CN116847987A - 压缩机 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于涡轮机械的压缩机盖。压缩机盖限定中心轴线。压缩机盖包括入口。入口经由通道与下游出口流体连通。该通道至少部分地限定在压缩机盖的第一壁和第二壁之间。一个或多个叶片在第一壁和第二壁之间横跨所述通道延伸。一个或多个叶片与第一壁和第二壁一体地形成。

Description

压缩机

技术领域

本发明涉及压缩机盖、压缩机组件、压缩机、涡轮机械以及相关方法。

背景技术

压缩机经由入口接收流体(例如空气)，并经由出口排出加压流体。压缩机叶轮设置在入口和出口之间，其被支撑在轴上以旋转。压缩机叶轮借助被驱动的轴对流体做功，以增加流体的压力。

压缩机盖是已知的装置，其通常围绕压缩机叶轮。对于离心式压缩机，压缩机盖还可限定介于入口和出口之间的蜗壳。

压缩机的一种这样的用途是在涡轮增压器中。涡轮增压器是众所周知的用于以高于大气压(增压压力)的压力向内燃机的进气口供应空气的装置。传统的涡轮增压器包括安装在涡轮机壳体内的可旋转的轴上的被废气驱动的涡轮机叶轮。涡轮机叶轮的旋转使安装在压缩机盖内的轴的另一端上的压缩机叶轮旋转。压缩机叶轮将压缩空气输送到引擎的进气歧管，从而提高引擎功率。

涡轮增压器轴通常由轴颈轴承和止推轴承支撑，所述轴承包括适当的润滑系统，并位于连接在涡轮机和压缩机之间的中央轴承壳体内。

现有的压缩机盖和周围的部件会导致压缩机效率降低、产生公差叠加、以及不良的热机械疲劳性能。

需要提供一种替代的压缩机盖，其克服已知压缩机盖的一个或更多个缺点(无论是在本文件中还是以其他方式提及)。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于涡轮机械的压缩机盖，该压缩机盖限定中心轴线并且包括：

入口，所述入口经由通道与下游出口流体地连通；其中，

该通道至少部分地限定在压缩机盖的第一壁和第二壁之间；并且其中，

一个或更多个叶片在第一壁和第二壁之间横跨所述通道延伸，所述一个或更多个叶片与所述第一壁和第二壁一体地形成。

有利地，所述一个或更多个叶片与第一壁和第二壁一体地形成并且在第一壁和第二壁之间延伸，意味着不存在叶片的与第一壁或第二壁相邻的“自由”端或暴露端。在现有技术的布置中，叶片的自由端会导致压缩机效率的降低。这是由于在叶片的自由端和相邻表面之间流过的流体的一部分。这种损失可称为叶片末端损失或末端泄漏。上述自由端是指叶片在大致轴向方向上的端部，而不是指前缘(leading edge)或后缘(trailing edge)(前缘和后缘，根据定义，就是叶片的暴露的边缘)。也就是说，如果叶片在随后的组装步骤中附接至第一侧壁和第二侧壁(假设)，则其将是叶片接合第一壁和第二壁的自由端。作为另一优点，因为叶片的两端与压缩机盖一体形成，并且因此完全减少或减轻了泄漏，所以可以使用复杂的叶片几何形状。示例包括非平行壁通道、弯曲叶片和/或3D叶片形状。这种几何形状在其他设计下是不可能的，因为此前需要使叶片的末端接触压缩机盖(以减少末端泄漏)。

在第一壁和第二壁之间延伸的所述一个或更多个叶片的益处还在于叶片对公差叠加没有贡献。否则，这样的公差叠加会带来叶片的暴露端和相邻表面之间存在间隙的风险(如上所述)。或者，这种公差叠加会带来所述一个或更多个叶片的自由端接触所述相邻表面的风险，这可能导致叶片损坏。现有技术布置的问题是保持压缩机盖的入口侧(或护罩侧)与叶片的末端之间的接触。通过将叶片与压缩机盖一体地形成，与对准、公差和热变形相关的任何问题即使不能完全缓解，也会减少。将叶片与压缩机盖一体地形成还减轻了围绕需要施加多大的力来维持压缩机盖与叶片的末端之间的接触的问题，如现有技术的布置中就存在这种问题。

使所述一个或更多个叶片与(压缩机盖的)第一壁和第二壁一体形成的另一优点在于，不需要进一步的约束来使所述一个或更多个叶片被相对于中心轴线旋转地约束。在现有技术的布置中，并且在叶片设置为与压缩机盖分离的部件的一部分的情况下，需要使用紧固件或类似物相对于压缩机盖旋转地约束所述部件。需要旋转地约束是因为，在使用中，由于流体的路径横过叶片，所以部件会经受气动扭矩。旋转地约束可能需要流体所流经的表面是不连续的。例如，可使用紧固件将部件固定至压缩机盖，这导致紧固件头或其他不连续突出到流体流动路径中。还存在紧固件可能因振动而移位并损坏压缩机叶轮的风险。仅举两个例子，所述不连续性还可通过在流体流动路径中形成湍流涡流和旋流而导致效率损失。按照现有技术的布置，限制叶片设置在单独的部件上也不可避免地增加了组件的成本和复杂性。在现有技术的布置中，紧固件的存在也限制了可用于放置叶片的空间(例如，叶片不可能与紧固件位置“重叠”)。因此，根据本公开，消除对这种紧固件的需要有利于为叶片的放置/定位提供更大的设计自由度。

一体成型的叶片还意味着可以避免使用不同的材料(由于省略了紧固件)。这降低了使用不同材料可能导致的腐蚀和热膨胀不均匀等问题的风险。

通过将一个或更多个叶片与第一壁和第二壁一体地形成，可以实现高达约20％的重量减轻。这可能是由于减少了部件数量，并且减缓了将单独的部件相对于彼此对齐和/或将单独的部件附接到彼此的需要。

最后，并且出于上述原因，一体地形成叶片改善了压缩机盖和相关压缩机组件的热机械疲劳性能。这至少部分是因为不再需要迫使叶片的末端到压缩机盖中以实现叶片与压缩机盖之间的接触，这在历史上是现有技术布置的情况。

压缩机盖可以被称为压缩机壳体。压缩机盖大体围绕压缩机叶轮。压缩机盖可以接合相邻的支撑构件。支撑构件可以是轴承座或密封板。或者，所述第二壁可以形成一体形成的支撑构件的一部分。压缩机盖可限定蜗壳。蜗壳可以位于通道的下游。蜗壳通常可以是圆环曲面(toroidal)的。蜗壳可具有围绕中心轴线增大的横截面积。蜗壳的横截面积可以围绕中心轴线线性增加。

涡轮机械可以是涡轮增压器。因此，所述压缩机盖可以用于涡轮增压器。涡轮机械可以是压缩机，例如燃料电池压缩机。

压缩机盖可以被说成是围绕中心轴线延伸。中心轴线可限定压缩机叶轮的旋转轴线。

所述入口可以是孔。该孔可以大体上是圆形的。入口可以是轴向入口。也就是说，入口可以垂直于中心轴线。入口可构造成接合上游管道。所述管道可以包括入口软管。所述入口可与中间冷却器流体连通。

所述下游出口可以是孔。下游出口可以大体上是圆形的。下游出口可设置在相对于蜗壳大致切向的位置处。

所述通道可以是大体环形的。也就是说，通道可以采用有厚度的圆盘的形式，其中较小的有厚度的圆盘的材料已从其中去除，其中的圆共享公共轴线。该通道可以沿大致径向方向延伸。也就是说，通道可以是大致径向的。该通道可以大体上垂直于中心轴线延伸。该通道可称为扩散器或扩散器通道。该通道可以另外被称为通路或通道路径。

该通道可以完全限定在第一壁和第二壁之间。或者，仅通道的一部分可以限定在第一壁和第二壁之间。第一壁和第二壁可以是平坦的。或者，第一壁和/或第二壁可以是逐渐变细的/倾斜的和/或弓形的。第一壁和第二壁可以说是彼此配合以限定通道。第一壁和第二壁可限定通道的轴向最外点。也就是说，第一壁和第二壁可以限定通道的轴向范围。

所述一个或更多个叶片可被描述为扩散器叶片。所述一个或更多个叶片可以是机翼形状的。也就是说，所述一个或更多个叶片可具有压力侧和吸力侧。压力侧和吸力侧均可从叶片的前缘延伸。压力侧和吸力侧均可终止于叶片的后缘。所述一个或更多个叶片中的每一个可以是机翼形状的。所述一个或更多个叶片可以是完全弓形的。所述一个或更多个叶片可包括线性部分。由于所述一个或更多个叶片横跨所述通道延伸，所以所述一个或更多个叶片可被描述为支撑杆(support spars)。也就是说，第二壁可以仅凭借所述一个或更多个叶片附接到第一壁。所述一个或更多个叶片可以有利地影响穿过通道的流体流，以提高压缩机的效率。这可以通过使流体产生涡旋或促进静压恢复来实现。所述一个或更多个叶片可引导流体以将总体流动方向与蜗壳更密切地对齐。也就是说，所述一个或更多个叶片可将流体流朝向蜗壳引导。这可以是以锐角。通常可以降低流速，从而降低总压力，同时增加流体的静压力(或者称为从流体恢复静压力)。这有利地意味着对于从流体中恢复静压而言，蜗壳需要更少的“功”。

叶片的靠近第一壁的端部可被称为叶片的护罩侧。叶片的靠近第二壁的端部可被称为叶片的轮毂侧。第二壁可以形成叶片背板的一部分。

所述一个或更多个叶片与第一壁和第二壁一体形成旨在表示第一壁、所述一个或更多个叶片和第二壁中的每一个都是整体的结构。也就是说，这些部件中的每一个不是在后续的制造过程中被连接到彼此，而是这些部件之间的连接从部件的创建或开始就存在。所述一个或更多个叶片以及第一壁和第二壁可被描述为彼此成一体。所述一个或更多个叶片以及第一壁和第二壁可被描述为单一体。

所述一个或更多个叶片可包含一个或更多个底切(undercuts)。所述一个或更多个叶片可以在多个方向上成角度，即具有复杂的几何形状。所述一个或更多个叶片可包含除非使用增材制造工艺否则无法制造的几何特征。

在所述通道是相对于中心轴线大体径向延伸的大体环形的通道的情况下，所述一个或更多个叶片可沿着第一壁和/或第二壁的线性部分的大部分延伸。也就是说，所述一个或更多个叶片可以沿着第一壁和/或第二壁的线性部分的至少大约50％、并且优选地至少大约70％径向地延伸。具体地，所述一个或更多个叶片可沿着第二壁的线性部分延伸约70％。在一些实施例中，所述一个或更多个叶片可沿第一壁和/或第二壁的线性部分的至少75％径向地延伸。

叶片的前缘:后缘半径比可以在大约1:1.4和大约1.5:2之间。前缘:后缘半径比可以约为1.15:1.55。前缘:后缘半径比可以约为1:1.15。前缘:后缘半径比可高达约1:1.55，例如约1:1.4。

所述至少一个叶片可具有等于压缩机叶轮外径的大约1.15倍的前缘位置。所述至少一个叶片可具有等于压缩机叶轮外径的大约1.55倍的后缘位置。

第二壁可延伸至邻近或接近压缩机叶轮的末端(tip)的径向位置。

压缩机盖可以扩散和/或聚集来自压缩机叶轮的流体。

压缩机盖可由不锈钢制成。压缩机盖可以由316级不锈钢制造。压缩机盖可以使用增材制造工艺(例如粘合剂喷射(binder-jetting))来制造。

所述一个或更多个叶片可包括多个叶片。

在所述一个或更多个叶片包括多个叶片的情况下，穿过通道的流体可以更均匀地受到叶片的影响。接合多个叶片还有利于提供围绕中心轴线的更均匀的质量分布。

所述多个叶片可包括奇数个叶片。或者，所述多个叶片可包括偶数个叶片。例如，所述多个叶片可包括9个和17个之间的叶片。所结合的叶片的数量可取决于许多因素，例如但不限于，压缩机叶轮尺寸和期望的压缩机性能。

在所述一个或更多个叶片包括多个叶片的情况下，所述多个叶片中的每一个可基本上彼此相同。也就是说，所述多个叶片中的每一个可以共享相同的几何形状，但是(例如)围绕中心轴线设置在不同位置处。几何变量的具体示例包括(仅举一些几何变量)：弦长、冲角(angle of attack)、前缘径向位置、后缘径向位置和叶片厚度。当所述一个或更多个叶片包括多个叶片时，所述多个叶片中的每一个可与第一壁和第二壁一体地形成(即，使得不存在任何叶片的暴露的末端)。

多个叶片可绕中心轴线周向地分布。

围绕中心轴线周向地分布的多个叶片有利于更均匀地影响流过通道的流体。此外，通过圆周地分布多个叶片，叶片可以向第二壁提供的支撑效果围绕中心轴线更加稳固。也就是说，通过提供与例如非周向分布相反的周向分布，第二壁可以更稳固地连接至第一壁。

周向分布可以被称为圆周阵列。多个叶片中的每一个可设置在相对于中心轴线具有恒定半径的圆的圆周上的点处。因此，通过多个叶片的每个前缘绘制圆弧可以限定圆。

周向分布还可有利于降低由于多个叶片或其他周围部件的热膨胀而在第一壁和第二壁之间发生变形的风险。

所述多个叶片可以均匀地周向分布，使得相邻叶片之间的距离或周向偏移对于所述多个叶片中的每个叶片而言是相同的。

所述一个或更多个叶片中的每一个可在第一壁和第二壁之间横跨所述通道延伸。

使所述一个或更多个叶片中的每一个横跨所述通道延伸有利于减少由在其他配置中叶片暴露的自由端导致的效率损失。

所述一个或更多个叶片可以是中空的。

所述一个或更多个中空的叶片可以另外被描述为一个或更多个叶片在叶片的压力侧和吸力侧之间具有一个或更多个空腔。例如，所述一个或更多个叶片可由薄壁环限定，该薄壁环形成叶片的压力侧和吸力侧。在该薄壁环内可以限定封闭腔。或者，肋可在叶片的压力侧和吸力侧的内表面之间延伸、穿过叶片，以给叶片提供稳固的结构。一个或更多个空腔可限定在叶片的压力侧和/或肋和/或吸力侧之间。任何一种选择都有利于减少材料的用量，否则这些材料将用于实心且有效填充的叶片。通过将一个或更多个空腔设置到叶片内，可以节省相关的材料，从而节省重量和成本。沿着或穿过叶片，叶片的冷却也可以更加均匀，这可以降低沿着或穿过叶片的不均匀热膨胀的风险。

在所述一个或更多个叶片包括一个或更多个肋的情况下，可以说这些肋限定了肋结构。肋结构可以是桁架或格架的形式。

吸力侧和压力侧通常可以彼此一致。或者，吸力侧和压力侧可以彼此不一致。例如，叶片几何形状可以被调整以减少质量。

所述第二壁可以形成板构件的一部分。

第二壁形成板构件的一部分是有利的，因为板构件相对较轻，同时仍限定所述通道。

所述板构件可以指这样的实体，该实体具有与其他相关尺寸相比相对较小的厚度。也就是说，当垂直于中心轴线观察时板构件的表面积可以显着大于在沿中心轴线并穿过板构件的横截面中观察板构件时的相关厚度。

板构件可称为叶片背撑板或叶片背板。

间隙可以设置在板构件的径向外端和蜗壳壁的相邻面之间。换句话说，板构件的径向外端可以与蜗壳壁的相邻面分离并且可以从蜗壳壁的相邻面脱离。所述间隙有利地促进叶片和/或板构件的热膨胀，而不损坏相邻的蜗壳壁。该间隙可以大体上是环形的。该间隙可以径向偏移。该间隙可以围绕中心轴线延伸。该间隙的范围可以在大约1mm和大约5mm之间。该间隙可另外被描述为设置在蜗壳壁的自由端与第二壁和/或板构件的外端之间。

可以设置密封特征，例如唇部、流体涡流密封件或其他各种密封件或屏障，以减少流过所述间隙的流体的比例。

所述板构件可以是环形的。

板构件为环形的优点在于，环形几何形状大体符合支撑构件(压缩机盖可附接到其上)的相关几何形状。

环形的板构件可以另外地被描述为通常具有厚的材料环的形式并且在其中心限定孔的板构件。

板构件可以包括唇部。

有利地，唇部被容纳在支撑构件中的相应的凹部或凹槽中。由于唇部被容纳在凹部中，因此大大减少了板构件和支撑构件之间的流体泄漏。这减少了由于流体流过该(潜在的)泄漏路径而导致的任何效率损失。

有利地，通过结合唇部，与所述通道相对的第二壁的整个表面可以不需要具有相对于支撑构件那么精密的公差。也就是说，凭借唇部的结合，可以降低第二壁相对于支撑构件的位置的重要性。这可能是有利的，因为公差要求也降低了，并且可以用具有相对较大公差(即不太精确的尺寸)的部件来创建组件。

唇部可以延伸远离通道。也就是说，唇部可以是远离通道突出的突出部。唇部可以是围绕中心轴线延伸的大致圆形的突出部。唇部可以是环形的。

在优选的布置中，唇部是连续的突出部，以便围绕整个中心轴线密封前述的(潜在的)泄漏路径。唇部可被描述为材料环。

唇部只是可以提供的可能的密封特征的一个示例。密封特征可设置成减少或防止流体进入板构件的径向外端与蜗壳壁的自由端之间的间隙中。密封特征的其他示例包括流体涡流密封件和其他密封件/屏障。

除了所述一个或更多个叶片之外，第二壁可以是不间断的。

除了所述一个或更多个叶片之外第二壁是不间断的是指该壁大体光滑，没有不连续性。换句话说，除了所述一个或更多个叶片之外，第二壁不包含任何孔(例如用于螺栓)或其他表面凹部或突出部。

它可以是所述第二壁的面向所述通道的表面，除了所述一个或更多个叶片之外，该表面是不间断的。第二壁的面向所述通道的表面是指第二壁的面向第一壁或与第一壁相对的表面。换句话说，第二壁的面向通道的表面指的是第二壁的限定通道的表面以及流过通道的流体将接触的表面。

提供不间断的表面是有利的，因为降低了在流体中产生旋流和/或湍流涡流的风险。因此更多的能量被保留在流体中。此外，流更加均匀地通过通道。

第一壁和第二壁可以基本上平行。

第一壁和第二壁基本上平行意味着第一壁和第二壁相对于中心轴线以小于大约3度的角度彼此偏离。第一壁和/或第二壁可以相对于中心轴线径向(即垂直于中心轴线)延伸，并且因此第一壁和第二壁可以是平行的(即，壁之间在效果上没有角度偏离)。

有利地，所述一个或更多个叶片与第一壁和第二壁一体地形成意味着第一壁和/或第二壁的几何形状可以改变以提供改进的流动特性。例如，具有弓形的第一壁和第二壁可能在影响流体以提高压缩机的效率方面是有利的。

逐渐变细/倾斜(Tapered)是指第一壁和/或第二壁彼此成角度地偏离至少3度。弓形是指第一壁和/或第二壁是非线性的。也就是说，第一壁和第二壁不是以给定角度相对于中心轴线线性延伸的，而是第一壁和第二壁以弓形方式延伸。

第一壁和第二壁的径向外端可以至少部分地限定涡旋件。

所述涡旋件有利地增加了可供流体穿过的面积，从而降低了流体的速度并增加了静压力。通过使第一壁和第二壁的径向外端至少部分地限定了涡旋件，可以减少或完全消除本来可能存在于所述通道和涡旋件之间的泄漏路径。

涡旋件可以另外地被描述为蜗壳。涡旋件可被描述为具有大体上蜗牛壳形或螺旋形的几何形状。涡旋件可以说是大体上圆形曲面的。

所述通道可以说是通到涡旋件中。

所述通道可经由所述涡旋件与下游出口流体连通。

所述通道经由涡旋件与下游出口流体连通意味着流过通道的流体然后流过涡旋件到下游出口。

所述间隙可以设置在第二壁的径向外端和蜗壳壁的相邻面之间。该间隙可以被称为膨胀间隙或热膨胀间隙。蜗壳壁可以被称为涡旋壁。该间隙可以是周向延伸的间隙。也就是说，间隙可以绕中心轴线延伸。

压缩机盖可以是离心式压缩机盖。

离心式压缩机盖有利地可与离心式压缩机一起使用。

离心式压缩机盖是指具有大体轴向入口和大体切向出口的压缩机盖，并且其中流体在从入口流向出口时绕着中心轴线通过。

所述入口可以是轴向入口。

所述入口是轴向入口意在表示入口大体上与中心轴线对齐并且垂直于中心轴线。轴向入口提供了将入口连接到上游流体部件(例如管道)的简单方法。

轴向入口可限定入口通道路径，该入口通道路径的尺寸被设计成允许压缩机叶轮通过。

有利地，通过具有尺寸设定为允许压缩机叶轮通过的入口通道路径，压缩机叶轮可插入通过入口并沿着入口通道路径穿过。这为压缩机盖的制造以及结合有压缩机盖的压缩机的组装顺序提供了替代选择。

有利地，能够通过入口插入压缩机叶轮意味着压缩机盖能够与支撑构件一体地形成。支撑构件的示例是轴承壳和密封板。密封板和轴承壳可以：支撑轴绕中心轴线旋转；和/或接纳抛油环安装到轴上；和/或限定扩散器通道。在压缩机盖与支撑构件一体地形成的情况下，可由压缩机盖提供前述功能，同时能够将压缩机叶轮插入通过所述入口。这减轻了为了插入压缩机叶轮而需要能够将压缩机盖与支撑构件分离，如现有技术布置中的情况。

入口通道路径可以是大致圆筒形的主体。入口通道路径可以是大体管状的。入口通道路径可被描述为像管。入口通道路径的尺寸被设计成允许压缩机叶轮通过可以意味着入口通道路径具有比压缩机叶轮的外径更大的内径。例如，压缩机叶轮的直径可以是至少约100mm并且可选地小于约200mm。压缩机叶轮可插入穿过入口通道路径，或者可横过入口通道路径，朝向其最终位置。压缩机叶轮的通道可以基本上沿着中心轴线。也就是说，压缩机叶轮可插入通过入口，然后沿着中心轴线轴向地经过，以附接到轴和/或接收在叶轮腔中。

入口通道路径可构造成接收插入件。

有利地，通道被构造成接收插入件意味着压缩机叶轮可通过入口被接收，然后插入件可在压缩机叶轮之后被接收。因此，插入件可提供或限定压缩机叶轮无法通过的狭窄几何形状。可以说插入件在压缩机叶轮上方限定了部分盖或帽。

插入件可限定一个或更多个弓形表面，其可为大体截头圆锥形，其与压缩机叶轮(具体地，其叶片)的外表面协作和/或和压缩机叶轮(具体地，其叶片)的外表面相一致。这种协作可以减少压缩机叶轮和插入件之间的流泄漏，增加穿过压缩机叶轮并因此被压缩机叶轮赋能的流体的比例。

插入件可以附接到入口通道路径，或者安装在入口通道路径内。插入件可以通过机械紧固机构(例如螺栓)附接。替代地，插入件可结合有一体式紧固机构，例如螺纹，其可用于将插入件固定在入口通道路径内。固定插入件的其他方式，例如焊接或活塞环，可以替代地用于将插入件固定在入口通道路径内。插入件可以压配合到入口通道路径中。

插入件可以直接接合入口通道路径，即表面与表面接触。或者，插入件可以间接地接合入口通道路径，即可以存在一个或更多个中间部件。

插入件可以可拆卸地固定到入口通道路径，使得插入件可以随后被移除。或者，插入件可以永久地固定至入口通道路径(即，使得插入件不能在不损坏任一部件的情况下从入口通道路径拆卸)。

插入件可以是材料环。插入件可被描述为环状物。插入件可以在其中心限定孔。插入件的外部或最外部可以是将插入件固定至入口通道路径的连接部分。插入件可具有大体上与圆环面(torus)相对应的形状，即插入件可以大体上是圆环曲面。

根据本发明的第二方面，提供了一种压缩机组件，其包括根据本发明的第一方面的压缩机盖，并且还包括：

安装在入口通道路径内的插入件；其中

压缩机盖的第二壁形成支撑构件的一部分；并且其中

所述支撑构件和插入件协作以限定叶轮腔，该叶轮腔构造成接纳压缩机叶轮。

有利地，由于支撑构件和压缩机盖彼此一体地形成，所以减少了部件数量。类似地，消除了本来可能存在于压缩机盖和支撑构件(当为单独的部件时)之间的泄漏路径。

压缩机组件还可以被描述为壳体部件的集合。在压缩机组件布置有轴和压缩机叶轮的情况下，该布置可以说限定了压缩机。

叶轮腔是指大体对应于压缩机叶轮的外部几何形状的腔。也就是说，如果压缩机叶轮放置在压缩机腔中，则几乎所有的流体都穿过压缩机叶轮，并且极少的流体在压缩机叶轮的叶片的外末端与插入件之间流过。

压缩机盖形成支撑构件的一部分旨在表示压缩机盖和支撑构件彼此成为一体。也就是说，各部件形成为一个单一体。

支撑构件可被构造为支撑绕中心轴线的轴的旋转。

压缩机盖还可包括连接部分，该连接部分构造成接合支撑构件的相应的连接部分。

连接部分可以是法兰或其他邻接装置，其用于接合相应的邻接机构。在优选的布置中，压缩机盖和支撑构件中的每一个均包括法兰。法兰可以彼此邻接以对齐两个部件。

诸如螺栓之类的紧固件可用于将两个法兰固定在一起。这种紧固件可以穿过法兰，或者可选地穿过其他部件。或者，带夹可用于围绕法兰，并且在张紧时将法兰固定到彼此。

支撑构件可被构造成支撑绕中心轴线的轴的旋转。

根据本发明的第三方面，提供了一种包括根据本发明的第一方面的压缩机盖的压缩机。

压缩机可包括压缩机叶轮。压缩机可包括轴。压缩机叶轮可固定至轴。

有利地，结合有压缩机盖的压缩机比现有技术的布置具有改进的性能。

根据本发明的第四方面，提供了一种涡轮机械，其包括根据本发明的第二方面的压缩机组件或根据本发明的第一方面的压缩机。

涡轮机械可以是涡轮增压器。涡轮机械可以是燃料单元/电池压缩机。涡轮增压器可以是固定几何形状的涡轮增压器。涡轮增压器可以是可变几何形状的涡轮增压器。

涡轮增压器可以形成引擎装置的一部分。引擎装置可以是车辆(例如汽车)的一部分。引擎装置可以具有静态应用，例如在泵装置中或在发电机中。

涡轮增压器可包括直接或间接连接至压缩机的涡轮机。该涡轮机可包括涡轮机叶轮，涡轮机叶轮被支撑在与压缩机叶轮相同的轴上。废气流可用于驱动涡轮机叶轮，从而驱动压缩机叶轮的旋转。

压缩机可经由支撑构件固定至涡轮机。支撑构件可以是轴承壳。支撑构件可以是密封板。密封板可固定至轴承壳。

压缩机的下游出口可与引擎的汽缸的入口歧管流体连通。压缩机可用于向引擎提供增压压力。由于从汽缸排出的废气被用来驱动涡轮机叶轮并因此驱动压缩机叶轮，因此包括涡轮增压器的引擎可提供比不具有涡轮增压器的引擎改进的性能。换句话说，废气流中浪费的能量被用来对燃烧循环中所使用的空气进行加压。

根据本发明的第五方面，提供了一种使用增材制造方法来制造压缩机盖的方法。

压缩机盖可以是根据本发明的上述方面中的任一个。

使用增材制造方法来制造压缩机盖有利地意味着可以容易地制造复杂的几何形状。与其他制造方法相比，使用增材制造方法可以提高部件/特征设计的灵活性，并且可以生产重量相对较轻的部件，并减少材料的浪费。增材制造方法可以是3D打印方法。增材制造方法可以是粘合剂喷射。

压缩机盖可以使用不锈钢制造。压缩机盖可以使用316级不锈钢制造。

根据本发明的另一方面，提供了一种通过增材制造工艺制造的压缩机盖。

根据本发明的第六方面，提供了一种组装压缩机的方法，该压缩机包括：

压缩机盖，其限定中心轴线并包括与下游出口流体连通的入口，该压缩机盖与支撑构件一体地形成；

延伸穿过支撑构件的轴；和

压缩机叶轮；

该方法包括以下步骤：

(i)将压缩机叶轮通过所述入口并沿着入口通道路径插入；

(ii)将压缩机叶轮固定到轴上；和

(iii)将插入件通过入口并沿着入口通道路径插入，并将插入件安装在入口通道路径内以限定叶轮腔。

有利地，该方法意味着压缩机盖可以与支撑构件一体地形成，同时仍然提供紧密贴附到压缩机叶轮的外部几何形状或与压缩机叶轮的外部几何形状一致的叶轮腔。一体地形成压缩机叶轮和支撑构件是有利的，因为消除了否则可能存在于部件之间的泄漏路径，改善了压缩机的热机械疲劳性能并且减少了部件数量。移除压缩机盖和支撑构件之间的接头还有利于在转子爆裂的情况下更有效地容纳碎片。这可能是因为在转子爆裂情况下，在容纳碎片方面，接头通常是相对薄弱的环节。

压缩机叶轮可沿大致轴向的方向插入。插入件可沿大致轴向的方向插入。

将压缩机叶轮固定至轴可包括将压缩机叶轮螺纹连接至轴。将压缩机叶轮固定至轴可包括将压缩机叶轮穿过轴并用螺母将压缩机叶轮固定至轴。螺母可以螺旋地接合至轴的一端。压缩机叶轮可以通过替代的固定方式固定至轴，例如焊接或螺纹接合。

所述轴可以由支撑构件间接地支撑。例如，一个或更多个轴承可固定在支撑构件内，并且轴承与轴接触。轴承可支撑轴绕中心轴线旋转。

将插入件安装在入口通道路径内可以通过多种不同的方式。紧固件可被用于将插入件附接到入口通道路径内。或者，插入件可焊接至入口通道路径或与入口通道路径螺纹接合。

在步骤(ii)中，所述轴可由支撑构件支撑。

插入件可以至少周向地围绕压缩机叶轮。也就是说，插入件可以至少围绕中心轴线地与压缩机叶轮一致。靠近入口的压缩机叶轮的轴向端部可以被暴露(并且未被包围)。也就是说，插入件可以包括孔。该孔可以大体上是轴向的。在使用中，流体可以在到达压缩机叶轮之前流过该孔。

所述入口可经由通道与下游出口流体连通。该通道可以至少部分地限定在第一壁和第二壁之间。一个或更多个叶片可在第一壁和第二壁之间横跨通道延伸。所述一个或更多个叶片可与第一壁和第二壁一体地形成。

与压缩机盖一体形成的支撑构件可提供密封板或轴承壳的功能。该方法可以被说成是指组装涡轮增压器的方法。

在步骤(i)之前，轴可以穿过支撑构件插入。在轴插入到位后，可将套环固定到轴上。然后可以结合止推轴承，其与所述套环接合。最后，抛油环可以固定到所述轴上。这可以完成用于组装轴的组装过程，使得其被支撑构件支撑(用于旋转)。应当理解，轴可以由支撑构件轴向地约束。

根据本发明的第七方面，提供了一种包括计算机可执行指令的计算机程序，当所述指令由处理器执行时，计算机可执行指令使得处理器控制增材制造设备来制造压缩机盖。

压缩机盖可以根据本发明的上述方面，其包括上述方面提供的任何可选特征。

根据本发明的第八方面，提供了一种通过增材制造来制造压缩机盖的方法，该方法包括：

获取表示产品几何形状的电子文件，其中该产品是压缩机盖；和

控制增材制造设备以通过一个或更多个增材制造步骤根据电子文件中指定的几何形状来制造产品。

压缩机盖可以根据本发明的上述方面，其包括上述各方面提供的任何可选特征。

本文阐述的本发明每个方面的可选和/或优选特征也适用于本发明的任何其他方面。

附图说明

现在将参考附图仅以示例的方式描述本发明的具体实施方式，其中：

图1是结合有根据本发明的实施例的压缩机盖的涡轮增压器的剖视图；

图2是图1的涡轮增压器的透视剖视图；

图3是图1和图2的涡轮增压器的透视图；

图4a是图1-3的涡轮增压器的压缩机盖和其他部件的单独透视图；

图4b是图4a中所示的压缩机盖和其他部件的另一透视图；

图4c是图4a-c所示的压缩机盖和其他部件的侧视图；

图5是图4a-c所示的压缩机盖和其他部件的侧剖视图；

图6a是前述附图的压缩机盖的透视剖视图；

图6b是图6a的压缩机盖的端视剖视图；

图7a是图6a和图6b的压缩机盖的另一透视剖视图；

图7b是图7a的压缩机盖的端视剖视图；以及

图8是根据另一个实施例的压缩机盖和其他部件的横截面侧视图。

具体实施方式

图1是根据本发明的涡轮增压器2。

涡轮增压器2包括压缩机4和涡轮机6。压缩机4包括压缩机盖8。压缩机盖8是本申请的特别关注点，其原因将在下文解释。涡轮机6包括涡轮机壳体10，其可被称为涡轮机盖。

压缩机4经由中心轴承壳体12连接到涡轮机6。在所示实施例中，压缩机4直接连接到支撑构件14，支撑构件14呈密封板的形式(其另外可被称为扩散器板)。密封板直接连接到轴承壳体12。然而，在其他实施例中，轴承壳体可以构成所述支撑构件，并且压缩机可以直接连接到轴承壳体。在另外的替代实施例中，根据本发明的压缩机盖可以与所述支撑构件一体地形成(这将在下面更详细地描述)。

轴16穿过轴承壳体12和支撑构件14从涡轮机6延伸至压缩机4。涡轮机叶轮(turbine wheel)20安装在轴16的一端上以在涡轮壳体10内旋转。压缩机叶轮22安装在轴16的另一端上以在压缩机盖8内旋转。轴16在位于轴承壳体12和/或支撑构件14中的轴承组件(总体上被标记为21)上绕中心轴线18旋转。所述轴承组件在图中被示意性地示出。

涡轮机壳体10限定入口蜗壳23，来自内燃机(未示出)的气体被输送到入口蜗壳23。废气经由大致切向的涡轮机入口24进入涡轮机6，具体地进入入口蜗壳23。来自涡轮机入口24的废气穿过入口蜗壳23，经由环形开口28并通过涡轮机叶轮20而到达轴向出口26。环形开口28限定在涡轮机壳体10的相对的壁之间。环形开口28可被称为喷嘴，因为它在蜗壳23和涡轮机叶轮20之间限定了喉部或收缩部。环形开口28可以另外被称为环形通道。

废气门(图1中不可见)可用于使涡轮机叶轮20周围的一部分废气转向(即，使得废气在涡轮机叶轮20上不膨胀)。这是控制涡轮机叶轮20的速度的一种方式。替代地，喷嘴环和护罩可限定环形开口，并且可相对于彼此轴向移动以调节环形开口打开的程度。这是控制涡轮机叶轮速度的另一种方法。

涡轮机叶轮20的速度并且从而压缩机叶轮22的速度至少部分地取决于穿过环形开口28的气体的速度。从入口蜗壳23流到出口26的气体穿过涡轮机叶轮20并且在涡轮机叶轮20上膨胀，因此，扭矩被施加到轴16以驱动压缩机叶轮22。压缩机盖8内的压缩机叶轮22的旋转对存在于轴向入口30中的环境空气加压并经由蜗壳32将加压空气输送至下游出口(图1中不可见)。然后将加压空气供给至内燃机(未示出)。在压缩机不形成涡轮增压器的一部分的情况下，应当理解的是，加压空气可以不被供给至内燃机，而是可以被引导至另一部件。蜗壳32可以另外描述为涡旋件，并且通常为圆环曲面的形状。

如上所述，压缩机盖8是本申请的特别关注点。当流体(例如空气)经由入口30进入压缩机4时，它首先穿过图1中以34表示的入口通道路径。然后流体到达压缩机叶轮22，流过压缩机叶轮22的叶片。当压缩机叶轮22旋转时，对流体做功。然后流体穿过通道36。通道36是大体径向环形的通道。通道36将入口通道路径34从而入口30与蜗壳32(从而下游出口)互连。下面将提供关于通道36的更多细节。

在沿着通道36大体径向地通过之后，流体进入蜗壳32。蜗壳32具有围绕中心轴线18大体线性地增大的横截面积，以便从流体恢复压力(这在图6a-7b中示出)。然后加压流体经由下游出口(同样，图1中未示出，但在图6a-7b中标记为60)离开压缩机4。

转向通道36，通道36至少部分地由第一壁38和第二壁40限定。第一壁38和第二壁40大体上是环形的，因为它们围绕中心轴线18延伸。如上所述，通道36相对于中心轴线18沿大体径向的方向延伸。也就是说，在所示实施例中，通道36大体垂直于中心轴线18地延伸。在其他实施例中，通道可以相对于中心轴线18成一系列不同角度中的任意一个角度延伸。通道36可被描述为扩散器或扩散器通道。这可能是因为在通道36中，流体的速度降低，从而总体上降低流的总压力，同时增加流的静压力(也称为流中的恢复静压力)。在其他布置中，通道可大体上从中心轴线径向向外地移动偏离。

多个叶片(其中一个在图1中标记为42)横跨通道36延伸。也就是说，多个叶片在第一壁38和第二壁40之间延伸。多个叶片中的每一个都具有机翼的形状，因此具有压力侧和吸力侧。压力侧通常靠近压缩机叶轮22。换言之，压力侧是最靠近中心轴线18的叶片42的一侧。吸力侧通常远离压缩机叶轮22。如图1所示，叶片42的压力侧被标记为44。多个叶片也在图6a-7b中示出，这将在本文中稍后描述。

使一个或更多个叶片与第一壁38和第二壁40一体形成会产生许多优点。首先，靠近第一壁和第二壁中的任一个的叶片没有自由的或暴露的端部。也就是说，在叶片的轴向末端与相邻的第一壁38或第二壁40之间不存在间隙。已经发现，叶片端部与相邻的第一壁38或第二壁40之间的间隙会减小压缩机的总效率，这是由于叶尖损失。此外，通过使叶片与第一壁和第二壁一体地形成，由不同材料彼此接触、公差叠加、不同的热膨胀率和高的部件数量而导致的问题被一起减少或避免。另一个优点是，与现有技术的布置相比，热变形(其可导致叶片末端抬起)通常被减少或减轻。

如图1所示，第二壁40形成板构件46的一部分。板构件46的形状大致为环形。板构件46具有相关联的厚度，在一些示例中，该厚度可以是大约6mm。所述厚度可以在约1mm和约10mm之间。第二壁40的径向内端40a并且从而板构件46的径向内端40a是靠近压缩机叶轮22的径向外末端的。第二壁40的径向外端40b并且从而板构件46的径向外端40b是远离压缩机叶轮22的。第一壁38和第二壁40的径向外端38b、40b至少部分地限定蜗壳32。蜗壳32还由蜗壳壁33限定。蜗壳壁33在第一壁38和第二壁40的径向外38b、40b之间延伸。在所示实施例中，第二壁40的径向外端实际上是板构件46的径向外端40b。第一壁38的径向外端被标记为38b。第二壁40的径向外端40b可位于等于压缩机叶轮外径的大约1.6倍的径向位置处。

在示出的实施例中，间隙41存在于板构件46的径向外端40b和蜗壳壁33的相邻面33a之间。间隙41有利于促进蜗壳壁33和板构件46之间的运动(例如膨胀)。由于叶片42相对较薄(并且因此具有相对较低的热惯性)，所以它们在使用中比周围部件的温度升高得更快。因此，叶片42在使用中更容易受到热膨胀的影响。间隙41提供了这样的空隙，该空隙允许叶片42和/或板构件46在使用中膨胀或扭曲而又不存在损坏蜗壳壁33的相邻面33a和/或叶片42和/或板构件46的风险。在所示实施例中，间隙41实际上是径向偏移，但在其他实施例中，应当理解，间隙可以沿不同方向延伸(取决于板构件46和蜗壳壁33之间的界面)。间隙41可以另外被描述为限定在第二壁40的径向外端40b和蜗壳壁33的自由端之间。间隙41可以说成是被设置在板构件46和/或第二壁40的外端40b与蜗壳壁33的自由端和/或相邻面33a之间。间隙41可以设置在叶片42的后缘下游的任何地方或径向向外的任何地方。

间隙41中断了板构件46的径向外端40b、叶片42、第一壁38的径向外端38b和蜗壳壁33之间的材料的、如果不是因为间隙41就会是闭合的“环”。

间隙41大体上是环形的，并且围绕中心轴线31延伸。因此，在所示实施例中，板构件46仅由叶片42支撑。间隙41可以另外被描述为板构件46的径向外端40b与蜗壳壁33的相邻面33a或端部分离。换言之，蜗壳壁33具有自由端(通常由数字33a表示)。蜗壳壁33的自由端与板构件46分离(即，不连接到板构件46)。

还如图1所示，第二壁40突出(proud)于蜗壳壁33的相邻的下游表面。换句话说，蜗壳壁33的相邻于第二壁40的端部相对于第二壁40凹入。在使用中，流体沿着第二壁40穿过通道36并且流泄(倾泻)到蜗壳壁33上(经过其自由端，通常表示为33a)。

尽管图1中未示出，但是可以加入一个或更多个密封特征以减少进入间隙41的流的比例。进入间隙41的这种流存在所述流在板构件46后面再循环的风险，这是不期望的，因为减少了压缩机效率。密封特征包括例如流体涡流密封件、密封板、唇部或其他各种密封件或屏障。

在使用中，如图1所示，板构件46被接纳在支撑构件14中的相应凹部48中或被支撑构件14中的相应凹部48接纳。支撑构件14和压缩机盖8的组合限定了叶轮腔50，该叶轮腔50被构造成用于容纳压缩机叶轮22。叶轮腔50与压缩机叶轮22的外部几何形状相符，使得压缩机叶轮22的叶片的外边缘与相邻壁表面(例如弓形壁表面68)之间的间隙减小，同时仍然允许压缩机叶轮22自由旋转而不会污染(fouling)。

在所示实施例中，在压缩机叶轮22被放置并固定到轴16上之后，压缩机盖8被附接到支撑构件14。这样的安装顺序确保了压缩机叶轮22的叶片的外边缘和弓形壁表面68之间的间隙相对较低/较小。这有利于确保进入入口30的流体穿过压缩机叶轮22，并因此使得功被作用在其上以增加流的能量。前述间隙(压缩机叶轮22的叶片的外边缘与弓形壁表面68之间)代表穿过压缩机叶轮22的不期望的泄漏路径。

叶轮腔50的几何形状使得压缩机叶轮22不能从压缩机盖8的入口30端插入。这是由于压缩机叶轮22的外径超过叶轮腔50的内径(其对应于弓形壁表面68的最窄点的内径)。

在图1中，压缩机盖8通过法兰54接合支撑构件14。法兰54形成压缩机盖8的一部分，并且可以被称为连接部分。如图1所示，也可称为连接部分的相应法兰56形成支撑构件14的一部分。凭借法兰54、56的邻接，压缩机盖8相对于支撑构件14定位。如图1顶部所示，然后可使用一个或更多个紧固件58将压缩机盖8固定至支撑构件14。

如上所述，在替代实施例中，支撑构件14可以不是接合轴承壳体12的单独部件。在其他布置中，轴承壳体构成支撑构件并且压缩机盖8直接连接到轴承壳体。在这样的布置中，压缩机盖可以通过与每个部件相关联的连接部分的邻接而直接连接到轴承壳体。在上述替代实施例中可以使用法兰。在另外的替代方案中，压缩机盖可以与支撑构件一体地形成。在这样的替代方案中，不需要将压缩机盖附接至支撑构件(由于这些部件彼此一体地形成)。

有利地，本发明还允许调节第一壁38和第二壁40的径向外端38b、40b的相对位置。具体地，可以更容易地改变蜗壳32的几何形状。这是由于使用增材制造方法来制造压缩机盖8而不是砂铸(例如)，砂铸可能需要在蜗壳32内(以及在径向外端38、40b之间)支撑芯部以及从蜗壳32(以及从径向外端38、40b之间)移除芯部。使用铸造来制造压缩机盖可能必须要将砂芯支撑在通道36和蜗壳33内，但这可能是不可能的(由于板构件46在效果上“封闭了”蜗壳32这一事实)。因此可能无法接近蜗壳32以定位/移除芯。芯体的支撑和移除可能需要在第一壁38和第二壁40的径向外端38b、40b之间存在一定的开口几何形状(即，不是底切)。在使用增材制造方法制造压缩机盖8时，不存在这样的限制。使用增材制造可实现的几何变化的一个具体示例是，可以不需要在第一壁38和第二壁40各自的径向外端38b、40b之间的径向间隙。例如，径向外端40b可进一步朝向中心轴线18移动，从而形成有效的底切几何形状，使用铸造方法制造该几何形状即使不是不可能的话也是困难的。压缩机盖的增材制造带来的另一个好处是不再需要现有技术铸造方法所需的拔模斜度。

转向图2，提供了图1所示的涡轮增压器2的透视截面图。

图2示出了叶片42如何在第一壁38和第二壁40之间横跨通道36延伸。设置在蜗壳壁33的自由端和第二壁40之间的间隙41也被标记。在图2的下部示出了另一个单独的叶片。所述叶片被标记为43并且横跨相同的通道36延伸，但是相对于第一叶片42以绕中心轴线18的不同角度位置延伸。关于叶片的布置的细节将结合图6a-7b提供。

返回到图2，板构件46(第二壁40形成其一部分)被示出为环形形状。还示出了板构件46被接纳在(支撑构件14中的)凹部48中。图2示出了通道36如何通向蜗壳32。如图2的下部所示，第一壁38和第二壁40的径向外端38b、40b至少部分地限定蜗壳32。

在一些实施例中，尽管图2中未示出，但板构件可包括唇部。唇部可从板构件的远离通道的一侧大体轴向地突出。也就是说，唇部可以在朝向支撑构件的方向上从板构件突出。支撑构件可以包括被构造成接收唇部的凹部。这对于减少板构件和支撑构件之间的泄漏可能是有利的。唇部可以大体上是环形的。如上所述，唇部是密封特征的示例，其可以被加入以减少通过间隙41的流泄漏。

返回到图2，在所示实施例中，第一壁38和第二壁40大体平行并且径向地延伸，但在其他实施例中情况可能并非如此。第一壁和/或第二壁可以朝向彼此或远离彼此地逐渐变细/倾斜。第一壁和/或第二壁也可以是弓形的。也就是说，第一壁和/或第二壁可以不以与中心轴线成给定的角度在直线中延伸。第一壁和第二壁可以发散(例如，通道的横截面积可以总体上随着从中心轴线径向向外的移动而增加)。

图3是图1和图2所示的涡轮增压器2的立体图。

图3示出了压缩机4的下游出口60，特别是其压缩机盖8。下游出口60由压缩机盖8限定。在图3中也更容易看出蜗壳32的随着围绕中心轴线18的角位置而增大的横截面积。

由于图3的透视图的角度，蜗壳32的一部分的内部通过出口60是可见的。通向蜗壳32的通道36的一部分在图3中也是可见的。图3还示出了叶片42如何沿轴向方向在第一壁38和第二壁40之间横跨通道36延伸。图3还示出了第一壁38的径向外端38b在其围绕中心轴线18延伸时如何限定边缘。

应当理解，经由入口30进入压缩机4的流体(例如空气)由此穿过通道36，即，流体在进入蜗壳32并经由出口60离开压缩机4之前受到叶片42(及其他部件)的影响。

穿过下游出口60地看，特别是看叶片42，可以看到叶片42的吸力侧62。也就是说，叶片42的通常远离中心轴线18的一侧是可见的。叶片42的后缘64也是可见的。从图3可以看出，第一壁38和第二壁40的径向外端38b、40b分别与叶片42的径向外点之间可存在径向空隙。也就是说，叶片42(其可以是多个叶片中的一个)的径向外点可以不分别地延伸到第一壁38和第二壁40的径向外端38b、40b。叶片可被描述为位于第一壁38的径向外端38b的径向内侧。叶片可被描述为位于第二壁40的径向外端40b的径向内侧。然而，在其他实施例中，可以没有这样的空隙，相反，叶片的后缘可以延伸到第一壁和/或第二壁的径向外端。

如从图3将理解的(至少相对于第二壁40)，(多个叶片中的)叶片42的轴向端部与第一壁38和第二壁40中的每一个一体地形成。叶片没有自由端或暴露端，因此由于在叶片的暴露端和相邻壁之间通过的流动而造成的损失被减少或完全避免了。倒角即圆形边缘可设置在叶片42与第一壁38和/或第二壁40之间，并且具体地在其边缘处。

图4a是压缩机盖8和其他部件单独在一起的透视图。所述其他部件设置在压缩机盖8的入口30中。为了完整起见，图4a的透视图大体是当压缩机盖8就位时沿朝向轴承壳体的方向观看时获得的端视图。

图4b是压缩机盖8和其他部件的另一透视图。图4b的视图总体上是当压缩机盖8就位时从轴承壳体侧获取的端视图。

在图4b中可以看出，入口30通向大体管状的入口通道路径34。大体弓形的壁表面68邻近入口通道路径34设置。弓形的壁表面68至少部分地限定叶轮腔50，压缩机叶轮容纳在该叶轮腔50中。壁表面68可被描述为大体截头圆锥形，即大体具有去除尖端的圆锥形状。

通道36，特别是其径向内部部分，在图4b中部分可见。在图4b中还可以看到大体环形的板构件46，其遮蔽了多个叶片。

法兰54是压缩机盖8与支撑构件(未示出)连接的连接部。围绕法兰54还设置有孔(其中两个标记为70a、70b)的周向阵列。在使用中，所述孔70a、70b被构造成接收类似于图1中示出并标记为58的紧固件。当拧紧时，紧固件将压缩机盖8固定至支撑构件14。在其他实施例中，压缩机盖8可使用V形带夹、斜式弹性挡圈(bevelled circlip)或其他保持装置固定至支撑构件14。

图4c是垂直于出口60截取的压缩机盖8和其他部件(在图4c视图中不可见)的侧视图。图4c示出了一个或更多个叶片42如何横跨限定在第一壁38和第二壁40之间的通道36延伸。

转向图5，其示出了压缩机盖8和其他部件的剖视图。该视图与图1所示的压缩机的视图相对应，但省略了压缩机叶轮。

叶轮腔50至少部分地由弓形的壁表面68限定。图5还示出了横跨通道36延伸的多个叶片。第一叶片和第二叶片被标记为42和43并且通常在通道36内被设置直径上相对的位置处。图5中还存在许多其他叶片，并且它们的布置在下面的附图中以另外的视图显示。

图5还示出了设置在第二壁40/板构件46(特别是其径向外端40b)和蜗壳壁33的相邻面33a之间的间隙41。如上所述，所述相邻面33a设置在蜗壳壁33的自由端处。间隙41大体上是径向的并且有利于叶片42和/或板构件46和/或蜗壳壁33(在使用中)相对于彼此的热膨胀。

图6a是压缩机盖8的横截面的透视侧视图。如从图6a中可以理解的，该横截面是在大约这样的平面处获取的，该平面垂直于轴线18、穿过所述多个叶片中的叶片42、43、45a-g的中间(partway)，并且面向第一壁38。

图6a显示了叶片的周向分布。所述多个叶片包括第一叶片42和第二叶片43以及其他中间的叶片45a-c、45d-g。所述多个叶片都具有相同的几何形状。也就是说，除了围绕轴线18变化的周向位置之外，所述多个叶片中的每一个都具有相同的厚度、形状、冲角等。然而，在其他实施例中，叶片可以具有不同的几何形状。类似地，在其他实施例中，叶片的数量可以不同。

每个叶片在第一壁38和第二壁40(在图6a中不可见)之间延伸。所述多个叶片中的每一个均横跨至少部分地限定在第一壁38和第二壁40之间的通道地延伸。所述多个叶片中的每一个均具有相对于轴线18布置在共同的径向位置处的前缘。类似地，所述多个叶片中的每一个均具有相对于轴线18布置在共同的径向位置处的后缘。换句话说，叶片的前缘和后缘全部位于两个不同的圆的圆周上。

如前所述，在使用中，流体穿过入口30并沿着入口通道路径34流动。然后由设置在叶轮腔50(叶轮腔50至少部分地由弓形壁表面68限定)中的压缩机叶轮(未示出)对流体做功。所述流体沿大体径向方向通过通道36离开压缩机叶轮。所述流体沿着所述多个叶片中的叶片被引导通过通道36。流体的速度被降低，总压力降低，同时静压增加(即从所述流中恢复静压)。所述流沿着所述叶片的路径还沿着与蜗壳32更紧密地对齐的方向切向地引导所述流。然后所述流进入蜗壳32，周向地穿过蜗壳32，并且通过下游出口60离开压缩机。在穿过蜗壳32的同时，蜗壳32的增大的横截面降低了流速并且增加了压力(即，压力从所述流中被恢复)。通过比较图6a和图4b将会理解，板构件46遮蔽了多个叶片并且有效地闭合了通道36。

图6b是图6a所示的横截面的端视图。再一次地，图6b示出了多个叶片围绕中心轴线18的周向分布。大体环形的第一壁38的几何形状在图6b中也是可见的。图6b还示出了弓形壁表面68如何与第一壁38相遇以形成连续表面。

压缩机盖8还限定舌部73。舌部73限定蜗壳32的周向起始位置。也就是说，从图6b的视图来看，通过舌部73的末端上方的流体被引导向出口60。在舌片73的末端下方经过的流被引导成绕着中心轴线18、围绕蜗壳32并穿过蜗壳32。

如从图6b中可以理解的，相邻的叶片45g被设置成朝向舌部73呈一角度。也就是说，沿叶片45g的吸力侧流动的流体通常被引导成越过舌部73的末端并朝向出口60。如图6b所示，通过舌部73下方的流体可以说是“驱动”蜗壳32，因为流体可以在蜗壳32的相对狭窄的部分上产生压降。

转向图7a，提供了类似于图6a的横截面，但是图7a是沿面向第二壁40的方向截取的。图7a中的许多特征与图6a和图6b中所示的特征相似，并且将因此不再详细描述。

图7a示出了第二壁40的径向外端40b如何部分地限定蜗壳32。也就是说，通道36通向蜗壳32。还应当理解，限定蜗壳32的蜗壳壁33从第一壁38延伸，但不与第二壁40连接/合并(这是由于设置在蜗壳壁33的自由端和第二壁40之间的间隙41)。蜗壳壁33是大致U形的壁。在不结合间隙41的实施例中，蜗壳壁可以连接第一壁38和第二壁40(具体地其径向外端38b、40)。蜗壳壁33的横截面通常是圆形的(并且在三维上是圆环曲面的)并且由于蜗壳32的横截面的几何形状不同而可以被描述为菜豆形(kidney-bean-shaped)。

叶片42、43、45a-g的邻近第二壁40的端部包括倒角(filleted)边缘。这可以与叶片42、43、45a-g的邻近第一壁38的端部形成对比，邻近第一壁38的端部可以不被倒角。在一些实施例中，叶片42、43、45a-g的两端都可以被倒角。将倒角减小到对制造来说尽可能小的半径可能是被期望的。

叶片42、43、45a-g可以沿着它们的长度逐渐变细。与叶片的径向外部处的相对较大的厚度相比，叶片42、43、45a-g的厚度(即大体上径向的范围)在叶片的径向内部处可以较小。叶片的吸力侧(对于叶片45e标记为45e')可包括多个部分。吸力侧可包括弓形部分和线性部分。在其他实施例中，与在叶片的径向外部处的相对较小的厚度相比，叶片的在叶片的径向内部部分处的厚度可以较大。这种叶片可被称为“前部加厚叶片”。

如图6a-7b所示，多个叶片沿其轴向范围是实心的(即，在压力侧和吸力侧之间有效地填充有材料)。然而，在其他实施例中，一个或更多个叶片可以是中空的。一个或更多个叶片可在叶片的压力侧和吸力侧之间具有一个或更多个空腔。一个或更多个肋可设置在所述一个或更多个空腔内。出于节省材料和改善热性能的原因，空心叶片可能是有利的。

图7a和7b还示出了除了多个叶片之外第二壁40是如何不间断的。也就是说，除了一个或更多个叶片之外，该表面不包含任何孔(例如用于螺栓的孔)或其他表面凹部或突出部。这种设置的优势在于，其消除了，在叶片形成为与压缩机盖分离的部件的一部分的情况下，在附接该叶片时对此类特征的需要。

图7b中还示出了压缩机叶轮孔71。在组装期间，压缩机盖8被放置在现场被安装至轴的压缩机叶轮上。压缩机叶轮穿过叶轮孔71。叶轮孔71可具有等于压缩机叶轮外径的约1.01倍至约1.05倍之间的直径。

图8示出了根据另一实施例的压缩机盖108以及其他部件。许多其他组件与图5中的相同，因此将不再详细描述。

在图8的实施例中，弓形壁表面68不是压缩机盖8的组成部分。相反，弓形壁表面68被设置在插入件69上。插入件69被安装在入口通道路径34内以限定叶轮腔50。插入件69几何形状的径向最外几何形状对应于图5中所示的线，并且标记为69a、b。因此，插入件69大体上具有截头圆锥形几何形状。同样在图8的实施例中，第二壁40形成一体式支撑构件114的一部分(仅示出了其一部分，如波浪线所示)。支撑构件114提供至少与密封板相同的功能，并且还可以提供轴承壳体的功能。也就是说，支撑构件114可以连接到单独的轴承壳体，或者替代地，可以构成轴承壳体的至少一部分。

在组装期间，插入件69通过入口30插入，并沿着入口通道路径34穿过。然后将插入件69安装在入口通道路径34内。这有利地意味着壁表面68可以密切地符合压缩机叶轮的外部几何形状，即使当第二壁构件40形成一体式支撑构件114(例如，密封板或轴承壳体)的一部分时也可以如此。因此，图8实施例的组装过程包括通过入口30并沿着入口通道路径34插入压缩机叶轮，并将压缩机叶轮固定至轴。然后将插入件69通过入口30插入，并沿入口通道路径34穿过。然后将插入件69安装在入口通道路径34内以限定叶轮腔50。这与现有技术的布置形成对比，在现有技术的布置中，当压缩机叶轮固定至轴时，压缩机盖被放置在压缩机叶轮上方。一旦插入件安装到位，就可以插入其他的入口部件，例如外圈(cup)。

插入件可以通过以下装置安装在入口通道路径内(仅举一些例子)：机械紧固装置，例如螺栓；整体紧固装置，例如螺纹；焊缝或活塞环。或者，插入件可以压配合到入口通道路径中。插入件69和入口通道路径34中的每一个可包括连接部分。相应的连接部分可以直接或间接地彼此接合，以将插入件69安装在入口通道路径34内。

本文公开的压缩机盖可以形成压缩机的一部分。压缩机可以形成涡轮增压器的一部分。涡轮增压器可以形成引擎装置的一部分，例如汽车或发电机。替代地，本文公开的压缩机盖可形成超级增压器(supercharger)的一部分，例如离心式超级增压器。

在使用中，压缩机的温度可能高达300°-320℃左右。

在压缩机盖形成高马力涡轮增压器的一部分的情况下，可结合密封板或扩散板。例如，在马力超过约750kW(～1000HP)的情况下。在较低马力的变型中，可以省略密封板或扩散板，并且压缩机盖可以直接接合轴承壳体。

压缩机盖可提供安装点，压缩机可通过该安装点安装在组件中。

在形成较大尺寸的涡轮增压器的一部分的压缩机中，可能需要结合扩散器叶片，所述较大尺寸的涡轮增压器例如是这样的涡轮增压器，其结合了具有直径为至少约100mm(并且可选地小于约200mm)的压缩机推进器(或叶轮)的压缩机。

根据本公开的示例可以使用增材制造工艺形成。增材制造的一个常见例子是3D打印；然而，另外的其他增材制造方法也是可用的。快速成型或快速制造也是可用于描述增材制造工艺的术语。

如本文所使用的，“增材制造”通常指的是其中连续的材料层彼此叠置以逐层“构建”或“增材地形成”三维部件的制造工艺。这与其中材料被连续去除以制造零件的一些减材制造方法(例如铣削或钻削)相对而言的。连续的层通常被熔合在一起以形成整体部件，该整体部件可以具有多种一体的子部件。具体地，制造工艺可以允许本公开的示例被一体地形成并且包括使用现有制造方法时不可能的多种特征。

本文描述的增材制造方法使得能够制造具有各种特征的任何合适的尺寸和形状，其可能是使用现有制造方法不可能实现的。增材制造可以在不使用任何类型的工具、模具或固定装置的情况下创建复杂的几何形状，并且几乎不产生或不产生废料。增材制造中使用的唯一材料是塑造零件所需的材料，而不是像用塑料或金属固体坯料加工部件那样，其中大部分被切掉并丢弃。

根据本公开的合适的增材制造技术包括例如熔合沉积成型(FDM)、选择性激光烧结(SLS)、诸如通过喷墨和激光喷射的3D打印、立体光刻(SLA)、直接选择性激光烧结(DSLS)、电子束烧结(EBS)、电子束熔化(EBM)、激光工程净成形(LENS)、电子束增材制造(EBAM)、激光净成形制造(LNSM)、直接金属沉积(DMD)、数字光处理(DLP)、连续数字光处理(CDLP)、直接选择性激光熔化(DSLM)、选择性激光熔化(SLM)、直接金属激光熔化(DMLM)、直接金属激光烧结(DMLS)、材料喷射(MJ)、纳米粒子喷射(NPJ)、按需滴注(DOD)、粘合剂喷射(BJ)、多喷射熔合(MJF)、层叠物体制造(LOM)和其他已知工艺。已经发现粘合剂喷射(Binder Jetting)对于制造本文所公开的部件特别有效。

本文描述的增材制造工艺可用于使用任何合适的材料形成部件。例如，该材料可以是塑料、金属、复合材料、混凝土、陶瓷、聚合物、环氧树脂、光聚合物树脂或任何其他合适的材料(其可以是固体、液体、粉末、片材、线材或任何其他合适形式)或者其组合。更具体地，根据本主题的示例性实施例，本文描述的增材制造的部件可以部分地形成、整体地形成或以材料的某种组合形成，所述材料包括但不限于纯金属、镍合金、铬合金、钛、钛合金、镁、镁合金、铝、铝合金、铁、铁合金、不锈钢以及镍基或钴基超级合金(例如，可从特殊金属公司(Special Metals Corporation以名称获得的那些)。这些材料是适合在增材制造工艺中使用的材料的示例，其可以适合于制造本文描述的示例。不锈钢，特别是AISI316L级不锈钢，是用于制造本文公开的部件的优选材料。

如上所述，本文公开的增材制造工艺允许由多种材料形成单个部件。因此，本文描述的示例可以由上述材料的任何合适的混合物形成。例如，部件可以包括使用不同材料、工艺和/或在不同增材制造机器上形成的多个层、区段或部件。以这种方式，可以构造具有不同材料和材料特性的部件以满足任何特定应用的需求。另外，虽然本文描述的部件完全通过增材制造工艺构造，但是应当理解，在替代实施例中，这些部件的全部或一部分可以通过铸造、机加工和/或任何其他合适的制造工艺形成。实际上，可以使用材料和制造方法的任何合适的组合来形成这些部件。

增材制造工艺通常基于部件的三维(3D)信息，例如部件的计算机三维模型(或设计文件)，来制造该部件。

因此，本文描述的示例不仅包括本文描述的产品或部件，还包括经由增材制造来制造此类产品或部件的方法以及用于控制此类产品的经由增材制造的制造的计算机软件、固件或硬件。

产品的一个或更多个部分的结构可以以设计文件的形式数字化地表示。设计文件或者说计算机辅助设计(CAD)文件是一种配置文件，其对产品形状的一个或更多个表面或体积配置进行编码。也就是说，设计文件表示产品的几何布置或形状。

设计文件可以采用任何现在已知或以后开发的文件格式。例如，设计文件可能采用立体光刻或“标准曲面细分(Tessellation)语言”(.stl)格式，该格式是为3D Systems的立体光刻CAD程序创建的，或者是增材制造文件(.amf)格式，这是美国机械学会工程师(ASME)标准，其是一种基于可扩展标记语言(XML)的格式，旨在允许任何CAD软件描述要在任何增材制造打印机上制造的任何三维对象的形状和组成。

设计文件格式的其他示例包括AutoCAD(.dwg)文件、Blender(.blend)文件、Parasolid(.x_t)文件、3D制造格式(.3mf)文件、Autodesk(3ds)文件、Collada(.dae)文件和Wavefront(.obj)文件，尽管存在许多其他文件格式。

可以使用建模(例如CAD建模)软件和/或通过扫描产品的表面以测量产品的表面构造来生成设计文件。

一旦获得，设计文件可以被转换成一组计算机可执行指令，该指令一旦被处理器执行，就使得处理器控制增材制造设备，以根据设计文件中指定的几何布置来生产产品。该转换可以将设计文件转换成将由增材制造设备顺序形成的切片或层。所述指令(也称为几何代码或“G代码”)可以针对特定的增材制造设备进行校准，并且可以指定在制造过程中的每个阶段要形成的材料的精确位置和数量。如上所述，成形可以通过沉积、通过烧结或通过任何其他形式的增材制造方法。

根据需要，代码或指令可以在不同格式之间转换、可以被转换为一组数据信号并作为一组数据信号被发送、接收并被转换为代码、被存储等。这些指令可以是增材制造系统的输入，并且可以来自零件设计者、知识产权(IP)提供商、设计公司、增材制造系统的操作者或所有者、或者来自其他来源。增材制造系统可以执行指令以使用本文公开的任何技术或方法来制造产品。

设计文件或计算机可执行指令可以存储在(暂时性或非暂时性)计算机可读存储介质(例如，存储器、存储系统等)中，所述存储介质存储代表要生产的产品的代码或计算机可读指令。如所指出的，定义产品的代码或计算机可读指令可用于在增材制造系统执行所述代码或指令时物理地生成对象。例如，指令可以包括产品的精确定义的3D模型，并且可以从多种众所周知的计算机辅助设计(CAD)软件系统(例如DesignCAD 3D Max等)中的任何一个生成。或者，可以扫描部件的模型或原型来确定部件的三维信息。

因此，通过根据计算机可执行指令控制增材制造设备，可以指示增材制造设备打印出产品的一个或更多个部分。这些部件可以以已组装的形式或未组装的形式被打印。例如，产品的不同部分可以被单独打印(作为未组装部件的套件)，然后进行组装。或者，不同的部件可以以已组装的形式打印。

鉴于以上讨论，实施例包括通过增材制造的制造方法。这包括以下步骤：获得表示产品的设计文件；以及指示增材制造设备根据设计文件以已组装或未组装的形式制造产品。增材制造设备可以包括处理器，该处理器被配置为自动将设计文件转换成用于控制产品的制造的计算机可执行指令。在这些实施例中，一旦设计文件被输入到增材制造设备中，设计文件本身就可以自动引起产品的生产。因此，在该实施例中，设计文件本身可以被认为是使得增材制造设备制造产品的计算机可执行指令。或者，设计文件可以由外部计算系统转换成指令，所得的计算机可执行指令被提供给增材制造设备。

在以上讨论的基础上，本说明书中描述的主题的实施方式的设计和制造以及和本说明书中描述的操作可以使用数字电子电路、或者以计算机软件、固件或硬件来实现，这包括本说明书中公开的结构及其结构等效物，或它们的一个或更多个的组合。例如，硬件可以包括处理器、微处理器、电子电路、电子部件、集成电路等。本说明书中描述的主题的实现可以使用一个或更多个计算机程序(即，计算机程序指令的一个或更多个模块)来实现，所述一个或更多个计算机程序被编码在计算机存储介质上以供数据处理装置执行或控制数据处理装置的操作。替代地或附加地，程序指令可以被编码在人工生成的传播信号上，例如机器生成的电、光或电磁信号，其被生成以对信息进行编码以传输到合适的接收器装置以由数据处理装置执行。计算机存储介质可以是计算机可读存储设备、计算机可读存储基板、随机或串行存取存储器阵列或设备、或者它们中的一个或更多个的组合，或者可以被包括在其中。此外，虽然计算机存储介质不是被传播的信号，但是计算机存储介质可以是被编码在人工生成的传播信号中的计算机程序指令的源或目的地。计算机存储介质还可以是一个或更多个单独的物理部件或介质(例如，多个CD、磁盘或其他存储设备)，或者被包括在一个或更多个单独的物理部件或介质中。

尽管增材制造技术在本文中被描述为通过逐点、逐层地(通常在垂直方向上)构建对象使得制造复杂对象成为可能，但是其他制造方法也是可能的并且在本主题的范围内。例如，虽然本文的讨论涉及添加材料以形成连续的层，但是本领域技术人员将理解，本文公开的方法和结构可以利用任何增材制造技术或其他制造技术来实践。

所描述和图示的实施例在性质上应被认为是说明性的而非限制性的，应当理解，仅示出和描述了优选实施例，并且期望落入权利要求中限定的本发明的范围内的所有变化和修改受到保护。就权利要求而言，当使用诸如“一”、“一个”、“至少一个”或“至少一个部分”之类的词语来前缀一个特征时，无意将权利要求限制为只有一个这样的特征，除非在权利要求中特别指出相反的情况。当使用语言“至少一部分”和/或“一部分”时，该项目可以包括一部分和/或整个项目，除非具体相反地说明。

本文阐述的可选和/或优选特征可以单独使用或在适当的情况下彼此组合使用，特别是在如所附权利要求中阐述的组合中。在适当的情况下，本文阐述的本发明的每个方面的可选和/或优选的特征也适用于本发明的任何其他方面。

Claims (25)

1.一种用于涡轮机械的压缩机盖，所述压缩机盖限定中心轴线并且包括：

入口，所述入口经由通道与下游出口流体连通；其中

所述通道至少部分地限定在压缩机盖的第一壁和第二壁之间；并且其中

一个或更多个叶片在所述第一壁和第二壁之间横跨所述通道延伸，所述一个或更多个叶片与所述第一壁和第二壁一体地形成。

2.根据权利要求1所述的压缩机盖，其中，所述一个或更多个叶片包括多个叶片。

3.根据权利要求2所述的压缩机盖，其中，所述多个叶片围绕所述中心轴线周向地分布。

4.根据任一前述权利要求所述的压缩机盖，其中，所述一个或更多个叶片中的每一个叶片在所述第一壁和第二壁之间横跨所述通道延伸。

5.根据任一前述权利要求所述的压缩机盖，其中，所述一个或更多个叶片是中空的。

6.根据前述权利要求中任一项所述的压缩机盖，其中，所述第二壁形成板构件的一部分。

7.根据权利要求6所述的压缩机盖，其中，所述板构件是环形的。

8.根据权利要求6或7所述的压缩机盖，其中，所述板构件包括唇部。

9.根据前述权利要求中任一项所述的压缩机盖，其中，除了所述一个或更多个叶片之外，所述第二壁是不间断的。

10.根据任一前述权利要求所述的压缩机盖，其中，所述第一壁和第二壁基本平行。

11.根据任一前述权利要求所述的压缩机盖，其中，所述第一壁和第二壁的径向外端至少部分地限定涡旋件。

12.根据权利要求11所述的压缩机盖，其中，所述通道经由所述涡旋件与所述下游出口流体连通。

13.根据权利要求11或12中任一项所述的压缩机盖，其中，在所述第二壁的径向外端与蜗壳壁的相邻面之间设置有间隙。

14.根据任一前述权利要求所述的压缩机盖，其中，所述压缩机盖是离心式压缩机盖。

15.根据任一前述权利要求所述的压缩机盖，其中，所述入口是轴向入口。

16.根据权利要求15所述的压缩机盖，其中，所述轴向入口限定入口通道路径，所述入口通道路径的尺寸被设置成允许压缩机叶轮通过。

17.根据权利要求16所述的压缩机盖，其中，所述入口通道路径被构造成接纳插入件。

18.一种压缩机组件，包括根据权利要求17所述的压缩机盖，并且还包括：

安装在所述入口通道路径内的插入件；其中

所述压缩机盖的所述第二壁形成支撑构件的一部分；并且其中

支撑构件和插入件协作以限定叶轮腔，所述叶轮腔构造成接纳压缩机叶轮。

19.根据权利要求1至15中任一项所述的压缩机盖，还包括连接部分，所述连接部分构造成与支撑构件的对应的连接部分接合。

20.一种压缩机，其包括根据权利要求1至16中任一项所述的压缩机盖。

21.一种涡轮机械，其包括根据权利要求18所述的压缩机组件或根据权利要求20所述的压缩机。

22.一种利用增材制造方法制造压缩机盖的方法。

23.一种组装压缩机的方法，所述压缩机包括：

压缩机盖，所述压缩机盖限定中心轴线并包括与下游出口流体连通的入口，所述压缩机盖与支撑构件一体地形成；

轴，所述轴延伸穿过所述支撑构件；和

压缩机叶轮；

所述方法包括以下步骤：

(i)通过所述入口并沿着入口通道路径将所述压缩机叶轮插入；

(ii)将所述压缩机叶轮固定到所述轴上；和

(iii)通过所述入口并沿着所述入口通道路径将所述插入件插入，并将插入件安装在所述入口通道路径内以限定叶轮腔。

24.一种计算机程序，所述计算机程序包括计算机可执行指令，当所述计算机可执行指令被处理器执行时，所述计算机可执行指令使得所述处理器控制增材制造设备来制造压缩机盖。

25.一种通过增材制造来制造压缩机盖的方法，所述方法包括：

获取表示产品几何形状的电子文件，其中所述产品是压缩机盖；和

控制增材制造设备以通过一个或更多个增材制造步骤来根据所述电子文件中指定的几何形状来制造所述产品。