專利名稱：短葉型擴壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于離心式壓縮機的短葉型擴壓器，尤其是用于可變幾何渦輪壓縮機(簡稱VGC)的擴壓器。
近年來，可變幾何渦輪增壓技術(shù)(簡稱VGT)之所以受到高度重視并取得飛速的發(fā)展，其重要原因之一，就是這種技術(shù)可以改善渦輪增壓器對于車輛發(fā)動機變工況特性的適應(yīng)能力，從而顯著地提高發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和降低廢氣排放。一般VGT研究，主要集中在渦輪機、壓縮機的葉輪和進口導(dǎo)葉以及無葉擴壓器方面。比如，英國HOLSET公司率先生產(chǎn)出的VGT樣機，就是使用無葉擴壓器，然而，無葉擴壓器雖然有較寬闊的工作域，但是不能達到更高的效率和增壓比。如果，使用一般的有葉擴壓器，雖然可以改善峰值效率和增壓比，但是由于其工作區(qū)域過分狹窄而顯得得不償失，因而很少在VGT中使用。
美國US-4850795專利，提出了一種可變幾何有葉擴壓器，其是將擴壓器分成兩個區(qū)域，在擴壓器的前壁面設(shè)置雙列葉柵，葉柵稠度在進口區(qū)域為低柵稠度，而出口區(qū)域為高柵稠度。該項專利的葉片縱截面為楔型，葉片表面為對數(shù)螺旋線型，加工工藝復(fù)雜，對數(shù)螺旋線型只能對某一流量效果好，而對流量變化的適應(yīng)性差，其雖然緩解了后部阻塞，但損失了效率，尤其是出口區(qū)域柵稠度高，限制了工作區(qū)域的擴大，不能全面適應(yīng)車輛發(fā)動機多變工況的需要。美國專利US-3756739，也提出了一種可變幾何有葉擴壓器的技術(shù)解決方案，其是采用高柵稠度較長葉片，由于高柵稠度葉片具有確定的喉部，工作域狹窄，作為可變幾何裝置只能用于小流量時引入導(dǎo)葉的場合，而在大流量時，要通過設(shè)置在葉片端部的由輔助裝置控制的小葉片打開喉部，因此結(jié)構(gòu)及控制機構(gòu)都比較復(fù)雜。
本實用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，既具有較寬的工作域，又具有較高工作效率和增壓比的短葉型擴壓器。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下設(shè)計一種短葉型擴壓器，它包括前壁面、后壁面和短葉片，所述擴壓器沿徑向平均分成進口段和出口段，其特征在于所述短葉片的形狀為全高等厚圓弧形，所述短葉片的排列為低柵稠度，所述短葉片設(shè)置在所述前壁面與后壁面之一的出口段。
所述短葉片設(shè)置在所述前壁面的出口段。
所述短葉片設(shè)置在所述后壁面的出口段。
所述短葉片既設(shè)置在所述前壁面的出口段，又設(shè)置在所述后壁面的進口段。
所述短葉片既設(shè)置在所述后壁面的出口段，又設(shè)置在所述前壁面的進口段。
本實用新型由于采取以上設(shè)計，其具有以下優(yōu)點1、本實用新型由于采用低柵稠度短葉片，且僅將該短葉片設(shè)置在前壁面或后壁面的出口段，與無葉的后壁面或前壁面組合成出口短葉型擴壓器，因此可以在結(jié)構(gòu)十分簡單的情況下，同時達到較寬廣的工作域和較高的工作效率及增壓比。2、本實用新型由于在前壁面或后壁面的出口段設(shè)置低柵稠度短葉片的同時，又在前壁面或后壁面的進口段設(shè)置低柵稠度短葉片，因此，可以在同軸旋轉(zhuǎn)前壁面或后壁面的過程中，通過進口段與出口段葉片相對位置的變化，很容易地實現(xiàn)了幾何通流道的變化，達到適應(yīng)各種不同流量工況需要的目的。3、本實用新型由于采取等厚圓弧形短葉片，因此結(jié)構(gòu)簡單，加工和安裝方便，同時，本實用新型由于采用全高短葉片，因此比半高短葉片具有更好的參數(shù)值。4、本實用新型不但結(jié)構(gòu)和控制方式十分簡單，而且集中了有葉擴壓器和無葉擴壓器的優(yōu)點，其具有與無葉擴壓器同樣寬廣的工作區(qū)域，而效率卻有較大幅度的提高，增壓比更是幾乎與有葉擴壓器相同。本實用新型有助于促進渦流增壓器的廣泛應(yīng)用，尤其是在車輛發(fā)動機上的應(yīng)用，可以達到在提高發(fā)動機性能的同時，降低廢氣排放的作用。
以下結(jié)合附圖對本實用新型進行詳細的描述。



圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖圖2是本實用新型進口段具有短葉片示意圖圖3是本實用新型出口段具有短葉片示意圖圖4是本實用雙列葉柵狀態(tài)示意圖圖5是本實用新型長葉狀態(tài)示意圖圖6是本實用新型長葉-雙列葉柵擴壓器與無葉擴壓器性能對比曲線圖7是本實用新型出口低柵稠度和高柵稠度擴壓器與無葉擴壓器性能對比曲線如
圖1、圖2、圖3所示，普通離心壓縮機無葉擴壓器包括前壁面1，后壁面2，前壁面1和后壁面2實際上是由兩個同心圓組成的。本實用新型將擴壓器按其徑向有效長度平均分成兩個區(qū)域(如
圖1所示)，并按氣流走向定義為進口段3和出口段4。如圖2所示，本實用新型可以將低柵稠度短葉片5設(shè)置在擴壓器前壁面1或后壁面2的進口段3。如圖3所示，本實用新型也可以將低柵稠度短葉片6設(shè)置在前壁面1或后壁面2的出口段4。上述低柵稠度短葉片5、6的形狀采用全高等厚圓弧形(如
圖1、圖2、圖3所示)。
本實用新型可以分別用以上兩種結(jié)構(gòu)組成以下兩類擴壓器結(jié)構(gòu)形式一、將出口段4具有短葉片6的前壁面1或后壁面2與進、出口段3、4均無葉片的后壁面2或前壁面1組合，成為低柵稠度出口短葉型擴壓器。這種擴壓器方式，使離開葉輪的氣流在進入葉片前，有充分混合的機會，具備了相對均勻的進入葉片的流動狀況；而在出口段由于采用短葉片將氣流導(dǎo)入下流渦殼，因此可以改善擴壓器與渦殼的匹配狀況。本實用新型的這種結(jié)構(gòu)形式由于僅在出口段4設(shè)置低柵稠度短葉片6，因此擴展了阻塞流工作域(以60％效率點為界)，使其具有驚人寬闊的工作域，與無葉擴壓器相比，在具有同樣寬廣的工作域的情況下，效率提高了8．6％(如圖7所示)，而增壓比幾乎與有葉擴壓器相同，并且結(jié)構(gòu)十分簡單。
二、將進口段3具有短葉片5的前壁面1與出口段4具有短葉片6的后壁面2相對組合(如圖4、圖5所示)，成為低柵稠度長葉-雙列葉柵型擴壓器。由于是全高葉片，因此將進口段3具有短葉片5的后壁面1與出口段4具有短葉片6的前壁面2相對組合，其效果是相同的。這種擴壓器方式在使用時，可以將前壁面1或后壁面2固定，將后壁面2或前壁面1在一個流道的弧長內(nèi)作同軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)出口段4的短葉片6位于入口段3的短葉片5的流道中心延長線附近時，就形成了葉片相錯排列的雙列葉柵擴壓器(如圖4所示)；當(dāng)相對旋轉(zhuǎn)達到極限位置時，就變成了具有長葉片的普通的長葉擴壓器(如圖5所示)。本實用新型的這種結(jié)構(gòu)形式，只要根據(jù)使用時工況的變化，將前、后壁面作相對旋轉(zhuǎn)，就可以實現(xiàn)幾何通流道的變化。這樣，在小流量時，可以使用長葉狀態(tài)，獲得較高的效率和增壓比(如圖6所示)，而在極小流量(喘振點以下)或中大流量時，則可使用雙列葉柵狀態(tài)，使其在仍能獲得較高效率和增壓比的情況下，獲得更寬廣的工作域。由于本實用新型的擴壓器僅需通過同軸旋轉(zhuǎn)前壁面或后壁面，因此控制機構(gòu)也會十分簡單。
下面是本實用新型的實驗數(shù)據(jù)及性能對比曲線的說明。
如圖6所示，在長葉-雙列葉柵型擴壓器中，前、后壁面外徑為∮139mm，內(nèi)徑為∮87．6mm，葉高為7mm。葉片出口角為61．8°；圖中T11代表擴壓器處于雙列葉柵狀態(tài)，T9代表擴壓器處于長葉狀態(tài)，虛線代表無葉擴壓器，60K表示渦輪機在每分鐘6萬轉(zhuǎn)的實驗狀況下，70K表示渦輪機在每分鐘7萬轉(zhuǎn)的實驗狀況下，0-0．1為極小流量狀況，0．1-0．2為小流量狀況，0．2以上為中大流量狀況。從性能對比曲線圖中可以看出，在小流量區(qū)域工作時，長葉-雙列葉柵擴壓器型擴壓器的前、后壁面旋轉(zhuǎn)為長葉狀態(tài)，擴壓器可以獲得很高的效率和增壓比，但在流量極小或大中流量時，長葉狀態(tài)會發(fā)生工作區(qū)域狹窄，因而將其旋轉(zhuǎn)為雙列葉柵狀態(tài)，擴壓器幾乎可以獲得與無葉擴壓器同樣寬廣的工作域，但是效率和增壓比卻遠高于無葉擴壓器。
如圖7所示，在出口短葉型擴壓器中，前、后壁面外徑為∮139mm，內(nèi)徑為∮87．6mm，葉高為7mm，葉片出口角為61．8°；圖中T7代表低柵稠度出口短葉型擴壓器，T3代表高柵稠度出口短葉型擴壓器，虛線代表無葉擴壓器。從性能對比曲線圖中可以看出，中大流量時，低柵稠度擴壓器比高柵稠度擴壓器的工作域?qū)?，甚至在小流量時，比無葉擴壓器的工作域還寬；而在增壓比和效率方面，低柵稠度擴壓器比高柵稠度擴壓器高，比無葉擴壓器更高，幾乎與長葉擴壓器相同。
權(quán)利要求1.一種短葉型擴壓器，它包括前壁面、后壁面和短葉片，所述擴壓器沿徑向平均分成進口段和出口段，其特征在于所述短葉片的形狀為全高等厚圓弧形，所述短葉片的排列為低柵稠度，所述短葉片設(shè)置在所述前壁面與后壁面之一的出口段。
2.如權(quán)利要求1所述的短葉型擴壓器，其特征在于所述短葉片設(shè)置在所述前壁面的出口段。
3.如權(quán)利要求1所述的短葉型擴壓器，其特征在于所述短葉片設(shè)置在所述后壁面的出口段。
4.如權(quán)利要求2所述的短葉型擴壓器，其特征在于所述短葉片還設(shè)置在所述后壁面的進口段。
5.如權(quán)利要求3所述的短葉型擴壓器，其特征在于所述短葉片還設(shè)置在所述前壁面的進口段。
專利摘要本實用新型涉及一種短葉型擴壓器,它包括前壁面、后壁面和短葉片,所述擴壓器沿徑向平均分成進口段和出口段,其特征在于:所述短葉片的形狀為全高等厚圓弧形,所述短葉片的排列為低柵稠度,所述短葉片設(shè)置在所述前壁面或后壁面的出口段。本實用新型具有與無葉擴壓器同樣寬廣的工作區(qū)域,而效率卻有較大幅度的提高,增壓比更是幾乎與有葉擴壓器相同。本實用新型有助于促進渦流增壓器的廣泛應(yīng)用,尤其是在車輛發(fā)動機上的應(yīng)用。
文檔編號F04D29/46GK2426531SQ00204860
公開日2001年4月11日 申請日期2000年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月12日
發(fā)明者姜鵬明, 耿曉音 申請人:姜鵬明