CN116241337A - 涡轮增压器涡轮机组件 - Google Patents

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D·蒂塞兰特
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Abstract

涡轮机壳体组件可包括涡轮机壳体，该涡轮机壳体限定涡轮机叶轮的旋转轴线；以及由涡轮机壳体可接收的筒，其中，筒包括具有上喷嘴表面的喷嘴壁部件和具有下喷嘴表面的板部件，其中，上喷嘴表面和下喷嘴表面限定喷嘴空间，以及定位在喷嘴空间中的导向叶片，其中，导向叶片可在0％打开的关闭导向叶片位置和100％打开的完全打开导向叶片位置之间枢转，并且其中，对于至少50％打开且小于75％打开的导向叶片位置，喷嘴空间的轴向尺寸关于如从旋转轴线测量的减小的半径而增加。

Description

涡轮增压器涡轮机组件
技术领域
本文公开的主题总体上涉及用于内燃机的涡轮增压器。
背景技术
排气驱动的涡轮增压器包括旋转组，该旋转组包括通过轴彼此连接的涡轮机叶轮和压缩机叶轮。轴通常由一个或多个轴承可旋转地支撑在中心壳体内。在操作期间，来自内燃机的废气驱动涡轮增压器的涡轮机叶轮，涡轮增压器的涡轮机叶轮进而驱动压缩机叶轮以将至内燃机的进气增压。
附图说明
当结合附图中所示的示例时，可以通过参考以下详细描述来更完整地理解在此描述的各种方法、设备、组件、系统、布置等及其等同物，在附图中：
图1是涡轮增压器和内燃机以及控制器的示图；
图2是涡轮增压器的示例的剖视图；
图3A和图3B是涡轮增压器的筒的示例的透视图；
图4是图3A和图3B的筒的剖视平面图；
图5是图3A和图3B的筒的一部分的系列视图；
图6是导向叶片的示例和喷嘴表面的示例的透视图；
图7是图3A和图3B的筒的一部分的系列视图，其中导向叶片和喷嘴表面之间存在增大的间隙；
图8是相对于喷嘴和涡轮机叶轮叶片的导向叶片的示例的示意图；
图9是相对于喷嘴和涡轮机叶轮叶片的导向叶片的示例的示意图；
图10是组件的示例的一部分的剖视图；
图11是组件的示例的一部分的剖视图和材料的热膨胀系数对温度的曲线图；
图12是图10的组件的示例的一部分的剖视图；
图13是图10的组件的示例的一部分的剖视图；
图14是图10的组件的示例的剖视图；
图15是试验数据的示例曲线图；以及
图16是试验数据的示例曲线图。
具体实施方式
下面，描述涡轮增压发动机系统的示例，随后是部件、组件、方法等的各种示例。
涡轮增压器经常用于增加内燃机的输出。参考图1，作为示例，系统100可以包括内燃机110和涡轮增压器120。如图1中所示，系统100可以是车辆101的一部分，其中系统100设置在发动机舱内并连接到排气管道103，该排气管道将排气引导至例如位于乘客舱105后面的排气出口109。在图1的示例中，可以提供处理单元107来处理排气(例如，经由分子的催化转化减少排放，等)。
如图1中所示，内燃机110包括：发动机缸体118，该发动机缸体118容纳一个或多个燃烧室，该燃烧室可操作地驱动轴112(例如，经由活塞)；以及为流向发动机缸体118的空气提供流动路径的进气端口114；以及为来自发动机缸体118的排气提供流动路径的排气端口116。
涡轮增压器120可用于从排气中提取能量并向进气提供能量，该进气可与燃料结合以形成燃烧气体。如图1中所示，涡轮增压器120包括空气入口134、轴122、用于压缩机叶轮125的压缩机壳体组件124、用于涡轮机叶轮127的涡轮机壳体组件126、另一个壳体组件128和排气出口136。壳体组件128可称为中心壳体组件，因为它设置在压缩机壳体组件124和涡轮机壳体组件126之间。
在图1中，轴122可以是包括多种部件的轴组件(例如，考虑涡轮机叶轮127焊接到轴122的轴和叶轮组件(SWA)等)。作为示例，轴122可以由设置在壳体组件128中(例如，在由一个或多个孔壁限定的孔中)的轴承系统(例如，轴颈轴承、滚动元件轴承等)可旋转地支撑，使得涡轮机叶轮127的旋转引起压缩机叶轮125的旋转(例如，如由轴122可旋转地联接的)。作为示例，中心壳体旋转组件(CHRA)可以包括压缩机叶轮125、涡轮机叶轮127、轴122、壳体组件128和各种其它部件(例如，设置在压缩机叶轮125和壳体组件128之间的轴向位置处的压缩机侧板)。
在图1的示例中，可变几何组件129被示为部分地设置在壳体组件128和壳体组件126之间。此类可变几何组件可以包括导向叶片或其它部件以改变通向涡轮机壳体组件126中的涡轮机叶轮空间的通道的几何形状。作为示例，可以提供可变几何形状的压缩机组件。
在图1的示例中，废气门阀(或简称为废气门)135靠近涡轮机壳体组件126的排气入口定位。废气门阀135可以被控制以允许来自排气端口116的至少一些排气绕过涡轮机叶轮127。各种废气门、废气门组件等可应用于传统的固定喷嘴涡轮机、固定叶片喷嘴涡轮机、可变喷嘴涡轮机、双涡旋涡轮增压器等。作为示例，废气门可以是内部废气门(例如，至少部分地在涡轮机壳体内部)。作为示例，废气门可以是外部废气门(例如，可操作地联接到与涡轮机壳体流体连通的管道)。
在图1的示例中，还示出了排气再循环(EGR)管道115，其可以可选地设置有一个或多个阀117，例如以允许排气流到压缩机叶轮125上游的位置。
图1还示出了用于排气流到排气涡轮机壳体组件152的示例布置150和用于排气流到排气涡轮机壳体组件172的另一示例布置170。在布置150中，气缸盖154包括内部的通道156以将来自气缸的排气引导至涡轮机壳体组件152，而在布置170中，歧管176提供涡轮机壳体组件172的安装，例如，没有任何单独的、中间长度的排气管道。在示例布置150和170中，涡轮机壳体组件152和172可配置为与废气门、可变几何组件等一起使用。
在图1中，控制器190的示例被示为包括一个或多个处理器192、存储器194和一个或多个接口196。此类控制器可以包括诸如发动机控制单元(ECU)的电路的电路。如本文所述，各种方法或技术可以可选地例如通过控制逻辑结合控制器来实现。控制逻辑可取决于一种或多种发动机操作状况(例如，涡轮转速、发动机转速、温度、负荷、润滑剂、冷却等)。例如，传感器可以经由一个或多个接口196将信息发送到控制器190。控制逻辑可以依赖此类信息，进而，控制器190可以输出控制信号来控制发动机操作。控制器190可以被配置为控制润滑剂流量、温度、可变几何组件(例如，可变几何压缩机或涡轮机)、废气门(例如，经由致动器)、电动机，或与发动机、涡轮增压器(或多个涡轮增压器)等相关联的一个或多个其它部件。作为示例，涡轮增压器120可以包括一个或多个致动器和/或一个或多个传感器198，其可以例如联接到控制器190的一个或多个接口196。作为示例，废气门135可由控制器控制，该控制器包括响应于电信号、压力信号等的致动器。作为示例，废气门的致动器可以是例如机械致动器，其可以无需电力即可操作(例如，考虑配置为响应经由管道提供的压力信号的机械致动器)。
图2示出涡轮增压器组件200的示例，该涡轮增压器组件200包括由轴承230(例如，轴颈轴承、轴承组件，诸如带有外座圈的滚动元件轴承等)支撑的轴220，该轴承230设置在限定压缩机侧(左)的压缩机组件240和限定涡轮机侧(右)的涡轮机组件260之间的壳体280的孔(例如，由一个或多个孔壁限定的通孔)中。压缩机组件240包括压缩机壳体242，该压缩机壳体242限定蜗壳246并且容纳压缩机叶轮244。如图2中所示，涡轮机组件260包括涡轮机壳体262，该涡轮机壳体262限定蜗壳266并且容纳涡轮机叶轮264。涡轮机叶轮264可以例如被焊接或以其它方式附接到轴220以形成轴和叶轮组件(SWA)，其中轴220的自由端允许附接压缩机叶轮244。
作为示例，叶轮，无论是涡轮机叶轮还是压缩机叶轮，都可以包括进口段部分和出口段部分，例如，部分地由进口段半径(ri)和出口段半径(re)表征。作为示例，单个叶片可以包括进口段边缘(例如，前缘)和出口段边缘(例如，后缘)。叶轮可以部分地由表征进口段部分和出口段部分之间的关系的trim值来限定。
对于压缩机叶轮，进口段部分可以由“小”直径表征；而对于涡轮机叶轮，进口段部分可以由“大”直径表征。在操作期间，到压缩机叶轮或涡轮机叶轮的入口流关于其进口段部分出现，而来自压缩机叶轮或涡轮机叶轮的出口流关于其出口段部分出现。
关于空气流，在涡轮增压器200的操作期间，随着压缩机叶轮244旋转，空气可以经由部分地由压缩机壳体242和压缩机侧板270限定的扩散器部分从压缩机叶轮244引导到蜗壳246，经由入口249将空气吸入通道248，入口249和通道248两者都可以由压缩机壳体242限定。如图2中所示，在涡轮增压器200的操作期间，压缩机叶轮244用于增压空气压力，使得蜗壳246中的空气压力(Pcv)大于通道248中的空气压力(Pco)。压缩机叶轮244的旋转可生成负压，该负压用于将空气“吸入”到压缩机组件240中并经由扩散器部分将这样的空气引导至蜗壳246。作为示例，在实现排气再循环(EGR)的情况下，环境空气可与排气(例如，在压缩机叶轮244的上游和/或下游)混合。
在图2的示例中，轴向定位销285被接收在轴承230的开口中，该开口可以是轴承230的横孔。作为示例，涡轮增压器中可以包括一种或多种其它类型的轴向定位机构，其用于限制轴承的轴向运动(例如，和/或在一个或多个其它方向中的运动)。作为示例，定位销可以允许轴承的径向运动，这可以允许设置在轴承表面周围的一个或多个润滑剂膜的有效操作。
在图2的示例中，轴220包括形成轴向环形面的台阶(例如，肩部)。在图2的示例中，止推套环275(例如，一种套环)包括抵靠轴220的轴向环形面安置的表面。在此类示例中，锁紧螺母221可以包括与轴220的端部的螺纹相匹配的螺纹，使得锁紧螺母221相对于轴220的拧紧使压缩机叶轮244和止推套环275抵靠轴220的轴向环形面加载，这可以将轴220(例如，从台阶到其端部)置于张紧。在此类示例中，轴220、压缩机叶轮244和锁紧螺母221可以作为一个单元旋转(例如，响应于驱动涡轮机叶轮264的排气)。如图2的示例中所示，压缩机侧板270可包括孔(例如，开口)，其中止推套环275的至少一部分定位在止推套环275(和/或压缩机侧板270)可以包括一个或多个凹槽的位置处，该凹槽可以安置一个或多个密封元件(例如，O形环、活塞环等)。
在图2的示例中，涡轮机组件260包括可变几何形状组件250，该可变几何形状组件250可被称为“筒”(例如，筒250)，该“筒”可使用板部件251定位，该板部件251可称为筒250的法兰(例如，可选地成形为阶梯状环形盘或环形板)，该筒250例如使用螺栓293-1至293-N和隔热罩290(例如，可选地成形为阶梯环形盘)夹在壳体280和涡轮机壳体262之间，隔热罩290设置在筒250和壳体280之间并且可以是弹性的，因为它可以施加偏置力。如图2的示例中所示，筒250包括喷嘴壁部件300和板部件251。作为示例，一个或多个安装件或间隔件254可以设置在喷嘴壁部件300和板部件251(例如，或环形板部件)之间，例如，以轴向地间隔开喷嘴壁部件300和板部件251(例如，形成喷嘴空间)。
作为示例，导向叶片(vane)400可定位在喷嘴壁部件300和板部件251之间，例如，其中控制机构可导致导向叶片400枢转。作为示例，导向叶片400可包括叶片柱420，该叶片柱420轴向延伸以可操作地联接到控制机构，例如，用于使导向叶片400围绕由叶片柱420限定的枢转轴线枢转。
关于排气流，在涡轮增压器200的操作期间，蜗壳266中的高压排气通过筒250的通道(例如，一个或多个喷嘴、一个或多个喉部等)以到达涡轮机叶轮264，该涡轮机叶轮264设置在至少部分地由筒250并且至少部分地由涡轮机壳体262限定的涡轮机叶轮空间中。在通过涡轮机叶轮空间之后，排气沿着由涡轮机壳体262的壁限定的通道268轴向向外行进，该涡轮机壳体262的壁也限定开口269(例如，排气出口)。如所指示的，在涡轮增压器200的操作期间，蜗壳266中的排气压力(Ptv)大于通道268中的排气压力(Pto)。
作为示例，涡轮机组件260中的排气压力可以取决于导向叶片400的位置或定位。例如，导向叶片400的关闭和/或打开(例如，变窄或变宽的喉部)可以影响在一个或多个位置处的排气压力。
虽然图2示出一般的重力方向(G，地球重力)，但涡轮增压器200的取向可以是在发动机舱中的取向，该取向适用于给定润滑剂进料、流动和排放细节的操作。
作为示例，排气涡轮增压器的涡轮机组件可包括导向叶片，作为可变几何涡轮机(VGT)或可变喷嘴涡轮机(VNT)的一部分。导向叶片可以至少部分地设置在筒中，其中筒设置在涡轮增压器的涡轮机壳体和中心壳体之间。
作为示例，筒可包括通过安装件(例如，间隔件)轴向间隔开的喷嘴壁部件和板部件，其中容纳有导向叶片以控制从蜗壳到涡轮机叶轮空间的排气流。作为示例，导向叶片可包括后缘和前缘，其中压力侧翼型件和吸力侧翼型件在后缘和前缘处相交。此类导向叶片可以具有平坦的上表面和平坦的下表面，其中在平坦的上表面和喷嘴壁部件之间(例如，在喷嘴壁部件的环形部分的下平坦表面之间)存在间隙和/或其中在平坦的下表面和板部件之间(例如，在板部件的环形部分的上平坦表面之间)存在间隙。
作为示例，每个导向叶片可以包括导向叶片可以围绕其枢转的轴线(例如，枢转轴线)。作为示例，每个导向叶片可包括限定枢转轴线的柱(例如，或轮轴)。作为示例，柱可以与导向叶片成一体(例如，铸造为单件金属、合金等)，或者柱可以是可操作地联接到导向叶片的单独部件。
作为示例，导向叶片的运动(例如，弧式)可以离枢转轴线更近，以及离枢转轴线更远。例如，后缘或前缘可设置为距枢转轴线一定距离，使得在导向叶片枢转时，前缘和/或后缘扫过导向叶片的最大弧度以获得期望的枢转量。如果导向叶片的上表面和喷嘴壁部件的下表面之间的间隙减小，则导向叶片可能会卡住(例如，粘住)，其中随着交互区域可以相对于弧长而增加，风险可取决于弧长而增加。在此类示例中，喷嘴壁部件的变形可导致一个或多个导向叶片在枢转时或甚至处于静止位置时卡住。卡住(例如，粘住)可导致失控、对控制机构的应力、磨损等。
作为示例，作用在导向叶片和/或导向叶片的柱上的力可导致一个或多个导向叶片在枢转时或甚至处于静止位置时卡住。卡住可导致失控、对控制机构的应力、磨损等。
关于可变几何涡轮机组件中的压差和温度，作为示例，蜗壳中的排气可具有约120kPa至约400kPa范围内的压力和高达约650kPa(绝对)的可能峰值压力以及例如约150摄氏度至约980摄氏度范围内的温度；而在涡轮机叶轮轴向下游的一个位置处，排气可具有较低范围内的压力和较低范围内的温度。汽油燃料内燃机中的排气温度可超过柴油燃料内燃机的排气温度。在可变几何涡轮机组件与汽油燃料内燃机一起使用的情况下，与柴油燃料内燃机相比，环境在温度方面可更恶劣。
作为示例，可变几何涡轮机组件(例如，VGT组件或可变喷嘴涡轮机(VNT)组件)的一个或多个部件可包括由可承受上述范围的压力和温度的材料制成的至少一部分。例如，材料可以是INCONEL 718合金(Specialty Materials Corporation，New Hartford，NY)。一些其它材料示例包括INCONEL 625、C263(铝钛时效硬化镍)、Ren é 41(镍基合金)、WASPALOY合金(时效硬化奥氏体镍基合金，United Technologies Corporation，Hartford，CT)等。
作为示例，筒可包括至少部分地设置在两个部件之间的导向叶片。作为示例，导向叶片的至少一部分可以由诸如HK30的材料制成，HK30是一种铬-镍-铁不锈钢合金，包括大约30％的铬和20％的镍，其余部分主要是铁(按质量百分比)。作为示例，导向叶片的至少一部分可以由包括约18-22质量％的镍的HK系列不锈钢合金制成。此类合金可以是完全奥氏体的。作为示例，筒的一个或多个部件可以由例如PL23合金或310SS合金的材料制成。
作为示例，排气可变几何涡轮机组件可以包括多个可枢转导向叶片，该可枢转导向叶片至少部分地限定排气喷嘴内的喉部，其中可枢转导向叶片中的每一个包括对应的柱。
图3A和图3B示出图2的示例筒250的透视图。在图3A和图3B中，喷嘴壁部件300包括可以是环形板部分310的喷嘴上表面302的下表面。作为示例，喷嘴壁部件300可以包括圆柱形管部分350。在喷嘴壁部件300包括圆柱形管部分350的情况下，喷嘴壁部件300的整体形状可以称为帽形。如图所示，环形板部分310包括由外表面312限定的外周界。外表面312与相对的环形表面314和316相交，其中环形表面316包括护罩部分318，作为用于涡轮机叶轮的涡轮机叶轮空间的护罩，其中护罩部分318和设置在涡轮机叶轮空间中的合适涡轮机叶轮之间存在间隙。
如图所示，喷嘴壁部件300包括多个孔320-1、320-2和320-3(例如，间隔件孔)，其接收多个间隔件254-1、254-2和254-3，所述间隔件将喷嘴壁部件300相对于板部件251在轴向上间隔开。如图所示，板部件251包括可以是喷嘴下表面252的上表面，其中喷嘴由喷嘴上表面302和喷嘴下表面252限定。孔320-1、320-2和320-3示为圆柱形并且在喷嘴壁部件300的相对表面314和316之间延伸，其中孔320-1、320-2和320-3各自具有直径和沿孔轴线的轴向长度，其中，孔轴线位于由涡轮机叶轮空间限定(例如如由护罩部分318限定)的轴线的半径处，该轴线可被称为旋转轴线(例如，设置在涡轮机叶轮空间中的涡轮机叶轮的预期旋转轴线)。在图3A和图3B的示例中，筒250可以安装在涡轮增压器中，然后该涡轮增压器可以安装在内燃机的发动机舱中。喷嘴壁部件300可以经受各种条件(例如，力、温度、压力等)，这些条件可以影响喷嘴壁部件300(例如，关于完整性、形状等)。
关于圆柱形管部分350，它包括内表面352和外表面354，以及端表面356。圆柱形管部分350可以至少部分地由内直径、外直径和例如如沿旋转轴线测量的轴向长度定义。在所示示例中，外表面354包括一个或多个凹槽355，所述凹槽355可以接收一个或多个密封元件(例如，诸如或类似于活塞环的密封部件)。在所示示例中，表面314和表面354相交并形成具有大约90度角的肩部。关于表面316和表面352，它们在护罩部分318的相应端部处相交。例如，表面316可以是基本上平的，与具有轮廓的护罩部分318相交，然后与表面352相交，该表面352轴向延伸至端表面356。如图所示，端表面356是与内表面352和外表面354相交的环形表面。
透视图示出安置在喷嘴壁部件300的一个或多个凹槽355中的一个或多个密封环261、多个间隔件254-1、254-2和254-3，多个导向叶片400(例如，400-1至400-N)和相应的叶片柱420-1至420-N、多个导向叶片控制臂256、协调环257、多个销258-1、258-2和258-3，以及多个引导件259-1、259-2和259-3。
在图3A和图3B的示例中，协调环257可围绕中心轴线(例如，与涡轮机叶轮的旋转轴线基本上对齐)旋转，以使多个导向叶片控制臂256围绕多个导向叶片400的各个叶片柱420的各自柱轴线旋转。多个销258-1、258-2和258-3以及多个引导件259-1、259-2和259-3可以帮助将协调环257相对于筒250的其它部件对齐。
在图3A和图3B的示例中，间隔件254-1、254-2和254-3的一个或多个端部可以是固定的(例如，铆接、加盖等)。例如，间隔件的端部可以被压平至大于孔的开口的半径，间隔件延伸穿过该孔的开口，使得间隔件不能轴向移动到孔中。如图所示，间隔件254-1、254-2和254-3中的每一个都包括具有半径和/或直径大于由喷嘴壁部件300和板部件251的相应间隔件孔接收的相对端部中的对应端部的喷嘴部分。例如，间隔件可以由一个或多个半径和/或一个或多个直径以及一个或多个轴向尺寸(诸如喷嘴部分的轴向尺寸)定义。
间隔件254-1、254-2和254-3中的每一个间隔件的喷嘴部分可以包括相对的肩部，其中一个肩部邻接喷嘴壁部件300并且另一个肩部邻接板部件251以限定喷嘴轴向尺寸，该喷嘴轴向尺寸可以略大于导向叶片轴向尺寸以允许导向叶片在喷嘴中枢转，其中间隙可以至少部分地基于一种或多种热考虑(例如，热膨胀、热收缩等)来限定。
在图3A和图3B的示例中，筒250可以经由间隔件254-1、254-2和254-3的铆接端被紧固为筒单元，该间隔件254-1、254-2和254-3在给定温度(例如，组装期间的环境温度)固定喷嘴壁部件300和板部件251之间的轴向距离。此类铆接工艺可在间隔件254-1、254-2和254-3穿过的喷嘴壁部件300和/或板部件251的通道(例如孔)处引入一定量的应力。
图4示出包括多个导向叶片400的筒250的一部分的平面图。导向叶片400在图4中通过实线和虚线表示，其中实线指示导向叶片400的打开位置，并且其中虚线指示导向叶片400的关闭位置。带空心头的箭头被示出以大致图示出当处于打开位置时相邻对的导向叶片400之间的排气流动方向。在关闭位置中，导向叶片400充当排气流的障碍物，使得与导向叶片400径向向内的区域相比，在导向叶片400径向向外的区域中的压力可以更高。在此类示例中，导向叶片400与上喷嘴表面302和下喷嘴表面252之间的间隙是最小的，使得排气在此类间隙中的旁通被最小化。确实发生的排气流可称为排气泄漏。然而，如所解释的，间隙是充分的以降低卡住的风险，其中导向叶片抵靠喷嘴表面302和252卡住会混乱可控性。在存在卡住风险的情况下，致动器可能需要更多功率，这可能意味着更大的尺寸、更多的成本、更多的能量消耗等。因此，筒250的设计通常涉及平衡在关闭位置中的卡住(例如，粘住)的风险和排气泄漏。
在图4的示例中，在打开位置中，导向叶片400的后缘可以限定如粗虚线所示的圆，并且在关闭位置中，导向叶片400的后缘可以限定另一个圆，该圆可以与界定导向叶片400的枢转轴线(例如，叶片柱420)的圆大致相同。因此，随着导向叶片400从关闭位置移动到打开位置，半径(例如直径)减小的圆可以由导向叶片400的后缘限定。此外，如图所示，导向叶片400的前缘可以限定半径(例如直径)增加的圆。
作为示例，一组导向叶片的角度范围可以使用关闭位置和完全打开位置来定义。在此类示例中，关闭位置可以被定义为由于一个或多个原因而限制枢转。例如，限制枢转的一个原因是相邻导向叶片彼此接触的导向叶片接触(例如，导向叶片与导向叶片接触)。另一个原因可能是由于内置在致动器或其它控制连杆中的一个或多个止动件。关于完全打开位置，可以使用一个或多个参考来定义。例如，可以利用涡轮机叶轮的外半径，其中，在完全打开位置中，一组导向叶片的后缘在涡轮机叶轮的外半径的大约3％至大约10％的范围内。在此类范围内，后缘可以与涡轮机叶轮的叶片间隔开足够的距离，使得当该组导向叶片处于完全打开位置时叶片的前缘不接触导向叶片的后缘。为了适当的性能的目的，可以将这样的距离调整为不太大，并且为了避免涡轮机叶轮与导向叶片的接触(例如，给定振动、涡轮机叶轮上的推力、热效应等)，可以将这样的距离调整为不太小。角度范围可以具有最小角度和最大角度，其中中间角度可以被定义为50％的打开角。如所解释的，一组导向叶片的一个或多个特征(例如，前缘和/或后缘)可用于定义一个或多个半径(例如，一个或多个直径)，所述半径可用于定义组件的一个或多个特征。
图5示出筒250的一部分的平面图和剖视图，其中指示了各种角度，包括与相应圆的0度闭合角、与相应圆的41度打开角、与相应圆的68度角，以及与相应圆的82度全开角。
如图5的示例中所示，导向叶片400包括具有后缘401和前缘402，其中压力侧翼型和吸力侧翼型在后缘401和前缘402处相交。如图所示，导向叶片400可以具有平坦的上表面403和平坦的下表面405，其中在平坦的上表面403和壁部件300的上喷嘴表面302之间存在间隙，和/或在平坦的下表面405和板部件251的下喷嘴表面252之间存在间隙。
在图5的示例中，后缘401或前缘402可以设置为距导向叶片400的枢转轴线407一定距离，使得在导向叶片400枢转时，前缘402和/或后缘401扫过导向叶片400的最大弧度以获得期望的枢转量。如所解释的，如果导向叶片400的上表面403与上喷嘴表面302之间的间隙减小，则导向叶片400可能卡住(例如粘住)，其中随着交互区域可相对于弧长而增加，风险可取决于弧长而增加。在此类示例中，喷嘴壁部件300的变形可导致导向叶片400在枢转时或甚至处于静止位置时卡住。卡住(例如，粘住)可导致失控、对控制机构的应力、磨损等。
作为示例，涡轮机组件可包括在导向叶片的上表面和上喷嘴表面之间的不均匀的或可变的间隙。例如，间隙可以相对于上喷嘴表面的半径减小而增加。在此类示例中，间隙在导向叶片的关闭位置中可以足够小，以便减少排气泄漏，而在导向叶片的打开位置中，间隙可以较大，以便降低卡住和/或减少对排气流的阻力。例如，对于大于或等于完全打开位置的50％的导向叶片打开位置，间隙可增加。在此类示例中，间隙增加的导向叶片打开位置可以使用角度、直径等来定义，例如，如关于图4的示例所解释的。
图6示出导向叶片400的透视图，其中压力侧气流表面404和吸力侧气流表面408用相应的标签表示。此外，上部喷嘴表面302的轮廓被示为存在于导向叶片400上方，如将存在于组装的涡轮机组件中，其中喷嘴表面302可以是与第一过渡点304相交的相对恒定区域，该第一过渡点304与可变区域306相交，该可变区域306与第二过渡点307相交，该第二过渡点307与升高区域308相交。
在图6的示例中，示出了各种尺寸，包括导向叶片高度zv、喷嘴高度zn(例如，在喷嘴表面302和252之间)、间隙zc(例如，在表面403和302之间)、可变间隙zc(r)和扩大的间隙zc*。在此类示例中，第一过渡点304可以对应于导向叶片400的后缘401的50％打开位置。
作为示例，导向叶片可以部分地经由一个或多个翼型项(例如，尺寸等)来定义。例如，导向叶片400可以部分地由可以是表面404和408之间的中间表面的中弧线、弦长、厚度、上弧度、下弧度、枢转轴线等中的一个或多个定义。在图6的示例中，导向叶片400被示为相对细长，其厚度小于弦长。如图5中所示，导向叶片400可以使其枢转轴线407大致位于前缘402和后缘401之间的中间；注意到导向叶片400的从枢转轴线407到后缘401的长度大于从枢转轴线407到前缘402的长度，使得如果导向叶片400围绕其枢转轴线407旋转360度(例如，作为没有其它导向叶片干扰的单个导向叶片)，前缘402将形成以枢转轴线407为中心的圆，其半径小于后缘401的以枢转轴线407为中心的圆。
图7示出图5的示例的平面图和剖视图，然而，在导向叶片400和上喷嘴表面302之间具有不同的间隙轮廓，如由至少第一过渡点304、可变表面区域306和第二过渡点307所表示的，其可以过渡到护罩轮廓308，该护罩轮廓308可以过渡到相对竖直的表面309。与图5的示例相比，由于增加的间隙区域，与82度全开角(例如，完全打开)相比，导向叶片400在大于大约41度的打开角(其可以是半开角)处可具有降低的卡住风险。
图8示出导向叶片(vane)400和涡轮机叶轮的叶片(blade)600的示意图。如图所示，可以使用导向叶片高度zv定义增加的间隙区域。例如，考虑喷嘴高度zn，其可以增加到小于50％打开的导向叶片打开位置的喷嘴高度zn的1.05到1.5倍。
如所解释的，叶片600可以具有前缘，该前缘可以设置在距具有叶片600的叶轮的旋转轴线z的半径rw处，并且导向叶片400的后缘可以位于半径rte处，该半径rte取决于导向叶片400的角度。随着导向叶片400变得更加开放，导向叶片400的后缘变得更靠近叶片600的前缘。作为示例，叶片可以是径流涡轮机叶轮的径流叶片或混流涡轮机叶轮的混流叶片。在图8的示例中，叶片600可以是径流叶片，因为叶片600的前缘沿着叶片600的前缘的高度处于恒定半径rw。
在图8的示例中，将喷嘴高度zn视为大约9.07mm，其中增加的喷嘴高度zth(例如，喉部高度)大约为11mm。在此类示例中，50％打开位置的半径可以距涡轮机叶轮的旋转轴线大约46.5mm，并且60％打开位置可以距涡轮机叶轮的旋转轴线大约42.4mm。例如，增加可以是大约0.5mm至2mm或更多。在此类示例中，排气流在经历涡轮机叶轮的叶片的前缘之前可以表现出改进的发展。
作为示例，间隔件可以限定喷嘴高度。例如，考虑将喷嘴高度限定为9.07mm的间隔件，其中导向叶片上表面和喷嘴上表面之间的间隙约为0.15mm。在此类示例中，间隙可以增加到至少0.5mm。例如，考虑大约2mm的增大的间隙(例如，就喷嘴高度而言，从9.07mm到11mm)。作为示例，增大的间隙可以提供增加的流动旁通通道，其由导向叶片高度的百分比(例如，5％至30％或可选地更大)定义。
如图8的示例中所示，该增加可以是倾斜的、阶梯状的等。例如，倾斜区域可以设置有一个或多个斜面和/或阶梯状区域可以设置有大约90°阶梯。如所解释的，可以利用一种或多种形状组合来增大间隙。
图9示出导向叶片400的示意图和涡轮机叶轮的叶片600的示例。在图9的示例中，叶片600可以是混流叶片，因为叶片600的前缘不处于恒定半径，使得半径rw可以沿着叶片600的前缘的高度变化(例如，以限定锥角)。作为示例，图8中的方法和/或图9中的方法可以与径流涡轮机叶轮或混流涡轮机叶轮一起使用。
如图9的示例中所示，可以使用导向叶片高度zv来定义增加的间隙区域。例如，考虑喷嘴高度zn，其可以增加到小于50％打开的导向叶片打开位置的喷嘴高度zn的1.05到1.5倍。在图9的示例中，间隙的增加可能是由于下喷嘴表面(例如，表面252等)和/或上喷嘴表面(例如，表面302等)的形状。
无论在上喷嘴表面和/或下喷嘴表面上增加间隙，都可利用形状组合中的一种或多种来增加间隙。
图10示出组件1000的一部分的剖视图，该组件包括导向叶片400、部件700和760以及涡轮机壳体800。如图所示，可以使用一个或多个密封构件900(例如，活塞环等)组装部件700和涡轮机壳体800。作为示例，部件700可以在操作期间通过压力浮动并且向下偏置，或者它可以通过弹簧力被偏置，或者它可以装配到一个或多个间隔件。
图10还示出了插图，其中导向叶片400由虚线示出，因为其位置取决于枢转角。在插图的示例中，导向叶片可以处于完全打开位置(例如，最大打开枢转角)。如图所示，涡轮机叶轮264可以由涡轮机叶轮半径rw定义，并且导向叶片400的后缘可以由后缘半径rte定义，如在完全打开位置。如所解释的，在完全打开位置中，导向叶片400的后缘的半径rte可以比涡轮机叶轮的半径rw(例如，最大外半径)大大约3％到大约10％。如所解释的，当导向叶片400处于关闭位置(例如，导向叶片与导向叶片接触等)时，后缘rte的半径将大于在完全打开位置的半径。从关闭到完全打开的导向叶片角度范围可以经由此类半径来定义，其中打开位置(诸如50％)可被定义为关闭位置和完全打开位置的中间。
在图10的示例中，部件700可以是基本上环形的部件，其限定相对于导向叶片400的上表面403的间隙。例如，考虑与第一过渡点704相交的上喷嘴表面702，该第一过渡点704与可变表面区域706相交，该可变表面区域706与第二过渡点707相交。如图所示，第二过渡点707可以在部件700的最内端处，其中一个或多个密封构件900可提供关于从蜗壳866到喷嘴的排气运动或反之亦然的密封。
在图10的示例中，涡轮机壳体800包括过渡到护罩表面808的下表面802。涡轮机壳体800还可以包括可以容纳部件700的各种环形凹口特征。例如，考虑圆柱形表面812和816，其可以通过环形凹槽814分开，该环形凹槽814可以提供用于定位和稳定一个或多个密封构件900。如图所示，圆柱形表面816可以延伸到轴向面820，该轴向面820然后可以过渡到部分地限定蜗壳866的表面826。
在图10的示例中，大约0.12mm的恒定间隙的区域可以经由斜面(例如，锥形)增加到具有至少大约0.175mm的间隙的区域。在图10的示例中，导向叶片400的上表面403和涡轮机壳体800的表面802之间的间隙可以是大约0.8mm。在此类示例中，增大的间隙可以部分地跨越部件700并且可以部分地跨越涡轮机壳体800。在此类示例中，排气流可以利用附加空间(例如，增大的喷嘴空间等)在遇到涡轮机叶轮之前进行一些扩展和/或发展。在此类方法中，通过增大的空间可以获得一定量的效率。
在图10的示例中，部件760可以包括与第一过渡点764相交的下喷嘴表面762，该第一过渡点764与可变表面区域766相交，该可变表面区域766与第二过渡点767相交。如图所示，第二过渡点767可以在部件760的最内端。如图所示，部件700和760可以被不同地成形，尽管为一个范围的导向叶片打开位置提供了增加的间隙。作为示例，组件1000可包括关于上喷嘴表面的特征和/或关于下喷嘴表面的特征，以便为导向叶片打开位置的一个或多个范围提供增加的间隙。
作为示例，筒和涡轮机壳体可成形为使得在将筒安装在涡轮机壳体中时，导向叶片和涡轮机壳体之间不发生接触。例如，在导向叶片和涡轮机壳体之间可发生接触之前，边沿可接触。在此类示例中，可以降低导向叶片400的上表面403接触涡轮机壳体800的表面802的风险。作为示例，部件700的轴向高度可以使得在表面802和导向叶片400的上表面403之间可发生接触之前部件700接触表面820。
如所解释的，筒经由一个或多个类似弹簧的机构在涡轮增压器中可轴向移动。在护罩表面定位在涡轮机壳体上而不是诸如部件700的部件上的情况下，涡轮机叶轮和护罩表面之间的间隙在操作期间可能更加确定。
在示例组件1000中，当与例如图2的部件300相比时，部件700可以更小，这可以提供更小的热效应、应力等。此外，在组件1000中，用于涡轮机叶轮的护罩轮廓在涡轮机壳体上，而不是在部件700上。此外，通过使部件700的内端比其外端更薄，可减少一些热效应(例如，考虑由于体积引起的热膨胀和收缩)。
图11示出在温度瞬变期间组件1102的一部分的近似剖视图，其中组件1102包括板部件251、间隔件254和喷嘴壁部件300的环形板部分310，连同热膨胀系数(CTE)关于温度的曲线图1104。
在曲线图1104中，大致示出了导向叶片材料区域和喷嘴壁材料区域。例如，导向叶片可由具有比喷嘴壁(例如，上部和/或下部)的材料更高的CTE的材料制成。由于导向叶片通常由更高CTE的材料制成并且比喷嘴壁更小(体积更小)，因此导向叶片将比喷嘴壁(例如，板部件251、环形板部分310等)更快地对温度变化作出反应。由于导向叶片具有较小质量，因此其具有较小热容量，因此即使使用的材料具有相同的CTE，它也会比喷嘴壁更快地加热和冷却。因此，间隙可以被改变，包括被减小。例如，考虑大约0.16mm的冷间隙(例如环境温度)和大约0.06mm的热间隙。在导向叶片可以移动的瞬变操作期间，减小的间隙可导致控制问题(例如，粘住、卡住等)；然而，在热稳定状态下，间隙可以像组件可处于稳定状态温度分布一样被适当地设计。作为示例，如所解释的，可以提供一个或多个增大的间隙，使得在动态热条件下的动态操作不会导致控制问题(例如，粘住、卡住等)。在动态热条件期间，温度瞬变可以是围绕旋转轴线定义的不均匀的，使得一组导向叶片中的各个导向叶片可以经历不同的温度。鉴于此类空间上不均匀的瞬变条件，各个导向叶片中的一个或多个导向叶片可能比一个或多个其它导向叶片更可能粘住(例如，卡住)，这也可能导致涡轮机组件中的不均衡(例如，不均匀)磨损。如所解释的，通过提供一个或多个增加的间隙，可以降低一个或多个独立导向叶片粘住(例如，卡住)的风险；注意到控制问题可能是由一组导向叶片中的单个导向叶片粘住(例如，卡住)引起的。
如组件1102的部分中所示，由于组件251和300的外半径和内半径之间的热梯度以及造成一些限制的间隔件254，以及由于在部件251的内半径处和/或附近按压的来自隔热罩290的类似弹簧的支撑，如由部件251和300限定的喷嘴空间可以变成V形。在图11的示例中，示出了半径“b”处的轴向高度zrb和半径“a”处的zra，其中，在温度瞬变期间，zrb大于zra，因此在横截面中形成V形。鉴于在高温等情况下倾向于形成V形，可增加喷嘴壁和导向叶片之间的间隙的一个或多个部件的利用可降低导向叶片粘住(例如，卡住等)的风险。例如，通过在一个或多个部件的内周边附近和/或内周边处增加导向叶片与一个或多个喷嘴表面之间的间隙(例如，大于在外周边处或附近)可以帮助恢复在瞬变加热和冷却中消耗的与CTE相关的间隙以及可能由一种或多种其它现象(例如，积炭等)引起的消耗的间隙。因此，通过提供间隙，可以提高性能(例如，可控性、寿命等)。
关于导向叶片的构造材料的一些示例，考虑NI-RESIST(高镍合金铸铁)、NITRONIC60(合金218，例如Cr17、Mn 8、Ni 8.5、Si 4、N0.13、C 0.10，Fe余量)、310不锈钢(SS)等。关于限定喷嘴空间的部件的构造材料的一些示例，考虑INCONEL 718、SiMoCr等。如上所述，限定喷嘴空间的部件(例如，形成喷嘴壁的部件)可以形成有一个或多个特征(例如，台阶、斜面等)以在一组导向叶片处于打开位置(例如，50％打开或更大，等)时提供相对于一组导向叶片的增大的间隙。
图12示出图10的示例组件1000的另一剖视图，没有导向叶片400并且没有一个或多个密封构件900。如图12中所示，部件700可以包括上部喷嘴表面702作为限定恒定喷嘴高度的基本上水平部分，其中表面702与第一过渡点704相交，该第一过渡点704与可变表面区域706相交，该可变表面区域706关于减小的半径增加喷嘴高度，该减小的半径与第二过渡点707相交，该第二过渡点707与可限定部件700的内周边的圆柱形表面708相交。如图所示，涡轮机壳体800可以包括如定位在比第二过渡点707更大的轴向高度处的表面802。涡轮机壳体800还可以包括与护罩表面808相交的表面809，其中该表面可以定义涡轮机壳体800的最小直径。
作为示例，部件700可以经由一种或多种工艺形成以提供喷嘴高度上的变化。例如，考虑机加工，其中此类机加工可以将斜面区域磨削成普通的非斜面表面(例如，参见表面702)。作为示例，可以赋予一个或多个斜面以致形成一个或多个角度、过渡等。
图13示出图10的示例组件1000的另一个剖视图。在图13的示例中，可以看到导向叶片400，特别是与部件700和760以及壳体800的关系，其中导向叶片400的大部分在导向叶片400的打开位置中具有增加的间隙，如图所示。如所解释的，当导向叶片在处于或超过50％打开的打开位置时，此类方法可以降低卡住风险和/或减少对排气流的阻力。
图14示出具有涡轮机壳体800和部件700的示例性组件1000的剖视图。作为示例，图2、3A和3B的筒250的一个或多个特征可被包括在此类组件中。
作为示例，具有对于导向叶片打开位置大于或等于50％的增加的导向叶片到喷嘴的间隙的涡轮机组件可以提供膨胀流动通道以降低在高压力比(PR)下的冲击强度，可以提供性能图宽度扩展以在不改变导向叶片高度的情况下增加流量，可以在导向叶片位置小于50％关闭时保持相同的性能，可以降低导向叶片空气动力扭矩(例如，提供比端壁高度更小的导向叶片高度)，可以降低由于热膨胀、热变形或燃烧残留沉积物引起的导向叶片/喷嘴壁摩擦的风险。
图15示出对于给定压力比(PR)的两个不同组件的试验结果的示例曲线图1500，其中组件之一包括对于至少50％的导向叶片打开位置的增大的间隙(例如，增大的间隙)并且其中组件中的另一个组件包括恒定间隙。如图所示，与恒定间隙组件相比，具有增大间隙的组件可以在更高的校正质量流量(kg/s)下提供更高的效率。此外，在较低的校正质量流量(例如，小于约0.06kg/s)下，两个组件表现出相同或相似的性能。在此类示例中，可以关于最大效率(例如，与特定导向叶片位置的峰值效率对应的校正质量流量)来定义差异。
图16示出对于给定压力比(PR)的两个不同组件的试验结果的示例曲线图1600，其中组件之一包括至少50％的导向叶片打开位置的增加的间隙(例如，增加的间隙)并且其中组件中的另一个组件包括恒定间隙。如图所示，与恒定间隙组件相比，具有增加间隙的组件可以在更高的校正质量流量(kg/s)下提供更高的效率。此外，在较低的校正质量流量(例如，小于约0.135g/s)下，两个组件表现出相同或相似的性能。在此类示例中，可以相对于最大效率(例如，与特定导向叶片位置的峰值效率对应的校正质量流量)来定义差异。
在图16的示例中，增大的间隙示例在50％的导向叶片打开位置之后表现出提高的效率。在此类示例中，高端性能得到改善，而低端性能没有差异。在此类示例中，可以减少高周期疲劳(HCF)负荷(例如，在叶轮前缘之前的早期流动膨胀)。作为示例，在导向叶片的完全打开位置中，在导向叶片后缘和涡轮机叶轮之间可以存在环形间隙，其中此类环形间隙可以由涡轮机叶轮的半径定义。例如，此类间隙可以在涡轮机叶轮半径的大约3％到10％之间。
给定曲线图1500和1600中的数据，涡轮增压器涡轮机组件可制成具有较小导向叶片高度的导向叶片，同时能够在高质量流率下实现合适的性能。通过使用具有较小导向叶片高度的导向叶片，可以减少导向叶片负荷，这可以提供致动力的降低并因此允许较小的致动器(例如，具有较小最大力的致动器)。如所解释的，降低的粘住(例如，卡住)风险还可以提供致动力的降低，并因此允许较小的致动器(例如，具有较小最大力的致动器)。
作为示例，一种方法可以包括确定导向叶片位置以获得关于校正质量流量的最大效率。在此类示例中，导向叶片位置可以转化为关于导向叶片后缘的半径或直径。在此类示例中，可对筒的一个或多个部件进行机加工，以便为等于或大于与最大效率对应的导向叶片位置的导向叶片位置提供增大的间隙(例如，排气通道)。
如所解释的，喷嘴中的导向叶片顶部和/或底部间隙可对VNT级性能产生不利影响。通常，此类间隙沿整个导向叶片开口范围保持尽可能小，这增加了导向叶片卡住(例如，粘住)和/或导向叶片与喷嘴/管道摩擦的风险。因此，为了增加VNT级的流量范围，需要更大的导向叶片高度，这反过来增加导向叶片负荷。随着负荷增加，需要更大的致动器来枢转导向叶片。
如所解释的，一种组件可以包括用于在喷嘴中的每个导向叶片上方和/或下方排气通过的增大的间隙区域，这可以提高高端性能，降低HCF激励并降低导向叶片与喷嘴壁摩擦或粘住的风险。通过在喷嘴环的内周边处/附近提供增大的间隙作为旁通通道，可以增加性能流量范围，同时使用较小的导向叶片高度以获得较低的驱动力。
作为示例，一种方法可以包括机加工普通的环形部件(例如，作为帽形部件或扁平部件)和/或选择具有较小高度的导向叶片。
作为示例，涡轮机壳体组件可以包括涡轮机壳体，该涡轮机壳体限定涡轮机叶轮的旋转轴线；以及由涡轮机壳体可接收的筒，其中筒包括具有上喷嘴表面的喷嘴壁部件和具有下喷嘴表面的板部件，其中上喷嘴表面和下喷嘴表面限定喷嘴空间；以及定位在喷嘴空间中的导向叶片，其中导向叶片可在0％打开的关闭导向叶片位置和100％打开的完全打开导向叶片位置之间枢转，并且对于至少50％打开且小于75％打开的导向叶片位置，喷嘴空间的轴向尺寸关于如从旋转轴线测量的减小的半径而增加。在此类示例中，对于小于50％打开的导向叶片位置，喷嘴空间的轴向尺寸可以是恒定的。
作为示例，喷嘴空间的轴向尺寸可以关于在过渡半径处减小的半径而增加，其中对于至少50％打开且小于75％打开的导向叶片位置，过渡半径由导向叶片的后缘限定。在此类示例中，导向叶片位置可以对应于关于校正质量流量的最大效率。
作为示例，对于完全打开的导向叶片位置，相对于涡轮机叶轮和导向叶片的后缘可以存在环形间隙，其中环形间隙可以是涡轮机叶轮半径的至少3％并小于涡轮机叶轮半径的10％。
作为示例，对于关闭的导向叶片位置，相邻导向叶片之间可能存在接触。在此类示例中，触点可用于限制导向叶片的旋转(例如，枢转)。作为示例，筒、控制连杆等可以包括一个或多个特征，所述特征充当可以定义关闭的导向叶片位置的物理止动件。在此类示例中，导向叶片可以在相邻导向叶片之间限定的喉部很小的地方几乎接触，使得导向叶片充当从蜗壳到涡轮机叶轮空间的排气流的屏障。在此类示例中，几乎接触可以通过小于约3mm的导向叶片到导向叶片间隙(例如，喉部宽度)来定义。关闭的导向叶片位置可以定义涡轮机壳体组件的最小排气流状态，而完全打开位置可以定义涡轮机壳体组件的最大排气流状态。
作为示例，在涡轮机壳体组件中，喷嘴空间的轴向尺寸可以增加到恒定的轴向尺寸。作为示例，喷嘴空间的轴向尺寸可以根据斜面和/或台阶而增加。
作为示例，在涡轮机壳体组件中，多个导向叶片(例如，一组导向叶片)中的每一个导向叶片可以在相应的后缘和相应的前缘之间具有恒定的轴向导向叶片高度。例如，考虑前缘处的轻微倒角和后缘处的轻微倒角，其中轴向导向叶片高度在导向叶片长度的大约90％或更多范围内是恒定的。
作为示例，涡轮机壳体组件可包括限定喷嘴空间的部件，其中该部件的表面提供倾斜的上喷嘴表面，和/或可包括限定喷嘴空间的部件，其中该部件的表面提供倾斜的下喷嘴表面。
作为示例，涡轮机壳体组件可包括限定喷嘴空间的部件，其中该部件的表面提供阶梯状的上喷嘴表面，和/或可包括限定喷嘴空间的部件，其中该部件的表面提供阶梯状的下喷嘴表面。
作为示例，涡轮机壳体组件可以包括限定喷嘴空间的部件，其中该部件的表面提供倾斜和/或阶梯状的上喷嘴表面和/或可以包括限定喷嘴空间的部件，其中部件的表面提供倾斜和/或阶梯状的下喷嘴表面。
作为示例，涡轮机壳体组件可包括涡轮机壳体，该涡轮机壳体包括护罩表面。在此类示例中，护罩表面可以部分地限定用于涡轮机叶轮的涡轮机叶轮空间。
作为示例，涡轮机壳体组件可以包括喷嘴壁部件，该喷嘴壁部件包括护罩表面。在此类示例中，护罩表面可以部分地限定用于涡轮机叶轮的涡轮机叶轮空间。
作为示例，一种方法可以包括操作涡轮机壳体组件，该涡轮机壳体组件包括涡轮机壳体，该涡轮机壳体限定用于涡轮机叶轮的旋转轴线；以及由涡轮机壳体可接收的筒，其中筒包括具有上喷嘴表面的喷嘴壁部件和具有下喷嘴表面的板部件，其中上喷嘴表面和下喷嘴表面限定喷嘴空间；以及定位在喷嘴空间中的导向叶片，其中导向叶片可在0％打开的关闭导向叶片位置和100％打开的完全打开导向叶片位置之间枢转，并且对于至少50％打开且小于75％打开的导向叶片位置，喷嘴空间的轴向尺寸关于如从旋转轴线测量的减小的半径而增加；在导向叶片和上喷嘴表面之间的间隙中流动排气；并且，响应于将导向叶片从小于50％打开的导向叶片位置枢转到大于75％打开的导向叶片位置，在导向叶片和上喷嘴表面之间增大的间隙中流动排气。在此类示例中，增大的间隙可以降低导向叶片在喷嘴空间中卡住的风险和/或增大的间隙可以促进涡轮机叶轮空间之前的排气流的发展(例如，在与涡轮机叶轮空间相邻的区域中，其中该区域包括增大的间隙)。
尽管方法、设备、系统、布置等的一些示例已经在附图中示出并且在前面的详细描述中进行了描述，但是应当理解，所公开的示例实施例不是限制性的，而是能够大量的重新排列、修改和替换。

Claims (14)

1.一种涡轮机壳体组件，包括：
涡轮机壳体，其限定涡轮机叶轮的旋转轴线；以及
能由所述涡轮机壳体接收的筒，其中，所述筒包括具有上喷嘴表面的喷嘴壁部件和具有下喷嘴表面的板部件，其中，所述上喷嘴表面和所述下喷嘴表面限定喷嘴空间，以及定位在所述喷嘴空间中的导向叶片，其中，所述导向叶片能在0％打开的关闭的导向叶片位置和100％打开的完全打开的导向叶片位置之间枢转，以及
其中，对于至少50％打开且小于75％打开的导向叶片位置，所述喷嘴空间的轴向尺寸关于如从所述旋转轴线测量的减小的半径而增加。
2.根据权利要求1所述的涡轮机壳体组件，其中，对于小于50％打开的导向叶片位置，所述喷嘴空间的轴向尺寸是恒定的。
3.根据权利要求1所述的涡轮机壳体组件，其中，所述喷嘴空间的轴向尺寸关于在过渡半径处减小的半径而增加，其中，对于至少50％打开且小于75％打开的导向叶片位置，所述过渡半径由所述导向叶片的后缘定义。
4.根据权利要求3所述的涡轮机壳体组件，其中，所述导向叶片位置对应于关于校正质量流量的最大效率。
5.根据权利要求1所述的涡轮机壳体组件，其中，对于所述完全打开的导向叶片位置，相对于涡轮机叶轮和所述导向叶片的后缘存在环形间隙，其中，所述环形间隙为涡轮机叶轮半径的至少3％且小于涡轮机叶轮半径的10％。
6.根据权利要求1所述的涡轮机壳体组件，其中，对于所述关闭的导向叶片位置，相邻导向叶片之间存在接触。
7.根据权利要求1所述的涡轮机壳体组件，其中，所述喷嘴空间的轴向尺寸增加到恒定的轴向尺寸。
8.根据权利要求1所述的涡轮机壳体组件，其中，所述喷嘴空间的轴向尺寸根据斜面增加。
9.根据权利要求1所述的涡轮机壳体组件，其中，所述导向叶片中的每一个导向叶片包括在相应后缘和相应前缘之间的恒定轴向导向叶片高度。
10.根据权利要求1所述的涡轮机壳体组件，其中，所述上喷嘴表面是倾斜的。
11.根据权利要求1所述的涡轮机壳体组件，其中，所述下喷嘴表面是倾斜的。
12.根据权利要求1所述的涡轮机壳体组件，其中，所述上喷嘴表面是倾斜的，以及其中，所述下喷嘴表面是倾斜的。
13.根据权利要求1所述的涡轮机壳体组件，其中，所述涡轮机壳体包括护罩表面。
14.根据权利要求1所述的涡轮机壳体组件，其中，所述喷嘴壁部件包括护罩表面。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4880351A (en) 1986-05-30 1989-11-14 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Variable capacity turbine
GB0407978D0 (en) * 2004-04-08 2004-05-12 Holset Engineering Co Variable geometry turbine
US7644585B2 (en) * 2004-08-31 2010-01-12 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The U.S. Environmental Protection Agency Multi-stage turbocharging system with efficient bypass
US8763393B2 (en) 2011-08-08 2014-07-01 Honeywell International Inc. Sealing arrangement between a variable-nozzle assembly and a turbine housing of a turbocharger
US9188019B2 (en) * 2012-11-15 2015-11-17 Honeywell International, Inc. Turbocharger and variable-nozzle assembly therefor
US9765687B2 (en) 2014-04-29 2017-09-19 Honeywell International Inc. Turbocharger with variable-vane turbine nozzle having a gas pressure-responsive vane clearance control member
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