技术领域
[0001] 本
发明涉及一种根据
权利要求1的前序部分的
涡轮机械。
背景技术
[0002] 从文件DE 10 2007 027 869 A1中已知开头提及的类型的涡轮机械。在该文件中所描述的涡轮机械具有
密封件，该密封件阻断在涡轮机械的
轴承壳体和工作轮壳体之间的
流体通道。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于，提供根据权利要求1的前序部分的涡轮机械，在该涡轮机械中更可靠地防止流体穿过密封件。
[0004] 该目的利用根据权利要求1的涡轮机械实现。在从属的权利要求中定义了本发明的改进方案。
[0005] 根据本发明，涡轮机械具有：带有轴承壳体和工作轮壳体的壳体；可旋转地支承在轴承壳体中的轴；与轴相连接且布置在工作轮壳体中的工作轮(Laufrad)；以及密封件，该密封件具有由静止的限定了从轴承壳体到工作轮壳体的轴的通道的壳体部分形成的第一密封部分以及与轴的外周缘相连接的第二密封部分，并且该密封件阻断在轴承壳体和工作轮壳体之间的流体通道。在第一密封部分处在轴承壳体侧设置有利用弯曲(Krümmung)以沿着周缘的方式 环绕轴的外周缘的流体排泄槽(Ablaufrinne)，从而施加到第一密封部分上的轴承壳体流体可沿着流体排泄槽垂直地向下流出。根据本发明的涡轮机械通过以下方式而出众，即，在流体排泄槽中在轴的两侧分别设置有流体流引导元件(Fluidstromleitelement)，该流体流引导元件径向地以远离轴的方式将轴承壳体流体从流体排泄槽中导出。
[0006] 流体排泄槽设置成，避免在第一密封部分处流出的轴承壳体流体(例如
润滑油)无障碍地渗入密封件中。轴承壳体流体跟随(folgen)流体排泄槽，直至其垂直向下流出。
[0007] 但是，通过
发明人认识到，通过在轴承壳体流体和第一密封部分之间的
边界层过程(Grenzschichtvorgang)或最小的流体静
力压力差，轴承壳体流体相对长地跟随流体排泄槽，从而轴承壳体流体LF相对于侧向地设定(anlegen)到流体排泄槽处的垂线的脱离
角大于180度。
[0008] 如果通过一定的环境，轴承壳体流体的脱离角足够大，则在流体排泄槽的垂直的下部区域中可出现吸入跟随流体排泄槽的轴承壳体流体，并且由此导致密封件的不
密封性。
[0009] 通过根据本发明在流体排泄槽中在轴的两侧分别设置流体流引导元件(该流体流引导元件径向地以远离轴的方式将轴承壳体流体从流体排泄槽中导出)，如此程度地减小轴承壳体流体的脱离角，即，可靠地避免将轴承壳体流体吸入密封件中。
[0010] 根据本发明的实施形式，每个流体流引导元件具有：流入区域，在该流入区域
中轴承壳体流体冲击到流体流引导元件上；以及流出区域，在该区域中轴承壳体流体从流体流引导元件处脱离
[0011] 根据本发明的另一实施形式，流入区域构造成从流体排泄槽的底面开始径向地远离轴延伸的流入面的形式。
[0012] 利用本发明的这一设计方案，可以简单的方式将沿着流体排泄槽流动的轴承壳体流体几乎全部地从流体排泄槽中导出，并且将其引入另一在密封件的密封性方面上无问题的流动方向中。
[0013] 根据本发明的实施形式，流入区域以与流体排泄槽的弯曲相反的方式弓形地弯曲。
[0014] 通过由此实现的优选地相对大的流入半径，轴承壳体流体在流动技术方面平稳地并且由此可靠地从流体排泄槽中流出。
[0015] 根据本发明的再一实施形式，流出区域具有导流边缘(Abrisskante)，该导流边缘在流入区域的远离流体排泄槽的端部处限制流入区域，并且布置在流体流引导元件的径向地最外的
位置处。
[0016] 利用根据本发明的这一设计方案，以简单的方式保证，从流体排泄槽中导出的轴承壳体流体可靠地再次从流体流引导元件处脱离，并且以径向地向外错位的方式垂直地向下流出。
[0017] 根据本发明的另一实施形式，流出区域具有后引导面 该后引导面以沿着轴的周缘延伸的方式( Welle erstreckend)联接到导流边缘处。
[0018] 通过该后引导面保证了，继续以径向地向外错位的方式引导残留的、在导流边缘处尚未脱离的轴承壳体流体，直至其最终从后引导面脱离并垂直地向下流出。
[0019] 根据本发明的实施形式，后引导面以与流体排泄槽的弯曲相应的方式弯曲。
[0020] 以这种方式有利地保护任何剩余的轴承壳体流体不被吸入密封件中，因为后引导面将剩余的径向地向外引导的轴承壳体流体保持在该径向地外部的
水平上，直至剩余的轴承壳体流体从后引导面脱离并且垂直地向下流出。
[0021] 根据本发明的另一实施形式，两个流体流引导元件中每一个的进口端部布置在由流体排泄槽的最长的水平的割线(Sekante)限定的点处。
[0022] 该点限定了这样的部位，即，在该部位处，在流体排泄槽中的轴承壳体流体位于径向的最外处。通过流体流引导元件的各个进口端部布置在该部位处，在尽可能好的时间点将轴承壳体流体从流体排泄槽中导出，从而最终以径向向外的方式实现轴承壳体流体的最大的径向的错位，并且由此更可靠地防止轴承壳体流体被吸入密封件中。
[0023] 优选地，由密封盖形成第一密封部分，以从工作轮壳体的侧边开始的方式将该密封盖安置(ansetzen)到壳体处。此外优选地，密封件构造成非
接触的迷宫式密封。
附图说明
[0024] 下面根据优选的实施形式并参考附图更详细地描述本发明。
[0025] 图1显示了根据本发明的实施形式的涡轮机械的示意性的透视的纵截面视图，[0026] 图2显示了图1的涡轮机械的示意性的纵截面视图，
[0027] 图3显示了图1的区域的放大的视图，
[0028] 图4显示了图1的涡轮机械的示意性的透视的视图，其中，显示了根据本发明的实施形式的流体流引导元件。
[0029] 参考标号列表
[0030] 1 涡轮机械
[0031] 10 壳体
[0032] 11 轴承壳体
[0033] 12 工作轮壳体
[0034] 13 工作轮壳体
[0035] 20 工作轮
[0036] 21 工作轮
[0037] 30 轴
[0040] 50 密封件
[0041] 51 第一密封部分
[0042] 51a 流体排泄槽
[0043] 51b 底面
[0044] 52 第二密封部分
[0045] 53 拦截迷宫(Fanglabyrinth)
[0046] 54 排出腔(Abführkammern)
[0047] 55 导出槽
[0048] 56 流体流引导元件
[0049] 56a 流入区域
[0050] 56b 流出区域
[0051] 56c 导流边缘
[0052] 56d 后引导面
[0053] 56e 进口端部
[0054] 60 腔
垫片(Kammerungsscheibe)
[0055] 70 轴承壳体流体供给孔
[0056] 71 喷射孔
[0057] 80 盖
[0058] Smax 最长的水平割线
[0059] LF 轴承壳体流体
[0060] GS 气流
具体实施方式
[0061] 下面参考图1至4描述根据本发明的实施形式的涡轮机械1。
[0062] 涡轮机械1可例如构造成废气
涡轮增压器或
动力涡轮。在图中显示的本发明的实施形式中，涡轮机械1构造成废气
涡轮增压器。
[0063] 如在图1至3中显示的那样，涡轮机械1具有带有轴承壳体11和两个工作轮壳体12和13的壳体10。两个工作轮壳体(其分别具有流出壳体部分和流入壳体部分)分别容纳工作轮20和21，其中，在图1中左边的工作轮20构造成涡轮工作轮，并且在图1中右边的工作轮21构造成
压缩机工作轮。对于以下描述，将涡轮工作轮称为第一工作轮20并且将其所属的工作轮壳体称为第一工作轮壳体12。相应地将压缩机工作轮称为第二工作轮
21，并且将其所属的工作轮壳体称为第二工作轮壳体13。
[0064] 此外，涡轮机械1具有通过多个滑动轴承40可旋转地支承在轴承壳体11中的轴30，该轴30使第一工作轮20和第二工作轮21固定地相互连接。
[0065] 就此而言需注意的是，动力涡轮的特征在于，没有第二工作轮21以及在壳体10处的相应的更改以及可能的在轴30的支承处的相应的更改。在这种情况中，由于在涡轮侧上的废气的降压(Entspannung)和冷却而引起的通过轴30传递的
扭矩可能通过传动机构传送到发
电机处以用于产生
电流。
[0066] 如在此显示的那样构造成废气
涡轮增压器的涡轮机械1一方面必须在轴30离开轴承壳体11的出口处密封以防止来自第二工作轮壳体13(压缩机侧)的空气进入轴承壳体11并且防止来自第一工作轮壳体12(涡轮侧)的废气进入轴承壳体11。另一方面，轴密封件必须防止轴承壳体流体(在此例如润滑油)从轴承壳体11中离开进入压缩机和涡轮的紧接的轮侧空间(Restseitenraum)中。在此，对在径向的和轴向的废气涡轮增压器之间的轴密封的要求主要在废气侧或涡轮侧有所区别。此外，与涡轮机械1的运行状态相关表现出(vorstellen)不同的运行条件并且该不同的运行条件在轴密封件之后出现。
[0067] 在图3中以放大的视图显示了构造成非接触的迷宫式密封的密封件50，该密封件50具有由静止的限定轴30的从轴承壳体11到第一工作轮壳体12的通道的壳体部分形成的第一密封部分51以及与轴30的外周缘相连接的第二密封部分52，并且阻断在轴承壳体
11和第一工作轮壳体12之间的流体通道。
[0068] 在涡轮机械1的运行中，在第二工作轮21的出口处的压力在邻近的轮侧空间中延续(fortsetzen)。尽管在第二工作轮21的轮背部(Radrücken)处存在节流迷宫件(Drossellabyrinthe)，但是相对轴承壳体11在密封件处存在(anstehen)有一定的过压。该密封件的目的为，将到轴承壳体11中的空气进入以及由此的
质量流损失(渗漏(Blow-By))保持尽可能小。在此，在密封部位之前的低压(Unterdruck)更确切地说代表了例外，并且此外可通过相应地设计节流迷宫件或轮侧空间通
风来防止。由此，通过在密封件之前持续存在的过压防止了轴承壳体流体的离开，该轴承壳体流体从轴承壳体11开始以喷射的方式对密封部位进行加载。
[0069] 在径向的废气涡轮增压器(如在图中显示的涡轮机械1)中，在运行中在涡轮侧上出现相似的状态。在涡轮之前的废气压力传播(fortpflanzen)到轮侧空间中并且在密封件50之前存在。只要涡轮机械1的轴30的转速不低于在较低的区域中的一定的转速，这些情况便不发生改变，也就是说，在密封件50之前持续存在超压。
[0070] 在所谓的添加润滑油运行(Nachschmierbetrieb)中，可出现在密封件50之前的其它情况。在此，在静止的
转子组件(Laufzeug)(工作轮20，21和轴30)中，为涡轮机械1的滑动轴承40添加润滑油，以导出产生的余热。在添加润滑油期间，通过烟囱
通风(Kaminzug)的效应，在第一工作轮壳体12(涡轮侧)的流出壳体部分中可出现低压，其中，低压延续直到在第一工作轮壳体12和轴承壳体11之间的密封件50之前。出于这一原因，密封件50也必须针对该运行状态进行设计。必须防止，通过压力差在涡轮侧的轮侧空间的方向上通过密封件50吸入轴承壳体流体。
[0071] 根据本发明，如此设计密封件及其邻接的构件，即，可靠地防止轴承壳体流体通过轴30从轴承壳体11中离开进入第一工作轮20的轮侧空间中。
[0072] 在涡轮机械1的运行中，轴承壳体流体(在此为润滑油)以喷射的方式对密封件50进行加载，其中，作为轴承油的轴承壳体流体从涡轮机械1的单个轴承部件中离开。此外，可通过直接来自滑动轴承40的(油)输送孔的附加的加载利用轴承壳体流体(在此为喷射油)湿润密封件50，其中，该湿润用作密封部件的冷却，并且应由此防止轴承壳体流体在密封件50之内结焦。在此，在轴承壳体11之前可存在过压或低压。可仅仅由轴承油、仅仅由喷射润油以及由轴承油和喷射油同时加载密封件50。在此，输送到滑动轴承40的轴承壳体流体的
温度和压力可变化，这基本上影响在密封件50上的轴承壳体流体的量和排泄特性(Ablaufverhalten)。
[0073] 通过给定轮廓的(profiliert)轴区段形成密封件50的第二密封部分52，或如在图3中显示的那样，以
热压配合的套的实施方案在轴30上在第一工作轮20(涡轮工作轮)之前形成该第二密封部分52。密封件50的第一密封部分51由轴承壳体11的单独的构件形成，在此该构件实施成密封盖。第一密封部分51和第二密封部分52的轮廓(Profil)形成非接触的拦截迷宫53，该拦截迷宫53以多个连续的密封间隙和排出腔54为特征。
[0074] 如已经提及的那样，通过轴承壳体流体(其从直接邻接的在此构造成径向轴承衬41的轴承部件中离开)喷溅(bespritzen)密封件50。在此，所谓的腔垫片60可在轴向的方向上限制浮动的径向轴承衬41的外配合面(Sitz)。在固定的径向轴承衬41(捕获油减震器 类型)的情况中，利用槽接合到径向轴承衬41的端侧中的腔垫
片60用于固定径向轴承衬41(径向轴承衬41不一起旋转)。在径向轴承衬41一起旋转的情况中，腔垫片60具有调整径向轴承衬41的轴向的间隙的功能，这对于径向轴承衬41的转速是决定性的。但是，在这两种情况中，腔垫片60也用于从径向轴承衬41的内和外润滑间隙中流出的轴承壳体流体的节流，并且由此决定性地影响滑动轴承40的减震特性。
[0075] 在大多数情况中，从径向轴承衬41中并由此在腔垫片60的内直径处离开的轴承壳体流体主要加载密封件50的第一密封间隙。但是，轴承壳体流体的较小的量(小滴和雾)也湿润第一密封部分51(密封盖)的周围的区域。为了防止轴承壳体流体的该较小的量在第一密封部分51处结焦，有意识地由来自喷射孔71的轴承壳体流体束冷却该区域，其中，轴承壳体流体束在第一密封部分51的上区域中冲击(auftreffen)到第一密封部分51上。喷射孔71通入径向轴承衬41的轴承壳体流体供给孔70中。朝向涡轮侧，还通过附加的盖80(在此为端盖)将第一密封部分51与第一工作轮20的轮侧空间分离。
[0076] 如尤其地可在图4中看出的那样，根据本发明，在第一密封件51处在轴承壳体侧设置有利用圆形的弯曲以沿着周缘的方式环绕轴30的外周缘的流体排泄槽51a，从而施加到第一密封部分51上的轴承壳体流体LF可沿着流体排泄槽51a垂直地向下流出。在流体排泄槽51a中在轴30的两侧分别设置有流体流引导元件56，56(在图4中仅仅可看出前部的流体流引导元件)，该流体流引导元件56，56以远离轴30的方式将轴承壳体流体LF径向地从流体排泄槽51a中导出。
[0077] 根据本发明，可结合密封元件实现流体流引导元件56，56，密封元件在涡轮机械1运行期间通过利用轴承壳体流体LF的持续的喷溅被冷却以用于充分的冷却并且由此用于避免油液结焦。在当前情况中，流体流引导元件56，56结合到第一密封部分51(密封盖)中，该第一密封部分51与轴侧的拦截迷宫(第二密封部分52)共同表示涡轮机械1的密封件50。在此，流体流引导元件56，56位于第一密封部分51的流体排泄槽51a中。流体流引导元件56，56或者可作为单独的构件在下导出槽55(见图3)的两侧引入流体排泄槽51a中，或者可例如在流体排泄槽51a被镗孔(Ausdrehen)时在加工过程之中保持为实心材料(Vollmaterial)。两种方案都实现相同的功能。
[0078] 根据本发明，每个流体流引导元件56具有：流入区域56a，在该流入区域56a中轴承壳体流体LF冲击到流体流引导元件56上；以及流出区域56b，在该流出区域56b中轴承壳体流体LF从流体流引导元件56处脱离。
[0079] 如可从图4中看出的那样，流入区域56a构造成从流体排泄槽51a的底面51b开始径向地远离轴30延伸的流入面的形式，其中，流入区域56a以与流体排泄槽51a的弯曲相反的方式弓形地弯曲。
[0080] 此外，如可从图4中看出的那样，流出区域56b具有导流边缘56c，该导流边缘56c在流入区域56a的远离流体排泄槽51a的端部处限制流入区域56a，并且该导流边缘56c布置在流体流引导元件56的径向地最外的位置处。此外，流出区域56b具有后引导面56d，该后引导面56d以沿着轴30的周缘延伸的方式联接到导流边缘56c处，其中，后引导面56d以与流体排泄槽51a的弯曲相应的方式弯曲。
[0081] 相应地，流体流引导元件56，56构造成有利于流动，也就是说，在排出的轴承壳体流体LF的流入区域56a处流体流引导元件56，56具有大的半径，以使得尽可能稳定地从流体排泄槽51a中导出轴承壳体流体LF。此外，在端部处(即，在流出区域56b中)如此设计流体流引导元件56，56，即，轴承壳体流体LF不可再到达邻接的导出槽55，并且提前流出。
[0082] 如在图4中说明的那样，第一密封部分51的流体排泄槽51a应围绕密封部位将喷射到排泄槽51a上的轴承壳体流体LF导出。在此，轴承壳体流体LF可在第一密封部分51的一个或多个任意的部位处冲击到密封件51上。根据本发明，不必有意识地通过合适地取向的
喷嘴将轴承壳体流体LF施加到第一密封部分51上，而同样可设想的是，可从源于轴承部位中流出的轴承壳体流体LF中、从由于从轴30离心分离的轴承壳体流体LF或其它喷溅作用对第一密封部分51的喷溅中得到第一密封部分51的湿润。
[0083] 为了避免在第一密封部分51的轮廓处流出的轴承壳体流体LF无障碍地渗入密封件50的真正的(eigentlich)几何结构中，通过第一密封部分51的内侧的合适的设计实现流体排泄槽51a。轴承壳体流体LF跟随该流体排泄槽51a，直至其向下流出。然而，轴承壳体流体LF在流体排泄槽51a的最大的水平割线Smax的部位处不是垂直地向下流出，而是取决于轴承壳体流体LF和通过密封件50吸入的气流GS(该气流GS由于在密封件50前存在的低压而产生)的体积流量的强度 还在一定的片刻中跟随流体排泄槽51a的柱面或底面51b。流体排泄槽51a的最长的水平的割线Smax水平地延伸穿过轴30的中心纵轴线。
[0084] 因此，轴承壳体流体LF相对于侧向地设定到流体排泄槽51a处的垂线的脱离角大于180度。这一情况的原因为，在轴承壳体流体LF和第一密封部分51之间的边界层过程以及在第一密封部分51的内侧上的最小的流体静力的压力差的影响。
[0085] 由于拦截迷宫腔(其形成以上已提及的导出槽55，该导出槽55用作导出通过密封件50的第一密封间隙渗入的轴承壳体流体LF)的向下指向的径向的孔，吸入的空气流或气流GS通常进入(einschlagen)通过导出槽55的路径，因为导出槽55将最小的阻力反作用于气流GS。如果由于一定的环境(Umstand)，轴承壳体流体LF的脱离角足够大和/或流经密封件50的气流GS足够大，则可出现吸入跟随流体排泄槽51a的轴承壳体流体LF，并且由此可导致密封件50的不密封性。
[0086] 根据本发明设置的流体流引导元件56，56以这种方式影响在第一密封部分51的内侧处排出且跟随流体排泄槽51a的轴承壳体流体LF的脱离角的大小，即，流出的轴承壳体流体LF的脱离角显著地减小。这使得，从导出槽55中流出的轴承壳体流体流不与在流体排泄槽51a上流动的轴承壳体流体LF(喷射油)的流相结合，并且可靠地防止了以通过密封件50的气流GS为
基础吸入轴承壳体流体LF。
[0087] 为了实现轴承壳体流体LF尤其安全地从流体排泄槽51a中导出或脱离，两个流体流引导元件56，56中每一个的进口端部56e布置在由流体排泄槽51a的最长的水平的割线Smax限定的点处。
