涡轮机械轴承组件预加载结构的制作方法
涡轮机械轴承组件预加载结构的制作方法
【专利摘要】本发明是涡轮机械轴承组件预加载机构。带有支撑涡轮叶轮的轴的涡轮机械被支撑，以在壳体内旋转。所述轴延伸穿过壳体中的孔并且轴承组件被设置在所述孔中。所述涡轮机械具有包括螺纹的第一润滑流体甩抛环，该螺纹可与所述轴的螺纹部分相啮合，从而第一润滑流体甩抛环可沿轴的螺纹部分旋拧以向所述轴承组件提供压缩预载荷。
【专利说明】涡轮机械轴承组件预加载结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种旋转机械，例如带有轴承组件预载结构的涡轮机。本发明特别用于涡轮增压器或动力涡轮机形式的应用，但这种应用并不是排他的。
【背景技术】
[0002]涡轮增压器是用于向内燃机的进气口提供具有大气压以上压力(增压)的空气的公知设备。传统的涡轮增压器基本上包括安装在涡轮机壳体内的可旋转的轴上的由废气驱动的涡轮叶轮。涡轮叶轮的旋转使安装在所述轴的位于压缩机壳体内的另一端上的压缩机叶轮旋转。压缩机叶轮向发动机的进气歧管输送压缩空气，从而增加发动机动力。
[0003]涡轮增压器轴被设置在涡轮机和压缩机叶轮之间的中央轴承壳体支撑。涡轮增压器轴在容纳于轴承壳体的轴向孔中的轴承筒内旋转。
[0004]轴承筒具有由以滚子、球轴承等形式的轴承元件径向地分隔的内环和外环。外环被设置在轴承壳体的轴向孔中并被通常被销固定而不能旋转。内环通过干涉配合固定到涡轮增压器轴。
[0005]为了释放轴承筒，在拆卸涡轮增压器的过程中，涡轮增压器轴和涡轮叶轮必须首先从轴承壳体上拆除，尤其是通过轴承壳体中的轴向孔将轴拉出。
[0006]由于轴和轴承筒之间的干涉配合，因此倾向于使内环与轴一起拉出，并且使内环与轴承筒的其余部分剥离，导致损坏轴承筒。更换损坏的轴承筒是相当昂贵的。
[0007]在不具有轴承筒但简单地具有由轴承元件径向分隔的内环和外环的轴承组件中也会发生同样的问题。
[0008]另一个问题是，在某些轴承组件中，例如在滚动元件轴承(REB)组件中，需要预加载以实现和获得推力载荷。压缩机叶轮被压缩机螺母沿涡轮增压器轴轴向地固定，其中压缩机螺母被接收在延伸超出压缩机叶轮的轮毂的轴的螺纹端上。轴承元件的预加载通过在轴上拧紧压缩机螺母而获得。
[0009]然而，拧紧压缩机螺母还在涡轮增压器轴上产生轴向张力，该张力使轴伸长。这将导致压缩机叶轮在涡轮增压器的工作过程中产生增加的轴向滑移。这还将导致压缩机叶轮在轴旋转时相对于轴旋转，导致有用功的损失并从而降低效率。
[0010]然而，涡轮增压器的涡轮驱动压缩机，在动力涡轮机中，涡轮轴的远离涡轮叶片的端部通过机械联接传递动力。在涡轮复合发动机中，两个涡轮串联设置，动力涡轮机与涡轮增压器的涡轮串联连接。动力涡轮机用于产生额外的动力并且齿轮可以固定到动力涡轮机轴的端部，以经由适当的联接(诸如，流体联接或齿轮或其他驱动机构)流体动力地、机械地或电力地将该动力传递到发动机的曲轴。与涡轮增压器一样，动力涡轮机的轴被支撑在轴承组件上。在轴的涡轮端处的轴承结构可以与在涡轮增压器中发现的相应结构基本相同，尽管轴的驱动端处的轴承结构可能是球轴承组件。
【发明内容】
[0011 ] 本发明的目的是克服或消除上述问题。
[0012]本发明的第一方面提供了一种涡轮机械，包括:可绕旋转轴线旋转的轴；设置于在涡轮壳体内绕旋转轴线旋转的所述轴的一端的涡轮叶轮；所述轴被轴承组件支撑以在轴承壳体内旋转，所述轴承壳体具有被所述轴延伸穿过的孔，所述轴承组件被设置在所述孔中，其中，所述涡轮机械还包括第一润滑流体甩抛环(slinger)，该第一润滑流体甩抛环被设置成与所述轴一起旋转并包括用于在所述轴旋转时推开润滑流体远离所述轴的甩抛结构，所述轴包括螺纹部分并且所述第一润滑流体甩抛环包括能够与所述螺纹部分相啮合的螺纹，从而所述第一润滑流体甩抛环能够沿所述轴的螺纹部分从第一位置旋拧至第二位置，并且其中，当所述第一润滑流体甩抛环处于所述第二位置时，第一润滑流体甩抛环用于压缩所述轴承组件。
[0013]优选地，所述涡轮机械的包围所述第一润滑流体甩抛环的区域被凹入以限定用于捕获被所述第一润滑流体甩抛环从所述轴向外推的润滑流体的腔，并且该腔由排出口流体地连接至润滑流体贮槽。
[0014]优选地，所述第一润滑流体甩抛环设有密封结构，以在第一润滑流体甩抛环和所述涡轮机械的径向相邻的表面之间提供密封，其中，所述第一润滑流体甩抛环在所述径向相邻的表面之内旋转。
[0015]优选地，所述轴的螺纹部分和所述第一润滑流体甩抛环设置在轴承组件的与涡轮叶轮相对的一侧上。可替换的，所述轴的螺纹部分和所述第一润滑流体甩抛环可以设置在轴承组件的与涡轮叶轮相同的一侧上。
[0016]当第一润滑流体甩抛环处于第二位置时，它可直接地接触轴承组件。可替换地，至少一个中间元件可以设置在第一润滑流体甩抛环和轴承组件之间，从而当第一润滑流体甩抛环处于第二位置时，所述至少一个中间元件接触轴承组件并将第一润滑流体甩抛环的压缩机传递至轴承组件。
[0017]优选地，涡轮机械包括邻接元件，该邻接元件被布置，使得当第一润滑流体甩抛环处于第二位置时，所述邻接元件与第一润滑流体甩抛环相互作用以压缩轴承组件。优选地，所述邻接元件被布置，使得当第一润滑流体甩抛环处于第二位置时，所述轴承组件可根据情况被压缩在所述第一润滑流体甩抛环或所述至少一个中间元件与所述邻接元件之间。
[0018]如上所述,有些轴承组件,例如滚动元件轴承(RFB)组件,需要预加载荷才能起作用和抵抗推力载荷。本发明是有利的，因为第一润滑流体甩抛环可以从第一位置旋拧至第二位置以对轴承组件预加载荷。这消除了通过在轴上拧紧压缩机叶轮螺母而预加载所述轴承组件的需求，或允许压缩机螺母可以不那么紧。因此，可以避免上述可能导致压缩机叶轮在工作过程中产生轴向滑移的不期望的轴的轴向伸长的问题。
[0019]优选地，当所述第一润滑流体甩抛环处于所述第二位置时，它被可旋转地固定到所述轴。
[0020]邻接元件可以相对于轴承壳体固定。可替换地，邻接元件可以相对于所述轴可旋转地固定。在这种情况下，邻接元件可以与轴行程整体或可以是例如通过焊接、干涉配合或其他任意适当的附接手段附接到所述轴的分离的构件。邻接元件可以是轴上的向外的径向凸起。
[0021]第一润滑流体甩抛环优选地设置在轴承组件的一端，而邻接元件设置在轴承组件的相对端。
[0022]涡轮机械可包括第二润滑流体甩抛环。在这种情况下，第二润滑流体甩抛环可以形成所述邻接元件。第二润滑流体甩抛环可以包括形成所述邻接元件的直径增大的部分。
[0023]优选地，当润滑流体甩抛环处于第二位置时，轴承组件相对于所述轴通过过渡配合可旋转地固定。当润滑流体甩抛环处于第二位置时，它直接地接触轴承组件，优选地将轴承组件夹紧于第一润滑流体甩抛环和邻接元件之间以实现该过渡配合。当所述至少一个中间元件被设置在第一润滑流体甩抛环和轴承组件之间时，优选地轴承组件被加紧于所述至少一个中间元件和邻接元件之间以实现该过渡配合。
[0024]有利的是允许轴承组件通过过渡配合相对于所述轴可旋转地固定，从而消除了在轴承组件和轴之间使用干涉配合的需求。因此，为了拆卸所述涡轮机械，所述轴能够轻易地从轴承组件中滑出而不会损伤轴承组件。
[0025]轴承组件可包括被轴承元件径向地隔开的内环和外环。轴承元件可以是滚子、球轴承等形式。优选地，轴承元件是滚动元件轴承。轴承组件可包括筒。所述筒可形成所述外环。轴承组件可以是角接触球轴承组件。
[0026]优选地，当所述第一润滑流体甩抛环处于所述第二位置时，它压缩轴承组件的所述内环和/或外环。优选地，当第一润滑流体甩抛环处于第二位置时，轴承组件的内环和/或外环根据情况被压缩在第一润滑流体甩抛环或至少一个中间元件与所述邻接元件之间。
[0027]优选地，所述轴承组件的内环或外环之一相对于所述轴承壳体轴向地固定，并且当所述第一润滑流体甩抛环处于所述第二位置时，该第一润滑流体甩抛环压缩所述轴承组件的内环或外环中的另一个。在这种情况下，当第一润滑流体甩抛环处于第二位置时，轴承组件的内环或外环根据情况被压缩在第一润滑流体甩抛环或至少一个中间元件与所述邻接元件之间。
[0028]涡轮机械可包括止推板。优选地，止推板被设置成抑制所述轴承组件的轴向运动。优选地，所述止推板的径向内表面限定了被所述轴穿过的孔。
[0029]优选地，所述第一润滑流体甩抛环被安装在所述轴上，从而所述第一润滑流体甩抛环的一部分被容纳在止推板的所述孔内并且止推板的限定了所述孔的径向内表面与所述第一润滑流体甩抛环形成径向的密闭配合。
[0030]限定了所述孔的止推板的内表面优选地与第一润滑流体甩抛环形成非接触的密封。有利的是所述非接触密封阻止润滑流体通过轴承组件穿过止推板。
[0031]内环或外环优选地被容纳在止推板和轴承壳体的表面之间，从而它相对于轴承壳体轴向地固定。
[0032]优选地，第一润滑流体甩抛环被可释放地附接到所述轴。有利的是第一润滑流体甩抛环可以从轴上移除，从而如上文所述，允许轴从轴承组件中移除。
[0033]第一润滑流体甩抛环优选地具有大致环形的横截面形状并且在轴向方向上延伸。
[0034]第一润滑流体甩抛环优选地包括用于接收所述轴的内孔。该孔优选地在第一润滑流体甩抛环的轴向方向上延伸。该孔优选地设有所述螺纹。
[0035]甩抛环的内孔和轴优选地被设定尺寸以形成密闭配合，从而防止润滑流体穿过轴和孔之间的交界面。
[0036]优选地，所述甩抛结构包括设置在所述第一润滑流体甩抛环的外表面上的径向朝外的凸起。优选地，所述凸起为大致环形。
[0037]轴的螺纹部分优选地设置在轴的外表面上。
[0038]所述轴优选地沿其长度直径增加以形成唇部，并且所述第一润滑流体甩抛环的孔沿其长度直径增加以形成肩部，所述孔与肩部形成限位的邻接，以防止所述第一润滑流体甩抛环过压缩所述轴承组件。
[0039]轴和孔的直径增加优选地为直径增加的台阶。优选地所述唇部基本垂直于轴的轴线延伸。优选地，所述唇部为大致环形的。优选地，所述肩部基本垂直于轴的轴线延伸。优选地，所述肩部为大致环形的。优选地，所述肩部与所述唇部形成相对的表面。
[0040]优选地，该限位邻接防止第一润滑流体甩抛环沿轴的螺纹部分旋拧超过沿轴的预定位置。在第一润滑流体甩抛环过紧的情况下，唇部和肩部的邻接用于向轴而非轴承组件传递额外的载荷。
[0041]此外，轴和孔的直径改变的台阶是有利的，因为它呈现出轴和孔之间的弯曲的、台阶状的交界面，其用助于防止润滑流体沿所述交界面流动穿过所述第一润滑流体甩抛环。
[0042]所述轴优选地朝向轴承组件的一端直径增加。优选地，当第一润滑流体甩抛环处于第二位置时，第一润滑流体甩抛环的内孔朝向邻近轴承组件的第一润滑流体甩抛环的端部直径增加。当第一润滑流体甩抛环处于第二位置时，第一润滑流体甩抛环与轴承组件直接地接触，第一润滑流体甩抛环的所述端部优选地为与轴承组件接触的端部。这是有利的，因为它在与轴承组件接触的点处呈现出弯曲的、台阶状的交界面，即，润滑流体在这里首先可能遇到第一润滑流体甩抛环。
[0043]优选地，当第一润滑流体甩抛环处于第二位置时，轴承组件被压缩在与所述轴的轴向方向基本相同的方向上。
[0044]优选地，当第一润滑流体甩抛环处于第一位置时，第一润滑流体甩抛环不作用以压缩轴承组件，或它作用以比当第一润滑流体甩抛环处于第二位置时更轻地压缩轴承组件。
[0045]所述润滑流体优选的是油。然而，可以意识到，润滑流体甩抛环可与任意适当的润滑流体一起使用。
[0046]所述涡轮机械可以是涡轮增压器，在这种情况下，压缩机推进器叶轮被优选地安装在所述轴的另一端以绕所述轴线在压缩机壳体内旋转。在这种情况下，甩抛结构优选地被布置成靠近压缩机壳体旋转，以防止润滑流体流入压缩机壳体。
[0047]优选地，压缩机壳体背板设置在轴承壳体与推进器叶轮之间。
[0048]优选地，所述压缩机壳体背板具有限定了被所述轴穿过的孔的内表面，其中，所述第一润滑流体甩抛环的一部分被容纳在所述孔中并且限定了所述孔的内表面与所述第一润滑流体甩抛环的所述部分形成径向的密闭配合。
[0049]这是有利的，因为径向的密闭配合可防止润滑流体穿过压缩机背板进入压缩机壳体。径向的密闭配合优选地形成非接触的密封。
[0050]优选地，所述压缩机壳体背板的包围第一润滑流体甩抛环的区域被凹入以限定用于捕获由所述第一润滑流体甩抛环从所述轴推开的润滑流体的腔。优选地，所述腔由排出口流体地连接至润滑流体贮槽。
[0051]优选地所述涡轮机械还包括压缩机叶轮螺母，该螺母被螺纹连接到所述轴的第二螺纹部分上，以限制所述压缩机叶轮沿所述轴的轴向运动，并且所述螺母可沿所述轴的第二螺纹部分从第一位置旋拧至第二位置，并且其中当所述压缩机叶轮螺母处于第二位置时，压缩机叶轮螺母压缩所述轴承组件。
[0052]该压缩可通过压缩机叶轮、或轴的一部分、或至少一个中间元件与轴承壳体的直接接触实现。优选地，轴承组件被压缩在临界元件和第一润滑流体甩抛环之间。
[0053]因此，轴承组件的预加载可通过额外地或单独地拧紧第一润滑流体甩抛环以拧紧所述压缩机叶轮螺母而实现。
[0054]根据本发明的第二方面，提供了一种用在涡轮机械中的润滑流体甩抛环，包括甩抛结构，该甩抛结构用于在所述轴旋转时推开润滑流体远离涡轮机械的轴，并且其中所述润滑流体甩抛环包括螺纹。
[0055]所述润滑流体甩抛环优选地包括用于接收涡轮机械的轴的内孔。所述内孔优选地在润滑流体甩抛环的轴向方向上延伸。所述内孔优选地设有所述螺纹。
[0056]润滑流体甩抛环优选地具有大致环形的横截面形状并且在轴向方向上延伸。
[0057]所述甩抛结构优选地包括设置在第一润滑流体甩抛环的外表面上的径向向外的凸起。优选地，所述凸起为大致环形的。
[0058]在任一组合中，本文描述的所有特征可以与上述方面的任一项组合。
【专利附图】
【附图说明】
[0059]本发明的特定实施例将参照附图仅以示例的方式加以描述，其中:
[0060]图1是沿着具体化本发明的涡轮增压器的纵轴的剖视图；
[0061]图2是图1中的A部分的放大图；以及
[0062]图3是沿涡轮增压器的纵轴的侧视图，示出了涡轮增压器的旋转轴、涡轮叶轮和油甩抛环，为图示目的，涡轮增压器的其余部分被省略，并且所述油甩抛环是以沿其纵轴的剖视图的形式示出的。
【具体实施方式】
[0063]现在参见附图，所描绘的涡轮增压器包括经由中央轴承壳体3连接到压缩机2的涡轮I。涡轮I包括在涡轮壳体(未示出)内旋转的涡轮叶轮4。类似地，压缩机2包括在压缩机壳体(未示出)内旋转的压缩机推进器叶轮6。压缩机推进器通过推进器螺母106固定到轴上。涡轮叶轮4和压缩机推进器6被安装在延伸穿过由中央轴承壳体3的内表面限定的轴向孔8a的公共的涡轮增压器轴8的相对的端部上。
[0064]在使用中，从内燃机的排气歧管排出的废气使涡轮叶轮4旋转。废气从设置在涡轮壳体中的入口(未示出)流向同样设置在涡轮壳体中的废气出口(未示出)。涡轮叶轮4的旋转依次地使压缩机推进器6旋转，推进器6从设置在压缩机壳体中的压缩机入口(未示出)抽吸进入的空气，并将增压后的空气经由出口蜗壳(未示出)输送至同样设置在压缩机壳体中的内燃机的进气歧管。
[0065]涡轮增压器轴8在容纳于轴承壳体3的孔8a中的轴承13内旋转。来自发动机的供油系统的油在压力作用下经由油入口 15、廊道(gallery) 16和通道17供给至轴承3。
[0066]第一油甩抛环50安装在轴8上，位于压缩机推进器6和轴承13 (如下文所述)之间。
[0067]涡轮叶轮4在延伸穿过孔8a的涡轮端22的、整体形成的密封凸台21处连接到涡轮增压器轴8。凸台21具有比轴8的其余部分更大的直径，形成从轴8的其余部分径向地向外突出的肩部55。
[0068]通过活塞环23和凹槽的组合使凸台21相对于孔8a密封。活塞环23由限定了孔8a的涡轮端的环形壁24支撑。活塞环23径向地向内延伸进入限定在凸台21的外表面中的环形凹槽25中，以提供密封。
[0069]油泄漏，尤其是在涡轮增压器的压缩机端处的油泄漏是如在低增压压力处问题(例如当发动机空转或当涡轮增压器在发动机制动模式下工作时)，从轴承壳体3到压缩机壳体可能存在显著的压降，其将导致油泄漏进入压缩机壳体。
[0070]在凹槽25的轴向内侧，凸台21的外表面具有凹入的轮廓以限定第二油甩抛环26。第二油甩抛环26与涡轮增压器轴8 一起旋转并且其凹入的外表面被布置成在其旋转时推开油远离轴8，尤其是防止油穿过轴承壳体3并进入涡轮壳体。包围第二油甩抛环26的轴承壳体3的区域被凹入以限定环形腔27，该环形腔27捕捉分散开的油并且包括排出口。
[0071]压缩机壳体背板29被设置在轴承壳体3和推进器叶轮6之间。压缩机壳体背板29将轴承壳体3的内部与压缩机壳体的内部分隔开。
[0072]压缩机背板29具有限定了孔28的内表面，轴8和第一油甩抛环50穿过该孔28。
[0073]环形止推板34相对于轴承壳体3固定并且被定位在压缩机壳体背板29和轴承13之间。止推板34具有延伸超出轴承13并且在其外围处支承靠着压缩机壳体背板29的表面的径向尺寸。在使用中，止推板34被设计成抵抗由轴承13施加的轴向推力。
[0074]轴承13为具有被轴承元件42径向地分隔的内环和外环40、41的筒的形式。两个环40、41轴向地延伸并且具有每个都限定了一对用于具有第一和第二端部99、1 O O的轴承元件42的轴向间隔的轴承环40、41的面朝内的表面。在这种情况下，轴承元件是球形形式的。然而，可以意识到，其他轴承元件设计也是可以使用的，例如，可以是圆柱形的、桶形的或锥形的滚子。
[0075]外环41被接收在位于轴向止推板34和由轴承壳体3的内表面上的径向向内突出的台阶39形成的环形肩部39之间的轴承壳体3的孔8a中。通过其壳体，外环41相对于轴承壳体3轴向地固定。外环41通过销(未示出)可旋转地固定到轴承壳体3。销可以被布置以抵抗由承载外环41施加的轴向推力。在这种情形下，销可以用于替代止推板。
[0076]外环41的外表面具有多个浅的环形凹槽43，用于接收润滑油。这些凹槽在轴承壳体3的内表面与轴承桶13的外表面之间提供了约0.03mm或更小的环形间隙。在涡轮增压器的工作过程中，油在来自发动机的油系统的压力作用下提供至轴承13。油从通道17中流出并淹没凹槽43以在轴承13的外环41与轴承壳体13之间提供一层薄的油膜。该油膜用作挤压油膜阻尼器并阻尼由轴8的旋转导致的旋转运动和振动。油从那里穿过外环41中的小孔(未示出)流入轴承13。外环41还设有出油口(未示出)，该出油口流体地连接到油槽104(见图1)。
[0077]内环40被可旋转地固定到轴8，如下文所述。
[0078]在马上进入轴承13的内环40的第一端部99之前，轴8经过直径增加的台阶，以形成环形唇57.[0079]轴8设有沿着轴的直径缩小的部分从唇57朝向涡轮增压器的压缩机侧延伸的螺纹部分56，并且在轴进入止推板34之后立即终止。
[0080]第一油甩抛环50安装在位于压缩机推进器叶轮6和轴承13之间的轴8上。在使用中，第一油甩抛环50与轴8 一起旋转，并且在其旋转时，动作以将油从轴8径向地向外推开。包围第一油甩抛环50的压缩机壳体背板29的区域被凹入以限定一环形腔105，该环形腔用于捕捉分散开的油并且包括流体地连接到油槽104的排出口 62。这样可以防止油进入压缩机壳体。
[0081]特别地，从油甩抛环50径向地向外甩去的油撞击限定了腔105的压缩机背板29的表面并顺所述表面流向排出口 62 (见图2)，油随后在那里传送到油槽。
[0082]第一油甩抛环50大致为环形并沿轴向方向在第一和第二端部51，52之间延伸。当固定在轴8上时，油甩抛环50的第一端部51穿过压缩机壳体背板29中的孔28并终止于压缩机推进器叶轮6的后表面处。
[0083]特别地，位于环形凸起53(如下)和油甩抛环50的第一端部51之间的第一油甩抛环50的第一部分被接收在压缩机壳体背板29中的孔28内。限定了所述孔28的内表面与第一油甩抛环50的所述部分形成径向密闭配合。
[0084]这是有利的，因为密闭配合能够阻止润滑油穿过压缩机背板29并进入压缩机壳体。该径向的密闭配合形成非接触密封。
[0085]第一油甩抛环50设有密封结构以在第一油甩抛环50与径向相邻的限定了孔28的压缩机背板29的内表面之间提供密封，其中第一油甩抛环在所述孔28中旋转。第一油甩抛环50设有基本环形的槽70 (见图2)，其接收密封环(未示出)。该密封环被容纳在槽70内并形成与径向相邻的限定了孔28的压缩机背板29的内表面的密封。可替换地，在相反的布置中，环形槽70可以被设置在压缩机背板29中。
[0086]密封结构被设置在环形凸起53 (如下)和油甩抛环50的第一端部51之间。
[0087]止推板34的径向内表面限定了在板的径向表面之间轴向地延伸的中央圆形孔35并且被设计用于接收第一油甩抛环50。第一油甩抛环50的介于环形凸起53 (如下)与油甩抛环50的第二端部52之间的第二部分穿过止推板34中的孔35。
[0088]止推板34的内表面提供了与第一油甩抛环50的外表面形成径向密闭配合的环形密封表面，以提供非接触的密封。因此，止推板34用于阻止油从轴承13穿过止推板34。
[0089]在这种情况下，在轴承侧，板34的径向表面中的环形凹槽36在径向方向上有效地扩大孔35。凹槽36不延伸穿过板34的整个轴向跨度，从而在板34的内周上留下一块窄的平台37。平台37限定了环形密封表面38，该密封表面38被设置成紧密地临近第一油甩抛环50的外表面部分，以提供非接触的密封。
[0090]第一油甩抛环50设有环形凸起53，其用于在其旋转时将油从轴8向远处推开。环形凸起53从第一油甩抛环50的外表面径向地向外延伸并被设置在沿第一油甩抛环的长度的约一半的位置上。位于凸起53任意一侧的第一油甩抛环50的相应的外表面大致平行于第一油甩抛环50的轴线。介于第一油甩抛环50的所述凸起和第二端部52之间的第一油甩抛环的外表面的部分具有比介于第一油甩抛环50的第一端部51和凸起53之间的第一油甩抛环50的外表面更大的直径。
[0091]凸起53包括分别面朝第一油甩抛环50的第一和第二端部51，52的第一和第二表面。第一表面基本上垂直于第一油甩抛环50的轴线。凸起53的第二表面将凸起53的第一表面的末端连接到第一油甩抛环50的相邻的外表面并且被倒角以形成大致的凸面。
[0092]第一油甩抛环50的内表面限定了从第一油甩抛环50的第一端部51延伸到第二端部52的孔54。孔54具有朝向第一油甩抛环的第二端部的直径增加的台阶，以容纳轴8的直径增加的台阶。
[0093]第一油甩抛环50的内表面设有与轴8的螺纹部分56相啮合的螺纹部分101。第一油甩抛环50被旋拧固定到轴8的螺纹部分56上。轴承13的内环40被设置在第一油甩抛环50的第二端部与涡轮轴8的肩部55之间。通过螺纹固定，第一油甩抛环50可以沿轴8的螺纹部分56旋拧，从不与轴承13接触的第一位置，至动作以压着轴承13的第二位置(如图1和2中所示)。在第二位置，轴承13被压缩在第一油甩抛环50的第二端部52和轴8的肩部55之间。特别地，在第二位置，第一油甩抛环50的第二端部52被迫与轴承13的内环40的第一端部99邻接。当第一油甩抛环50处于第二位置时，它通过与轴8和轴承13的紧密接合而可旋转地固定到轴8。
[0094]孔54的直径增加的台阶形成大致环形的肩部110。轴8的环形唇部57和环形肩部110形成相对的表面。轴8的环形唇部57与环形肩部110形成限位的邻接，以防止第一油甩抛环50沿轴8的螺纹部分旋拧超出第二位置。因此，这能够防止第一油甩抛环50在轴8上过紧，从而防止对轴承13的过压缩。在第一油甩抛环50过紧的情形下，肩部110与唇部57的邻接用于向轴8而不是轴承13传递额外的载荷。
[0095]此外，轴8的直径变化的台阶和孔54是有利的，在于其呈现了轴8与孔54之间的弯曲的、台阶的交界面，这能够防止油沿所述交界面穿过第一油甩抛环50.[0096]上述布置是有利的，第一油甩抛环50可以用于预加载所述轴承13。这消除了将推进器叶轮螺母106拧紧在轴8上的需求，或者推进器叶轮螺母106能够不那么紧，以实现这个预加载。因此，可以避免在工作过程中轴8的不期望的轴向延伸和推进器叶轮6的相关联的轴向滑移的问题。
[0097]此外，由于该钳制作用，这种结构允许通过在轴承13的内环40与轴8之间的过渡配合使轴承13的内环40相对于轴8可旋转地固定。
[0098]这消除了对于内环40和轴8之间的干涉配合的要求。因此，为了拆解该涡轮机器，第一油甩抛环50可以从轴8上拧下，并且轴8可以随后轻易地从轴承组件中滑出而不会损坏轴承组件。
[0099]尽管本发明已经结合涡轮增压器做出了描述，但应当理解，它可以应用于任意类型的涡轮机械。例如，涡轮可用于驱动除压缩机之外的任意其他适当的装置，例如，发电机。
[0100]可以意识到，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以对上述设计做出多种修改。
[0101]例如，在所描绘的实施例中，第二油甩抛环26与轴8形成整体。然而，可以意识到，它也可以是一个例如可通过焊接、干涉配合或其他适当的附接手段附接到轴8的分离的部件。
[0102]此外，在所描述的实施例中，当第一油甩抛环50处于第二位置时，第一油甩抛环50与轴承13直接接触，以向轴承13施加压缩力。然而，可以意识到，至少一个中间元件可以被设置在第一油甩抛环50和轴承13之间，从而当第一油甩抛环50处于第二位置时，至少一个中间元件接触轴承13并将第一油甩抛环50的压缩力传递至轴承13。
[0103]此外，在所描述的实施例中，第一油甩抛环50接触轴承13的内环40，以想轴承13施加压缩力。然而，可以意识到，第一油甩抛环50可以可替换地或额外地接触轴承13的外环41，以向轴承13施加压缩力。
[0104]在所描绘的实施例中，在涡轮增压器中使用的润滑流体是油。可以意识到，可以使用任意适当的润滑流体，只要第一油甩抛环50适于与这种润滑流体一起使用。
[0105]在所描绘的实施例中，第一油甩抛环50安装在介于压缩机推进器叶轮6和轴承13之间的轴8上，并且压缩机壳体背板29的包围第一油甩抛环50的区域被凹入以限定环形腔105，该环形腔用于捕捉分散开的油并且包括排出口 62。可替换地，第一油甩抛环50可以被设置在轴8的另一端处，即介于轴承13与涡轮叶轮4之间。在这种情况下，壳体(例如轴承壳体)的包围第一油甩抛环50的区域被凹入以限定用于捕捉分散开的油并且包括排出口的环形腔。
[0106]可以意识到，第一流体油甩抛环可以被设置在任意适当的位置，使得当第一流体油甩抛环处于其第二位置时，第一流体油甩抛环动作以压缩轴承组件，并且因此涡轮机械的壳体的不同的环绕区域可以被凹入以限定用于捕获分散的油的环形腔。
[0107]所描述和描绘的实施例应当被认为其本质是说明性的而非限定性的，应当理解，本发明只示出和描绘了优选实施例，并且所有落入由权利要求限定的本发明范围内的变化和修改都应当被保护。应当理解，在说明书中使用诸如“优选的”、“优选地”、“优选”或“更优选的”之类的词语时，其只是建议如此描述的特征是理想的，但可能并不是必须的，缺少该特征的实施例也应预期其落入所附权利要求限定的本发明的范围内。关于权利要求，当诸如“一”、“一个”、“至少一个”、或“至少一个部分”之类的词语被用在某一特征前面时，其并不意图将该权利要求限定为只有一个这种特征，除非在权利要求中有明确的相反的阐述。当“至少一部分”和/或“一部分”的表述被使用时，物品可包括该物品的一部分和/或整个物品，除非有明确的相反的阐述。
【权利要求】
1.一种涡轮机械，包括:可绕旋转轴线旋转的轴；设置于在涡轮壳体内绕旋转轴线旋转的所述轴的一端处的涡轮叶轮；所述轴被轴承组件支撑以在轴承壳体内旋转，所述轴承壳体具有被所述轴延伸穿过的孔，所述轴承组件被设置在所述孔中，其中，所述涡轮机械还包括第一润滑流体甩抛环，该第一润滑流体甩抛环被设置成与所述轴一起旋转并包括用于在所述轴旋转时推开润滑流体远离所述轴的甩抛结构，所述轴包括螺纹部分并且所述第一润滑流体甩抛环包括能够与所述螺纹部分相啮合的螺纹，从而所述第一润滑流体甩抛环能够沿所述轴的螺纹部分从第一位置旋拧至第二位置，并且其中，当所述第一润滑流体甩抛环处于所述第二位置时，第一润滑流体甩抛环用于压缩所述轴承组件。
2.根据权利要求1所述的涡轮机械，其中，所述涡轮机械的包围所述第一润滑流体甩抛环的区域被凹入以限定用于捕获被所述第一润滑流体甩抛环从所述轴推开的润滑流体的腔，并且该腔由排出口流体地连接至润滑流体贮槽。
3.根据权利要求1所述的涡轮机械，其中，所述第一润滑流体甩抛环设有密封结构，以在第一润滑流体甩抛环和所述涡轮机械的径向相邻的表面之间提供密封，其中，所述第一润滑流体甩抛环在所述径向相邻的表面之内旋转。
4.根据权利要求1所述的涡轮机械，其中，当所述第一润滑流体甩抛环处于所述第二位置时,所述轴承组件通过过渡配合相对于所述轴可旋转地固定。
5.根据权利要求1所述的涡轮机械，其中，所述轴承组件包括被轴承元件径向地分隔的内环和外环，并且当所述第一润滑流体甩抛环处于所述第二位置时，该第一润滑流体甩抛环压缩轴承组件的所述内环和/或外环。
6.根据权利要求5所述的涡轮机械，其中，所述轴承组件的内环或外环之一相对于所述轴承壳体轴向地固定，并且当所述第一润滑流体甩抛环处于所述第二位置时，该第一润滑流体甩抛环压缩所述轴承组件的内环或外环中的另一个。
7.根据权利要求1所述的涡轮机械，其中，所述涡轮机械包括止推板，该止推板被设置成抑制所述轴承组件的轴向运动 ，所述止推板的径向内表面限定了被所述轴穿过的孔，并且所述第一润滑流体甩抛环被安装在所述轴上，从而所述第一润滑流体甩抛环的一部分被容纳在止推板的所述孔内并且止推板的限定了所述孔的径向内表面与所述第一润滑流体甩抛环形成径向的密闭配合。
8.根据权利要求1所述的涡轮机械，其中，所述甩抛结构包括设置在所述第一润滑流体甩抛环的外表面上的径向朝外的凸起。
9.根据权利要求1所述的涡轮机械，其中，所述第一润滑流体甩抛环包括用于接收所述轴的内孔并且该内孔设有所述螺纹。
10.根据权利要求9所述的涡轮机械，其中，所述轴的直径沿其长度增加以形成唇部，并且所述第一润滑流体甩抛环的孔的直径沿其长度增加以形成肩部，所述孔与肩部形成限位的邻接，以防止所述第一润滑流体甩抛环过压缩所述轴承组件。
11.根据权利要求1所述的涡轮机械，其中，所述涡轮机械是涡轮增压器，其中压缩机推进器叶轮被安装在所述轴的另一端以绕所述轴线在压缩机壳体内旋转。
12.根据权利要求11所述的涡轮机械，其中，压缩机壳体背板被设置在轴承壳体和压缩机推进器叶轮之间，所述压缩机壳体背板具有限定了被所述轴穿过的孔的内表面，其中，所述第一润滑流体甩抛环的一部 分被容纳在所述孔中并且限定了所述孔的内表面与所述第一润滑流体甩抛环的所述部分形成径向的密闭配合。
13.根据权利要求12所述的涡轮机械，其中，所述压缩机壳体背板的包围第一润滑流体甩抛环的区域被凹入以限定用于捕获由所述第一润滑流体甩抛环从所述轴推开的润滑流体的腔，并且所述腔由排出口流体地连接至润滑流体贮槽。
14.根据权利要求11所述的涡轮机械，其中，所述涡轮机械还包括压缩机叶轮螺母，该螺母被螺纹连接到所述轴的第二螺纹部分上，以限制所述压缩机叶轮沿所述轴的轴向运动，并且所述螺母可沿所述轴的第二螺纹部分从第一位置旋拧至第二位置，并且其中当所述压缩机叶轮螺母处于第二位置时，压缩机叶轮螺母压缩所述轴承组件。
15.一种用在涡轮机械中的润滑流体甩抛环，包括甩抛结构，该甩抛结构用于在涡轮机械的轴旋转时推开润滑流体远离涡轮机械的轴，并且其中所述润滑流体甩抛环包括螺纹。
【文档编号】F01D25/00GK103806960SQ201310559685
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月12日 优先权日:2012年11月12日
【发明者】詹姆士·唐纳森, 保罗·布赖尔利, 普拉胡·拉马萨马 申请人:康明斯有限公司
【专利摘要】本发明是涡轮机械轴承组件预加载机构。带有支撑涡轮叶轮的轴的涡轮机械被支撑，以在壳体内旋转。所述轴延伸穿过壳体中的孔并且轴承组件被设置在所述孔中。所述涡轮机械具有包括螺纹的第一润滑流体甩抛环，该螺纹可与所述轴的螺纹部分相啮合，从而第一润滑流体甩抛环可沿轴的螺纹部分旋拧以向所述轴承组件提供压缩预载荷。
【专利说明】涡轮机械轴承组件预加载结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种旋转机械，例如带有轴承组件预载结构的涡轮机。本发明特别用于涡轮增压器或动力涡轮机形式的应用，但这种应用并不是排他的。
【背景技术】
[0002]涡轮增压器是用于向内燃机的进气口提供具有大气压以上压力(增压)的空气的公知设备。传统的涡轮增压器基本上包括安装在涡轮机壳体内的可旋转的轴上的由废气驱动的涡轮叶轮。涡轮叶轮的旋转使安装在所述轴的位于压缩机壳体内的另一端上的压缩机叶轮旋转。压缩机叶轮向发动机的进气歧管输送压缩空气，从而增加发动机动力。
[0003]涡轮增压器轴被设置在涡轮机和压缩机叶轮之间的中央轴承壳体支撑。涡轮增压器轴在容纳于轴承壳体的轴向孔中的轴承筒内旋转。
[0004]轴承筒具有由以滚子、球轴承等形式的轴承元件径向地分隔的内环和外环。外环被设置在轴承壳体的轴向孔中并被通常被销固定而不能旋转。内环通过干涉配合固定到涡轮增压器轴。
[0005]为了释放轴承筒，在拆卸涡轮增压器的过程中，涡轮增压器轴和涡轮叶轮必须首先从轴承壳体上拆除，尤其是通过轴承壳体中的轴向孔将轴拉出。
[0006]由于轴和轴承筒之间的干涉配合，因此倾向于使内环与轴一起拉出，并且使内环与轴承筒的其余部分剥离，导致损坏轴承筒。更换损坏的轴承筒是相当昂贵的。
[0007]在不具有轴承筒但简单地具有由轴承元件径向分隔的内环和外环的轴承组件中也会发生同样的问题。
[0008]另一个问题是，在某些轴承组件中，例如在滚动元件轴承(REB)组件中，需要预加载以实现和获得推力载荷。压缩机叶轮被压缩机螺母沿涡轮增压器轴轴向地固定，其中压缩机螺母被接收在延伸超出压缩机叶轮的轮毂的轴的螺纹端上。轴承元件的预加载通过在轴上拧紧压缩机螺母而获得。
[0009]然而，拧紧压缩机螺母还在涡轮增压器轴上产生轴向张力，该张力使轴伸长。这将导致压缩机叶轮在涡轮增压器的工作过程中产生增加的轴向滑移。这还将导致压缩机叶轮在轴旋转时相对于轴旋转，导致有用功的损失并从而降低效率。
[0010]然而，涡轮增压器的涡轮驱动压缩机，在动力涡轮机中，涡轮轴的远离涡轮叶片的端部通过机械联接传递动力。在涡轮复合发动机中，两个涡轮串联设置，动力涡轮机与涡轮增压器的涡轮串联连接。动力涡轮机用于产生额外的动力并且齿轮可以固定到动力涡轮机轴的端部，以经由适当的联接(诸如，流体联接或齿轮或其他驱动机构)流体动力地、机械地或电力地将该动力传递到发动机的曲轴。与涡轮增压器一样，动力涡轮机的轴被支撑在轴承组件上。在轴的涡轮端处的轴承结构可以与在涡轮增压器中发现的相应结构基本相同，尽管轴的驱动端处的轴承结构可能是球轴承组件。
【发明内容】
[0011 ] 本发明的目的是克服或消除上述问题。
[0012]本发明的第一方面提供了一种涡轮机械，包括:可绕旋转轴线旋转的轴；设置于在涡轮壳体内绕旋转轴线旋转的所述轴的一端的涡轮叶轮；所述轴被轴承组件支撑以在轴承壳体内旋转，所述轴承壳体具有被所述轴延伸穿过的孔，所述轴承组件被设置在所述孔中，其中，所述涡轮机械还包括第一润滑流体甩抛环(slinger)，该第一润滑流体甩抛环被设置成与所述轴一起旋转并包括用于在所述轴旋转时推开润滑流体远离所述轴的甩抛结构，所述轴包括螺纹部分并且所述第一润滑流体甩抛环包括能够与所述螺纹部分相啮合的螺纹，从而所述第一润滑流体甩抛环能够沿所述轴的螺纹部分从第一位置旋拧至第二位置，并且其中，当所述第一润滑流体甩抛环处于所述第二位置时，第一润滑流体甩抛环用于压缩所述轴承组件。
[0013]优选地，所述涡轮机械的包围所述第一润滑流体甩抛环的区域被凹入以限定用于捕获被所述第一润滑流体甩抛环从所述轴向外推的润滑流体的腔，并且该腔由排出口流体地连接至润滑流体贮槽。
[0014]优选地，所述第一润滑流体甩抛环设有密封结构，以在第一润滑流体甩抛环和所述涡轮机械的径向相邻的表面之间提供密封，其中，所述第一润滑流体甩抛环在所述径向相邻的表面之内旋转。
[0015]优选地，所述轴的螺纹部分和所述第一润滑流体甩抛环设置在轴承组件的与涡轮叶轮相对的一侧上。可替换的，所述轴的螺纹部分和所述第一润滑流体甩抛环可以设置在轴承组件的与涡轮叶轮相同的一侧上。
[0016]当第一润滑流体甩抛环处于第二位置时，它可直接地接触轴承组件。可替换地，至少一个中间元件可以设置在第一润滑流体甩抛环和轴承组件之间，从而当第一润滑流体甩抛环处于第二位置时，所述至少一个中间元件接触轴承组件并将第一润滑流体甩抛环的压缩机传递至轴承组件。
[0017]优选地，涡轮机械包括邻接元件，该邻接元件被布置，使得当第一润滑流体甩抛环处于第二位置时，所述邻接元件与第一润滑流体甩抛环相互作用以压缩轴承组件。优选地，所述邻接元件被布置，使得当第一润滑流体甩抛环处于第二位置时，所述轴承组件可根据情况被压缩在所述第一润滑流体甩抛环或所述至少一个中间元件与所述邻接元件之间。
[0018]如上所述,有些轴承组件,例如滚动元件轴承(RFB)组件,需要预加载荷才能起作用和抵抗推力载荷。本发明是有利的，因为第一润滑流体甩抛环可以从第一位置旋拧至第二位置以对轴承组件预加载荷。这消除了通过在轴上拧紧压缩机叶轮螺母而预加载所述轴承组件的需求，或允许压缩机螺母可以不那么紧。因此，可以避免上述可能导致压缩机叶轮在工作过程中产生轴向滑移的不期望的轴的轴向伸长的问题。
[0019]优选地，当所述第一润滑流体甩抛环处于所述第二位置时，它被可旋转地固定到所述轴。
[0020]邻接元件可以相对于轴承壳体固定。可替换地，邻接元件可以相对于所述轴可旋转地固定。在这种情况下，邻接元件可以与轴行程整体或可以是例如通过焊接、干涉配合或其他任意适当的附接手段附接到所述轴的分离的构件。邻接元件可以是轴上的向外的径向凸起。
[0021]第一润滑流体甩抛环优选地设置在轴承组件的一端，而邻接元件设置在轴承组件的相对端。
[0022]涡轮机械可包括第二润滑流体甩抛环。在这种情况下，第二润滑流体甩抛环可以形成所述邻接元件。第二润滑流体甩抛环可以包括形成所述邻接元件的直径增大的部分。
[0023]优选地，当润滑流体甩抛环处于第二位置时，轴承组件相对于所述轴通过过渡配合可旋转地固定。当润滑流体甩抛环处于第二位置时，它直接地接触轴承组件，优选地将轴承组件夹紧于第一润滑流体甩抛环和邻接元件之间以实现该过渡配合。当所述至少一个中间元件被设置在第一润滑流体甩抛环和轴承组件之间时，优选地轴承组件被加紧于所述至少一个中间元件和邻接元件之间以实现该过渡配合。
[0024]有利的是允许轴承组件通过过渡配合相对于所述轴可旋转地固定，从而消除了在轴承组件和轴之间使用干涉配合的需求。因此，为了拆卸所述涡轮机械，所述轴能够轻易地从轴承组件中滑出而不会损伤轴承组件。
[0025]轴承组件可包括被轴承元件径向地隔开的内环和外环。轴承元件可以是滚子、球轴承等形式。优选地，轴承元件是滚动元件轴承。轴承组件可包括筒。所述筒可形成所述外环。轴承组件可以是角接触球轴承组件。
[0026]优选地，当所述第一润滑流体甩抛环处于所述第二位置时，它压缩轴承组件的所述内环和/或外环。优选地，当第一润滑流体甩抛环处于第二位置时，轴承组件的内环和/或外环根据情况被压缩在第一润滑流体甩抛环或至少一个中间元件与所述邻接元件之间。
[0027]优选地，所述轴承组件的内环或外环之一相对于所述轴承壳体轴向地固定，并且当所述第一润滑流体甩抛环处于所述第二位置时，该第一润滑流体甩抛环压缩所述轴承组件的内环或外环中的另一个。在这种情况下，当第一润滑流体甩抛环处于第二位置时，轴承组件的内环或外环根据情况被压缩在第一润滑流体甩抛环或至少一个中间元件与所述邻接元件之间。
[0028]涡轮机械可包括止推板。优选地，止推板被设置成抑制所述轴承组件的轴向运动。优选地，所述止推板的径向内表面限定了被所述轴穿过的孔。
[0029]优选地，所述第一润滑流体甩抛环被安装在所述轴上，从而所述第一润滑流体甩抛环的一部分被容纳在止推板的所述孔内并且止推板的限定了所述孔的径向内表面与所述第一润滑流体甩抛环形成径向的密闭配合。
[0030]限定了所述孔的止推板的内表面优选地与第一润滑流体甩抛环形成非接触的密封。有利的是所述非接触密封阻止润滑流体通过轴承组件穿过止推板。
[0031]内环或外环优选地被容纳在止推板和轴承壳体的表面之间，从而它相对于轴承壳体轴向地固定。
[0032]优选地，第一润滑流体甩抛环被可释放地附接到所述轴。有利的是第一润滑流体甩抛环可以从轴上移除，从而如上文所述，允许轴从轴承组件中移除。
[0033]第一润滑流体甩抛环优选地具有大致环形的横截面形状并且在轴向方向上延伸。
[0034]第一润滑流体甩抛环优选地包括用于接收所述轴的内孔。该孔优选地在第一润滑流体甩抛环的轴向方向上延伸。该孔优选地设有所述螺纹。
[0035]甩抛环的内孔和轴优选地被设定尺寸以形成密闭配合，从而防止润滑流体穿过轴和孔之间的交界面。
[0036]优选地，所述甩抛结构包括设置在所述第一润滑流体甩抛环的外表面上的径向朝外的凸起。优选地，所述凸起为大致环形。
[0037]轴的螺纹部分优选地设置在轴的外表面上。
[0038]所述轴优选地沿其长度直径增加以形成唇部，并且所述第一润滑流体甩抛环的孔沿其长度直径增加以形成肩部，所述孔与肩部形成限位的邻接，以防止所述第一润滑流体甩抛环过压缩所述轴承组件。
[0039]轴和孔的直径增加优选地为直径增加的台阶。优选地所述唇部基本垂直于轴的轴线延伸。优选地，所述唇部为大致环形的。优选地，所述肩部基本垂直于轴的轴线延伸。优选地，所述肩部为大致环形的。优选地，所述肩部与所述唇部形成相对的表面。
[0040]优选地，该限位邻接防止第一润滑流体甩抛环沿轴的螺纹部分旋拧超过沿轴的预定位置。在第一润滑流体甩抛环过紧的情况下，唇部和肩部的邻接用于向轴而非轴承组件传递额外的载荷。
[0041]此外，轴和孔的直径改变的台阶是有利的，因为它呈现出轴和孔之间的弯曲的、台阶状的交界面，其用助于防止润滑流体沿所述交界面流动穿过所述第一润滑流体甩抛环。
[0042]所述轴优选地朝向轴承组件的一端直径增加。优选地，当第一润滑流体甩抛环处于第二位置时，第一润滑流体甩抛环的内孔朝向邻近轴承组件的第一润滑流体甩抛环的端部直径增加。当第一润滑流体甩抛环处于第二位置时，第一润滑流体甩抛环与轴承组件直接地接触，第一润滑流体甩抛环的所述端部优选地为与轴承组件接触的端部。这是有利的，因为它在与轴承组件接触的点处呈现出弯曲的、台阶状的交界面，即，润滑流体在这里首先可能遇到第一润滑流体甩抛环。
[0043]优选地，当第一润滑流体甩抛环处于第二位置时，轴承组件被压缩在与所述轴的轴向方向基本相同的方向上。
[0044]优选地，当第一润滑流体甩抛环处于第一位置时，第一润滑流体甩抛环不作用以压缩轴承组件，或它作用以比当第一润滑流体甩抛环处于第二位置时更轻地压缩轴承组件。
[0045]所述润滑流体优选的是油。然而，可以意识到，润滑流体甩抛环可与任意适当的润滑流体一起使用。
[0046]所述涡轮机械可以是涡轮增压器，在这种情况下，压缩机推进器叶轮被优选地安装在所述轴的另一端以绕所述轴线在压缩机壳体内旋转。在这种情况下，甩抛结构优选地被布置成靠近压缩机壳体旋转，以防止润滑流体流入压缩机壳体。
[0047]优选地，压缩机壳体背板设置在轴承壳体与推进器叶轮之间。
[0048]优选地，所述压缩机壳体背板具有限定了被所述轴穿过的孔的内表面，其中，所述第一润滑流体甩抛环的一部分被容纳在所述孔中并且限定了所述孔的内表面与所述第一润滑流体甩抛环的所述部分形成径向的密闭配合。
[0049]这是有利的，因为径向的密闭配合可防止润滑流体穿过压缩机背板进入压缩机壳体。径向的密闭配合优选地形成非接触的密封。
[0050]优选地，所述压缩机壳体背板的包围第一润滑流体甩抛环的区域被凹入以限定用于捕获由所述第一润滑流体甩抛环从所述轴推开的润滑流体的腔。优选地，所述腔由排出口流体地连接至润滑流体贮槽。
[0051]优选地所述涡轮机械还包括压缩机叶轮螺母，该螺母被螺纹连接到所述轴的第二螺纹部分上，以限制所述压缩机叶轮沿所述轴的轴向运动，并且所述螺母可沿所述轴的第二螺纹部分从第一位置旋拧至第二位置，并且其中当所述压缩机叶轮螺母处于第二位置时，压缩机叶轮螺母压缩所述轴承组件。
[0052]该压缩可通过压缩机叶轮、或轴的一部分、或至少一个中间元件与轴承壳体的直接接触实现。优选地，轴承组件被压缩在临界元件和第一润滑流体甩抛环之间。
[0053]因此，轴承组件的预加载可通过额外地或单独地拧紧第一润滑流体甩抛环以拧紧所述压缩机叶轮螺母而实现。
[0054]根据本发明的第二方面，提供了一种用在涡轮机械中的润滑流体甩抛环，包括甩抛结构，该甩抛结构用于在所述轴旋转时推开润滑流体远离涡轮机械的轴，并且其中所述润滑流体甩抛环包括螺纹。
[0055]所述润滑流体甩抛环优选地包括用于接收涡轮机械的轴的内孔。所述内孔优选地在润滑流体甩抛环的轴向方向上延伸。所述内孔优选地设有所述螺纹。
[0056]润滑流体甩抛环优选地具有大致环形的横截面形状并且在轴向方向上延伸。
[0057]所述甩抛结构优选地包括设置在第一润滑流体甩抛环的外表面上的径向向外的凸起。优选地，所述凸起为大致环形的。
[0058]在任一组合中，本文描述的所有特征可以与上述方面的任一项组合。
【专利附图】
【附图说明】
[0059]本发明的特定实施例将参照附图仅以示例的方式加以描述，其中:
[0060]图1是沿着具体化本发明的涡轮增压器的纵轴的剖视图；
[0061]图2是图1中的A部分的放大图；以及
[0062]图3是沿涡轮增压器的纵轴的侧视图，示出了涡轮增压器的旋转轴、涡轮叶轮和油甩抛环，为图示目的，涡轮增压器的其余部分被省略，并且所述油甩抛环是以沿其纵轴的剖视图的形式示出的。
【具体实施方式】
[0063]现在参见附图，所描绘的涡轮增压器包括经由中央轴承壳体3连接到压缩机2的涡轮I。涡轮I包括在涡轮壳体(未示出)内旋转的涡轮叶轮4。类似地，压缩机2包括在压缩机壳体(未示出)内旋转的压缩机推进器叶轮6。压缩机推进器通过推进器螺母106固定到轴上。涡轮叶轮4和压缩机推进器6被安装在延伸穿过由中央轴承壳体3的内表面限定的轴向孔8a的公共的涡轮增压器轴8的相对的端部上。
[0064]在使用中，从内燃机的排气歧管排出的废气使涡轮叶轮4旋转。废气从设置在涡轮壳体中的入口(未示出)流向同样设置在涡轮壳体中的废气出口(未示出)。涡轮叶轮4的旋转依次地使压缩机推进器6旋转，推进器6从设置在压缩机壳体中的压缩机入口(未示出)抽吸进入的空气，并将增压后的空气经由出口蜗壳(未示出)输送至同样设置在压缩机壳体中的内燃机的进气歧管。
[0065]涡轮增压器轴8在容纳于轴承壳体3的孔8a中的轴承13内旋转。来自发动机的供油系统的油在压力作用下经由油入口 15、廊道(gallery) 16和通道17供给至轴承3。
[0066]第一油甩抛环50安装在轴8上，位于压缩机推进器6和轴承13 (如下文所述)之间。
[0067]涡轮叶轮4在延伸穿过孔8a的涡轮端22的、整体形成的密封凸台21处连接到涡轮增压器轴8。凸台21具有比轴8的其余部分更大的直径，形成从轴8的其余部分径向地向外突出的肩部55。
[0068]通过活塞环23和凹槽的组合使凸台21相对于孔8a密封。活塞环23由限定了孔8a的涡轮端的环形壁24支撑。活塞环23径向地向内延伸进入限定在凸台21的外表面中的环形凹槽25中，以提供密封。
[0069]油泄漏，尤其是在涡轮增压器的压缩机端处的油泄漏是如在低增压压力处问题(例如当发动机空转或当涡轮增压器在发动机制动模式下工作时)，从轴承壳体3到压缩机壳体可能存在显著的压降，其将导致油泄漏进入压缩机壳体。
[0070]在凹槽25的轴向内侧，凸台21的外表面具有凹入的轮廓以限定第二油甩抛环26。第二油甩抛环26与涡轮增压器轴8 一起旋转并且其凹入的外表面被布置成在其旋转时推开油远离轴8，尤其是防止油穿过轴承壳体3并进入涡轮壳体。包围第二油甩抛环26的轴承壳体3的区域被凹入以限定环形腔27，该环形腔27捕捉分散开的油并且包括排出口。
[0071]压缩机壳体背板29被设置在轴承壳体3和推进器叶轮6之间。压缩机壳体背板29将轴承壳体3的内部与压缩机壳体的内部分隔开。
[0072]压缩机背板29具有限定了孔28的内表面，轴8和第一油甩抛环50穿过该孔28。
[0073]环形止推板34相对于轴承壳体3固定并且被定位在压缩机壳体背板29和轴承13之间。止推板34具有延伸超出轴承13并且在其外围处支承靠着压缩机壳体背板29的表面的径向尺寸。在使用中，止推板34被设计成抵抗由轴承13施加的轴向推力。
[0074]轴承13为具有被轴承元件42径向地分隔的内环和外环40、41的筒的形式。两个环40、41轴向地延伸并且具有每个都限定了一对用于具有第一和第二端部99、1 O O的轴承元件42的轴向间隔的轴承环40、41的面朝内的表面。在这种情况下，轴承元件是球形形式的。然而，可以意识到，其他轴承元件设计也是可以使用的，例如，可以是圆柱形的、桶形的或锥形的滚子。
[0075]外环41被接收在位于轴向止推板34和由轴承壳体3的内表面上的径向向内突出的台阶39形成的环形肩部39之间的轴承壳体3的孔8a中。通过其壳体，外环41相对于轴承壳体3轴向地固定。外环41通过销(未示出)可旋转地固定到轴承壳体3。销可以被布置以抵抗由承载外环41施加的轴向推力。在这种情形下，销可以用于替代止推板。
[0076]外环41的外表面具有多个浅的环形凹槽43，用于接收润滑油。这些凹槽在轴承壳体3的内表面与轴承桶13的外表面之间提供了约0.03mm或更小的环形间隙。在涡轮增压器的工作过程中，油在来自发动机的油系统的压力作用下提供至轴承13。油从通道17中流出并淹没凹槽43以在轴承13的外环41与轴承壳体13之间提供一层薄的油膜。该油膜用作挤压油膜阻尼器并阻尼由轴8的旋转导致的旋转运动和振动。油从那里穿过外环41中的小孔(未示出)流入轴承13。外环41还设有出油口(未示出)，该出油口流体地连接到油槽104(见图1)。
[0077]内环40被可旋转地固定到轴8，如下文所述。
[0078]在马上进入轴承13的内环40的第一端部99之前，轴8经过直径增加的台阶，以形成环形唇57.[0079]轴8设有沿着轴的直径缩小的部分从唇57朝向涡轮增压器的压缩机侧延伸的螺纹部分56，并且在轴进入止推板34之后立即终止。
[0080]第一油甩抛环50安装在位于压缩机推进器叶轮6和轴承13之间的轴8上。在使用中，第一油甩抛环50与轴8 一起旋转，并且在其旋转时，动作以将油从轴8径向地向外推开。包围第一油甩抛环50的压缩机壳体背板29的区域被凹入以限定一环形腔105，该环形腔用于捕捉分散开的油并且包括流体地连接到油槽104的排出口 62。这样可以防止油进入压缩机壳体。
[0081]特别地，从油甩抛环50径向地向外甩去的油撞击限定了腔105的压缩机背板29的表面并顺所述表面流向排出口 62 (见图2)，油随后在那里传送到油槽。
[0082]第一油甩抛环50大致为环形并沿轴向方向在第一和第二端部51，52之间延伸。当固定在轴8上时，油甩抛环50的第一端部51穿过压缩机壳体背板29中的孔28并终止于压缩机推进器叶轮6的后表面处。
[0083]特别地，位于环形凸起53(如下)和油甩抛环50的第一端部51之间的第一油甩抛环50的第一部分被接收在压缩机壳体背板29中的孔28内。限定了所述孔28的内表面与第一油甩抛环50的所述部分形成径向密闭配合。
[0084]这是有利的，因为密闭配合能够阻止润滑油穿过压缩机背板29并进入压缩机壳体。该径向的密闭配合形成非接触密封。
[0085]第一油甩抛环50设有密封结构以在第一油甩抛环50与径向相邻的限定了孔28的压缩机背板29的内表面之间提供密封，其中第一油甩抛环在所述孔28中旋转。第一油甩抛环50设有基本环形的槽70 (见图2)，其接收密封环(未示出)。该密封环被容纳在槽70内并形成与径向相邻的限定了孔28的压缩机背板29的内表面的密封。可替换地，在相反的布置中，环形槽70可以被设置在压缩机背板29中。
[0086]密封结构被设置在环形凸起53 (如下)和油甩抛环50的第一端部51之间。
[0087]止推板34的径向内表面限定了在板的径向表面之间轴向地延伸的中央圆形孔35并且被设计用于接收第一油甩抛环50。第一油甩抛环50的介于环形凸起53 (如下)与油甩抛环50的第二端部52之间的第二部分穿过止推板34中的孔35。
[0088]止推板34的内表面提供了与第一油甩抛环50的外表面形成径向密闭配合的环形密封表面，以提供非接触的密封。因此，止推板34用于阻止油从轴承13穿过止推板34。
[0089]在这种情况下，在轴承侧，板34的径向表面中的环形凹槽36在径向方向上有效地扩大孔35。凹槽36不延伸穿过板34的整个轴向跨度，从而在板34的内周上留下一块窄的平台37。平台37限定了环形密封表面38，该密封表面38被设置成紧密地临近第一油甩抛环50的外表面部分，以提供非接触的密封。
[0090]第一油甩抛环50设有环形凸起53，其用于在其旋转时将油从轴8向远处推开。环形凸起53从第一油甩抛环50的外表面径向地向外延伸并被设置在沿第一油甩抛环的长度的约一半的位置上。位于凸起53任意一侧的第一油甩抛环50的相应的外表面大致平行于第一油甩抛环50的轴线。介于第一油甩抛环50的所述凸起和第二端部52之间的第一油甩抛环的外表面的部分具有比介于第一油甩抛环50的第一端部51和凸起53之间的第一油甩抛环50的外表面更大的直径。
[0091]凸起53包括分别面朝第一油甩抛环50的第一和第二端部51，52的第一和第二表面。第一表面基本上垂直于第一油甩抛环50的轴线。凸起53的第二表面将凸起53的第一表面的末端连接到第一油甩抛环50的相邻的外表面并且被倒角以形成大致的凸面。
[0092]第一油甩抛环50的内表面限定了从第一油甩抛环50的第一端部51延伸到第二端部52的孔54。孔54具有朝向第一油甩抛环的第二端部的直径增加的台阶，以容纳轴8的直径增加的台阶。
[0093]第一油甩抛环50的内表面设有与轴8的螺纹部分56相啮合的螺纹部分101。第一油甩抛环50被旋拧固定到轴8的螺纹部分56上。轴承13的内环40被设置在第一油甩抛环50的第二端部与涡轮轴8的肩部55之间。通过螺纹固定，第一油甩抛环50可以沿轴8的螺纹部分56旋拧，从不与轴承13接触的第一位置，至动作以压着轴承13的第二位置(如图1和2中所示)。在第二位置，轴承13被压缩在第一油甩抛环50的第二端部52和轴8的肩部55之间。特别地，在第二位置，第一油甩抛环50的第二端部52被迫与轴承13的内环40的第一端部99邻接。当第一油甩抛环50处于第二位置时，它通过与轴8和轴承13的紧密接合而可旋转地固定到轴8。
[0094]孔54的直径增加的台阶形成大致环形的肩部110。轴8的环形唇部57和环形肩部110形成相对的表面。轴8的环形唇部57与环形肩部110形成限位的邻接，以防止第一油甩抛环50沿轴8的螺纹部分旋拧超出第二位置。因此，这能够防止第一油甩抛环50在轴8上过紧，从而防止对轴承13的过压缩。在第一油甩抛环50过紧的情形下，肩部110与唇部57的邻接用于向轴8而不是轴承13传递额外的载荷。
[0095]此外，轴8的直径变化的台阶和孔54是有利的，在于其呈现了轴8与孔54之间的弯曲的、台阶的交界面，这能够防止油沿所述交界面穿过第一油甩抛环50.[0096]上述布置是有利的，第一油甩抛环50可以用于预加载所述轴承13。这消除了将推进器叶轮螺母106拧紧在轴8上的需求，或者推进器叶轮螺母106能够不那么紧，以实现这个预加载。因此，可以避免在工作过程中轴8的不期望的轴向延伸和推进器叶轮6的相关联的轴向滑移的问题。
[0097]此外，由于该钳制作用，这种结构允许通过在轴承13的内环40与轴8之间的过渡配合使轴承13的内环40相对于轴8可旋转地固定。
[0098]这消除了对于内环40和轴8之间的干涉配合的要求。因此，为了拆解该涡轮机器，第一油甩抛环50可以从轴8上拧下，并且轴8可以随后轻易地从轴承组件中滑出而不会损坏轴承组件。
[0099]尽管本发明已经结合涡轮增压器做出了描述，但应当理解，它可以应用于任意类型的涡轮机械。例如，涡轮可用于驱动除压缩机之外的任意其他适当的装置，例如，发电机。
[0100]可以意识到，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以对上述设计做出多种修改。
[0101]例如，在所描绘的实施例中，第二油甩抛环26与轴8形成整体。然而，可以意识到，它也可以是一个例如可通过焊接、干涉配合或其他适当的附接手段附接到轴8的分离的部件。
[0102]此外，在所描述的实施例中，当第一油甩抛环50处于第二位置时，第一油甩抛环50与轴承13直接接触，以向轴承13施加压缩力。然而，可以意识到，至少一个中间元件可以被设置在第一油甩抛环50和轴承13之间，从而当第一油甩抛环50处于第二位置时，至少一个中间元件接触轴承13并将第一油甩抛环50的压缩力传递至轴承13。
[0103]此外，在所描述的实施例中，第一油甩抛环50接触轴承13的内环40，以想轴承13施加压缩力。然而，可以意识到，第一油甩抛环50可以可替换地或额外地接触轴承13的外环41，以向轴承13施加压缩力。
[0104]在所描绘的实施例中，在涡轮增压器中使用的润滑流体是油。可以意识到，可以使用任意适当的润滑流体，只要第一油甩抛环50适于与这种润滑流体一起使用。
[0105]在所描绘的实施例中，第一油甩抛环50安装在介于压缩机推进器叶轮6和轴承13之间的轴8上，并且压缩机壳体背板29的包围第一油甩抛环50的区域被凹入以限定环形腔105，该环形腔用于捕捉分散开的油并且包括排出口 62。可替换地，第一油甩抛环50可以被设置在轴8的另一端处，即介于轴承13与涡轮叶轮4之间。在这种情况下，壳体(例如轴承壳体)的包围第一油甩抛环50的区域被凹入以限定用于捕捉分散开的油并且包括排出口的环形腔。
[0106]可以意识到，第一流体油甩抛环可以被设置在任意适当的位置，使得当第一流体油甩抛环处于其第二位置时，第一流体油甩抛环动作以压缩轴承组件，并且因此涡轮机械的壳体的不同的环绕区域可以被凹入以限定用于捕获分散的油的环形腔。
[0107]所描述和描绘的实施例应当被认为其本质是说明性的而非限定性的，应当理解，本发明只示出和描绘了优选实施例，并且所有落入由权利要求限定的本发明范围内的变化和修改都应当被保护。应当理解，在说明书中使用诸如“优选的”、“优选地”、“优选”或“更优选的”之类的词语时，其只是建议如此描述的特征是理想的，但可能并不是必须的，缺少该特征的实施例也应预期其落入所附权利要求限定的本发明的范围内。关于权利要求，当诸如“一”、“一个”、“至少一个”、或“至少一个部分”之类的词语被用在某一特征前面时，其并不意图将该权利要求限定为只有一个这种特征，除非在权利要求中有明确的相反的阐述。当“至少一部分”和/或“一部分”的表述被使用时，物品可包括该物品的一部分和/或整个物品，除非有明确的相反的阐述。
【权利要求】
1.一种涡轮机械，包括:可绕旋转轴线旋转的轴；设置于在涡轮壳体内绕旋转轴线旋转的所述轴的一端处的涡轮叶轮；所述轴被轴承组件支撑以在轴承壳体内旋转，所述轴承壳体具有被所述轴延伸穿过的孔，所述轴承组件被设置在所述孔中，其中，所述涡轮机械还包括第一润滑流体甩抛环，该第一润滑流体甩抛环被设置成与所述轴一起旋转并包括用于在所述轴旋转时推开润滑流体远离所述轴的甩抛结构，所述轴包括螺纹部分并且所述第一润滑流体甩抛环包括能够与所述螺纹部分相啮合的螺纹，从而所述第一润滑流体甩抛环能够沿所述轴的螺纹部分从第一位置旋拧至第二位置，并且其中，当所述第一润滑流体甩抛环处于所述第二位置时，第一润滑流体甩抛环用于压缩所述轴承组件。
2.根据权利要求1所述的涡轮机械，其中，所述涡轮机械的包围所述第一润滑流体甩抛环的区域被凹入以限定用于捕获被所述第一润滑流体甩抛环从所述轴推开的润滑流体的腔，并且该腔由排出口流体地连接至润滑流体贮槽。
3.根据权利要求1所述的涡轮机械，其中，所述第一润滑流体甩抛环设有密封结构，以在第一润滑流体甩抛环和所述涡轮机械的径向相邻的表面之间提供密封，其中，所述第一润滑流体甩抛环在所述径向相邻的表面之内旋转。
4.根据权利要求1所述的涡轮机械，其中，当所述第一润滑流体甩抛环处于所述第二位置时,所述轴承组件通过过渡配合相对于所述轴可旋转地固定。
5.根据权利要求1所述的涡轮机械，其中，所述轴承组件包括被轴承元件径向地分隔的内环和外环，并且当所述第一润滑流体甩抛环处于所述第二位置时，该第一润滑流体甩抛环压缩轴承组件的所述内环和/或外环。
6.根据权利要求5所述的涡轮机械，其中，所述轴承组件的内环或外环之一相对于所述轴承壳体轴向地固定，并且当所述第一润滑流体甩抛环处于所述第二位置时，该第一润滑流体甩抛环压缩所述轴承组件的内环或外环中的另一个。
7.根据权利要求1所述的涡轮机械，其中，所述涡轮机械包括止推板，该止推板被设置成抑制所述轴承组件的轴向运动 ，所述止推板的径向内表面限定了被所述轴穿过的孔，并且所述第一润滑流体甩抛环被安装在所述轴上，从而所述第一润滑流体甩抛环的一部分被容纳在止推板的所述孔内并且止推板的限定了所述孔的径向内表面与所述第一润滑流体甩抛环形成径向的密闭配合。
8.根据权利要求1所述的涡轮机械，其中，所述甩抛结构包括设置在所述第一润滑流体甩抛环的外表面上的径向朝外的凸起。
9.根据权利要求1所述的涡轮机械，其中，所述第一润滑流体甩抛环包括用于接收所述轴的内孔并且该内孔设有所述螺纹。
10.根据权利要求9所述的涡轮机械，其中，所述轴的直径沿其长度增加以形成唇部，并且所述第一润滑流体甩抛环的孔的直径沿其长度增加以形成肩部，所述孔与肩部形成限位的邻接，以防止所述第一润滑流体甩抛环过压缩所述轴承组件。
11.根据权利要求1所述的涡轮机械，其中，所述涡轮机械是涡轮增压器，其中压缩机推进器叶轮被安装在所述轴的另一端以绕所述轴线在压缩机壳体内旋转。
12.根据权利要求11所述的涡轮机械，其中，压缩机壳体背板被设置在轴承壳体和压缩机推进器叶轮之间，所述压缩机壳体背板具有限定了被所述轴穿过的孔的内表面，其中，所述第一润滑流体甩抛环的一部 分被容纳在所述孔中并且限定了所述孔的内表面与所述第一润滑流体甩抛环的所述部分形成径向的密闭配合。
13.根据权利要求12所述的涡轮机械，其中，所述压缩机壳体背板的包围第一润滑流体甩抛环的区域被凹入以限定用于捕获由所述第一润滑流体甩抛环从所述轴推开的润滑流体的腔，并且所述腔由排出口流体地连接至润滑流体贮槽。
14.根据权利要求11所述的涡轮机械，其中，所述涡轮机械还包括压缩机叶轮螺母，该螺母被螺纹连接到所述轴的第二螺纹部分上，以限制所述压缩机叶轮沿所述轴的轴向运动，并且所述螺母可沿所述轴的第二螺纹部分从第一位置旋拧至第二位置，并且其中当所述压缩机叶轮螺母处于第二位置时，压缩机叶轮螺母压缩所述轴承组件。
15.一种用在涡轮机械中的润滑流体甩抛环，包括甩抛结构，该甩抛结构用于在涡轮机械的轴旋转时推开润滑流体远离涡轮机械的轴，并且其中所述润滑流体甩抛环包括螺纹。
【文档编号】F01D25/00GK103806960SQ201310559685
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月12日 优先权日:2012年11月12日
【发明者】詹姆士·唐纳森, 保罗·布赖尔利, 普拉胡·拉马萨马 申请人:康明斯有限公司
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