CN207048865U - 一种有效防止叶片卡滞的可变喷嘴环组件 - Google Patents

Abstract

一种有效防止叶片卡滞的可变喷嘴环组件，其是一种涡轮增压器配件，涡轮增压器的涡端包括涡壳、涡轮和可变喷嘴环组件，可变喷嘴环组件包括叶片护板、定距销、叶片、安装盘、装配销、同步环和调节摇臂。叶片护板位于涡壳和叶片之间，定距销、叶片和装配销装配在安装盘上，装配销将同步环固定在安装盘上，调节摇臂与同步环连接，调节摇臂与叶片的轴末端进行装配；可变喷嘴环组件通过调整定距销及叶片护板的设计结构，可以降低喷嘴叶片高温卡滞的风险，同时还可以降低叶片间隙设计值，改善低速性能。

Description

一种有效防止叶片卡滞的可变喷嘴环组件

技术领域

本实用新型涉及一种涡轮增压器配件，特别是一种有效防止叶片卡滞的可变喷嘴环组件。

背景技术

涡轮增压器是一种与内燃式发动机结合使用的装置，用于通过压缩输送到发动机进气口的空气，以便与燃料混合并在发动机中燃烧，从而增大了发动机的功率输出。涡轮增压器包括安装在压缩机壳体中的压缩机叶轮和安装在涡轮机壳体中的涡轮，并且还有另一个连接在涡轮机壳体和压缩机壳体之间的中间壳体，该中间壳体用于轴承的安装、冷却及润滑。其中，涡轮机壳体与压缩机壳体是分开形成的，涡轮机壳体限定出包围涡轮的大致环形流道，涡轮机组件包括流道通到涡轮中的喷嘴。空气从流道通过该喷嘴流到涡轮，并驱动涡轮转动，涡轮机从而带动同轴连接的压缩机转动。最后，空气经过压缩机叶轮被压缩，再从壳体出口流到发动机进气口。

在利用涡轮增压器来助推发动机时，其性能方面的一个挑战是在发动机的整个工作范围内实现期望大小的发动机的功率输出。本领域技术人员发现，利用固定喷嘴尺寸的涡轮增压器通常不容易达到该目的，因此为了实现对涡轮增压器产生的助推量进行更大程度地控制，已经研发出了可变喷嘴尺寸的涡轮增压器。其中，一种类型的可变尺寸涡轮增压器是可变喷嘴涡轮增压器(VNT)，其包括涡轮机喷嘴中的一组可变叶片。这些叶片可转动地安装在喷嘴环中并连接于使得叶片角度能够改变的驱动机构。改变叶片的设定角度对改变涡轮机喷嘴中的有效流动面积具有影响，因此能够通过控制叶片的相对位置来调节流向涡轮的排气流动。通过这种方式，能够调节涡轮的功率输出，这使得与利用固定喷嘴尺寸的涡轮增压器通常所能实现的相比，能够在更大程度上控制发动机功率的输出。

一般地，可变叶片组件包括喷嘴环，该喷嘴环以可旋转的方式支撑与喷嘴环的一个面临近的叶片。叶片具有延伸穿过喷嘴环中的安装孔的转动轴，并且叶片摇臂刚性地固定于该轴体的伸出超过喷嘴环的相反面的端部。因此，能够通过使叶片摇臂旋转而使叶片绕由转动轴限定的轴线旋转，从而改变叶片的设定角。

为了保证低速性能，需要控制叶片上下两端的间隙，该间隙目前主要通过定距销进行控制，定距销同时起到轴向支撑作用。但是，目前定距销设计均为两端焊接/铆接式设计，该设计存在的主要缺点是，间隙设计必须足够大，以防止叶片在高温下出现卡滞，较大的叶片间隙又会导致废气泄漏量较大，从而会降低涡轮做功效率降低，该影响在低速时由于总气量比较低会尤为明显。如果间隙设计不合理，高温膨胀就会有导致叶片卡滞的风险，而由于现有设计的定距销两端均为固定式装配，所以叶片卡滞无法自动消除，从而会进一步导致增压器失效。

现有技术的喷嘴环组件结构，如说明书附图图1所示，一般在喷嘴环X3和插入件X1之间有3个定距销X2，定距销X2均布在叶片周围，定距销X2结构如说明书附图图2所示，定距销两端各有一个台阶面X4，分别与喷嘴环X3和插入件X1上的孔相配合，并且两端进行固定，一般采用焊接或者铆接的方式，支撑喷嘴环X3与插入件X1。两个台阶面X4之间的距离减去叶片的高度就是叶片间隙，该结构设计主要缺点是：当叶片出现卡滞时，由于两端均采用固定装配，无法自动消除卡滞，从而导致增压器失效发生；如果采用两端固定装配结构，为了避免叶片在使用过程中出现卡滞，设计之初会将叶片间隙设计的比较大，较大的间隙可以降低卡滞风险，但是同时也会增加漏气量，从而降低涡轮的做功效率，在低速时尤为明显。

实用新型内容

有鉴于以上问题，本实用新型提供一种有效防止叶片卡滞的可变喷嘴环组件，将定距销设计为一端固定，另一端与叶片护板上的孔采用间隙配合，并在叶片护板与涡壳之间增加两个密封弹簧。在该设计结构下，当叶片发生卡滞时，由于叶片护板与定距销为自由装配，所以叶片可以将叶片护板顶起来，从而自动消除叶片卡滞。另外，由于该设计具备自动消除卡滞的结构，所以叶片与两端板之间的间隙可以设计的更小，所以该结构的喷嘴环组件工作效率更高，低速性能更好。

具有可变喷嘴环组件的涡轮增压器的涡端包括涡壳和涡轮，所述涡轮设置在所述涡壳内，所述涡壳的环形流道接收来自发动机的废气，环形的可变喷嘴环组件设置在涡轮增压器的所述涡壳的环形流道与所述涡轮之间，将所述涡壳的环形流道内的废气引导吹向所述涡轮；并且可以调整气流吹向所述涡轮的角度,从而调节所述涡轮的做功效率。压轮机包括压壳和压轮，所述压轮设置在所述压壳内。所述涡轮带动同轴的压轮机对发动机进气压缩做功，提高发动机进气密度，从而提高发动机的升功率和升扭矩。

本实用新型提供了一种有效防止叶片卡滞的可变喷嘴环组件，包括叶片护板、定距销、叶片、安装盘、装配销、同步环和调节摇臂。叶片护板、定距销、叶片、安装盘、装配销、同步环、调节摇臂依次设置，并相互配合使用。所述叶片护板位于所述涡壳和所述叶片之间，所述定距销、所述叶片和所述装配销装配在所述安装盘上，所述装配销将所述同步环固定在所述安装盘上，所述调节摇臂与所述同步环连接，所述调节摇臂与所述叶片的轴末端进行装配。

进一步地，所述叶片护板的朝向叶片端面设计有三个盲孔，所述盲孔与所述定距销间隙配合。

进一步地，所述定距销的一端设计有装配轴，所述装配轴采用焊接或者铆接的形式与所述安装盘上的定距销装配孔进行固定装配，另一端为自由端，与所述叶片护板上的所述盲孔进行间隙配合。

进一步地，所述定距销与所述安装盘配合的台阶面到所述自由端的端面的距离大于所述叶片的导流面的高度和所述盲孔的深度之和。

进一步地，所述叶片主要由导流面和转动轴组成，所述转动轴安装在所述安装盘上预设的安装孔内转动，所述转动轴末端的小径部分用于与所述调节摇臂焊接或者铆接装配。

进一步地，所述安装盘的中心设置有圆形的涡轮配合孔，在所述安装盘的周向上配置有若干直径不同的孔，分别用于所述定距销、所述叶片和所述装配销的装配。

进一步地，所述装配销将所述同步环固定在所述安装盘上，所述同步环上有与所述调节摇臂数量相等的凹槽，并且与外部驱动摇臂相连接。

进一步地，所述调节摇臂一端的通孔与所述叶片轴末端进行配合，并主要采用焊接或者铆接的装配方法进行固定约束；所述调节摇臂的另一端与所述同步环上的凹槽进行装配。

进一步地，与所述叶片护板对应的所述涡壳上设计有密封弹簧装配槽，所述密封弹簧装配槽内装配密封弹簧，所述密封弹簧的轴向最大高度要大于所述密封弹簧装配槽的底部到所述叶片护板之间的距离，从而保证所述密封弹簧在任何形状下都处于压缩状态。

本实用新型提供一种有效防止叶片卡滞的可变喷嘴环组件设计机构，相对于现有技术方案，具有以下优点：

1、当叶片发生卡滞时，叶片可以将叶片护板顶起来，从而消除高温卡滞的问题；

2、由于卡滞风险比较低，所以减小叶片间隙的设计值可以提高低速性能；

3、涡壳与叶片护板之间的弹簧，不仅有助于消除卡滞问题，而且能防止废气从叶片护板与涡壳之间泄露。

附图说明

图1是现有技术的组件装配示意图；

图2是现有技术的定距销的结构示意图；

图3是本实用新型一种优选实施方式的涡轮增压器总成剖面图；

图4是本实用新型一种优选实施方式的可变喷嘴环组件结构示意图；

图5是本实用新型一种优选实施方式的叶片护板结构示意图；

图6是本实用新型一种优选实施方式的定距销结构示意图；

图7是本实用新型一种优选实施方式的叶片结构示意图；

图8是本实用新型一种优选实施方式的安装盘结构示意图；

图9是本实用新型一种优选实施方式的可变喷嘴环组件与涡壳装配局部放大图。

具体实施方式

以下将参照附图对本实用新型进行更详细的描述，其中显示了本实用新型的一些而不是所有的实施例。实际上，本实用新型可以具体为很多不同的形式，不能认为仅仅限制于下述的实施例，相反地，这些实施例被提供以使公开满足适用的法律规定。

如图3所示，具有可变喷嘴环组件的涡轮增压器的涡端包括涡壳13和涡轮14，涡轮14设置在涡壳13内，涡壳13的环形流道接收来自发动机的废气，环形的可变喷嘴环组件设置在涡轮增压器的涡壳13的环形流道与涡轮14之间，将涡壳13的环形流道内的废气引导吹向涡轮14；并且可以调整气流吹向涡轮14的角度,从而调节涡轮14的做功效率。压轮机包括压壳11和压轮12，压轮12设置在压壳11内。涡轮14带动同轴的压轮机对发动机进气压缩做功，提高发动机进气密度，从而提高发动机的升功率和升扭矩。

如图4所示，一种有效防止叶片卡滞的可变喷嘴环组件，包括叶片护板21、定距销22、叶片23、安装盘24、装配销25、同步环26和调节摇臂27。叶片护板21、定距销22、叶片23、安装盘24、装配销25、同步环26、调节摇臂27依次设置，相互配合使用。叶片护板21位于涡壳13和叶片23之间，定距销22、叶片23和装配销25装配在安装盘24上，装配销25将同步环26固定在安装盘24上，调节摇臂27与同步环26连接，调节摇臂27与叶片23的轴末端进行装配。

如图5所示，叶片护板21的朝向叶片端面211设计有三个盲孔212，盲孔212的直径大于定距销22与盲孔212配合段的直径，即保证定距销22与盲孔212为间隙配合，该间隙需要保证在任何工况下定距销22与叶片护板21都不会产生膨胀卡滞。

图6显示了定距销22的一种设计结构，其一端设计有装配轴221，用于与安装盘24上的定距销装配孔进行装配，并采用焊接或者铆接的形式进行固定装配；另一端为自由端222，与叶片护板21上的盲孔212进行间隙配合，支撑叶片护板。

将定距销22的装配轴221装配到安装盘24上的定距销装配孔内，然后将叶片护板21上的三个盲孔212对应装配到三个定距销22的自由端222；盲孔212的直径大于定距销22的自由端222的直径，盲孔212和定距销22为间隙配合。

如图7所示，叶片23主要由导流面231和转动轴232组成，其中导流面231主要用于调节喷嘴环组件的开度大小，并且调整废气吹向涡轮14的角度，导流面231的形状对喷嘴环组件及增压器整体性能影响比较大，在设计之初需要与涡轮14进行联合气动仿真分析，从而确定导流面231的尺寸及形状；转动轴232安装在安装盘上预设的安装孔内转动，转动轴232末端的小径部分用于与调节摇臂27焊接或者铆接装配。所有叶片23的形状尺寸一致，叶片23的数量需要根据具体的产品应用进行确定，可以是6个、8个、11个等。

为了保证装配完成后叶片轴向存在间隙，定距销22与安装盘24配合的台阶面到自由端222的端面的距离大于叶片23的导流面231的高度和盲孔212的深度之和，从而防止叶片卡滞。

安装盘24是喷嘴环组件与增压器装配固定的主要承接件，其为基本的环形结构，如图8所示，安装盘24的中心有圆形贯通孔，该孔为涡轮配合孔241，在安装盘24的周向上配置有若干直径不同的孔，分别用于定距销22、叶片23和装配销25的装配。

叶片23的轴穿过安装盘24上的叶片安装孔，所有叶片23与调节摇臂27装配完成后，调节摇臂27与同步环26上面对应的装配凹槽相配合，然后将装配销25安装在安装盘24上为同步环26提供限位。

装配销25用于对同步环26提供轴向约束，即将同步环26固定在安装盘24上，但是同时不影响同步环26的周向运动。同步环26上有与调节摇臂27数量相等的凹槽，并且与外部驱动摇臂相连接，将外部的驱动力转化为所有调节摇臂27的同步运动，保证所有可调的叶片23的开度相同。

调节摇臂27一端的通孔与叶片23轴末端进行配合，并进行固定约束，主要采用焊接或者铆接的装配方法；调节摇臂27的另一端与同步环26上的凹槽进行装配，两者是间隙配合，保证在任何开度下无卡滞。调节摇臂27的主要作用是将同步环26的外部驱动力传递至叶片23的转动轴，从而调节叶片的开度。

如果可变喷嘴环组件与涡壳13在轴向上存在刚性接触，那么在高温下涡壳13产生的热形变会挤压叶片护板21，导致叶片护板21产生向叶片23方向的变形量，从而会导致叶片23卡滞，所以二者在轴向上不能产生刚性接触。但是如果叶片护板21与涡壳13之间存在间隙，首先会导致废气泄露，降低涡轮14的作用效率，在低速时尤为明显；其次，由于叶片护板21与定距销22没有轴向上的固定约束，所以如果间隙较大，也会导致叶片护板21产生较大的晃动。因此，如图9所示，与叶片护板21对应的涡壳13上设计有密封弹簧装配槽31，该槽内装配密封弹簧32，密封弹簧32的轴向最大高度要大于安装在槽底部到叶片护板21之间的距离，从而保证密封弹簧32在任何形状下都处于压缩状态。密封弹簧32有两个作用，首先是为叶片护板21提供轴向约束，保证叶片23与定距销22之间的紧密配合，其次是起到密封的作用，防止废气从叶片护板21与涡壳13之间泄露。密封弹簧32的刚度不能太大，如果密封弹簧32对叶片护板21的压力太大，那么叶片23产生卡滞时，叶片23对叶片护板21的力就不足以将叶片护板顶起来，从而无法消除卡滞问题；密封弹簧32的刚度不能太小，如果太小不足以压住叶片护板21的话，叶片护板21产生的轴向移动也会增大叶片23的间隙，从而导致效率下降。密封弹簧32的刚度及压缩量需要根据具体设计进行详细计算，但这种计算对于本领域技术人员而言并不存在任何困难，所以本实用新型中未对密封弹簧的形状和数量进行详细描述，本实用新型的主要特征为结构设计，所以改变各个零部件的尺寸仍然在本实用新型的保护范围之内。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种有效防止叶片卡滞的可变喷嘴环组件，所述可变喷嘴环组件被设置在涡轮增压器中，所述涡轮增压器的涡端包括涡壳、涡轮和可变喷嘴环组件，其特征在于，所述可变喷嘴环组件包括叶片护板、定距销、叶片、安装盘、装配销、同步环和调节摇臂，所述叶片护板位于所述涡壳和所述叶片之间，所述定距销、所述叶片和所述装配销装配在所述安装盘上，所述装配销将所述同步环固定在所述安装盘上，所述调节摇臂与所述同步环连接，所述调节摇臂与所述叶片的轴末端进行装配。

2.如权利要求1所述的有效防止叶片卡滞的可变喷嘴环组件，其特征在于，所述叶片护板的朝向叶片端面设计有三个盲孔，所述盲孔与所述定距销间隙配合。

3.如权利要求2所述的有效防止叶片卡滞的可变喷嘴环组件，其特征在于，所述定距销的一端设计有装配轴，所述装配轴采用焊接或者铆接的形式与所述安装盘上的定距销装配孔进行固定装配，另一端为自由端，与所述叶片护板上的所述盲孔进行间隙配合。

4.如权利要求3所述的有效防止叶片卡滞的可变喷嘴环组件，其特征在于，所述定距销与所述安装盘配合的台阶面到所述自由端的端面的距离大于所述叶片的导流面的高度和所述盲孔的深度之和。

5.如权利要求1所述的有效防止叶片卡滞的可变喷嘴环组件，其特征在于，所述叶片主要由导流面和转动轴组成，所述转动轴安装在所述安装盘上预设的安装孔内转动，所述转动轴末端的小径部分用于与所述调节摇臂焊接或者铆接装配。

6.如权利要求1所述的有效防止叶片卡滞的可变喷嘴环组件，其特征在于，所述安装盘的中心设置有圆形的涡轮配合孔，在所述安装盘的周向上配置有若干直径不同的孔，分别用于所述定距销、所述叶片和所述装配销的装配。

7.如权利要求1所述的有效防止叶片卡滞的可变喷嘴环组件，其特征在于，所述装配销将所述同步环固定在所述安装盘上，所述同步环上有与所述调节摇臂数量相等的凹槽，并且与外部驱动摇臂相连接。

8.如权利要求1所述的有效防止叶片卡滞的可变喷嘴环组件，其特征在于，所述调节摇臂一端的通孔与所述叶片轴末端进行配合，主要采用焊接或者铆接的装配方法进行固定约束，所述调节摇臂的另一端与所述同步环上的凹槽进行装配。

9.如权利要求1所述的有效防止叶片卡滞的可变喷嘴环组件，其特征在于，与所述叶片护板对应的所述涡壳上设计有密封弹簧装配槽，所述密封弹簧装配槽内装配密封弹簧。

10.如权利要求9所述的有效防止叶片卡滞的可变喷嘴环组件，其特征在于，所述密封弹簧的轴向最大高度要大于所述密封弹簧装配槽的底部到叶片护板之间的距离，从而保证所述密封弹簧在任何形状下都处于压缩状态。