专利名称：带有叶喷嘴环的可变截面蜗壳的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可变截面蜗壳，具体地说是在蜗壳喷嘴处通过设计特殊导流叶片结构从而有效引导蜗壳进气流角度的带有叶喷嘴环的可变截面蜗壳，属于内燃机增压领域。
背景技术：
涡轮增压技术随着社会对发动机性能及排放的要求日益提高而越来越受重视。喷嘴环组件是涡轮增压器涡轮机上的一个关键部件，其设计结构直接影响涡轮增压器的工作特性，进而会影响发动机的工作性能。因此，喷嘴环结构设计成为了研发重点。涡轮增压器的喷嘴环根据有无喷嘴叶片分为无叶喷嘴环和有叶喷嘴环两种结构。传统的涡轮机结构通常设置无叶喷嘴环，无叶喷嘴环与蜗壳做成一体，构成无叶蜗壳，无叶蜗壳的径向截面向喷嘴出口逐渐缩小。带无叶喷嘴环的蜗壳尺寸小，质量轻，结构简单，成本低，在变工况工作时效率变化比较平坦。不足之处是效率损失达，最高效率较低，另外，无叶蜗壳与不同发动机匹配时，需要设计不同截面的蜗壳，比较麻烦。随着排放法规实施的日益严格，可变截面涡轮增压器(VGT)已经成为了增压器行业研发的重点，以前用于发动机涡轮增压器的喷嘴环组件的叶片角度是固定不变，叶片不可调的，增压器只能使发动机在某一个功率区间高效工作。目前，普遍采用在涡轮内增加旋转喷嘴叶片结构，并通过调节结构来实现喷嘴叶片旋转从而满足变截面的要求，该结构能有效提高涡轮增压器的效率并能拓宽与发动机的匹配范围。美国专利US6419464B1、 US0031728A1,德国专利 DE3844189A1，中国专利 CN100523439C、CN101949305A、 CN101191425A均公开了一种涡轮增压器的有叶喷嘴环结构，所设计的有叶喷嘴环通过设置调节结构控制喷嘴环上的喷嘴叶片的不同角度来改变叶片间流道的喉口面积，从而起到控制进入涡轮废气能量的作用。实际应用得知，该结构可靠性差及效率低等问题。另外，有叶喷嘴环上的喷嘴叶片的另一种变形结构，即在蜗壳喷嘴处设计与蜗壳一体连接的均匀分布的导流叶片，从而引导气流以合适的气流角带动涡轮做功。该设计结构涡轮进口角度一致，涡轮进气效率受到限制。上述有叶喷嘴结构设计的喷嘴叶片结构形状均趋于一致，且均匀布置在喷嘴环上，即设计的是结构式喷嘴叶片。但由于从蜗壳出气口进入到涡轮的气流在周向上的气流速度和密度是变化的，由此，希望设计一种非结构式有叶喷嘴环的喷嘴叶片，更好的调节进入涡轮的进气流角度，使进入涡轮叶轮的进气流场分布均匀，有效提升涡轮机效率。
发明内容
本发明要解决的问题是针对带无叶喷嘴环的传统涡轮增压器、带结构式角度可调的喷嘴环叶片的可变喷嘴涡轮增压器(VNT)、及喷嘴处带结构式固定导流叶片的涡轮增压器的上述不足，提供一种可以更好的调节进入涡轮的进气流角度，使废气流进入涡轮叶轮的进口角一致，减少进气流的能量损失，提高涡轮叶轮的进气效率的带有叶喷嘴环的可变截面蜗壳。为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案
一种带有叶喷嘴环的可变截面蜗壳，包括蜗壳，蜗壳内安装有涡轮叶轮，所述蜗壳内设有蜗壳进气流道，蜗壳进气流道靠近涡轮叶轮处设有喷嘴环，位于蜗壳进气流道内侧且靠近蜗壳进气口的蜗壳壁上设有蜗壳舌部；
所述蜗壳进气流道内靠近喷嘴环的位置处设有机翼型气动式的导流叶片，所述导流叶片与蜗壳一体固定连接。以下是本发明对上述方案的进一步改进
所述蜗壳进气流道为单流道，导流叶片设置在靠近蜗壳进气流道内蜗壳舌部的喷嘴环位置处。进一步改进导流叶片的数量为一个，所述导流叶片弦长为3-40mm。进一步改进所述导流叶片安装角的角度为100-170度；所述导流叶片进口角的角度为0-90度；所述导流叶片出口角的角度为0-90度。另一种改进
导流叶片的数量为二个，两个导流叶片的弦长分别位于3-40mm之间、且互不相等。进一步改进所述两个导流叶片安装角的角度分别位于100-170度之间、且互不相等；
所述两个导流叶片进口角的角度分别位于0-90度之间、且互不相等；
所述两个导流叶片出口角的角度分别位于0-90度之间、且互不相等。进一步改进两个导流叶片之间的距离为3_50mm。另一种改进所述蜗壳进气流道内设有一个气动隔板，所述气动隔板将蜗壳进气流道间隔成蜗壳进气内流道和蜗壳进气外流道，所述蜗壳进气外流道位于蜗壳进气内流道的周向外侧。所述蜗壳进气内流道的进气区域角度值为0-340度之间的任意值,所对应的蜗壳进气外流道的进气区域角度值为360-20度之间的任意值，所述蜗壳进气内流道和所述蜗壳进气外流道的进气区域角度值之和为360度。进一步改进导流叶片的数量为若干个，分别均匀设置在所述蜗壳进气内流道和蜗壳进气外流道内靠近喷嘴环的位置。另一种改进所述蜗壳进气流道内设有至少两个气动隔板，所述气动隔板将蜗壳进气流道间隔成至少三个蜗壳进气流道，每个蜗壳进气流道均为非全周进气流道，所述各个非全周进气流道的进气区域角度之和为360度。进一步改进导流叶片的数量为若干个，分别均匀设置在每个蜗壳进气流道内靠近喷嘴环的位置。进一步改进
相邻两个导流叶片之间的距离为3-50mm，若干个导流叶片的弦长分别位于3_40mm之间、且互不相等。进一步改进所述若干个导流叶片安装角的角度分别位于100-170度之间、且互不相等；
所述若干个导流叶片进口角的角度分别位于0-90度之间、且互不相等；所述若干个导流叶片出口角的角度分别位于0-90度之间、且互不相等。本发明可以更好的调节进入涡轮的进气流角度，使废气流进入涡轮叶轮的进口角一致，减少进气流的能量损失，提高涡轮叶轮的进气效率。下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
图I为本发明实施例I中带有叶喷嘴环的可变截面蜗壳的结构示意图2为本发明实施例I中带有叶喷嘴环的可变截面蜗壳的轴向截面结构示意图3为本发明实施例2中带有叶喷嘴环的可变截面蜗壳的结构示意图4为本发明实施例3中带有叶喷嘴环的可变截面蜗壳的结构示意图5为本发明实施例3中带有叶喷嘴环的可变截面蜗壳的轴向截面结构示意图6为本发明实施例4中带有叶喷嘴环的可变截面蜗壳的结构示意图。图中1_蜗壳；2_涡轮叶轮；3_蜗壳进气口 ；4_蜗壳舌部；5_蜗壳出气口 ；6-蜗壳进气流道；7_喷嘴环；8_导流叶片；9_气动隔板；10-蜗壳进气内流道；11-蜗壳进气外流道；α-导流叶片安装角；β_导流叶片进口角；Y-导流叶片出口角。
具体实施例方式实施例1，如图I、图2所示，一种带有叶喷嘴环的可变截面蜗壳，包括蜗壳1，蜗壳 I内安装有涡轮叶轮2，所述蜗壳I内设有蜗壳进气流道6，所述蜗壳I上设有分别与蜗壳进气流道6连通的蜗壳进气口 3和蜗壳出气口 5，蜗壳进气流道6靠近涡轮叶轮2处设有喷嘴环7，位于蜗壳进气流道6内侧且靠近蜗壳进气口 3的蜗壳壁上设有蜗壳舌部4。所述蜗壳进气流道6为单流道，在靠近蜗壳舌部4的喷嘴环7位置处设有I个机翼型气动式的导流叶片8，所述导流叶片8与蜗壳I 一体固定连接。所述导流叶片8的弦长L为3_40mm。导流叶片压力面位于导流叶片出气端处的切线与该出气端直径方向的夹角为导流叶片安装角α，所述导流叶片安装角α的角度为100-170度。导流叶片位于进气端处的切线与该进气端位于涡轮叶轮圆周上的切线之间的夹角为导流叶片进口角β，所述导流叶片进口角β的角度为0-90度。导流叶片中心线位于导流叶片出气端处的切线与该切线与涡轮叶轮圆周交点处的切线之间的夹角为导流叶片出口角Y，所述导流叶片出口角Y的角度为0-90度。实施例2，如图3所示，所述蜗壳进气流道6为单流道时，还可以在靠近蜗壳舌部4 的喷嘴环7位置设有2个机翼型气动式的导流叶片8。两个导流叶片8的弦长L分别为位于3_40mm之间、且互不相等。所述两个导流叶片安装角α的角度分别位于100-170度之间、且互不相等。所述两个导流叶片进口角β的角度分别位于0-90度之间、且互不相等。所述两个导流叶片出口角Y的角度分别位于0-90度之间、且互不相等。所述两个导流叶片之间的距离D为3_50mm。实施例3,如图4、图5所示,所述蜗壳进气流道6内设有一个气动隔板9,所述气动隔板9将蜗壳进气流道6间隔成蜗壳进气内流道10和蜗壳进气外流道11，所述蜗壳进气外流道11位于蜗壳进气内流道10的周向外侧。所述蜗壳进气内流道10的进气区域角度值Φ为0-340度之间的任意值,所对应的蜗壳进气外流道11的进气区域角度值Θ为360-20度之间的任意值，所述蜗壳进气内流道10和所述蜗壳进气外流道11的进气区域角度值之和为360度。所述蜗壳进气内流道10内靠近喷嘴环7位置均匀设有若干个机翼型气动式的导流叶片8，所述蜗壳进气外流道11内靠近喷嘴环7位置也均匀设有若干个机翼型气动式导流叶片8，相邻两个导流叶片8之间的距离D为3-50mm。若干个导流叶片8的弦长L分别位于3_40mm之间且互不相等。所述若干个导流叶片安装角α的角度分别位于100-170度之间、且互不相等。所述若干个导流叶片进口角β的角度分别位于0-90度之间、且互不相等。所述若干个导流叶片出口角Y的角度分别位于0-90度之间、且互不相等。若干个导流叶片8与蜗壳I均一体固定连接。实施例4，如图6所示，在实施例3的基础上，可以在所述蜗壳进气流道6内设有至少两个气动隔板9，所述气动隔板9将蜗壳进气流道6间隔成至少三个蜗壳进气流道，每个蜗壳进气流道均为非全周进气流道，所述各个非全周进气流道的进气区域角度之和为360度。在每个蜗壳进气流道内靠近喷嘴环的位置都均匀设有若干个机翼型气动式的导流叶片8，所述若干个导流叶片8的布置方式与实施例3中导流叶片8的布置方式相同。
权利要求
1.一种带有叶喷嘴环的可变截面蜗壳，包括蜗壳(1)，蜗壳(I)内安装有涡轮叶轮(2)， 所述蜗壳(I)内设有蜗壳进气流道(6)，蜗壳进气流道(6)靠近涡轮叶轮(2)处设有喷嘴环(7)，位于蜗壳进气流道(6)内侧且靠近的蜗壳进气口(3)的蜗壳壁上设有蜗壳舌部(4)；其特征在于所述蜗壳进气流道(6)内靠近喷嘴环(7)的位置处设有机翼型气动式的导流叶片(8),所述导流叶片(8)与蜗壳(I) 一体固定连接。
2.根据权利要求I所述的一种带有叶喷嘴环的可变截面蜗壳，其特征在于所述蜗壳进气流道(6)为单流道，导流叶片(8)设置在靠近蜗壳进气流道(6)内蜗壳舌部(4)的喷嘴环(7)位置处。
3.根据权利要求2所述的一种带有叶喷嘴环的可变截面蜗壳，其特征在于导流叶片(8)的数量为一个，所述导流叶片弦长(L)为3-40mm。
4.根据权利要求3所述的一种带有叶喷嘴环的可变截面蜗壳，其特征在于所述导流叶片安装角(α )的角度为100-170度；所述导流叶片进口角(β )的角度为 0-90度；所述导流叶片出口角(Y )的角度为0-90度。
5.根据权利要求2所述的一种带有叶喷嘴环的可变截面蜗壳，其特征在于导流叶片(8)的数量为二个，两个导流叶片(8)的弦长(L)分别位于3-40mm之间、且互不相等。
6.根据权利要求5所述的一种带有叶喷嘴环的可变截面蜗壳，其特征在于所述两个导流叶片安装角(α )的角度分别位于100-170度之间、且互不相等；所述两个导流叶片进口角(β )的角度分别位于0-90度之间、且互不相等；所述两个导流叶片出口角(Y )的角度分别位于0-90度之间、且互不相等。
7.根据权利要求6所述的一种带有叶喷嘴环的可变截面蜗壳，其特征在于两个导流叶片之间的距离(D)为3-50mm。
8.根据权利要求I所述的一种带有叶喷嘴环的可变截面蜗壳，其特征在于所述蜗壳进气流道(6)内设有一个气动隔板(9)，所述气动隔板(9)将蜗壳进气流道(6)间隔成蜗壳进气内流道(10 )和蜗壳进气外流道(11 )，所述蜗壳进气外流道(11)位于蜗壳进气内流道(10)的周向外侧。
9.根据权利要求8所述的一种带有叶喷嘴环的可变截面蜗壳，其特征在于导流叶片(8)的数量为若干个，分别均匀设置在所述蜗壳进气内流道(10)和蜗壳进气外流道(11)内靠近喷嘴环(7)的位置。
10.根据权利要求I所述的一种带有叶喷嘴环的可变截面蜗壳，其特征在于所述蜗壳进气流道(6)内设有至少两个气动隔板(9)，所述气动隔板(9)将蜗壳进气流道(6)间隔成至少三个蜗壳进气流道，每个蜗壳进气流道均为非全周进气流道，所述各个非全周进气流道的进气区域角度之和为360度。
11.根据权利要求10所述的一种带有叶喷嘴环的可变截面蜗壳，其特征在于导流叶片(8)的数量为若干个，分别均匀设置在每个蜗壳进气流道内靠近喷嘴环(7)的位置。
12.根据权利要求9或11所述的一种带有叶喷嘴环的可变截面蜗壳，其特征在于相邻两个导流叶片(8)之间的距离(D)为3-50mm，若干个导流叶片(8)的弦长(L)分别位于3-40mm之间、且互不相等。
13.根据权利要求12所述的一种带有叶喷嘴环的可变截面蜗壳，其特征在于所述若干个导流叶片安装角(α )的角度分别位于100-170度之间、且互不相等；所述若干个导流叶片进口角(β )的角度分别位于0-90度之间、且互不相等； 所述若干个导流叶片出口角(Y )的角度分别位于0-90度之间、且互不相等。
全文摘要
本发明公开了一种带有叶喷嘴环的可变截面蜗壳，包括蜗壳，蜗壳内安装有涡轮叶轮，所述蜗壳内设有蜗壳进气流道，蜗壳进气流道靠近涡轮叶轮处设有喷嘴环，位于蜗壳进气流道内侧且靠近蜗壳进气口的蜗壳壁上设有蜗壳舌部；所述蜗壳进气流道内靠近喷嘴环的位置处设有机翼型气动式的导流叶片，所述导流叶片与蜗壳一体固定连接，本发明可以更好的调节进入涡轮的进气流角度，使废气流进入涡轮叶轮的进口角一致，减少进气流的能量损失，提高涡轮叶轮的进气效率。
文档编号F02B37/24GK102606233SQ201210072060
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月19日 优先权日2012年3月19日
发明者宋丽华, 王航, 王艳霞, 范厚传, 袁道军 申请人:康跃科技股份有限公司