涡轮机叶轮制造技术

一种涡轮增压器涡轮机叶轮可以包括：毂部，所述毂部包括旋转轴线

【技术实现步骤摘要】
涡轮机叶轮


[0001]本文中公开的主题总体地涉及可以由燃料电池系统或其他系统利用的涡轮机叶轮。

技术介绍

[0002]燃料电池系统通常包括用于在空气被馈送到燃料电池堆栈之前压缩空气的增压设备(例如，可以包括压缩机叶轮和涡轮机叶轮的压缩机系统)。这可以增加燃料电池系统的操作效率。然而，常规的增压设备具有各种缺陷，使得因此可能损坏燃料电池系统的操作效率。因此，期望提供一种提高燃料电池系统的效率的压缩机系统。
附图说明
[0003]在结合附图中所示的实例考虑时，通过参考以下具体实施方式，可以获得对本文中描述的各种方法、设备、组件、系统、布置等等及其等效物的更完整理解，其中：
[0004]图1是增压设备的实例的横截面剖视图；
[0005]图2是增压设备的旋转组件的实例的侧视图；
[0006]图3是涡轮机叶轮的实例的透视图；
[0007]图4是涡轮机叶轮的实例的横截面剖视图；
[0008]图5是具有径向流入前缘的涡轮机叶轮的叶片的实例的投影视图和具有混流式流入前缘的涡轮机叶轮的叶片的实例的投影视图；
[0009]图6是涡轮机叶轮的实例的一系列透视图；
[0010]图7是图6的涡轮机叶轮的叶片的一系列视图；
[0011]图8是关于两个叶片的速率三角形的绘图的实例；
[0012]图9是涡轮机叶轮的实例的若干部分的一系列视图；
[0013]图10是涡轮机叶轮叶片的绘图的实例；
[0014]图11是涡轮机叶轮叶片的实例的西塔角(theta angle)与轴向位置的关系的绘图的实例；
[0015]图12是沿着涡轮机叶轮叶片的实例的贝塔角(beta angle)与坐标百分比的关系的绘图的实例；
[0016]图13是图7的涡轮机叶轮的一系列横截面剖视图；并且
[0017]图14是等熵效率与叶片速度比的关系的绘图的实例。
具体实施方式
[0018]在下文，描述涡轮增压发动机系统的实例，接着描述了部件、组件、方法等等的各种实例。
[0019]图1是带有实例性增压设备102的燃料电池系统100的示意图。在一些实施例中，燃料电池系统100可以包括在诸如汽车、卡车、运动型多用途车、货车、摩托车等等车辆中。然
而，将了解，燃料电池系统100可以被配置成用于一种或多种不同的用途。
[0020]燃料电池系统100可以包括燃料电池堆栈104，燃料电池堆栈104包括多个燃料电池。可以从罐106向燃料电池堆栈104供应氢气，并且可以向燃料电池堆栈104供应氧气以经由化学反应产生电力。燃料电池堆栈104可以为诸如电动马达105的电气设备产生电力。如所提及的，燃料电池系统100可以包括在车辆中；因此，在一些实施例中，电动马达105可以将电功率转换为机械功率以驱动和旋转车辆的车轴(并且因此，一个或多个车轮)。
[0021]氧气可以至少部分通过增压设备102关于进入空气的操作被提供到燃料电池堆栈104。如将论述的，增压设备102可以在空气朝向燃料电池堆栈104流动时压缩空气以提高燃料电池系统100的操作效率。
[0022]增压设备102可以被配置为多级燃料电池压缩机。如图1中所示，增压设备102通常可以包括旋转组118和壳体119。旋转组118可以包括轴150和各种其他部件，所述各种其他部件由诸如滑动轴承、空气轴承和/或无油轴承的轴承121在轴150上被固定地支撑以用于在壳体119内旋转。
[0023]旋转组118和壳体119可以协作以限定增压设备102的第一压缩机级110、马达区段112、第二压缩机级114和涡轮机区段116。在一些实施例中，第一压缩机级110可以称为低压压缩机级，并且第二压缩机级114可以称为高压压缩机级。马达区段112可以包括马达199，所述马达199包括定子146和转子148，并且围绕轴线120驱动和旋转所述旋转组118。因此，入口空气流(由箭头122表示)可以由第一压缩机级110(低压压缩机级)压缩。低压空气流(由箭头124表示)可以被引导到第二压缩机级114(高压压缩机级)以供进一步压缩。来自第二压缩机级114的高压空气流(由箭头126表示)可以被引导到中间冷却器128，并且然后被引导到燃料电池堆栈104。因此，堆栈104可以由从罐106提供的氢气和在高压空气流126中提供的氧气产生电力。虽然示出两个级，但是增压设备可以包括单个级或多于两个级。
[0024]如图1的实例中所示，来自燃料电池堆栈104的排气气体流(由箭头130表示)可以被引导回到增压设备102的涡轮机区段116。排气气体流130可以驱动和旋转所述涡轮机区段116处的旋转组118以辅助马达区段112。在一些实施例中，排气气体流130可以通过诸如可变喷嘴涡轮机(VNT)的可变喷嘴设备132被引导到涡轮机区段116。
[0025]燃料电池系统100的各种部件可以由控制系统134控制。控制系统134可以是计算机化系统，其具有处理器、存储器、各种传感器以及用于电气地控制燃料电池堆栈104、马达区段112、马达105、可变喷嘴设备132和/或系统100的其他特征的操作的其他部件。在一些实施例中，控制系统134可以限定车辆的电气控制单元(ECU)，或者可以是车辆的电气控制单元(ECU)的一部分。
[0026]增压设备102的多级压缩机可以在操作期间实现较高的压力比。而且，涡轮机区段116为增压设备102提供能量回收。
[0027]涡轮机区段116可以被设置成紧密接近于一个或多个压缩机级中的至少一者。例如，涡轮机区段116的一个或多个部件可以与第二压缩机级114的部件按背对背布置(back
‑
to
‑
back arrangement)进行设置，或者例如，涡轮机区段116可以与第一压缩机级110的部件按背对背布置进行设置。
[0028]如图1的实例中所示，壳体119可以包括马达壳体144，马达壳体144是中空和圆柱形的。马达壳体144可以沿着轴线120在第一压缩机级110与第二压缩机级114之间纵向延
伸。马达壳体144可以容纳定子146，定子146可以固定在马达壳体144内部。转子148可以固定在旋转组118的轴150上，并且可以接纳在定子146内。
[0029]如图1的实例中所示，壳体119可以包括第一压缩机壳体构件136，其限定轴向入口138、护罩构件139和蜗壳构件140。蜗壳构件140可以固定地附接在马达壳体144的一端或马达区段112的其他部分上。轴向入口138可以是笔直的，并且以轴线120为中心。护罩构件139可以根据旋转组118的部件相反地成形。蜗壳构件140可以在其中限定围绕轴线120延伸的蜗壳通路142。在增压设备102的操作期间，入口空气流122可以流入入口138，流过护罩构件139，并且流入蜗壳通路142。
[0030]如图1的实例中所示，壳体119可以包括第二压缩机壳体构件152，其限定径向入口154、护罩构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种涡轮机叶轮，其包括：毂部，所述毂部包括旋转轴线、后盘和鼻部，其中所述旋转轴线限定柱面坐标系中的轴向坐标(z)，所述柱面坐标系包括径向坐标(r)和沿围绕所述旋转轴线的预期旋转方向的方位角坐标(Θ)；以及从所述毂部向外延伸的叶片，其中所述叶片中的每一者包括前缘和后缘，其中所述前缘包括由第一西塔角限定的下轴向点和由第二西塔角限定的上轴向点，其中相对于所述涡轮机叶轮的所述预期旋转方向，所述第一西塔角大于所述第二西塔角。2.根据权利要求1所述的涡轮机叶轮，其中所述叶片中的每一者包括S形状。3.根据权利要求1所述的涡轮机叶轮，其中所述后缘包括由第三西塔角限定的下轴向点和由第四西塔角限定的上轴向点，其中所述第二西塔角大于所述第三西塔角和所述第四西塔角。4.根据权利要求1所述的涡轮机叶轮，其中所述叶片中的每一者包括毂部轮廓和护罩轮廓，其中，沿着所述毂部轮廓，西塔角的范围大于50度。5.根据权利要求4所述的涡轮机叶轮，其中西塔角的所述范围的至少50％在所述前缘的下轴向点处的所述第一西塔角与对应于所述前缘的所述上轴向点的轴向高度处沿着所述毂部轮廓的毂部轮廓西塔角之间。6.根据权利要求4所述的涡轮机叶轮，其中西塔角的所述范围的所述至少50％为至少25度。7.根据权利要求1所述的涡轮机叶轮，其中所述前缘是凹形的。8.根据权利要求1所述的涡轮机叶轮，其中所述前缘包括笔直部分和凸形...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏年，李晓东，D，
申请(专利权)人：盖瑞特动力科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：