專利名稱：可變幾何渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于但不局限于渦輪增壓器以及可變幾何形狀渦輪增壓器的渦輪。
背景技術(shù)：
渦輪增壓器是已知用于在高于大氣壓的壓力下(增壓壓力)下將空氣提供至內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)風(fēng)口的設(shè)備。常規(guī)的渦輪增壓器基本上包括外殼，其中提供有廢氣驅(qū)動的渦輪機(jī)葉輪，其安裝在連接于引擎出口支管下游的可旋轉(zhuǎn)軸桿上。壓縮機(jī)葉輪安裝在軸桿的相對端上，從而渦輪機(jī)葉輪的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動葉輪的旋轉(zhuǎn)。在壓縮機(jī)的該應(yīng)用中，葉輪將壓縮空氣輸送至引擎進(jìn)風(fēng)口支管。動力渦輪機(jī)還包括安裝在軸桿上的廢氣驅(qū)動的渦輪機(jī)葉輪，但是在該情況下，軸桿的另一端未連接至壓縮機(jī)。例如，在渦輪混合的引擎中，串聯(lián)地提供兩個渦輪，均由引擎的廢氣驅(qū)動。一個渦輪驅(qū)動壓縮機(jī)以將加壓空氣輸送至引擎，而另一個“動力渦輪” 產(chǎn)生附加動力，其隨后經(jīng)由機(jī)械連接而傳遞至其他部件，諸如大齒輪，以將動力傳遞至引擎機(jī)軸，或者經(jīng)由其他類型的連接，例如液壓或電連接。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是避免或環(huán)節(jié)與現(xiàn)有渦輪相關(guān)的一個或多個問題。根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供了一種可變幾何形狀渦輪，包括安裝用于圍繞外殼內(nèi)的渦輪軸旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)葉輪，該外殼限定了圍繞渦輪機(jī)葉輪的環(huán)形入口，并且其限定在第一和第二入口側(cè)壁之間；以及圓柱形套筒，軸向可移動通過環(huán)形入口以改變通過入口的氣流通路的尺寸；由至少一個環(huán)形擋板將環(huán)形入口分為軸向相鄰的環(huán)形部分，所述環(huán)形擋板與第一和第二入口側(cè)壁軸向間隔開；入口葉片，軸向地延伸穿過由該或每個擋板限定的至少兩個所述環(huán)形部分，以使得將所述環(huán)形入口分成至少兩個軸向偏移的入口通道；其中延伸進(jìn)入入口部分之一的入口葉片的結(jié)構(gòu)與延伸進(jìn)入另一入口部分的入口葉片的結(jié)構(gòu)不同，并且其中套筒的內(nèi)徑大于入口通道的外徑。根據(jù)本發(fā)明第二方面，提供了一種可變幾何形狀渦輪，包括安裝用于圍繞外殼內(nèi)的渦輪軸旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)葉輪，該外殼限定了圍繞渦輪機(jī)葉輪的環(huán)形入口，并且其限定在第一和第二入口側(cè)壁之間；以及圓柱形套筒，軸向可移動通過環(huán)形入口以改變通過入口的氣流通路的尺寸；由至少兩個環(huán)形擋板將環(huán)形入口分為軸向相鄰的環(huán)形部分，所述環(huán)形擋板與第一和第二入口側(cè)壁軸向間隔開；入口葉片，軸向地延伸穿過由該或每個擋板限定的至少兩個所述環(huán)形部分，以使得將所述環(huán)形入口分成至少兩個軸向偏移的入口通道；
其中延伸進(jìn)入入口部分之一的入口葉片的結(jié)構(gòu)與延伸進(jìn)入另一入口部分的入口葉片的結(jié)構(gòu)不同。在本發(fā)明的第一和/或第二方面，優(yōu)選的是，套筒可移動朝向第二入口側(cè)壁，以使得通過入口的氣流通路變窄，并且通過更靠近第二入口側(cè)壁的入口通道的氣流通路的橫截面區(qū)域垂直于沿著所述通路的氣流方向，其小于通過更遠(yuǎn)離第二入口側(cè)壁的入口通道的氣流通路的相應(yīng)橫截面區(qū)域。在每個環(huán)形部分內(nèi)以環(huán)形陣列提供葉片。優(yōu)選地是，在第一環(huán)形部分中的葉片陣列限定了多個第一入口通道，其第一總橫截面區(qū)域垂直于氣流方向，而軸向地遠(yuǎn)離第一環(huán)形部分的第二環(huán)形部分中的另一葉片陣列限定了多個第二入口通道，其第二較大的總橫截面區(qū)域垂直于氣流方向。在優(yōu)選實(shí)施例中，渦輪包括三個或多個環(huán)形部分，每個環(huán)形部分中設(shè)置有各個環(huán) 形葉片陣列，并且限定多個入口通道的每個環(huán)形葉片陣列中的葉片的總橫截面區(qū)域垂直于氣流方向，其在相鄰的環(huán)形陣列對之間逐步減小。在又一優(yōu)選實(shí)施例中，渦輪包括三個或多個環(huán)形部分，每個環(huán)形部分中設(shè)置有各個環(huán)形葉片陣列，并且限定多個入口通道的中間陣列內(nèi)的葉片的總橫截面區(qū)域垂直于氣流方向，其大于或小于垂直于中間陣列的任一側(cè)上的葉片陣列所限定的入口通道的氣流方向的總橫截面區(qū)域?？梢栽谧羁拷诙肟趥?cè)壁的環(huán)形部分中提供具有垂直于氣流方向的最小總橫截面區(qū)域的入口通道，其中通過入口的氣流通路最狹窄或者大體上閉合。優(yōu)選的，在更靠近第二入口側(cè)壁的入口通道內(nèi)的相鄰葉片之間的最小環(huán)向間隔的總和，小于更遠(yuǎn)離第二入口側(cè)壁的入口通道內(nèi)的相鄰葉片之間的最小環(huán)向間隔的總和。在本發(fā)明第一和/或第二方面，優(yōu)選地是在一個所述環(huán)形部分中的至少一個葉片的最大環(huán)向厚度大于另一環(huán)形部分中的至少一個葉片。在每個環(huán)形部分中以環(huán)形陣列提供葉片。優(yōu)選地，第一環(huán)形部分中的葉片陣列包括多個具有最大環(huán)向厚度的葉片，而軸向遠(yuǎn)離第一環(huán)形部分的第二環(huán)形部分中的另一葉片陣列包括多個具有更大的最大環(huán)向厚度的葉片。優(yōu)選地是，渦輪包括三個或多個環(huán)形部分，每個環(huán)形部分中具有各自的環(huán)形葉片 陣列，并且每個環(huán)形葉片陣列中的葉片的最大環(huán)向厚度，在環(huán)形陣列的相鄰對之間逐漸減小?；蛘?，優(yōu)選地是，渦輪包括三個或多個環(huán)形部分，每個環(huán)形部分中具有各自的環(huán)形葉片陣列，并且中間陣列的葉片的最大環(huán)向厚度大于或小于中間陣列任一側(cè)上的葉片陣列中葉片的最大環(huán)向厚度。優(yōu)選地，在更靠近套筒的閉合位置的環(huán)形部分中提供具有較大最大環(huán)向厚度的葉片，其中通過入口的氣流通路最狹窄。尤為優(yōu)選的是，在最靠近套筒的閉合位置的環(huán)狀部分中提供具有最大的最大環(huán)向厚度的葉片，其中通過入口的氣流通路最狹窄或者大體上閉
口 ο優(yōu)選的是，在本發(fā)明的第一和/或第二方面中，所述環(huán)形部分之一中的至少一個葉片的前沿厚度大于另一環(huán)形部分中的至少一個葉片。所述葉片可以以環(huán)形陣列而提供在各個環(huán)形部分中。第一環(huán)形部分中的葉片陣列優(yōu)選地包括具有第一前沿厚度的多個葉片，而在與第一環(huán)形部分軸向偏移的第二環(huán)形部分中的另一葉片陣列包括具有第二較大前沿厚度的多個葉片。在優(yōu)選實(shí)施例中，渦輪包括三個以上的環(huán)形部分，每個環(huán)形部分中具有各自的環(huán)形葉片陣列，而每個環(huán)形葉片陣列中的葉片的前沿厚度，在環(huán)形陣列的相鄰對之間逐漸減小。在又一實(shí)施例中，渦輪包括三個以上的環(huán)形部分，每個環(huán)形部分中具有各自的環(huán)形葉片陣列，而位于中間陣列內(nèi)的葉片的前沿厚度大于或小于中間陣列任一側(cè)上的葉片陣列的葉片的前沿厚度。優(yōu)選的是，在更靠近套筒的閉合位置的環(huán)形部分中提供具有較大前沿厚度的葉片，其中通過入口的氣流通路最狹窄。優(yōu)選地在更靠近套筒的閉合位置的環(huán)形部分中提供具有最大前沿厚度的葉片，其中通過入口的氣流通路最狹窄或大體上閉合。優(yōu)選的是，在本發(fā)明的第一和/或第二方面中，所述環(huán)形部分之一中的至少一個葉片與另一環(huán)形部分中的至少一個葉片相比，具有更大的最大外徑。 可以在每個環(huán)形部分內(nèi)以環(huán)形形式提供葉片。優(yōu)選地，在第一環(huán)形部分中的葉片陣列包括具有第一最大外徑的多個葉片，而與第一環(huán)形部分軸向偏移的第二環(huán)形部分中的另一葉片陣列包括具有第二更大最大外徑的多個葉片。一個優(yōu)選實(shí)施例提供的是，渦輪包括三個或多個環(huán)形部分，每個環(huán)形部分中設(shè)置有各自的環(huán)形葉片陣列，而環(huán)形部分中設(shè)置有各自的環(huán)形葉片陣列，而每個環(huán)形葉片陣列中的葉片的最大外徑，在環(huán)形陣列的相鄰對之間逐漸減小。另一優(yōu)選實(shí)施例提供的是，渦輪包括三個或多個環(huán)形部分，每個環(huán)形部分中設(shè)置有各自的環(huán)形葉片陣列，而位于中間陣列的葉片的最大外徑大于或小于位于中間陣列任一側(cè)上的葉片陣列中的葉片的最大外徑?？梢栽诳拷淄驳拈]合位置的環(huán)形部分中提供具有較大的最大外徑的葉片，其中通過入口的氣流通路最狹窄。優(yōu)選的，在最靠近套筒的閉合位置的環(huán)形部分中提供具有最大的最大外徑的葉片，其中通過入口的氣流通路最狹窄或者大體上閉合。在本發(fā)明的第一和/或第二方面，優(yōu)選的是，在所述環(huán)形部分之一內(nèi)的至少一個葉片，與另一環(huán)形部分中的至少一個葉片相比，具有較大的最大內(nèi)徑，并且在所述葉片和渦輪葉輪之間限定了較大的徑向間距。在每個環(huán)形部分內(nèi)的環(huán)形陣列中提供所述葉片。優(yōu)選地，在第一環(huán)形部分內(nèi)的葉片陣列包括具有第一最大內(nèi)徑的多個葉片，其在所述葉片和渦輪葉輪之間限定了第一徑向間距，而在與第一環(huán)形部分軸向偏離的第二環(huán)形部分中的另一葉片陣列包括具有第二較大的最大內(nèi)徑的多個葉片，其在所述葉片和渦輪葉輪之間限定了第二較大的徑向間距。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，渦輪包括三個以上的環(huán)形部分，每個環(huán)形部分中具有各自的環(huán)形葉片陣列，而在每個環(huán)形葉片陣列的葉片的最大內(nèi)徑在所述葉片和渦輪葉輪之間限定了徑向間距，兩者在環(huán)形陣列的相鄰對之間均逐漸減小。在又一實(shí)施例中，渦輪包括三個以上的環(huán)形部分，每個環(huán)形部分中具有各自的環(huán)形葉片陣列，而中間陣列內(nèi)的葉片的最大內(nèi)徑在所述葉片和渦輪葉輪之間限定了徑向間隔，兩者均大于或小于中間層任一側(cè)上的葉片陣列中的葉片最大內(nèi)徑和所述葉片與渦輪葉輪之間的徑向間距。
優(yōu)選地在更靠近套筒的閉合位置的環(huán)形部分中，提供具有較大的最大內(nèi)徑以及在所述葉片和渦輪葉輪之間限定了較大的徑向間距的葉片，其中通過入口的氣流通道最狹窄。優(yōu)選地是，具有較大的最大內(nèi)徑并且在所述葉片和渦輪之間限定較大的徑向間距的所述葉片還限定了較大的渦流角。優(yōu)選地，更靠近套筒的閉合位置的環(huán)形部分中，提供具有最大的最大內(nèi)徑以及在所述葉片和渦輪葉輪之間限定了較大的徑向間距的葉片，其中通過入口的氣流通道最狹窄或大體上閉合。尤為優(yōu)選地是，具有最大的最大內(nèi)徑并且在所述葉片和渦輪之間限定較大的徑向間距的所述葉片還限定了最大的渦流角。在本發(fā)明的第一和/或第二方面中，優(yōu)選的是，延伸進(jìn)入入口部分中之一的入口葉片的數(shù)量，與延伸進(jìn)入另一入口部分中的入口葉片數(shù)量不同。所述入口部分可以彼此相鄰。根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供了一種可變幾何形狀渦輪，包括安裝用于圍繞外殼內(nèi)的渦輪軸旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)葉輪，該外殼限定了圍繞渦輪機(jī)葉輪的環(huán)形入口，并且其限定在第一和第二入口側(cè)壁之間；
圓柱形套筒，軸向可移動通過環(huán)形入口以改變通過入口的氣流通路的尺寸；由至少一個環(huán)形擋板將環(huán)形入口分為軸向相鄰的環(huán)形部分，所述環(huán)形擋板與第一和第二入口側(cè)壁軸向間隔開；入口葉片，軸向地延伸穿過由該或每個擋板限定的至少兩個所述環(huán)形部分，以使得將所述環(huán)形入口分成至少兩個軸向偏移的入口通道；套筒可朝向第二入口側(cè)壁移動，以使得通過入口的氣流通路變狹窄；其中通過更靠近第二入口側(cè)壁的入口通道的氣流通路的橫截面區(qū)域，垂直于沿著比通過更遠(yuǎn)離第二入口側(cè)壁的入口通道的氣流通路的相應(yīng)橫截面區(qū)域更小的所述通路的氣流方向。葉片定向以偏轉(zhuǎn)通過環(huán)形入口的氣流朝向潤輪葉輪的旋轉(zhuǎn)方向。沿著限定在相鄰葉片和相鄰擋板或側(cè)壁之間的入口通道而偏轉(zhuǎn)氣體?？赡鼙徽J(rèn)為是渦輪的最大氣體“吞咽能力”的環(huán)形入口的“狹道區(qū)域”是垂直于跨越環(huán)形入口限定的所有入口通道的氣流方向的總橫截面區(qū)域。有助于定義狹道區(qū)域的參數(shù)之一是每個環(huán)形部分內(nèi)環(huán)向相鄰的葉片之間的最小環(huán)向間隔。因而優(yōu)選的是，更靠近第二入口側(cè)壁的入口通道內(nèi)的相鄰葉片之間的最小環(huán)向距離的總和，低于更遠(yuǎn)離第二入口側(cè)壁的入口通道內(nèi)的相鄰葉片之間的最小環(huán)向距離的總和。通過使用擋板以將環(huán)形入口分成兩個或多個環(huán)形部分，每個環(huán)形部分的狹道區(qū)域可以獨(dú)立地由每個環(huán)形部分的葉片設(shè)置以及每個環(huán)形部分的軸向?qū)挾榷薅ā＿@樣，環(huán)形入口的狹道區(qū)域可以在第一和第二入口側(cè)壁之間改變。優(yōu)選地，通過環(huán)形入口的氣流通道在更靠近其中通過入口的氣流通路最狹窄或者大體上閉合的第二入口側(cè)壁處，比更靠近第一入口側(cè)壁處，更受限制。限制度的改變可以在環(huán)形入口通道的整個軸向?qū)挾壬鲜侵饾u的，或者如果通過更靠近第二入口側(cè)壁的入口通道的氣流通路比更遠(yuǎn)離第二入口側(cè)壁的入口通道的氣流通路更受限制，那么限制度的改變可以不連續(xù)地改變，其中具有一些中間環(huán)形部分與相鄰的環(huán)形部分相比較不受限制?？梢砸源罅糠绞綄?shí)現(xiàn)通過葉片的設(shè)置而控制通過環(huán)形入口的氣流通路的限制度。例如，一個環(huán)形部分內(nèi)的一個或多個或所有葉片，與其他環(huán)形部分內(nèi)的葉片相比，可以具有加厚的前沿、更大的環(huán)向厚度或兩者。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，在更靠近第二入口側(cè)壁、即套筒的閉合位置處的環(huán)形部分中提供了具有較厚眼前的葉片，其中通過入口的氣流通路最狹窄，因?yàn)檫@是可以預(yù)期具有氣體入射角的最大改變之處。借助于其他實(shí)例，可以在一個環(huán)形部分中提供與另一環(huán)形部分相比更多數(shù)量的葉片。例如，可以在與僅有八個葉片的環(huán)形陣列的相同噴嘴組件中包括十五個葉片的環(huán)形陣列。其他陣列可以具有不同數(shù)量的葉片，大于十五個或者少于八個，或者兩者之間的一些值，例如十二。在另一實(shí)例中，在一個環(huán)形部分中的葉片的渦流角大于另一環(huán)形部分中。而且，在一個環(huán)形部分中的葉片的徑向長度、最大外徑和/或內(nèi)徑可以與另一環(huán)形部分中不同，以在兩個環(huán)形部分中提供不同的限制度。將意識到，可以采用葉片結(jié)構(gòu)、設(shè)置或方向中任意一個或多個上述修改，以實(shí)現(xiàn)在環(huán)形入口的軸向?qū)挾壬系恼绤^(qū)域中的所需改變。優(yōu)選地，在每個環(huán)形部分內(nèi)的環(huán)形陣列中提供葉片。在第一環(huán)形部分中的葉片陣列可以限定多個第一入口通道，其第一總橫截面區(qū)域垂直于氣流方向，而軸向地遠(yuǎn)離第一環(huán)向部分的第二環(huán)向部分內(nèi)的另一葉片陣列可以限定多個第二入口通道，其第二較大的總橫截面區(qū)域垂直于氣流方向。優(yōu)選地，與第二入口通道相比，提供第一入口通道更靠近第二入口側(cè)壁。在一個實(shí)施例中，渦輪包括三個或多個環(huán)形部分，每個環(huán)形部分中設(shè)置有各自的環(huán)形葉片陣列，并且每個環(huán)形葉片陣列內(nèi)的葉片限定了多個入口通道，其總橫截面區(qū)域垂直于氣流方向，其在環(huán)形陣列的相鄰對之間逐漸減小。在備選實(shí)施例中，渦輪包括三個或多個環(huán)形部分，每個環(huán)形部分中甚至有各自的環(huán)形葉片陣列，在中間陣列的葉片限定了多個入口通道，其總橫截面區(qū)域垂直于氣流方向，其大于或小于垂直于由中間陣列的任一側(cè)上的葉片陣列所限定的入口通道的氣流方向的總橫截面區(qū)域。在優(yōu)選實(shí)施例中，在最靠近第二入口側(cè)壁的環(huán)形部分中，提供了渦輪內(nèi)的入口通道，其最小總橫截面區(qū)域垂直于氣流方向，其中通過入口的氣流通路最狹窄或大體上閉合。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，可以提供至少一個環(huán)形葉片陣列，其有相對少量葉片，其配置以限定相對高的渦流角，但是與相同環(huán)形入口內(nèi)的其他葉片陣列相比，其相對“厚”并且延伸至相對小的內(nèi)徑，以在渦輪葉輪的區(qū)域周圍提供相對小的徑向間隙。采用這種設(shè)置，激勵器更易于實(shí)現(xiàn)對橫截面氣流區(qū)域的高精度控制，因?yàn)槠鋵τ诮o定套筒移動改變較少。所增加的渦流可能對于葉片陣列是有用的，所述葉片陣列定位以對應(yīng)于相對小入口寬度，其可以提供效率的改進(jìn)。還提供了一種可變幾何形狀渦輪，其包括安裝以圍繞外殼內(nèi)渦輪軸旋轉(zhuǎn)的渦輪葉輪，該外殼限定了圍繞渦輪機(jī)葉輪的環(huán)形入口，并且其限定在第一和第二入口側(cè)壁之間；以及圓柱形套筒，軸向可移動通過環(huán)形入口以改變通過入口的氣流通路的尺寸；其中將環(huán)形入口分為第一環(huán)形入口部分和與第一入口部分軸向偏離的第二環(huán)形入口部分，入口葉片軸向地延伸進(jìn)入第一和第二入口部分的每一個中，入口葉片限定了軸向相鄰的入口通道；其中延伸進(jìn)入第一入口部分的入口葉片的結(jié)構(gòu)與延伸進(jìn)入第二入口部分的入口葉片的結(jié)構(gòu)不同。
A 口葉片可以具有任意合適的結(jié)構(gòu)，并且例如可以具有與已知入口葉片類似的大體上機(jī)翼型結(jié)構(gòu)，或者它們可以具有任意選定的備選結(jié)構(gòu)，以限定入口通道的特定設(shè)置和結(jié)構(gòu)。由于葉片和入口擋板一同限定了入口通道的結(jié)構(gòu)和定向，而由與入口擋板組合的各個噴嘴葉片的合適設(shè)計可以實(shí)現(xiàn)各種不同的入口通道。而且，設(shè)計可以使得在一個環(huán)形部分中與環(huán)形入口中的另一環(huán)形部分相比而設(shè)置不同配置的入口通道，或者可以在單一環(huán)形部分中設(shè)置不同配置的入口通道，或兩者。例如，延伸跨越入口的第一環(huán)形部分的葉片可以限定與延伸跨越入口的第二環(huán)形部分的葉片具有不同的渦流角。對于特定的引擎應(yīng)用(諸如對于廢氣再循環(huán)，“EGR”)，可能所需的是減少入口通道的一個或多個陣列中的渦輪效率。通過減少葉片的徑向長度(如上討論)，增加葉片的環(huán)向?qū)挾瓤梢詫?shí)現(xiàn)這種減小的效率，或者其可以配置葉片以減少有效入口區(qū)域，即環(huán)形入口的窄道區(qū)域。在一些實(shí)施例中，可以在“主”葉片的相鄰對之間定位相對小的“分流葉片”。該設(shè)置的效果是與其他實(shí)施例相比增加了總?cè)~片數(shù)量，但是這些葉片可以配備有減小的徑向長度，從而在葉片和渦輪葉輪之間存在更大的徑向間隙。在一些實(shí)施例中，分流葉片可以是有利的，以減小潤輪刀刃中激勵的振動。 在一些實(shí)施例中，葉片可以在后沿的區(qū)域中具有“切斷”結(jié)構(gòu)，而不是完整的機(jī)翼結(jié)構(gòu)，可以預(yù)期其將提供降低的效率，但是其在一些應(yīng)用中可能是有用的。此外，可以在相鄰葉片之間定位障礙物，這將進(jìn)一步降低效率。至少一些延伸跨越入口的第一環(huán)形部分的葉片的后沿可以呈現(xiàn)至少一些延伸跨越入口的第二環(huán)形部分的葉片的后沿的不同半徑。在一些實(shí)施例中，延伸跨越入口的第一環(huán)形部分的所有葉片的后沿呈現(xiàn)與延伸跨越入口的第二環(huán)形部分的葉片的后沿不同的半徑。在一些實(shí)施例中，入口的一個環(huán)形部分的葉片的后沿呈現(xiàn)與延伸跨越入口的任何其他環(huán)形部分的葉片不同的最小半徑。至少大部分延伸跨越入口的環(huán)形部分的葉片的后沿可以呈現(xiàn)大于限定環(huán)形部分的擋板的內(nèi)徑的半徑。在一些實(shí)施例中，延伸跨越環(huán)形部分的所有葉片的后沿半徑大于限定環(huán)形部分的擋板的內(nèi)徑。在一些實(shí)施例中，每個環(huán)形擋板的內(nèi)徑小于環(huán)形入口中任意葉片的前沿的半徑。根據(jù)本發(fā)明又一方面，提供了一種可變幾何形狀渦輪，包括渦輪葉輪，安裝用于圍繞外殼內(nèi)的渦輪軸旋轉(zhuǎn)，該外殼限定了圍繞渦輪機(jī)葉輪的環(huán)形入口，并且其限定在第一和第二入口側(cè)壁之間；圓柱形套筒，軸向可移動通過環(huán)形入口以改變通過入口的氣流通路的尺寸；由至少一個環(huán)形擋板將環(huán)形入口分為軸向相鄰的環(huán)形部分，所述環(huán)形擋板與第一和第二入口側(cè)壁軸向間隔開；入口葉片，軸向地延伸穿過由該或每個擋板限定的至少兩個所述環(huán)形部分，以使得將所述環(huán)形入口分成至少兩個軸向偏移的入口通道；其中所述環(huán)形部分之一中的至少一個葉片，與另一環(huán)形部分中的至少一個葉片相t匕，具有更大的最大環(huán)向厚度。葉片定向以偏轉(zhuǎn)氣流通過環(huán)形入口而朝向渦輪葉輪的旋轉(zhuǎn)方向。在容納氣體入射角的更大改變中，加厚的葉片可能是有用的，而無需引起氣流分離和湍流(效率損失)。將意識到，較厚的葉片減小了環(huán)形入口的“窄道區(qū)域”，即渦輪的最大吞咽能力。結(jié)果，在入口或“噴嘴部分”的每個環(huán)形部分中的葉片的最大厚度可以最優(yōu)化以適應(yīng)于其在環(huán)形入口的軸向定位以及特殊應(yīng)用。作為示例，在一個優(yōu)選實(shí)施例中，在更靠近套筒的閉合位置的環(huán)形部分中提供了更厚的葉片，即在通過入口的氣流通路處于其最狹窄處，因?yàn)榭梢灶A(yù)期發(fā)生更大的氣體入射角的變化。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，可以提供至少一個環(huán)形葉片陣列，其有相對少量葉片，其配置以限定相對高的渦流角，但是與相同環(huán)形入口內(nèi)的其他葉片陣列相比，其相對“厚”并且延伸至相對小的內(nèi)徑，以在渦輪葉輪的區(qū)域周圍提供相對小的徑向間隙。采用這種設(shè)置，激勵器更易于實(shí)現(xiàn)對橫截面氣流區(qū)域的高分辨率控制，因?yàn)槠鋵τ诮o定套筒移動改變較少。所增加的渦流可能對于葉片陣列是有用的，所述葉片陣列定位以對應(yīng)于相對小入口寬度，其可以提供效率的改進(jìn)。還提供了一種可變幾何形狀渦輪，其包括安裝以圍繞外殼內(nèi)渦輪軸旋轉(zhuǎn)的渦輪葉輪，該外殼限定了圍繞渦輪機(jī)葉輪的環(huán)形入口，并且其限定在第一和第二入口側(cè)壁之間；以及圓柱形套筒，軸向可移動通過環(huán)形入口以改變通過入口的氣流通路的尺寸；其中將環(huán)形入口分為第一環(huán)形入口部分和與第一入口部分軸向偏離的第二環(huán)形入口部分，入口葉片軸向地延伸進(jìn)入第一和第二入口部分的每一個中，入口葉片限定了軸向相鄰的入口通 道；其中延伸進(jìn)入第一入口部分的入口葉片的結(jié)構(gòu)與延伸進(jìn)入第二入口部分的入口葉片的結(jié)構(gòu)不同。A 口葉片可以具有任意合適的結(jié)構(gòu)，并且例如可以具有與已知入口葉片類似的大體上機(jī)翼型結(jié)構(gòu)，或者它們可以具有任意選定的備選結(jié)構(gòu)，以限定入口通道的特定設(shè)置和結(jié)構(gòu)。由于葉片和入口擋板一同限定了入口通道的結(jié)構(gòu)和定向，而由與入口擋板組合的各個噴嘴葉片的合適設(shè)計可以實(shí)現(xiàn)各種不同的入口通道。而且，設(shè)計可以使得在一個環(huán)形部分中與環(huán)形入口中的另一環(huán)形部分相比而設(shè)置不同配置的入口通道，或者可以在單一環(huán)形部分中設(shè)置不同配置的入口通道，或兩者。例如，延伸跨越入口的第一環(huán)形部分的葉片可以限定與延伸跨越入口的第二環(huán)形部分的葉片具有不同的渦流角?？梢栽诿總€環(huán)形部分中的環(huán)形陣列中提供入口葉片。兩個或多個環(huán)形陣列中的葉片可以具有不同的最大環(huán)向厚度。即，第一環(huán)形部分中的葉片陣列可以包括具有第一最大環(huán)向厚度的多個葉片，而在與第一環(huán)形部分軸向偏離的第二環(huán)形部分中的另一葉片陣列可以包括具有不同的第二環(huán)向最大厚度的多個葉片，第一最大環(huán)向厚度大于第二最大環(huán)向厚度，反之也是合適的。在包括三個或多個環(huán)形部分、并且因而三個或多個環(huán)形葉片陣列的實(shí)施例中，葉片的最大環(huán)向厚度的改變，在環(huán)形陣列的相鄰對之間可以逐漸減小，或者中間陣列可以擁有具有最大環(huán)向厚度的葉片，其大于或小于任一側(cè)上的葉片陣列。每個環(huán)形陣列內(nèi)的葉片可以具有相同的徑向長度，從而葉片陣列在環(huán)形入口的整個寬度上大體上是連續(xù)的。作為選擇地，兩個或多個環(huán)形陣列中的葉片可以具有不同的徑向長度。例如，跨越不同陣列的所有葉片的前沿可以呈現(xiàn)相同的外徑，而不同葉片陣列的后沿半徑可以不同。在包括三個或多個軸向間隔的環(huán)形葉片陣列的實(shí)施例中，每個環(huán)形葉片陣列的后沿的徑向位置可以從第一環(huán)形陣列至相鄰的第二環(huán)形陣列而減小，而后從第二環(huán)形陣列至相鄰的第三環(huán)形葉片陣列而減小。每個環(huán)形陣列中的葉片數(shù)量可以不同。例如，可以在與僅有八個葉片的環(huán)形陣列的相同噴嘴組件中包括十五個葉片的環(huán)形陣列。其他陣列可以具有不同數(shù)量的葉片，大于十五個或者少于八個，或者兩者之間的一些值，例如十二。此外，可以使用具有不同徑向長度和不同渦流角的葉片，例如一些葉片與其他葉片相比向前掃過更多的范圍，并且從而限定更大的渦流角。對于特定的引擎應(yīng)用(諸如對于廢氣再循環(huán)，“EGR”)，可能所需的是減少入口通道的一個或多個陣列中的渦輪效率。例如，可能所需的在一些應(yīng)用中在相對打開的入口寬度處減小效率。這種減小的效率例如可以通過減少葉片的徑向長度(如上所討論的)、增加葉片的環(huán)向?qū)挾榷鴮?shí)現(xiàn)，或者其可以配置葉片以減少有效入口區(qū)域。在一些實(shí)施例中，可以在“主”葉片的相鄰對之間定位相對小的“分流葉片”。該設(shè)置的效果是與其他實(shí)施例相比增加了總?cè)~片數(shù)量，但是這些葉片可以配備有減小的徑向長度，從而在葉片和渦輪葉輪之間存在更大的徑向間隙。在一些實(shí)施例中，分流葉片可以是有利的，以減小潤輪刀刃中激勵的振動。在一些實(shí)施例中，葉片可以在后沿的區(qū)域中具有“切斷”結(jié)構(gòu)，而不是完整的機(jī)翼結(jié)構(gòu)，可以預(yù)期其將提供降低的效率，但是其在一些應(yīng)用中可能是有用的。此外，可以在相鄰葉片之間定位障礙物，這將進(jìn)一步降低效率。
至少一些延伸跨越入口的第一環(huán)形部分的葉片的后沿可以呈現(xiàn)至少一些延伸跨越入口的第二環(huán)形部分的葉片的后沿的不同半徑。在一些實(shí)施例中，延伸跨越入口的第一環(huán)形部分的所有葉片的后沿呈現(xiàn)與延伸跨越入口的第二環(huán)形部分的葉片的后沿不同的半徑。在一些實(shí)施例中，入口的一個環(huán)形部分的葉片的后沿呈現(xiàn)與延伸跨越入口的任何其他環(huán)形部分的葉片不同的最小半徑。至少大部分延伸跨越入口的環(huán)形部分的葉片的后沿可以以來大于限定環(huán)形部分的擋板的內(nèi)徑的半徑。在一些實(shí)施例中，延伸跨越環(huán)形部分的所有葉片的后沿半徑大于限定環(huán)形部分的擋板的內(nèi)徑。在一些實(shí)施例中，每個環(huán)形擋板的內(nèi)徑小于環(huán)形入口中任意葉片的前沿的半徑。本發(fā)明又一方面提供了一種可變幾何形狀渦輪，包括安裝用于圍繞外殼內(nèi)的渦輪軸旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)葉輪，該外殼限定了圍繞渦輪機(jī)葉輪的環(huán)形入口，并且其限定在第一和第二入口側(cè)壁之間；以及圓柱形套筒，軸向可移動通過環(huán)形入口以改變通過入口的氣流通路的尺寸；由至少一個環(huán)形擋板將環(huán)形入口分為軸向相鄰的環(huán)形部分，所述環(huán)形擋板與第一和第二入口側(cè)壁軸向間隔開；入口葉片，軸向地延伸穿過由該或每個擋板限定的至少兩個所述環(huán)形部分，以使得將所述環(huán)形入口分成至少兩個軸向偏移的入口通道；其中所述環(huán)形部分之一中的至少一個葉片的前沿厚度大于另一環(huán)形部分中的至少一個葉片。葉片定向以偏轉(zhuǎn)通過環(huán)形入口的氣流朝向渦輪葉輪的旋轉(zhuǎn)方向。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的是，葉片具有前沿和后沿。前沿是定向朝向通過入口的入射氣流的葉片部分，并且因而是即將到達(dá)的氣體首先撞擊的葉片部分。后沿是通過入口的氣流在流至渦輪葉輪上之前最后接觸的渦輪部分。在容納氣體入射角的更大改變中，加厚的葉片可能是有用的，而無需引起氣流分離和湍流(效率損失)。將意識到，具有較厚前沿的葉片可以減小環(huán)形入口的“窄道區(qū)域”，即渦輪的最大吞咽能力。結(jié)果，在入口或“噴嘴部分”的每個環(huán)形部分中的葉片的最大厚度可以最優(yōu)化以適應(yīng)于其在環(huán)形入口的軸向定位以及特殊應(yīng)用。通過實(shí)例，在一個優(yōu)選實(shí)施例中，在更靠近套筒的閉合位置的環(huán)形部分中提供了更厚的葉片，即在通過入口的氣流通路處于其最狹窄處，因?yàn)榭梢灶A(yù)期發(fā)生更大的氣體入射角的變化。使用具有變化的前沿厚度的葉片可以與具有變化的最大環(huán)向厚度組合。例如，與相同的環(huán)形入口中存在的其他葉片相比，具有更厚的前沿的葉片還可以具有更大的最大環(huán)向厚度?；蛘撸柚诤线m的設(shè)計，具有更厚前沿的葉片，與相同環(huán)形入口中存在的其他葉片相比，可以具有更小的最大環(huán)向厚度。在環(huán)形入口中提供的葉片的前沿厚度，可以以大體上類似于葉片最大環(huán)向厚度的方式而改變，即兩者從第一入口側(cè)壁之第二入口側(cè)壁逐漸增力口，或者葉片的前沿厚度可以在環(huán)形入口上獨(dú)立于葉片的最大環(huán)向厚度的變化而改變，或者在環(huán)形入口中提供的所有葉片的最大環(huán)向厚度可以相同，而不考慮具有不同的前沿厚度的葉片。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，可以提供至少一個環(huán)形葉片陣列，其有相對少量葉片，其配置以限定相對高的渦流角，但是與相同環(huán)形入口內(nèi)的其他葉片陣列相比，其相對“厚”并且延伸至相對小的內(nèi)徑，以在渦輪葉輪的區(qū)域周圍提供相對小的徑向間隙。采用這種設(shè)置，激 勵器更易于實(shí)現(xiàn)對橫截面氣流區(qū)域的高分辨率控制，因?yàn)槠鋵τ诮o定套筒移動改變較少。所增加的渦流可能對于葉片陣列是有用的，所述葉片陣列定位以對應(yīng)于相對小入口寬度，其可以提供效率的改進(jìn)。還提供了一種可變幾何形狀渦輪，其包括安裝以圍繞外殼內(nèi)渦輪軸旋轉(zhuǎn)的渦輪葉輪，該外殼限定了圍繞渦輪機(jī)葉輪的環(huán)形入口，并且其限定在第一和第二入口側(cè)壁之間；以及圓柱形套筒，軸向可移動通過環(huán)形入口以改變通過入口的氣流通路的尺寸；其中將環(huán)形入口分為第一環(huán)形入口部分和與第一入口部分軸向偏離的第二環(huán)形入口部分，入口葉片軸向地延伸進(jìn)入第一和第二入口部分的每一個中，入口葉片限定了軸向相鄰的入口通道；其中延伸進(jìn)入第一入口部分的入口葉片的結(jié)構(gòu)與延伸進(jìn)入第二入口部分的入口葉片的結(jié)構(gòu)不同。A 口葉片可以具有任意合適的結(jié)構(gòu)，并且例如可以具有與已知入口葉片類似的大體上機(jī)翼型結(jié)構(gòu)，或者它們可以具有任意選定的備選結(jié)構(gòu)，以限定入口通道的特定設(shè)置和結(jié)構(gòu)。由于葉片和入口擋板一同限定了入口通道的結(jié)構(gòu)和定向，而由與入口擋板組合的各個噴嘴葉片的合適設(shè)計可以實(shí)現(xiàn)各種不同的入口通道。而且，設(shè)計可以使得在一個環(huán)形部分中與環(huán)形入口中的另一環(huán)形部分相比而設(shè)置不同配置的入口通道，或者可以在單一環(huán)形部分中設(shè)置不同配置的入口通道，或兩者同時。例如，延伸跨越入口的第一環(huán)形部分的葉片可以限定與延伸跨越入口的第二環(huán)形部分的葉片具有不同的渦流角?？梢栽诿總€環(huán)形部分中的環(huán)形陣列中提供入口葉片。兩個或多個環(huán)形陣列中的葉片可以具有不同的最大環(huán)向厚度。即，第一環(huán)形部分中的葉片陣列可以包括具有第一最大環(huán)向厚度的多個葉片，而在與第一環(huán)形部分軸向偏離的第二環(huán)形部分中的另一葉片陣列可以包括具有不同的第二環(huán)向最大厚度的多個葉片，第一最大環(huán)向厚度大于第二最大環(huán)向厚度，反之也是合適的。在包括三個或多個環(huán)形部分、并且因而三個或多個環(huán)形葉片陣列的實(shí)施例中，葉片的最大環(huán)向厚度的改變，在環(huán)形陣列的相鄰對之間可以逐漸減小，或者中間陣列可以擁有具有最大環(huán)向厚度的葉片，其大于或小于任一側(cè)上的葉片陣列。每個環(huán)形陣列內(nèi)的葉片可以具有相同的徑向長度，從而葉片陣列在環(huán)形入口的整個寬度上大體上是連續(xù)的?；蛘?，兩個或多個環(huán)形陣列中的葉片可以具有不同的徑向長度。例如，跨越不同陣列的所有葉片的前沿可以呈現(xiàn)相同的外徑，而不同葉片陣列的后沿半徑可以不同。在包括三個或多個軸向間隔的環(huán)形葉片陣列的實(shí)施例中，每個環(huán)形葉片陣列的后沿的徑向位置可以從第一環(huán)形陣列至相鄰的第二環(huán)形陣列而減小，而后從第二環(huán)形陣列至相鄰的第三環(huán)形葉片陣列而減小。每個環(huán)形陣列中的葉片數(shù)量可以不同。例如，可以在與僅有八個葉片的環(huán)形陣列的相同噴嘴組件中包括十五個葉片的環(huán)形陣列。其他陣列可以具有不同數(shù)量的葉片，大于十五個或者少于八個，或者兩者之間的一些值，例如十二。此外，可以使用具有不同徑向長度和不同渦流角的葉片，例如一些葉片與其他葉片相比向前掃過更多的范圍，并且從而限定更大的渦流角。對于特定的引擎應(yīng)用(諸如對于廢氣再循環(huán)，“EGR”)，可能所需的是減少入口通道的一個或多個陣列中的渦輪效率。例如，可能所需的在一些應(yīng)用中在相對打開的入口寬 度處減小效率。這種減小的效率例如可以通過減少葉片的徑向長度(如上所討論的)、增加葉片的環(huán)向?qū)挾榷鴮?shí)現(xiàn)，或者其可以配置葉片以減少有效入口區(qū)域。在一些實(shí)施例中，可以在“主”葉片的相鄰對之間定位相對小的“分流葉片”。該設(shè)置的效果是與其他實(shí)施例相比增加了總?cè)~片數(shù)量，但是這些葉片可以配備有減小的徑向長度，從而在葉片和渦輪葉輪之間存在更大的徑向間隙。在一些實(shí)施例中，分流葉片可以是有利的，以減小潤輪刀刃中激勵的振動。在一些實(shí)施例中，葉片可以在后沿的區(qū)域中具有“切斷”結(jié)構(gòu)，而不是完整的機(jī)翼結(jié)構(gòu)，可以預(yù)期其將提供降低的效率，但是其在一些應(yīng)用中可能是有用的。此外，可以在相鄰葉片之間定位障礙物，這將進(jìn)一步降低效率。至少一些延伸跨越入口的第一環(huán)形部分的葉片的后沿可以呈現(xiàn)至少一些延伸跨越入口的第二環(huán)形部分的葉片的后沿的不同半徑。在一些實(shí)施例中，延伸跨越入口的第一環(huán)形部分的所有葉片的后沿呈現(xiàn)與延伸跨越入口的第二環(huán)形部分的葉片的后沿不同的半徑。在一些實(shí)施例中，入口的一個環(huán)形部分的葉片的后沿呈現(xiàn)與延伸跨越入口的任何其他環(huán)形部分的葉片不同的最小半徑。至少大部分延伸跨越入口的環(huán)形部分的葉片的后沿可以以來大于限定環(huán)形部分的擋板的內(nèi)徑的半徑。在一些實(shí)施例中，延伸跨越環(huán)形部分的所有葉片的后沿半徑大于限定環(huán)形部分的擋板的內(nèi)徑。在一些實(shí)施例中，每個環(huán)形擋板的內(nèi)徑小于環(huán)形入口中任意葉片的前沿的半徑。根據(jù)本發(fā)明又一方面，提供了一種可變幾何形狀渦輪，包括安裝用于圍繞外殼內(nèi)的渦輪軸旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)葉輪，該外殼限定了圍繞渦輪機(jī)葉輪的環(huán)形入口，并且其限定在第一和第二入口側(cè)壁之間；以及圓柱形套筒，軸向可移動通過環(huán)形入口以改變通過入口的氣流通路的尺寸；由至少一個環(huán)形擋板將環(huán)形入口分為軸向相鄰的環(huán)形部分，所述環(huán)形擋板與第一和第二入口側(cè)壁軸向間隔開；入口葉片，軸向地延伸穿過由該或每個擋板限定的至少兩個所述環(huán)形部分，以使得將所述環(huán)形入口分成至少兩個軸向偏移的入口通道；其中所述環(huán)形部分之一中的至少一個葉片的最大外徑大于另一環(huán)形部分中的至少一個葉片。
葉片定向以偏轉(zhuǎn)通過環(huán)形入口的氣流而朝向渦輪葉輪的旋轉(zhuǎn)方向。可以在每個環(huán)形部分內(nèi)的環(huán)形陣列中提供入口葉片。至少一些延伸跨越入口的第一環(huán)形部分的葉片的前沿可以呈現(xiàn)至少一些延伸跨越入口的第二環(huán)形部分的葉片的前沿的不同半徑。在一些實(shí)施例中，延伸跨越入口的第一環(huán)形部分的所有葉片的前沿呈現(xiàn)與延伸跨越入口的第二環(huán)形部分的葉片的前沿不同的半徑。在一些實(shí)施例中，入口的一個環(huán)形部分的葉片的前沿呈現(xiàn)與延伸跨越入口的任何其他環(huán)形部分的葉片不同的最大半徑。
兩個或多個環(huán)形陣列中的葉片可以具有不同的最大外徑。即，第一環(huán)形部分中的葉片陣列可以包括具有第一最大外徑的多個葉片，而在與第一環(huán)形部分軸向偏離的第二環(huán)形部分中的另一葉片陣列可以包括具有不同的第二最大外徑的多個葉片，第一最大外徑大于第二最大外徑，或者如合適也可反之。在包括三個或多個環(huán)形部分、并且因而三個或多個環(huán)形葉片陣列的實(shí)施例中，葉片的最大外徑的改變，在環(huán)形陣列的相鄰對之間可以逐漸減小，或者中間陣列可以擁有具有最大外徑的葉片，其大于或小于任一側(cè)上的葉片陣列。與同一入口內(nèi)的一個或多個環(huán)形陣列相比，一個或多個與環(huán)形陣列內(nèi)的葉片可以具有不同的徑向長度。例如，雖然一個所述環(huán)形部分中的至少一個葉片的最大外徑大于另一環(huán)形部分內(nèi)的至少一個葉片，所述葉片可以具有大體上相同的最大內(nèi)徑，從而葉片的后沿在環(huán)形入口的整個寬度上大體上是連續(xù)的。在包括三個或多個軸向間隔的環(huán)形葉片陣列的實(shí)施例中，每個環(huán)形葉片陣列的后沿的徑向位置可以從第一環(huán)形陣列至相鄰的第二環(huán)形陣列而減小，而后從第二環(huán)形陣列至相鄰的第三環(huán)形葉片陣列而減小。還提供了一種可變幾何形狀的渦輪，其包括安裝以圍繞外殼內(nèi)渦輪軸旋轉(zhuǎn)的渦輪葉輪，該外殼限定了圍繞渦輪機(jī)葉輪的環(huán)形入口，并且其限定在第一和第二入口側(cè)壁之間；以及圓柱形套筒，軸向可移動通過環(huán)形入口以改變通過入口的氣流通路的尺寸；其中將環(huán)形入口分為第一環(huán)形入口部分和與第一入口部分軸向偏離的第二環(huán)形入口部分，入口葉片軸向地延伸進(jìn)入第一和第二入口部分的每一個中，入口葉片限定了軸向相鄰的入口通道；其中延伸進(jìn)入第一入口部分的入口葉片的結(jié)構(gòu)與延伸進(jìn)入第二入口部分的入口葉片的結(jié)構(gòu)不同。A 口葉片可以具有任意合適的結(jié)構(gòu)，并且例如可以具有與已知入口葉片類似的大體上機(jī)翼型結(jié)構(gòu)，或者它們可以具有任意選定的備選結(jié)構(gòu)，以限定入口通道的特定設(shè)置和結(jié)構(gòu)。由于葉片和入口擋板一同限定了入口通道的結(jié)構(gòu)和定向，而由與入口擋板組合的各個噴嘴葉片的合適設(shè)計可以實(shí)現(xiàn)各種不同的入口通道。而且，設(shè)計可以使得在一個環(huán)形部分中與環(huán)形入口中的另一環(huán)形部分相比而設(shè)置不同配置的入口通道，或者可以在單一環(huán)形部分中設(shè)置不同配置的入口通道，或兩者。例如，延伸跨越入口的第一環(huán)形部分的葉片可以限定與延伸跨越入口的第二環(huán)形部分的葉片具有不同的渦流角。每個環(huán)形陣列中的葉片數(shù)量可以不同。例如，可以在與僅有八個葉片的環(huán)形陣列的相同噴嘴組件中包括十五個葉片的環(huán)形陣列。其他陣列可以具有不同數(shù)量的葉片，大于十五個或者少于八個，或者兩者之間的一些值，例如十二。此外，可以使用具有不同徑向長度和不同渦流角的葉片，例如一些葉片與其他葉片相比向前掃過更多的范圍，并且從而限定更大的渦流角。對于特定的引擎應(yīng)用(諸如對于廢氣再循環(huán)，“EGR”)，可能所需的是減少入口通道的一個或多個陣列中的渦輪效率。通過減少葉片的徑向長度(如上討論)，增加葉片的環(huán)向?qū)挾瓤梢詫?shí)現(xiàn)這種減小的效率，或者其可以配置葉片以減少有效入口區(qū)域，即環(huán)形入口的窄道區(qū)域。在一些實(shí)施例中，可以在“主”葉片的相鄰對之間定位相對小的“分流葉片”。該設(shè)置的效果是與其他實(shí)施例相比增加了總?cè)~片數(shù)量，但是這些葉片可以配備有減小的徑向長度，從而在葉片和渦輪葉輪之間存在更大的徑向間隙。在一些實(shí)施例中，分流葉片可以是有利的，以減小潤輪刀刃中激勵的振動。在一些實(shí)施例中，葉片可以在后沿的區(qū)域中具有“切斷”結(jié)構(gòu)，而不是完整的機(jī)翼結(jié)構(gòu)，可以預(yù)期其將提供降低的效率，但是其在一些應(yīng)用中可能是有用的。此外，可以在相鄰葉片之間定位障礙物，這將進(jìn)一步降低效率。至少一些延伸跨越入口的第一環(huán)形部分的葉片的后沿可以呈現(xiàn)至少一些延伸跨越入口的第二環(huán)形部分的葉片的后沿的不同半徑。在一些實(shí)施例中，延伸跨越入口的第一環(huán)形部分的所有葉片的后沿呈現(xiàn)與延伸跨越入口的第二環(huán)形部分的葉片的后沿不同的半徑。在一些實(shí)施例中，入口的一個環(huán)形部分的葉片的后沿呈現(xiàn)與延伸跨越入口的任何其他
至少大部分延伸跨越入口的環(huán)形部分的葉片的后沿可以呈現(xiàn)大于限定環(huán)形部分的擋板的內(nèi)徑的半徑。在一些實(shí)施例中，延伸跨越環(huán)形部分的所有葉片的后沿半徑大于限定環(huán)形部分的擋板的內(nèi)徑。在一些實(shí)施例中，每個環(huán)形擋板的內(nèi)徑小于環(huán)形入口中任意葉片的前沿的半徑。本發(fā)明又一方面，提供了一種可變幾何形狀渦輪，包括安裝用于圍繞外殼內(nèi)的渦輪軸旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)葉輪，該外殼限定了圍繞渦輪機(jī)葉輪的環(huán)形入口，并且其限定在第一和第二入口側(cè)壁之間；以及圓柱形套筒，軸向可移動通過環(huán)形入口以改變通過入口的氣流通路的尺寸；由至少一個環(huán)形擋板將環(huán)形入口分為軸向相鄰的環(huán)形部分，所述環(huán)形擋板與第一和第二入口側(cè)壁軸向間隔開；入口葉片，軸向地延伸穿過由該或每個擋板限定的至少兩個所述環(huán)形部分，以使得將所述環(huán)形入口分成至少兩個軸向偏移的入口通道；其中所述環(huán)形部分之一中的至少一個葉片的最大外徑大于另一環(huán)形部分中的至少一個葉片，并且在所述葉片和渦輪葉輪之間限定了更大的徑向間隙。葉片定向以偏轉(zhuǎn)通過環(huán)形入口的氣流而朝向渦輪葉輪的旋轉(zhuǎn)方向。在各個葉片和渦輪葉輪之間限定了徑向間隙?？梢栽诿總€環(huán)形部分內(nèi)的環(huán)形陣列中提供入口葉片。至少一些延伸跨越入口的第一環(huán)形部分的葉片的前沿可以呈現(xiàn)至少一些延伸跨越入口的第二環(huán)形部分的葉片的前沿的不同半徑。在一些實(shí)施例中，延伸跨越入口的第一環(huán)形部分的所有葉片的前沿呈現(xiàn)與延伸跨越入口的第二環(huán)形部分的葉片的前沿不同的半徑。在一些實(shí)施例中，入口的一個環(huán)形部分的葉片的前沿呈現(xiàn)與延伸跨越入口的任何其他環(huán)形部分的葉片不同的最小半徑。兩個或多個環(huán)形陣列中的葉片可以具有不同的最大外徑。即，第一環(huán)形部分中的葉片陣列可以包括具有第一最大外徑的多個葉片，而在與第一環(huán)形部分軸向偏離的第二環(huán)形部分中的另一葉片陣列可以包括具有不同的第二最大外徑的多個葉片，第一最大外徑大于第二最大外徑，反之也是合適的。在包括三個或多個環(huán)形部分、并且因而三個或多個環(huán)形葉片陣列的實(shí)施例中，葉片的最大外徑的改變，在環(huán)形陣列的相鄰對之間可以逐漸減小，或者中間陣列可以擁有具有最大外徑的葉片，其大于或小于任一側(cè)上的葉片陣列。與同一入口內(nèi)的一個或多個環(huán)形陣列相比，一個或多個與環(huán)形陣列內(nèi)的葉片可以具有不同的徑向長度。例如，雖然一個所述環(huán)形部分中的至少一個葉片的最大外徑大于另一環(huán)形部分內(nèi)的至少一個葉片，所述葉片可以具有大體上相同的最大內(nèi)徑，從而葉片的后沿在環(huán)形入口的整個寬度上大體上是連續(xù)的。在包括三個或多個軸向間隔的環(huán)形葉片陣列的實(shí)施例中，每個環(huán)形葉片陣列的后沿的徑向位置可以從第一環(huán)形陣列至相鄰的第二環(huán)形陣列而減小，而后從第二環(huán)形陣列至相鄰的第三環(huán)形葉片陣列而減小?？梢杂商沾?、金屬或金屬陶瓷(陶瓷/金屬合成物)形成擋板、入口結(jié)構(gòu)(formation)和/或滑動套筒。金屬可以是任何鋼或鎳基合金,諸如鉻鎳鐵合金。任意或所有這些部件可以具有涂層，例如在噴嘴和套筒的滑動界面上，可以是鉆石型碳、陽極氧化或鈷基耐磨合金(tribaloy)的涂層，或者替代的耐磨損涂層?？諝鈩恿W(xué)表面可以具有涂層，以增進(jìn)光滑度或抗腐蝕性。這種涂層可以包括非沉積涂層，諸如等離子電力氧化涂層或替代涂層。可以在渦輪外殼內(nèi)的任意表面上提供妨礙或防止形成不和需要的煙垢沉積的催化劑涂層，例如在擋板、入口結(jié)構(gòu)和/或套筒，其在操作期間與廢氣接觸。在一些實(shí)施例中，優(yōu)選的是，軸向可移動的套筒可以大體上在環(huán)形入口的整個軸向?qū)挾壬弦苿?，以使得大體上閉合或完全閉合通過環(huán)形入口的氣流通路。在本發(fā)明的第一方面中，除了提供內(nèi)徑大于入口通道的外徑的套筒之外，還可以在一個或多個環(huán)形擋板的內(nèi)徑上或其附近處、一個或多個環(huán)形擋板的外徑上或其附近處或者任意中間直徑處，提供第二套筒。在本發(fā)明的第二方面中，該套筒可以提供在一個或多個環(huán)形擋板的內(nèi)徑上或其附近處、一個或多個環(huán)形擋板的外徑上或其附近處或者任意中間直徑處，然而，優(yōu)選的是，套筒的內(nèi)徑大于入口通道的外徑。優(yōu)選地，套筒關(guān)于擋板可移動。因而，優(yōu)選的是，在渦輪操作期間，擋板大體上固定在合適的位置，從而由套筒的軸向移動，而非擋板的任何移動，而實(shí)現(xiàn)渦輪環(huán)形入口的軸向?qū)挾鹊母淖儭?yōu)選的是，套筒關(guān)于入口結(jié)構(gòu)可移動，即葉片和/或提供在環(huán)形入口中的任意其他類型的流動引導(dǎo)結(jié)構(gòu)，諸如蜂窩形流動引導(dǎo)結(jié)構(gòu)。因而在操作渦輪期間，優(yōu)選地大體上將入口結(jié)構(gòu)固定在合適的位置，從而由套筒的軸向移動，而非入口結(jié)構(gòu)的任何移動，而實(shí)現(xiàn)渦輪環(huán)形入口的軸向?qū)挾鹊母淖?。在本發(fā)明的第一方面，可以是單一擋板，以將環(huán)形入口分隔成兩個軸向偏離的入口部分。作為選擇地，可以在環(huán)形入口中設(shè)置兩個軸向偏離的擋板，以使得限定三個軸向偏離的入口部分。作為又一備選方案，正如在本發(fā)明的第二方面中，可以在環(huán)形入口中設(shè)置兩個或多個軸向偏離的擋板，以使得限定三個或多個軸向偏離的入口部分。還提供了一種可變幾何形狀渦輪，其包括安裝以圍繞外殼內(nèi)渦輪軸旋轉(zhuǎn)的渦輪葉輪，該外殼限定了圍繞渦輪機(jī)葉輪的環(huán)形入口，并且其限定在第一和第二入口側(cè)壁之間；以及圓柱形套筒，軸向可移動通過環(huán)形入口以改變通過入口的氣流通路的尺寸；其中將環(huán)形 入口分為第一環(huán)形入口部分和與第一入口部分軸向偏離的第二環(huán)形入口部分，入口葉片軸向地延伸進(jìn)入第一和第二入口部分的每一個中，入口葉片限定了軸向相鄰的入口通道；其中延伸進(jìn)入第一入口部分的入口葉片的結(jié)構(gòu)與延伸進(jìn)入第二入口部分的入口葉片的結(jié)構(gòu)不同。入口葉片可以具有任意合適的結(jié)構(gòu)，并且例如可以具有與已知入口葉片類似的大體上機(jī)翼型結(jié)構(gòu)，或者它們可以具有任意選定的備選結(jié)構(gòu)，以限定入口通道的特定設(shè)置和結(jié)構(gòu)。由于葉片和入口擋板一同限定了入口通道的結(jié)構(gòu)和定向，而由與入口擋板組合的各個噴嘴葉片的合適設(shè)計可以實(shí)現(xiàn)各種不同的入口通道。而且，設(shè)計可以使得在一個環(huán)形部分中與環(huán)形入口中的另一環(huán)形部分相比而設(shè)置不同配置的入口通道，或者可以在單一環(huán)形部分中設(shè)置不同配置的入口通道，或兩者。例如，延伸跨越入口的第一環(huán)形部分的葉片可以限定與延伸跨越入口的第二環(huán)形部分的葉片具有不同的渦流角。每個環(huán)形陣列中的葉片數(shù)量可以不同。例如，可以在與僅有八個葉片的環(huán)形陣列的相同噴嘴組件中包括十五個葉片的環(huán)形陣列。其他陣列可以具有不同數(shù)量的葉片，大于十五個或者少于八個，或者兩者之間的一些值，例如十二。此外，可以使用具有不同徑向長度和不同渦流角的葉片，例如一些葉片與其他葉片相比向前掃過更多的范圍，并且從而限定更大的渦流角。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，葉片或環(huán)形葉片陣列的渦流角大于軸向偏離的葉 片或環(huán)形葉片陣列的渦流角。優(yōu)選的是，在由增加其他兩個參數(shù)而伴隨一個參數(shù)的增加的程度而言，一個葉片陣列的渦流角與軸向偏離的葉片陣列相比之間的關(guān)系，大體上類似于葉片最大內(nèi)徑和葉片和渦輪葉輪之間的間隙的改變。通過實(shí)例，其中第一葉片陣列限定了第一最大內(nèi)徑、葉片和渦輪葉輪之間的第一徑向間隔以及第一渦流角，第二軸向偏移的葉片陣列可以限定第二最大內(nèi)徑、第二徑向間隔以及第二渦流角，其中所有所述第一參數(shù)大于所有相應(yīng)的第二參數(shù)。在優(yōu)選實(shí)施例中，三個參數(shù)從入口一側(cè)至相對側(cè)而逐漸增加，更優(yōu)選地從入口的“打開側(cè)”、即最靠近最遠(yuǎn)離其中通過入口的氣流通路最狹窄的套筒的閉合位置的環(huán)形部分的一側(cè)，而朝向入口的“閉合側(cè)”、即最靠近套筒的閉合位置的環(huán)形部分。對于特定的引擎應(yīng)用(諸如對于廢氣再循環(huán)，“EGR”)，可能所需的是減少入口通道的一個或多個陣列中的渦輪效率。通過減少葉片的徑向長度(如上討論)，增加葉片的環(huán)向?qū)挾瓤梢詫?shí)現(xiàn)這種減小的效率，或者其可以配置葉片以減少有效入口區(qū)域，即環(huán)形入口的窄道區(qū)域。在一些實(shí)施例中，可以在“主”葉片的相鄰對之間定位相對小的“分流葉片”。該設(shè)置的效果是與其他實(shí)施例相比增加了總?cè)~片數(shù)量，但是這些葉片可以配備有減小的徑向長度，從而在葉片和渦輪葉輪之間存在更大的徑向間隙。在一些實(shí)施例中，分流葉片可以是有利的，以減小潤輪刀刃中激勵的振動。在一些實(shí)施例中，葉片可以在后沿的區(qū)域中具有“切斷”結(jié)構(gòu)，而不是完整的機(jī)翼結(jié)構(gòu)，可以預(yù)期其將提供降低的效率，但是其在一些應(yīng)用中可能是有用的。此外，可以在相鄰葉片之間定位障礙物，這將進(jìn)一步降低效率。至少一些延伸跨越入口的第一環(huán)形部分的葉片的前沿可以呈現(xiàn)至少一些延伸跨越入口的第二環(huán)形部分的葉片的前沿的不同半徑。在一些實(shí)施例中，延伸跨越入口的第一環(huán)形部分的所有葉片的前沿呈現(xiàn)與延伸跨越入口的第二環(huán)形部分的葉片的前沿不同的半徑。在一些實(shí)施例中，入口的一個環(huán)形部分的葉片的前沿呈現(xiàn)與延伸跨越入口的任何其他環(huán)形部分的葉片不同的最小半徑。
至少大部分延伸跨越入口的環(huán)形部分的葉片的后沿可以呈現(xiàn)大于限定環(huán)形部分的擋板的內(nèi)徑的半徑。在一些實(shí)施例中，延伸跨越環(huán)形部分的所有葉片的后沿半徑大于限定環(huán)形部分的擋板的內(nèi)徑。在一些實(shí)施例中，每個環(huán)形擋板的內(nèi)徑小于環(huán)形入口中任意葉片的前沿的半徑。根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供了一種可變幾何形狀渦輪，其包括安裝以圍繞外殼內(nèi)渦輪軸旋轉(zhuǎn)的渦輪葉輪，該外殼限定了圍繞渦輪機(jī)葉輪的環(huán)形入口，并且其限定在第一和第二入口側(cè)壁之間；以及圓柱形套筒，軸向可移動通過環(huán)形入口以改變通過入口的氣流通路的尺寸；其中將環(huán)形入口分為第一環(huán)形入口部分和與第一入口部分軸向偏離的第二環(huán)形入口部分，入口葉片軸向地延伸進(jìn)入第一和第二入口部分的每一個中，入口葉片限定了軸向相鄰的入口通道；其中延伸進(jìn)入第一入口部分的入口葉片的結(jié)構(gòu)與延伸進(jìn)入第二入口部分的入口葉片的結(jié)構(gòu)不同。將意識到，軸向偏移入口通道包括具有不同軸向位置的入口通道和/或具有不同軸向長度的入口通道。軸向偏移的入口通道可以間隔開、相鄰或軸向地重疊。
第一和第二入口部分可以彼此相鄰。延伸進(jìn)入第一入口部分的入口葉片的結(jié)構(gòu)可以與延伸進(jìn)入第二入口部分的入口葉片的結(jié)構(gòu)不同，不同之處在于延伸進(jìn)入第一入口部分的入口葉片的數(shù)量與延伸進(jìn)入第二入口部分的入口葉片的數(shù)量不同。將意識到，任意一個或多個本發(fā)明的上述限定方面的特征及其任選的特征，可以組合在一起形成可變幾何形狀渦輪中的任意所需設(shè)置，顯然地服從對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯然的技術(shù)限制。可以由陶瓷、金屬或金屬陶瓷(陶瓷/金屬合成物)形成擋板、葉片和/或滑動套筒。金屬可以是任何鋼或鎳基合金，諸如鉻鎳鐵合金。任意數(shù)量或所有的這些部件可以具有涂層，例如在噴嘴和套筒的滑動界面上，可以是鉆石型碳、陽極氧化或鈷基耐磨合金的涂層，或者替代的耐磨損涂層?？諝鈩恿W(xué)表面可以具有涂層，以增進(jìn)光滑度或抗腐蝕性。這種涂層可以包括非沉積涂層，諸如等離子電力氧化涂層或替代涂層。應(yīng)當(dāng)意識到，廢氣通常從周圍的螺旋管(volute)或腔內(nèi)流入環(huán)形入口。因而，環(huán)形入口限定在螺旋管下游，而螺旋管的下游端結(jié)束在環(huán)形入口的上游端。同樣地，螺旋管將其他傳遞至環(huán)形入口，而本發(fā)明的氣體入口通道從螺旋管接受氣體。在一些實(shí)施例，限定環(huán)形入口的第一和第二入口側(cè)壁是限定了螺旋管的連續(xù)的壁?？梢杂晌挥诃h(huán)形入口中的一個或多個擋板將環(huán)形入口分成至少兩個軸向偏移入口通道，并且其因而定位在螺旋管的下游。已經(jīng)使用單一流動螺旋管而在附圖中示出了本發(fā)明的渦輪，然而，可應(yīng)用于外殼的是，軸向的分裂開，由此將氣體從引擎的一個或多個汽缸引導(dǎo)至一個所分隔開的螺旋管，而將來自一個或多個其他汽缸的氣體引導(dǎo)至不同的螺旋管。同樣可能的是，環(huán)向地分離渦輪外殼，以提供多個環(huán)向分隔開的螺旋管，或者甚至環(huán)形和軸向地同時分離渦輪外殼。然而，應(yīng)當(dāng)意識到，軸向或環(huán)向分離的螺旋管與本發(fā)明的渦輪中存在的多個氣體入口通道不同。例如，氣體入口通道涉及一種噴嘴結(jié)構(gòu)，其設(shè)置以加速從螺旋管接收朝向渦輪的廢氣，并且任選地隨著其加速而調(diào)整而控制氣體的渦流角。形成本發(fā)明的部分的多個氣體入口通道與分離的螺旋管設(shè)置的其他區(qū)別在于，雖然氣體入口通道從螺旋管(或者已分離的氣體)接受氣體，并且將氣體分離至朝向渦輪上的通路陣列中，分離的螺旋管從廢氣支管接受氣體，以使得維持由各個引擎汽缸打開時間產(chǎn)生的氣體脈沖的氣體速度。將意識到，軸向偏移的入口通道包括具有不同軸向位置的入口通道和/或具有不同軸向長度的入口通道。軸向偏移的入口通道可以間隔開、相鄰或軸向地重疊。


根據(jù)下列說明書，本發(fā)明的有利和優(yōu)選特征將是顯然的。現(xiàn)在將參考隨附附圖而僅通過實(shí)例描述本發(fā)明的特定實(shí)施例，其中圖I是通過常規(guī)渦輪增壓器的軸向橫截面。圖2a是通過根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的渦輪螺旋管和渦輪的環(huán)形入口的軸向橫截面；
圖2b是通過根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的渦輪螺旋管和渦輪的環(huán)形入口的軸向橫截面；圖2c是通過根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的渦輪螺旋管和渦輪的環(huán)形入口的軸向橫截面；圖2d是通過根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的渦輪螺旋管和渦輪的環(huán)形入口的軸向橫截面；圖2e是通過根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的渦輪螺旋管和渦輪的環(huán)形入口的軸向橫截面；圖3是形成根據(jù)圖2a的實(shí)施例的渦輪部分的噴嘴結(jié)構(gòu)的一部分的部件的透視圖，其包括入口側(cè)壁、擋板、葉片和軸向可滑動套筒；圖4是形成根據(jù)圖2b的實(shí)施例的渦輪部分的噴嘴結(jié)構(gòu)的一部分的部件的透視圖，其包括入口側(cè)壁、擋板、葉片和軸向可滑動套筒——(A)是噴嘴結(jié)構(gòu)的所述部分的透視圖，(B)示出了三個葉片陣列及其各個側(cè)壁或擋板的徑向橫截面視圖，而(C)示出了所述三個葉片陣列的每一個中的葉片的詳細(xì)視圖；圖5是形成根據(jù)圖2c的實(shí)施例的渦輪部分的噴嘴結(jié)構(gòu)的一部分的部件的透視圖，其包括入口側(cè)壁、擋板、葉片和軸向可滑動套筒——(A)是噴嘴結(jié)構(gòu)的所述部分的透視圖，(B)示出了三個葉片陣列及其各個側(cè)壁或擋板的徑向橫截面視圖，而(C)示出了所述三個葉片陣列的每一個中的葉片的詳細(xì)視圖；圖6是形成根據(jù)圖2d的實(shí)施例的渦輪部分的噴嘴結(jié)構(gòu)的一部分的部件的透視圖，其包括入口側(cè)壁、擋板、葉片和軸向可滑動套筒——(A)是噴嘴結(jié)構(gòu)的所述部分的透視圖，而(B)示出了三個葉片陣列及其各個側(cè)壁或擋板的徑向橫截面視圖；圖7是形成根據(jù)圖2e的實(shí)施例的渦輪部分的噴嘴結(jié)構(gòu)的一部分的部件的透視圖，其包括入口側(cè)壁、擋板、葉片和軸向可滑動套筒——(A)是噴嘴結(jié)構(gòu)的所述部分的透視圖，而(B)示出了三個葉片陣列及其各個側(cè)壁或擋板的徑向橫截面視圖；圖8a至8c是本發(fā)明的又一實(shí)施例的示意圖；圖9a至9c是本發(fā)明的又一實(shí)施例的示意圖；圖IOa至IOe示意性地示出了本發(fā)明又一實(shí)施例的部件；圖Ila至Ile示意性地示出了本發(fā)明又一實(shí)施例的部件；
圖12a至12e示意性地示出了本發(fā)明又一實(shí)施例的部件；以及圖13a至13f是圍繞根據(jù)本發(fā)明各個實(shí)施例的各個入口結(jié)構(gòu)的環(huán)向的一部分的徑向視圖的各個示意圖。
具體實(shí)施例方式參考圖I渦輪增壓器包括渦輪1，其經(jīng)由中心支承外殼3而連接至壓縮機(jī)2。渦輪I包括渦輪葉輪4，用于在渦輪外殼5中旋轉(zhuǎn)。類似地，壓縮機(jī)2包括壓縮機(jī)葉輪6，其可以在壓縮機(jī)外殼7中旋轉(zhuǎn)。渦輪葉輪4和壓縮機(jī)葉輪6安裝在共同的渦輪增壓器軸桿8的相對端上，所述渦輪增壓器軸桿8延伸通過中心支承外殼。渦輪外殼5具有廢氣入口螺旋管9，其定位環(huán)形地圍繞渦輪葉輪4和軸向廢氣出口 10。壓縮機(jī)外殼7具有軸向空氣攝入通道11以及設(shè)置環(huán)形地圍繞壓縮機(jī)葉輪6的壓縮空氣出口螺旋管12。渦輪增壓器軸桿8在封裝的軸頸軸承13和14上旋轉(zhuǎn)分別朝向支承外殼3的渦輪端和壓縮機(jī)端。壓縮機(jī)端軸承14還包括止推軸承15，其與具有甩油環(huán)16的油 封組件相互作用。從內(nèi)燃機(jī)的油路系統(tǒng)，經(jīng)由進(jìn)油口 17而將油供應(yīng)至支承外殼，并且通過油管18而將油饋送至軸承組件。在使用中，通過廢氣通道而將渦輪葉輪4從環(huán)形廢氣入口 9旋轉(zhuǎn)至廢氣出口 10，其依次旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)葉輪6，其由此提取入口空氣通過壓縮機(jī)入口 11，并且經(jīng)由壓縮機(jī)出口螺旋管12而將增壓的空氣遞送至內(nèi)燃機(jī)(未示出)的入口。在圖2a中，示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的渦輪22的渦輪螺旋管20和環(huán)形入口 21。在入口 21上等軸地間隔兩個環(huán)形擋板23a、23b，其與入口的內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁24、25—同限定了等軸寬度的三個軸向偏移的環(huán)形入口部分26a、26b、26c。具有不同設(shè)置的各個環(huán)形葉片陣列27a、27b、27c軸向地延伸跨越三個入口部分26a_c的每一個，以使得限制通過環(huán)形陣列27a-c的氣流可到達(dá)的該區(qū)域，以區(qū)分長度。圖3是形成根據(jù)圖2a的實(shí)施例的渦輪的一部分的噴嘴結(jié)構(gòu)的一部分的部件的圖示。噴嘴結(jié)構(gòu)的透視圖示為包括入口側(cè)壁30、第一和第二軸向間隔的擋板31a、31b、三個環(huán)形的軸向延伸葉片陣列32a、32b、32c以及軸向可滑動的套筒33。每個葉片陣列32a_c包括多個葉片34a、34b、34c。在三個陣列32a_c中，最遠(yuǎn)離套筒33的“閉合位置”的陣列32c，即當(dāng)套筒33覆蓋整個渦輪入口并且與側(cè)壁30重疊時，包括雖小數(shù)量的葉片34c。中間陣列32b包含更多的葉片32b，而最靠近套筒33的“閉合位置”的陣列32a、即位于一側(cè)被入口側(cè)壁30包圍的環(huán)形入口部分中的陣列32a，包含最大數(shù)量的葉片34a。這樣，最靠近套筒33的“閉合位置”的陣列32a呈現(xiàn)了通過環(huán)形入口的氣流的最大限制，而位于最遠(yuǎn)離套筒33的“閉合位置”的陣列32c呈現(xiàn)了通過環(huán)形入口的氣流的最小限制。
在圖2b中，示出了根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的渦輪122的渦輪螺旋管120和環(huán)形入口 121。在入口 121上等軸地間隔兩個環(huán)形擋板123a、123b，其與入口的內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁124、125—同限定了等軸寬度的三個軸向偏移的環(huán)形入口部分126a、126b、126c。具有不同最大環(huán)向厚度、即徑向橫截面寬度的各個環(huán)形葉片陣列127a、127b、127c軸向地延伸跨越三個入口部分126a-c的每一個，例如如圖4B或4C中所示。圖4是形成根據(jù)圖2b的實(shí)施例的渦輪的一部分的噴嘴結(jié)構(gòu)的一部分的部件的圖 示。在圖4(A)中示出了噴嘴結(jié)構(gòu)的透視圖，并且其包括入口側(cè)壁130、第一和第二軸向間隔的擋板131a、131b、三個環(huán)形的軸向延伸的葉片陣列132a、132b、132c以及軸向可滑動的套筒133。圖4(B)示出了包括在圖4(A)中所示的噴嘴結(jié)構(gòu)中的三個環(huán)形葉片陣列132a-c。圖4(C)示出了三個葉片陣列132a-c的每一個中的各個葉片134a、134b、134c的詳細(xì)徑向橫截面視圖。每個陣列132a-c中的每個葉片134a-c的環(huán)向厚度由圖4(C)中的每個葉片134a-c中的雙向箭頭所示。正如從圖4(B)和4(C)中可觀察得的，離套筒133的“閉合位置”最遠(yuǎn)的陣列132c中的葉片134c、即當(dāng)套筒133覆蓋整個渦輪入口并且與側(cè)壁130重疊時，與中間陣列132b的葉片134b相比，環(huán)向更薄并且由此限定了更小的徑向橫截面區(qū)域，所述中間陣列132b的葉片134b依次地與最靠近套筒133的“閉合位置”的陣列132a中的葉片134a、即位于一側(cè)由入口側(cè)壁130所包圍的環(huán)形入口部分內(nèi)的葉片134a相比，環(huán)向更薄。在圖4所示的實(shí)施例中，三個葉片陣列132a_c各自包含相同總數(shù)量的葉片134a_c，并且均限定了類似的渦流角。然而將意識到，在備選實(shí)施例中，陣列中的葉片數(shù)量可以根據(jù)陣列 而變化，和/或陣列中葉片所限定的渦流角可以與同一噴嘴結(jié)構(gòu)中其他陣列的葉片限定的渦流角不同。圖2c中，示出了根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的渦輪222的渦輪螺旋管220和環(huán)形入口221。在入口 221上等軸地間隔兩個環(huán)形擋板223a、223b，其與入口的內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁224、225 —同限定了等軸寬度的三個軸向偏移的環(huán)形入口部分226a、226b、226c。具有不同最大環(huán)向厚度、即徑向橫截面寬度的各個環(huán)形葉片陣列227a、227b、227c軸向地延伸跨越三個入口部分226a-c的每一個，例如如圖5B或5C中所示。圖5是形成根據(jù)圖2c的實(shí)施例的渦輪的一部分的噴嘴結(jié)構(gòu)的一部分的部件的圖示。在圖5(A)中示出了噴嘴結(jié)構(gòu)的透視圖，并且其包括入口側(cè)壁230、第一和第二軸向間隔的擋板231a、231b、三個環(huán)形的軸向延伸的葉片陣列232a、232b、232c以及軸向可滑動的套筒233。圖5(B)示出了包括在圖5(A)中所示的噴嘴結(jié)構(gòu)中的三個環(huán)形葉片陣列232a_c。圖5(C)示出了三個葉片陣列232a-c的每一個中的各個葉片234a、234b、234c的詳細(xì)徑向橫截面視圖。每個陣列232a-c中的每個葉片234a-c的環(huán)向厚度由圖5(C)中的每個葉片234a-c中的雙向箭頭所示。正如從圖5(B)和5(C)中可觀察得的，離套筒233的“閉合位置”最遠(yuǎn)的陣列232c中的葉片234c、即當(dāng)套筒233覆蓋整個渦輪入口并且與側(cè)壁230重疊時，具有更薄的前沿235c，其依次地與最靠近套筒233的“閉合位置”的陣列232a中的葉片234a、即位于一側(cè)由入口側(cè)壁230所包圍的環(huán)形入口部分內(nèi)的葉片234a相比，前沿更薄。不考慮前沿厚度的差另U，三個葉片陣列232a-c中的葉片234a-c都具有大體上相等的環(huán)向厚度(由圖5(C)中的每個葉片內(nèi)的雙向箭頭所示))。在另外的實(shí)施例中，在三個陣列232a-c中的葉片234a-c可以具有不同的最大環(huán)向厚度，例如，具有最厚前沿235a的葉片陣列232a，與其他兩個陣列232b-c相比，還可以具有最大的最大環(huán)向厚度。在圖5所示的實(shí)施例中，三個葉片陣列232a-c各自包含相同總數(shù)量的葉片234a-c，并且均限定了類似的渦流角。然而將意識到，在備選實(shí)施例中，陣列中的葉片數(shù)量可以根據(jù)陣列而變化，和/或陣列中葉片所限定的渦流角可以與同一噴嘴結(jié)構(gòu)中其他陣列的葉片限定的渦流角不同。圖2d中，示出了根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的渦輪322的渦輪螺旋管320和環(huán)形入口321。在入口 321上等軸地間隔兩個環(huán)形擋板323a、323b，其與入口的內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁324、325 一同限定了等軸寬度的三個軸向偏移的環(huán)形入口部分326a、326b、326c。具有不同最大環(huán)向厚度、即徑向橫截面寬度的各個環(huán)形葉片陣列327a、327b、327c軸向地延伸跨越三個入口部分326a-c的每一個。正如從圖2d中可見，與兩個其他葉片327b_c相比，葉片327a具有較小的徑向長度，并且因而限定了更小的最大外徑。圖6是形成根據(jù)圖2d的實(shí)施例的渦輪的一部分的噴嘴結(jié)構(gòu)的一部分的部件的圖示。在圖6(A)中示出了噴嘴結(jié)構(gòu)的透視圖，并且其包括入口側(cè)壁330、第一和第二軸向間隔的擋板331a、331b、三個環(huán)形的軸向延伸的葉片陣列332a、332b、332c以及軸向可滑動的套筒333。圖6(B)示出了包括在圖6(A)中所示的噴嘴結(jié)構(gòu)中的三個環(huán)形葉片陣列332a_c。每個葉片陣列332a-c由徑向橫截面外形類似的等角度間隔的葉片334a、334b、334c而構(gòu)成，其中每個葉片334a-c的前沿厚度相同，每個葉片334a-c的最大環(huán)向厚度相同，而每個葉片334a-c的徑向橫截面區(qū)域相同。正如從圖6(B)中可觀察得的，離套筒333的“閉合位置”最遠(yuǎn)的陣列332b_c中的葉片334b-c、即當(dāng)套筒333覆蓋整個渦輪入口并且與側(cè)壁330重疊時，與最接近套筒333的“閉合位置”的陣列332a中的葉片334a、即位于一側(cè)由入口側(cè)壁330所包圍的環(huán)形入口部分中的葉片334a相比，徑向地向外延伸至更大的長度，并且由此限定了更大的最大外徑。在 圖6所示的實(shí)施例中，三個葉片陣列332a-c中的葉片334a_c的后沿位于相同的內(nèi)徑，即限定了相同的最大內(nèi)徑。然而，無需是這種情況。一個或多個陣列332a-c與一個或多個其他陣列332a-c相比，限定了更大的最大內(nèi)徑。而且，在又一備選實(shí)施例中，葉片陣列332a-c可以各自限定不同的最大外徑。在圖6所示的實(shí)施例中，三個葉片陣列332a_c各自包含相同總數(shù)量的葉片334a_c，并且均限定了類似的渦流角。然而將意識到，在備選實(shí)施例中，陣列中的葉片數(shù)量可以根據(jù)陣列而變化，和/或陣列中葉片所限定的渦流角可以與同一噴嘴結(jié)構(gòu)中其他陣列的葉片限定的渦流角不同。圖2e中，示出了根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的渦輪422的渦輪螺旋管420和環(huán)形入口421。在入口 421上等軸地間隔兩個環(huán)形擋板423a、423b，其與入口的內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁424、425—同限定了等軸寬度的三個軸向偏移的環(huán)形入口部分426a、426b、426c。具有不同最大環(huán)向厚度、即徑向橫截面寬度的各個環(huán)形葉片陣列427a、427b、427c軸向地延伸跨越三個入口部分426a-c的每一個。正如從圖2e中可見，與中間葉片427b相比，葉片427a具有較小的徑向長度，并且因而限定了更大的最大內(nèi)徑以及葉片427a和渦輪葉輪428之間的更大徑向間隔。以類似的方式，中間葉片陣列427b與葉片427c相比，具有更小的徑向長度，并且限定了更大的最大內(nèi)徑以及葉片427b和渦輪葉輪428之間的更大徑向間隔。下文將參考圖7對其進(jìn)一步描述。圖7是形成根據(jù)圖2e的實(shí)施例的渦輪的一部分的噴嘴結(jié)構(gòu)的一部分的部件的圖示。在圖7(A)中示出了噴嘴結(jié)構(gòu)的透視圖，并且其包括入口側(cè)壁430、第一和第二軸向間隔的擋板431a、431b、三個環(huán)形的軸向延伸的葉片陣列432a、432b、432c以及軸向可滑動的套筒433。圖7(B)示出了包括在圖7(A)中所示的噴嘴結(jié)構(gòu)中的三個環(huán)形葉片陣列432a_c。每個葉片陣列432a-c由徑向橫截面外形類似的等角度間隔的葉片434a、434b、434c而構(gòu)成，其中每個葉片434a-c的前沿厚度相同，每個葉片434a-c的最大環(huán)向厚度相同，而每個葉片434a-c的徑向橫截面區(qū)域相同。正如從圖7(B)中可觀察得的，離套筒433的“閉合位置”最遠(yuǎn)的陣列432c中的葉片434c、即當(dāng)套筒433覆蓋整個渦輪入口并且與側(cè)壁430重疊時，徑向地向內(nèi)延伸更大的長度，并且與中間葉片陣列432b相比限定了更小的最大外徑，從而，其定義了與最靠近套筒433的“閉合位置”的陣列432a中的葉片434a、即位于一側(cè)由入口側(cè)壁430包圍的環(huán)形入口部分中的葉片434a相比更小的最大內(nèi)徑。另外，限定在葉片434a-c和渦輪葉輪(圖7中未示出)之間的徑向間隔，從最遠(yuǎn)離套筒的閉合位置的陣列434c向至最接近套筒的閉合位置的陣列434a逐漸增加。由于每個陣列434a-c中葉片432a_c的不同方向，由葉片陣列434a-c所產(chǎn)生的渦流角也從最遠(yuǎn) 離閉合位置的陣列434c至最接近閉合位置的陣列434a逐漸增加。在圖7中所示的實(shí)施例中，三個陣列432a_c中的葉片434a_c的前沿都位于相同的外徑上、即限定了相同的最大外徑。然而，并不需要是這種情況。一個或多個陣列432a_c與一個或多個其他陣列432a_c相比，限定了更大的最大內(nèi)徑。而且，在又一備選實(shí)施例中，兩個葉片陣列432a-c可以限定與其他陣列432a-c不同的第一最大內(nèi)徑。在圖7所示的實(shí)施例中，三個葉片陣列432a_c各自包含相同總數(shù)量的葉片434a_c。然而將意識到，在備選實(shí)施例中，同一噴嘴結(jié)構(gòu)中，陣列中的葉片數(shù)量可以根據(jù)陣列而變化。現(xiàn)在參考圖8a，可見的是，葉片537在跨越渦輪環(huán)形入口的整個寬度上并非連續(xù)，而非限定入口通道539a-539d的每個環(huán)形陣列的葉片具有不同的徑向長度。雖然所有葉片537的前沿位于相同的外徑，但是葉片的后沿半徑不同，其中每個環(huán)形葉片陣列后沿的徑向位置從第一環(huán)形陣列539a至第四環(huán)形陣列539d逐漸減小。此外，可見的是，入口擋板538a-538c與至少一部分葉片537相比，具有更大的徑向長度(在所示實(shí)施例中，其大于任意葉片)。S卩，雖然它們與葉片537具有大體上相同的外徑，但是擋板538a-538c的內(nèi)徑顯著地小于葉片537的內(nèi)徑，從而與葉片537相比，擋板538a-538c進(jìn)一步延伸朝向渦輪葉輪505。在該特定的實(shí)施例中，每個擋板538a-538c具有相等的徑向尺寸，但是在其他實(shí)施例中并非該情況。此外，其中擋板與葉片相比延伸更靠近渦輪葉輪的實(shí)施例可以包括所有葉片具有相同的徑向長度的實(shí)施例。為了提供顯著的渦輪效率改進(jìn)，擋板的徑向長度優(yōu)選大于至少未如同擋板一樣延伸靠近機(jī)輪的那些葉片的徑向長度的110%，更優(yōu)選地大于120%。在至少一些氣體通道具有相對徑向的渦流方向(例如，與環(huán)向呈大于40度的平均角度)處，擋板的徑向伸長優(yōu)選地大于至少未如同擋板一樣延伸靠近機(jī)輪的那些葉片的徑向長度的120%，更優(yōu)選地大于140%。在至少一些氣體通道具有非常的徑向的渦流方向(例如，與環(huán)向呈大于60度的平均角度)處，擋板的徑向伸長優(yōu)選地大于至少未如同擋板一樣延伸靠近機(jī)輪的那些葉片的徑向長度的140%，更優(yōu)選地大于160%。同樣地根據(jù)圖8a顯然的是，入口擋板538a_538c的軸向間隔是不規(guī)則的，從而雖然入口通道539b和539c的環(huán)形陣列的寬度相同，但是環(huán)形陣列539a的軸向?qū)挾却笥?38b和538c的軸向?qū)挾?，而環(huán)形陣列539d的軸向?qū)挾刃∮谳S向陣列538b和538c的軸向?qū)挾取ｋm然根據(jù)圖8a并非顯然，但是在圖Sb和Sc中所示，每個環(huán)形陣列539a至539d中的葉片數(shù)量可以不同。例如，圖8b示出了十五個葉片的環(huán)形陣列，而圖Sc示出了僅八個葉片的環(huán)形陣列，其可以包括在相等的噴嘴組件中。其他陣列可以具有不同數(shù)量的葉片，大于十五或者小于八，或者其間的數(shù)量(例如十二)。此外，圖8b和Sc示出了徑向長度不同和渦流角不同的葉片(即圖Sc中可見的葉片，與圖Sb中所示的葉片相比，向前掠過更大的范圍，并且同樣地具有更大的渦流角)。本發(fā)明因而向特定需求和效率曲線，提供了較大的彎曲度，以最優(yōu)化噴嘴的各個特征。例如，在如圖8a至8c中所示的本發(fā)明的一個實(shí)施例中，在陣列539d可以有八個葉片，在每個陣列539b和539c中具有十二個葉片，而在陣列539a中具有十五個葉片。渦流角可以在陣列539d中最大，并且向陣列539a逐漸減小。這僅是一個實(shí)例，并且將意識到，許多其他變化也是可能的。各種因素可以影響特定的噴嘴設(shè)計，其可以包括最小化渦輪高循環(huán)疲勞(即最小化刃上的強(qiáng)制函數(shù))，并且最優(yōu)化或者適應(yīng)渦輪的效率和吞咽能力(例如，在快入口開口處提供低效率，這在一些應(yīng)用中是有用的，諸如如下所述的EGR引擎)。例如，在一個實(shí)施例中，套筒530從入口的渦輪外殼側(cè)啟動，從而隨著入口閉合而其自由端移動朝向入口的支承外殼側(cè)(下文將更詳細(xì)地討論該可能性)，入口通道539c和539d的陣列更不可能激勵渦輪刀刃的振動和疲勞，因?yàn)闇u輪前沿的轂端更剛性地連接至渦輪轂(由于其更靠近渦輪葉輪背面)。在本發(fā)明的一些應(yīng)用中，可能所需的是最大化較小的 入口開口處的渦輪效率，并且因而，假設(shè)由于渦輪刀刃更剛性地支撐在該區(qū)域中而未引起任何顯著的振動/疲勞問題，那么葉片陣列539c和539d可相對于渦輪葉輪而具有減小的間隙(如圖所示)，以提升效率。此外，當(dāng)套筒位于幾乎閉合位置(其中套筒530的前沿延伸超出入口擋板538c的位置)時，增加陣列539d的葉片的渦流角可以提供微小的效率增力口。其附加效果是，當(dāng)套筒幾乎閉合時，減小了橫截面流動區(qū)域作為套筒移動的函數(shù)而改變的速率，這允許致動器更精確地控制橫截面流動區(qū)域。對于一些引擎應(yīng)用(諸如EGR)，可能需要的是在一個或多個入口通道陣列539a-539d中減小渦輪效率。例如，在一些應(yīng)用中可能需要的是在相對打開的入口寬度處減小效率。例如通過減少葉片的徑向長度(如上討論)，增加葉片的環(huán)向?qū)挾瓤梢詫?shí)現(xiàn)這種減小的效率，或者其可以配置葉片以減少有效入口區(qū)域，即環(huán)形入口的窄道區(qū)域。還可以通過向流動提供其他障礙而進(jìn)一步減小入口區(qū)域，例如軸向延伸進(jìn)入通道的柱桿?？梢詼p小陣列的軸向?qū)挾纫詼p少效率摩擦損耗，而可以配置葉片的渦流角而提供混合的渦流。其他實(shí)例(未示出)可以包括類似且均勻間隔的柱桿的環(huán)、兩個或多個同心的柱桿環(huán)、不均勻且隨機(jī)分布的柱桿的環(huán)或者甚至設(shè)置反轉(zhuǎn)氣流的渦流角(即以與渦輪相反的方向旋轉(zhuǎn)氣體)的葉片環(huán)。圖9a_9c是示出支撐葉片537的入口擋板538的軸向截面，其中示出了可以限定入口通道的任意給定環(huán)向陣列的葉片陣列的其他可能實(shí)例。在圖9a中，相對少量的葉片537具有相對高的渦流角。此外，葉片相對“厚”，并且延伸相對小的內(nèi)徑，以提供圍繞渦輪葉輪的相對小的徑向間隙。采用這種設(shè)置，致動器更易于實(shí)現(xiàn)對橫截面流動區(qū)域的高分辨率公職，因?yàn)閷τ诮o定套筒移動，其改變較少。增加的渦流對于對應(yīng)于相對小入口寬度的葉片陣列可能是有用的，這可以提供微小的效率改進(jìn)。在圖9b的實(shí)施例中，相對小的“分流葉片” 537a位于主葉片537的相鄰對之間。在該情況下，與圖9a的實(shí)施例相比葉片數(shù)量增加，但是葉片徑向長度減小，從而在葉片和渦輪葉輪之間具有更大的徑向間隔。分流葉片在一些實(shí)施例中可能是有利的，以減小在渦流刀刃中激勵的振動。在圖9c的實(shí)施例中，葉片具有“切斷”結(jié)構(gòu)，而不是完整的機(jī)翼結(jié)構(gòu)，可以預(yù)期其將提供降低的效率，這在一些應(yīng)用中可能是有用的。此外，障礙物537b位于相鄰的葉片537之間，這將進(jìn)一步降低效率。在圖IOa-IOeUla-Ile和12a_12e中示出了根據(jù)本發(fā)明的噴嘴組件的其他可能實(shí)施例。在各種情況下，每幅附圖a-d是示出入口通道539的特定環(huán)形陣列的葉片的軸向橫截面視圖，其作為整體一同構(gòu)成了噴嘴組件中入口通道的五個相鄰環(huán)形陣列。每幅附圖e是圖a-d的所有葉片的組合位置的圖示。首先參考圖IOa-IOe,可見的是，環(huán)形陣列539a_539d包括不同數(shù)量的葉片，這對于一些實(shí)施例可能具有不同的結(jié)構(gòu)，諸如曲率和/或渦流角和/或徑向長度和/或厚度等。然而，在每個陣列中，存在前沿在0° (在圖中可見葉片陣列的頂部)以及在120°和240°的葉片。這提供了作為整體而跨越組件寬度(而因而作為整理跨越入口寬度)的支撐邊沿，這可能有助于引導(dǎo)用于改變?nèi)肟趯挾鹊奶淄?。采用常?guī)的噴嘴陣列時，其中葉片延伸跨越整個入口寬度，并且圍繞入口的圓周平均分布，隨著渦輪刀刃掃過葉片的后沿，其形成均勻圖案的葉片渦區(qū)(vane wake)，并且因而經(jīng)受一個或多個主振動頻率。根據(jù)渦輪速度，這些振動頻率可以與刀刃的固有振動模式匹配，導(dǎo)致形成金屬疲勞的共振激勵。然而，采用本發(fā) 明的所示實(shí)施例，具有多種不同圖案的葉片渦區(qū)，每一個可以以特定速度激勵刀刃振動，但是比刀刃環(huán)向?qū)R時較不強(qiáng)烈?，F(xiàn)在參考圖12a至12e，可見的是非常類似于圖IOa至IOe的實(shí)施例，除了 120°的葉片已經(jīng)移動至112. 5°，而240°的葉片已經(jīng)移動至225° (將意識到，這些是非限制性實(shí)例位置，而可以選擇其他位置，包括角度在120° /240°上輕微改變的反向設(shè)置)。因此，一些葉片的位置(在0°和240°之間)一同略微改變，而其他葉片改變分離(從240°直到360° /0° )。這可以緩解由通過每個葉片和相應(yīng)渦區(qū)的渦輪刀刃而引起的振動(即從圖12a中的陣列的9級激勵，圖12b中的12級，圖12d中的15級)。這是因?yàn)椋绻谝?壓縮)葉片組可以以開始引起振動的速率通過，那么其后將是以不激勵振動的不同頻率通過的第二(延長的)葉片組。隨后，再次由第一(壓縮)葉片組引起共振頻率處的振動，但是出于錯誤的相位角等?，F(xiàn)在，由葉片表示的氣流阻塞量低于每個附圖12a、12b和12d的上部左側(cè)。這通常將引起相當(dāng)大的一階振動(一階振動是由渦輪一側(cè)和另一側(cè)之間的氣流振動引起的，因而如果渦輪以其刀刃的諧振頻率之一旋轉(zhuǎn)時，將引起振動)。如果這是成問題的，那么一個選擇是提供至少一個葉片陣列(該情況下為在圖12c中示出的第三陣列)，其中在“延長”區(qū)域中具有額外的葉片，從而在該區(qū)域中，作為替代地葉片“壓縮”在一起。當(dāng)滑動套筒處于一個或少量位置時，這將是有效的。圖Ila至Ile的實(shí)施例示出了修改，其可以額外提供或者作為圖12a至12e的備選方案。在此，延長區(qū)域(240°至360° )中的葉片加厚以補(bǔ)償葉片角密度的減小。作為選擇地或者作為附加，壓縮區(qū)域(120°至240° )中的葉片可以更薄。與其改變刀刃厚度，更可能的是改變道人的其他特征，諸如舉例而言，改變刀刃長度。在上述的本發(fā)明實(shí)施例中，每個入口擋板均是環(huán)形的，并且同樣地圍繞入口的整個周長而延伸。然而，可以認(rèn)為每個入口擋板包括限定在相鄰入口葉片(或葉片部分)之間的相鄰擋板部分的環(huán)形陣列。在一些實(shí)施例中(未示出)，每個擋板538的擋板“部分”可以對齊以限定各個環(huán)形擋板。然而，在備選實(shí)施例中，例如可能需要的是有效地省略一些擋板部分，并且在一些實(shí)施例中，可能不再可能識別環(huán)形地圍繞入口中整個周長延伸的單一入口擋板的等效結(jié)構(gòu)。在圖13a至13f中示出了各個備選實(shí)施例的非限制性實(shí)例。這些附圖是各個實(shí)施例的周長的未展開部分的示意性徑向視圖。圖13a示出了其中入口葉片部分537a_537d在相鄰入口擋板538之間以及擋板538和側(cè)壁532、533之間延伸的實(shí)施例。沒有一個入口葉片537在跨越擋板538上是連續(xù)的，其效果是各個入口通道539設(shè)置成環(huán)向交錯的環(huán)形陣列539a-539b (在軸向相鄰的通道539之間具有環(huán)向重疊)。
圖13b是圖8a中所示實(shí)施例的修改方案，其中一些葉片537確實(shí)延伸跨越入口的整個寬度，然而其他葉片部分僅在相鄰擋板538之間或在擋板538和使能入口壁532/533之間延伸。同樣地，設(shè)置有四個環(huán)形陣列與入口通道539a-539d環(huán)向相鄰，但是在該情況下每個環(huán)形陣列包括尺寸不同的入口通道539，在該情況下，一些具有矩形橫截面，而另一些具有正方形橫截面。圖13c示出了本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中入口葉片537分別從側(cè)壁532和533延伸，但是其中沒有單一入口葉片537在入口的整個寬度上延伸。該情況下的效果是在通道539a-539b中創(chuàng)建了環(huán)向相鄰的四個環(huán)形陣列，其中與每個側(cè)壁532和533相鄰的通道具有矩形的橫截面，而限定在擋板538之間的通道53%和539c具有大體上正方形的橫截面。圖13d示出了一個實(shí)施例，其中入口葉片537僅延伸跨越入口整個寬度的半程，在該情況下，從側(cè)壁532延伸到中央入口擋板538b。在這種情況中僅有入口通道539a和539b的兩個環(huán)形陣列，然而，539c和539d的“陣列”各自分別由單一環(huán)形通道539c和539d而替換。雖然可以提供單一“無葉片”空間539d，不具有葉片或與其交叉的結(jié)構(gòu)，但是如果提供了兩個無葉片空間(如圖13d中所示)，那么分離它們的擋板將需要支撐。這可能例如是在中心擋板和相鄰擋板或側(cè)壁之間的渦輪入口周圍間隔開的至少三個軸向延伸的小支柱的形式。在側(cè)壁532或533中之一和通道的環(huán)形陣列(即在渦輪入口的一個軸向端處)之間的單一無葉片空間519c可能是非常有利的。通過包括當(dāng)套筒完全打開時將暴露的無葉片空間，可以相當(dāng)大地增加可變幾何形狀渦輪的流動范圍。任選地，無葉片空間的徑向外側(cè)入口在軸向上比徑向內(nèi)側(cè)的出口(未示出)更寬。圖13e和13f的實(shí)施例還包括不存在任何葉片的至少一個環(huán)形入口通道。在圖13e的實(shí)施例中，存在單一入口擋板538，而葉片537從側(cè)壁532延伸至入口擋板538，而非從入口擋板538延伸至側(cè)壁533。這增加了相鄰入口通道539a的第一環(huán)形陣列和單一環(huán)形入口通道539b。圖13f是圖13e中所示實(shí)施例的極端實(shí)例，其中僅示出了單一葉片537，其從側(cè)壁532延伸至單一入口擋板538。當(dāng)附圖僅示出了單一葉片537時，應(yīng)當(dāng)理解存在直徑相對的葉片537，從而在第一環(huán)形陣列中存在兩個相鄰的半環(huán)形入口部分539a以及軸向相鄰的單一環(huán)形入口通道53%。在實(shí)踐中，不太可能存在對本發(fā)明的任何應(yīng)用，其將近需要單一對的直徑相對葉片537。在一些實(shí)施例中，可能具有至少6個葉片，以有助于確保葉片的端部足夠靠近在一起，而無需不合實(shí)際的長并且引起多余的氣體摩擦。這還有助于使氣體相對均勻地形成漩渦(例如，圍繞圓周的恒定渦流角)，這采用少于6個葉片可能難以實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施例中，可能具有至少9個葉片，優(yōu)選至少12和通常至少14個。例如，這種渦輪入口可能具有9-18個葉片，其中非常小的渦輪增壓器渦輪適于可能13至16個葉片，而非常大的自動渦輪增壓器適于可能15-18個葉片。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，通過減少擋板和葉片的徑向長度，因而減少葉片長度，可以減小由擋板引起的表面摩擦。如果必須或需要，可以增加葉片數(shù)量以增加“葉片可靠性”。 將意識到，這些僅是根據(jù)本發(fā)明可能形成的許多不同設(shè)置中的一部分。
權(quán)利要求
1.一種可變幾何形狀渦輪，包括 安裝用于圍繞外殼內(nèi)的渦輪軸旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)葉輪，該外殼限定了圍繞渦輪機(jī)葉輪的環(huán)形入口，并且其限定在第一和第二入口側(cè)壁之間；以及 圓柱形套筒，軸向可移動通過環(huán)形入口以改變通過入口的氣流通路的尺寸； 由至少一個環(huán)形擋板將環(huán)形入口分為軸向相鄰的環(huán)形部分，所述環(huán)形擋板與第一和第二入口側(cè)壁軸向間隔開； 入口葉片，軸向地延伸穿過由該或每個擋板限定的至少兩個所述環(huán)形部分，以使得將所述環(huán)形入口分成至少兩個軸向偏移的入口通道； 其中延伸進(jìn)入入口部分之一的入口葉片的結(jié)構(gòu)與延伸進(jìn)入另一入口部分的入口葉片的結(jié)構(gòu)不同， 并且其中套筒的內(nèi)徑大于入口通道的外徑。
2.—種可變幾何形狀渦輪，包括 安裝用于圍繞外殼內(nèi)的渦輪軸旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)葉輪，該外殼限定了圍繞渦輪機(jī)葉輪的環(huán)形入口，并且其限定在第一和第二入口側(cè)壁之間；以及 圓柱形套筒，軸向可移動通過環(huán)形入口以改變通過入口的氣流通路的尺寸； 由至少兩個環(huán)形擋板將環(huán)形入口分為軸向相鄰的環(huán)形部分，所述環(huán)形擋板與第一和第二入口側(cè)壁軸向間隔開； 入口葉片，軸向地延伸穿過由該或每個擋板限定的至少兩個所述環(huán)形部分，以使得將所述環(huán)形入口分成至少兩個軸向偏移的入口通道； 其中延伸進(jìn)入入口部分之一的入口葉片的結(jié)構(gòu)與延伸進(jìn)入另一入口部分的入口葉片的結(jié)構(gòu)不同，
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的渦輪，其中套筒可移動朝向第二入口側(cè)壁，以使得通過入口的氣流通路變窄，并且通過更靠近第二入口側(cè)壁的入口通道的氣流通路的橫截面區(qū)域垂直于沿著所述通路的氣流方向，其小于通過更遠(yuǎn)離第二入口側(cè)壁的入口通道的氣流通路的相應(yīng)橫截面區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦輪，其中在每個環(huán)形部分內(nèi)以環(huán)形陣列提供所述葉片。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪，其中在第一環(huán)形部分中的葉片陣列限定了多個第一入口通道，其第一總橫截面區(qū)域垂直于氣流方向，而軸向地遠(yuǎn)離第一環(huán)形部分的第二環(huán)形部分中的另一葉片陣列限定了多個第二入口通道，其第二較大的總橫截面區(qū)域垂直于氣流方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的渦輪，其中渦輪包括三個或多個環(huán)形部分，每個環(huán)形部分中設(shè)置有各個環(huán)形葉片陣列，并且限定多個入口通道的每個環(huán)形葉片陣列中的葉片的總橫截面區(qū)域垂直于氣流方向，其在相鄰的環(huán)形陣列對之間逐步減小。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的渦輪，其中渦輪包括三個或多個環(huán)形部分，每個環(huán)形部分中設(shè)置有各個環(huán)形葉片陣列，并且限定多個入口通道的中間陣列內(nèi)的葉片的總橫截面區(qū)域垂直于氣流方向，其大于或小于垂直于中間陣列的任一側(cè)上的葉片陣列所限定的入口通道的氣流方向的總橫截面區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至7中任意一項(xiàng)所述的渦輪，其中在最靠近第二入口側(cè)壁的環(huán)形部分中提供具有垂直于氣流方向的最小總橫截面區(qū)域的入口通道，其中通過入口的氣流通路最狹窄或者大體上閉合。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦輪，其中在更靠近第二入口側(cè)壁的入口通道內(nèi)的相鄰葉片之間的最小環(huán)向間隔的總和，小于更遠(yuǎn)離第二入口側(cè)壁的入口通道內(nèi)的相鄰葉片之間的最小環(huán)向間隔的總和。
10.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的渦輪，其中在一個所述環(huán)形部分中的至少一個葉片的最大環(huán)向厚度大于另一環(huán)形部分中的至少一個葉片。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的渦輪，其中在每個環(huán)形部分中以環(huán)形陣列提供葉片。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的渦輪，其中第一環(huán)形部分中的葉片陣列包括多個具有最大環(huán)向厚度的葉片，而軸向遠(yuǎn)離第一環(huán)形部分的第二環(huán)形部分中的另一葉片陣列包括多個具有更大的最大環(huán)向厚度的葉片。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的渦輪，其中渦輪包括三個或多個環(huán)形部分，每個環(huán)形部分中具有各自的環(huán)形葉片陣列，并且每個環(huán)形葉片陣列中的葉片的最大環(huán)向厚度，在環(huán)形陣列的相鄰對之間逐漸減小。
14.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的渦輪，其中渦輪包括三個或多個環(huán)形部分，每個環(huán)形部分中具有各自的環(huán)形葉片陣列，并且中間陣列的葉片的最大環(huán)向厚度大于或小于中間陣列任一側(cè)上的葉片陣列中葉片的最大環(huán)向厚度。
15.根據(jù)權(quán)利要求10至14中任意一項(xiàng)所述的渦輪，其中在更靠近套筒的閉合位置的環(huán)形部分中提供具有較大最大環(huán)向厚度的葉片，其中通過入口的氣流通路最狹窄。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的渦輪，其中在最靠近套筒的閉合位置的環(huán)狀部分中提供具有最大的最大環(huán)向厚度的葉片，其中通過入口的氣流通路最狹窄或者大體上閉合。
17.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的渦輪，其中所述環(huán)形部分之一中的至少一個葉片的前沿厚度大于另一環(huán)形部分中的至少一個葉片。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的渦輪，其中所述葉片可以以環(huán)形陣列而提供在各個環(huán)形部分中。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的渦輪，其中第一環(huán)形部分中的葉片陣列優(yōu)選地包括具有第一前沿厚度的多個葉片，而在與第一環(huán)形部分軸向偏移的第二環(huán)形部分中的另一葉片陣列包括具有第二較大前沿厚度的多個葉片。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的渦輪，其中渦輪包括三個以上的環(huán)形部分，每個環(huán)形部分中具有各自的環(huán)形葉片陣列，而每個環(huán)形葉片陣列中的葉片的前沿厚度，在環(huán)形陣列的相鄰對之間逐漸減小。
21.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的渦輪，其中渦輪包括三個以上的環(huán)形部分，每個環(huán)形部分中具有各自的環(huán)形葉片陣列，而位于中間陣列內(nèi)的葉片的前沿厚度大于或小于中間陣列任一側(cè)上的葉片陣列的葉片的前沿厚度。
22.根據(jù)權(quán)利要求17至21中任意一項(xiàng)所述的渦輪，其中在更靠近套筒的閉合位置的環(huán)形部分中提供具有較大前沿厚度的葉片，其中通過入口的氣流通路最狹窄。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的渦輪，其中在更靠近套筒的閉合位置的環(huán)形部分中提供具有最大前沿厚度的葉片，其中通過入口的氣流通路最狹窄或大體上閉合。
24.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的渦輪，其中所述環(huán)形部分之一中的至少一個葉片與另一環(huán)形部分中的至少一個葉片相比，具有更大的最大外徑。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的渦輪，其中在每個環(huán)形部分內(nèi)以環(huán)形形式提供葉片。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的渦輪，其中在第一環(huán)形部分中的葉片陣列包括具有第一最大外徑的多個葉片，而與第一環(huán)形部分軸向偏移的第二環(huán)形部分中的另一葉片陣列包括具有第二更大最大外徑的多個葉片。
27.根據(jù)權(quán)利要求25或26所述的渦輪，其中渦輪包括三個或多個環(huán)形部分，每個環(huán)形部分中設(shè)置有各自的環(huán)形葉片陣列，而環(huán)形部分中設(shè)置有各自的環(huán)形葉片陣列，而每個環(huán)形葉片陣列中的葉片的最大外徑，在環(huán)形陣列的相鄰對之間逐漸減小。
28.根據(jù)權(quán)利要求25或26所述的渦輪，其中渦輪包括三個或多個環(huán)形部分，每個環(huán)形部分中設(shè)置有各自的環(huán)形葉片陣列，而位于中間陣列的葉片的最大外徑大于或小于位于中間陣列任一側(cè)上的葉片陣列中的葉片的最大外徑。
29.根據(jù)權(quán)利要求24至28中任意一項(xiàng)所述的渦輪，其中在靠近套筒的閉合位置的環(huán)形部分中提供具有較大的最大外徑的葉片，其中通過入口的氣流通路最狹窄。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的渦輪，其中在最靠近套筒的閉合位置的環(huán)形部分中提供具有最大的最大外徑的葉片，其中通過入口的氣流通路最狹窄或者大體上閉合。
31.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的渦輪，其中在所述環(huán)形部分之一內(nèi)的至少一個葉片，與另一環(huán)形部分中的至少一個葉片相比，具有較大的最大內(nèi)徑，并且在所述葉片和渦輪葉輪之間限定了較大的徑向間距。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的渦輪，其中在每個環(huán)形部分內(nèi)的環(huán)形陣列中提供所述葉片。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的渦輪，其中在第一環(huán)形部分內(nèi)的葉片陣列包括具有第一最大內(nèi)徑的多個葉片，其在所述葉片和渦輪葉輪之間限定了第一徑向間距，而在與第一環(huán)形部分軸向偏離的第二環(huán)形部分中的另一葉片陣列包括具有第二較大的最大內(nèi)徑的多個葉片，其在所述葉片和渦輪葉輪之間限定了第二較大的徑向間距。
34.根據(jù)權(quán)利要求32或33所述的渦輪，其中渦輪包括三個以上的環(huán)形部分，每個環(huán)形部分中具有各自的環(huán)形葉片陣列，而在每個環(huán)形葉片陣列的葉片的最大內(nèi)徑在所述葉片和渦輪葉輪之間限定了徑向間距，兩者在環(huán)形陣列的相鄰對之間均逐漸減小。
35.根據(jù)權(quán)利要求32或33所述的渦輪，其中渦輪包括三個以上的環(huán)形部分，每個環(huán)形部分中具有各自的環(huán)形葉片陣列，而中間陣列內(nèi)的葉片的最大內(nèi)徑在所述葉片和渦輪葉輪之間限定了徑向間隔，兩者均大于或小于中間層任一側(cè)上的葉片陣列中的葉片最大內(nèi)徑和所述葉片與渦輪葉輪之間的徑向間距。
36.根據(jù)權(quán)利要求31至35中任意一項(xiàng)所述的渦輪，其中在更靠近套筒的閉合位置的環(huán)形部分中，提供具有較大的最大內(nèi)徑以及在所述葉片和渦輪葉輪之間限定了較大的徑向間距的葉片，其中通過入口的氣流通道最狹窄。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的渦輪，其中具有較大的最大內(nèi)徑并且在所述葉片和渦輪之間限定較大的徑向間距的所述葉片還限定了較大的渦流角。
38.根據(jù)權(quán)利要求36或37所述的渦輪，其中更靠近套筒的閉合位置的環(huán)形部分中，提供具有最大的最大內(nèi)徑以及在所述葉片和渦輪葉輪之間限定了較大的徑向間距的葉片，其中通過入口的氣流通道最狹窄或大體上閉合。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的渦輪，其中具有最大的最大內(nèi)徑并且在所述葉片和渦輪之間限定較大的徑向間距的所述葉片還限定了最大的渦流角。
40.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的渦輪，其中延伸進(jìn)入一個入口部分中的入口葉片數(shù)量與延伸進(jìn)入另一入口部分中的入口葉片數(shù)量不同。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的渦輪，其中所述入口部分彼此相鄰。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可變幾何形狀渦輪，包括安裝用于圍繞外殼內(nèi)的渦輪軸旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)葉輪。該外殼限定了圍繞渦輪機(jī)葉輪的環(huán)形入口，并且其限定在第一和第二入口側(cè)壁之間。圓柱形套筒軸向可移動通過環(huán)形入口以改變通過入口的氣流通路的尺寸。由至少一個環(huán)形擋板將環(huán)形入口分為軸向相鄰的環(huán)形部分，所述環(huán)形擋板與第一和第二入口側(cè)壁軸向間隔開。入口葉片軸向地延伸穿過由該或每個擋板限定的至少兩個所述環(huán)形部分，以使得將所述環(huán)形入口分成至少兩個軸向偏移的入口通道。延伸進(jìn)入入口部分之一的入口葉片的結(jié)構(gòu)與延伸進(jìn)入另一入口部分的入口葉片的結(jié)構(gòu)不同，并且套筒的內(nèi)徑大于入口通道的外徑。
文檔編號F01D5/14GK102713159SQ201080055310
公開日2012年10月3日 申請日期2010年10月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月6日
發(fā)明者杰姆斯·亞歷山大·麥克文, 湯姆·J·羅伯特, 約翰·F·帕克, 羅伯特·L·霍洛德, 蒂姆·德諾姆 申請人:康明斯有限公司