[发明专利]具有包括一组可调节导叶的导向装置的轴流式机器

说明书

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。