專利名稱：帶噴嘴的渦輪增壓器的渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利公開整體涉及用于與內(nèi)燃機(jī)一起使用的渦輪增壓器，更具體地涉及一種用在內(nèi)燃機(jī)上的渦輪增壓器。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)被供有空氣和燃料的混合物，以在產(chǎn)生機(jī)械動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒。為了使通過此燃燒過程產(chǎn)生的動(dòng)力最大，發(fā)動(dòng)機(jī)通常裝備有渦輪增壓的空氣引入系統(tǒng)。渦輪增壓的空氣引入系統(tǒng)包括渦輪增壓器，其使用來自發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣來壓縮流入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣，由此與發(fā)動(dòng)機(jī)以其他方式抽吸入燃燒室相比，將更多的空氣迫入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室。這種增加的空氣供應(yīng)允許增加的燃料補(bǔ)充，從而造成增加的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出。發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料能轉(zhuǎn)換效率取決于許多因素，包括發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器的效率。之前提出的渦輪增壓器設(shè)計(jì)包括其殼體中形成有單獨(dú)氣體通路的渦輪機(jī)。在這種渦輪機(jī)中，兩個(gè)或多個(gè)氣體通路可形成在渦輪機(jī)殼體中并彼此平行延伸，使得當(dāng)廢氣經(jīng)過渦輪機(jī)時(shí)，來自不同時(shí)刻點(diǎn)火的各發(fā)動(dòng)機(jī)缸的廢氣脈沖能波動(dòng)被保持。這些廢氣脈沖可用來改善渦輪機(jī)的驅(qū)動(dòng)功能并增加其效率。內(nèi)燃機(jī)還使用各種系統(tǒng)來減少作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒副產(chǎn)品的某些復(fù)合物和物質(zhì)。通常已知為廢氣再循環(huán)(EGR)的一種這樣的系統(tǒng)能夠使計(jì)量的且通常是冷卻的廢氣再循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)中。以這種方式再循環(huán)的燃燒氣體具有比新鮮進(jìn)入的空氣低得多的氧氣濃度。再循環(huán)氣體在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)中的引入及其在發(fā)動(dòng)機(jī)缸中的隨后引入導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生較低的燃燒溫度，這又減少了例如含氧和氮的復(fù)合物的一些燃燒副產(chǎn)品的形成。一種在渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)上使用的EGR系統(tǒng)的已知構(gòu)造通常稱為高壓EGR系統(tǒng)。高壓設(shè)計(jì)根據(jù)的是廢氣在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣和排氣系統(tǒng)之間再循環(huán)的位置。在高壓EGR系統(tǒng)(HP-EGR)中，廢氣從渦輪機(jī)上游的位置從排氣系統(tǒng)去除并被輸送到壓縮機(jī)下游的位置處的進(jìn)氣系統(tǒng)。當(dāng)進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)時(shí)，再循環(huán)的廢氣與燃料和來自壓縮機(jī)的新鮮空氣混合并進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的缸以便燃燒。在缺少促進(jìn)EGR氣體在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣和進(jìn)氣系統(tǒng)之間流動(dòng)的專門部件(例如泵)的發(fā)動(dòng)機(jī)中，經(jīng)過EGR系統(tǒng)的EGR氣體的最大可能流量將取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣和進(jìn)氣系統(tǒng)之間的壓力差。該壓力差通常稱為EGR驅(qū)動(dòng)壓力。通常的情況是，發(fā)動(dòng)機(jī)需要比基于發(fā)動(dòng)機(jī)操作過程中存在的EGR驅(qū)動(dòng)壓力所可能的更高流量的EGR氣體。過去，已經(jīng)提出了多種方案來選擇性地調(diào)節(jié)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中的EGR驅(qū)動(dòng)壓力。一種這樣的方案是使用可變噴嘴或者可變幾何結(jié)構(gòu)的渦輪機(jī)?？勺儑娮鞙u輪機(jī)包括圍繞渦輪機(jī)輪布置的可動(dòng)葉片。葉的運(yùn)動(dòng)改變渦輪機(jī)的有效流率，因此一方面形成了增加操作過程中發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)的壓力的限制。發(fā)動(dòng)機(jī)的增加的廢氣壓力導(dǎo)致增加的EGR驅(qū)動(dòng)壓力，這繼而促進(jìn)EGR在發(fā)動(dòng)機(jī)中的流動(dòng)能力增加。盡管這種方案和增加發(fā)動(dòng)機(jī)的EGR氣體流動(dòng)能力的其他已知方案過去已經(jīng)成功并廣泛應(yīng)用，但它們需要使用可變幾何結(jié)構(gòu)的渦輪機(jī)，而這種渦輪機(jī)是包括在苛刻環(huán)境下操作的運(yùn)動(dòng)部件的相對(duì)昂貴的裝置。而且，可變幾何結(jié)構(gòu)的渦輪機(jī)通常破壞或者弱化發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣流的脈沖能，造成較低的渦輪機(jī)效率和較高的燃料消耗。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明描述一種渦輪機(jī)。該渦輪機(jī)包括具有基本相同的流動(dòng)面積并布置在至少一個(gè)分隔壁的任一側(cè)上的至少兩個(gè)氣體通路的渦輪機(jī)殼體以及具有多個(gè)葉片的渦輪機(jī)輪。噴嘴環(huán)連接到渦輪機(jī)殼體并圍繞渦輪機(jī)輪布置。噴嘴環(huán)包括與分隔壁鄰近布置的內(nèi)環(huán)以及至少一個(gè)外環(huán)。多個(gè)葉固定地布置在內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間。葉之間限定多個(gè)入口開口，入口開口與形成在噴嘴環(huán)中并環(huán)繞渦輪機(jī)輪的狹槽流體連通。內(nèi)環(huán)布置成阻擋與渦輪機(jī)殼體中的至少兩個(gè)氣體通路中的一個(gè)流體連通的入口開口的一部分。在另一方面，本發(fā)明描述一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)包括具有第一和第二入口的分體渦輪機(jī)。多個(gè)第一缸連接到第一排氣管道，第一排氣管道連接到分體渦輪機(jī)的第一入口。多個(gè)第二缸連接到第二排氣管道，第二排氣管道連接到分體渦輪機(jī)的第二入口。平衡閥被布置成選擇性地將廢氣從第一排氣管道引導(dǎo)到第二排氣管道。廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)包括選擇性地將第一排氣管道與發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)流體連接的閥。分體渦輪機(jī)包括具有基本相同的流動(dòng)面積并布置在至少一個(gè)分隔壁的任一側(cè)上的至少兩個(gè)氣體通路的渦輪機(jī)殼體以及具有多個(gè)葉片的渦輪機(jī)輪。噴嘴環(huán)連接到渦輪機(jī)殼體并圍繞渦輪機(jī)輪布置。噴嘴環(huán)包括與分隔壁鄰近布置的內(nèi)環(huán)以及至少一個(gè)外環(huán)。多個(gè)葉固定地布置在內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間。葉之間限定多個(gè)入口開口，入口開口與形成在噴嘴環(huán)中并環(huán)繞渦輪機(jī)輪的狹槽流體連通。內(nèi)環(huán)布置成阻擋與渦輪機(jī)殼體中的至少兩個(gè)氣體通路中的一個(gè)流體連通的入口開口的一部分。在又一方面，本發(fā)明描述一種用于渦輪機(jī)的噴嘴環(huán)。該噴嘴環(huán)包括在噴嘴環(huán)布置在渦輪機(jī)殼體中時(shí)鄰近渦輪機(jī)殼體的分隔壁布置的內(nèi)環(huán)。內(nèi)環(huán)限定分隔壁延伸部分，其具有大體斜梯形的橫截面形狀，所述大體斜梯形的橫截面形狀包括基本平的底，其適于鄰近分隔壁布置。噴嘴環(huán)還限定圓的底和連接到平底并在沿著噴嘴環(huán)的直徑截取的截面中觀察時(shí)切向交接圓底端部的兩個(gè)大體直的邊緣。至少一個(gè)外環(huán)具有徑向厚度并以相對(duì)于內(nèi)環(huán)的軸向距離布置。多個(gè)葉固定地布置在內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間。葉之間限定多個(gè)入口開口，入口開口能夠與渦輪機(jī)殼體中限定的一個(gè)或多個(gè)氣體通路流體連通。分隔壁延伸部分具有至少一個(gè)外環(huán)的總徑向厚度的大約40%的徑向厚度，并相對(duì)于平底傾斜大約60度，使得兩個(gè)直邊緣的一個(gè)是兩個(gè)直邊緣的另一個(gè)的長(zhǎng)度的大約60%。圓底的半徑是兩個(gè)直邊緣的較長(zhǎng)一個(gè)的長(zhǎng)度的大約16%，并且是兩個(gè)直邊緣的較短一個(gè)的長(zhǎng)度的大約25%。


圖1是具有根據(jù)本發(fā)明的高壓EGR系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)的框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓器組件的截面；圖3是根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(jī)組件的詳細(xì)截面；圖4是根據(jù)本發(fā)明的徑向噴嘴環(huán)的輪廓圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的噴嘴環(huán)的截面；圖6-8是根據(jù)本發(fā)明的噴嘴環(huán)構(gòu)造的不同實(shí)施方式的詳細(xì)截面；
圖9和10是根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(jī)殼體的截面；圖11是根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(jī)輪的輪廓圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明的徑向噴嘴渦輪機(jī)的橫截面；圖13是根據(jù)本發(fā)明的混合流噴嘴渦輪機(jī)的橫截面；圖14和15是根據(jù)本發(fā)明的示意性噴嘴流動(dòng)曲線圖；圖16是根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(jī)殼體的替代實(shí)施方式；圖17是比較根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(jī)效率數(shù)據(jù)的圖表。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及改善的渦輪機(jī)構(gòu)造，其結(jié)合內(nèi)燃機(jī)中的渦輪增壓器使用以促進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)足夠量的EGR氣體的效率和能力。圖1中顯示了具有高壓EGR系統(tǒng)102的發(fā)動(dòng)機(jī)100的簡(jiǎn)化框圖。發(fā)動(dòng)機(jī)100包括容納多個(gè)燃燒缸106的曲軸箱104。在所示實(shí)施方式中，六個(gè)燃燒缸被顯示為直列構(gòu)造，但可以使用以例如“V”構(gòu)造的不同構(gòu)造布置的任意其他數(shù)量的缸。多個(gè)缸106經(jīng)由排氣閥(未顯不)流體連接到第一排氣管道108和第二排氣管道110。第一排氣管道108和第二排氣管道110均連接到相應(yīng)的排氣管112和114，排氣管112和114又連接到渦輪增壓器119的渦輪機(jī)120。平衡閥116使兩個(gè)排氣管112和114之間流體互連并被布置成在操作過程中根據(jù)需要將廢氣從第一排氣管112引導(dǎo)到第二排氣管114。注意，平衡閥116是任選的，因此可以省略。在所示的實(shí)施方式中，渦輪機(jī)120具有單獨(dú)的殼體，其包括流體連接到第一排氣管112的第一入口 122以及連接到第二排氣管114的第二入口 124。每個(gè)入口 122和124設(shè)置成在發(fā)動(dòng)機(jī)操作過程中接收來自第一排氣管道108和第二排氣管道110中的一個(gè)的廢氣。廢氣操作以在經(jīng)出口 128離開渦輪機(jī)120之前引起連接到軸126的渦輪機(jī)輪(這里未顯示)轉(zhuǎn)動(dòng)。出口 128處的廢氣在經(jīng)堆疊管或尾管134排放到環(huán)境之前任選地經(jīng)過其他排氣部件，例如將燃燒副產(chǎn)品以機(jī)械和化學(xué)方式從廢氣流去除的后處理裝置130和/或消弱發(fā)動(dòng)機(jī)噪音的消音器132。軸126的轉(zhuǎn)動(dòng)引起壓縮機(jī)136的輪(這里未顯示)轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖所示,壓縮機(jī)136是能夠經(jīng)壓縮機(jī)入口 140接收來自空氣過濾器138的新鮮、過濾后的空氣流的徑向壓縮機(jī)。壓縮機(jī)136的出口 142處的加壓空氣在被提供給發(fā)動(dòng)機(jī)100的進(jìn)氣歧管148之前借助增壓空氣(charge air)管道144引導(dǎo)到增壓空氣冷卻器146。在所示實(shí)施方式中，來自進(jìn)氣歧管148的空氣被引導(dǎo)到各個(gè)缸106，在這它與燃料混合并且燃燒產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力。EGR系統(tǒng)102包括流體連接到第一排氣管道108的EGR氣體供應(yīng)端口 152的任選的EGR冷卻器150。來自第一排氣管道108的廢氣流可經(jīng)過EGR冷卻器150，在借助EGR管道156被供應(yīng)給EGR閥154之前可在此處被冷卻。EGR閥154可電子地控制并能夠計(jì)量或控制經(jīng)過EGR管道156的氣體的流率。EGR閥154的出口流體連接到進(jìn)氣歧管148，使得來自EGR管道156的廢氣可與來自發(fā)動(dòng)機(jī)100的進(jìn)氣歧管148內(nèi)的增壓空氣冷卻器146的壓縮空氣混合。第一排氣管道108處的廢氣的壓力(通常被稱為背壓)因?yàn)闇u輪機(jī)120具有的流動(dòng)限制而高于大氣壓力。出于相同原因，正背壓存在于第二排氣管道110。進(jìn)氣歧管148中的空氣或者空氣/EGR氣體混合物的壓力(通常被稱為增壓壓力)因?yàn)閴嚎s機(jī)136提供的壓縮也高于大氣壓力。在很大程度上，背壓和增壓壓力之間的壓力差與EGR系統(tǒng)102的部件的流動(dòng)限制結(jié)合確定在各種發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件可以實(shí)現(xiàn)的EGR氣體的最大流率。出于這個(gè)原因，在發(fā)動(dòng)機(jī)操作過程中當(dāng)希望另外的EGR驅(qū)動(dòng)壓力時(shí)，第一排氣管道108處的背壓保持在比第二排氣管道110處的背壓高的水平。為了實(shí)現(xiàn)該壓力增加，渦輪機(jī)120能夠具有不同的廢氣流動(dòng)限制特征，使進(jìn)入經(jīng)過第一入口 122的流動(dòng)比進(jìn)入經(jīng)過第二入口 124的流動(dòng)受到更高的流動(dòng)限制。渦輪機(jī)120的這種不同或不對(duì)稱的流動(dòng)限制特征提供了驅(qū)動(dòng)EGR氣體的增加的壓力差，而不增加發(fā)動(dòng)機(jī)100的基本所有缸106的背壓。在不希望增加第一排氣管道108中驅(qū)動(dòng)EGR氣體流動(dòng)的背壓時(shí)，任選的平衡閥116可用于平衡經(jīng)過渦輪機(jī)120的兩個(gè)入口 122、124的每一個(gè)的廢氣流。在接下來的說明中，與已經(jīng)描述的相應(yīng)結(jié)構(gòu)和特征相同或類似的結(jié)構(gòu)和特征用前面使用的相同附圖標(biāo)記表示，以便簡(jiǎn)明。相應(yīng)地，圖2顯示了渦輪增壓器119的一種實(shí)施方式的橫截面。渦輪增壓器119包括借助中心殼體202連接到彼此的渦輪機(jī)120和壓縮機(jī)136。如圖所不，中心殼體202包圍軸126的一部分并包括布置在潤(rùn)滑腔206內(nèi)的軸承(未顯示)。潤(rùn)滑腔206包括潤(rùn)滑劑入口和出口開口 208、210，其在軸126在操作過程中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)向軸承提供潤(rùn)滑。軸126在一端連接到渦輪機(jī)輪212并在另一端連接到壓縮機(jī)輪213。渦輪機(jī)輪212能夠在連接到中心殼體202的渦輪機(jī)殼體215內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。壓縮機(jī)輪213布置成在壓縮機(jī)殼體217內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。渦輪機(jī)輪212包括圍繞轂216徑向布置的多個(gè)葉片214。轂216通過緊固件218連接到軸126的一端并能夠在操作過程中轉(zhuǎn)動(dòng)軸126。圖11中顯示了渦輪機(jī)輪212的詳細(xì)輪廓圖。渦輪機(jī)輪212可轉(zhuǎn)動(dòng)地布置在渦輪機(jī)殼體215內(nèi)限定的廢氣入口狹槽230之間。狹槽230在徑向方向沿著葉片214的前緣222向渦輪機(jī)輪212提供廢氣。離開渦輪機(jī)輪212的廢氣被提供給流體連接到渦輪機(jī)出口 128的渦輪機(jī)出口孔口 234。氣體入口狹槽230流體連接到入口氣體通路236，其形成在渦輪機(jī)殼體215中并能夠使氣體入口狹槽230與渦輪機(jī)入口 122和124流體互連(圖1)。兩個(gè)渦輪機(jī)入口 122和124的每個(gè)連接到兩個(gè)入口氣體通路236的一個(gè)。每個(gè)氣體通路236具有圍繞渦輪機(jī)輪212和孔口 234包繞的大體渦卷形并圍繞渦輪機(jī)輪212的整個(gè)外圍向狹槽230打開。每個(gè)通路236的橫截面流動(dòng)面積沿著氣體經(jīng)入口 122和124進(jìn)入渦輪機(jī)120并經(jīng)狹槽230離開殼體的流路減小，如下面的圖9總體所示的。如圖所示，兩個(gè)通路236在圍繞輪212的任何給定徑向位置具有基本相同的橫截面流動(dòng)面積。雖然顯示了兩個(gè)通路236，但可以使用單個(gè)或者多于兩個(gè)的通路。徑向噴嘴環(huán)238基本圍繞渦輪機(jī)輪212的整個(gè)外圍布置。如將在下面的段落中更詳細(xì)地描述的，徑向噴嘴環(huán)238布置成與兩個(gè)通路236都流體連通并圍繞輪212限定狹槽230。如圖2所示并如圖3的詳細(xì)視圖所示，分隔壁240限定在殼體215中并在兩個(gè)通路236之間。分隔壁240相對(duì)于狹槽230徑向向外布置，使得從兩個(gè)通路236流動(dòng)的氣體可在進(jìn)入狹槽230并到達(dá)輪之前結(jié)合。進(jìn)一步參照?qǐng)D4和圖5，噴嘴環(huán)238包括布置在兩個(gè)外環(huán)(即第一外環(huán)243和第二外環(huán)244)之間的內(nèi)環(huán)242。內(nèi)環(huán)242鄰近分隔壁240定位并形成其延伸部，如圖3所示，從而形成分隔壁延伸部分245。在所示實(shí)施方式中，內(nèi)環(huán)242具有不對(duì)稱形狀，在第一外環(huán)243和第二外環(huán)244以及內(nèi)環(huán)242之間為經(jīng)過兩個(gè)通路236的每個(gè)進(jìn)入狹槽230的氣體提供不同的流動(dòng)面積。多個(gè)葉246對(duì)稱地布置在第一外環(huán)234和第二外環(huán)244之間并在它們沿著渦輪機(jī)輪212的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線軸向延伸時(shí)與內(nèi)環(huán)242交叉。葉246的形狀和構(gòu)造可在圖5的截面中最佳看到。如圖所示，葉246圍繞環(huán)238的中心開口 248對(duì)稱布置，使得傾斜的流動(dòng)通道250限定在相鄰葉246之間。經(jīng)過通道250的氣體的流動(dòng)動(dòng)量大體切向并徑向地向內(nèi)朝著輪212的內(nèi)直徑引導(dǎo)(如圖2所示)，使得輪轉(zhuǎn)動(dòng)可以加強(qiáng)。雖然葉246還具有大體彎曲的翼型形狀以使葉246上和之間經(jīng)過的氣體的流動(dòng)損失最小，由此為渦輪機(jī)輪提供均勻的流入條件，它們還為內(nèi)環(huán)242提供結(jié)構(gòu)支承。在所示實(shí)施方式中，有13個(gè)葉連接到環(huán)238，但可以使用任何其他數(shù)量的環(huán)。在優(yōu)選實(shí)施方式中，葉246的數(shù)量不同于葉片214的數(shù)量，從而在操作過程中避免共振條件。現(xiàn)在返回圖2，噴嘴環(huán)238布置在形成于渦輪機(jī)殼體215中的孔口內(nèi)。保持器252布置成將環(huán)238保持在殼體215內(nèi)。保持器252圍繞環(huán)238外圍地延伸并通過一個(gè)或多個(gè)緊固件254保持到殼體。此外，布置在形成于殼體和環(huán)238中的相應(yīng)腔中的一個(gè)或多個(gè)銷255可用來在組裝過程中使噴嘴環(huán)238相對(duì)于殼體215合適地取向。噴嘴環(huán)238可與殼體215的孔口具有間隙配合，從而為操作過程中每個(gè)部件的熱膨脹提供充分間隙以使熱應(yīng)力最小。如圖3最佳顯示，噴嘴環(huán)238的第二外環(huán)244限定鄰接保持器252的接觸墊256。接觸墊256布置成提供噴嘴環(huán)238與殼體215的軸向接合。噴嘴環(huán)238的所示構(gòu)造包括兩組入口開口 258和260，每一組限定在相鄰葉246、內(nèi)環(huán)242和相應(yīng)的第一外環(huán)243或第二外環(huán)244之間。因此，第一組入口開口 258限定在第一外環(huán)243和內(nèi)環(huán)242之間，第二組入口開口 260限定在內(nèi)環(huán)242和第二外環(huán)244之間。如圖所示，第一組入口開口 258的每個(gè)均與圖3所示左側(cè)上的氣體通路236流體連通。入口開口 258允許氣體基本不受阻地流動(dòng)通過。但是，內(nèi)環(huán)242的分隔壁延伸部分245朝著圖3所示的右側(cè)的傾斜減小或者阻擋第二組入口開口 260的每個(gè)的流動(dòng)面積的一部分。與第一組入口開口 258相比減小流動(dòng)開口的第二組入口開口 260對(duì)一個(gè)氣體通路236中存在的氣體提供相對(duì)于另一通路中的氣體不對(duì)稱的流動(dòng)限制。在所示的實(shí)施方式中并進(jìn)一步參照?qǐng)D1，流體連接到第一排氣管道108的渦輪機(jī)入口 122被構(gòu)造成與第二組入口開口 260流體連通。流體連接到第二排氣管道110的渦輪機(jī)入口 124相應(yīng)地與第一組入口開口 258流體連通。雖然在操作過程中通過平衡閥116(圖1)在兩個(gè)渦輪機(jī)入口 122和124之間選擇性提供任何分流，但與渦輪機(jī)中的第二組入口開口 260對(duì)應(yīng)的減小的流動(dòng)面積將在第一排氣管道108中提供增加的氣體壓力，使得EGR氣體的流動(dòng)增強(qiáng)，如前面所述。因此，渦輪機(jī)120的獨(dú)特流動(dòng)特征可通過噴嘴環(huán)238的尺寸、形狀和構(gòu)造確定，而渦輪機(jī)的其他部分可有利地保持不受影響，或者在設(shè)計(jì)多發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)的情況下，渦輪機(jī)的其余部分可對(duì)于各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用來說基本保持共用。因此，適合于特定發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的渦輪機(jī)的具體的對(duì)稱或不對(duì)稱流動(dòng)特征可通過將本來對(duì)于多于一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)來說共用的渦輪機(jī)與具有特別適合該特定發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)造的特定噴嘴環(huán)結(jié)合來確定。由本來共用的渦輪增壓器組件中的專門噴嘴環(huán)提供的定制能力相對(duì)于已知渦輪增壓器具有許多優(yōu)點(diǎn)。首先，發(fā)動(dòng)機(jī)或零件的制造商可通過減少要制造的不同渦輪增壓器的數(shù)量來簡(jiǎn)化其生產(chǎn)。這樣，可在原始和維護(hù)零件的市場(chǎng)中減少浪費(fèi)、庫(kù)存和成本。而且，即使在例如EGR系統(tǒng)的其他周圍零件和系統(tǒng)正經(jīng)歷改變以與改變性能需求一致，零件也可保持共用。更進(jìn)一步，本來由于成本考量而不具有制造成最合適它們的專門渦輪增壓器的低生產(chǎn)量發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用現(xiàn)在可以通過簡(jiǎn)單地在本來共用的渦輪增壓器中結(jié)合獨(dú)特的噴嘴環(huán)來更加容易地以更低的成本定制。這些和其他優(yōu)點(diǎn)可通過使用這里說明的用于渦輪機(jī)的可互換環(huán)來實(shí)現(xiàn)?；谇笆?，應(yīng)該清楚的是，噴嘴環(huán)可以多種構(gòu)造定制，以為要安裝它們的渦輪增壓器提供希望的流動(dòng)限制和流動(dòng)特征。相應(yīng)地，圖6-8中以部分截面顯示了三個(gè)不同實(shí)施方式的噴嘴環(huán)。在接下來的描述中，與前面描述的對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)或特征相同或類似的結(jié)構(gòu)或特征通過與前面使用的相同的附圖標(biāo)記表示，以便簡(jiǎn)明。圖7所示的噴嘴環(huán)與之前描述的噴嘴環(huán)238相同，在這里顯示該噴嘴環(huán)以說明圖6和圖8所示的噴嘴環(huán)的結(jié)構(gòu)彼此之間以及與噴嘴環(huán)238之間的區(qū)別(圖7)。因此，圖6中顯示了第一替代實(shí)施方式的噴嘴環(huán)300。噴嘴環(huán)300包括布置在內(nèi)環(huán)302的任一側(cè)上的第一外環(huán)243和第二外環(huán)244。與之前相對(duì)于噴嘴環(huán)238 (圖7)討論的兩組入口開口 258和260之間的不對(duì)稱流動(dòng)特征不同，噴嘴環(huán)300 (圖6)具有基本平衡的流動(dòng)特征。更具體地，噴嘴環(huán)300包括兩組入口開口 304和306，其限定在葉246、內(nèi)環(huán)302的側(cè)部和第一外環(huán)243和第二外環(huán)244的相應(yīng)側(cè)之間。如果內(nèi)環(huán)302提供了分隔壁延伸部的對(duì)稱形狀，則兩組入口開口的每一個(gè)的流動(dòng)面積基本相等。當(dāng)與兩個(gè)氣體通路236 (圖2)之間的基本相等的流動(dòng)面積結(jié)合時(shí)，噴嘴環(huán)300的使用將在渦輪機(jī)120的兩個(gè)入口 122和124之間提供基本相等的流動(dòng)限制(圖1)。噴嘴環(huán)300還包括外環(huán)延伸部308，其與第二外環(huán)244連接并沿著狹槽230的相應(yīng)側(cè)向內(nèi)徑向延伸，如圖6所示。在某些實(shí)施方式中，延伸部308可為朝著渦輪機(jī)輪212的葉片214經(jīng)過狹槽230的氣體提供另外的引導(dǎo)(圖2)，以增加渦輪機(jī)的效率。圖8中顯示了第二替代實(shí)施方式的噴嘴環(huán)400。在該實(shí)施方式中，內(nèi)環(huán)401提供的分隔壁延伸部不對(duì)稱以在第一組口開口 402和第二組入口開口 404之間形成基本與環(huán)238 (圖7)相反的流動(dòng)面積差。換句話說，當(dāng)環(huán)238中的流動(dòng)面積比為大約70/30時(shí)(以比例表達(dá))時(shí)，環(huán)400中的相應(yīng)流動(dòng)面積比為大約30/70。可以想到，可以在布置于內(nèi)環(huán)任一側(cè)上的入口開口的流動(dòng)面積中實(shí)現(xiàn)任何希望的比。例如，該比不僅可以是如這里所示的30/70和70/30之間的任何比，而是還可通過使內(nèi)環(huán)相對(duì)于外環(huán)合適地定位和成型來使用任何其他比。而且，雖然所示實(shí)施方式中的不對(duì)稱是通過相對(duì)于第一外環(huán)243或第二外環(huán)244提供傾斜的內(nèi)環(huán)實(shí)現(xiàn)的，但也可以使用其他方法，例如不同地成型的內(nèi)環(huán)截面和其他。例如如圖7所示，內(nèi)環(huán)242的分隔壁延伸部分245具有帶平底751和總體圓的相對(duì)底753的總體斜梯形形狀，分隔壁延伸部分245沿著平底751接觸分隔壁。在所示實(shí)施方式中，分隔壁延伸部分的245徑向厚度為每個(gè)第一外環(huán)243和第二外環(huán)244的總徑向厚度的大約40%。底751和753通過相對(duì)于圓底753切向延伸的兩個(gè)直邊緣755和756連接。如圖所示，較短邊緣755的長(zhǎng)度為兩個(gè)邊緣中較長(zhǎng)邊緣756的長(zhǎng)度的大約60%，而圓底753的半徑為兩個(gè)邊緣中較長(zhǎng)邊緣756的長(zhǎng)度的大約16%，并且為兩個(gè)邊緣中較短邊緣755的長(zhǎng)度的大約25%。在圖7所不的實(shí)施方式中，分隔壁延伸部分245布置在相對(duì)于平底751大約60度的角度處，但可以使用產(chǎn)生不同流動(dòng)不對(duì)稱性的其他角度。而且，還可以使用具有圓底的斜梯形以外的形狀。
渦輪機(jī)120的橫截面顯示在圖9中，其放大詳細(xì)視圖顯示在圖10中。在這些視圖中，可以看到氣體通路236的一個(gè)的總體形狀圍繞殼體215的中心開口 502卷繞。如還可以看到，渦輪機(jī)入口 124中的一個(gè)流體連接到通路236。渦輪機(jī)入口 124形成為凸緣504中的開口，其限定在殼體215上并用來將渦輪機(jī)120安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)100 (圖1)。如圖10最佳顯示，氣體通路236包括入口部分506和渦輪機(jī)輪供應(yīng)部分508。渦輪機(jī)輪供應(yīng)部分508隨著其從過渡區(qū)域510開始到鄰近殼體215的舌特征514的末端512結(jié)束圍繞開口 502外圍地延伸而具有減小的流動(dòng)面積，過渡區(qū)域510布置在入口部分506和供應(yīng)部分508之間的過渡處。殼體215的舌特征514是將殼體215的入口部分506與供應(yīng)部分508分離的壁。舌514是通常在所有徑向渦輪機(jī)殼體中找到的特征并且也是易于由于熱應(yīng)力和高周期疲勞而裂紋和失效的渦輪機(jī)殼體區(qū)域。在操作過程中，經(jīng)由入口 124進(jìn)入渦輪機(jī)120的廢氣經(jīng)過入口部分506并進(jìn)入通路236的渦輪機(jī)輪供應(yīng)部分508。進(jìn)入通路236的供應(yīng)部分508的廢氣經(jīng)過環(huán)238中的入口開口(例如開口 260)，以徑向和切向地沖擊在渦輪機(jī)輪(這里未顯示)上，使其轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著氣體經(jīng)過開口 260，其沿著通路的長(zhǎng)度的壓力將趨于減小，這通過隨著它圍繞開口 502延伸減小通路236的體積來避免。渦輪機(jī)120的另一新穎特征是舌514的末端512縮短到比只提供用來圍繞開口502安裝環(huán)238的間隙所需的更大程度。如圖10最佳顯示的，末端512布置在與環(huán)238的外直徑518形成徑向間隔516的徑向距離處。這樣，渦輪機(jī)的性能和效率可以提高，部分地因?yàn)榈竭_(dá)通路236的供應(yīng)部分508的端部的廢氣的靜壓力被經(jīng)過間隔516的入口部分506中的氣體增大。而且，渦輪機(jī)120的可靠性提高，因?yàn)榭s短的舌514更不容易例如由于裂紋或熱應(yīng)變而失效。在所示的實(shí)施方式中，末端512具有切向地交接兩個(gè)彎曲側(cè)壁520和522的大體圓的形狀。側(cè)壁520是入口部分506的一部分并具有符合通路236的大體彎曲形狀。側(cè)壁522是供應(yīng)部分508的一部分。在所示實(shí)施方式中，舌514在大約70度的徑向距離上圍繞開口 502徑向延伸。末端512的半徑為舌514的最大厚度的大約13%并且是開口 124的半徑的大約20%。側(cè)壁520沿著舌514的弦長(zhǎng)大約是入口開口 124的直徑的兩倍?，F(xiàn)在參照?qǐng)D11，總體描繪了渦輪機(jī)輪212。輪212的每個(gè)葉片214圍繞轂216與相鄰的葉片214以相等的徑向距離間隔。在所示實(shí)施方式中，渦輪機(jī)輪212包括11個(gè)葉片214，但也可使用任何其他數(shù)量的葉片。每個(gè)葉片214包括具有大體曲線形狀的主體區(qū)段220。主體區(qū)段220沿著一側(cè)連接到轂216。前緣222布置在輪212的徑向最外部分并能夠允許操作用來使輪212轉(zhuǎn)動(dòng)的流動(dòng)的一部分進(jìn)入。隨著流動(dòng)進(jìn)入葉片214之間限定的徑向通道224，流動(dòng)動(dòng)量推動(dòng)葉片214的主體區(qū)段，由此產(chǎn)生使輪212轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩。例如，在所示實(shí)施方式中，輪212被構(gòu)造為在從緊固件218的角度看的逆時(shí)針方向上轉(zhuǎn)動(dòng)。轂216具有總體曲線的錐形，從而從徑向方向進(jìn)入通道224的流動(dòng)轉(zhuǎn)過大約90度并在軸向上離開輪。輪212的轉(zhuǎn)動(dòng)隨著其推動(dòng)每個(gè)葉片214的排放部分226而增大。排放部分226具有布置在相對(duì)于與通道224的入口相鄰的每個(gè)葉片214的相對(duì)部分成排放角度228的曲線形狀，如圖所示。在所示實(shí)施方式中，排放角度228為大約60度，這是比通常渦輪機(jī)上使用的相應(yīng)角度陡大約4-5度的角度。圖11所示的輪212通常能夠接收在相對(duì)于輪212的徑向方向上提供的氣體。箭頭所表示的氣體流602的方向可通過噴嘴環(huán)238的總體形狀來確定，如圖12特別顯示和描繪的。圖12是渦輪增壓器119(圖2)的橫截面。如這里所示，相對(duì)于輪212的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線徑向延伸的平面604顯示在基本上使分隔壁240分叉的位置處。內(nèi)環(huán)242的外部通常截錐形內(nèi)部外輪廓表面605相對(duì)于平面604沿著圖12的橫截面中表不為606的線以角度α延伸。類似地，內(nèi)環(huán)242的內(nèi)輪廓表面607沿著線608相對(duì)于平面604以角度β延伸。在使用徑向流動(dòng)輪(例如輪212)的實(shí)施方式中，角度α和β基本相等，使得關(guān)于分隔壁240形成對(duì)稱氣體動(dòng)量速度條件。這種關(guān)于分隔壁240的對(duì)稱氣體速度使得氣體大體在相對(duì)于輪212的徑向方向上朝著輪212行進(jìn)。但是，根據(jù)輪的設(shè)計(jì)，可以替代地提供混合流動(dòng)氣體速度，其除了上面討論的徑向流動(dòng)，還包括軸向流動(dòng)分量。一般而言，渦輪機(jī)可以構(gòu)造為徑向流動(dòng)、軸向流動(dòng)(例如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的)、或者是包括徑向和軸向分量的混合式流動(dòng)，在下文中將其稱為“混合”流動(dòng)以表示該流動(dòng)包括徑向和軸向流動(dòng)特征。圖13是混合流動(dòng)渦輪機(jī)610的橫截面。渦輪機(jī)610包括接收經(jīng)過噴嘴環(huán)614的廢氣的混合流動(dòng)渦輪機(jī)輪612。在此實(shí)施方式中，雖然噴嘴環(huán)614包括許多與前面描述的相同的特征，但其還被構(gòu)造為向提供給輪612的氣體的氣體動(dòng)量速度賦予軸向分量。更具體地，相對(duì)于輪612的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線徑向延伸的平面616被顯示在基本使分隔壁240分叉的位置。在此實(shí)施方式中，噴嘴環(huán)614的外部基本截錐形的內(nèi)部外輪廓表面617沿著圖13的橫截面中的表示為618的線相對(duì)于平面616以角度α延伸。類似地，噴嘴環(huán)614的內(nèi)輪廓表面619沿著線620相對(duì)于平面616以角度β延伸。與圖12所示的實(shí)施方式不同，此實(shí)施方式中的角度α和β是不同的，角度β大于角度α，使得關(guān)于分隔壁240形成不對(duì)稱氣體動(dòng)量速度條件。這種關(guān)于分隔壁240不對(duì)稱的氣體速度提供了具有相對(duì)于輪212并朝著輪212以徑向和軸向提供的動(dòng)量分量的廢氣。在圖13的圖示中，實(shí)線箭頭622表示提供給渦輪機(jī)輪612的氣體的大體行進(jìn)方向。當(dāng)氣體流602(圖12)和622 (圖13)如所示的質(zhì)量上相當(dāng)時(shí)，可以看到混合流動(dòng)渦輪機(jī)610可使用被構(gòu)造為利用具有軸向流動(dòng)特征的氣體操作的渦輪機(jī)輪操作。這種操作可以是有益的，部分地因?yàn)榻?jīng)過渦輪機(jī)610的氣體的壓力降比渦輪機(jī)119的小。圖14和15顯示了兩種定性圖表，表示根據(jù)本發(fā)明的兩種不同混合流動(dòng)渦輪機(jī)的一些幾何特征，以便說明。這些圖的說明可以被認(rèn)為是代表第一渦輪機(jī)殼體702(圖14)或者第二渦輪機(jī)殼體704(圖15)向渦輪機(jī)輪706之間的氣體流動(dòng)過渡的詳細(xì)橫截面視圖。在每個(gè)示圖中，徑向平面708限定為與渦輪機(jī)輪706的內(nèi)部部分重合，如圖所示。軸線710沿著輪706的中心線和轉(zhuǎn)動(dòng)軸線限定。徑向平面708和軸線710與圖14和15中所示的橫截面的平面相交，以限定具有原點(diǎn)712的正交坐標(biāo)系，以便進(jìn)行以下的討論?，F(xiàn)在參照?qǐng)D14，總體由實(shí)線箭頭表示的氣體流動(dòng)路徑714經(jīng)過渦輪機(jī)殼體712中形成的環(huán)形通路716，其可進(jìn)一步包括具有如前描述的布置在環(huán)形通路716內(nèi)的葉246 (見例如圖4)的噴嘴環(huán)。環(huán)形通路716限定在外側(cè)入口表面718和內(nèi)側(cè)入口表面720之間，這些表面以截面顯示。來自環(huán)形通路716的廢氣被提供以隨著其經(jīng)過渦輪機(jī)輪716的葉片724之間限定的區(qū)域722操作輪706。離開輪706的氣體經(jīng)過大體柱形的渦輪機(jī)出口體積726，該體積限定在外出口孔口 728和渦輪機(jī)軸732的外部部分730 (至少部分地)之間。如從圖14的橫截面可以看到，內(nèi)部角734具有內(nèi)部中心點(diǎn)735并限定在內(nèi)側(cè)入口表面720和渦輪機(jī)軸732的外部部分730之間，為大約90度。外部角736具有外部中心點(diǎn)737并限定在外側(cè)入口表面718和出口孔口 728之間。外部角736是更加尖銳的并且在圖14的實(shí)施方式中為大約75度。如在圖14中看到的，內(nèi)部中心點(diǎn)735靠近原點(diǎn)712定位?，F(xiàn)在參照?qǐng)D15，總體通過實(shí)線箭頭表示的氣體流動(dòng)路徑738由于環(huán)繞幾何體的總體形狀通常不如圖14所示的實(shí)施方式中的流動(dòng)路徑714那樣彎曲。更加具體并參照?qǐng)D15，其中是與之前描述的相同或者類似對(duì)應(yīng)的特征和元件的特征和元件通過與前面使用的相同的附圖標(biāo)記表示，以便簡(jiǎn)明，環(huán)形通路740限定在外側(cè)入口表面742和內(nèi)側(cè)入口表面744之間。在該實(shí)施方式中，限定在內(nèi)側(cè)入口表面744和渦輪機(jī)軸732的外部部分730之間的內(nèi)部角746具有在朝著大體柱形的渦輪機(jī)出口體積726的方向上靠近軸線710但遠(yuǎn)離原點(diǎn)712的中心點(diǎn)747。在與內(nèi)部角734(圖14)比較時(shí)，圖15中所示的實(shí)施方式的內(nèi)部角746更大，并且如所示的測(cè)量為大約115度。此實(shí)施方式中的限定在外側(cè)入口表面742和孔口728之間的外部角748也比外部角736 (圖14)的大，并測(cè)量為大約90度。就圖14和15中分別顯示的用于混合流動(dòng)渦輪機(jī)702和704的兩種替代實(shí)施方式而言，可以看到，將氣體流提供到渦輪機(jī)輪706的渦輪機(jī)殼體702和704中的環(huán)形開口的總體形狀和入口角度可被調(diào)節(jié)，以提供朝著渦輪機(jī)輪706流動(dòng)的廢氣的更陡或者更淺的入射角。這樣，例如圖14中所示的較陡的進(jìn)入角具有更加顯著的徑向流動(dòng)特征，而例如圖15中所示的較淺角具有更加顯著的軸向流動(dòng)特征。這些和其他設(shè)計(jì)參數(shù)，與渦輪機(jī)輪的特定設(shè)計(jì)結(jié)合地可被調(diào)節(jié)和選擇，以為每種特定發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造提供最佳渦輪增壓器性能。與特定發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的合適參數(shù)的選擇可涉及各種渦輪增壓器操作條件，例如廢氣溫度、壓力和流速、驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)的希望壓力差、渦輪機(jī)尺寸和其他、希望的渦輪機(jī)A/R比及其他的考量。除了到目前為止描述的各種渦輪機(jī)的性能特征，為了制造容易，可以修改目前為止描述的任何實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)。例如，渦輪機(jī)800的一種實(shí)施方式顯示在圖16中。渦輪機(jī)800在許多方面與圖13中的橫截面所示的混合流動(dòng)渦輪機(jī)610類似，除了在此實(shí)施方式中噴嘴環(huán)614(圖13)與渦輪機(jī)殼體610(圖13) —體，以提供混合流動(dòng)的帶噴嘴的渦輪機(jī)殼體802。帶噴嘴的渦輪機(jī)殼體802保留之前描述的所有希望的功能特征，但通過噴嘴環(huán)到渦輪機(jī)殼體的整合提供了更小的部件數(shù)，這可減小組裝復(fù)雜性和成本以及維護(hù)或再制造渦輪機(jī)802所需的時(shí)間。工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明能夠應(yīng)用于徑向和混合流動(dòng)渦輪機(jī)，特別是渦輪增壓的內(nèi)燃機(jī)上使用的那些渦輪機(jī)。雖然顯示了具有單個(gè)渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)100 (圖1)，但可以想到具有串聯(lián)或者并聯(lián)配置的多于一個(gè)渦輪增壓器的任何發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造。如已知的，渦輪機(jī)性能部分取決于驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)的每單位氣體的可用能含量或者焓。理想或者最大渦輪機(jī)輪速度(其取決于驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)輪的可用能)與渦輪機(jī)葉片的實(shí)際切向速度的比通常用來以無量綱的方式量化渦輪機(jī)效率。因此，葉片的實(shí)際切向速度U與理想速度C的比可針對(duì)施加于渦輪機(jī)(例如發(fā)動(dòng)機(jī)上或者氣體臺(tái))上的任何給定壓力比或差經(jīng)驗(yàn)地確定。υ/c比因此是渦輪機(jī)的操作狀態(tài)的無量綱指示，在此狀態(tài)，渦輪機(jī)的效率可以被確定以經(jīng)驗(yàn)地描述關(guān)于渦輪機(jī)效率的可用能量和葉片切向速度的特征。替代地，υ/c比也可定義為與渦輪機(jī)的入口到出口條件的理想膨脹對(duì)應(yīng)的圓周速度和射流速度的比。在圖17中，針對(duì)各種實(shí)施方式的渦輪機(jī)相對(duì)于U/C比904繪制了顯示渦輪機(jī)效率902的定量圖表900，渦輪機(jī)例如為徑向渦輪機(jī)120、混合流動(dòng)渦輪機(jī)610、混合流動(dòng)的帶噴嘴渦輪機(jī)802以及基線渦輪機(jī)，以便比較。圖表900中以圖形形式表示的數(shù)據(jù)在氣體臺(tái)上獲得和/或?qū)τ诰哂邢嗤蝾愃瓶杀瓤蚣艹叽绾皖愃茐毫Ρ鹊乃袦u輪機(jī)類型使用模擬模型評(píng)估。現(xiàn)在參照?qǐng)D表900，第一效率曲線906(以實(shí)線顯示)從連續(xù)運(yùn)行的基線渦輪機(jī)獲得。如從圖表900可以看到，當(dāng)基線渦輪機(jī)操作在大約66%的U/C比時(shí)，渦輪機(jī)效率最大，為大約76%。第二效率曲線910代表操作在與從基線渦輪機(jī)獲得繪制信息使用的基本相同的操作條件的徑向渦輪機(jī)、帶噴嘴的渦輪機(jī)的性能。如可從第二效率曲線910看到的，徑向渦輪機(jī)、帶噴嘴的渦輪機(jī)在大約7%的U/C處具有大約80%的效率。換言之，與添加到基線徑向渦輪機(jī)的噴嘴環(huán)一致的特征的添加導(dǎo)致大約4%個(gè)點(diǎn)的效率增加。在不同的渦輪機(jī)構(gòu)造中觀察到基線渦輪機(jī)和帶噴嘴的徑向渦輪機(jī)之間高達(dá)7.5%個(gè)點(diǎn)的渦輪機(jī)效率的增加程度是意想不到的。第三效率曲線910代表混合流動(dòng)渦輪機(jī)的性能。第三效率曲線顯示了在大約63%的U/C比處的大約78%的峰值效率。換言之，基線渦輪機(jī)對(duì)于混合流動(dòng)操作的修改在較低的U/C處提供了大約2%個(gè)點(diǎn)的性能增長(zhǎng)。第四效率曲線912代表基于混合流動(dòng)噴嘴渦輪機(jī)的性能模擬的評(píng)估。這里，峰值效率預(yù)期為大約60%的U/C處的大約80%。換言之，提供混合流動(dòng)的噴嘴葉和特征的添加預(yù)期相對(duì)于基線渦輪機(jī)提高大約5%個(gè)點(diǎn)的渦輪機(jī)效率，這是相當(dāng)大的提高。這種和其他測(cè)試上的其他經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)是可用的，但為了簡(jiǎn)明而不再具述。將會(huì)認(rèn)識(shí)到，前面的描述提供了本發(fā)明的系統(tǒng)和技術(shù)的例子。但是，可以想到本發(fā)明的其他實(shí)施可在細(xì)節(jié)上與前面的例子不同。所有對(duì)本發(fā)明及其例子的引用都意欲指當(dāng)時(shí)正在討論的特定例子，并且不意欲暗示更一般地對(duì)本發(fā)明的范圍的任何限制。關(guān)于某些特征的所有區(qū)別和輕視語言意在指出不偏好這些特征，但并不是將其全部從本發(fā)明的范圍排除，除非另外指出。這里記載的數(shù)值范圍僅意欲用作單獨(dú)地引述落入該范圍的每個(gè)單獨(dú)數(shù)值的簡(jiǎn)略方法，除非這里另外指明，每個(gè)單獨(dú)數(shù)值像被分別地記載在這里那樣結(jié)合在本說明書中。這里描述的所有方法可以任何合適的順序執(zhí)行，除非這里另外指明或者以其他方式與上下文明顯矛盾。
權(quán)利要求
1.一種渦輪機(jī)，包括: 渦輪機(jī)殼體(215)，其包括具有基本相同的流動(dòng)面積并布置在至少一個(gè)分隔壁(240)的任一側(cè)上的至少兩個(gè)氣體通路(236)； 渦輪機(jī)輪(212)，其具有多個(gè)葉片(214)； 噴嘴環(huán)(238)，其連接到所述渦輪機(jī)殼體(215)并圍繞所述渦輪機(jī)輪(242)布置，所述噴嘴環(huán)(238)包括與所述分隔壁(240)鄰近布置的內(nèi)環(huán)(242)以及至少一個(gè)外環(huán)(238)； 多個(gè)葉(246)，其固定地布置在所述內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間，所述葉(246)之間限定多個(gè)入口開口(258)，所述入口開口與形成在所述噴嘴環(huán)(238)中并環(huán)繞所述渦輪機(jī)輪(212)的狹槽(230)流體連通； 其中，所述內(nèi)環(huán)(242)布置成阻擋與所述渦輪機(jī)殼體(215)中的至少兩個(gè)氣體通路(236)中的一個(gè)流體連通的入口開口(258)的一部分。
2.按權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)(119)，其中，所述噴嘴環(huán)(238)與所述渦輪機(jī)殼體(215) —體形成。
3.按權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)(119)，其中，所述噴嘴環(huán)(238)包括兩個(gè)外環(huán)，使得所述內(nèi)環(huán)(242)布置在所述兩個(gè)外環(huán)之間并且所述多個(gè)葉(246)中的每個(gè)葉在所述兩個(gè)外環(huán)之間延伸。
4.按權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)(119)，其中，所述多個(gè)葉(246)圍繞所述噴嘴環(huán)(238)的中心開口(248)對(duì)稱設(shè)置，使得相鄰的葉(246)之間限定傾斜流動(dòng)通道(250)，所述傾斜流動(dòng)通道(250)能夠?qū)⒔?jīng)過所述傾斜流動(dòng)通道(250)的氣體的流動(dòng)動(dòng)量大體切向和徑向地向內(nèi)朝著渦輪機(jī)輪(212)的內(nèi)直徑引導(dǎo)。
5.按權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)(119)，其中，所述噴嘴環(huán)(238)限定貫通的第一組入口開口(258)和第二組入口開口(260)，所述第二組入口開口與所述第一組入口開口(258)相比具有較小的流動(dòng)面積，使得相對(duì)于另一個(gè)氣體通路(236)對(duì)一個(gè)氣體通路中存在的氣體提供不對(duì)稱流動(dòng)限制。
6.按權(quán)利要求5所述的渦輪機(jī)(119)，其中，所述第一組和第二組限定在內(nèi)環(huán)(242)的任一側(cè)上，并且所述不對(duì)稱流動(dòng)限制通過相對(duì)于第一外環(huán)(243)和第二外環(huán)(244)向所述內(nèi)環(huán)(242)提供斜面來實(shí)現(xiàn)。
7.按權(quán)利要求5所述的渦輪機(jī)(119)，其中，所述內(nèi)環(huán)(242)包括具有大體斜梯形的橫截面形狀的分隔壁延伸部分(245)，所述大體斜梯形的橫截面形狀具有接觸所述分隔壁(240)所沿的平底(751)和大體圓的相對(duì)底(753)，其中所述分隔壁延伸部分(245)在徑向方向上相對(duì)于所述渦輪機(jī)輪(212)的厚度為每個(gè)第一外環(huán)(243)和第二外環(huán)(244)的總徑向厚度的大約40%,并且所述分隔壁延伸部分(245)相對(duì)于所述平底(751)布置在大約60度的角度。
8.按權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)(119)，其中，所述渦輪機(jī)殼體(215)包括舌(514)，所述舌具有相鄰噴嘴環(huán)(238)的外直徑(518)限定的末端(512)，所述末端(512)布置在徑向距離處，所述徑向距離在所述噴嘴環(huán)(238)的外直徑(518)和所述末端(512)之間形成徑向間隔(516)。
9.按權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)(119)，其中，所述多個(gè)葉片(214)中的每個(gè)具有大約60度的排放角(228)。
10.按權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)(119)，其中，所述渦輪機(jī)殼體(215)形成沿著所述至少兩個(gè)氣體通路(236)中的一個(gè)鄰近噴嘴環(huán)(238)布置的外側(cè)入口表面(718)以及沿著所述至少兩個(gè)氣體通路(236)中的另一個(gè)鄰近噴嘴環(huán)(238)布置的內(nèi)側(cè)入口表面(720)，所述外側(cè)入口表面(718)與沿著所述分隔壁(240)延伸的平面(604)形成第一角度(α)，所述內(nèi)側(cè)入口表面(720)與所述平面(604)形成第二角度(β)，使得第二角度(β)大于第一角度(α )
全文摘要
一種渦輪機(jī)包括渦輪機(jī)殼體(215)，渦輪機(jī)殼體包括具有基本相同流動(dòng)面積并布置在至少一個(gè)分隔壁(240)的任一側(cè)上的至少兩個(gè)氣體通路(236)。渦輪機(jī)輪(212)包括多個(gè)葉片(214)。噴嘴環(huán)(238)連接到渦輪機(jī)殼體(215)并圍繞渦輪機(jī)輪布置。噴嘴環(huán)(238)包括鄰近分隔壁(240)布置的內(nèi)環(huán)(242)和至少一個(gè)外環(huán)(238)。多個(gè)葉(246)固定地布置在內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間。葉之間限定與形成在環(huán)中并環(huán)繞渦輪機(jī)輪(212)的狹槽(230)流體連通的多個(gè)入口開口(258)。內(nèi)環(huán)(242)布置成阻擋與渦輪機(jī)殼體(215)中的至少兩個(gè)氣體通路(236)中的一個(gè)流體連通的入口開口(258)的一部分。
文檔編號(hào)F02B37/24GK103097692SQ201180044154
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者R·R·克魯伊斯韋克, K·A·德爾韋希奧, P·W·賴斯多夫, D·A·皮爾邦特, S·奧哈拉 申請(qǐng)人:卡特彼勒公司