RU136495U1 - Турбина (варианты) - Google Patents

Abstract

1. Турбина, содержащая: корпус, радиально продолжающийся вокруг ротора турбины и включающий: первую деталь, образующую участок границы первого спирального канала; и вторую деталь, имеющую граничную стенку, граничащую с граничной стенкой первой детали, при этом вторая деталь присоединена к первой детали и включает в себя разделитель, образующий другой участок границы первого спирального канала и участок границы второго спирального канала.2. Турбина по п.1, в которой первая деталь включает в себя соединительный фланец, расположенный смежно радиальной периферии корпуса, при этом первая деталь содержит материал, отличный от материала второй детали.3. Турбина по п.2, в которой вторая деталь присоединена к соединительному фланцу.4. Турбина по п.1, в которой вторая деталь образует всю границу второго спирального канала.5. Турбина по п.1, дополнительно содержащая третью деталь, присоединенную к по меньшей мере одной из первой и второй деталей, при этом третья деталь образует оставшуюся часть границы второго спирального канала.6. Турбина по п.1, в которой первая деталь образует всю границу впускного канала.7. Турбина по п.1, в которой вторая деталь содержит керамический материал.8. Турбина по п.1, в которой вторая деталь включает в себя теплостойкое покрытие на поверхности разделителя.9. Турбина по п.1, дополнительно содержащая регулятор давления наддува, встроенный в первую деталь корпуса и выполненный с возможностью регулирования потока отработавших газов, подаваемых в перепускной канал.10. Турбина по п.1, в которой вторая деталь присоединена к первой детали посредством болта или штифта.11. Турбина по п.1, в которой первая деталь �

Description

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Турбонагнетатели могут использоваться в двигателях для повышения отношения мощности к весу двигателя посредством увеличения плотности надувочного воздуха в цилиндре с помощью компрессора, компрессор питается энергией от потока отработавших газов через турбину. Проток отработавших газов, поступающих в турбину, может регулироваться во время работы двигателя, чтобы лучше приводить характеристики турбины к текущим условиям работы двигателя. Например, были разработаны двухспиральные турбины, включающие в себя две спирали для подачи отработавших газов на ротор турбины и клапан, выполненный с возможностью регулирования скорости потока отработавших газов через спирали.

Например, в заявке на патент США 2010/0229551 раскрыт двухспиральный турбонагнетатель. Спиральные каналы имеют разные геометрии, обеспечивая уменьшение потерь в турбине во время различных условий работы. Корпус, образующий границу спиральных каналов, включает в себя разделитель, отделяющий первый спиральный канал от второго спирального канала. Корпус, включая разделитель, выполнен из единой сплошной заготовки материала.

СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Авторы осознали несколько недостатков у конструкции турбонагнетателя, раскрытой в заявке на патент США 2010/0229551. В качестве одного из примеров, может требоваться высокоточное позиционирование разделителя внутри корпуса, для того чтобы надлежащим образом регулировать поток во время работы двигателя, таким образом, приводя к высоким требованиям по допускам. В качестве второго примера, может быть необходимым выполнять части корпуса с теплостойким материалом. Однако, когда корпус отливается в единой детали, весь корпус изготавливается с выбранным теплостойким материалом, тем самым, увеличивая затраты. Дополнительно, одиночная литая деталь имеет проблемы тепловой механической усталости, обусловленные высокими температурами, испытываемыми на разделителю относительно наружных стенок, которые извлекают пользу из внешней конвекции.

В одном из аспектов, предложена турбина для принятия мер в ответ на по меньшей мере некоторые из вышеприведенных проблем. Турбина содержит корпус, радиально продолжающийся вокруг ротора турбины и включающий первую деталь, образующую участок границы первого спирального канала, и вторую деталь, имеющую граничную стенку, граничащую с граничной стенкой первой детали, при этом вторая деталь присоединена к первой детали и включает в себя разделитель, образующий другой участок границы первого спирального канала и участок границы второго спирального канала. Таким образом, можно формировать границы первого и второго спирального канала, включая разделитель между каналами, с многочисленными деталями, например, посредством прилегающего соединения на граничной стенке.

Использование двух деталей для формирования корпуса турбины обеспечивает разные схемы механического соединения для двухспирального разделителя. Поскольку разделитель испытывает большее тепловое расширение, чем другие части турбины, он может быть сконструирован так, чтобы крепиться со схемой, которая обеспечивает возможность теплового расширения. Например, в одном из вариантов осуществления, может использоваться разделитель с прорезями и штифтами, которые обеспечивают скольжение разделительной перегородки на штифтах в направлении теплового расширения. Другие варианты осуществления могут включать в себя штифты, которые параллельны или перпендикулярны разделителю. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, разделитель может быть плоским или иметь фланцевый элемент, чтобы размещать штифтовую конструкцию. Эта свободная посадка снижает тепловое напряжение на части и обеспечивает высокую термостойкость.

В одном из вариантов осуществления, такая конфигурация обеспечивает первую и вторую детали корпуса, соответственно, содержащие разные материалы. Например, первая деталь может быть сформирована с иными свойствами теплового расширения и/или теплового сопротивления, нежели вторая деталь. В результате, срок службы турбины может быть увеличен, без радикального повышения стоимости производства турбины. Например, разделитель может быть выполнен из материала, более устойчивого к термической деградации, такого как керамический материал, чем материал, образующий оставшуюся часть корпуса турбины. Вышеприведенные и другие преимущества и признаки настоящей полезной модели станут без труда очевидны из последующего подробного описания полезной модели при прочтении в одиночку или совместно с прилагаемыми чертежами.

Первая деталь предпочтительно включает в себя соединительный фланец, расположенный смежно радиальной периферии корпуса, при этом первая деталь содержит материал, отличный от материала второй детали.

Вторая деталь предпочтительно присоединена к соединительному фланцу.

Вторая деталь предпочтительно образует всю границу второго спирального канала.

Турбина предпочтительно дополнительно содержит третью деталь, присоединенную к по меньшей мере одной из первой и второй деталей, при этом третья деталь образует оставшуюся часть границы второго спирального канала.

Первая деталь предпочтительно образует всю границу впускного канала.

Вторая деталь предпочтительно содержит керамический материал.

Вторая деталь предпочтительно включает в себя теплостойкое покрытие на поверхности разделителя.

Турбина предпочтительно дополнительно содержит регулятор давления наддува, встроенный в первую деталь корпуса и выполненный с возможностью регулирования потока отработавших газов, подаваемых в перепускной канал.

Вторая деталь предпочтительно присоединена к первой детали посредством болта или штифта.

Первая деталь предпочтительно присоединена ко второй детали посредством одного или более радиальных штифтов или болтов.

Разделитель предпочтительно образует оставшуюся часть границы первого спирального канала.

Согласно другому аспекту предложена турбина, содержащая корпус стороны активной зоны, образующий стенку стороны активной зоны первого спирального канала стороны активной зоны, отдельный корпус стороны выпуска, образующий стенку стороны выпуска второго спирального канала стороны выпуска, при этом корпус стороны выпуска совместно использует граничную стенку с корпусом стороны выпуска, и разделитель, присоединенный к одному или более из корпусов стороны активной зоны и стороны выпуска, образующих стенки обоих первого и второго спиральных каналов.

Корпус стороны выпуска предпочтительно включает в себя разделитель, выполненный из керамического материала и присоединенный к корпусу стороны активной зоны посредством одного или более радиальных штифтов.

Корпус стороны активной зоны предпочтительно содержит материал, отличный от материала корпуса стороны выпуска.

Следует понимать, что сущность полезной модели, приведенная выше, предоставлена для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании полезной модели. Она не идентифицирует ключевые или существенные признаки заявленного предмета полезной модели, объем которой однозначно определен формулой полезной модели, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет полезной модели не ограничен реализациями, которые решают любые или все недостатки, отмеченные в любой части данного описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 представляет собой схематичный вид двигателя, включающего в себя турбонагнетатель.

Фиг.2 представляет собой вид с пространственным разнесением элементов примерной турбины турбонагнетателя, показанного на фиг.1.

Фиг.3 представляет собой вид с пространственным разнесением элементов еще одной примерной турбины турбонагнетателя, показанного на фиг.1.

Фиг.4 представляет собой вид в сборе турбины, показанной на фиг.2.

Фиг.5 представляет собой вид в поперечном разрезе турбины, показанной на фиг.4.

Фиг.6 представляет собой вид в поперечном разрезе турбины, показанной на фиг.3.

Фиг.7 и 8 представляют собой другие варианты осуществления соединительной конфигурации первой, второй и третьей деталей корпуса турбины, показанного на фиг.2.

Фиг.9 представляет собой вид сбоку турбины, показанной на фиг.4.

Фиг.10 представляет собой способ для приведения в действие турбины.

фиг.11 представляет собой способ для производства турбины. ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Ы материалах настоящей заявки описана двухспиральная турбина, имеющая многоэлементную конструкцию. В одном из вариантов осуществления, турбина может включать в себя корпус, имеющий первую деталь, присоединенную к второй детали, при этом обе детали имеют соответствующие граничные стенки, граничащие друг с другом. Первая деталь и разделитель во второй детали вместе могут образовывать границу первого спирального канала, разделитель дополнительно может образовывать участок границы второго спирального канала. Детали корпуса могут выполняться из разных материалов и содержать их. Таким образом, конкретные материалы могут выбираться для улучшения теплостойкость в определенных зонах турбины, которые склонны к термической деградации.

Более того, в материалах настоящей заявки также описан способ производства турбины. Способ может включать в себя изготовление первой и второй деталей посредством отдельных технологий изготовления. Например, первая деталь может быть литой, а вторая деталь может быть штампованной. Таким образом, отдельные детали могут производиться для удовлетворения отдельным требованиям по допускам посредством разных технологий. Поэтому, детали корпуса, такие как разделитель, могут изготавливаться с меньшим допуском, чем другие части корпуса. В результате, потери в турбине могут быть уменьшены, тем самым, повышая отдачу турбины. Изготовление турбины с независимыми деталями также дает возможность конструирования новейших внутренних структур, таких как плавающая двуспиральная разделитель.

Со ссылкой на фиг.1, двигатель 10 внутреннего сгорания, содержащий множество цилиндров, один цилиндр которого показан на фиг.1, управляется электронным контроллером 12 двигателя. Двигатель 10 включает в себя камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндра с поршнем 36, расположенным в них и присоединенным к коленчатому валу 40. Камера 30 сгорания показана сообщающейся с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждый впускной клапан и выпускной клапан может приводиться в действие кулачком 51 впускного клапана и кулачком 53 выпускного клапана. В качестве альтернативы, один или более из впускных и выпускных клапанов могут приводиться в действие электромеханически управляемым узлом катушки и якоря клапана. Положение кулачка 51 впускного клапана может образовываться датчиком 55 кулачка впускного клапана. Положение кулачка 53 выпускного клапана может образовываться датчиком 57 кулачка выпускного клапана.

Топливная форсунка 66 показана расположенной для впрыска топлива непосредственно в цилиндр 30, что известно специалистам в данной области техники как непосредственный впрыск. Дополнительно или в качестве альтернативы, топливо может впрыскиваться во впускной канал, что известно специалистам в данной области техники в качестве впрыска во впускной канал. Топливная форсунка 66 выдает жидкое топливо пропорционально длительности импульса сигнала FPW из контроллера 12. Топливо подается на топливную форсунку 66 топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель для топлива (не показана). Топливная форсунка 66 питается рабочим током из формирователя 68, который реагирует на действие контроллера 12. В дополнение, впускной коллектор 44 показан сообщающимся с необязательным электронным дросселем 62, который регулирует положение дроссельной заслонки 64 для регулирования потока воздуха из впускной камеры 46 наддува. Компрессор 162 втягивает воздух из воздухозаборника 42 для питания камеры 46 наддува. Отработавшие газы вращают турбину 164, которая присоединена к компрессору 162 через вал 161. Следует понимать, что турбина 164 в общем показана посредством прямоугольника. Однако, как подробнее описано в материалах настоящей заявки со ссылкой на фиг.2-9, турбина 164 имеет дополнительную сложность. Компрессор 162, вал 161 и турбина могут быть включены в турбонагнетатель. Двухступенная топливная система высокого давления может использоваться для формирования высоких давлений топлива на форсунках 66. Однако, могут использоваться другие пригодные форсунки.

Система 88 зажигания без распределителя выдает искру зажигания в камеру 30 сгорания через свечу 92 зажигания в ответ на действие контроллера 12. Универсальный датчик 126 кислорода выхлопных газов (UEGO) показан присоединенным к выпускному коллектору 48 выше по потоку от каталитического нейтрализатора 70 отработавших газов. В качестве альтернативы, двухрежимный датчик кислорода выхлопных газов может использоваться вместо датчика 126 UEGO.

Нейтрализатор 70 отработавших газов, в одном из примеров, включает в себя множество блоков катализатора. В еще одном примере, может использоваться множество устройств снижения токсичности отработавших газов, каждое с множеством блоков. Нейтрализатор 70 отработавших газов, в одном из примеров, может быть катализатором трехкомпонентного типа.

Контроллер 12 показан на фиг.1 в качестве обычного микрокомпьютера, включающего в себя: микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство 106, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимую память 110 и традиционную шину данных. Контроллер 12 показан принимающим различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые описаны выше, в том числе: температуру охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ) с датчика 112 температуры, присоединенного к патрубку 114 охлаждения; датчика 134 положения, присоединенного к педали 130 акселератора для считывания положения, заданного ступней 132; датчик детонации для определения воспламенения остаточных газов (не показан); измерение давления во впускном коллекторе двигателя (МАР) с датчика 122 давления, присоединенного к впускному коллектору 44; датчика положения двигателя с датчика 118 на эффекте Холла, считывающего положение коленчатого вала 40; измерение массы воздуха, поступающего в двигатель, с датчика 120 (например, измерителя расхода воздуха с термоэлементом); и измерение положения дросселя с датчика 58. Барометрическое давление также может считываться (датчик не показан) для обработки контроллером 12. В предпочтительном аспекте настоящего описания, датчик 118 положения двигателя вырабатывает заданное количество равномерно разнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала, по которому может определяться частота вращения двигателя (RPM, в оборотах в минуту).

В некоторых вариантах осуществления, двигатель может быть присоединен к системе электродвигателя/аккумуляторной батареи в транспортном средстве с гибридным приводом. Транспортное средство с гибридным приводом может иметь параллельную конфигурацию, последовательную конфигурацию, либо их варианты или комбинации. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, могут применяться другие конфигурации двигателя, например, дизельный двигатель.

На фиг.2 показан вид с пространственным разнесением элементов первой конфигурации турбины 164. Как описано выше, турбина 164 может быть присоединена по текучей среде к камере 30 сгорания, показанной на фиг.1, а потому, может принимать отработавшие газы из нее, чтобы приводить в движение турбину 164. Турбина 164 включает в себя впускной канала 200, показанный подробнее на фиг.9. Ротор 204 может быть присоединен к валу 161, показанному на фиг.1, посредством сварки трением или пучком электронов, либо другой пригодной технологии присоединения, в других вариантах осуществления. Рабочее колесо турбины имеет шестиугольную форму 206 в качестве части рамы для крепления узла. Ротор 204 вращается вокруг оси 208 вращения.

Турбина 164 дополнительно включает в себя корпус 212, имеющий многоэлементную конструкцию. Корпус определяет проток отработавших газов через турбину 164. Следует понимать, что ротор 204 турбины не включен в корпус 212.

Турбина 164 включает в себя первую деталь. Первая деталь 214 может частично образовывать границу первого спирального канала 500, показанного на фиг.5, описанной подробнее в материалах настоящей заявки. Первая деталь 214 включает в себя соединительный фланец 216. Соединительный фланец 216 расположен возле радиальной периферии первой детали 214 и корпуса. В показанном варианте осуществления, соединительный фланец 216 является по существу плоским и расположен перпендикулярно оси 208 вращения ротора 204 турбины. Однако, следует понимать, что, в других вариантах осуществления, соединительный фланец 216 и/или впуск 200 могут иметь разные очертание и/или ориентацию. Следует понимать, что другие детали корпуса 212 могут быть присоединены к соединительному фланцу, когда турбина 164 собрана.

Как показано, соединительный фланец 216 продолжается периферически вокруг ротора 204 турбины в спиральной форме. Более конкретно, в показанном варианте осуществления, соединительный фланец 216 может продолжаться по существу на 360° вокруг ротора 204 турбины. Однако, в других вариантах осуществления, соединительный фланец 216 может продолжаться на менее чем 360° градусов вокруг ротора 204 турбины.

Турбина 164 дополнительно включает в себя вторую деталь 218, имеющую разделитель 220. Разделитель 220 может образовывать участок границы первого спирального канала 500 показанного на фиг.5, и участок границы второго спирального канала 502, показанного на фиг.5. Первый спиральный канал 500 может упоминаться как спиральный канал стороны активной зоны. Дополнительно, второй спиральный канал 502 может упоминаться как спиральный канал стороны выпуска. Вторая деталь также включает в себя центральный проем 222. В собранном состоянии, ротор 204 турбины расположен в центральном проеме 222.

Вторая деталь 218 дополнительно может включать в себя множество отверстий 224 радиального штифта. Как показано, отверстия 224 радиального штифта являются прорезями, имеющими изогнутые концы и прямую среднюю секцию. Однако, другие геометрии могут использоваться в других вариантах осуществления, такие как овальные отверстия или круглые отверстия. Увеличенный вид одного из отверстий 224 радиального штифта показан на 226. Следует понимать, что, когда собраны, множество радиальных штифтов могут продолжаться через отверстия 224 радиального штифта, присоединяя первую деталь 214 ко второй детали. Поэтому, радиальные штифты могут продолжаться в соединительный фланец. Отверстия 224 радиального штифта радиально выровнены с осью 208. Однако, в других вариантах осуществления возможны другие компоновки. Радиальные штифты и отверстия 224 радиального штифта (например, прорези) могут быть выполнены так, чтобы прорезь находилась в ориентации, которая обеспечивает возможность теплового расширения. В показанном варианте осуществления, отверстия 224 радиального штифта радиально выровнены. Однако, в других вариантах осуществления, возможны другие ориентации. Таким образом, разделитель 220 может быть выполнен так, чтобы обеспечивать тепловое расширение, а потому, может иметь свободную посадку и демонстрировать «плавающую» характеристику. Примерный радиальный штифт 54 показан на фиг.5. Еще один примерный радиальный штифт показан на 702 по фиг.7.

Следует понимать, что радиальные штифты и соответствующие отверстия радиального штифта могут облегчать тепловое расширение и сжатие корпуса 212. Таким образом, напряжение на второй детали 218 (включающей в себя разделитель 220), обусловленное расширением и сжатием, может снижаться. Это может быть особенно полезным, когда вторая деталь 218 по меньшей мере частично выполнена из керамического материала, вследствие повышенной потенциальной возможности для повреждения напряжением сдвига в отношении керамических материалов. Поэтому, снижается вероятность ухудшения характеристик (например, растрескивания) второй детали 218 вследствие теплового расширения или сжатия. Таким образом, керамический материал может использоваться без повышенного риска выхода из строя керамического материала, обусловленного расширением/сжатием окружающего корпуса. Следует понимать, что керамические материалы более устойчивы к термической деградации, чем металлы.

Турбина 164 дополнительно включает в себя третью деталь 228. Третья деталь 228 может образовывать участок границы второго спирального канала 502, показанного на фиг.5. Третья деталь 228 может быть присоединена к по меньшей мере одной из первой и второй деталей (214 и 218, соответственно), когда турбина собрана. Третья деталь 228 может быть приварена или приболчена к первой детали 214. Третья деталь 228 может образовывать часть первого спирального канала 500 и второго спирального канала 502, показанных на фиг.5. Третья деталь 228 включает в себя центральный проем 230 для газа, выходящего из турбины. Когда турбина 164 собрана, ротор турбины может быть расположен в центральном проеме 230. Направляющая 232 выпускного потока турбины может быть присоединена к или включена в третью деталь 228. Направляющая 232 выпускного потока турбины выполнена с возможностью направления отработавших газов из ротора 204 турбины в находящиеся ниже по потоку компоненты.

В собранном состоянии, вторая деталь 218 может быть присоединена к первой детали 214 через соединительный фланец 216. Дополнительно, третья деталь 228 может быть присоединена к второй детали 218, смежной соединительному фланцу 216, в собранном состоянии. Однако, следует понимать, что другие соединительные конфигурации могут использоваться и описаны в материалах настоящей заявки подробнее со ссылкой на фиг.6-8.

Первая и вторая детали (214 и 118, соответственно) могут содержать материал, такой как сталь. Однако, в некоторых вариантах осуществления, первая и вторая детали (214 и 218, соответственно) могут содержать разные материалы. Например, по меньшей мере часть второй детали 218, такая как разделитель 220, может быть выполнена из керамического материала, а первая деталь может быть - из металла, такого как сталь. Следует понимать, что керамические материалы более устойчивы к температуре, чем металл. Поэтому, в некоторых вариантах осуществления, керамический материал может использоваться для изготовления разделителя 220, который испытывает высокотемпературный поток отработавших газов, для снижения вероятности термической деградации разделителя. В результате, срок службы турбины 164 увеличивается.

Более того, первая деталь 214 и вторая деталь 218 могут производиться посредством разных технологий. Например, первая деталь 214 может изготавливаться посредством отливки, а вторая деталь 218 - посредством штамповки или гидроформования. Третья деталь 228 также может изготавливаться посредством штамповки или, в качестве альтернативы, может изготавливаться посредством отливки. Следует понимать, что требуемые допуски первой детали 214 могут быть большими, чем у второй детали 218. Более того, допуски штампованного компонента могут быть меньшими, чем допуски литого компонента. Поэтому, первая деталь 214 может быть литой, а вторая деталь 218 - штампованной. Таким образом, когда разделитель 220 является штампованным, допуски уменьшены по сравнению с отливкой. В результате, требуемая схема потока может достигаться в спиралях турбины, тем самым, снижая потери внутри турбины и повышая коэффициент полезного действия туробнагнетателя. Более того, отливка является менее дорогостоящим способом производства, чем штамповка. Таким образом, коэффициент полезного действия туробнагнетателя может быть увеличен наряду со снижением затрат на производство.

На фиг.3 показан второй пример турбины 164, включающей в себя подобные компоненты, как показанные на фиг.2. Поэтому, соответствующие компоненты обозначены соответственно. Как показано, турбина 164, показанная на фиг.3, включает в себя первую деталь 214, имеющую соединительный фланец 216 для присоединения к ней других деталей. Первая деталь 214 включает в себя впускной канал 200. Турбина 164, показанная на фиг.3, также включает в себя ротор 204 турбины. Однако, на фиг.3, турбина 164 не включает в себя третью деталь. Следует понимать, что вторая и третья детали (218 и 228, соответственно), показанные на фиг.2, образуют сплошную вторую деталь 300 на фиг.3. Вторая деталь 300 включает в себя проем 302 и направляющую 304 выпускного потока турбины. Направляющая 232 выпускного потока турбины выполнена с возможностью направления отработавших газов из ротора 204 турбины в находящиеся ниже по потоку компоненты. Следует понимать, что вторая деталь 300 может быть присоединена (например, болтом или сваркой) к первой детали 214 через соединительный фланец 216, в собранном состоянии. В некоторых вариантах осуществления, вторая деталь 300 может быть гидроформованной.

На фиг.4 показана турбина 164 по фиг.2 в собранном состоянии. Как описано выше, вторая деталь 218 присоединена к первой детали 214 через соединительный фланец 216, а третья деталь 228 - ко второй детали 218, когда турбина 164 собрана. Поэтому, вторая деталь 218, в этом примере вставлена в турбину 164 посредством первой детали 214 и третьей детали 228. Таким образом, на виде, показанном на фиг.4, вторая деталь 218 не видна и находится под третьей деталью 228 относительно оси, продолжающейся в и из страницы. Турбина 164 дополнительно включает в себя выпускной канал 400, выполненный с возможностью приема отработавших газов из ротора 204 турбины.

Следует понимать, что направляющая 232 выпускного потока турбины образует участок границы выпускного канала 400.

В некоторых вариантах осуществления, турбина 164 может включать в себя перепускной канал 402, присоединенный по текучей среде выше по потоку и ниже по потоку от ротора 204 турбины. Регулятор 404 давления наддува, включающий в себя приводной механизм 406, может быть расположен в перепускном канале 402. Регулятор 404 давления наддува может быть выполнен с возможностью регулирования потока отработавших газов через перепускной канал 402. Поэтому, в некоторых вариантах осуществления, поток отработавших газов через перепускной канал 402 может по существу запрещаться во время определенных условий работы. Секущая плоскость 450 определяет поперечный разрез, показанный на фиг.5, а плоскость 452 - вид, показанный на фиг.9.

На фиг.5 показан вид в поперечном разрезе турбины 164. Показаны первая деталь 214, вторая деталь 218, включающая в себя разделитель 220, и третья деталь 228 корпуса 212. Первая деталь 214 продолжается в осевом направлении, относительно оси вращения турбины 164, от корпуса 550 вала до части ротора 204 турбины, в показанном варианте осуществления. Корпус 550 вала может по меньшей мере частично окружать по периферии вал, присоединяющий ротор 204 турбины к ротору компрессора, включенному в компрессор 162, показанный на фиг.1. Корпус вала может включать в себя один или более подшипников, имеющих внутреннюю и внешнюю беговые дорожки подшипника, элементы качения, и т.д.

Вторая деталь 218 и третья деталь 228 продолжаются в осевом направлении, относительно оси вращения турбины 164, от первой части ротора 204 турбины до второй части ротора 204 турбины, в показанном варианте осуществления. Однако, в других вариантах осуществления, вторая деталь 228 может включать в себя направляющую 232 потока турбины, а потому, может продолжаться в осевом направлении за ротор 204 турбины.

Показаны граничная стенка 530 первой детали 214 и граничная стенка 532 второй детали 218. Граничная стенка 530 и граничная стенка 532 являются смежными. Подобным образом, третья деталь 228 включает в себя граничную стенку 534, которая является смежной с другой граничной стенкой 532 второй детали. Однако, граничная стенка 534 может быть смежной с граничной стенкой 530 в других вариантах осуществления. Вторая деталь 218 может упоминаться как корпус стороны выпуска. С другой стороны, первая деталь 214 может упоминаться как корпус стороны активной зоны. Следует понимать, что корпус стороны активной зоны является отдельным от корпуса стороны выпуска.

Первый спиральный канал 500 и второй спиральный канал 502 также проиллюстрированы на фиг.5. Граница первого спирального канала 500 частично образована посредством первой детали 214. Более конкретно, первая деталь 214 включает в себя стенку 520 стороны рабочей зоны, образующую часть первого спирального канала 500.

Оставшаяся часть границы первого спирального канала 500 образована посредством стенки 522 стороны активной зоны разделителя 220. Таким образом, участок границы первого спирального канала 500 образован разделителем 220, а участок границы первого спирального канала 500 образован первой деталью 214. С другой стороны, граница второго спирального канала 502 образована разделителем 220 и третьей деталью 228. Более конкретно, стенка 524 стороны выпуска разделителя 220 образует участок границы второго спирального канала 502, а стенка 526 стороны выпуска третьей детали 228 - оставшуюся часть границы второго спирального канала 502.

Следует понимать, что поток отработавших газов из первого и второго спиральных каналов (500 и 502, соответственно) направляется в ротор 204 турбины. В некоторых вариантах осуществления, теплостойкое покрытие 501 может быть на поверхности разделителя 220. Разделитель 220 включает в себя край 503, прилегающий к ротору 204 турбины. В некоторых вариантах осуществления, край 503 находится в менее чем 0,2 мм от ротора 204 турбины. Однако, в других вариантах осуществления, возможны другие расстояния разделения. Когда разделение ротора 204 и разделителя уменьшено, уменьшаются потери в турбине, тем самым, увеличивая импульсный перехват и отдачу турбины. Следует понимать, что, когда разделитель 220 выполнен посредством штамповки, может достигаться эта степень разделения разделителя 220 и ротора 204 турбины. Более конкретно, штамповка может позволять изготавливать разделительную перегородку с допуском 0,2 мм, в то время как литье может позволять изготавливать разделительную перегородку с допуском 1,5 мм. Более того, когда штамповка используется для изготовления разделителя 220, ширина разделителя может уменьшаться по сравнению с технологиями изготовления, такими как отливка.

Когда ширина разделителя увеличивается, отработавшие газы эффективнее подаются в турбину, тем самым, уменьшая потери и увеличивая отдачу турбины.

Как показано, разделитель 220 присоединен к соединительному фланцу 216 посредством радиального штифта 504, продолжающегося через разделитель 220 и в соединительный фланец 216. Более конкретно, радиальный штифт 504 перпендикулярен разделителю 220. Однако, возможны другие выравнивания радиального штифта. В некоторых вариантах осуществления, радиальный штифт 504 может быть винтом, который может иметь диаметр 8 мм. Однако, могут использоваться другие пригодные штифты, имеющие размеры.

Радиальный штифт 504 также продолжается через третью деталь 228.

Следует понимать, что множество радиальных штифтов, расположенных в других радиальных местоположениях, также могут продолжаются через разделитель 220, а также третью деталь 228 и в соединительный фланец 216 через отверстия 224 радиального штифта. Дополнительно или в качестве альтернативы, разделитель 220 может быть приварен к первой детали 214 или прикреплен посредством другого механизма прикрепления. Подобным образом, третья деталь 228 может быть приварена к разделителю 220.

Фиг.5 дополнительно включает в себя направляющую 232 выпускного потока турбины, присоединенную к третьей детали 228. В некоторых вариантах осуществления, направляющая 232 выпускного потока турбины может быть встроена в третью деталь 228, а в других вариантах осуществления, она может быть частью первой детали 214. Другими словами, направляющая 232 выпускного потока турбины и третья деталь 228, или направляющая 232 выпускного потока турбины и первая деталь 214 могут изготавливаться совместно. Направляющая 232 выпускного потока турбины может быть выполнена с возможностью направлять отработавшие газы из турбины в находящиеся ниже по потоку компоненты.

На фиг.6 показан вид в поперечном разрезе еще одного примера турбины 164, показанной на фиг.3. Как показано, вторая деталь 300 включает в себя разделитель 220, а также стенку 600, образующую другой участок границы второго спирального канала 502. Таким образом, вторая деталь образует границу всего второго спирального канала 502. Как показано, вторая деталь 300 приварена посредством сварочных швов 602 к первой детали 214. Однако, могут использоваться дополнительные или альтернативные технологии соединений. Например, один или более болтов или радиальных штифтов могут использоваться для присоединения второй детали 300 к первой детали 214. Направляющая 232 выпускного потока турбины также показана присоединенной ко второй детали 300 на фиг.6. Однако, следует понимать, что направляющая 232 выпускного потока турбины и вторая деталь 300 могут изготавливаться совместно (например, отливаться) в других вариантах осуществления. На фиг.6 показана граничная стенка 530 фланца 216 при нахождении в совместно использующем поверхность контакте и смежная граничной стенке 604 второй детали 300.

На фиг.7 и 8 показаны другие соединительные конфигурации, которые могут использоваться для скрепления первой детали 214, второй детали 218, включающей в себя разделитель 220, и третьей детали 228 в турбине 164. Более конкретно, на фиг.7 показаны как разделитель 220, так и третья деталь 228 присоединенные к соединительному фланцу 216. Как показано, сварочный шов 700 используется для присоединения третьей детали 228 к первой детали 214, и штифт 702 используется для присоединения разделителя 220 к первой детали 214. Штифт 702 может быть винтом, имеющим диаметр 2 мм и головку 4 мм. Однако, могут использоваться другие пригодные штифты, имеющие альтернативные размеры. Штифт 702 может продолжаться через отверстие, такое как одно из отверстий 224 радиального штифта, показанное на фиг.2. Отверстие обеспечивает возможность теплового расширения на штифте 702. Однако, следует понимать, что дополнительные или альтернативные соединительные технологии могут использоваться для непосредственного прикрепления деталей друг к другу.

Направляющая 232 выпускного потока турбины также показана присоединенной к третьей детали 228 на фиг.7. Однако, следует понимать, что направляющая 232 выпускного потока турбины и третья деталь 228 могут изготавливаться совместно (например, отливаться) в других вариантах осуществления. На фиг.7 показана граничная стенка 530 фланца 216 при нахождении в совместно использующем поверхность контакте и смежная граничной стенке 704 разделителя 220. Дополнительно, на фиг.7 показана граничная стенка 530 фланца 216 при нахождении в совместно использующем поверхность контакте и смежная граничной стенке 706 третьей детали 228.

На фиг.8 показана еще одна примерная соединительная конфигурация для первой детали 214, разделителя 220 и третьей детали 228. Как показано, третья деталь 228 присоединена к соединительному фланцу 216, а разделитель 220 присоединен к третьей детали 228. Как показано, третья деталь 228 включает в себя фланец 800, через который продолжается болт 802. Однако, в других вариантах осуществления, третья деталь 228 может быть приварена к фланцу 800, или штифт может продолжаться через третью деталь 228 и фланец 800. Болт 802 также продолжается в соединительный фланец 216. Фланец 216 радиально выровнен с осью 208 вращения, показанной на фиг.2 ротора 204 турбины в показанном варианте осуществления. Однако, в других вариантах осуществления, положение и/или геометрические характеристики фланца могут быть изменены. Более того, следует понимать, что альтернативные или дополнительные соединительные технологии могут использоваться для присоединения третьей детали 228 к первой детали 214.

Разделитель 220 присоединен к третьей детали посредством штифта 804 или другой пригодной соединительной технологии, такой как болт. Штифт 804 продолжается через фланец 806, включенный в третью деталь 228, и может быть жестко прикреплен. Более того, штифт 804 параллелен разделителю 220. Однако, возможны другие выравнивания штифта. Фланец 806 является плоским, а также выровнен в поперечном направлении и по существу параллелен оси 208 вращения, показанной на фиг.2. Однако, в других вариантах осуществления, фланец 806 может иметь другие форму и/или ориентацию. Направляющая 232 выпускного потока турбины также показана присоединенной к третьей детали 228 на фиг.8. На фиг.8 показана граничная стенка 810 разделителя 220 при нахождении в совместно использующем поверхность контакте и смежная граничной стенке 812 третьей детали 228. Это выравнивание граничной стенки 810 позволяет отверстиям (например, круглым отверстиям) на штифтах, которые могут скользить, учитывать тепловое расширение разделителя 220.

На фиг.9 показан вид впускного канала 200 турбины 164, показанной на фиг.2. Следует понимать, что впускной канал 200 в турбине, показанной на фиг.2, может быть подобным впускному каналу 200 в турбине 164, показанной на фиг.3. Впускной канал 200 включает в себя первую секцию 900 и вторую секцию 902, отделенную по текучей среде от первой секции. Стенка 904 отделяет первую секцию 900 от второй секции 902. Таким образом, первая секция 900 отделена по текучей среде от второй секции 902 посредством стенки 904. Однако, в других вариантах осуществления, стенка 904 может не быть включена в турбину 164. Первая секция 900 находится в сообщении по текучей среде с первым спиральным каналом 500, показанным на фиг.4, а вторая секция 902 находится в сообщении по текучей среде со вторым спиральным каналом 502, показанным на фиг.4. Фланец 906 может продолжаться вокруг впускного канала 200. Фланец 906 может быть присоединен к различным находящимся выше по потоку компонентам, таким как выпускной канал, выпускной коллектор, и т.д., через пригодное соединительное устройство (например, болты, сварные швы, и т.д.).

На фиг.10 показана способ 1000 приведения в действие турбины. Способ 1000 может быть реализован с помощью турбины, описанной выше со ссылкой на фиг.1-9, или может быть реализован с помощью другой пригодной турбины.

На 1002, способ включает в себя осуществление потока отработавших газов из камеры сгорания во впускной канал в турбине. На 1004, способ включает в себя осуществление потока отработавших газов из впускного канала в первый спиральный канал, граница первого спирального канала образована первой деталью корпуса турбины и разделителем, включенным во вторую деталь корпуса турбины, присоединенную к первой детали.

На 1006, способ включает в себя осуществление потока отработавших газов из впускного канала во второй спиральный канал, при этом участок границы второго спирального канала образован разделителем. В некоторых вариантах осуществления, другой участок границы второго спирального канала образован третьей деталью.

На 1008, способ включает в себя осуществление потока отработавших газов из первого и второго спиральных каналов в ротор турбины, а на 1010 способ включает в себя осуществление потока отработавших газов из ротора турбины в находящиеся ниже по потоку компоненты.

На фиг.11 показан способ 1100 производства турбины. Способ 1100 может использоваться для производства турбины, описанной выше, или может использоваться для производства другой пригодной турбины. На 1102, способ включает в себя изготовление первой детали турбины, образующей участок границы первого спирального канала, посредством первой технологии.

На 1104, способ включает в себя изготовление второй детали турбины, включающей в себя разделитель, образующий другой участок границы первого спирального канала и участок границы второго спирального канала, посредством второй технологии, отличной от первой технологии. В некоторых примерах, первая деталь изготавливается посредством отливки, а вторая деталь - посредством одной из технологий штамповки и гидроформования. Поэтому, допуски первой детали могут быть большими, чем допуски второй детали. Затем, на 1106, способ включает в себя прикрепление граничной стенки первой детали к граничной стенке второй детали.

Способ может включать в себя на 1108 изготовление третьей детали, образующей оставшуюся часть границы второго спирального канала, а на 1110, прикрепление граничной стенки третьей детали к по меньшей мере одной из граничной стенки первой и второй деталей. Однако, в других вариантах осуществления, этапы 1108 и 1110 могут быть не включены в способ 1100.

Специалистам в данной области техники следует понимать, что способ, описанный на фиг.10 и 11, может представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, различные проиллюстрированные этапы или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Аналогичным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения целей, признаков и преимуществ, описанных в материалах настоящей заявки, а приведен для облегчения иллюстрации и описания. Хотя это не проиллюстрировано явным образом, специалисту в данной области техники следует понимать, что одни или более из проиллюстрированных этапов или функций могут выполняться неоднократно в зависимости от конкретной используемой стратегии.

На этом описание завершено. Однако, после его прочтения специалистам в данной области техники будут очевидны многие изменения и модификации, не выходящие за рамки сущности и объема полезной модели. Например, одноцилиндровый двигатель, рядные двигатели I2, I3, I4, I5 и V-образные двигатели V6, V8, V10, V12 и V16, работающие на природном газе, бензине, дизельном топливе или альтернативных топливных конфигурациях, могли бы использовать настоящую полезную модель для получения преимуществ.

Claims (15)

1. Турбина, содержащая: корпус, радиально продолжающийся вокруг ротора турбины и включающий: первую деталь, образующую участок границы первого спирального канала; и вторую деталь, имеющую граничную стенку, граничащую с граничной стенкой первой детали, при этом вторая деталь присоединена к первой детали и включает в себя разделитель, образующий другой участок границы первого спирального канала и участок границы второго спирального канала.

2. Турбина по п.1, в которой первая деталь включает в себя соединительный фланец, расположенный смежно радиальной периферии корпуса, при этом первая деталь содержит материал, отличный от материала второй детали.

3. Турбина по п.2, в которой вторая деталь присоединена к соединительному фланцу.

4. Турбина по п.1, в которой вторая деталь образует всю границу второго спирального канала.

5. Турбина по п.1, дополнительно содержащая третью деталь, присоединенную к по меньшей мере одной из первой и второй деталей, при этом третья деталь образует оставшуюся часть границы второго спирального канала.

6. Турбина по п.1, в которой первая деталь образует всю границу впускного канала.

7. Турбина по п.1, в которой вторая деталь содержит керамический материал.

8. Турбина по п.1, в которой вторая деталь включает в себя теплостойкое покрытие на поверхности разделителя.

9. Турбина по п.1, дополнительно содержащая регулятор давления наддува, встроенный в первую деталь корпуса и выполненный с возможностью регулирования потока отработавших газов, подаваемых в перепускной канал.

10. Турбина по п.1, в которой вторая деталь присоединена к первой детали посредством болта или штифта.

11. Турбина по п.1, в которой первая деталь присоединена ко второй детали посредством одного или более радиальных штифтов или болтов.

12. Турбина по п.1, в которой разделитель образует оставшуюся часть границы первого спирального канала.

13. Турбина, содержащая: корпус стороны активной зоны, образующий стенку стороны активной зоны первого спирального канала стороны активной зоны; отдельный корпус стороны выпуска, образующий стенку стороны выпуска второго спирального канала стороны выпуска, при этом корпус стороны выпуска совместно использует граничную стенку с корпусом стороны выпуска; и разделитель, присоединенный к одному или более из корпусов стороны активной зоны и стороны выпуска, образующих стенки обоих первого и второго спиральных каналов.

14. Турбина по п.13, в которой корпус стороны выпуска включает в себя разделитель, выполненный из керамического материала и присоединенный к корпусу стороны активной зоны посредством одного или более радиальных штифтов.

15. Турбина по п.13, в которой корпус стороны активной зоны содержит материал, отличный от материала корпуса стороны выпуска.

Images