旋叶式有叶扩压压气机.pdf

本发明公开了一种旋叶式有叶扩压压气机，包括压气机叶轮、压气机壳，所述压气机壳内具有气体扩压通道，所述气体扩压通道内设有动静导流叶片支撑盘，所述动静导流叶片支撑盘上设有若干个与动静导流叶片支撑盘固定连接的动导流叶片和与动静导流叶片支撑盘转动连接的静导流叶片，所述动导流叶片与静导流叶片相互间隔设置，采用动静导流叶片有叶扩压压气机的涡轮增压器能够有效改善目前增压器的气体扩压能力，通过调节增压气体的流向和流速起到提升涡轮增压器压气机效率的目的。

1、  一种旋叶式有叶扩压压气机，包括压气机叶轮(7)、压气机壳(9)，所述压气机壳(9)内具有气体扩压通道，所述气体扩压通道内设有动静导流叶片支撑盘(19)，其特征是：所述动静导流叶片支撑盘(19)上设有若干个与动静导流叶片支撑盘(19)固定连接的动导流叶片(17)和与动静导流叶片支撑盘(19)转动连接的静导流叶片(18)，所述动导流叶片(17)与静导流叶片(18)相互间隔设置。

2、  根据权利要求1所述的旋叶式有叶扩压压气机，其特征是：所述动导流叶片(17)、静导流叶片(18)分布在压气机叶轮出口(12)的径向周边位置。

3、  根据权利要求1或2所述的旋叶式有叶扩压压气机，其特征是：所述动导流叶片(17)上固定设有动叶片转动轴(24)，动叶片转动轴(24)另一端转动连接有动叶片焊接轴(25)，动静导流叶片支撑盘(19)上与动叶片焊接轴(25)相对应的位置设有传动孔(20)，所述动叶片焊接轴(25)穿过传动孔(20)与设置在动静导流叶片支撑盘(19)另一侧的拨叉(21)固定连接；所述静导流叶片(18)上固定设有静叶片焊接轴(27)，所述静叶片焊接轴(27)的另一端与动静导流叶片支撑盘(19)固定连接。

4、  根据权利要求3所述的旋叶式有叶扩压压气机，其特征是：所述动导流叶片(17)和静导流叶片(18)的两侧分别为弧形结构，其两侧的弧形边结合处分别为进气凸缘结构和出气凸缘结构，所述进气凸缘半径(r1、r3)大于出气凸缘半径(r2、r4)。

5、  根据权利要求4所述的旋叶式有叶扩压压气机，其特征是：所述动导流叶片(17)的长度大于静导流叶片(18)的长度。

6、  根据权利要求5所述的旋叶式有叶扩压压气机，其特征是：所述动静导流叶片支撑盘(19)上靠近动导流叶片(17)进气凸缘前端的位置固定设有与动导流叶片(17)弧形一致的串联叶栅(28)，当动导流叶片(17)运动至最大角度时，所述串联叶栅(28)与动导流叶片(17)位于同一弧形面上。

旋叶式有叶扩压压气机
技术领域
本发明涉及可变压气机涡轮增压器，尤其涉及一种通过配置在涡轮增压器的压气机壳体内的若干旋转叶片调整气体增压以后进气方向的旋转叶片结构改进的旋叶式有叶扩压压气机，属于内燃机领域。
背景技术
涡轮增压器是利用发动机排出的废气，按照一定的路线流入涡轮增压器的涡轮壳内以驱动涡轮，并带动与涡轮同轴的压气机叶轮高速旋转，新鲜空气在压气机叶轮离心力的作用下被压缩进入发动机的汽缸。对于涡轮增压器，我们希望通过控制流入涡轮的废气流量，以改善涡轮增压器的总效率和匹配范围。随着对柴油机和汽油机经济性和排放指标需求的不断提升，可变截面涡轮增压器的结构已经逐步满足这些需求，但目前所采用的可变截面涡轮增压器主要指可变涡轮机结构增压器。影响涡轮增压器总效率的因素中除了涡轮机效率、机械效率外，还有一个非常关键的压气机效率。
目前，涡轮增压器压气机普遍采用了无叶扩压压气机结构，或者固定角度有叶扩压结构形式。无叶扩压或者固定角度有叶扩压压气机最高效率虽然能够达到74％-80％，但压气机高效区域范围非常狭窄，发动机在不同工况工作时，压气机效率损失较大，无法保证具有宽广的涡轮增压器总效率。
已知的无叶扩压压气机是目前涡轮增压器的最多采用的一种，如图1所示，涡轮增压器(3)的无叶扩压压气机部分包括压气机叶轮(7)、气体扩压通道(13)、压气机壳(9)三部分，在正常工作下压气机叶轮(7)在涡轮转子(11)的带动下高速旋转从压气机进口(8)吸入洁净的空气进行离心压缩，压缩后的高速增压气体从压气机叶轮出口(12)处进入气体扩压通道(13)，气体动能开始转化为压力能，同时气体在气体扩压通道(13)的约束下进入压气机壳流道(10)，如图2所示，发动机(1)排出的气体经排气总管(2)进入涡轮增压器(3)，增压气体在压气机壳流道(10)中汇集后进入发动机(1)的进气管道(4)，然后经发动机(1)的进气总管(5)送入汽缸(6)参与燃烧。
无叶扩压压气机中扩压通道对增压以后的气体流动方向上没有任何调节作用，增压气体的方向完全由叶轮旋转速度和气流轴向流动速度影响。因此无叶扩压压气机适应压气机流量范围宽广，缺点是因为无法控制气体流动方向，导致压气机效率整体水平偏低。
已知的涡轮增压器固定叶片有叶扩压压气机也因为能够在个别工况下起到提升压气机效率的目的而被应用在了某些大型发电动力用增压器上，如图3所示，涡轮增压器(3)的有叶扩压压气机部分除了包括压气机叶轮(7)、气体扩压通道(13)、压气机壳(9)三部分以外，在气体扩压通道(13)增加了气体导流叶片(14)，气体导流叶片(14)与导流叶片支撑盘(15)通过焊接或者铆接方式联接到一起。导流叶片支撑盘(15)与压气机壳(9)连接成一体形成有叶扩压压气机。从压气机叶轮出口(12)进入气体扩压通道(13)中的增压气体在气流导流叶片(12)的控制下按照一定的角度进入压气机壳流道(10)汇集后进入到发动机汽缸(6)中参与燃烧。
固定叶片有叶扩压压气机在气体扩压通道(13)中增加了固定结构的气流导流叶片(14)，气流导流叶片(14)在合适的压气机叶轮(7)转速范围内起到了增压气体的导向作用，从而提高了压气机效率。但因为气流导流叶片(14)的角度不能调整，只能为某一个工况下的发动机提供高效率增压气体。
因此，希望设计一种有叶扩压压气机，能够调节发动机全工况范围内涡轮增压器增压气体的扩压导向问题。通过可以旋转的导流叶片与增压器转速的配合调节，以获得比无叶扩压压气机和固定叶片有叶扩压压气机更为宽广的压气机高效率区域。同时，解决普通旋转导流叶片在气流导流过程中存在的气体流动距离加长导致的气动损失加大等问题。
发明内容
本发明所要解决的问题是针对涡轮增压器无叶扩压压气机和固定叶片有叶扩压压气机中对增压气体流的控制的局限性，提供一种旋叶式动静叶片结构的旋叶式有叶扩压压气机，能够有效解决增压气体的扩压导向及不同工况下气流导向路线问题，全面提升压气机效率。
为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
旋叶式有叶扩压压气机，包括压气机叶轮、压气机壳，所述压气机壳内具有气体扩压通道，所述气体扩压通道内设有动静导流叶片支撑盘，其特征是：所述动静导流叶片支撑盘上设有若干个与动静导流叶片支撑盘固定连接的动导流叶片和与动静导流叶片支撑盘转动连接的静导流叶片，所述动导流叶片与静导流叶片相互间隔设置。
以下是本发明对上述方案的进一步改进：
所述动导流叶片、静导流叶片分布在压气机叶轮出口的径向周边位置。
所述动导流叶片上固定设有动叶片转动轴，动叶片转动轴另一端转动连接有动叶片焊接轴，动静导流叶片支撑盘上与动叶片焊接轴相对应的位置设有传动孔，所述动叶片焊接轴穿过传动孔与设置在动静导流叶片支撑盘另一侧的拨叉固定连接；所述静导流叶片上固定设有静叶片焊接轴，所述静叶片焊接轴的另一端与动静导流叶片支撑盘固定连接，所述动导流叶片通过旋转轴与拨叉连接并通过拨叉盘带动旋转，与静导流叶片形成不同的气体导流角度。
所述动导流叶片和静导流叶片的两侧分别为弧形结构，其两侧的弧形边结合处分别为进气凸缘结构和出气凸缘结构，所述进气凸缘半径大于出气凸缘半径。
所述动导流叶片的长度大于静导流叶片的长度，保证了更高的扩压效率。
所述动静导流叶片支撑盘上靠近动导流叶片进气凸缘前端的位置固定设有与动导流叶片弧形一致的串联叶栅，当动导流叶片动至最大角度时，所述串联叶栅与动导流叶片位于同一弧形面上。
动静导流叶片中的动、静导流叶片能够形成不同的叶栅组合，叶栅与动导流叶片配合，有效解决了气流扩压过程中导流效率问题。
本发明通过对涡轮增压器旋叶式动静导流叶片有叶扩压压气机的设计开发，有效的提升了目前涡轮增压器中压气机端的效率。充分利用了固定导流叶片的传动有点，通过动导流叶片与静止导流叶片的配合角度的改变，实现了增压气体的高效调节。能够按照需要以合理的方式将增压气体扩压并传输到压气机壳体中。动静导流叶片的结构形状经过合理的气动设计，气体流量适应能力强。与固定导流叶片有叶扩压压气机相比匹配流量更加宽广，与全部采用动导流叶片结构相比缩短了导流叶片与压气机叶轮出口的距离，改善了高速状态下气流的扩压效率。动静导流叶片扩压机中的动导流叶片作为旋转叶片，实现了单一扩压气体的角度调节功能，动静导流叶片中的静导流叶片在整个调节过程中角度不发生变化，建立了有叶气流扩压的初始扩压角度。旋转的动导流叶片与固定的静导流叶片形成了不同的气流扩压角度，配合动导流叶片增加的串联叶栅以获得不同流量下高的压气机效率。同时，固定的静导流叶片的位置能够有效的缩短压气机叶轮出口到导流叶片的气流流动距离，减少扩压气体的流动损失。
综上，采用动静导流叶片有叶扩压压气机的涡轮增压器能够有效改善目前增压器的气体扩压能力，通过调节增压气体的流向和流速起到提升涡轮增压器压气机效率的目的。该发明能够通过压气机效率的提升较低配套发动机的燃油消耗率等经济和环保指标。在目前涡轮增压器逐步向可变截面增压器过度的时机，采用动静导流叶片有叶扩压压气机的涡轮增压器具有广阔的市场推广价值，能取得良好的应用效果。
下面结合附图和实施例对本发明专利作进一步的说明：
附图说明
附图1是背景技术中涡轮增压器无叶扩压压气机的结构示意图；
附图2是背景技术中涡轮增压器与发动机联接的结构示意图；
附图3是背景技术中涡轮增压器采用固定导流叶片压气机的结构示意图；
附图4是本发明实施例中旋叶式有叶扩压压气机的结构示意图；
附图5是本发明实施例中动导流叶片的结构示意图；
附图6是本发明实施例中静导流叶片的结构示意图；
附图7是本发明实施例中动静导流叶片在低速气流下角度结构示意图；
附图8是本发明实施例中动静导流叶片在高速气流下角度结构示意图；
附图9是本发明实施例2中动静导流叶片与串联叶栅的结构示意图。
图中各部分的名称：1-发动机，2-排气总管，3-涡轮增压器，4-进气管，5-进气总管，6-汽缸，7-压气机叶轮，8-压气机进口，9-压气机壳，10-压气机壳流道，11-涡轮转子，12-压气机叶轮出口，13-气体扩压通道，14-气体导流叶片，15-导流叶片支撑盘，16-压气机壳出口，17-动导流叶片，18-静导流叶片，19-动静导流叶片支撑盘，20-导流叶片传动孔，21-拨叉，22-支撑套，23-动叶片导向轴，24-动叶片传动轴，25-动叶片焊接轴，26-静叶片导向轴，27-静叶片焊接轴，28-串联叶栅，r1、r3-进气凸缘半径，r2、r4-出气凸缘半径。
具体实施方式
实施例1，如图4所示，旋叶式有叶扩压压气机，包括压气机叶轮7、压气机壳9，所述压气机壳9内具有气体扩压通道，所述气体扩压通道内设有动静导流叶片支撑盘19，所述动静导流叶片支撑盘19上设有若干个与动静导流叶片支撑盘19固定连接的动导流叶片17和与动静导流叶片支撑盘19转动连接的静导流叶片18，所述动导流叶片17与静导流叶片18相互间隔设置，所述动导流叶片17、静导流叶片18分布在压气机叶轮出口12的径向周边位置，所述动静导流叶片支撑盘19上固定设有支撑套22，能够调节气体扩压通道的宽度，如图5所示，所述动导流叶片17上固定设有动叶片转动轴24，动叶片转动轴24另一端转动连接有动叶片焊接轴25，动静导流叶片支撑盘19上与动叶片焊接轴25相对应的位置设有传动孔20，所述动叶片焊接轴25穿过传动孔20与设置在动静导流叶片支撑盘19另一侧的拨叉21固定连接，然后经控制机构对动导流叶片17的角度进行调节，如图6所示，所述静导流叶片18上固定设有静叶片焊接轴27，所述静叶片焊接轴27在动静导流叶片支撑盘19远离气体扩压通道的一端通过焊接或铆接方式实现沉孔联接，动导流叶片17和静导流叶片18上分别设有动叶片导向轴23和静叶片导向轴26，动叶片导向轴23和静叶片导向轴26分别与压气机壳9上的导向孔间隙配合，解决动导流叶片17、静导流叶片18存在的悬臂支撑问题。
所述的动导流叶片17、静导流叶片18的叶片形状需满足气动性能要求，为降低叶片形状对从压气机叶轮出口12中进入气体扩压通道中的增压气体的影响，所述的动导流叶片17、静导流叶片18的进气凸缘半径r1、r3大于对应的出气凸缘半径r2、r4，为缩短动导流叶片17角度旋转后增加的气体传动距离，设计中动导流叶片17的长度为静导流叶片18的长度的1～2倍，以获得更高的增压气体扩压效率。
如图7所示，所述的动导流叶片17、静导流叶片18分布于压气机叶轮出口12的周边方向，所述的动导流叶片17在拨叉21的带动下发生旋转，静导流叶片18按照初始设计角度固定不动，增压器低转速工况下，所述的动导流叶片17与图中轴线形成了一个小的角度α1，实现对较小进气流量气体的扩压控制，随着压器转速的升高，如图8所示，所述的动导流叶片17在拨叉21的带动下，按照压气机叶轮旋转方向发生转动，与轴线形成的角度逐渐增大，形成α2状态，以实现对较大进气流量的气体的控制。
实施例2，如图9所示，所述的一种旋叶式有叶扩压压气机，是在上述实施例1的基础上对动导流叶片17在增压气体大流量状态下的一种改进，在所述动静导流叶片支撑盘19上靠近动导流叶片17进气凸缘前端的位置固定设有与动导流叶片17弧形一致的串联叶栅28，当动导流叶片17运动至最大角度时，所述串联叶栅28与动导流叶片17位于同一弧形面上，所述的动叶片串联叶栅28在增压器高转速工况下与动导流叶片17在气体扩压通道13中沿增压气体流动方向实现了串联调节，尽可能的提高压气机扩压效率，为减少动叶片串联叶栅28对小流量气体的影响，叶片在加工允许条件下尽可能薄。
本发明专利针对涡轮增压器对高性能压气机的需求，完成了由动静导流叶片组成的有叶扩压压气机的研发，有效实现了增压气体的扩压控制，减少了气体扰流产生的能量损失。该类型有叶扩压压气机可以采用铝合金铸造工艺完成加工，其中导流叶片采用实心结构，动静导流叶片的功能可以根据结构需要相互替换。
现在我们已经按照国家专利法对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员会识别本文所公开的具体实施例的改进或代替。这些修改是在本发明的精神和范围内的。