CN107882773A - 一种带有导气管的离心压气机及其使用的涡轮增压器 - Google Patents

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诸葛伟林
张扬军
张睿栋
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Abstract

本发明涉及一种带有导气管的离心压气机及其使用的涡轮增压器，上述压气机包括蜗壳和叶轮，蜗壳内设有进气通道、叶轮安装腔和出气通道，进气通道和出气通道分别对应设有进气口和出气口，叶轮安装腔分别与进气通道和出气通道连通，叶轮绕着旋转轴可旋转地设于叶轮安装腔内，叶轮上设有多个叶片，进气通道的内腔为等径通孔，进气通道内同轴设有筒形的导气管，导气管内设有可绕导气管的内轴线旋转的圆板形蝶板。本发明提供的离心压气机中，通过在进气通道中设置导气管，并相应于导气管内设置圆板形蝶板，以改善离心压气机在近喘振点时叶片叶尖处的进气轴向速度，从而使气流更加贴合叶片，使喘振线向小流量方向移动。

Description

一种带有导气管的离心压气机及其使用的涡轮增压器
技术领域
本发明涉及离心压气机技术领域，尤其涉及一种带有导气管的离心压气机及其使用的涡轮增压器。
背景技术
叶轮式压气机可以分为轴流式和离心式两种基本类型。轴流式压气机的结构及流动特征决定了其适于用在多级压缩系统。离心式压气机相对于多级轴流式压气机结构简单，体积小、重量轻，并且能在较宽的运行范围内保持较高的效率，在车、船、部分工业和航空等领域都有广泛运用。
内燃机节能与CO2减排、高原高空功率恢复等要求，推动内燃机增压比不断提高，高增压技术成为先进内燃机发展的核心关键技术之一。增压比提高将导致离心压气机稳定工作范围急剧降低，高增压离心压气机的气动稳定性与扩稳成为高增压技术研究的核心和难点。
离心压气机的气动稳定性问题主要为失速喘振，一般由叶轮或扩压器的失速引起。研究表明，现有车用无叶扩压器离心压气机工作在较小流量，喘振一般最先发生在叶片前缘叶尖处。轴流式压气机中有进口导叶(IGV)技术可以有效改进喘振，但是结构复杂，成本高昂，在车用离心压气机中难以推广应用。
发明内容
针对现有的离心压气机存在的上述问题，现提供一种带有导气管的离心压气机及其使用的涡轮增压器，旨在提高离心压气机的稳定工作范围。
具体技术方案如下：
本发明的第一个方面是提供一种带有导气管的离心压气机，包括蜗壳和叶轮，蜗壳内设有进气通道、叶轮安装腔和出气通道，进气通道和出气通道分别对应设有进气口和出气口，叶轮安装腔分别与进气通道和出气通道连通，叶轮绕着旋转轴可旋转地设于叶轮安装腔内，叶轮上设有多个叶片，具有这样的特征，进气通道的内腔为等径通孔，进气通道内同轴设有筒形的导气管，导气管内设有可绕导气管的径向轴线旋转的圆板形蝶板；
导气管的直径为D1，进气通道的直径为D2，0.7<D2/D1<0.9；
导气管前端距离进气口的距离为L1，进气口与叶轮前缘的距离为L2，2<(L2-L1)/D1<4；
蝶板与导气管后端的距离为L3，0.5<L3/D1<4；
导气管后端与叶片前缘的距离为L4，0.05<L4/D1<0.2。
上述的离心压气机，还具有这样的特征，蝶板的直径与进气通道的内径相等。
上述的离心压气机，还具有这样的特征，进气通道内设有心轴，蝶板设置于心轴上，心轴的两端分别穿过导气管并与位于进气通道内壁上的对应轴承的轴承内圈连接。
上述的离心压气机，还具有这样的特征，心轴的一端穿透蜗壳并与驱动电机的输出轴传动连接，驱动电机与控制器电连接。
本发明中直径、距离等均以米为单位。
本发明的第二个方面是提供一种应用上述离心压气机的涡轮增压器。
上述方案的有益效果是：
本发明提供的离心压气机中，通过在进气通道中设置导气管，并相应于导气管内设置圆板形蝶板，以改善离心压气机在近喘振点时叶片叶尖处的进气轴向速度，从而使气流更加贴合叶片，使喘振线向小流量方向移动；当气体流量靠近阻塞点流量时蝶板完全打开，畸变消失，以确保离心压气机处于阻塞点时性能基本不变，以提高离心压气机的稳定工作范围。
附图说明
图1为本发明的实施例中提供的离心压气机的结构示意图。
图2为本发明的实施例中去除蜗壳的离心压气机的结构示意图。
图3为本发明的实施例中提供的离心压气机与原型机的性能对比示意图。
附图中：1、蜗壳；11、进气通道；111、进气口；12、叶轮安装腔；13、出气通道；2、叶轮；21、叶片；3、导气管；4、蝶板；5、心轴；6、轴承；7、旋转轴。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
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。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
图1为本发明的实施例中提供的离心压气机的结构示意图，图2为本发明的实施例中去除蜗壳的离心压气机的结构示意图。如图1和图2所示，本发明的实施例中提供的离心压气机，包括：蜗壳1和叶轮2，蜗壳1内设有进气通道11、叶轮安装腔12和出气通道13，进气通道11和出气通道13分别对应设有进气口111和出气口，叶轮安装腔12分别与进气通道11和出气通道13连通，叶轮2绕着旋转轴7可旋转地设于叶轮安装腔12内，叶轮2上设有多个叶片21，进气通道11的内腔为等径通孔，进气通道11内同轴设有筒形的导气管3，导气管3内设有可绕导气管3的径向轴线旋转的圆板形蝶板4，且蝶板4的直径与进气通道11的内径相等，具体的，本实施例中进气通道11内设有心轴5，蝶板4设置于心轴5上，心轴5的两端分别穿过导气管3并与位于进气通道11内壁上的对应轴承6的轴承内圈连接，并且，心轴5的一端穿透蜗壳1并与驱动电机的输出轴传动连接，驱动电机与控制器电连接，以依次通过控制器、驱动电机改变蝶板4的开度，使之可绕心轴5在0-90度之间旋转。
本实施例中提供的离心压气机是在某型车用增压离心压气机的基础上添加导气管3完成，故须在上述离心压气机的基础上改造进气口与叶轮前缘的距离，使之符合本实施例中对L2的要求。
本发明中，流体例如空气可从进气口111沿着进风方向进入到进气通道11，然后在叶轮2的导流下，经过叶轮安装空间12后进入扩压器，然后从扩压器流入出气通道13，最终从出气口流出蜗壳1。
可以理解的是，蜗壳1和叶轮2都已经成为现有技术，且为本领域的技术人员所熟知，因此这里对于蜗壳1和叶轮2的具体结构不做详细说明。
整体而言，本发明是基于对离心压气机流动的深入研究，通过参照蝶形阀的原理在进气通道11内设置导气管3，并于导气管3内设置可绕导气管3的径向轴线旋转的圆板形蝶板4。本实施例中在小流量时蝶板4完全关闭，在进气口111处，由于蝶板4的关闭，使得进气面积降低，进气速度增大，从而使叶尖211处气体的轴向相对速度增加、气流攻角减小，从而使气流更加贴合叶片21，并使喘振线向小流量方向移动，减少了喘振发生的可能性；本实施例中当离心压气机内气体流量接近堵塞点流量时，蝶板4处于全开度状态，避免了大流量时的畸变，消除了畸变对压气机性能不好的影响，进而在不改变压气机的性能条件下，提高了压气机稳定工作范围，具体的，本发明中添加导气管3后的离心压气机与原型机的性能对比如图3所示。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种带有导气管的离心压气机，包括蜗壳(1)和叶轮(2)，所述蜗壳(1)内设有进气通道(11)、叶轮安装腔(12)和出气通道(13)，所述进气通道(11)和所述出气通道(13)分别对应设有进气口(111)和出气口，所述叶轮安装腔(12)分别与所述进气通道(11)和所述出气通道(13)连通，所述叶轮(2)绕着旋转轴(7)可旋转地设于所述叶轮安装腔(12)内，所述叶轮(2)上设有多个叶片(21)，其特征在于，所述进气通道(11)为等径通孔，所述进气通道(11)内同轴设有筒形导气管(3)，所述导气管(3)内设有可绕所述导气管(3)的径向轴线旋转的圆板形蝶板(4)；
所述导气管(3)的直径为D1，所述进气通道(11)的直径为D2，0.7<D2/D1<0.9；
所述导气管(3)前端距离所述进气口(111)的距离为L1，所述进气口(111)与所述叶轮(2)前缘的距离为L2，2<(L2-L1)/D1<4；
所述蝶板(4)与所述导气管(3)后端的距离为L3，0.5<L3/D1<4；
所述导气管(3)后端与所述叶片(21)前缘的距离为L4，0.05<L4/D1<0.2。
2.根据权利要求1所述的离心压气机，其特征在于，所述蝶板(4)的直径与所述进气通道(11)的内径相等。
3.根据权利要求1或2所述的离心压气机，其特征在于，所述进气通道(11)内设有心轴(5)，所述蝶板(4)设置于所述心轴(5)上，所述心轴(5)的两端分别穿过所述导气管(3)并与位于所述进气通道(11)内壁上的对应轴承(6)的轴承内圈连接。
4.根据权利要求3所述的离心压气机，其特征在于，所述心轴(5)的一端穿透所述蜗壳(1)并与驱动电机的输出轴传动连接，所述驱动电机与控制器电连接。
5.一种涡轮增压器，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的离心压气机。
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