CN207728444U - 一种高可靠性涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高可靠性涡轮增压器，该涡轮增压器与传统涡轮增压器相比具有更高的安全可靠性，属于透平机械技术领域，由压气机组件、中间体和涡轮机组件三大部件组成，三大部件均与壳体压板固定联接，其特征在于：所述压气机组件包括导流罩、导流套、水冷压气机蜗壳，所述导流罩与水冷压气机蜗壳联接，导流套与导流罩联接并形成压气机防爆安全环缓冲腔，所述压气机防爆安全环缓冲腔内设有压气机防爆安全环；所述涡轮机组件包括带有涡轮箱防护罩的水冷涡轮箱和涡轮排气导流罩，所述涡轮排气导流罩设置在水冷涡轮箱的排气出口处，所述水冷涡轮箱内设有涡轮机爆裂缓冲圈。可以实现多结构防护、制造轻巧、安装拆卸灵活的高可靠性的特点。

Description

一种高可靠性涡轮增压器

技术领域

本实用新型涉及一种高可靠性涡轮增压器，该涡轮增压器与传统涡轮增压器相比具有更高的安全可靠性，属于透平机械技术领域。

背景技术

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，如果涡轮增压器出现故障导致其破坏，甚至发生爆裂，则破裂飞散出的涡轮增压器碎片将会直接撞击周边物体，对设备维护人员而言危害性极大。虽然涡轮增压器一般都进行了包容性设计，但是在不同的使用工况下仍然有可能会发生涡轮增压器爆裂的故障，涡轮增压器的安全可靠性问题尤为突出，因此我们提出了一种高可靠性结构的涡轮增压器，该结构的涡轮增压器将有效的降低涡轮增压器发生爆裂的风险，即便是特殊情况下发生涡轮增压器的爆裂，该结构也能极大的提高涡轮增压器的安全防护能力。

涡轮增压器的不同部件承受的最高温度是不同的，不同零部件间的最大温差有10倍有余，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、燃烧废气的密封性等性能。本实用新型所提到的该结构涡轮增压器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。

实用新型内容

本实用新型目的是为提高涡轮增压器安全可靠运行的等级，提供一种多结构防护、制造轻巧、安装拆卸灵活的高可靠性涡轮增压器。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种高可靠性涡轮增压器，由压气机组件、中间体和涡轮机组件三大部件组成，三大部件之间通过壳体压板固定联接，所述压气机组件包括导流罩、导流套、水冷压气机蜗壳，所述导流罩与水冷压气机蜗壳联接，导流套与导流罩联接并形成压气机防爆安全环缓冲腔，所述压气机防爆安全环缓冲腔内设有压气机防爆安全环；所述涡轮机组件包括带有涡轮箱防护罩的水冷涡轮箱和涡轮排气导流罩，所述涡轮排气导流罩设置在水冷涡轮箱的排气出口处，所述水冷涡轮箱内设有涡轮机爆裂缓冲圈。

所述压气机防爆安全环与导流罩和导流套采用间隙配合。

所述压气机防爆安全环由五层不同材料的环组成，可以起到吸收爆裂叶轮飞散碎片的动能的作用。

所述涡轮机爆裂缓冲圈上设有凸缘。

所述凸缘的形状为U型，能够阻挡碎片的冲击，吸收其冲击能量，起到安全保护的作用。

所述涡轮箱防护罩上设有涂层，可以起到隔热、防油、防水、防火的作用。

本实用新型的主要优点：

1）同时采用水冷压气机蜗壳、水冷涡轮箱和水冷中间体的涡轮增压器对提高其运行可靠性有重要作用。

2）涡轮增压器压气机蜗壳的安全防护通过使用导流罩、导流套、压气机进气罩、水冷压气机蜗壳、压气机防爆安全环等结构来实现。涡轮增压器涡轮箱的安全防护通过使用涡轮箱防护罩、水冷涡轮箱、涡轮机爆裂缓冲圈、涡轮排气导流罩等结构来实现。根据发动机使用工况的需要来组合选择，该结构灵活多变又不失安全可靠性。

3）压气机防爆安全环和涡轮机爆裂缓冲圈的使用为提高涡轮增压器的产品可靠性提供重要保障。对涡轮箱防护罩进行表面处理、添加辅助材料（如隔热棉）或喷涂特种涂层等可以起到隔热、防油、防水、防火、防盐雾等目的。

通过水冷结构降低涡轮增压器的工作温度，提高其工作稳定性，另外通过多层多材料结构提高涡轮增压器的壳体包容性，提高涡轮增压器的安全使用性，综合提高涡轮增压器的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为压气机防爆安全环构示意图；

图3为涡轮机爆裂缓冲圈构示意图；

图中：1为导流罩，2为导流套，3为压气机进气罩，4为压气机爆裂缓冲腔，5为压气机防爆安全环，6为压气机防爆安全环缓冲腔，7为压气机蜗壳进气腔道，8为水冷压气机蜗壳，9为压气机蜗壳水冷腔，10为水冷腔道工艺堵盖，11为压气机压板，12为压气机螺钉，13为涡轮箱压板，14为涡轮箱螺钉，15为水冷中间体，16为中间体水冷腔，17为涡轮箱排气腔道，18为涡轮箱水冷腔，19为涡轮箱防护罩紧固防松螺栓，20为水冷腔道工艺堵盖，21为涡轮箱壳体爆裂缓冲腔，22为涡轮箱防护罩，23为水冷涡轮箱，24为涡轮排气导流罩，25为涡轮机爆裂缓冲圈，26为涡轮排气隔热腔，27为涡轮转轴，28为喷嘴环，29为隔热罩，30为压气机背盘，31为叶片扩压器，32为压气机叶轮。

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。

本实用新型由压气机组件、中间体和涡轮机组件三大部件组成，三大部件使用螺栓和壳体压板进行连接固定。压气机组件主要由以下部件组成，包括压气机叶轮26、导流罩1、导流套2、压气机进气罩3、压气机防爆安全环5、水冷压气机蜗壳8、叶片扩压器31以及若干组件连接使用的螺栓及垫片。中间体组件主要由以下部件组成，包括水冷中间体15、压气机背盘30以及转子小件部件总成等。涡轮机组件主要由以下部件组成，包括涡轮转轴27、涡轮箱防护罩22、水冷涡轮箱23、涡轮排气导流罩24、涡轮机爆裂缓冲圈25、喷嘴环28、隔热罩29以及若干组件连接使用的螺栓及垫片。

当涡轮增压器使用时出现故障并发生爆裂，本实用新型所涉及到的结构可以有效阻挡涡轮增压器的爆裂碎片对周边环境的冲击破坏。对于压气机叶轮32爆裂飞散而言，其碎片将受到金属层、空气层、特殊材料层等多层结构的阻挡，这些层面包括导流罩1、导流套2、压气机防爆安全环5、压气机防爆安全环缓冲腔6，具有三层壁厚的水冷压气机蜗壳8，压气机爆裂缓冲腔4，压气机进气罩3，压气机蜗壳进气腔道7，压气机蜗壳水冷腔9。对于涡轮转轴27的涡轮叶轮爆裂飞散而言，其碎片将受到金属层、空气层、特殊材料层等多层结构的阻挡，这些层面包括涡轮排气导流罩24，涡轮排气隔热腔26，涡轮机爆裂缓冲圈25，喷嘴环28，具有三层壁厚的水冷涡轮箱23，涡轮箱壳体爆裂缓冲腔21，涡轮箱防护罩22，涡轮箱排气腔道17，涡轮箱水冷腔18。

压气机防爆安全环5（如图2所示）对涡轮增压器压气机的安全性起到重要的保护作用，压气机防爆安全环5由五层不同材料的环组成，目的是起到吸收爆裂叶轮飞散碎片的动能，降低其冲击能量和速度，压气机防爆安全环5的单层壁厚对防护罩的防爆安全保护能力起着重要作用，选用适当厚度的材料制造压气机防爆安全环5需要对其进行安全校核，为此整理得到如下公式：

（1）

式中为压气机防爆安全环单层壁厚的材料能够选用的最小厚度（单位）；为动载荷因数；为冲击动载荷（单位）；为单层壁厚材料的最大许用应力（单位）；为矩形平板系数，该值的选择与材料的长宽比有关。

根据压气机叶轮使用的材料、尺寸、工艺水平、使用工况等因素来估算其发生爆裂时碎片的冲击能量，以此估算结果为压气机防爆安全环单层环的材料与壁厚的选择提供计算依据，结合压气机叶轮碎片总的冲击能量来计算使用压气机防爆安全环的单层环数。

涡轮机爆裂缓冲圈25（如图3所示）对涡轮增压器涡轮机的安全性起到重要的保护作用。涡轮机爆裂缓冲圈25由三组U型凸缘结构组成，当发生涡轮叶轮爆裂飞散时，涡轮机爆裂缓冲圈25能够阻挡碎片的冲击，吸收其冲击能量，起到涡轮箱壳体的安全保护作用。

涡轮箱防护罩22的制造材料的选用原则为重点选用耐热温度高、抗冲击性能强、耐腐蚀性能强、焊接性能强的材料。

具体装配如下所述（如图1所示）：

1）装配涡轮转子总成。将转子小件部件总成安装到水冷中间体15中，并用压气机背盘30将小件完全固定在水冷中间体15中，在中间体的涡轮端一侧安装隔热罩29，并将涡轮转轴27穿过中间体，使用压气机叶轮32与涡轮转轴27完全装配在一起，组成涡轮转子总成。

2）装配涡轮箱组件。将涡轮机爆裂缓冲圈25嵌入到水冷涡轮箱23中，在水冷涡轮箱23的排气出口处装入涡轮排气导流罩24，并用丝锥固定完全，采用若干个涡轮箱防护罩紧固防松螺栓19将涡轮箱防护罩22固定在水冷涡轮箱23上，之后装入喷嘴环28。

3）装配压气机蜗壳组件。将导流罩1固定在水冷压气机蜗壳8上，装入压气机防爆安全环5，并用导流套2将其控制在导流罩1与导流套2之间形成的压气机防爆安全环缓冲腔6内，压气机防爆安全环5在导流罩1和导流套2采用间隙配合，之后安装压气机进气罩3并用螺栓固定完好。

4）使用涡轮箱压板13和涡轮箱螺钉14将涡轮转子总成与涡轮箱组件连接固定，将叶片扩压器31安装到水冷中间体15压气机端一侧，将装配好的压气机蜗壳组件安装到压气机叶轮32上，并用压气机压板11和压气机螺钉12将其连接固定。

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 (6)

1.一种高可靠性涡轮增压器，由压气机组件、中间体和涡轮机组件三大部件组成，三大部件之间通过壳体压板固定联接，其特征在于：所述压气机组件包括导流罩（1）、导流套（2）、水冷压气机蜗壳（8），所述导流罩（1）与水冷压气机蜗壳（8）联接，导流套（2）与导流罩（1）联接并形成压气机防爆安全环缓冲腔（6），所述压气机防爆安全环缓冲腔（6）内设有压气机防爆安全环（5）；所述涡轮机组件包括带有涡轮箱防护罩（22）的水冷涡轮箱（23）和涡轮排气导流罩（24），所述涡轮排气导流罩（24）设置在水冷涡轮箱（23）的排气出口处，所述水冷涡轮箱（23）内设有涡轮机爆裂缓冲圈（25）。

2.根据权利要求1所述的高可靠性涡轮增压器，其特征在于：所述压气机防爆安全环（5）与导流罩（1）和导流套（2）采用间隙配合。

3.根据权利要求1所述的高可靠性涡轮增压器，其特征在于：所述压气机防爆安全环（5）由五层不同材料的环组成，可以起到吸收爆裂叶轮飞散碎片的动能的作用。

4.根据权利要求1所述的高可靠性涡轮增压器，其特征在于：所述涡轮机爆裂缓冲圈（25）上设有凸缘。

5.根据权利要求4所述的高可靠性涡轮增压器，其特征在于：所述凸缘的形状为U型，能够阻挡碎片的冲击，吸收其冲击能量，起到安全保护的作用。

6.根据权利要求1所述的高可靠性涡轮增压器，其特征在于：所述涡轮箱防护罩（22）上设有涂层，可以起到隔热、防油、防水、防火的作用。