[發(fā)明專利]一種采用外廓式空氣軸承的流線隧道式渦輪增壓器

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011008002.7
• 申請(qǐng)日: 2020-09-23
• 公開（公告）號(hào): CN112096509A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃若;郭文杰;高澤;黃仕豪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 萍鄉(xiāng)北京理工大學(xué)高新技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): F02B37/00
• 分類號(hào): F02B37/00;F01D5/04;F01D25/16;F04D29/28;F04D29/057
• 代理公司: 南昌金軒知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 36129
• 代理人: 石紅麗

本發(fā)明公開了一種采用外廓式空氣軸承的流線隧道式渦輪增壓器，包括流線隧道式渦輪、流線隧道式壓氣機(jī)輪、渦輪殼、壓氣機(jī)殼、中間殼以及軸，流線隧道式渦輪與所述流線隧道式壓氣機(jī)輪分別安裝于所述軸的兩端，組成增壓器轉(zhuǎn)子。本發(fā)明渦輪和壓氣機(jī)輪在結(jié)構(gòu)上均采用流線隧道式，相比于葉片式結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度更大，不易損壞；更高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度還拓寬了材料選用范圍，有利于降低成本、控制重量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及渦輪增壓器領(lǐng)域，特別涉及一種采用外廓式空氣軸承的流線隧道式渦輪增壓器。

背景技術(shù)

與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配的渦輪增壓器可利用廢氣驅(qū)動(dòng)渦輪并帶動(dòng)同軸的壓氣機(jī)為進(jìn)氣增壓，提高發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣密度，優(yōu)化車輛動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)降低有害氣體排放。

對(duì)于渦輪端，需要其具有較高的高溫持久強(qiáng)度極限以及良好的抗疲勞和抗蠕變性能，且材料需具有良好的鑄造性能和高溫下組織的穩(wěn)定性；對(duì)于壓氣機(jī)端，需要其重量輕、強(qiáng)度高、易加工、高效率、壽命長。而傳統(tǒng)的開式或半開式葉輪結(jié)構(gòu)在一定程度上限制了渦輪和壓氣機(jī)的性能提升。一方面，較薄的葉片與提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與轉(zhuǎn)速相矛盾；另一方面，葉尖間隙泄漏流影響著壓氣機(jī)和渦輪的效率及壽命。

采用新型流線隧道式渦輪和壓氣機(jī)輪是解決上述問題的一種有效途徑，作為一種閉式旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其強(qiáng)度更高，泄漏損失更小，且具有流線設(shè)計(jì)優(yōu)化空間大、泄漏損失小、適應(yīng)更高轉(zhuǎn)速、應(yīng)用材料范圍寬廣等優(yōu)點(diǎn)，從而可以提高動(dòng)力機(jī)械的功率密度和效率、減小尺寸、降低重量。更高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度還有利于拓寬材料選用范圍，例如渦輪的耐高溫、高強(qiáng)度、輕量化等需求尤其適應(yīng)于陶瓷材料的應(yīng)用，而采用高強(qiáng)度工程塑料的壓氣機(jī)輪可降低重量與成本。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，增材制造技術(shù)已經(jīng)成熟，應(yīng)用三維打印、注射成形等先進(jìn)制造技術(shù)，可以大批量生產(chǎn)這種新型流線隧道式動(dòng)力機(jī)械。

目前，對(duì)流線隧道式渦輪增壓器的研究很少、且不深入，工程實(shí)踐中尚無應(yīng)用實(shí)例。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提出一種采用外廓式空氣軸承的流線隧道式渦輪增壓器，采用流線隧道式渦輪和壓氣機(jī)輪，并加入外廓式空氣軸承支承，可達(dá)到提高轉(zhuǎn)速、提高可靠性、降低泄漏損失、減小增壓器尺寸等有益效果，如采用陶瓷等材料則可以大幅度降低重量；

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供以下的技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種采用外廓式空氣軸承的流線隧道式渦輪增壓器，

包括流線隧道式渦輪、流線隧道式壓氣機(jī)輪、渦輪殼、壓氣機(jī)殼、中間殼以及軸，所述流線隧道式渦輪與所述流線隧道式壓氣機(jī)輪分別安裝于所述軸的兩端，組成增壓器轉(zhuǎn)子。

優(yōu)選的，所述流線隧道式渦輪與所述流線隧道式壓氣機(jī)輪為閉式旋轉(zhuǎn)機(jī)械，且二者結(jié)構(gòu)相同，通常由多達(dá)幾十個(gè)流線隧道組成，所述流線隧道包括流線隧道中心線，所述流線隧道中心線為三維曲線，所述流線隧道的各處法向截面設(shè)置為圓形和/或橢圓中的一種，當(dāng)所述流線隧道的各處法向截面為橢圓時(shí)，橢圓截面的長軸在xy平面且增壓器轉(zhuǎn)子軸線為z軸投影與流線隧道的橢圓截面的中心點(diǎn)的半徑線垂直，橢圓截面長短軸之比保持不變，根據(jù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械流通特性和速度條件得出流線隧道進(jìn)出口面積，截面面積沿流道中心線均勻變化，形成完整流線隧道。

優(yōu)選的，所述流線隧道可分為多組，且各組之間流道進(jìn)出口可分布在不同的半徑上，多個(gè)流道周向均布且關(guān)于增壓器轉(zhuǎn)子軸線中心對(duì)稱。

優(yōu)選的，所述軸以一對(duì)軸頸動(dòng)壓空氣軸承和/或整體式軸頸動(dòng)壓空氣軸承支承。

優(yōu)選的，所述流線隧道式渦輪與所述流線隧道式壓氣機(jī)輪外廓面為圓錐面與圓柱面的組合，在所述流線隧道式渦輪外廓圓柱面與渦輪殼之間設(shè)置有外廓徑向動(dòng)壓空氣軸承；

在所述流線隧道式壓氣機(jī)輪外廓圓柱面與壓氣機(jī)殼之間設(shè)置有外廓徑向動(dòng)壓空氣軸承；

在所述流線隧道式渦輪輪背面設(shè)置有外廓止推動(dòng)壓空氣軸承；