CN210152976U - 能够有效降低叶片谐波噪音的压气机及涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于涡轮增压器设备技术领域，涉及一种能够有效降低叶片谐波噪音的压气机及涡轮增压器，所述压气机包含一个压气机壳，以及转动设置于所述压气机壳内的压叶轮；所述压气机壳的内部表面构成压气机的轴向进气道，轴向进气道包含至少一条环槽，所述轴向进气道形成于压气机壳上，且其轴向与压叶轮轴向平行；所述环槽设置于轴向进气道内壁，以降低工作时的噪音。本实用新型产品结构简单、合理，通过在压气机壳的轴向进气道中加工出环槽，在使用时，可以有效降低工作噪音。

Description

能够有效降低叶片谐波噪音的压气机及涡轮增压器

技术领域

本实用新型属于涡轮增压器设备技术领域，涉及一种能够有效降低叶片谐波噪音的压气机及涡轮增压器。

背景技术

如图1所示，压气机10 包含一个压叶轮12，压叶轮12包含多个叶片14，压叶轮12装配在旋转轴16上用于旋转，同时压叶轮12放置在压气机壳18内。在压气机壳18上有一个轴向进气道22。旋转轴16和压气机壳18的轴向进气道22同心。压气机壳18同样包含了径向扩展的扩压器26以及流道24，两个特征分布在以轴向进气道22为中心的环状带上。扩压器26以及流道24同心分布，同时径向相切。流道24与压气机出口相连。通过压叶轮12的旋转，将气流从压气机壳18的轴向进气道22吸入，然后通过扩压器26以及流道24将压缩气体输送到跟压气机壳出口相连接的零部件上。

压气机的一个应用是涡轮增压器。众所周知，涡轮增压器是一个为内燃机提供压力大于大气压（增压）的压缩气体的装置。传统的涡轮增压器包含涡轮轴，涡轮轴通过发动机的废气驱动，处于发动机排气歧管的下游，并且跟旋转轴连接在一起。压叶轮连接在旋转轴的另一端，带来的结果是发动机通过排气歧管排出的废气驱动涡轮旋转，由于涡轮和压叶轮同轴相连，涡轮的旋转带动压叶轮绕旋转轴同一方向旋转。压气机在这种应用下，压叶轮将压缩气体输送到发动机进气歧管。

如图1，每一个叶片14从根部36径向向外扩展到叶片尖端34，同时连接在压叶轮12的轮毂38上。每一个叶片14都包含一个前缘40和尾缘42，在实际应用中，前缘40在轴向进气道22内旋转，尾缘42在扩压器的入口处旋转。每一个叶片14的叶片尖端34呈曲线分布，同时将前缘40与尾缘42相连。在实际应用中，每个叶片14的叶片尖端34扫过压气机壳18的中介曲面44，中介曲面44 定义在轴向进气道22以及扩压器26的中间。中介曲面44和每个叶片14的叶片尖端34拥有互补的曲面形状。

轴向进气道通过喷管部分22a以及导管部分22b。导管部分22b轴向连接于喷管部分22a。喷管部分22a与导管部分22b交于点45。

当气流流过压气机10时，就会产生声压力波。声压力波的幅值取决于叶片14通过的频率，还有其他不同频率的声压力波，但是叶片通过的声压力波在压气机中占有很大的比重。声压力波的产生源于气流在旋转的压叶轮12以及静止的压气机壳18之间的交互作用。声压力波的频率取决于压叶轮12的旋转频率以及叶片14的数量。声压力波会产生噪音，这种噪音在压气机10附近尤为明显。

进气气流在轴向进气道22的每个截面都基本上是均匀分布的，这也导致了在压气机10中产生的每一个声压力波与其余的声压力波是同相的，每种相位相同的声压力波相互叠加造成了声压力波幅值的增加，进而导致叶片旋转噪音的强度。

据了解，定频噪声的降低措施通常作用于压气机10 上，像进气口端降噪，是用的比较有效的降低叶片旋转噪音的措施。进气消声器（吸收或者耗散噪音能量）可以装在进气口22上，在压气机18外，可以降低旋转叶片噪音的强度。进气消声器通常包括吸声材料或者多孔管状结构，以及外壳结构。这种消声器比较昂贵，而且通常需要占用较大的空间。

发明内容

本实用新型针对上述问题，提供一种能够有效降低叶片谐波噪音的压气机，该压壳结构能有效降低压气机的噪音。

按照本实用新型的技术方案：一种能够有效降低叶片谐波噪音的压气机，所述压气机包含一个压气机壳，以及转动设置于所述压气机壳内的压叶轮；特征在于：所述压气机壳的内部表面构成压气机的轴向进气道，轴向进气道包含至少一条环槽，所述轴向进气道形成于压气机壳上，且其轴向与压叶轮轴向平行；所述环槽设置于轴向进气道内壁，以降低工作时的噪音。

作为本实用新型的进一步改进，所述环槽具有沿轴向进气道的径向延伸的槽深，槽深的径向内端为轴向进气道的内壁，槽深的径向外端置于轴向进气道的外壁径向内侧。

作为本实用新型的进一步改进，所述环槽在周向有一个固定的轮廓。

作为本实用新型的进一步改进，所述环槽在周向有一个变化的轮廓。

作为本实用新型的进一步改进，所述环槽的深度在径向方向为变化的数值。

作为本实用新型的进一步改进，所述环槽包括进口，且进口与压气机壳的内表面径向对齐。

作为本实用新型的进一步改进，所述环槽的纵向剖面为矩形状。

作为本实用新型的进一步改进，所述环槽的矩形结构的外顶角及内顶角分别形成的拐角均为弧形状。

作为本实用新型的进一步改进，矩形状的环槽包括封闭曲面及两个轴向相对的第一侧壁面、第二侧壁面，所述进口由第一侧壁面、第二侧壁面之间的空间形成。

作为本实用新型的进一步改进，所述环槽的尺寸公式为：

Sb为环槽进口50a的面积，通过公式：

计算得到，其中di是轴向进气道的导管部分的直径，h为环槽的轴向长度；

S为轴向进气道的截面积，通过公式：

计算得到；

L 为环槽的深度，通过公式：

得到，其中dg 为环槽的封闭曲面的直径；

K为一个系数，通过公式

计算得到，其中ω为压气机中的声波的频率，c为压气机中声速的大小。

作为本实用新型的进一步改进，所述压气机工作时降噪4分贝。

作为本实用新型的进一步改进，所述环槽设置于轴向进气道的外端面与压叶轮之间。

作为本实用新型的进一步改进，所述压叶轮包括进气前缘，环槽设置于轴向进气道的外端面与进气前缘的末端之间。

作为本实用新型的进一步改进，所述轴向进气道包括导管部分及一体连接于所述导管部分外端的喷管部分，环槽设置于导管部分。

作为本实用新型的进一步改进，所述喷管部分位于压气机壳的轴向进气道的轴向外端处。

作为本实用新型的进一步改进，所述轴向进气道的内壁设置多条环槽。

作为本实用新型的进一步改进，所述环槽的轴向长度为5毫米到45毫米之间。

作为本实用新型的进一步改进，所述环槽的深度在5毫米到10毫米之间。

作为本实用新型的进一步改进，所述轴向进气道的直径在30毫米到50毫米之间。

作为本实用新型的进一步改进，所述环槽的轴向长度与深度的比值在1:1到5:1之间。

作为本实用新型的进一步改进，所述轴向进气道的直径与环槽的轴向长度的比值在1:1到5:1之间。

作为本实用新型的进一步改进，所述轴向进气道的直径与环槽的深度的比值在4:1到25:1之间。

本实用新型还公开了一种涡轮增压器，包括连接于旋转轴一端的涡端及上述压气机，压叶轮连接在跟涡轮相对立的旋转轴的另一端。

本实用新型的技术效果在于：本实用新型产品结构简单、合理，通过在压气机壳的轴向进气道中加工出环槽，在使用时，可以有效降低工作噪音。

附图说明

图1为现有产品的结构示意图。

图2为本实用新型的结构示意图。

图3为图2中B处的局部放大图。

图4为图2中A-A向剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明。

图1~4中，包括压气机10、压叶轮12、叶片14、旋转轴16、压气机壳18、轴向进气道22、喷管部分22a、导管部分22b、流道24、扩压器26、压气机壳内表面28、压壳进口32、叶片尖端34、根部36、轮毂38、前缘40、尾缘42、中介曲面44、环槽50等。

如图2~4所示，本实用新型是一种能够有效降低叶片谐波噪音的压气机，包括压气机壳18；压气机壳18设置压壳进口32，压气机壳18上对应于压壳进口32处同轴设置轴向进气道22，轴向进气道22通过压气机壳内表面28，轴向进气道22的内部延伸至压气机壳18的内腔扩展处。轴向进气道22包括一体连接的喷管部分22a与导管部分22b，导管部分22b从喷管部分22a向压气机壳18内部延伸。喷管部分22a对应的压气机壳内表面28的径向直径随着轴向距离（从压壳进口32向内部扩展）的扩大而线性减小，导管部分22b对应的压气机壳内表面28的径向直径随着轴向距离（从压壳进口32向内部扩展）的扩大而保持不变。在其他实施例中，轴向进气道22可以根据具体使用环境需要，只包含导管部分22b，这种情况下，轴向进气道22对应的压气机壳内表面28的径向直径在整个轴向长度内保持不变。

如图2所示，轴向进气道22内壁设置环槽50，环槽50沿径向有一个固定的轮廓或沿径向有一个变化的轮廓，当环槽50沿径向为固定的轮廓时，环槽50沿径向的深度为固定值，当环槽50沿径向为变化的轮廓时，环槽50沿径向的深度为变化的数值。

在具体工作时，环槽50的功能类似侧边谐振器，用来降低压气机10中的声音。环槽50的作用在于扰乱通过轴向进气道22的气流，使得气流分为两个分支，这两股气流产生的声波不同相。进而达到降低声音幅值的作用。最理想的情况是，通过环槽50产生的声波的相位与通过轴向进气道22的气流产生的声波的相位差为180度，这种情况下可最大程度地减小叠加后的声波的幅值。

环槽50的位置在轴向进气道22上，是一个环状结构，并且可以扩展到轴向进气道22的整个圆周。环槽50的直径比压气机壳内表面28的直径大，并且小于压气机壳内表面28所对应的压气机壳外表面29的直径。因此，环槽50的深度L比压气机壳18的进口壁厚小，压气机壳18的进口壁厚是指压气机壳内表面28与压气机壳外表面29之间的距离。环槽50的轴向长度L小于轴向进气道22的长度，具体来讲是从压壳进口32到压叶轮12的叶片14的前缘40。在其他体现中，环槽50的长度可能跟喷管部分22a与导管部分22b的交接点45到压叶轮12的叶片14的前缘40的距离相等，具体来讲，环槽50轴向长度可以达到140毫米。再具体的讲，环槽50的轴向长度通常为5毫米到45毫米，理想的情况是5毫米到15毫米，比如10毫米。当然，也有可能是30毫米到45毫米，在42毫米左右，比如41.65毫米。

如图3所示，环槽50的剖面为矩形。环槽50包括进口50a，封闭曲面50b以及第一侧壁面50c 和第二侧壁面50d。环槽50的拐角52是一个曲面特征，是由压气机壳内表面28以及第一侧壁面50c 和第二侧壁面50d形成，也可以是第一侧壁面50c 和第二侧壁面50d与封闭曲面50b组成。拐角52的大小通常跟环槽50的大小相关，以便提供最优的降低噪声的效果。在图示说明的实例中，环槽50是一个均匀的环状结构。或者，在其他实例中，环槽50的剖面也可以不是均匀的环状结构。环槽50的深度L，轴向长度h，或者整个一圈的形状，都可以是变化的。

如图2所示，在轴向进气道22上，有一个环槽50。在其他实例中，轴向进气道22上的环槽50的数量不限，可以为2个、3个、4个或者更多。每一个环槽50可以有相同的轮廓，也可以各不相同。

本实用新型的主要特征是在压气机10上的环槽50，其主要作用是降低压气机10内的叶片谐波噪音，这种降低量也称为插入损耗。插入损耗的计算方法应用的是四分之一波长原理。通常，四分之一消声器包含一个侧边槽，这个槽是连接在主气流通道上，形成一个T型的形状。在四分之一波长消声器的插入损耗的计算是通过四分之一波长公式：

四分之一波长公式的应用可以允许轴向进气道22上的环槽50有不用的形状，而不是一个侧边槽连接到主气流通道上。在图3和图4中，可以找到一些变量：

所述环槽50的尺寸公式为：

Sb为环槽进口50a的面积，通过公式：

计算得到，其中di是轴向进气道22的导管部分22b的直径，h为环槽50的轴向长度；

S为轴向进气道22的截面积，通过公式：

计算得到；

L 为环槽50的深度，通过公式：

得到，其中dg 为环槽50的封闭曲面50b的直径；

K为一个系数，通过公式

计算得到，其中ω为压气机10中的声波的频率，c为压气机中声速的大小；

IL为插入损失。

通常而言，压气机的旋转速度为80000转每分到190000转每分。环槽的轴向长度h可以最高为140毫米，比如5毫米到45毫米，或者10毫米到35毫米。在其他实例中，轴向环槽的轴向长度可以为5毫米到15毫米，比如10毫米；或者30毫米到45毫米，在42毫米作用，比如41.65毫米。环槽的深度L可以最大30毫米。进一步说明，环槽L 的深度L可以为5毫米到10毫米，比如，7毫米；或者7毫米到9毫米，比如，8.85毫米。导管部分的直径d_i可以为任意值，最大180毫米。进一步说明，导管部分的直径d_i可以在30毫米到50毫米之间，比如41.8毫米。环槽的轴向长度h与环槽的深度L系数之间的比值（h:L）在1:1到5:1之间。进一步说明，这个比值可以为2:1到4:1之间，比如，1.43:1，或者4.71:1。导管部分的直径d_i与环槽轴向长度h的比值（d_i:h）在1:1到5:1之间。进一步说明，这个系数可以为1:1到2:1之间，比如，1.27:1.或者在3:1到4.5:1之间，比如，4.18:1。导管部分的直径d_i与环槽的深度L系数之间的比值（d_i:L）在4:1到25:1之间。进一步说明，这个系数可以为5:1到10:1，比如5.97:1；或者在10:1到15:1，再或者15:1到20:1，比如，19.67:1。

应用本专利结构的压气机，85%的叶片谐波噪音可以被降低，平均降低幅度为4分贝。31%的叶片谐波噪音可以被降低6分贝。在转速140000转每分的运行工况，最大幅值可以降低11分贝。

Claims (23)

1.一种能够有效降低叶片谐波噪音的压气机，所述压气机包含一个压气机壳，以及转动设置于所述压气机壳（18）内的压叶轮（12）；其特征在于：所述压气机壳的内部表面构成压气机的轴向进气道，轴向进气道包含至少一条环槽，所述轴向进气道（22）形成于压气机壳（18）上，且其轴向与压叶轮（12）轴向平行；所述环槽（50）设置于轴向进气道（22）内壁，以降低工作时的噪音。

2.如权利要求1所述的能够有效降低叶片谐波噪音的压气机，其特征在于：所述环槽（50）具有沿轴向进气道（22）的径向延伸的槽深，槽深的径向内端为轴向进气道（22）的内壁，槽深的径向外端置于轴向进气道（22）的外壁径向内侧。

3.如权利要求1或2所述的能够有效降低叶片谐波噪音的压气机，其特征在于：所述环槽（50）在周向有一个固定的轮廓。

4.如权利要求1或2所述的能够有效降低叶片谐波噪音的压气机，其特征在于：所述环槽（50）在周向有一个变化的轮廓。

5.如权利要求4所述的能够有效降低叶片谐波噪音的压气机，其特征在于：所述环槽（50）的深度在径向方向为变化的数值。

6.如权利要求1所述的能够有效降低叶片谐波噪音的压气机，其特征在于：所述环槽（50）包括进口（50a），且进口（50a）与压气机壳（18）的内表面径向对齐。

7.如权利要求6所述的能够有效降低叶片谐波噪音的压气机，其特征在于：所述环槽（50）的纵向剖面为矩形状。

8.如权利要求7所述的能够有效降低叶片谐波噪音的压气机，其特征在于：所述环槽（50）的矩形结构的外顶角及内顶角分别形成的拐角（52）均为弧形状。

9.如权利要求7所述的能够有效降低叶片谐波噪音的压气机，其特征在于：矩形状的环槽（50）包括封闭曲面（50b）及两个轴向相对的第一侧壁面（50c）、第二侧壁面（50d），所述进口（50a）由第一侧壁面（50c）、第二侧壁面（50d）之间的空间形成。

10.如权利要求1所述的能够有效降低叶片谐波噪音的压气机，其特征在于：所述环槽（50）的尺寸公式为：

Sb 为环槽进口（50a）的面积，通过公式：

计算得到，其中di 是轴向进气道（22）的导管部分22b的直径，h为环槽（50）的轴向长度；

S为轴向进气道（22）的截面积，通过公式：

计算得到；

L 为环槽（50）的深度，通过公式：

得到，其中dg 为环槽（50）的封闭曲面（50b）的直径；

K为一个系数，通过公式

计算得到，其中ω为压气机10中的声波的频率，c为压气机中声速的大小。

11.如权利要求1所述的能够有效降低叶片谐波噪音的压气机，其特征在于：所述压气机工作时降噪4分贝。

12.如权利要求1所述的能够有效降低叶片谐波噪音的压气机，其特征在于：所述环槽（50）设置于轴向进气道（22）的外端面与压叶轮（12）之间。

13.如权利要求12所述的能够有效降低叶片谐波噪音的压气机，其特征在于：所述压叶轮（12）包括进气前缘（40），环槽（50）设置于轴向进气道（22）的外端面与进气前缘（40）的末端之间。

14.如权利要求1所述的能够有效降低叶片谐波噪音的压气机，其特征在于：所述轴向进气道（22）包括导管部分（22b）及一体连接于所述导管部分（22b）外端的喷管部分（22a），环槽（50）设置于导管部分（22b）。

15.如权利要求14所述的能够有效降低叶片谐波噪音的压气机，其特征在于：所述喷管部分（22a）位于压气机壳（18）的轴向进气道（22）的轴向外端处。

16.如权利要求1所述的能够有效降低叶片谐波噪音的压气机，其特征在于：所述轴向进气道（22）的内壁设置多条环槽（50）。

17.如权利要求1所述的能够有效降低叶片谐波噪音的压气机，其特征在于：所述环槽（50）的轴向长度为5毫米到45毫米之间。

18.如权利要求1所述的能够有效降低叶片谐波噪音的压气机，其特征在于：所述环槽（50）的深度在5毫米到10毫米之间。

19.如权利要求1所述的能够有效降低叶片谐波噪音的压气机，其特征在于：所述轴向进气道（22）的直径（d_i）在30毫米到50毫米之间。

20.如权利要求1所述的能够有效降低叶片谐波噪音的压气机，其特征在于：所述环槽（50）的轴向长度（h）与深度（L）的比值（h:L）在1:1到5:1之间。

21.如权利要求1所述的能够有效降低叶片谐波噪音的压气机，其特征在于：所述轴向进气道（22）的直径（d_i）与环槽的轴向长度（h）的比值（d_i:h）在1:1到5:1之间。

22.如权利要求1所述的能够有效降低叶片谐波噪音的压气机，其特征在于：所述轴向进气道（22）的直径（d_i）与环槽的深度（L）的比值在4:1到25:1之间。

23.一种涡轮增压器，其特征在于：包括连接于旋转轴（16）一端的涡端及如权利要求1所述的压气机，压叶轮（12）连接在跟涡轮相对立的旋转轴（16）的另一端。

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