[發明專利]立式流線隧道輪增壓器

在審

• 申請號: 202011030376.9
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112096511A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 黃若;郭文杰;黃仕豪;高澤
• 申請（專利權）人: 萍鄉北京理工大學高新技術研究院
• 主分類號: F02B37/00
• 分類號: F02B37/00;F01D5/04;F01D25/24;F01D25/00;F01D25/16;F04D29/28;F04D29/42;F04D29/02;F04D29/057;F04D29/059;F04D29/056
• 代理公司: 南昌金軒知識產權代理有限公司 36129
• 代理人: 張震東

本發明公開了立式流線隧道輪增壓器，屬于渦輪增壓器領域；包括流線隧道式壓氣機輪、流線隧道式渦輪、壓氣機殼、渦輪殼以及轉軸；流線隧道式壓氣機輪與流線隧道式渦輪分別安裝于轉軸的兩端，并形成增壓器轉子；轉軸呈豎直設置且形成立式結構。采用流線隧道式渦輪和壓氣機輪，配合外廓式空氣軸承，以立式結構安裝，可達到提高轉速、提高可靠性和穩定性、降低泄漏損失、減小尺寸和重量的有益效果。

技術領域

本發明涉及渦輪增壓器領域，特別涉及立式流線隧道輪增壓器。

背景技術

渦輪增壓器可利用發動機排出的廢氣驅動渦輪并帶動同軸的壓氣機為進氣增壓，提高發動機進氣密度，優化車輛動力性與經濟性，同時降低有害氣體排放。

傳統開式、半開式葉片結構葉輪存在葉頂間隙，而且葉片的數量與厚度尺寸受材料科技水平的限制已經沒有優化空間，這就限制了渦輪和壓氣機氣動性能的進一步提高。同時，葉尖間隙泄漏流既影響壓氣機和渦輪氣動性能，還影響轉子動力學特性與可靠性；較薄的葉片結構強度差，與提高轉速相矛盾。

當前渦輪增壓器常見的形式為臥式渦輪增壓器，轉子系統水平布置，當轉子靜止時，重力會使轉軸產生靜撓曲，當轉子旋轉時，重力會在自轉軸線上產生一個交變力矩，使得轉子獲得角加速度，進而影響轉子的動力學特性，降低轉子穩定性。而立式安裝方式可避免產生靜撓曲，且重力在軸線方向力矩為零，能夠提高轉子穩定性。壓氣機和渦輪采用徑向進氣、徑向出氣還可降低軸向負荷，減輕軸向摩擦，提高機械效率，同時還減少了氣體流動因轉彎造成的損失。

臥式渦輪增壓器支承軸承通常為油膜軸承或滾動軸承，輸送潤滑油的機構需要消耗一定功率，開通的油道還會降低結構強度。而且，隨著渦輪增壓器小型化、高速化發展，普通軸承已不能滿足轉速需求，非接觸性軸承開始投入使用，如空氣軸承，而動壓空氣軸承無需外部供氣或供油，它利用氣體本身的粘性，通過轉子旋轉將氣體壓縮至楔形間隙，產生支承壓力。

采用流線隧道式渦輪和壓氣機輪，配合外廓式空氣軸承，以立式結構安裝，應用三維打印等方式生產制造，可以有效解決上述問題；閉式渦輪和壓氣機輪結構對材料強度要求低、應用材料范圍寬廣，流線設計優化空間大、泄漏損失小、適應更高轉速，從而可以提高旋轉輪式動力機械的功率密度和效率、減小尺寸、降低重量；渦輪采用陶瓷材料可實現高強度、輕量化、耐高溫等需求。并且，流線隧道式渦輪和壓氣機輪為外廓式空氣軸承的應用提供了可行性。

發明內容

為了克服現有技術中的缺陷，本發明所需要解決的問題在于提出立式流線隧道輪增壓器，采用流線隧道式渦輪和壓氣機輪，配合外廓式空氣軸承，以立式結構安裝，可達到提高轉速、提高可靠性和穩定性、降低泄漏損失、減小尺寸和重量的有益效果。為達此目的，本發明采用以下技術方案：

本發明提供的立式流線隧道輪增壓器，包括：

流線隧道式壓氣機輪、流線隧道式渦輪、壓氣機殼、渦輪殼以及轉軸；

所述流線隧道式壓氣機輪與流線隧道式渦輪分別安裝于所述轉軸的兩端，并形成增壓器轉子；所述轉軸呈豎直設置且形成立式結構。

優選地，所述流線隧道式壓氣機輪與所述流線隧道式渦輪為閉式旋轉機械結構，

所述流線隧道式壓氣機輪與所述流線隧道式渦輪內具有多個流線隧道，各所述流線隧道中心線為三維曲線，呈螺旋向上或螺旋向下結構，所述流線隧道的各處法向截面為圓或橢圓。

優選地，當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平面的投影與該橢圓截面的中心點的半徑線垂直，橢圓截面短軸之比保持不變，根據旋轉機械流通特性和速度條件得出流線隧道進出口面積，截面面積沿流線隧道中心線均勻變化，形成完整流線隧道。

優選地，所述流線隧道式壓氣機輪與所述流線隧道式渦輪的進氣口為徑向進氣口；

所述流線隧道式壓氣機輪與所述流線隧道式渦輪的出氣口為徑向出氣口。