CN103670672B - 一种涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮增压器，包括涡轮壳(5)、涡轮(7)、转子轴(6)、主体(2)、推力轴承盖(4)、径向-推力轴承(3)、叶轮壳(1)、叶轮(9)；所述径向-推力轴承(3)包括径向金属橡胶块式空气轴承、径向-推力轴承转子轴和推力金属橡胶块式空气轴承，所述径向金属橡胶块式空气轴承和所述推力金属橡胶块式空气轴承均包括轴承金属橡胶块、轴承弹性箔片和轴承顶层箔片。本发明适用于发动机尾气能量回收、发动机进气增压。其优点是使用空气轴承杜绝由涡轮增压器漏油对发动机正时的影响；由于空气润滑的阻力小、产品转速高，适用于大排量发动机使用；由于没有转子轴表面和轴承内表面没有直接的物理接触，产品寿命长；同时，由于其轴承的承载介质是空气，其耐高温性能也是突出的。

Description

一种涡轮增压器

技术领域

本发明涉及一种涡轮增压器，主要针对现有涡轮增压器轴承的结构和设计进行改进。

背景技术

作为目前便捷动力的主要形式之一的燃油发动机技术，是国民经济发展的重要支柱产业，其广泛应用在工农业生产，交通工具、备用发电等方面，燃油在发动机燃烧室中产生的热能只有25%～40%转化为有用的机械能，其余大部分以燃烧废气的热能和动能等形式白白浪费掉，由此可见，发动机废气的利用是发动机提高功率效率的重要途径。

燃油发动机排出的尾气，具有高温、高速、高压等特性，能够推动涡轮转动进一步带动叶轮产生增压作用于燃油发动机的进气歧管，提高发动机的进气量和进气效率，有利于燃油的充分混合燃烧，有利于发动机功率提升，同时有利于降低燃油消耗。

目前，涡轮增压器轴承通常采用滚动轴承和滑动轴承，其存在了以下诸多问题：由于采用润滑油，不可避免的出现漏油现象，从而导致了经油封泄漏机油和中冷器的工作面沾污的问题；由于摩擦力的存在，使得转子转速低使得效率低下；并且由于存在磨损使得轴承寿命较短。

发明内容

为了使燃油发动机更加适合现有的涡轮增压***高温、高压、高速等恶劣工作环境，同时克服：现有轴承漏油、耐冲击差、效率瓶颈的技术难题，本发明对涡轮增压器的结构进行改进，重点对轴承进行改进，采用空气轴承代替现有的滚动轴承和滑动轴承，通过空气轴承支撑转子***从而实现转速高、效率高、寿命长、耐高温、无润滑油等优点。其技术内容为：

一种涡轮增压器，包括包括涡轮壳、涡轮、转子轴、主体、推力轴承盖、径向-推力轴承、叶轮壳、叶轮；所述径向-推力轴承包括径向金属橡胶块式空气轴承、径向-推力轴承转子轴和推力金属橡胶块式空气轴承，其特征在于：所述径向金属橡胶块式空气轴承和所述推力金属橡胶块式空气轴承均包括轴承金属橡胶块、轴承弹性箔片和轴承顶层箔片。

一种金属橡胶块式空气轴承，包括径向金属橡胶块式空气轴承、径向-推力轴承转子轴和推力金属橡胶块式空气轴承，所述径向金属橡胶块式空气轴承和所述推力金属橡胶块式空气轴承均包括轴承金属橡胶块、轴承弹性箔片和轴承顶层箔片。

所述径向金属橡胶块式空气轴承包括多个径向轴承金属橡胶块、径向轴承弹性箔片和径向轴承顶层箔片。

所述多个径向轴承金属橡胶块均匀地设置在所述径向轴承套的内表面上以形成多个凸起和相邻凸起之间的多个凹部；径向轴承弹性箔片固定连接于所述径向轴承套的内表面；所述径向轴承顶层箔片固定连接于所述径向轴承弹性箔片的内表面。

在所述径向轴承套的内表面上以一定间隔且均匀地加工有多个凹槽，所述多个径向轴承金属橡胶块安装于所述多个凹槽中并形成所述多个凸起。

所述推力金属橡胶块式空气轴承包括多个推力轴承金属橡胶块、推力轴承弹性箔片、推力轴承顶层箔片和推力轴承转盘。

所述推力轴承转盘具有前后两个表面，两个表面的至少一个表面依次具有推力轴承顶层箔片、推力轴承弹性箔片和多个推力轴承金属橡胶块，所述推力轴承顶层箔片固定连接到所述推力轴承转盘的一个表面上，所述推力轴承弹性箔片固定连接于所述推力轴承顶层箔片并形成多个凸起和多个凹部，所述多个金属橡胶块以一定间隔地均匀地固定连接于所述推力轴承弹性箔片。

在所述推力轴承转盘两个表面均依次设置所述推力轴承顶层箔片、所述推力轴承弹性箔片和所述多个推力轴承金属橡胶块。

所述径向-推力轴承转子轴包括推力轴承转盘径向轴承转筒，所述推力轴承转盘与所述径向轴承转筒固定连接。

本发明与现有技术相比，其技术特点及优点是：适用于发动机尾气能量回收、发动机进气增压，其使用空气轴承杜绝由涡轮增压器漏油对发动机正时的影响；由于空气润滑的阻力小、产品转速高，适用于大排量发动机使用；由于没有转子轴表面和轴承内表面没有直接的物理接触，产品寿命长；同时，由于其轴承的承载介质是空气，其耐高温性能也是突出的。

附图说明

图1为使用金属橡胶块式空气轴承涡轮增压器的整体结构示意图；

图2A为径向金属橡胶块式空气轴承各组成部分结构示意图；

图2B为径向金属橡胶块式空气轴承示意图；

图3A为推力金属橡胶块式空气轴承各组成部分结构示意图；

图3B为推力金属橡胶块式空气轴承示意图；

图4A和4B为径向-推力轴承转子轴各组成部分结构示意图；

图5为径向-推力轴承中径向轴承的安装示意图。

图中：1.叶轮壳；2.主体；3.径向-推力轴承；4推力轴承盖；5.涡轮壳；6.转子轴；7.涡轮；8.散热道；9.叶轮；10.径向轴承轴承套；11.径向轴承金属橡胶块；12.径向轴承弹性箔片；13.径向轴承顶层箔片；14.推力轴承金属橡胶块；15.推力轴承弹性箔片；16.推力轴承顶层箔片；17.推力轴承转盘；18.径向轴承转筒。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1为使用空气轴承的涡轮增压器整体结构示意图。本发明的涡轮增压器包括涡轮壳5、涡轮7、转子轴6、主体2、推力轴承盖4、径向-推力轴承3、叶轮壳1、叶轮9。

其中，叶轮9、径向-推力轴承3、推力轴承盖4和涡轮7依次套装在转子轴6上，径向-推力轴承3和转子轴6之间为过盈配合，推力轴承盖4与径向-推力轴承3紧固连接，叶轮9和涡轮7分别紧固连接于转子轴6的两端，叶轮壳1和涡轮壳5分别紧固在主体2的两端，上述紧固连接的方式可以为本领域常用的螺栓紧固连接手段。由此，涡轮壳5、涡轮7、转子轴6作为涡轮增压器的废气涡轮驱动部分用于气体收集和使气体导入，主体2、转子轴6、推力轴承盖4、径向-推力轴承3作为涡轮增压器的涡轮增压器主体部分对由废气涡轮驱动部分导入的气体进行涡轮增压，叶轮壳1、叶轮9、转子轴6作为涡轮增压器的压气叶轮部分对由涡轮增压器主体部分导入的气体进一步增压，以利于后续使用。

以下结合图2至图5具体说明本发明的径向-推力轴承3，其具体采用金属橡胶块式空气轴承结构。径向-推力轴承3包括径向金属橡胶块式空气轴承、径向-推力轴承转子轴和推力金属橡胶块式空气轴承，其中径向金属橡胶块式空气轴承和推力金属橡胶块式空气轴承均包括轴承金属橡胶块、轴承弹性箔片和轴承顶层箔片。

具体而言，图2A和2B示出了本发明的径向金属橡胶块式空气轴承，其具体包括多个径向轴承金属橡胶块11、径向轴承弹性箔片12和径向轴承顶层箔片13。作为主体2的径向轴承套10呈圆筒状，多个径向轴承金属橡胶块11沿着径向轴承套10的中心线具有一定长度且以该中心线为中心、以一定间隔且均匀地设置在径向轴承套10的内表面上，由此在径向轴承套10的内表面形成均匀分布的多个凸起和相邻凸起之间的多个凹部。径向轴承弹性箔片12大体呈波纹状，并以基本圆筒状的形式固定连接于径向轴承套10的内表面以使径向轴承弹性箔片12能够覆盖并接触多个径向轴承金属橡胶块11形成的凸起表面，以及波纹状的波谷部分能够接触该多个凹部。径向轴承顶层箔片13也呈圆筒状，其固定连接于径向轴承弹性箔片12的内表面。在径向轴承套10的内表面均匀设置了径向轴承金属橡胶块11，并采用了整体结构的径向轴承弹性箔片12和径向轴承顶层箔片13，由此形成的空气轴承相对于现有的空气轴承，如悬臂型、瓣片式、弯曲型等形式的空气轴承，弹性减震效果更好并由此减少噪声、径向和轴向的旋转精度更高、承载能力大大提高、并且能够大幅提高转速从而进一步提高废气利用率。

优选地，径向轴承金属橡胶块11的截面为正方向或长方形。

优选地，在径向轴承套10的内表面上以一定间隔且均匀地加工有多个凹槽，多个径向轴承金属橡胶块11以嵌入方式安装于该多个凹槽中且与凹槽呈过盈配合，径向轴承金属橡胶块11沿着凹槽深度方向的尺寸大于凹槽深度尺寸由此在径向轴承套10的内表面形成了多个凸起。

优选地，径向轴承弹性箔片12焊接到径向轴承套10的内表面，径向轴承顶层箔片13焊接到径向轴承弹性箔片12的内表面。

图3A和3B示出了本发明的推力金属橡胶块式空气轴承，其具体包括多个推力轴承金属橡胶块14、推力轴承弹性箔片15、推力轴承顶层箔片16和推力轴承转盘17。该推力轴承转盘17呈圆盘状且具有前后两个表面，两个表面的至少一个表面依次具有推力轴承顶层箔片16、推力轴承弹性箔片15和多个推力轴承金属橡胶块14。其中，推力轴承顶层箔片16固定连接到推力轴承转盘17的一个表面上，并被均匀地划分为多个大小相同的扇形区域，相邻扇形区域之间具有一定间隙，该间隙能够保证空气的流通和推力轴承顶层箔片16的一定形变。推力轴承弹性箔片15以平面-凸起相间的方式形成有多个大小相同的扇形区域，且该多个扇形区域固定连接于推力轴承顶层箔片16的多个扇形区域，由此在与推力轴承顶层箔片16固定连接后使得其表面形成多个凸起和多个凹部。多个金属橡胶块14以一定间隔地均匀地固定连接于推力轴承弹性箔片15，该多个金属橡胶块14的布置方式依照推力轴承弹性箔片15的该多个扇形区域进行设置，依照该多个扇形区域的平面-凸起相间方式覆盖每一个扇形区域，且使每个凸起的表面固定连接有一个金属橡胶块14。由此形成的推力空气轴承相对于现有的空气轴承，弹性减震效果更好并由此减少噪声、承载能力大大提高、并且能够大幅提高转速从而进一步提高废气利用率。

优选地，在推力轴承转盘17的两个表面均依次设置推力轴承顶层箔片16、推力轴承弹性箔片15和多个推力轴承金属橡胶块14。由于空气轴承的推力盘部分双面都作用，因此可以承受沿轴向双向的轴推力。

图4A和4B为径向-推力轴承转子轴各组成部分结构示意图。具体包括推力轴承转盘17和径向轴承转筒18，推力轴承转盘17与径向轴承转筒18固定连接，优选采用焊接方式。推力轴承转盘17的中央开设有供转子轴6穿过的通孔，径向轴承转筒18呈圆筒状，以使径向金属橡胶块式空气轴承套装于该径向轴承转筒18。

图5为径向-推力轴承3安装于径向-推力轴承转子轴上的安装示意图，具体示出了本发明金属橡胶块式径向-推力轴承的整体安装细节。

尽管本发明采用的径向-推力轴承3能够解决涡轮经转子轴传热的问题，但为了更好地散去热量，更为优选地是在涡轮增压器主体上还加工有散热道8，这样在通入冷空气的时候能够沿着径向轴承到达推力轴承，达到整体散热。

Claims (8)

1.一种涡轮增压器，包括包括涡轮壳(5)、涡轮(7)、转子轴(6)、主体(2)、推力轴承盖(4)、径向-推力轴承(3)、叶轮壳(1)、叶轮(9)；所述径向-推力轴承(3)包括径向金属橡胶块式空气轴承、径向-推力轴承转子轴和推力金属橡胶块式空气轴承，其特征在于：所述径向金属橡胶块式空气轴承和所述推力金属橡胶块式空气轴承均包括轴承金属橡胶块、轴承弹性箔片和轴承顶层箔片；

所述径向金属橡胶块式空气轴承包括多个径向轴承金属橡胶块(11)、径向轴承弹性箔片(12)和径向轴承顶层箔片(13)；

所述多个径向轴承金属橡胶块(11)均匀地设置在所述径向轴承套(10)的内表面上以形成多个凸起和相邻凸起之间的多个凹部；径向轴承弹性箔片(12)固定连接于所述径向轴承套(10)的内表面；所述径向轴承顶层箔片(13)固定连接于所述径向轴承弹性箔片(12)的内表面。

2.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于：在所述径向轴承套(10)的内表面上以一定间隔且均匀地加工有多个凹槽，所述多个径向轴承金属橡胶块(11)安装于所述多个凹槽中并形成所述多个凸起。

3.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于：所述推力金属橡胶块式空气轴承包括多个推力轴承金属橡胶块(14)、推力轴承弹性箔片(15)、推力轴承顶层箔片(16)和推力轴承转盘(17)。

4.根据权利要求3所述的涡轮增压器，其特征在于：所述推力轴承转盘(17)具有前后两个表面，两个表面的至少一个表面依次具有推力轴承顶层箔片(16)、推力轴承弹性箔片(15)和多个推力轴承金属橡胶块(14)，所述推力轴承顶层箔片(16)固定连接到所述推力轴承转盘(17)的一个表面上，所述推力轴承弹性箔片(15)固定连接于所述推力轴承顶层箔片(16)并形成多个凸起和多个凹部，所述多个金属橡胶块(14)以一定间隔地均匀地固定连接于所述推力轴承弹性箔片(15)。

5.根据权利要求4所述的涡轮增压器，其特征在于：在所述推力轴承转盘(17)的两个表面均依次设置所述推力轴承顶层箔片(16)、所述推力轴承弹性箔片(15)和所述多个推力轴承金属橡胶块(14)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的涡轮增压器，其特征在于：所述径向-推力轴承转子轴包括推力轴承转盘(17)和径向轴承转筒(18)，所述推力轴承转盘(17)与所述径向轴承转筒(18)固定连接。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的涡轮增压器，其特征在于：在所述主体(2)上还具有散热道(8)。

8.一种金属橡胶块式空气轴承，包括径向金属橡胶块式空气轴承、径向-推力轴承转子轴和推力金属橡胶块式空气轴承，其特征在于：所述径向金属橡胶块式空气轴承和所述推力金属橡胶块式空气轴承均包括轴承金属橡胶块、轴承弹性箔片和轴承顶层箔片；

所述径向金属橡胶块式空气轴承包括多个径向轴承金属橡胶块(11)、径向轴承弹性箔片(12)和径向轴承顶层箔片(13)；

所述多个径向轴承金属橡胶块(11)均匀地设置在所述径向轴承套(10)的内表面上以形成多个凸起和相邻凸起之间的多个凹部；径向轴承弹性箔片(12)固定连接于所述径向轴承套(10)的内表面；所述径向轴承顶层箔片(13)固定连接于所述径向轴承弹性箔片(12)的内表面。