[发明专利]涡轮机的涡轮叶轮

说明书

提出了一种混合流动涡轮叶轮(214)，与现有的混合流动涡轮叶轮相比，其具有减小的质量和惯性矩，因为省略了现有的混合流动涡轮叶轮的径向外部部分。在第一种可能中，省略的材料可以是涡轮叶轮的后表面(203)在基线(209)外侧的径向位置处的扇形，其是叶轮的后表面上的圆，其表示后表面的最小半径。在第二种可能中，在叶片的一侧省略每个叶片的带状件(108)的一部分。因此，在轴向方向上观察涡轮叶轮，在基线外部和穿过导流尖端(102)的径向线(109)的一侧的带状件面积可比在另一侧上的小至少20％。

技术领域

本发明涉及一种涡轮机，例如涡轮增压器，其具有涡轮叶轮。

背景技术

涡轮机是在转子和流体之间传递能量的机器。例如，涡轮机可将能量从流体传递到转子或者可将能量从转子传递到流体。涡轮机的两个例子是动力涡轮以及压缩机，动力涡轮利用由流体驱动的转子的旋转能量来进行有用的工作(例如，产生电力)；压缩机使用转子的旋转能量来压缩流体。

涡轮增压器是众所周知的涡轮机，用于在高于大气压的压力(增压压力)下将空气供应到内燃机的入口。传统的涡轮增压器基本上包括安装在涡轮壳体内的可旋转轴上的排气驱动涡轮叶轮，涡轮壳体连接在发动机出口歧管的下游。涡轮叶轮的旋转使安装在压缩机壳体内的轴的另一端上的压缩机叶轮旋转。压缩机叶轮将压缩空气输送到发动机进气歧管。

涡轮增压器轴通常由径向轴承和止推轴承(包括适当的润滑系统)支撑，其位于连接在涡轮和压缩机叶轮壳体之间的中心轴承壳体内。

图1示出了已知涡轮增压器的示意性横截面。涡轮增压器包括通过中心轴承壳体13连接到压缩机12的涡轮11。涡轮11包括涡轮叶轮14，用于围绕轴线100在涡轮壳体15内旋转。类似地，压缩机12包括压缩机叶轮16(或“叶轮(impeller)”)，其可在压缩机壳体17内旋转。压缩机壳体17限定压缩机腔室38，压缩机腔室38大部分由压缩机叶轮16填充，并且压缩机叶轮16可在压缩机腔室38内旋转。涡轮叶轮14和压缩机叶轮16安装在共同的涡轮增压器轴18的相对端上，涡轮增压器轴18延伸穿过中心轴承壳体13。涡轮增压器轴18由轴承壳体13中的轴承组件可旋转地支撑，轴承组件包括两个径向轴承34和35，其分别安装在轴承壳体13的涡轮端部和压缩机端部。轴承组件还包括止推轴承36。

涡轮机壳体15具有至少一个环形地设置在涡轮叶轮14周围的排气入口蜗壳19(图1中示出了两个蜗壳)，以及轴向排气出口10。压缩机壳体17具有轴向进气通道31和环形地布置在压缩机腔室38周围的蜗壳32。蜗壳32与压缩机出口33气流连通。压缩机腔室38通过径向延伸的扩散器空间39(这里也称为“扩散器”)连接到蜗壳32，扩散器空间39是在壳体17的径向延伸的护罩表面20和轴承壳体13的径向延伸的轮毂表面21之间的间隙。扩散器39围绕轴18的旋转轴线是旋转对称的。

在使用中，涡轮叶轮14通过从排气入口蜗壳19通向排气出口10的排气通道旋转。排气从发动机(未示出)的排气歧管(也称为出口歧管)提供给排气入口蜗壳19，涡轮增压器附接到发动机。涡轮叶轮14又使压缩机叶轮16旋转，由此通过压缩机入口31吸入进气并经由扩散器39，蜗壳32然后出口33将增压空气输送到发动机的进气歧管。

已知涡轮叶轮14的各种轮廓。图2(a)和图2(b)分别示出了在从轴承壳体沿轴线100看的平面图中，以及在垂直于轴线100的侧视图中的第一已知的涡轮叶轮14。在本文件中，我们将指定涡轮叶轮14的“前部”作为沿轴线100的方向离轴承壳体13最远的部分，以及涡轮叶轮16的“后部”作为沿轴线100的方向离轴承壳体13的最近的部分。涡轮叶轮14具有十二个叶片1，叶片1围绕轴线100径向等距地间隔开(在其他形式中，涡轮叶轮具有不同数量的叶片)。每个叶片1具有径向外边缘2，称为导流尖端(inducer tip)。导流尖端2在前端部6和后端部7之间延伸。在涡轮叶轮14的这种形式中，导流尖端2是轴向的(即平行于轴线100)。