一种废气透平增压器的废气透平 本发明涉及一种与内燃机相连的废气透平增压器的废气透平，它包括，(a)一个气体入口外壳和一个气体出口外壳，它们利用连接件连接到一个透平外壳上，(b)一个安置在透平外壳中并由一个轴承载的透平叶轮，(c)透平叶轮的一个固定在气体出口外壳中的盖环，(d)一个安置在透平叶轮的上游的喷嘴环，它依轴向安置在盖环和气体入口外壳之间，依径向处于气体出口外壳之内，该喷嘴环由一个外环、一个内环及若干个设置在其间的导向叶片组成，其中内环利用定位件能防止扭转地支撑在气体入口外壳上。
在废气透平增压器工作时，它的废气透平从与之相连的内燃机的一侧经受着相对高的温度。因此，在透平一侧的结构部分中，例如在气体入口外壳、喷嘴环、盖环以及气体出口外壳中，出现很大地热应力。由于这些结构部分中的任何一个离内燃机的距离都不一样，而且所用的材料也不相同，所以各结构部分的温度也就各异。由此导致的结果是造成不同的热膨胀，引起各部分之间的相对运动，这种现象可能导致螺钉断裂、气体漏泄及部件裂开。因此，关于气体入口外壳、气体出口外壳、喷嘴环及盖环的分离部位的设计和布置，对于废气透平增压器的功能作用，具有重要的意义。
专利DE-A1-4223496公开过喷嘴环与气体入口外壳的螺栓连接方法。为此，喷嘴环的内环是加以增厚设计的，并配有一个附属的法兰，该法兰承载着用于连接气体入口外壳的螺钉。
由于是在一侧采用螺栓连接，所以在上述方案中可能出现喷嘴环不可逆挠曲。于是，存在着在喷嘴环外环上形成一旁路流的危险，从而降低废气透平的效率以致降低透平增压器的效率。由于在透平一侧放热量甚大，固定喷嘴环所用的螺钉非常紧，只有费很大力气才能拧松。这样一来，更换喷嘴环所需的装配时间便大大延长了，这一点对于与废气透平增压器相连的而且其效能与之密切相关的内燃机来说，是一个严重的缺点。
专利EP-B1-191380公开了一种废气透平增压器的废气透平，它的喷嘴环借助于盖环而夹紧在气体入口外壳上。为此，喷嘴环的外环具有一轴向突缘，而它的盖环则有一个相应的固定用法兰。该法兰利用若干个螺钉与气体入口外壳相连。在圆周方向中，喷嘴环利用形状吻合的定中心螺栓固定在气体入口外壳上。
上述两种解决方案有一个共同的缺点，就是喷嘴环总得有一个附加的部件，用于安置或承载固定件。因此，这样的喷嘴环在制造上很费事，成本也就相对地较高。此外，由于上面已经描述过的热应力之故，外环的轴向突缘和内环的法兰都有造成裂纹的危险，因而不能长期保证喷嘴环的安全固定以及透平增压器的功能能力。
本发明力求避免上述的那些缺点。本发明的基本任务是设计出一种废气透平增压器的废气透平，使得它能确保喷嘴环实现简单而安全的固定。
依照本发明，上述目的是通过采取以下的措施达到的：在开头所述的一种装置上，喷嘴环以它的外环紧靠在盖环上，以它的内环紧靠在气体入口外壳上。在外环和气体入口外壳之间形成一轴向的膨胀缝，在外环和气体出口外壳之间则形成一径向膨胀缝。
本发明的优点在于：喷嘴环只是依对角线夹紧在气体出口外壳和气体入口外壳之间的。基于这种固定方法，喷嘴环中的力作用始于盖环，经过外环、导向叶片及内环，最终到达气体入口外壳。借助两条膨胀缝，喷嘴环既可以依轴向也可以依径向自由膨胀。喷嘴环的这种对角线夹紧方法为在透平一侧的结构部分之间的自由热膨胀创造了条件，其结果是要么不产生热应力，要么热应力可以加以抵销。
这样，就不存在受裂纹危害的紧固着喷嘴环的结构部分了。因此，从结构上讲，喷嘴环是相对柔性的，即是有弹性的，并且在一定程度上在它周围的结构部分之间起着隔离片的作用。由于喷嘴环没有固定用的法兰，所以它的制造简单而经济。再者，喷嘴环的固定不需要螺钉，所以还可节约装配和拆卸的工时。还有一个附带的优点，就是喷嘴环可以从两侧进行装配，也就是既可从压缩机一侧也可从内燃机一侧进行安装。
若在气体出口外壳上设置一个连通气体入口外壳的密封面，这是特别可取的。在密封面外面依径向在气体出口外壳和气体入口外壳之间形成一安装缝隙。由于这一设计，在气体入口外壳和气体出口外壳之间达到了良好的密封效果。
此外，有利的做法是，把轴向和径向膨胀缝的缝隙宽度设计得大于/等于外环和气体入口外壳的最大热膨胀程度及外环和气体出口外壳的最大热膨胀程度。
依照这一做法可以确保喷嘴环在废气透平的各种工作状态下都能保持其弹性形态，即不会出现应力。在极端情况下，外环在轴向方向中能够轻轻地靠在气体入口外壳上，在径向方向中则能轻轻地靠在气体出口外壳上，而不会使得出现的压力导致材料磨损。这一做法的优点是能够防止漏气现象。
最后，外环和内环所用的材料厚度比起盖环或气体入口外壳来，小得很多。因此，喷嘴环的导向叶片和它的外环及内环之间的壁厚差极小，所造成的热应力仅仅是微小的。
若用钢板制造外环和内环，这是特别有利的。这样，喷嘴环便可简单而经济地制造出来。
在本发明的第二个结构形式中，在气体入口外壳上设置一个夹紧扇形件，它同气体入口外壳和气体出口外壳在轴向形状吻合，它还配有空腔以用于安置连接件。在气体入口外壳和夹紧扇形件之间至少构成一个径向缝隙。与本发明的第一个结构形式所不同的是，按上述方法还能抵销气体入口外壳的热膨胀。这样，气体入口外壳和气体出口外壳的连接点便被减去了负荷，从而使得产生的工作压力明显地降低了。根据这一理由，上述解决方案也特别适用于高热负荷的透平增压器。
在附图中就一种废气透平增压器的轴流式透平，示明本发明的两个实施例。
附图表示：
图1废气透平的范围中的废气透平增压器的部分纵剖图；
图2图1的一个放大局部断面，在外环的范围中；
图3与图1相应的一个示意图，但属于第二个实施例。
图中仅仅示出为理解本发明所需的部分。图中未示出的例如有内燃机及废气透平增压器的靠压缩机一侧。工作介质的流动方向以箭头表示。
一种透平增压器的废气透平具有一个由一气体入口外壳和一气体出口外壳1、2构成的透平外壳3，利用设计成螺栓的连接件4组装起来。在透平外壳3中安置一个由轴5承载的配有工作叶片7的透平叶轮6。透平叶轮6向外由一个设计成扩压器的盖环8加以限制，该盖环本身用螺钉9固定在气体出口外壳2上。在透平叶轮6和透平外壳3之间设计了一流通道10，该通道接受由一个在图上未示出的与透平增压器相连的柴油机所产生的废气，并将废气引导到透平叶轮6。当然，还可将另一台内燃机与透平增压器连接起来。
在透平叶轮6的上游，在流通道10中设置了一个喷嘴环14，该喷嘴环包含一个外环11、一个内环12以及若干个安置在其间的导向叶片13。该喷嘴环是按照铸件形式加以设计的，它依轴向夹紧在盖环8和气体入口外壳1之间，并且依径向安置在气体出口外壳2的内部。为此，喷嘴环14以它的外环11紧靠在盖环8上，以它的内环12紧靠在气体入口外壳1上。喷嘴环的外环和内环11、12的材料厚度都比盖环8和气体入口外壳1的材料厚度小得多(图1)。当然，喷嘴环14也可用其它材料制成，例如用钢板或型钢，或者用陶瓷。
在外环11和气体入口外壳1之间，设置了一条轴向膨胀缝15；在外环11和气体出口外壳2之间，设置了一条径向膨胀缝16。膨胀缝15、16的缝宽度分别大于外环11和气体入口外壳1的最大热膨胀程度，以及外环11和气体出口外壳2的最大热膨胀度。在这种情况下，径向膨胀缝16的宽度与轴向膨胀缝15的宽度之比大约为4∶1。这一比例是从喷嘴环14的径向和轴向尺寸求得的。当然，上述的膨胀缝宽度也能适应于有关结构部分的最大热膨胀程度。
图2所示为图1的一个放大断面，大体表明了膨胀缝宽度的大小比例。在气体出口外壳2的径向内部范围中设计了一个连通气体入口外壳1的密封面17。依径向在该密封面17之外，在气体出口外壳2和气体入口外壳1之间，设置了一个安装缝18。
内环12利用若干个按销钉设计的定位元件19防止扭转，并支承在气体入口外壳1上。为了容纳这些销钉19，内环12在其上游一侧有相应数目的配备第一空隙21的加厚部20；与此同时，气体入口外壳1则具有与之相应的第二空隙22。安置在加厚部20中的第一空隙21的每一个空隙在销钉19的范围内，都附带有一条内缝23(图1)。
在柴油机运转时，它的热废气经过气体入口外壳1和安置在其中的流通道10而达到废气透平的透平叶轮6。这时，喷嘴环14的任务是将废气最适宜地导引到透平叶轮6的工作叶片7上去。这样被驱动的透平叶轮6又转而驱动与之相连的图中未示出的压缩机。在压缩机中被压缩的空气用于柴油机的增压，即用于提高柴油机的效率。
直接安置在流通道10中的喷嘴环14在上述过程中处于很高的废气温度下。由于喷嘴环的导向叶片13比较薄，此外，整个喷嘴环14的质量比气体入口外壳1、气体出口外壳2以及盖环8都小得多，所以喷嘴环14的升温比上述的在它周围的结构部件也就大得多。
借助按照本发明设计的径向和轴向膨胀缝16、15，喷嘴环14的外环11能够适应于具体工作条件，在径向和轴向中都可自由膨胀。这时，在外环11和气体出口外壳2之间的范围中，材料的径向膨胀相比于外环11和气体入口外壳1的可能轴向膨胀大得很多，这可以通过前述缝隙宽度比例约4∶1加以计算。依这一方式，在盖环8、气体入口外壳1、气体出口外壳2及喷嘴环14之间形成的热应力便可以消除。喷嘴环14因此依对角线夹紧在盖环8和气体入口外壳1之间，此外它在它周围的结构部件之间起着隔离片的作用。借助安装缝18的设计，密封面17总是靠紧气体入口外壳1。密封面17阻止废气泄漏到周围环境中。采用钢板作为制造喷嘴环14的材料，附带地也有利于它的结构具有柔性。
若轴向膨胀缝和径向膨胀缝15、16的缝宽分别适应于外环11和气体入口外壳1的最大热膨胀程度及外环11和气体出口外壳2的最大热膨胀程度，那么外环11在柴油机满负荷时便依轴向靠紧在气体入口外壳1上，依径向靠紧在气体出口外壳2上。这样，在废气透平运行时间内，膨胀缝15、16被封闭。因此，没有废气进入在外环11、气体出口外壳2和扩压器8之间形成的空腔中。依这种方式，既可避免废气流通的障碍，又可避免膨胀缝的损失，从而达到提高效率的目的。
在第二个实施例中，在气体入口外壳1上安置了一个夹紧扇形件24，该夹紧件既与气体入口外壳1又与气体出口外壳2依轴向实现形体闭合，并配有设计成通孔的空隙25以用于螺钉4。在夹紧件24和气体入口外壳1之间设计了径向隙缝26(图3)。这样，气体入口外壳1也可依径向膨胀，而不会增高它的工作压力。各结构部分的其它设置和功能与第一实施例相似。
标号表如下：
1 气体入口外壳
2 气体出口外壳
3 透平外壳
4 连接件，螺钉
5 轴
6 透平叶轮
7 工作叶片
8 盖环，扩压器
9 螺钉
10 流通道
11 外环
12 内环
13 导向叶片
14 喷嘴环
15 轴向膨胀缝
16 径向膨胀缝
17 密封面
18 安装缝
19 定位件，销钉
20 增厚部位，属于12的
21 空隙，第一
22 空隙，第二
23 缝隙，内部的
24 夹紧扇形件
25 空隙，通孔
26 缝隙，径向的