本发明专利技术公开了一种可变截面复合涡轮装置，包括双流道涡轮蜗壳，所述双流道涡轮蜗壳上设有两个气流通道，双流道涡轮蜗壳上设有与气流通道连通的蜗壳出气口和蜗壳进气口，在双流道涡轮蜗壳内设有复合涡轮叶轮，所述复合涡轮叶轮由两个涡轮叶轮复合而成，两个涡轮叶轮与两个气流通道一一对应配合，本发明专利技术通过对涡轮增压器涡轮的设计开发，采用复合涡轮装置实现可变截面功能，有效地解决了旋叶式可变截面增压器的可靠性差、成本高的不足，能够有效提高发动机低速时涡轮的效率并增大涡轮的扭矩输出。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种新型的涡轮装置，具体的说涉及一种用于涡轮增压的可变截面复 合涡轮装置，能有效的兼顾发动机的低速和高速增压要求，属于内燃机增压领域。
技术介绍
随着排放标准的逐步提高，增压器被广泛的应用于现代发动机。为了满足发动机 所有工况下特别是低速工况下的性能和排放要求，增压器必须提供更高的增压压力，并具 有发动机进气压力和排气压力的可调节功能，可变截面增压器已经成为增压领域的研发重 点。目前普遍采用在涡轮蜗壳喷嘴处增加可旋转叶片的结构来满足变截面的要求，与固定 截面和废气旁通型增压器相比，它能有效地拓宽涡轮增压器与发动机的匹配范围，实现增 压压力和排气压力的可调节功能。旋叶式可变截面增压器结构示意图如附图1所示，旋叶式可变截面增压器的涡轮 部分包括涡轮蜗壳20、蜗壳喷嘴22、涡轮叶轮24三部分。发动机排出的废气经涡轮蜗壳进 气道26到达蜗壳喷嘴22，在喷嘴处安装一组可旋转喷嘴叶片23，传动机构19通过控制喷 嘴叶片23的角度来改变喷嘴的流通面积和出口气流的角度，使气流按设计的角度进入涡 轮叶轮24做功，涡轮叶轮带动同轴安装的压气机叶轮29高速旋转，将新鲜空气压缩后送入 气缸参与燃烧，实现增压的目的。旋叶式可变截面增压器通过改变喷嘴叶片的角度来改变涡轮流通面积，控制方 便。但是在实际的应用中发现这种旋叶式可变涡轮增压器存在一些缺点。在大流量工况 下，喷嘴叶片的开度增大，喷嘴叶片的尾缘距离涡轮叶片的前缘较近，废气中的颗粒会对喷 嘴叶片造成较大的磨损。在小流量工况下，喷嘴叶片开度很小，这时喷嘴出口气流的周向速 度高而径向速度低，涡轮进气角度很大，涡轮变为纯冲动式涡轮，涡轮效率下降。另一方面 喷嘴处的流通截面变化剧烈，节流损失较大，从而使涡轮效率进一步下降。另外，涡轮增压 器工作在一个高温、强振动的恶劣环境中，过于复杂的机械结构使得提高旋叶式可变截面 增压器的可靠性和寿命变得异常困难，过于复杂的机械结构还导致高昂的成本，限制了该 类型可变截面增压器的市场应用。因此希望设计一种结构简单、成本低、可靠性高，并且在小流量时具有较高效率、 较大扭矩的新型可变截面涡轮结构，来解决目前旋转叶片结构的涡轮增压器在可靠性、成 本和效率方面存在的问题，满足发动机在各个工况下对增压压力的要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是针对旋叶式可变截面增压器的上述缺陷提供一种用于涡 轮增压的可变截面复合涡轮装置，能够提高涡轮在发动机低速区的效率和扭矩以及涡轮转 子的响应特性。为了解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案一种可变截面复合涡轮装置，包括双流道涡轮蜗壳，所述双流道涡轮蜗壳上设有3两个气流通道，双流道涡轮蜗壳上设有与气流通道连通的蜗壳出气口和蜗壳进气口，在双 流道涡轮蜗壳内设有复合涡轮叶轮，所述复合涡轮叶轮由两个涡轮叶轮复合而成，两个涡 轮叶轮与两个气流通道一一对应配合。以下是专利技术对上述方案的进一步改进所述涡轮叶轮包括一级涡轮叶轮和二级涡轮叶轮，所述一级涡轮叶轮固接在二级 涡轮叶轮的外缘位置。进一步改进所述一级涡轮叶轮包括一级涡轮进口部和一级涡轮中间部；二级涡轮叶轮包括二 级涡轮进口部和二级涡轮中间部，所述一级涡轮中间部与二级涡轮进口部固接，一级涡轮 叶轮和二级涡轮叶轮共用一个涡轮出口部。进一步改进所述一级涡轮叶轮的进口直径大于二级涡轮叶轮的进口直径；一级涡轮叶轮的进 口宽度小于二级涡轮叶轮的进口宽度。一级和二级涡轮进口部的进口宽度和进口直径根据发动机的具体性能要求进行 设计，一级进口部的进口宽度和进口直径以满足发动机低速时的性能和排放要求为设计目 标，二级涡轮进口部的进口宽度和进口直径与一级涡轮叶轮相配合，以满足发动机中高转 速时的性能和排放要求为设计目标，并满足发动机额定点的通流能力要求，避免增压器超 速和增压压力过高。进一步改进所述一级涡轮叶轮设置在靠近涡轮轮盘一侧，二级涡轮叶轮设置在靠近涡轮轮缘一侧。进一步改进所述涡轮轮盘为镂空型轮盘，采用这种结构可获得较小的涡轮转子 转动惯量，提高涡轮增压器的加速响应特性。另一种改进所述涡轮轮盘为半封闭轮盘，采用这种结构后由轮盘背部的间隙导 致的流动损失减小，涡轮效率提高，同时还可以提高涡轮叶轮的强度。另一种改进所述气流通道包括小流道和大流道，所述小流道与一级涡轮相配合，大流道与二 级涡轮相配合。进一步改进所述小流道的流通面积小于大流道的流通面积，两个流道的出口为并列分布。进一步改进所述小流道的出口与涡轮旋转轴线的距离大于大流道的出口与涡轮旋转轴线的 距离，小流道的出口宽度小于大流道的出口宽度。进一步改进所述小流道与大流道之间设有中间壁，所述中间壁与双流道涡轮蜗壳铸为一体。进一步改进所述中间壁的截面形状为翼形，中间壁末端位于大流道一侧为直线结构，中间壁 末端位于小流道一侧为弧形结构。上述中间壁的厚度由复合涡轮的一级涡轮中间部轴向长度决定，当厚度较大时，为减轻双流道涡轮蜗壳的重量，节约材料，避免温度变化时过大的应力集中，中间壁的内部 可设为空心结构。进一步改进小流道位于远离蜗壳出气口的一侧，大流道位于靠近蜗壳出气口的一侧，所述一 级涡轮叶轮设置在靠近涡轮轮盘的一侧，二级涡轮叶轮设置在靠近涡轮轮缘的一侧。另一种改进小流道位于靠近蜗壳出气口的一侧，所述大流道位于远离蜗壳出气口的一侧，所 述一级涡轮叶轮设置在靠近涡轮轮缘的一侧，二级涡轮叶轮设置在靠近涡轮轮盘的一侧。进一步改进在大流道的喷嘴处设有气流导向叶片，所述气流导向叶片倾斜安装，所述气流导 向叶片向涡轮旋转方向倾斜，以保证气流按规定的角度进入涡轮。采用此种技术方案可提 高发动机中高速时的废气能量利用效率，并有效阻止发动机低速时二级涡轮进口处产生的 回流进入大流道。另一种改进在小流道的喷嘴处设有气流导向叶片，所述气流导向叶片倾斜安装，所述气流导 向叶片向涡轮旋转方向倾斜，以保证气流按规定的方向流入涡轮。采用此种技术方案能提 高发动机低速时的涡轮效率，提高发动机低速时的废气能量利用效率。另一种改进在小流道和大流道的喷嘴处分别设有气流导向叶片，所述气流导向叶片倾斜安 装，所述气流导向叶片向涡轮旋转方向倾斜，以保证气流按规定的方向流入涡轮，大流道喷 嘴处的气流导向叶片可有效阻止发动机低速时二级涡轮进口处产生的回流进入大流道。采 用此种技术方案能提高发动机大部分工况下对废气能量的利用效率，满足发动机各工况的 增压要求。本专利技术通过对涡轮增压器涡轮的设计开发，采用复合涡轮装置实现可变截面功 能，有效地解决了旋叶式可变截面增压器的可靠性差、成本高的不足，能够有效提高发动机 低速时涡轮的效率并增大涡轮的扭矩输出。在发动机低速时，发动机排出的废气量较少，进气调节阀关闭，所有排气全部进入 小流道，经小流道进入复合涡轮的一级涡轮进口部做功。小流道具有较小的流通截面积，可 有效提高涡轮蜗壳进口的进气压力，增大进入涡轮的废气能量；一级涡轮进口部具有较小 的进气宽度，较小的进气宽度使得一级涡轮进口部的进口面积较小，可有效避免发动机低 速时过大的涡轮进气角度，降低涡轮进口的进气冲角损失；一级涡轮进口部又具有较大的 进口直径，在转速不变的情况下可获得较高的轮周速度，可有效避免发动机低速时过小的 υ/c，使涡轮工作在高效区域，同时采用较大的进口直径可获得较大的涡轮扭矩，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可变截面复合涡轮装置，包括双流道涡轮蜗壳（２），所述双流道涡轮蜗壳（２）上设有两个气流通道，双流道涡轮蜗壳（２）上设有与气流通道连通的蜗壳出气口（１４）和蜗壳进气口（４），在双流道涡轮蜗壳（２）内设有复合涡轮叶轮（１），其特征在于：所述复合涡轮叶轮（１）由两个涡轮叶轮复合而成，两个涡轮叶轮与两个气流通道一一对应配合。
【技术特征摘要】
一种可变截面复合涡轮装置，包括双流道涡轮蜗壳(2)，所述双流道涡轮蜗壳(2)上设有两个气流通道，双流道涡轮蜗壳(2)上设有与气流通道连通的蜗壳出气口(14)和蜗壳进气口(4)，在双流道涡轮蜗壳(2)内设有复合涡轮叶轮(1)，其特征在于所述复合涡轮叶轮(1)由两个涡轮叶轮复合而成，两个涡轮叶轮与两个气流通道一一对应配合。2.根据权利要求1所述的可变截面复合涡轮装置，其特征在于所述涡轮叶轮包括一 级涡轮叶轮(5)和二级涡轮叶轮(6)，所述一级涡轮叶轮(5)固接在二级涡轮叶轮(6)的外 缘位置。3.根据权利要求2所述的可变截面复合涡轮装置，其特征在于所述一级涡轮叶轮(5) 包括一级涡轮进口部(9)和一级涡轮中间部(10) ；二级涡轮叶轮(6)包括二级涡轮进口部 (11)和二级涡轮中间部(12)，所述一级涡轮中间部(10)与二级涡轮进口部(11)固接，一 级涡轮叶轮(5)和二级涡轮叶轮(6)共用一个涡轮出口部(13)。4.根据权利要求2或3所述的可变截面复合涡轮装置，其特征在于所述一级涡轮叶 轮(5)设置在靠近涡轮轮盘一侧，二级涡轮叶轮(6)设置在靠近涡轮轮缘一侧。5.根据权利要求4所述的可变截面复合涡轮装置，其特征在于所述涡轮轮盘为镂空 型轮盘(30)。6.根据权利要求4所述的可变截面复合涡轮装置，其特征在于所述涡轮轮盘为半封 闭轮盘(31)。7.根据权利要求2所述的可变截面复合涡轮装置，其特征在于所述气流通道包括小 流道(7)和大流道(8)，所述小流道(7)与一级涡轮(5)相配合，大流道(8)与二级涡轮(6) 相配合。8.根据权利要求7所述的可变截面复合涡轮装置，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱智富，郭晓伟，王航，李永泰，李延昭，刘功利，杨国强，宋丽华，
申请(专利权)人：康跃科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]
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