[發明專利]立式渦輪增壓器

有效

• 申請號: 201310201417.X
• 申請日: 2013-05-27
• 公開（公告）號: CN103277184A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 黃若;姜雅力;張威力;段曉麗
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: F02B37/00
• 分類號: F02B37/00;F02B37/10;F02B39/14
• 代理公司: 北京中海智圣知識產權代理有限公司 11282
• 代理人: 李奎書

技術領域

本發明屬于車輛動力機械領域，具體涉及一種采用非液態油潤滑的軸承、渦輪轉子軸豎直設置的立式渦輪增壓器。

背景技術

渦輪增壓是內燃機強化、節能、環保的最重要技術措施之一。發動機的渦輪增壓器利用發動機排出的廢氣能量驅動渦輪帶動同軸的壓氣機對空氣做功，將壓縮空氣送入發動機氣缸，在不增加發動機氣缸容積的條件下，增加空氣充量系數，使發動機噴入更多燃油，從而提高發動機輸出功率、改善燃燒，達到強化發動機的目的。與自然進氣發動機相比，當代渦輪增壓技術能使汽油機節能10%～20%、使柴油機節能20%～40%。因此，渦輪增壓器應用日益普及，發展迅猛。

目前，日益嚴格的汽車節能環保要求，推動渦輪增壓器向高轉速、高強化、高緊湊性方向發展，這對渦輪增壓器軸承-轉子系統動力學特性提出了越來越高的要求。當代車用渦輪增壓器的主要工作區域在二階臨界轉速與三階臨界轉速之間，現有的油膜浮動軸承渦輪增壓器容易受到油膜力、密封力、不均勻葉尖激振力等多種復雜、非線性激振源的激勵，導致油膜振蕩、失穩、可靠性降低、增壓器失效等問題；球軸承渦輪增壓器除非線性激勵外、還可能在跨臨界轉速時振動超閾值使渦輪增壓器轉子碰摩、導致增壓器失效。因為車用渦輪增壓器結構緊湊、尺寸小、成本低廉，采用現有技術對增壓器油膜浮動軸承與球軸承進行支承特性參數，如剛度、阻尼等的動態調節與控制，實現對轉子動力學特性的調節與控制難度很大、成本高。

同時，油膜浮動軸承的潤滑和密封方式決定了目前的渦輪增壓器只能水平安裝，而轉子軸水平設置時，轉子自身的重力會對轉子的運動產生影響，重力會在自轉軸線上產生交變力矩，使得轉子獲得角加速度，進而影響轉子的動力學特性，降低渦輪增壓器轉子的穩定性。即使轉子不旋轉，由于壓氣機和渦輪自身的質量的不平衡，轉子軸出現靜撓曲。

渦輪增壓器的渦輪和壓氣機設計需要充分考慮影響轉子振動的不均勻葉尖激振力和由葉輪產生的軸向氣動負荷，并盡可能減小?，F有的車用渦輪增壓器壓氣機采用離心式壓氣機，氣流為軸向進氣、徑向出氣；渦輪采用徑流式渦輪，氣流為徑向進氣，軸向出氣，這使得進氣的氣流方向與出氣的氣流方向呈90°角，氣體流動損失大、降低了氣動效率。此外，現有車用渦輪增壓器壓氣機軸向進氣、徑向出氣與渦輪徑向進氣、軸向出氣產生了很大的軸向氣動負荷，現有的渦輪增壓器必須安裝止推軸承承受軸向氣動負荷。

隨著科技進步與汽車排放法規要求越來越嚴，由于二級增壓系統相對于一級增壓系統在高強化、改善加速性能與廢氣能量利用方面具有優勢，因而二級渦輪增壓在汽車發動機和特種車輛發動機領域的研究和應用也越來越廣泛。最常見的二級增壓系統采用兩個渦輪增壓器和柴油機在氣路上串聯的結構，總體積大，不利于其在車輛動力艙中布置；并且氣流通道復雜、流動損失大，控制系統復雜、成本高、可靠性差。

發明內容

為克服現有技術的不足，減少有渦輪增壓器中轉子重力對系統振動的影響、優化轉子軸動力學性能，實現高性能、高強化、高緊湊性目標，本發明提供了一種采用非液態油潤滑的軸承、渦輪轉子軸豎直設置的立式渦輪增壓器。

本發明所述的立式渦輪增壓器，包括壓氣機、中間體、轉子軸、渦輪、非液態油潤滑軸承，所述轉子軸與地面垂直，壓氣機和渦輪分別設置在轉子軸的上端和下端，所述壓氣機和渦輪之間設置有兩端分別與壓氣機和渦輪連接的中間體，所述中間體通過非液態油潤滑軸承與轉子軸相配合，在中間體的兩端與轉子軸之間均密封配合，所述的壓氣機和渦輪的進氣口和出氣口均為徑向進氣口和徑向出氣口。

優選地，所述壓氣機的進氣口和出氣口之間的夾角為α,180°≤α≤360°，所述渦輪的進氣口和出氣口之間的夾角為β，180°≤β≤360°。

優選地，所述渦輪為一級渦輪，所述一級渦輪的流道中心線為二次曲線，流道橫截面為圓形、雙梨形或二次曲線構成的形狀。

優選地，所述渦輪為多級渦輪，所述多級渦輪具有多個依次安裝在轉子軸上的渦輪葉輪，所述多級渦輪的流道中心線為二次曲線或三次曲線及以上曲線，并呈螺旋形向上或向下結構，螺旋升角為γ，180°≤γ≤360°，流道橫截面為圓形、雙梨形或二次曲線構成的形狀。

優選地，所述壓氣機為一級壓氣機，所述一級壓氣機的流道中心線為二次曲線，流道橫截面為圓形、雙梨形或二次曲線構成的形狀。

優選地，所述壓氣機為多級壓氣機，所述多級壓氣機具有多個依次安裝在轉子軸上的壓氣機葉輪，所述多級壓氣機的流道中心線為二次曲線或三次曲線及以上曲線，并呈螺旋形向上或向下結構，螺旋升角為γ，180°≤γ≤360°，流道橫截面為圓形、雙梨形或二次曲線構成的形狀。