[发明专利]一种采用外廓式空气轴承的流线隧道式涡轮增压器

说明书

本发明公开了一种采用外廓式空气轴承的流线隧道式涡轮增压器，包括流线隧道式涡轮、流线隧道式压气机轮、涡轮壳、压气机壳、中间壳以及轴，流线隧道式涡轮与所述流线隧道式压气机轮分别安装于所述轴的两端，组成增压器转子。本发明涡轮和压气机轮在结构上均采用流线隧道式，相比于叶片式结构，其强度更大，不易损坏；更高的结构强度还拓宽了材料选用范围，有利于降低成本、控制重量。

技术领域

本发明涉及涡轮增压器领域，特别涉及一种采用外廓式空气轴承的流线隧道式涡轮增压器。

背景技术

与发动机匹配的涡轮增压器可利用废气驱动涡轮并带动同轴的压气机为进气增压，提高发动机进气密度，优化车辆动力性与经济性，同时降低有害气体排放。

对于涡轮端，需要其具有较高的高温持久强度极限以及良好的抗疲劳和抗蠕变性能，且材料需具有良好的铸造性能和高温下组织的稳定性；对于压气机端，需要其重量轻、强度高、易加工、高效率、寿命长。而传统的开式或半开式叶轮结构在一定程度上限制了涡轮和压气机的性能提升。一方面，较薄的叶片与提高结构强度与转速相矛盾；另一方面，叶尖间隙泄漏流影响着压气机和涡轮的效率及寿命。

采用新型流线隧道式涡轮和压气机轮是解决上述问题的一种有效途径，作为一种闭式旋转机械，其强度更高，泄漏损失更小，且具有流线设计优化空间大、泄漏损失小、适应更高转速、应用材料范围宽广等优点，从而可以提高动力机械的功率密度和效率、减小尺寸、降低重量。更高的结构强度还有利于拓宽材料选用范围，例如涡轮的耐高温、高强度、轻量化等需求尤其适应于陶瓷材料的应用，而采用高强度工程塑料的压气机轮可降低重量与成本。随着科学技术的进步，增材制造技术已经成熟，应用三维打印、注射成形等先进制造技术，可以大批量生产这种新型流线隧道式动力机械。

目前，对流线隧道式涡轮增压器的研究很少、且不深入，工程实践中尚无应用实例。

发明内容

本发明旨在提出一种采用外廓式空气轴承的流线隧道式涡轮增压器，采用流线隧道式涡轮和压气机轮，并加入外廓式空气轴承支承，可达到提高转速、提高可靠性、降低泄漏损失、减小增压器尺寸等有益效果，如采用陶瓷等材料则可以大幅度降低重量；

为解决上述技术问题，本发明提供以下的技术方案：

本发明提供了一种采用外廓式空气轴承的流线隧道式涡轮增压器，

包括流线隧道式涡轮、流线隧道式压气机轮、涡轮壳、压气机壳、中间壳以及轴，所述流线隧道式涡轮与所述流线隧道式压气机轮分别安装于所述轴的两端，组成增压器转子。

优选的，所述流线隧道式涡轮与所述流线隧道式压气机轮为闭式旋转机械，且二者结构相同，通常由多达几十个流线隧道组成，所述流线隧道包括流线隧道中心线，所述流线隧道中心线为三维曲线，所述流线隧道的各处法向截面设置为圆形和/或椭圆中的一种，当所述流线隧道的各处法向截面为椭圆时，椭圆截面的长轴在xy平面且增压器转子轴线为z轴投影与流线隧道的椭圆截面的中心点的半径线垂直，椭圆截面长短轴之比保持不变，根据旋转机械流通特性和速度条件得出流线隧道进出口面积，截面面积沿流道中心线均匀变化，形成完整流线隧道。

优选的，所述流线隧道可分为多组，且各组之间流道进出口可分布在不同的半径上，多个流道周向均布且关于增压器转子轴线中心对称。

优选的，所述轴以一对轴颈动压空气轴承和/或整体式轴颈动压空气轴承支承。

优选的，所述流线隧道式涡轮与所述流线隧道式压气机轮外廓面为圆锥面与圆柱面的组合，在所述流线隧道式涡轮外廓圆柱面与涡轮壳之间设置有外廓径向动压空气轴承；

在所述流线隧道式压气机轮外廓圆柱面与压气机壳之间设置有外廓径向动压空气轴承；

在所述流线隧道式涡轮轮背面设置有外廓止推动压空气轴承；