渦輪增壓器的制造方法
【專利摘要】具有殼體系統(tǒng)的渦輪增壓器，該殼體系統(tǒng)包圍通過軸與渦輪機(jī)連接的離心式葉輪。殼體系統(tǒng)包括插入殼體和蝸殼，該插入殼體形成供給空氣到達(dá)和通過葉輪的導(dǎo)管，該蝸殼形成用于接收來自于葉輪的壓縮空氣的蝸，插入殼體插入到蝸殼中。殼體系統(tǒng)還包括主殼體，該主殼體形成包圍軸和葉輪軸側(cè)末端的殼。葉輪包括具有徑向外部環(huán)形邊緣、具有前表面和后表面的輪轂，前表面和后表面分別從輪轂的入口側(cè)和軸側(cè)朝邊緣聚集。葉輪還包括在輪轂的前表面上沿圓周排列的多個(gè)葉片。葉輪還包括在邊緣處的后表面上形成的密封結(jié)構(gòu)。殼體系統(tǒng)還包括具有相應(yīng)密封結(jié)構(gòu)的密封板，該密封結(jié)構(gòu)與葉輪密封結(jié)構(gòu)密封地相互作用。密封板從邊緣向內(nèi)延伸到與主殼體連接的連接法蘭，且從邊緣向外延伸到支撐或形成環(huán)形通道的后壁，該通道用于將壓縮空氣從葉輪導(dǎo)向主殼體。密封板的厚度在鄰近邊緣的環(huán)形腰區(qū)變窄。腰區(qū)的厚度小于軸向測量的邊緣的最小厚度的2.5倍。
【專利說明】
渦輪增壓器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有殼體系統(tǒng)的渦輪增壓器，該殼體系統(tǒng)包圍(house)通過軸與渦輪機(jī)連接的離心式葉輪。

【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)渦輪增壓器，尤其是在海上應(yīng)用的工業(yè)渦輪增壓器，設(shè)計(jì)為使得，如果壓縮機(jī)葉輪將要爆炸，周圍的外殼將能夠容納所有葉輪碎片。海洋認(rèn)證協(xié)會(huì)規(guī)定，在渦輪增壓器旋轉(zhuǎn)速度超過最大允許操作速度的20%時(shí)仍可展示出葉輪輪轂的爆炸容納(containment)。
[0003]當(dāng)葉輪爆炸時(shí)，存在兩種碎片可能不被外殼容納的主要機(jī)制。第一種為葉輪碎片穿透外殼。第二種來自于未能將外殼固定在一起，這使得外殼間出現(xiàn)間隙，然后葉輪碎片從間隙中穿出。
[0004]葉輪可以設(shè)計(jì)為使得，來自于其最外面部分的碎片為低質(zhì)量(因此低能量)。因此，通常，最先進(jìn)的葉輪被設(shè)計(jì)為在其外面部分具有一個(gè)相對(duì)薄的輪轂區(qū)域。
[0005]圖1示出渦輪增壓器葉輪和包圍該葉輪的殼體系統(tǒng)的概要剖視圖。葉輪具有輪轂1，該輪轂具有外部環(huán)形邊緣2。該輪轂還具有前表面3和后表面4，其分別從輪轂的入口側(cè)和軸側(cè)(shaft side)朝所述邊緣聚集。環(huán)形平衡板5從輪轂的后表面4中伸出。殼體系統(tǒng)包括蝸殼6和單獨(dú)的插入殼體7,蝸殼(volute casing) 6形成用于接收來自于葉輪的壓縮空氣的蝸(volute)，插入殼體7從葉輪的入口端插入到蝸殼以形成用于供給氣體到達(dá)或通過葉輪的導(dǎo)管。殼體系統(tǒng)還包括主殼體8，其形成包圍軸和葉輪的軸側(cè)末端的殼體。
[0006]連接到主殼體8的密封板9形成迷宮式密封(labyrinth seal) 10,輪轂I的后表面4位于在平衡板5的外側(cè)且接近邊緣2的外表面。密封板還朝外徑向延伸以支撐環(huán)形通道11的后壁，所述環(huán)形通道11可選的包含擴(kuò)壓葉片(diffuser vane) 12，該擴(kuò)壓葉片將壓縮空氣從葉輪導(dǎo)向蝸殼。平衡板5產(chǎn)生緊鄰其內(nèi)側(cè)的厚度減小的頸區(qū)13。
[0007]在輪轂爆炸期間，裂痕通常在葉輪中心線附近的輪轂I中開始。隨著它們向外傳播，裂痕也形成在頸區(qū)13中，使得葉輪邊緣2脫落。邊緣的碎片穿過任一擴(kuò)壓葉片12(擴(kuò)壓葉片12由于其相對(duì)脆弱的結(jié)構(gòu)，提供很小的阻力)，然后撞擊蝸殼6的壁。因此，此壁通常被加厚以防止穿透。一旦邊緣2相對(duì)小的外徑已經(jīng)脫落，輪轂I的剩余較大碎片撞擊緊鄰在葉輪周圍的插入殼體7。通常吸收輪轂碎片的能量，此殼體破碎。
[0008]工業(yè)渦輪增壓器對(duì)壓力比的要求越來越高。于是，葉輪的轉(zhuǎn)速提高，葉輪的設(shè)計(jì)必須更改以適用由此增加的壓力。因此，通常葉輪輪轂的形狀被設(shè)計(jì)為更像楔形(即輪轂前表面和后表面間的角度增加)以支持來自于葉輪邊緣的附加離心載荷。這反過來又意味著，葉輪中的頸區(qū)被替換為一個(gè)更高直徑的頸區(qū)，頸外側(cè)的邊緣的尺寸被減小。設(shè)計(jì)為適于較高的壓力比的葉輪通常具有較小的操作范圍:與設(shè)計(jì)為低壓力比的葉輪相比，該葉輪在特定壓力比時(shí)的質(zhì)量流的可用范圍很低。為了克服這種趨勢，供給氣體到達(dá)和通過葉輪的導(dǎo)管的壁可包含槽型孔。
[0009]因?yàn)槿~輪的邊緣比較小(即使在故障時(shí)在較高速度下旋轉(zhuǎn))，所以必須被消耗以防止邊緣碎片穿透的能量不必隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加而增加。因此，只要蝸殼的厚度適度增加，就可以防止這些碎片穿透。
[0010]然而，剩余的輪轂碎片比較大，伸展為更大的半徑且更像楔形。結(jié)合故障時(shí)的高速，這會(huì)導(dǎo)致該剩余的輪轂碎片包含相對(duì)更多的能量。因此，雖然插入殼體的破碎吸收了該碎片中的一些能量，但是楔形碎片可能不會(huì)變鈍且可能完整的穿出插入殼體，此時(shí)仍具有顯著的能量，從而潛在地避開了容納。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明至少部分基于這樣的認(rèn)知:此種不被容納的碎片的危險(xiǎn)為這些碎片可將主殼體和蝸殼擠開，引起任一配件的故障，使破裂碎片穿出。
[0012]因此，第一方面，本發(fā)明提供一種具有殼體系統(tǒng)的渦輪增壓器，該殼體系統(tǒng)包圍通過軸與渦輪相連的離心式葉輪。
[0013]殼體系統(tǒng)包括:
[0014]插入殼體，該插入殼體形成用于供給空氣到達(dá)和通過葉輪的導(dǎo)管。
[0015]蝸殼，該蝸殼形成用于接收來自于葉輪的壓縮空氣的蝸。插入殼體插入到蝸殼中，和
[0016]主殼體，該主殼體形成包圍軸和葉輪的軸側(cè)末端的殼；
[0017]葉輪包括:
[0018]輪轂，該輪轂具有徑向外部環(huán)形邊緣，且具有前表面和后表面，該前表面和后表面分別從輪轂的入口側(cè)和軸側(cè)朝邊緣聚集，和
[0019]在輪轂的前表面上沿圓周排列的多個(gè)葉片；和
[0020]在所述邊緣處的后表面上形成的密封結(jié)構(gòu)；和
[0021]殼體系統(tǒng)還包括:
[0022]密封板，所述密封板具有相應(yīng)的密封結(jié)構(gòu)，該密封結(jié)構(gòu)與葉輪的密封結(jié)構(gòu)密封地相互作用。密封板從邊緣朝內(nèi)側(cè)延伸到與主殼體連接的連接法蘭，且密封板從邊緣朝外側(cè)延伸以支撐或形成環(huán)形通道的后壁，該環(huán)形通道將來自于葉輪的壓縮空氣導(dǎo)向蝸殼；
[0023]其中，密封板的厚度在鄰近邊緣的環(huán)形腰區(qū)變窄，腰區(qū)的厚度小于在軸向測量的邊緣的最小厚度的2.5倍(最好小于最小厚度的兩倍)。
[0024]通過提供如此窄厚度的腰區(qū)，可以促進(jìn)腰區(qū)周圍的密封板在葉輪爆炸期間破裂。該破裂吸收能量，但是，除此之外，腰區(qū)外側(cè)的部分密封板(例如包含支撐或構(gòu)成環(huán)形通道后壁的部分)更傾向于保持完整，作為大碎片的穿透屏障。
[0025]腰區(qū)的厚度可以超過在軸向測量的邊緣的最小厚度的1.5倍。
[0026]腰區(qū)的形狀可以基本上為圓柱形。
[0027]環(huán)形腰區(qū)可以位于連接法蘭和密封板的密封結(jié)構(gòu)之間。
[0028]可選的，每個(gè)葉片延伸到各自的在其徑向外側(cè)末端處的葉片出口邊沿；并且，在葉片出口邊沿外側(cè)的位置處，蝸殼與主殼體和密封板軸向重疊，該重疊的軸向長度至少為軸向測量的葉片出口邊沿跨度的3倍(最好為跨度的4或5倍)。輪轂碎片可能試圖沿著蝸和主殼體間的接口逃離。然而，通過在各殼間提供軸向重疊，該碎片可以被阻擋在重疊處，該重疊具有這樣的軸向長度，使得即使碎片成功的擠開各殼，此重疊仍可保持。
[0029]更普遍的，第二方面，本發(fā)明提供了一種具有殼體系統(tǒng)的渦輪增壓器，該殼體系統(tǒng)包圍通過軸與渦輪機(jī)相連的離心式葉輪；
[0030]殼體系統(tǒng)包括:
[0031]插入殼體，該插入殼體形成用于供給空氣到達(dá)和通過葉輪的導(dǎo)管。
[0032]蝸殼，該蝸殼形成用于接收來自于葉輪的壓縮空氣的蝸，插入殼體插入到蝸殼中，和
[0033]主殼體，該主殼體形成包圍軸和葉輪的軸側(cè)末端的殼；
[0034]葉輪包括:
[0035]輪轂，該輪轂具有徑向外部環(huán)形邊緣，且具有前表面和后表面，該前表面和后表面分別從輪轂的入口側(cè)和軸側(cè)朝邊緣聚集，和
[0036]在輪轂前表面上沿圓周排列的多個(gè)葉片，每個(gè)葉片延伸到各自的在其徑向外側(cè)末端處的葉片出口邊沿；
[0037]其中，在葉片出口邊沿的外側(cè)的位置處，蝸殼與主殼體軸向重疊，該重疊的軸向長度至少為軸向測量的葉片出口邊沿跨度的3倍(最好為跨度的4或5倍)。
[0038]關(guān)于第二方面，葉輪可以進(jìn)一步包括在邊緣處的后表面上形成的密封結(jié)構(gòu)。殼體系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括具有相應(yīng)密封結(jié)構(gòu)的密封板，該密封結(jié)構(gòu)與葉輪密封結(jié)構(gòu)密封地相互作用。該密封板可以從邊緣向外延伸以支撐或構(gòu)成環(huán)形通道的后壁，該后壁用于將壓縮氣體從葉輪導(dǎo)向蝸殼(且通?？梢詮倪吘壪騼?nèi)延伸到連接到主殼體的連接法蘭)。關(guān)于第一或第二方面，密封結(jié)構(gòu)可以一起形成迷宮式密封?？商娲?，然而該密封結(jié)構(gòu)可以僅僅朝向葉輪和密封板互相接近的位置。當(dāng)葉輪包括密封結(jié)構(gòu)時(shí)，蝸殼可以與密封板和主殼體軸向重疊。在這種情況下，密封板可以認(rèn)為是主殼體的一部分，用于確定重疊的軸向長度。也就是說，被蝸殼重疊的主殼體和密封板的總軸向長度應(yīng)該至少為軸向測量的葉片出口邊沿的跨度的三倍。
[0039]可選的，關(guān)于第一或第二方面，每個(gè)葉片從各自的在其徑向內(nèi)側(cè)末端處的葉片入口邊沿延伸到各自的在其徑向外側(cè)末端處的葉片出口邊沿；插入殼體具有形成導(dǎo)管的壁，該導(dǎo)管壁被成形為提供葉片的從其入口邊沿到其出口邊沿的狹窄間隙，且該導(dǎo)管壁包含一個(gè)環(huán)繞鄰近入口邊沿的葉片的狹槽，導(dǎo)管壁的厚度逐漸增加且從狹槽持續(xù)到鄰近出口邊沿的位置，使得在出口邊沿處的管壁的厚度至少為在狹槽處的1.3倍(且優(yōu)選的至少為狹槽處的厚度的2到3倍)。加厚的導(dǎo)管壁意味著，當(dāng)插入殼體在葉輪爆炸期間破碎，該插入殼體可以吸收更多的葉輪能量，減少了碎片逃脫超越插入殼體的可能性。
[0040]更普遍的，在第三方面，本發(fā)明提供一種具有殼體系統(tǒng)的渦輪增壓器，該殼體系統(tǒng)包圍通過軸與渦輪機(jī)相連的離心式葉輪；
[0041]殼體系統(tǒng)包括:
[0042]具有壁的插入殼體，所述壁形成用于供給空氣到達(dá)和通過葉輪的導(dǎo)管。
[0043]蝸殼，該蝸殼形成用于接收來自于葉輪的壓縮空氣的蝸。插入殼體插入到蝸殼中，和
[0044]主殼體，該主殼體形成包圍軸和葉輪的軸側(cè)末端的殼；和
[0045]葉輪包括:
[0046]輪轂，該輪轂具有徑向外部環(huán)形邊緣，且具有前表面和后表面，該前表面和后表面分別從輪轂的入口側(cè)和軸側(cè)朝邊緣聚集，
[0047]在輪轂前表面上沿圓周排列的多個(gè)葉片，每個(gè)葉片從各自的在其徑向內(nèi)側(cè)末端處的葉片入口邊沿延伸到各自的在其徑向外側(cè)末端處的葉片出口邊沿；
[0048]其中，導(dǎo)管壁被成形為提供葉片的從葉片入口邊沿到葉片出口邊沿的狹窄間隙，且導(dǎo)管壁包含環(huán)繞葉片的鄰近入口邊沿的狹槽，導(dǎo)管壁的厚度逐漸增加且從狹槽持續(xù)到鄰近出口邊沿的位置，使得在出口邊沿導(dǎo)管壁的厚度至少為在狹槽處的2倍(且優(yōu)選的至少為狹槽處厚度的3倍)。
[0049]可選的，關(guān)于第一到第三方面中的任意一個(gè)，插入殼體具有:形成導(dǎo)管的壁，上游和下游的環(huán)形結(jié)構(gòu)，該環(huán)形結(jié)構(gòu)用于將插入殼體連接到分別位于導(dǎo)管的上游和下游末端的蝸殼，和多個(gè)T-或Y-形支柱形結(jié)構(gòu)，該支柱形結(jié)構(gòu)相對(duì)于環(huán)形結(jié)構(gòu)支撐導(dǎo)管壁，每個(gè)支柱形結(jié)構(gòu)都有延伸到導(dǎo)管壁的第一支柱、延伸到下游環(huán)形結(jié)構(gòu)的第二支柱，和延伸到上游環(huán)形結(jié)構(gòu)的第三支柱，第一支柱的最小截面面積大于第二個(gè)支柱的最小截面面積，且第二支柱的最小截面面積大于第三個(gè)支柱的最小截面面積。這樣的支柱截面面積的遞進(jìn)增加了對(duì)插入殼體變形和破裂的能量的吸收。它也可以幫助防止插入殼體被軸向推離葉輪。
[0050]更普遍的，第四方面，本發(fā)明提供一種具有殼體系統(tǒng)的渦輪增壓器，該殼體系統(tǒng)包圍通過軸與渦輪機(jī)相連的離心式葉輪；
[0051]殼體系統(tǒng)包括:
[0052]具有壁的插入殼體，所述壁形成用于供給空氣到達(dá)和通過葉輪的導(dǎo)管，
[0053]蝸殼,該蝸殼形成用于接收來自于葉輪的壓縮空氣的殼，插入殼體插入到蝸殼中，和
[0054]主殼體，該主殼體形成包圍軸和葉輪的軸側(cè)末端的殼；
[0055]其中，插入殼體具有:
[0056]上游和下游環(huán)形結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)用于將插入殼體連接到分別位于導(dǎo)管的上游和下游末端的蝸殼，和
[0057]多個(gè)T-或Y-形支柱形結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)相對(duì)于環(huán)形結(jié)構(gòu)支撐導(dǎo)管壁，每個(gè)支柱形結(jié)構(gòu)都有延伸到導(dǎo)管壁的第一支柱、延伸到下游的環(huán)形結(jié)構(gòu)的第二支柱和延伸到上游的環(huán)形結(jié)構(gòu)的第三支柱，第一支柱的最小截面面積大于第二個(gè)支柱的最小截面面積，且第二支柱的最小截面面積大于第三個(gè)支柱的最小截面面積。
[0058]本發(fā)明進(jìn)一步的方面提供了:(i)第一到第四方面任意一個(gè)中的殼體系統(tǒng)，(ii)第一方面中的密封板，和Qii)第一到第四方面任意一個(gè)中的插入殼體。
[0059]現(xiàn)在將列出本發(fā)明的進(jìn)一步可選特征。除非另有規(guī)定，這些特征可以單獨(dú)應(yīng)用或與本發(fā)明的任一方面任意組合應(yīng)用。
[0060]通常，插入殼體從葉輪的入口側(cè)插入到蝸殼中。
[0061 ] 通常，主殼體還形成包圍渦輪機(jī)的軸側(cè)末端的殼。
[0062]葉輪可進(jìn)一步包括環(huán)形平衡板，該環(huán)形平衡板從輪轂的后表面插入。關(guān)于本發(fā)明的第一方面，葉輪的密封結(jié)構(gòu)可以是平衡板的外側(cè)，密封板的腰區(qū)可以徑向位于該密封結(jié)構(gòu)和平衡板之丨司。
[0063]輪轂的后表面可位于內(nèi)部半角小于80°的圓錐面上，優(yōu)選的，內(nèi)部半角小于76。。
[0064]下面列出本發(fā)明的進(jìn)一步可選特征。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0065]參考以下附圖，以舉例的形式描述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中:
[0066]圖1示出渦輪增壓器葉輪和包圍該葉輪的殼體系統(tǒng)的概要剖面圖；
[0067]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的渦輪增壓器葉輪和包圍該葉輪的殼體系統(tǒng)的概要剖面圖；和
[0068]圖3為圖2中渦輪增壓器的縱向截面圖。
[0069]本發(fā)明的詳細(xì)說明和進(jìn)一步可選特征
[0070]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的渦輪增壓器葉輪和包圍該葉輪的殼體系統(tǒng)如圖2和3所示。
[0071]葉輪具有輪轂21，該輪轂具有外部環(huán)形邊緣22。葉輪還具有前表面22和后表面24，該前表面和后表面分別從輪轂的入口側(cè)和軸側(cè)朝邊緣聚集。輪轂前表面上設(shè)置有多個(gè)沿圓周排列的葉片36，每個(gè)葉片分別從在其徑向內(nèi)側(cè)末端處的葉片入口邊沿36延伸到在其徑向外側(cè)末端處的葉片出口邊沿38。環(huán)形平衡板25從輪轂的后表面24插入。殼體系統(tǒng)包括蝸殼26和單獨(dú)的插入殼體27，該蝸殼形成用于接收來自于葉輪的壓縮空氣的蝸，該插入殼體從葉輪的入口側(cè)插入到蝸殼中。插入殼體27具有壁39，該壁形成供給空氣到達(dá)或穿過葉輪的導(dǎo)管。殼體系統(tǒng)還包括主殼體28,該主殼體形成包圍軸和葉輪的軸側(cè)末端的殼。
[0072]在徑向內(nèi)側(cè)環(huán)形連接法蘭34處，密封板29連接到主殼體28。在平衡板25的外側(cè)且接近邊緣22的外表面處，密封板與輪轂21的后表面24構(gòu)成迷宮式密封30。密封板還徑向朝外延伸以形成環(huán)形通道31的后壁，該環(huán)形通道31可選的包含擴(kuò)壓葉片32，該葉片將壓縮氣體從葉輪導(dǎo)向蝸殼。平衡板25產(chǎn)生緊鄰其內(nèi)側(cè)的厚度減小的頸區(qū)33。
[0073]葉輪通常設(shè)計(jì)為在高壓力比下操作。因此，葉輪輪轂的形狀相對(duì)的為楔形以支撐來自于葉輪邊緣22的附加離心載荷。圖3所示更為明顯，其為圖2的渦輪增壓器的縱向截面圖，該楔形由位于內(nèi)半角α小于80°的圓錐面的輪轂后表面產(chǎn)生。
[0074]在連接法蘭34和迷宮式密封30之間，密封板29具有基本為圓柱形的腰區(qū)35，該腰區(qū)相對(duì)于板的其他部分而言具有減小的厚度。如圖3所示，腰區(qū)的厚度W是軸向測量的邊緣22的最小厚度R的2.5倍到1.5倍。當(dāng)葉輪爆炸期間的輪轂碎片的能量趨向于規(guī)模R時(shí)，W的上限幫助確保密封板在腰區(qū)35周圍破裂。這吸收能量，且使腰區(qū)外側(cè)的密封板29的一些部分更可能保持完好，使這些部分成為輪轂I的大碎片的穿透屏障。W的下限幫助確保正常操作期間密封板29的完整性。
[0075]在葉輪爆炸期間，用于防止輪轂碎片逃脫的進(jìn)一步的屏障由蝸殼和主殼體和密封板間的大的軸向重疊A提供。該重疊約為軸向測量的葉片出口邊沿38的跨度S的5.5倍。嘗試沿著蝸殼26和主殼體28間的交界面逃脫的輪轂碎片可能部分地?cái)D開各殼體。然而，即使上述成功，也不會(huì)消除重疊，因此輪轂碎片可被保留在殼體系統(tǒng)中。重疊的長度可以改變，這依賴于輪轂碎片的預(yù)期能量，但是優(yōu)選的，A/S應(yīng)至少約為3。
[0076]腰區(qū)35和軸向重疊A的結(jié)合對(duì)于容納輪轂碎片尤其有效，密封板29的外側(cè)部分防止大量碎片到達(dá)蝸殼26和主殼體28間的交界面，且重疊A防止到達(dá)交界面的任意碎片進(jìn)一步逃脫。
[0077]插入殼體27被配置為進(jìn)一步提升殼體系統(tǒng)的吸收能量的能力，和減小輪轂碎片逃脫的可能性。因而，到達(dá)密封板29處和/或蝸殼26與主殼體28的交界面處的任意碎片通過插入殼體后其能量減少。
[0078]插入殼體27的導(dǎo)管壁39被成形為提供葉片36的從葉片入口邊沿37到葉片出口邊沿38的狹窄間隙。該導(dǎo)管壁39還包含上游40和下游41的圓周狹槽。這些狹槽用于增加葉輪的質(zhì)量流的可用范圍。下游狹槽41環(huán)繞鄰近其葉片入口邊沿37的葉片36。導(dǎo)管壁39的厚度逐漸增加且從狹槽41延續(xù)到鄰近出口邊沿38的位置，使得在出口邊沿導(dǎo)管壁的厚度為在狹槽處的約1.3倍。當(dāng)插入殼體27在葉輪爆炸期間破碎，該增厚增加了由插入殼體27吸收的葉輪能量的量。
[0079]插入殼體27還具有上游42和下游43的環(huán)形結(jié)構(gòu)，該環(huán)形結(jié)構(gòu)將插入殼體連接到分別位于導(dǎo)管的上游末端和下游末端的蝸殼26。上游的環(huán)形結(jié)構(gòu)為法蘭42，該法蘭通過固定螺栓連接到蝸殼26。下游的環(huán)形結(jié)構(gòu)為接界面43，該接界面緊鄰蝸殼，兩者之間沒有機(jī)械緊固件，盡管可以在接界面43和蝸殼26的交界面提供一個(gè)密封環(huán)以改善相互間的密封。T-形或Y-形支柱形結(jié)構(gòu)相對(duì)于結(jié)構(gòu)42、43支撐導(dǎo)管壁39。每個(gè)支柱形結(jié)構(gòu)具有延伸到導(dǎo)管壁39的第一支柱44a，延伸到下游接界面43的第二支柱44b和延伸到法蘭42的第三支柱44c。第一支柱44a的最小截面面積大于第二支柱44b的最小截面面積。此外,第二支柱44b的最小截面面積大于第三支柱44c的最小截面面積。當(dāng)插入殼體27扭曲和破碎，該截面面積的遞進(jìn)增加了能量的吸收。該截面面積的遞進(jìn)還可以幫助防止插入殼體被軸向推動(dòng)到葉輪外。
[0080]雖然本發(fā)明通過以上所述的示例性實(shí)施例進(jìn)行描述，但是當(dāng)本發(fā)明被公開，許多等同的修改和變化對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員將會(huì)顯而易見。因此，以上所示的本發(fā)明的示例性實(shí)施例被認(rèn)為是說明性的且不限制性的?？梢栽诓幻撾x本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)所述實(shí)施例的各種改變。
【權(quán)利要求】
1.一種渦輪增壓器，所述渦輪增壓器具有殼體系統(tǒng)，所述殼體系統(tǒng)包圍通過軸與渦輪機(jī)連接的離心式葉輪； 所述殼體系統(tǒng)包括: 插入殼體27，所述插入殼體形成供給空氣到達(dá)和通過所述葉輪的導(dǎo)管。 蝸殼26，所述蝸殼形成用于接收來自于所述葉輪的壓縮空氣的蝸。所述插入殼體插入到所述蝸殼中，和 主殼體28，所述主殼體形成包圍所述軸和所述葉輪的軸側(cè)末端的殼； 所述葉輪包括: 輪轂21，所述輪轂具有徑向外部環(huán)形邊緣22，且具有前表面23和后表面24，所述前表面和后表面分別從所述輪轂的入口側(cè)和軸側(cè)朝所述邊緣聚集，和在所述輪轂的前表面上沿圓周排列的多個(gè)葉片36 ;和所述殼體系統(tǒng)還包括: 具有相應(yīng)的密封結(jié)構(gòu)的密封板29，所述密封結(jié)構(gòu)與葉輪的密封結(jié)構(gòu)密封地相互作用，所述密封板從所述邊緣向內(nèi)延伸到與主殼體連接的連接法蘭34,且從所述邊緣向外延伸到支撐或形成環(huán)形通道31的后壁，所述環(huán)形通道用于將壓縮空氣從葉輪導(dǎo)向主殼體； 所述密封板的厚度在鄰近所述邊緣的環(huán)形腰區(qū)35處變窄，所述腰區(qū)的厚度小于軸向測量的所述邊緣的最小厚度的2.5倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器，所述腰區(qū)的厚度小于軸向測量的所述邊緣的最小厚度的2倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的渦輪增壓器，所述腰區(qū)的厚度大于軸向測量的所述邊緣的最小厚度的1.5倍。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的渦輪增壓器，其中，所述腰區(qū)的形狀基本為圓柱形。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的渦輪增壓器，其中，所述密封結(jié)構(gòu)相互作用以提供迷宮式密封30。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的渦輪增壓器，其中: 每個(gè)葉片延伸到各自的位于其徑向外側(cè)末端的出口邊沿38 ;和 蝸殼與主殼體和密封板在葉片出口邊沿外側(cè)的位置處軸向重疊，所述重疊具有軸向長度A，所述軸向長度至少為軸向測量的葉片出口邊沿的跨度S的3倍。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的渦輪增壓器，其中: 每個(gè)葉片從各自的位于其徑向內(nèi)側(cè)末端處的葉片入口邊沿37延伸到各自的位于其徑向外側(cè)末端處的葉片出口邊沿38 ;和 所述插入殼體具有形成導(dǎo)管的壁39，所述導(dǎo)管壁被成形為提供葉片的從葉片入口邊沿到葉片出口邊沿的狹窄間隙，且所述導(dǎo)管壁包含環(huán)繞鄰近入口邊沿的葉片的狹槽41，所述導(dǎo)管壁的厚度逐漸增加，且從所述狹槽持續(xù)到鄰近出口邊沿的位置，使得在出口邊沿處導(dǎo)管壁的厚度至少為在狹槽處的厚度的1.3倍。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的渦輪增壓器，其中，所述插入殼體具有: 形成導(dǎo)管的壁， 上游42和下游43的環(huán)形結(jié)構(gòu)，用于將所述插入殼體連接到分別位于導(dǎo)管的上游末端和下游末端的所述蝸殼，和 多個(gè)T-形或Y-形支柱形結(jié)構(gòu)，所述支柱形結(jié)構(gòu)相對(duì)于所述環(huán)形結(jié)構(gòu)支撐導(dǎo)管壁，每個(gè)支柱形結(jié)構(gòu)具有延伸到所述導(dǎo)管壁的第一支柱44a，延伸到所述下游環(huán)形結(jié)構(gòu)的第二支柱44b，和延伸到所述上游環(huán)形結(jié)構(gòu)的第三支柱44c，所述第一支柱的最小截面面積大于所述第二支柱的最小截面面積，且所述第二支柱的最小截面面積大于所述第三支柱的最小截面面積。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的渦輪增壓器的殼體系統(tǒng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的渦輪增壓器的密封板。
11.根據(jù)權(quán)利要求7或8中任意一項(xiàng)所述渦輪增壓器的插入殼體。
【文檔編號(hào)】F02C6/12GK104145088SQ201380010924
【公開日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月23日
【發(fā)明者】伊恩·平克尼, 彼得·凱, 馬修·以利亞·摩爾, 弗朗西斯·約瑟夫·杰弗里·海斯 申請(qǐng)人:納皮爾渦輪增壓器有限公司