喷嘴叶片、组件、涡轮增压器、发动机增压系统和发动机的制作方法

1.本实用新型涉及发动机技术领域，特别涉及一种喷嘴叶片、组件、涡轮增压器、发动机增压系统和发动机。


背景技术：

2.目前，涡轮增压器中的喷嘴叶片表面气体流动性不理想，影响了涡轮增压器的增压效率，降低了发动机的经济性能和动力性能。
3.因此，如何提高喷嘴叶片的气体流动性成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本实用新型提出了一种喷嘴叶片、组件、涡轮增压器、发动机增压系统和发动机，以提高喷嘴叶片的气体流动性。
5.为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.本实用新型提供了一种喷嘴叶片，包括叶片上表面、叶片周表面、叶片下表面、叶片前缘和叶片尾缘，其中，所述叶片上表面与所述叶片下表面相对布置；所述叶片周表面、所述叶片前缘和所述叶片尾缘连接所述叶片上表面与所述叶片下表面；所述叶片前缘位于所述喷嘴叶片的气流进入端；所述叶片尾缘位于所述喷嘴叶片的气流流出端；
7.所述喷嘴叶片还包括至少一个中间截面，所述叶片上表面、所述叶片下表面和所述中间截面的形状相同，叶片尾缘与预设平面垂直，叶片上表面、叶片下表面和中间截面中至少有一个截面为基准截面，剩余截面为调整截面，剩余截面的前缘倒角r
new
满足：r
new
＝0.05(β-α)r；
8.r为基准截面的前缘倒角；
9.α为基准截面的攻角；
10.β为偏转截面的攻角；
11.剩余截面的面积s
new
满足：
12.s
new
＝0.12(β-α)s；
13.其中，s为基准截面的面积；
14.α为基准截面的攻角；
15.β为偏转截面的攻角。
16.优选的，本实用新型的喷嘴叶片中，喷嘴叶片的重心轴线与预设平面垂直。
17.优选的，本实用新型的喷嘴叶片中，所述预设平面为喷嘴布置端面。
18.优选的，本实用新型的喷嘴叶片中，所述叶片尾缘与所述叶片上表面垂直。
19.优选的，本实用新型的喷嘴叶片中，所述叶片尾缘与所述叶片下表面垂直。
20.优选的，本实用新型的喷嘴叶片中，所述中间截面的数量为两个，且叶片上表面、两个所述中间截面和所述叶片下表面的面积逐渐变小。
21.优选的，本实用新型的喷嘴叶片中，叶片上表面、两个中间截面和叶片下表面中相邻面间的叶片高度差相等。
22.本实用新型还公开了一种喷嘴组件，包括安装盘和布置于多个布置于安装盘的喷嘴叶片，喷嘴叶片为如上述任一项的喷嘴叶片。
23.本实用新型还公开了一种涡轮增压器，包括涡轮机、压气机、转轴和喷嘴组件，其中，涡轮机和压气机通过转轴传动连接；喷嘴组件设置在涡轮机内的喷嘴处；喷嘴组件如上述的喷嘴组件。
24.本实用新型还公开了一种发动机增压系统，包括空滤器、涡轮增压器、中冷器和发动机本体，其中，空滤器、压气机、中冷器、发动机本体和涡轮机经管路依次连接；涡轮增压器为如上述的涡轮增压器。
25.本实用新型还公开了一种发动机，包括如上述的发动机增压系统。
26.由上述技术方案可以看出，本实用新型的叶片上表面、叶片下表面和中间截面的形状相同，叶片上表面、叶片下表面和中间截面的面积不等，且叶片尾缘与预设平面垂直从而改变了喷嘴叶片的气体流入端的角度，优化了入射角度，从而提高了喷嘴叶片的气体流动性。
附图说明
27.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些示例或实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，而且还可以根据提供的附图将本实用新型应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
28.图1是本实用新型所提供的一种用于发动机的发动机增压系统的示意图；
29.图2是本实用新型所提供的一种涡轮增压器的示意图；
30.图3是本实用新型所提供的一种喷嘴组件的示意图；
31.图4是本实用新型所提供的一种喷嘴叶片的三维图；
32.图5是本实用新型所提供的一种喷嘴叶片的俯视图
33.图6是本实用新型所提供的一种喷嘴叶片不同叶片高度的气体流场图；
34.图7是本实用新型所提供的一种喷嘴叶片所成的喷嘴组件的压力分布图；
35.图8是本实用新型所提供的另一种喷嘴叶片的三维图；
36.图9是本实用新型所提供的另一种喷嘴叶片不同叶片高度的气体流场图；
37.图10是本实用新型所提供的另一种喷嘴叶片所成的喷嘴组件的压力分布图；
38.1为空滤器、2为涡轮增压器、3为中冷器、4为进气歧管、5为发动机本体、6为排气歧管、21为压气机、22为涡轮机、23为转轴、24为喷嘴组件、241为安装盘、242为喷嘴叶片、2421为叶片上表面、2422为叶片下表面、2423为叶片周表面、2424为叶片前缘、2425为叶片尾缘、2426为中间截面。
具体实施方式
39.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
40.涡轮增压器：安装在内燃机排气侧的排气管上以提升空气动力的装置。通过利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮带动同轴的压轮，压轮压缩由空气滤清器管道送来的空气，压缩后的空气进入内燃机的进气缸参与内燃机燃烧。
41.参阅图1，图1展示了一种用于发动机的发动机增压系统的示意图，图示的发动机增压系统包括空滤器1、涡轮增压器2、中冷器3和发动机本体5，其中，空滤器1、压气机21、中冷器3、发动机本体5和涡轮机22经管路依次连接。发动机增压系统换气过程具体为，在发动机本体5的泵吸作用下，空气通过空滤器1进入涡轮增压器2的压气机21，压气机21压缩后通过中冷器3对压缩后的高温气体进行冷却，然后气体通过进气歧管4分配至发动机本体5的各个汽缸中。做功完成后，排气通过排气歧管6导入涡轮增压器2的涡轮机22，涡轮机22做功后的能量通过涡轮机22与压气机21之间的连接轴传递给压气机21，用于对进气进行压缩以提高进气压力。
42.参阅图2，图2展示了一种涡轮增压器的示意图。涡轮增压器2包括涡轮机22、压气机21、转轴23和喷嘴组件24，其中，涡轮机22和压气机21通过转轴23传动连接；喷嘴组件24设置在涡轮机22内的喷嘴处。压气机21压缩通过压气机21入口吸入的空气，并且将压缩空气递送到发动机本体，用于增强发动机的性能。
43.参阅图3，图3展示了一种喷嘴组件24的示意图。图示的喷嘴组件24包括喷嘴叶片242和安装盘241，喷嘴叶片242沿周向布置在安装盘241的端面。
44.参阅图4和图5，图4展示了一种喷嘴叶片242的三维图，图5展示了一种喷嘴叶片242的俯视图。图示的喷嘴叶片242包括叶片上表面2421、叶片周表面2423、叶片下表面2422、叶片前缘2424和叶片尾缘2425。叶片上表面2421与叶片下表面2422相对布置；叶片周表面2423、叶片前缘2424和叶片尾缘2425连接叶片上表面2421与叶片下表面2422；叶片前缘2424是气流进入端；叶片尾缘2425是气流流出端。叶片上表面2421的形状与叶片下表面2422形状完全相同。叶片上表面2421与叶片下表面2422轴线垂直于安装盘241，即叶片上表面2421和叶片下表面2422沿轴向对称。
45.气流攻角β为来流速度与叶片弦线的夹角，其中，叶片弦线为叶片的前缘2424顶部与叶片尾缘2425的顶部连线。气流流动越稳定，当β超过阈值范围，气体在叶片出口位置易出现分离现象。按照顺时针，气流在弦线左侧流入，则β为负值:气流在弦线左侧流入，则β为正值。
46.前缘倒角r，为叶片前缘位置的倒角。
47.参见图6和图7，图6展示了不同叶片高度的气体流场图，图7展示了一种喷嘴叶片所成的喷嘴组件的压力分布图。其中，sp是指叶片高度，图6中sp＝0.5是50％叶片高度的中间截面2426气体流场图；图6中sp＝0.1是10％叶片的高度中间截面2426气体流场图；图6中sp＝0.9是90％叶片高度的中间截面2426气体流场图。流线颜色代表流速大小，颜色越深；
密度代表：气体的走向及充盈情况，越密集证明此处流过的气体越多。可见，上述每个喷嘴叶片242表面的气体流动性较差，影响涡轮增压器2的效率，降低了发动机的经济性能和动力性能。发明人经过研究发现气体流动性主要是由于气流流入角度不合适导致的气流流动对冲等导致的。
48.因此，本实用新型提供了以一种喷嘴叶片242、组件、涡轮增压器2、发动机增压系统和发动机，以提高喷嘴叶片242的气体流动性。
49.请参阅图8至图10，图8展示了一种喷嘴叶片242的结构示意图。图示中的喷嘴叶片242包括叶片上表面2421、叶片周表面2423、叶片下表面2422、叶片前缘2424和叶片尾缘2425，其中，叶片上表面2421与叶片下表面2422相对布置；叶片周表面2423、叶片前缘2424和叶片尾缘2425连接叶片上表面2421与叶片下表面2422；叶片前缘2424位于喷嘴叶片242的气流进入端；叶片尾缘2425位于喷嘴叶片242的气流流出端；喷嘴叶片242还包括中间截面2426，叶片上表面2421、叶片下表面2422和中间截面2426的形状相同，叶片上表面2421、叶片下表面2422和中间截面2426的面积不等，且叶片尾缘2425与预设平面垂直。由于叶片尾缘2425与预设平面垂直，叶片上表面2421、叶片下表面2422和中间截面2426的形状相同，叶片尾缘2425与预设平面垂直；叶片上表面2421、叶片下表面2422和中间截面2426中至少有一个截面为基准截面，剩余截面为调整截面，剩余截面的前缘倒角r
new
满足：r
new
＝0.05(β-α)r；
50.r为基准截面的前缘倒角；
51.α为基准截面的攻角；
52.β为偏转截面的攻角；
53.剩余截面的面积s
new
满足：
54.s
new
＝0.12(β-α)s；
55.其中，s为基准截面的面积；
56.α为基准截面的攻角；
57.β为偏转截面的攻角。
58.通过缩小前缘倒角，有利于进气引流，从而改变了喷嘴叶片242的气体流入端的角度，优化了入射角度，从而提高了喷嘴叶片242的气体流动性。
59.例如，当中间截面2426为基准截面时，中间截面2426的面积不变，剩余截面按照上述公式调整前缘倒角和面积。
60.进一步的，本发明又一实施例中，叶片包括叶片上表面2421、叶片周表面2423、叶片下表面2422、叶片前缘2424和叶片尾缘2425，其中，叶片上表面2421与叶片下表面2422相对布置；叶片周表面2423、叶片前缘2424和叶片尾缘2425连接叶片上表面2421与叶片下表面2422；叶片前缘2424位于喷嘴叶片242的气流进入端；叶片尾缘2425位于喷嘴叶片242的气流流出端；喷嘴叶片242还包括中间截面2426和中间截面2427，叶片上表面2421、叶片下表面2422、中间截面2426和中间截面2427的形状相同，叶片上表面2421、叶片下表面2422、中间截面2426和中间截面2427中至少有一个截面为基准截面，剩余截面为调整截面，剩余截面的前缘倒角r
new
满足：r
new
＝0.05(β-α)r；
61.r为基准截面的前缘倒角；
62.α为基准截面的攻角；
63.β为偏转截面的攻角；
64.剩余截面的面积s
new
满足：
65.s
new
＝0.12(β-α)s；
66.其中，s为基准截面的面积；
67.α为基准截面的攻角；
68.β为偏转截面的攻角。
69.参见图9和图10，图9展示了不同叶片高度的气体流场图；图10展示了另一种喷嘴叶片所成的喷嘴组件的压力分布图。其中，sp是指叶片高度，图9中sp＝0.5是50％叶片高度的中间截面2426气体流场图；图9中sp＝0.1是10％叶片的高度中间截面2426气体流场图；图10中sp＝0.9是90％叶片高度的中间截面2426气体流场图。可见，通过调整入射角度，上述不同叶片高度下的喷嘴叶片242表面的气体流动性有很大改善。
70.需要说明的是，上述所述预设平面可为喷嘴布置端面，还可为喷嘴组件的安装盘的端面。叶片上表面2421、叶片下表面2422和中间截面2426的面积可根据喷嘴叶片242在喷嘴组件24的转速、材质而定，本实用新型不做具体限定。
71.叶片尾缘2425与叶片上表面2421为任意夹角，为了进一步优化上述技术方案，方便加工，本实用新型一些示例中，叶片尾缘2425与叶片上表面2421垂直。
72.叶片尾缘2425与叶片下表面2422为任意夹角，为了进一步优化上述技术方案，方便加工，本实用新型一些示例中，叶片尾缘2425与叶片下表面2422垂直。
73.中间截面2426的数量至少为一个，图示中中间截面2426的数量为两个，但是，本实用新型并不仅仅局限于数量为两个的方案。自喷嘴叶片242的叶片上表面2421至叶片下表面2422，对应面的面积分别为s1、s2、s3、s4，其关系满足：s4＞s3≥s2＞s1。
74.喷嘴叶片242中，叶片上表面2421、两个中间截面2426和叶片下表面2422中相邻面间的叶片高度差为任意值。为了方便优化喷嘴叶片242的结构，喷嘴叶片242中，叶片上表面2421、两个中间截面2426和叶片下表面2422中相邻面间的叶片高度差相等。
75.本实用新型还公开了一种喷嘴组件24，包括安装盘241和布置于多个布置于安装盘241的喷嘴叶片242，喷嘴叶片242为如上述任一项的喷嘴叶片242。由于上述喷嘴叶片242具有以上效果，包括该喷嘴叶片242的喷嘴组件24具有相应的效果，此处不再赘述。
76.本实用新型还公开了一种涡轮增压器2，包括涡轮机22、压气机21、转轴23和喷嘴组件24，其中，涡轮机22和压气机21通过转轴23传动连接；喷嘴组件24设置在涡轮机22内的喷嘴处；喷嘴组件24如上述的喷嘴组件24。由于上述喷嘴组件24具有以上有益效果，包括该喷嘴组件24的涡轮增压器2具有相应效果。
77.本实用新型还公开了一种发动机增压系统，包括空滤器、涡轮增压器2、中冷器和发动机本体，其中，空滤器、压气机21、中冷器、发动机本体和涡轮机22经管路依次连接；涡轮增压器2为如上述的涡轮增压器2。由于上述涡轮增压器2具有以上有益效果，包括该涡轮增压器2的发动机增压系统具有相应效果。
78.本实用新型还公开了一种发动机，包括如上述的发动机增压系统。由于上述发动机增压系统具有以上有益效果，包括该发动机增压系统的发动机具有相应效果。
79.需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关实用新型相关的部分。在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
80.应当理解，本实用新型中使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换该词语。
81.如本实用新型和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
82.其中，在本实用新型实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，a/b可以表示a或b；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，在本实用新型实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个。
83.以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
84.本实用新型中使用了流程图用来说明根据本实用新型的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
85.以上描述仅为本实用新型的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。本实用新型中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本实用新型中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

技术特征：
1.一种喷嘴叶片，其特征在于，包括叶片上表面、叶片周表面、叶片下表面、叶片前缘和叶片尾缘，其中，所述叶片上表面与所述叶片下表面相对布置；所述叶片周表面、所述叶片前缘和所述叶片尾缘连接所述叶片上表面与所述叶片下表面；所述叶片前缘位于所述喷嘴叶片的气流进入端；所述叶片尾缘位于所述喷嘴叶片的气流流出端；所述喷嘴叶片还包括至少一个中间截面，所述叶片上表面、所述叶片下表面和所述中间截面的形状相同，所述叶片尾缘与预设平面垂直，所述叶片上表面、所述叶片下表面和中间截面中至少有一个截面为基准截面，剩余截面为调整截面，剩余截面的前缘倒角r
new
满足：r
new
＝0.05(β-α)r；r为基准截面的前缘倒角；α为基准截面的攻角；β为偏转截面的攻角；剩余截面的面积s
new
满足：s
new
＝0.12(β-α)s；其中，s为基准截面的面积；α为基准截面的攻角；β为偏转截面的攻角。2.如权利要求1所述的喷嘴叶片，其特征在于，所述预设平面为喷嘴布置端面。3.如权利要求2所述的喷嘴叶片，其特征在于，所述叶片尾缘与所述叶片上表面垂直。4.如权利要求2所述的喷嘴叶片，其特征在于，所述叶片尾缘与所述叶片下表面垂直。5.如权利要求1所述的喷嘴叶片，其特征在于，所述中间截面的数量为两个，且所述叶片上表面、两个所述中间截面和所述叶片下表面的面积逐渐变小。6.如权利要求5所述的喷嘴叶片，其特征在于，所述叶片上表面、两个所述中间截面和所述叶片下表面中相邻面间的叶片高度差相等。7.一种喷嘴组件，其特征在于，包括安装盘和多个布置于所述安装盘的喷嘴叶片，所述喷嘴叶片为如权利要求1至6中任一项所述的喷嘴叶片。8.一种涡轮增压器，其特征在于，包括涡轮机、压气机、转轴和喷嘴组件，其中，所述涡轮机和所述压气机通过转轴传动连接；所述喷嘴组件设置在所述涡轮机内的喷嘴处；所述喷嘴组件如权利要求7中所述的喷嘴组件。9.一种发动机增压系统，其特征在于，包括空滤器、涡轮增压器、中冷器和发动机本体，其中，空滤器、压气机、中冷器、发动机本体和涡轮机经管路依次连接；所述涡轮增压器为如权利要求8所述的涡轮增压器。10.一种发动机，其特征在于，包括如权利要求9所述的发动机增压系统。

技术总结
本实用新型公开了一种喷嘴叶片、组件、涡轮增压器、发动机增压系统和发动机，包括叶片上表面、叶片周表面、叶片下表面、叶片前缘和叶片尾缘，其中，叶片上表面与叶片下表面相对布置；叶片周表面、叶片前缘和叶片尾缘连接叶片上表面与叶片下表面；叶片前缘位于喷嘴叶片的气流进入端；叶片尾缘位于喷嘴叶片的气流流出端；喷嘴叶片还包括至少一个中间截面，叶片上表面、叶片下表面和中间截面的形状相同，叶片上表面、叶片下表面和中间截面的面积不等，且叶片尾缘与预设平面垂直。本实用新型的喷嘴叶片中通过调整对应截面的面积，优化了入射角度，从而提高了喷嘴叶片的气体流动性。从而提高了喷嘴叶片的气体流动性。从而提高了喷嘴叶片的气体流动性。


技术研发人员：李俊琦 吕顺 窦站成 王利雨 贺经纬 周海磊
受保护的技术使用者：潍柴动力股份有限公司
技术研发日：2023.03.17
技术公布日：2023/9/20