具有径向流过流体的压缩机轮的涡轮机用的外壳保险装置

摘要

本发明涉及一种具有径向流过流体的压缩机轮(3)的涡轮机。压缩机外壳(8)由一个位于外侧的螺旋形壳体(10)和一个位于内侧的壳体插入件(12)构成。由于老化可能引起压缩机轮(3)破断。在理想情况下破断件应该由壳体插入件(12)来接住，以保证涡轮机的外壳安全性。考虑到由于压缩机轮(3)的破断件而出现冲击式释放的力，本发明建议一种特殊的结构，尤其是作为备件的壳体内部插入件(12)的结构，从而使破断件可以可靠和低成本地保持在涡轮机里，也就是说保持涡轮机的外壳安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有径向流过流体的压缩机轮的涡轮机以及一种用于装入在涡轮机里的壳体插入件。

背景技术

这样的涡轮机，例如象涡轮压缩机的一种离心压缩机的基本构造和作用原理本身是已知的，因此这里就不再作详细的说明。EP 1 233190 A1公开了一种具有径向流过流体的压缩机轮的涡轮机。

在不利的工作条件下长时间运行之后，这样的涡轮机的压缩机轮由于腐蚀、侵蚀和老化而大大被削弱，以至于不能避免压缩机轮的破裂。如果压缩机轮破裂，此时轮子至少破碎成两个或三个大块，那么这些部件由于大的离心力而被向外甩出去。在这种情况下破碎件可能从压缩机外壳里飞出去。同时使压缩机轮叶片完全破坏并使留下的轮毂体夹住在轴承箱和压缩机外壳之间。由于轮毂的成型此时产生一种楔效应，它将很大的脉冲状轴向力加到外壳上。但压缩机轮的破断件也可以使其他的机器零部件从涡轮机中飞出来，这可能引起严重的后续损坏。所以在产生损坏时就影响了整个涡轮机的外壳安全性，这些都是要避免的。

为了保证涡轮机的外壳安全性同时在螺旋形壳体之外取消附带的破裂防护装置EP 1 233 190 A1建议：压缩机外壳分成两个部分，由一个外侧的螺旋形壳体和一个内侧的壳体插入件构成，其中内侧的壳体插入件通过一柔性的固定装置设置在外侧的螺旋形壳体上。这种柔性的固定装置用于将壳体插入件固定在螺旋形壳体上，它设计得比将压缩机外壳，也就是外侧的螺旋形壳体的设置在涡轮机的轴承箱上刚性固定装置的抗断裂强度要低。因此通过按照EP 1 233 190 A1的现有技术背景就提供了一种螺旋形壳体，用这壳体就可以可靠地避免破断的涡轮盘的破断件或者部件飞射出去。破碎的压缩机轮的破断件的动能可以在涡轮机之内完全转化为变形能和热量。

但在按照EP 1 233 190 A1的涡轮机中必须在壳体插入件的螺旋形壳体之间选择一种费事的并且高费用的固定装置。

发明内容

因此本发明的任务是：提出一种具有径向流过流体的压缩机轮的涡轮机，它保证高的外壳安全性并且可以用少的制造成本来生产。此外作为备件的壳体插入件还应该可以方便地安装。

此任务通过一种按照本发明的独立权利要求所述的具有径向流过流体的压缩机轮的涡轮机和壳体插入件来解决。本发明的有利设计方案见从属权利要求。

按照本发明设计了一种具有径向流过流体的压缩机轮的涡轮机，其中一个外侧的螺旋形壳体和一个内侧的壳体插入件构成了压缩机外壳。壳体插入件构成一个空气流过通道，并且在壳体插入件的设于空气流过通道的空气入口处的第一端部设有一个固定装置用于将壳体插入件固定在螺旋形壳体上。固定装置例如可以设计成钻孔。在壳体插入件的位于对面的第二端部设有一个保持装置。在压缩机轮破断的情况下，压缩机轮的破断件被甩到位于内侧的壳体插入件上。此时各个破断件所释放的，尤其是离心作用的力就借助于按照本发明的保持装置转变成轴向和径向作用在位于外侧的螺旋形壳体上的压力。通过这些压力，位于内侧的壳体插入件就卡紧在位于外侧的螺旋形壳体里。

按照一种有利的设计方案，保持装置为了固定在螺旋形壳体里，被破碎的压缩机轮主要地或者也只是部分地在径向方向上压向外面。其结果是由于在压缩机轮破断时所释放的力而引起位于内侧的壳体插入件在变形部段处的变形。这种变形导致了位于内侧的壳体插入件卡紧在涡轮机的位于外侧螺旋形壳体里。为了从结构上实现卡紧的效果，也设有专门的变形部段，以便一方面使尽可能多的，由于压缩机轮的破碎而释放的能量转换成变形能，而且另一方面通过保持装置确定地使螺旋形壳体和壳体插入件卡紧住。但所述的变形部段也可以或者只是设在位于外侧的螺旋形壳体里。

在本发明的一种设计方案中，在螺旋形壳体上设有一个锚定装置，例如一个槽，壳体插入件的保持装置就卡紧在该锚定装置里。锚定装置的设计应保证排除由于脉冲式释放的力而使锚定装置发生破裂。

卡紧和变形的组合可以将释放的能量有效和高效地接受并转换成变形能和热能。因此相对于背景技术来说，就产生了在涡轮机的外壳安全性方面决定性的优越性。只要在压缩机轮破碎时引起了内壳体插入件的位置变化，壳体插入件很大程度上在位于外侧的螺旋形壳体里还停留在相同的位置上。因此其结果是：压缩机轮的破断零部件并不离开涡轮机的内部而且也没有涡轮机的其它零部件由于脉冲力而从涡轮机里被甩出去。

按照本发明的一种有利的设计方案，所述的保持装置被构造为形式为在壳体插入件的外边上的环形支撑托板。在位于外侧的螺旋形壳体里的一个槽构成锚定装置。槽设置于螺旋形壳体的向着壳体插入件的一侧。若压缩机轮破断了，那么环形支撑托板就被从壳体插入件的外侧向外压并卡紧在螺旋形壳体的槽里。托板和槽形状配合地卡紧住，并使所有的由于压缩机轮的破断而释放的力通过螺旋形壳体而传出，只要这些力并没有在之前就已转变成变形能和热能的话。

按照本发明的另外一种有利设计方案，环形托板平行于壳体插入件的中轴线，其中托板的自由端指向进气口的方向，并且只是由于压缩机轮的破断而被向外压入到螺旋形壳体的槽里用于实现锚定。

根据这种设计方案可以使位于内侧的壳体插入件没有困难地装在位于外侧的螺旋形壳体里，因为环形托板形成了壳体插入件的外圆周部段的一个平面延长段，所述外圆周部段被用于形状配合连接地装在螺旋形壳体上。因此可以不必拆除螺旋形壳体就能拆下壳体插入件。因此这是尤其有利的，因为壳体插入件是一种备件，它例如由于侵蚀而磨损并且时而就必须更换。按照本发明的涡轮机因此是利于维护的并且可以进行低成本地维修的。

由于壳体插入件在内侧上，也就是说在向着压缩机轮的那一侧上的造型使环形托板只是在压缩机轮破碎时才压入槽里用于锚定。这种结构相比于一种也可以考虑的卡口式连接来说是有利的，因为在螺旋形壳体的纵向方向上就不必设有铣削槽，以便将具有一个不平行于壳体插入件中轴线的托板的壳体插入件安装在螺旋形壳体里。

按照本发明的另外一种有利的设计方案，环形托板具有至少一个弹性槽。通过该弹性槽才可以使环形托板在径向方向上产生一种可控的变形。由于在压缩机轮破碎时环形托板向上弯曲进入到螺旋形壳体的槽里，环形托板的横截面就发生变化。通过在环形托板的圆周上以规则的间距设有弹性槽，可以使环形托板向上弯曲，而不会影响到通过弹性槽而分开的托板的其它部段。弹性槽优选是通槽，它们从托板的自由端伸到材料里。

在本发明的另外一种有利的设计方案中，位于内侧的壳体插入件在其外边上至少具有一个传递元件，例如筋板，用于将力从壳体插入件的内轮廓传向环形托板。为了使压缩机轮的破碎不仅引起壳体插入件的变形，而且也将托板以确定的方式压入到外螺旋形壳体的槽里，所述的传递元件在壳体插入件的轴向方向上设置在壳体插入件的环形托板和外边之间。有利的是，这些传递元件垂直于地位于环形托板上并构成一个壳体插入件的向着压缩机轮的部分和托板之间的连接桥。传递元件优选为均匀地分布在环形托板上，因此对于通过上面所述的弹性槽所构成的每个托板部段都至少提供有一个传递元件。

按照本发明的另外一种有利的设计方案，所述槽在位于外侧的螺旋形壳体里设置在一个变形部段里。可以应用螺旋形壳体的筋板作为变形部段，因此在嵌入螺旋形壳体的筋板时位于外侧的螺旋形壳体的一部分，就是说筋板本身也可以变形并因此将破碎的压缩机轮的能量转变成变形能。此外通过设置更多筋板的措施可以实现螺旋形壳体重量的降低。

对于在本发明的所述的并不旋转的构件来说，建议使用的材料的断裂延伸率大于或等于5％。

附图说明

以下根据附图对本发明的一种实施形式进行详细说明。附图所示为：

图1：一种具有壳体插入件的离心压缩机的局部纵向剖视图，正如它在现有技术中所应用的那样；

图2：一种按照本发明的离心压缩机在壳体插入件和螺旋形壳体之间的连接位置处的局部纵向剖视图；

图3：壳体插入件的向着压缩机轮的那个部分的放大图；

图4：壳体插入件的环形托板的局部俯视图。

具体实施方式

图1表示了背景技术中的一种离心压缩机的局部纵向剖视图。此图中的废气涡轮增压器具有一在其中间纵向部位里支承在一个轴承箱1里的轴2，该轴在其伸出支承轴承的端部上支承一个此处未表示出的涡轮和一个在图中示意性表示的径向流过流体的压缩机轮3。

所示的压缩机轮3具有一个不可旋转地装在通过涡轮驱动的轴2上的轮毂4，该轮毂在圆周侧具有径向伸出的叶片5。轮毂4的外轮廓6与压缩机外壳8的内轮廓7形成了一个从轴向方向A转入径向方向B的，向外变窄的流体通道9，其横截面对应于叶片5的轮廓。压缩机外壳8借助于一刚性固定装置18而固定在轴承箱1上。从流体入口至流体出口，轮毂4和叶片5的直径递增，因此形成一种在压缩机轮3的长度上逐渐增加的质量分布(Masseverteilung)。

压缩机外壳8由以下两部分构成：一个位于外侧的借助于刚性固定装置18而固定在轴承箱上的螺旋形壳体10，它包括了流体通道9的在径向方向B上向外转向的通道段11；以及一个位于内侧的壳体插入件12，它在径向方向B上设在螺旋形壳体10和压缩机轮3之间，而且其内轮廓13与压缩机轮3的轮毂4的外轮廓6构成了流体通道9的基本在轴向方向A上走向的通道段14。

图2表示了在图1所示的背景技术中的螺旋形壳体和壳体插入件上的按照本发明修改的部段。借助于一种费事而高成本的螺钉结构实现的图1所示的固定装置17可以取消，并用一种按DIN标准的紧固螺钉22来替代。在壳体插入件的壳体30上设有一种环形托板27，它平行于壳体插入件的纵向中轴线。环形托板27在圆周方向上总是被筋板25支撑住，筋板用于将力从向着压缩机轮3的内轮廓传向环形托板。

在螺旋形壳体11上也设有筋板26，它在环形托板嵌入时发生变形。螺旋形壳体里的筋板具有槽28，它们设计成使环形托板27在压缩机轮3破碎时在槽28里发生变形，并因此将壳体插入件整件上适合地制动住并保持在螺旋形壳体里。有利的是这样来选择槽的形状，从而不会引起槽的脱离，而是尽可能这样来选择在螺旋形壳体的优先可变形的筋板里的力的分布，从而使由于压缩机轮的破碎而产生的力能够由螺旋形壳体来承受。

图3表示图2所示一个部分X，也就是壳体插入件12的环形托板27。图4为图3的俯视图。从图4中可见弹性槽23，它从托板的自由端伸入到材料里。弹性槽将环形托板完全分开，因此就可以使通过弹性槽而分开的环形托板的各个单一段向上弯曲。

标号表

1   轴承箱

2   轴

3   压缩机轮

4   轮毂

5   叶片

6   外轮廓

7   内轮廓

8   缩机外壳

9   流体通道

10  螺旋形壳体

11  通道段

12  壳体插入件

13  内轮廓

14  通道段

15  内圆柱筒

16  中空腔

17  固定装置

18  固定装置

19  壁

20  尖部

21  间隙

22  紧固螺钉

23  弹性槽

24  横截面

25，26  筋板

27  托板

28  槽

29  空气通道

30  外壳