专利名称：一种新型柴油机增压器用涡轮的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种柴油机增压器用陶瓷涡轮。
背景技术：
涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。利用发动机 排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮又压送由空气 滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速 也同步增快，叶轮压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料， 相应增加燃料量和调整发动机的转速，从而增加发动机的输出功率。涡轮增压器安装在发 动机的进排气歧管上，处在高温，高压和高速运转的工作状况下，其工作环境非常恶劣，工 作要求比较苛刻，因此对制造的材料成型工艺和加工技术都要求很高。增压器涡轮系的结 构由涡轮、传动轴、轴承、叶轮等组成，涡轮与轴经摩擦压力焊连接成型，轴靠高速运转的浮 式轴承支撑，“全浮式轴承”与机体内壁间有油液做冷却，工作转速可达10万转/分以上，环 境温度可达六、七百度以上。增压器涡轮，是增压器上非常关键和重要的部件，其端部设计 一六角螺柱，用来配重以调节动平衡。目前涡轮一般用K418镍基合金精密熔模铸造而成。 这些条件都对涡轮系的材料及结构设计提出了更高的要求。涡轮材料的应用，目前国内较国外相对落后，随着增压器技术的发展，涡轮材料也 在不断更新换代。1988年前，国内增压器生产厂家以潍坊柴油机厂为代表的潍柴6160柴油 机增压器涡轮普遍用20Cr3MoWV(A)材料，该材料仅适用于低速(40000r/min左右)较大型 的增压器，随着增压器的转速越来越高、体积越来越小，柴油机排气温度有的达到750度以 上，该材料已不能满足增压器的使用要求，随后更换K213 (老牌号K13合金，铁基)，几年后 又更新为K418(老牌号K18合金，镍基)，目前一般汽车用增压器涡轮国内均用该材料。国 外厂家(如上海联信公司为美国独资企业，该公司为全世界最大的增压器生产供应商；无 锡霍尔赛特公司为英国企业)用的增压器涡轮均为国外进口毛坯，也属合金系列。目前增压器用涡轮材料镍基Κ418合金，经实际应用有很大局限，①由于增压器涡 轮的特殊工作环境，要求其耐高温、高压，一般在不低于750°C的工况下工作，对于高转速 (小型增压器最高可达250000r/min)涡轮叶片经常会会出现变形现象。②高温、高速时，涡 轮叶片经常出现飞裂失效。③要求涡轮重量轻，惯性矩小。这样可提高增压器的相应性，降 低柴油机的排放烟度。特别是车用增压器，要求增压器随柴油机转速变换而相应频繁变化， 而目前使用的镍基K418合金涡轮重量大，相应性不好，叶轮的惯性作用对油门骤时变化反 应迟缓，涡轮出现“滞后响应”，汽车提速慢、提速烟度大，④镍基K418合金等金属材质表面 经常成块积碳，在高速运转下动平衡失稳，另外，脱落下来的微小碳块在极高运转速度下高 速撞击涡轮叶片，使叶片断裂失效。陶瓷涡轮具有重量轻、强度高、抗高温氧化性能好、表面光洁度高，叶片表面不积 碳等特点，因此，选用氮化硅做基体材料，在氮化硅颗粒中加入金属元素钛和高熔点钨、钼、 铌、钽等金属元素，制成金属陶瓷，把金属粉末和陶瓷粉末搅拌均勻，引入助烧结的氧化铝材料，压成涡轮叶片的形状，在高温下烧结，由于烧结体中氮化硅晶体呈一致方向，大大提 高了其高强度与高韧性。从而得到一种具有金属韧性、耐高温抗氧化的新型陶瓷涡轮，这种 新型氮化硅陶瓷涡轮叶片既有常规氮化硅材料高强度、高导热系数和低膨胀系数等特性， 又在很大程度上克服了陶瓷固有的脆性，增加了金属的可塑性，具有高韧性、高耐磨防腐蚀 性能，可以在高强、高压等恶劣环境下工作。在柴油机涡轮增压器中，涡轮是最重要的、最关键的部件。整套涡轮增压器的效果 的优良与否，取决于涡轮的设计。涡轮增压器器通过涡轮的转动来增加压缩空气的密度，而 现有技术中要想获得较好的增压效果，必须采用重量轻、结构合理的涡轮。
发明内容本实用新型的日的在于提供一种耐高温、重量轻、惯性小、高寿命、结构合理的柴 油机增压器用涡轮。本实用新型的技术方案是包括涡轮的材料、结构、叶片、制作方法及连接方式。其 特征在于所述材料为陶瓷，所述叶片的横截面轮廓线为曲线，所述制作方法为烧结。本实用新型的技术方案还有所述陶瓷为氮化硅复相陶瓷。本实新型的技术方案还有所述连接方式为涡轮与涡轮轴制作成一个整体。本实用新型的技术方案还有所述结构形式为反力式。本实新型的技术方案还有所述叶片形状从叶根到叶顶，逐渐变薄。本实用新型的技术方案还有所述叶片的数目为11片。本实用新型的技术方案还有所述叶片弯曲形式为径向。本实用新型的技术方案还有所述曲线为渐开线曲线。本实用新型的技术方案还有所述烧结为热等静压烧结。该种柴油机增压器用涡轮结构合理，技术性能优良，由于采用比重小的氮化硅陶 瓷以及涡轮与涡轮轴做成一个整体的结构，消除了高温、高速时涡轮叶片飞裂现象，减轻了 涡轮的重量，减少惯性矩，提高了涡轮的寿命，同时涡轮叶片从叶根到叶顶，叶片逐渐变薄， 保证沿叶轮叶片各断面强度基本相等。
附图1是本实用新型所示的柴油机增压器用涡轮的主视图， 附图2足涡轮工作叶片的结构形式。
具体实施方式
结合附图，本设计的柴油机增压器用涡轮是用氮化硅陶瓷在热等静压下烧结而 成，它与涡轮轴做成一个整体，本实例中柴油机增压器用涡轮叶片共有11片，从附图1可以 看出叶片结构为反力式，弯曲形式为径向，从附图2中可以看出叶片从叶根到叶顶，逐渐变 薄，叶片的曲线为渐开线。当然，上述说明并非对本实用新型的限制，本实用新型也不仅限于上述举例，本技 术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属 于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种新型柴油机增压器用涡轮，包括结构、叶片及连接方式，其特征在于所述叶片 的横截面轮廓线为曲线。
2.按照权利要求1所述的新型柴油机增压器用涡轮，其特征在于所述结构为反力式。
3.按照权利要求1或2所述的新型柴油机增压器用涡轮，其特征在于所述连接方式 为涡轮与涡轮轴制作成一个整体。
4.按照权利要求1或2所述的新型柴油机增压器用涡轮，其特征在于所述叶片从叶 根到叶顶，逐渐变薄。
5.按照权利要求1或2所述的新型柴油机增压器用涡轮，其特征在于所述叶片的数 目为11片。
6.按照权利要求1或2所述的新型柴油机增压器用涡轮，其特征在于所述叶片形状 为径向弯曲。
7.按照权利要求1或2所述的新型柴油机增压器用涡轮，其特征在于所述曲线为渐 开线曲线。
专利摘要本实用新型公开了一种用于柴油机增压器设备上用的涡轮，它采用的技术方案是一种新型柴油机增压器用涡轮，包括涡轮的材料、结构、叶片、制作方法及连接方式。其特征在于所述材料为氮化硅陶瓷，所述叶片的横截面轮廓线为曲线，制作方法为烧结。该种柴油机增压器用涡轮结构合理，技术性能优良，由于采用比重小的氮化硅陶瓷以及涡轮与涡轮轴做成一个整体的结构，消除了高温、高速时涡轮叶片飞裂现象，减轻了涡轮的重量，减少惯性矩，提高了涡轮的寿命，同时涡轮叶片从叶根到叶顶，叶片逐渐变薄，保证沿叶轮叶片重量轻，效率高。
文档编号F01D5/02GK201908692SQ20102059828
公开日2011年7月27日 申请日期2010年11月10日 优先权日2010年11月10日
发明者于航海, 杨丽颖, 王守仁, 马茹 申请人:济南大学