与轮毂21相接触，从而密封轮毂21的轮廓。由于这个原因，叶片凸耳2在导叶支座7的支承孔内实际上没有间隙，不过，利用振动阻尼，弹性地顶压沿导叶30轴线A方向的热膨胀。叶片旋转板3使导管20和导叶支座7的支承孔密封。
连杆5可借助于一调节环6和作动装置(未详细表示)按已知的方式移动。
轮毂21的壳体轮廓被设计成至少是部分球形的，包含一中空或内腔22。
在导叶30叶根轮廓31的密封区23内，将一内环9装入该轮毂轮廓内，该内环9在预载状态下支承导叶30的叶根轮廓31，并借助于一法兰12的这样方式固定在轮毂21上，即虽然它能沿导叶30的轴线A方向移动，但在轮毂21的轮廓中，即沿导管20的轴向，仅有小量的间隙。所以，在法兰12和内环9之间，例如仅为齿接触。
内环9本身设有一槽10，该槽被设置在两导叶之间，而在调节程序中该叶片轮廓并不越过它。为防止经该槽10的质量流动损失，自轮毂21的中空或内腔22方向看时，它被一密封板11盖住。
本发明还可类似地应用于压气机的场合。此外，包括应用于轴流式风扇的场合。
权利要求
1．一种轴流式机器，尤其涉及一种在流道内具有导向装置的透平，该导向装置包括一组可调节叶片，一方面以内轮毂为界，另一方面以外导叶支座为界，这些导叶，一方面被旋转地支承在圆环形导叶支座的径向轴承孔内的叶尖轮廓区(32)，另一方面，这些导叶的叶根轮廓(31)密封该轮毂，其特征在于至少在导叶(30)的叶根轮廓(31)的密封区(23)内，轮毂(21)包含可伸缩轮毂轮廓(9)，而导叶(30)沿导叶轴线(A)方向的支承同样被设计成可伸缩的。
2．按权利要求1所述的轴流式机器，其特征在于圆环形导叶支座(7)的内轮廓，轮毂(21)以及导叶(30)的叶尖在叶根轮廓(31和32)具有各自的球形，轮廓，以改善密封效果。
3．按权利要求1所述的轴流式机器，其特征在于导叶(30)的各支承的可伸缩结构是由沿导叶轴线(A)方向作用的弹簧(4)分别实现的。
4．按权利要求1所述的轴流式机器，其特征在于该可伸缩的轮毂轮廓是以和轮毂轮廓配合的内环(9)的结构形式来实现的。
5．按权利要求4所述的轴流式机器，其特征在于内环(9)设有一槽(10)，被设计在两导叶(30)之间，在导叶(30)的调节过程中，不越过该槽。
6．按权利要求4和5所述的轴流式机器，其特征在于槽(10)，从轮毂内腔(22)看时，由封密板(11)盖住。
7．按权利要求4所述的轴流式机器，其特征在于内环(9)用法兰连接于轮毂(21)上，它能沿进口流道壳体(8)的径向移动，但与轮毂轮廓配合，沿进口流道壳体(8)的轴向仅有很小的间隙。
全文摘要
为使轴流式透平的导向装置的部件易于活动，并仅允许有小的间隙，提出了一种带导向装置的轴流式机器，它包括一组在流道内的可调节导叶(30)，该流道一方面以具有内球形构形的轮毂(21)为界，另一方面，以具有外球形构形的导叶支座(7)为界，导叶(30)一方面被可旋转地支承在圆环形导叶支座(7)的径向支承孔内，另一方面，导叶(30)的球形构形叶尖和叶根轮廓(32,31)密封该导叶支座(7)和轮毂(21)，在该结构中，轮毂(21)至少在导叶(30)的内叶根(31)的密封区(23)内具有可伸缩轮毂轮廓，而导叶(31)沿导叶轴线(A)方向的支承也被设计成可伸缩的。
文档编号F01D9/02GK1316582SQ0111247
公开日2001年10月10日 申请日期2001年4月4日 优先权日2000年4月4日
发明者K·巴托洛梅, K·H·施罗特 申请人:曼·B及W柴油机公开股份有限公司