专利名称：与活塞式发动机连接的涡轮压缩机装置及其连接方法
技术领域：
本发明涉及一种与活塞式发动机连接的涡轮压缩机装置和一种跟具有涡轮压缩机装置的活塞式发动机连接的方法。
背景技术：
在发动机技术中，已知有涡轮增压器，其废气的能量为运转压缩机提供动力。废气是热的，因此需要冷却压缩机的涡轮部件。然而，冷却该涡轮部件会使废气冷却，这对过程是不利的。在热回收锅炉中使用低温的气本体不是非常有利的，例如，在生产蒸汽时，不一定能达到蒸汽的足够高的温度。另外，扩大的冷却系统使该装置变得复杂。因此，最好使用不冷却的涡轮压缩机装置。然而，形成结皮层是一个问题。在涡轮叶片和涡轮壳本体之间的间隙中。和特别是当使用重燃料作为涡轮增压活塞式发动机的燃料时，形成结皮层更成问题。限制气本体的表面的表面温度升高至高水平，和在该表面上形成的结皮层特别硬。该结皮层的性质根据燃料的成分而变化，使用含钒和钠的重燃料油，该问题更大。
这样，一个特殊问题区域就是该涡轮叶片和涡轮壳本体之间的间隙区域。在不冷却的压缩本体机中，积累在这个区域上的硬的结皮层造成该涡轮叶片的磨损，并同时减小流动面积。当定期地通过清洁除去该结皮层时，该间隙增大过大，使该涡轮的工作恶化。
本发明概述本发明的目的是要生产可以减小先前技术的问题的，与一个活塞式发动机连接的涡轮压缩机装置。本发明的一个特殊目的是要生产一种可以减小在该涡轮叶片的间隙区域中形成结皮层的涡轮压缩机装置。
本发明的目的主要如所附的权利要求1和7所述那样达到，在其他权利要求中有更详细的说明。
在这个应用中，术语“间隙区域”表示当使用该装置时，涡轮叶片在其上延伸和/或运动的涡轮壳本体的区域。
根据本发明的与一个活塞式发动机连接的涡轮压缩机装置包括互相连接的一个压缩机部件和一个涡轮部件。该涡轮部件包括具有叶片的一个涡轮叶轮，和包围该涡轮叶轮和离开一定距离的叶片的一个涡轮壳本体。在这个结构中，在该涡轮壳本体中，靠近该涡轮叶片的顶部设置一个冷却介质的冷却空间，用于有限制地冷却该涡轮壳本体和防止形成结皮层。这样，可以避免在该间隙区域中，有害地形成结皮层，和该涡轮叶片的过早磨损。因此，该冷却空间限制在该涡轮叶片和该涡轮壳本体的间隙区域。
根据本发明的一个实施例的涡轮壳本体包括一个限制在该涡轮中气本体的流动空间的扩压器，和该扩压器固定在上面的一个本体部分。这样，该冷却空间设置在该扩压器和该本体部分之间，并且绕规定该扩散层的气本体流动空间的表面冷却。
该装置另外还包括一个冷却介质出口孔或多个出口孔，用于将冷却介质通入该涡轮的气本体空间中。这是有优点的，因为可以从热介质中回收热量，否则该介质会送至另外一个地方。
最好，该装置包括一个连接该压缩机部件的压力侧和该涡轮的冷却空间的流动通道，使冷却介质为在该压缩机部件中加压的空气。这是一个非常优选的设置冷却的方法，因为通常在该压缩机部件以后，空气具有适当的温度和压力；并且为这个用途容易得到适当的数量。该流动通道最好作在内部，与该涡轮压缩机装置连接。
在根据本发明的，与具有一个涡轮压缩机装置的活塞式发动机连接的方法中，该涡轮压缩机装置包括一个将高压空气送至该活塞式发动机的压缩机部件；和接收从该内燃机发出的废气，和形成该涡轮部件的动力的一个涡轮部件；通过将比该涡轮部件之后的废气出口温度低100-200℃的温度的空气送入在该涡轮部件中的该冷却空间，有限制地冷却该涡轮部件。
通过将空气从该压缩机部件送至在该涡轮部件中的冷却空间可以冷却该涡轮部件。最好，在该涡轮压缩机装置中，空气从该压缩机部件送入该涡轮部件。
附图简述下面，参照附图，利用例子来说明本发明。其中，
图1表示根据本发明的，与一个活塞式发动机连接的涡轮压缩机装置；图2表示一个涡轮压缩机装置；和图3表示另一个涡轮压缩机装置。
优选实施例说明参见图1，根据本发明的涡轮压缩机装置1与活塞式发动机2连接。该压缩机装置包括一个压缩机部件1.1和一个涡轮部件1.2。它们利用驱动轴1.3互相连接。该涡轮压缩机装置通过与该压缩机部件1.1的压力侧连接的一个空气入口通道3与该活塞式发动机2连接。一个热变换器部件4与该入口通道连接，用于空气进入该活塞式发动机2以前，冷却该空气。该涡轮压缩机装置的涡轮部件1.2通过废气难道5与该发动机连接。
当发动机运转时，空气通过进入通道1.4进入该压缩机部件1.1中。该压缩机部件1.1使空气温度和压力增加，并通过该入口通道3，将空气送入该发动机2中。在该发动机中，空气用于燃烧燃料，而产生的废气则通过废气通道，再通过入口通道1.5进入该涡轮压缩机装置1的涡轮部件1.2中，在该涡轮部件中，废气作功使该压缩机部件运转。
图2详细地表示根据本发明的涡轮压缩机装置的一个优选实施例。在这个实施例中，该压缩机部件1.1和该涡轮部件1.2通过一个轴承本体1.6互相连接。驱动轴1.3由轴承支承在该轴承本体上，涡轮叶轮1.9和压缩机叶轮1.18固定在该轴的末端。该图还表示了如箭头所示的送入该发动机中的空气流动方向，而废气从发动机流出的方向省略。
从图1可以看出，废气从该涡轮部件1.2通向废气锅炉6。不希望没有必要地降低废气和温度，因而该涡轮部件不能很好地冷却。在燃烧过程中蒸发的，和与氧和还可能与其他物质反应的燃料成分，会在表面上形成结皮层，特别是使用重的燃料油作为燃料会形成大的结皮层。在这方面，涡轮叶片1.9的顶部和扩压器1.15的间隙区域为关键区域。在根据本发明的涡轮压缩机装置中，在位于该间隙区域上的一个区域中，设有一个受限制的冷却空间1.16，与该涡轮壳本体1.8，1.15连接。这样，该涡轮压缩机装置本身的冷却，现在该涡轮叶片的顶部的区域中，该扩压器的表面局部冷却。该冷却空间1.1由一个本体部分1.8，一个喷嘴圆环1.17和一个扩压器1.15构成。该喷嘴圆环1.17利用该扩压器1.15固定在该本体部分1.8上。为了避免在该扩压器的表面上形成结皮层。将适当温度和压力的压力空气从该压缩机部件导入，以便局部地和有限制地冷却该扩压器1.15。图2所示的结构只供参考，重要的是，在涡轮叶片的间隙区域中应设置冷却，即该喷嘴圆环和该本体部分之间的空间不一定需要。由于实际的原因，根据本发明的基本思想的有限制的冷却是和用该扩压器达到的，因此，根据该圆的解决方案中的冷却空间延伸得超过必要了。
图1示意性地表示连接该涡轮部件和该压缩机部件的流动通道1.11’。该流动通道1.11’从该压缩机部件的压力侧延伸至该涡轮(图1中没有示出)的冷却空间。在该流动通道中设有一个限制装置(例如阀1.11”)，利用该限制装置可以调节(最好是通过单本体调节)空气流量，使它相适应。图2还表示与实际的涡轮压缩机装置的结构连接的一个流动通道1.11。该流动通道从向着该压缩机的腔1.20开放的第一个孔1.13，延伸至向着冷却空间1.16开放的第二个孔1.12。如果需要，主要是如果必要的空气量或结构需要，可以设置更多的孔和流动通道。空气通过在该扩压器1.15中的出口孔1.14。从该冷却空间排出至涡轮的气本体空间中。如符号1.14所示，该出口孔自然可以作在该本体部分中，而不是作在该扩压器中。
图3表示根据本发明的装置与具有一个径向涡轮的涡轮压缩机装置连接的应用情况。在这个图中，符号与图2的符号相适应。这种应用的基本思想与图2所示的轴向涡轮的基本思想相同，但在径向涡轮中，该间隙区域大得多，即叶片1.9在一个更长的距离上靠近该本体结构1.8。这里，该完成有限制冷却的冷却空间1.16较接近地相应于该间隙区域。
一般，在该涡轮部件之后，进入该涡轮的废气温度大约为550℃和350℃。根据本发明，该涡轮部件是通过将温度比该涡轮部件的出口温度低100～200℃的空气送入该冷却空间进行局部冷却的。通过流动通道1.11、1.11’流动的空气的空间调节至适合于每一种涡轮结构和情况。最好使空气从该压缩机部件送入该涡轮部件来做到这点。在该压缩机部件以后，供给温度适合于这种用途的空气，并且压力也足以引起该流动。
本发明不是局限于所述的实施例，在所附权利要求书的范围内、可以作许多改进。
权利要求
1.一种与一个活塞式发动机(2)连接的涡轮压缩机装置(1)，该装置(1)包括互相连接的一个压缩机部件(1.1)和一个涡轮部件(1.2)，其中该涡轮部件包括具有叶片(1.9)的一个涡轮叶轮(1.19)，和包围该涡轮叶轮并离其一定距离的叶片的一个涡轮壳本体(1.8，1.15)；其特征为，将冷却介质的冷却空间(1.16)配置在基本上靠近该涡轮叶片(1.9)的顶部，用于冷却该涡轮壳本体(1.8、1.15)并避免形成结皮层。
2.如权利要求1所述的涡轮压缩机装置(1)，其特征为，该冷却空间(1.16)被限制于涡轮叶片(1.9)和涡轮壳本体(1.8，1.15)之间的间隙区域。
3.如权利要求1所述的涡轮压缩机装置(1)，其特征为，该涡轮壳本体包括限制涡轮中气体流动空间的一个扩压器(1.15)，和固定该扩压器的一个本体部分(1.8)；因而该冷却空间(1.16)被设置在该扩压器和该本体部分之间，使限定该扩压器流动空间的表面得到冷却。
4.如权利要求1所述的涡轮压缩机装置，其特征为，该装置包括连接该压缩机部件的的压力侧和该涡轮的冷却空间(1.16)的一个流动通道(1.11，1.11’)，因而该冷却介质为在该压缩机部件中加压的空气。
5.如权利要求4所述的涡轮压缩机装置，其特征为，该装置包括将冷却介质引导至该涡轮的燃气空间的一个出口孔或一些出口孔(1.14，1.14’)。
6.如权利要求4所述的涡轮压缩机装置，其特征为，该流动通道(1.11)在内部被制成与该涡轮压缩机(1.1)连接。
7.一种与具有一个涡轮压缩机装置(1)的活塞式发动机连接的方法，其中该涡轮压缩机装置包括将高压空气输送至该活塞式发动机的一个压缩机部件(1.1)，和接收来自该内燃机的废气并产生该涡轮部件的动力的一个涡轮部件(1，2)；其特征为，通过将温度比在该涡轮部件之后的废气出口温度低100～200℃的空气引入被配置在该涡轮部件中的冷却空间(1.16)中，有限制地冷却该涡轮部件(1.1)。
8.如权利要求7所述的方法，其特征为，通过自该压缩机部件(1.1)将空气引入该冷却空间(1.16)中，来冷却该涡轮部件(1.2)。
9.如权利要求7所述的方法，其特征为，在该涡轮压缩机装置中，将空气在内部自该压缩机部件(1.6)引至涡轮部件(1.1)。
全文摘要
与活塞式发动机连接的一种涡轮压缩机装置包括互相连接的一个压缩机部件和一个涡轮部件。该涡轮部件包括一个具有叶片的涡轮叶轮，和包围该涡轮叶轮和离开一定距离的叶片的一个涡轮壳本体。在该涡轮壳本体中，靠近该涡轮叶片的顶部设置一个冷却介质的冷却空间，用于有限制地冷却该涡轮壳本体和防止形成结皮层。
文档编号F02C6/12GK1673498SQ20051005515
公开日2005年9月28日 申请日期2005年3月17日 优先权日2004年3月17日
发明者H·韦萨 申请人:瓦特西拉芬兰有限公司