CN101303029B - 压缩可燃混合气用涡轮增压器压气机装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压缩可燃混合气用涡轮增压器压气机装置，包括压气机壳，压气机壳上设有压气机进气口、压气机壳通道，压气机进气口与压气机壳通道之间设有气体扩压通道，气体扩压通道内靠近压气机进气口和压气机壳通道一侧的压气机壳壁上设有压气机壳分体扩压盘，有效解决了常规增压器的压气机端在磨损后产生摩擦明火问题，可以广泛应用于沼气类气体发动机增压市场，具有广阔的市场推广价值，能取得良好的应用效果。

Description

压缩可燃混合气用涡轮增压器压气机装置
技术领域
本发明涉及一种气体发动机用涡轮增压器的压气机装置，特别是一种应用于以沼气、瓦斯气体等为燃料的压缩可燃混合气用涡轮增压器压气机装置，属于气体内燃机增压领域。
背景技术
涡轮增压器是利用发动机排出的废气能量驱动涡轮，并带动与涡轮同轴的压气机叶轮高速旋转，新鲜空气在压气机叶轮离心力的作用下被压缩进入发动机的汽缸，从而增加了发动机的充气量，可供更多的燃油完全燃烧，从而提高了发动机的功率、节省了燃油的消耗，同时由于燃烧条件的改善，减少了废气中C0、HC、NOX以及PM等有害物的排放，降低了发动机的噪音。随着发动机燃料的多样化，以天然气、煤气等为代表的气体燃料依靠自身价格低廉、燃烧清洁等优势逐渐形成了批量生产规模，气体发动机增压技术也逐步在发动机厂应用。但目前采用的气体燃料全部是能够高压储存的气体，发动机中采用的涡轮增压器还是单纯压缩洁净的空气，气体燃料通过节气门控制，在发动机缸内与增压后的空气混合燃烧，属于机内混合燃烧。然而，对于像沼气、瓦斯一类的可燃气体，因为生产途径问题，无法集中高压存储，所以增压发动机以该类型气体作为燃料时，可燃气体需要在发动机外部混合，然后经涡轮增压器压缩后送入发动机，从而实现增压发动机提升功率的目的。
直接压缩可燃混合气体用的涡轮增压器是该类型气体发动机上的总成件，随着发动机增压的必然趋势，满足直接压缩沼气类可燃混合气体的发动机用增压器成为了研究的课题，国内没有严格意义上能够满足该需求的产品问世。
目前，国内外开发的沼气、瓦斯气体类发动机因为燃料产生的途径及存储问题，没有采用增压技术。随着气体发动机厂家对增压发动机需求的提升，直接对可燃混合气体压缩的涡轮增压器结构的研究也步入了正规。已知的涡轮增压器的压气机如图1所示，包括压气机叶轮(1)、压气机壳(3)和气体扩压通道(4)三部分。正常工作状态下，压气机叶轮(1)在涡轮转子(6)的带动下高速旋转，从压气机进气口(2)中吸入洁净的空气进行离心压缩，压缩后的高速气体从压气机叶轮出口(5)处进入气体扩压通道(4)，然后通过压气机壳流道(7)收集后进入发动机参与燃烧。压气机叶轮(1)和压气机壳(3)为铝合金材料，配合间隙在0.5mm左右，以保证压气机叶轮(1)的叶片在压缩气体的过程中正常旋转。当用户经常非正常启动发动机或者发动机供油系统等出现故障时，增压器内部轴承系统会出现磨损，磨损积累后导致压气机叶轮与压气机壳发生擦壳，产生火花。因此，需要设计一种压缩可燃混合气用涡轮增压器的压气机装置，解决增压器在损坏后可能产生火花引起爆炸的故障。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种压缩可燃混合气用涡轮增压器压气机装置，能够保证压气机叶轮和压气机壳体碰撞时不产生明火，同时降低局部温度，从而满足增压器直接压缩可燃混合气体的需要。
为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种压缩可燃混合气用涡轮增压器压气机装置，包括压气机壳，压气机壳上设有压气机进气口、压气机壳流道，压气机进气口与压气机壳流道之间设有气体扩压通道，其特征是：气体扩压通道内靠近压气机进气口和压气机壳流道一侧的压气机壳壁上设有压气机壳分体扩压盘。
以下是本发明专利对上述方案的进一步改进：
所述压气机壳分体扩压盘呈喇叭状，包括径向配合部、圆弧配合部和扩压端面部，所述扩压端面部向压气机壳流道内延伸的一端设有与压气机壳壳壁相配合的轴向定位止口，所述轴向定位止口的端部设有扩压盘流道部。
扩压盘流道部上靠近压气机壳流道的一侧端面具有与压气机壳流道内的弧度一致的弧形面。
压气机壳分体扩压盘与压气机壳过盈配合或采用螺钉固定连接。
压气机壳分体扩压盘采用环氧树脂类工程塑料压铸成型制成，其耐热温度不低于120℃。
压气机壳上靠近压气机壳分体扩压盘的位置处设有环形的冷却水腔。
所述冷却水腔与压气机壳流道之间具有压壳气体流道内壁，冷却水腔与压气机进气口之间具有冷却水腔内壁。
本发明通过对压缩可燃混合气体用涡轮增压器的压气机的设计开发，有效解决了常规增压器的压气机端在磨损后产生摩擦明火问题。本发明中的压缩可燃混合气体用涡轮增压器通过改变与压气机叶轮配合的扩压盘材料成为环氧树脂类工程塑料，确保增压器在损坏磨损产生摩擦的情况下无明火产生。同时通过在压气机壳靠近扩压盘处增加冷却水腔，通过压气机壳体上的联接法兰利用发动机的水循环系统实现冷却水在压壳内的持续流通，有效降低压气机扩压盘处的温度，确保压气机叶轮与扩压盘摩擦时局部温度不会达到沼气等可燃气体的燃点，进一步增加了压缩可燃混合气体用涡轮增压器的安全系数。
综上，在目前气体发动机用涡轮增压技术逐步实现产业化的关键时刻，能够直接压缩可燃混合气体的涡轮增压器，可以广泛应用于沼气类气体发动机增压市场，具有广阔的市场推广价值，能取得良好的应用效果。
下面结合附图和实施例对本发明专利作进一步的说明：
附图说明
附图1是背景技术中涡轮增压器的压气机结构示意图；
附图2是本发明实施例中压缩可燃混合气用涡轮增压器压气机装置的结构示意图；
附图3是本发明实施例中分体扩压盘结构示意图；
附图4是本发明实施例中压气机壳冷却水腔剖面示意图。
图中：1-压气机叶轮，2-压气机进气口，3-压气机壳，4-气体扩压通道，5-压气机叶轮出口，6-涡轮转子，7-压气机壳流道，8-冷却水腔，9-压气机壳分体扩压盘，10-径向配合部，11-扩压端面部，12-圆弧配合部，13-轴向定位止口，14-扩压盘流道部，15-压气机壳出气口、16-压壳气体流道内壁，17-冷却水腔内壁。
具体实施方式
实施例，如图2所示，一种压缩可燃混合气用涡轮增压器压气机装置，包括压气机壳3，压气机壳3上设有压气机进气口2、压气机壳流道7，压气机进气口2与压气机壳流道7之间设有气体扩压通道4，气体扩压通道4内靠近压气机进气口2和压气机壳流道7一侧的压气机壳壁上设有压气机壳分体扩压盘9，压气机壳分体扩压盘9与压气机壳3过盈配合形成整体，所述的扩压盘流道部分14通压气机壳3相应结构形成了压气机壳流道7，实现压缩气体的收集。
如图3所示，所述压气机壳分体扩压盘9呈喇叭状，包括径向配合部10、圆弧配合部12和扩压端面部11，所述扩压端面部11向压气机壳流道7内延伸的一端设有与压气机壳3壳壁相配合的轴向定位止口13，所述轴向定位止口13的端部设有扩压盘流道部14，扩压盘流道部14上靠近压气机壳流道7的一侧端面具有与压气机壳流道7内的弧度一致的弧形面。所述的压气机分体扩压盘9通过径向配合部10、圆弧配合部12与压气机叶轮1形成合理的工作间隙，同时在增压器磨损后，实现对压气机叶轮的包容摩擦，确保金属间不产生摩擦，避免明火产生。
如图4所示，所述的压气机壳3中设有压壳气体流道16和内部流通冷却介质的冷却水腔8，所述冷却水腔8成环形设置在压气机壳3靠近压气机分体扩压盘9处，实现局部冷却，所述冷却水腔8与压气机壳流道7共用压壳气体流道内壁16，所述冷却水腔8与压气机进气口2共用冷却水腔内壁17以提高冷却效果，降低压气机叶轮1与压气机壳分体扩压盘9摩擦时的局部温度，所述冷却水腔8中通有冷却水，所述的压气机壳流道7中收集增压气体，通过压气机壳出气口15将增压后的混合可燃气体输送到发动机中，所述压壳气体流道外壁实现增压气体与外界常压气体的隔离。
本发明专利针对直接压缩可燃混合气体的增压器，完成了采用环氧树脂类工程塑料和局部水冷方式满足压缩可燃混合气用涡轮增压器压气机装置的研发，有效解决了增压器在磨损后容易产生摩擦明火点燃混合气体的问题，该类型压气机装置采用的环氧树脂类材料易于获得，成本低，同时冷却水可以直接采用发动机循环水，工艺容易实现，安全可靠。
现在我们已经按照国家专利法对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员会识别本文所公开的具体实施例的改进或代替。这些修改是在本发明的精神和范围内的。

Claims (4)

1.一种压缩可燃混合气用涡轮增压器压气机装置，包括压气机壳(3)，压气机壳(3)上设有压气机进气口(2)、压气机壳流道(7)，压气机进气口(2)与压气机壳流道(7)之间设有气体扩压通道(4)，气体扩压通道(4)内靠近压气机进气口(2)和压气机壳流道(7)一侧的压气机壳壁上设有压气机壳分体扩压盘(9)，所述压气机壳分体扩压盘(9)呈喇叭状，包括径向配合部(10)、圆弧配合部(12)和扩压端面部(11)，所述扩压端面部(11)向压气机壳流道(7)内延伸的一端设有与压气机壳(3)壳壁相配合的轴向定位止口(13)，所述轴向定位止口(13)的端部设有扩压盘流道部(14)，其特征是：扩压盘流道部(14)上靠近压气机壳流道(7)的一侧端面具有与压气机壳流道(7)内的弧度一致的弧形面，压气机壳分体扩压盘(9)采用环氧树脂类工程塑料压铸成型，其耐热温度不低于120℃。
2.根据权利要求1所述的压缩可燃混合气用涡轮增压器压气机装置，其特征是：压气机壳分体扩压盘(9)与压气机壳(3)过盈配合。
3.根据权利要求2所述的压缩可燃混合气用涡轮增压器压气机装置，其特征是：压气机壳(3)上靠近压气机壳分体扩压盘(9)的位置处设有环形的冷却水腔(8)。
4.根据权利要求3所述的压缩可燃混合气用涡轮增压器压气机装置，其特征是：所述冷却水腔(8)与压气机壳流道(7)之间具有压壳气体流道内壁(16)，冷却水腔(8)与压气机进气口(2)之间具有冷却水腔内壁(17)。
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