[發明專利]用于渦輪機的葉片布置

有效

• 申請號: 201780083175.5
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN110192006B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 西蒙·大衛·摩爾;馬修·威廉·艾得華;史蒂芬·大衛·休斯;喬治·E·桑福德;南達克休·阿克特·麥迪胡蘇丹
• 申請（專利權）人: 康明斯有限公司
• 主分類號: F01D9/04
• 分類號: F01D9/04;F01D17/16
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 張順濤

提出了一種用于渦輪機的渦輪，其中，在氣體入口處，從噴嘴環延伸通過罩中的狹槽的葉片在一側上成形為基本上與狹槽的表面的輪廓一致，由此，可以在葉片與狹槽之間形成緊密連接以抑制氣體在葉片與狹槽表面之間的泄漏。

技術領域

本發明涉及用于定位在諸如渦輪增壓器的渦輪機的氣體入口處的可變葉片布置。

背景技術

渦輪增壓器是用于以高于大氣壓力的壓力(增壓壓力)將空氣供應到內燃機的進氣口的公知裝置。傳統的渦輪增壓器主要包括在渦輪殼體內安裝在可旋轉軸上的廢氣驅動的渦輪葉輪。渦輪葉輪的旋轉使在壓縮機殼體中安裝在軸的另一端上的壓縮機葉輪旋轉。壓縮機葉輪將壓縮空氣輸送到發動機的入口歧管，從而增加發動機動力。渦輪增壓器軸通常由軸頸和推力軸承支撐，所述軸頸和推力軸承包括位于連接在渦輪與壓縮機葉輪殼體之間的中央軸承殼體內的適當的潤滑系統。

在已知的渦輪增壓器中，渦輪級包括渦輪腔室，渦輪葉輪安裝在該渦輪腔室中；環形進氣通路，所述環形進氣通路限定在圍繞渦輪腔室布置的相對的徑向壁之間；圍繞進氣通路設置的入口；以及從渦輪室軸向延伸的排氣通路。通路和腔室連通，以使得進入到進氣室的加壓廢氣經由渦輪流動通過進氣通路到達排氣通路，并且使渦輪葉輪旋轉。

已知通過在進氣通路中設置葉片(稱為噴嘴葉片)以便使流動通過進氣通路的氣體朝向渦輪葉輪的旋轉方向偏轉來改進渦輪性能。每個葉片通常都是薄片狀的，并且被定位以使一個徑向外表面被布置成與廢氣在進氣通路內的運動，即廢氣在進氣通路內的運動的周向分量，相反使得引導廢氣抵靠葉片的外表面。

渦輪可以是固定的或可變的幾何式渦輪。可變幾何式渦輪與固定幾何式渦輪的不同之處在于，進氣通路的幾何結構可以改變，以在質量流量的范圍內優化氣體流動速度，以使得渦輪的功率輸出可以改變以適應變化的發動機需求。

在一種可變幾何渦輪增壓器的形式中，噴嘴環承載多個軸向延伸的葉片，這些葉片延伸到空氣入口中，并且穿過形成空氣入口的徑向延伸壁的罩中的相應孔口(“狹槽”)。噴嘴環可通過致動器軸向移動以控制空氣通道的寬度。噴嘴環的移動還控制葉片穿過相應狹槽突出的程度。

這種可變幾何渦輪增壓器的一個示例在取自US8,172,516的圖1(a)和1(b)中示出。所示的可變幾何渦輪包括限定進氣室2的渦輪機殼體1，來自內燃機(未示出)的氣體被輸送到所述進氣室2。廢氣從進氣室2經由環形進氣通路4流到排氣通路3。進氣通路4在一側由構成噴嘴環的可移動環形壁構件5的表面限定，而在相對側由環形罩6限定，該環形罩覆蓋面對壁中的環形凹部8的開口。

從進氣室2流到排氣通路3的氣體經過渦輪葉輪9，結果扭矩被施加到由驅動壓縮機葉輪11的軸承組件14支撐的渦輪增壓器軸10。壓縮機葉輪11圍繞旋轉軸線100的旋轉對存在于空氣入口12中的環境空氣加壓，并且將加壓空氣輸送到空氣出口13，加壓空氣從所述空氣出口13被供給到內燃機(未示出)。渦輪葉輪9的速度取決于氣體經過環形進氣通路4的速度。對于流入到進氣通路中的氣體的質量的固定速率，氣體速度是進氣通路4的寬度的函數，該寬度可通過控制噴嘴環5的軸向位置來調節。隨著進氣通路4的寬度減小，穿過該進氣通路4的氣體的速度增加。圖1(a)示出了關閉至最小寬度的環形進氣通路4，而在圖1(b)中，進氣通路4示出為完全打開。

噴嘴環5支撐沿周向等距間隔開的葉片7的陣列，所述葉片中的每一個都延伸跨過進氣通路4。葉片7被定向成使流動通過進氣通路4的氣體朝渦輪葉輪9的旋轉方向偏轉。當噴嘴環5靠近環形罩6和面對壁時，葉片7突出穿過罩6中被適當構造而成的狹槽并進入到凹部8中。每個葉片都具有更靠近旋轉軸線的“內”主表面和更遠離旋轉軸線的“外”主表面。

氣動或液壓操作的致動器16可操作以經由致動器輸出軸(未示出)控制噴嘴環5在由渦輪殼體的部分26限定的環形腔19內的位置，其中所述致動器輸出軸連接到鐙形構件(未示出)。鐙形構件又接合支撐噴嘴環5的軸向延伸的引導桿(未示出)。因此，通過適當地控制致動器16，可以控制引導桿的軸向位置，從而控制噴嘴環5的軸向位置。應當理解，可以使用電動操作的致動器來代替氣動或液壓操作的致動器。