CN110735673A - 一种双通道涡壳 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双通道涡壳，包括涡壳壳体，所述涡壳壳体上设有涡壳进气口、涡壳出气口以及连通所述涡壳进气口和所述涡壳出气口的涡壳流道，所述涡壳壳体内还设有用于将所述涡壳流道分为第一涡壳流道和第二涡壳流道的隔板，在所述涡壳流道内，所述隔板的厚度由所述涡壳进气口一端沿气体流动的方向逐渐减小。该双通道涡壳提高了涡壳流道截面积与截面形心与涡壳中心半径之比，提高了涡壳的流量，可以使得涡壳小型化。

Description

一种双通道涡壳
技术领域
本发明涉及双通道涡壳领域。
背景技术
废气涡轮增压器已经是现代发动机不可缺少的组成部分，从小型乘用车的汽油发动机，到大型船舶的柴油发动机，都可见废气涡轮增压器的身影。废气涡轮增压器的出现，使发动机的功率得到显著的提升。废气涡轮增压器分为两部分，涡轮端和压气机端。从发动机排出的高温高压的废气，推动涡轮端的涡轮叶轮旋转做功，转动的涡轮叶轮带动同轴的压气机叶轮旋转，吸入新鲜空气并进行压缩，从而达到较高的压力。压气机排出的高压气体经过冷却降温后进入发动机气缸参与燃烧。因此，废气涡轮增压器利用废气的能量，提高了进入发动机的空气密度。而在发动机工作过程中，为了保证燃烧充分，每个循环发动机喷入的燃油量是和进入气缸的空气量成一定比例的。废气涡轮增压器使进气量增加，从而可以燃烧更多的燃油，并发出更大的功率，使发动机功率密度大大提高，显著降低了发动机尺寸。
废气涡轮增压器一般分为两种类型：定压增压和脉冲增压。如果发动机各个气缸的排气先汇集到一个总管，再连接到废气涡轮增压器，叫做定压增压；如果发动机排气管分成两组，分别汇集到两个支管，再连接到废气涡轮增压器，即涡轮端有两个入口，叫做脉冲增压。两种增压方式各有利弊，一般定压增压结构简单，工作稳定，但是只能利用废气中的定压能，不能利用废气中的脉冲能；而脉冲增压可以充分利用废气中的脉冲能和定压能，且在发动机低负荷时响应更快，但工作过程存在脉动，且结构相对复杂。
在当今节能减排形势日益严峻的情况下，废气涡轮增压器的作用更加重要。发动机小型化即通过减小发动机排量或减少气缸数量，在提高燃油效率的同时减少尾气和温室气体排放。全球排放法规和不断提高的燃油经济性标准同时推动着传统发动机向着小型化的路线发展。但在发动机小型化的同时，不能降低发动机的动力，因此更高效的废气涡轮增压器成为发动机小型化道路上的一个重要研究方向。正因为如此，能量利用率更高，瞬态响应更快的脉冲涡轮增压方式越来越受到汽车发动机制造商的青睐。
脉冲废气涡轮增压器的涡轮端采用双进口结构，发动机各缸排气管分成两组，分别连接到涡轮端的两个入口，涡轮端的涡壳被分成两个通道，因此称这种涡壳结构为双通道涡壳。双通道涡壳的两个流道被中间隔板分开，在发动机工作过程中，涡壳的中间隔板受到高温高压气流的激振力作用，如果强度不够，有断裂的危险，进而破坏涡轮叶轮，使废气涡轮增压器失效。目前发动机排期温度可高达1000℃以上，压力几倍于大气压。因此，为了确保涡壳中间隔板的强度，在使用更好的金属材料的同时，还要保证一定的厚度，从而经受不断变化的高温高压气流的冲击。
但是在发动机小型化的趋势下，要求发动机体积和重量尽可能的小，因此制造商总是希望涡轮增压器结构更加紧凑，即尺寸越小越好，但是为了满足废气涡轮增压器的废气流量要求，还要保证涡壳流道的面积足够大，如何既要保证废气流量又减小涡壳体积是亟待解决的问题。
发明内容
本发明提出了一种双通道涡壳，解决了现有涡壳无法同时缩小涡壳体积并保证涡壳流量的问题。
本发明采用的技术手段如下：
一种双通道涡壳，包括涡壳壳体，所述涡壳壳体上设有涡壳进气口、涡壳出气口以及连通所述涡壳进气口和所述涡壳出气口的涡壳流道，所述涡壳壳体内还设有用于将所述涡壳流道分为第一涡壳流道和第二涡壳流道的隔板，在所述涡壳流道内，所述隔板的厚度由所述涡壳进气口一端沿气体流动的方向逐渐减小。
进一步地，所述隔板的厚度由所述涡壳进气口一端向所述涡壳出气口以如下规律减小，
d1＝L1/L0×d0 (1)
式中：d1为在所述涡壳流道内，由涡壳进气口一端沿气体流动的方向的任意位置处隔板的厚度；
L1为该处隔板的径向长度；
d0为涡壳进气口处隔板的厚度；
L0为蜗壳进气口处隔板的长度。
进一步地，所述隔板包括长方形部、梯形部以及圆弧部，所述长方形部的一端与所述涡壳流道的内壁连接，另一端与所述梯形部的底端连接，所述梯形部的顶端设有所述圆弧部。
与现有技术比较，本发明所述的双通道涡壳具有以下优点，隔板从涡壳进气口一端向涡壳出气口一端逐渐减小，使得既可以减小涡壳的体积，同时又可以提高涡壳的流量，保证了结构的紧凑。
附图说明
图1为本发明公开的双通道涡壳的结构图(剖视图)；
图2为本发明公开的双通道涡壳的轴视图；
图3为双通道涡壳中气体流动的示意图；
图4为本发明的双通道涡壳与现有的双通道涡壳的流道截面积与截面形心和涡壳中心半径的比值(A/R)分析图；
图5为本发明的双通道涡壳的隔板的结构图。
图中：1、涡壳壳体，2、涡舌，3、涡轮，4、第一涡壳流道，5、第二涡壳流道，7、涡壳出气口，11、涡壳进气口。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示为本发明公开的一种双通道涡壳，包括涡壳壳体1，所述涡壳壳体1上设有涡壳进气口11、涡壳出气口7以及连通所述涡壳进气口11和所述涡壳出气口7的涡壳流道，涡壳出气口7处设有涡轮3，所述涡壳壳体1内还设有用于将所述涡壳流道分为第一涡壳流道4和第二涡壳流道5的隔板6，在所述涡壳流道内，所述隔板6的厚度(图1中d的尺寸)由所述涡壳进气口11一端沿气体流动的方向逐渐减小。
具体地，如图1和图3所示，隔板6从涡壳进气口11一端沿气体流动的方向(图3中箭头D所指的方向)设置在涡壳流道内，即由涡壳进气口一端延伸至涡舌2的上方，然后，由涡舌上端开始旋转360°后截止于涡舌下方，并且，隔板6的厚度由所述涡壳进气口11一端沿气体流动的方向逐渐减小，图1中B处和C处为通过涡壳壳体中心剖切后隔板的示意图，B处靠近涡壳进气口一端，C处远离涡壳进气口一端，即气体在涡壳流道内由B处向C处流动，从图中可以看出，B处的隔板厚度d大于C处的隔板厚度d。
如图4所示为本发明公开的涡壳壳体与现有的涡壳壳体参数对比分析图，A为涡壳任意位置处的截面积，R为截面形心到转子轴心的距离，从图中可以看出，本发明公开的双通道涡壳与现有的涡壳壳体相比，提高了涡壳流道的A/R值，即增大了涡轮流量。
表1是本发明的一个对比实施例，现有的涡壳壳体的隔板厚度d为5.6mm，并在整个涡壳流道内厚度保持不变，本发明的涡壳壳体的隔板在进气口端厚度d为5.6mm，并在涡壳流道内沿气体流动方向，隔板厚度d从5.6mm逐渐减小到涡壳末端(涡舌下侧)的厚度4mm，厚度变化规律为周向线性变化。通过CFD仿真分析了三种工况下流量的变化，第一种工况为在现有的涡壳壳体和本发明公开的涡壳壳体的第一涡壳流道的进气口端压力为3.3bar,第二涡壳流道的进气口端压力为2.2bar,涡壳出气口端压力为1.1bar；第二种工况为在现有的涡壳壳体和本发明公开的涡壳壳体的第一涡壳流道的进气口端压力为2.2bar,第二涡壳流道的进气口端压力为3.3bar,涡壳出气口端压力为1.1bar；第三种工况为在现有的涡壳壳体和本发明公开的涡壳壳体的第一涡壳流道和第二涡壳流道的进气口端压力均为2.3bar,涡壳出气口端压力为1.1bar。通过分析可知，工况1中，本发明公开的涡壳相对于现有涡壳的流量提升约0.91％，工况2中，本发明公开的涡壳相对于现有涡壳的流量提升约0.83％，工况3中，本发明公开的涡壳相对于现有涡壳的流量提升约0.95％，从对比结果可见，将模型隔板厚度逐渐减薄1.6mm后，流量增加将近1％。相应的，涡轮流量增大具有以下有益效果，使得相同体积的废气涡轮增压器可以匹配更大的发动机，二是可以降低废气涡轮增压器结构尺寸，为发动机小型化做贡献。
表1变厚度中间隔板设计对流量影响CFD验证
进一步地，如图2和图5所示，所述隔板的厚度由所述涡壳进气口一端向所述涡壳出气口以如下规律减小，
d1＝L1/L0×d0 (1)
式中：d1为在所述涡壳流道内，由涡壳进气口一端沿气体流动的方向的任意位置处隔板的厚度；
L1为该处隔板的径向长度；
d0为涡壳进气口处隔板的厚度；
L0为蜗壳进气口处隔板的长度。
进一步地，如图5所示，所述隔板6包括长方形部60、梯形部61以及圆弧部62，所述长方形部60的一端与所述涡壳流道的内壁连接，另一端与所述梯形部的底端连接，所述梯形部的顶端设有所述圆弧部，也就是，过涡壳壳体中心的，隔板径向剖面形状包括依次连接的长方形、梯形和圆弧形，该结构可以使得隔板的与涡壳流道内壁连接的部分(根部)厚度较大，具有较高的强度，远离涡壳流道内壁的一端(顶部)厚度逐渐减小，进一步增加了涡壳流道的截面积，提高了涡壳的流量。本发明公开的双通道涡壳适用于对称双通道涡壳和非对称双通道涡壳，隔板与涡壳壳体一体铸造而成。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种双通道涡壳，包括涡壳壳体，所述涡壳壳体上设有涡壳进气口、涡壳出气口以及连通所述涡壳进气口和所述涡壳出气口的涡壳流道，所述涡壳壳体内还设有用于将所述涡壳流道分为第一涡壳流道和第二涡壳流道的隔板，其特征在于：在所述涡壳流道内，所述隔板的厚度由所述涡壳进气口一端沿气体流动的方向逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的双通道涡壳，其特征在于：所述隔板的厚度由所述涡壳进气口一端向所述涡壳出气口以如下规律减小，
d1＝L1/L0×d0 (1)
式中：d1为在所述涡壳流道内，由涡壳进气口一端沿气体流动的方向的任意位置处隔板的厚度；
L1为该处隔板的径向长度；
d0为涡壳进气口处隔板的厚度；
L0为蜗壳进气口处隔板的长度。
3.根据权利要求1或2所述的双通道涡壳，其特征在于：所述隔板包括长方形部、梯形部以及圆弧部，所述长方形部的一端与所述涡壳流道的内壁连接，另一端与所述梯形部的底端连接，所述梯形部的顶端设有所述圆弧部。
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