用于涡轮机的叶片布置制造技术

提出了一种用于涡轮机的涡轮，其中，在气体入口处，从喷嘴环延伸通过罩中的狭槽的叶片在一侧上成形为基本上与狭槽的表面的轮廓一致，由此，可以在叶片与狭槽之间形成紧密连接以抑制气体在叶片与狭槽表面之间的泄漏。

Blade Layout for Turbine

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于涡轮机的叶片布置
本专利技术涉及用于定位在诸如涡轮增压器的涡轮机的气体入口处的可变叶片布置。
技术介绍
涡轮增压器是用于以高于大气压力的压力(增压压力)将空气供应到内燃机的进气口的公知装置。传统的涡轮增压器主要包括在涡轮壳体内安装在可旋转轴上的废气驱动的涡轮叶轮。涡轮叶轮的旋转使在压缩机壳体中安装在轴的另一端上的压缩机叶轮旋转。压缩机叶轮将压缩空气输送到发动机的入口歧管，从而增加发动机动力。涡轮增压器轴通常由轴颈和推力轴承支撑，所述轴颈和推力轴承包括位于连接在涡轮与压缩机叶轮壳体之间的中央轴承壳体内的适当的润滑系统。在已知的涡轮增压器中，涡轮级包括涡轮腔室，涡轮叶轮安装在该涡轮腔室中；环形进气通路，所述环形进气通路限定在围绕涡轮腔室布置的相对的径向壁之间；围绕进气通路设置的入口；以及从涡轮室轴向延伸的排气通路。通路和腔室连通，以使得进入到进气室的加压废气经由涡轮流动通过进气通路到达排气通路，并且使涡轮叶轮旋转。已知通过在进气通路中设置叶片(称为喷嘴叶片)以便使流动通过进气通路的气体朝向涡轮叶轮的旋转方向偏转来改进涡轮性能。每个叶片通常都是薄片状的，并且被定位以使一个径向外表面被布置成与废气在进气通路内的运动，即废气在进气通路内的运动的周向分量，相反使得引导废气抵靠叶片的外表面。涡轮可以是固定的或可变的几何式涡轮。可变几何式涡轮与固定几何式涡轮的不同之处在于，进气通路的几何结构可以改变，以在质量流量的范围内优化气体流动速度，以使得涡轮的功率输出可以改变以适应变化的发动机需求。在一种可变几何涡轮增压器的形式中，喷嘴环承载多个轴向延伸的叶片，这些叶片延伸到空气入口中，并且穿过形成空气入口的径向延伸壁的罩中的相应孔口(“狭槽”)。喷嘴环可通过致动器轴向移动以控制空气通道的宽度。喷嘴环的移动还控制叶片穿过相应狭槽突出的程度。这种可变几何涡轮增压器的一个示例在取自US8,172,516的图1(a)和1(b)中示出。所示的可变几何涡轮包括限定进气室2的涡轮机壳体1，来自内燃机(未示出)的气体被输送到所述进气室2。废气从进气室2经由环形进气通路4流到排气通路3。进气通路4在一侧由构成喷嘴环的可移动环形壁构件5的表面限定，而在相对侧由环形罩6限定，该环形罩覆盖面对壁中的环形凹部8的开口。从进气室2流到排气通路3的气体经过涡轮叶轮9，结果扭矩被施加到由驱动压缩机叶轮11的轴承组件14支撑的涡轮增压器轴10。压缩机叶轮11围绕旋转轴线100的旋转对存在于空气入口12中的环境空气加压，并且将加压空气输送到空气出口13，加压空气从所述空气出口13被供给到内燃机(未示出)。涡轮叶轮9的速度取决于气体经过环形进气通路4的速度。对于流入到进气通路中的气体的质量的固定速率，气体速度是进气通路4的宽度的函数，该宽度可通过控制喷嘴环5的轴向位置来调节。随着进气通路4的宽度减小，穿过该进气通路4的气体的速度增加。图1(a)示出了关闭至最小宽度的环形进气通路4，而在图1(b)中，进气通路4示出为完全打开。喷嘴环5支撑沿周向等距间隔开的叶片7的阵列，所述叶片中的每一个都延伸跨过进气通路4。叶片7被定向成使流动通过进气通路4的气体朝涡轮叶轮9的旋转方向偏转。当喷嘴环5靠近环形罩6和面对壁时，叶片7突出穿过罩6中被适当构造而成的狭槽并进入到凹部8中。每个叶片都具有更靠近旋转轴线的“内”主表面和更远离旋转轴线的“外”主表面。气动或液压操作的致动器16可操作以经由致动器输出轴(未示出)控制喷嘴环5在由涡轮壳体的部分26限定的环形腔19内的位置，其中所述致动器输出轴连接到镫形构件(未示出)。镫形构件又接合支撑喷嘴环5的轴向延伸的引导杆(未示出)。因此，通过适当地控制致动器16，可以控制引导杆的轴向位置，从而控制喷嘴环5的轴向位置。应当理解，可以使用电动操作的致动器来代替气动或液压操作的致动器。喷嘴环5具有分别延伸到环形腔19中的轴向延伸的内环形凸缘17和外环形凸缘18，所述环形腔19通过壁27与室15分开。内密封环20和外密封环21分别被设置成相对于环形腔19的内环形表面和外环形表面密封喷嘴环5，同时允许喷嘴环5在环形腔19内滑动。内密封环20被支撑在形成于腔19的内表面中的环形凹槽22内并抵靠在喷嘴环5的内环形凸缘17上，而外密封环21被支撑在设置在喷嘴环5的环形凸缘18内的环形凹槽23内并抵靠在腔19的径向最外侧内表面上。可以理解，内密封环20可以安装在凸缘17的环形凹槽中，而不是如图所示，和/或外密封环21可以安装在设置在腔的外表面中的环形凹槽中，而不是如图所示。第一组压力平衡孔口25在喷嘴环5中设置在相邻孔口之间限定的叶片通道内，而第二组压力平衡孔口24在喷嘴环5中设置在喷嘴叶片通道的半径之外。在已知的采用突出穿过罩中的狭槽的叶片的可变几何涡轮机中，在叶片与狭槽的边缘之间设置一间隙，以允许叶片在涡轮增压器变得更热时进行热膨胀。当在轴向方向上观察时，叶片和狭槽具有相同的形状，但叶片小于狭槽。在典型的布置中，叶片被定位成使得每个叶片的轴向中间线在相应的狭槽的中心，以使得在横向于涡轮的轴线的远离中间线的所有方向上，从中间线到叶片的表面的距离与从中间线到相应的狭槽的边缘的距离的比例相同。叶片和狭槽之间的间隙通常被布置成，在室温(其在此定义为20摄氏度)下围绕叶片的整个周边，叶片的中心距旋转轴线的距离(“喷嘴半径”)的至少大约0.5％(例如，对于46.5mm的喷嘴半径，间隙可以是0.23mm，或喷嘴半径的0.5％)。这意味着，如果叶片中的每一个都垂直于轴向方向逐渐热膨胀，则叶片周边周围的所有点将同时接触狭槽上的相应点。在所有较低的温度下，在叶片的整个周边与相应的狭槽的边缘之间存在一间隙。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供用于涡轮机的新型有用的叶片组件，以及结合了所述叶片组件的新型有用的涡轮机(尤其是涡轮增压器)。总的来说，本专利技术提出，在这种类型的涡轮机的涡轮中，在进气口处，叶片突出穿过罩中的狭槽由致动器控制的程度，每个叶片的一个表面基本上与相应狭槽的相应表面的形状一致，以便能够在所述表面之间产生较小的间隙。在本专利技术的一种形式中，在每个叶片的内表面上的位置处，在叶片与狭槽的表面之间设置比在每个叶片的外表面上更小的间隙。在本专利技术的一种替代形式中，在叶片外表面上的位置处，在叶片与狭槽的表面之间可以设置比在每个叶片的内表面上更小的间隙。在任一情况下，每个叶片的表面形成为具有与相应的罩狭槽的面对边缘的轮廓非常相似的轮廓，使得叶片可以紧密抵靠狭槽的边缘定位。叶片的该侧上的间隙可以小到抑制或甚至基本上防止叶片与位于叶片的该侧上的狭槽之间的气体泄漏。本专利技术由本专利技术人的观察结果激发，在其中叶片从喷嘴环突出穿过罩中的狭槽的涡轮装置中，气体可能会通过罩与叶片之间的间隙泄漏，并且这导致效率的显著损失，这是因为气体可以从叶片的外表面经过到达叶片的内表面。通过关闭叶片与叶片的一侧上的狭槽之间的间隙，可以显著地减少这种泄漏。具体地，本专利技术的第一方面提供了一种涡轮，具有：涡轮壳体，所述涡轮壳体限定气体入口；涡轮叶轮，所述涡轮叶轮被定位成在所述涡轮壳体内绕轴线旋转；环形罩，所述环形罩限定多个狭槽，并且环绕所述轴线；喷嘴环，所述喷嘴环支撑多个叶片，所述多个叶片从所述喷嘴环平行于所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涡轮，具有：涡轮壳体，所述涡轮壳体限定气体入口；以及涡轮叶轮，所述涡轮叶轮被定位成在所述涡轮壳体内绕轴线旋转；环形罩，所述环形罩限定多个狭槽，并且环绕所述轴线；喷嘴环，所述喷嘴环支撑多个叶片，所述多个叶片从所述喷嘴环平行于所述轴线延伸，并且穿过所述狭槽中的相应狭槽突出，所述多个叶片中的每一个都与所述轴线间隔开喷嘴半径；以及用于将所述罩联接到所述喷嘴环的联接机构；所述狭槽中的每一个都具有面向内的狭槽表面，所述多个叶片中的每一个都具有轴向延伸的叶片表面，所述轴向延伸的叶片表面包括(i)面向所述相应狭槽的外表面的叶片外表面，(ii)面向所述相应狭槽的内表面的相对的叶片内表面，以及(iii)位于所述叶片内表面与所述叶片外表面之间并从所述叶片的第一端延伸到所述叶片的第二端的中间线；所述叶片表面包括共形部分，所述共形部分沿所述中间线的长度的至少80％延伸，并且面向所述狭槽表面的相应共形部分，其中，在室温下，所述叶片表面的共形部分和所述狭槽表面的共形部分的相应轮廓彼此分离不超过喷嘴半径的0.35％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.15 GB 1619347.61.一种涡轮，具有：涡轮壳体，所述涡轮壳体限定气体入口；以及涡轮叶轮，所述涡轮叶轮被定位成在所述涡轮壳体内绕轴线旋转；环形罩，所述环形罩限定多个狭槽，并且环绕所述轴线；喷嘴环，所述喷嘴环支撑多个叶片，所述多个叶片从所述喷嘴环平行于所述轴线延伸，并且穿过所述狭槽中的相应狭槽突出，所述多个叶片中的每一个都与所述轴线间隔开喷嘴半径；以及用于将所述罩联接到所述喷嘴环的联接机构；所述狭槽中的每一个都具有面向内的狭槽表面，所述多个叶片中的每一个都具有轴向延伸的叶片表面，所述轴向延伸的叶片表面包括(i)面向所述相应狭槽的外表面的叶片外表面，(ii)面向所述相应狭槽的内表面的相对的叶片内表面，以及(iii)位于所述叶片内表面与所述叶片外表面之间并从所述叶片的第一端延伸到所述叶片的第二端的中间线；所述叶片表面包括共形部分，所述共形部分沿所述中间线的长度的至少80％延伸，并且面向所述狭槽表面的相应共形部分，其中，在室温下，所述叶片表面的共形部分和所述狭槽表面的共形部分的相应轮廓彼此分离不超过喷嘴半径的0.35％。2.根据权利要求1所述的涡轮，其中，在室温下，所述叶片表面的共形部分具有的轮廓与所述狭槽表面的共形部分的轮廓在它们各自的长度上偏离不超过喷嘴半径的0.3％。3.根据权利要求1所述的涡轮，其中，在室温下，所述叶片表面的共形部分和所述狭槽表面的共形部分能够沿着它们各自的整个长度定位成在所述叶片表面的共形部分与所述狭槽表面的共形部分之间具有不大于喷嘴半径的0.35％的间隙。4.根据权利要求1所述的涡轮，其中，在室温下，所述叶片表面的共形部分和所述狭槽表面的共形部分能够沿着它们各自的整个长度定位成在所述叶片表面的共形部分与所述狭槽表面的共形部分之间具有不大于喷嘴半径的0.2％...

【专利技术属性】
技术研发人员：西蒙·大卫·摩尔，马修·威廉·艾得华，史蒂芬·大卫·休斯，乔治·E·桑福德，南达克休·阿克特·麦迪胡苏丹，
申请(专利权)人：康明斯有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB