CN205400821U

CN205400821U - 涡轮机组件及涡轮增压器

Info

Publication number: CN205400821U
Application number: CN201620174646.6U
Authority: CN
Inventors: R·E·安娜媞; M·J·弗里克; J·W·麦考马克
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2015-03-09
Filing date: 2016-03-08
Publication date: 2016-07-27
Anticipated expiration: 2026-03-08
Also published as: US20160265379A1; US9810238B2; DE102016002737A1

Abstract

本实用新型公开了一种涡轮机组件及涡轮增压器，包括涡轮机壳体和设置在涡轮机壳体内的涡轮机叶轮。所述涡轮机叶轮包括旋转轴线和多个叶片。涡轮机组件还包括沿径向方向设置在涡轮机壳体与涡轮机叶轮之间的涡轮机护罩，所述涡轮机护罩与涡轮机壳体是分开的。涡轮机护罩包括相对于旋转轴线大体上沿轴向方向延伸的环形部分以及与环形部分相交以形成凸弯曲表面的板部分。叶片中的至少一部分设置在环形部分的至少一部分中。每一个叶片包括前缘和尖端部分，每一个前缘相对于旋转轴线成角度，并且每一个尖端部分形成有在涡轮机护罩的弯曲表面周围弯曲的凹形部分。采用本实用新型的涡轮机组件可提高涡轮增压器的效率，改善涡轮增压器的性能。

Description

涡轮机组件及涡轮增压器

技术领域

本实用新型总体涉及一种涡轮增压器，尤其涉及一种具有涡轮机护罩的涡轮增压器。

背景技术

内燃机（例如柴油发动机、汽油发动机或天然气发动机）采用涡轮增压器来输送用于在发动机中燃烧的压缩空气。涡轮增压器对流进发动机中的空气进行压缩，从而有助于迫使更多的空气进入发动机的燃烧室中。增加的空气供应使得发动机的燃烧室中的燃料燃烧增加，进而导致发动机的输出功率增加。

典型的涡轮增压器包括轴、连接到轴的一端上的涡轮机叶轮、连接于轴的另一端的压缩机叶轮以及用于支撑轴的轴承。通常，涡轮机壳体围绕涡轮机叶轮，而单独的压缩机壳体围绕压缩机叶轮。另外，涡轮增压器可包括轴承壳体，其围绕轴承并且包括有助于防止轴承润滑油泄漏流入涡轮机壳体或压缩机壳体中的功能件。涡轮机壳体、压缩机壳体和轴承壳体经由紧固件或其他夹具机构彼此连接。

来自发动机的热废气流过涡轮机壳体并在涡轮机叶轮上方扩展，以旋转涡轮机叶轮和连接到涡轮机叶轮的轴,进而通过轴驱动压缩机叶轮旋转。来自周围的相对较冷的空气流过压缩机壳体，而在压缩机壳体处，压缩机叶轮压缩空气并驱动该压缩空气进入发动机的燃烧室中。

由于来自发动机的废气明显地比环境空气热，因此，涡轮机叶轮和涡轮机壳体能够承受明显比涡轮增压器的其他部件（例如轴承壳体和压缩机壳体）更高的温度。此外，涡轮机叶轮还可具有相对小的质量并且可以是对称的，而涡轮机壳体可以具有相对大的质量并且可以是非对称的。因此，涡轮机壳体的温度会比涡轮机叶轮的温度增加地更加缓慢，从而导致相对于涡轮机叶轮的热滞后。此外，涡轮机壳体和涡轮机叶轮都会经历热膨胀，但是，由于涡轮机壳体可能是非对称的，因此，涡轮机壳体可能会非对称地膨胀。非对称膨胀可使得涡轮机叶轮与涡轮机壳体之间的尖端间隙在涡轮机叶轮周围发生变化，从而使得在涡轮机叶轮周围的某些位置处可能存在相对较大的尖端间隙，这可能会降低涡轮增压器的效率。

于2012年12月4日授予Dilovski等人的第8,322,978号美国专利（“’978专利”）公开了解决上述问题中的其中一些的一种尝试。特别地，’978专利公开了涡轮增压器，该涡轮增压器包括导向叶片笼，其夹持在涡轮增压器的涡轮机壳体与轴承壳体之间，而无需将导向叶片笼固定地连接至这两个壳体中的任何一个。导向叶片笼可直接暴露于热废气中并且可发生热膨胀。轴间隙可形成在导向叶片笼与涡轮机壳体之间，以便热废气可在导向叶片笼周围流动，这样做可以使得导向叶片笼受热均匀，进而可以降低导向叶片笼中的温度梯度。

尽管在’978专利中公开的涡轮增压器尝试减少围绕在涡轮机叶轮的导向叶片笼中的温度梯度，但是，所公开的涡轮增压器可能仍然不是最理想的。例如，涡轮机叶轮和导向叶片笼的几何形状可能不会提供足够小以实现高效的涡轮增压器性能的尖端间隙。此外，导向叶片笼在涡轮机壳体与轴承壳体之间的夹紧可能不足以将导向叶片笼与涡轮机壳体相隔离，并且可能无法允许导向叶片笼对温度变化作出足够快的响应，这样可引起涡轮机叶轮的叶片膨胀并摩擦导向叶片笼。

发明内容

本实用新型的涡轮增压器解决了以上提出的一个或多个问题和/或现有技术的其他问题。

在一个方面中，本实用新型涉及一种涡轮机组件，所述涡轮机组件包括涡轮机壳体和设置在涡轮机壳体内的涡轮机叶轮，所述涡轮机叶轮包括与第二端相对的第一端以及在所述第一端与第二端之间延伸的旋转轴线，所述涡轮机叶轮还包括多个叶片；所述涡轮机组件包括沿径向方向设置在涡轮机壳体与涡轮机叶轮之间的涡轮机护罩，所述涡轮机护罩与涡轮机壳体是分开的；所述涡轮机护罩包括环形部分，所述环形部分相对于旋转轴线在轴向方向上延伸，并且，所述的多个叶片的至少一部分设置在环形部分的至少一部分中；此外，所述涡轮机护罩还包括板部分，所述板部分贯穿环形部分以形成凸弯曲表面；所述涡轮机叶轮的多个叶片中的每一个包括前缘和尖端部分，每一个前缘相对于旋转轴线成角度，并且每一个尖端部分形成有在涡轮机护罩的弯曲表面周围弯曲的凹形部分。

进一步的，在所述涡轮机护罩的至少一部分与所述涡轮机壳体之间形成有间隙。

优选的，所述涡轮机护罩相对于所述旋转轴线是对称的，并且所述涡轮机壳体相对于所述旋转轴线是不对称的。

进一步的，所述多个叶片中的每一个的所述前缘和所述尖端部分相交以形成第一转角；并且，所述涡轮机护罩的所述弯曲表面邻近于所述多个叶片中的每一个的所述第一转角设置，使得每一个第一转角沿着径向方向和轴向方向与所述涡轮机护罩的所述弯曲表面对齐。

又进一步的，所述涡轮机组件还包括邻近于所述涡轮机叶轮的所述第二端设置的隔热罩，所述涡轮机护罩连接所述隔热罩；其中，所述隔热罩包括沿径向方向延伸的多个孔，所述多个孔用于接纳配置成径向地将所述隔热罩附接到轴承壳体的多个销。

再进一步的，所述涡轮机护罩还包括喷嘴部分，所述喷嘴部分包括板部分和附接到所述板部分的多个喷嘴叶片，所述多个喷嘴叶片用于接收来自所述涡轮机壳体中的涡轮机入口的废气流。

更进一步的，所述涡轮机组件还包括密封元件，所述密封元件设置在所述环形部分周围并用于限制所述涡轮机壳体与所述涡轮机护罩之间的废气流。

在另一个方面中，本实用新型涉及一种涡轮增压器，包括具有压缩机叶轮的压缩机壳体和具有涡轮机叶轮的涡轮机壳体，所述涡轮机叶轮包括与第二端相对的第一端以及在所述第一端与第二端之间延伸的旋转轴线；所述涡轮增压器还包括在第一端处连接到压缩机叶轮并在第二端处连接到涡轮机叶轮的轴；所述涡轮增压器还进一步包括将压缩机壳体连接到涡轮机壳体的轴承壳体以及在涡轮机壳体与涡轮机叶轮之间沿径向方向设置的涡轮机护罩；所述涡轮机护罩与涡轮机壳体是分开的；所述涡轮增压器还包括通过沿径向方向延伸的多个销径向地附接到轴承壳体的隔热罩，并且所述隔热罩设置在所述轴承外壳与所述涡轮机叶轮之间。

在另一个方面中，本实用新型涉及一种涡轮机组件，包括涡轮机壳体和设置在所述涡轮机壳体内的涡轮机叶轮；所述涡轮机叶轮包括与第二端相对的第一端以及在所述第一端与第二端之间延伸的旋转轴线，所述涡轮机叶轮还包括多个叶片；另外，所述涡轮机组件还包括沿径向方向设置在涡轮机壳体与涡轮机叶轮之间的涡轮机护罩，所述涡轮机护罩与涡轮机壳体是分开的，所述涡轮机护罩包括相对于旋转轴线在轴向方向上延伸的环形部分，所述多个叶片中至少一部分设置在环形部分的至少一部分中；所述涡轮机护罩还包括连接到环状部分的一端的喷嘴部分，所述喷嘴部分包括用于接收来自涡轮机壳体的废气流的多个喷嘴叶片；所述涡轮机护罩一体地形成为单件式部件。

采用上述技术方案，涡轮机护罩可与涡轮机壳体分离，而且涡轮机护罩可具有较轻的质量和/或比涡轮机壳体更薄的壁。因此，在涡轮增压器运行期间，涡轮机护罩与涡轮机叶轮之间可存在更少的热失配和热滞后。由于热失配和热滞后减少，因此涡轮机叶轮的叶片与涡轮机护罩的内表面之间的尖端间隙便可减少，这可使得涡轮增压器的效率更高。而且，涡轮机护罩可大体上是对称的，这也可减少涡轮机叶轮周围的尖端间隙的变化，从而改善涡轮增压器的性能。

附图说明

图1为根据一个示例性实施例的包括涡轮机组件的涡轮增压器的剖视图；

图2为图1的涡轮机组件的一部分的剖视图；

图3为图1的涡轮增压器的涡轮机组件和轴承壳体的一部分的透视图；

图4为图1的涡轮机组件的涡轮机护罩和涡轮机叶轮的后视图；

图5为图1的涡轮机组件的另一部分的剖视图；

图6为在图1的涡轮增压器的运行期间涡轮机叶轮上多个点的尖端间隙的变化曲线图。

具体实施方式

现在将详细参照示例性实施例，这些示例性实施例在附图中进行说明。只要可能，相同的附图标记在所有附图中用以指代相同或类似部件。

图1示出了涡轮增压器10的一个示例性实施例。涡轮增压器10可与机器的发动机（未示出）一起使用，该发动机执行与铁路、海运、发电、采矿、建筑、农业等行业或本领域已知的另一种行业相关的某种类型的操作。如图1所示，涡轮增压器10可包括由轴16连接的压缩机组件12和涡轮机组件14。

压缩机组件12可包括设置在压缩机壳体22中的具有固定几何形状的压缩机叶轮或机轮20。压缩机叶轮20和压缩机壳体22可设置在轴16的旋转轴线18的周围。压缩机叶轮20可附接到轴16并配置成在空气进入发动机进行燃烧前压缩在环境压力水平下所接收的空气。空气可通过压缩机入口24进入压缩机壳体22，并通过压缩机出口26离开压缩机壳体22。当空气通过压缩机组件12时，压缩机叶轮20可将压缩空气推入发动机中。

轴承30可支撑轴16。轴承30可设置在轴承壳体32中。虽然图1仅说明了两个轴承30，但是应预期到涡轮增压器10可包括任意数量的轴承30。

涡轮机组件14可包括涡轮机叶轮40、涡轮机壳体80、涡轮机护罩110和隔热罩140。涡轮机叶轮40可附接到轴16并可设置在涡轮机壳体80中。轴16可从压缩机壳体22延伸到涡轮机壳体80，且轴承壳体32可将压缩机壳体22连接到涡轮机壳体80。涡轮机叶轮40和涡轮机壳体80可设置在轴16的旋转轴线18周围。

涡轮机叶轮40可围绕旋转轴线42旋转，旋转轴线42与轴16的旋转轴线18共线。涡轮机叶轮40可包括第一端44、与第一端44相对的第二端46以及可在第一端44与第二端46之间延伸的旋转轴线42。轴16的一端可附接到涡轮机叶轮40的第二端46。轴16可延伸穿过轴承壳体32以连接到位于轴16的两个相对端的压缩机叶轮20和涡轮机叶轮40。涡轮机叶轮40可包括位于第一端44的鼻部48、位于第二端46的后壁50以及沿旋转轴线42在鼻部48与后壁50之间延伸的轮毂52。涡轮机叶轮40的多个叶片60可设置在轮毂52周围。

图2和图3示出了涡轮增压器10，其包括轴承壳体32、涡轮机叶轮40、涡轮机护罩110和隔热罩140。涡轮机壳体80也在图2中示出，但为便于说明在图3中进行了省略。如图2和图3所示，涡轮机叶轮40的每一个叶片60可包括前缘62、后缘64（图3）以及在前缘62与后缘64之间延伸的尖端部分66。前缘62和尖端部分66可相交以形成第一转角68。尖端部分66和后缘64可相交以形成第二转角70。

在图1至图5所示的实施例中，涡轮机叶轮40为混流式涡轮机叶轮，但是应当理解，涡轮机叶轮40可为另一种类型的涡轮机叶轮，例如径流式涡轮机叶轮或轴流式涡轮机叶轮。如图2所示，前缘62可相对于旋转轴线42成角度。例如，前缘62可相对于涡轮机叶轮40的旋转轴线42（或平行于涡轮机叶轮40的旋转轴线42的平面，如图2所示）形成约10°至40°（例如，约30°）的角度α。此外，尖端部分66可形成位于第一转角68（形成在尖端部分66与前缘62之间的相交处）与尖端部分66的中间点74之间的凹形部分72。如下所述，凹形部分72可在涡轮机护罩110的一部分周围弯曲。

如图1所示，在涡轮增压器10的运行期间，离开发动机的废气可通过涡轮机入口82进入到涡轮机壳体80中，并可通过涡轮机出口84离开涡轮机壳体80。由于热废气通过涡轮机壳体80并紧靠着涡轮机叶轮40的多个叶片60膨胀，涡轮机叶轮40可通过轴16使压缩机叶轮20旋转。

涡轮机壳体80相对于涡轮机叶轮40的旋转轴线42可以是不对称的。涡轮机壳体80可包括至少一个通过涡轮机入口82接收来自发动机的废气流的蜗壳86。图1所示的涡轮机壳体80包括单个蜗壳86，但是应当理解，涡轮机壳体80可包括一个以上的蜗壳86。废气流可通过涡轮机壳体80中的通道88从蜗壳86中导出。通道88可将废气流导入到涡轮机护罩110，涡轮机护罩110接着将废气流导入到涡轮机叶轮40。

涡轮机壳体80的内表面可包括一个或多个配置来接纳涡轮机护罩110的外表面并与其对齐的表面。例如，如下所述，涡轮机壳体80的内表面可包括与涡轮机护罩110的外表面相对应的台阶表面90。在一个实施例中且如图2所示，台阶表面90可包括至少部分地与涡轮机护罩110上的对应台阶特征件对齐的第一台阶92和第二台阶94。第一台阶92可由第一内环形表面96和第一内径向表面98形成，而第二台阶94可由第二内环形表面100和第二内径向表面102形成。废气可从蜗壳86流向涡轮机护罩110的通道88，并可延伸穿过第一内环形表面96。第一内环形表面96和第二内环形表面100可大体上沿着轴向方向（例如，大体上沿着涡轮机叶轮40的旋转轴线42）延伸，而第一内径向表面98和第二内径向表面102可大体上沿着径向方向（例如，大体上沿着涡轮机叶轮40的半径的方向）延伸。涡轮机壳体80的内表面还可包括大体上沿着轴向方向（例如，从第二内径向表面102）延伸的第三内环形表面104，并可形成涡轮机出口84。

涡轮机护罩110可沿着径向方向设置在涡轮机壳体80与涡轮机叶轮40之间。涡轮机护罩110可与涡轮机壳体80分开，使得间隙106可形成在涡轮机护罩110的至少一部分与涡轮机壳体80之间。如图2所示，间隙106可在涡轮机护罩110的外表面与涡轮机壳体80的内表面之间延伸，这些表面包括第一内环形表面96和第二内环形表面100以及第一内径向表面98和第二内径向表面102。间隙106可通过设置在涡轮机护罩110上的密封元件108中断。密封元件108可限制或阻止来自涡轮机壳体80与涡轮机护罩110之间的涡轮机壳体80（例如，来自通道88）的废气流。具体而言，密封元件108可限制或阻止废气流流过间隙106并在涡轮机护罩110周围流动来绕开涡轮机叶轮40。

如图1至图3所示，涡轮机护罩110可包括大体上在轴向方向上延伸的环形部分112。涡轮机叶轮40的至少一部分可设置在环形部分112中，使得涡轮机叶轮40的叶片60的至少一部分可沿着径向方向与环形部分112的至少一部分对齐。如图2所示，密封元件108可设置在环形部分112的外表面上，例如设置在环形部分112的外表面与涡轮机壳体80的第二内环形表面100之间。此外，如图1至图3以及图5所示，密封元件108可设置于在环形部分112周围周向延伸的凹槽中。

图4示出了涡轮增压器10的涡轮机叶轮40和涡轮机护罩110。涡轮机护罩110可相对于其轴对称，轴可与涡轮机叶轮40的旋转轴线42共线。除了环形部分112之外，涡轮机护罩110还可包括用于接收来自涡轮机入口82（例如，来自涡轮机壳体80中的通道88）的废气流并将废气流导入到涡轮机叶轮40的喷嘴部分114。涡轮机护罩110（例如，包括环形部分112和喷嘴部分114）可一体地形成为单件式部件。

喷嘴部分114可包括连接至环形部分112的一端的板部分116。如图4所示，板部分116可大体上在径向方向上延伸，并且可大体为环形的。喷嘴部分114还可包括多个附接至板部分116的喷嘴叶片118。喷嘴部分118可用于接收来自涡轮机入口82（例如，来自涡轮机壳体80中的通道88）的废气流，并将废气流引导至涡轮机叶轮40。如图4中所示的涡轮机护罩110包括十五个喷嘴叶片118，但是可以理解的是，涡轮机护罩110可包括多于或少于十五个的喷嘴叶片118。另外，如图4所示的涡轮机叶轮40包括十个叶片60，但是可以理解的是，涡轮机叶轮40可包括多于或少于十个的叶片60。喷嘴叶片118可经由板部分116连接至环形部分112。

如图2至图4所示，多个喷嘴叶片118中的至少一个喷嘴叶片可包括至少一个安装孔120，其用于接纳至少一个紧固件122（例如安装螺栓），该紧固件122用于将涡轮机护罩110附接至隔热罩140。如图4所示的涡轮机护罩110包括五个开设有安装孔120的喷嘴叶片118，但是可以理解的是，涡轮机护罩110可包括多于或少于五个具有安装孔120的喷嘴叶片118，且在每一个所述的喷嘴叶片上具有一个或多个安装孔。

涡轮机壳体80中的通道88可将涡轮机壳体80中的蜗壳86与喷嘴叶片118流体连通。如图1和图2所示，每一个通道88的至少一部分和蜗壳86可沿着径向方向与喷嘴部分114的一部分（例如，喷嘴叶片118）对齐。另外，喷嘴部分114的至少一部分（例如，喷嘴叶片118）可沿着径向方向与涡轮机叶轮40的叶片60的至少一部分（例如，叶片60包括叶片60的前缘62的部分）对齐。可将废气流从蜗壳86引导通过通道88，并经过喷嘴叶片118和叶片60的前缘62。由于蜗壳86和喷嘴叶片118的形状的缘故，废气流还可沿着涡轮机壳体80内的螺旋形路径朝向涡轮机叶轮40行进。

可选地，喷嘴部分114可从涡轮机护罩110中省去。涡轮机护罩110可包括连接至多个支柱或间隔元件的板部分116，而不是包括喷嘴叶片118，并且一个或多个支柱或间隔元件可将板部分116附接至隔热罩140。

在一个实施例中，板部分116可与环形部分112相交以形成向内朝向涡轮机叶轮40的弯曲表面124。如图2所示，弯曲表面124可以是凸的，以使得涡轮机叶轮40的每一个叶片60的凹形部分72可以在弯曲表面124周围弯曲。每一个叶片60的第一转角68（位于前缘62与尖端部分66之间）和/或第二转角70（位于后缘64与尖端部分66之间）可以靠近或邻近弯曲表面124设置。第一转角68可沿着径向和轴向方向与涡轮机护罩110的弯曲表面124对齐。

涡轮机护罩110的内表面与涡轮机叶轮40的叶片60之间可产生相对小的间隙或空隙（尖端间隙）。可在三个或更多点处沿着每一个叶片60限定间隙。例如，弯曲表面124可包括第一点126，以使得第一间隙128在叶片60的第一转角68与第一点126之间形成。在一个实施例中，第一点126可以是涡轮机护罩110上最靠近第一转角68的点。弯曲表面124还可包括第二点130，以使得第二间隙132在尖端部分66的中间点74与第二点130之间形成。在一个实施例中，中间点74可位于由尖端部分66形成的曲线的“拐点”处，例如，尖端部分66的斜度相对于涡轮机叶轮40的旋转轴线42从水平方向（例如平行于旋转轴线42）增加的位置处。可选地，中间点74可以是尖端部分66上的作为第一转角68与第二转角70之间的中点的点。第二点130可以是涡轮机护罩110上最靠近中间点74的点。第二点130可位于由涡轮机护罩110形成的曲线的“拐点”处，例如，涡轮机护罩110的表面的斜度相对于涡轮机叶轮40的旋转轴线42从水平方向（例如平行于旋转轴线42）增加的位置处。环形部分112的内表面可包括第三点134，以使得第三间隙136在叶片60的第二转角70与第三点134之间形成。在一个实施例中，第三点134可以是涡轮机护罩110上最靠近第二转角70的点。例如，在涡轮机组件14的运行期间，第一间隙128、第二间隙132和/或第三间隙136可以小于约0.020英寸或小于约0.025英寸。

如图2所示，当涡轮机护罩110设置在涡轮机壳体80中时，板部分116的至少一部分接纳在涡轮机壳体80内的第一台阶92中，而环形部分112的至少一部分接纳在涡轮机壳体80内的第二台阶94中。第一内环形表面96的至少一部分沿径向方向与板部分116的至少一部分对齐，而第一内径向表面98的至少一部分沿轴向方向与板部分116的至少一部分对齐。此外，第二内环形表面100的至少一部分沿径向方向与环形部分112的至少一部分对齐，而第二内径向表面102的至少一部分沿轴向方向与环形部分112的至少一部分对齐。

图5示出了涡轮增压器10的一部分，该涡轮增压器10包括轴承壳体32、涡轮机叶轮40、涡轮机壳体80、涡轮机护罩110和隔热罩140。隔热罩140可邻近或靠近涡轮机叶轮40的第二端46设置，并且涡轮机护罩110可通过紧固件122附接到隔热罩140，如图1至图3所示。隔热罩140可大致为环状并可大致沿轴向方向延伸。在一个实施例中，涡轮机叶轮40的大部分后壁50可面向隔热罩140。隔热罩140可沿轴向方向设置在轴承壳体32与涡轮机叶轮40之间。隔热罩140可包括例如中心开口，以允许轴16穿过隔热罩140，进而连接至涡轮机叶轮40。

在图5所示的实施例中，隔热罩140可包括多个径向孔142，径向孔142在隔热罩140周围（例如，在隔热罩140的周向表面周围）沿径向方向延伸。径向孔142可与也沿径向方向延伸的轴承壳体32中的多个径向孔34对齐。当不允许隔热罩140与轴承壳体32之间发生径向运动时，多个销144可插入成对对齐的径向孔34和142中，以径向地将隔热罩140附接到轴承壳体32。在一个实施例中，径向孔34和142的尺寸可以设计成使得销144压入配合至隔热罩140中的相应孔142中并且可滑动地接纳在轴承壳体32中的相应孔34中。

在图1至图5所示的实施例中，涡轮机护罩110可以不直接附接到涡轮机壳体80。例如，涡轮机护罩110可通过紧固件122固定地附接到隔热罩140，隔热罩140可径向地附接到轴承壳体32，且涡轮机壳体80可旋转地附接到轴承壳体32。因此，涡轮机护罩110通过隔热罩140径向地附接到轴承壳体32，由于涡轮机壳体80可旋转地附接到轴承壳体32，因而使涡轮机护罩110间接地附接到涡轮机壳体80。当涡轮机护罩110设置在涡轮机壳体80中时，设置在涡轮机护罩110上的密封元件108可与涡轮机壳体80接触，但是，密封元件108不可直接地附接到涡轮机壳体80。

工业实用性

所公开的涡轮机组件和涡轮增压器可用于与任何涡轮增压器有关的潜在应用中。所公开的涡轮机组件和涡轮增压器可用于与内燃机相关联的涡轮增压器有关的特定应用中。然而，本领域技术人员将认识到，所公开的涡轮机组件和涡轮增压器能够用于可能与或可能不与内燃机相关联的涡轮增压器相关的其他系统中。

优于现有技术的多个优点可与上述涡轮机组件和涡轮增压器相关。例如，涡轮机护罩110可与涡轮机壳体80分离。而且，涡轮机护罩110可具有较轻的质量和/或可由比涡轮机壳体80更薄的壁形成。因此，在涡轮增压器10的运行期间（例如，当热废气正从涡轮机壳体80流过涡轮机护罩110并在涡轮机叶轮40周围流动时），涡轮机护罩110与涡轮机叶轮40之间可存在更少的热失配。涡轮机护罩110温度可增加并且以更接近该温度增加的速率和涡轮机叶轮40的膨胀速率（例如，相对于温度增加和涡轮机壳体80的膨胀速率）膨胀。涡轮机护罩110可能不会经受与涡轮机壳体80可能经受的一样多的热滞后。在较少的热失配或滞后下，涡轮机叶轮40的叶片60与涡轮机护罩110的内表面之间的尖端间隙有可能减少，这可使得涡轮增压器10的效率更佳。而且，涡轮机护罩110可大体上是对称的，这也可减少涡轮机叶轮40周围的尖端间隙的变化。这也可允许尖端间隙减少并可改善涡轮增压器10的性能。

图6示出了根据一个实施例的在涡轮增压器10的运行期间涡轮机叶轮40上的多个点的尖端间隙的变化波形图。尖端间隙可随着时间的推移进行测定，并且在该时间段内，涡轮机入口82处的废气流的温度可在约200℃到约700℃之间变化。如图2所示，实线代表叶片60的第一转角68与涡轮机护罩110上的第一点126之间的第一间隙128。如图2所示，虚线代表叶片60的尖端部分66的中间点74与涡轮机护罩110上的第二点130之间的第二间隙132。如图2所示，点划线代表叶片60的第二转角70与涡轮机护罩110上的第三点134之间的第三间隙136。在这三个示例中，尖端间隙（例如第一间隙128、第二间隙132和/或第三间隙136）在量值上彼此可大体上接近，并且在涡轮机组件14的运行期间可小于约0.025英寸。因此，以上所述的涡轮机组件14和涡轮增压器10能够在涡轮机叶轮40与涡轮机护罩110之间的整个间隙中保持相对较小的尖端间隙，而废气流的温度有所变化。

此外，隔热罩140的温度可升高至更高的温度（例如，约700℃），而轴承壳体32可仍保持在一个较低的温度（例如，约400℃）下。温度差异可使得隔热罩140比轴承壳体32膨胀得更多。将隔热罩140径向地附接至轴承壳体32的销144可在与轴承壳体32大体上保持同心的同时，允许隔热罩140膨胀。因此，通过紧固件122附接至隔热罩140的涡轮机护罩110可与轴承壳体32和涡轮机叶轮40大体上保持同心。因此，涡轮机叶轮40周围的尖端间隙可存在更少的变化，这也可导致尖端间隙减少并可改善涡轮增压器10的性能。

涡轮机护罩110还可设置在涡轮机壳体80中，使得涡轮机护罩110可从涡轮机叶轮40径向地向外膨胀，这可减少涡轮机叶轮40在涡轮增压器10的运行期间与涡轮机护罩110相接触的可能性。

此外，可期望的是，涡轮机壳体80相对于轴承壳体32的旋转使得涡轮机壳体80相对于轴承壳体32定向。涡轮机壳体80可附接至轴承壳体32上，以允许涡轮机壳体80相对于轴承壳体32在涡轮机叶轮40的旋转轴线42周围旋转。隔热罩140可径向地附接至轴承壳体32，并且，涡轮机护罩110可通过紧固件122紧固至隔热罩140。因此，涡轮机壳体80还可相对于隔热罩140和涡轮机护罩110进行旋转。此外，涡轮机壳体80的重量可与涡轮机护罩110不关联，并且不会影响尖端间隙或涡轮机护罩110的置中。

此外，涡轮机叶轮40可为混流式涡轮机叶轮，例如，前缘62可相对于旋转轴线42成角度。因此，涡轮增压器10在某些应用中可提供更出色的效率。

对于本领域技术人员而言显而易见的是，可对所公开的涡轮机组件和涡轮增压器进行各种改进和变动。通过考虑所公开的涡轮机组件和涡轮增压器的说明书和实践，其他实施例对于本领域技术人员来说是显而易见的。说明书和实施例仅仅视作是示例性的，真实范围由权利要求书及其等价内容指出。

Claims

1.一种涡轮机组件，其特征在于，包括：

涡轮机壳体；

涡轮机叶轮，其设置在所述涡轮机壳体内，所述涡轮机叶轮包括与第二端相对的第一端和在所述第一端与所述第二端之间延伸的旋转轴线，所述涡轮机叶轮包括多个叶片；以及

涡轮机护罩，其沿径向方向设置在所述涡轮机壳体与所述涡轮机叶轮之间，所述涡轮机护罩与所述涡轮机壳体是分开的，所述涡轮机护罩包括：

环形部分，其相对于所述旋转轴线沿轴向方向延伸，所述多个叶片的至少一部分设置在所述环形部分的至少一部分中；以及

板部分，其与所述环形部分相交以形成凸弯曲表面；

其中，所述涡轮机叶轮的所述多个叶片中的每一个都包括前缘和尖端部分，每一个前缘相对于所述旋转轴线成角度，每一个尖端部分形成有在所述涡轮机护罩的所述弯曲表面周围弯曲的凹形部分。

2.根据权利要求1所述的涡轮机组件，其特征在于，在所述涡轮机护罩的至少一部分与所述涡轮机壳体之间形成有间隙。

3.根据权利要求1所述的涡轮机组件，其特征在于，所述涡轮机护罩相对于所述旋转轴线是对称的，并且所述涡轮机壳体相对于所述旋转轴线是不对称的。

4.根据权利要求1所述的涡轮机组件，其特征在于，所述多个叶片中的每一个的所述前缘和所述尖端部分相交以形成第一转角；并且

所述涡轮机护罩的所述弯曲表面邻近于所述多个叶片中的每一个的所述第一转角设置，使得每一个第一转角沿着径向方向和轴向方向与所述涡轮机护罩的所述弯曲表面对齐。

5.根据权利要求1所述的涡轮机组件，其特征在于，还包括：

隔热罩，其邻近于所述涡轮机叶轮的所述第二端设置，所述涡轮机护罩连接所述隔热罩；

其中，所述隔热罩包括沿径向方向延伸的多个孔，所述多个孔用于接纳配置成径向地将所述隔热罩附接到轴承壳体的多个销。

6.根据权利要求1所述的涡轮机组件，其特征在于，所述涡轮机护罩还包括喷嘴部分，所述喷嘴部分包括所述板部分和附接到所述板部分的多个喷嘴叶片，所述多个喷嘴叶片用于接收来自所述涡轮机壳体中的涡轮机入口的废气流。

7.根据权利要求1所述的涡轮机组件，其特征在于，还包括密封元件，所述密封元件设置在所述环形部分周围并用于限制所述涡轮机壳体与所述涡轮机护罩之间的废气流。

8.一种涡轮增压器，其特征在于，包括：

压缩机壳体，其包括压缩机叶轮；

涡轮机壳体，其包括涡轮机叶轮，所述涡轮机叶轮包括与第二端相对的第一端以及在所述第一端与所述第二端之间延伸的旋转轴线；

轴，其在所述第一端处连接到所述压缩机叶轮，并在所述第二端处连接到所述涡轮机叶轮；

轴承壳体，其连接所述压缩机壳体与所述涡轮机壳体；

涡轮机护罩，其沿径向方向设置在所述涡轮机壳体与所述涡轮机叶轮之间，所述涡轮机护罩与所述涡轮机壳体是分开的；以及

隔热罩，其通过沿径向方向延伸的多个销径向地连接到所述轴承壳体，所述隔热罩设置在所述轴承外壳与所述涡轮机叶轮之间。

9.一种涡轮机组件，其特征在于，包括：

涡轮机壳体；

涡轮机叶轮，其设置在所述涡轮机壳体内，所述涡轮机叶轮包括与第二端相对的第一端以及在所述第一端与所述第二端之间延伸的旋转轴线，所述涡轮机叶轮包括多个叶片；以及

沿径向方向设置在所述涡轮机壳体与所述涡轮机叶轮之间的涡轮机护罩，所述涡轮机护罩与所述涡轮机壳体是分开的，所述涡轮机护罩包括：

环形部分，其相对于所述旋转轴线沿轴向方向延伸，所述多个叶片中的至少一部分设置在所述环形部分的至少一部分中；以及

喷嘴部分，其连接至所述环形部分的一端，所述喷嘴部分包括多个喷嘴叶片，所述多个喷嘴叶片用于接收来自涡轮机壳体的废气流，所述涡轮机护罩一体地形成为单件式部件。