[发明专利]涡轮增压器以及操作涡轮增压器的方法

说明书

用于内燃机的涡轮增压器包括：用于给内燃机的进气增压的压缩机(1)，该压缩机(1)包括压缩机轮(3)；用于驱动所述压缩机(1)的涡轮机(2)，该涡轮机(2)包括涡轮机轮(4)和围绕所述涡轮机轮(4)的涡轮机护罩(5)，所述涡轮机轮(4)包括多个轮叶(6)并能借助内燃机的排气流进行旋转；以及轴(7)，该轴(7)将所述压缩机轮(3)连接至所述涡轮机轮(4)。所述涡轮增压器还包括空气管道(8，11)和多个空气出口(9，12)，用于从所述压缩机(1)将增压空气引入到所述涡轮机护罩(5)和所述涡轮机轮(4)的所述轮叶(6)之间的间隙(10)中。

技术领域

本发明涉及一种涡轮增压器。本发明还涉及一种操作涡轮增压器的方法。

背景技术

实际上，所有大型活塞发动机(如船舶或电厂发动机)都设置有至少一个涡轮增压器。借助涡轮增压器，可以利用热排气中含有的部分能量。涡轮增压器对发动机的效率有显著的影响。因此，涡轮增压器的优化设计对实现发动机的高效率非常重要。例如，涡轮增压器的壳体与涡轮机和压缩机轮之间的空隙应小，以便将排气的能量有效地转化为涡轮增压器轴的旋转，并对引入压缩机中的空气进行有效增压。

涡轮增压器的旋转速度高，并且涡轮机也会因流经涡轮机的排气而经受高温。再加上对高效率的要求，这给涡轮增压器的设计和制造带来了挑战。涡轮增压器设计的一个问题点是涡轮机轮的轮叶和涡轮机轮周围的涡轮机护罩之间的空隙。排气中含有污染物，会导致间隙的污垢。这会导致涡轮机轮的轮叶磨损。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的用于内燃机的涡轮增压器。本发明的另一个目的是提供一种改进的涡轮增压器的操作方法。

根据本发明的涡轮增压器包括：用于给内燃机的进气增压的压缩机，该压缩机包括可旋转的压缩机轮；用于驱动所述压缩机的涡轮机，该涡轮机包括涡轮机轮和围绕所述涡轮机轮的涡轮机护罩，所述涡轮机轮包括多个轮叶并能借助内燃机的排气流进行旋转；以及轴，该轴连接所述压缩机轮和所述涡轮机轮。所述涡轮增压器还包括空气管道和多个空气出口，用于从所述压缩机将增压空气引入所述涡轮机护罩和所述涡轮机轮的所述轮叶之间的间隙中。

在根据本发明的方法中，将增压空气从所述压缩机引入所述涡轮机护罩和所述涡轮机轮的所述轮叶之间的间隙中。

利用根据本发明的所述涡轮增压器和所述方法，减少了涡轮机和涡轮机护罩之间的间隙的污垢。污垢会引起涡轮机护罩和涡轮机轮叶的磨损。减少污垢可使涡轮增压器的公差更小，效率更好。

根据本发明的一个实施方式，空气管道部分地布置在涡轮增压器的轴内。这允许从压缩机到涡轮机的流路短。

根据本发明的一个实施方式，该轴在压缩机轮的后面设置有用于将空气引入空气管道中的钻孔。

根据本发明的一个实施方式，至少一些空气出口布置在涡轮机轮的轮叶中。通过将空气经由涡轮机轮的轮叶引入间隙中，离心力增加了空气流的速度。此外，空气流使涡轮机轮叶冷却。

根据本发明的一个实施方式，涡轮机轮的每个轮叶均设置有空气出口。这确保了涡轮机护罩和涡轮机轮之间的间隙中的均匀空气流。

根据本发明的一个实施方式，所有的空气出口都布置在涡轮机轮的轮叶中。

根据本发明的一个实施方式，至少一些空气出口布置在涡轮机护罩中。

根据本发明的一个实施方式，所有的空气出口都布置在涡轮机护罩中。将空气出口布置在涡轮机护罩中的好处在于，涡轮机轮叶的强度不会因钻孔而降低。

根据本发明的一个实施方式，空气出口构造成以相对于轴的从涡轮机到压缩机的轴向方向的15至75度的角度将空气引导到间隙中。因此，空气流不与排气流相抵触。抵触排气流的流动会降低涡轮增压器的效率。