CN206753722U - 一种紧凑型双动力输出涡轮机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种紧凑型双动力输出涡轮机，包括用于驱动压气机的一级涡轮、用于驱动发电机的二级涡轮、以及罩设于一级涡轮与二级涡轮的外侧的机壳，一级涡轮固定套设于一级涡轮轴上，二级涡轮固定套设于二级涡轮轴上，一级涡轮轴的中心轴与二级涡轮轴的中心轴平行或共线设置，一级涡轮的进口处设有径向喷嘴环，二级涡轮的进口处设有轴向喷嘴环，轴向喷嘴环与一级涡轮之间设有级间导向罩，级间导向罩与机壳的内壁之间形成用于引导废气进入轴向喷嘴环的导向通道，一级涡轮为径流涡轮或混流涡轮，二级涡轮为轴流涡轮。此种紧凑型双动力输出涡轮机能够充分利用一级涡轮出口的废气能量用来发电，可实现大幅提升发动机排气能量的利用率，结构紧凑。

Description

一种紧凑型双动力输出涡轮机

技术领域

本实用新型涉及内燃机涡轮增压技术领域，特别涉及一种紧凑型双动力输出涡轮机。

背景技术

涡轮增压器是内燃机的重要部件之一，所有的柴油机及部分汽油机、气体发动机都配备了涡轮增压器，随着增压技术的不断革新，增压器的配机量将会越来越多。随着应用环境的日益复杂以及排放法规的要求日趋严格，传统的涡轮增压器面临严峻的挑战。

以目前的涡轮机来看，涡轮出口一般仍然存在较高的废气动能，同时存在400-500℃的热能，如果不加以利用，则这部分能量全部排入大气，造成能量的极大浪费。

因此，怎样利用传统涡轮机出口的废气能量，以使发动机废气的利用率达到最大化，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种紧凑型双动力输出涡轮机，可以进一步利用一级涡轮出口的能量来实现发电，效率较高，能够实现废气利用率的最大化。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种紧凑型双动力输出涡轮机，包括用于驱动压气机的一级涡轮、用于驱动发电机的二级涡轮、以及罩设于所述一级涡轮与所述二级涡轮的外侧的机壳，所述一级涡轮固定套设于一级涡轮轴上，所述二级涡轮固定套设于二级涡轮轴上，所述一级涡轮轴的中心轴与所述二级涡轮轴的中心轴平行或共线设置，所述一级涡轮的进口处设有径向喷嘴环，所述二级涡轮的进口处设有轴向喷嘴环，所述轴向喷嘴环与所述一级涡轮之间设有级间导向罩，所述级间导向罩与所述机壳的内壁之间形成用于引导废气进入所述轴向喷嘴环的导向通道，所述一级涡轮为径流涡轮或混流涡轮，所述二级涡轮为轴流涡轮。

优选地，所述导向通道的径向截面为围绕所述二级涡轮轴的中心轴延长线的环形面，且径向截面面积由进气侧向出气侧渐缩。

优选地，所述二级涡轮轴上设有用于连接发电机的联轴器。

优选地，所述一级涡轮与所述一级涡轮轴为一体件。

优选地，所述二级涡轮与所述二级涡轮轴为一体件。

优选地，还包括用于废气的导向和收集的排气壳，所述排气壳上设有排气壳轴承座，所述排气壳轴承座通过第一滚动轴承连接于所述二级涡轮轴中部的轴颈上，所述排气壳连接有压盖，所述压盖能够与所述二级涡轮轴上连接于所述轴颈的台阶面共同限定所述第一滚动轴承的轴向位移。

优选地，所述轴向喷嘴环上沿径向由内向外依次设有内法兰和外法兰，所述内法兰连接于所述级间导向罩上的导向罩法兰，所述排气壳上设有第一法兰，所述第一法兰、所述外法兰与所述机壳固定连接。

优选地，所述排气壳上还设有第二法兰、第三法兰和第四法兰，所述第二法兰连接外部排气管道，所述第三法兰固定连接所述发电机，所述第四法兰固定连接所述压盖。

优选地，所述二级涡轮轴与所述轴向喷嘴环之间设有第二滚动轴承。

优选地，所述级间导向罩与所述一级涡轮之间设有间隙。

本实用新型提供的紧凑型双动力输出涡轮机中，包括用于驱动压气机的一级涡轮、用于驱动发电机的二级涡轮，一级涡轮固定套设于一级涡轮轴上，二级涡轮固定套设于二级涡轮轴上。废气首先由机壳入口流入机壳，之后进入径向喷嘴环，径向喷嘴环与机壳之间形成缩减通道，使废气膨胀加速，加速后的废气进入到一级涡轮做功，废气经导向通道的引导作用进入轴向喷嘴环，经过轴向喷嘴环加速后的废气进入二级涡轮。一级涡轮驱动一级涡轮轴带动压气机，二级涡轮驱动二级涡轮轴带动发电机发电。

此种紧凑型双动力输出涡轮机通过设置在不同轴上的一级涡轮和二级涡轮，一级涡轮可对压气机做功，同时可以进一步利用一级涡轮出口的能量来实现发电，能够对涡轮所做的功进行充分利用，效率较高，能够实现废气利用率的最大化，同时，一级涡轮、二级涡轮设置于同一个机壳中，结构较为紧凑，能够减小占用空间。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所提供紧凑型双动力输出涡轮机的结构示意图；

图2为本实用新型所提供一级涡轮轴的结构示意图；

图3为本实用新型所提供级间导向罩的结构示意图；

图4为本实用新型所提供轴向喷嘴环的结构示意图；

图5为本实用新型所提供二级涡轮轴的结构示意图；

图6为本实用新型所提供排气壳的结构示意图；

图7为本实用新型所提供紧凑型双动力输出涡轮机的剖视图。

图1至图7中，1-机壳，2-径向喷嘴环，3-级间导向罩，4-第一滚动轴承，5-第二滚动轴承，6-机壳入口，7-一级涡轮，8-导向罩法兰，9-一级涡轮轴，10-轴向喷嘴环，11-二级涡轮轴，12-排气壳，13-联轴器，14-套筒，15-排气壳出口，16-发电机，17-内法兰，18-外法兰，19-轴颈，20-轴向喷嘴环轴承座，21-排气壳轴承座，22-第一法兰，23-第三法兰，24-第四法兰，25-第二法兰，26-二级涡轮。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的核心是提供一种紧凑型双动力输出涡轮机，可以进一步利用一级涡轮出口的能量来实现发电，效率较高，能够实现废气利用率的最大化。

请参考图1至图7，图1为本实用新型所提供紧凑型双动力输出涡轮机的结构示意图；图2为本实用新型所提供一级涡轮轴的结构示意图；图3为本实用新型所提供级间导向罩的结构示意图；图4为本实用新型所提供轴向喷嘴环的结构示意图；图5为本实用新型所提供二级涡轮轴的结构示意图；图6为本实用新型所提供排气壳的结构示意图；图7为本实用新型所提供紧凑型双动力输出涡轮机的剖视图。

本实用新型所提供紧凑型双动力输出涡轮机的一种具体实施例中，包括一级涡轮7、二级涡轮26以及罩设于一级涡轮7和二级涡轮26的外侧的机壳1。一级涡轮7固定套设在一级涡轮轴11上，二级涡轮26固定套设在二级涡轮轴11上，且一级涡轮轴11的中心轴与二级涡轮轴11的中心轴平行或共线设置。一级涡轮7用于驱动压气机，该压气机具体可以连接于一级涡轮轴11，二级涡轮26用于驱动发电机16，该发电机16具体可以连接在二级涡轮轴11。

一级涡轮7的进口处设有径向喷嘴环2，二级涡轮26的进口处设有轴向喷嘴环10，轴向喷嘴环10与一级涡轮7之间设有级间导向罩3，级间导向罩3与机壳1的内壁之间形成用于引导废气进入轴向喷嘴环10的导向通道。一级涡轮7具体可以为径流涡轮或混流涡轮，二级涡轮26具体可以为轴流涡轮。

其中，轴流涡轮的轮盘直径通常会大于径流涡轮与混流涡轮的出口内径，所以级间导向罩3靠近一级涡轮7的直径小于靠近二级涡轮26的直径。级间导向罩3的一端外形尺寸与一级涡轮7的出口轮廓尺寸相一致，另一端的外形尺寸与轴向喷嘴5的入口轮廓尺寸相一致。为了保证涡轮增压器的正常的工作，二级涡轮26的通流面积必须要大于一级涡轮7。

废气首先由机壳入口6流入机壳1，之后进入径向喷嘴环2，径向喷嘴环2与机壳1之间形成缩减通道，使废气膨胀加速，加速后的废气进入到一级涡轮7做功，废气经导向通道的引导作用进入轴向喷嘴环10，经过轴向喷嘴环10加速后的废气进入二级涡轮26。一级涡轮7驱动一级涡轮轴11带动压气机，二级涡轮26驱动二级涡轮轴11带动发电机16发电。

可见，此种紧凑型双动力输出涡轮机通过设置在不同轴上的一级涡轮7和二级涡轮26分别对压气机与发电机16做功，能够对涡轮所做的功进行充分利用，效率较高，能够实现废气利用率的最大化，同时，一级涡轮7、二级涡轮26设置于同一个机壳1中，结构较为紧凑，能够减小占用空间。

其中，为了保证废气顺利地进入轴向喷嘴环10，级间导向罩3的轴向长度不应过短，应使废气进入轴向喷嘴环10之前的速度方向尽可能沿着轴向。级间导向罩3与轴向喷嘴环10、一级涡轮7之间的连接处要光滑，不应有台阶出现，以避免气流碰撞损失。

其中，机壳1可以包括绕径向喷嘴环2的周向设置的环形通道，该环形通道上设置机壳入口6，废气由机壳入口6进入该环形通道，然后进入径向喷嘴环2，环形通道能够限制气体流动方向，有利于提高径向喷嘴环2的引流效率。

具体地，导气通道的径向截面可以为围绕二级涡轮轴11的中心轴延长线的环形面，且径向截面面积可以由进气侧向出气侧渐缩，以保证废气在顺压条件下流动。其中，对于导气通道，靠近一级涡轮7的一侧为进气侧，靠近二级涡轮26的一侧为出气侧。

具体地，二级涡轮轴11上可以设有用于连接发电机16的联轴器13，联轴器13将二级涡轮轴11与发电机16的电机轴相连，涡轮轴功通过联轴器13将动力传递给电机轴进行发电，从而将二级涡轮轴11的运动与动力有效传递给发电机16。

具体地，一级涡轮7与一级涡轮轴11可以为一体件，以保证一级涡轮7与一级涡轮轴11之间能够可靠地同步运转。当然，一级涡轮7也可以通过摩擦焊或者其他方式与一级涡轮轴11联成一体。

具体地，二级涡轮26与二级涡轮轴11可以为一体件，以保证二级涡轮26与二级涡轮轴11之间能够可靠地同步运转。当然，二级涡轮26也可以通过摩擦焊或者其他方式与二级涡轮轴11联成一体。

在上述各个实施例的基础上，该紧凑型双动力输出涡轮机中还可以包括用于废气的导向和收集的排气壳12，废气从二级涡轮26流出后从排气壳12上的排气壳出口15排出。排气壳12上设有排气壳轴承座21，该排气壳轴承座21通过第一滚动轴承4连接于二级涡轮轴11的中部的轴颈19上，即第一滚动轴承4的外圈安装在排气壳轴承座21上，第一滚动轴承4的内圈安装在二级涡轮轴11的轴颈19的外周面。第一滚轴轴承可以对二级涡轮轴11进行支撑，同时，采用第一滚动轴承4进行连接，维护方便，工作可靠，起动性能好。排气壳12连接有压盖，具体可以通过螺栓连接，压盖能够与二级涡轮轴11上连接于轴颈19的台阶面共同限定第一滚动轴承4的轴向位移，即轴颈19与二级涡轮轴11的主体之间形成台阶面，压盖与该台阶面分别位于第一滚动轴承4的轴向的两侧，压盖可以对第一滚动轴承4进行密封与固定，保持第一滚动轴承4在轴向上的位置。

具体地，轴向喷嘴环10上沿径向由内向外可以依次设置内法兰17和外法兰18，内法兰17连接于级间导向罩3上的导向罩法兰8，排气壳12上设有第一法兰22，第一法兰22、外法兰18与机壳1固定连接，即沿着轴向，机壳1、外法兰18和第一法兰22依次设置并连接在一起。其中，机壳1的一端连接轴向喷嘴环10，另一端可以通过法兰固定于压气机的轴承壳上。各部件之间通过法兰结构连接，有利于提高装拆的便捷性，进而便于维修工作的顺利进行。

进一步地，排气壳12上还可以设有第二法兰25、第三法兰23和第四法兰24，第二法兰25连接外部排气管道，第三法兰23固定连接发电机16，第四法兰24固定连接压盖，以进一步提高拆装的便捷性。其中，发电机16可以通过螺栓连接有套筒14，该套筒14套设在二级涡轮轴11的外侧，该套筒14与第三法兰23相连接。

上述各个实施例中，二级涡轮轴11与轴向喷嘴环10之间可以设有第二滚动轴承5，第一滚动轴承4与第二滚动轴承5可以相配合对二级涡轮轴11进行支撑。其中，轴向喷嘴环10的中部可以加工一个用于安装第二滚动轴承5的外圈的轴向喷嘴环轴承座20，第二滚珠轴承的内圈设置在二级涡轮轴11的一轴向端部的轴颈上。

具体地，级间导向罩3与一级涡轮7之间可以设有间隙，以避免一级涡轮7被刮伤，保证涡轮安全运行。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本实用新型所提供的紧凑型双动力输出涡轮机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种紧凑型双动力输出涡轮机，其特征在于，包括用于驱动压气机的一级涡轮(7)、用于驱动发电机(16)的二级涡轮(26)、以及罩设于所述一级涡轮(7)与所述二级涡轮(26)的外侧的机壳(1)，所述一级涡轮(7)固定套设于一级涡轮轴(9)上，所述二级涡轮(26)固定套设于二级涡轮轴(11)上，所述一级涡轮轴(9)的中心轴与所述二级涡轮轴(11)的中心轴平行或共线设置，所述一级涡轮(7)的进口处设有径向喷嘴环(2)，所述二级涡轮(26)的进口处设有轴向喷嘴环(10)，所述轴向喷嘴环(10)与所述一级涡轮(7)之间设有级间导向罩(3)，所述级间导向罩(3)与所述机壳(1)的内壁之间形成用于引导废气进入所述轴向喷嘴环(10)的导向通道，所述一级涡轮(7)为径流涡轮或混流涡轮，所述二级涡轮(26)为轴流涡轮。

2.根据权利要求1所述的紧凑型双动力输出涡轮机，其特征在于，所述导向通道的径向截面为围绕所述二级涡轮轴(11)的中心轴延长线的环形面，且径向截面面积由进气侧向出气侧渐缩。

3.根据权利要求1所述的紧凑型双动力输出涡轮机，其特征在于，所述二级涡轮轴(11)上设有用于连接发电机(16)的联轴器(13)。

4.根据权利要求1所述的紧凑型双动力输出涡轮机，其特征在于，所述一级涡轮(7)与所述一级涡轮轴(9)为一体件。

5.根据权利要求1所述的紧凑型双动力输出涡轮机，其特征在于，所述二级涡轮(26)与所述二级涡轮轴(11)为一体件。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的紧凑型双动力输出涡轮机，其特征在于，还包括用于废气的导向和收集的排气壳(12)，所述排气壳(12)上设有排气壳轴承座(21)，所述排气壳轴承座(21)通过第一滚动轴承(4)连接于所述二级涡轮轴(11)中部的轴颈(19)上，所述排气壳(12)连接有压盖，所述压盖能够与所述二级涡轮轴(11)上连接于所述轴颈(19)的台阶面共同限定所述第一滚动轴承(4)的轴向位移。

7.根据权利要求6所述的紧凑型双动力输出涡轮机，其特征在于，所述轴向喷嘴环(10)上沿径向由内向外依次设有内法兰(17)和外法兰(18)，所述内法兰(17)连接于所述级间导向罩(3)上的导向罩法兰(8)，所述排气壳(12)上设有第一法兰(22)，所述第一法兰(22)、所述外法兰(18)与所述机壳(1)固定连接。

8.根据权利要求7所述的紧凑型双动力输出涡轮机，其特征在于，所述排气壳(12)上还设有第二法兰(25)、第三法兰(23)和第四法兰(24)，所述第二法兰(25)连接外部排气管道，所述第三法兰(23)固定连接所述发电机(16)，所述第四法兰(24)固定连接所述压盖。

9.根据权利要求6所述的紧凑型双动力输出涡轮机，其特征在于，所述二级涡轮轴(11)与所述轴向喷嘴环(10)之间设有第二滚动轴承(5)。

10.根据权利要求6所述的紧凑型双动力输出涡轮机，其特征在于，所述级间导向罩(3)与所述一级涡轮(7)之间设有间隙。