CN113123854A - 一种增压系统及其串联式两级涡轮增压结构 - Google Patents

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Abstract

本发明所提供的一种增压系统及其串联式两级涡轮增压结构，将高压级涡轮的废气进气管道的进口设计为与高压级转子轴的轴向方向一致，高压级涡轮的废气排气管道的出口设计为与高压级转子轴的轴向方向一致，低压级涡轮的转子轴轴向垂直于高压级涡轮的转子轴，低压级涡轮的废气进气管道的进口设计为垂直于低压级转子轴的轴向方向，低压级涡轮的废气排气管道的出口设计为先沿低压级涡轮的转子轴的轴向排气后又折弯为垂直于低压级涡轮的转子轴的轴向排气。同时，低压级涡轮还集成了高压级涡轮流道进口部分。如此能够减少压力损失，同时使得两级增压结构布置更为紧凑，有效降低两级增压结构的重量，适宜推广应用。

Description

一种增压系统及其串联式两级涡轮增压结构
技术领域
本发明涉及涡轮增压技术领域，尤其涉及一种增压系统及其串联式两级涡轮增压结构。
背景技术
废气涡轮增压器是利用发动机排出的废气能量进行进一步增压的一种机械装置，它利用发动机的废气能量驱动涡轮箱内的涡轮旋转，涡轮带动同轴的压气机叶轮工作，新鲜空气经空气滤清器进入压气机，压气机叶轮旋转压缩新鲜空气达到增压的效果。因此，废气涡轮增压器可以有效地回收利用废气能量，增加同排量下缸内空气量，优化燃烧过程，提高内燃机工作效率。废气涡轮增压器是现代发动机提高功率、节油降耗和改善排放必不可少的零部件。
两级涡轮增压技术是将两台涡轮增压器联合运行，通过控制系统可以按不同顺序、不同比例的多种调节措施对空气进行一级或两级压缩。相比于单级涡轮增压，两级增压可以获得更高的压比，在提升发动机功率、提升低速扭矩和瞬态响应性的同时，可以实现更好的燃油经济性、更低的排放指标。由于每级增压的压比相对较低，降低了自身的载荷，因此可靠性更好。
现有串联式两级增压结构中，高压级涡轮箱的废气通过排气歧管将废气引流至低压级涡轮箱中，低压级涡轮箱与排气歧管通常采用一体式设计，但存在增压器外形结构占据空间过大、重量增加、排气压力损失等问题。
鉴于此，有必要提出一种增压系统及其串联式两级涡轮增压结构以解决上述问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种增压系统及其串联式两级涡轮增压结构，以解决现有串联式两级增压结构中，高压级涡轮箱的废气通过排气歧管将废气引流至低压级涡轮箱中，低压级涡轮箱与排气歧管通常采用一体式设计，但存在增压器外形结构占据空间过大、重量增加、排气压力损失的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种串联式两级涡轮增压结构，包括高压级涡轮以及与所述高压级涡轮固定连接的低压级涡轮；其中，
所述高压级涡轮包括第一废气进气管道和第一废气排气管道，所述第一废气进气管道的进口方向，以及所述第一废气排气管道的出口方向均与所述高压级涡轮的转子轴的轴向方向一致，所述第一废气进气管道的进口端面、所述第一废气排气管道的出口端面设置在第一法兰面上；
所述低压级涡轮包括第二废气进气管道、第二废气排气管道以及高压级废气集成管道，所述第二废气进气管道的进口与所述第一废气排气管道的出口连接，所述高压级废气集成管道的进口与发动机的出口连接，所述高压级废气集成管道的出口端面与所述第二废气进气管道的进口端面设置在第二法兰面上，所述第一法兰面和所述第二法兰面相互对接，并且所述高压级废气集成管道的出口与所述第一废气进气管道的进口连接；
所述第二废气进气管道的进口方向垂直于所述低压级涡轮的转子轴的轴向方向，所述第二废气排气管道呈弯折状，以将所述第二废气排气管道的废气由平行于所述低压级涡轮的转子轴的轴向方向转化成垂直于所述低压级涡轮的转子轴的轴向方向。
优选地，所述高压级涡轮的第一废气进气管道的进口端面侧边还设置有旁通阀，以将所述高压级涡轮的所述第一废气进气管道处的废气压力维持在预设范围内。
优选地，所述第一排气管道的出口端面处形成有第一法兰盘，所述第二进气管道的进口端面处形成有与所述第一法兰盘配合第二法兰盘，所述第一法兰盘和所述第二法兰盘上对应开设用于供双头螺柱贯穿的安装孔，所述双头螺柱贯穿所述安装孔以将所述高压级涡轮和所述低压级涡轮连接。
优选地，所述安装孔与所述双头螺柱的个数为6个。
优选地，所述高压级废气集成管道与所述低压级涡轮的外壳一体成型。
优选地，所述高压级废气集成管道的出口与所述高压级涡轮的所述第一废气进气管道的进口形状一致。
优选地，所述高压级涡轮的转子轴的轴向垂直于所述低压级涡轮的转子轴。
优选地，所述低压级涡轮的所述第二废气排气管道的出口为圆形。
本发明还提供一种增压系统，包括上述的串联式两级涡轮增压结构，还包括发动机、高压级压气机、低压级压气机；其中，所述高压级压气机与所述高压级涡轮的共用同一转子轴，所述低压级压气机与所述低压级涡轮的转子轴共用同一转子轴，所述发动机分别与所述高压级压气机，以及所述高压级涡轮连接。
与现有技术相比，本发明所提供的具有如下的有益效果：
本发明所提供的一种增压系统及其串联式两级涡轮增压结构，将高压级涡轮的废气进气管道的进口设计为与高压级转子轴的轴向方向一致，高压级涡轮的废气排气管道的出口设计为与高压级转子轴的轴向方向一致，低压级涡轮的转子轴轴向垂直于高压级涡轮的转子轴，低压级涡轮的废气进气管道的进口设计为垂直于低压级转子轴的轴向方向，低压级涡轮的废气排气管道的出口设计为先沿低压级涡轮的转子轴的轴向排气后又折弯为垂直于低压级涡轮的转子轴的轴向排气。同时，低压级涡轮还集成了高压级涡轮流道进口部分。
如此，经高压级涡轮膨胀做功后排出的废气无需经过排气歧管，能够直接直接流入低压级涡轮，减少了压力的损失。同时，还能使得两级增压结构布置更为紧凑，有效降低两级增压结构的重量，适宜推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为现有技术中的高压级增压器的结构示意图；
图2为现有技术中的低压级增压器的结构示意图；
图3为现有技术中的两级增压器的结构示意图；
图4为现有技术中的另一视角下的两级增压器的结构示意图；
图5为本发明一个实施例中的高压级增压器的结构示意图；
图6为本发明一个实施例中的另一视角下的高压级增压器的结构示意图；
图7为本发明一个实施例中的低压级增压器的结构示意图；
图8为本发明一个实施例中的另一视角下的低压级增压器的结构示意图；
图9为本发明一个实施例中的两级增压器的结构示意图；
图10为本发明一个实施例中的另一视角下的两级增压器的结构示意图。
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
附图标号说明：
高压级涡轮100；第一废气进气管道110；第一废气进气管道的进口1111；第一废气排气管道120；第一废气排气管道的出口1211；第一法兰盘130；第一法兰面131；安装孔140；
低压级涡轮200；第二废气进气管道210；第二废气进气管道的进口2111；第二废气排气管道220；高压级废气集成管道230；第二法兰盘240；第二法兰面250；
双头螺柱300；
高压级压气机400；高压级压气机的空气进口410；高压级压气机的空气出口420；
低压级压气机500；低压级压气机的空气进口510；低压级压气机的空气出口520。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
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的一部分实施例，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，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请参阅附图1-10，本发明提供的一实施例中的一种串联式两级涡轮增压结构，包括高压级涡轮100以及与所述高压级涡轮100固定连接的低压级涡轮200；其中，所述高压级涡轮100包括第一废气进气管道110和第一废气排气管道120，所述第一废气进气管道的进口1111方向，以及所述第一废气排气管道的出口1211方向均与所述高压级涡轮100的转子轴的轴向方向一致，所述第一废气进气管道110的进口端面、所述第一废气排气管道120的出口端面设置在第一法兰面131上。
本领域技术人员应当理解的是，高压级涡轮100和低压级涡轮200均包括废气进气管道和废气排气管道，值得注意的是，本发明将第一废气进气管道110的进口方向，第一废气排气管道120的出口设置成与高压级转所述子轴的轴向方向一致，能够将由发动机排出的废气按照预设方向流动。并且，第一废气进气管道110的进口端面和第一废气排气管道120的出口端面设置在第一法兰面131上，以配合低压级涡轮200进行装配，使得结构更为紧凑。
所述低压级涡轮200包括第二废气进气管道210、第二废气排气管道220以及高压级废气集成管道230，所述第二废气进气管道的进口2111与所述第一废气排气管道的出口1211连接，所述高压级废气集成管道230的进口与发动机的出口连接，所述高压级废气集成管道230的出口端面与所述第二废气进气管道210的进口端面设置在第二法兰面250上，所述第一法兰面131和所述第二法兰面250相互对接，并且所述高压级废气集成管道230的出口与所述第一废气进气管道110的进口连接。
需要注意的是，低压级涡轮200不仅包括第二废气进气管道210，第二废气排气管道220，还在低压级涡轮200上集成了高压级废气集成管道230，基于现有涡轮增压器中的高压级涡轮100排出的废气没有直接进入低压级涡轮200，一般是设计一段排气歧管将高压级涡轮100的废气排至低压级涡轮200，或者是将低压级涡轮200与排气歧管设计成一体，如此会占用较大的布置空间，行销发动机的布置，同时由于排气歧管路较长，将造成一定的压力损失，本发明将从发动机排除进入高压级涡轮100的废气管道集成在低压级涡轮200上，同时将高压级涡轮100的第一废气排气管道的出口1211与第二废气进气管道的进口2111连接，使得经过高压级涡轮100膨胀做功后排出的废气无需经过排气歧管直接进入低压级涡轮200中，减少了压力损失，同时还能使得两级涡轮增压结构布置紧凑，有效降低增压重量，值得推广应用。
此外，所述第二废气进气管道210的进口方向垂直于所述低压级涡轮200的转子轴的轴向方向，所述第二废气排气管道220呈弯折状，以将所述第二废气排气管道220的废气由平行于所述低压级涡轮200的转子轴的轴向方向转化成垂直于所述低压级涡轮200的转子轴的轴向方向，第二废气排气管道的出口2222外接排气管，如此能够进一步利用空间，使得整个两级涡轮增压结构更为紧凑。
作为本发明的一优选实施方式，所述高压级涡轮100的第一废气进气管道110的进口端面侧边还设置有旁通阀(图未标示)，以将所述高压级涡轮100的所述第一废气进气管道110处的废气压力维持在预设范围内。
作为本发明的一较佳实施方式，所述第一排气管道的出口端面处形成有第一法兰盘130，所述第二废气进气管道210的进口端面处形成有与所述第一法兰盘130配合第二法兰盘240，所述第一法兰盘130和所述第二法兰盘240上对应开设用于供双头螺柱300贯穿的安装孔140，所述双头螺柱300贯穿所述安装孔140以将所述高压级涡轮100和所述低压级涡轮200连接。
进一步地，所述安装孔140与所述双头螺柱300的个数为6个。可以理解的是，所述双头螺柱300的个数可以根据实际需要设定，只要能将高压级涡轮100与低压级涡轮200固定连接成一体即可。优选地，本实施例中的安装孔140与双头螺柱300的个数为6个。
进一步地，所述高压级废气集成管道230与所述低压级涡轮200的外壳一体成型，可以理解的是，所述高压级废气集成管道230既可以与所述低压级涡轮200的外壳固定连接，也可以一体成型，为使结构更为紧凑，本实施例中采用一体成型。
作为本发明的另一优选实施方式，所述高压级废气集成管道230的出口与所述高压级涡轮100的所述第一废气进气管道110的进口形状一致。可以理解的是，所述高压级废气集成管道230的出口与所述高压级涡轮100的所述第一废气进气管道110的进口形状可以设置成一致，也可以设置成不一致。
进一步地，所述高压级涡轮100的转子轴的轴向处垂直于所述低压级涡轮200的转子轴处于同一轴线方向上，以使整体结构更加紧凑。进一步地，所述低压级涡轮200的所述第二废气排气管道220的出口2111为圆形。本领域技术人员应当理解的是，出口的形状可以根据实际需要设定，在此不做赘述。
本发明还提供一种增压系统，包括上述的串联式两级涡轮增压结构，还包括发动机、高压级压气机400、低压级压气机；其中，所述高压级压气机400与所述高压级涡轮100的共用同一转子轴，所述低压级压气机与所述低压级涡轮200的转子轴共用同一转子轴，所述发动机分别与所述高压级压气机400，以及所述高压级涡轮100连接。
作为本领域的常规技术手段，高压级压气机400包括高压级压气机的空气进口410，高压级压气机的空气出口420，低压级压气机包括低压级压气机的空气进口510，低压级压气机的空气出口520，在此不作赘述。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种串联式两级涡轮增压结构，其特征在于，包括：高压级涡轮以及与所述高压级涡轮固定连接的低压级涡轮；其中，
所述高压级涡轮包括第一废气进气管道和第一废气排气管道，所述第一废气进气管道的进口方向以及所述第一废气排气管道的出口方向均与所述高压级涡轮的转子轴的轴向方向一致，所述第一废气进气管道的进口端面、所述第一废气排气管道的出口端面设置在第一法兰面上；
所述低压级涡轮包括第二废气进气管道、第二废气排气管道以及高压级废气集成管道，所述第二废气进气管道的进口与所述第一废气排气管道的出口连接，所述高压级废气集成管道的进口与发动机的出口连接，所述高压级废气集成管道的出口端面与所述第二废气进气管道的进口端面设置在第二法兰面上，所述第一法兰面和所述第二法兰面相互对接，并且所述高压级废气集成管道的出口与所述第一废气进气管道的进口连接；
所述第二废气进气管道的进口方向垂直于所述低压级涡轮的转子轴的轴向方向，所述第二废气排气管道呈弯折状，以将所述第二废气排气管道的废气由平行于所述低压级涡轮的转子轴的轴向方向转化成垂直于所述低压级涡轮的转子轴的轴向方向。
2.根据权利要求1所述的串联式两级涡轮增压结构，其特征在于，所述高压级涡轮的第一废气进气管道的进口端面侧边还设置有旁通阀，以将所述高压级涡轮的所述第一废气进气管道处的废气压力维持在预设范围内。
3.根据权利要求1所述的串联式两级涡轮增压结构，其特征在于，所述第一排气管道的出口端面处形成有第一法兰盘，所述第二进气管道的进口端面处形成有与所述第一法兰盘配合第二法兰盘，所述第一法兰盘和所述第二法兰盘上对应开设用于供双头螺柱贯穿的安装孔，所述双头螺柱贯穿所述安装孔以将所述高压级涡轮和所述低压级涡轮连接。
4.根据权利要求3所述的串联式两级涡轮增压结构，其特征在于，所述安装孔与所述双头螺柱的个数为6个。
5.根据权利要求1所述的串联式两级涡轮增压结构，其特征在于，所述高压级废气集成管道与所述低压级涡轮的外壳一体成型。
6.根据权利要求1所述的串联式两级涡轮增压结构，其特征在于，所述高压级废气集成管道的出口与所述高压级涡轮的所述第一废气进气管道的进口形状一致。
7.根据权利要求1所述的串联式两级涡轮增压结构，其特征在于，所述高压级涡轮的转子轴的轴向垂直于所述低压级涡轮的转子轴。
8.根据权利要求1所述的串联式两级涡轮增压结构，其特征在于，所述低压级涡轮的所述第二废气排气管道的出口为圆形。
9.一种增压系统，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的串联式两级涡轮增压结构，还包括发动机、高压级压气机、低压级压气机；其中，所述高压级压气机与所述高压级涡轮的共用同一转子轴，所述低压级压气机与所述低压级涡轮的转子轴共用同一转子轴，所述发动机分别与所述高压级压气机，以及所述高压级涡轮连接。
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