[发明专利]轴向涡轮机

权利要求书

1.一种涡轮增压器，所述涡轮增压器构造成从构造成在一系列标准操作条件上操作的发动机接收排气流并且将输入空气压缩成加压空气流，包括：

壳体，其包括涡轮机壳体；和

转子，其构造成在所述壳体中沿转子旋转轴线旋转，所述转子包括轴向涡轮机轮、压缩机轮和轴，所述轴沿所述转子旋转轴线延伸并且将所述涡轮机轮连接到所述压缩机轮；

其中，所述涡轮机轮构造有毂并且构造有多个轴向涡轮机叶片，所述叶片构造成当所述涡轮增压器从所述发动机接收所述排气流时驱动所述转子绕所述转子旋转轴线旋转，所述叶片具有轴向上游边缘、轴向下游边缘、毂端以及与所述毂端相对的尖端；

其中，所述压缩机轮构造成当所述转子被所述涡轮机轮驱动绕所述转子旋转轴线旋转时将所述输入空气压缩成所述加压空气流；并且

其中，所述涡轮机壳体形成向内螺旋的涡轮机主涡管通道，所述主涡管通道的特征在于主涡管入口端口，所述主涡管入口端口的特征在于位于所述叶片的轴向上游端的径向外部的质心。

2.如权利要求1所述的涡轮增压器，所述发动机排气流的特征在于气体特定的属性，包括特定的气体常数R_sp和玻尔兹曼常数k，其中：

所述主涡管入口端口的进一步特征在于面积；

所述涡轮机轮叶片的轴向上游边缘限定了涡轮机轮入口，所述涡轮机轮入口的特征在于面积；

组合的涡轮机壳体和涡轮机轮的特征在于主涡管半径比r_r，其被限定为所述叶片的轴向上游边缘处的毂的半径除以所述主涡管入口端口的质心的半径；

组合的涡轮机壳体和涡轮机轮的进一步特征在于当以临界膨胀比E_cr被驱动时所述主涡管入口端口处的校正质量流率表面密度；

所述主涡管半径比r_r和所述主涡管入口端口面积的大小设置为使得当以所述临界膨胀比E_cr被驱动时所述主涡管入口端口处的所述校正质量流率表面密度大于临界校正质量流率表面密度D_cr；并且

D_cr和E_cr的值由下式确定：

和

。

3.如权利要求2所述的涡轮增压器，其中，每个涡轮机轮后缘的所述毂端处的半径不大于每个涡轮机轮后缘的所述尖端处的半径的60％。

4.如权利要求3所述的涡轮增压器，其中，所述涡轮机叶片各自的特征在于在所述毂处的叶片转向角，该叶片转向角大于或等于45度。

5.如权利要求4所述的涡轮增压器，其中，所述涡轮机叶片各自的特征在于在所述毂和所述尖之间的中间半径处的叶片转向角，该叶片转向角大于或等于80度。

6.如权利要求3所述的涡轮增压器，其中，所述涡轮机叶片各自的特征在于在所述毂和所述尖之间的中间半径处的叶片转向角，该叶片转向角大于或等于80度。

7.如权利要求2所述的涡轮增压器，其中，所述向内螺旋的涡轮机主涡管通道是无翼通道。

8.一种涡轮增压的内燃发动机系统，包括：

发动机，其构造成接收加压空气流并且产生排气流，所述发动机构造成在一系列标准操作条件上操作；和

如权利要求2所述的涡轮增压器，所述涡轮增压器构造成当以所述标准操作条件操作时从所述发动机接收所述排气流，并且将输入空气压缩成由所述发动机接收的所述加压空气流。

9.如权利要求8所述的涡轮增压的内燃发动机系统，其中，所述向内螺旋的主涡管通道实质上形成收缩通道，所述收缩通道足够地向下游轴向转向并且向内螺旋，以对于所述一系列标准操作条件中的至少一些操作条件，导致所述输入空气当到达所述涡轮机轮的上游边缘时实现超音速。