CN202417693U - 涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种涡轮增压器，中间体上靠近压气机叶轮一端设有润滑油腔，中间体上设进油孔和出油孔，进油孔与润滑油腔之间设有止推轴承，止推轴承上设有连通进油孔的油道，止推轴承的两侧设有带有油楔面和贮油面的轴承瓦，轴承瓦位于进油孔一侧的油楔面上开有涡轮端油孔，轴承瓦位于润滑油腔一侧的油楔面上开有压气机端油孔，涡轮端油孔较所述压气机端油孔数量多，涡轮轴设有中空部，压气机壳上设有导流槽。此实用新型结构简单，解决了压气机稳定工作范围窄，叶轮可靠性差，止推轴承易磨损，压气机侧易漏油及涡轮轴卡死研轴的问题，延长了设备的使用寿命。

Description

涡轮增压器

技术领域

本实用新型涉及一种增压器技术领域，尤其涉及一种涡轮增压器。 

背景技术

涡轮增压器技术是内燃机发展最具革命性的里程碑之一，利用内燃机排出的高温高压的气体推动涡轮做功，涡轮带动压气机高速旋转，从而提高内燃机进气的密度，提高发动机的功率和效率，减少CO2和NOx等有害物质的排放，内燃机涡轮增压技术的发展趋势正朝着高增压技术方向发展。由于高原大气条件与平原相比有显著差别，随着海拔的升高，大气压力下降，空气密度和含氧量降低，对于工作在高原地区的内燃机，一方面由于空气稀薄，进入气缸的空气量减少，当活塞压缩到上止点时气缸内的空气压力和密度降低，这不仅影响油气混合质量，也会降低混合气的温度，使燃烧滞后；另一方面空气量的减少，使参与燃烧的氧气含量降低，造成燃烧不充分，后燃期延长，燃烧滞后和后燃期延长导致柴油机功率下降、油耗上升、排温升高、排放恶化，为了补偿高原功率的下降，必须采用高增压技术。由于我国高原面积十分广阔，开发高压比涡轮增压器技术比其它国家更为迫切，我国是一个相对贫油的国家，高压比涡轮增压技术可在保证动力性的前提下缩小发动机排量，大幅度提高发动机的经济性，降低CO2排放，通常为满足车辆加速性能等要求，车辆在正常行驶时都留有一定的功率储备，导致车用发动机频繁工作在较低负荷工况，并远离其最佳燃油经济性区域，对相同车辆匹配较小排量的发动机，可将发动机最佳燃油经济性区域移向常用工况区域，降低车辆工作时的燃油消耗，同时，对小排量发动机进行增压，一方面能够提高小排量发动机的功率水平，达到与较大排量自然吸气发动机相当的水平，满足用户对车辆加速性及最大速度等的要求；另一方面，由于泵气和摩擦损失减小等因素使得小排量增压发动机具有更加优越的燃油经济性，通过高增压技术不断缩小发动机排量和增加有效利用余热，已成为世界各大汽车公司节能和CO2减排的重要战略措施和核心关键技术。对于车用柴油机来讲，其排气中的主要污染物为氮氧化物，为了降低氮氧化物的排放，满足日益严格的排放法规要求，最重要的技术措施之一是采用废气再循环技术，通过将一部分发动机排出的废气引入气缸中进行再次循环，一方面可以稀释气缸中氧气的浓度，另一方面由于废气具有比空气更大的比热容，可以降低气缸中的燃烧温度，从而减少氮氧化物的生成，由于废气再循环之后进入气缸中的是废气和新鲜空气的混合气，其中氧气浓度较空气低，为了保证发动机的功率不变，进入发动机的混合气总量必须大于原来空气的总量，以保证其中氧气的总量不变，因此，采用废气再循环之后，需要更大的增压比以获得更高的进气量，需要高增压涡轮增压技术，但是随着增压比升高，压气机内部流动由亚声速变为跨声速，导致压气机稳定工作范围变窄，易发生阻塞、喘振现象，效率降低，无法满足内燃机对高增压的需求；增压比升高导致离心应力、气动应力、热应力等大幅度增加，叶轮的可靠性急剧下降，涡轮增压器，压气机和涡轮的气体流量和压力变化范围大，止推轴承承受的负载高，易出现止推轴承磨损的问题；涡轮增压器中间体的油压较高，在使用过程中容易出现压气机侧漏油的问题。 

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题在于提供一种涡轮增压器，解决了压气机稳定工作范围窄，叶轮可靠性差，止推轴承易磨损，压气机侧易漏油及涡轮轴卡死研轴的问题。

本实用新型所解决的技术问题的技术方案是：一种涡轮增压器，包括连接在一起的涡轮壳、中间体和压气机壳，中间体内转动安装有涡轮轴，涡轮轴的一端固定有涡轮，涡轮设置于涡轮壳内，涡轮轴的另一端固定有压气机叶轮，压气机叶轮设置于压气机壳内，中间体上靠近压气机叶轮一端设有润滑油腔，中间体上设进油孔和出油孔，润滑油腔连通出油孔，进油孔与润滑油腔之间设有止推轴承，止推轴承上设有连通进油孔的油道，止推轴承的两侧设有带有油楔面和贮油面的轴承瓦，轴承瓦位于进油孔一侧的油楔面上开有涡轮端油孔，涡轮端油孔一端连通油道，涡轮端油孔另一端连通出油孔，轴承瓦位于润滑油腔一侧的油楔面上开有压气机端油孔，压气机端油孔连通油道，涡轮端油孔较压气机端油孔数量多。

作为优选的技术方案，中间体与涡轮壳之间有隔热罩。

作为优选的技术方案，涡轮轴包括涡轮与涡杆，涡杆固定于涡轮上，涡轮与涡杆之间设有中空部，中空部设置于涡轮和涡杆的轴线上。

作为优选的技术方案，涡轮和涡杆采用真空电子束焊接工艺焊接在一起。

作为优选的技术方案，压气机叶轮包括轮毂及固定于轮毂上的若干个叶片，叶片以轮毂的中心轴为中心环形阵列分布。

作为优选的技术方案，压气机叶轮大径的轮毂处设有安装底面，安装底面位置高于压气机叶轮的轮缘的弧形底面。

作为优选的技术方案，叶片均为后弯叶片。

作为优选的技术方案，相邻两叶片之间形成导风通道，在压气机叶轮的进风口处的压气机壳的内壁上固定安装有导流罩，压气机壳上设有导流槽，导流槽位于导流罩与导风通道之间，导流槽与导风通道相通。

作为优选的技术方案，润滑油腔由中间体、止推轴承、密封套和密封盖板共同围成，密封套套装于涡轮轴上，密封套上设有方向倾向于止推轴承的环状凸起，密封盖板套装于密封套上且位于中间体与密封套之间，密封盖板与中间体之间设有密封圈与孔用弹性挡圈，密封盖板与密封套之间设有密封环。

采用了上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：由于采用了上述技术方案的涡轮增压器，止推轴承一侧的油楔面上开有涡轮端油孔，止推轴承另一侧的油楔面上开有比所述涡轮端油孔数量少的压气机端油孔，而普通增压器的止推轴承压气机端因没有油孔，润滑油是从止推套和止推轴承的径向间隙间流出，在密封套和止推轴承的油楔面间形成油膜，以承受来自压气机端的轴向推力，在高压比下，压气机端的轴向推力加大，原来的油膜压力已承受不了压气机端的轴向推力，使油膜丧失，从而造成止推轴承压气机端油楔面的磨损，使增压器损坏，而在止推轴承的压气机端开有油孔，来提高密封套和止推轴承间油膜的油压，以承受更高的压气机端轴向推力，避免止推轴承的磨损，使增压器能正常工作，保护了止推轴承。

由于中间体与涡轮壳之间有隔热罩，隔绝了部分热量的传递，防止了润滑油、涡轮端密封环、涡轮端浮动轴承等处的高温，保护了涡轮轴，防止了润滑油失效而导致涡轮轴卡死研轴的问题。

由于涡轮轴设有采用真空电子束焊接工艺焊接的中空部，隔热罩与中空部隔绝了部分热量的传递，防止了润滑油、止推轴承等处的高温，保护了涡轮轴，防止了润滑油失效而导致涡轮轴卡死研轴的问题。

由于压气机叶轮上的叶片绕轮毂的中心轴均匀分布，压气机叶轮大径的轮毂处设有安装底面，安装底面与压气机叶轮的轮缘的弧形底面高有一定的距离差为4.2毫米，增大了压气机的出口压力，起步提速快，提高了叶轮可靠性，通过强度模拟计算，优化了轮盘结构，使离心力减小到安全强度内，从而保证增压器的正常使用。

由于压气机壳上螺栓安装有导流罩，螺栓安装便于拆装，导流罩设有弧面，减少气体流动阻力，便于气体的流通，导流槽位于导流罩与导风通道之间，导流槽的进出风口与导风通道相通，在阻塞发生时，可从导流槽补充进气，从而加大了阻塞流量，喘流发生时，进入导风轮的部分气流又可从导流槽引出并重新吸入导风轮叶片，促进气流延续，防止气流中断甚至返气，从而推迟喘振的发生，从而解决了压气机稳定工作范围窄的问题，导流罩用螺栓固定在压气机壳上便于拆装。

由于密封盖板与中间体之间设有密封圈与孔用弹性挡圈，密封盖板与密封套之间设有密封环，密封盖油腔向压气机端的间隙通道被密封圈与密封环封死，防止了润滑油向压气机端的泄漏，密封套设计为带有斜面的凸边且斜面朝向止推轴承，在增压器工作状态下，密封套随涡轮轴旋转，在离心力的作用下可将密封套处的润滑油甩向止推轴承处，避免润滑油溅到密封盖板上顺侧壁流下，同时密封套与密封盖板的轴向间隙较小，以减少密封环处的润滑油，从而保证密封环的密封效果，解决了压气机端漏油的问题。 

此实用新型结构简单，解决了压气机稳定工作范围窄，叶轮可靠性差，止推轴承易磨损，压气机侧易漏油及涡轮轴卡死研轴的问题，延长了设备的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型涡轮增压器的结构示意图；

图2是本实用新型涡轮增压器的压气机叶轮的主视结构示意图；

图3是图2的俯视结构示意图；

图4是本实用新型涡轮增压器的涡轮轴的结构示意图；

图5是本实用新型涡轮增压器的止推轴承涡轮端的结构示意图；

图6是本实用新型涡轮增压器的止推轴承压气机端的结构示意图；

图7是本实用新型涡轮增压器阻塞发生时的气体流动意图；

图8是本实用新型涡轮增压器喘振时发生时的气体流动示意图；

图中：1.涡轮壳，2.中间体，3.压气机壳，4.涡轮轴，41.涡杆，5.涡轮，6.压气机叶轮，61.轮毂，62.叶片，63.安装底面，64.弧形底面，7.止推轴承，71.轴承瓦，72.油楔面，73.贮油面，8.润滑油腔，81.进油孔，82.出油孔，83.油道，84.涡轮端油孔，85.压气机端油孔，9.隔热罩，10.中空部，11.导风通道，12.导流罩，13.导流槽，14.密封套，141.环状凸起，15.密封盖板，16.密封圈，17.孔用弹性挡圈，18.密封环。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型，应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1、图5、图6所示，一种涡轮增压器，包括连接在一起的涡轮壳1、中间体2和压气机壳3，中间体2内转动安装有涡轮轴4，涡轮轴4的一端固定有涡轮5，涡轮5设置于涡轮壳1内，涡轮轴4的另一端固定有压气机叶轮6，压气机叶轮6设置于压气机壳3内，中间体2上靠近压气机叶轮6一端设有润滑油腔8，中间体2上设进油孔81和出油孔82，润滑油腔8连通出油孔82，进油孔81与润滑油腔8之间设有止推轴承7，止推轴承7上设有连通进油孔81的油道83，止推轴承7的两侧设有带有油楔面72和贮油面73的轴承瓦71，轴承瓦71位于进油孔81一侧的油楔面72上开有涡轮端油孔84，涡轮端油孔84一端连通油道83，涡轮端油孔84另一端连通出油孔82，轴承瓦71位于润滑油腔8一侧的油楔面72上开有压气机端油孔85，压气机端油孔85连通油道83，涡轮端油孔84较压气机端油孔85数量多。

如图1所示，中间体2与涡轮壳1之间有隔热罩9。

如图1、图4所示，涡轮轴包括涡轮5与涡杆41，涡杆41固定于涡轮5上，涡轮5与涡杆41之间设有中空部10，中空部10设置于涡轮5和涡杆41的轴线上，涡轮5和涡杆41采用真空电子束焊接工艺焊接在一起。

如图1、图2、图3所示，压气机叶轮包括轮毂61及固定于轮毂61上的若干个叶片62，叶片62以轮毂61的中心轴为中心环形阵列分布，压气机叶轮6大径的轮毂61处设有安装底面63，安装底面63位置高于压气机叶轮6的轮缘的弧形底面64，叶片62均为后弯叶片。

如图1、图7、图8所示，相邻两叶片62之间形成导风通道11，在压气机叶轮6的进风口处的压气机壳3的内壁上固定安装有导流罩12，压气机壳3上设有导流槽13，导流槽13位于导流罩12与导风通道11之间，导流槽13与导风通道11相通。

如图1所示，润滑油腔8由中间体2、止推轴承7、密封套14和密封盖板15共同围成，密封套14套装于涡轮轴4上，密封套14上设有方向倾向于止推轴承7的环状凸起141，密封盖板15套装于密封套14上且位于中间体2与密封套14之间，密封盖板15与中间体2之间设有密封圈16与孔用弹性挡圈17，密封盖板15与密封套14之间设有密封环18。

由于采用了上述技术方案的涡轮增压器，止推轴承7一侧的油楔面72上开有涡轮端油孔84，止推轴承7另一侧的油楔面72上开有比涡轮端油孔84数量少的压气机端油孔85，因油孔数量少时则油压低，在低压比下，涡轮端的轴向推力恒大于压气机端的轴向推力；而高压比下，压气机端的轴向推力趋等于涡轮端的轴向推力，趋于平衡，在两端轴向力相互抵消的情况下，保证止推轴承7两端油膜的建立是使防止止推轴承7磨损的重要方法，在高压比下，压气机端的轴向推力加大，原来的油膜压力已承受不了压气机端的轴向推力，使油膜丧失，从而造成止推轴承7压气机端油楔面72的磨损，使增压器损坏，而在止推轴承7的压气机端开有油孔，来提高密封套14和止推轴承7间油膜的油压，以承受更高的压气机端轴向推力，避免止推轴承7的磨损，使增压器能正常工作，中间体2与涡轮壳1之间有隔热罩9，涡轮轴4设有采用真空电子束焊接工艺焊接的中空部10，隔热罩9与中空部10隔绝了部分热量的传递，防止了润滑油、涡轮端密封环18、涡轮端浮动轴承处的高温，保护了涡轮轴4，防止了润滑油失效而导致涡轮轴4卡死研轴的问题，在高压比下，压气机叶轮6的转速高，轮周速度能达到600m/s，工作温度高（200℃以上）、压力大，其离心力大，易造成压气机叶轮6的飞裂，使增压器损坏，通过强度模拟计算，优化轮盘结构，使离心力减小到安全强度内，压气机叶轮6上的叶片62绕轮毂61的中心轴均匀分布，轮毂61在最大外圆处呈倾向状态，压气机叶轮6大径的轮毂61处设有安装底面63，安装底面63与压气机叶轮6的轮缘的弧形底面64高有一定的距离差为4.2毫米，增大了压气机的出口压力，起步提速快，提高了压气机叶轮6可靠性，从而保证增压器的正常使用，压气机壳3的内壁上螺栓固定有导流罩12，导风通道11为倾向状，便于气体流动，压气机壳3上设有导流槽13，在增压器风向堵塞及喘振时，导流槽13能很好的解决了堵塞及延缓了喘振的发生，拓宽了增压器的流量范围，解决了高压比增压器压气机稳定工作范围窄的问题，油腔8向压气机端的间隙通道被密封圈16与密封环18封死，防止向压气机端的泄漏。此实用新型结构简单，解决了压气机稳定工作范围窄，叶轮可靠性差，止推轴承易磨损，压气机侧易漏油及涡轮轴卡死研轴的问题，延长了设备的使用寿命。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。

本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

一切从本实用新型的构思出发，不经过创造性劳动所作出的结构变换均落在本实用新型保护范围之内。

Claims (9)

1.一种涡轮增压器，包括连接在一起的涡轮壳、中间体和压气机壳，所述中间体内转动安装有涡轮轴，所述涡轮轴的一端固定有涡轮，所述涡轮设置于所述涡轮壳内，所述涡轮轴的另一端固定有压气机叶轮，所述压气机叶轮设置于所述压气机壳内，其特征在于：所述中间体上靠近所述压气机叶轮一端设有润滑油腔，所述中间体上设进油孔和出油孔，所述润滑油腔连通所述出油孔，所述进油孔与润滑油腔之间设有止推轴承，所述止推轴承上设有连通所述进油孔的油道，所述止推轴承的两侧设有带有油楔面和贮油面的轴承瓦，所述轴承瓦位于进油孔一侧的油楔面上开有涡轮端油孔，所述涡轮端油孔一端连通所述油道，所述涡轮端油孔另一端连通所述出油孔，所述轴承瓦位于润滑油腔一侧的油楔面上开有压气机端油孔，所述压气机端油孔连通所述油道，所述涡轮端油孔较所述压气机端油孔数量多。

2.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于：所述中间体与涡轮壳之间有隔热罩。

3.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于：所述涡轮轴包括涡轮与涡杆，所述涡杆固定于所述涡轮上，所述的涡轮与涡杆之间设有中空部，所述中空部设置于所述涡轮和涡杆的轴线上。

4.根据权利要求3所述的涡轮增压器，其特征在于：所述涡轮和涡杆采用真空电子束焊接工艺焊接在一起。

5.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于：所述压气机叶轮包括轮毂及固定于轮毂上的若干个叶片，所述叶片以所述轮毂的中心轴为中心环形阵列分布。

6.根据权利要求5所述的涡轮增压器，其特征在于：所述压气机叶轮大径的轮毂处设有安装底面，所述安装底面位置高于所述压气机叶轮的轮缘的弧形底。

7.根据权利要求5所述的涡轮增压器，其特征在于：所述叶片均为后弯叶片。

8.根据权利要求5所述的涡轮增压器，其特征在于：所述的相邻两叶片之间形成导风通道，在所述压气机叶轮的进风口处的压气机壳的内壁上固定安装有导流罩，所述压气机壳上设有导流槽，所述导流槽位于所述导流罩与所述导风通道之间，所述导流槽与所述导风通道相通。

9.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于：所述润滑油腔由所述的中间体、止推轴承、密封套和密封盖板共同围成，所述密封套套装于所述涡轮轴上，所述密封套上设有方向倾向于所述止推轴承的环状凸起，所述密封盖板套装于所述密封套上且位于所述中间体与所述密封套之间，所述密封盖板与所述中间体之间设有密封圈与孔用弹性挡圈，所述密封盖板与所述密封套之间设有密封环。

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