用于具有宽断流间隙的内燃机的侧通道鼓风机 |
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| 申请号 | CN201580072911.8 | 申请日 | 2015-12-11 | 公开(公告)号 | CN107110169B | 公开(公告)日 | 2020-04-21 |
| 申请人 | 皮尔伯格有限责任公司; | 发明人 | M.布特罗斯-米卡希尔; R.彼得斯; | ||||
| 摘要 | 已知一种用于 内燃机 的侧通道鼓 风 机，包括：气流 外壳 、 转子 (16)、 转子 叶片 (32)、径向间隙(52)、进口(18)和出口(30)以及两个连接进口(18)与出口(30)的气体输送通道(20、22)、驱动装置(14)以及在出口(30)与进口(18)之间的断流区(58)，所述转子可旋转地安装在气流外壳中；所述转子叶片设计在转子(16)径向外部的区域，以及设计为朝径向外部开口；所述径向间隙(52)在转子(16)与径向围绕转子(16)的外壳壁(54)之间；所述气体输送通道(20、22)与转子叶片(32)沿轴向相对置地设计在气流外壳中，以及通过转子叶片(32)之间的空隙互相 流体 连通；借助所述驱动装置(14)可以驱动转子(16)；输送通道(20、22)在断流区(58)内沿周向截断。为了在保持输送能 力 不变的同时，能基于较大的公差低成本地制成鼓风机，并使鼓风机变得对结 冰 和污垢不敏感，按本 发明 建议，在整个断流区(54)内，在转子(16)与构成径向边界的外壳壁(54)之间的径向断流间隙(64)，相当于转子直径的0.005至0.03倍。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于内燃机的侧通道鼓风机，包括 |
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| 说明书全文 | 用于具有宽断流间隙的内燃机的侧通道鼓风机技术领域[0001] 本发明涉及一种用于内燃机的侧通道鼓风机，包括：气流外壳、转子、转子叶片、径向间隙、进口和出口以及两个连接进口与出口的气体输送通道、驱动装置以及在出口与进口之间的断流区，所述转子可旋转地安装在气流外壳中；所述转子叶片设计在转子径向外部的区域，以及设计为朝径向外部开口；所述径向间隙在转子与径向围绕转子的外壳壁之间；所述气体输送通道与转子叶片沿轴向相对置地设计在气流外壳中，以及通过转子叶片之间的空隙互相流体连通；借助所述驱动装置可以驱动转子；输送通道在断流区内沿周向截断。 背景技术[0002] 侧通道鼓风机或泵是众所周知的并在许多应用中有说明。在汽车中它们例如用于输送燃料，或用于将二次空气吹入排气系统，或用于为PEM燃料电池系统输送氢。驱动通常借助电动机实现，转子安装在它的输出轴上。已知一些侧通道鼓风机，它们仅在转子一个轴向侧的一个外壳部分内设计一个输送通道，还已知一些侧通道鼓风机，它们在转子两个轴向侧设计输送通道，其中这两个输送通道互相流体连通。在这种侧通道鼓风机中，输送通道之一大多设计在一个用作盖的外壳部分内，而另一个输送通道则设计在通常在其上固定驱动器的那个外壳部分内，转子至少防旋转地安装在驱动器的轴上。转子在其圆周基本上设计为，使它与围绕转子的这个输送通道或围绕转子的这些输送通道形成一个或两个环形涡流通道。 [0003] 在具有两个轴向对置的涡流通道的侧通道鼓风机中，转子叶片沿一个径向段分成两个配属于各自相对置的输送通道的轴向段。在转子叶片之间形成间隔，当转子旋转时在此间隔内输送的流体通过转子叶片获得周向和径向加速度，从而在输送通道中形成环形涡流。此外，在设计为径向开口的转子中，大多通过在转子的径向端与径向对置的外壳壁之间的间隙，形成输送通道溢流。 [0004] 为达到尽可能良好地输送或升压，在输送气体和液体时，基于在输送可压缩或不可压锁或能小量压缩的介质时不同的特性，采取不同措施。 [0005] 此外，在侧通道鼓风机中输送时应注意噪声发生，此时在断流区始端直接在掠过每个转子叶片后出现声干扰的压力冲击波，因为在转子叶片之间的间隔内尚存在被压缩的气体，它并没有完全经出口排出，并在到达断流区时突然朝其壁加速。其结果是导致发出明显升高的噪声。 [0006] 基于上述原因，巳知断流区的一些不同的出口结构和构型。例如在DE102010046870A1中建议一种侧通道鼓风机，其中在出口后方，在构成径向边界的外壳壁上设计一些凹槽，它们沿周向经过多个叶片间距延伸，从而在外壳璧上形成分阶段的断流区。虽然由此改善噪声的发生，然而按这种设计断流区经过一个超过60°的圆周角延伸，由此降低鼓风机可能的输送能力并因而降低效率，因为缩短了可提供使用于增压的路径。此外，用于防止从出口经断流区直接到进口短路流动的径向断流间隙只有约0.3mm。其结果是，当在内燃机中使用这种鼓风机时，在外界温度低于冰点的情况下，间隙中的冷凝物会冻结并使转子卡壳。除此之外，在制造和装配时应遵照非常准确的公差，以防转子与外壳壁接触。 [0007] 由DE69101249T2还已知一种侧通道泵，它的断流区短得多。为了尽管如此仍能防止溢流和降低噪声的发生采取各种措施，不过这些措施的出发点尤其在于，使溢流在转子闭合式圆盘的区域内进行。为了避免断流区溢流，将转子与外壳壁之间的径向间隙保持为尽可能小，由此基于要遵照的公差再次出现在制造方面的难题，以及当气体在断流区内沿径向离开转子时明显增大噪声发射。 发明内容[0008] 因此要解决的技术问题的是，创造一种侧通道鼓风机，用它能将输送速率或输送压力保持为与已知的侧通道鼓风机类似的大小，而且仍能为了简化制造而显著增大必要的公差。由此应能防止在鼓风机内形成冰桥，并使鼓风机面对出现的污垢不敏感。尽管如此仍应能防止断流区溢流，并尽可能减小噪声的发生。 [0009] 所述技术问题通过这样一种用于内燃机的侧通道鼓风机得以解决，该侧通道鼓风机包括 [0010] 气流外壳， [0011] 转子，该转子可旋转地安装在气流外壳中， [0012] 转子叶片，这些转子叶片设计在转子径向外部的区域，以及设计为朝径向外部开口， [0013] 在转子与径向围绕转子的外壳壁之间的径向间隙， [0014] 进口和出口以及两个连接进口与出口的用于气体的输送通道，所述输送通道与转子叶片沿轴向相对置地设计在气流外壳中，以及通过转子叶片之间的空隙互相流体连通，[0015] 驱动装置，借助该驱动装置能够驱动转子， [0016] 在出口与进口之间的断流区，输送通道在断流区内沿周向截断，[0017] 按照本发明建议，在整个断流区内，在转子与构成径向边界的外壳壁之间的径向断流间隙，相当于转子直径的0.005至0.03倍。 [0018] 出乎意料，上述建议措施使得本发明的优化目的在通过一种侧通道鼓风机输送可压缩介质时达到。这样做与已知的实施形式相比，相当于将间隙增大两倍到10倍，由此显著降低了对于在输送的气体内结冰或污垢的敏感度，并基于要遵照的是较小的公差明显有利于制造。尽管如此并不限制输送能力，因为在这种距离的情况下，在间隙内足够增压时，间隙起动态气密装置的作用。 [0019] 在这种优选的实施形式中，断流区仅沿气流外壳的全部圆周的20°至40°角延伸。通过由此造成的加长输送通道，并不发生限制输送能力和效率。此外还减小可能沉积和结冰的区域。 [0020] 优选地，转子叶片横截面设计为这样的V形，亦即转子叶片沿旋转方向相对于旋转轴倾斜地朝其对置的输送通道方向延伸。与此同时，转子在径向处于外部的区域内设计为，不仅轴向而且径向开口，所以气体聚集在叶片轴向的中心并加速，业已证实这有利于形成螺旋流，此时能在两个输送通道之间连续交换。通过转子的这种形状，在径向间隙内产生非常高的压力，如在动态气密装置中那样，高压防止从进口到出口短路流动。以此方式可靠避免漏损和由此导致的降低输送能力。 [0021] 转子叶片沿转子旋转方向相对于旋转轴的最佳斜度为5°至20°。在这种角度的情况下达到特别高的效率，因为在间隙内造成更高的压力。 [0022] 优选地，转子叶片在其径向外端区设计为，沿转子旋转方向相对于转子叶片沿径向在内部毗连的中间区倾斜。由此，在介质沿径向向外运动时产生附加的加速度，通过此加速度进一步增高在间隙内产生的压力，其结果是改善密封效果。 [0023] 按本发明的一种由此进一步发展的设计，转子叶片径向端区设计为沿旋转方向相对于径向倾斜5°至20°，以及转子叶片的与之毗连的中间区设计为逆旋转方向相对于径向倾斜5°至20°。在所述这些定位角的情况下，获得鼓风机最佳的输送压力和由此造成的密封效果并改善输送能力。 [0024] 在转子的这种构型与在断流区内比较宽的间隙相结合时，业已证实也有利的是，出口在气流外壳内从输送通道切向向外延伸，以及具有与输送通道横截面基本一致的圆形横截面。尤其是通过宽的间隙可以在间隙内分布流动，这种设计减少了所形成的噪声发射。 [0025] 按一种进一步发展的实施形式，在V形转子叶片的两个边之间的连接点所在高度设计隔板，它沿径向经过转子叶片与端区毗连的中间区延伸。由此防止由于来自两个输送通道的两股气流在转子叶片或输送通道径向内边缘轴向合流而造成的压力损失，以及更好地形成两个涡流，这再次提高间隙内的压力并因而改善密封效果。 [0026] 因此获得一种侧通道鼓风机，与用于可压缩介质的已知侧通道鼓风机相比，在输送速率相同的情况下，这种侧通道鼓风机在间隙内造成更高的压力，由此如在动态气体密封装置中那样，在间隙内造成对抗短路流动的压力。在这种情况下，可以制造公差较大的转子和外壳，从而降低生产成本。与已知的实施形式相比，显著降低对于沉积层、污垢和形成冰仓的敏感度。附图说明 [0027] 附图表示并在下面说明按本发明的侧通道鼓风机的实施例。其中： [0028] 图1表示按本发明的侧通道鼓风机剖切侧视图； [0029] 图2表示接图1的侧通道鼓风机的转子局部透视图；以及 [0030] 图3表示图1所示按本发明的侧通道鼓风机的支承外壳透视图。 具体实施方式[0031] 图1中表示的侧通道鼓风机有分两部分的气流外壳，它由支承外壳10和例如用螺钉固定在支承外壳10上的外壳盖12组成。借助驱动器14可旋转的转子16支承在支承外壳10中。被输送的可压缩介质，经过设计在外壳盖12中的轴向进口18，抵达侧通道鼓风机内部。 [0032] 来自进口18的介质接着流入两个基本上环形延伸的输送通道20、22，其中第一个输送通道20设计在支承外壳10中，在其中心孔24内还安装有驱动器14的驱动轴28的轴承26，转子16固定在驱动轴28上，以及第二个输送通道22设计在外壳盖12中。排出气体通过设计在支承外壳10中的切向出口30进行。 [0033] 转子16安装在外壳盖12与支承外壳10之间，在其圆周有转子叶片32，它们从圆盘状中间部分34出发延伸，所述中间部分34固定在形成转子16旋转轴X的驱动轴28上，以及与转子16轴向相对置地设计两个输送通道20、22。通过在外壳部分10、12上和在转子16的圆盘状中间部分34上对应的环形横挡36和槽38，造成输送通道20、22朝转子16内部方向的密封装置。 [0034] 转子16的转子叶片32有径向外端区40以及设置在圆盘状中间部分34与径向外端区40之间径向毗连的中区42。在此中区42内通过径向延伸的隔板44，将转子叶片32分成与第一输送通道20轴向对置的第一排以及与第二输送通道22轴向对置的第二排，从而构成两个分别通过输送通道20、22之一与转子叶片32面对的那一部分形成的涡流通道。在径向外端区40内没有分隔，所以在该区域内介质可以在输送通道20、22之间交换。 [0035] 这两个设置在支承外壳10内和外壳盖12内的输送通道20、22有基本恒定的宽度，以及在支承外壳10内和外壳盖12内沿大约330°角延伸。输送通道20、22的外径略大于转子16外径，转子16的外径例如约为85mm，所以在转子16的外圆周外部，在两个输送通道20、22之间也存在流体连通。因此在输送通道20、22区域内，在构成径向边界的外壳壁54与转子16径向端部之间，形成数量级3mm至6mm的径向间隙52，在这种情况下，当转子16尺寸较大时，相应地也应选择较大的间隙52。由此在转子叶片32之间构成朝径向外部开口的空隙56，介质在其中加速，从而沿输送通道20、22的长度增高介质的压力。 [0036] 在图示的实施例中，转子叶片32在中区42与径向Z相比逆转子16运行方向调整约10°角。在与之连接的端区40，与中区42相比转子叶片32重新沿旋转方向倾斜20°角，以及在此端区40内调整为沿旋转方向相对于径向Z成10°角延伸。由此，当转子16以速度约12000至 24000U/min旋转时，使介质进一步加速。 [0037] 此外，转子叶片32在横截面内，亦即垂直于周向或旋转方向Y剖切时，沿其基本上整个径向长度也设计为V形，从而为每个转子叶片32的每个边配设与其对置的输送通道20、22，以及在中区，在所述的边之间设置隔板44。与平行于旋转轴X延伸的矢量相比，每个边沿转子16旋转方向倾斜约15°并设计为朝对置的输送通道20、22方向延伸。换言之，与这两个边聚合的点相比，这两个边的轴向端分别设计为向前伸。 [0038] 当转子16借助驱动器14旋转时，来自输送通道20、22的气体在径向处于内部的中区42内进入空隙56。由于叶片32旋转及其形状，气体在每个叶片32的中区内形成最大壅堵。这种聚集的气体接着经过轴向中区向外加速，此时端区40的斜度造成超过正常旋转速度的加速度的附加加速度。在此压力作用下，气体朝构成径向边界的外壳璧54方向加速，外壳壁 54相应地设置为离转子16外圆周有3至6mm的距离，从而能提供一个用于向输送通道20、22方向偏转的较大空间。气体随后又从径向外部朝内部流过。接着，气体重新进入空隙56，以便能再次加速。由此从进口18到出口30沿每个输送通道20、22获得一种螺旋形运动。这导致鼓风机良好的输送能力。 [0039] 出口30有圆形横截面，由此，在转子16旋转时，可供使用于从每个空隙56排出流体的横截面逐渐减小。 [0040] 接着，在转子16旋转时转子叶片32到达断流区58上面，它在进口18与出口30之间经过一个约为30°的角度延伸。断流区58截断输送通道20、22，以及防止逆转子16旋转方向从进口18到出口30短路流动。为此，在进口18与出口30之间，在转子叶片32的所在高度，在支承外壳10和外壳盖12内设计了平行于转子16的壁面60、62，它们切断输送通道20、22，其中，在壁面60、62与转子16的沿轴向相对置的转子叶片32之间存在一个尽可能小的间隙。 [0041] 按本发明，在构成径向边界的外壳壁54与转子16的外圆周之间设计一个径向断流间隙64，它的宽度约为0.5至2.5mm。因此，断流间隙64明显大于此区域内其余的约为0.3mm的间隙。当转子16设计得较大时，则此断流间隙64也可以相应地设计为较大。若现在转子叶片32掠过断流区58，则通过较大的间隙起先还能将部分剩余气体从空隙56经过断流区58流向出口30，因此与具有狭小间隙的设计相比减少噪声的发生。通过气体基于转子叶片32的形状高的加速度，剩余气体在中心以高速朝外壳壁54的方向输送。由此在断流间隙64内形成一个压力，它对进口起密封作用，所以断流间隙64的作用如同一个动态气体密封装置。通过这种压力，最大程度截断从进口18直接向出口30短路流动。 |
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