[发明专利]涡轮增压器的轴流式涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及一种涡轮增压器的轴流式涡轮机。

背景技术

排气涡轮增压器用来增加内燃机的输出现今已很普遍。这里，内燃机的排气被导入涡轮增压器的排气涡轮机中，其动能用来吸入并压缩内燃机用的空气。由于实际操作条件所限和驱动内燃机的燃料的构成，排气涡轮机的转动叶片和喷嘴环的结垢迟早会出现，喷嘴环所受影响的范围要更大一些。在用重油工作时，在喷嘴环上形成的结垢层的硬度随内燃机的工作原理而变化。通常，在喷嘴环区域的这样的结垢会导致涡轮机的效率下降，进而也将使内燃机的输出降低。另外，在燃烧区的排气温度的增高，会引起内燃机和涡轮增压器的热应力过载。特别是在内燃机中，会对阀门造成损害甚至破坏。

如果结垢层沉积在与四冲程内燃机相连的涡轮增压器的喷嘴环和涡轮机叶片上，那么涡轮增压器的压力和转动速度将会增加。因此，内燃机和涡轮增压器的部件都将承受较高的热应力和机械应力，这一因素可同样会导致相关部件的损坏。如果结垢层在涡轮机叶轮的转动叶片的周边上的分布不均匀，则会出现转子的不平衡，其结果是轴承装置也会被损坏。

因此，必须有规律地将粘附在涡轮机叶轮的转动叶片和喷嘴环上的污垢清除掉。

DE-A13515825中公开了一种净化具有一内部轴承装置的排气涡轮增压器的轴流式涡轮机的转动叶片和喷嘴环的方法和装置。该轴流式涡轮机有一个进气套管，该套管有一个外套管壁和一个内套管壁，后者用来相对于流动通道遮盖涡轮机叶轮和轴。净化装置包括有多个布置在轴流式涡轮机的进气套管上的喷水器，并有伸入流动通道的喷嘴和一个供水管路。对于轴流式涡轮机的某一程度的结垢，其净化需要由一个测量和分析单元来确定。相应地，由布置在导向叶片的上游的喷嘴向流动通道内喷入水。这样形成的水的液滴由排气流向上分别输送到轴流式涡轮机的导向叶片和转动叶片，进而清除粘附在叶片上的污垢。

然而，固定的导向叶片的净化只有在水的液滴尽可能全面地冲击在这些其表面正对排气流的导向叶片上时才能达到充分的效果。在这一点上，喷水器和喷嘴必须分别均匀地布置在轴流式涡轮机的整个周边上。因此，需要有大量的喷水器和喷嘴，这样的结果是相对结构复杂，价格贵。另外，密封进气套管的费用也随着喷嘴数量的增加而增加。另一个问题是喷嘴在相对高流速的流动通道内的布置。这导致了水的射流没有力量，仅能到达导向叶片的一部分。因而不能保证足够的净化效果。

发明内容

因此，本发明的一个目的是，试图避免所有的上述缺陷，提供一个新颖的涡轮增压器的轴流式涡轮机的喷嘴环和转动叶片的净化装置，并以一定方式布置该装置，使其在降低结构费用的前提下提高净化效果。

根据本发明，在本发明的涡轮增压器的轴流式涡轮机中，本发明的净化装置包括仅一个具有一中心轴的喷嘴，和至少一个喷射口以及一个净化介质供给管路。所说的至少一个喷射口布置在一个假想圆形区域的一点上，该圆形区域由一中心和一直径dk来确定，该中心位于内套管壁上游的距离a处。圆形区域的中心位于相对于内套管壁的一个假想的平行面上，该平行面位于内套管壁上游的距离a处，其中距离a由下式计算：其中5≤P₁≤30％

这里，d_a是外径，d_i是内径，P₁是确定平行面距内套管壁的最大和最小距离a的百分比。

排气流的流线在没有一喷嘴的情况下，在进口套管内形成，该流线中仅一个以直角与平行面相交。而该交点即被定义为圆形区域的中心。一个平面通过该交点与平行面相切。圆形区域即形成在该切向平面内。圆形区域的直径dk根据下式计算：其中5≤P₁≤30％

P₂是影响直径d_k的大小的百分比。喷嘴的中心轴与切向平面垂直，至少一个喷嘴的喷射口的方向大致与切向平面平行。

根据此定义，喷嘴及其至少一个喷射口布置在流动通道的区域内，其内的流线路径和流速分布全面扩展，由此净化介质在涡轮机的喷嘴环和转动叶片的范围内均匀分布。现有技术中，净化介质也是横向射入气流中，但是以很高的排气速度进入到进气套管区域内，因此净化介质的入射是受到限制的。与现有技术相比，本发明的净化介质可以到达涡轮机的喷嘴环和转动叶片的周边和叶片高度，因此涡轮机的喷嘴环和转动叶片可以得到均匀一致的冲刷，尽管只用了一个喷嘴，却保证了净化效果的提高。

如果有一个正好布置在圆形区域的中心的喷射口，那么效果则是特别好的，此时从内套管壁到平行面的距离a根据下式计算：其中15％≤P₁≤20％