一种新型车用小型涡轮增压器透平涡轮的制作方法

本实用新型属于内燃机领域，尤其涉及一种新型车用小型涡轮增压器透平涡轮。

背景技术：

常见的涡轮都有“迟滞效应”，一般都在1500转之后才会介入，2000转后才会达到最大的扭矩，而低惯量涡轮有反应快的特性，并且在起步不久就开始介入，而1500转达到最大扭矩，有效控制“迟滞效应”，实现迅速加速，因此涡轮叶轮的设计既要满足空气动力学性能的要求以保证涡轮达到良好的性能，同时又要保证叶轮叶片具有足够的强度和刚度，这是由涡轮工作条件极端严酷、恶劣所决定的。

车用小型涡轮增压器由于要求外型尺寸小、重量轻，涡轮转速一般在60000rpm以上，柴油机涡轮进口的燃气温度一般都在600~750℃之间，而有的汽油机涡轮进口燃气温度甚至超过950℃，这不仅要求涡轮材料具有耐高温、耐腐蚀、抗蠕变的性能，而且要求叶轮叶片本身有足够的强度以承受特别高的机械应力和热应力，且叶轮叶片在脉动气流的激励下又伴随着强烈的振动，故在叶片设时还要保证叶片具有足够的刚度以提高叶轮的自振频率，避免出现共振和尽可能减小振动应力，涡轮叶轮设计时必须同时兼顾性能、强度以及工艺性三方面要求，一般都会采用折中措施，往往会更多的考虑强度而牺牲部分性能。

考虑到涡轮的恶劣工况，为了克服在高速旋转过程中发生在叶片根部位置的应力过大问题，往往会在涡轮叶根处倒很大的圆角，这也导致涡轮的重量和转动惯量都进一步的增加，更加难以驱动，传统涡轮轮盘采用平底设计，由L型折角加倒圆角组成，为了满足固体强度要求，传统轮盘必须采用较大的厚度，使得涡轮重量和转动惯量增加。

技术实现要素：

本实用新型针对传统涡轮在满足固体性能要求的情况下转动惯量过大导致的涡轮迟滞问题，提供了一种大幅减小涡轮迟滞的新型车用小型涡轮增压器透平涡轮。

为解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决：一种新型车用小型涡轮增压器透平涡轮，包括轮盘，所述轮盘的一侧设有轮毂，在轮毂的外圆周上设有多片叶片，所述相邻叶片间形成涡轮进气通道，所述轮盘为星形轮盘，所述相邻两叶片间的轮盘为多段阶梯形圆弧结构，所述星形轮盘底径与涡轮直径比为0.58，所述叶片根部与所述轮毂为圆角连接，所述叶片压力面前缘叶根圆角半径为1.20mm，所述叶片压力面弦长比为0.33位置处的圆角半径为2.07mm，所述叶片压力面尾缘的叶根圆角半径为1.50mm，所述叶片吸力面前缘叶根圆角半径为1.30mm，所述叶片压力面弦长比为0.35位置处的圆角半径为2.0mm，所述叶片压力面尾缘的叶根圆角半径为1.50mm。

上述方案中，优选的，所述叶片数量为10。

上述方案中，优选的，所述多段阶梯形圆弧结构为沿对称中心线K两侧对称设置的直线段、圆弧段和S型曲线段C₅，所述多段阶梯形圆弧高度H为11.40mm，所述多段阶梯形圆弧宽度B为15.87mm。

上述方案中，优选的，所述直线段包括第一直线段C₁和第二直线段C₂，所述圆弧段包括第一圆弧段C₄和第二圆弧段C₃。

上述方案中，优选的，所述第一直线段C₁与对称中心线K夹角余角α3的角度为70.80°，所述第二直线段C₂与对称中心线K夹角余角α4的角度为57.56°，所述第一圆弧段C₄的圆弧半径R1为13mm，所述第二圆弧段C₃的圆弧半径R2为4.68mm。

上述方案中，优选的，所述叶片的叶尖轴向弦长为12.49mm，叶片的叶根轴向弦长为26mm。

上述方案中，优选的，所述叶片进口边中弧线的切线g和叶轮轴线c的夹角为叶片进口角α1，所述叶片进口角α1为68.19°。

上述方案中，优选的，所述叶片出口边中弧线的切线h和叶轮轴线c的夹角为叶片出口角α2，所述叶片出口角α2为31.20°。

本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果：为了减小转动惯量，本结构采用了星形轮盘结构，在保证涡轮强度的情况下，大幅减小了转动惯量，转动惯量比起传统技术降低了20.035%，使得发动机废气更容易驱动涡轮转动，有效降低涡轮迟滞。

附图说明

图1、本实用新型结构示意图。

图2、多段阶梯形圆弧结构示意图。

图3、叶片展开布置示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

参见图1至图3所示，一种新型车用小型涡轮增压器透平涡轮，包括轮盘1，所述轮盘1的一侧设有轮毂2，在轮毂2的外圆周上设有10片叶片3，所述相邻叶片3间形成涡轮进气通道，所述轮盘1为星形轮盘，所述相邻两叶片3间的轮盘形状为多段阶梯形圆弧结构，所述星形轮盘底径与涡轮直径比为0.58，所述叶片3根部与所述轮毂2为圆角连接，所述叶片3压力面前缘叶根圆角半径为1.20mm，所述叶片3压力面弦长比为0.33位置处的圆角半径为2.07mm，所述叶片3压力面尾缘的叶根圆角半径为1.50mm，所述叶片3吸力面前缘叶根圆角半径为1.30mm，所述叶片3压力面弦长比为0.35位置处的圆角半径为2.0mm，所述叶片3压力面尾缘的叶根圆角半径为1.50mm，所述多段阶梯形圆弧结构为沿对称中心线K两侧对称设置的直线段、圆弧段和S型曲线段C₅，所述多段阶梯形圆弧高度H为11.40mm，所述多段阶梯形圆弧宽度B为15.87mm，所述直线段包括第一直线段C₁和第二直线段C₂，所述圆弧段包括第一圆弧段C₄和第二圆弧段C₃，所述第一直线段C₁与对称中心线K夹角余角α3的角度为70.80°，所述第二直线段C₂与对称中心线K夹角余角α4的角度为57.56°，所述第一圆弧段C₄的圆弧半径R1为13mm，所述第二圆弧段C₃的圆弧半径R2为4.68mm，所述叶片3的叶尖轴向弦长为12.49mm，叶片3的叶根轴向弦长为26mm，所述叶片进口边中弧线的切线g和叶轮轴线c的夹角为叶片进口角α1，所述叶片进口角α1为68.19°，所述叶片出口边中弧线的切线h和叶轮轴线c的夹角为叶片出口角α2，所述叶片出口角α2为31.20°。

在涡轮叶根处采用变化圆角设计，经过多次的计算机有限元分析，确定了本涡轮的叶片前缘到叶片尾缘的最佳倒圆角半径变化规律，使得在满足固体强度要求的情况下，转动惯量最小，同时在涡轮轮盘处采用圆弧设计，轮盘由平底与圆弧相结合，经过多次的计算机有限元分析，确定了本涡轮轮盘的最佳圆弧，在满足固体强度和刚度要求的情况下采用了更小的轮盘厚度，有效降低涡轮转动惯量，采用了星形轮盘结构，轮盘采用多段阶梯形圆弧曲线造型，在保证涡轮强度的情况下，采用更小的星形轮盘底径，大幅减小了转动惯量。

本实用新型的保护范围包括但不限于以上实施方式，本实用新型的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本实用新型的保护范围。