[發(fā)明專利]一種流線隧道壓氣機輪增壓器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011008019.2
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112096510A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃若;高澤;郭文杰
• 申請（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: F02B37/00
• 分類號: F02B37/00;F04D29/28;F04D29/42;F04D29/02
• 代理公司: 南昌金軒知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 36129
• 代理人: 石紅麗

本發(fā)明公開了一種流線隧道壓氣機輪增壓器，屬于車輛動力機械領(lǐng)域，流線隧道壓氣機輪增壓器包括徑流式渦輪、流線隧道壓氣機輪、渦輪殼、壓氣機殼、中間殼、軸及軸承；徑流式渦輪與流線隧道壓氣機輪分別通過軸承安裝于所述軸的兩端，組成增壓器轉(zhuǎn)子，流線隧道壓氣機輪的外部設(shè)置有所述壓氣機殼，徑流式渦輪的外部設(shè)置有渦輪殼，渦輪殼與所述壓氣機殼之間設(shè)置有中間殼。本發(fā)明公開的流線隧道壓氣機輪增壓器具有尺寸小、制作成本低、重量輕、強度高的優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及車輛動力機械領(lǐng)域，尤其涉及一種流線隧道壓氣機輪增壓器。

背景技術(shù)

渦輪增壓是內(nèi)燃機強化、節(jié)能減排的最重要技術(shù)措施之一。發(fā)動機常用的廢氣渦輪增壓器是利用發(fā)動機排出的廢氣能量驅(qū)動渦輪帶動同軸的壓氣機對空氣做功，將壓縮空氣送入發(fā)動機氣缸，在不增加發(fā)動機氣缸容積的條件下，增加空氣充量系數(shù)，使發(fā)動機噴入更多燃油，從而提高發(fā)動機輸出功率、改善燃燒，達到強化發(fā)動機的目的。與自然進氣發(fā)動機相比，當(dāng)代渦輪增壓技術(shù)能使汽油機節(jié)能10％～20％、使柴油機節(jié)能20％～40％。因此，渦輪增壓器應(yīng)用日益普及，發(fā)展迅猛。

渦輪增壓器目前主要采用葉片式向心渦輪和離心壓氣機。離心式壓氣機葉輪采用半開式葉輪結(jié)構(gòu)，在高速旋轉(zhuǎn)的過程中受到的機械應(yīng)力和熱應(yīng)力很大，尤其是葉片根部，低周疲勞是壓氣機葉輪最重要的失效模式，直接影響了增壓器的可靠性與壽命。因此，隨著壓氣機壓比和轉(zhuǎn)速的提高，葉輪強度的問題越發(fā)突出，尤其對于增壓比大于4以上高壓比壓氣機工作溫度可達400℃以上，鋁合金已經(jīng)不能滿足要求，鈦合金、陶瓷等輕量化、耐高溫、高強度材料成為優(yōu)選材料，但這樣帶來了加工難題。

新型流線隧道式壓氣機輪相比于傳統(tǒng)徑流式壓氣機葉輪，具有對材料強度要求低、流線優(yōu)化空間大、泄露損失小、可用材料范圍廣、適應(yīng)高轉(zhuǎn)速等優(yōu)點，可提高渦輪增壓器的功率密度、減小尺寸、降低重量，進而提高總效率。同時可應(yīng)用三維打印、注射成形等技術(shù)解決鈦合金、陶瓷等材料的加工難題，實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

國內(nèi)外極少研究流線隧道式壓氣機文獻，俄羅斯2003年專利RU2014119626在微型燃氣輪機上采用了隧道式壓氣機輪，但其隧道為二維圓形直孔，不能達到“流線形”隧道的效果。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中壓氣機輪增壓器存在的強度低、易損壞、尺寸大、重量大的缺陷。本發(fā)明的目的在于為渦輪增壓器提出一種新的結(jié)構(gòu)設(shè)計。流線隧道壓氣機輪根據(jù)流線隧道式旋轉(zhuǎn)流體機械流道設(shè)計與成形方法、設(shè)計流線隧道壓氣機輪，將新型流線隧道壓氣機輪應(yīng)用到傳統(tǒng)的渦輪增壓器，設(shè)計新型壓氣機殼，其它結(jié)構(gòu)盡量不做改變，從而構(gòu)成流線隧道壓氣機輪增壓器。

為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供的一種流線隧道壓氣機輪增壓器，包括：

徑流式渦輪、流線隧道壓氣機輪、渦輪殼、壓氣機殼、中間殼、軸及軸承；

所述徑流式渦輪與流線隧道壓氣機輪分別通過所述軸承安裝于所述軸的兩端，組成增壓器轉(zhuǎn)子，所述流線隧道壓氣機輪的外部設(shè)置有所述壓氣機殼，所述徑流式渦輪的外部設(shè)置有所述渦輪殼，所述渦輪殼與所述壓氣機殼之間設(shè)置有所述中間殼。

優(yōu)選地，所述軸的壓氣機端采用流線隧道壓氣機輪，渦輪端仍采用傳統(tǒng)徑流式渦輪。

所述流線隧道壓氣機輪為閉式旋轉(zhuǎn)機械，通常由多達幾十個流線隧道組成，各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為圓或橢圓中的一種，當(dāng)所述流線隧道的各處法向截面為橢圓時，該橢圓截面的長軸在xy平面(轉(zhuǎn)子軸線為z軸)的投影與該橢圓截面的中心點的半徑線垂直，橢圓截面長短軸之比保持不變，根據(jù)旋轉(zhuǎn)機械流通特性和速度條件得出流線隧道進出口面積，截面面積沿流道中心線均勻變化，形成完整流線隧道。

優(yōu)選地，所述流線隧道可分為多組，各組之間流道進出口可分布在不同的半徑上，多個流道周向均布且關(guān)于轉(zhuǎn)子軸線中心對稱。