本發(fā)明涉及用于增壓的內(nèi)燃機(jī)的廢氣渦輪增壓器的領(lǐng)域。本發(fā)明涉及這種廢氣渦輪增壓器的徑向壓縮機(jī)的安裝葉片的擴(kuò)壓器以及帶有在其流出區(qū)域中帶有這種類型的安裝葉片的擴(kuò)壓器的徑向壓縮機(jī)的廢氣渦輪增壓器。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)代化的廢氣渦輪增壓器中，為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣壓力，通常使用帶有在壓縮機(jī)輪下游的安裝葉片的擴(kuò)壓器的單級(jí)式徑向壓縮機(jī)。在擴(kuò)壓器中，將待壓縮的介質(zhì)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成靜態(tài)壓力。壓縮機(jī)輪包括確定數(shù)量的工作葉片，并且擴(kuò)壓器具有帶有棱柱形的、通?？諝鈩?dòng)力學(xué)輪廓(楔形、或翼形)的導(dǎo)葉。在壓縮機(jī)軸線的方向上觀察，導(dǎo)葉具有在進(jìn)入棱邊處的確定的切向角度(進(jìn)入角度)、在離開棱邊處的確定的切向角度(離開角度)以及在周向上在分別兩個(gè)彼此鄰近地布置的導(dǎo)葉之間的確定的角距離。

在設(shè)計(jì)壓縮機(jī)級(jí)的情況中，必須始終在空氣動(dòng)力學(xué)性能、機(jī)械負(fù)荷和通過壓縮機(jī)形成的噪聲之間尋求折中。帶有高的特定吸收能力的現(xiàn)代的壓縮機(jī)級(jí)具有長的、薄的工作葉片，在低頻時(shí)出現(xiàn)其固有形狀并且其易于受到激勵(lì)并且可被置于振動(dòng)。該激勵(lì)的主要來源是通過擴(kuò)壓器的導(dǎo)葉產(chǎn)生的壓力勢場。通過有目的地不均勻地布置擴(kuò)壓器導(dǎo)葉可避免諧振振動(dòng)，否則其可能在壓縮機(jī)工作葉片中導(dǎo)致高周疲勞(high cycle fatigue -HCF)并且可能引起機(jī)械損壞。

現(xiàn)有技術(shù)

文件EP 2014925 A1 (US2010/0150709)公開了，可如何通過帶有不均勻地分布的導(dǎo)葉的擴(kuò)壓器優(yōu)化徑向壓縮機(jī)的流出區(qū)域。例如，在此17個(gè)導(dǎo)葉以兩個(gè)組即分別9個(gè)或8個(gè)導(dǎo)葉分布地布置在各半個(gè)環(huán)形部分上。

在導(dǎo)葉的該不均勻的布置方案中，在分別兩個(gè)鄰近的導(dǎo)葉對(duì)之間得到沿著周緣不同的流動(dòng)通道橫截面。在帶有17個(gè)葉片的上述示例中，在專業(yè)術(shù)語中利用“喉面(Throat Area)”表示的在兩個(gè)導(dǎo)葉之間最窄的橫截面在周緣上觀察不是恒定的。在此，由于在單個(gè)葉片之間的間距更小，最窄的橫截面在帶有9個(gè)導(dǎo)葉的組中比在帶有8個(gè)導(dǎo)葉的組中小約3%至5%。

由此，以在周緣上分布的方式得到在壓縮機(jī)輪離開部處和擴(kuò)壓器進(jìn)入部處不同的流體通道比例，這可能不利地?fù)p害壓縮機(jī)級(jí)的效率和穩(wěn)定性。

在文件JP2010-151032和JP1993-026198中還進(jìn)一步公開了具有帶有不均勻地分布的導(dǎo)葉的擴(kuò)壓器的徑向壓縮機(jī)的流出區(qū)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，如下改善徑向壓縮機(jī)的流出區(qū)域，即盡管導(dǎo)葉在周緣上不均勻分布的布置方案，在安裝葉片的擴(kuò)壓器中的部分流動(dòng)通道還是具有分布地恒定的最窄的橫截面(喉面)。

根據(jù)本發(fā)明，這通過以下方式實(shí)現(xiàn)，即擴(kuò)壓器的在周緣上分布的導(dǎo)葉具有部分地彼此不同的相對(duì)角位置。在此，不同的相對(duì)的角位置指的是，兩個(gè)通過繞軸線旋轉(zhuǎn)而相疊的導(dǎo)葉具有不同的角度取向。

徑向壓縮機(jī)的擴(kuò)壓器的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案提高了壓縮機(jī)級(jí)的效率并且對(duì)泵限制距離有正面作用。

由從屬權(quán)利要求中得到其它優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

接下來根據(jù)附圖說明徑向壓縮機(jī)的根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的擴(kuò)壓器的實(shí)施形式。其中：

圖1顯示了沿著壓縮機(jī)軸線穿過帶有安裝葉片的擴(kuò)壓器的徑向壓縮機(jī)的截面，

圖2顯示了垂直于壓縮機(jī)軸線穿過帶有不均勻地布置的導(dǎo)葉的根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的擴(kuò)壓器的第一實(shí)施形式的截面，以及

圖3顯示了垂直于壓縮機(jī)軸線穿過帶有兩個(gè)不同大的導(dǎo)葉組的根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的擴(kuò)壓器的第二實(shí)施形式的截面，導(dǎo)葉組各分布地布置在擴(kuò)壓器的半部上。

具體實(shí)施方式

圖1以穿過機(jī)軸軸線的截面顯示了廢氣渦輪增壓器的徑向壓縮機(jī)。壓縮機(jī)包括布置在機(jī)軸12上的壓縮機(jī)輪，壓縮機(jī)輪包括輪轂10和布置在輪轂上的工作葉片11。工作葉片可被分割成主葉片和中間葉片，其中，主葉片在由輪轂和鄰接的殼體部分限制的流動(dòng)通道的整個(gè)長度上延伸，而中間葉片通常構(gòu)造成縮短的且具有回移的進(jìn)入棱邊。在此，可對(duì)于每個(gè)主葉片布置一個(gè)或多個(gè)中間葉片。壓縮機(jī)輪布置在壓縮機(jī)殼體中，壓縮機(jī)殼體通常包括多個(gè)部分，例如螺旋形殼體31和進(jìn)入殼體32。在壓縮機(jī)與未示出的渦輪之間存在軸承殼體30，軸承殼體30包含機(jī)軸的支承部。在壓縮機(jī)的區(qū)域中的已提及的流動(dòng)通道通過壓縮機(jī)殼體限制。在壓縮機(jī)輪的區(qū)域中，壓縮機(jī)輪的輪轂承擔(dān)徑向內(nèi)部的限制，其中，壓縮機(jī)輪的工作葉片布置在流動(dòng)通道中。在待壓縮的介質(zhì)的流動(dòng)方向上在壓縮機(jī)輪下游布置有擴(kuò)壓器。如開頭提及的那樣，擴(kuò)壓器用于使通過壓縮機(jī)輪加速的流動(dòng)變緩。這一方面通過擴(kuò)壓器的導(dǎo)葉21實(shí)現(xiàn)，另一方面通過螺旋形殼體實(shí)現(xiàn)，被壓縮的介質(zhì)從螺旋形殼體中被輸送到內(nèi)燃機(jī)的燃燒室。擴(kuò)壓器的導(dǎo)葉在流動(dòng)通道的一側(cè)或兩側(cè)與擴(kuò)壓器壁22、殼體部分相連接。擴(kuò)壓器的分別兩個(gè)彼此鄰近地布置的導(dǎo)葉與擴(kuò)壓器壁共同地限制擴(kuò)壓器通道。

為了防止在壓縮機(jī)輪的工作葉片中的如開頭所說明的高周疲勞，用作用于在此所說明的本發(fā)明的基礎(chǔ)的擴(kuò)壓器具有多個(gè)帶有至少部分不同的角距離的導(dǎo)葉。在此，將在兩個(gè)彼此鄰近地布置的導(dǎo)葉的進(jìn)入棱邊之間的角度稱為角距離?？蛇x地，例如當(dāng)進(jìn)入棱邊位于不同的半徑上時(shí)，也可將在兩個(gè)彼此鄰近地布置的導(dǎo)葉的另外兩個(gè)、相應(yīng)的點(diǎn)之間的角度稱為角距離。在這種情況中，例如可將在離開棱邊之間的角度或在輪廓中點(diǎn)之間的角度稱為角距離。那么，在彼此鄰近地布置的導(dǎo)葉之間的角距離不是在整個(gè)周緣上相同的。在此，存在多種實(shí)現(xiàn)帶有在導(dǎo)葉之間不同的角距離的擴(kuò)壓器的可能性：在根據(jù)圖2的第一實(shí)施形式中，用于擴(kuò)壓器的所有對(duì)彼此鄰近地布置的導(dǎo)葉21的角距離α_x是不同的，也就是說，在分別兩個(gè)鄰近的導(dǎo)葉之間的所示出的角距離中的任意兩個(gè)均不同。

此外，在所示出的示例中，不同的角距離α₀,α₁,α₂,α₃不均勻地分布。備選地，角距離也可能有規(guī)律地在周向上增加或減小，或者先增加之后再減小。當(dāng)角距離跟隨調(diào)和的函數(shù)、例如正弦函數(shù)變大并且變小時(shí)，可獲得尤其有利的結(jié)果。在根據(jù)圖3的第二實(shí)施形式中，兩個(gè)角距離α₀和α₁分布到兩組導(dǎo)葉上。帶有8個(gè)導(dǎo)葉210的組布置在擴(kuò)壓器的左半部上，帶有9個(gè)導(dǎo)葉211的組布置在右半部上。

在兩個(gè)實(shí)施形式中，導(dǎo)葉取向成，使得分別在擴(kuò)壓器通道中在兩個(gè)鄰近地布置的導(dǎo)葉之間的在葉片高度上延伸的、最窄的橫截面T是恒定的。這由此來實(shí)現(xiàn)，即導(dǎo)葉不同地取向，即相對(duì)于在進(jìn)入棱邊處的切線具有不同的角位置β₀,β₁,β₂,β₃。視兩個(gè)鄰近地布置的葉片的相對(duì)斜度而定，最窄的橫截面T的位置沿著葉片表面移動(dòng)。在壓力側(cè)上，在此最窄的橫截面T分別在葉片進(jìn)入棱邊的區(qū)域中與相應(yīng)的導(dǎo)葉相交，而在吸入側(cè)上，最窄的橫截面與相應(yīng)的導(dǎo)葉的交線有時(shí)可完全移動(dòng)直到導(dǎo)葉的端部。在根據(jù)圖3的實(shí)施形式中，由于恒定的角距離，在一組的兩個(gè)導(dǎo)葉之間相應(yīng)相對(duì)的斜度相對(duì)恒定，即相應(yīng)的相對(duì)的角位置幾乎保持不變。然而，在兩組的過渡區(qū)域中得到不同的角位置。

其它未示出的實(shí)施形式同樣是可行的。在此，例如除了一個(gè)或很少幾個(gè)之外，導(dǎo)葉的所有角距離可為相同的?？尚纬啥嘤趦蓚€(gè)分別帶有相同的角距離的組。帶有相同角距離的這種導(dǎo)葉對(duì)可布置成彼此成行或者彼此分離。可選地，擴(kuò)壓器的單個(gè)導(dǎo)葉可在形狀、長度、進(jìn)入和離開角度以及進(jìn)入和離開半徑中彼此不同，以便于將附加的不均勻性引入擴(kuò)壓器中。在此，不同的構(gòu)造方案不僅可在軸向方向(關(guān)于壓縮機(jī)軸線)上、即在葉片高度的方向上實(shí)現(xiàn)，也可在周向上實(shí)現(xiàn)。在此，所有或者僅僅幾個(gè)很少的導(dǎo)葉可不同地成型或布置。這種不均勻地構(gòu)造的擴(kuò)壓器可構(gòu)造成單級(jí)或多級(jí)的形式，其中，在多級(jí)的情況中，其在徑向上相繼地、即關(guān)于壓縮機(jī)軸線同心地布置。

根據(jù)本發(fā)明，在所有這些實(shí)施形式中，在擴(kuò)壓器通道中最窄的橫截面在兩個(gè)導(dǎo)葉之間且在擴(kuò)壓器通道高度上是恒定的。如果擴(kuò)壓器以在周緣上分布地具有可變的、即非恒定的擴(kuò)壓器通道高度，則導(dǎo)葉根據(jù)本發(fā)明布置成，使得分別由鄰近的導(dǎo)葉的距離和擴(kuò)壓器通道高度所計(jì)算出的最窄的橫截面是恒定的。

可選地，在周向上不均勻地構(gòu)造的擴(kuò)壓器可關(guān)于在周向上非對(duì)稱地構(gòu)造的螺旋形殼體定位在穩(wěn)定的角位置中。由此，不同角距離的大小以及其沿著周緣的分布可定向到在導(dǎo)葉下游的非對(duì)稱地構(gòu)造的螺旋形殼體上。角距離例如可與螺旋形殼體的半徑相似地沿著周緣增加?；蛘卟贾迷诼菪嗖块_始部的區(qū)域中的這樣的導(dǎo)葉對(duì)可具有與其它導(dǎo)葉對(duì)不同的角距離。

由于螺旋形殼體31通常沿著周緣相對(duì)于軸承殼體可定位在不同的角位置中，根據(jù)本發(fā)明利用定位件確保，擴(kuò)壓器分別位于相對(duì)于螺旋形殼體預(yù)設(shè)的角位置中。在此，預(yù)設(shè)的角位置有利地是這樣的角位置，即在該角位置中在運(yùn)行中產(chǎn)生最小諧振振動(dòng)?？蛇x地，可計(jì)算出或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定擴(kuò)壓器相對(duì)于螺旋形殼體的帶有最小的諧振振動(dòng)產(chǎn)生的角位置。在圖2中指出了可能的定位件，連同在擴(kuò)壓器壁22的徑向外邊緣處的定位凸耳23，其接合在螺旋形殼體中的定位槽33中?？稍O(shè)想其它形狀配合的定位件，例如定位銷，其布置在兩側(cè)地被置入的孔中。也可設(shè)想經(jīng)由第三構(gòu)件、例如進(jìn)入殼體32或軸承殼體30的間接定位。

附圖標(biāo)記清單

10壓縮機(jī)輪(輪轂)

11壓縮機(jī)輪的工作葉片

12機(jī)軸

21,210,211擴(kuò)壓器的導(dǎo)葉

22擴(kuò)壓器的壁

23定位凸耳

30軸承殼體

31螺旋形殼體

32進(jìn)入殼體

33定位槽

α_x兩個(gè)擴(kuò)壓器導(dǎo)葉之間的角距離

β_A擴(kuò)壓器導(dǎo)葉的相對(duì)角位置

T兩個(gè)導(dǎo)葉之間最窄的橫截面。