一种涡轮增压器压气机工作轮自主冷却功能结构的制作方法

1.本发明涉及涡轮增压器技术领域，尤其涉及一种涡轮增压器压气机工作轮自主冷却功能结构。


背景技术：

2.随着内燃机负荷的增加，涡轮增压器压气机工作轮的运用转速和运用压比随之增高，增压器传统铝合金材料压气机工作轮在高转速、大直径的应用背景下，其工作时与吸入的被压缩空气摩擦产生的工作轮表面材料的温度也随之增大，其中尤其以压气机工作轮外径出口处的温度为最高。压气机工作轮在此高温、高转速下长期运用，会明显降低其铝合金材料的机械特性及疲劳寿命，影响增压器及内燃机的运用可靠性。
3.解决压气机工作轮工作时温度过高导致材料失效的传统办法，一是将工作轮材料替换为钛合金材料，二是通过外接引气方法将柴油机中冷后低温压力气体引入工作轮叶背的方法。两者均有明显缺点及局限性，前者钛合金造价高昂，且因为密度比铝合金高也增加了转子转动惯量，后者需要完全依赖柴油机外接供气，而目前大部分柴油机没有此项功能，对于一些相继增压和二级增压方式的柴油机此项功能更是难以实施。


技术实现要素：

4.本发明提供一种涡轮增压器压气机工作轮自主冷却功能结构，以克服上述技术问题。
5.本发明涡轮增压器压气机工作轮自主冷却功能结构，包括：
6.设于轴承壳体上的高压气体气冷通道，所述高压气体气冷通道一端通过轴承壳体与压气机端扩压器出口处的引气孔相连通，另一端与轴承壳体上的压力气体水冷通道相连通，所述压力气体水冷通道在轴承壳体内部与压力气体油冷通道相连通，所述压力气体油冷通道与压气机工作轮叶背冷却密封腔相连通。
7.进一步的，所述所述高压气体气冷通道呈s形循环弯曲贴附在水腔盖板上部。
8.进一步的，所述压力气体水冷通道从水腔盖板上插入轴承壳体水腔内，所述压力气体水冷通道的外壁上设置有散热翅片。
9.进一步的，所述压力气体油冷通道是在所述轴承壳体油腔上的轴承壳体内加工而成的冷却通道。
10.进一步的，所述压力气体油冷通道浸入轴承壳体油腔内。
11.进一步的，还包括：
12.设置于压气机工作轮叶背冷却密封腔内部为迷宫式的轴向密封齿结构和设置于压气机工作轮叶背冷却密封箱外部为迷宫式的径向密封齿结构。
13.进一步的，所述高压气体气冷通道、压力气体水冷通道、压力气体油冷通道的通流面积比，根据流通气体状态及所需气体压力情况，按照(10～3)：(3～2)：1进行设置。
14.进一步的，所述通高压气体气冷通道、压力气体水冷通道、压力气体油冷通道相互
连通处，均设置有单向止逆阀。
15.进一步的，所述压气机端扩压器出口处的引气孔外侧设置有o型密封圈。
16.本发明涡轮增压器压气机工作轮自主冷却功能结构在不增加柴油机其他零部件、不破坏增压器整体结构、不影响增压器整机性能和可靠性的前提下，能够自主解决压气机工作轮高转速、高压比工况下，铝合金工作轮材料因高温导致失效的问题。适用于各种大小尺寸的轴流、径流增压器，无需外界提供压力气体，能够通过压比情况自动调节引气量，方便实施。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明公开的一种涡轮增压器压气机工作轮自主冷却功能结构压力气体油冷通道贴附轴承壳体油腔示意图；
19.图2为本发明公开的一种涡轮增压器压气机工作轮自主冷却功能结构压力气体油冷通道浸入轴承壳体油腔示意图。
20.图中：1、压力气体水冷通道，2、水腔盖板，3、散热翅片，4、单向止逆阀，5、高压气体气冷通道，6、0型密封圈，7、引气孔，8、扩压器，9、蜗壳，10、气体通流通道，11、罩壳，12、压气机工作轮，13、径向密封齿，14、叶背冷却密封腔，15、轴向密封齿，16、压气机密封盖，17、压力气体油冷通道，18、轴承壳体油腔，19、主轴涡轮，20、轴承壳体水腔，21、轴承壳体。
具体实施方式
21.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.如图1所示为本发明公开的一种涡轮增压器压气机工作轮自主冷却功能结构包括：
23.设于轴承壳体21上的高压气体气冷通道5，一端通过轴承壳体21与压气机端扩压器8出口处的引气孔7相连通，另一端与轴承壳体21上的压力气体水冷通道1相连通，所述压力气体水冷通道1在轴承壳体21内部与压力气体油冷通道17相连通，所述压力气体油冷通道17与压气机工作轮12叶背冷却密封腔14相连通。
24.在具体实施例中，所述高压气体气冷通道5呈s形循环弯曲贴附在水腔盖板2上部，通过将高压气体气冷通道设置呈s形循环弯曲结构目的是增加高压气体气冷通道与空气的接触面积，同时其贴附在水腔盖板上部，也会通过水腔盖板对高压气体气冷管道进行冷却。
25.在具体实施例中，所述压力气体水冷通道1从水腔盖板2上插入轴承壳体水腔20内，所述压力气体水冷通道1的外壁上设置有散热翅片3，通过增加散热翅片提高水冷的效率。
26.具体而言，压气机端被压缩空气经过压气机工作轮12与罩壳11之间的通道和扩压器8内的气体流通通道10后，气体压力及温度均很高，绝大部分高温高压气体进入蜗壳9继续增压，极少部分高温高压气体则通过扩压器8出口处的引气孔7进入与之相到连通的轴承壳体21上的高压气体气冷通道5，该通道位于增压器轴承壳体21外，且根据空间情况设置成连续回形结构或螺旋结构，因此高温引气首先被周围空气进行冷却；之后通过高压气体气冷通道5进入压力气体水冷通道1，该通道穿过水腔盖板2位于轴承壳体水腔20中，通道外壁设置有有利于快速降温的散热翅片3，通道周围为常温循环冷却水，因此压力气体再被水腔冷却；之后通过压力气体水冷通道1，进入压力气体油冷通道17，油腔内为常温循环润滑油，因此压力气体再被滑油腔中的润滑油冷却；最后通过压力气体油冷通道17进入由压气机工作轮12与压气机密封盖16形成的压气机工作轮叶背冷却密封腔14，相比于该位置的工作轮表面温度，密封腔内的气体温度更低，而压力更高，此低温高压气体最终通过压气机工作轮叶背径向密封齿13逐渐进入到工作轮出口处的气体通流流道10，继续被压缩做功，形成增压器内部自循环结构。少量气体通过轴向密封齿15参与滑油密封。
27.在一个具体实施例中，所述压力气体油冷通道17是在所述轴承壳体油腔18上的轴承壳体21内加工而成的冷却通道，通过轴承壳体油腔18外的轴承壳体21与压力气体油冷通道17中的高压气体进行冷却。
28.在另一具体实施例中，如图2所示，所述压力气体油冷通道17浸入轴承壳体油腔18内，通过轴承壳体油腔18内的常温循环润滑油直接冷却压力气体油冷通道17内的高压气体。
29.进一步的，还包括：
30.设置于压气机工作轮12叶背冷却密封腔14内部为迷宫式的轴向密封齿15结构和设置于压气机工作轮12叶背冷却密封箱14外部为迷宫式的径向密封齿13结构。
31.具体而言，压气机工作轮12叶背冷却密封腔14内侧轴向密封齿15为滑油密封结构，少量高压冷却气体在此处参与压气机端滑油密封。压气机工作轮12叶背冷却密封腔14外侧径向密封齿13为冷却气体密封结构，防止高压冷却气体快速窜回气体通流流道，弱化冷却效果。
32.进一步的，所述高压气体气冷通道5、压力气体水冷通道1、压力气体油冷通道17的通流面积比，根据流通气体状态及所需气体压力情况，按照(10～3)：(3～2)：1进行设置。
33.具体而言，高压气体经过高压气体气冷通道5、压力气体水冷通道1、压力气体油冷通道17依次冷却后，气体温度逐渐降低，单位体积气体压力也有所下降，为保证气体压力依然高于工作轮出口压力，因此需设定各通道通流面积比，根据流通气体状态及所需气体压力情况，按照(10～3)：(3～2)：1进行设置。
34.进一步的，所述通高压气体气冷通道5、压力气体水冷通道1、压力气体油冷17通道相互连通处，均设置有单向止逆阀4。
35.具体而言，所述高压气体气冷通道5与压力气体水冷通道1相互连通处，设置有单向止逆阀4；所述压力气体水冷通道1与压力气体油冷通道17相互连接处，设置有单向止逆阀4；所述压力气体油冷17通道与叶背冷却密封腔14相互连接处，设置有单向止逆阀4，通过各通道连通处的单向止逆阀4，防止增压器低转速或相继、二级增压时气体在通道内倒流，影响增压器性能。
36.进一步的，所述压气机端扩压器出口处的引气孔外侧设置有o型密封圈。
37.具体而言，通过扩压器出口处引气孔7外侧设置的o型密封圈6，实现扩压器8出口与高压气体气冷通道5连接处的气体径向密封。保证通流流道内的压力气体除叶背冷却引气以外，没有额外流出。
38.本发明的优点在于：不需要柴油机做出改变，也不需要增加增压器制造成本，能够随气体压力变化实现自主调节。在不增加柴油机其他零部件、不破坏增压器整体结构、不影响增压器整机性能和可靠性的前提下，能够自主解决压气机工作轮高转速、高压比工况下，铝合金工作轮材料因高温导致失效的问题。适用于各种大小尺寸的轴流、径流增压器，无需外界提供压力气体，能够通过压比情况自动调节引气量，方便实施。
39.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。