BRPI0811801B1

BRPI0811801B1 - Invólucro de compressor para um turbocompressor e turbocompressor

Info

Publication number: BRPI0811801B1
Application number: BRPI0811801-9A
Authority: BR
Inventors: Patrick Sweetland; David G. Grabowska; Alekxandar Sekularac; Stephan I. Roby
Original assignee: Borgwarner Inc.
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2019-03-19
Also published as: CN101680360B; US20100202877A1; WO2009003140A3; WO2009003140A2; CN101680360A; BRPI0811801A2; US8632304B2

Abstract

invólucro de compressor para um turbocompressor e turbocompressor é proporcionado um invólucro (410, 510, 610, 700, 800, 900) para um turbocompressor (400, 500, 600). o invólucro (410, 510, 610, 700, 800, 900 ) tem uma câmara do impulsor (403, 503,603) ,difusor (450, 550, 650, 750, 850, 950) e espiral (420, 520, 620, 720, 820, 920) em comunicação fluida uns com os outros. o di fuso r ( 4 5 o ,5 5 o, 6 5 o, 7 5 o, 8 5 o, 9 5 o ) pode ter um formato curvo e/ou uma curvatura (455) na proximidade de uma ponta (408, 508, 608, 609) do impulsor (405, 505, 605). o formato curvo pode ser definido por um ou mais raios de curvatura (rc, rc1, rc2 ). o difusor (450, 550, 650, 750, 850, 950) pode se estender numa direção radial que é não-ortogonal à linha central do turbocompressor (400, 500,600). o invólucro (410, 510, 610, 700, 800, 900) pode ser para uma secção do compressor do turbocompressor (400,500, 600).

Description

INVÓLUCRO DE COMPRESSOR PARA UM TURBOCOMPRESSOR E

TURBOCOMPRESSOR.

Campo da invenção

Esta invenção é dirigida a um sistema de turbocompressor 5 para um motor de combustão interna e, mais particularmente, a um difusor de um sistema de turbocompressor.

Ó Antecedentes da invenção

Os turbocompressores são um tipo de sistema de indução forçada. Eles comprimem o ar que flui para dentro do motor, deste modo aumentado a potência do motor sem aumentar o peso de forma significativa. Os turbocompressores usam a vazão de exaustão do motor para girar uma turbina que, por sua vez, aciona um compressor de ar. Visto que a turbina gira cerca de 30 vezes mais rápido do que a maioria dos motores de carro e está acoplada ao escape, a temperatura na turbina é muito alta. Além disso, devido à alta velocidade de fluxo resultante, os turbocompressores estão sujeitos a barulho e vibração. Estas condições podem ter um efeito prejudicial sobre os componentes do turbocompressor, particularmente sobre as partes giratórias, como por exemplo o rotor da turbina, o que pode levar a falha do sistema.

Os turbocompressores são amplamente usados em motores de combustão interna e, no passado, foram particularmente usados com grandes motores a diesel, especialmente para caminhões pesados e aplicações marítimas. Mais recentemente, além do uso em relação a grandes motores a diesel, uso em os turbocompressores se tornaram populares para fábricas menores de um de carros de passageiros. O em aplicações de carros seleção de uma fábrica uso de turbocompressor passageiros permite a desenvolve a mesma quantidade de cavalo-vapor de um motor que menor de menor massa. O uso de um motor de menor massa tem o efeito desejado de diminuir o peso do carro com um todo, aumentando o desempenho esportivo e aumentando a economia de combustível. Além disso, o uso de um turbocompressor permite uma combustão mais combustível fornecido ao motor, deste modo completa reduzindo do as emissões obj etivo limpo. 0 descritos do motor como um todo, altamente desejável de desenho e a função de o que contribui um meio ambiente com o mais estão em exemplo,

6, 164,931, nas incorporadas

Tipicamente uma turbina escape do detalhe no estado

Patentes U.S. Nos.

cujas revelações conectado ao por citação.

turbocompressores da técnica anterior, por

4,705,463, 5,399,064 e são aqui dadas como as unidades de turbocompressores incluem operativamente conectada ao coletor de motor, um compressor coletor de admissão de ar operativamente do motor, e um eixo que conecta a turbina e o compressor turbina causa a rotação da roda da impulsor girar por de modo que rotação do do compressor.

meio do gás de impulsor do compressor é acionado para girar da turbina e, à medida que gira, aumenta a a densidade do fluxo de

A turbina é escape que flui acionada para no coletor de escape. O por meio taxa de fluxo da massa de ar, ar e a pressão de ar fornecida aos À medida cilindros do motor.

aceitação critérios

Primeiro, fábrica, que em os turbocompressores aplicações de carros encontram uma maior de passageiros, três caminhões, desenho passaram para o mercado exige que todos de o primeiro plano.

da os componentes proporcionar periodo de seja de carros de passageiros ou incluindo o turbocompressor um funcionamento fiável <

têm t

durante do que de de um era exigido no aceitável no depois de passageiros, do motor para 200.000 milhas tempo muito mais prolongado passado. Isto é, embora passado exigir uma revisão geral do motor 80.000-100.000 milhas para agora necessário desenhar um funcionamento fiável em tenha sido carros de componentes excesso de necessário de funcionamento. É agora desenhar componentes do motor em caminhões para um funcionamento fiável em excesso de 1.000.000 milhas de funcionamento. Isto significa que um cuidado adicional tem de ser tomado para assegurar a fabricação apropriada e a cooperação de todos os dispositivos de suporte.

segundo critério de desenho que passou para o primeiro plano é que a fábrica tem de satisfazer ou exceder exigências muito rigorosas na área de NO_Xminimizado e emissões de matérias em partículas. Terceiro, com a produção em massa de turbocompressores, é altamente desejável desenhar um turbocompressor que satisfaz os critérios acima e que é compreendido de um número mínimo de partes. Além disso, estas partes devem ser fáceis de fabricar e fáceis de montar, a fim de proporcionar um turbocompressor fiável e que ofereça uma boa relação custo-benefício. Devido ao fato do espaço no interior do motor ser escasso, é também desejável que a embalagem geométrica como um todo ou o envoltório do turbocompressor seja minimizado.

No Pedido de Patente Japonesa N° 2000257437A2 de Hiroyuki, é apresentada uma secção de um compressor para um turbocompressor que tenta aumentar a carga de trabalho da conversão de pressão por meio do alongamento do difusor. Na figura 1, um difusor prolongado 22 é formado num invólucro do compressor 18 que está em comunicação com o impulsor do compressor 17 a câmara do impulsor 21 e a espiral 23. O difusor 22 tem uma porção 22A reta, alongada que se estende deste a entrada 25A do difusor. Uma extremidade 22B ao longo da porção 25B de saída do difusor é curva para proporcionar a comunicação fluida entre a espiral 23 e o difusor 22.

sistema de Hiroyuki também necessitar de um grande sofre da desvantagem de envoltório devido ao comprimento do difusor 22.

O invólucro aumentado adiciona custos ao sistema ao necessitar de usar mais material, como por exemplo, para o invólucro do compressor 18.

A Patente U.S. N° 6,679,057 de Arnold apresenta um turbocompressor com uma secção de compressor tendo uma roda de compressor e lâminas guia móveis. Conforme ilustrado na figura 2, o sistema de Arnold tem um turbocompressor 110 com um invólucro da turbina 112 adaptado para receber gás de escape do motor de combustão interna e distribuir o gás de escape para uma roda de turbina de gás de escape ou turbina 114 disposta de forma rotativa no interior do invólucro da turbina 112 e acoplada a uma extremidade de um eixo comum 116. O invólucro da turbina 112 encerra um sistema de geometria variável que compreende uma pluralidade de lâminas que se movem de forma articulada 118. Um anel sincronizador da turbina 119 encaixa as lâminas 118 para executar o movimento radial para dentro e para fora das mesmas. O anel sincronizador da turbina 119 compreende uma pluralidade de fendas 120 que correspondem com abas 122 e uma fenda ecliptica 123 que é configurada para acomodar a colocação de um pino acionador 124 dentro da mesma com a finalidade de mover o anel sincronizador. O pino 124 é ligado a um braço de alavanca acionador 126 e uma manivela acionadora 128 que são dispostas no interior de uma porção do centro do invólucro do turbocompressor 130. A manivela acionadora 128 está disposta de forma rotativa axialmente através do centro do invólucro do turbocompressor 130 e está configurada para mover o braço de alavanca 126 para trás e para frente à volta do eixo longitudinal da manivela acionadora, cujo movimento funciona para girar o pino acionador 124 e executar a rotação do anel sincronizador 119 no interior do invólucro da turbina.

O turbocompressor 110 também compreende um invólucro do compressor 131 que é adaptado para receber ar de uma entrada de ar 132 e distribuir o ar para um impulsor do no interior compressor 134 disposto de do invólucro do compressor forma

131 e rotativa acoplado a uma extremidade oposta invólucro do compressor 131 do eixo comum também encerra um elemento de geometria variável 136 interposto entre o uma saida de do compressor 134 geometria variável radial, reto 175 lâminas articuladas impulsor

O elemento de

136 é posicionado num difusor compreende uma pluralidade de

138. O difusor 175 a voluta 180 que é externa e radialmente

Um anel sincronizador é conectado com formada ao longo de uma região distante do impulsor do compressor 140 é forma rotativa no interior

131 e é configurado para rotativa todas as lâminas sincronizada. O compreende uma correspondem com disposto de do invólucro do compressor encaixar e mover de forma do compressor 138 de forma anel sincronizador do compressor 140 pluralidade de fendas

142 que abas 144 que se projetam a cada respectiva lâmina do compressor. O anel partir de de ajuste do compressor 140 compreende uma fenda e um pino acionamento 146 que é interior da fenda. Um é ligado ao pino de acionadora 128. O alavanca 148 são reforço 150 compressor central 130.

de que do com que o anel longo da placa

O sistema de disposto de forma rotativa braço de alavanca acionador acionamento 146 e à no

148 manivela pino de acionamento dispostos através é interposta turbocompressor rotação do pino sincronizador do de reforço 150.

Arnold também necessitar de um grande comprimento do difusor 175 e

138 posicionados dentro aumentado adiciona custos entre

131

6 e o braço de de uma placa de invólucro do o invólucro de acionamento 146 faz compressor 140 gire sofre da desvantagem envoltório devido ao de ao das lâminas guia móveis do mesmo.

ao sistema ao

O invólucro necessitar de usar mais material, tal como para o invólucro do compressor 131.

Na figura 3, é ilustrada uma porção de um invólucro de compressor contemporâneo 200 tendo uma espiral 220 e um difusor radial plano 250. O difusor 250 fica situado ao longo do plano do difusor P_FD, que é formado ao longo de uma circunferência externa da espiral

Para aumentar comprimento do difusor, turbocompressor contemporâneo necessita que envoltório geométrico do turbocompressor seja aumentado.

O envoltório aumentado adiciona custos ao sistema ao necessitar de usar mais material, como por exemplo,

Assim, para o invólucro do compressor, há uma necessidade de um sistema de turbocompressor e de métodos para fabricar este sistema que eficaz e eficientemente controle o fluxo de fluido da roda do compressor.

Há também uma necessidade de um sistema como este que maximize a difusão sem aumentar o tamanho do envoltório ainda uma necessidade geométrico. Há sistema e método de fabricação deste adicional deste sistema que seja fiável e que ofereça uma boa relação custo-benefício.

Sumário da invenção

As modalidades exemplificativas do turbocompressor difundem fluido por uma extensão desejada de um difusor ao mesmo tempo que mantêm a embalagem geométrica ou envoltório. O difusor pode ter um formato curvo ou outra curvatura para manter a extensão desejada para difusão e/ou para permitir que um fluxo de baixo momentum acelere até uma velocidade substancialmente a mesma que o resto do fluxo. O extensão da difusão proporciona uma difusão lenta do fluido, aumento da maior e/ou mais o que aumenta eficiência e/ou a estabilidade na compressão do fluido.

da invenção, é proporcionado turbocompressor tendo um impulsor.

um

Em um aspecto invólucro para um invólucro compreende uma câmara do impulsor que aloja o impulsor de forma rotativa; uma espiral; e um difusor tendo uma entrada na proximidade do impulsor e uma saida conectada à espiral. A câmara do impulsor, o difusor e a espiral estão em comunicação fluida e a entrada tem uma forma curva.

Em um outro aspecto, é proporcionado um turbocompressor que compreende um impulsor; e um invólucro que define uma câmara do impulsor, um difusor e uma espiral. O impulsor é montado de forma rotativa no invólucro. A câmara do impulsor, o difusor e a espiral estão em comunicação fluida e o difusor se estende radialmente para fora numa direção que é nãoortogonal a uma linha central do turbocompressor.

Em um outro aspecto, é proporcionado um método para fabricar um turbocompressor. O método compreende proporcionar um invólucro do compressor tendo uma espiral, um difusor e uma câmara do impulsor em comunicação fluida uns com os outros; determinar um perfil de velocidade no difusor para o fluxo de fluido acionado por um impulsor montado de forma rotativa no invólucro do compressor; e formar uma curva no difusor se o perfil de velocidade for não-uniforme.

As modalidades exemplificativas do turbocompressor difundem fluido por uma extensão suficiente de um difusor ao mesmo tempo que mantêm uma embalagem geométrica ou envoltório reduzido. O difusor pode ter um formato ou trajeto curvo para manter a extensão suficiente para a difusão e/ou a entrada do difusor pode ser radialmente para fora da circunferência interna da espiral. A espiral pode ser movida para mais perto da câmara do impulsor enquanto posicionada axialmente mais distante do impulsor para manter a extensão do difusor e tirar proveito do espaço não utilizado no interior do envoltório geométrico.

Em um aspecto da invenção é proporcionado um invólucro para um turbocompressor tendo um impulsor. O invólucro tem um corpo que abriga o impulsor de forma rotativa e

♦J define uma camara do impulsor, um difusor e uma espiral. A câmara do impulsor, o difusor e a espiral estão em comunicação fluida e o difusor tem um trajeto ou formato curvo.

Em outro aspecto, é proporcionado um turbocompressor que compreende um impulsor; e um invólucro que define uma câmara do impulsor, um difusor e uma espiral. O impulsor é montado de forma rotativa no invólucro e a câmara do impulsor, o difusor e a espiral estão em comunicação fluida. O difusor tem uma entrada radialmente para fora de uma circunferência interna da espiral.

Em outro aspecto, é proporcionado um método para fabricar um turbocompressor. O método compreende formar um invólucro para o compressor que define uma câmara do impulsor, um difusor e uma espiral; e montar de forma rotativa um impulsor no invólucro do compressor para comprimir e fornecer um fluido através do difusor e espiral para um motor de combustão interna. A câmara do impulsor, o difusor e a espiral estão em comunicação fluida e o difusor tem um trajeto curvo.

Breve descrição dos desenhos

A presente invenção é ilustrada a título de exemplo e não de limitação nos desenhos associados em que numerais de referência iguais indicam partes similares e, em que:

A Figura 1 é uma representação esquemática de um sistema de turbocompressor contemporâneo com um difusor;

A Figura 2 é uma representação esquemática de um outro sistema de turbocompressor contemporâneo com um difusor;

A Figura 3 é uma representação esquemática em corte transversal de um difusor plano radial contemporâneo;

A Figura 4 é uma vista em corte transversal de uma porção de um turbocompressor de acordo com uma de acordo com uma outra invenção;

corte transversal de uma de acordo com uma outra invenção;

de uma uma uma porção ponta porção ponta do do do do modalidade exemplificativa da invenção;

A Figura 5 é uma vista em corte transversal de uma porção de um turbocompressor modalidade exemplificativa da

A Figura 6A é uma vista em porção de um turbocompressor modalidade exemplificativa da

A Figura 6B é uma vista ampliada turbocompressor da Figura 6 com compressor alternativa;

A Figura 6C é uma vista ampliada de turbocompressor da Figura 6 com outra alternativa;

é uma representação esquemática de do turbocompressor de acordo com exemplificativa da invenção;

é uma representação esquemática em corte de um invólucro do turbocompressor de uma outra modalidade exemplificativa da compressor A Figura invólucro modalidade

A Figura 8 transversal acordo com invenção;

A Figura 9 transversal acordo com um uma é uma representação esquemática em corte de um invólucro do uma outra modalidade turbocompressor exemplificativa de da é uma vista em corte transversal de uma de acordo com uma outra invenção;

gráfica dos invenção;

A Figura 10 porção de um turbocompressor modalidade exemplificativa da

A Figura 11 é uma representação desempenho que comparam o turbocompressor da com um turbocompressor contemporâneo difusor reto; e

A Figura 12 é outra representação gráfica desempenho que comparam o turbocompressor com um turbocompressor contemporâneo difusor reto.

dados de que dos

Descrição detalhada da invenção

Figura 3 tem dados da Figura que tem um de um

As modalidades da invenção são dirigidas à difusão num turbocompressor para o fornecimento de um fluido comprimido a um motor de combustão interna. Os aspectos da invenção serão explicados em relação a uma secção do compressor que tem um difusor particular e 5 espiral, contudo a descrição detalhada pretende ser apenas exemplificativa. As modalidades exemplificativas da invenção estão ilustradas nas Figuras 4-9, mas a presente invenção não está limitada à estrutura ou aplicação ilustrada.

Com referência à figura 4, um turbocompressor 400 tem um invólucro do compressor 410 conectado aos invólucros do centro e da turbina (não ilustrado). O invólucro do compressor 410 tem uma roda do compressor ou impulsor 405 montado de forma rotativa no interior de uma câmara do impulsor 403. O turbocompressor 400 tem várias outras características que não estão ilustradas na figura 4, como por exemplo, uma turbina ligada operativamente ao coletor de escape do motor, o invólucro do compressor 410 sendo conectado 20 operativamente ao coletor de admissão de ar do motor e um eixo que conecta o impulsor da turbina e o impulsor do compressor 403 de modo que a rotação do impulsor da turbina causa a rotação do impulsor do compressor. O impulsor da turbina é acionado para girar por meio do 25 gás de escape que flui no coletor de escape. O impulsor do compressor 405 é acionado para girar por meio do impulsor da turbina e, à medida que gira, aumenta a taxa de fluxo da massa de ar, a densidade do fluxo de ar e a pressão do ar fornecido aos cilindros do motor. Vários outros componentes e configurações também podem ser usados no turbocompressor 400.

Na modalidade exemplificativa do turbocompressor 400, o invólucro do compressor 410 tem uma voluta com uma espiral 420 e um difusor 450 para comunicação fluida 35 entre a câmara do impulsor 403 e o motor de combustão interna (não ilustrado). Uma entrada 453 do difusor 450, de preferência, está na proximidade de uma ponta

408 do impulsor do pode ser formado

compressor	405. 0 invólucro	410
de porções	múltiplas,	como	por
e o segundo	invólucros	411 e	412

um ou mais por vários exemplo o primeiro ligados por um mecanismo de ligação 415, por exemplo, parafusos. O invólucro 410 pode ser formado métodos incluindo fundição, usinagem e uma combinação de fundição e usinagem. O invólucro 410 pode ser feito de vários materiais incluindo alumínio.

O difusor 450 pode ter um formato curvo ou então não10 linear. Em uma modalidade, o difusor 250 tem uma curvatura substancialmente suave, conforme pelo primeiro e segundo raios de curvatura

Embora a modalidade exemplificativa do

400 tenha a curvatura do difusor 450 por um par de raios de curvatura R_C1 e definido

Rei θ Rc2 · turbocompressor sendo definida

R_c2, a presente curvatura leva em consideração o difusor tendo outras formas curvas ou não-lineares incluindo sendo definido por um único raio de curvatura ou mais de dois raios de curvatura. A presente revelação também leva em consideração uma ou mais porções do difusor 450 sendo retas com as proporcionar um

O difusor 450 espiral 420.

proporcionada porções formato tem uma restantes não-linear saída 458

De preferência, com uma curvatura que está na proximidade da curvatura 455 permite que sendo para o que é ou ponta do um fluxo

405 seja curvas para difusor.

conectada à entrada 453 porção curva compressor 408 de baixo do impulsor do compressor similar ao restante do velocidade igual ou longo da curvatura fluxo do fluido.

O difusor aumento na aumentar

455 momentum curvo ou extensão turbocompressor acelerado até uma fluxo ao proporcionando estabilidade então não-linear 450 permite do difusor sem a necessidade envoltório geométrico para ao um de

400. A extensão aumentada do difusor

450 proporciona que aumentará a mais difusão e difusão mais lenta, o eficiência e a estabilidade no fluxo.

Para reduzir perdas ao longo do trajeto do fluxo do difusor 450, a curvatura é, de preferência, lisa sem quaisquer curvas apertadas ou pronunciadas. Numa modalidade, as paredes do difusor 450 são angulares, como por exemplo convergentes ou divergentes para aumentar ou diminuir a taxa de difusão.

Com referência à figura 5, um turbocompressor 500 tem um invólucro do compressor 510 com uma roda do compressor ou impulsor 505 montado de forma rotativa no interior de uma câmara do impulsor 503. Vários componentes e configurações podem ser usados no turbocompressor 500, como por exemplo aqueles descritos acima em relação ao turbocompressor 400.

Na modalidade exemplificativa do turbocompressor 500, o invólucro do compressor 510 tem uma voluta com uma espiral 520 e um difusor 550 para comunicação fluida entre a câmara do impulsor 503 e o motor de combustão interna (não ilustrado). Uma entrada 553 do difusor

550 está, de preferência, na proximidade da uma ponta 508 do impulsor do compressor 505. O invólucro 510 pode ser formado de porções múltiplas, como por exemplo o primeiro e o segundo invólucros 511 e 512 ligados por um mecanismo de ligação 515, por exemplo, um ou mais parafusos. O invólucro 510 pode ser formado por vários métodos incluindo fundição, usinagem e uma combinação de fundição e usinagem. O invólucro 510 pode ser feito de vários materiais incluindo alumínio. O difusor 550 pode ter um formato reto ou linear que está a um ângulo cc do difusor em relação ao eixo axial do turbocompressor 500. Em outras palavras, o difusor 550 pode estar não-ortogonal à linha central C_L do turbocompressor 500. O angulo α do difusor particular pode ser selecionado com base em inúmeros fatores incluindo a extensão desejada do difusor 550, a eficiência de fluxo e o envoltório geométrico desejado para o turbocompressor 500. De preferência, o ângulo α do difusor tem entre cerca de 5 a 75 graus, mais preferencialmente, entre cerca de 10 a 60 graus e, mais preferencialmente, entre 20 e 50 graus. Ao proporcionar um difusor substancialmente reto ou linear 550, o turbocompressor 500 pode reduzir as perdas associadas com as curvas, como por exemplo, devido à fricção.

difusor 550 tem uma saida 558 que está conectada à espiral 520. Devido ao ângulo α do difusor, a entrada

553 é proporcionada com uma mudança de direção ou curvatura que está na proximidade da ponta do compressor 508.

curvatura permite que um fluxo de momentum baixo do impulsor do compressor

505 seja acelerado até uma velocidade igual ou similar ao restante do fluxo ao longo da curvatura proporcionando estabilidade ao fluxo do fluido.

A configuração angular ou permite um aumento na não-ortogonal do difusor 550 extensão do difusor sem a necessidade de aumentar turbocompressor

550 proporciona que aumentará

500. A envoltório geométrico para o aumentada do difusor extensão mais difusão e a eficiência.

paredes do difusor 550 são difusão mais lenta, o

Numa modalidade, as exemplo, diminuir angulares, como por convergentes ou divergentes, para aumentar a taxa de difusão.

ou

O difusor 550 pode ter uma ou mais lâminas 57 5.

As lâminas

575 lâminas

575 podem ser são móveis, fixas ou móveis. Quando são utilizados mecanismos as técnicas de acionamento configuração podem ser escolhidos com formato e/ou apropriados. particular

O tamanho, das lâminas 575 base em inúmeros fatores incluindo a eficiência. A presente contempla o difusor 550 sendo sem lâminas. Com referência revelação também

600 tem à figura 6A, um turbocompressor do compressor 610 com uma roda do impulsor 605 montado de forma rotativa de uma câmara do impulsor 603. Vários componentes e configurações podem ser usados no um invólucro compressor ou no interior turbocompressor 600, como por exemplo aqueles descritos acima em relação ao turbocompressor 400.

Na modalidade exemplificativa do turbocompressor 600, o invólucro do compressor 610 tem uma voluta com uma espiral 620 e um difusor 650 para comunicação fluida entre a câmara do impulsor 603 e o motor de combustão interna (não ilustrado). Uma entrada 653 do difusor 650 está, de preferência, na proximidade de uma ponta 608 do impulsor do compressor 605. O invólucro 610 pode ser formado de porções múltiplas, como por exemplo o primeiro e o segundo invólucros 611 e 612 ligados por um mecanismo de ligação 615, por exemplo, um ou mais parafusos. O invólucro 610 pode ser formado por vários métodos incluindo fundição, usinagem e uma combinação de fundição e usinagem. O invólucro 610 pode ser feito de vários materiais incluindo alumínio. 0 difusor 650 pode ter um formato reto ou linear gue está a um ângulo α do difusor em relação ao eixo axial do turbocompressor 600. Em outras palavras, o difusor 650 pode estar não-ortogonal à linha central C_L do turbocompressor 600. O angulo α do difusor particular pode ser selecionado com base em inúmeros fatores incluindo a extensão desejada do difusor 650, a eficiência de fluxo e o envoltório geométrico desejado para o turbocompressor 600. De preferência, o ângulo α do difusor tem entre cerca de 5 a 75 graus, mais preferencialmente, entre cerca de 10 a 60 graus e, mais preferencialmente, entre 20 e 50 graus. Ao proporcionar um difusor substancialmente reto ou linear 650, o turbocompressor 600 pode reduzir as perdas associadas com as curvas, como por exemplo, devido à fricção.

A modalidade do turbocompressor 600 proporciona um difusor 650 que se estende radialmente para fora numa direção distante da secção da turbina (não ilustrada), onde o difusor 550 do turbocompressor 500 se estende radialmente para fora numa direção da secção da turbina. O turbocompressor 500 pode tirar proveito do espaço não utilizado no interior do envoltório geométrico na proximidade do invólucro central (não ilustrado), enquanto o turbocompressor 600 pode tirar proveito do espaço não utilizado no interior do envoltório geométrico na proximidade da câmara do impulsor 603.

O difusor 650 tem uma saída 658 que está conectada à espiral 620. Devido ao ângulo α do difusor, a entrada

653 é proporcionada com uma mudança de direção está na proximidade da curvatura que ponta ou do compressor 608.

curvatura permite que um fluxo de momentum baixo do impulsor do compressor acelerado até uma

605 seja velocidade igual ou similar ao restante do fluxo ao longo da curvatura proporcionando estabilidade ao fluxo do fluido.

A configuração angular do difusor 650 permite um aumento na extensão do difusor sem a necessidade de aumentar o envoltório geométrico para o turbocompressor 600. A extensão aumentada do difusor 650 proporciona mais difusão e difusão mais lenta que aumentará a eficiência. Numa modalidade, as paredes do difusor 650 são angulares, como por exemplo, convergentes ou divergentes, para aumentar ou diminuir a taxa de difusão. O impulsor 605 pode ter uma ponta 608 prolongada que se estende para dentro da entrada 608 .

Com referência à figura 6B, é ilustrada uma porção ampliada do turbocompressor 600 com uma ponta axialmente plana ou não-prolongada 609. O impulsor 605 proporciona fluido que entra no difusor 650 com um perfil de velocidade não-uniforme V_P. 0 ângulo α do difusor e a curvatura ou mudança de direção na proximidade da entrada 653 permitem que um fluxo de momentum baixo F_LM do impulsor do compressor 605 seja acelerado até uma velocidade igual ou similar ao restante do fluxo ao longo da curvatura proporcionando estabilidade ao fluxo do fluido. Em uma modalidade, o difusor 650 é proporcionado com uma curvatura, mudança de direção ou outra curvatura imediatamente a jusante da ponta do impulsor 609 para acelerar o fluxo de momentum baixo F_LM para substancialmente a mesma velocidade que o restante do fluxo e para estabilizar o fluxo. A jusante da ponta do rotor 609, o perfil da velocidade V_P é mais uniforme. Em uma modalidade, o ângulo β pode ser alterado para influenciar o perfil de velocidade. A mudança do ângulo β pode diminuir o trabalho ou energia necessária para virar o fluxo. Com referência à figura 6C, é ilustrada uma porção ampliada do turbocompressor 600 com outra ponta axialmente plana ou não-prolongada 609.

Em uma modalidade, um método de fabricação dos turbocompressores 400, 500 e 600 inclui determinar se o fluxo de fluido tem um perfil de velocidade uniforme ou não-uniforme V_P na entrada do difusor. Se existir um perfil de velocidade não-uniforme V_P, então um arco ou curvatura é formado no difusor na proximidade da entrada do difusor e, de preferência, imediatamente a jusante da entrada. O grau ou extensão do arco ou curvatura (por exemplo, o ângulo a do difusor ou o raio da curvatura) é escolhido com base no perfil de velocidade não-uniforme V_P. Por exemplo, um pequeno ângulo oc do difusor pode ser usado com o turbocompressor 600 se for determinado que há apenas uma pequena quantidade de não-uniformidade no perfil de velocidade V_P, de tal modo que o fluxo de momentum baixo F_lm apenas requeira uma pequena quantidade de extensão do difusor a fim de ser acelerado até substancialmente a mesma velocidade que o restante do fluxo. Pode ser ajuste ao perfil determinada uma correlação entre de velocidade não-uniforme V_P e grau ou extensão do arco ou curvatura do difusor na proximidade da revelação também entrada.

leva em

No entanto, a presente consideração a extensão da não-uniformidade no perfil de velocidade V_P como sendo um dos vários fatores que são considerados na determinação do grau ou extensão do arco ou curvatura. Com referência à figura 7, é ilustrada uma porção de um invólucro do compressor 700 tendo uma espiral 720 e um difusor 750. O difusor 750 se situa ao longo do plano P_Cd do difusor que intercepta a espiral 720. O difusor 750 tem um formato uniformemente curvo definido por um único raio de curvatura R_c. O uso do difusor uniformemente curvo 750 permite uma extensão maior do difusor sem a necessidade de aumentar o

envoltório geométrico	para	o turbocompressor.	0
difusor de extensão	mais	longa	proporciona	as
vantagens descritas	acima	em	relação	aos
turbocompressores 400,	500 e 60	0 .

Com referência à figura 8, é ilustrada uma porção de um invólucro do compressor 800 tendo uma espiral 820 e um difusor 850. O difusor 850 se situa ao longo do plano P_RD do difusor que intercepta a espiral 820. O difusor 850 tem um formato uniformemente curvo definido por um único raio de curvatura R_c. O uso do difusor curvo 850 permite uma extensão maior do difusor sem a necessidade de aumentar o envoltório geométrico para o turbocompressor. O difusor de extensão mais longa proporciona as vantagens descritas acima em relação aos turbocompressores 400, 500 e 600. O invólucro 800 posiciona a espiral 820 fora do difusor curvo 850 e inverte a direção do fluxo depois que o mesmo entra na espiral 820, ao mesmo tempo que mantém substancialmente o mesmo envoltório geométrico para o turbocompressor. Quando a curva do difusor 850 subtende um arco de 90 graus, o plano P_RD do difusor pode bifurcar ou passar através do centro da espiral 820. Numa modalidade, as paredes podem divergir para aumentar a área de corte transversal, como por exemplo quando o difusor 850 gira axialmente.

Com referência à figura 9 é ilustrada uma porção de um

invólucro do compressor 900 tendo uma espiral 920 e um difusor 950. O difusor 950 se situa ao longo do plano P_SD do difusor que é tangencial à espiral 920. O difusor 950 tem um formato uniformemente curvo ao longo de uma porção mediana do mesmo definido pelo único raio de curvatura R_c. O uso do difusor curvo 950 permite uma extensão maior do difusor sem a necessidade de aumentar o envoltório geométrico para o turbocompressor. O difusor de extensão mais longa proporciona as vantagens descritas acima em relação aos turbocompressores 400, 500 e 600.

O invólucro 900 aumenta o ângulo através do qual o difusor 950 progride antes da entrada na espiral 920. A direção do fluxo é invertida enquanto ainda no difusor 950 e a extensão do difusor é aumentada.

substancialmente o

As modalidades exemplificativas produzem uma proporção de pressão mais elevada usando mesmo envoltório geométrico que o invólucro do compressor contemporâneo, exemplificativas também posicionamento das espirais

As modalidades permitem e/ou difusores em flexibilidade no relação aos outros componentes do turbocompressor, o que é vantajoso em compartimentos espaço é muito de motores menores onde o escasso.

Os podem ser com lâminas ou difusores aqui descritos sem lâminas, incluindo lâminas fixas ou móveis.

Com referência à figura tem um invólucro do compressor invólucros da turbina

10, um turbocompressor 1200

1210 conectado ao centro e (não ilustrado).

invólucro do tem ou compressor no interior compressor 1210 impulsor 1220 montada de do impulsor outras características de uma câmara turbocompressor

1200 tem várias uma roda do forma rotativa

1230. 0 que não estão figura 3, como por turbina conectava operativamente ao o invólucro do compressor ilustradas na

1210 sendo operativamente conectado ao coletor de exemplo, uma coletor de escape do motor,

admissão de ar do motor e um eixo que conecta o impulsor da turbina e impulsor do compressor 1220 de modo que a rotação do impulsor da turbina cause a rotação do impulsor do compressor. O impulsor da turbina é acionado para girar por meio do gás de escape que flui no coletor de escape. O impulsor do compressor 1220 é acionado para girar por meio do impulsor da turbina e, à medida que gira, aumenta a taxa de fluxo da massa de ar, a densidade do fluxo de ar e a pressão de ar fornecida aos cilindros do motor.

Vários outros componentes e configurações também podem ser usados no turbocompressor 1200.

Na modalidade exemplificativa do turbocompressor 1200, o invólucro do compressor 1210 tem uma voluta com um difusor 1250 e uma para comunicação fluida entre a câmara combustão interna (não espiral 1260 do impulsor ilustrado). Uma entrada 1255

1230 e o motor de do difusor 1250 está, de uma ponta invólucro múltiplas incluindo preferência, na proximidade

1225 do impulsor do compressor

1210 pode ser um corpo único ou e pode ser formado

1220 .

de porções fundição de vários por uma vários métodos fundição, usinagem e usinagem. O invólucro materiais incluindo alumínio.

1210 combinação de pode ser feito

O difusor

1250 pode ter um formato ou trajeto curvo ou então não-linear. Em uma modalidade, o difusor 1250 tem um formato substancialmente curvo, por exemplo, definido por um único raio de curvatura R_c. O raio de curvatura R_c tem, de preferência, entre cerca de 1 a 1000 polegadas. Em outra modalidade, o difusor 1250 pode incluir uma ou mais lâminas guia 1400. As lâminas guia 1400 podem ser fixas, móveis ou uma combinação de ambas.

Embora a modalidade exemplificativa do turbocompressor 1200 apresente a curvatura do difusor 1250 sendo definida por um único raio de curvatura R_c, a presente revelação leva em consideração o difusor tendo outros

formatos curvos ou não-lmeares incluindo sendo definido por uma pluralidade de raios de curvatura. A presente revelação também leva em consideração uma ou mais porções do difusor 1250 sendo retas com as porções restantes sendo curvas para proporcionar um formato não linear ao difusor.

O difusor 1250 tem uma saída 1257 que, de preferência, é conectado à espiral 1260 ao longo de uma porção radialmente externa (conforme medido a partir de uma linha central C_L do turbocompressor) da espiral. De preferência, a entrada 1255 do difusor 1250 é radialmente para fora (conforme medido a partir da linha central C_L do turbocompressor) da circunferência interna da espiral 260 conforme ilustrado pela linha de referência C. Onde a extremidade 1225 do impulsor do compressor 1220 se encontra na proximidade da entrada 1255 do difusor, a extremidade é também posicionada radialmente para o exterior da circunferência interna da espiral 1260.

O uso de um difusor curvo ou então não-linear 1250 permite um envoltório geométrico menor para o turbocompressor 1200 sem sacrificar a extensão do difusor. Conforme pode ser observado na figura 10, o raio externo R, ou o diâmetro externo da espiral 1260 pode ser reduzido para proporcionar um envoltório ou embalagem geométrica menor ao mesmo tempo que mantém a extensão ao longo da qual o fluxo do impulsor 1220 pode ser difundido.

A entrada 1255 do difusor 1250, de preferência, é axialmente distante do difusor 1260, conforme ilustrado pela separação do plano da espiral P_s e o plano da entrada Pi. Ao mover a espiral 1260 para mais perto da câmara do impulsor 1230, mas axialmente distante da entrada 1255 do difusor 1250 e/ou do impulsor 1220, o turbocompressor 1200 reduz a geometria radial do envoltório através da utilização do espaço não usado no envoltório numa direção axial

distante do impulsor. Ha uma quantidade maior de divergência na região indicada pela seta A em comparação com a região indicada pela seta B. Numa modalidade, a curvatura do trajeto do difusor é definida por uma pluralidade de raios que podem proporcionar mais difusão em comparação com um trajeto definido por um único raio de curvatura.

Com referência à

11, o desempenho do turbocompressor 1200 tendo o difusor curvo 1250 e a espiral 1260 foi comparado com um turbocompressor contemporâneo tendo um difusor radialmente plano ou reto. O difusor curvo 1250 não tinha lâminas quia. O turbocompressor 1200 tinha um diâmetro externo da espiral que era 0,53 polegadas menor do que o diâmetro externo do turbocompressor contemporâneo tendo um difusor radialmente plano ou reto. Numa comparação da proporção da pressão com as taxas de fluxo de massa, constatou-se que o desempenho da do turbocompressor 1200 estava proporção de pressão dentro de limites aceitáveis em contemporâneo ao comparação com lonqo de várias linhas turbocompressor de velocidade.

Com referência figura

5, desempenho do turbocompressor

1200 tendo o difusor curvo 1260 espiral 1260 foi uma ve z mais comparado a um turbocompressor contemporâneo tendo um difusor radialmente plano ou reto. O difusor curvo

1250 não tinha lâminas guia.

O turbocompressor

1200 tinha um diâmetro externo da espiral que era

0, 53 polegadas menor do que o diâmetro externo do turbocompressor contemporâneo tendo um difusor radialmente plano ou reto. Numa comparação da eficiência com as taxas de fluxo de massa, constatou-se que o desempenho da eficiência do turbocompressor 1200 estava dentro de limites aceitáveis em comparação com o turbocompressor contemporâneo ao longo de várias linhas de velocidade e excedia a eficiência do turbocompressor contemporâneo numa maioria de linhas de velocidade.

Embora a modalidade exemplrficativa tenha sido descrita em relação a um compressor de um turbocompressor, deve ser entendido que a presente revelação leva em consideração o uso das modalidades exemplificativas com uma turbina do turbocompressor. A modalidade exemplificativa também pode ser usada com lâminas guia de geometria variável em uma ou ambas da turbina e secções do compressor, de turbocompressores incluindo lâminas fixas. É também levado bem como outros tipos turbocompressores de em consideração pela características dos presente revelação que as turbocompressores e/ou invólucros outros tipos de dispositivos impulsores de fluido onde é desejada uma extensão particular de um difusor. Estes outros tipos de fluido incluem, mas não superchargers; bombas centrífugos;

podem ser usadas com extensão particular de dispositivos são limitados centrífugas; compressores de gás de compressores de gás de estágios tipos de dispositivos que, de um ou mais elementos rotativos para induzir o fluxo de fluido.

impulsores de aos seguintes: ventiladores estágio único; múltiplos; e outros modo geral, usam um comprimir gases e/ou

Embora a invenção tenha sido descrita por referência a uma modalidade escolhida a título de ilustração, deve ficar evidente que inúmeras modificações poderíam ser feitas pelos especialistas na técnica sem afastamento do espírito e do âmbito da invenção.

Claims

1. Invólucro de compressor para um turbocompressor, tendo um impulsor (405, 505, 605), o invólucro (410,

510, 610, 700, 800, 900) compreendendo:

5 uma câmara do impulsor (403, 503, 603) que aloja de forma rotativa o impulsor (405, 505, 605); uma espiral (420,

520, 620, 720, 820, 920); e um difusor (450, 550, 650, 750, 850, 950) tendo uma entrada (453, 553, 653) na proximidade do impulsor

10 (405, 505, 605) e uma saída (458, 558, 658) ligada à espiral (420, 520, 620, 720, 820, 920), caracterizado pelo fato da câmara do impulsor (403, 503, 603), o difusor (450, 550, 650, 750, 850, 950) e a espiral (420, 520, 620, 720, 820, 920) estarem em comunicação

15 fluida, e pelo fato do difusor (450, 550, 650, 750,

850, 950) ter uma curva (455).

2. Invólucro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da entrada (453, 553, 653) ter uma curva (455).

20

3. Invólucro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do difusor (750, 850) ser definido por um único raio de curvatura (R_c)

4. Invólucro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do difusor (450, 950) ser

25 definido por uma pluralidade de raios de curvatura (Rei, Rc2 ) .

5. Invólucro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do difusor (450, 550, 650,

750, 850, 950) se situar num plano do difusor e pelo

30 fato do plano do difusor interceptar a espiral (720,

820) .

6. Invólucro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do difusor (450, 550, 650,

750, 850, 950) se situar num plano do difusor e pelo

35 fato do plano do difusor bifurcar a espiral.

7. Invólucro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do difusor (450, 550, 650, se situar num plano do difusor e pelo fato do plano do difusor ser tangencial à espiral

8.

Invólucro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do trajeto curvo ser definido por um único raio de curvatura (R_c) e pelo fato do único raio de curvatura (R_c) ter entre 1 e 1000 polegadas.

9. Turbocompressor, compreendendo:

um impulsor (405, 505, 605); e um invólucro (410, 510, 610, 700, 800, 900) que define uma câmara do impulsor (403, 503, 603), um difusor (450,

550, 650, 750, 850, 950) e uma espiral (420, 520, 620,

720, 820, 920), caracterizado pelo fato do impulsor (405, 505, 605) ser montado de forma rotativa no invólucro (410, 510, 610, 700, 800, 900), pelo fato da câmara do impulsor (403, 503, 603), o difusor (450, 550, 650, 750, 850, 950) e a espiral (420, 520, 620, 720, 820, 920) estarem em comunicação fluida e pelo fato do difusor (450, 550, 650, 750, 850, 950) se estender em uma direção radial que é não-ortogonal a uma linha central do turbocompressor (400, 500, 600).

10. Turbocompressor, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato do difusor (550, 650) ter um formato linear.

11. Turbocompressor, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma ou mais lâminas (575) posicionadas no difusor (450, 550,

650, 750, 850, 950) .