压缩机壳体组件的制作方法
【专利摘要】一种压缩机壳体组件可包括：外壳，所述外壳包括圆筒壁部分以及从所述圆筒壁部分径向向外延伸的螺旋壁部分，所述圆筒壁部分包括在一端的流体入口开口以及在相对端的倾斜配合表面，所述螺旋壁部分部分地限定涡壳；以及插件，所述插件包括圆筒壁部分以及从所述圆筒壁部分径向向外延伸的环形圈部分，所述圆筒壁部分包括在一端的流体入口开口以及在相对端的遮罩表面，所述环形圈部分包括倾斜配合表面以及从所述遮罩表面延伸的扩散器表面，其中，在组装状态下，所述插件的倾斜配合表面和所述外壳的倾斜配合表面形成所述插件和所述外壳之间的倾斜界面。还公开了设备、组件、系统、方法等的各种其他示例。
【专利说明】压缩机壳体组件
【技术领域】
[0001]本文公开的主题内容一般地涉及用于内燃发动机的涡轮机械，并且具体地涉及压缩机壳体组件。
【背景技术】
[0002]离心式压缩机通常包括压缩机壳体组件以容纳压缩机叶轮，压缩机叶轮能够将流体引导至扩散器并随后引导至涡壳。在这样的装置中，压缩机壳体组件可以包括单体式部件，其包括限定扩散器的至少一部分的一个或多个表面以及限定涡壳的至少一部分的一个或多个表面。作为示例，压缩机壳体组件可以包括通过铸造工艺(例如砂铸)附接至单体式铸件的板。在这样的示例中，可以通过围绕可移除的砂芯引入熔融合金以形成涡壳壁和扩散器壁来铸造该单体式部件，其中，在组装时，板的上表面用于包封涡壳并形成扩散器部分。
[0003]作为另一个示例，压缩机壳体组件可以包括通过模铸工艺形成的一个或多个部件以及板。在这样的装置中，涡壳仍然可以由板包封，但是由于与模铸相关联的工艺限制而由多于一个的部件限定。例如，尽管砂铸可以由于砂的可移除性而为单体式部件提供具有圆形截面的涡壳壁，但是模铸则受益于可重复使用的模具零件能够定位成形成用于接收熔融合金的模具型腔并且能够定位成取出由合金形成的模铸部件。
[0004]本文介绍的各种技术涉及压缩机壳体组件，其可以包括例如模铸部件和插件，所述插件能够与模铸部件一起限定涡壳。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]通过参考以下的【具体实施方式】同时与附图中示出的示例相结合即可获得对本文中所述各种方法、设备、组件、系统、装置等及其等同形式的更加完整的理解，在附图中:
[0006]图1是涡轮增压器和内燃发动机以及控制器的示意图；
[0007]图2是压缩机壳体组件的示例的透视图；
[0008]图3是图2的压缩机壳体组件的透视剖视图；
[0009]图4是图2的压缩机壳体组件的另一透视剖视图；
[0010]图5是压缩机壳体组件的示例的截面图；
[0011]图6是图5的压缩机壳体组件的部件的一系列视图；
[0012]图7是图5的压缩机壳体组件的另一个部件的一系列视图；
[0013]图8是压缩机壳体组件的示例的一系列视图；
[0014]图9是示意图，在压缩机壳体组件的示例的截面图中示出了大致流动情况的示例；
[0015]图10是用于压缩机壳体组件的试验数据的曲线图示例；
[0016]图11是外壳示例以及能够部分地限定涡壳的参数的曲线图示例；并且
[0017]图12是一种方法的框图。【具体实施方式】
[0018]本文描述了压缩机壳体组件的各种示例。作为一个示例，一种压缩机壳体组件可包括:外壳，所述外壳包括圆筒壁部分以及从所述圆筒壁部分径向向外延伸的螺旋壁部分，所述圆筒壁部分包括在一端的流体入口开口以及在相对端的倾斜配合表面，所述螺旋壁部分部分地限定涡壳；以及插件，所述插件包括圆筒壁部分以及从所述圆筒壁部分径向向外延伸的环形圈部分，所述圆筒壁部分包括在一端的流体入口开口以及在相对端的遮罩表面(shroud surface)，所述环形圈部分包括倾斜配合表面以及从所述遮罩表面延伸的扩散器表面，其中，在组装状态下，所述插件的倾斜配合表面和所述外壳的倾斜配合表面形成所述插件和所述外壳之间的倾斜界面。在这样的示例中，外壳可以是例如通过模铸工艺形成的模铸外壳。
[0019]作为另一个示例，一种压缩机壳体组件可包括涡壳，所述涡壳具有变化的横截面区域，每个横截面区域具有由半椭圆的半长轴限定的顶点、由所述半椭圆的半短轴的两倍限定的宽度、第一线和第二线，所述第一线从所述半椭圆的一侧以距所述半椭圆的中心的半短轴距离向下延伸至喉部的一侧，所述第二线平行于所述第一线并且从所述半椭圆的另一侧以距所述半椭圆的中心的半短轴距离向下延伸至斜线，所述斜线延伸至所述喉部的另一侧。在这样的示例中，形成半椭圆形状的部件可以是例如通过模铸工艺形成的模铸部件。
[0020]在不同的示例中，包括倾斜表面的插件配合到外壳内，其中，涡壳部分地由倾斜表面和外壳的表面限定。这样的外壳可以通过模铸工艺形成以包括弯曲表面，弯曲表面可有利于涡壳流体动力学(例如减少损失)。这样的弯曲表面可以位于径向间隔开的壁之间，其中，一个壁下伸至喉部并且另一个壁下伸以与插件的倾斜表面形成角部。在这样的示例中，倾斜表面的倾斜角度可以选择为在与例如90度的角部相比时有利于流体动力学。进一步地，在外壳具有对应倾斜表面的情况下，插件的倾斜表面的一部分可以与外壳的倾斜表面相配合(例如形成倾斜界面)。更进一步地，插件可以关于纵向轴线对称使得插件关于外壳旋转取向(例如方位取向)。在这样的示例中，组装过程可以避免外壳和插件的击打，这样可加快组装。
[0021]以下介绍涡轮增压发动机系统的示例，然后是部件、装置、方法等的各种示例。
[0022]涡轮增压器经常被用于增加内燃发动机的输出。参照图1，常规的系统100包括内燃发动机110和涡轮增压器120。内燃发动机110包括发动机缸体118，发动机缸体118容纳一个或多个燃烧室以操作性地(例如通过活塞)驱动轴112。如图1所示，进气端口 114提供用于向发动机缸体118进气的流动路径，而排气端口 116提供用于从发动机缸体118排气的流动路径。
[0023]涡轮增压器120用于从排气中提取能量并且用于为进气提供能量，进气可以与燃料组合以形成燃烧气体。如图1所示，涡轮增压器120包括空气进口 134、轴122、用于压缩机叶轮125的压缩机壳体组件124、用于涡轮机叶轮127的涡轮机壳体组件126、另一个壳体组件128和排气出口 136。壳体128可以因为它位于压缩机壳体组件124和涡轮机壳体组件126之间而被称为中间壳体组件。轴122可以是包括多个部件的轴组件。轴122可以通过位于壳体组件128内(例如在由一个或多个孔壁限定的孔内)的轴承系统(例如(一个或多个)轴颈轴承、(一个或多个)滚动元件轴承等)被可旋转地支撑，使得涡轮机叶轮127的旋转(例如由于通过轴122可旋转地联接而)导致压缩机叶轮125的旋转。作为一个示例，中心壳体旋转组件(CHRA)可以包括压缩机叶轮125、涡轮机叶轮127、轴122、壳体组件128和各种其他部件(例如，位于压缩机叶轮125和壳体组件128之间的轴向位置处的压缩机侧板)。
[0024]在图1的示例中，可变几何组件129被示出部分地布置在壳体组件128和壳体组件126之间。此类可变几何组件可包括叶片或其他部件来改变通向涡轮机壳体组件126中的涡轮机叶轮空间的通道的几何形状。例如，可提供可变几何压缩机组件。
[0025]在图1的示例中，废气门阀(或简称废气门)135定位成邻近于涡轮机126的排气进口。废气门阀135可被控制成允许来自排气端口 116的排气绕过涡轮机126。此外，排气再循环(EGR)管路115可任选地设置有一个或多个阀117，例如以允许排气流到压缩机叶轮125上游的位置。
[0026]图1还示出用于排气流到排气涡轮机壳体组件152的示例性布置150以及用于排气流到排气涡轮机壳体组件172的另一个示例性布置170。在布置150中，汽缸盖154包括通道，其中以将来自汽缸的排气引导到涡轮机壳体组件152，而在布置170中，歧管176提供涡轮机壳体组件172的安装，例如无需任何分离的、中间的一段排气管道。在示例性布置150和170中，涡轮机壳体组件152和172可构造成与废气门、可变几何组件等一起使用。
[0027]在图1中，控制器190的示例被示出包括一个或多个处理器192、存储器194以及一个或多个界面196。此类控制器可包括电路，例如发动机控制单元(ECU)的电路。如本文所描述的，各种方法或技术可任选地例如通过控制逻辑与控制器相结合地实施。控制逻辑可取决于一个或多个发动机操作条件(例如，涡轮每分钟转速、发动机每分钟转速、温度、负载、润滑剂、冷却等等)。例如，传感器可经由一个或多个界面196传送信息到控制器190。控制逻辑可依据这些信息，并且进而，控制器190可输出控制信号以控制发动机操作。控制器190可构造成控制润滑剂流量、温度、可变几何组件(例如，可变几何压缩机或涡轮机)、废气门(例如，经由致动器)、电动机、或者与发动机、涡轮增压器(或多个涡轮增压器)等相关联的一个或多个其他部件。
[0028]图2示出了压缩机壳体组件200的示例,其包括外壳210和插件260,还示出了包括轴向坐标z、径向坐标r和方位坐标(例如角坐标)Θ的圆柱坐标系。在图2的示例中，外壳210包括圆筒壁部分以及从圆筒壁部分径向向外延伸的螺旋壁部分220，圆筒壁部分包括在一端的流体入口开口 212以及在相对端(未示出)的倾斜配合表面，螺旋壁部分220部分地限定涡壳。在图2的示例中，插件260包括圆筒壁部分以及从圆筒壁部分径向向外延伸的环形圈部分，圆筒壁部分包括在一端的流体入口开口 262以及在相对端(未示出)的遮罩表面，环形圈部分包括倾斜配合表面267以及从遮罩表面延伸的扩散器表面268。在组装状态下，插件260的倾斜配合表面267和外壳210的倾斜配合表面形成插件260和外壳210之间的倾斜界面。
[0029]在图2的示例中，插件260可以关于纵向轴线(例如，对应于至少部分地位于插件260内的压缩机叶轮的旋转轴线)对称。在这样的示例中，可以以插件260绕其纵向轴线的任意角取向将插件260插入外壳210内。这样的装置可以有助于组装压缩机壳体组件200的组装过程，因为插件260插入外壳210内并不需要插件260关于外壳210有任何特定的旋转关系。例如，这样的组装过程可以仅仅包括将插件260插入外壳210以将插件260安置在外壳210内并实现插件260的纵向轴线和外壳210的纵向轴线对准。
[0030]图3示出了图2的压缩机壳体组件200的分解透视剖视图。在图3的示例中，夕卜壳210的约90度的部分以及插件260的约90度的部分被去除以便于介绍包括倾斜配合表面在内的各种特征。
[0031]如图3所示，外壳210的圆筒壁部分包括流体入口开口 212以及斜壁214，斜壁214与安置壁(seating wall) 216—起形成台肩225，安置壁216轴向延伸至倾斜配合表面217的内缘。从倾斜配合表面217的外缘径向向外移动，外壳210包括螺旋壁220的内表面211，其关于绕外壳210纵向轴线的角位置具有变化的横截面区域，在形状上有些类似于倒U形以部分地限定涡壳213。外壳210还包括例如用于接收板的凹部215以及例如基本为环形的底面219，底面219可以包括用于将外壳210附接至中心壳体组件(例如参见图1的中心壳体组件128)的特征。如图所示，涡壳213可以是用于将流体输送至流体出口开口 218的通道，流体出口开口 218可以通过螺旋壁部分220(例如，任选地沿着与从限定涡壳213的螺旋的纵向轴线的半径相切的方向)的延伸而形成。
[0032]至于插件260，其包括流体入口开口 262和斜壁264，斜壁264轴向向下延伸至遮罩表面266，由此继续径向向外延伸至扩散器表面268。插件260还包括设置在流体入口开口 262的轴向位置和倾斜配合表面267的轴向位置之间的安置表面265。如图3的示例中所示，倾斜配合表面267和扩散器表面268在轮廓边缘269处相交，轮廓边缘269可以限定插件260的最大直径。
[0033]在图3的示例中，外壳210的安置壁216和台肩225限定用于接收插件260的圆筒壁部分的插孔。具体地，插件260可以被插入插孔内以将插件260的倾斜配合表面267定位成邻近于外壳210的倾斜配合表面217。一旦就位，倾斜配合表面217和267之间即可形成界面，任选地(例如出于材料差异、传热、绝缘、振动、渗漏等原因而)在其间设有垫圈、粘接材料等。此外，一旦就位，插件260的轮廓边缘269和螺旋壁部分220的内表面211的径向相邻区域221形成环形喉部，环形喉部能够从扩散器部分接收流体并将接收到的流体引导至涡壳213。
[0034]至于涡壳213，在图3的示例中，其部分地由外壳210的螺旋壁部分220的内表面211限定并且部分地由插件260向外延伸超过外壳210的倾斜配合表面217外缘的倾斜配合表面267限定。
[0035]图4示出了图2的组件200的透视图，如图3那样切掉一部分外壳210。在图4的示例中，插件260具有流体入口开口 262的那个端部被接收为邻近于外壳210的插孔的台肩225，插件260的安置表面265被接收为邻近于外壳210的安置表面216，并且插件260的倾斜配合表面267被接收为邻近于外壳210的倾斜配合表面217。在图4的组装状态下，组件200包括由插件260的轮廓边缘269和外壳210的螺旋壁部分220的内表面211的下部区域221限定的上述环形喉部。各种箭头表示在例如涡轮增压器(参见例如图1的涡轮增压器120)内的组件200的操作的大致流体流动方向。如图所示，环形喉部内的流体流可以主要是轴向向上地沿着平行于外壳210和插件260的对准的纵向轴线的方向；而在涡壳213内特别是在中心附近，流体流则是沿着与从对准的纵向轴线的半径相切的方向，其可限定螺旋。
[0036]在包括组件200的涡轮增压器的操作期间，位于组件200内的旋转压缩机叶轮可以通过外壳210的流体入口开口 212抽取空气，促使空气流过插件260的流体入口开口 262并被旋转的压缩机叶轮压缩和引导经过遮罩表面266并到达部分地由插件260的扩散器表面268构成的扩散器部分(例如被外壳210的凹部215接收的板)。加压空气可以从扩散器部分行进至由插件260的轮廓边缘269和外壳210的螺旋壁部分220的内表面211的下部区域221形成的环形喉部，在那里，其进入涡壳213，最终通过流体出口 218离开。
[0037]作为一个示例，环形喉部可以具有基本恒定的径向宽度，其中，外壳210的螺旋壁部分220的内表面211的下部区域221以及插件260的轮廓边缘269的外形关于绕外壳210和插件260的对准纵向轴线的角度保持不变。例如，在插件260的最外半径和外壳210的螺旋壁部分220的内表面211的下部区域221的半径关于绕插件260和外壳210的各自纵向轴线的方位角基本恒定时，喉部也可以具有基本恒定的半径宽度和外形。在这样的示例中，插件260可以以任意的旋转取向安置在外壳210内而并不改变位于扩散器部分和涡壳213之间的喉部的特性。
[0038]图5不出了包括外壳510、插件560和板580的压缩机壳体组件500的不例的一系列截面图。图5还示出了替代的布置505，其中，外壳510和插件560的配合表面是基本平的(例如倾斜度为零)，但其中，插件560仍然包括部分地限定涡壳的倾斜部分。
[0039]图6示出了图5的外壳510的截面图以及外壳510从下方看的平面图。如图所示，外壳510包括圆筒壁部分，其具有流体入口开口 512、壁面514、台肩525、安置壁516和倾斜配合表面517。螺旋壁部分520从圆筒壁部分径向向外延伸，其包括内表面511以部分地限定涡壳513。如图所示，内表面511还包括轴向下部区域521，其可以部分地限定(例如位于扩散器部分和涡壳513之间的)喉部。在图6的示例中，外壳510还包括用于接收板580的凹部515、流体出口开口 518和围绕凹部515设置的底面519。正如平面图中能够看到的那样，倾斜配合表面517关于绕外壳510的纵向轴线的角度而变化。例如，倾斜配合表面517和表面511的内部区域可以由半径rms限定。在区域521由半径rt限定的情况下，涡壳513的宽度可以包括约为rt-rms的最大宽度。
[0040]图7示出了图5的插件560的截面图、插件560从下方看的平面图以及插件560从上方看的平面图。在从下方看的平面图中，半径被示出为插件560的最大半径rmax。在图7的示例中，插件560具有恒定的最大直径，其是最大半径的两倍。插件560还是关于其纵向轴线对称的。因此，对于给定的外壳，例如外壳510，插件560可以以关于其纵向轴线的任意角取向插入同时仍然在其倾斜配合表面567和外壳510的倾斜配合表面517之间形成合适的界面。
[0041]图8示出了平面图以及沿压缩机壳体组件800的示例的线A-A的截面图。在图8的示例中，组件800包括外壳810和插件860。外壳810包括部分地限定涡壳813的壁820以及例如用于接收板(例如参见诸如板580的板)的凹部815。如图所示,外壳810包括倾斜配合表面817，而插件860包括倾斜配合表面867，倾斜配合表面867也部分地限定涡壳813。在图8的示例中，插件可以关于其纵向轴线对称，例如以允许将插件860定位到外壳810内而不考虑插件860关于其纵向轴线的角取向。图8的截面图还示出了标记为“T”的环形喉部，即使涡壳813的横截面区域有所不同，但是喉部宽度保持恒定。因此，外壳810可以通过模铸工艺形成，其中，模具之一所具有的直径可以沿纵向轴线对准以形成壁820的内表面811从而提供具有涡壳813的组件800，涡壳813关于外壳810的纵向轴线具有恒定的最大半径(例如直径)。这样的方法可提供恒定的最小径向喉部宽度(例如在垂直于组件800的纵向轴线的给定平面)。
[0042]图9示出了在各组件910、920和930内的流体流动矢量的近似示例。在组件910内，涡壳可以通过砂铸具有基本圆形横截面区域的单体式部件而形成。在组件920内，涡壳可以通过模铸部件而形成，所述部件在与另一个部件组装时形成具有90度角部的涡壳。在这样的示例中，流体流可以形成涡流或降低效率的其他模式。在组件930内，涡壳可以通过模铸包括倾斜配合表面的部件而形成，所述部件在与包括倾斜配合表面的另一个部件组装时所形成的涡壳的角部具有大于90度的角度(例如在横截面内)。在这样的示例中，所述角度可以是约100度到约110度(例如插件的倾斜配合表面的倾斜角可以是约10度到约20度)。作为一个示例，所述角度可以是约105度(例如插件的倾斜配合表面的倾斜角可以是约15度)。
[0043]图9的放大示意图对应于示例性组件930。在这样的示例中，涡壳可以由各种参数限定。例如，涡壳可以部分地由用于椭圆的公式限定，所述椭圆具有半长轴尺寸“a”和半短轴尺寸“b”。在这样的示例中，椭圆的形心可以被定义为距部件的纵向轴线一距离。至于倾斜角，角β在图9的示例中被示出为关于垂直于部件纵向轴线的平面定义。参数“B”可以定义轴向的喉部高度(参见例如插件的轮廓末端)。在图9的示例中，插件的末端可以包括部分地由半grE限定的轮廓。板(例如参见板508)、外壳或其他部件可以包括在最大喉部半径(例如在6)处的轮廓。这些特征可以用于在压缩流体从扩散器流向涡壳时减少损失。至于扩散器部分，其可以是基本平的，例如布置在两个平面之间，由于半径的增加而具有增大的横截面流动区域。这些表面之间的间隔在图9的示例中由参数hD示出。
[0044]作为一个示例，参数“L”可以与涡壳的短轴尺寸“b”有关。例如，涡壳关于方位角的最大横截面区域的L与2*b (例如-b到+b的宽度)的比率可以在从约80%到约85%的百分比范围内。作为一个示例，涡壳关于方位角的最大横截面区域的另一比率可以定义为B与2*b (例如-b到+b的宽度)的比率，所述比率可以在从约15%到约30%的百分比范围内。至于半径rE，并且任选地至于约rT处的另一半径，这些可以是倒圆半径，其被选择为提供从扩散器部分到涡壳的流动区域中的更加缓慢的变化。
[0045]作为一个示例，一种压缩机壳体组件可以包括涡壳，所述涡壳具有变化的横截面区域，每个横截面区域具有由半椭圆的半长轴(例如“a”)限定的顶点、由所述半椭圆的半短轴(例如“b”，其中，宽度为2*b)的两倍限定的宽度、第一线和第二线，所述第一线从所述半椭圆的一侧以距所述半椭圆的中心的半短轴距离(例如+b)向下延伸至喉部的一侧，所述第二线平行于所述第一线并且从所述半椭圆的另一侧以距所述半椭圆的中心的半短轴距离(例如_b)向下延伸至斜线，所述斜线延伸至所述喉部的另一侧。在这样的示例中，涡壳可以包括具有恒定喉部宽度的喉部。
[0046]至于涡壳横截面区域中的斜线，这些线可以具有共同的斜率。作为一个示例，共同的倾斜角可以是在约10度到约20度范围内的角度。作为一个示例，对于涡壳的较大横截面(例如在连接至出口之前的最大横截面)，从第二线到喉部一侧的距离(例如L)除以涡壳的宽度(例如2*b)可以提供在约0.8到约0.85范围内的值。作为一个示例，对于涡壳的较大横截面(例如在连接至出口之前的最大横截面)，喉部的轴向高度(例如B)除以半短轴距离的两倍(例如2*b，-b到+b的宽度)可以提供在约0.15到约0.30范围内的值。作为一个示例，在涡壳的方位角范围内，半短轴(例如“b”)与半长轴(例如“a”)的比率可以是在约0.5到约I范围内的值(例如其中，比率一应提供半圆的半径)。作为一个示例，对于涡壳的较大横截面(例如在连接至出口之前的最大横截面)，半短轴(例如“b”)与半长轴(例如“a”)的比率可以是约0.6(例如对于一椭圆，其具有从约-b到+b朝向扩散器向下延伸的壁)。作为一个示例，涡壳的最小横截面可以包括接近于I的半短轴(例如“b”)与半长轴(例如“a”)的比率(例如，大于涡壳最大横截面的情况的值)；替代地，对于反比a/b，比率可以大于I且接近于I。作为一个示例，在最小的涡壳横截面区域处，“a”的数值可以小于“b”的值(例如b/a的比率> I或者a/b的比率< I)。
[0047]作为一个不例,一种压缩机壳体组件可包括:外壳，所述外壳包括圆筒壁部分以及从所述圆筒壁部分径向向外延伸的螺旋壁部分，所述圆筒壁部分包括在一端的流体入口开口以及在相对端的倾斜配合表面，所述螺旋壁部分部分地限定涡壳；以及插件，所述插件包括圆筒壁部分以及从所述圆筒壁部分径向向外延伸的环形圈部分，所述圆筒壁部分包括在一端的流体入口开口以及在相对端的遮罩表面，所述环形圈部分包括倾斜配合表面以及从所述遮罩表面延伸的扩散器表面，其中，在组装状态下，所述插件的倾斜配合表面和所述外壳的倾斜配合表面形成所述插件和所述外壳之间的倾斜界面。在这样的示例中，外壳可以是模铸外壳(例如通过模铸工艺形成的外壳)。
[0048]作为一个示例，插件可以包括纵向轴线并且关于纵向轴线旋转对称。在这样的示例中，所述插件可以关于外壳无旋转取向(例如能够与方位取向无关地准确插入外壳内)。
[0049]作为一个示例，外壳可以包括纵向轴线，其中，外壳的圆筒壁部分的倾斜配合表面包括关于绕纵向轴线的方位角而改变的表面区域。
[0050]作为一个示例，一种组件可以包括环形板，所述环形板包括扩散器表面，其中，在组装状态下，插件的扩散器表面和环形板的扩散器表面形成扩散器。例如，中心壳体旋转组件(CHRA)可以包括位于压缩机叶轮和中心壳体组件之间的此类板。在这样的示例中，压缩机叶轮可以包括通过流体入口接收流体的入口导流部分以及将流体引导至扩散器(例如扩散器部分)的出口导流部分。
[0051]作为一个示例，外壳的圆筒壁部分可以包括超过插件的圆筒壁部分的外径的内径以在外壳内容纳插件。作为一个不例，夕卜壳可以包括纵向轴线，其中，夕卜壳的螺旋壁部分部分地限定涡壳为关于绕纵向轴线的方位角具有恒定的最大半径。作为一个示例，外壳可以包括纵向轴线，其中，外壳的螺旋壁部分部分地限定涡壳为关于绕纵向轴线的方位角具有变化的最小半径。作为一个示例，外壳可以包括纵向轴线，其中，外壳的螺旋壁部分部分地限定涡壳为关于绕纵向轴线的方位角具有变化的轴向高度。
[0052]作为一个示例，插件的倾斜配合表面可以具有在约10度到约20度范围内的倾斜角。作为一个示例，插件的倾斜配合表面可以具有约15度的倾斜角。
[0053]图10示出了针对两种压缩机壳体组件的试验数据的效率和校正流体流速的曲线图1010，一种压缩机壳体组件包括倾斜配合表面而另一种不具有倾斜配合表面。如试验数据所示，具有倾斜配合表面的压缩机壳体组件表现出更高的峰值效率。
[0054]图11示出了压缩机壳体组件的外壳1110的示例以及可以部分地限定压缩机壳体组件的涡壳的一些参数的曲线图1130和1150的示例。在外壳1110的截面图中，针对涡壳的一部分的两个横截面“η”和“N”示出了参数“a”和“b”，而在外壳1110的底部平面图中，关于方位角示出了参数rt和rms，标示出角位置“O”和“N”，并且所示的虚线表示例如插件的半径rmax，其能够关于rt限定喉部宽度在图11的示例中，“O”可以对应于最小涡壳横截面区域，而“N”可以对应于最大涡壳横截面区域。
[0055]在曲线图1130中，其中，涡壳截面的一部分可以表示为椭圆，针对包括“η”和“N”并且介于两者之间的角位置示出了半长轴参数“a”和半短轴参数“b”。如图所示，随着横截面区域变小，比率a/b逼近表示半圆形的对角线。在角位置“N”，参数“a”的值超过参数“b”的值。曲线图1130并未示出“η”和“O”之间的位置的值，但是这些值可以遵循曲线图1130的趋势，其中，对于位置“0”，比率a/b可以接近于一。
[0056]在曲线图1150中，半径rt被示出为在从位置“O”到位置“N”的角度范围上恒定，而半径rms被示出为增加(例如限定Arv的最小值和△&的最大值)。还以虚线示出了rmax，其可以关于rt限定。参照图9，参数L的值可以以涉及半径rms的方式改变，并且例如，值Arv可以被定义为半短轴“b”的两倍。至于螺旋，作为一个示例，螺旋可以(例如至少部分地)由数学关系式(例如阿基米德螺线、对数螺线等)定义。
[0057]针对各种参数(例如参见图9)提及的比率和百分比可以以例如图11的曲线图1130和1150的方式绘制(例如示出角度的相关性)。例如，针对与最大半短轴的值或宽度(例如2*b)对应的最大横截面，参数L的值在百分比上可以是在2*b的约80%到2*b的约85%范围内的值。作为一个示例，针对与最大半短轴的值或宽度(例如2*b)对应的最大横截面，参数B的值在百分比上可以是在约15%到约30%范围内的值。在各种示例中，在涡壳的横截面关于参数“a”和“b”变化时，参数B的值关于方位角保持恒定，而参数L的值仍然可以改变。至于参数L，该参数在插件关于其轴线对称(例如，插件具有恒定的rmax)的条件下可以变化。
[0058]图12示出了一种示例性方法1200，其包括用于提供外壳和插件的提供方框1210、用于关于外壳定位插件的定位方框1220、用于提供包括压缩机叶轮和板的中心壳体旋转组件(CHRA)的提供方框1230、以及用于关于已定位的插件定位压缩机叶轮并且用于关于外壳定位板(例如，以构成扩散器部分)的定位方框1240。在这样的不例中，定位方框1220可以包括与插件关于外壳绕纵向轴线的方位取向无关地定位插件。例如，提供方框1210可以提供关于其纵向轴线对称的插件。此外，提供方框1210可以提供具有倾斜配合表面的外壳和具有倾斜配合表面的插件，其中，定位方框1220包括在倾斜配合表面之间形成界面。
[0059]作为一个不例，一种方法可以包括:提供模铸外壳和插件，其中，模铸外壳包括圆筒壁部分以及从所述圆筒壁部分径向向外延伸的螺旋壁部分，所述圆筒壁部分包括在一端的流体入口开口以及在相对端的倾斜配合表面，所述螺旋壁部分部分地限定涡壳，并且其中，所述插件包括圆筒壁部分以及从所述圆筒壁部分径向向外延伸的环形圈部分，所述圆筒壁部分包括在一端的流体入口开口以及在相对端的遮罩表面，所述环形圈部分包括倾斜配合表面以及从所述遮罩表面延伸的扩散器表面；以及将所述插件相对于所述模铸外壳定位以在所述插件的倾斜配合表面和所述外壳的倾斜配合表面之间形成倾斜界面。这样的方法可以进一步包括提供包括压缩机叶轮和板的中心壳体旋转组件(CHRA)，并且在关于模铸外壳定位时关于插件定位压缩机叶轮，以及关于模铸外壳定位板以形成扩散器部分。
[0060]作为一个示例，与例如图9的组件920那样的组件相比，倾斜的插件表面能够减小角部的锐度。进而，能够改善压缩机壳体组件的空气动力性能(例如通过将涡壳部分制作为更加接近于如图9的组件910中的圆形，其可通过砂铸工艺形成)。
[0061]作为一个示例，压缩机壳体组件的扩散器部分可以是无叶片的，并且可以使用一个或多个倒圆半径以将无叶片式扩散器连接至涡壳(例如形成更加平滑的过渡并且减少损失)。
[0062]作为一个示例，扩散器部分的长度可以通过使用例如组件200、500和800中的部件而得到延长。具体地，通过将较小的涡轮横截面部分放置到与较大部分相同的外径(参见例如尺寸rt)可实现较长的扩散器部分(例如径向长度)，同时保持相同的总壳体外径。在插件关于纵向轴线对称的情况下，可以减少对控制插件切向位置的销的需求(例如，如在常规的非对称方法中)，这可以减少制造成本、组装时间、部件数量等。
[0063]作为一个示例，一种具有模铸外壳的压缩机壳体组件与砂铸的单体式部件相比可以提供径向尺寸的减小(例如，模铸外壳在径向尺寸上可以比砂铸外壳小约20%，同时仍能实现类似的性能)。
[0064]虽然在附图中已经示出并且在前面的详细描述中已经描述了方法、设备、系统、布置等的一些示例，但应当理解的是，所公开的示例性实施例不是限制性的，而是能够进行大量的重新布置、修改和替换。
【权利要求】
1.一种压缩机壳体组件，包括: 外壳，所述外壳包括圆筒壁部分以及从所述圆筒壁部分径向向外延伸的螺旋壁部分，所述圆筒壁部分包括在一端的流体入口开口以及在相对端的倾斜配合表面，所述螺旋壁部分部分地限定涡壳；以及 插件，所述插件包括圆筒壁部分以及从所述圆筒壁部分径向向外延伸的环形圈部分，所述圆筒壁部分包括在一端的流体入口开口以及在相对端的遮罩表面，所述环形圈部分包括倾斜配合表面以及从所述遮罩表面延伸的扩散器表面， 其中，在组装状态下，所述插件的倾斜配合表面和所述外壳的倾斜配合表面形成所述插件和所述外壳之间的倾斜界面。
2.如权利要求1所述的压缩机壳体组件，其中，所述插件包括纵向轴线并且关于所述纵向轴线旋转对称。
3.如权利要求1所述的压缩机壳体组件，其中，所述外壳包括纵向轴线，并且其中，所述外壳的圆筒壁部分的倾斜配合表面包括关于绕所述纵向轴线的方位角变化的表面区域。
4.如权利要求1所述的压缩机壳体组件，进一步包括环形板，所述环形板包括扩散器表面，其中，在组装状态下，所述插件的扩散器表面和所述环形板的扩散器表面形成扩散器。
5.如权利要求4所述的压缩机壳体组件，进一步包括压缩机叶轮，所述压缩机叶轮包括通过所述流体入口接收流体的入口导流部分以及将流体引导至所述扩散器的出口导流部分。
6.如权利要求1所述的压缩机壳体组件，其中，所述外壳的圆筒壁部分包括超过所述插件的圆筒壁部分的外径的内径以在所述外壳内容纳所述插件。
7.如权利要求1所述的压缩机壳体组件，其中，所述外壳包括纵向轴线，并且其中，所述外壳的螺旋壁部分部分地限定所述涡壳为关于绕所述纵向轴线的方位角具有恒定的最大半径。
8.如权利要求1所述的压缩机壳体组件，其中，所述外壳包括纵向轴线，并且其中，所述外壳的螺旋壁部分部分地限定所述涡壳为关于绕所述纵向轴线的方位角具有变化的最小半径。
9.如权利要求1所述的压缩机壳体组件，其中，所述外壳包括纵向轴线，并且其中，所述外壳的螺旋壁部分部分地限定所述涡壳为关于绕所述纵向轴线的方位角具有变化的轴向高度。
10.如权利要求1所述的压缩机壳体组件，其中，所述插件的倾斜配合表面包括在10度到20度范围内的倾斜角。
11.如权利要求10所述的压缩机壳体组件，其中，所述插件的倾斜配合表面包括15度的倾斜角。
12.如权利要求1所述的压缩机壳体组件，其中，所述外壳包括模铸外壳。
13.—种压缩机壳体组件，所述压缩机壳体组件包括涡壳，所述涡壳具有变化的横截面区域，每个横截面区域具有由半椭圆的半长轴限定的顶点、由所述半椭圆的半短轴的两倍限定的宽度、第一线和第二线，所述第一线从所述半椭圆的一侧以距所述半椭圆的中心的半短轴距离向下延伸至喉部的一侧，所述第二线平行于所述第一线并且从所述半椭圆的另一侧以距所述半椭圆的中心的半短轴距离向下延伸至斜线，所述斜线延伸至所述喉部的另一侧。
14.如权利要求13所述的压缩机壳体组件，其中，所述涡壳包括恒定的喉部宽度。
15.如权利要求13所述的压缩机壳体组件，其中，对于每个横截面区域，所述斜线包括共同的倾斜角。
16.如权利要求15所述的压缩机壳体组件，其中，所述共同的倾斜角包括在10度到20度范围内的角度。
17.如权利要求13所述的压缩机壳体组件，其中，从所述第二线到所述喉部的另一侧的距离除以所述宽度包括在0.8到0.85范围内的值。
18.如权利要求13所述的压缩机壳体组件，其中，所述喉部的轴向高度除以所述半短轴距离的两倍包括在0.15到0.3 0范围内的值。
【文档编号】F04D29/42GK103591050SQ201310536513
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年8月16日 优先权日:2012年8月19日
【发明者】P·李, H·陈 申请人:霍尼韦尔国际公司