CN217327494U - 转动式涡轮旁通阀和涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种转动式涡轮机旁通阀和涡轮增压器。该旁通阀中，沿从进气法兰到涡舌的流道延伸方向，前端流道的流道面积线性缩小或接近线性缩小，前端流道的的流体方向的变化范围在30°以内。该旁通阀有助于抑制漩涡紊流。

Description

转动式涡轮旁通阀和涡轮增压器

技术领域

本公开属于涡轮增压器技术领域，具体涉及一种转动式涡轮旁通阀和涡轮增压器。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

涡轮机是众所周知的用于将流动的气体的动能转化为有用功的装置。已知的涡轮机将流动的气体的动能转换成涡轮机的涡轮机叶轮的转动动能。涡轮机叶轮的转动可以通过适当的联动装置传递到适于做有用工的任何装置。这种装置的示例包括发电机(使得涡轮机形成动力涡轮机的一部分)和压缩机(使得涡轮机形成涡轮增压器的一部分)。

涡轮增压器的涡轮机接收来自内燃机的废气，从而转动涡轮增压器的涡轮机叶轮，以驱动压缩机叶轮的转动。压缩机叶轮吸入气体并对气体加压，以使与压缩机的入口处的气体相比，压缩机输出的气体压力升高。涡轮增压器的压缩机的输出可被供给到涡轮增压器构成其一部分的内燃机的入口。

在涡轮机的一些应用中，可能需要涡轮机旁通阀以使由附接有涡轮机的发动机产生的废气绕过涡轮机，从而废气在不通过涡轮机叶轮的情况下流到发动机的废气后处理。

发明人所知的一些涡轮机旁通阀是转动阀。转动阀包括壳体，该壳体限定位于入端口、出端口和旁通端口的接合部处的阀室。阀转子被支撑以在阀室内转动。阀转子能够绕阀轴线在第一位置和第二位置之间转动，在第一位置处，阀转子允许气流通过旁通端口，在第二位置处，阀转子阻止气流通过旁通端口。

发明人所知的一些转动阀的壳体是由涡轮机壳的一部分形成的。为了在涡轮机壳内安装阀转子，需要在涡轮机壳上开设两个孔，一个孔相对较大，一个孔相对较小。将阀转子从大孔插入阀室并有一个端部穿出小孔，随后采用盖板将大孔封住。阀转子穿出小孔的部分用于连接致动结构，以便由致动机构驱动阀转子的旋转。

从发动机排气歧管排出的废气流入涡轮机壳内难免会产生漩涡紊流，降低废气对涡轮机叶轮做功的效率。

实用新型内容

本公开提供一种转动式涡轮旁通阀和涡轮增压器。

本公开采用如下技术方案：一种转动式涡轮机旁通阀，包括：涡轮机壳、阀转子和盖板；

所述涡轮机壳包括主流道和旁通流道，所述主流道包括由进气法兰和涡舌限定的至少一个前端流道和由所述涡舌和所述主流道的排气口限定的后端流道，所述旁通流道在所述前端流道位置处与所述主流道连通，并在所述旁通流道与所述前端流道的连接处形成阀室，所述阀转子以沿旋转轴线转动自如的方式设置在所述阀室中；

所述阀转子具有沿所述旋转轴线的一个延伸方向依次排列的第一端部、中间部和第二端部，所述第一端部、所述中间部和所述第二端部三者的最小包围圆柱均以所述旋转轴线为轴线，所述阀转子的中间部的最小包围圆柱的直径大于所述第一端部和所述第二端部的最小包围圆柱的直径，所述涡轮机壳在与所述前端流道相对的位置处设有彼此相对的第一通孔和第二通孔，所述阀转子的第一端部穿出所述第一通孔，以连接驱使所述阀转子环绕所述旋转轴线转动的致动机构，所述盖板盖合所述第二通孔并形成收纳所述阀转子的第二端部的收纳凹槽；

所示阀转子的中间部设有至少一个转子流道，每个所述转子流道均在所述中间部的侧面上形成第一开口和第二开口，通过转动所述阀转子以分配所述后端流道和所述旁通流道接收气流的比例，其中，所述转子流道与所述前端流道一一对应地连通；

沿从所述进气法兰到所述涡舌的流道延伸方向，所述前端流道的流道面积线性缩小或接近线性缩小，所述前端流道的的流体方向的变化范围在30°以内。

可选地，所述涡舌的自由端倒圆角，所述涡轮机壳用于安放涡轮机叶轮，经过所述涡轮机叶轮的轴线且经过所述涡舌的自由端的倒圆角段的圆心的平面为第一平面，所述前端流道的垂直于其中心线的截面的面积与该截面的质心距离所述第一平面的距离线性变化或接近线性变化，所述前端流道的中心线的各个位置处的切线所述涡舌处前端流道的中心线的切线之间的夹角小于30°。

可选地，所述前端流道的中心线的各个位置处的切线所述涡舌处前端流道的中心线的切线之间的夹角小于10°。

可选地，当所述阀转子转动至关闭所述旁通流道且流经所述阀转子的气流阻力最小的设定状态时，在所述的转动式涡轮机旁通阀的垂直于所述涡轮机叶轮的轴线的截面中，所述阀转子的转子流道与所述涡轮机壳结合处二者各自切线的夹角在170°到180°的范围内，所述阀转子的转子流道与所述涡轮机壳结合处二者到基准直线的距离差小于1mm，所述基准直线为在所述截面中经过所述涡轮机壳叶轮的轴线与所述截面的交点且延伸方向为与所述截面中进气流道的中心线的延伸方向的均值。

可选地，当所述阀转子转动至所述设定状态下，在所述的转动式涡轮机旁通阀的垂直于所述涡轮机叶轮的轴线的截面中，所述阀转子的转子流道与所述涡轮机壳结合处二者各自切线的夹角在175°到180°的范围内。

可选地，在所述设定状态下，垂直于所示前段流道的中心线、与所述阀转子的中间部相交且距离所述涡舌最近的一个平面为第二平面，所述第二平面截取的主流道的面积为第二面积，所述转子流道朝向所述第二平面的开口在所述第二平面的正投影面积大于或等于所述第二面积，直于所示前段流道的中心线、与所述阀转子的中间部相交且距离所述涡舌最远的一个平面为第三平面，所述第三平面截取的主流道的面积为第三面积，所述转子流道朝向所述第三平面的开口在所述第三平面的正投影面积小于或等于所述第三面积。

本公开采用如下技术方案：一种涡轮增压器，包括前述的涡轮机旁通阀。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：该旁通阀有助于抑制漩涡紊流。

附图说明

图1是根据本公开实施例的转动式涡轮旁通阀的立体图，其中，去除了部分涡轮机壳。

图2是图1所示转动式涡轮旁通阀的剖面图。

图3a和图3b是图1所示转动式涡轮旁通阀中阀转子的立体图。

图4a和图4c是图1所示转动式涡轮旁通阀的参数定义示意图。

其中，1、涡轮机壳；11、12、前端流道；13、后端流道出口；14、进气法兰；15、后端流道；16、涡舌；17、旁通流道；2、阀转子；21、第一端部；22、中间部；23、第二端部；24、第一开口；25、第二开口；3、致动机构；4、盖板；F1、第一平面；F2、第二平面；F3、第三平面；F4、第四平面；F5、基准直线；L0、中心线。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本公开作进一步说明。

参考图1至图4c，本公开的实施例提供一种转动式涡轮机旁通阀，包括：涡轮机壳1、阀转子2和盖板4。

涡轮机壳1包括主流道和旁通流道17，主流道包括由进气法兰14和涡舌16限定的前端流道11、12和由涡舌16和主流道的排气口限定的后端流道15，旁通流道17在前端流道11、12位置处与主流道连通，并在旁通流道17与前端流道11、12的连接处形成阀室，阀转子2以沿旋转轴线转动自如的方式设置在阀室中。

进气法兰14用于接收气体，当阀转子2环绕旋转轴线转动至第一位置时，阀转子2阻挡发动机废气流入旁通流道17，并允许气体流入后端流道15，当阀转子2环绕旋转轴线转动至第二位置时，阀转子2允许气体全部流入旁通流道17，旁通流道17和后端流道15均用于将气体排入废气处理系统(未示出)。

当阀转子2环绕旋转轴线转动至第一位置与第二位置之间的中间位置时，阀转子2允许部分气体流入后端流道15，另外部分气体流入旁通流道17。阀转子2能够精确控制流入后端流道15的气体的比例，从而与发动机的不同工况相适应。

从旁通流道17和后端流道15流出的废气最终均会被排入废气处理系统。旁通流道17的末端可以在涡轮机壳1内与后端流道15连通，如此，废气仅从后端流道15的出口13流出。废气也可以是流出旁通流道17后在涡轮机壳1的出口13外与后端流道15流出的废气汇合，再流入废气处理系统。

阀转子2具有沿旋转轴线的一个延伸方向依次排列的第一端部21、中间部22和第二端部23，第一端部21、中间部22和第二端部23三者的最小包围圆柱均以该旋转轴线为轴线。中间部22的最小包围圆柱的直径大于第一端部21和第二端部23的最小包围圆柱的直径。

涡轮机壳1的前端流道11、12上设有彼此相对的第一通孔和第二通孔，阀转子2的第一端部21穿出第一通孔，以连接驱使阀转子2环绕旋转轴线转动的致动机构3，盖板4盖合第二通孔并形成收纳阀转子2的第二端部23的收纳凹槽。

将阀转子2的第一端部21经第二通孔插入第一通孔并穿出第一通孔，随后利用盖板4盖在第二通孔处，从而实现阀转子2与涡轮机壳1的组装。

阀转子2的中间部21外还可以设置密封环(未示出)，以在阀转子2与涡轮机壳1之间实现转动气密封。

参考图3a和图3b，阀转子2的中间部22设有2个转子流道，任一个转子流道在中间部22的侧表面上形成第一开口24和第二开口25，通过转动阀转子2以控制进气法兰14与旁通流道17的通断，以及气流进入后端流道15和旁通流道17的比例来匹配发动机不同应用工况，其中，转子流道与前端流道11、12一一对应地连通。

在另一些实施例中，前端流道为单一流道，阀转子2内也设置单一的转子流道。

沿从进气法兰14到涡舌16的流道延伸方向，前端流道的流道面积线性缩小或接近线性缩小，所述前端流道的的流体方向的变化范围在30°以内。

也就是前端流道11、12的轨迹以及流道的面积是相对均匀地缓变的，这能够有效抑制漩涡紊流。

具体地，参考图4a和图4b，涡舌16的自由端倒圆角，涡轮机壳1内用于安装涡轮机叶轮，同时经过涡轮机叶轮的轴线(图4a中垂直于纸面的一个假想的线)和涡舌16的自由端的倒圆角段的圆心的平面为第一平面F1，前端流道11、12的垂直于其中心线L0的截面的面积与该截面的质心到第一平面F1的距离线性变化或接近线性变化，前端流道11、12的中心线L0的各个位置处的垂直于中心线L0的平面与第一平面F1之间的最大夹角小于30°(换言之，前端流道11、12的中心线L0的各个位置处切线与涡舌处前端流道的中心线L0的切线之间的夹角小于30°)。优选地，前端流道11、12的中心线L0的各个位置处切线与涡舌处前端流道的中心线L0的切线之间的夹角小于10°。

例如进气法兰14的开口所处平面(本公开称为第四平面F4)与第一平面F1的夹角小于30°。

也就是前端流道11、12的轨迹以及流道的面积是相对均匀地缓变的，这能够有效抑制漩涡紊流。

参考图4c，当阀转子2转动至关闭旁通流道17且流经阀转子2的气流阻力最小的设定状态时，为了使气流流经转子前后有效通流面积最大以及进一步减小气流阻力，在转动式涡轮机旁通阀的垂直于涡轮机叶轮轴线的截面中，阀转子2的任一个转子流道与涡轮机壳1结合处二者各自切线的夹角在170°到180°的范围内。优选地，该夹角的范围为175°到180°.

当气流从前端流道11、12的流入阀转子2的一个开口时，以及从阀转子2的另一个开口流入前端流道11、12时，气流轨道的外轮廓是缓变的，这也有利于抑制漩涡紊流。

例如图4c中的角度A和角度B均是接近于180°的。

参考图4c，当气流全部从蜗舌进入涡轮时即阀转子2转动至关闭旁通流道17时，为了使气流流经转子前后有效通流面积最大且气流阻力最小，在转动式涡轮机旁通阀的垂直于涡轮机叶轮轴线的截面中，阀转子2的转子流道与涡轮机壳1结合处二者到基准直线F5的距离差小于1mm，基准直线F5为在该截面中经过涡轮机叶轮的轴线与该截面的交点且延伸方向为与该截面中进气流道的中心线L0的延伸方向的均值。

参考图4b，垂直于前端流道11、12的中心线L0、与阀转子2的中间部22相交且距离涡舌16最近的一个平面为第二平面F2，第二平面F2截取的前端流道11、12的面积为第二面积，当阀转子2转动至关闭旁通流道17且前端流道11、12气流阻力最小的状态时，转子流道朝向第二平面F2的开口在第二平面F2的正投影面积大于或等于第二面积。

垂直于前端流道11、12的中心线L0、与阀转子2的中间部22相切且距离涡舌16最远的一个平面为第三平面F3，第三平面F3截取的前端流道11、12的面积为第三面积，当阀转子2转动至关闭旁通流道17且前端流道11、12的气流阻力最小的状态时，转子流道朝向第三平面F3的开口在第三平面F3的正投影面积小于或等于第三面积。

第一开口24和第二开口25的面积相对较大，这也可以有效减少气流进出阀转子2时遇到的阻力。

当前端流道11、12的数量为2个且二者面积相等(即前端流道11、12为对称流道)时，参考图3a和图3b，阀转子2的中间部22中与各前端流道11、12相对的区段的直径是相等的。

当前端流道11、12的数量为2个且二者面积不相等(即前端流道11、12为非对称流道)时，阀转子2的中间部22中与较大前端流道11、12相对的区段的直径是相对较大的。

阀转子2中间部22的直径要与前端流道11、12的尺寸匹配，让气流能从前端流道11、12均匀地过渡到阀转子2内，并从阀转子2均匀地过渡到前端流道11、12内，降低紊流损失。

被公开的实施例进一步提供一种涡轮增压器，包括前述的转动式涡轮机旁通阀。本公开对涡轮增压器的其余部件的设计不做限定。例如，该涡轮增压器还包含安装在后端流道15的涡轮叶轮以及支撑该涡轮机叶轮旋转的转轴。涡轮机叶轮与该涡轮机旁通阀构成集成旁通阀以及旁通流道17的涡轮机。当然，该涡轮增压器还应当包含压缩机，涡轮机的转轴带动压缩机的转轴转动。又例如，通常在涡轮机壳1与压缩机机壳1之间设置中间壳。

本公开中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

本公开的保护范围不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本公开进行各种改动和变形而不脱离本公开的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本公开权利要求及其等同技术的范围，则本公开的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (7)

1.一种转动式涡轮机旁通阀，其特征在于，包括：涡轮机壳、阀转子和盖板；

所述涡轮机壳包括主流道和旁通流道，所述主流道包括由进气法兰和涡舌限定的至少一个前端流道和由所述涡舌和所述主流道的排气口限定的后端流道，所述旁通流道在所述前端流道位置处与所述主流道连通，并在所述旁通流道与所述前端流道的连接处形成阀室，所述阀转子以沿旋转轴线转动自如的方式设置在所述阀室中；

所述阀转子具有沿所述旋转轴线的一个延伸方向依次排列的第一端部、中间部和第二端部，所述第一端部、所述中间部和所述第二端部三者的最小包围圆柱均以所述旋转轴线为轴线，所述阀转子的中间部的最小包围圆柱的直径大于所述第一端部和所述第二端部的最小包围圆柱的直径，所述涡轮机壳在与所述前端流道相对的位置处设有彼此相对的第一通孔和第二通孔，所述阀转子的第一端部穿出所述第一通孔，以连接驱使所述阀转子环绕所述旋转轴线转动的致动机构，所述盖板盖合所述第二通孔并形成收纳所述阀转子的第二端部的收纳凹槽；

所示阀转子的中间部设有至少一个转子流道，每个所述转子流道均在所述中间部的侧面上形成第一开口和第二开口，通过转动所述阀转子以分配所述后端流道和所述旁通流道接收气流的比例，其中，所述转子流道与所述前端流道一一对应地连通；

沿从所述进气法兰到所述涡舌的流道延伸方向，所述前端流道的流道面积线性缩小或接近线性缩小，所述前端流道的的流体方向的变化范围在30°以内。

2.根据权利要求1所述的转动式涡轮机旁通阀，其特征在于，所述涡舌的自由端倒圆角，所述涡轮机壳用于安放涡轮机叶轮，经过所述涡轮机叶轮的轴线且经过所述涡舌的自由端的倒圆角段的圆心的平面为第一平面，所述前端流道的垂直于其中心线的截面的面积与该截面的质心距离所述第一平面的距离线性变化或接近线性变化，所述前端流道的中心线的各个位置处的切线与所述涡舌处前端流道的中心线的切线之间的夹角小于30°。

3.根据权利要求2所述的转动式涡轮机旁通阀，其特征在于，所述前端流道的中心线的各个位置处的切线与所述涡舌处前端流道的中心线的切线之间的夹角小于10°。

4.根据权利要求2所述的转动式涡轮机旁通阀，其特征在于，当所述阀转子转动至关闭所述旁通流道且流经所述阀转子的气流阻力最小的设定状态时，在所述的转动式涡轮机旁通阀的垂直于所述涡轮机叶轮的轴线的截面中，所述阀转子的转子流道与所述涡轮机壳结合处二者各自切线的夹角在170°到180°的范围内，所述阀转子的转子流道与所述涡轮机壳结合处二者到基准直线的距离差小于1mm，所述基准直线为在所述截面中经过所述涡轮机壳叶轮的轴线与所述截面的交点且延伸方向为与所述截面中进气流道的中心线的延伸方向的均值。

5.根据权利要求4所述的转动式涡轮机旁通阀，其特征在于，当所述阀转子转动至所述设定状态下，在所述的转动式涡轮机旁通阀的垂直于所述涡轮机叶轮的轴线的截面中，所述阀转子的转子流道与所述涡轮机壳结合处二者各自切线的夹角在175°到180°的范围内。

6.根据权利要求4所述的转动式涡轮机旁通阀，其特征在于，在所述设定状态下，垂直于所示前段流道的中心线、与所述阀转子的中间部相交且距离所述涡舌最近的一个平面为第二平面，所述第二平面截取的主流道的面积为第二面积，所述转子流道朝向所述第二平面的开口在所述第二平面的正投影面积大于或等于所述第二面积，直于所示前段流道的中心线、与所述阀转子的中间部相交且距离所述涡舌最远的一个平面为第三平面，所述第三平面截取的主流道的面积为第三面积，所述转子流道朝向所述第三平面的开口在所述第三平面的正投影面积小于或等于所述第三面积。

7.一种涡轮增压器，其特征在于，包括根据权利要求1至6中任一项所述的涡轮机旁通阀。

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