[实用新型]一种可变截面复合涡轮装置

说明书

技术领域

本实用新型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。

背景技术

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。

实用新型内容

本实用新型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，本实用新型采用以下技术方案：

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。

以下是实用新型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。