[发明专利]径流涡轮

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮增压器技术领域，尤其涉及一种径流涡轮增压器用的径流涡轮。

背景技术

在径流涡轮增压器中，涡轮与压气机叶轮一样，隶属叶轮机械。涡轮的工作环境温度比压气机叶轮高很多，通常最高允许进气温度都在650℃以上，个别增压器涡轮最高允许进气温度高达750℃～800℃。在这种极度恶劣的环境下工作，涡轮材料需要具备很好的高温性能，同时优化涡轮叶片造型，降低涡轮叶片工作载荷，延长涡轮寿命。在此基础上，兼顾涡轮效率，确保增压器的整机性能。

随着柴油机技术的进步，柴油机单位容积的负荷越来越高，因而与其配套的涡轮增压器也必须提高其增压压力。在涡轮增压器的外形尺寸受限的情况下，除了提高涡轮增压器的整机效率外，提高涡轮增压器转速是提高增压压力的最有效最直接的办法，这样，涡轮叶片的负荷就越来越高。在现有径流涡轮中，为了确保涡轮增压器能够在高转速下安全运行，径流涡轮设计者一方面通过采用强度更好的材料，以提高径流涡轮叶片承载能力，另一方面降低叶片单位面积载荷，其中最主要的手段之一就是在设计涡轮叶片时，确保径流涡轮叶片的各个截面的重心线通过轴心。基于这种设计理念，现有径流涡轮叶片只能设计成由一串垂直中心轴的梯形截面组成，而不能按照气体流场需要设计，导致涡轮叶片表面存在大量气流失速区，附面层损失明显增加，最终导致径流涡轮效率较低。

在现有技术中，径流涡轮叶片成型的内外子午线在圆柱面上的投影的展开图一般按圆形轨迹设计。该设计方案能够满足效率需要，但是流道略短，涡轮膨胀度较低，涡轮做功能力相对较差。

由于受涡轮强度极限的限制，涡轮设计无法完全按照气流流场需要设计，无法改变径流涡轮效率较低的现状，且增压器转速亦低于国际同类增压器。国产径流增压器基本还是为小功率高速柴油机配套。从目前国际增压器技术发展判断，在中速柴油机的配套市场上，径流增压器替代轴流增压器已经是一个必然趋势。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种高转速的涡轮增压器的径流涡轮，在满足安全性能的同时进一步提高涡轮做功效率。

本发明采用的技术方案是径流涡轮，包括环绕在旋转轴上的叶片，所述叶片垂直于旋转轴的轴线方向的截面的重心线与轴线相偏离一段距离，所偏离的距离值沿涡轮轴线方向由径流涡轮进口向径流涡轮出口先逐渐减小，减小至零，再逐渐增大，所述叶片成型的内外子午线在圆柱面上的投影的展开图为椭圆轨迹或二次抛物线轨迹。

所偏离的距离值为c，以轴线为Z轴，以c值为零的一点为Z轴原点，z为叶片截面对应Z轴坐标，则c＝|kz^m|，且k是小于0.3的常数，1≤m≤3。

m等于1。

原点位于外子午线在Z轴上的投影线的中点，c值最大小于外子午线在Z轴上的投影线总长的5％

以c值为零时的叶片截面重心线为Y轴，与Y轴、Z轴均垂直的为X轴，由径流涡轮进口向径流涡轮出口方向移动的叶片截面重心线与X-Z平面的交点沿X轴单向移动。

本发明的有益效果是提高径流涡轮效率，同时确保径流涡轮叶片具有足够强度，提高径流涡轮叶片的整体刚度，提高叶片自振频率，加大增压器的增压压力，提高涡轮效率，以满足现代柴油机的配套需要。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

本发明的径流涡轮主要改进叶片造型，径流涡轮叶片的垂直于旋转轴方向的各个截面的重心线不再保持通过旋转轴，各个截面的重心线与旋转轴线间存在一定的偏离，偏离距离从径流涡轮进口到涡轮出口沿旋转轴线性变化，即先递减，减小至零，再递增。径流涡轮叶片的垂直于轴线方向的截面，以下简称为叶片截面。

如图1所示，叶片截面的重心线由原来的始终通过轴线，改进为各个截面的重心线与轴线间存在一定的偏离，所偏离的距离为c，c值先递减，减小为零，再递增，那么c值为零的叶片截面的重心线通过轴线。所偏离的距离值为c，以轴线为Z轴，以c值为零的一点为Z轴原点，z为叶片截面对应Z轴坐标，则c＝|kz^m|，且k是小于0.3的常数，1≤m≤3。偏离距离c与截面对应Z轴的坐标为包含以下几种，c＝|kz|，c＝kz²，c＝|kz³|。为便于加工方面的考虑，优选方案为m为整数1，c＝|kz|，也就是c值先线性减小，减小至零，再线性增大，前后两端的c值最大值保持一致，也就是叶片最前端和最后端的截面对应的z值绝对值相等，经试验证明符合这种规律的叶片在增压效果上最优异。