两件式冲击涡轮机分离组件
相关申请交叉引用
本申请要求2018年4月17日提交专利号为62/658,961的美国临时专利申请的优先权的权益，其内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及冲击式涡轮机。
背景技术
冲击式涡轮机组件是一种旋转系统，其中来自喷嘴(jet)的液体流使涡轮机转动，从而将流体流中的水能转换成转动能，并将水力(水力等于压力乘以流量)转换成机械功率(机械功率等于扭矩乘以速度)。因此，冲击式涡轮机组件可用于为各种装置提供动力，例如旋转过滤器或分离装置。例如，冲击式涡轮机组件可用于为离心机(例如，液体-颗粒分离器)或气油分离器(例如，曲轴箱通风装置)提供动力。有多种类型的冲击式涡轮机组件，例如斜击式(Turgo)或冲击式(Pelton)涡轮机组件(每种类型都有各种改进)。
在液压驱动的曲轴箱通风通气系统中，用涡轮机和加压喷嘴旋转过滤器元件。通常，涡轮机功率转换效率越高，过滤器元件的转速越高，并且过滤器元件的转速越高导致过滤器效率越高。
图1A-1C示出了一体直拉斜击式涡轮机130的示例，该涡轮机130包括从中心毂159延伸的叶片132，由于叶片132之间的相对较小的空间，为铸造提供了不良加工闭合条件。在图1A-1C示出的一体式涡轮机130中，围绕一体式涡轮机机130的中心毂159的每个叶片132之间需要足够大的空间，以便获得足够坚固的闭合条件(robust shut-off conditions)来加工和制造一体式涡轮机机130，特别是当一体式涡轮机机130为铸造或注塑成型。如果每个叶片132之间的空间不够大，则可能无法实现坚固的闭合条件，这可能会加速工具磨损。然而，叶片132之间的间隔限制了可包括在一体式涡轮机130内的叶片132的数量。例如，为了增加叶片132之间的间隔并确保叶片132之间的足够量的空间，则减少一体式涡轮机机130内的叶片132的数量。然而，减少叶片132的数量也降低了一体式涡轮机130的功率转换效率，这继而降低了过滤器元件的转速并因此也降低了过滤器效率。
发明内容
各种实施例提供了一种分离组件，该组件包括壳体、将流体排入壳体的喷嘴以及涡轮机组件，该涡轮机组件位于壳体内并定位成与从喷嘴排出的流体接触。流体使涡轮机组件在壳体内绕中心旋转轴旋转。涡轮机组件包括彼此分开形成并且可附接在一起的第一涡轮机部分和第二涡轮机部分。第一涡轮机部分包括多个第一叶片，第二涡轮机部分包括多个第二叶片。
各种其他实施例提供了一种用于分离组件的涡轮机组件。涡轮机组件的尺寸设置成定位在分离组件的壳体内并且可定位以便与从分离组件的喷嘴排出的流体接触，从而使涡轮机组件绕壳体内的中心旋转轴旋转。涡轮机组件包括具有多个第一叶片的第一涡轮机部分和具有多个第二叶片的第二涡轮机部分。第一涡轮机部分和第二涡轮机部分彼此分开地形成并且可附接在一起。
各种其他实施例提供了一种组装分离组件的方法。分离组件包括壳体、在壳体内排出流体的喷嘴以及涡轮机组件，该涡轮机组件包括第一涡轮机部分和第二涡轮机部分。第一涡轮机部分包括多个第一叶片，第二涡轮机部分包括多个第二叶片。该方法包括：分别形成涡轮机组件的第一涡轮机部分和第二涡轮机部分；将第一涡轮机部分和第二涡轮机部分附接在一起以形成涡轮机组件；以及将涡轮机组件定位在壳体内，以与从喷嘴排出的流体接触。流体使涡轮机组件在壳体内绕中心旋转轴旋转。
从以下结合附图的详细描述中，这些和本文描述的实施例的其他特征(包括但不限于保留特征(retaining features)/或视觉特征(viewing features))以及其操作的组织和方式将变得显而易见，其中相同的元件在下面描述的几个附图中具有相同的标号。
附图说明
图1A是示例性的一体直拉斜击式涡轮机的透视图。
图1B是图1A的涡轮机的俯视图。
图1C是图1A的涡轮机的剖视图。
图2A是根据一个实施例的分离组件的剖视图。
图2B是图2A的分离组件的一部分的剖视图。
图3A是图2A的分离组件的涡轮机组件的透视图。
图3B是图3A的涡轮机组件的一部分的剖视图。
图4A是图3A的涡轮机组件的分解图。
图4B是图3A的涡轮机组件的分解图。
图5是图3A的涡轮机组件的第一涡轮机部分的透视图。
图6A是图3A的涡轮机组件的第二涡轮机部分的透视图。
图6B是图3A的涡轮机组件的第二涡轮机部分的一部分的透视图。
图7是图3A的涡轮机组件的第一涡轮机部分的透视图。
图8A是在计算机流体力学(CFD)模拟下的图3A的涡轮机组件的俯视图。
图8B是在CFD模拟下的图3A的涡轮机组件的侧视图。
图9A是根据另一个实施例的涡轮机组件的透视图。
图9B是图9A的涡轮机组件的分解图。
图10A是具有图9A的涡轮机组件的分离组件的一部分的剖视图。
图10B是图10A的分离组件的一部分的剖视图。
具体实施方式
总体上参考附图，本文公开的各种实施例涉及一种具有由液压驱动的涡轮机组件的分离组件。由于相比于一体式涡轮机进行了各种修改，该涡轮机组件被构造为两件式，并为斜击式(Turgo-style)。因此，如本文进一步所述，涡轮机组件包括第一涡轮机部分和第二涡轮机部分，每个部分恰好包括涡轮机组件内总数一半的叶片。这种构造使得第一涡轮机部分和第二涡轮机部分中的每一个上的叶片能够彼此更远地间隔开(在组装涡轮机组件30之前)，从而与一件式涡轮机相比，在叶片之间提供了更大的空间以改善加工条件。一旦第一涡轮机部分和第二涡轮机部分组装在一起(如本文进一步描述)，作为一个整体的涡轮机组件与单件式涡轮机相比具有更高的叶片密度，这提高了涡轮机组件的效率。因此，可以使用高密度材料，例如在塑料注塑成型、金属注射成型和压铸中使用的能够实现耐磨涡轮机设计的材料。
分离组件
参照图2A至图2B，分离装置或组件20包括壳体22、冲击式涡轮机组件30以及构造使涡轮机组件30旋转的转子部分24。涡轮机组件30和转子部分24在壳体22内定位并可旋转。分离组件20进一步包括切向喷管或喷嘴70，该切向喷管或喷嘴70被构造成将壳体22内的流体朝向涡轮机组件30排出并排进涡轮机组件30，以便使壳体22内的涡轮机组件30旋转并允许涡轮机组件30向分离组件20的其余部分提供动力。
分离组件20可以利用并包括多种不同的分离技术，包括但不限于板、通道(例如，轴流通道)、轴流过滤器元件和各种圆柱形过滤介质。例如，根据一个实施例，分离组件20是锥形或盘式堆叠分离器。根据另一个实施例，分离组件20是渐开线板/通道堆叠分离器。根据又一个实施例，分离组件20是轴流分离器。
分离组件20可以是各种不同的旋转式过滤或分离装置，包括但不限于润滑油驱动的产品、离心机(例如旋转式气溶胶或颗粒分离装置、液体颗粒分离器、气溶胶分离器、液体离心机(带有润滑油旁路)等)、惯性分离器、润滑油分离器和气油分离器(例如回转式曲轴箱通风气油分离器(即基于介质、基于轴向通道、基于渐开线等)、曲轴箱漏油分离器或回转式曲轴箱气油分离器)。分离组件20可以用作润滑油离心机，例如并根据一实施例，在美国专利号6,071,300中所述，该专利的全部公开内容通过引用结合于此。分离组件20可以用于空气过滤和/或排放，并且可液压驱动。此外，分离组件20可以被安装到发动机上或在其中使用，例如需要液压驱动旋转曲轴箱通风(HRCV)系统的柴油发动机。
转子部分24可以包括在分离组件20内的各种不同的可旋转部分(例如过滤器元件)，并且可以包括例如用以过滤流体的锥形堆叠、螺旋叶片、轴向流或介质类型的过滤器元件，和用以将涡轮机组件30可旋转地连接至过滤器元件的杆。转子部分24构造成由涡轮机组件30经济地旋转或驱动。
为了组装分离组件20，首先将第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90彼此分开地形成。然后，将第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90附接在一起以形成涡轮机组件30。涡轮机组件30定位在壳体22内，以接触喷嘴70排出的流体。
喷嘴
如图2A至图2B所示，加压和撞击或冲击式流体驱动喷嘴70定位在涡轮机组件30附近，以便将流体引导至涡轮机组件30。喷嘴70可以集成在壳体22的一部分内。加压喷嘴70将加压的流体72(例如驱动液体)从喷嘴70的一端或喷管朝向涡轮机组件30排出(如图8A-8B所示)，用以回转、旋转或以其他方式转动涡轮机组件30。喷嘴70的喷管的直径小于喷嘴70的主体的直径。流体72的压力或流动导致涡轮机组件30旋转，从而将流动的流体72的动能(由压力转换产生，每伯努利)传递到涡轮机组件30，使涡轮机组件30旋转。
由于涡轮机组件30是斜击式涡轮机，因此喷嘴70位于涡轮机组件30上方(例如，在叶片32的顶端端部42上方并沿叶片32的顶端端部42)并用喷嘴组件的端部指向朝涡轮机组件30向下倾斜(相对于涡轮机组件30的水平径向切向平面)(如图2A-2B和10A-10B所示)，由此喷嘴70可以首先将流体72引向涡轮机组件30的叶片32的顶端端部42。因此，如图8A-8B所示，来自喷嘴70的流体首先沿叶片32的顶端端部42流动，随后从叶片32的顶端端部42流向叶片32的其他区域(例如叶片32的底端端部44和/或外侧边缘38)。喷嘴70相对于涡轮机组件30的特定角度可以根据期望的构造而变化。
流体72可以是，例如，液体。根据更特定的实施例，流体72可以是典型的驱动流体，诸如油(例如，发动机油、润滑油或液压流体)。例如，流体72可以是加压的发动机润滑油。如本文进一步所述，流体72与水相比具有相对较高的工作温度粘度。
涡轮机组件
如图3A-4B和9A-9B所示，两件式的液压冲击式驱动轮或涡轮机组件30是分离组件20内的可旋转部件(如图2A-图2B所示)，由流体72驱动(如图8A-8B所示)，以使分离组件20内的转子部分24旋转。更具体地，涡轮机组件30被定位在壳体22内(并且尺寸设置成可定位在壳体22内)，以便被喷嘴70中排出的流体72接触、旋转或绕中心旋转轴64(在壳体22内)液压驱动。涡轮机组件30因此旋转或驱动转子部分24，使得转子部分24的旋转与涡轮机组件30的旋转关联。来自喷嘴70进入流体72的力使涡轮机组件30在分离组件20的壳体22内绕中心旋转轴64旋转(如图2A-2B所示)，从而将流体72的液压能转换成机械能。
涡轮机组件30用于将液压能转换成机械能，其中液压能＝压力*流量，机械能＝扭矩*速度。因此，涡轮机组件30接收来自喷嘴70的高速的流体72。流体72的流体动量通量作为冲击力被传递到涡轮机组件30，其伴随着一些相关的损失(例如，与从液压到旋转的动力转换相关的损失)旋转涡轮机组件30。因此，涡轮机组件30在流体上施加“动量变化”或“冲量”，从而将流体72的动量转换成力或扭矩，该力或扭矩使涡轮机组件30旋转并因此使转子部分24旋转。涡轮机组件30的转速可以根据期望的配置而变化。
涡轮机组件30具有斜击式的冲击水斗(impulse-bucket)设计。斜击式的特征在于，喷嘴70朝着涡轮机组件30的顶部入口面或第一轴向端部52(对应于叶片32的顶端端部42)向下倾斜并位于涡轮机组件30的顶部入口面或第一轴向端部52上部，从而指引喷嘴70的流体被引导至叶片32的顶端端部42(并且随后流至叶片32的其他区域)。对于斜击式的涡轮机组件30，喷嘴70相对于涡轮机组件30的水平径向切向平面成一定角度(即，微小的轴向向下的倾斜角)(该水平径向切向平面垂直于涡轮机组件30的轴向中心旋转轴64)。例如，喷嘴70可以从上方或下方以有限的接近角(approach angle)(通常约为15-20°)将流体72排出到涡轮机组件30中。相比之下，在各种现有技术设计的冲击式的涡轮机中，该喷嘴是笔直的切向喷嘴，并且基本上平行于涡轮机的水平径向切向平面(而不是与其成角度)。
涡轮机组件配置
涡轮机组件30的配置(可以是HRCV涡轮机)使涡轮机组件30(相比于一体式涡轮机130)具有高效率且低成本，同时使旋转速度大致可与电驱动曲轴箱通风(eRCV)旋转速度相匹配。因此，整个分离组件20也可以是高效的，与eRCV电动机相比，这降低了成本。
如图3A所示，涡轮机组件30的整体形状基本是圆柱形的。涡轮机组件30具有轴向中心旋转轴64，该轴向中心旋转轴64穿过涡轮机组件30的中心并沿着涡轮机组件30的轴向长度延伸。中心旋转轴64在轴向方向上延伸，并且涡轮机组件30绕着中心旋转轴64旋转(特别是在分离组件20内)。
涡轮机组件30包括第一轴向端部52和第二轴向端部54。涡轮机组件30的第一轴向端部52和第二轴向端部54沿着中心旋转轴64的长度彼此相对。涡轮机组件30和喷嘴70相对于彼此定向和定位，使得喷嘴70引导流体72的至少一部分沿着叶片32的顶端端部42进入涡轮机组件30，顶端端部42相比于第二轴向端部54相对更靠近涡轮机组件30的第一轴向端部52(并且，叶片32的底端端部44相比于第一轴向端部52更靠近涡轮机组件30的第二轴向端部54)。第一轴向端部52和第二轴向端部54均未被封闭，使得流体可以通过在叶片32上方、之间以及继而在叶片32下方流动而在第一轴向端部52和第二轴向端部54之间流动并流过第一轴向端部52和第二轴向端部54。
如本文进一步所述，涡轮机组件30由彼此分开形成且可彼此附接的两个不同的材料件形成。因此，涡轮机组件30包括第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90，如本文进一步所述，它们可以被组装或可附接在一起以形成或成为涡轮机组件30。另外，涡轮机组件30还包括多个叶片32(位于第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90中的每一个之上)，该多个叶片32捕获来自喷嘴70的流体72的至少一部分。
叶片
涡轮机组件30包括数个或多个水斗(bucket)、刀片(blade)或叶片32(在本文中通常称为“叶片”)，其位置和形状被设置成捕获来自喷嘴器70的流体72流并因此允许涡轮机组件30相应旋转。因此，喷嘴70将流体72引向叶片32，以旋转整个涡轮机组件30。
每个叶片32包括(每个叶片32的)尖端或顶端端部42和底端端部44并在尖端或顶端端部42和底端端部44之间垂直或轴向延伸。如图3A所示，每个叶片32从靠近涡轮机组件30的第一轴向端部52的区域轴向地(例如，沿着中心旋转轴64的方向)延伸到靠近涡轮机组件30的第二轴向端部54的区域。叶片32的垂直前缘或顶端端部42是指叶片32的最靠近涡轮机组件30的第一轴向端部52的端部，并且是叶片32首先从喷嘴70拦截流体72的边缘(在叶片32的其他区域之前)。叶片32的底端端部44是指叶片32的最靠近涡轮机组件30的第二轴向端部54并且与顶端端部42相对。如本文关于根切特征(undercut features)所进一步描述的，每个相应叶片32的一部分在叶片32的顶端端部42和底端端部44之间相对于轴向方向(平行于中心旋转轴64)弯(bow)或弯曲(curve)。
每个叶片32还从涡轮机组件30的第一毂(hub)89或第二毂99中的一个的外表面相对于中心旋转轴线64径向地延伸，并且相对于涡轮机组件30的圆周的一部分(例如，绕中心旋转轴64)的径向方向，在叶片32的径向内侧边缘39和径向外侧边缘38之间弯曲(其中径向内侧边缘39直接从第一毂89或第二毂99延伸)。叶片32沿着涡轮机组件30的整个圆周定位并间隔开。
如图3A所示，叶片32在每个叶片32之间限定轴向延伸的、纵向的、U形的(相对于径向方向)的间隙、空间或通道58，以便允许流体72流过叶片32之间的通道58并沿涡轮机组件30轴向和径向引导流体72。通道58从涡轮机组件30的第一轴向端部52轴向延伸至第二轴向端部54。每个通道58在组装涡轮机组件30时，在两个相邻的叶片32，特别是在第一涡轮机部分80的第一叶片82和第二涡轮机部分90的第二叶片92之间定位并径向延伸，并且在组装涡轮机组件30之前在两个第一叶片82和两个第二叶片92之间定位并径向延伸(如本文进一步描述)。
叶片32各自在叶片32的第一前侧上包括压力面或弯曲的冲击表面34，并且在叶片32的第二侧上包括后掠表面、后表面、吸力面或后侧36。叶片32的第一侧上的冲击表面34(和前侧)与叶片32的第二侧上的后侧36相对。来自喷嘴70的流体72被直接引导到冲击表面34或引导朝向冲击表面34(例如如图8A所示)。冲击表面34沿着叶片32的长度的一部分向内轴向和径向弯曲(即，沿着叶片32的长度的中间部分向内)，同时后侧36沿着叶片32的长度的一部分，以(与冲击表面34曲率)类似的、基本平行的曲率，向外轴向和径向弯曲。每个叶片32的冲击表面34和后侧36连接至(并弯曲至)涡轮机组件30的第一毂89或第二毂99中之一的外表面。
如图3B所示，每个叶片32包括(每个叶片32的)径向内侧边缘39和径向外侧边缘38并且在径向内侧边缘39和径向外侧边缘38之间径向延伸。冲击表面34和后侧36沿着叶片32的一侧汇聚在叶片32的外侧边缘38，并且沿着叶片32的另一侧汇聚在叶片32的内侧边缘39(在第一个毂89或第二毂99)(冲击表面34和后侧36也在叶片32的顶端端部42和底端端部44汇聚)。叶片32的外侧边缘38和内侧边缘39均在涡轮机组件30的第一轴向端部52和第二轴向端部54之间的区域内从叶片32的顶端端部42轴向延伸至底端端部44。
在组装涡轮机组件30之前，鉴于第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90尚未组装在一起，相邻叶片32之间的空间(即，两个第一叶片82之间的空间或两个第二叶片92之间的空间)大于相邻叶片32之间的空间(即，第一叶片82和第二叶片92之间的空间)。由于在组装涡轮机组件30之前，第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90(如本文进一步所述)使得叶片32之间的空间增加，涡轮机组件30内的叶片32的数量可根据期望的配置而变化。在某些应用中，对于曲轴箱通风应用的合适的涡轮机节距，期望涡轮机组件30内总共具有大约为14个的叶片32。然而，根据期望的配置，与一体式涡轮机机130相比(假设相同的节圆直径)，涡轮机组件30可以或者维持叶片32总数量或者具有更多叶片32的总数。例如，涡轮机组件30可总共具有14个叶片32(即，第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90上各有7个叶片)，而一体式涡轮机130总共可具有13个叶片132。同时，通过在制造过程中，以及在组装涡轮机组件30之前在叶片32之间的相应通道58内提供更多空间，涡轮机组件30具有改善的加工条件。
第一涡轮机部分和第二涡轮机部分
参照图3A-6B和9A-10B，涡轮机组件30包括两个涡轮机部分：第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90。第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90彼此分开且单独地形成，并且各自形成为单独件。如图3A-3B所示，第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90被配置为组装、附接、结合或以其他方式联接在一起以形成整个涡轮机组件30。第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90各包含涡轮机组件30内恰好一半数量的叶片32。因此，叶片32包括一组或多个第一叶片82和一组或多个第二叶片92。多个第一叶片82恰好是涡轮机组件30内叶片30总数的一半，而多个第二叶片92恰好是涡轮机组件30内叶片32总数的另一半。第一涡轮机部分80包括多个第一叶片82，第二涡轮机部分90包括多个第二叶片92。当第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90附接在一起时(如本文进一步所述)，多个第一叶片82和多个第二叶片92围绕涡轮机组件30的圆周彼此交替地布置。第一叶片82和第二叶片92除了或者定位在第一涡轮机部分80或者定位在第二涡轮机部分90上之外，尺寸和形状可以基本相同。
通过提供形成涡轮机组件30的两个涡轮机部分(即第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90)，为制造期间(即，在组装涡轮机组件30之前)在每个相邻叶片32之间(即，第一叶片82之间或第二叶片92之间)的相应通道58内提供更大的间隙，同时在涡轮机组件30内保持或增加叶片32的数量或密度(一旦涡轮机组件30被组装后)。例如，如图5和图6A所示，与各种一体式涡轮机130中的叶片132相比，以及与涡轮机组件30被组装后(如图3A所示)通道58的尺寸相比，单独在第一涡轮机部分80中的相邻第一叶片82之间和单独在第二涡轮机部分90中的相邻第二叶片92之间存在相对较大的通道58。因此，多个第一叶片82的各个叶片32之间的距离和多个第二叶片92的各个叶片32之间的距离大于第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90附接在一起后，多个第一叶片82和多个第二叶片92中的每个之间的距离。
由于在组装之前相邻叶片32之间的距离更大(即，在组装涡轮机组件30之前叶片32之间的通道58更大)，因此简化了涡轮机组件30的加工，并为提供了坚固的闭合条件。因此，涡轮机组件30可以以经济的制造工艺通过模制或铸造来制造，包括但不限于塑料注塑成型、金属注射成型、压铸或熔模铸造。
一旦第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90组装在一起，相邻叶片32之间的距离(即，每个叶片32之间的通道58的尺寸)减小(相比于组装前和相比于一体式涡轮机130)，这提升了涡轮机组件30的性能并减少了喷嘴溢流量(即，在流体72撞击叶片32后立即向外偏转的流体72)。因此，增加了被捕获并转化成涡轮机组件30的旋转动量的流体72的动量值，这提高了涡轮机组件30的液压效率。由于涡轮机组件30可以经济地制造并且可以高效率地旋转，所以分离组件20可以以相对高的转速经济地驱动和供能。
第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90分别限定并包括第一中心毂89和第二中心毂99。第一中心毂89和第二中心毂99沿着涡轮机组件30的长度的至少一部分(即，基本平行于中心旋转轴64)并且围绕涡轮机组件30的中心(即，围绕中心旋转轴64)延伸。第一中心毂89和第二中心毂99的至少一部分可以是中空的，以在涡轮机组件30内提供并限定一个区域，以与分离组件20内的另一个特征附接，例如直接附接到转子部分24，从而允许涡轮机组件30使转子部分24旋转。叶片32，特别是多个第一叶片82和多个第二叶片92分别从第一中心毂89和第二中心毂99中的每一个的相应外表面延伸。
为了附接在一起，第一涡轮机部分80的第一毂89包括多个第一肋84，并且在多个第一肋84的每一个之间限定多个第一凹部86。第二涡轮机部分90的的第二毂99包括多个第二肋94，并且在多个第二肋94中的每一个之间限定了多个第二凹部96，如图4A-4B所示。第一涡轮机部分80的多个第一肋84和多个第一凹部86共同与第二涡轮机部分90的多个第二肋94和多个第二凹部96互补。因此，多个第一肋84中的每一个在组装涡轮机组件30之后牢固地装配在多个第二凹部96中的相应一个之内，并且在第二涡轮机部分90的多个第二肋94中的两个之间。同时，多个第二肋94中的每一个在组装涡轮机组件30之后牢固地装配在多个第一凹部86中的相应一个之内，并且在第一涡轮机部80的多个第一肋84中的两个之间。第一肋84和第一凹部86以及第二肋94和第二凹部96一起允许第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90在组装之后嵌套并互锁在一起。另外，第一肋84、第一凹部86、第二肋94和第二凹部96还沿周向和轴向将第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90对准在一起，并确定每个第一叶片82与第二叶片92之间的距离。第一肋84、第一凹部86、第二肋94和第二凹部96的形状和构造使得当第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90彼此附接后，第一叶片82组和第二叶片92组也全部在周向上和轴向上彼此对准。
每个第一叶片82的至少一部分沿相应的一个第一肋84的长度延伸并直接从其延伸，并且每个第二叶片92的至少一部分沿相应的一个第二肋94的长度延伸且直接从其延伸。根据一个实施例，第一叶片82的整个长度或高度(即，整个内侧边缘39)沿着第一肋84并且直接从第一肋84延伸，和/或第二叶片92的整个长度或高度(即，整个内侧边缘39)沿着第二肋94并且直接从第二肋94延伸。因此，第一肋84支撑第一叶片82，第二肋94支撑第二叶片92，这增加或改善了对第一叶片82和第二叶片92中的每一个的结构支撑以及涡轮机组件30的结构完整性。
如图4A所示，第一涡轮机部分80还包括多个第一内壁83(每个均位于多个第一肋84中的两个之间)，并且第二涡轮机部分90还包括多个第二内壁93(每个均位于多个第二肋94中的两个之间)，以帮助将第一涡轮机部分80与第二涡轮机部分90进一步对准在一起，并且在整体上在结构上支撑涡轮机组件30。第一内壁83和第二内壁93分别相对于第一毂89和第二毂99的外表面(以及分别相对于第一肋84和第二肋94的最外径向表面)分别凹入(和定位)在第一凹部86和第二凹部96内。第一内壁83和第二内壁93可以分别仅沿着第一凹部86和第二凹部96中的每个的高度的一部分延伸。然而，应当理解，第一内壁83和第二内壁93可以分别沿着第一凹部86和第二凹部96的整个高度延伸。
第一肋84和第二肋94的内表面分别与第二内壁93和第一内壁83的外表面互补(形状、尺寸、位置和数量)。因此，当组装涡轮机组件30时，第一肋84位于相应的第二凹部96内，并且第一肋84的内表面直接面对或邻接第二内壁93的相应外表面(如图3B所示)。同时，第二肋94位于相应的第一凹部86内，并且第二肋94的内表面直接面对或邻接第一内壁83的相应外表面。第一内壁83和第二内壁93有助于使第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90彼此对准，特别是沿着径向和切向方向。
如图3B所示，第一涡轮机部分80的顶部或基部部分85轴向地位于第一涡轮机部分80的顶端轴向端部与第一叶片82的顶端端部42之间(即，更靠近涡轮机机组件30的第一轴向端部52)。第二涡轮机部分90的底部或基部部分95轴向地位于第二涡轮机部分90的底部轴向端部与第二叶片92的底端端部44之间(即，更靠近涡轮机组件30的第二轴向端部54)。当组装涡轮机组件30时，基部部分85和基部部分95更靠近涡轮机组件30的相对端，并且可选地沿着涡轮机组件30的相对端定位。
第一肋84从基部部分85沿远离第一涡轮机部分80的顶端轴向端部(并且远离涡轮机组件30的第一轴向端部52)的方向上延伸。第二肋94从基部部分95沿远离第二涡轮机部分90的底端轴向端部(并且远离涡轮机组件30的第二轴向端部54)的方向上延伸。然而，第一涡轮机部分80的第一叶片82的顶端端部42更靠近基部部分85(相比于第一叶片82的底端端部44)，而第二涡轮机部分90的第二叶片92的顶端端部42更加远离基部部分95(相比于第二叶片92的底端端部44)。当组装或附接在一起时，第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90相对于彼此定向，使得第一肋84和第二肋94朝向彼此延伸，并且基部部分85和基部部分95沿整个涡轮机组件30的相对的轴向端部定位。
为了将第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90组装在一起，将第一涡轮机部分80放置在第二涡轮机部分90上方(或相反)，以使第一肋84和第二肋94(分别具有第一凹部86和第二凹部96)彼此互锁。第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90的相对构造允许第一叶片82和第二叶片92绕涡轮机组件30的圆周彼此交替。一旦组装，第一涡轮机部分80的基部部分85更靠近涡轮机组件30的第一轴向端部52，第二涡轮机部分90的基部部分95更靠近涡轮机组件30的第二轴向端部54。
第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90可以以各种不同的方式彼此附接。例如，第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90可以被胶合、压配、夹住(trapped)、焊接、紧固和/或卡扣在一起。根据一个实施例，第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90可利用轴肩和固定夹保持彼此附接。
需要注意的是，涡轮机组件30提供了与其他常规多部分涡轮机组件不同的构造。例如，一些常规的多部件涡轮机组件包括顶部和底部部分，每个顶部和底部仅包括每个叶片的一部分。因此，直到顶部和底部部分被组装在一起才产生完整的叶片，并且常规涡轮机组件包括穿过每个叶片中部的分流线或分型线。比较而言，在将第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90组装在一起之前，第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90中的每一个分别包括整个和完整的第一叶片82和第二叶片92。特别地，在将第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90附接在一起之前，第一叶片82均是完整的叶片，并且第二叶片92均是完整的叶片。另外，其他常规的涡轮机组件包括数十个单独的部件(即，每个叶片的单独的部件)，这些零件被单独模制然后组装到底盘轮毂(carrier hub)上。比较而言，包括其各自的叶片32和第一毂89的第一涡轮机部分80被单独地和整体地形成为一个单个的整体组件(component)、零件(piece)或部件(part)(例如，通过铸造或模制)，这些组件、零件或部件在不毁坏的情况下无法分离。同样，包括其各自的叶片32和第二毂99的第二涡轮机部分90被单独地和整体地形成为一个单一的整体组件、零件或部件(例如，通过铸造或模制)，这些组件、零件或部件在不毁坏的情况下无法分离。
根切特征
通道58内增加的间隙以及每个第一叶片82之间以及每个第二叶片92之间的距离为适当的工具的几何形状提供了足够的空间，以产生相对复杂的叶片曲率，并允许第一叶片82和第二叶片92更容易制造。特别地，每个叶片32都可以被加工成包括“反拔模斜度”或根切的几何特征。因此，第一叶片82和第二叶片92可各自包括至少一个能被工具拉动的根切特征(即，顶部根切特征43和/或底部根切特征45)(如图7所示)。顶部根切特征43沿着叶片32的顶端端部42的至少一部分(并且因此沿着涡轮机组件30的第一轴向端部52)轴向地且切向地延伸，并且底部根切特征45沿着叶片32的底端端部44的至少一部分(并因此沿着涡轮机组件30的第二轴向端部54)轴向地且切向地延伸。
尽管沿叶片32示出了顶部根切特征43和底部根切特征45，但是应当理解，顶部根切特征43和底部根切特征45可以是与“轴向-平行”方向不同的任何部分、表面或特征(其中“轴向平行”是平行于涡轮机组件30的中心旋转轴64)，并且从例如冲击表面34和/或叶片32的后侧36、从叶片32之间的第一毂89和/或第二毂99的外表面延伸、或者从涡轮机组件30的第一轴向端部52或第二轴向端部54径向和/或切向地延伸。顶部根切特征43和/或底部根切特征45可仅包括例如唇口、突出部、延伸部、壁、曲部或凸缘。因此，顶部根切特征43和底部根切特征45在轴向方向上至少部分地阻挡了来自喷嘴70的流体72，这至少部分地阻挡了流体72分别流过涡轮机组件30的第一轴向端部52和第二轴向端部54。在距中心旋转轴64相同距离处，顶部根切特征43和底部根切特征45比叶片32的中间部分在水轮机涡轮机组件30的旋转方向上更向后。
顶部根切特征43是叶片32的任何部分、表面或结构，其防止、阻塞或阻止流体72的至少一部分通过每一个叶片32的顶端端部42轴向进入涡轮机组件30(和通道58)。(值得注意的是，尽管顶部根切特征43阻挡一部分流体72沿轴向方向流入通道58，但是由于流体72至少部分地沿切向流动并在一个叶片32和另一个叶片32之间的顶部根切特征43之间流动，顶部根切特征43仍可允许一些流体72流入通道58。如图8A-8B所示，顶部根切特征43使叶片32的顶端端部42朝向喷嘴70倾斜(相对于叶片32的至少在顶端42和底端44之间的中间部分)，这改善了叶片32的流体喷嘴入口，从而提高了涡轮机效率。
为了形成顶部根切特征43，每个叶片32的顶部部分(即，最靠近顶端端部42的部分)沿叶片32的长度相对于中心旋转轴64弯曲。更具体地，每个叶片32的顶端端部42(沿着顶部根切特征43)向前倾斜并朝着喷嘴70倾斜，以更好地从喷嘴70捕获并容纳流体72至每个叶片32中。因此，每个叶片32的顶部根切特征43不平行于中心旋转轴64并且相对于水平的径向切向平面小于90°。底部根切特征45可以以与顶部根切特征43相似的方式、相似的配置形成。
由于顶部根切特征43和底部根切特征45，每个叶片32沿其高度(即，沿中心旋转轴64)弯曲。特别地，当组装涡轮机组件30时，每个叶片32的顶端端部42和底端端部44朝着另一个叶片32(其定位于叶片32的正前方，并且叶片32的冲击表面34与其面对)的后侧36延伸，而每个叶片32的中间部分(即，顶端端部42和底端端部44之间的部分)延伸远离另一个叶片32的背面36。
叶片倒角的顶端端部和后侧
许多常规涡轮机组件通常都具有“锋利的边缘”，可以利落地截断喷嘴中的流体。然而，由于本涡轮机组件30具有模制或铸造的一体式设计，沿叶片32的顶端形成尖锐或薄的边缘较为困难，因为尖锐的边缘难以在模制或铸造过程中填充。此外，在一些常规涡轮机组件中，叶片的顶端端部可能具有平坦的顶部，这可能导致流体水平偏转穿过常规涡轮机组件的顶部。
因此，为了使流体72在涡轮机组件30的入口处的水平偏转最小(由于流体72撞击每个叶片32的顶端端部42)，每个叶片32包括在每个叶片32的后侧36和顶端端部42之间并沿着叶片32的后侧36和顶端端部42的斜边或倒角46(即，每个叶片32的后上角被倒角)，如图7所示。
倒角46的尺寸可以根据期望的配置而变化。例如，倒角46的尺寸可以是叶片32的厚度的20-80％。更优选地，倒角46的尺寸可以大于叶片32的厚度的50％。倒角46可以线性地延伸，或者可以在每个叶片32的顶端端部42和后侧36之间弯曲。
可选地，每个叶片32的顶端端部42具有圆角半径，其中沿着叶片32的后侧36的顶端端部42的角是弯曲的、弧形的或圆形的。在上述每个实施例中，沿着冲击表面34的顶端端部42的角仍可以是相对“尖锐的”(即，成90°角)。
螺纹特征
根据另一实施例，如图9A至图10B所示，第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90中的一个可包括使第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90彼此附接的螺纹特征98。例如，第二涡轮机部分90的第二毂99可以包括延伸部97，一旦涡轮机组件30被组装(即，当第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90附接在一起时)，延伸部97定位在第一涡轮机部分80的第一毂89内并延伸穿过并且超过第一毂89。螺纹特征98可定位在沿着延伸部97的外表面的至少一部分并更靠近涡轮机组件30的第一轴向端部52(而第二叶片92定位成更靠近涡轮机组件30的第二轴向端部54)。
由于延伸部97，在组装过程中，第二毂99移入第一毂89的内部并部分穿过第一毂89的内部。特别地，延伸部97上的螺纹特征98在组装期间移动穿过第一毂89。因此，第二毂99的一部分轴向延伸超过第一毂89的两端。更具体地，如图9A所示，螺纹特征98和基部部分95沿着中心旋转轴64从第一毂89的相对端至少部分地延伸出，从而第二毂99限定涡轮机组件30的第一轴向端部52和第二轴向端部54。第一涡轮机部分80轴向地定位在第二涡轮机部分90的相对的轴向端之间(特别是在延伸部97和基部部分95之间)。根据不具有延伸部97的另一实施例(如图3A所示)，沿着第一涡轮机部分80的第一毂89的基部部分85限定了第一轴向端部52，并且沿着第二涡轮机部分90的第二毂99的基部部分95限定了涡轮机组件30的第二轴向端部54。
一旦第一涡轮机部分80在第二涡轮机部分90的第二毂99上并且沿着第二涡轮机部分90的第二毂99移动，从第一毂89伸出的螺纹特征98可附接到(例如，可旋拧(spinable)到)单独的部分上，例如分离组件20的另一部分(特别是过滤元件的一部分)。具体地，螺纹特征98被配置为螺纹连接到转子部分24内的对应且互补的螺纹特征28(例如，沿着转子的内表面)，如图10B所示。因此，第二毂99的延伸部97延伸到转子部分24中，并且延伸部97的螺纹特征98附接到转子部分24的螺纹特征28。
一旦螺纹特征28和98彼此附接，则第一涡轮机部分80轴向地位于第二涡轮机部分90的基部部分95和转子部分24的底表面(在转子部分24的螺纹特征28的底下)之间，如图10B所示。这种构造将第一涡轮机部分80夹紧(trap)并固定在第二涡轮机部分90上的适当位置，并且消除了在组装分离组件20之前，将第一涡轮机部分80和第二涡轮机部分90固定在一起的任何附加制造过程的需要。
每个螺纹部件28和98的方向都使涡轮机组件30沿涡轮机组件30的旋转方向(由于喷嘴70)螺纹连接到转子部分24上，从而允许喷嘴70产生的力有助于涡轮机组件30牢固地连接到转子部分24。因此，随着喷嘴70使涡轮机组件30旋转并且涡轮机组件30又使转子部分24一致地回转，涡轮机组件30被连续地(沿旋转方向)紧固在转子部分24上。
此处使用的术语“大约”、“基本上”和类似术语旨在具有广泛含义，以与本公开主题所涉及的本领域普通技术人员的普通和公认用法相一致。如本文中所使用的，术语“大约”是指所参考的测量、位置或尺寸的±5％。阅读本公开的本领域技术人员应该理解，这些术语旨在允许描述和要求保护的某些特征，而不将这些特征的范围限制到所提供的精确数值范围。因此，这些术语应该被解释为表明对所描述和要求保护的主题的非实质性或无关紧要的修改或变更被认为是在所附权利要求书所述的本发明的范围内。
此处使用的术语“联接”、“连接”、“附接”等是指两个构件直接彼此连接。这种连接可以是静止的(例如永久的)或可移动的(例如，可移除的或可释放的)。
在本文中对元件的位置(例如，“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”等)的引用仅用于描述图中各个元件的方向。应该注意的是，根据其他示例性实施例，各种元件的取向可以不同，并且这样的变化旨在由本公开所涵盖。
需要特别注意的是，各种示例性实施例的结构和布置仅是说明性的。尽管在本公开中仅仅详细描述了一些实施例，但是阅读本公开内容的本领域技术人员将容易理解，许多修改是可能的(例如，各种元件的大小、维度、结构，形状和比例的变化，参数值、安装布置、材料的使用、颜色、取向等)而实质上不脱离本文所述主题的新颖教导和优点。例如，元件的位置可以颠倒或以其他方式变化，并且离散元件或位置的性质或数量可以改变或变化。任何过程或方法步骤的次序或顺序可根据替代实施例而改变或重新排序。各种示例实施例的设计、操作条件和布置也可以在不脱离本发明的范围的情况下进行其他替换、修改、变化和省略。
