CN100419221C - 由金属板制成的可变喷嘴装置 - Google Patents

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Abstract

一种可变喷嘴装置，其包括由两个相对壁部件(1，3)之间的间隙形成的环形喷嘴通道(5)，以及至少一个伸入所述喷嘴通道(5)中并被可旋转地支撑的叶片(7)。所述叶片(7)由金属板轮廓形成，并与轴(9)连接。

Description

由金属板制成的可变喷嘴装置
技术领域
本发明涉及一种可应用于涡轮增压器、特别是涡轮增压器的涡轮机上的可变喷嘴装置。
尤其是用于内燃机的涡轮增压器通常用来减少油耗，以及增大内燃机的输出功率。
背景技术
由于内燃机常经受运转状态、例如转速和负荷状态的大范围变化，因此涡轮增压器同样会经历变化的状态，例如废气流量、工作温度或类似状态。此外，从涡轮增压器压缩机排出的高压进气的吸入条件会响应于内燃机操作条件的变化而改变。
因此，已经研制出可适应涡轮增压器涡轮一侧的流体操作条件的涡轮增压器。对涡轮一侧的操作条件的适应例如包括涡轮进气通道几何形状的变化。
美国专利4643640提出了一种用于传递流体、例如废气的喷嘴，该喷嘴包括多个通过对流体施加旋涡效应而引导流体并调节喷嘴通道面积的叶片。在现有技术的这种结构中，叶片在通道中被可旋转地支撑。通过叶片的合适旋转，旋涡效应和/或通道面积可以依照操作需求来设定。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种可变喷嘴装置，其尤其可应用于具有改进叶片结构的涡轮增压器废气涡轮机上的可变喷嘴装置，其中叶片结构可以以低成本制造。
本发明的目的通过一种可变喷嘴装置来实现，该可变喷嘴装置包括：由两个相对壁部件之间的间隙所形成的环形喷嘴通道；和至少一个叶片，伸入到所述喷嘴通道中并且被与之相连的一个轴可旋转地支撑，其特征在于，通过卷绕一金属板条形成金属板轮廓使所述轮廓形成为一个环从而形成所述叶片，其中，所述轴的至少一部分凸伸超过所述金属板轮廓一预定的量，使得形成可接触所述相对壁部件中的一个的台阶部分，从而将所述金属板轮廓从所述相对壁部件中的所述一个分开。
金属板造叶片可以通过低成本的简单工艺来制造。此外，间隙之间的距离随涡轮增压器的不同设计而不同。通过对金属板轮廓轴向长度的简单适应，这种间隙的不同是可以被吸收的。
优选的是，所述叶片通过卷绕所述金属板条而成形，以便形成环状的所述轮廓。
形成环状并将环状金属板条卷绕在轴上是一种制造叶片的简单方法，因为只有叶片的外轮廓对于将在喷嘴中使用的叶片的流动特性才是重要的。
优选的是，所述叶片的下游尖端通过将所述金属板的所述条的两端连接起来而形成。也就是说，叶片只包括一个金属板条，该金属板条被弯曲从而形成在下游端提供尖端的闭合环。优选的是，所述金属板的所述条的所述两端通过点焊而连接起来，这就提供了制造叶片的简单方法。
优选的是，所述轴伸入所述金属板轮廓中，其中所述金属板轮廓与所述轴至少在其外周边部分而连接。因此，金属板可以环绕该轴而卷绕，以便在轴和金属板轮廓的内表面之间形成接触部分。
优选的是，所述金属板轮廓与所述轴通过在所述轴的两个互相径向相对的边缘部分而点焊连接起来。这种结构实现了叶片在轴上的稳定支撑以及用于调节叶片旋转位置的充分扭矩传递。
优选的是，所述轴的至少一部分伸出到所述金属板轮廓的边缘之外达预定的量，从而形成了可与其中一个所述相对壁部件相接触的台阶部分，因此使所述其中一个所述相对壁部件与所述金属板轮廓分开。通过提供超出金属板轮廓边缘的突出轴部分，就在所述边缘与所述壁的面对所述叶片边缘的表面之间形成了间隙。因此，就可以限定粘接现象并减小摩擦损耗。
根据本发明的第二方面，废气涡轮机包括根据第一方面的可变喷嘴装置以及可由流经所述可变喷嘴装置的环形喷嘴通道的废气来驱动的涡轮机叶轮。
根据本发明的第三方面，涡轮增压器包括根据第二方面的废气涡轮机。
根据本发明，还提供了一种废气涡轮机，其包括根据上述本发明的可变喷嘴装置，以及可由流经所述可变喷嘴装置的环形喷嘴通道的废气来驱动的涡轮机叶轮。
根据本发明，还提供了一种涡轮增压器，其包括根据上述本发明的废气涡轮机。
附图说明
本发明的优选实施例将参考附图进行更详细的描述。
图1显示了根据本发明第一实施例的可变喷嘴装置的侧视图。
图2显示了图1所示叶片的沿图1中线A-A的剖视图。
图3显示了根据本发明第二实施例的可变喷嘴装置的侧视图。
图4显示了根据本发明第一实施例的可变喷嘴装置的一种改型的侧视图。
具体实施方式
第一实施例
在下文中，将基于图1和图2来介绍本发明第一实施例的可变喷嘴装置。
图1显示了喷嘴的局部视图，该喷嘴包括第一壁1和第二壁3，这两个壁相互隔开，从而在第一壁1和第二壁3之间形成了通道5。尽管在图中未显示，但是，通道5形成了适合于围绕涡轮机叶轮(未示出)设置的环形形状。将输送到涡轮机叶轮的流体流、例如废气从叶片的上游端运动至其下游端。流体流的方向在图中用箭头F表示。
叶片7设置在第一壁1和第二壁3之间的通道5内。如图2所示，叶片7在图1中的沿线A-A的剖视图中具有翼形形状。
叶片7由折弯后获得翼形外形的金属板条制造而成。也就是说，叶片7是中空体，并且其轴向面是敞开的。叶片7的尖端25是通过在折弯后使金属板的两端接触并通过点焊相连接而形成的，其中点焊在图中用W1表示。
轴9的末端部分伸入叶片7的中空内部中并对其进行支撑。如图1所示，金属板与轴9的延长部11在叶片7的中空内部内侧接触。为了将金属板与延长部11相连起来，与延长部的外周相接触的那些金属板部分通过点焊焊接，点焊在图中用W2表示。
除了延长部11之外，轴9还包括支承部分13，其直径比延长部11的直径大。轴9的支承部分13配合在支承孔15中，因此可以旋转。支承部分13包括两个环形凹槽17，这些凹槽用于润滑支承孔15内的支承部分13和/或用于固定轴9相对于第二壁3的轴向位置。在延长部11和支承部分13的过渡处形成了台阶23。
此外，轴包括促动部分19，其直径比支承部分13的直径小，但比延长部11的直径大。
通过本实施例的可变喷嘴装置，固定在轴9上的叶片7就可以通过转动轴9而绕轴9的轴向方向而旋转，其中叶片7的旋转方向在图2中用箭头R表示。具体而言，促动部分19可以被调节机构驱动旋转，这样可同时地驱动多个叶片旋转。因此，就可以调节叶片在第一壁1和第二壁3之间的旋转位置，以便适应喷嘴的流动特性。
根据本实施例，在轴9的延长部11和支承部分13之间的过渡形成为带有略呈锥形的形状，以便减轻由于切口效应而导致的应力集中。由于这种锥形过渡，叶片7就固定在轴9的延长部11上，使得叶片7面向第二壁3的边缘与支承部分13稍微分开。因此，金属板与延长部11仅仅在其圆柱部分上接触。
第二实施例
在下文中，将基于图3来介绍根据本发明第二实施例的可变喷嘴装置。根据第二实施例的可变喷嘴装置的结构与第一实施例的类似。因此，类似的元件采用相同的标号，下面只讨论不同的部分。
根据本实施例，轴9的延长部11伸出至稍微超出叶片7的面向第一壁1的边缘。具体而言，延长部11的面向第一壁1的轴向端面21与第一壁1形成滑动接触。因此，叶片7的边缘、特别是形成所述叶片7的金属板与第一壁1的表面分开。也就是说，只在轴9的轴向端部21上施加了滑动接触，而叶片7的边缘不与第一壁1相接触。
在本实施例中，延长部11超出叶片7的面向第一壁的边缘的超出量设定为0.05mm。
改型
图4显示了第一实施例的改型。如图4所示，可变喷嘴装置的结构由金属板折弯成翼形形成，用于形成固定在轴9的延长部11上的叶片7。
在根据第一实施例一种改型的可变喷嘴装置中，在轴的延长部11和支承部分13之间的过渡形成为使得所述过渡部位的锥形部分被取消。在图3中可以看到，该过渡是通过延长部11圆周上的环形凹槽来形成的。
由于这种结构，叶片7设置并固定在延长部11上，使得叶片7的面向第二壁3的边缘与延长部11和支承部分之间的轴向台阶形成紧密接触。
尽管在实施例的上述描述全文中陈述了可变喷嘴装置可应用于废气涡轮机，然而，所述可变喷嘴装置液可适用于涡轮增压器的压缩机。

Claims (7)

1. 一种可变喷嘴装置，包括：
由两个相对壁部件(1，3)之间的间隙所形成的环形喷嘴通道(5)；和
至少一个叶片(7)，伸入到所述喷嘴通道(5)中并且被与之相连的一个轴(9)可旋转地支撑，
其特征在于，通过卷绕一金属板条形成金属板轮廓使所述轮廓形成为一个环从而形成所述叶片(7)，
其中，所述轴(9)的至少一部分凸伸超过所述金属板轮廓一预定的量，使得形成可接触所述相对壁部件(1，3)中的一个的台阶部分(21)，从而将所述金属板轮廓从所述相对壁部件(1，3)中的所述一个分开。
2. 根据权利要求1所述的可变喷嘴装置，其特征在于，所述叶片(7)的下游尖端(25)是通过将所述条金属板的两端连接起来形成的。
3. 根据权利要求2所述的可变喷嘴装置，其特征在于，所述条金属板的所述两端是通过点焊连接起来的。
4. 根据权利要求1至3中之一所述的可变喷嘴装置，其特征在于，所述轴(9)伸入所述金属板轮廓中，所述金属板轮廓至少与所述轴(9)的外周部分相连。
5. 根据权利要求4所述的可变喷嘴装置，其特征在于，所述金属板轮廓通过在所述轴(9)的两个互相径向相对的外周部分处的点焊而与所述轴(9)相连接。
6. 一种废气涡轮机，其包括根据权利要求1至7中任一权利要求所述的可变喷嘴装置，以及可由流经所述可变喷嘴装置的环形喷嘴通道的废气来驱动的涡轮机叶轮。
7. 一种涡轮增压器，其包括根据权利要求6所述的废气涡轮机。
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