CN112096512A - 一种流线隧道式涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种流线隧道式涡轮增压器，属于涡轮增压器领域；包括：流线隧道式涡轮、流线隧道式压气机轮、涡轮壳、压气机壳、中间壳以及转轴；所述流线隧道式涡轮与所述流线隧道式压气机轮分别安装于所述转轴的两端，并形成增压器转子；所述流线隧道式压气机轮后侧设置有油止推转轴承组件。其强度更大，不易损坏；更高的结构强度还拓宽了材料选用范围，有利于降低成本、控制重量；若使用结构完全相同的涡轮和压气机轮，尤其使用陶瓷复合材料时，可以大幅减少设计及制造成本；本发明充分利用闭式旋转机械特点，使涡轮和压气机轮外廓面作为径向支承轴承的工作面，转子具有高临界转速，产生共振的可能性大大降低。

Description

一种流线隧道式涡轮增压器
技术领域
本发明涉及涡轮增压器领域，特别涉及一种流线隧道式涡轮增压器。
背景技术
与发动机匹配的涡轮增压器可利用废气驱动涡轮并带动同轴的压气机为进气增压，提高发动机进气密度，优化车辆动力性与经济性，同时降低有害气体排放。
传统开式、半开式叶片结构叶轮存在叶顶间隙，而且叶片的数量与厚度尺寸受材料科技水平的限制已经没有优化空间，这就限制了涡轮和压气机气动性能的进一步提高。同时，叶尖间隙泄漏流既影响压气机和涡轮气动性能，还影响转子动力学特性与可靠性；较薄的叶片结构强度差，与提高转速相矛盾。
采用新型流线隧道式涡轮和压气机轮是解决上述问题的一种有效途径，作为一种闭式旋转机械，其强度更高，泄漏损失更小，且具有流线设计优化空间大、泄漏损失小、适应更高转速、应用材料范围宽广等优点，从而可以提高动力机械的功率密度和效率、减小尺寸、降低重量。更高的结构强度还有利于拓宽材料选用范围，例如涡轮的耐高温、高强度、轻量化等需求尤其适应于陶瓷材料的应用，而采用高强度工程塑料的压气机轮可降低重量与成本。随着科学技术的进步，增材制造技术已经成熟，应用三维打印、注射成形等先进制造技术，可以大批量生产这种新型流线隧道式动力机械。
目前，对流线隧道式涡轮增压器的研究很少、且不深入，工程实践中尚无应用实例。
发明内容
本发明旨在提出一种流线隧道式涡轮增压器，采用流线隧道式涡轮和压气机轮，可达到提高转速、提高可靠性、降低泄漏损失、减小增压器尺寸等有益效果，如采用陶瓷等材料则可以大幅度降低重量。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的一种流线隧道式涡轮增压器，包括：
流线隧道式涡轮、流线隧道式压气机轮、涡轮壳、压气机壳、中间壳以及转轴；
所述流线隧道式涡轮与所述流线隧道式压气机轮分别安装于所述转轴的两端，并形成增压器转子；
所述流线隧道式压气机轮后侧设置有油止推转轴承组件。
优选地，所述流线隧道式涡轮与所述流线隧道式压气机轮为闭式旋转机械结构；
所述流线隧道式涡轮与所述流线隧道式压气机轮内具有多个流线隧道，各所述流线隧道中心线为三维曲线，所述流线隧道的各处法向截面为圆或椭圆。
优选地，当所述流线隧道的各处法向截面为椭圆时，该椭圆截面的长转轴在xy平面的投影与该椭圆截面的中心点的半径线垂直，椭圆截面长短转轴之比保持不变，根据旋转机械流通特性和速度条件得出流线隧道进出口面积，截面面积沿流道中心线均匀变化，形成完整流线隧道。
优选地，所述流线隧道为多组，各组之间流道进出口可分布在不同的半径上，多个流道周向均布且关于所述增压器转子转轴线中心对称。
优选地，所述转轴的两端通过一对球转轴承支承；
所述球转轴承为滚动转轴承或滑动转轴承。
优选地，所述流线隧道式涡轮与所述流线隧道式压气机轮外廓面为圆锥面与圆柱面的组合结构。
优选地，所述流线隧道式压气机轮的材料为陶瓷、金属、塑料、树脂或复合材料中的任一一种；
所述流线隧道式涡轮的材料为陶瓷、金属或复合材料中的任一一种。
本发明的优点是：
本发明提供的一种流线隧道式涡轮增压器，涡轮和压气机轮在结构上均采用流线隧道式，相比于叶片式结构，其强度更大，不易损坏；更高的结构强度还拓宽了材料选用范围，有利于降低成本、控制重量。
若使用结构完全相同的涡轮和压气机轮，尤其使用陶瓷复合材料时，可以大幅减少设计及制造成本；本发明充分利用闭式旋转机械特点，使涡轮和压气机轮外廓面作为径向支承轴承的工作面，转子具有高临界转速，产生共振的可能性大大降低。
附图说明
图1为采用传统含油止推轴承组件的单组流道流线隧道式涡轮增压器结构示意图。
图2为完整流线隧道及流线隧道法向截面示意图。
图3为某三组流线隧道轮示意图。
图中：1、流线隧道式涡轮；2、流线隧道式压气机轮；3、涡轮壳；4、压气机壳；5、中间壳；6、转轴；7、球轴承；8、流线隧道；9、含油止推轴承组件；10、实际流道中心线；11、流道法向截面。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。本发明提供的一种流线隧道式涡轮增压器，包括：流线隧道式涡轮1、流线隧道式压气机轮2、涡轮壳3、压气机壳4、中间壳5以及转轴6；流线隧道式涡轮1与流线隧道式压气机轮2分别安装于转轴6的两端，并形成增压器转子；流线隧道式压气机轮2后侧设置有油止推转轴承组件9。
进一步地，流线隧道式涡轮1与流线隧道式压气机轮2为闭式旋转机械结构；且二者结构可以完全相同；流线隧道式涡轮1与流线隧道式压气机轮2内具有多个流线隧道8，通常由多达几十个流线隧道8组成；各流线隧道8中心线为三维曲线，流线隧道8的各处法向截面为圆或椭圆。
进一步地，当流线隧道8的各处法向截面11为椭圆时，该椭圆截面的长转轴在xy平面(转子转轴线为z转轴)的投影与该椭圆截面的中心点的半径线垂直，椭圆截面长短转轴之比保持不变，根据旋转机械流通特性和速度条件得出流线隧道进出口面积，截面面积沿流道中心线10均匀变化，由此构成完整流线隧道8。
进一步地，流线隧道8为多组，各组之间流道进出口可分布在不同的半径上，多个流道周向均布且关于增压器转子转轴线中心对称。
进一步地，转轴6的两端通过一对球转轴承7支承；
所述球转轴承7为滚动转轴承或滑动转轴承。
进一步地，流线隧道式涡轮1与流线隧道式压气机轮2外廓面为圆锥面与圆柱面的组合结构。
进一步地，流线隧道式压气机轮2的材料为陶瓷、金属、塑料、树脂或复合材料中的任一一种；
流线隧道式涡轮1的材料为陶瓷、金属或复合材料中的任一一种。
综上可知，本发明的涡轮和压气机轮在结构上均采用流线隧道式，即流线隧道式涡轮1、流线隧道式压气机轮2，相比于叶片式结构，其强度更大，不易损坏；更高的结构强度还拓宽了材料选用范围，在本实施例，为了选用合适的材料，流线隧道式压气机轮2的材料为陶瓷、金属、塑料、树脂或复合材料中的任一一种；流线隧道式涡轮1的材料为陶瓷、金属或复合材料中的任一一种；如此也有利于降低成本、控制重量；若使用结构完全相同的涡轮和压气机轮，尤其使用陶瓷复合材料时，可以大幅减少设计及制造成本。
本发明流线隧道式涡轮1与流线隧道式压气机轮2为闭式旋转机械结构，充分利用闭式旋转机械特点，使涡轮和压气机轮外廓面作为径向支承转轴承的工作面，转子具有高临界转速，产生共振的可能性大大降低。
另外，作为一种闭式旋转机械，其强度更高，泄漏损失更小，且具有流线设计优化空间大、泄漏损失小、适应更高转速、应用材料范围宽广等优点，从而可以提高动力机械的功率密度和效率、减小尺寸、降低重量。更高的结构强度还有利于拓宽材料选用范围，例如涡轮的耐高温、高强度、轻量化等需求尤其适应于陶瓷材料的应用，而采用高强度工程塑料的压气机轮可降低重量与成本。
需要说明是，应用三维打印、注射成形等先进制造技术，可以大批量生产这种新型流线隧道式动力机械，本发明的含油止推轴承组件9为现有技术，此处不在累述。
上述实施例仅是对本发明有效性和可行性的实例论证，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的工作原理所实施的任何具体的简单变更、等同变化和修饰，均仍属于本发明的范围内。

Claims (7)

1.一种流线隧道式涡轮增压器，其特征在于，包括：
流线隧道式涡轮、流线隧道式压气机轮、涡轮壳、压气机壳、中间壳以及转轴；
所述流线隧道式涡轮与所述流线隧道式压气机轮分别安装于所述转轴的两端，并形成增压器转子；
所述流线隧道式压气机轮后侧设置有油止推转轴承组件。
2.根据权利要求1所述的一种流线隧道式涡轮增压器，其特征在于：
所述流线隧道式涡轮与所述流线隧道式压气机轮为闭式旋转机械结构；
所述流线隧道式涡轮与所述流线隧道式压气机轮内具有多个流线隧道，各所述流线隧道中心线为三维曲线，所述流线隧道的各处法向截面为圆或椭圆。
3.根据权利要求2所述的一种流线隧道式涡轮增压器，其特征在于：
当所述流线隧道的各处法向截面为椭圆时，该椭圆截面的长转轴在xy平面的投影与该椭圆截面的中心点的半径线垂直，椭圆截面长短转轴之比保持不变，根据旋转机械流通特性和速度条件得出流线隧道进出口面积，截面面积沿流道中心线均匀变化，形成完整流线隧道。
4.根据权利要求2所述的一种流线隧道式涡轮增压器，其特征在于：
所述流线隧道为多组，各组之间流道进出口可分布在不同的半径上，多个流道周向均布且关于所述增压器转子转轴线中心对称。
5.根据权利要求1所述的一种流线隧道式涡轮增压器，其特征在于：
所述转轴的两端通过一对球转轴承支承；
所述球转轴承为滚动转轴承或滑动转轴承。
6.根据权利要求1所述的一种流线隧道式涡轮增压器，其特征在于：
所述流线隧道式涡轮与所述流线隧道式压气机轮外廓面为圆锥面与圆柱面的组合结构。
7.根据权利要求1所述的一种流线隧道式涡轮增压器，其特征在于：
所述流线隧道式压气机轮的材料为陶瓷、金属、塑料、树脂或复合材料中的任一一种；
所述流线隧道式涡轮的材料为陶瓷、金属或复合材料中的任一一种。
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