CN105065109A - 一种宽流量范围涡轮增压器 - Google Patents

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flow
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徐思友
张俊跃
佟鼎
张继忠
辛鸿
赵力明
宋志伟
郝晓静
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China North Engine Research Institute Tianjin
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Abstract

本发明提供了一种宽流量范围涡轮增压器，包括涡轮转轴、压气机蜗壳、中间体、叶轮和涡轮箱，所述涡轮转轴依次贯穿压气机蜗壳、中间体和涡轮箱内部；所述叶轮为一体结构的镜像双面叶轮，其套设在涡轮转轴上；所述压气机蜗壳包括前级压气机蜗壳和后级压气机蜗壳，所述前级压气机蜗壳、后级压气机蜗壳上分别设有前级进气通道和后级进气通道，构成双进气结构；所述双进气结构的双向进气在叶轮的轮缘所在的前级压气机蜗壳的扩压腔体形成共享扩压器结构。本发明的优点如下：采用双进气结构和一体结构的镜像双面叶轮，在性能上大大提高了流量范围，提高了压气机的性能，并实现了两级进气共享扩压器。

Description

一种宽流量范围涡轮增压器
技术领域
本发明属于废气涡轮增压技术领域，尤其是涉及一种宽流量范围涡轮增压器。
背景技术
柴油机在高原地区运行时表现出动力性不足、经济性下降、可靠性降低等问题，主要因为高原大气条件与平原相比有显著差别增压进气不足造成。随着海拔的升高，大气压力下降，空气密度降低。海拔每升高1000m，大气压力约下降约9％，大气平均温度下降约6.5℃。当海拔高度从海平面上升到4000米时，气压从100kPa下降到61kPa，下降了40％，空气密度从1.2kg/m3下降到0.8kg/m3，下降了33％。对于涡轮增压或增压中冷发动机，在高原运行时虽然具有一定的自动补偿发动机功率下降的能力，但由于涡轮增压器压气机流量范围的限制，这种补偿效果有限。
为了彻底解决陆军装备动力的高原适应性，迫切需要探索一种宽流量范围的增压技术新途径。此外随着转速的提高，压比不断提高，势必提高叶轮进口相对马赫数，使得离心压气机内部流动为跨声速流动。复杂的跨声速激波、激波与边界层相互作用、旋涡分离流动等现象，导致离心压气机稳定性急剧下降，增压器可用的流量范围变窄，使得柴油机与增压器的最佳匹配越来越困难，也迫切需要探索一种宽广流量范围新的增压技术。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种宽流量范围涡轮增压器，以保证发动机耗气特性始终穿过涡轮增压器高效区，实现增压器与发动机面工况的最佳匹配。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种宽流量范围涡轮增压器，包括涡轮转轴、压气机蜗壳、中间体、叶轮和涡轮箱，所述涡轮转轴依次贯穿压气机蜗壳、中间体和涡轮箱内部；所述叶轮为一体结构的镜像双面叶轮，其套设在涡轮转轴上；所述压气机蜗壳包括前级压气机蜗壳和后级压气机蜗壳，所述前级压气机蜗壳、后级压气机蜗壳上分别设有前级进气通道和后级进气通道，构成双进气结构，避免了共用进气下压气机内部气体传热对压气机性能的影响；所述双进气结构的双向进气在叶轮的轮缘所在的前级压气机蜗壳的扩压腔体形成共享扩压器结构，大大提高了压气机的性能。
进一步的，所述前级压气机蜗壳和后级压气机蜗壳上分别设有前级进气旁通结构和后级进气旁通结构。
相对于现有技术，本发明的优点如下：
采用双进气结构和一体结构的镜像双面叶轮，在性能上相对常规的增压器可将流量范围提高25％～30％以上，提高了压气机的性能，并实现了两级进气共享扩压器；
在功能上采用一台增压器实现顺序增压工作原理，当柴油机在低速低负荷工况运转时，增压压力和空气流量迅速降低，这时，该增压器中一个压气机处于工作状态，另一个压气机处于寄存状态；随着发动机转速和负荷的增长，双面叶轮同时投入工作，这就保证了发动机耗气特性线始终穿过涡轮增压器高效区，实现增压器与发动机的工况最佳匹配。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述宽流量范围涡轮增压器的结构示意图；
图2为本发明实施例所述叶轮的结构示意图。
附图标记说明：
1-涡轮转轴，2-后级压气机蜗壳，3-中间体，4-叶轮，5-涡轮箱，6-前级压气机蜗壳，7-共享扩压器结构，6a-前级进气通道，2a-后级进气通道，6b-前级进气旁通结构、2b-后级进气旁通结构。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种宽流量范围涡轮增压器，如图1所示，包括涡轮转轴1、压气机蜗壳、中间体3、叶轮4和涡轮箱5，所述涡轮转轴1依次贯穿压气机蜗壳、中间体3和涡轮箱5内部；如图2所示，所述叶轮4为一体结构的镜像双面叶轮，其套设在涡轮转轴1上；所述压气机蜗壳包括前级压气机蜗壳6和后级压气机蜗壳2，所述前级压气机蜗壳6、后级压气机蜗壳2上分别设有前级进气通道6a和后级进气通道2a，构成双进气结构，避免了共用进气下压气机内部气体传热对压气机性能的影响；所述双进气结构的双向进气在叶轮4的轮缘所在的前级压气机蜗壳6的扩压腔体形成共享扩压器结构7，大大提高了压气机的性能。
本发明所述前级压气机蜗壳6和后级压气机蜗壳2上分别设有前级进气旁通结构6b和后级进气旁通结构2b，组成双回流压气机盘通结构，来抑制压气机失速。
所述叶轮4包括叶轮轮毂和均匀设置在叶轮轮毂两侧面上的叶轮叶片，所述叶轮叶片的外边上设有弧形，且弧形靠近叶轮轮毂轴心的一端设有一定的弯折角度，如图2所示。
本发明涡轮增压器的工作方式为，来自于自然环境的大气分别从前级压气机蜗壳6和后级压气机蜗壳2的前、后级进气壳体入口进入叶轮4的镜像双面结构与前级压气机蜗壳6和后级压气机蜗壳2所形成的前级进气通道6a和后级进气通道2a后被压缩，之后从出口流入共享扩压器结构7内被扩压，最后由集器壳体收集并从集气壳体出口流入到发动机的缸体内。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种宽流量范围涡轮增压器，其特征在于：包括涡轮转轴(1)、压气机蜗壳、中间体(3)、叶轮(4)和涡轮箱(5)，所述涡轮转轴(1)依次贯穿压气机蜗壳、中间体(3)和涡轮箱(5)内部；所述叶轮(4)为一体结构的镜像双面叶轮，其套设在涡轮转轴(1)上；所述压气机蜗壳包括前级压气机蜗壳(6)和后级压气机蜗壳(2)，所述前级压气机蜗壳(6)、后级压气机蜗壳(2)上分别设有前级进气通道(6a)和后级进气通道(2a)，构成双进气结构；所述双进气结构的双向进气在叶轮(4)的轮缘所在的前级压气机蜗壳(6)的扩压腔体形成共享扩压器结构(7)。
2.根据权利要求1所述的宽流量范围的涡轮增压器，其特征在于：所述前级压气机蜗壳(6)和后级压气机蜗壳(2)上分别设有前级进气旁通结构(6b)和后级进气旁通结构(2b)。
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