[发明专利]涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及一种涡轮机，具体地涉及一种具有废气门和密封装置的涡轮机。所述涡轮机可形成涡轮增压器或动力涡轮机的一部分。

背景技术

涡轮机械是在转子和流体之间传递能量的机械。例如，涡轮机械可将来自流体的能量传递给转子或可以将来自转子的能量传递给流体。涡轮机械的两个示例是动力涡轮机和涡轮增压器，其中动力涡轮机使用转子的旋转能而做有用功，例如产生电力，涡轮增压器使用转子的旋转能压缩流体。

涡轮增压器是在大气压以上的压力(升高的压力)下将空气提供给内燃机的入口的公知的装置。传统的涡轮增压器基本上包括排气驱动涡轮机叶轮，该涡轮机叶轮安装在涡轮机壳体中的可旋转轴上，其中涡轮机壳体连接在发动机出口歧管的下游。涡轮机叶轮的旋转使得安装在所述轴在压缩机壳体中的另一端上的压缩机叶轮旋转。压缩机叶轮将压缩空气输送到发动机入口歧管。涡轮增压器轴传统地由径向推力轴承支撑，该轴承包括适当的润滑系统，位于连接在涡轮机和压缩机叶轮壳体之间的中心轴承箱内。

传统的涡轮增压器的涡轮机包括：涡轮机腔室，涡轮机叶轮安装在所述涡轮机腔室中；环形入口，其被限定在相面对的径向壁之间，所述径向壁绕涡轮机腔室设置；入口蜗壳，其绕环形入口设置；以及出口通路，其从涡轮机腔室延伸。通路和腔室连通。使得进入到入口蜗壳中的增压排气经由涡轮机流过入口然后进入到出口通路，并且使涡轮机叶轮旋转。已知的是通过在入口中设置称为喷嘴叶片的叶片以使流过入口的气体偏转来提高涡轮机性能。也就是说，流过环形入口的气体流动通过在气流中产生旋涡的入口通道(限定在相邻叶片之间)，从而使流动方向转向涡轮机叶轮的旋转方向。

涡轮机可以是固定或可变几何式。可变几何式涡轮机与固定几何式涡轮机的不同之处在于：入口(诸如入口的尺寸)能够变化以在一定的质量流量范围内优化气流速度，使得涡轮机的动力输出能够改变以满足不断变化的发动机需求。例如，当被输送到涡轮机的排气的体积相对较低时，气体达到涡轮机叶轮的速度被保持在通过使用可变几何机构减小入口的尺寸来保证有效的涡轮机操作的水平。设有可变几何涡轮机的涡轮增压器被称为可变几何涡轮增压器。

可变几何涡轮增压器中的喷嘴叶片装置能够采用不同的形式。两种已知类型的可变几何涡轮机是摆动叶片涡轮增压器和滑动喷嘴涡轮增压器。

通常，在摆动叶片涡轮增压器中，涡轮增压器的涡轮机的入口尺寸(或流量)由涡轮机入口中的可移动叶片阵列控制。每个叶片能够围绕一轴线枢转，该轴线平行于涡轮增压器轴横过入口延伸且与沿着叶片长度大致一半处的点对齐。设置叶片致动机构，所述叶片致动机构连接到叶片中的每一个且以使叶片中的每一个都一致地移动的方式移位，且这种移动能够控制进入气体的可用横截面面积和气体接近涡轮机叶轮的角度。

通常，在滑动喷嘴涡轮增压器中，叶片被固定到可轴向移动壁，该可轴向移动壁可滑动跨过入口。可轴向移动壁移向面对的罩板以关闭入口，并且通过这样做使得压片穿过罩板上的孔口。可选地，喷嘴环固定到涡轮机的壁，且罩板在叶片上移动以改变入口的尺寸。

传统的涡轮增压器的压缩机包括限定压缩机腔室的压缩机壳体，压缩机叶轮安装在所述压缩机腔室中，使得压缩机叶轮绕一轴线旋转。压缩机还具有：大致轴向入口通路，其由压缩机壳体所限定；以及大致环形出口通路，其在相面对的径向延伸壁之间由压缩机壳体限定，该径向延伸壁绕压缩机腔室设置。蜗壳绕出口通路设置，且出口与蜗壳流体连通。通路和压缩机腔室连通，使得允许相对较低压力的气体(例如，空气)进入到入口中，且通过压缩机叶轮的旋转经由压缩机腔室、出口通路和蜗壳被泵送到出口。出口处的气体通常处于大于允许进入到入口的气体的相对较低压力的压力(也称为增压压力)。出口处的气体然后可通过压缩机叶轮的作用而被泵送到压缩机出口的下游。

已知的是涡轮增压器涡轮机设有阀控旁通端口(称为废气门)，所述阀控制旁通口能够控制涡轮增压器增压压力和/或轴速。废气门阀(典型地，提升阀式阀)被控制以当压缩机出口中的流体增压压力朝向预定水平增加时打开废气门端口(旁通端口)，从而允许废气中的至少一些绕过涡轮机叶轮。典型地，废气门端口向废气门通道开口，其中该废气门通道使得旁通气流转向涡轮机出口或将所述旁通气流排放到大气。