用于涡轮机器的叶片和护罩

技术领域

本发明涉及一种叶片布置，该叶片布置用于定位在涡轮机器(诸如涡轮增压器)的进气口处。

背景技术

涡轮增压器是用于以高于大气压力(增压)的压力将空气供应给内燃机的进气口的公知设备。传统的涡轮增压器主要包括安装在涡轮机壳体内的可旋转轴上的废气驱动的涡轮机叶轮。涡轮机叶轮的旋转使安装在压缩机壳体内的轴另一端上的压缩机叶轮旋转。压缩机叶轮将压缩空气输送到发动机的进气歧管，从而增加发动机功率。涡轮增压器轴通常由轴颈和推力轴承(包括适当的润滑系统)支撑，轴颈和推力轴承位于连接在涡轮机和压缩机叶轮壳体之间的中心轴承壳体内。

在已知的涡轮增压器中，涡轮机级包括涡轮机腔室，涡轮机叶轮安装在涡轮机腔室内；环形入口通道，其限定在围绕涡轮机腔室布置的面对的径向壁之间；围绕入口通道布置的入口；以及从涡轮机腔室轴向延伸的出口通道。通道和腔室连通，以使得进入入口腔室的加压废气经由涡轮机从入口通道流向出口通道.并使涡轮机叶轮旋转。

已知通过在入口通道中设置称为喷嘴叶片的叶片以使流过入口通道的气体朝向涡轮机叶轮的旋转方向偏转来提高涡轮机性能。每个叶片为大体层状，并且定位成具有一个径向外表面，该径向外表面被布置成与入口通道内的废气的运动相对，即入口通道中的废气的运动的径向向内分量使得将废气引导到叶片的外表面上，然后将其重新定向为周向运动。

涡轮机可以是固定或可变几何形状类型。可变几何形状类型的涡轮机与固定几何形状涡轮机的不同之处在于，可以改变入口通道的几何形状以在一定质量流量范围内优化气流速度，从而可以改变涡轮机的功率输出以适应变化的发动机需求。

在可变几何形状涡轮增压器的一种形式中，喷嘴环承载有多个轴向延伸的叶片，这些叶片延伸到进气口中，并穿过护罩中的相应孔(“狭槽”)，该护罩形成进气口的径向延伸壁。喷嘴环可通过致动器轴向移动以控制空气通道的宽度。喷嘴环的运动还控制叶片突出穿过相应狭槽的程度。护罩是环形的并且围绕旋转轴线。

在图1(a)和图1(b)(来自US 8,172,516)中示出了这种可变几何形状涡轮增压器的示例。所示的可变几何形状涡轮机包括涡轮机壳体1，该涡轮机壳体1限定了入口腔室2，来自内燃机(未示出)的气体被输送至该入口腔室2。废气从入口腔室2经由环形入口通道4流到出口通道3。入口通道4的一侧由构成喷嘴环的可移动环形壁构件5的表面限定，而相对侧由环形护罩6限定，该环形护罩6覆盖面对壁中的环形凹部8的开口。护罩6是限定中心孔并环绕旋转轴线的环形构件(一体式单元)。面对壁由涡轮机壳体1的部分28限定。护罩6通过护罩6的径向外侧处的托架29连接至涡轮机壳体1的部分28。在一些布置中，提供了保持环(未示出)，该保持环部分地插入到托架29中的面向径向向外的凹部中，并且保持环的径向外部被涡轮机壳体1的部分28保持。

从入口腔室2到出口通道3的气体流经涡轮机叶轮9，结果扭矩施加到由驱动压缩机叶轮11的轴承组件14支撑的涡轮增压器轴10。压缩机叶轮11绕旋转轴线100的旋转对进气口12中存在的环境空气进行加压，并将加压空气输送至出气口13，从该出气口13将其馈送到内燃机(未示出)。涡轮机叶轮9的速度取决于通过环形入口通道4的气体的速度。对于流入入口通道的固定质量率的气体，气体速度是入口通道4宽度的函数，该宽度可通过控制喷嘴环5的轴向位置进行调节。随着入口通道4的宽度减小，穿过它的气体的速度增加。图1(a)示出了关闭到最小宽度的环形入口通道4，而在图1(b)中示出了入口通道4完全打开。

喷嘴环5支撑一阵列的周向且等距分布的叶片7，叶片7中的每一个在入口通道4上延伸。叶片7定向成使流过入口通道4的气体朝涡轮机叶轮9的旋转方向偏转。当喷嘴环5接近环形护罩6和面对壁时，叶片7穿过护罩6中适当构造的狭槽突出并进入凹部8。每个叶片具有更靠近旋转轴线100的“内”主表面和更远离旋转轴线100的“外”主表面。喷嘴环5和护罩6均处于绕轴线100的固定角度位置。叶片7在图1(a)和图1(b)中示出为具有倒角的端部(朝图的右侧)，但是在大多数现代布置中，叶片在其整个长度上是纵向对称的，或者是由两个区段组成的，其中每个区段都是纵向对称的，但是在轴向方向上观看时具有彼此不同的轮廓。

气动或液压操作的致动器16可操作以经由致动器输出轴(未示出)控制喷嘴环5在由涡轮机壳体的部分26限定的环形腔19内的轴向位置，该致动器输出轴连接到镫形物(stirrup)构件(未示出)。镫形物构件继而接合支撑喷嘴环5的轴向延伸的导向杆(未示出)。因此，通过适当地控制致动器16，可以控制导向杆的轴向位置，并因此可以控制喷嘴环5的轴向位置。应当理解，电气地操作的致动器可以代替气动或液压致动器16使用。

喷嘴环5具有分别轴向延伸的内环形凸缘17和外环形凸缘18，内环形凸缘17和外环形凸缘18延伸到环形腔19中，该环形腔19通过壁27与腔室15分开。分别设置内密封环20和外密封环21以相对于环形腔19的内环形表面和外环形表面密封喷嘴环5，同时允许喷嘴环5在环形腔19内滑动。内密封环20被支撑在腔19的内表面中形成的环形槽22内，并抵靠喷嘴环5的内环形凸缘17，而外密封环21被支撑在设置于喷嘴环5的环形凸缘18内，并抵靠在腔19的径向最外侧的内表面上。应当理解，内密封环20可以安装在凸缘17中的环形槽中(而不是如图所示)，和/或外密封环21可以安装在设置在腔的外表面内的环形凹槽中(而不是如图所示)。第一组压力平衡孔25设置在喷嘴环5中的限定在相邻孔之间的叶片通道内，而第二组压力平衡孔24设置在喷嘴环5中的喷嘴叶片通道的半径之外。

注意，在其他已知的涡轮机器中，喷嘴环轴向固定，并且替代地设置有致动器，以用于沿平行于旋转轴线的方向平移护罩。这被称为“移动护罩”布置。

在使用叶片穿过护罩中的狭槽突出的已知可变几何形状涡轮机器中，在叶片与狭槽的边缘之间设置有间隙，以在涡轮增压器变得更热时允许叶片热膨胀。从轴向方向上观看，叶片和狭槽具有相同的形状，但是叶片小于狭槽。在典型的布置中，叶片以每个叶片的轴向中心线定位在相应狭槽的中心，以使得在远离横向于涡轮机的轴线的中心线的所有方向上，从中心线到叶片的表面的距离与从中心线到相应狭槽的边缘的距离的比例相同。叶片与狭槽之间的间隙通常设置为在室温(此处定义为20摄氏度)下围绕叶片的整个外围的叶片中心距旋转轴线的距离(“喷嘴半径”)的至少约0.5％(例如，对于46.5mm的喷嘴半径，间隙可以为0.23mm或喷嘴半径的0.5％)。这意味着，如果叶片中的每一个垂直于轴向方向逐渐地热膨胀，则叶片的外围周围的所有点将同时接触狭槽上的相应点。在所有较低温度下，叶片的整个外围与相应狭槽的边缘之间都存在间隙。

发明内容

本发明旨在提供用于涡轮机器中的新的和有用的叶片组件，以及结合有该叶片组件的新的和有用的涡轮机器(特别是涡轮增压器)。

在较早的专利申请(GB1619347.6，其在本申请的优先权日未公开)中，本申请人提出了在一种涡轮机器的涡轮机中，在该种涡轮机器中，叶片在喷嘴环和护罩之间的进气口处从喷嘴通过护罩中的狭槽突出，在室温下，每个叶片的横向表面(即，包括与旋转轴线平行的方向的表面)的一个“共形(conformal)”部分大体上与相应狭槽的横向表面的相应“共形”部分的形状一致，以便使表面的相应共形部分相对于彼此放置，并且在它们之间只有很小的间隙。这样做的优点是，可以大大减少叶片表面的相应共形部分与狭槽之间的气体流动。这减少了气体从喷嘴环泄漏到护罩的另一侧上的凹部中或从该凹部泄漏出来。这种泄漏减少了由叶片引起的气体的周向重新定向，并且已经发现会导致效率上的重大损失。

在这样的布置中，叶片表面和狭槽表面的共形部分可以在低温(例如室温)下彼此靠近或者甚至接触地定位。在较高的温度下，如果护罩和喷嘴环均匀膨胀，则可以保持这种接触。然而，在使用中涡轮机的部件的不均匀的热膨胀会导致叶片和狭槽彼此压紧，从而使得相对于狭槽轴向地移动叶片变得更加困难。在一定程度上可以通过在护罩和喷嘴环的安装中的任何自由运动(free play)来减小这种影响，该自由运动允许叶片从护罩的内表面缩回，以防止相应的表面被强力挤压在一起。任何这样的自由运动都不是由于设计，而是由于部件形成中的公差。其在不同的涡轮机器中变化，并且本发明人通过实验发现，这种自由运动允许喷嘴环相对于护罩的相对旋转明显小于0.1度，例如高达0.05度。

一般而言，本发明提出了一种涡轮机(例如涡轮增压器)，其允许喷嘴环沿周向方向相对于护罩移动更大的角度量(至少0.1度)，以释放在叶片和相应狭槽的边缘之间的压力。

本发明的具体表达是一种涡轮机，其包括：

(i)涡轮机叶轮，其具有轴线，

(ii)涡轮机壳体，其用于限定用于容纳涡轮机叶轮以使涡轮机叶轮绕轴线旋转的腔室，涡轮机壳体还限定进气口，以及从进气口到腔室的环形入口通道.

(iii)环形护罩，其限定多个狭槽并且围绕轴线；以及

(iv)喷嘴环，其支撑多个叶片，多个叶片从喷嘴环平行于轴线延伸并突出穿过狭槽中的相应狭槽；

护罩和喷嘴环位于入口通道的相对侧上，并且可绕轴线相对于彼此旋转至少0.1度的角度量。

护罩和喷嘴均被支撑在涡轮机壳体内，但是在一种可能性中，护罩和喷嘴中的至少一个可相对于涡轮机壳体绕轴线旋转至少0.1度。通常，护罩和喷嘴中的另一个安装在涡轮机壳体上，使得其可相对于壳体绕轴线成角度地旋转小于0.1度的量。

将喷嘴环布置为可相对于护罩旋转的概念在此称为“时钟运动(clocking)”。

通常，喷嘴环和护罩可围绕涡轮机的轴线相对旋转至少0.3度，至少0.5度，至少1度，至少1.5度或至少2度。

我们将涡轮机壳体与护罩或喷嘴环之间的连接称为联接机构，该连接允许护罩或喷嘴环相对于涡轮机壳体分别相对旋转至少0.1度。

在一种可能性中，联接机构可以大体上固定护罩/喷嘴环的轴向位置，和/或大体上在涡轮机叶轮的轴线上保持护罩/喷嘴的中心，但是可以允许护罩/喷嘴环绕涡轮机叶轮的轴线相对于涡轮机壳体旋转。联接机构可允许护罩/喷嘴环相对于涡轮机壳体在固定角度范围上旋转，该固定角度范围至少为0.1度，或者为自由角度(即无限角度量)。在后一种情况下，护罩/喷嘴环相对于涡轮机壳体的旋转可以仅通过喷嘴环的叶片与护罩的狭槽之间的相互作用来限制。

涡轮机优选地进一步包括致动器，该致动器用于使喷嘴环或护罩中的一个相对于另一个轴向地移位。致动器通常可以安装在涡轮机壳体上。在一种可能性中，联接机构经由致动器将喷嘴环或护罩联接至涡轮机壳体。

在第一种可能性中，联接机构将致动器连接到喷嘴环，同时允许喷嘴环相对于致动器旋转移动。护罩可以与涡轮机器的壳体大体固定在一起(即，以固定定位关系安装)。涡轮机壳体可包括限制元件，该限制元件抵靠护罩的面向周向的表面并限制罩绕轴线的旋转。限制元件例如可以被设置为从涡轮机壳体突出的销元件，该护罩具有壁，该壁限定包含销元件的间隙。在使用中，壁的面向周向的表面可抵靠销元件，以限制护罩的旋转运动。

联接机构可以包括至少一个引导联接器。每个引导联接器可包括：(i)第一元件，其与喷嘴环和致动器中的一个固定，以及(ii)第二元件，其与喷嘴环和致动器中的另一个固定，并且被布置成在由第一元件限定的限制区域内移动。该区域的尺寸设计成允许第二元件相对于第一元件绕轴线周向旋转至少0.1度。例如，第一元件可以限定在周向方向上绕轴线延伸的控制表面(例如，细长的周向狭槽的边缘)，并且第二元件被布置成沿着由控制表面限定的路径移动。该路径的长度可以为至少0.1度。在一个变型中，该区域可以由孔限定，该孔足够大以允许旋转运动，但是该孔不包括控制表面以引导沿着路径的旋转。

在第二种可能性中，联接机构将致动器连接到护罩，同时允许护罩相对于致动器旋转移动。

提供了一种旋转机构，其用于促使护罩和喷嘴环在预定的意义上绕轴线相对旋转。原则上，旋转机构可以包括可外部控制的致动器。在其他可能性中，可以提供旋转机构，该旋转机构包括至少一个弹性弹簧元件和/或至少一个磁性元件。旋转机构可以使叶片的横向表面和相应狭槽的相应横向表面彼此抵靠，从而减少那些表面之间的气体流动。如果叶片和相应狭槽的横向表面在形状上彼此紧密贴合，则这特别地但非排他地有用。

在优选的情况下，旋转机构包括在护罩和喷嘴中的一个上的气体相互作用元件，其被布置成在使用中由于气体逆着气体相互作用元件的流动而产生旋转力。叶片本身可以用作气体相互作用元件，以用于促使喷嘴环相对于涡轮机壳体旋转，以使得不需要额外的旋转机构。

在气体相互作用元件设置在护罩上的情况下，气体相互作用元件中的一个或多个可以位于护罩的与喷嘴环相对的表面上。

如果护罩的表面包括平台表面(例如，横向于旋转轴线的表面)，则一个或多个气体相互作用元件可以例如包括护罩的表面的相应脊元件，该脊元件从平台表面直立(例如，比平台表面距喷嘴环更远)。一个或多个脊元件可以是细长的。一个或多个脊元件可以包括大体上横向于轴向方向的顶表面，和/或包括轴向方向的两个相对的壁表面。通常，由于气体在壁表面中的一个上流动而产生旋转力。另外，通过气体相对于护罩的其他表面(例如，狭槽的面向内的表面，其在护罩的表面之间延伸并且限定狭槽的边缘)的流动产生了旋转力。护罩上的净旋转力是气体施加到护罩的所有表面上的旋转力的总和。

可以为护罩的一个或多个狭槽(例如狭槽中的每一个)提供至少一个相应的脊元件。用于狭槽的相应脊元件可具有与狭槽的边缘的形状匹配的形状。可以在靠近狭槽的边缘处(例如在围绕旋转轴线的距狭槽的距离小于250微米或小于100微米的范围内)设置用于狭槽的相应脊元件。实际上，凸起部分的轴向延伸表面可以与限定狭槽边缘的狭槽的面向内的表面大体上齐平。例如，它可以是狭槽的面向内的表面的部分(即突出的狭槽表面)的连续轴向延伸部。

脊元件中的一些或全部可从狭槽的径向向内的端部径向向内延伸，例如以接合护罩表面的内边缘部分，该内边缘部分从平台表面直立并围绕狭槽的径向向内的旋转轴线。替代地或附加地，脊元件中的一些或全部可以从狭槽的径向向外的端部径向向外延伸，例如以便接合护罩表面的外边缘部分(例如与外边缘部分一体形成)，该外边缘部分从平台表面直立并且围绕狭槽的径向向外的旋转轴线。在这种情况下，脊元件将护罩的平台表面划分成狭槽中的每一个的相应部分。

内边缘和/或外边缘可被认为是肋元件(即，周向延伸以接合多个脊元件的直立元件)。脊元件可以通过从护罩的表面直立的其他肋元件连接在一起。肋元件可以使脊元件更容易以高精度形成，因为如果相应的肋元件连接到脊元件的一个或两个端部，则可能不必要在脊元件的端部形成角部。

如上所述，优选的是，每个叶片的表面的部分与相应狭槽的表面的相对部分共形，其中，旋转机构将相应表面的两个共形部分推在一起。在该概念的一种具体表达中，叶片中的每一个具有轴向延伸的叶片表面，该表面包括(i)面向相应狭槽的外表面的叶片外表面，(ii)面向相应狭槽的内表面的相对的叶片内表面。叶片还包括在叶片内表面和叶片外表面之间的中线，该中线从叶片的第一端延伸到叶片的第二端。叶片表面包括共形部分，该共形部分沿着中线的长度的至少15％延伸，并面向狭槽表面的相应共形部分，其中，在室温下，叶片表面的共形部分以及狭槽表面的相应的共形部分的相应轮廓彼此相差不大于喷嘴半径的0.35％，并优选地不大于喷嘴半径的0.3％，0.2％或甚至0.1％。

叶片表面的共形部分可以沿着中线长度的至少20％，至少30％，至少40％，至少60％，至少80％或至少90％延伸。

在本文档中，两条线彼此相差不超过一定距离x的陈述可理解为意味着可以放置线，以使得线不交叉，并且沿线中任何一条的点都不会比距另一条线的距离x远。叶片表面的共形部分和狭槽表面的相应共形部分彼此相差不大于特定距离x的陈述是指叶片表面的共形部分和狭槽表面的共形部分的部分彼此轴向对齐，并且在轴向方向上观察时显示为相应的线。以这种观点，这些线彼此相差不超过距离x。

优选地，在室温下，叶片的叶片表面的共形部分和狭槽表面的相应共形部分可以定位成具有沿它们相应的整个长度以不大于它们之间的喷嘴半径的0.35％，0.3％，0.2％或甚至0.1％的间隙(例如，对于48.1mm的喷嘴半径，间隙不大于0.17mm，不大于0.1mm或甚至不大于0.05mm)。因此，可以减少叶片内表面和狭槽内表面之间的气体泄漏。如果叶片表面的共形部分较短(例如，中线长度的至少10％或15％，但不超过30％或甚至不超过20％)，则相差度优选地不超过喷嘴半径的0.05％或甚至0.02％(即，对于48.1mm的喷嘴半径，不大于0.03mm或不大于0.001mm)。相差度可以例如在1微米至0.05mm的范围内，或者甚至在1微米至0.025mm的范围内。

注意的是，这与上述已知的叶片和狭槽布置相反，在已知的叶片和狭槽布置中，叶片和狭槽在轴向方向上观看时具有相同的总体形状，但是在室温下具有不同的尺寸，使得叶片表面的每个部分具有与狭槽表面的最近部分不同的曲率半径。

在一些实施例中，叶片的共形部分可定位成沿着共形部分的大体上整个长度与狭槽的边缘的相应部分接触。例如，它们之间可以有两个以上的接触点，并且叶片表面的共形部分的任何点距狭槽表面的最大距离不大于喷嘴半径的0.35％，0.3％或甚至0.2％。例如，在喷嘴半径为48.1mm的情况下，叶片可以定位成使得叶片表面的共形部分的任何点距狭槽表面的最大距离不大于0.17mm，0.15mm或甚至0.10mm。

叶片表面的共形部分可以包括叶片表面的凸端部分中的一个的部分。如果叶片表面的共形部分位于叶片的内表面上，则这通常是在叶片的前缘处的共形部分。如果共形表面位于叶片的外表面上，则这通常在叶片的后缘处。优选地，叶片表面的共形部分至少包括在第一主叶片表面和中线之间的叶片表面的凸端部分的该部分。

附图说明

现在将参考以下附图，仅出于示例的目的描述本发明的实施例，其中：

图1由图1(a)和图1(b)组成，图1(a)是已知的可变几何形状涡轮机的轴向横截面，图1(b)是图1(a)的涡轮机的部分的横截面；

图2是可用于图1的已知布置中的喷嘴环的轴向视图；

图3是可用于图1的已知布置中的护罩的轴向视图；

图4示出了图2的喷嘴环和图3的护罩之间的位置关系；

图5示出了在本发明的一个实施例中在叶片和护罩之间的第一可能的位置关系；

图6示出了在本发明的一个实施例中在叶片和护罩之间的第二可能的位置关系；

图7示出了在本发明的一个实施例中在叶片和护罩之间的第三可能的位置关系；

图8由图8(a)和图8(b)组成，图8(a)是本发明的第一实施例中的叶片布置的轴向视图，图8(b)是图8(b)的部分的放大视图；

图9由图9(a)，图9(b)以及图9(c)至图9(e)组成，图9(a)是可与图8的实施例一起使用的第一涡轮机壳体的部分的透视图，图9(b)示出了用于插入图9(a)的涡轮机壳体的孔中的销元件，并且图9(c)至图9(e)分别以截面图，剖视图和轴向视图示出了涡轮机壳体和护罩的组合；

图10示出了图9的实施例的三个变体。图10(a)是可以在图8的实施例中使用的第二涡轮机壳体的部分的透视图，图10(b)和图10(c)是用于涡轮机壳体的护罩的透视图，并且图10(d)和图10(e)分别以透视图和剖视图示出了第二涡轮机壳体和护罩的组合；图10(e)示出了图9的销元件的变型的安装，并且图10(f)示出了使用中的销元件；以及图10(g)示出了图9的销元件的第二变体。

图11由图11(a)和图11(b)组成，其示出了在本发明第二实施例中的护罩；

图12由图12(a)至图12(c)组成，其示出了在本发明第三实施例中的护罩；以及

图13由图13(a)至图13(f)组成，其示出了在本发明的第四至第九实施例中的护罩的部分。

具体实施方式

参照图2，示出了可用于图1的已知涡轮增压器中的喷嘴环。喷嘴环是在图1(a)中所示的轴向方向上的右侧(此方向也在此处称为“从涡轮增压器的涡轮机端”)从在喷嘴环5和护罩6之间的位置观看的。

涡轮机叶轮9(图2中未示出，但在图1(a)中可见)和压缩机叶轮11(图2中也未示出，但在图1(a)中可见)绕其旋转的轴线表示为100。

在该轴向方向上观察，大体平面的环形喷嘴环5围绕轴线100。叶片7从喷嘴环5沿轴向方向突出。通过限定居中地位于轴线100上并穿过叶片7的轮廓中心的圆70，我们可以将喷嘴半径71限定为圆70的半径。

气体在喷嘴环5和护罩6之间径向向内移动。在某些涡轮机中，叶片7的径向外表面是“高压”表面，而叶片7的径向内表面是“低压”表面。在其他涡轮机中，这些作用相反。

喷嘴环5通过致动器16(在图2中未示出，但在图1(a)中可见)在由涡轮机壳体的部分60限定的环形腔(在图2中也未示出，但在图1(a)中可见)内轴向移动。每个叶片7可选地是纵向对称的(也就是说，沿轴向方向看，其轮廓在所有轴向位置上可以相同)，尽管在一些实施例中，只有叶片7的部分是纵向对称的。

致动器经由两个轴向延伸的导向杆在喷嘴环5上施加力。在图2中，省略了喷嘴环5的部分32，使得可以看到喷嘴环5与导向杆中的第一个之间的连接。未示出导向杆，但是其中心位于标记为61的位置。导向杆与托架33(通常称为“脚”)一体形成，该托架33从导向杆周向延伸到任一侧。托架33包括两个圆形孔62、63。喷嘴环5的背向护罩6的表面形成有从喷嘴环6突出的两个凸台34、64。每个凸台34、64具有圆形轮廓(在轴向方向上观察)。凸台34、64分别插入孔62、63中，并且凸台34、64的尺寸使得凸台34大体上充满孔62，而凸台64比孔63窄。凸台34和孔62之间的连接将喷嘴环5的周向位置相对于托架33固定(在典型的实现中，喷嘴环5和护罩6围绕轴线100的相对周向运动不大于0.05度)。但是，如果导向杆由于热膨胀而径向分开，则凸台64和孔63之间的间隙允许托架33围绕凸台34略微旋转。因此，将凸台34称为“枢轴”。

沿轴向方向看，导向杆中的第二个连接到喷嘴环5的位置被示为31。喷嘴环5和第二导向杆之间的连接是由于第二托架(在图2中不可见)一体地附接到第二导向杆。第二托架以与托架33相同的方式附接到喷嘴环5的后表面。第二托架的枢轴位于位置35。

孔24、25是设置在喷嘴环中用于平衡压力的平衡孔。提供了它们以在喷嘴环上获得期望的轴向负载(或力)。

面向喷嘴环5的是图3所示的护罩6。图3是从喷嘴环5朝着护罩6看的视图(即，朝向图1的右侧)。护罩限定用于接收叶片7中的相应的一个的狭槽30(也就是说，通孔)。每个狭槽的边缘是面向内的横向(即，横向于轴线100)狭槽表面。注意，在图7中，狭槽30未示出为具有与图2的叶片7相同的轮廓，但是尽管狭槽的尺寸大于叶片的尺寸，但是通常各个轮廓确实具有大体相同的形状。

图4是沿轴向方向从喷嘴环5朝着护罩6的另一视图(即，朝向图1(a)的右侧)，其示出了插入到相应的代表性狭槽30中的代表性叶片7。叶片7具有大体弧形(新月形)的轮廓，尽管在其他形式中，叶片为大体平面。具体地，叶片7具有更靠近叶轮的叶片内表面41。叶片内表面41通常在轴向方向上为凹形，但是可替代地可以是平面的。叶片7还具有叶片外表面42，该叶片外表面42更靠近涡轮机的排气入口。叶片内表面和外表面41、42中的每一个是叶片的主表面。叶片外表面42在轴向方向上通常是凸形的，但是也可以是平面的。叶片7的主表面41、42面向大体相反的方向，并通过两个轴向延伸的端面43、44连接，在轴向方向上观察，该端面43、44的曲率半径小于两个表面41、42中的任一个的曲率半径。端面43、44分别称为前边缘表面43和后边缘表面44。

在大多数布置中，叶片外表面42布置为与入口通道中的废气的运动相反，即，废气在入口通道中的运动使得废气引导到叶片外表面上。因此，叶片外表面42通常处于比叶片内表面41更高的压力，并且被称为“高压”(或简称为“压力”)表面，而叶片内表面41被称为“低压”(或“抽吸”)表面。这些相对的面向内表面的相应部分限定了狭槽30的边缘，并被赋予相同的相应名称。

在一些可能的布置中，叶片内表面41重新引导了气流。在这种情况下，叶片内表面41通常处于比叶片外表面42更高的压力，并且被称为“高压”(或简称为“压力”)表面，而叶片外表面42被称为“低压”(或“抽吸”)表面。同样，它们与面向内的表面的对应部分相对，它们限定了狭槽30的边缘，并被赋予相同的相应名称。

沿轴向方向看，每个叶片7具有中线51，该中线从叶片的一端延伸到另一端(沿轴向方向看时，叶片内表面和外表面41、42之间的一半距离)，并且该中线同时具有径向分量和周向分量。我们将叶片内表面41面向的狭槽表面称为狭槽内表面46，并将叶片外表面42面向的狭槽表面称为狭槽外表面47。如图4所示，在叶片7的外围与狭槽30的表面之间存在具有大体恒定的宽度的间隙。该间隙包括四个部分：在叶片内表面41与狭槽内表面46之间；在叶片外表面42与狭槽外表面47之间；以及在叶片的前边缘表面43和后边缘表面44与狭槽边缘的相应前部49和后部59之间。表面46、47、49和59一起构成限定狭槽的面向内的狭槽表面。

转到图5，示出了作为本发明的一个实施例的涡轮机中的叶片和护罩狭槽之间的第一可能的位置布置。涡轮机具有图1和图2所示的形式，不同之处在于，护罩中的叶片和/或狭槽的形状和尺寸不同。在图5中，与图1至图4的元件相对应的元件被赋予附图标记加100。因此，在代表性狭槽130内描绘了代表性叶片107。叶片外表面142面向狭槽外表面147，并且叶片内表面141面向狭槽内表面146。可选地，叶片107可以在其整个长度上是纵向对称的(即沿轴向方向看，在所有轴向位置上的轮廓都相同)。在另一可能性中，只有叶片107的部分可以是轴向对称的，例如包括当叶片107处于其最前进位置时可插入狭槽130的部分。在这种情况下，图5所示的叶片部分是叶片的该轴向对称部分的部分。叶片107与喷嘴环5(例如通过铸造和/或机械加工)一体地形成为单件单元。

与图4的已知叶片相反，图5的叶片107在叶片内表面141和相对的狭槽内表面146之间具有较窄的间隙。相反，在叶片外表面142和狭槽外表面147的相应部分147之间存在更宽的间隙。这意味着，在进入在外部叶片表面142与狭槽外表面147之间的护罩凹部8的废气被大量地防止离开叶片内表面141与狭槽内表面146之间的护罩凹部。

为了鼓励这种效果，叶片表面和狭槽表面形成有共形部分145，该共形部分145沿着中线151的长度的至少约15％，至少约20％，至少约30％，至少约40％，至少约50％，至少约60％或至少约80％，或者甚至沿着中线151的长度的至少85％或90％延伸。如图5所示，图5中叶片表面的共形部分145包括叶片内表面141的大体上全部。叶片内表面141的轮廓(即，沿轴向方向观察的形状)与狭槽内表面146的对应部分彼此非常相似，因此它们就可以沿着共形部分145的整个长度彼此抵靠放置，其中在它们之间具有很小(例如可以忽略不计)的间隙。具体地，在室温下，叶片内表面141的轮廓和狭槽内表面146的相应部分使得它们可以彼此抵靠定位，其中在它们之间具有间隙，该间隙(例如横向于中线151)不大于喷嘴半径71的0.35％，并且优选地不大于喷嘴半径71的0.2％或0.1％。平均地，在叶片表面的共形部分145上，叶片内表面141与狭槽内表面146之间的间隙不大于叶片外表面142与狭槽外表面147之间的间隙的20％或10％。叶片的前边缘表面143与狭槽130的内表面的相应部分149间隔开。

转到图6，示出了在本发明的一个实施例的涡轮机中的叶片207和护罩230狭槽之间的第二可能的位置布置。与图5中具有相同含义的元件被赋予附图标记加100。叶片表面和狭槽表面形成有共形部分245，该共形部分245沿着中线251的长度的至少约90％延伸。图6中的叶片表面的共形部分245包括叶片内表面241的大体全部，并且还包括面向狭槽的前边缘表面249的大部分叶片前端表面243。在室温下，叶片内表面241的轮廓和狭槽内表面246的相应部分在机械加工公差内大体相同，因此它们可以彼此相对放置，其中在沿着共形部分245的整个长度上，它们之间大体上没有间隙。在叶片207的外表面242与狭槽230的面向部分247之间存在间隙。

转到图7，示出了作为本发明的一个实施例的涡轮机中的叶片307与护罩狭槽330之间的第三可能的位置布置。在这种布置中，叶片307的共形部分345位于叶片外表面342处，并且类似地，狭槽330的共形部分345位于狭槽外表面347处。叶片307的共形部分345包括叶片307的外表面342的大部分，其沿着中线351的长度的至少90％抵靠在狭槽外表面347上。它还包括后表面344，该后表面344位于狭槽边缘的相应部分359上，直到中线351与后表面344的交点径向向内的位置。该位置布置通过大体上防止气体在叶片外表面342和狭槽外表面347之间泄漏而阻止了气体从叶片307的外表面342流到内表面343。

在图5、图6和图7的位置关系中，如果叶片107、207、307和护罩之间存在不均匀的(differential)热膨胀(例如，由于它们是由不同的材料制成和/或经历不同的温度)，则叶片107、207、307的共形部分可被迫抵靠狭槽内表面146、246或狭槽外表面347。它们之间的摩擦力然后可以防止叶片相对于护罩的轴向运动。但是，即使如在图1的系统中那样将喷嘴环和护罩安装在“固定”角度位置，系统中也会有一定的自由运动(例如，由于喷嘴5耦合杆上(如图2所示)，喷嘴环可具有一定的固有自由度以绕轴线100旋转)，并且在实验上我们发现了这可能高达0.05°。这将允许叶片107、207、307从狭槽表面的共形部分缩回一定程度。然而，这种缩回的程度将受到限制，并且由于它取决于部件的公差，因此其从一个涡轮机单元到另一个涡轮机单元可能不一致。因此，在本发明的实施例中(下文描述)，喷嘴环和护罩被布置为可相对于彼此以较大角度相对旋转。然而，涡轮机被布置成产生旋转力，该旋转力将喷嘴环和狭槽的表面的相应共形部分推到一起。

具体地，图8示出了本发明的第一实施例中的喷嘴环。与图1至图4的元件相对应的元件被赋予附图标记加400。图8的喷嘴环可再次用于诸如图1的已知系统中，其中叶片布置定位在由涡轮机壳体的部分60限定的腔室内。

如在图2的喷嘴环中一样，图8的实施例的喷嘴环405包括多个周向等距间隔开的轴向延伸的叶片407，其用于插入具有与图3的已知护罩6相同外观的护罩6的狭槽中。叶片407和狭槽可具有图5或图6中的任一个中所示的轮廓和位置布置，使得叶片407中的一个的表面的共形部分可抵靠相应狭槽的边缘的相应共形部分放置，或者在它们之间具有小的间隙。叶片407的中心位于具有半径471的圆470上，该半径为喷嘴半径。

与图2(a)一样，图8(a)示出了从喷嘴环405和护罩6之间的位置沿轴向方向观察时叶片布置的外观。对于图2的已知布置，喷嘴环405可由致动器(未示出，但具有与图1所示的相同的构造)借助于两个轴向延伸的导向杆在由涡轮增压器壳体的部分60限定的环形空腔(未示出，但具有与图1所示的相同的构造)内沿任一轴向方向移动，致动器可沿任一轴向方向移动。喷嘴环405中的孔424、425是设置在喷嘴环405中以用于平衡压力的平衡孔。设置它们是为了在喷嘴上获得理想的轴向负载(或力)。在使用中，在如图1所示的布置中，废气沿方向A径向向内朝涡轮机叶轮移动。因此，叶片407的径向外表面是高压表面，并且它们的径向内表面是低压表面。因此，废气在叶片407的外表面上施加力，该力促使叶片在图8(a)的顺时针方向上移动。

通过忽略喷嘴环405的前部的部分432，在图8(a)中示出了喷嘴环405和第一导向杆之间的连接，以露出固定安装在第一导向杆上的托架433(“脚”)。喷嘴环405的背向护罩6的表面形成有两个凸台434、464，其在轴向方向上从喷嘴环405向远离涡轮机叶轮的方向突出。凸台434、464中的每一个都具有圆形轮廓(在轴向方向上观察)。托架433包括圆形孔463，凸台464插入其中。孔463具有比凸台464更大的半径，因此如果导向杆由于热膨胀而径向分开，则允许托架33绕凸台34略微旋转。因此，将凸台34称为“枢轴”。

图8(b)是图8(a)的放大部分，其示出了托架433包括弧形狭槽436，而不是图2的已知系统的圆形孔62。弧形狭槽436具有绕轴线100在周向方向上延伸的弯曲中心轴线。凸台434插入到弧形狭槽436中。横向于中心轴线，弧形狭槽436的宽度仅略大于凸台434的直径，因此，狭槽的边缘提供了控制表面以沿路径引导凸台。凸台434和孔436之间的连接固定了凸台434的径向位置，但是允许喷嘴环405相对于托架433的相对周向运动。该周向运动的量受弧形狭槽的长度限制。在典型的实现方式中，喷嘴环405和护罩6绕轴线100的相对周向运动为至少0.1度，并且可以为至少1度，至少1.5度，并且高达大约两度。注意，在变型中，代替弧形狭槽436，托架433可包括(例如圆形)孔，凸台434在其中移动，使得凸台和孔的组合允许喷嘴环405和护罩6相对周向运动至少0.1度。凸台434保持在由孔限定的区域内，但是孔的边缘不将凸台434的位置限制为由孔限定的路径上的位置。

喷嘴环405和第二导向杆之间的连接是由于第二托架(在图8中不可见)一体地附接到第二导向杆，并且具有与支架433相同的形状。沿轴向方向观察时，第二导向杆的位置显示为431。第二托架以与托架433相同的方式连接到喷嘴环5的后表面。第二托架的凸台的位置与托架433的凸台434相对应，用435表示；该凸台位于第二托架的周向延伸的弧形狭槽内，使得凸台和狭槽不能沿径向方向相对移动，但可以沿周向方向相对移动。弧形狭槽的长度可以与弧形狭槽436的长度相同。

因此，托架433和凸台434一起形成联接机构，该联接机构允许护罩6和喷嘴环405在周向方向上相对运动。然而，喷嘴环405和护罩6的中心保持在轴线100上，并且喷嘴环405和护罩6中的每一个的整个平面保持为大体横向于轴线100。

由于废气在周向方向上施加到叶片407的力.叶片407在该方向上被推动。托架433与相应凸台434之间的连接允许该运动，使得每个叶片407的内表面被压靠在相应的狭槽内表面上。喷嘴环405和护罩的相对周向运动被称为“时钟运动(clocking)”。该运动是可能的，因为凸台434在托架434的狭槽436内滑动，从而即使导向杆没有移动，喷嘴环405也可以周向移动。护罩在这种情况下被安装成不可相对于涡轮机壳体移动。

因为，如以上参考图5和图6所解释的，叶片407的内表面的共形部分具有与相应狭槽的内边缘的对应共形部分大体相同的轮廓(即，相同的形状和相同的尺寸)，因此叶片407和狭槽边缘沿着叶片407的整个共形部分非常靠近，甚至大体接触。特别地，叶片407的共形部分可以包括与狭槽内表面的相应部分完全重合的整个叶片内表面。

因此，该实施例受益于废气的力，以确保叶片表面的共形部分被压靠在狭槽边缘的相应共形部分上，其中在它们之间具有很小的间隙或没有间隙。这减少或甚至消除叶片表面的共形部分与槽的边缘的对应共形部分之间的气体从凹部8中泄漏。

如果叶片407热膨胀，则叶片可膨胀到叶片407的外表面处的间隙中。这导致喷嘴环405相对于护罩6，以及相对于致动器16和导向杆周向移动(沿图8(a)中的逆时针方向)。该运动与叶片407的外表面上的气体压力相反，其将叶片和狭槽的表面的相应共形部分推压在一起。因此，尽管喷嘴环和护罩具有不均匀的热膨胀，但叶片407的共形部分与相应狭槽的边缘之间仍保持紧密连接，而在它们之间不会产生过大的力。

如上所述，图8所示的第一实施例可以用于如图1所示的已知涡轮增压器中。但是，图9和图10示出了两个相应的新颖涡轮机(例如涡轮增压器或其他涡轮机器的涡轮机)的部分，其中也可以有利地采用图8的喷嘴机构。

具体地，图9(a)示出了涡轮机壳体401，该涡轮机壳体401具有用于限定凹部408并用于保持覆盖该凹部408的环形护罩406的部分428。涡轮机壳体401的部分428在其面向轴承壳体的表面上限定孔481。孔481是具有圆柱形空腔的开口，该圆柱形空腔具有大体沿轴向方向(即，平行于旋转轴线)延伸的旋转轴线。图9(b)示出了圆柱形的销元件482，其可以插入到孔481中，例如从而大体上填充它，销元件482具有在轴向方向上延伸的旋转轴线。销元件482可以长于孔481的深度，并且延伸出孔481。

图9(c)是当涡轮机壳体401支撑护罩406时的剖视图，而图9(d)是涡轮机壳体401和护罩406的剖切透视图。在两个视图中省略了轴承壳体和喷嘴环。护罩406的径向内部限定了托架429，托架429具有内环形壁483和外环形壁484。在环形壁483、484之间定位有保持环485。保持环485从环形壁483、484之间的间隙径向向内延伸，并且其内部由涡轮机壳体的部分428的环形唇486保持。已经发现在护罩406的径向内部设置保持环485可提供优异的抵抗气体在护罩406的径向内部边缘处从凹部408泄漏到入口通道404中的能力。

在护罩406的径向外部中，设置有壁487，该壁487在轴向方向上延伸远离入口通道404。

图9(e)是从轴承壳体的方向轴向看的护罩406的平面图。壁487在护罩406的背面，因此在图9(e)中不可见，但是其轮廓由线491指示。类似地，图9(e)标记了销元件482的位置，尽管它也位于护罩406的后部。壁487围绕绕涡轮机轴线的大部分角位置延伸，但是壁487在壁487的面向周向表面488、490之间包括间隙489。当护罩406由涡轮机壳体401的部分428支撑时，销元件482位于壁487中的间隙489内。因此，销元件482牢固地防止了护罩406沿如图9(a)所示的逆时针方向旋转。注意，这不需要护罩406的形状的高公差即可实现。这是因为间隙489的确切范围无关紧要。如果其显着大于销元件482的直径(例如，至少大50％)，则当护罩406附接到涡轮机壳体1的部分428上时，销元件482可以插入其中。只有护罩406的表面488撞击在销元件482上。

图10分别在图10(a)-(e)，图10(f)-(g)和图10(h)中示出了在图9的实施例的权利要求范围内的三个变体。首先转向图10(a)-(e)，具有与图9中的相同的含义的元件被给予与其相同的、但是后跟字母“a”的附图标记。如图10(a)所示，在涡轮机壳体401a的这种形式中，涡轮机壳体401a的部分428a形成有肩部492(而不是孔)。肩部492可从凹部408a径向向外。

如图10(b)和图10(c)的透视图所示，护罩406a在其径向外边缘处形成有凹部493，以用于容纳肩部492。因此，防止了护罩406绕涡轮机的旋转轴线旋转。图10(d)是安装在涡轮机壳体401的部分428a上的护罩406a的透视图，其示出了将肩部492插入到凹部493中。因此，在使用中，肩部493防止了护罩406绕涡轮机轴线的旋转。因此，肩部493像图9的布置的销元件482一样用作涡轮机的限制元件，其抵靠护罩的面向周向表面(限定凹部493的表面)并限制护罩406a绕轴线的旋转。

如在图9的布置中，护罩406a在其径向内侧处设有环形保持环485a。保持环485a可以插入在由护罩406a的径向内部限定的托架429a的两个壁483a、484a之间。径向内部保持环485a有效地防止气体从凹部408a泄漏到内部通道404a中。

转到图10(f)-(g)，示出了另一变体。图9的圆柱销元件482由图10(f)所示的销元件482b代替，该销元件482b由两个部分495、496组成。它们分别被示为大体长方体。示出为大于部分495的部分496限定了孔497，该孔可以是大体上圆柱形的通孔。部分496具有倒圆498，例如非圆柱形的表面，如下所述。

图10(g)示出了与护罩406一起使用的销元件482b，其与图9中所示的大体相同，因此由相同的附图标记表示。尽管在使用中图9(b)的销元件482轴向地延伸出孔481，但是在图10(g)的布置中，销元件482b的最长尺寸径向地延伸。即，部分495是径向内部，并且部分496是径向外部。径向外部496具有比内部495大的周向宽度。径向内部495相对于径向外部496的表面498在周向上凹进。第二销499(在图10(g)中示出为沿其长度轴线看)穿过孔497，并沿涡轮机的轴向方向延伸到涡轮机壳体中的孔中，该孔可以是图9中的孔481。其将销元件482b固定到涡轮机壳体。

在图10(g)中，从后部观察(即，朝向喷嘴环看)护罩406。径向外部496位于间隙489内，并且表面498面向壁487的表面488，该表面从护罩406轴向地延伸。因此，两个表面488和498都面向周向。如图10(g)所示，护罩406沿顺时针方向的旋转运动受到销元件482b的表面488的限制。

表面498是大体上平坦的，因此与圆形销元件482相比减小了接触压力。然而，优选地，它不是完全平坦的，而是可以是凸的并且稍微弯曲的，例如，其曲率半径比销元件482b的周向范围大得多(例如大3倍)。因此，表面498与表面488之间的接触不在任一元件的拐角处，而是在倒圆表面498与平坦表面488之间。在一种变型中，表面488也可以是倒圆的，或者是唯一的倒圆表面。注意，在壁487的径向内侧的销元件482b的径向内部495可以抵靠在护罩406的后表面上或与其轴向分离。它的面向周向表面不限制护罩的运动。然而，内部495可以增加销元件482b的强度。

图10(g)示出了在涡轮机的组装过程中销元件482b的安装。销元件482b被保持在组装工具494中的具有相应形状的间隙中，并且通过将组装工具494移动到相对于涡轮机壳体的部分428的适当位置而移动。然后，销499可以螺纹地穿过通孔497，以将销元件482b固定到涡轮机壳体。

图10(h)中示出了另一种变型。该变型包括与图10(f)的销元件482b相等的销元件482c，但是省略了内部495。销元件482c的一个面向周向表面498a用于施加并限制图9的护罩406的表面488的运动。销元件482c在平行于页面的所有平面上具有相同的横截面(形状和尺寸)。因此，表面498a包括延伸到页面中的直线，但是这些线与页面的交点是曲线498b。换句话说，表面498a大体上是平坦的，但是更精确地是具有比销元件482c的周向范围大得多的曲率半径(例如，大3倍)的凸形(非圆形)圆柱形表面。在图10(h)中，示出了在涡轮机的组装过程中的销元件482c，其被支撑在组装工具494a内的适当尺寸的间隙中。

转到图11(a)，示出了本发明的第二实施例的护罩506。该第二实施例也是具有图1的一般形式的涡轮增压器，并且该实施例的除了护罩506之外的元件以及其与涡轮机壳体的联接与图1的已知涡轮增压器相同，因此，这里将用相同的相应附图标记表示。特别地，涡轮增压器的喷嘴环5可以如图2所示，并且布置成在如图1所示的致动器16的控制下进行轴向运动。如图1的已知涡轮增压器的护罩6一样，第二实施例的护罩506以这样的方式安装在涡轮机壳体1中，即其被保持在固定的轴向位置(图1所示的相同位置)，并且其整个平面保持垂直于旋转轴线100。然而，与图1的已知布置相反，护罩506与涡轮机壳体1之间的联接允许护罩506绕涡轮机叶轮的旋转轴线100自由旋转。它的旋转仅受与喷嘴环叶片的相互作用的限制。

护罩506在图11(a)中以透视图观察，观察其在使用中背离喷嘴环5的面。护罩506形成有平坦的且横向于轴线100的平台表面561。平台表面561形成有作为通孔的多个狭槽530。平台表面561在外边缘563和内边缘564之间延伸。每个狭槽530由面向内的表面限定(即具有作为面向内的表面的边缘)，该面向内的表面在所有点处都包含轴向方向。换句话说，狭槽530在轴向方向上具有纵向对称性。

外边缘563通常位于护罩506联接到涡轮机壳体1的位置。例如，外边缘563可被捕获在限定在涡轮机壳体1的圆形表面与安装到涡轮机壳体1的环形板(未示出)之间的环形空间中，使得外边缘565能够在环形空间中绕旋转轴线100旋转。

图11(b)是图11(a)的部分的放大图，并且示出了每个狭槽530设置有相应的脊元件560，该脊元件560在远离喷嘴环5的轴向方向上从平台表面561是直立的。脊元件560沿着狭槽530的边缘的部分延伸。脊元件560是细长的且弯曲的。它在后端(径向内部)562和前端(径向外部)563之间延伸。沿着脊元件560的延伸方向(即，从内端562朝向外端563的方向)观看，脊元件560具有矩形形式。它被限定在分别沿轴向方向100延伸的两个壁表面564、565和横向于轴向方向100的顶表面566之间。壁表面564位于脊元件560的面向狭槽530的一侧上。壁表面564的朝向狭槽530的每个部分与狭槽530的径向内表面的最接近的部分齐平，即壁表面564的每个部分以及狭槽530的径向内表面的相应最接近部分形成连续表面，其中在轴向方向上的线在壁表面564的部分和狭槽530的内表面的相应最近部分上连续延伸。

每个狭槽530用于接收相应的叶片7。叶片7和相应的狭槽表面形成有如图5和图6所示的共形部分。

第二实施例的涡轮增压器是其中狭槽和叶片的径向外表面是高压侧，而径向内表面是抽吸侧的类型。在使用中，当叶片7被接收在狭槽530中时，脊元件560在叶片7的侧上。壁表面564面向叶片内表面，并且狭槽表面的最靠近壁表面564的部分是狭槽内表面(抽吸表面)。气体的流动在护罩506的各个表面上产生力。特别地，与图3的常规护罩6相比，在壁表面564上产生了旋转力，该旋转力促使护罩506沿如图11(a)所示的逆时针方向旋转，如大箭头所示。我们执行的模拟显示，即使没有脊元件560，也存在沿逆时针方向作用在护罩506上的旋转力，但是当叶片7处于狭槽530内的中心位置时，由于脊元件560，所以旋转力增加了大约38％。当脊元件处于该位置时，涡轮机的效率相对于已知的护罩仅略微提高(少于1％)。然而，该力促使狭槽530和叶片7采用如图5或图6所示的布置。即，由于脊元件560，叶片7和狭槽530的相应的共形部分被推到一起，以抑制或甚至防止气体在它们之间流动。在这两个位置中的一个中，第二实施例的效率将明显高于不存在脊元件560的情况。

转到图12(a)，示出了本发明的第三实施例的护罩606。该第三实施例也是具有图1的一般形式的涡轮增压器，并且该实施例的除了护罩606之外的元件以及其与涡轮机壳体的联接与图1的已知涡轮增压器相同，因此，这里将用相同的相应附图标记表示。特别地，涡轮增压器的喷嘴环5可以如图2所示，并且布置成在如图1所示的致动器16的控制下进行轴向运动。类似于图1的已知涡轮增压器的护罩6，第三实施例的护罩606安装在涡轮机壳体1中，以使其保持在固定的轴向位置(图1中所示的相同位置)，并且其整个平面保持垂直于旋转轴线100。然而，如在本发明的第二实施例中，护罩606和涡轮机壳体1之间的联接允许护罩606绕涡轮机叶轮的旋转轴线100自由旋转。它的旋转仅受与喷嘴环叶片相互作用的限制。

护罩606在图12(a)中以透视图示出，其示出在使用中背离喷嘴环5的其表面。其形成有平台表面612，该平台表面是平坦的并且横向于轴线100。平台表面612形成有作为通孔的多个狭槽630。平台表面612在外边缘663和内边缘664之间延伸。每个狭槽630由面向内表面限定(即具有作为面向内表面的边缘)，该面向内表面在所有点上均包含轴向方向100。换句话说，狭槽630在轴向方向上具有纵向对称性。

外边缘663通常是护罩606联接至涡轮机壳体1的位置。例如，外边缘663可被捕获在限定在涡轮机壳体1的圆形表面与安装到涡轮机壳体1的环形板(未示出)之间的环形空间中，使得外边缘663能够在环形空间中绕旋转轴线100旋转。

图12(b)是护罩606在轴向方向上朝向喷嘴环的部分的视图，图12(c)和图12(d)是从不同的相应方向看的护罩606的同一表面的各个部分的透视图。它们显示出每个狭槽630设置有各自的脊元件631，该脊元件在远离喷嘴环5的轴向方向上从平台表面612是直立的。脊元件631沿着狭槽630的边缘的部分延伸。脊元件631是细长的且弯曲的。它在外端连接外边缘663，并且在内端连接内边缘664。因此，脊元件631将平台表面612划分成各个部分，每个狭槽630一个。

沿着脊元件631的延伸方向看，脊元件631具有矩形形式。它被限定在两个壁表面632、633和顶表面之间，每个壁表面在所有点上都包括轴向方向100，并且顶表面横向于轴向方向100。壁表面633在脊元件631的面向狭槽630的一侧上。壁表面633的朝向狭槽630的每个部分与狭槽630的内表面的最接近的部分齐平，即壁表面633的每个部分以及狭槽630的内表面的各个最近部分形成连续表面，其中在轴向方向上的线在壁表面633的部分和狭槽630的内表面的相应最近部分上连续延伸。

每个狭槽630用于接收相应的叶片7。叶片7和相应的狭槽表面形成有如图5或图6所示的共形部分。

第三实施例的涡轮增压器是其中狭槽和叶片的径向内表面在抽吸(低压)侧，而径向外表面在高压侧的类型。在使用中，当叶片7接收在狭槽630中时，脊元件631位于叶片7的低压侧。壁表面633面向叶片内表面，并且狭槽表面的最靠近壁表面633的部分是狭槽内表面。狭槽外表面635是压力表面。

气体的流动在护罩606的各个表面上产生力。特别地，与图3的常规护罩6相比，产生了更大的净旋转力(转矩)，这促使护罩606沿逆时针方向旋转，如图12(a)所示的方向，如大箭头所示。在狭槽压力表面635，外边缘663和壁表面632上产生正(逆时针)扭矩。这些扭矩大于在壁表面633，狭槽抽吸表面和护罩板延伸突片634上的负扭矩。净扭矩促使狭槽630和叶片7采用如图5或图6所示的布置。即，由于脊元件631，叶片7和狭槽630的相应的共形部分被推到一起，以抑制或甚至防止气体在它们之间的流动。我们执行的模拟表明护罩上的净扭矩比如图3所示的已知的护罩高约67％。当叶片处于狭槽内的中心位置时执行该比较。因此，护罩606上的旋转力明显大于第一实施例的护罩506的旋转力。即使在该位置，该实施例的效率也比常规护罩高约1％。

当叶片处于如图5或图6所示的角度位置时，模拟显示扭矩提高了81％，并且涡轮机效率提高了5.9％。

转到图13，分别在图11(a)-(f)中示出了本发明的另外六个实施例的护罩。所有这些实施例都是“移动护罩”类型的涡轮增压器，其中，致动器(未示出)安装在涡轮机壳体(未示出)上以轴向地平移护罩。该致动器代替了图1的涡轮增压器的致动器16。众所周知，“移动护罩”类型的涡轮增压器的致动器通过类似于图2的布置连接到护罩上。也就是说，护罩使用类似于托架33的支架(脚)安装在导向杆上。导向杆的轴向位置由致动器控制。

图13(a)示出了本发明的第四实施例的护罩。护罩具有与常规“移动护罩”涡轮机的护罩相同的外观，其包括用于接收叶片(未示出)的多个狭槽730。每个狭槽730的径向内侧是低压表面。然而，在图13(a)的实施例中，与已知的“移动护罩”涡轮机相反，在致动器和护罩之间设置有联接机构(未示出)，以允许护罩绕涡轮机的周向轴线旋转，即垂直于面向喷嘴环的表面708旋转。尽管未示出该联接机构，但是其可以类似于图8的联接器，其中，传统上将移动护罩连接到导向杆的托架由类似于图8的托架433的托架代替。

此外，在图13(a)的实施例中，叶片的横向表面(未示出)和狭槽730形成有相对的共形部分，如图5至图7中的任一个所示。

图13(b)示出了本发明的第五实施例的护罩。朝着背向喷嘴环的护罩的表面看该护罩。该表面包括平台表面710。图13(b)的实施例与图13(a)的实施例相同(并且因此相应的元件被赋予相同的附图标记)，除了如图13(b)所示，沿着狭槽730的边缘设置有脊元件711，其从平台表面710直立。

图13(c)示出了本发明的第六实施例的护罩。图13(c)的实施例与图13(a)的实施例相同(并且因此相应的元件被赋予相同的附图标记)，除了如图13(c)所示，环状脊元件712设置在狭槽730的整个边缘周围，并从表面708(可以被认为是平台表面)直立。

图13(d)示出了本发明的第七实施例的护罩。图13(d)的实施例与图13(a)的实施例相同(并且因此相应的元件被赋予相同的附图标记)，除了如图13(d)所示，在狭槽730的整个边缘周围设置环状脊元件713，其从背向喷嘴环的平台表面710直立。

图13(e)示出了本发明的第八实施例的护罩。图13(e)的实施例与图13(a)的实施例相同(并且因此相应的元件被赋予相同的附图标记)，除了如图13(e)所示，护罩包括多个叶片714，其布置成提供“水车”布置。叶片714是气体相互作用元件，其由于在护罩的与喷嘴环相对的一侧上的凹部中的气体流动而在护罩上产生旋转力。

图13(f)示出了本发明的第九实施例的护罩。图13(f)的实施例与图13(a)的实施例相同(并且因此相应的元件被赋予相同的附图标记)，除了如图13(d)所示，沿着狭槽730的径向向内边缘设置有脊元件715，该脊元件715从背向喷嘴环的平台表面710直立。狭槽的径向外端围绕狭槽730的径向外端卷曲。

在模拟中，我们已经证明所有这些实施例中的气流都产生正扭矩，其中正方向是如图13(a)所示的逆时针方向(即从涡轮机端观察的顺时针方向)。该正扭矩将趋于产生如图5或图6所示的叶片-狭槽布置，其中狭槽730的径向内侧被压向叶片的径向内侧。

然而，图13(b)的实施例产生比图13(a)的实施例小的正扭矩，并且图13(c)和图13(e)的实施例仅比图11(a)的实施例更正。在图13(e)的实施例的情况下，这是因为叶片714处于气流倾向于变慢的位置。相反，由于高的压力差，图13(d)的实施例在脊元件713的面向内的表面(低压位置)与脊元件713的相对的面向外的壁表面之间在环状脊元件713的径向内侧上产生比图13(a)的实施例高约75％的正扭矩。

图13(f)的实施例产生图13(a)的实施例的大约两倍的正扭矩。这是因为脊元件715具有与图13(d)的实施例的脊元件713相同的表面，但是没有环形脊元件的径向外部(即，没有对应于图13(b)的脊元件711的部分，如上所述，该部分倾向于减小正扭矩)。因此，可以得出结论，这些实施例的抽吸侧处的脊元件在沿期望的顺时针方向产生扭矩方面最有效。

在模拟中，我们研究了在图13(f)的实施例的变型中在脊元件715的径向内壁表面与狭槽内表面的最近部分之间提供周向间隔的效果。在图13(f)的实施例中，不存在这样的间隔(即，脊元件715的径向外壁表面仅是狭槽内表面的延伸)，但是在这些变型中，脊元件715沿如图13(f)所示的逆时针方向以不同程度移位。换句话说，平台表面710的部分设置在狭槽730和脊元件715之间。已经发现，间隔越大，扭矩减小得越多。可以得出结论，当脊元件715的径向外壁表面大体上与面向内的狭槽表面(在这种情况下为狭槽内表面)的最近部分齐平(即，面向内的狭槽表面为最近部分的连续轴向延伸)时，就会产生最大扭矩。