CN204371768U - 一种抗低周疲劳的涡轮增压器压气机叶轮 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于涡轮增压器领域，具体是一种抗低周疲劳的涡轮增压器压气机叶轮。它包括压轮轴、压轮，压轮顶端设有密封凸台，所述的压轮叶背上设有非接触式密封装置。本实用新型的优点是非接触式密封装置的迷宫式密封装置造成通流截面的突然变化，使气体流过每个截面突然变化处都发生节流作用，产生压力损失，使气流压力下降。

Description

一种抗低周疲劳的涡轮增压器压气机叶轮

技术领域

本实用新型属于涡轮增压器领域，具体是一种一种抗低周疲劳的涡轮增压器压气机叶轮。

背景技术

在内燃机问世一百多年里，在船舶、货车、工程机械、军用车辆、小型电站等设备上柴油机得到广泛应用。即使在小汽车中，也有一部分选择柴油机作为动力。但是，随着石油资源的日益减少，提高柴油机的效率和余热利用等方面的研究是目前柴油机企业及各科研机构的重要课题，另外在噪声、振动、排放等诸多方面还有许多要解决的问题，所以就要求柴油机向着高性能、高寿命、高效率、低油耗、低噪声、低振动、低排放的发展方向，才能在石油资源短缺和保护环境的巨大挑战中占据优势。柴油机增压技术的发展为人们获得高质量柴油机提供了较好的解决途径。涡轮增压器的出现，极大地促进了内燃机的发展，被誉为内燃机发展史上的第二个里程碑。

涡轮增压器是高速旋转的叶片机械，车用涡轮增压器工作转速一般为100000r/min左右，最高转速已达260000r/min。增压器转子叶片在使用中承受离心力和气体力的循环载荷(低周)及振动载荷(高周)，它们是影响叶片寿命的主要因素。压气机叶轮的工作条件比较恶劣，受力也很复杂，但由于速度非常高，最主要的受力为离心力。在一些频繁起停的工作状态下，通常结构的压气机叶轮的大端孔口会起裂纹，进而引起破裂，导致增压器无法工作，其主要起因是低周疲劳破坏。低周疲劳，又称条件疲劳极限，或“低循环疲劳”。另外，常规压气机叶轮采用铸造铝合金材料，其机体内部往往有夹杂、冷缩孔，这些缺陷也是引起低周疲劳的破坏源。

通常结构的压气机叶轮在循环载荷下，联结涡轮轴的大端孔口会起裂纹，进而引起破裂，导致增压器无法工作。其主要起因是低周疲劳破坏。低周疲劳，又称条件疲劳极限，或“低循环疲劳”，是压气机叶轮主要的失效模式。如图1所示，通常结构的压气机叶轮在工作状态下应力最大值出现在叶轮中心孔的底部角上，其原因是由于高速旋转产生的离心力在叶轮内部形成拉应力，由叶轮的外型可以看出，叶轮的底部材料比较多，质心靠近叶轮边缘一侧，惯性比较大，因此，形成向外的离心力也比较大，牵动内部形成高应力区，从而在最薄弱处引起破裂失效。上部正好相反，质量多集中在轴线附近，外部为叶轮叶片，惯性力较小，应力小。在径向分布上，叶轮靠近轴线部分应力较大，外部为叶轮叶片，惯性力较小，应力小，向外呈减小趋势。最小应力出现在大叶片的尖端，这种分布的原因是，靠近轴线的材料受外部离心力的牵引较大，把所考察的质点作为界线，向轴线以外辐射到叶轮的边缘之区间的材料越多，质心越靠近轮缘，该质心所受的应力越大。

发明内容

本实用新型是针对压气机叶轮以上问题而提出的一种抗低周疲劳的涡轮增压器压气机叶轮。

提供了如下技术方案：

一种抗低周疲劳的涡轮增压器压气机叶轮，它包括压轮轴、压轮，压轮顶端设有密封凸台，所述的压轮叶背上设有非接触式密封装置。

所述的非接触式密封装置为迷宫式密封脊。

所述的压轮轴内设有三段与涡轮轴连接的螺纹。

本实用新型的优点是非接触式密封装置的迷宫式密封装置造成通流截面的的突然变化，使气体流过每个截面突然变化处都发生节流作用，产生压力损失，使气流压力下降。

附图说明

图1为现有技术中的涡轮增压器压气机叶轮的结构示意图。

图2为本实用新型的结构示意图；

图3为本实用新型与涡轮轴连接示意图；

图4为本实用新型与涡轮连接示意图；

图5为图4中N处的放大示意图；

图6为非接触式密封装置的结构示意图。

具体实施方式

如图2一种抗低周疲劳的涡轮增压器压气机叶轮，它包括压轮轴1、压轮2，压轮顶端设有密封凸台3，所述的压轮叶背5上设有非接触式密封装置5a压气机叶轮联结涡轮轴的压轮轴1设为直径缩小的圆柱形密封凸台3，该凸台的直径为所联结涡轮轴直径的1.8倍，相比传统的压气机叶轮该部位直径缩小了约25％。凸台的直径小，质量多集中在轴线附近，旋转时产生的拉应力大大降低，提高了孔口处高应力区的抗疲劳强度。

如图4、图5所述的非接触式密封装置为迷宫式密封脊5a，在机械运转中迷宫式密封没有机械磨损，工作可靠。这种密封装置的原理是利用节流作用而达到密封效果的。迷宫式密封装置造成通流截面的的突然变化，使气体流过每个截面突然变化处都发生节流作用，产生压力损失，使气流压力下降。

如图3所示，与涡轮轴联结的孔设为盲孔，压轮右端为实心的结构，机械零件中往往有孔、切口、台阶等，这类结构的不连续处将引起应力集中，成为低周疲劳破坏的“裂纹源”。常规压气机叶轮联结的孔是通孔结构，大端孔口处是低周疲劳破坏发生的主要部位。本发明的压气机叶轮与涡轮轴联结的孔，设为螺纹孔及两处定位孔，并取消了螺母，压轮轴1内设有三段与涡轮轴连接的螺纹，涡轮轴4上的外螺纹4a、4b、4c分别与压轮轴内的内螺纹1a、1b、1c连接，其中螺纹4b与螺纹1b配合达到固定作用，螺纹4a、4c与螺纹1a、1c达到定心作用。本发明的压气机叶轮联结涡轮轴的孔设为盲孔结构，右端为实心的，质量中心处于轮盘附近，工作工程中旋转产生的最大拉应力区是实心部位，没有结构上的突变，不存在应力集中区，相比开孔的压气机叶轮，其抗疲劳强度得到大幅度提升。

如图6所示，M为气流方向，当增压器工作时，由于压力差的作用，压缩气体会沿着压轮叶背与压盖之间的间隙向中间体内泄漏，当气体流经迷宫式密封脊5a处时，由于流通截面的突然变化，使气体产生压力损失，从而产生密封的效果。

Claims (3)

1.一种抗低周疲劳的涡轮增压器压气机叶轮，它包括压轮轴、压轮，其特征在于：压轮顶端设有密封凸台，所述的压轮叶背上设有非接触式密封装置。

2.根据权利要求1所述的一种抗低周疲劳的涡轮增压器压气机叶轮，其特征在于：所述的非接触式密封装置为迷宫式密封脊。

3.根据权利要求1所述的一种抗低周疲劳的涡轮增压器压气机叶轮，其特征在于：所述的压轮轴内设有三段与涡轮轴连接的螺纹。