[发明专利]立式流线隧道轮增压器

说明书

本发明公开了立式流线隧道轮增压器，属于涡轮增压器领域；包括流线隧道式压气机轮、流线隧道式涡轮、压气机壳、涡轮壳以及转轴；流线隧道式压气机轮与流线隧道式涡轮分别安装于转轴的两端，并形成增压器转子；转轴呈竖直设置且形成立式结构。采用流线隧道式涡轮和压气机轮，配合外廓式空气轴承，以立式结构安装，可达到提高转速、提高可靠性和稳定性、降低泄漏损失、减小尺寸和重量的有益效果。

技术领域

本发明涉及涡轮增压器领域，特别涉及立式流线隧道轮增压器。

背景技术

涡轮增压器可利用发动机排出的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。

传统开式、半开式叶片结构叶轮存在叶顶间隙，而且叶片的数量与厚度尺寸受材料科技水平的限制已经没有优化空间，这就限制了涡轮和压气机气动性能的进一步提高。同时，叶尖间隙泄漏流既影响压气机和涡轮气动性能，还影响转子动力学特性与可靠性；较薄的叶片结构强度差，与提高转速相矛盾。

当前涡轮增压器常见的形式为卧式涡轮增压器，转子系统水平布置，当转子静止时，重力会使转轴产生静挠曲，当转子旋转时，重力会在自转轴线上产生一个交变力矩，使得转子获得角加速度，进而影响转子的动力学特性，降低转子稳定性。而立式安装方式可避免产生静挠曲，且重力在轴线方向力矩为零，能够提高转子稳定性。压气机和涡轮采用径向进气、径向出气还可降低轴向负荷，减轻轴向摩擦，提高机械效率，同时还减少了气体流动因转弯造成的损失。

卧式涡轮增压器支承轴承通常为油膜轴承或滚动轴承，输送润滑油的机构需要消耗一定功率，开通的油道还会降低结构强度。而且，随着涡轮增压器小型化、高速化发展，普通轴承已不能满足转速需求，非接触性轴承开始投入使用，如空气轴承，而动压空气轴承无需外部供气或供油，它利用气体本身的粘性，通过转子旋转将气体压缩至楔形间隙，产生支承压力。

采用流线隧道式涡轮和压气机轮，配合外廓式空气轴承，以立式结构安装，应用三维打印等方式生产制造，可以有效解决上述问题；闭式涡轮和压气机轮结构对材料强度要求低、应用材料范围宽广，流线设计优化空间大、泄漏损失小、适应更高转速，从而可以提高旋转轮式动力机械的功率密度和效率、减小尺寸、降低重量；涡轮采用陶瓷材料可实现高强度、轻量化、耐高温等需求。并且，流线隧道式涡轮和压气机轮为外廓式空气轴承的应用提供了可行性。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明所需要解决的问题在于提出立式流线隧道轮增压器，采用流线隧道式涡轮和压气机轮，配合外廓式空气轴承，以立式结构安装，可达到提高转速、提高可靠性和稳定性、降低泄漏损失、减小尺寸和重量的有益效果。为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的立式流线隧道轮增压器，包括：

流线隧道式压气机轮、流线隧道式涡轮、压气机壳、涡轮壳以及转轴；

所述流线隧道式压气机轮与流线隧道式涡轮分别安装于所述转轴的两端，并形成增压器转子；所述转轴呈竖直设置且形成立式结构。

优选地，所述流线隧道式压气机轮与所述流线隧道式涡轮为闭式旋转机械结构，

所述流线隧道式压气机轮与所述流线隧道式涡轮内具有多个流线隧道，各所述流线隧道中心线为三维曲线，呈螺旋向上或螺旋向下结构，所述流线隧道的各处法向截面为圆或椭圆。

优选地，当所述流线隧道的各处法向截面为椭圆时，该椭圆截面的长轴在xy平面的投影与该椭圆截面的中心点的半径线垂直，椭圆截面短轴之比保持不变，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，截面面积沿流线隧道中心线均匀变化，形成完整流线隧道。

优选地，所述流线隧道式压气机轮与所述流线隧道式涡轮的进气口为径向进气口；

所述流线隧道式压气机轮与所述流线隧道式涡轮的出气口为径向出气口。