用于构造涡轮增压器涡轮机的喷嘴的固定叶片环的方法与流程

1.本技术大体上涉及用于内燃机的涡轮增压器，并且更具体地涉及具有涡轮机喷嘴的涡轮增压器，该涡轮机喷嘴包括用于将废气引导至涡轮机叶轮的一排固定叶片。


背景技术：

2.废气驱动的涡轮增压器是一种与内燃机结合使用的装置，通过压缩输送到发动机进气口以与燃料混合并在发动机中燃烧的空气来增加发动机的功率输出。涡轮增压器包括安装在压缩机壳体中的轴的一端上的压缩机叶轮和安装在涡轮机壳体中的轴的另一端上的涡轮机叶轮。通常，涡轮机壳体与压缩机壳体分开形成，并且还有另一个中心壳体，该中心壳体连接在涡轮机和压缩机壳体之间以用于容纳用于轴的轴承。涡轮机壳体限定了大致环形的腔室，该腔室围绕涡轮机叶轮并且接收来自发动机的废气。涡轮机组件包括从腔室通向涡轮机叶轮的喷嘴。废气从腔室通过喷嘴流向涡轮机叶轮，涡轮机叶轮由废气驱动。因此，涡轮机从废气中提取能量并驱动压缩机。压缩机通过压缩机壳体的入口接收环境空气，空气被压缩机叶轮压缩，然后从壳体排出到发动机进气口。
3.在一些废气驱动的涡轮增压器的涡轮机中，涡轮机喷嘴包括一排叶片，其作用是引导和调节从环形腔室到涡轮机叶轮的废气的流动。一些涡轮增压器包括安装角可变的叶片，而其他涡轮增压器则采用固定叶片。本公开涉及具有固定叶片的涡轮增压器涡轮机喷嘴。
4.用于喷嘴的固定叶片环的制造通常通过铸造由环形环和从环的一侧延伸的多个叶片组成的整体部件来完成。由于不同的涡轮增压器设计要求具有不同配置的叶片环，因此每种设计都要求专门的用于铸造的模具设计。以任何方式修改叶片环配置都需要重新设计模具工具。即使要进行的唯一修改是改变叶片的安装角，也必须设计和制造一套新的模具工具。


技术实现要素：

5.本公开描述了一种用于构造用于涡轮增压器的涡轮机的固定叶片环的方法，与上述传统铸造方法相比具有某些优点。根据本发明的一个实施例，一种用于构造涡轮增压器涡轮机的喷嘴的固定叶片环的方法包括以下步骤：
6.提供包括环形平盘的喷嘴环，该喷嘴环具有第一面和相对的第二面；
7.形成从第一面到第二面延伸穿过喷嘴环的多个周向间隔开的圆形孔；
8.提供多个叶片，每个叶片具有从叶片的一端延伸的圆形叶片轴；
9.将叶片轴从喷嘴环的所述第一面分别插入喷嘴环的孔中，每个叶片以期望的安装角定向；和
10.将叶片轴刚性地固定到喷嘴环上，以将叶片固定在期望的安装角。
11.在一个实施例中，刚性固定步骤包括将叶片轴铆接至喷嘴环。在替代实施例中，刚性固定步骤包括将叶片轴焊接至喷嘴环。
12.在一些实施例中，喷嘴环被设置成由第一材料构成，叶片被设置成由不同于第一材料的第二材料构成。
13.可选地，喷嘴环可以设置成具有形成在第二面中的环形凹槽，孔位于所述凹槽内。凹槽容纳从喷嘴环中的孔稍微突出的叶片轴的远端，使得轴的镦锻端(当铆接时)或焊缝(当轴被焊接时)不会突出超过喷嘴环的第二面的外末端。
14.根据本发明的实施例的方法允许多个相同构造的喷嘴环与多组相同构造的叶片组装以产生多个不同构造的叶片环，其具有设置在不同安装角的叶片。替代地，本发明的方法能够使多个相同构造的喷嘴环与多组不同构造的叶片组装以产生多个不同构造的叶片环。
附图说明
15.已经概括地描述了本公开，现在将参考附图，这些附图不一定按比例绘制，并且其中：
16.图1是本发明的一个示例实施例的涡轮增压器的端视图；
17.图2是沿图1中的线2-2穿过涡轮增压器的涡轮机组件的剖视图；
18.图3是图1的涡轮增压器的分解图；
19.图4是根据本发明的实施例的叶片环的分解图；
20.图5是在叶片已与喷嘴环配合后的叶片环的等距视图；
21.图6是图5的叶片环的另一等距视图；
22.图7是图5的叶片环的轴向视图；
23.图8是沿图7中的线8-8的剖视图，显示了叶片轴已经被铆接以将叶片轴固定到喷嘴环；
24.图9是示出叶片安装固定装置的分解图，叶片被装配到其中以将它们设置在正确的安装角度和位置，并且还示出了将被放置到固定装置中的喷嘴环和叶片；
25.图10是类似于图9的视图，显示叶片已插入固定装置的基座中的叶片接收槽中；
26.图11是类似于图9和图10的视图，显示了喷嘴环与固定装置中的叶片配合；和
27.图12是闭合以夹住喷嘴环和叶片以准备将叶片轴固定到喷嘴环的固定装置的等距视图。
具体实施方式
28.现在将参照上述附图更详细地描述本公开，这些附图描绘了本公开所属的本发明的一些但不是全部实施例。这些发明可以以各种形式体现，包括本文未明确描述的形式，并且不应被解释为限于本文描述的特定示例性实施例。在下面的描述中，相同的数字自始至终指相同的元件。
29.图1-图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的涡轮增压器10。涡轮增压器包括压缩机12(图3)，压缩机12包括安装在压缩机壳体16内的压缩机叶轮(不可见)，用于接收空气并压缩空气以使其能够被供给至内燃机的进气口。涡轮增压器还包括涡轮机，该涡轮机包括安装在涡轮机壳体24内并通过旋转轴连接到压缩机叶轮的涡轮机叶轮22。中心壳体20包含用于旋转轴的轴承。涡轮机壳体限定废气入口25和围绕涡轮机叶轮24的环形腔室
26。来自内燃机的废气通过废气入口输送到环形腔室中。涡轮机壳体限定了喷嘴28(图2)，该喷嘴将废气从环形腔室大致径向向内引导至涡轮机叶轮22，并且当气体在其通过涡轮机叶轮时膨胀时，涡轮机叶轮被可旋转地驱动，从而驱动压缩机叶轮为发动机压缩空气。在通过涡轮机叶轮之后，废气从涡轮机壳体中的孔30排出，然后继续通过发动机的排气系统。
30.如图2中所见，涡轮机喷嘴28包括叶片环40，叶片环40包括环形喷嘴环42和固定到喷嘴环的多个叶片44。叶片延伸穿过涡轮机喷嘴，废气通过叶片通道，所述叶片通道引导和调节废气到涡轮机叶轮的流动。
31.根据现有技术的常规固定叶片环，喷嘴环42和叶片44包括通过铸造(或者替代地通过坯料或毛坯的cnc机加工)形成的整体部件。传统铸造工艺的一个缺点是，对涡轮增压器设计的修改通常也需要对叶片环配置进行修改，例如改变叶片的安装角。因此，必须设计和建造一套全新的模具工具，这是一项相对昂贵的工作。同样，改变机加工的叶片环配置需要重写cnc控制指令，这也是一个相对复杂且昂贵的过程。
32.图4至图12示出了根据本发明的用于构造叶片环的方法，其可以以相对快速和简单的方式促进设计改变。该方法包括提供包括环形平盘的喷嘴环42，该喷嘴环具有第一面f1(图7)和相对的第二面f2(图6；也参见图8)。该方法包括形成多个周向间隔开的圆形孔43，这些圆形孔43从第一面延伸穿过喷嘴环到第二面(图4和图8)。提供多个叶片44，每个叶片包括翼型部分45和从叶片的翼型部分的一端延伸的圆形叶片轴46。该方法还包括将叶片轴46从喷嘴环的所述第一面(图5)分别插入到喷嘴环中的孔43中，使得在喷嘴环的第二面处叶片轴的远端是可接近的。叶片以每个叶片的期望的安装角β旋转地定向(相对于每个叶片轴的旋转轴线)(图7)。然后，叶片轴46被刚性地固定到喷嘴环42以将叶片固定在期望的安装角并且防止叶片和喷嘴环之间的相对运动。
33.根据本发明的第一实施例，如图6和8所示，叶片轴的刚性固定是通过铆接叶片轴的远端实现的，即，镦锻轴的端部以形成扩大的头部48。有利地，凹进区域或凹槽41形成在喷嘴环的第二面f2中以用于容纳扩大的头部48，使得头部不会突出得比喷嘴环的第二面的非凹进部分更远，如在图8中最佳可见。这有助于保护叶片轴的铆接头。
34.根据本发明的第二实施例的方法大体上类似于第一实施例的方法，除了不是铆接叶片轴46，叶片轴通过焊接固定到喷嘴环。可以使用任何合适的焊接工艺，例如激光焊接。
35.图9-图12图示了实施本发明的可选的(尽管有利的)模式，其中使用固定装置100以有助于将所有叶片布置在它们的适当安装角度和位置。该固定装置包括限定大致平面的上表面的基座102，其中限定有多个叶片接收槽104。槽被构造成接收叶片44的翼型部分45并将翼型部分定向在期望的安装角；叶片轴46相对于水平定向的基座向上突出(图10)。固定装置包括盖子106，盖子106包括多个柱或腿107，这些柱或腿107被接收到基座中的相应插座103中。在将叶片插入基座中的槽中之后，将喷嘴环42放置到叶片上，叶片轴46被接收到喷嘴环中的孔43中，如图11所示。然后将盖106与基座配合(图12)以将叶片环40夹持在固定装置内。然后叶片环准备好用于通过铆接或焊接或任何其他合适的技术将叶片轴固定到喷嘴环的下一步。
36.与传统的叶片环制造工艺相比，本发明具有许多优点。如上所述，各种配置的叶片环可由相同配置的喷嘴环和叶片构成。例如，使用完全相同的喷嘴环和叶片配置，生产具有根据需要修改的叶片安装角的新叶片环设计是一件简单的事情。另一个潜在的优势是能够
由一种材料制造喷嘴环，由另一种不同的材料制造叶片，这是通过铸造或cnc加工方法无法实现的。
37.基于本公开，本领域技术人员将认识到，在不背离此处描述的发明构思的情况下，可以对此处描述的发明进行修改和其他实施例。此处使用的特定术语用于解释目的而不是限制目的。因此，本发明不限于所公开的具体实施例，并且修改和其他实施例旨在被包括在所附权利要求的范围内。

技术特征：
1.一种用于构造涡轮增压器涡轮机的喷嘴的固定叶片环的方法，包括以下步骤：提供包括环形平盘的喷嘴环，该喷嘴环具有第一面和相对的第二面；形成从第一面到第二面延伸穿过喷嘴环的多个周向间隔开的圆形孔；提供多个叶片，每个叶片包括翼型部分和从翼型部分的一端延伸的圆形叶片轴；将叶片轴从喷嘴环的所述第一面分别插入喷嘴环中的孔中，每个叶片以期望的安装角定向；和将叶片轴刚性地固定到喷嘴环，以将叶片固定在期望的安装角。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，刚性固定步骤包括将叶片轴铆接至喷嘴环。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，刚性固定步骤包括将叶片轴焊接到喷嘴环上。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述喷嘴环设置为由第一材料构成，并且所述叶片设置为由不同于第一材料的第二材料构成。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述喷嘴环设置成具有形成在所述第二面中的环形凹槽，所述孔位于所述环形凹槽内。

技术总结
一种用于构造涡轮增压器涡轮机喷嘴的喷嘴环的方法包括以下步骤：提供以环形平盘形式的喷嘴环，该喷嘴环具有第一面和相对的第二面；形成从第一面到第二面延伸穿过喷嘴环的多个周向间隔开的圆形孔；提供多个叶片，每个叶片具有从叶片的一端延伸的圆形叶片轴；将叶片轴从喷嘴环的所述第一面分别插入喷嘴环中的孔中，并定向每个叶片以实现叶片的期望的安装角；将叶片轴刚性地固定到喷嘴环上，以将叶片固定在期望的安装角。固定在期望的安装角。固定在期望的安装角。


技术研发人员：龚蕴斌 杜建锋 李值强 杨贵军
受保护的技术使用者：盖瑞特动力科技(上海)有限公司
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/7/4