一種小型徑流式或混流式渦輪增壓器的製作方法

2023-05-04 05:19:21

專利名稱：一種小型徑流式或混流式渦輪增壓器的製作方法
技術領域：
本發明涉及汽車(轎車、輕型車、載重車)、拖拉機、農業機械和工程機械用的增壓內燃機技術領域內的渦輪增壓器。
車用內燃機工況變動頻繁、負荷變化大、轉速使用範圍寬廣。車用增壓內燃機額定功率不大，進氣質量流量小，但額定轉速高。為滿足低轉速大扭矩的要求，車用增壓內燃機配用小型徑流式或混流式渦輪增壓器(其渦輪為小輪徑尺寸的徑流式或混流式葉輪並採用無葉噴嘴環，即無葉蝸殼；壓氣機葉輪為小輪徑尺寸的半開式或閉式離心壓氣機後彎葉片葉輪並採用無葉擴壓器，以便在寬廣的流量變化範圍內獲得較高的渦輪效率和壓氣機效率)。
現有技術中的徑流式或混流式渦輪增壓器中的向心渦輪葉輪進口部分的葉片形狀都採用葉片進口幾何角為90°的結構造型。當車用增壓內燃機在低轉速、低負荷工況運行時，向心渦輪級的速比與輪周速度均較低，葉輪進口相對氣流角甚小，在葉片進口幾何角等於90°的葉輪進口形成大正衝角衝擊損失，致使渦輪效率顯著降低。在本發明提出入申請的專利(ZL96229516.7，《一種徑流式與混流式向心渦輪葉輪》)中，公開了一種改進現有渦輪葉輪進口部分的通用結構，也即，用葉片進口幾何角是銳角的前彎葉片渦輪葉輪代替現有技術都採用的葉片進口幾何角為90°的徑向葉片渦輪葉輪，這樣，當車用增壓內然機在低轉速、低負荷工況範圍運行時，只有採用葉片進口幾何角小的渦輪葉輪才能順應因向心渦輪級的速比與輪周速度均較低而造成葉輪進口相對氣流角甚小的特點，減少正衝角，降低衝擊損失，保持高效率。葉片進口幾何角為銳角的前彎葉片渦輪葉輪結構恰好可以滿足這一需要。與葉片進口幾何角為90°的徑向葉片渦輪葉輪相比，前彎葉片渦輪葉輪節省了徑向葉片渦輪在低轉速、低負荷工況大正衝角產生的衝擊損失耗費的能量。這部分能量在前彎葉片渦輪中作為渦輪的有效功，會使渦輪轉速增加、壓氣機增壓壓力增大。這將有助於克服目前車用內燃機在低轉速、低負荷工況運行時渦輪增壓器普遍存在的加速性差、變工況響應慢以及壓氣機出口出現負壓的缺點與弊病。當內燃機越過最大扭矩工況並再繼續升高轉速時，渦輪葉輪的進口會出現負衝角，且隨轉速增高負衝角也越來越大。由於負衝角產生的衝擊損失要比正衝角產生的衝擊損失小得多(前彎葉片在渦輪進口附近範圍內的葉片彎曲形狀，使葉輪高速旋轉產生的離心慣性力和進口氣流在葉片流道中轉彎產生的法向慣性力的作用方向都與Coriolis慣性力一樣指向葉片的壓力面，有效地抑制、約束了負衝角引起的葉片壓力面上流動分離的擴展，大大降低了負衝角產生的衝擊損失)，因此小負衝角產生的衝擊損失很有限，只有當負衝角增大到很大值時才會產生大的衝擊損失。前彎葉片渦輪葉輪的這一特性，使渦輪增壓器在車用內燃機低轉速工況時能保持高效率，而在高轉速工況時又具有一定的抑壓功能。也即對於額定轉速不太高的車用內燃機，在高轉速工況時渦輪增壓器可以不附加如廢氣旁通放氣閥、壓氣機進氣預旋器和可變角度噴嘴葉片等任何調控增壓壓力的裝置，單憑前彎葉片渦輪葉輪以大負衝角狀態運行，就能限制渦輪功率的增升，達到抑制增壓壓力過度升高的目的，防止增壓過度與渦輪增壓器轉子嚴重超速。


圖1是向心渦輪葉輪葉片進口幾何角β1A的定義圖。向心渦輪葉輪的葉片進口幾何角β1A是葉輪流道幾何中心旋轉面①上葉型②的中線③在進口前緣處的切線④與圓周速度負方向間的夾角。
本發明是專利ZL96229516.7的改進。在本發明中，指出前彎葉片葉輪葉片進口幾何角β1A的擇取與下列因素有關前彎葉片渦輪級的通流部分尺寸大小；車用增壓內燃機與渦輪增壓器的最佳匹配工況參數；內燃機的額定工況參數；葉片強度。合理的β1A值應能使增壓器在內燃機低轉速工況保持高的效率，而在高轉速工況確保不出現增壓過度與增壓器轉子嚴重超速現象。通過適當調整渦輪通流部分尺寸與β1A值的大小，就能滿足上述要求。對於車用增壓內燃機配用的小型徑流式或混流式渦輪增壓器，前彎葉片渦輪葉輪葉片進口幾何角β1A的合理擇用範圍為45°≤β1A≤75°。
以下，結合實施例和附圖對本發明的技術內容進行敘述說明。
圖2示出的具體例子是一個葉片進口幾何角β1A等於50°的半開式前彎葉片混流式渦輪葉輪的形狀。
圖3示出的是本發明一個實施例的結構視圖。
該實施例為小型徑流式渦輪增壓器。它由單級徑流式前彎葉片葉輪渦輪、單級閉式後彎葉片葉輪離心式壓氣機和裝有浮動軸承、止推軸承及油封裝置的中間殼三大主要部分組成。其中，渦輪葉輪16和離心壓氣機葉輪3懸臂安裝在轉軸兩端。渦輪增壓器的轉子由離心壓氣機閉式後彎葉片葉輪3、軸封5及定距止推套10通過由轉軸與徑流式前彎葉片渦輪葉輪經摩擦焊結合而成的渦輪軸16和鎖緊螺母2連接成一體。徑流式渦輪級的無葉蝸殼17採用出口側壁呈傾斜狀的單流道360°全周進氣梨形截面蝸殼。壓氣端螺母2將壓氣機葉輪3固定在渦輪軸16上，同時也將軸封5及定距止推套10壓緊。中間殼15上端有一個進油孔、，潤滑油徑向進入中間殼體後分成兩路一路潤滑壓氣機端浮動軸承11和止推軸承9；另一路潤滑渦輪端浮動軸承。在靠近壓氣機葉輪端設置的軸封5上有兩道環槽，槽內各裝一個密封環6。在靠近渦輪輪背的轉軸上有一道環槽，槽內裝有兩個切口錯開排列的密封環13，防止漏油與竄氣。在止推軸承9的外側有擋油罩7，擋住甩出的潤滑油並使其流向回油孔。浮動軸承11裝在中間殼15中，兩端用擋圈12擋住。在渦輪葉輪的輪背側，裝有隔熱罩14，防止燃氣熱量大量傳入中間殼影響軸承正常工作。壓氣機殼1的集氣道呈蝸牛狀，其通流流道形狀為變圓截面。氣體作用在轉子上的軸向推力，通過軸上定距止推套10作用在固定於中間殼15上的止推軸承9上。
權利要求
一種小型徑流式或混流式渦輪增壓器，它由單級徑流式或混流式渦輪、單級半開式或閉式後彎葉片葉輪離心壓氣機和裝有浮動軸承、止推軸承及油封裝置的中間殼三大部分組成。其特徵在於渦輪葉輪為前彎葉片葉輪，其葉片進口幾何角β1A的合理擇用範圍為45°≤β1A≤75°。
全文摘要
本發明公開了一種汽車(轎車、輕型車、載重車)、拖拉機、農業機械和工程機械增壓內燃機用的渦輪增壓器。與傳統、典型的小型徑流式或混流式渦輪增壓器的結構相比，本發明的特徵在於渦輪葉輪為前彎葉片葉輪(葉片進口幾何角的合理擇用範圍為45°≤β
文檔編號F02B41/10GK1400399SQ0213634
公開日2003年3月5日 申請日期2002年8月1日 優先權日2002年8月1日
發明者孫敏超 申請人:孫敏超