[發明專利]具有不均勻分布的翼型和均勻喉部面積的噴嘴環

無效

• 申請號: 201410102159.4
• 申請日: 2014-03-19
• 公開（公告）號: CN104061024A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: S.M.森恩
• 申請（專利權）人: ABB渦輪系統有限公司
• 主分類號: F01D9/04
• 分類號: F01D9/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李強;嚴志軍

技術領域

本發明大體涉及用于內燃機的渦輪增壓器的廢氣渦輪，并且更特別地，涉及用于在這種燃氣渦輪中導引廢氣流的噴嘴環。

背景技術

用于內燃機的渦輪增壓器的帶有固定渦輪幾何構造的傳統廢氣渦輪包括用于將廢氣引導到多個轉子葉片的渦輪噴嘴。渦輪噴嘴包括多個沿周向隔開的定子導葉，定子導葉在它們的根部和末端處不動地連結到徑向內側和徑向外側環形支承環上。在徑向流渦輪或混合流渦輪的情況下，噴嘴環的定子導葉在它們的根部和末端處固定到環形支承環上，環形支承件在流道的各個相對的側布置成彼此相鄰。

如圖4中顯示的那樣，各個噴嘴導葉都具有翼型橫截面，翼型橫截面具有前緣、后緣，以及在它們之間延伸的壓力側和吸力側。一個導葉的后緣與相鄰導葉的吸力側隔開。各個導葉都包括喉部線，喉部線在導葉吸力側上從根部延伸到末端，以與相鄰的一個的后緣限定具有最小喉部面積的喉部。相鄰導葉限定單獨的喉部面積，而且它們共同限定整個喉部面積。這些面積由各個特定的廢氣渦輪設計規定，而且是影響渦輪增壓器性能的關鍵因素。

優選通過在相鄰導葉之間提供基本均勻的單獨的喉部面積來獲得整個喉部面積。相鄰導葉之間的喉部面積的變化可提供不合需要的空氣動力激勵壓力，這可導致設置在噴嘴下游的轉子葉片不合需要地振動。

US 5,182,855公開了一種制造渦輪噴嘴的方法，以在相鄰導葉之間獲得預定的喉部面積值。

用于軸向流、徑向流和混合流渦輪增壓器的噴嘴環通常分成渦輪兩個或更多個不同的節段，對于每個角，節段包括不同數量的噴嘴導葉。與具有沿周向方向均勻分布的導葉的未分段式噴嘴環相比，轉子的空氣動力激勵減小，而且關于高循環疲勞的機械完整性裕度得到改進。

所提到的分段式噴嘴環設計的主要問題在于，噴嘴喉部面積在節段之間有所不同。因此，噴嘴的出射流角也在節段之間有所不同。由于流的不均勻性，轉子在第一模式形狀中被激勵，而且與具有由分布均勻的導葉組成的噴嘴環的級相比，渦輪級的熱力效率降低。由于流的不均勻性，噴嘴環必須相對于氣體入口殼布置在固定位置上。

發明內容

本發明的主要目標是提供一種分段式噴嘴環，對于每個節段，其包括不同數量的噴嘴導葉，導葉在相鄰導葉之間具有均勻的單獨喉部面積。

對于在這里介紹的分段式噴嘴環，相鄰導葉之間的喉部面積對于各個節段是相同的，這通過旋轉(即，打開或關閉喉部面積)屬于不同節段的單獨導葉組合(compounds)來實現。產生的均勻喉部面積會使噴嘴有均勻出射流角，以及使轉子有均勻入口流角。

基于此，消除了不均勻流對轉子引起的高循環疲勞激勵，可改進渦輪級的熱力效率，而且噴嘴環不必相對于氣體入口殼布置在固定位置上。

渦輪級的熱力效率以及轉子的關于高循環疲勞的機械完整性可得到改進。可實現較高的轉子導葉數，從而允許比流容量增加。可使用在空氣動力學上得到改進的轉子導葉來提供較高的熱力效率。可實現較緊湊的產品，從而使得能夠降低生產成本。較高的熱力效率允許為最終顧客節約發動機燃料成本。由于噴嘴環不必相對于氣體入口殼布置在固定位置上，所以可實現較簡單和廉價的設計，其安裝起來更容易和快速，因此進一步使得能夠降低生產和維修成本。

根據結合附圖得到的以下更詳細的描述，本發明的這些和其它優點和特征將變得顯而易見，附圖以示例的方式示出本發明的原理。

附圖說明

附圖示出本發明。在附圖中：

圖1顯示用于軸向渦輪增壓器渦輪的噴嘴環，其具有兩個節段和均勻的喉部面積，

圖2示出導葉旋轉，即關閉(圖的上部)和打開(圖的下部)，以實現恒定的喉部面積；

圖3顯示用于徑向流或混合流渦輪增壓器渦輪的噴嘴環，其具有兩個節段和均勻的喉部面積；以及

圖4顯示噴嘴環的兩個相鄰導葉，突出顯示兩個導葉之間的喉部面積。

部件列表

1導葉的前緣

2，2'導葉的后緣

3導葉的末端

4導葉的根部

5喉部線

7，7'導葉的壓力側

8，8'導葉的吸力側

a最小喉部面積

n_s每個節段的導葉的數量

α_i，α_j節段的兩個相鄰導葉之間的角

γ₁，γ₂導葉輪廓旋轉角。

具體實施方式