CN219548926U - 一种喷嘴环叶片、蜗壳喷嘴环 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种喷嘴环叶片、蜗壳喷嘴环，包括：叶片主体，所述叶片主体具有叶片前缘和叶片尾缘，其中，沿所述叶片主体的高度方向，所述叶片尾缘的尾缘顶端到所述叶片尾缘的尾缘底端向所述叶片主体的侧边方向倾斜，且所述叶片尾缘向蜗壳喷嘴环的内圈方向倾斜。通过调整喷嘴环叶片的叶片尾缘的结构，使叶片尾缘倾斜，从而改变喷嘴环出口处在叶片主体的高方向上的速度分布，从而改善涡轮入口处的二次流，降低损耗。

Description

一种喷嘴环叶片、蜗壳喷嘴环

技术领域

本实用新型涉及发动机技术领域，特别涉及一种喷嘴环叶片、蜗壳喷嘴环。

背景技术

涡轮增压器主要包括压气机和涡轮两部分，其中，压气机主要包括压气机叶轮、扩压器和压气机蜗壳；涡轮部分主要包括涡轮壳、蜗壳喷嘴和涡轮机叶轮；而蜗壳喷嘴包括喷嘴环主体和设置于喷嘴环主体上的喷嘴环叶片。

其中，涡轮壳收集的高温废气经过蜗轮壳的进气流道到达蜗壳喷嘴，通过控制喷嘴环叶片的旋转角度来调节蜗壳喷嘴的出口流通面积。

如图1所示，喷嘴环叶片01沿喷嘴环主体02的周向均匀布置，并且喷嘴环叶片01包括叶片前缘011和叶片尾缘012。其中，叶片前缘011为喷嘴叶片01的进口，叶片尾缘012为喷嘴环叶片01的出口。

目前叶片尾缘012为直线型，而发动机排出的废气经过涡轮壳后，到达蜗壳喷嘴，废气的流速和流量在喷嘴环叶片的高度上会存在分布不均的现象，即流体的流速和流量在喷嘴环叶片的高度上存在梯度，这会导致流场因流速梯度而产生漩涡，进而导致下一级涡轮入口处产生二次流，造成能量损耗，影响涡轮机的效率。

因此，如何解决喷嘴环叶片高度上气流分布不均而造成的能量损耗，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种喷嘴环叶片，以解决喷嘴环叶片高度上气流分布不均而造成的能量损耗。此外，本实用新型还提供了一种具有上述喷嘴环叶片的蜗壳喷嘴环。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种蜗壳喷嘴环的喷嘴环叶片，包括：叶片主体，所述叶片主体具有叶片前缘和叶片尾缘，

其中，沿所述叶片主体的高度方向，所述叶片尾缘的尾缘顶端到所述叶片尾缘的尾缘底端向所述叶片主体的侧边方向倾斜，且所述叶片尾缘向蜗壳喷嘴环的内圈方向倾斜。

优选的，上述的蜗壳喷嘴环的喷嘴环叶片中，所述叶片尾缘为倾斜的斜面。

优选的，上述的蜗壳喷嘴环的喷嘴环叶片中，所述尾缘顶端与所述尾缘底端的横向距离a，和所述叶片主体的高度b的关系满足：

|a/b|≤0.1。

优选的，上述的蜗壳喷嘴环的喷嘴环叶片中，所述叶片尾缘包括竖直平面段和弧形面段，

其中，所述弧形面段第一端与所述竖直平面段连接，沿所述叶片主体的高度方向，所述弧形面段向蜗壳喷嘴环的内圈方向倾斜。

优选的，上述的蜗壳喷嘴环的喷嘴环叶片中，所述竖直平面段与所述弧形面段的第二端的横向距离c，和所述叶片主体的高度b的关系满足：

|c/b|≤0.15。

优选的，上述的蜗壳喷嘴环的喷嘴环叶片中，所述弧形面段的曲率由所述弧形面段的所述第一端向所述弧形面段的第二端的方向逐渐减小。

优选的，上述的蜗壳喷嘴环的喷嘴环叶片中，所述弧形面段的第一端为所述叶片主体的高度的40％-60％。

优选的，上述的蜗壳喷嘴环的喷嘴环叶片中，沿所述叶片主体的高度方向，所述竖直平面段位于所述弧形面段的上方。

优选的，上述的蜗壳喷嘴环的喷嘴环叶片中，沿所述叶片主体的高度方向，所述弧形面段位于所述竖直平面段的上方。

一种蜗壳喷嘴环，包括喷嘴环叶片，其中，所述喷嘴环叶片为上述任一项所述的喷嘴环叶片。

本实用新型提供了一种蜗壳喷嘴环的喷嘴环叶片，通过调整喷嘴环叶片的叶片尾缘的结构，使叶片尾缘倾斜，从而改变喷嘴环出口处在叶片主体的高方向上的速度分布，从而改善涡轮入口处的二次流，降低损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的蜗壳喷嘴环的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中公开的蜗壳喷嘴环的喷嘴环叶片的第一种结构的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中公开的蜗壳喷嘴环的喷嘴环叶片的叶片尾缘的第一种结构的主视图；

图4为本实用新型实施例中公开的蜗壳喷嘴环的喷嘴环叶片的第二种结构的结构示意图；

图5为本实用新型实施例中公开的蜗壳喷嘴环的喷嘴环叶片的叶片尾缘的第二种结构的主视图；

图6为本实用新型实施例中公开的蜗壳喷嘴环的喷嘴环叶片的第三种结构的结构示意图；

图7为本实用新型实施例中公开的蜗壳喷嘴环的喷嘴环叶片的叶片尾缘的第三种结构的主视图；

图8为喷嘴环叶片的出口形状为竖直的直线型和倾斜型的喷嘴环叶片的入口的漩涡趋势图。

具体实施方式

本实用新型公开了一种喷嘴环叶片，以解决喷嘴环叶片高度上气流分布不均而造成的能量损耗。此外，本实用新型还公开了一种具有上述喷嘴环叶片的蜗壳喷嘴环。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

如图1所示，喷嘴环叶片01沿喷嘴环主体02的周向均匀布置，并且喷嘴环叶片01包括叶片前缘011和叶片尾缘012。其中，叶片前缘011为喷嘴环叶片01的进口，叶片尾缘012为喷嘴环叶片01的出口。

目前叶片尾缘012为直线型，而发动机排出的废气经过涡轮壳后，到达蜗壳喷嘴，废气的流速和流量在喷嘴环叶片的高度上会存在分布不均的现象，即流体的流速和流量在喷嘴环叶片的高度上存在梯度，这会导致流场因流速梯度而产生漩涡，进而导致下一级涡轮入口处产生二次流，造成能量损耗，影响涡轮机的效率。

鉴于上述技术问题，参照图2所示结构，本申请中公开了一种蜗壳喷嘴环的喷嘴环叶片，包括叶片主体1，其中，该叶片主体1包括叶片前缘11和叶片尾缘12。本申请在现有的喷嘴环叶片的基础上，将叶片尾缘12设置为倾斜结构。

具体的，沿叶片主体1的高度方向，本申请中的叶片主体1的叶片尾缘12的尾缘顶端到叶片尾缘12的底端向叶片主体1的侧边方向倾斜，具体的，叶片尾缘12向蜗壳的喷嘴环2的内圈方向倾斜。

本申请通过调整喷嘴环叶片的叶片尾缘12的结构，使叶片尾缘12倾斜，从而改变喷嘴环出口处在叶片主体1的高度方向上的速度分布，从而改善涡轮入口处的二次流，降低损耗。

如图2和图3所示，一些实施例中，将叶片尾缘12设置为倾斜的平面，且由尾缘底端向尾缘顶端的方向，叶片尾缘12逐渐远离前缘。将叶片尾缘12设置为倾斜的平面，使得倾斜曲率不变。

其中，尾缘顶端与尾缘底端的横向距离a，和叶片主体的高度b的关系满足下列关系式：|a/b|≤0.1。

需要说明的是，尾缘顶端与尾缘底端的横向距离a为尾缘顶端的中心和尾缘底端的中心之间的距离。

上述关系式设定的范围主要是避免因斜率过大，导致喷嘴环叶片的应力过大，进而造成反方向二次流的现象。对于尾缘顶端与尾缘底端的横向距离a，和叶片主体的高度b的关系的具体取值可根据实际流场速度分布梯度大小设定，在此不具体限定。

当气流速度方向及流量大小在喷嘴环叶片高度方向上分布梯度变化较小时，变化较为均匀时，采用此结构可有效改善涡轮入口处的二次流现象。

为改善气流经过喷嘴环后，在叶片主体1的高度方向分布不均匀的问题，一些实施例中，还将叶片尾缘12设计为包括竖直平面段121和弧形面段122两部分的结构，不再使用常用的平面分布的形式，具体的，如图4和图5所示。

其中，弧形面段122的第一端与竖直平面段121连接，沿叶片主体1的高度方向，弧形面段122向蜗壳的喷嘴环2的内圈方向倾斜。

对于弧形面段122的倾斜大小，可根据以下公式确定。具体的：

竖直平面段121与弧形面段122的第二端的横向距离c，和叶片主体的高度b满足下列关系式：|c/b|≤0.15。

上述公式的限定主要是避免因斜率过大，导致喷嘴环叶片应力过大，进而造成反方向二次流现象。对于竖直平面段121与弧形面段122的第二端的横向距离c，和叶片主体1的高度b的关系的具体取值可根据实际流场速度分布梯度大小进行调整。

为了对气流更好进行导向和避免出现扰流，本申请中的弧形面段122的曲率由弧形面段122的第一端向弧形面段122的另一端的方向逐渐减小。结合图5和图7，弧形面段122的曲率dy/dx的绝对值沿第一端向另一端的方向逐渐减小。

需要说明的是，本申请中的弧形面段122的第一端和另一端为弧形面段122沿高度方向的两端。

一些实施例中，弧形面段122的第一端的位置即图5和图7中横截面A的位置为叶片主体1高度的40％-60％。在横截面A所在位置，弧形面段122和与竖直平面段121圆弧过渡连接。

对于横截面A的位置可根据气流波峰的位置设置。

图4和图5所示，沿叶片主体1的高度方向，竖直平面段121位于弧形面段122的上方，即喷嘴环叶片的上半部分(靠近叶片顶部位置)为竖直布置的与竖直平面段121，而下半部分(靠近根部位置)为曲率发生变化的曲线段。

当然，沿所述叶片主体1的高度方向，还可将弧形面段122设置于竖直平面段121的上方，如图6和7所示。

即本申请中将叶片主体1按照弧形面段122的倾斜方向和曲率变化设置即可。

图8中示出了喷嘴环叶片的出口形状为竖直的直线型和本申请的倾斜型时喷嘴环叶片的入口的漩涡趋势。其中，右侧为喷嘴环叶片的出口形状为竖直的直线型时喷嘴环叶片的入口的漩涡趋势图，左侧为喷嘴环叶片的出口形状为本申请的倾斜型时喷嘴环叶片的入口的漩涡趋势图。

通过图8中两个左右两个图的比较，可以得出，出口采用本申请的倾斜型的喷嘴环叶片的入口的漩涡趋势相较于出口采用竖直的直线型的喷嘴环叶片的入口的漩涡趋势有明显改善，即图8中椭圆框出的部分的熵增显著下降。

综上，本申请中给出了三种叶片尾缘12的结构，可改善喷嘴环出口处的速度分布，使其在叶片高度方向上分布更加均匀，从而减弱涡轮入口处的二次流现象，降低了能量损耗。

需要说明的是，本申请的核心在于，将喷嘴环叶片的叶片尾缘12设置为倾斜的结构，从而改变喷嘴环叶片的出口形状。因此，在上述提供的三种结构的基础上，还可将叶片尾缘12设置为其他倾斜形状，例如倾斜平面和弧形面相间布置或将倾斜平面替代直线平面。

此外，本申请还公开了一种蜗壳喷嘴环，包括喷嘴环叶片，其中，喷嘴环叶片为上述实施例中公开的喷嘴环叶片，因此，具有该喷嘴环叶片的蜗壳喷嘴环也具有上述所有技术效果，在此不再一一赘述。

如本实用新型和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种蜗壳喷嘴环的喷嘴环叶片，其特征在于，包括：叶片主体，所述叶片主体具有叶片前缘和叶片尾缘，

其中，沿所述叶片主体的高度方向，所述叶片尾缘的尾缘顶端到所述叶片尾缘的尾缘底端向所述叶片主体的侧边方向倾斜，且所述叶片尾缘向蜗壳喷嘴环的内圈方向倾斜。

2.根据权利要求1所述的蜗壳喷嘴环的喷嘴环叶片，其特征在于，所述叶片尾缘为倾斜的平面。

3.根据权利要求2所述的蜗壳喷嘴环的喷嘴环叶片，其特征在于，所述尾缘顶端与所述尾缘底端的横向距离a，和所述叶片主体的高度b的关系满足：

|a/b|≤0.1。

4.根据权利要求1所述的蜗壳喷嘴环的喷嘴环叶片，其特征在于，所述叶片尾缘包括竖直平面段和弧形面段，

其中，所述弧形面段的第一端与所述竖直平面段连接，沿所述叶片主体的高度方向，所述弧形面段向蜗壳喷嘴环的内圈方向倾斜。

5.根据权利要求4所述的蜗壳喷嘴环的喷嘴环叶片，其特征在于，所述竖直平面段与所述弧形面段的第二端的横向距离c，和所述叶片主体的高度b的关系满足：

|c/b|≤0.15。

6.根据权利要求4所述的蜗壳喷嘴环的喷嘴环叶片，其特征在于，所述弧形面段的曲率由所述弧形面段的所述第一端向所述弧形面段的第二端的方向逐渐减小。

7.根据权利要求4所述的蜗壳喷嘴环的喷嘴环叶片，其特征在于，所述弧形面段的第一端为所述叶片主体的高度的40％-60％。

8.根据权利要求4至7任一项所述的蜗壳喷嘴环的喷嘴环叶片，其特征在于，沿所述叶片主体的高度方向，所述竖直平面段位于所述弧形面段的上方。

9.根据权利要求4至7任一项所述的蜗壳喷嘴环的喷嘴环叶片，其特征在于，沿所述叶片主体的高度方向，所述弧形面段位于所述竖直平面段的上方。

10.一种蜗壳喷嘴环，包括喷嘴环叶片，其特征在于，所述喷嘴环叶片为如权利要求1至9任一项所述的喷嘴环叶片。