一种利用旁通废气冷却和发电的涡轮增压器制造技术

一种利用旁通废气冷却和发电的涡轮增压器，涉及增压器技术领域，包括主增压器以及辅增压器，主增压器上的废气旁通口连接辅增压器废气进气口。当主增压器旁通废气时，旁通废气驱动辅增压器涡轮机做功，回收的能量一部分用于辅增压器连接的发电机发电，另一部分能量可用于驱动辅增压器压气机压缩空气做功，还可用于增压器壳体冷却，一方面大幅降低了高温壳体的温度，另一方面降低了其发生热疲劳失效的风险。本发明专利技术不仅解决了传统涡轮增压技术中高工况废气旁通能量被浪费的问题，而且实现了回收废气能量用于三种有益用途的功能，使得涡轮增压器整体效率和可靠性得以提升，同时可满足对高温热源有严格要求应用场景的应用需求。高温热源有严格要求应用场景的应用需求。高温热源有严格要求应用场景的应用需求。

【技术实现步骤摘要】
一种利用旁通废气冷却和发电的涡轮增压器


[0001]本专利技术涉及增压器
，具体涉及一种利用废气冷却和发电的涡轮增压器。

技术介绍

[0002]柴油机作为动力机械，表现出较好的动力性、经济性等性能，在车辆、船舰、发电等领域应用较为广泛。作为柴油机关键零部件的涡轮增压器，在柴油机性能和排放方面发挥着举足轻重的作用。随着全世界发动机排放标准的日益严苛，对废气涡轮增压器的增压压力要求越来越高，在实际工程应用中出现了增压器与发动机匹配困难的问题，导致增压器无法同时满足柴油机全工况的匹配要求。在绝大多数应用场景中，为了满足柴油机低速大扭矩工况的良好匹配要求，需要涡轮增压器的通流特性设计的偏小。这也就导致了当发动机运行至高速工况时，需要涡轮增压器采用废气旁通技术，释放一部分发动机排气至涡轮后。这也就导致了柴油机在高速工况下的排气能量浪费，得不到充分利用。
[0003]为了充分利用发动机高速工况下废气涡轮的旁通能量，提升系统热效率，达到降低碳排放的目的，现有技术中公开了一个公开号为CN203476404U的专利，该方案包括发动机、进气管、排气管、涡轮增压器、ISG电机和与ISG电机连接的蓄电池；涡轮增压器包括压力机和废气涡轮室，压力机的叶轮和废气涡轮室的涡轮通过同一传动轴刚性联接，发动机分别与排气管和进气管连接，进气管与压力机连接，进气管上还设有空气过滤器，排气管与废气涡轮室连接；其中，ISG电机的电机轴与所述传动轴连接；涡轮增压器上设有压力传感器，相应的，ISG电机上设有电子控制器。本技术克服了现有技术中发动机低速运行时间长，导致涡轮增压器效率低，发动机排出的废气直接排向大气，造成热能的浪费的缺陷。
[0004]现有装置随着使用，也逐渐的暴露出了该技术的不足之处，主要表现在以下方面：
[0005]由上述可知，现有技术在实际使用上仅仅利用了发动机废气能量发电，提高了废气能量的利用率。但是额外发电机的加入，势必影响涡轮机与原有柴油机的正常匹配状态，使得柴油机本体的运行状态受到影响。
[0006]另外，针对煤矿、金属加工厂、面粉厂等粉尘较多的发动机应用场景，现有技术中发动机排气温度较高，涡轮增压器壳体无有效冷却，壳体表面温度可达到400℃
‑
700℃。因此，需要增加一套额外的水冷或风冷系统，降低壳体外表面温度。额外冷却系统势必会消耗能量，从而使得系统总效率得以降低。
[0007]综上所述，利用柴油机涡轮增压废气能量的现有技术存在显然的不便与缺陷，所以有必要加以改进。

技术实现思路

[0008]针对现有技术中的缺陷，本专利技术不仅解决了传统涡轮增压技术中高工况废气旁通能量被浪费的问题，而且实现了回收废气能量用于三种有益用途的功能，使得涡轮增压器整体效率和可靠性得以提升，同时可满足对高温热源有严格要求应用场景的应用需求。
[0009]为解决上述问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0010]一种利用旁通废气冷却和发电的涡轮增压器，包括主增压器以及辅增压器，所述主增压器上的废气旁通口连接所述辅增压器废气进气口。
[0011]作为一种优化的方案，所述主增压器的涡轮机端设有主涡轮壳冷却通道，所述辅增压器空气出气口与所述主涡轮壳冷却通道相连接。
[0012]作为一种优化的方案，所述辅增压器的转子轴连接有发电机。
[0013]作为一种优化的方案，所述主涡轮壳冷却通道的出气口连接所述主增压器废气出气口。
[0014]作为一种优化的方案，所述发电机位于所述辅增压器靠近压气机端的一侧。
[0015]作为一种优化的方案，所述辅增压器的转子轴通过联轴器与所述发电机相连接。
[0016]作为一种优化的方案，所述辅增压器废气出气口连接外界环境。
[0017]作为一种优化的方案，所述主增压器废气出气口连接外界环境。
[0018]作为一种优化的方案，所述主增压器空气进气口连接外界环境。
[0019]作为一种优化的方案，所述辅增压器空气进气口连接外界环境。
[0020]作为一种优化的方案，所述主增压器空气出气口连接发动机的进气口。
[0021]作为一种优化的方案，所述主增压器废气进气口连接发动机的出气口。
[0022]作为一种优化的方案，所述废气旁通口上设有废气旁通阀。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0024]在当柴油机处于中高工况时，主增压器的废气旁通阀打开，主增压器的旁通废气进入辅增压器废气进气口，吹动辅增压器涡轮转子旋转后由连接管引出，与主增压器废气出气口并入后排出；
[0025]辅增压器的涡轮转子旋转将带动与涡轮转子同轴的发电机转子旋转发电，同时带动与涡轮转子同轴的压气机叶轮旋转压缩空气，并利用连接管道，将辅增压器的压缩空气通入主增压器的主涡轮壳冷却通道，实现对涡轮壳的冷却，降低防爆增压器涡轮壳表面温度；
[0026]辅增压器的压缩空气从主增压器的涡轮壳冷却通道排出后进入到主增压器废气出气口，与主增压器的废气一起排出。
[0027]本专利的主、辅增压器在中高工况时的配合工作，利用废气能量实现主增压器本体的增压功能，同时利用旁通废气能量实现发电和主增压器涡轮壳冷却功能，还利用压缩空气稀释废气并使废气降温，切实充分有效的利用旁通废气，提升废气利用率；
[0028]通过利用废气驱动辅增压器转动，并且利用辅增压器带动发电机工作，克服了主增压器动能消耗的问题，保证了主增压器的工作效率；
[0029]并且通过驱动辅增压器转动，将压缩空气对主涡轮壳冷却通道进行冷却，克服了主增压器自身的对主涡轮壳冷却通道进行冷却的动能消耗，进而提高了增压器的效率；
[0030]可以高效回收发动机废气能力并确保回收的废气被充分合理的利用，不仅可以提高发动机效率，降低发动机燃油消耗，还可以降低温室气体排放，促进环境保护，能带来很大的经济效益、环境效益和社会效益。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体
实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0032]图1为本专利技术的结构示意图；
[0033]图2为本专利技术剖面结构示意图；
[0034]图3为本专利技术外部结构示意图。
[0035]图中：1
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主增压器；2
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辅增压器；3
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发电机；4
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主涡轮壳冷却通道；5
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辅涡轮壳冷却通道；6
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废气旁通口；7
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废气旁通阀；8
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主涡轮壳冷却入口；9
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辅增压器废气进气口；10
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辅增压器空气出气口；11
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辅涡轮壳冷却入口；12
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用旁通废气冷却和发电的涡轮增压器，其特征在于：包括主增压器(1)以及辅增压器(2)，所述主增压器(1)上的废气旁通口(6)连接所述辅增压器废气进气口(9)。2.根据权利要求1所述的一种利用旁通废气冷却和发电的涡轮增压器，其特征在于：所述主增压器(1)的涡轮机端设有主涡轮壳冷却通道(4)，所述辅增压器空气出气口(10)与所述主涡轮壳冷却通道(4)相连接。3.根据权利要求1所述的一种利用旁通废气冷却和发电的涡轮增压器，其特征在于：所述辅增压器(2)的转子轴连接有发电机(3)。4.根据权利要求2所述的一种利用旁通废气冷却和发电的涡轮增压器，其特征在于：所述主涡轮壳冷却通道(4)的出气口连接所述主增压器废气出气口(16)。5.根据权利要求3所述的一种利用旁通废气冷却和发电的涡轮增压器，其特征在于：所述发电机(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王孝丽，马超，刘莹，张振升，张健健，刘永芳，王宁宁，齐吉利，苗熠芝，王超，
申请(专利权)人：康跃科技山东有限公司，
类型：发明
国别省市：