废气涡轮增压器中的减振的制作方法

专利名称：废气涡轮增压器中的减振的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于废气涡轮增压器(Abgasturbolader)的流体机械(Stroemungsmaschine)，一禾中尤其用于自燃式内燃机的、带有这种流体机械的废气涡轮增压器，以及一种用于这种废气涡轮增压器中的减振(Schwingungsreduzierung)的方法。
背景技术：
用于内燃机的废气涡轮增压器总是包括两个流体机械用于内燃机所用的燃烧用空气(Verbren皿ngsluft)的压縮的压縮机(Verdichter)，以及用于驱动压縮机的涡轮机(Turbine)。尤其在用于高功率自燃式内燃机(例如船用柴油机)的废气涡轮增压器中，压縮机和涡轮机通过流过它们的流体(即，燃烧用空气或废气)而承受高的机械负荷和热力学负荷。另一方面，现今力求将流体机械的工作叶片(Laufschaufel)实施得尽可能细长(schlank)。 然而，此类叶片(Schaufeln)由于其较小的惯性矩和刚性而特别容易受振动激励(Schwingungsanregungen)的影响。这种振动尤其通过如下方式由工作叶片上游的或下游的前导向设备或后导向设备的导向轮叶片(Leitradschaufel)所诱发(induzieren)，即，其在流体流(Fluidstroemung)中引起常为周期性的扰动(Stoerung)。如此地被扰动的流体然后在其一侧激发——现如今被构造得越来越薄的——工作叶片作振动。该振动激励会影响可使用的转速范围、降低效率，并且，增大噪音生成以及在共振下可直至导致结构崩溃的材料负荷。

发明内容
因此，本发明的目的在于，减小或者避免上述影响中的一个或多个。 为了实现该目的，根据权利要求1的前序部分的流体机械通过其特征部分的特征
而被改进。权利要求11要求保护带有这种流体机械的废气涡轮增压器，权利要求12要求
保护用于这种废气涡轮增压器中的减振的方法。本发明的有利的实施形式和改进方案在从
属权利要求中给出。 废气涡轮增压器的根据本发明的流体机械以已知的方式具有定义了用于流过该流体机械的流体的流道(Stroemungskanal)的壳体、可转动地容纳在该壳体中的工作轮轮毂(Laufradnabe)、布置在轮毂上的用于流体流的偏转(Umlenken)的多个工作叶片、以及带有用于该流体流的偏转的导向叶片(Leitschaufeln)的导向装置(Leiteinrichtung)。
流体流可例如为用于内燃机的燃烧用空气，其通过废气涡轮增压器的尤其构造成径流式压縮机或者斜流式压縮机(Diagonalverdichter)的压縮机而被压縮；或者，为内燃机的废气，其驱动废气涡轮增压器的尤其构造成轴流式涡轮机的涡轮机。
导向装置可尤其为在流动方向(Stroemungsrichtung)上在下游地(stromabwaerts)在工作叶片之后而布置的后导向装置，但也可以为在流动方向上在上游地(stromaufwaerts)在工作叶片之前而布置的前导向装置。导向叶片可相对于导向装置 固定或者可调节。 通过这种导向装置将诱发流扰动(Stroemungsstoerungen)，尤其是压力波动或速 度波动，例如流体中的寄生的(parasitaere)或对流的流，其可在其一侧激起工作轮叶片 (Xaufradschaufeln)的振动。 因此，根据本发明而建议，通过扰动发生器(Stoerungsgenerator)在流体流中诱 发这样的扰动，该扰动通过叠加(Ueberlagerung)而减小由导向叶片所诱发的工作叶片的 振动。 众所周知，振动幅度(Schwingungsamplituden)可通过大致上反相地 (gegenphasig)被叠加的振动而被减小或者消去。这种作为干涉、主动消噪(Gegenschall) 或降噪(Antischall)而已知的原理在本发明中可有利地以两种形式被使用一方面，扰动 发生器可在流体中诱发这样的流扰动、尤其是压力或速度波动——其在其一侧激起工作轮 叶片的振动，该振动然后通过叠加而减小这样的振动，即，该振动由导向叶片所诱发。因此， 工作叶片通过这样的两个流扰动而被加载，即，该两个流扰动引起了工作叶片的彼此削减 的振动。额外地或备选地，扰动发生器也可在流体中诱发这样的流扰动、尤其是压力或速度 波动——其通过叠加而减小这样的流扰动，即，该流扰动由导向叶片所产生且激起工作轮 叶片的非所期望的振动。因此，对工作叶片进行加载的流扰动就已被减小且由此工作叶片 的振动激励被减小。 如此可尤其地减小或避免工作叶片的共振。以该方式，优选地可以使用在其他情 况下由于共振而难以到达的转速范围、提高效率、改善热力学参数(Kennwerte)和/或机械 参数和/或显著地减小噪音生成或材料负荷。 扰动发生器可构造成主动元件，例如构造成压电传感器、可以电磁方式操纵的膜 片或类似者，以便在流体中诱发合适的流扰动。额外地或备选地，扰动发生器可包括一个或 多个几何的(geometrischen)扰动部位(Stoerstelle)。当流体沿着这种扰动部位而流动 时，该流被扰动。 几何的扰动部位的位置和/或形状优选地如此地选择，即，使得由导向叶片所诱 发的工作叶片的振动的谐振幅度(Resonanzamplitude)通过叠加而被减小。本领域技术人 员可例如通过经验性的试验和/或模拟计算、尤其是FEM振动和/或流模拟而确定对相应 的流体机械而言最优的扰动部位。 尤其地，一个或多个扰动部位可构造成壁部中的贯通的或者不通的(blinde)、即、 盲孔式的凹处(Aussparung)，流体在这些凹处旁流过。这种凹处可以合适的形式简单地被 制造出。额外地或备选地，扰动部位也可构造成在壁部中的突起(Erhebimgen)，流体在该突 起旁流过。这种凹处和/或突起可与壁部一起被成型(urgeformt)或者事后例如以切削加 工的方式或通过额外材料的附加而被构造。 这种凹处和/或突起可例如具有圆形的、椭圆形的、水滴形的或矩形的、被流体所 环流(咖stroemen)的截面。例如，凹处可以孔、尤其是长孔式钻孔(Langlochbohrung)，或 者缝的形式构造而成。凹处和/或突起的被流体所环流的截面的主轴线可在轴向的和/或 周向方向上延伸。 扰动发生器、尤其是上述扰动部位，可优选地布置在为流体定义了流道的壳体和/或导向装置中。 优选地，几何的扰动部位的数目与导向装置的导向叶片的数目或者该数目的整数 倍相符(entsprechen)，因为由此会在流体流中诱发特别适合用于减小由导向叶片所诱发 的振动的扰动。 为了特别有效的减振，由扰动发生器所诱发的工作叶片中的振动的相位(Phase) 或者由扰动发生器所诱发的流体流中的扰动的相位可大致上相反于(entgegengerichtet) 由导向叶片所诱发的振动或扰动的相位。然而，带有其它的相移和/或其它的频率的振动 和/或扰动同样适合用于减小由导向叶片所诱发的振动。


其它的优点和特征由从属权利要求和实施例中得出。其中，部分地示意性地
图1在透视的部分截面中显示了根据本发明的一种实施例的废气涡轮增压器的 压縮机的一部分；而 图2在透视的部分截面中显示了根据本发明的一种实施例的废气涡轮增压器的
涡轮机的一部分。 参考标号列表1壳体 2工作轮轮毂 3工作叶片 4导向叶片 5孑L n转速
具体实施例方式
图1中在透视图中以剖面形式显示了船用柴油机的废气涡轮增压器的根据本发 明的径流式压縮机。 工作轮轮毂或转子轮毂2如此地容纳在壳体1中，即，使得，在它们之间定义 了用于该船用柴油机所用的燃烧用空气的流道。在该流道中布置有用于空气的加速 (Beschle皿ig皿g)和偏转的工作叶片3，其与工作轮轮毂2 —起以转速n围绕压縮机的纵 轴线旋转并将空气输送给布置在下游的后导向装置的导向叶片4，在后导向装置中，空气的 动能部分地被转换为压力能。 通过导向叶片4在空气流中诱发了呈压力和速度波动形式的扰动，其对工作叶片 3进行加载。因为工作叶片构造成薄壁式的且因此具有小的抗弯刚度，所以，工作叶片通过 由导向叶片4所诱发的空气流的扰动而被激发从而作非所期望的振动。
在壳体1中，在上游地在每个导向叶片4之前构造有大致上在周向上延伸的长孔 式钻孔5。由此同样地在空气流中诱发了呈压力和速度波动形式的扰动，其同样激发工作叶 片3作振动。长孔式钻孔5的位置、形状、大小和深度如此地选择，即，使得工作叶片中的由 此而被诱发的振动大致上反相于(gegenphasig zu)由导向叶片4所诱发的振动。因此，工 作叶片3中的该两种振动通过叠加相互地大致上抵消，从而，明显地减小了工作叶片3的总
6振动幅度。 图2中在透视图中以剖面形式显示了船用柴油机的废气涡轮增压器的根据本发
明的轴流式涡轮机。彼此对应的元件以如在图1中的相同的参考标号作标记。 相应地，工作轮轮毂2如此地容纳在壳体1中，即，使得在它们之间定义了用于船
用柴油机的废气的流道。在该流道中布置有用于废气的偏转的工作叶片3，其与工作轮轮毂
2 —起以转速n围绕涡轮机的纵轴线旋转。 通过以合适的方式使废气偏转的导向装置的导向叶片4，在空气流中诱发了呈压 力和速度波动的形式的扰动，其对工作叶片3进行加载。因为工作叶片构造成薄壁式的且 因此具有小的抗弯刚度，所以，通过由导向叶片4所诱发的废气流的扰动会激起工作叶片 的非所期望的振动。 为每个导向叶片4分配有构造在壳体1中的大致上在周向方向上延伸的长孔式 钻孔5。由此同样地在废气流中诱发了呈压力和速度波动形式的扰动。长孔式钻孔5的位 置、形状、大小和深度如此地选择，即，使得，废气流中的由此而被诱发的扰动大致上反相于 由导向叶片4所诱发的扰动。因此，废气流中的该两种扰动通过叠加相互地大致上抵消，从 而，工作叶片3以较轻微的方式被加载和被激发作振动，从而，在此同样明显地减小了工作 叶片3的总振动幅度。
权利要求
一种用于废气涡轮增压器的流体机械，带有定义了用于流过所述流体机械的流体的流道的壳体(1)；可转动地容纳在所述壳体中的工作轮轮毂(2)；布置在所述轮毂上的用于流体流的偏转的多个工作叶片(3)；和带有用于所述流体流的偏转的导向叶片(4)的导向装置；其特征在于用于在所述流体流中诱发扰动的扰动发生器(5)，该扰动通过叠加而减小由所述导向叶片(4)所诱发的所述工作叶片(3)的振动。
2. 根据权利要求1所述的流体机械，其特征在于，所述流体机械是废气涡轮增压器的压縮机、尤其为径流式压縮机或斜流式压縮机，或者涡轮机、尤其为轴流式涡轮机。
3. 根据前述权利要求中任一项所述的流体机械，其特征在于，所述导向装置是在流动方向上在下游地布置在所述工作叶片(3)之后的后导向装置或者在流动方向上在上游地布置在所述工作叶片(3)之前的前导向装置。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的流体机械，其特征在于，所述扰动发生器构造成用于诱发流过所述流体机械的流体的流的扰动，以用于通过该流体在所述工作叶片(3)中诱发振动，其通过叠加而减小由所述导向叶片(4)所诱发的所述工作叶片(3)的振动，并且/或者，用于通过叠加而减小由所述导向叶片(4)所诱发的流过所述流体机械的流体的流的扰动。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的流体机械，其特征在于，所述扰动发生器包括至少一个几何的扰动部位(5)。
6. 根据权利要求5所述的流体机械，其特征在于，至少一个扰动部位构造成贯通的或不通的凹处(5)或者构造成突起。
7. 根据权利要求6所述的流体机械，其特征在于，至少一个扰动部位(5)具有被流体环流的截面，其中，该截面的主轴线在轴向方向和/或周向方向上延伸。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的流体机械，其特征在于，所述扰动发生器布置在所述导向装置和/或所述壳体(1)中。
9. 根据前述权利要求5至7中任一项所述的流体机械，其特征在于，所述几何的扰动部位的数目与所述导向装置的导向叶片(4)的数目或者该数目的整数倍相符。
10. 根据前述权利要求5至9中任一项所述的流体机械，其特征在于，所述几何的扰动部位的位置和/或形状如此地选择，B卩，使得由所述导向叶片(4)所诱发的所述工作叶片(3)的振动的谐振幅度通过叠加而被减小。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的流体机械，其特征在于，在所述工作叶片(3)中由所述扰动发生器(5)所诱发的振动的相位大致上相反于由所述导向叶片(4)所诱发的振动的相位，并且/或者，在流体流中由所述扰动发生器(5)所诱发的扰动的相位大致上相反于由所述导向叶片(4)所诱发的扰动的相位。
12. —种废气涡轮增压器，尤其用于自燃式内燃机，带有根据前述权利要求中任一项所述的流体机械。
13. —种用于减小根据权利要求12所述的废气涡轮增压器的流体机械的工作叶片(3)中的由导向叶片(4)所诱发的振动的方法，其特征在于，扰动发生器(5)在流体流中诱发扰动，该扰动通过叠加而减小由所述导向叶片(4)所诱发的所述工作叶片(3)的振动。
全文摘要
本发明涉及废气涡轮增压器中的减振，具体而言，建议了一种用于废气涡轮增压器的流体机械，其带有定义了用于流过该流体机械的流体的流道的壳体(1)；可转动地容纳在壳体中的工作轮轮毂(2)；多个布置在轮毂上的用于流体流的偏转的工作叶片(3)；和带有用于流体流的偏转的导向叶片(4)的导向装置；和用于在流体流中诱发扰动的扰动发生器(5)，该扰动通过叠加而减小由导向叶片(4)所诱发的工作叶片(3)的振动。
文档编号F02C6/12GK101749059SQ200910258098
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月9日 优先权日2008年12月9日
发明者G·里德 申请人:曼柴油机欧洲股份公司