專利名稱：一種新型柴油機(jī)增壓器用渦輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種柴油機(jī)增壓器用陶瓷渦輪。
背景技術(shù)：
渦輪增壓器實(shí)際上是一種空氣壓縮機(jī)，通過壓縮空氣來增加進(jìn)氣量。利用發(fā)動(dòng)機(jī) 排出的廢氣慣性沖力來推動(dòng)渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪又帶動(dòng)同軸的葉輪，葉輪又壓送由空氣 濾清器管道送來的空氣，使之增壓進(jìn)入氣缸。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增快，廢氣排出速度與渦輪轉(zhuǎn)速 也同步增快，葉輪壓縮更多的空氣進(jìn)入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料， 相應(yīng)增加燃料量和調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而增加發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。渦輪增壓器安裝在發(fā) 動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣歧管上，處在高溫，高壓和高速運(yùn)轉(zhuǎn)的工作狀況下，其工作環(huán)境非常惡劣，工 作要求比較苛刻，因此對(duì)制造的材料成型工藝和加工技術(shù)都要求很高。增壓器渦輪系的結(jié) 構(gòu)由渦輪、傳動(dòng)軸、軸承、葉輪等組成，渦輪與軸經(jīng)摩擦壓力焊連接成型，軸靠高速運(yùn)轉(zhuǎn)的浮 式軸承支撐，“全浮式軸承”與機(jī)體內(nèi)壁間有油液做冷卻，工作轉(zhuǎn)速可達(dá)10萬轉(zhuǎn)/分以上，環(huán) 境溫度可達(dá)六、七百度以上。增壓器渦輪，是增壓器上非常關(guān)鍵和重要的部件，其端部設(shè)計(jì) 一六角螺柱，用來配重以調(diào)節(jié)動(dòng)平衡。目前渦輪一般用K418鎳基合金精密熔模鑄造而成。 這些條件都對(duì)渦輪系的材料及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。渦輪材料的應(yīng)用，目前國內(nèi)較國外相對(duì)落后，隨著增壓器技術(shù)的發(fā)展，渦輪材料也 在不斷更新?lián)Q代。1988年前，國內(nèi)增壓器生產(chǎn)廠家以濰坊柴油機(jī)廠為代表的濰柴6160柴油 機(jī)增壓器渦輪普遍用20Cr3MoWV(A)材料，該材料僅適用于低速(40000r/min左右)較大型 的增壓器，隨著增壓器的轉(zhuǎn)速越來越高、體積越來越小，柴油機(jī)排氣溫度有的達(dá)到750度以 上，該材料已不能滿足增壓器的使用要求，隨后更換K213 (老牌號(hào)K13合金，鐵基)，幾年后 又更新為K418(老牌號(hào)K18合金，鎳基)，目前一般汽車用增壓器渦輪國內(nèi)均用該材料。國 外廠家(如上海聯(lián)信公司為美國獨(dú)資企業(yè)，該公司為全世界最大的增壓器生產(chǎn)供應(yīng)商；無 錫霍爾賽特公司為英國企業(yè))用的增壓器渦輪均為國外進(jìn)口毛坯，也屬合金系列。目前增壓器用渦輪材料鎳基Κ418合金，經(jīng)實(shí)際應(yīng)用有很大局限，①由于增壓器渦 輪的特殊工作環(huán)境，要求其耐高溫、高壓，一般在不低于750°C的工況下工作，對(duì)于高轉(zhuǎn)速 (小型增壓器最高可達(dá)250000r/min)渦輪葉片經(jīng)常會(huì)會(huì)出現(xiàn)變形現(xiàn)象。②高溫、高速時(shí)，渦 輪葉片經(jīng)常出現(xiàn)飛裂失效。③要求渦輪重量輕，慣性矩小。這樣可提高增壓器的相應(yīng)性，降 低柴油機(jī)的排放煙度。特別是車用增壓器，要求增壓器隨柴油機(jī)轉(zhuǎn)速變換而相應(yīng)頻繁變化， 而目前使用的鎳基K418合金渦輪重量大，相應(yīng)性不好，葉輪的慣性作用對(duì)油門驟時(shí)變化反 應(yīng)遲緩，渦輪出現(xiàn)“滯后響應(yīng)”，汽車提速慢、提速煙度大，④鎳基K418合金等金屬材質(zhì)表面 經(jīng)常成塊積碳，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下動(dòng)平衡失穩(wěn)，另外，脫落下來的微小碳?jí)K在極高運(yùn)轉(zhuǎn)速度下高 速撞擊渦輪葉片，使葉片斷裂失效。陶瓷渦輪具有重量輕、強(qiáng)度高、抗高溫氧化性能好、表面光潔度高，葉片表面不積 碳等特點(diǎn)，因此，選用氮化硅做基體材料，在氮化硅顆粒中加入金屬元素鈦和高熔點(diǎn)鎢、鉬、 鈮、鉭等金屬元素，制成金屬陶瓷，把金屬粉末和陶瓷粉末攪拌均勻，引入助燒結(jié)的氧化鋁材料，壓成渦輪葉片的形狀，在高溫下燒結(jié)，由于燒結(jié)體中氮化硅晶體呈一致方向，大大提 高了其高強(qiáng)度與高韌性。從而得到一種具有金屬韌性、耐高溫抗氧化的新型陶瓷渦輪，這種 新型氮化硅陶瓷渦輪葉片既有常規(guī)氮化硅材料高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱系數(shù)和低膨脹系數(shù)等特性， 又在很大程度上克服了陶瓷固有的脆性，增加了金屬的可塑性，具有高韌性、高耐磨防腐蝕 性能，可以在高強(qiáng)、高壓等惡劣環(huán)境下工作。在柴油機(jī)渦輪增壓器中，渦輪是最重要的、最關(guān)鍵的部件。整套渦輪增壓器的效果 的優(yōu)良與否，取決于渦輪的設(shè)計(jì)。渦輪增壓器器通過渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)來增加壓縮空氣的密度，而 現(xiàn)有技術(shù)中要想獲得較好的增壓效果，必須采用重量輕、結(jié)構(gòu)合理的渦輪。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的日的在于提供一種耐高溫、重量輕、慣性小、高壽命、結(jié)構(gòu)合理的柴 油機(jī)增壓器用渦輪。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是包括渦輪的材料、結(jié)構(gòu)、葉片、制作方法及連接方式。其 特征在于所述材料為陶瓷，所述葉片的橫截面輪廓線為曲線，所述制作方法為燒結(jié)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案還有所述陶瓷為氮化硅復(fù)相陶瓷。本實(shí)新型的技術(shù)方案還有所述連接方式為渦輪與渦輪軸制作成一個(gè)整體。本實(shí)用新型的技術(shù)方案還有所述結(jié)構(gòu)形式為反力式。本實(shí)新型的技術(shù)方案還有所述葉片形狀從葉根到葉頂，逐漸變薄。本實(shí)用新型的技術(shù)方案還有所述葉片的數(shù)目為11片。本實(shí)用新型的技術(shù)方案還有所述葉片彎曲形式為徑向。本實(shí)用新型的技術(shù)方案還有所述曲線為漸開線曲線。本實(shí)用新型的技術(shù)方案還有所述燒結(jié)為熱等靜壓燒結(jié)。該種柴油機(jī)增壓器用渦輪結(jié)構(gòu)合理，技術(shù)性能優(yōu)良，由于采用比重小的氮化硅陶 瓷以及渦輪與渦輪軸做成一個(gè)整體的結(jié)構(gòu)，消除了高溫、高速時(shí)渦輪葉片飛裂現(xiàn)象，減輕了 渦輪的重量，減少慣性矩，提高了渦輪的壽命，同時(shí)渦輪葉片從葉根到葉頂，葉片逐漸變薄， 保證沿葉輪葉片各斷面強(qiáng)度基本相等。

附圖1是本實(shí)用新型所示的柴油機(jī)增壓器用渦輪的主視圖， 附圖2足渦輪工作葉片的結(jié)構(gòu)形式。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖，本設(shè)計(jì)的柴油機(jī)增壓器用渦輪是用氮化硅陶瓷在熱等靜壓下燒結(jié)而 成，它與渦輪軸做成一個(gè)整體，本實(shí)例中柴油機(jī)增壓器用渦輪葉片共有11片，從附圖1可以 看出葉片結(jié)構(gòu)為反力式，彎曲形式為徑向，從附圖2中可以看出葉片從葉根到葉頂，逐漸變 薄，葉片的曲線為漸開線。當(dāng)然，上述說明并非對(duì)本實(shí)用新型的限制，本實(shí)用新型也不僅限于上述舉例，本技 術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也屬 于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種新型柴油機(jī)增壓器用渦輪，包括結(jié)構(gòu)、葉片及連接方式，其特征在于所述葉片 的橫截面輪廓線為曲線。
2.按照權(quán)利要求1所述的新型柴油機(jī)增壓器用渦輪，其特征在于所述結(jié)構(gòu)為反力式。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的新型柴油機(jī)增壓器用渦輪，其特征在于所述連接方式 為渦輪與渦輪軸制作成一個(gè)整體。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的新型柴油機(jī)增壓器用渦輪，其特征在于所述葉片從葉 根到葉頂，逐漸變薄。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的新型柴油機(jī)增壓器用渦輪，其特征在于所述葉片的數(shù) 目為11片。
6.按照權(quán)利要求1或2所述的新型柴油機(jī)增壓器用渦輪，其特征在于所述葉片形狀 為徑向彎曲。
7.按照權(quán)利要求1或2所述的新型柴油機(jī)增壓器用渦輪，其特征在于所述曲線為漸 開線曲線。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于柴油機(jī)增壓器設(shè)備上用的渦輪，它采用的技術(shù)方案是一種新型柴油機(jī)增壓器用渦輪，包括渦輪的材料、結(jié)構(gòu)、葉片、制作方法及連接方式。其特征在于所述材料為氮化硅陶瓷，所述葉片的橫截面輪廓線為曲線，制作方法為燒結(jié)。該種柴油機(jī)增壓器用渦輪結(jié)構(gòu)合理，技術(shù)性能優(yōu)良，由于采用比重小的氮化硅陶瓷以及渦輪與渦輪軸做成一個(gè)整體的結(jié)構(gòu)，消除了高溫、高速時(shí)渦輪葉片飛裂現(xiàn)象，減輕了渦輪的重量，減少慣性矩，提高了渦輪的壽命，同時(shí)渦輪葉片從葉根到葉頂，葉片逐漸變薄，保證沿葉輪葉片重量輕，效率高。
文檔編號(hào)F01D5/02GK201908692SQ20102059828
公開日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月10日
發(fā)明者于航海, 楊麗穎, 王守仁, 馬茹 申請(qǐng)人:濟(jì)南大學(xué)