[发明专利]用于径流式涡轮机的喷嘴环和包括该喷嘴环的排气涡轮增压器

说明书

描述了一种用于径流式涡轮机的喷嘴环(10)。喷嘴环包括盘状主体(11)，盘状主体(11)具有用于使轴从中穿过的中央开口(12)。此外，喷嘴环包括导向叶片(14)，导向叶片(14)被周向设置在主体(11)的第一表面(11A)上的径向外部部分中。主体(11)的径向内部部分中设置有两个或更多个孔(17)。另外，主体(11)的第一表面(11A)中设置有凹槽(171)，凹槽(171)连接两个或更多个孔(17)中的至少两个孔。

技术领域

本公开的实施例涉及排气涡轮增压器。特别地，本公开的实施例涉及用于排气涡轮增压器的径流式涡轮机的喷嘴环。

背景技术

今天，排气涡轮增压器被广泛用于提高内燃机的性能。排气涡轮增压器通常具有在内燃机的排气管中的涡轮机和在内燃机上游的压缩机。内燃机的排气在涡轮中膨胀。所获取的功由轴传递到压缩机，该压缩机压缩供应给内燃机的空气。通过利用排气的能量来压缩被供应给内燃机中的燃烧过程的空气，可以优化内燃机的燃烧过程和效率。应当理解，涡轮增压器也用于压燃式发动机。

排气的热能和动能用于驱动涡轮增压器转子。为了确保安全运行，必须将排气射流引导到涡轮机叶轮上。为此，并且为了使得涡轮增压器能够针对不同应用“匹配”，喷嘴环被安装在径向涡轮级中涡轮机叶轮前面的流动通道的出口处。

取决于所使用的涡轮机和具体操作条件，工作介质(例如，排气)可能有很大的温度梯度。由于这个原因，排气涡轮增压器的喷嘴环通常会由于工作条件的变化(即，工作介质的压力和温度的升高或降低)而承受高负荷，并且因此会受到相对较高的温度膨胀。

喷嘴环通常通过轴向夹紧被保持就位，通常在涡轮机壳体与轴承座之间。此外，如果通过排气进入轴承座的热量太高，或者如果太多能量通过其他相邻组件而从排气中消散，则可以安装单独的隔热罩。有时可能需要将喷嘴环与涡轮机壳体的位置对准，这可以通过诸如销连接等的定位组件来实现。

用于将喷嘴环例如固定到轴承座的另一种可能性是使用诸如紧固螺栓或螺钉等紧固装置。因此，通常，喷嘴环设置有用于接纳相应紧固装置的通孔。

已经发现，通过使用螺栓型连接或螺纹连接而安装的常规喷嘴环会引起压力扰动，这可能生成涡轮叶片激励。这种激励可能会生成交替的叶片偏转，从而导致应力和应变水平增加，从而可能导致材料疲劳。

通常，涡轮叶片激励的问题通过以下方式解决。一种选择是提供导致叶片几何形状变化的导引器或引导器夹，并且因此将谐振频率改变到工作范围之外的频率。另一种选择是限制涡轮增压器速度，以避免达到所关注的转子速度。备选地，可以重新设计涡轮级以消除或最小化压力扰动的源或幅度。然而，这些措施相对复杂并且成本较高。

因此，鉴于上述情况，需要能够至少部分克服现有技术的问题、特别地是与涡轮叶片激励相关的问题的喷嘴环，从而可以提供改进的排气涡轮增压器。

发明内容

鉴于上述情况，提供了一种根据独立权利要求的用于径流式涡轮机的喷嘴环。根据从属权利要求、说明书和附图，其他的方面、优点和特征是很清楚的。

根据本公开的一方面，提供了一种用于径流式涡轮机的喷嘴环。喷嘴环包括盘状主体，该盘状主体具有用于使轴从中穿过的中央开口。此外，喷嘴环包括导向叶片，导向叶片被周向设置在主体的第一表面上的径向外部部分中。主体的径向内部部分中设置有两个或更多个孔。另外，主体的第一表面中设置有凹槽。凹槽连接两个或更多个孔中的至少两个孔。

因此，与传统的喷嘴环相比，本公开的喷嘴环得到改进。特别地，当安装喷嘴环时，如本文所述的喷嘴环的实施例有利地提供了涡轮机叶轮附近的压力扰动的减少。此外，利用如本文所述的喷嘴环，涡轮机叶轮的转子叶片激励可以被减少或甚至基本上被避免。更具体地，提供如本文所述的具有凹槽的喷嘴环的效果是：当转子叶片经过相应固定装置时产生的压力脉冲或扰动可以通过凹槽沿着盘状主体散布。因此，在本公开中，喷嘴环的凹槽也可以被称为“稳定凹槽”。