CN208456914U - 一种涡轮增压器及其离心压气机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种离心压气机，包括设有叶片的扩压器，叶片设有连通叶片两侧的槽缝，以便流体能够在压差的作用下从叶片的高压侧泄漏至低压侧。本实用新型提供的离心压气机在扩压器的叶片上设置槽缝，平衡叶片两侧的压差，槽缝起到了泄漏流体、调节压差的作用，使离心压气机在大流量和小流量工况下均能稳定工作，拓宽了离心压气机稳定工作的流量范围。本实用新型还公开了一种具有该离心压气机的涡轮增压器，其工况适应性较强。

Description

一种涡轮增压器及其离心压气机

技术领域

本实用新型涉及内燃机增压技术领域，更具体地说，涉及一种离心压气机。此外，本实用新型还涉及一种包括上述离心压气机的涡轮增压器。

背景技术

现代内燃机的广泛应用不仅需要消耗大量的石油资源，还会造成严重的大气污染，因此，人们越来越重视内燃机高效、节能、减排的技术。

内燃机增压技术能够在保持内燃机基本结构不变的情况下，回收排气能量并增加进气量，进而有效提高内燃机动力性、改善燃油经济性、减少排气污染，是当前解决内燃机耗能、排放等问题的有效途径之一。

现有船舶、铁路机车用和发电装置内燃机所用的大型涡轮增压器中的离心压气机大多采用叶片扩压器，相比于无叶扩压器，叶片扩压器具有较大的增压能力和较高的效率。但叶片扩压器稳定运行范围较窄，当离心压气机处于大流量工况时，扩压器喉部流道容易堵塞；而小流量工况时，离心压气机叶轮出口的气流角与扩压器叶片角不匹配，造成气流分离，扩压器叶片吸力面和压力面的载荷加大，在扩压器内较大的逆压梯度作用下，极易形成回流现象，从而造成扩压器内的不稳定流动，导致离心压气机失速和喘振。

综上所述，如何拓宽离心压气机稳定工作的流量范围、增强离心压气机的工况适应性，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种离心压气机，能够在较宽的流量范围内稳定工作，具有较强的工况适应性。

本实用新型的另一目的是提供一种包括上述离心压气机的涡轮增压器，能够适应流量过大或过小的不良工况。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种离心压气机，包括设有叶片的扩压器，所述叶片设有连通所述叶片两侧的槽缝，以便流体能够在压差的作用下从所述叶片的高压侧泄漏至低压侧。

优选的，所述槽缝为沿所述叶片弦长方向延伸的条形结构。

优选的，所述槽缝的高度范围为所述叶片高度的5％-40％，和/或所述槽缝的长度范围为所述叶片弦长的10％-95％。

优选的，所述扩压器包括扩压器本体，所述槽缝设于所述叶片远离所述扩压器本体的一端。

优选的，全部所述叶片均设置有所述槽缝。

优选的，所述叶片为机翼型或楔形或直板型的叶片。

优选的，所述扩压器与所述离心压气机的压气机壳通过柱销连接，所述扩压器设有用于安装所述柱销的定位孔。

优选的，所述离心压气机的叶轮为半开式叶轮。

一种涡轮增压器，包括涡轮机，还包括上述任意一种离心压气机。

本实用新型提供的离心压气机包括设有叶片的扩压器，叶片的两侧分别为吸力面和压力面，叶片设有连通叶片两侧的槽缝，以便流体能够在压差的作用下从叶片的高压侧泄漏至低压侧。

当离心压气机处于小流量工况时，吸力面由于气流分离形成负压区，此时压力面的压力大于吸力面的压力，由于叶片设有槽缝，部分压缩空气在压差的作用下，能够通过槽缝从压力面一侧进入吸力面一侧，降低扩压器壁面载荷，抑制扩压器内由于叶片角与气流角不匹配造成的气流分离，增强扩压器在小流量工况的流场稳定性，拓宽离心压气机的小流量运行边界。

当离心压气机处于大流量工况时，扩压器叶片之间形成的喉口面积限制了扩压器的通流能力，导致扩压器的喉口流道阻塞，此时在叶片扩压器上开设的槽缝可以在一定程度上增加扩压器喉口面积，此时部分流体可从叶片吸力面泄漏至压力面，从而扩大离心压气机的大流量运行边界。

本实用新型提供的离心压气机在扩压器的叶片上设置槽缝，流体在压力面和吸力面压差的作用下，从高压一侧流向低压一侧，平衡叶片两侧的压差。扩压器叶片的槽缝起到了泄漏流体、调节压差的作用，使离心压气机在大流量和小流量工况下均能稳定工作，拓宽了离心压气机的工作范围。

本实用新型还提供一种包括离心压气机的涡轮增压器，由于使用了带有设有槽缝的扩压器，涡轮增压器稳定工作的流量范围更大，工况适应性较强。

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的离心压气机的三维结构剖视图；

图2为本实用新型所提供叶轮罩的结构示意图；

图3为本实用新型所提供扩压器的结构示意图；

图4为本实用新型所提供叶轮的结构示意图；

图5为本实用新型所提供离心压气机壳的三维结构剖视图；

图6为本实用新型所提供进气罩、叶轮罩、叶轮的装配剖视图；

图7为本实用新型所提供的扩压器、离心压气机壳的装配剖视图。

图1-7中的附图标记为：

压气机壳1、进气罩2、叶轮罩3、扩压器4、叶轮5、进气流道6、增压流道7、扩压流道8、出气流道9、进气口10、出气口11、吸力面12、压力面13、槽缝14。

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离心压气机，能够在较宽的流量范围内稳定工作，具有较强的工况适应性。本实用新型的另一核心是提供一种包括上述离心压气机的涡轮增压器，能够适应流量过大或过小的不良工况。

请参考图1-7，图1为本实用新型所提供的离心压气机的三维结构剖视图；图2为本实用新型所提供叶轮罩的结构示意图；图3为本实用新型所提供扩压器的结构示意图；图4为本实用新型所提供叶轮的结构示意图；图5为本实用新型所提供压气机壳的三维结构剖视图；图6为本实用新型所提供进气罩、叶轮罩、叶轮的装配剖视图；图7为本实用新型所提供的扩压器、压气机壳的装配剖视图。

本实用新型提供一种离心压气机，包括设有叶片的扩压器4，叶片设有连通叶片两侧的槽缝14，以便流体能够在压差的作用下从叶片的高压侧泄漏至低压侧。

具体的，离心压气机通常包括压气机壳1、扩压器4、叶轮5，还可以包括进气罩2、叶轮罩3等部件。参考图6和图7，在装配状态下，压气机壳1将叶轮5等部件包裹在内部，进气罩2、叶轮罩3和扩压器4依次连接且沿压气机壳1的轴向设置，三者的中部设置可自由转动的叶轮5。为方便下文进行描述，本申请中的轴向、径向、周向均以可绕中心轴旋转的叶轮5为基准。

参考图5，压气机壳1为蜗壳状结构，气体从中部的进气口10进入并从压气机壳1周向的出气口11离开，其中靠近进气口10的通道为进气流道6，靠近出气口11的流道为出气流道9，出气流道9可以为横截面呈圆形、椭圆形、梨形等形状的变截面蜗壳形态，以尽可能降低气体的流动损失为准。

参考图4，叶轮5为可绕中心轴旋转的部件，叶轮5与涡轮机的叶片同轴连接并在涡轮机的控制下旋转。叶轮5设置在压气机壳1的内部，且二者轴向方向一致。叶轮5、进气罩2、叶轮罩3形成的气体流通的通道为增压流道7。叶轮5的叶型、叶片数目需要根据实际需求进行选择。

例如，可以采用带有分流叶片的半开式叶轮结构，当然也可以采用开式叶轮或闭式叶轮。而叶轮5可以为径流式叶轮，也可以为混流式叶轮。

叶轮5的外周设置有叶轮罩3，参考图2，叶轮罩3上设置有抽吸环槽，其中抽吸环槽可以为周向的、轴向的或斜向的，抽吸环槽的数量可以为单个也可以为多个，具体的形状、尺寸、位置、数目可以根据实际需要进行选择。

参考图3，扩压器4为使气体扩压的部件，包括环形的扩压器4本体，扩压器4本体一侧沿周向均匀分布有若干个叶片，扩压器4的叶片所在的区域为扩压流道8。其中叶片的横截面可以呈机翼形、楔形、直板形或其他形状。扩压器4的叶片的两侧分别为压力面13和吸力面12，当离心压气机处于不同工况时，压力面13和吸力面12会存在压差。

叶片上设置有槽缝14，当离心压气机处于不同工况时，叶片两侧会存在较大压差，槽缝14能够使部分空气从压力大的一侧泄漏至压力小的一侧，平衡压力面13和吸力面12的压力差，降低扩压器4叶片两侧的载荷，增强扩压器4流道内的气流稳定性。可以理解的，扩压器4的叶形是多种多样的，本申请的图3以机翼形的扩压器4来进行说明，但是不同叶形的扩压器4在设置槽缝14后均可实现拓稳效果。

在加工过程中，可以采用直接加工现有的扩压器的方式制作本申请的扩压器4，即对现有扩压器4的叶片进行加工、去除叶片的一部分材料，形成一定尺寸的缺口结构。因此本申请提供的离心压气机具有加工简单、易于生产的特点，且不改变现有离心压气机的零件数量与安装方式。

需要说明的是，槽缝14可以设置在叶根也可以设置在叶顶，而为了方便对现有扩压器进行加工，本申请提供的一个实施例中将槽缝14设置在叶片远离扩压器4本体的一端。另外，在开设槽缝14时，可以选择在每个叶片上均设置槽缝14，而仅在部分叶片设置槽缝14的方式仍可以起到离心压气机的拓稳效果，槽缝的具体位置与数量以实际需求为准。

对离心压气机进行安装时，压气机壳1与叶轮罩3可以通过螺钉连接；压气机壳1与扩压器4可以通过柱销连接，此时扩压器4本体上设置用于安装柱销的定位孔，所用柱销优选为具有弹性的圆柱销；为了方便维修，进气罩2可以与进气罩2、压气机壳1公差配合；当然，各个部件之间也可以采用焊接或其他方式进行定位或连接，本申请不做具体限定。

离心压气机安装完成后，进气流道6、增压流道7、扩压流道8、出气流道9依次连通形成离心压气机内部的气体流道。在工作过程中，叶轮5在涡轮机的带动下旋转，空气经压气机壳1的进气口10吸入进气流道6，并在离心力的作用下沿着增压流道7流动，空气在增压流道7受到压缩，空气的速度、压力、温度均有提高；而后压缩空气从增压流道7输出，进入扩压流道8，速度下降、动能转化为压力能；最终气体进入出气流道9并从压气机壳1的出气口11排出，完成整个增压过程。

其中，在压缩空气进入增压流道7的过程中，扩压器4的叶片的两侧分别为压力面13和吸力面12。当离心压气机处于小流量工况时，吸力面12由于气流分离形成负压区，压力面13的压力大于吸力面12的压力，部分压缩空气通过槽缝14从压力面13一侧进入吸力面12一侧，进而补偿吸力面12一侧由于气流分离所形成的低压区域，降低扩压器4壁面载荷，抑制扩压器4内由于叶片角与气流角不匹配造成的气流分离，增强扩压器4在小流量工况的流场稳定性，拓宽离心压气机的小流量运行边界。

当离心压气机处于大流量工况时，扩压器4的叶片之间形成的喉口面积限制了扩压器4的通流能力，导致扩压器4的喉口流道阻塞，此时在叶片扩压器4上开设的槽缝14可以在一定程度上增加扩压器4的喉口面积，此时部分流体可从叶片吸力面12泄漏至压力面13，从而扩大离心压气机的大流量运行边界。

本实用新型提供的离心压气机在扩压器4叶片上设置槽缝14，流体在压力面13和吸力面12压差的作用下，从高压一侧流向低压一侧，平衡叶片两侧的压差。扩压器4叶片的槽缝14起到了泄漏部分空气、调节压差的作用，使离心压气机在大流量和小流量工况下均能稳定工作，拓宽了离心压气机稳定工作的流量范围，进而提高离心压气机与发动机匹配的成功率。

进一步的，在上述实施例的基础上，槽缝14为沿叶片弦长方向延伸的条形结构。即条形的槽缝14沿叶片高度方向较窄、沿叶片半径方向更长。这种狭长的槽缝14可以尽可能在整个扩压器4流道内发生泄流，平衡整个扩压器4叶片的载荷，更大可能的抑制气流分离发生。同时槽缝4的高度较小，可以抑制泄漏流量过大，避免扩压器4流道的气流掺混损失太大。可选的，槽缝14也可以沿叶片的高度方向适当延伸设置。

例如，本申请提供的一个具体实施例中，槽缝14的高度范围为叶片高度的5％-40％，和/或槽缝14的长度范围为叶片弦长的10％-95％，当然，槽缝14的具体尺寸以叶片高压侧需要泄露的气体流量为准。

除了上述离心压气机，本实用新型还提供一种包括上述离心压气机的涡轮增压器。具体的，涡轮增压器主要包括涡轮机和离心压气机，涡轮机的叶片与离心压气机的叶轮5同轴连接，发动机排出的废气推动涡轮机旋转，由此驱动离心压气机的叶轮5转动，实现增压过程。该涡轮增压器由于使用了上述离心压气机，能够在较宽的气体流量下稳定工作，工况适应性较强。该涡轮增压器的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

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涡轮增压器及其离心压气机进行了详细介绍。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 (9)

1.一种离心压气机，包括设有叶片的扩压器(4)，其特征在于，所述叶片设有连通所述叶片两侧的槽缝(14)，以便流体能够在压差的作用下从所述叶片的高压侧泄漏至低压侧。

2.根据权利要求1所述的离心压气机，其特征在于，所述槽缝(14)为沿所述叶片弦长方向延伸的条形结构。

3.根据权利要求2所述的离心压气机，其特征在于，所述槽缝(14)的高度范围为所述叶片高度的5％-40％，和/或所述槽缝(14)的长度范围为所述叶片弦长的10％-95％。

4.根据权利要求2所述的离心压气机，其特征在于，所述扩压器(4)包括扩压器(4)本体，所述槽缝(14)设于所述叶片远离所述扩压器(4)本体的一端。

5.根据权利要求4所述的离心压气机，其特征在于，全部所述叶片均设置有所述槽缝(14)。

6.根据权利要求1所述的离心压气机，其特征在于，所述叶片为机翼型或楔形或直板型的叶片。

7.根据权利要求1所述的离心压气机，其特征在于，所述扩压器(4)与所述离心压气机的压气机壳(1)通过柱销连接，所述扩压器(4)设有用于安装所述柱销的定位孔。

8.根据权利要求1所述的离心压气机，其特征在于，所述离心压气机的叶轮(5)为半开式叶轮(5)。

9.一种涡轮增压器，包括涡轮机，其特征在于，还包括权利要求1-8任意一项所述的离心压气机。