[发明专利]具有冷却和温控功能的涡轮增压系统

说明书

一种具有冷却和温控功能的涡轮增压系统。其包括压气机、涡轮、中冷器、热机或燃烧器或反应器、中冷器前冷气管路、中冷器后冷气管路、废气管路和冷却装置；冷却装置连接在中冷器前冷气管路和/或中冷器后冷气管路与废气管路之间和/或涡轮之间，设置或形成在废气管路或涡轮上。本发明优点：在应用涡轮增压技术时，克服过高废气温度对涡轮部件造成损害的问题，在发动机处于大负荷条件下保证涡轮正常工作，增加涡轮增压系统的使用寿命。在涡轮叶片或其它部件耐热性能和制造成本限制下，助推涡轮增压技术的应用，对于提高发动机的燃油经济性和降低尾气排放等方面具有实际价值。

技术领域

本发明属于热机、燃烧器或反应器技术领域，特别是涉及一种具有冷却和温控功能的涡轮增压系统。

背景技术

涡轮增压技术是一种利用热机(如内燃机或燃气轮机等)、燃烧器或反应器工作时排出的具有一定温度和压力的高温气流驱动涡轮，由此带动与涡轮同轴设置的压气机做功，以提高进入热机、燃烧器或反应器的空气密度和压力的技术。涡轮增压的目的是为了提高热机、燃烧器或反应器的功率，例如一台装有涡轮的内燃机在不增加耗油量的条件下，其最大功率可以比未装涡轮时提高40％以上，这意味着涡轮增压技术可以提高燃油经济性，降低尾气排放。

以内燃机为例，涡轮增压技术是利用其上发动机排出的属于废气的高温气流来推动涡轮的涡轮，涡轮带动同轴设置的压气机(或称为压缩机)叶轮旋转，利用压气机叶轮来压缩将要进入气缸(燃烧室或反应器)的空气，使之增压后再进入气缸(燃烧室或反应器)。当发动机转速增加时，高温气流的排出速度与涡轮的转速也会随之增加，压气机叶轮会压缩更多的空气并送入气缸(燃烧室)，空气的压力和密度增大可以使更多的燃料充分燃烧，通过增加燃料量和调整发动机的转速，可以增加发动机的输出功率。但由于在大载荷下发动机排出的高温气流温度很高，当该气流的温度高于涡轮上涡轮叶片所能承受的工作温度时，会对涡轮叶片造成损伤，从而影响涡轮的正常工作，降低其使用寿命。因此，在涡轮叶片耐热性能和制造成本限制下，在发动机上采用涡轮增压技术，有必要对涡轮前的废气管道、废气或涡轮壳体采取适宜的冷却技术进行冷却，以保证涡轮在发动机大载荷工况下正常、可靠运行。

现有的涡轮增压系统中的冷却系统主要是中冷器，其主要作用是冷却进入气缸(燃烧室)的高压气流，但不具备冷却从发动机排出的高温气流的作用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具有冷却和温控功能的涡轮增压系统。

为了达到上述目的，本发明提供的具有冷却和温控功能的涡轮增压系统包括压气机、涡轮、中冷器、热机、燃烧器或反应器、中冷器前冷气管路、中冷器后冷气管路、废气管路和冷却装置；其中压气机和涡轮同轴设置；压气机通过中冷器前冷气管路与中冷器连接；中冷器通过中冷器后冷气管路与热机、燃烧器或反应器连接；热机、燃烧器或反应器通过废气管路与涡轮连接；冷却装置连接在中冷器前冷气管路和/或中冷器后冷气管路与废气管路之间和/或涡轮之间，设置或形成在废气管路或涡轮上；

所述的冷却装置包括至少一条冷却气喷管，冷却气喷管的内端连接在中冷器前冷气管路或中冷器后冷气管路上，外端靠近废气管路的外表面和/或涡轮的壳体外部或进入内部；冷却气喷管的轴线与废气管路或涡轮的轴线间呈任意角度，而且能够沿废气管路或涡轮的轴向、切向和/或周向间隔距离设置多根冷却气喷管8，并且冷却气喷管的外端以可选择的方式安装喷嘴。

所述的冷却装置除包括冷却气喷管外，还包括在废气管路或涡轮的外圆周面和/或内圆周面上向外突出形成的多个环形冷却肋片，冷却肋片的横向断面形状为三角形、矩形或椭圆形。

所述的冷却装置除包括冷却气喷管外，还包括形成在废气管路侧壁或涡轮的壳体上的冷却孔。

所述的冷却装置除包括冷却气喷管外，还包括采用多层复合结构的废气管路以及填充在管路夹层中的多孔网状材料，并且废气管路的外壁上设有冷却气流进气孔和冷却气流排气孔。