CN104847480B - 二级增压的废气涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了二级增压的废气涡轮增压器，包括高压级转子总成、高压级轴承壳、高压级喷嘴环、高压级压气机壳、高压级叶轮罩壳、高压级扩压器、高压级吸气壳体、低压级转子总成、低压级轴承壳、低压级喷嘴环、低压级压气机壳、低压级叶轮罩壳、低压级扩压器、燃气进气壳和废气出气壳。高压级轴承壳和低压级轴承壳的大端分别与废气出气壳的两端相连，燃气进气壳和高压级喷嘴环均与高压级轴承壳的小端相连。高压级压气机壳与高压级轴承壳的大端相连，高压级叶轮罩壳和高压级吸气壳体均与高压级压气机壳相连，低压级压气机壳与低压级轴承壳的大端相连。本发明实现了在一台增压器中集成二级增压，结构紧凑，压缩空气空压比可达到6.0以上。

Description

二级增压的废气涡轮增压器

技术领域

本发明涉及废气涡轮增压器。

背景技术

废气涡轮增压器主要应用于船用柴油发动机领域，多年来，废气涡轮增压器一般都采用一级透平涡轮和一级压气机叶轮的结构，如图1所示。其工作原理是：柴油发动机气缸废气从涡轮进气壳91的废气入口91a进入废气涡轮增压器，经过喷嘴环导向加速后，推动涡轮主轴92旋转。压气机叶轮93安装在涡轮主轴92的另一端，涡轮主轴旋转时带动压气机叶轮93旋转，将压气机端空气压缩，形成增压器内外的压力差，在压力差作用下新鲜空气经进气弯管空气入口94a被吸入，新鲜空气进入压气机叶轮93后，压气机叶轮93将新鲜空气压缩，该压缩空气经过扩压器扩压降速，进入压气机壳体95的涡旋空气流道，并进一步减速增压，最后从压气机壳体95的压缩空气出口96b排出，进入与之相接的柴油机集气箱及中冷器。随着技术的提高，废气涡轮增压器已经由初期的压缩空气压比1.5-2.5、压气机效率70%左右，提高到目前的压缩空气压比5.0以上、压气机效率80%以上。

由于环保要求的日益提高，国际海洋组织制定的排放标准也日趋严格，为了保证柴油机及增压器燃烧更加充分，降低排放，目前更高压缩空气压比的废气涡轮增压器已经投入应用。但是，压缩空气压比的提高，对压气机叶轮、透平涡轮的技术性能设计和材料性能提出了很高的要求，特别是要求单机级压比超过6.0，一方面技术上很难满足高压比、宽流量的要求，同时采用常规的材料也无法保证增压器的可靠性和安全性的要求，而如果采用特殊材料，这将使废气涡轮增压器的成本极大提高，并且极大地增加加工的难度，其可靠性很难保证。为了解决这一问题，有些生产商采用了两台增压器串联的方式，但是由于两台增压器串联在一起所占空间较大，导致其在柴油机上的布置很困难，所以这种方式也带有明显的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种压缩空气空压比高、结构紧凑、便于加工制造的二级增压的废气涡轮增压器。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：

二级增压的废气涡轮增压器，包括高压级转子总成、高压级轴承壳、高压级喷嘴环、高压级压气机壳、高压级叶轮罩壳、高压级扩压器、高压级吸气壳体、低压级转子总成、低压级轴承壳、低压级喷嘴环、低压级压气机壳、低压级叶轮罩壳、低压级扩压器、燃气进气壳和废气出气壳；

高压级转子总成包括高压级主轴、高压级涡轮叶片、高压级压气机叶轮以及高压级主轴轴承；高压级涡轮叶片、高压级压气机叶轮和高压级主轴轴承均安装在高压级主轴上，高压级主轴轴承设置在高压级轴承壳中；

低压级转子总成包括低压级主轴、低压级涡轮叶片、低压级压气机叶轮以及低压级主轴轴承；低压级涡轮叶片、低压级压气机叶轮和低压级主轴轴承均安装在低压级主轴上，低压级主轴轴承设置在低压级轴承壳中；

高压级轴承壳和低压级轴承壳均具有大端和小端，高压级轴承壳的大端和低压级轴承壳的大端分别与废气出气壳的两端相连，高压级轴承壳的小端和低压级轴承壳的小端均伸入废气出气壳的内孔中；废气出气壳上设有废气出口；燃气进气壳和高压级喷嘴环均与高压级轴承壳的小端相连接，燃气进气壳上设有柴油机废气进气口；低压级喷嘴环固定在废气出气壳内部的法兰上，并位于低压级涡轮叶片与高压级涡轮叶片之间；

高压级压气机壳与高压级轴承壳的大端相连，高压级叶轮罩壳和高压级吸气壳体均与高压级压气机壳相连，高压级扩压器固定在高压级叶轮罩壳上，高压级吸气壳体上具有空气入口，高压级压气机壳上设有空气出口；低压级压气机壳与低压级轴承壳的大端相连，低压级叶轮罩壳与低压级压气机壳相连，低压级扩压器固定在低压级叶轮罩壳上，低压级压气机壳上设有空气入口和空气出口。

本发明的二级增压的废气涡轮增压器，通过在一台增压器中集成二级增压的方式，一方面解决了单级增压在技术和材料性能方面很难满足要求的状况，另一方面解决了采用二台增压器在空间布置上的难题，其通过二级增压，压缩空气空压比达到6.0以上，柴油机废气得到了充分的燃烧和利用，最后排出的废气中有害物质也大大减少，降低了排放，使船舶运行更加环保。

附图说明

图1示出了现有的一种废气涡轮增压器的结构示意图。

图2示出了根据本发明一实施例的二级增压的废气涡轮增压器的剖面结构示意图。

图3示出了根据本发明一实施例的二级增压的废气涡轮增压器的外观示意图。

图4是图3的右视示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做出进一步说明。

请参考图2至图4。根据本发明一实施例的二级增压的废气涡轮增压器，包括高压级转子总成、高压级轴承壳14、高压级喷嘴环15、高压级压气机壳16、高压级叶轮罩壳17、高压级扩压器18、高压级吸气壳体19、低压级转子总成、低压级轴承壳24、低压级喷嘴环25、低压级压气机壳26、低压级叶轮罩壳27、低压级扩压器28、燃气进气壳31和废气出气壳32。

高压级转子总成包括高压级主轴10、高压级涡轮叶片11、高压级压气机叶轮12和高压级主轴轴承。高压级涡轮叶片11、高压级压气机叶轮12和高压级主轴轴承均安装在高压级主轴10上，高压级主轴轴承设置在高压级轴承壳14中。该高压级主轴轴承包括分别设置于高压级轴承壳14的大端和高压级轴承壳14的小端的高压级主轴止推轴承13a和高压级主轴定位轴承13b。

低压级转子总成包括低压级主轴20、低压级涡轮叶片21、低压级压气机叶轮22以及低压级主轴轴承。低压级涡轮叶片21、低压级压气机叶轮22和低压级主轴轴承均安装在低压级主轴20上，低压级主轴轴承设置在低压级轴承壳24中。该低压级主轴轴承包括分别设置于低压级轴承壳24的大端和低压级轴承壳24的小端的低压级主轴定位轴承23b和低压级主轴止推轴承23a。

高压级轴承壳14的大端和低压级轴承壳24的大端分别与废气出气壳32的两端相连，高压级轴承壳14的小端和低压级轴承壳24的小端均伸入废气出气壳32的内孔中，废气出气壳32上设有废气出口321。燃气进气壳31和高压级喷嘴环15均与高压级轴承壳14的小端相连接，燃气进气壳31上设有柴油机废气进气口311。低压级喷嘴环25固定在废气出气壳32内部的法兰33上，并位于低压级涡轮叶片21与高压级涡轮叶片11之间。

高压级压气机壳16与高压级轴承壳14的大端相连，高压级叶轮罩壳17和高压级吸气壳体19均与高压级压气机壳16相连，高压级扩压器18固定在高压级叶轮罩壳17上，高压级吸气壳体上19具有空气入口191，高压级压气机壳16上设有空气出口162。低压级压气机壳26与低压级轴承壳24的大端相连，低压级叶轮罩壳27与低压级压气机壳26相连，低压级扩压器28固定在低压级叶轮罩壳27上，低压级压气机壳26上设有空气入口261和空气出口262。

在图中所示的实施例中，高压级压气机壳16通过螺栓安装在高压级轴承壳14的大端端面上；低压级压气机壳26通过螺栓安装在低压级轴承壳24的大端端面上。高压级轴承壳14的大端和低压级轴承壳24的大端分别通过螺栓与废气出气壳32两端的端面相连接。燃气进气壳31和高压级喷嘴环15通过同时穿过该燃气进气壳31和高压级喷嘴环15的螺栓与高压级轴承壳14的小端相连接。高压级叶轮罩壳17和高压级吸气壳体19均通过螺栓与高压级压气机壳16连接，高压级扩压器18通过螺钉固定在高压级叶轮罩壳17上。该二级增压的废气涡轮增压器包括高压级喷嘴环罩15a和低压级喷嘴环罩25a，该高压级喷嘴环罩15a和低压级喷嘴环罩25a均包括一筒体部和位于该筒体部一端的法兰部，高压级喷嘴环罩的法兰部152的端面与低压级喷嘴环罩的法兰部252的端面相互抵靠，并通过同时穿过该高压级喷嘴环罩的法兰部和低压级喷嘴环罩的的法兰部的螺栓与废气出气壳内部的法兰33相连。低压级喷嘴环25的每一叶片的顶部设有凸台250，高压级喷嘴环罩筒体部151的内孔在靠近高压级喷嘴环罩法兰部一端的孔口内壁上分别设有与每一叶片的凸台相适配的凹槽，凸台嵌入在凹槽内，并抵靠低压级喷嘴环罩的法兰部252的端面。

低压级压气机壳26的空气入口设有滤清消音器41。滤清消音器41的壳体上开设有用于安装电磁转速传感器的低压级主轴转速测量孔41a，高压级吸气壳体19上开设有用于安装电磁转速传感器的高压级主轴转速测量孔19a，低压级主轴20在靠近低压级主轴转速测量孔的端面上设有转速测量槽20a，高压级主轴10在靠近高压级主轴转速测量孔的端面上设有转速测量槽10a。通过槽20a和20a旋转切割磁力线，电磁转速传感器可测量出低压级主轴和高压级主轴在工作中的转速。

工作时，柴油机气缸的高温高压废气经过燃气进气壳31的废气进气口311进入高压级喷嘴环15和高压级涡轮叶片11，推动高压级转子总成实现工作转动。废气在经过高压级喷嘴环15和高压级涡轮叶片11后，仍然具有较高的温度和压力，继续进入低压级喷嘴环25和低压级涡轮叶片21，推动低压级转子总成实现工作转动，低压级主轴20转动后，将低压压气机叶轮25区域的空气压缩，压气机叶轮区形成真空，从而外部大气压与该区域形成压力差，外部的新鲜空气在压力差的作用下，经过滤清消音器1吸入至低压压气机叶轮22。压缩空气经低压级扩压器28减速扩压、低压级压气机壳26整理后进入一级中冷器（图中未示出）冷却降温（一级增压后压缩空气压比达3.0-3.5），然后接入高压级吸气壳体19的空气入口191，随后进入高压级压气机叶轮12，经过进一步压缩，压缩空气压比进一步升高（经过二级增压比可以达到6.0-7.0），压缩空气在经过高压级扩压器18降速扩压、高压级压气机壳16整理后，进入柴油机储气箱和二级中冷后，供柴油机气缸使用。

Claims (8)

1.二级增压的废气涡轮增压器，其特征在于，包括高压级转子总成、高压级轴承壳、高压级喷嘴环、高压级压气机壳、高压级叶轮罩壳、高压级扩压器、高压级吸气壳体、低压级转子总成、低压级轴承壳、低压级喷嘴环、低压级压气机壳、低压级叶轮罩壳、低压级扩压器、燃气进气壳和废气出气壳；

所述的高压级转子总成包括高压级主轴、高压级涡轮叶片、高压级压气机叶轮以及高压级主轴轴承；所述的高压级涡轮叶片、高压级压气机叶轮和高压级主轴轴承均安装在所述高压级主轴上，高压级主轴轴承设置在高压级轴承壳中；

所述的低压级转子总成包括低压级主轴、低压级涡轮叶片、低压级压气机叶轮以及低压级主轴轴承；所述的低压级涡轮叶片、低压级压气机叶轮和低压级主轴轴承均安装在所述低压级主轴上，低压级主轴轴承设置在低压级轴承壳中；

高压级轴承壳和低压级轴承壳均具有大端和小端，高压级轴承壳的大端和低压级轴承壳的大端分别与所述废气出气壳的两端相连，高压级轴承壳的小端和低压级轴承壳的小端均伸入废气出气壳的内孔中；废气出气壳上设有废气出口；所述的燃气进气壳和高压级喷嘴环均与高压级轴承壳的小端相连接，燃气进气壳上设有柴油机废气进气口；所述的低压级喷嘴环固定在废气出气壳内部的法兰上，并位于所述低压级涡轮叶片与所述高压级涡轮叶片之间；

所述的高压级压气机壳与高压级轴承壳的大端相连，所述的高压级叶轮罩壳和高压级吸气壳体均与高压级压气机壳相连，高压级扩压器固定在高压级叶轮罩壳上，高压级吸气壳体上具有空气入口，高压级压气机壳上设有空气出口；所述的低压级压气机壳与低压级轴承壳的大端相连，所述的低压级叶轮罩壳和低压级压气机壳相连，低压级扩压器固定在低压级叶轮罩壳上，低压级压气机壳上设有空气入口和空气出口。

2.如权利要求1所述的二级增压的废气涡轮增压器，其特征在于，所述的高压级主轴轴承包括分别设置于高压级轴承壳大端和高压级轴承壳小端的高压级主轴止推轴承和高压级主轴定位轴承；

所述的低压级主轴轴承包括分别设置于低压级轴承壳大端和低压级轴承壳小端的低压级主轴定位轴承和低压级主轴止推轴承。

3.如权利要求1所述的二级增压的废气涡轮增压器，其特征在于，所述的高压级压气机壳通过螺栓安装在高压级轴承壳的大端端面上；所述的低压级压气机壳通过螺栓安装在低压级轴承壳的大端端面上。

4.如权利要求1所述的二级增压的废气涡轮增压器，其特征在于，高压级轴承壳的大端和低压级轴承壳的大端分别通过螺栓与废气出气壳两端的端面相连接。

5.如权利要求1所述的二级增压的废气涡轮增压器，其特征在于，所述燃气进气壳和高压级喷嘴环通过同时穿过该燃气进气壳和高压级喷嘴环的螺栓与高压级轴承壳的小端相连接；

所述的二级增压的废气涡轮增压器包括高压级喷嘴环罩和低压级喷嘴环罩，该高压级喷嘴环罩和低压级喷嘴环罩均包括一筒体部和位于该筒体部一端的法兰部，高压级喷嘴环罩的法兰部的端面与低压级喷嘴环罩的法兰部的端面相互抵靠，并通过同时穿过该高压级喷嘴环罩的法兰部和低压级喷嘴环罩的的法兰部的螺栓与废气出气壳内部的法兰相连；

所述的低压级喷嘴环的每一叶片的顶部设有凸台，高压级喷嘴环罩筒体部的内孔在靠近高压级喷嘴环罩法兰部一端的孔口内壁上分别设有与每一叶片的凸台相适配的凹槽，凸台嵌入在凹槽内，并抵靠低压级喷嘴环罩的法兰部的端面。

6.如权利要求1所述的二级增压的废气涡轮增压器，其特征在于，所述的高压级叶轮罩壳、高压级吸气壳体均通过螺栓与高压级压气机壳连接，所述高压级扩压器通过螺钉固定在高压级叶轮罩壳上。

7.如权利要求1所述的二级增压的废气涡轮增压器，其特征在于，所述的低压级压气机壳的空气入口设有滤清消音器。

8.如权利要求7所述的二级增压的废气涡轮增压器，其特征在于，所述滤清消音器的壳体上开设有用于安装电磁转速传感器的低压级主轴转速测量孔，高压级吸气壳体上开设有用于安装电磁转速传感器的高压级主轴转速测量孔，所述的低压级主轴在靠近低压级主轴转速测量孔的端面上设有转速测量槽，所述的高压级主轴在靠近高压级主轴转速测量孔的端面上设有转速测量槽。