CN104314863A - 具有降低轴向载荷功能的压气机叶轮 - Google Patents

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胡辽平
李庆斌
杨迪
曹刚
闫海东
刘振
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    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

一种具有降低轴向载荷功能的压气机叶轮，包括轮毂、五～七片长叶片和五～七片短叶片，长叶片和短叶片的数量一样，长叶片和短叶片呈交错状均匀分布在括轮毂上，长叶片气流出口顶部的外圆轮廓直径和短叶片气流出口顶部的外圆轮廓直径同为D2，轮毂的轮盘直径为D3，D3小于D2，长叶片的气流出口顶部和短叶片的气流出口顶部的侧端面与轮毂的轮盘外圆端面相交处采用圆弧过渡，以减少叶轮应力集中。本发明提供的压气机叶轮，在保持原增压器压气机性能的前提下，通过减小叶轮轮盘面积来减小作用在叶轮轮背面的载荷，降低了由叶轮轮背面指向叶轮正面方向载荷，减小了止推轴承涡端面的承载力，有效的改善了涡轮增压器的运行状况。

Description

具有降低轴向载荷功能的压气机叶轮
技术领域
本发明涉及涡轮增压器压气技术领域，特别是一种涡轮增压器压气机叶轮。
背景技术
涡轮增压技术是利用发动机排出废气的能量，通过涡轮旋转带动涡轮叶轮转动变为机械功，与涡轮叶轮同轴的压气机叶轮也以同样的速度高速运转，将新鲜空气压缩后，送入发动机气缸，提高发动机气缸的空气密度和充气量，从而提高了发动机的功率，改善了燃油的燃烧条件，使燃油充分燃烧，因而降低了燃油消耗，减少了排入大气的废气中有害物的比例，进而最终实现环保节能，提高发动机功率的作用，同时对发动机在高原工作时起到恢复功率的作用。
现有的压气机叶轮如附图1所示，包括轮毂1、复数片长叶片2和复数片短叶片3，长叶片2和短叶片3的数量一样，长叶片2和短叶片3呈交错状均匀分布在括轮毂1上，长叶片2气流出口顶部2-1的外圆轮廓直径和短叶片3气流出口顶部3-1的外圆轮廓直径同为D2，D2小于轮毂1的轮盘直径D1。随着涡轮增压器向高转速、高压比方向发展，整个涡轮增压器轴承系统经受着严峻的考验，压气机压比升高，导致了由涡轮增压器涡端指向压端的轴向载荷增加，叶轮的轴向载荷主要是指压气机进口对叶轮正面的压力P1和叶轮轮背间隙内的压力P2，压气机轮背间隙内压力P2在增压器正常运转时均高于进口压力P1，当叶轮轮背间隙内压力P2产生的轴向载荷超出止推轴承所能承受的极限时，涡轮转子系统与止推轴承直接接触发生干磨，在高转速作用下，止推轴承很快磨损失效，涡轮增压器出现烧机。在涡轮增压器行业领域，为克服轴向载荷增大主要从两个方面入手，一是通过设计新的止推轴承表面结构，增大油膜的承载力，使止推轴承所能承受的轴向载荷数值增大，这种解决方法并不能降低压气机叶轮轮背的轴向载荷，当叶轮轮背的轴向载荷过大时，涡轮转子系统与止推轴承还是会产生直接接触发生干磨；二是通过增大涡轮箱流道A/R值，达到间接降低轴向载荷的目的，但由此产生的问题是，增大涡轮箱流道后，发动机的低速性能会受到较大影响，与当前发动机侧重于低速性能相违背。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种具有降低轴向载荷功能的压气机叶轮。
本发明的技术方案是：一种具有降低轴向载荷功能的压气机叶轮，包括轮毂、五～七片长叶片和五～七片短叶片，长叶片和短叶片的数量一样，长叶片和短叶片呈交错状均匀分布在括轮毂上，长叶片气流出口顶部的外圆轮廓直径和短叶片气流出口顶部的外圆轮廓直径同为D2，轮毂的轮盘直径为D3，D3小于D2，长叶片的气流出口顶部和短叶片的气流出口顶部的侧端面与轮毂的轮盘外圆端面相交处采用圆弧过渡，以减少叶轮应力集中。
本发明与现有技术相比具有如下特点：
1、在保持原增压器压气机性能的前提下，通过减小轮盘面积来减小作用在叶轮轮背面的载荷，降低了由叶轮轮背面指向叶轮正面方向载荷，减小了止推轴承涡端面的承载力，有效的改善了涡轮增压器的运行状况。
2、改进后的叶轮，可直接在原叶轮毛坯上机加，不需要重新开模，便于生产，降低了成本。
以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。
附图说明
附图1为现有的压气机叶轮结构示意图；
附图2为附图1中的A-A剖视图；
附图3为本发明提供的压气机叶轮结构示意图；
附图4为附图3中的B-B剖视图。
具体实施方式
一种具有降低轴向载荷功能的压气机叶轮，包括轮毂1、七片长叶片2和七片短叶片3，长叶片2和短叶片3呈交错状均匀分布在括轮毂1上，长叶片2气流出口顶部2-1的外圆轮廓直径和短叶片3气流出口顶部3-1的外圆轮廓直径同为D2，轮毂1的轮盘直径为D3，D3小于D2，长叶片2的气流出口顶部2-1和短叶片3的气流出口顶部3-1的侧端面与轮毂1的轮盘外圆端面相交处采用圆弧4过渡，以减少叶轮应力集中。
由于作用于叶轮的轴向载荷主要由压气机进口叶轮正面压力P1、叶轮轮背间隙内的压力P2及气体与叶轮的接触面积决定，而压气机叶轮轮背间隙内压力P2在增压器正常运转时均高于进口压力P1，当叶轮轮背面积减小后，作用在叶轮轮背表面载荷下降幅度将大于作用在叶轮正表面载荷下降的幅度，由此导致由叶轮轮背指向叶轮正面方向载荷降低，减小了止推轴承承受的载荷力，有效的改善了涡轮增压器的运行状况。

Claims (1)

1.一种具有降低轴向载荷功能的压气机叶轮，包括轮毂、五～七片长叶片和五～七片短叶片，长叶片和短叶片的数量一样，长叶片和短叶片呈交错状均匀分布在括轮毂上，长叶片气流出口顶部的外圆轮廓直径和短叶片气流出口顶部的外圆轮廓直径同为D2，其特征是：轮毂的轮盘直径为D3，D3小于D2，长叶片的气流出口顶部和短叶片的气流出口顶部的侧端面与轮毂的轮盘外圆端面相交处采用圆弧过渡，以减少叶轮应力集中。
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