專利名稱：一種小型混流渦輪增壓器的水冷渦輪箱結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光機(jī)電一體化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)或船用發(fā)動(dòng)機(jī)使用的 一種小型混流渦輪增壓器的水冷渦輪箱結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著我國汽車工業(yè)和船舶工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車發(fā)動(dòng)和船用發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)在不斷更新 換代，技術(shù)水平不斷提高，只有高效率、燃油能耗低、低排放的發(fā)動(dòng)機(jī)才能適應(yīng)未來市 場，這對(duì)與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配的增壓器提出了更高的要求。
發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管排出的廢氣含有燃油能量的25% 35%，這部分能量在非增壓發(fā)動(dòng) 機(jī)上被白白浪費(fèi)了。渦輪增壓器是充分利用排氣管排出的高溫廢氣所含有的熱能、動(dòng)能 和壓力能，吹動(dòng)渦輪葉輪高速旋轉(zhuǎn)(類似于風(fēng)車原理)，帶動(dòng)在同一轉(zhuǎn)軸上的壓氣機(jī)葉輪 高速旋轉(zhuǎn)，使進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的空氣密度增加(相當(dāng)于鼓風(fēng)機(jī))，增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量， 促進(jìn)了燃料的完全燃燒并能燃燒更多的燃油，大幅度提高了發(fā)動(dòng)機(jī)功率(高效)，降低了 燃油消耗率(節(jié)能)，減少了廢氣污染、降低了排放水平(環(huán)保)，廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域。
發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣溫度一般在50(TC 75(TC左右，這些高溫廢氣進(jìn)入渦輪箱的氣 流通道，吹動(dòng)渦輪葉輪，因此渦輪箱在燃?xì)鉁囟扔绊懴拢獗砻鏈囟纫策_(dá)到500°C 600 °C。 一方面由于發(fā)動(dòng)機(jī)升級(jí)換代，發(fā)動(dòng)機(jī)升功率不斷加大，導(dǎo)致排氣溫度即渦輪箱溫度 更高。渦輪箱與軸承體相連接，渦輪箱溫度向軸承體傳遞，使軸承體內(nèi)的潤滑油溫度升 高，降低了潤滑油的潤滑效果，危害軸承系統(tǒng)的可靠性。另一方面，500'C 75(TC左右 的渦輪箱表面溫度，對(duì)駕駛員維護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，特別是船用發(fā)動(dòng)機(jī)的駕駛員和其他人員由 于接觸渦輪箱表面而產(chǎn)生燙傷隱患。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、高效 節(jié)能、能阻隔高溫燃?xì)庀驕u輪箱表面的傳遞的小型混流渦輪增壓器的水冷渦輪箱結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種小型混流渦輪增壓器的水 冷渦輪箱結(jié)構(gòu)，包括制有盤座的渦輪箱，渦輪箱具有設(shè)置混流渦輪轉(zhuǎn)軸的混流渦輪葉輪 轉(zhuǎn)動(dòng)的中心孔，所述渦輪箱的內(nèi)部設(shè)置有氣流通道，氣流通道的燃?xì)膺M(jìn)氣口設(shè)置在盤座 的中心部位，廢氣出氣口設(shè)置在渦輪箱的中心部位，其中所述氣流通道的內(nèi)部腔體為 隨角度變化而變化的橫截面腔體，所述渦輪箱氣流通道外圍設(shè)置有冷卻水道，所述冷卻 水道的進(jìn)水口和出水口設(shè)置在盤座的燃?xì)膺M(jìn)氣口的兩側(cè)，所述渦輪箱上設(shè)置有至少兩個(gè) 與所述冷卻水道內(nèi)部相通的排砂孔。
為優(yōu)化上述技術(shù)方案，所采取的措施還包括
上述的渦輪箱的冷卻水道的內(nèi)部腔體由進(jìn)水口到出水口的通道截面呈隨角度增大 而增大的發(fā)散狀結(jié)構(gòu)。
上述的渦輪箱的氣流通道的內(nèi)部腔體由燃?xì)膺M(jìn)氣口到廢氣出氣口通道截面積呈隨 角度增大而減小的收斂狀結(jié)構(gòu)。
上述的渦輪箱的盤座進(jìn)氣口中心與發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣出氣口中心相匹配。
上述的渦輪箱的一側(cè)設(shè)置有環(huán)形臺(tái)，該環(huán)形臺(tái)設(shè)置在渦輪箱廢氣出氣口的側(cè)面上， 水冷渦輪箱的廢氣通道連通所述的經(jīng)過環(huán)形臺(tái)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果如下l.水冷渦輪箱盤座上設(shè)置有進(jìn)水口 和出水口，兩孔相互貫通，形成冷卻水道。來自發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水經(jīng)渦輪箱的冷卻水道， 阻隔了高溫燃?xì)庀驕u輪箱表面的傳遞，使水冷渦輪箱表面溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一般渦輪箱表面 溫度，滿足了不同發(fā)動(dòng)機(jī)客戶對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)表面溫度的特殊要求，增強(qiáng)了增壓器使用的安全 性；2.來自發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水經(jīng)渦輪箱的冷卻水道，減少了渦輪箱的高溫燃?xì)庀蜉S承體 軸承系統(tǒng)傳遞的熱量，提高了增壓器軸承系統(tǒng)的可靠性；3.在小型混流渦輪增壓器基礎(chǔ) 上，創(chuàng)造性的采用水冷渦輪箱技術(shù)，滿足了新一代發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)增壓器的高效率、高性能要 求，又滿足了要求渦輪箱表面低溫的特殊客戶需求。


圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例內(nèi)部側(cè)面剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1的盤座正面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是圖1的立體冷卻水道剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是圖1裝配實(shí)例的總裝剖視示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)見圖1至圖3所示， 一種小型混流渦輪增壓器的水冷渦輪箱結(jié)構(gòu)， 包括制有盤座11的渦輪箱10，渦輪箱10為水冷渦輪箱，其整體形狀似蝸牛，渦輪箱 10具有設(shè)置混流渦輪轉(zhuǎn)軸的混流渦輪葉輪9轉(zhuǎn)動(dòng)的中心孔，所述渦輪箱10的內(nèi)部設(shè)置 有氣流通道12，氣流通道12的燃?xì)膺M(jìn)氣口 13設(shè)置在盤座11的中心部位，廢氣出氣口 14為圓形孔設(shè)置在禍輪箱10的中心部位，此為廢氣出氣口 14，水冷渦輪箱10前側(cè)設(shè) 置有一矩形盤座11，盤座11中心開有一似矩形孔，其是燃?xì)膺M(jìn)氣口 13，燃?xì)膺M(jìn)氣口 13 的中心與發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣出氣口的中心相匹配，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒的廢氣經(jīng)進(jìn)氣口進(jìn)入渦輪箱氣流 通道12;氣流通道12的內(nèi)部腔體為隨角度變化而變化的橫截面腔體，所述渦輪箱10 氣流通道12外圍設(shè)置有冷卻水道15，所述冷卻水道15的進(jìn)水口 16和出水口 17為長方 形孔，其分別設(shè)置在盤座11的燃?xì)膺M(jìn)氣口 13的兩側(cè)，從盤座11矩形燃?xì)膺M(jìn)氣口 13進(jìn) 入的廢燃?xì)饨?jīng)過廢氣出氣口 14的一側(cè)排出渦輪箱10。渦輪箱10上設(shè)置有至少兩個(gè)與所 述冷卻水道15內(nèi)部相通的排砂孔18，排砂孔18為了鑄造時(shí)排芯方便而設(shè)置的。
渦輪箱10的一側(cè)設(shè)置有環(huán)形臺(tái)19，該環(huán)形臺(tái)19設(shè)置在渦輪箱10廢氣出氣口 14 的側(cè)面上，進(jìn)入水冷禍輪箱10的廢氣經(jīng)過環(huán)形臺(tái)19排出體外。
渦輪箱IO盤座11上設(shè)置的矩形燃?xì)膺M(jìn)氣口 13與渦輪箱中心廢氣出氣口 14相貫通， 其內(nèi)部界面是不等的，隨著旋轉(zhuǎn)角度的增大截面的面積在不斷減小，截面的變化曲線大 致成圓弧狀，形成收斂形的氣流通道12。廢氣從盤座11矩形燃?xì)膺M(jìn)氣口 13進(jìn)入氣流通 道12，因氣體不斷排進(jìn)，而且氣體進(jìn)入的氣流通道12的截面不斷減小，廢氣被壓縮， 被壓縮后的氣體具有很高的熱能、動(dòng)能，還具有高壓，在這樣氣體的促使下，設(shè)置在渦 輪箱10中心孔的混流渦輪轉(zhuǎn)軸的混流渦輪葉輪9轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸8和壓氣機(jī)葉輪2 旋轉(zhuǎn)，使發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣被充分利用，提高了燃料的利用率。壓氣機(jī)葉輪2的高速旋 轉(zhuǎn)，使新鮮的氣體不斷進(jìn)入壓氣機(jī)蝸殼1，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部，促使內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部燃料充分 燃燒，提高了燃料的利用率，降低了污染物的排放，節(jié)約了能源。渦輪箱10盤座11上 設(shè)置有兩個(gè)長方形孔， 一個(gè)為進(jìn)水口 16,另一個(gè)為出水口 17，兩孔相互連通，形成冷 卻水道15。渦輪箱10冷卻水道15的內(nèi)部截面由進(jìn)水口 16到出水口 17，通道截面積隨 角度的增大而增大，呈發(fā)散狀結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)解決水流過程中水溫增高，冷卻效果 降低的問題。來自發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水經(jīng)水冷渦輪箱10的冷卻水道15，阻隔了高溫燃?xì)庀?渦輪箱10表面的傳遞，使水冷渦輪箱10表面溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一般渦輪箱表面溫度，減少 了渦輪箱的高溫燃?xì)庀蜉S承體軸承系統(tǒng)傳遞的熱量，提高了增壓器軸承系統(tǒng)的可靠性， 滿足了不同發(fā)動(dòng)機(jī)客戶對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)表面溫度的特殊要求，滿足了新一代發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)增壓器的 高效率、高性能要求。渦輪箱水冷技術(shù)的采用，增強(qiáng)了增壓器使用的安全性。
使用小型混流渦輪增壓器的水冷渦輪箱結(jié)構(gòu)時(shí)，將組裝好的增壓器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)廢 氣出氣口處，增壓器廢氣進(jìn)氣口與發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣出氣口中心位置應(yīng)相匹配。發(fā)動(dòng)機(jī)排出的 廢氣從盤座11設(shè)置的進(jìn)氣口 13處進(jìn)入水冷渦輪箱10的氣流通道12,帶動(dòng)設(shè)置在渦輪箱 中心處的混流渦輪葉輪9旋轉(zhuǎn)，從水冷渦輪箱10上設(shè)置的廢氣出氣口 14排出渦輪箱。 來自發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水經(jīng)水冷渦輪箱10盤座11的進(jìn)水口 16進(jìn)入冷卻水道15，對(duì)水冷渦 輪箱10整體進(jìn)行冷卻后從出水口 17流出。渦輪箱冷卻水可采用循環(huán)水，節(jié)約了水資源， 保護(hù)了環(huán)境。此實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)含量高，渦輪箱上冷卻水道的設(shè)置，阻隔了高 溫燃?xì)庀驕u輪箱表面的傳遞，減少了高溫燃?xì)庀蜉S承體軸承系統(tǒng)傳遞的熱量，提高了增 壓器軸承系統(tǒng)的可靠性，使水冷渦輪箱表面溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一般渦輪箱表面溫度，增強(qiáng)了 增壓器使用的安全性，滿足了新一代發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)增壓器的高效率、高性能要求。
圖4所示， 一種配裝有水冷渦輪箱結(jié)構(gòu)的小型混流渦輪增壓器，其主要由渦輪箱 10、混流渦輪轉(zhuǎn)軸、隔熱罩6、軸承體5、壓氣機(jī)壓板4、壓氣機(jī)葉輪2、壓氣機(jī)蝸殼l、 軸封套、止推軸承、止推片、浮動(dòng)軸承等部件組成。壓氣機(jī)蝸殼1的中心部位設(shè)置有葉 輪孔3，葉輪孔3內(nèi)部設(shè)置有壓氣機(jī)葉輪2，葉輪孔3與壓氣機(jī)葉輪2相匹配。在壓氣 機(jī)葉輪2的外側(cè)設(shè)置有軸承體5，通過壓氣機(jī)蝸殼1上設(shè)置的卡臺(tái)對(duì)軸承體5進(jìn)行限位， 再通過壓氣機(jī)壓板4和連接件將軸承體5固定。軸承體5為水冷軸承體，其內(nèi)部設(shè)置有 水冷通道，通過水冷通道可對(duì)軸承體5內(nèi)部設(shè)置的軸承、渦輪轉(zhuǎn)軸等部件進(jìn)行冷卻，保 證潤滑油溫度在正常工作溫度范圍內(nèi)，保證增壓器軸承系統(tǒng)的工作可靠性，也保證渦輪 端密封結(jié)構(gòu)的工作可靠性，提高了增壓器總體可靠性。軸承體5的另一側(cè)固定在渦輪箱 10上。渦輪箱10與軸承體5相接觸一側(cè)的內(nèi)部設(shè)置有隔熱罩6和混流渦輪轉(zhuǎn)軸，隔熱 罩6上設(shè)置有轉(zhuǎn)軸孔7。
混流渦輪轉(zhuǎn)軸包括轉(zhuǎn)軸8和混流渦輪葉輪9，混流渦輪葉輪9采用了混流渦輪技術(shù)， 兼容了徑流式渦輪和軸流式渦輪技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，使渦輪的流通能力大為提高，在高比轉(zhuǎn)速 下能得到高的效率?；炝鳒u輪葉輪9與轉(zhuǎn)軸8通過摩擦焊焊接成一體，構(gòu)成了混流渦輪 轉(zhuǎn)軸?；炝魇綔u輪增壓器的混流渦輪葉輪9的結(jié)構(gòu)得到了改進(jìn)，進(jìn)口直徑由正常。55mm 減小到①50mm，這種非常規(guī)匹配技術(shù)的采用，降低了轉(zhuǎn)子總成的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高增壓器 的總體加速性能?；炝鳒u輪轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)軸8通過隔熱罩6上設(shè)置的轉(zhuǎn)軸孔7，穿過軸承體 5、壓氣機(jī)壓板4與壓氣機(jī)葉輪2相連接，使壓氣機(jī)葉輪2與混流渦輪轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)。
這種增壓器在小型混流渦輪增壓器基礎(chǔ)上，采用水冷渦輪箱技術(shù)，在渦輪箱廢氣通道的 外圍設(shè)計(jì)制造了冷卻水道，即滿足了發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)高效率、高性能增壓器的要求，又緩解了 高溫廢氣對(duì)潤滑油的負(fù)面影響，并保證了駕駛員和司乘人員避免燙傷，滿足了客戶需求 渦輪箱表面低溫的需要。將渦輪箱設(shè)計(jì)、制造成水冷渦輪箱，使渦輪箱表面溫度200°C 以下，保證司乘人員不會(huì)意外被渦輪箱燒傷，同時(shí)降低了渦輪箱向軸承體的熱量傳遞， 保證增壓器軸承系統(tǒng)的可靠工作。新型增壓器除采用水冷渦輪箱和混流渦輪技術(shù)，提高 了增壓器總效率，防止了高溫燃?xì)庀驕u輪箱外表面的傳遞，也減少了向軸承系統(tǒng)傳遞的 熱量，提高了增壓器軸承系統(tǒng)的可靠性，增強(qiáng)了增壓器使用的安全性。
本實(shí)用新型的最佳實(shí)施例已被闡明，由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員做出的各種變化或改型 都不會(huì)脫離本實(shí)用新型的范圍。
權(quán)利要求1、一種小型混流渦輪增壓器的水冷渦輪箱結(jié)構(gòu)，包括制有盤座(11)的渦輪箱(10)，渦輪箱(10)具有設(shè)置混流渦輪轉(zhuǎn)軸的混流渦輪葉輪(9)轉(zhuǎn)動(dòng)的中心孔，所述渦輪箱(10)的內(nèi)部設(shè)置有氣流通道(12)，氣流通道(12)的燃?xì)膺M(jìn)氣口(13)設(shè)置在盤座(11)的中心部位，廢氣出氣口(14)設(shè)置在渦輪箱(10)的中心部位，其特征是所述氣流通道(12)的內(nèi)部腔體為隨角度變化而變化的橫截面腔體，所述渦輪箱(10)氣流通道(12)外圍設(shè)置有冷卻水道(15)，所述冷卻水道(15)的進(jìn)水口(16)和出水口(17)設(shè)置在盤座(11)的燃?xì)膺M(jìn)氣口(13)的兩側(cè)，所述渦輪箱(10)上設(shè)置有至少兩個(gè)與所述冷卻水道(15)內(nèi)部相通的排砂孔(18)。
2、 根椐權(quán)利要求1所述的一種小型混流渦輪增壓器的水冷渦輪箱結(jié)構(gòu)，其特征是 所述的渦輪箱(10)的冷卻水道(15)的內(nèi)部腔體由進(jìn)水口(16)到出水口(17)的通道截面 呈隨角度增大而增大的發(fā)散狀結(jié)構(gòu)。
3、 根椐權(quán)利要求2所述的一種小型混流渦輪增壓器的水冷渦輪箱結(jié)構(gòu)，其特征是 所述的渦輪箱(IO)的氣流通道(12)的內(nèi)部腔體由燃?xì)膺M(jìn)氣口 (13)到廢氣出氣口 (14)通 道截面積呈隨角度增大而減小的收斂狀結(jié)構(gòu)。
4、 根椐權(quán)利要求1或2或3所述的一種小型混流渦輪增壓器的水冷渦輪箱結(jié)構(gòu)， 其特征是所述的渦輪箱(10)的盤座(11)進(jìn)氣口(13)中心與發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣出氣口中心相匹 配。
5、 根椐權(quán)利要求1或2或3所述的一種小型混流渦輪增壓器的水冷渦輪箱結(jié)構(gòu)， 其特征是所述的渦輪箱(10)的一側(cè)設(shè)置有環(huán)形臺(tái)(19)，該環(huán)形臺(tái)(19)設(shè)置在渦輪箱(10) 廢氣出氣口 (14)的側(cè)面上，水冷渦輪箱(IO)的廢氣通道連通所述的經(jīng)過環(huán)形臺(tái)(19)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種小型混流渦輪增壓器的水冷渦輪箱結(jié)構(gòu)，包括制有盤座的渦輪箱，渦輪箱具有設(shè)置混流渦輪轉(zhuǎn)軸的混流渦輪葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的中心孔，所述渦輪箱的內(nèi)部設(shè)置有氣流通道，氣流通道的燃?xì)膺M(jìn)氣口設(shè)置在盤座的中心部位，廢氣出氣口設(shè)置在渦輪箱的中心部位，其中所述氣流通道的內(nèi)部腔體為隨角度變化而變化的橫截面腔體，所述渦輪箱氣流通道外圍設(shè)置有冷卻水道，所述冷卻水道的進(jìn)水口和出水口設(shè)置在盤座的燃?xì)膺M(jìn)氣口的兩側(cè)，所述渦輪箱上設(shè)置有至少兩個(gè)與所述冷卻水道內(nèi)部相通的排砂孔。其結(jié)構(gòu)簡單、高效節(jié)能、能阻隔高溫燃?xì)庀驕u輪箱表面的傳遞，滿足了不同發(fā)動(dòng)機(jī)客戶對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)表面溫度的特殊要求，增強(qiáng)了增壓器使用的安全性。
文檔編號(hào)F01D25/08GK201071740SQ200720114559
公開日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2007年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月5日
發(fā)明者畢金光, 王亮珍, 鄧永宏, 鄭陽坡 申請(qǐng)人:寧波天力增壓器有限公司