CN207728405U - 一种水冷型涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种水冷型涡轮增压器，属于透平机械技术领域，由水冷中间体、水冷压气机蜗壳和水冷涡轮箱三部分组成，水冷中间体通过压气机压板与水冷压气机蜗壳联接；水冷涡轮箱通过涡轮箱压板与水冷中间体联接，所述水冷中间体上设置有中间体水冷腔，所述水冷压气机蜗壳上设置有压气机蜗壳水冷腔，所述水冷涡轮箱上设置有涡轮箱水冷腔。通过使用水冷结构，可以有效降低涡轮端密封环部位工作温度，整体降低中间体承受的高温，使其保持在一个合理的工作温度范围内。

Description

一种水冷型涡轮增压器

技术领域

本实用新型涉及一种水冷型涡轮增压器，属于透平机械技术领域。

背景技术

通常涡轮增压器工作时，压气机蜗壳气体出气温度最高接近230℃，此时压气机叶轮承受了200℃左右的高温，基本接近了压气机叶轮材料所能承受的最大温度。为保证压气机的可靠性，受这一温度的影响，涡轮增压器的性能受到了限制，

涡轮箱废气出气温度最高接近700℃，高温对于涡轮端一侧的密封装置影响很大，很容易造成积碳导致密封环失效引发涡轮增压器漏油、窜气等故障，而且涡轮废气温度还直接影响着涡轮增压器的性能，过高的排气温度对涡轮增压器的性能是不利的。为保证浮动轴承润滑良好、密封环部位不产生积碳，通常中间体靠近涡轮端轴承一侧的温度要求不超过150℃，涡轮端密封环部位温度要求不超过230℃。

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部件。涡轮增压器长期处于高温、高压、高转速下运行，涡轮增压器的不同部件承受的最高温度又是截然不同的，不同零部件间的温差很大，温度的差异对涡轮增压器的可靠性影响巨大，直接影响着涡轮增压器的转子润滑性能、空气和燃烧废气的密封性等性能，而且较高的运行工作温度也限制了涡轮增压器性能的发挥。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型提供了一种水冷型涡轮增压器，该涡轮增压器可有效的降低涡轮增压器各个部件间的温差，同时降低涡轮增压器的常用工作温度，提高涡轮增压器的使用安全可靠性，提高涡轮增压器性能发挥的潜力及与发动机的性能匹配适应性。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种水冷型涡轮增压器，由水冷中间体、水冷压气机蜗壳和水冷涡轮箱三部分组成，水冷中间体通过压气机压板与水冷压气机蜗壳联接；水冷涡轮箱通过涡轮箱压板与水冷中间体联接，所述水冷中间体内设置有中间体水冷腔，所述水冷压气机蜗壳内设置有压气机蜗壳水冷腔，所述水冷涡轮箱内设置有涡轮箱水冷腔。

所述水冷压气机蜗壳通过连接水管与水冷中间体联通。

所述连接水管与水冷压气机蜗壳和水冷中间体可拆卸联接。

所述水冷压气机蜗壳设置有水冷压气机蜗壳水腔进水接头和水冷压气机蜗壳水腔出水接头。

所述水冷中间体设置有水冷中间体水腔出水接头和水冷中间体水腔进水接头。

本实用新型与现有技术相比，具有的有益效果是：

通过使用水冷结构，可以有效降低涡轮端密封环部位工作温度，整体降低中间体承受的高温，使其保持在一个合理的工作温度范围内。

1）水冷涡轮增压器采用分体式水冷结构组成，可以针对不同使用工况采用不同的冷却能力的水冷壳体组件来完成水冷涡轮增压器的构成。

2）根据发动机提供的冷却系统的压力及管道截面等参数可以快速设计不同冷却能力的水冷壳体组件。

3）水冷涡轮增压器可以有效提高涡轮增压器的安全可靠性能，提高涡轮增压器与发动机的匹配适应性。

附图说明

图1是本实用新型的一个实施例结构示意图；

图2是本实用新型的另一个实施例结构示意图；

图中：1为压气机蜗壳进气腔道，2为水冷压气机蜗壳，3为压气机蜗壳水冷腔，4为水冷腔道工艺堵盖，5为压气机压板，6为压气机螺钉，7为中间体水冷腔，8为水冷中间体，9为涡轮箱螺钉，10为涡轮箱压板，11为涡轮箱排气腔道，12为涡轮箱水冷腔，13为水冷腔道工艺堵盖，14为水冷涡轮箱，15为水冷压气机蜗壳水腔出水接头，16为水冷压气机蜗壳水腔进水接头，17为水冷压气机蜗壳水管连接螺母，18为连接水管，19为水冷中间体水腔出水接头，20为水冷中间体水管连接螺母，21为水冷中间体水腔进水接头。

具体实施方式

下面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。

通过水腔道形状的设计以及相关参数的控制可以有效的降低水冷壳体的使用工作温度，水冷壳体的设计方法如下所示：

对于水冷中间体、水冷压气机蜗壳和水冷涡轮箱而言，可以建立以下的热交换模型，并将其应用到壳体的结构设计当中。通过控制壳体的冷却介质循环量来有效降低壳体的气体温度，为此可以使用以下公式1~4来描述。

（1）

（2）

（3）

（4）

式中为冷却介质进口压力（单位）；为冷却介质出口压力（单位）；为冷却介质进口速度（单位）；为冷却介质出口速度（单位）；为冷却介质进口横截面积；为冷却介质出口横截面积（单位）；为冷却介质的密度（单位）；为冷却介质的质量流量（单位）；为传热系数（单位）；为壳体与冷却介质的接触面积（即散热面积）（单位）；为修正系数，通常取0.5~1.0，该值与冷却的介质及冷却气体的温度有关；为冷却气体的比热（单位）；为气体进气温度（单位）；为气体出气温度（单位）；为冷却介质进口温度（单位）；为冷却介质出口温度（单位）。

由以上公式可得，影响壳体冷却效果的影响因素众多，但是主要影响壳体结构设计的参数是冷却介质进口压力，冷却介质出口压力，冷却介质进口横截面积，冷却介质出口横截面积，壳体与冷却介质的接触面积。因此，以上五个参数将直接影响壳体冷却性能的设计。当在特殊情况下不能使用水作为冷却介质时，以上公式依然适用于壳体的冷却结构的设计计算。

实施例一

水冷涡轮增压器由水冷中间体8、水冷压气机蜗壳2和水冷涡轮箱14三部分组成。水冷中间体8和水冷压气机蜗壳2用若干压气机压板5和螺钉6均匀分布连接固定。水冷中间体8和水冷涡轮箱14用若干涡轮箱压板10和螺钉9均匀分布连接固定。

水冷中间体8采用常规重力铸造，制造模具分为中间体外模、中间体内模和水腔道模，该结构比常规中间体多出中间体水冷腔7，该结构将有效降低水冷中间体8在使用工作中的机体温度。

水冷压气机蜗壳2采用常规重力铸造，制造模具分为压气机蜗壳外模、气流腔道模和水腔道模，该结构比常规压气机蜗壳多出压气机蜗壳水冷腔3，该结构将有效降低压气机蜗壳2在使用工作中的机体温度。

水冷涡轮箱14采用常规重力铸造，制造模具分为涡轮箱外模、气流腔道和水腔道模，该结构比常规涡轮箱多出涡轮箱水冷腔12，该结构将有效降低涡轮箱14在使用工作中的机体温度。

实施例二

对于一种改进型水冷型涡轮增压器的实施方式如图2所示。当受到发动机水冷结构限制时，可以采用此种结构减少水冷接头及管道的使用数量。由于涡轮箱的使用温度通常都在500℃以上，为了保证涡轮增压器使用性能的稳定性，因此涡轮箱的冷却水循环必须单独循环，以此提高冷却效率。压气机蜗壳和中间体的工作使用温度本身并不高，因此可以通过共同循环来减少一组水冷接头及管道的使用数量。为了提高冷却效率，采用中间体进冷却水，压气机蜗壳出冷却水的方式进行冷却系统的布置。

在水冷压气机蜗壳2和水冷中间体8之间用连接水管18将其联通，水冷压气机蜗壳2设置有水冷压气机蜗壳水腔进水接头16和水冷压气机蜗壳水腔出水接头15，水冷中间体8设置有水冷中间体水腔出水接头19和水冷中间体水腔进水接头21。连接水管18的一端通过水冷压气机蜗壳水管连接螺母17与水冷压气机蜗壳水腔进水接头16连接锁紧，连接水管18的另一端水冷中间体水管连接螺母20与水冷中间体水腔出水接头19连接锁紧。

上面仅对本实用新型的较佳实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种水冷型涡轮增压器，由水冷中间体（8）、水冷压气机蜗壳（2）和水冷涡轮箱（14）三部分组成，水冷中间体（8）通过压气机压板（5）与水冷压气机蜗壳（2）联接；水冷涡轮箱（14）通过涡轮箱压板（10）与水冷中间体（8）联接，其特征在于：所述水冷中间体（8）内设置有中间体水冷腔（7），所述水冷压气机蜗壳（2）内设置有压气机蜗壳水冷腔（3），所述水冷涡轮箱（14）内设置有涡轮箱水冷腔（12）。

2.根据权利要求1所述的水冷型涡轮增压器，其特征在于：所述水冷压气机蜗壳（2）通过连接水管（18）与水冷中间体（8）联通。

3.根据权利要求2所述的水冷型涡轮增压器，其特征在于：所述连接水管（18）与水冷压气机蜗壳（2）和水冷中间体（8）可拆卸联接。

4.根据权利要求2所述的水冷型涡轮增压器，其特征在于：所述水冷压气机蜗壳（2）设置有水冷压气机蜗壳水腔进水接头（16）和水冷压气机蜗壳水腔出水接头（15）。

5.根据权利要求2所述的水冷型涡轮增压器，其特征在于：所述水冷中间体（8）设置有水冷中间体水腔出水接头（19）和水冷中间体水腔进水接头（21）。