CN108999664B - 一种变径向间隙双入口涡轮箱 - Google Patents

一种变径向间隙双入口涡轮箱 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变径向间隙双入口涡轮箱，包括：叶轮、左气流通道、右气流通道和中间隔板；所述左气流通道和右气流通道在涡轮机叶轮入口外圆周的轴向呈左、右并排布置，所述中间隔板位于所述左气流通道和右气流通道之间，且设置于涡轮箱的子午面处；所述中间隔板的轴向呈圆环状，内边缘呈圆形，外边缘呈螺旋形，所述中间隔板的内边缘与涡轮机叶轮入口之间的径向间隙在涡舌处周向0°～360°范围内可呈线性逐渐增大。本发明减小了双入口涡轮箱的左气流通道和右气流通道的内部气体漏泄，同时还有助于减小摩擦损失，增加涡轮箱横截面通流面积，降低或者不提高发动机高速运行时涡轮机产生的背压，从而降低发动机的燃油消耗。

Description

一种变径向间隙双入口涡轮箱
技术领域
本发明涉及涡轮箱技术领域，尤其涉及一种变径向间隙双入口涡轮箱。
背景技术
涡轮增压是内燃机余热利用的重要方式之一，同时通过涡轮机回收发动机排气的能量，带动压气机运转并压缩空气，从而提高进入发动机的新鲜空气的压力和密度。因此，涡轮增压器的使用可有效提高内燃机的功率和效率。开发高性能涡轮增压器可有效实现节能减排，具有重要的现实意义。
涡轮增压器由压气机和涡轮机所组成，其外壳体包括压气机蜗壳、轴承壳体和涡轮机壳体。为了确保废气连续供给而又能避免各缸排气相互干扰，多缸内燃机的排气管通常分组布置，与之相对应的涡轮增压器的涡轮机壳体有多个入口。双入口涡轮箱是一种比较常见的结构，可将从两个入口来的废气导入下游同一个涡轮机叶轮的入口。
对于双入口涡轮箱结构，从两个入口来的气体在涡轮箱的子午面由中间隔板分开，且可以沿周向360°向涡轮机叶轮供气，因而涡轮机的效率较高。现有技术中，中间隔板的内边缘与转动的涡轮机叶轮入口之间的径向间隙为常数，即沿周向360°内中间隔板的内边缘与涡轮机叶轮入口之间的径向间隙是一恒定值。
发动机排出的废气自双入口涡轮箱涡舌处进入，然后沿周向360°向涡轮机叶轮供气。由于两个入口是交替供气的，所以供气的一侧压力要高于不供气的另一侧。这样，从涡舌开始，压力高的一侧的气体便通过径向间隙δ向压力低的另一侧流动，造成气体漏泄至不供气的排气管。这样一方面减少了涡轮机叶轮的废气供应，另一方面也干扰了发动机部分缸正常的排气。
发明内容
本发明提供一种变径向间隙双入口涡轮箱，以克服上述技术问题。
本发明变径向间隙双入口涡轮箱，包括：
叶轮、左气流通道、右气流通道和中间隔板；
所述左气流通道和右气流通道在涡轮机叶轮入口外圆周的轴向呈左、右并排布置，所述中间隔板位于所述左气流通道和右气流通道之间，且设置于涡轮箱的子午面处；
所述中间隔板从增压器轴向看呈圆环状，所述中间隔板的内边缘与涡轮机叶轮入口之间的径向间隙在涡舌处周向0°～360°范围内可呈线性逐渐增大。
进一步地，所述径向间隙在周向0°～360°范围内可呈非线性逐渐增大，所述增大趋势为曲线或者折线。
进一步地，在周向0°～120°范围内，所述径向间隙与涡轮机叶轮半径的比值为5％～25％。
进一步地，在周向120°～360°范围内，所述径向间隙与涡轮机叶轮半径的比值为20％～100％。
本发明减小了变径向间隙双入口涡轮箱的两侧流道气体的内漏，并且没有增加排气背压，减小了发动机的成本。同时还有助于减小摩擦损失，增加涡轮箱横截面通流面积，降低或者不提高发动机高速运行时涡轮机产生的背压，从而降低发动机的燃油消耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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他的附图。
图1为现有技术的径流式涡轮增压器的示意图；
图2为本发明的双入口涡轮箱的正视图；
图3为本发明的双入口涡轮箱内部气体漏泄示意图；
图4为本发明的双入口涡轮箱子午面剖视图；
图5为本发明变径向间隙双入口涡轮箱实施例一参数示意图；
图6为本发明变径向间隙双入口涡轮箱实施例二参数示意图；
图7为本发明变径向间隙双入口涡轮箱实施例三参数示意图；
图8为本发明变径向间隙双入口涡轮箱实施例四参数示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明变径向间隙双入口涡轮箱包括：
叶轮、左气流通道、右气流通道和中间隔板；
所述左气流通道和右气流通道在涡轮机叶轮入口外圆周的轴向呈左、右并排布置，所述中间隔板位于所述左气流通道和右气流通道之间，且设置于涡轮箱的子午面处；
所述中间隔板从增压器轴向看呈圆环状，内边缘呈圆形，外边缘呈螺旋形，所述中间隔板的内边缘与涡轮机叶轮入口之间的径向间隙在涡舌处周向0°～360°范围内可呈线性逐渐增大。
具体而言，本实施例的变径向间隙双入口涡轮箱适用于多缸内燃机的径流式涡轮增压器，如图2所示，整体包括：双入口涡轮箱100)、轴承壳体200)和压气机涡壳300)。所述双入口涡轮箱100)包括左气流通道101)、右气流通道102)和中间隔板103)。左气流通道101)和右气流通道102)在涡轮机叶轮104)入口外圆周的轴向呈左、右并排布置，左气流通道101)和右气流通道102)通过布置在涡轮箱子午面处的中间隔板103)分开。
如图4所示，定义双入口涡轮箱100)的中间隔板103)内边缘与涡轮机叶轮104)入口之间的径向间隙为δ，定义涡舌处为0°周向角。如图4所示，逆时针方向为气体流动方向，对应的周向角θ逐渐增大。传统的设计中δ为常数，即θ在0°～360°范围内，径向间隙δ)是一恒定值。
变径向间隙δ)是指双入口涡轮箱100)的中间隔板103)内边缘与涡轮机叶轮104)入口之间的径向间隙δ)不是恒定值。顺着气体流动方向，周向角θ在0°～360°范围内，径向间隙δ)逐渐增大。
径向间隙是指双入口涡轮箱的中间隔板内边缘与涡轮机叶轮入口之间的间隙，传统的设计中此径向间隙δ)为常数，即沿周向360°内此径向间隙δ)是一恒定值。所述变径向间隙δ)是指双入口涡轮箱的中间隔板内边缘与涡轮机叶轮入口之间的径向间隙δ)不是恒定值。计涡舌处为0°周向角，顺着气体流动方向周向角增大。
所述中间隔板103)从增压器轴向看呈圆环状，其内边缘呈圆形，外边缘呈螺旋形。双入口涡轮箱100)的中间隔板103)内边缘与涡轮机叶轮104)入口之间存在径向间隙δ)。如图1所示，现有技术多缸内燃机的径流式涡轮增压器，包括双入口涡轮箱100、轴承壳体200和压气机涡壳300。
如图3所示，发动机排出的废气自双入口涡轮箱涡舌处进入，然后沿周向360°向涡轮机叶轮供气。由于两个入口是交替供气的，所以供气的一侧压力要高于不供气的另一侧。这样，从涡舌开始，压力高的一侧的气体便通过径向间隙δ)向压力低的另一侧流动，造成现有技术中增压器气体漏泄至不供气的排气管。这样一方面减少了涡轮机叶轮的废气供应，另一方面也干扰了发动机部分缸正常的排气。
如图5所示，周向角θ在0°～360°范围内呈线性逐渐增大。
周向角θ在0°～θ1范围内θ1取值0°～120°)，无量纲量δ/R径向间隙δ与涡轮机叶轮半径R的比值)可在5％～25％范围内变化；而周向角在360°-θ1)范围内，无量纲量δ/R径向间隙δ与涡轮机叶轮半径R的比值)可在20％～100％范围内变化。
进一步地，所述径向间隙在周向0°～360°范围内可呈非线性逐渐增大，所述增大趋势为曲线或者折线。
具体而言，如图6所示，周向角θ在0°～360°范围内呈上凸的非线性逐渐增大。
周向角θ在0°～θ1范围内θ1取值0°～120°)，无量纲量δ/R径向间隙δ与涡轮机叶轮半径R的比值)可在5％～25％范围内变化；而周向角θ在360°-θ1)范围内，无量纲量δ/R径向间隙δ与涡轮机叶轮半径R的比值)可在20％～100％范围内变化。
如图7所示，周向角θ在0°～360°范围内呈下凹的非线性逐渐增大。
周向角θ在0°～θ1范围内θ1取值0°～120°)，无量纲量δ/R径向间隙δ与涡轮机叶轮半径R的比值)可在5％～25％范围内变化；而周向角在360°-θ1)范围内，无量纲量δ/R径向间隙δ与涡轮机叶轮半径R的比值)可在20％～100％范围内变化。
如图8所示，周向角θ在0°～360°范围内呈折线逐渐增大。
周向角θ在0°～θ1范围内θ1取值0°～120°)，无量纲量δ/R径向间隙δ与涡轮机叶轮半径R的比值)可在5％～25％范围内变化；周向角θ在θ2～360°范围内θ2取值180°～360°)，无量纲量δ/R径向间隙δ与涡轮机叶轮半径R的比值)可在20％～100％范围内变化；周向角θ在θ1～θ2范围内，无量纲量δ/R可按线性或非线性过渡。
图5至图8所示实施例的有益效果：气体在0°～360°范围内向前流动的过程中，因角动量守恒和质量守恒原理，其流速在不断增加，而压力在不断降低，废气从供气侧通过径向间隙δ向非供气侧漏泄的难度加大。这时，逐渐增大涡轮箱中间隔板下端与涡轮机叶轮入口之间的径向间隙δ，因涡轮机叶轮的半径R不变，也就等于是逐渐减小涡轮箱中间隔板的高度L，如图8所示，甚至最终取消中间隔板，能够提高中间隔板的分离作用，减小左气流通道和右气流通道的内部气体漏泄，同时还有助于减小摩擦损失，并增加涡轮箱横截面通流面积，降低或者不提高发动机高速运行时涡轮机产生的背压，从而降低发动机的燃油消耗。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (1)

1.一种变径向间隙双入口涡轮箱，其特征在于，包括：
叶轮、左气流通道、右气流通道和中间隔板；
所述左气流通道和右气流通道在涡轮机叶轮入口外圆周的轴向呈左、右并排布置，所述中间隔板位于所述左气流通道和右气流通道之间，且设置于涡轮箱的子午面处；
所述中间隔板从增压器轴向看呈圆环状，所述中间隔板的内边缘与涡轮机叶轮入口之间的径向间隙在以涡舌处为0°周向角的周向0°～360°范围内呈线性逐渐增大；或者，所述径向间隙在周向0°～360°范围内的增大趋势为曲线或者折线；
在周向0°～120°范围内，所述径向间隙与涡轮机叶轮半径的比值为5%～25%；在周向120°～360°范围内，所述径向间隙与涡轮机叶轮半径的比值为20%～100%。
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