CN101000011A - 增压器涡轮叶轮减重新型结构 - Google Patents

增压器涡轮叶轮减重新型结构 Download PDF

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马朝臣
赵俊生
胡辽平
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Abstract

本发明是关于一种增压器涡轮叶轮减重新型结构，用于车用涡轮增压器，属于机械工程发动机零部件技术领域。该增压器涡轮叶轮减重新型结构，内六方与涡轮叶轮同心，位于减重孔外侧，用于增压器转子的定位和装配；减重孔与涡轮叶轮同心，位于内六方内侧并与之相连通；摩擦焊锥孔位于轮背一侧，与涡轮叶轮同心，用于与轴的摩擦焊，增加摩擦焊有效焊接面积。本发明主要通过数值分析与结构优化，结合涡轮叶轮铸造工艺及装配等因素，最终确定的增压器涡轮叶轮减重新型结构。本发明有效地减轻了涡轮叶轮重量，节省材料，降低成本，具有一定的经济效益；增大了摩擦焊有效面积，提高了涡轮叶轮与轴的连接强度，改善转子的质量分配，提高了转子的可靠性。

Description

增压器涡轮叶轮减重新型结构
所属技术领域：
本发明源于动力机械工程学科，属于车用废气涡轮增压器零部件的结构，就应用而言它属于涡轮增压器的应用研究领域。更具体地说，特别是涉及一种可以节省昂贵高温铸造合金材料、减轻重量、增加摩擦焊有效面积、提高连接强度的车用涡轮增压器涡轮叶轮。
技术背景：
目前几乎全部柴油机及部分汽油机都使用了废气涡轮增压技术，涡轮材料为K418镍基铸造合金，使用腊模精密铸造工艺，其结构如附图1。数值计算及试验表明涡轮叶轮的破裂转速和飞碎安全因数大大高于压气机叶轮的破裂转速和飞碎安全因数，也就是说涡轮的强度储备比压气机叶轮的强度储备高很多。而涡轮材料使用昂贵的K418镍基铸造合金，价格昂贵，对于材料的节省十分重要。
对于车用涡轮增压器，在涡轮叶轮与轴的摩擦焊工艺中，由于半径较小，使得摩擦焊接时线速度不足，导致焊接强度不足。
同时由于这种材料的密度大大高于压气机叶轮的密度，使得涡轮与压气机组成的增压器转子质量分配很不均匀。
发明内容：
本发明通过有限元数值仿真与试验相结合的方法，对现有增压器涡轮结构进行的优化，在不改变叶型及流道并保证增压器性能和结构强度的基础上有效地减轻涡轮重量，减少了材料的消耗，达到节约成本提高经济效益的目的。在减轻重量的同时增加了摩擦焊有效面积，提高了链接强度。通过重量的减小降低了增压器涡轮叶轮的重量，改善涡轮与压气机叶轮的质量分配。
通过有限元材料非线性数值仿真，确定涡轮的破裂转速；通过拓扑优化初步确定减重区域，并由变分优化明确结构改进的几何变量对结构修改的灵敏度，从而优化出结构改进的几何变量的范围及最优结果。结合涡轮铸造工艺及装配等因素，最终确定增压器涡轮减重结构：具有内六方、减重孔、摩擦焊锥孔的涡轮叶轮。
本发明可使增压器涡轮重量减轻，改善了涡轮与压气机质量分配；节省材料，从而有效地节省材料，降低成本。批量生产经济效益将更加明显。
摩擦焊锥孔不仅减小了涡轮叶轮的重量，节约了材料，更有效的是增加了摩擦焊有效面积，提高了涡轮叶轮与轴的链接强度，提高了增压器转子的可靠性。
由于涡轮叶轮重量的减轻，使得增压器转子的质量分配趋于合理，也有利于提高增压器轴系的效率和可靠性。
本发明对于增压器转子的转动惯量降低的不是很多。对于涡轮滞后现象引起的发动机加速时对于油门踏板状态的反应延迟现象的改善优待进一步的试验验证。
附图说明：
图1是本发明增压器涡轮叶轮减重结构主视图；
图2是本发明增压器涡轮叶轮减重结构剖视图。
**附图中主要标号说明**
1………内六方
2………减重孔
3………摩擦焊锥孔
具体实施方式：
本发明的具体实施方式由以下实施例详细给出。
增压器涡轮叶轮减重新型结构，其特征在于：内六方(1)与涡轮叶轮同心，位于减重孔(2)外侧，用于增压器转子的定位和装配；减重孔(2)与涡轮叶轮同心，位于内六方(1)内侧并与之相连通；摩擦焊锥孔(3)位于轮背一侧，与涡轮叶轮同心，用于与轴的摩擦焊，同时能增加摩擦焊有效焊接面积。
产品制造实施方式：本发明的产品是以在不改变叶型及流道并保证增压器性能和结构强度的基础上有效地减轻涡轮重量增压器零部件产品，生产以铸造工艺为主，只需对原铸造模具稍加改动，一般涡轮增压器生产工厂均可生产，并可外协加工组装投产，投资少、上马快、无风验。
本发明应用于JP60C增压器涡轮叶轮(如图2)，使得重量减少了9.73％，从而每个涡轮叶轮零件节省了9.73％的K418镍基铸造合金，批量生产将更能体现本发明的经济效益。
产品使用实施方式：用本发明的增压器减重涡轮叶轮与现用的涡轮叶轮在使用上无任何区别。

Claims (1)

1.一种增压器涡轮叶轮减重新型结构，其特征在于：内六方(1)与涡轮叶轮同心，位于减重孔(2)外侧，用于增压器转子的定位和装配；减重孔(2)与涡轮叶轮同心，位于内六方(1)内侧并与之相连通；摩擦焊锥孔(3)位于轮背一侧，与涡轮叶轮同心，用于与轴的摩擦焊，同时能增加摩擦焊有效焊接面积。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20070718