专利名称：一种抛物线型叶片式扩压器的制作方法
技术领域：
本实用新型专利属于变容式机械技术领域，具体涉及一种抛物线型叶片式扩压 器。
技术背景 涡轮增压器是现代发动机提高功率、节油和改善排放必不可少的部件，它主要由 压气机和涡轮组成，涡轮吸收发动机的排气能量带动压气机高速旋转，压气机吸入大气并 升压，将气体压入发动机气缸。压气机由叶轮、扩压器和蜗壳三部分组成，压气机叶轮为高
速旋转件，借以提高吸入空气的动能(速度能)，扩压器和蜗壳为静止件，前者的作用是梳 理由叶轮高速流出的气流并降低气体流速，将气体的速度能转化为压力能，蜗壳的作用是 收集从扩压器流出的气体并进一步降低流速扩压，而后将气体导入发动机的进气管。扩压 器又分无叶(缝隙式)扩压器和有叶扩压器，无叶扩压器由于其宽广的适用流量范围而广 泛应用于车用发动机，有叶扩压器适用流量范围窄，但扩压效率高，用于船用和发电用发动 机。叶片扩压器可分为平板式、三角形、薄壁圆弧型、管式、通道式等型式，以上几种型式或 因其扩压效率低或因其工艺复杂均不理想。为此我们创建了一种高效的抛物线叶型的叶片 扩压器。
发明内容 本实用新型就是针对现有技术中存在的缺陷，提供一种抛物线型叶片式扩压器， 解决上述产品在使用中存在因扩压效率低或因工艺复杂不理想的问题。 本实用新型采用以下技术方案一种抛物线型叶片式扩压器，包括圆环形底板和 叶片，将通用抛物线方程用于叶片式扩压器叶片的凸面、凹面的设计，其中叶片入口安装角 范围为16° 22° ，叶片出口安装角范围为28。 40° ，叶片扩压器入口直径之半与叶轮 出口直径之半之比为1. 05 1. 15，叶片扩压器出口直径之半与叶片扩压器入口直径之半 之比为1.3 1.5，叶片凹面的叶片包络角应比凸面的叶片包络角大2 3° ，叶片入口尖 点的偏转角小于r 。叶片扩压器的叶片数少于叶轮的叶片数且排除整倍数关系。 抛物线叶型方程 本实用新型是将通用抛物线方程应用于叶片式扩压器叶片凸、凹面的设计上。 二次曲线的通用表达式为 <formula>formula see original document page 3</formula>[0009] 当b2_4ac = 0时，上式变为<formula>formula see original document page 3</formula> (1)式为顶点过座标原点的通用抛物线方程 式中a、b、c、d为方程待定系数。 通过对(1)式求导、座标平移、旋转得出X0 =
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7附
a 4- e b)
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k-2A*/g(90o + a4 - a3 -《)L
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(2)式中
xm = [R4*sin e b+ (R4*cos e b-R3) *tg ( a 4- e b) ] *cos ( a 4- e b) (mm) ym = [ (K4*cos e b-R3) /cos ( a 4- e b) ] -Xmtg ( a 4- e b) (mm)
9 b)]氺cos P 0_ [R4*cos P o—Xo氺sin (
4_ 9 b) +y,sin(a ……(3)
4_ 9 b) +y0*sin ( a 4_ 9 b)]氺sin P 0+ [R4*cos P 0_x0*sin ( ……(4)
9 b置换为a
9
x = [R4*sin 9 b—Xo氺cos ( a —y0^<cos ( a 4_ 9 b) ] *sin P 0 (mr y = [R4*sin 9 b—Xo氺cos ( a -y0*cos ( a 4_ 9 b) ] *cos P 0 (mr 上述几式中
R3—一叶片扩压器入口直径之半(n R4—一叶片扩压器出口直径之半(n a3—一扩压器叶片入口安装角(° a4——扩压器叶片出口安装角(° 9b—一叶片包络角(° ) P。一一叶片入口尖点的偏转角(° 当计算凸面、凹面抛物线时分别将a
9w即可。 选定R3、IV a3、 a4、 9 b、 P 。后先求出结构参数xm和ym，将之带入(2)式，给定一
系列y。(y。二Oim)，用(2)式求出一系列的x。，再按序将x。、y。代入(3) 、 (4)式即可求出在 以回转中心为原点的x、y座标系中凸、凹面抛物线上的x、y点的座标值。 叶片扩压器结构参数选择 (1)叶片数选择 其选择原则是在保证通道扩张角e eq = 8° 10° ， e eq = 2tg—Kd4-cg/21])的
前提下，为减小叶片扩压器入口的阻塞和保证叶片扩压器各通道间气体参数的均匀性，应 尽量选择较少的叶片数( 一般少于叶轮叶片数)，为避免共振，且不允许和叶轮叶片数成整 倍数关系。
(2)入口安装角a 3和出口安装角a 4的选择 a 3的大小将直接影响到压气适用流量范围的位置，a 3减小则适用流量范围向小 流量方向移动，03增大则适用流量范围向大流量方向移动。将根据配机情况来选择a 3， 03的最佳范围为16° 22° 。在保证9叫处于合理范围8。 10° 、且又能达到较大扩 压度的前提下，。4应在a3+(12° 18° )范围内选择。
(3)叶片扩压器入口直径R3的选择 R3/R2 = 1. 05-1. 15，试验表明，在此范围内对压气机的性能影响不大(R2为叶轮出 口直径之半)，可视结构情况选定。
4[0037] (4)叶片扩压器出口直径R4的选择 以R4/R3来度量，R4/R3太小扩压不充分，R4/R3太大则摩擦损失增加，试验表明其合
理值为R4/R3 = 1. 3-1. 5。 (5)叶片包络角9 b的选择 在a 3、 a 4、R4/R3选定的前提下，9 b的大小将直接影响叶片的走向，它对压气机的 效率和适用流量范围的影响甚大，一般IV^小9b应小，iv^大9b应大，为保证叶片凸、 凹面的夹角形成"锥形"效果，其凹面的叶片包络角9b应比凸面的叶片包络角9b大2 3。。
(6)偏转角13。的确定 设置|3 。的目的是为了在R3处形成一定的叶片厚度，在保证叶片强度的前提下为 减小入口阻塞和撞击损失，一般P。 < 1° 。 本实用新型与传统的叶片扩压器相比，它具有诸多的优越性，下表为几种叶片扩
压器的对比。
平板扩压器三角形扩压器薄壁圆弧扩压器抛物线型扩压器
CX3确定后,0t4是 否可调否否可可
ot3、 ！U/R3确定后， e b是否可调否否可可
可否通过叶片凸否可否可
凹面的"变锥形" 设计调整通道扩
可否实现叶片凸 凹面沿流程的变 曲率设计否否否可 从上表中可看出，抛物线型叶片扩压器具有较大的可塑性，因而扩压更有效。试 验表明，和当前应用较广泛的薄壁圆弧型扩压器相比，在同一线速度下，压气机压比提高 0. 1 0. 35，压比越高优势越明显，压气机效率提高2 3%，配机试验表明，发动机比油耗 降低5 6g/kw h，发动机排气温度可降低50 6(TC，显著地改善了发动机性能，创造了 良好的经济效益和社会效益。
图1为本实用新型结构示意图； 图2为叶片扩压器结构参数示意图； 图3为抛物线型叶片扩压器叶片结构示意图。
具体实施方式实施例1 叶片扩压器的抛物线形叶片，将通用抛物线方程用于叶片扩压器叶片的凸面、凹 面按以下步骤设计a、当b2_4ac = 0时，ax2+bxy+cy2+dx+ey+d = 0变为顶点为过坐标原点
的通用抛物线方x2+2axy+a2y2+bx+cy+d = 0............ (1)，其中a、 b、 c、 d为方程待定系数；
b、对步骤(a)中的(1)式求导、坐标平移、旋转得出
x = 2[xffl - & *《(90o + "4 -"3 -《)]* ,5
0 一
k - 2h * "90。 + "4 - "3 - A)] *》.o (廳)..…"…..(2) 其中xm = [R4*sin e b+ (R4*cos e b-R3) *tg ( a 4_ 9 b) ] *cos ( a 4- e b) (mm) ym = [ (R4*C0S 9 b_R3) /cos ( a 4_ 9 b) ] -x迈tg ( a 4_ 9 b) (mm) x = [R4*sin 9 b—Xo氺cos ( a 4_ 9 b)+y0*sin ( a 4_ 9 b)]氺cos P 0_[R4*cos P o—Xo氺sin ( a 4- 9 b) 1q化os ( a 4- 9 b) ] *sin P 。 (mm)......(3) y = [R4*sin 9 b_x0*cos ( a 4-9 b)+y0*sin ( a 4-9 b) ]*sin P q+[R4*cos P 0_x0*sin ( a 4- 9 b) -yci化os ( a 4- e b) ] *cos P Q (mm)......(4) 其中叶片入口安装角03为16° ，叶片出口安装角04为28° ，叶片扩压器入口 直径之半R3与叶轮出口直径之半R2比为1. 05，叶片扩压器出口直径之半R4与叶片扩压器 入口直径之半1 3比为1.3，叶片凹面的叶片包络角9^应比凸面的叶片包络角9bt大2。， 叶片入口尖点的偏转角e。小于r 。在计算凸面抛物线时，将^置换为a3t， 《4置换为
a4t， 9b置换为ew在计算凹面抛物线时，将03置换为a3w， a 4置换为a 4w， 9 b置换为 9 bw。叶片扩压器的叶片数少于叶轮的叶片数且排除整倍数关系。"用选定的1 3、1 4、 a3、 a4、 eb、 P 。求出结构参数xm和ym，再代入(2)式，给定一 系列y。二0-ym，求出一系列的x。，再按序将x。、y。代入(3)式、(4)式求出在以回转中心为 原点的x、y坐标系中凸、凹面抛物线上的x、y点的坐标值，即可设计出本实用新型的叶片式
扩压器的抛物线形叶片。 实施例2 叶片式扩压器的抛物线形叶片，将通用抛物线方程用于叶片扩压器叶片的凸面、 凹面按以下步骤设计a、当b2_4ac = 0时，ax2+bxy+cy2+dx+ey+d = 0变为顶点为过坐标原点的通用抛物线方x2+2aXy+a2y2+bX+Cy+d = 0............ (1)，其中a、 b、 c、 d为方程待定系
数；b、对步骤(a)中的(1)式求导、坐标平移、旋转得出
y — 2[xw -凡* ^(90。 + 4 二i-《)]* 5
2^"g(90。 + Qr广—)............(2)
y加 0 其中xm = [R4*sin e b+ (R4*cos e b_R3) *tg ( a 4_ 9 b) ] *cos ( a 4_ 9 b) (mm) ym = [ (R4*cos e b_R3) /cos ( a 4_ e b) ] -x迈tg ( a 4_ 9 b) (mm) x = [R4*sin 9 b—Xo氺cos ( a 4_ 9 b)+y0*sin ( a 4_ 9 b)]氺cos P 0_[R4*cos P o—Xo氺sin ( a 4- 9 b) 1q化os ( a 4- 9 b) ] *sin P 。 (mm)......(3) y = [R4*sin 9 b_x0*cos ( a 4-9 b)+y。*sin ( a 4-9 b) ]*sin P 。+[R4*cos P 0_x0*sin ( a 4- 9 b) -yci化os ( a 4- 9 b) ] *cos P Q (mm)......(4) 其中叶片入口安装角、为19° ，叶片出口安装角、为34° ，叶片扩压器入口直 径之半R3与叶轮出口直径之半R2比为1. 1，叶片扩压器出口直径之半R4与叶片扩压器入 口直径之半Rs比为1.4，叶片凹面的叶片包络角9^应比凸面的叶片包络角9bt大2.5。， 叶片入口尖点的偏转角e。小于r 。在计算凸面抛物线时，将^置换为a3t， 《4置换为
a4t， 9b置换为ew在计算凹面抛物线时，将03置换为a3w， a 4置换为a 4w， 9 b置换为 9bw。叶片扩压器的叶片数少于叶轮的叶片数且排除整倍数关系。"用选定的1 3、1 4、 a3、 a4、 9b、P。求出结构参数Xm和ym，再代入(2)式，给定一系列y。 = 0_ym，求出一系列的x。， 再按序将x。、y。代入(3)式、(4)式求出在以回转中心为原点的x、y坐标系中凸、凹面抛物
线上的x、 y点的坐标值，即可设计出本实用新型叶片式扩压器的抛物线形叶片。 实施例3 叶片扩压器的抛物线形叶片，将通用抛物线方程用于叶片式扩压器叶片的凸面、 凹面按以下步骤设计a、当b2_4ac = 0时，ax2+bxy+cy2+dx+ey+d = 0变为顶点为过坐标原
点的通用抛物线方x2+2aXy+a2y2+bX+Cy+d = 0............ (1)，其中a、 b、 c、 d为方程待定系
数；b、对步骤(a)中的(1)式求导、坐标平移、旋转得出
《
<formula>formula see original document page 7</formula> (聽)............(2) 其中Xm = [R4*sin e b+ (R4*cos e b_R3) *tg ( a 4_ e b) ] *cos ( a 4_ 9 b) (mm) ym = [ (R4*cos 9 b-R3) /cos ( a 4_ 9 b) ] -x迈tg ( a 4_ 9 b) (mm) <formula>formula see original document page 7</formula>a 4- 9 b) 1q化os ( a 4- 9 b) ] *sin P 。 (mm)......(3) y = [R4*sin 9 b_x0*cos ( a 4-9 b)+y0*sin ( a 4-9 b) ]*sin P q+[R4*cos P 0_x0*sin ( a4-eb)-y。*cos(a4-eb)]*cos|3。(mm)……(4)其中叶片入口安装角03为22° ，叶片出口 安装角《4为40° ，叶片扩压器入口直径之半1 3与叶轮出口直径之半1 2比为1. 15，叶片扩 压器出口直径之半1 4与叶片扩压器入口直径之半1 3比为1.5，叶片凹面的叶片包络角ebw
应比凸面的叶片包络角0bt大3。，叶片入口尖点的偏转角e。小于r 。在计算凸面抛物
线时，将^置换为a3t，、置换为a4t， 9b置换为9bt、在计算凹面抛物线时，将a 3置换 为a3w，、置换为a4w， 9b置换为ebw。叶片扩压器的叶片数少于叶轮的叶片数且排除整 倍数关系。"用选定的1 3、1 4、 a3、 a4、 eb、 P。求出结构参数Xm和ym，再代入(2)式，给定 一系列y。二Oim，求出一系列的x。，再按序将x。、y。代入(3)式、(4)式求出在以回转中心 为原点的x、y坐标系中凸、凹面抛物线上的x、y点的坐标值，即可设计出本实用新型叶片式 扩压器的抛物线形叶片。
8
权利要求一种抛物线型叶片式扩压器，包括圆环形底板和叶片，其特征在于将通用抛物线方程用于叶片的凸面、凹面的设计，其中叶片入口安装角范围为16°～22°，叶片出口安装角范围为28°～40°，叶片扩压器入口直径之半与叶轮出口直径之半比为1.05～1.15，叶片扩压器出口直径之半与叶片扩压器入口直径之半之比为1.3～1.5，叶片凹面的叶片包络角比凸面的叶片包络角大2～3°，叶片入口尖点的偏转角小于1°。
2. 根据权利要求1所述的抛物线型叶片式扩压器，其特征在于所述叶片扩压器的叶 片数少于叶轮的叶片数且排除整倍数关系。
专利摘要本实用新型公开了一种抛物线型叶片式扩压器，将通用抛物线方程用于叶片的凸面、凹面的设计，其中叶片入口安装角范围为16°～22°，叶片出口安装角范围为28°～40°，叶片扩压器入口直径之半与叶轮出口直径之半比为1.05～1.15，叶片扩压器出口直径之半与叶片扩压器入口直径之半之比为1.3～1.5，叶片凹面的叶片包络角比凸面的叶片包络角大2～3°，叶片入口尖点的偏转角小于1°，叶片扩压器的叶片数少于叶轮的叶片数且排除整倍数关系。本实用新型设计出的抛物线形叶片的叶片扩压器具有较大的可塑性，扩压效率高，改善发动机性能，工艺简单可行，创造了良好的经济效益和社会效益。
文档编号F04D29/44GK201461538SQ20092010402
公开日2010年5月12日 申请日期2009年7月30日 优先权日2009年7月30日
发明者刘文奇, 孙燕华, 张晋东, 朱爱国, 董复兴, 韩国强 申请人:大同北方天力增压技术有限公司