CN204113442U - 涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种涡轮增压器，具体的说是一种在过渡接头上增加了分隔墙，具有分流和导向作用的涡轮增压器，包括带有流道的涡轮机壳体，在涡轮机壳体上设有连通流道的旁通通道，并在旁通通道上设有旁通阀，涡轮机壳体的安装面上固定连接有过渡接头，特征在于：过渡接头与涡轮机壳体相连一侧设有分隔墙，所述分隔墙伸入涡轮机壳体内腔中，并将涡轮机壳体分隔为中心区域与外围区域；在分隔墙上对应于旁通阀处开设有安装槽。该增压器能显著增大旁通量，同时又能保证涡轮机的效率基本不变甚至有小幅提升，从而满足发动机的性能要求。

Description

涡轮增压器

技术领域

本实用新型涉及一种涡轮增压器，具体的说是一种在过渡接头上增加了分隔墙，具有分流和导向作用的涡轮增压器。

背景技术

涡轮增压器是一种以高于大气压的压力将空气输送至内燃机进气管的设备。常见的涡轮增压器主要包括废气驱动的涡轮机叶轮，废气驱动的涡轮机叶轮安装在涡轮机壳体的回转中心上，涡轮机壳体联接在发动机排气管的出口。来自发动机排气管的废气会驱动涡轮机叶轮旋转，而后涡轮机叶轮的旋转驱动位于压缩机壳体内的安装在涡轮轴另一端的压缩机叶轮旋转。压缩机将空气压缩并输送至发动机的进气管。涡轮轴一般由位于联接涡轮机壳体和压缩机壳体之间的中间壳体内的浮动轴承和止推轴承（包括必要的润滑系统）支撑。

如图1、2所示，在常见的涡轮增压器中，涡轮级包括涡轮机壳体6，涡轮机叶轮5安装在涡轮机壳体6内。涡旋状进气通道限定在相对的径向壁之间，相对的径向壁布置在涡轮机壳体6的周围。涡旋状进气通道围绕着放置涡轮机叶轮5的壳体中心区域，出气通道从所述中心区域向外延伸。进入进气通道的高压废气经由涡轮机叶轮做功后流动到出气通道。另外在进气通道内设有叶片（即喷嘴叶片）以偏转通过进气通道的气体流向涡轮机叶轮时的旋转方向从而提高涡轮机性能。

涡轮机壳体6可以是固定截面或可变截面的。可变截面涡轮机与固定截面涡轮机的不同在于喷嘴截面的大小可以变化，以在质量流速范围内达到最优的气体流动速度，以使涡轮机的动力输出可以变化，以适应不同工况下的发动机需求。例如，当输送给涡轮机的废气的体积相对较小时，到达涡轮机叶轮的的速度被控制在某一特定值之下，所述值通过减小喷嘴截面面积而确保涡轮机的有效运转。具有可变截面涡轮机的涡轮增压器被成为可变截面涡轮增压器。

涡轮增压器的涡轮机可以设有称为废气门的阀来控制旁通通道9，以能够控制涡轮增压器的增压压力和转子转速。废气门阀受致动器控制，当增压压力超出预定值时打开废气门，从而允许一部分废气绕过涡轮机叶轮。通常，废气门出口与旁通通道9相连通，旁通通道9使旁通气流流向涡轮机壳体6出口，或者将其排向大气。驱动废气门阀的致动器可以是电致动器，气动致动器或其他致动器，但通常是气动致动器，所述气动致动器有被压缩机叶轮增压后的压缩空气驱动。

常见的涡轮增压器废气门结构如图1和图2所示，其旁通阀7在开启时由涡轮机壳体6旁通通道9排出的旁通气流会在与过渡接头8联接的涡轮机壳体出口10内直接同涡轮机排气气流汇合，两股气流之间会有较大的扰动而产生湍流，这对旁通量都会产生不利影响。

其次，由于进入涡轮机壳体6废气的是高压气体，不经过涡轮机叶轮的话，其压力基本不会降低。当其流动到涡轮机出口时，会导致涡轮机叶轮背压升高，这会削弱涡轮机叶轮的做工能力，涡轮机的效率也会因此下降。

另外，涡轮机壳体内是高温气体，未经过涡轮机叶轮的气流温度基本不变。而流经涡轮机叶轮的气流由于推动叶轮做功消耗了能量，其温度会大幅降低。这样，当两股气流混合时，二者之间存在显著的温差，这会导致熵的大幅增加，而熵的增加也会导致涡轮机效率的降低。

中国专利CN201310700713.4公布了一种改进的过渡接头设计。该专利提供了一种带分隔墙的过渡接头，所述分隔墙联接于过渡接头内腔，内腔底面开设有槽道。所述过渡接头可以延迟旁通气流与涡轮机排气气流的汇合，降低涡轮背压，同时所述槽道可以使旁通气流的流动更顺畅，削弱湍流，从而可以实现提升涡轮机效率的目的。

虽然专利CN201310700713.4提出了可以提高涡轮机效率的过渡接头设计，但是其中并未阐明何种结构能达到最佳效果。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种结构简单、巧妙、合理的涡轮增压器，该增压器能显著增大旁通量，同时又能保证涡轮机的效率基本不变甚至有小幅提升，从而满足发动机的性能要求。

按照本实用新型提供的技术方案：一种涡轮增压器，包括带有流道的涡轮机壳体，在涡轮机壳体上设有连通流道的旁通通道，并在旁通通道上设有旁通阀，涡轮机壳体的安装面上固定连接有过渡接头，特征在于：过渡接头与涡轮机壳体相连一侧设有分隔墙，所述分隔墙伸入涡轮机壳体内腔中，并将涡轮机壳体分隔为中心区域与外围区域；在分隔墙上对应于旁通阀处开设有安装槽。

作为本实用新型的进一步改进，所述分隔墙呈筒形状，且筒形分隔墙的上端口直径大于下端口直径，筒形分隔墙上端口与下端口之间为平滑过渡连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述分隔墙下端设有倒角或台阶，涡轮机壳体内腔形成有与分隔墙下端倒角或台阶密闭配合的凸台。

作为本实用新型的进一步改进，所述分隔墙与过渡接头一体连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述过渡接头的出口呈由内向外扩张的锥面。

作为本实用新型的进一步改进，所述分隔墙为一圆筒形独立部件，且圆筒形分隔墙连接于过渡接头下端。

本实用新型与现有技术相比，优点在于：首先，由于分隔墙的存在，旁通气流的流向会受到约束，其流向与涡轮机排气主流方向的夹角会减小，二者之间的干扰被减弱，进而湍流也会被削弱，旁通气流的流动会更顺畅，旁通流量可以得到显著提升。同时，削弱湍流也可以减少熵增，而熵增减少可以降低效率损失。

其次，由于分隔墙的存在，旁通气流与涡轮机排气主流汇合的位置相对没有分隔墙的传统设计而言距离涡轮机叶轮更远，所以叶轮背压相对也会降低，而背压降低可以在一定程度上提升效率。

附图说明

图1为常见的涡轮增压器的局部剖视示意图。

图2为图1中的涡轮机壳体部件和过渡接头的剖视示意图。

图3为本实用新型的涡轮机壳体部件和过渡接头的剖视示意图。

图4为图3中的X-X局部剖视图。

图5~7为过渡接头与分隔墙连接示意图。

附图标记说明：1—涡轮轴、2—压叶轮、3—压缩机壳体、4—中间壳体、5—涡轮机叶轮、6—涡轮机壳体、7—旁通阀、8—过渡接头、9—旁通通道、10—过渡接头出口、11—涡轮机壳体出口、12—分隔墙、13—中心区域、14—外围区域、15—凸台、16—流道、17—安装槽等。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图3、4所示，本实用新型一种涡轮增压器，包括带有流道16的涡轮机壳体6，在涡轮机壳体6上设有连通流道16的旁通通道9，并在旁通通道9上设有旁通阀7，涡轮机壳体6的安装面上固定连接有过渡接头8，过渡接头8与涡轮机壳体6相连一侧设有分隔墙12，所述分隔墙12伸入涡轮机壳体6内腔中，并将涡轮机壳体6分隔为中心区域13与外围区域14；在某些特殊情况下，由于空间限制，分隔墙12和旁通阀7的位置会有部分重叠，此时可以在分隔墙12上对应于旁通阀7处开设置安装槽17；其他情况下，此处没有安装槽17，如图7所示。

所述分隔墙12呈筒形状，且筒形分隔墙的上端口直径大于下端口直径，筒形分隔墙上端口与下端口之间为平滑过渡连接。

所述分隔墙12下端设有倒角或台阶，涡轮机壳体6内腔形成有与分隔墙12下端倒角或台阶密闭配合的凸台15。

如图1所示，所述分隔墙12与过渡接头8一体连接。

所述过渡接头8的出口10呈由内向外扩张的锥面。

如图5、6所示，所述分隔墙12为一圆筒形独立部件，且圆筒形分隔墙连接于过渡接头8下端。图5、6示出了过渡接头8与分隔墙12连接的两种实施方式，图5所示，过渡接头8上用于支撑分隔墙12的内壁具有一定的锥度，且上述带锥度的内壁向过渡接头8出口延伸，并超越分隔墙12的起点位置。图6示出了过渡接头8与分隔墙12连接的另一种方式，过渡接头8下端具有法兰，圆筒形分隔墙上端具有安装圆台，过渡接头8通过其下端法兰连接于分隔墙12上端，且过渡接头8的法兰置于分隔墙12的安装圆台内。

如附图3所示，在使用过程中，过渡接头8联接于涡轮机壳体6的出口法兰，过渡接头8上的筒状分隔墙12延伸到涡轮机壳体6内部，其末端与涡轮机壳体保持一定的轴向和径向间隙，该分隔墙12将涡轮机壳体出口11隔离为两块独立的区域，中心区域13供涡轮机排气气流通过，环形的外围区域14与旁通通道9相连，供旁通气流通过。在旁通阀7关闭状态，来自发动机的所有废气通过涡轮机做功后经中心区域13排出；在旁通阀7的开启状态，除涡轮机排气气流（指流经涡轮做功后的废气）经过中心区域13外，还有一部分旁通气流（指未流经涡轮直接由涡轮机进口流向出口的废气）从外围区域14排出，旁通气流经过过渡接头8上的导流槽调节方向后再与涡轮机排气气流汇合。这样，两股气流在流向相对比较一致的状态下汇合，涡轮机壳体出口11和过渡接头出口10的气体流动会得到显著改善，从而可以大幅提高旁通流量同时略微改善涡轮机效率。

使用该过渡接头的涡轮增压器可以将旁通气流与涡轮机排气气流隔离开来并提供导流作用，使得在旁通气流和涡轮机排气气流汇合时二者之间不会产生太大的扰动，从而可以在没有明显损失效率的前提下实现更大的旁通流量。该过渡接头同时也有助于改善发动机的燃油经济性。

与在涡轮机壳体上增加分隔墙以实现隔离气流作用的涡轮增压器相比，使用该过渡接头的涡轮增压器重量更轻，所需空间更小，出现热疲劳失效的风险相对较低。

该过渡接头既可以设计成整体铸造式，也可以设计成分隔墙和过渡接头分开加工的组合件。组合件的设计可以适应不同的旁通阀结构和不同的应用条件。

Claims (6)

1.一种涡轮增压器，包括带有流道（16）的涡轮机壳体（6），在涡轮机壳体（6）上设有连通流道（16）的旁通通道（9），并在旁通通道（9）上设有旁通阀（7），涡轮机壳体（6）的安装面上固定连接有过渡接头（8），其特征在于：过渡接头（8）与涡轮机壳体（6）相连一侧设有分隔墙（12），所述分隔墙（12）伸入涡轮机壳体（6）内腔中，并将涡轮机壳体（6）分隔为中心区域（13）与外围区域（14）。

2.如权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于：所述分隔墙（12）呈筒形，且筒形分隔墙的上端口直径大于下端口直径，筒形分隔墙上端口与下端口之间为平滑过渡连接。

3.如权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于：所述分隔墙（12）下端设有倒角或台阶，涡轮机壳体（6）内腔形成有与分隔墙（12）下端倒角或台阶密闭配合的凸台（15）。

4.如权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于：所述分隔墙（12）与过渡接头（8）一体连接。

5.如权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于：所述过渡接头（8）的出口（10）呈由内向外扩张的锥面。

6.如权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于：所述分隔墙（12）为一圆筒形独立部件，且圆筒形分隔墙连接于过渡接头（8）下端。