CN220869699U - 一种高效率离心压气机流量可调节装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高效率离心压气机流量可调节装置，包括伸缩动力阀和控制环，所述伸缩动力阀贴合固定在压气机壳的进风口内壁上，所述伸缩动力阀沿压气机叶轮轴向伸缩移动，所述控制环呈环形封闭结构贴合设置于压气机壳的内壁并位于MWE通道的外圈，所述控制环与MWE通道的上游对应，所述伸缩动力阀的驱动端与控制环的周向连接，所述伸缩动力阀驱动控制环开启或关闭或部分关闭MWE通道。本实用新型结构简单，通过伸缩动力阀驱动控制阀开启或关闭或部分关闭MWE通道，可有效调节压缩机的喘振裕度，并使得压气机的运行效率和喘振裕度之间获得最优的平衡。

Description

一种高效率离心压气机流量可调节装置

技术领域

本实用新型涉及一种高效率离心压气机流量可调节装置。

背景技术

随着商用车动力性要求的不断提高，同时伴随低碳燃油法规及排放法规的不断升级，涡轮增压器的离心压气机要求高效率，高压比和宽流量的要求。另一方面，低碳低排放吹生出来的燃料电池动力对供气压气机也有宽流量高效率的要求，以尽可能让压气机能够高效稳定低能耗的要求。但是对离心压气机而言，宽流量和高效率很难同时兼顾，宽流量往往意味着低效率和低压比。传统的带拓宽流量槽特诊的离心压气机具有一定拓宽流量宽度的功能。传统带扩宽流量槽（MWE）的压气机如图1所示，它主要由带MWE通道3特征的压气机壳1和压气机叶轮2组成。

一方面，MWE通道使叶轮通道下游产生的叶尖泄漏排入MWE通道，这抑制了叶尖泄漏向叶轮入口移动。这导致低动量流体在围带空腔附近区域的增加。另一方面，MWE通道将非稳定流再循环至压气机入口，并显著降低了叶轮入口的流量波动。两种作用使得气流流动将形成图1右侧图黑色箭头所示的气流“回流环”。因此，毫无疑问，具有MWE通道的压气机的喘振裕度可以延长。然而，由于气流混合，它可能在罩腔出口处产生高速射流，这导致压气机效率在低流量的喘振区附近被显著降低。

同时，拓宽后的流量宽度可能还是无法满足高效高增压比需求的柴油机的需求，尤其是高压燃料电池动力的需求更加难以满足。对燃料电池动力而言，这往往需要开启回流蝶阀以降低压气机的增压压力以避免喘振的发生，无形中又造成了压气机寄生功耗的增加。

离心压气机的稳定运行需要避免喘振问题，普遍采用图1所示的带拓宽流量槽的压气机设计，可一定程度拓宽喘振裕度，但小流量区域降低效率降低明显。因此更宽流量，并且保持高压比和高效率的压缩机是内燃机及燃料电池动力高效低寄生能耗的迫切要求。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种高效率离心压气机流量可调节装置，结构简单，通过伸缩动力阀驱动控制阀开启或关闭或部分关闭MWE通道，可有效调节压缩机的喘振裕度，并使得压气机的运行效率和喘振裕度之间获得最优的平衡。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种高效率离心压气机流量可调节装置，包括压气机壳和压气机叶轮，所述压气机叶轮设置于压气机壳的叶轮通道内，所述压气机壳的内壁上设置有MWE通道，所述MWE通道的下游与压气机叶轮的叶尖对应，还包括伸缩动力阀和控制环，所述伸缩动力阀贴合固定在压气机壳的进风口内壁上，所述伸缩动力阀沿压气机叶轮轴向伸缩移动，所述控制环呈环形封闭结构贴合设置于压气机壳的内壁并位于MWE通道的外圈，所述控制环与MWE通道的上游对应，所述伸缩动力阀的驱动端与控制环的周向连接，所述伸缩动力阀驱动控制环开启或关闭或部分关闭MWE通道。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述伸缩动力阀设置有一个或多个，具体设置为两个并对称固定在压气机壳的进风口内壁上。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述伸缩动力阀的螺栓孔通过螺栓螺纹固定在压气机壳上。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述压气机壳在螺栓连接处密封设置有密封胶。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述伸缩动力阀包括电磁控制阀或其他类型轴向伸缩阀。

在本实用新型一个较佳实施例中，当MWE通道处于全开状态下，通过加长控制环的高度尺寸，通过伸缩动力阀拉动控制环开最大状态到极限位置，以此产生更大气流的回流环。

本实用新型的有益效果是：本实用新型指出的一种高效率离心压气机流量可调节装置，结构简单，通过伸缩动力阀驱动控制阀开启或关闭或部分关闭MWE通道，可有效调节压缩机的喘振裕度，并使得压气机的运行效率和喘振裕度之间获得最优的平衡。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是技术背景的普通MWE压气机的结构示意图，图中箭头为气流回流环；

图2是技术背景的普通MWE压气机与无MWE压气机的性能对比图；

图3是本实用新型一种高效率离心压气机流量可调节装置一较佳实施例中MWE通道关闭状态的结构示意图；

图4是本实用新型一种高效率离心压气机流量可调节装置一较佳实施例中MWE通道开启状态、控制环全开至极限位置的结构示意图，图中箭头为气流回流环；

图5是本实用新型一种高效率离心压气机流量可调节装置一较佳实施例中控制环全开至极限位置状态下的超级MWE压气机与无MWE压气机的性能对比图。

具体实施方式

下面将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，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图3-图5所示，本实用新型实施例包括：

一种高效率离心压气机流量可调节装置，包括压气机壳1、压气机叶轮2、伸缩动力阀4和控制环5。

其中，所述压气机叶轮2设置于压气机壳1的叶轮通道内，所述压气机壳1的内壁上设置有MWE通道3，所述MWE通道3的下游与压气机叶轮2的叶尖对应，此结构为普通MWE状态。

所述伸缩动力阀4设置有一个或多个，本申请具体设置为两个并对称固定在压气机壳1的进风口内壁上，所述伸缩动力阀4沿压气机叶轮2轴向伸缩移动，用于提供沿压气机叶轮2轴向移动的驱动力。

在实际的测试中，伸缩动力阀4安装对压气机进风口的空气气流流畅影响比较小，不影响压气机的正常工作。

所述伸缩动力阀4包括电磁控制阀或其他类型轴向伸缩阀，本申请中选用电磁控制阀，选购的电磁控制阀设置有两个螺栓孔，通过螺栓螺纹固定在压气机壳1上，且压气机壳1在螺栓连接处密封设置有密封胶，因此不会破坏压缩机壳体的结构和功能。

另外，关于本申请伸缩动力阀4的安装稳定性，由于压气机的进风口的流速一般低于50米/秒，由于采用了比较牢固的螺栓连接，所以没有问题。

另外压气机进口的温度并不高，不考虑压气机壳1传热的情况下，接近大气温度，并在进风口气流加速后温度还略有降低，但压气机的出风口的温度一般低于150度，所以考虑这部分热传导的话，温度会略高于大气温度，但仍温度不高。由于有时候涡轮增压器的压气机端会比较靠近高温排气管，这会导致压气机壳1进风口金属温度超过120度，但仍然可以在伸缩动力阀4的安装面上采用隔热垫进行降温。在实际测试的进口温度数据中，最高温度不高于50度。因此认为动力阀的工作环境并不恶劣。

对于压气机壳1进风口处的大气压力，由于进风口处的气流是做加速运动，所以压力是略有降低，所以该出的压力要比大气压略低几个千帕，因此压力对动力阀的影响很微小。

但对于应用而言并不限于该种安装，其他可行的安装类型也均可以。

所述控制环5呈环形封闭结构贴合设置于压气机壳1的内壁并位于MWE通道3的外圈，所述控制环5与MWE通道3的上游对应，所述伸缩动力阀4的驱动端与控制环5的周向连接，所述伸缩动力阀4驱动控制环5开启或关闭或部分关闭MWE通道3，从而控制关闭和开启MWE的功能。控制环5通过伸缩动力阀4的调节可关闭或者部分关闭状态，这可以使得压气机在满足喘振流量的条件下尽可能获得最优的压气机运行效率。

在实际测试中，控制环5由两个伸缩动力阀4（电磁阀）驱动，单个电磁阀的最大拉力可以达到6N，因此两个电磁阀可产生最大12 N拉力，这可以很轻松的驱动控制环5进行轴向移动，针对更大的压气机的应用，更大的压气机则需要更大的控制环，由于更大的压气机进风口空间也自然更大，可以采用更多的均布的伸缩动力阀4进行驱动，或者采用更大拉力的伸缩动力阀4进行拉动。

通过控制伸缩动力阀4调整控制环5关闭或打开MWE通道3，可以实现无MWE通道3和开启MWE通道3两种特征之间的功能转换。控制环5关闭MWE通道3的状态，此时相当于一种不带拓宽流量槽的压气机。开启MWE通道3的状态，此时相当于一种普通MWE压气机。

当MWE通道3处于全开状态下，通过加长控制环5的高度尺寸，通过伸缩动力阀4拉动控制环5开最大状态到极限位置，此状态相当于一种超级MWE压气机，可以产生更大气流的回流环，从而进一步拓宽喘振裕度及压气机的稳定工作范围。

在实际测试中，伸缩动力阀推动控制环处于MWE闭合状态时，在控制环的端部粘结了一个橡胶圈用于密封。但由于多次的开合作用，橡胶圈很容易被切断，并且掉入压气机中产生压气机严重损坏，因此，本申请是在不带密封的情况下进行的，这对实际的压气机性能有一定的影响，测试结果发现压气机效率略有降低，要比密封效果好的情况下低1~2%左右，但是本申请对喘振裕度的测试。

综上所述，本实用新型指出的一种高效率离心压气机流量可调节装置，结构简单，通过伸缩动力阀驱动控制阀开启或关闭或部分关闭MWE通道，可有效调节压缩机的喘振裕度，并使得压气机的运行效率和喘振裕度之间获得最优的平衡。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种高效率离心压气机流量可调节装置，包括压气机壳和压气机叶轮，所述压气机叶轮设置于压气机壳的叶轮通道内，所述压气机壳的内壁上设置有MWE通道，所述MWE通道的下游与压气机叶轮的叶尖对应，其特征在于，还包括伸缩动力阀和控制环，所述伸缩动力阀贴合固定在压气机壳的进风口内壁上，所述伸缩动力阀沿压气机叶轮轴向伸缩移动，所述控制环呈环形封闭结构贴合设置于压气机壳的内壁并位于MWE通道的外圈，所述控制环与MWE通道的上游对应，所述伸缩动力阀的驱动端与控制环的周向连接，所述伸缩动力阀驱动控制环开启或关闭或部分关闭MWE通道。

2.根据权利要求1所述的高效率离心压气机流量可调节装置，其特征在于，所述伸缩动力阀设置有一个或多个，具体设置为两个并对称固定在压气机壳的进风口内壁上。

3.根据权利要求1所述的高效率离心压气机流量可调节装置，其特征在于，所述伸缩动力阀的螺栓孔通过螺栓螺纹固定在压气机壳上。

4.根据权利要求1所述的高效率离心压气机流量可调节装置，其特征在于，所述压气机壳在螺栓连接处密封设置有密封胶。

5.根据权利要求1所述的高效率离心压气机流量可调节装置，其特征在于，所述伸缩动力阀包括电磁控制阀或轴向伸缩阀。

6.根据权利要求1所述的高效率离心压气机流量可调节装置，其特征在于，当MWE通道处于全开状态下，通过加长控制环的高度尺寸，通过伸缩动力阀拉动控制环开最大状态到极限位置，以此产生更大气流的回流环。