CN116771433A - 一种固定喷嘴环及双流道增压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固定喷嘴环及双流道增压器。本发明的固定喷嘴环设于涡轮壳内，所述涡轮壳包括涡壳入口、涡壳出口、相对于所述涡壳出口设置的增压端以及设于所述涡壳入口和所述涡壳出口之间的流道，所述固定喷嘴环包括：环形隔板，所述环形隔板包括相对设置的第一端面和第二端面，所述第一端面靠近所述涡壳出口侧，所述第二端面靠近所述增压端侧；第一导叶组，包括沿所述环形隔板中心线均匀分布于所述第一端面的第一叶片；第二导叶组，包括沿所述环形隔板中心线均匀分布于所述第二端面的第二叶片；其中，所述第一导叶组与所述第二导叶组交错分布。本发明可以使对称流道的涡轮受到的压力更均匀，有效降低涡壳出口的激励。

Description

一种固定喷嘴环及双流道增压器

技术领域

本发明涉及涡轮增压器技术领域，尤其是指一种固定喷嘴环及双流道增压器。

背景技术

涡轮增压器可以通过发动机废气推动涡轮做功，输出功率带动同轴的压叶轮，使内燃机获得更大的进气压力。增压器涡轮壳流道主要通过螺旋流道改变排气歧管的废气运动轨迹，为涡轮提供进入气体的速度初场。希望通过涡壳和涡轮的匹配使涡轮具有可以达到初始设计的入射角度，但是涡壳能够提供的入射角度具有局限性，往往不能满足初始设计要求，从而在进入涡轮时产生效率损失。

现有的喷嘴环多来自VNT(variable nozzle turbine)结构，通过电控系统调节导叶，结构复杂、成本高、可靠性下降。且多用于单流道，双流道及非对称流道的固定喷嘴环装置很少。固定喷嘴环装置的导叶分布于隔板两侧，给涡壳出口气体速度方向予以调整。喷嘴环由于存在多个导叶，涡轮每通过一个导叶会形成一次激励，因此在与导叶数量相同的Order（代表与转速相关的基频）上，即Order n激励值会增大。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种固定喷嘴环及双流道增压器，所要解决的技术问题在于克服现有技术中由于增加固定喷嘴所带来的激励而产生的疲劳风险，通过在环形隔板两侧设置两组均匀交错分布的导叶组，能够有效降低涡壳入口的激励。

按照本发明的技术方案，本发明提供一种固定喷嘴环，设于涡轮壳内，所述涡轮壳包括涡壳入口、涡壳出口、相对于所述涡壳出口设置的增压端以及设于所述涡壳入口和所述涡壳出口之间的流道，所述固定喷嘴环包括：

环形隔板，所述环形隔板包括相对设置的第一端面和第二端面，所述第一端面靠近所述涡壳出口侧，所述第二端面靠近所述增压端侧；

第一导叶组，包括沿所述环形隔板中心线均匀分布于所述第一端面的第一叶片；

第二导叶组，包括沿所述环形隔板中心线均匀分布于所述第二端面的第二叶片；

其中，所述第一导叶组与所述第二导叶组交错分布。

在本发明的一种实施方式中，每个所述第一叶片和每个所述第二叶片呈弧形，每个所述第一叶片的起始端和每个所述第二叶片的起始端位于第一节圆上，每个所述第一叶片的终止端和每个所述第二叶片的终止端位于第二节圆上，每个所述第一叶片和每个所述第二叶片的弧长、弦长、入口角度和出口角度均相等。

在本发明的一种实施方式中，每个所述第一叶片的起始端在所述第二端面上的投影位于第一圆弧中心处，所述第一圆弧为相邻两个所述第二叶片起始端为两端且位于所述第二节圆上的圆弧；

每个所述第二叶片的起始端在所述第一端面上的投影位于第二圆弧中心处，所述第二圆弧为相邻两个所述第一叶片起始端为两端且位于所述第一节圆上的圆弧。

在本发明的一种实施方式中，所述第一叶片的数量和所述第二叶片相等。

在本发明的一种实施方式中，每个所述第一叶片中心处位于第三节圆上，每个所述第二叶片的起始端在所述第一端面上的投影与凹向叶片中心处距离是第三圆弧弧长的0.2~0.8倍，所述凹向叶片为相邻的两个所述第一叶片中，圆弧凹向朝向每个所述第二叶片的起始端在所述第一端面上的投影的一个，所述第三圆弧为以相邻两个所述第一叶片中心处为两端且位于所述第三节圆上的圆弧。

在本发明的一种实施方式中，所述第一叶片延伸于所述第一端面上的高度是所述第二叶片延伸于所述第二端面上的高度的0.5~1倍。

在本发明的一种实施方式中，所述第一叶片的数量和所述第二叶片的数量在9~15。

在本发明的一种实施方式中，还包括连接于所述涡壳出口处的连接盘，第一导叶组设于所述环形隔板与所述连接盘之间

本发明还提供包括所述的固定喷嘴环的双流道增压器。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的一种固定喷嘴环，使气流经过喷嘴环后可以达到初始设计的角度，减流动损失，提高效率，在环形隔板两侧分别设置两组均匀交错分布的第一导叶组和第二导叶组，可以使对称流道的涡轮受到的压力更均匀；通过两侧交错分布设置的导叶组，激励突增的工作阶数由一组导叶组中叶片的数量变为两组导叶组中叶片数量之和，该工作阶数对应的应力幅值明显降低（对应的入口激励的幅值可降低30%以上），有效降低涡壳出口的激励。本发明也可以用于非对称流道，针对两侧不同的气体调整对应的导叶高度，提高了性能。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的增压器结构的第一视角结构示意图。

图2是本发明的增压器结构的第二视角结构示意图。

图3是本发明的增压器结构的第三视角结构示意图。

图4是图3沿A-A方向的轴侧剖视示意图。

图5是本发明的固定喷嘴环第一视角的结构示意图。

图6是本发明的固定喷嘴环第二视角的结构示意图。

图7是本发明的第一导叶组和第二导叶组的结构示意图。

图8是图7的局部放大结构示意图。

说明书附图标记说明：

100、固定喷嘴环；110、环形隔板；111a、第一端面；111b、第二端面；120a、第一导叶组；121a、第一叶片；120b、第二导叶组；121b、第二叶片；130、连接盘；

200、涡轮壳；210、涡壳入口；220、涡壳出口；230、增压端；240、流道；

300a、第一节圆；300b、第二节圆；300c、第三节圆；

a、第一圆弧；b、第二圆弧；c、第三圆弧。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1至图7所示，增压器的涡轮壳200包括涡壳入口210、涡壳出口220、相对于所述涡壳出口220设置的增压端230以及设于所述涡壳入口210和所述涡壳出口220之间的流道240，主要通过螺旋流道240改变排气歧管的废气运动轨迹，为涡轮提供进入气体的速度初场，此时仅通过涡旋流道240得到的废气入射角并不是匹配涡轮的最佳入射角，因此在涡壳入口210增加了固定喷嘴环100结构，通过喷嘴环上的导叶调整废气的入射角度，使其匹配涡轮的最佳入射角度，达到最佳性能。

参照图2所示，所述固定喷嘴环100包括：

环形隔板110，所述环形隔板110包括相对设置的第一端面111a和第二端面111b，所述第一端面111a靠近所述涡壳出口220侧，所述第二端面111b靠近所述增压端230侧；

第一导叶组120a，包括沿所述环形隔板110中心线均匀分布于所述第一端面111a的第一叶片121a；

第二导叶组120b，包括沿所述环形隔板110中心线均匀分布于所述第二端面111b的第二叶片121b；

其中，所述第一导叶组120a与所述第二导叶组120b交错分布。

本实施例中，还设有连接于涡壳出口220处的连接盘130，第一导叶组120a设于所述环形隔板110与所述连接盘130之间。

具体地，每个所述第一叶片121a和每个所述第二叶片121b呈弧形，每个所述第一叶片121a的起始端和每个所述第二叶片121b的起始端位于第一节圆300a上，每个所述第一叶片121a的终止端和每个所述第二叶片121b的终止端位于第二节圆300b上，每个所述第一叶片121a和每个所述第二叶片121b的弧长、弦长、入口角度和出口角度均相等。

在一个实施例中，参照图8所示，每个所述第一叶片121a的起始端在所述第二端面111b上的投影位于第一圆弧a中心处，所述第一圆弧a为相邻两个所述第二叶片121b起始端为两端且位于所述第二节圆300b上的圆弧；每个所述第二叶片121b的起始端在所述第一端面111a上的投影位于第二圆弧b中心处，所述第二圆弧b为相邻两个所述第一叶片121a起始端为两端且位于所述第一节圆300a上的圆弧。其中，所述第一叶片121a的数量和所述第二叶片121b的数量相等；所述第一叶片121a的数量和所述第二叶片121b的数量在9~15。

通过上述设置，相隔的第一叶片121a的起始端和第二叶片121b的起始端相隔角度为相邻两个第一叶片121a相隔角度的1/2，第一叶片121a与第二叶片121b数量相同，可以根据两侧气体从流道240出口的入射角分别进行翼型的设计和调整，使进入涡轮的气流更加均匀，减小激振力对涡轮的冲击，从而提高性能及可靠性。

在一个实施例中，参照图8所示，每个所述第一叶片121a中心处位于第三节圆300c上，每个所述第二叶片121b的起始端在所述第一端面111a上的投影与凹向叶片中心处距离（图8中d处）是第三圆弧c弧长的0.2~0.8倍，所述凹向叶片为相邻的两个所述第一叶片121a中，圆弧凹向朝向每个所述第二叶片121b的起始端在所述第一端面111a上的投影的一个，所述第三圆弧c为以相邻两个所述第一叶片121a中心处为两端且位于所述第三节圆300c上的圆弧。

在一个实施例中，所述第一叶片121a延伸于所述第一端面111a上的高度是所述第二叶片121b延伸于所述第二端面111b上的高度的0.5~1倍。针对两侧不同的气体调整对应的导叶高度。

本发明能够使气流经过喷嘴环后可以达到初始设计的角度，减流动损失，提高效率，在环形隔板110两侧分别设置两组均匀交错分布的第一导叶组120a和第二导叶组120b，可以使对称流道240的涡轮受到的压力更均匀；通过两侧交错分布设置的导叶组，激励突增的工作阶数由一组导叶组中叶片的数量变为两组导叶组中叶片数量之和，该工作阶数对应的应力幅值明显降低（对应的入口激励的幅值可降低30%以上），有效降低涡壳出口220的激励。本发明也可以用于非对称流道240，针对两侧不同的气体调整对应的导叶高度，提高了性能。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种固定喷嘴环，设于涡轮壳（200）内，所述涡轮壳（200）包括涡壳入口（210）、涡壳出口（220）、相对于所述涡壳出口（220）设置的增压端（230）以及设于所述涡壳入口（210）和所述涡壳出口（220）之间的流道（240），其特征在于，所述固定喷嘴环（100）包括：

环形隔板（110），所述环形隔板（110）包括相对设置的第一端面（111a）和第二端面（111b），所述第一端面（111a）靠近所述涡壳出口（220）侧，所述第二端面（111b）靠近所述增压端（230）侧；

第一导叶组（120a），包括沿所述环形隔板（110）中心线均匀分布于所述第一端面（111a）的第一叶片（121a）；

第二导叶组（120b），包括沿所述环形隔板（110）中心线均匀分布于所述第二端面（111b）的第二叶片（121b）；

其中，所述第一导叶组（120a）与所述第二导叶组（120b）交错分布。

2.根据权利要求1所述的一种固定喷嘴环，其特征在于，每个所述第一叶片（121a）和每个所述第二叶片（121b）呈弧形，每个所述第一叶片（121a）的起始端和每个所述第二叶片（121b）的起始端位于第一节圆（300a）上，每个所述第一叶片（121a）的终止端和每个所述第二叶片（121b）的终止端位于第二节圆（300b）上，每个所述第一叶片（121a）和每个所述第二叶片（121b）的弧长、弦长、入口角度和出口角度均相等。

3.根据权利要求2所述的一种固定喷嘴环，其特征在于，每个所述第一叶片（121a）的起始端在所述第二端面（111b）上的投影位于第一圆弧（a）中心处，所述第一圆弧（a）为相邻两个所述第二叶片（121b）起始端为两端且位于所述第二节圆（300b）上的圆弧；

每个所述第二叶片（121b）的起始端在所述第一端面（111a）上的投影位于第二圆弧（b）中心处，所述第二圆弧（b）为相邻两个所述第一叶片（121a）起始端为两端且位于所述第一节圆（300a）上的圆弧。

4.根据权利要求3所述的一种固定喷嘴环，其特征在于，所述第一叶片（121a）的数量和所述第二叶片（121b）的数量相等。

5.根据权利要求2所述的一种固定喷嘴环，其特征在于，每个所述第一叶片（121a）中心处位于第三节圆（300c）上，每个所述第二叶片（121b）的起始端在所述第一端面（111a）上的投影与凹向叶片中心处距离是第三圆弧（c）弧长的0.2~0.8倍，所述凹向叶片为相邻的两个所述第一叶片（121a）中，圆弧凹向朝向每个所述第二叶片（121b）的起始端在所述第一端面（111a）上的投影的一个，所述第三圆弧（c）为以相邻两个所述第一叶片（121a）中心处为两端且位于所述第三节圆（300c）上的圆弧。

6.根据权利要求1-3任一项所述的一种固定喷嘴环，其特征在于，所述第一叶片（121a）延伸于所述第一端面（111a）上的高度是所述第二叶片（121b）延伸于所述第二端面（111b）上的高度的0.5~1倍。

7.根据权利要求1所述的一种固定喷嘴环，其特征在于，所述第一叶片（121a）的数量和所述第二叶片（121b）的数量在9~15。

8.根据权利要求1所述的一种固定喷嘴环，其特征在于，还包括连接于所述涡壳出口（220）处的连接盘（130），第一导叶组（120a）设于所述环形隔板（110）与所述连接盘（130）之间。

9.一种双流道增压器，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的固定喷嘴环（100）。