一种同心组合双转子废气涡轮增压系统结构的制作方法

本发明属于涡轮增压技术领域，尤其是涉及一种同心组合双转子废气涡轮增压系统结构。

背景技术：

废气涡轮增压器是利用发动机排出废气的能量驱动来压缩新鲜空气到气缸内，在相同发动机排量条件下，增加发动机进气量，来匹配发动机喷射更多的燃油，使其充分燃烧，达到提高功率的目的，目前在汽油机、柴油机等活塞式内燃机上得到广泛的应用。

随着发动机功率密度的强化和排放法规的日趋严格，单级增压已无法满足发动机的全地域环境的工作需求，常规的单级增压压比低，其压比提高会带来流量范围窄、可靠性裕度下降的问题；

因此，出现了二级(或多级)可调增压系统，通过调节实现对多台增压器的串、并联组合，达到高压比和宽流量范围的目的，但由于采用多台增压器，同时也带来了重量增加、体积庞大、系统总效率低、单涡双压流量范围窄、管路布置复杂等突出的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种同心组合双转子废气涡轮增压系统结构，利用同心轴将两组压气机叶轮和涡轮进行组合，设计合理的进气和排气通道，使用旁通结构进行调节，从而同时实现结构紧凑、压比高和流量范围宽的优点。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种同心组合双转子废气涡轮增压系统结构，包括通过同心轴连接在一起的双压气机叶轮与双涡轮，形成两级废气涡轮增压结构；

所述双压气机叶轮分别为低压级压气机叶轮和高压级压气机叶轮，所述双涡轮分别为高压级涡轮和低压级涡轮，所述低压级压气机叶轮和低压级涡轮构成低压级涡轮-压气机结构，所述高压级压气机叶轮和高压级涡轮构成高压级涡轮-压气机结构。

进一步的，所述高压级涡轮采用径流式或混流式，所述低压级涡轮采用轴流式。

进一步的，所述高压级涡轮-压气机结构安装在同心轴上低压级涡轮-压气机结构的内侧形成高压级居内布置结构；或者，所述高压级涡轮-压气机结构安装在同心轴上低压级涡轮-压气机结构的外侧形成高压级居外布置结构。

进一步的，所述低压级压气机叶轮和高压级压气机叶轮采用离心式，且低压级压气机叶轮和高压级压气机叶轮同向布置或者背向布置。

进一步的，所述同心轴包括内轴和外轴，所述内轴为实心轴，外轴为空心轴，且套装在内轴外侧；所述双压气机叶轮与双涡轮通过内轴和外轴组合在一起，实现同轴不同速，相互耦合运动。

进一步的，所述外轴通过外轴轴承安装在增压系统结构内部，所述外轴轴承为浮动轴承或滚珠轴承；所述内轴通过内轴轴承安装在增压系统结构内部，内轴轴承为滚珠轴承，且内轴轴承设置在增压系统结构整体的内侧或中部或外侧。

进一步的，所述低压级压气机叶轮端通道设有压气机端低压级旁通阀，所述高压级压气机叶轮端通道设有压气机端高压级旁通阀；所述高压级涡轮端通道设有涡轮端高压级旁通阀，所述低压级涡轮端通道设有涡轮端低压级旁通阀；

当压气机端低压级旁通阀和涡轮端低压级旁通阀关闭，压气机端高压级旁通阀和涡轮端高压级旁通阀打开时，则低压级涡轮-压气机结构单独工作；

当压气机端高压级旁通阀和涡轮端高压级旁通阀关闭，压气机端低压级旁通阀和涡轮端低压级旁通阀打开时，则高压级涡轮-压气机结构单独工作；

当压气机端低压级旁通阀、涡轮端低压级旁通阀、压气机端高压级旁通阀和涡轮端高压级旁通阀四个旁通阀均关闭时，两级废气涡轮增压结构同时工作，并实现串联进气，两级增压。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明利用同心轴将两组压气机叶轮和涡轮进行紧密组合，两个增压器可以实现同轴不同速，相互组合运动，双压气机叶轮与双涡轮通过调节系统实现串联或并联进气，达到提高压比、拓宽工作范围以及提高结构紧凑性的目的。

本发明利用同心轴将两组压气机叶轮和涡轮进行紧密组合，设计合理的进气和排气通道，使用旁通结构进行调节，从而同时实现结构紧凑、压比高和流量范围宽；可以与多种型号的军用发动机进行匹配，并有效的提高发动机的功率密度。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的高压级居内压气机叶轮同向轴承内置方案示意图；

图2为本发明的高压级居内压气机叶轮同向轴承中置方案示意图；

图3为本发明的高压级居内压气机叶轮同向轴承外置方案示意图；

图4为本发明的高压级居内压气机叶轮背向轴承内置方案示意图；

图5为本发明的高压级居内压气机叶轮背向轴承中置方案示意图；

图6为本发明的高压级居内压气机叶轮背向轴承外置方案示意图；

图7为本发明的高压级居外压气机叶轮同向轴承内置方案示意图；

图8为本发明的高压级居外压气机叶轮同向轴承中置方案示意图；

图9为本发明的高压级居外压气机叶轮同向轴承外置方案示意图；

图10为本发明的高压级居外压气机叶轮背向轴承内置方案示意图；

图11为本发明的高压级居外压气机叶轮背向轴承中置方案示意图；

图12为本发明的高压级居外压气机叶轮背向轴承外置方案示意图；

附图标记说明(以图1为例)：

1-压气机端高压级旁通阀；2-低压级压气机叶轮；3-内轴；4-压气机端低压级旁通阀；5-内轴轴承；6-高压级压气机叶轮；7-外轴轴承；8-外轴；9-涡轮端高压级旁通阀；10-高压级涡轮；11-低压级涡轮；12-涡轮端低压级旁通阀。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明同心组合双转子废气涡轮增压系统结构，包括通过同心轴连接在一起的双压气机叶轮与双涡轮，形成两级废气涡轮增压结构；所述双压气机叶轮分别为低压级压气机叶轮2和高压级压气机叶轮6，所述双涡轮分别为高压级涡轮10和低压级涡轮11，所述低压级压气机叶轮2和低压级涡轮11构成低压级涡轮-压气机结构，所述高压级压气机叶轮6和高压级涡轮10构成高压级涡轮-压气机结构。

所述高压级涡轮-压气机结构安装在同心轴上低压级涡轮-压气机结构的内侧形成高压级居内布置结构；或者，所述高压级涡轮-压气机结构安装在同心轴上低压级涡轮-压气机结构的外侧形成高压级居外布置结构。所述高压级涡轮-压气机结构居外布置时，进气通道比较简单合理；居内布置时，则实现小轮用小轴，大轮用大轴，机械效率较高。

所述低压级压气机叶轮2和高压级压气机叶轮6采用离心式，且低压级压气机叶轮2和高压级压气机叶轮6可采取同向布置或者背向布置。若两级叶轮同向布置，则气流通道比较简单；若两级叶轮背向布置，则结构比较紧凑。

所述同心轴包括内轴3和外轴8，所述内轴3为实心轴，外轴8为空心轴，且套装在内轴3外侧；所述双压气机叶轮与双涡轮通过内轴3和外轴8组合在一起，实现同轴不同速，相互耦合运动。

如图1至6所述，高压级涡轮-压气机结构居内布置时，低压级压气机叶轮2和低压级涡轮11直接套设至内轴3上，高压级压气机叶轮6直接套设至外轴8上，高压级涡轮10摩擦焊接至外轴8上；

如图7至12所述，高压级涡轮-压气机结构居外布置时，高压级压气机叶轮6和高压级涡轮10直接套设至内轴3上，低压级压气机叶轮2直接套设至外轴8上。

所述外轴8通过外轴轴承7安装在增压系统结构内部，所述外轴轴承7可采用浮动轴承或滚珠轴承，其外部与增压器轴承体之间形成支撑(轴承体未在图中画出)；所述内轴3通过内轴轴承5安装在增压系统结构内部，内轴轴承5为滚珠轴承，且内轴轴承5通过设置在增压系统结构的内侧或中部或外侧，实现内轴3在废气涡轮增压系统结构整体的内置或中置或外置布置结构。

若内轴轴承5内置，则其工作转速为外轴8和内轴3的相对转速，此时可在低压级涡轮11前加导流叶片，使外轴8和内轴3同向转动，以降低内轴轴承5的工作转速；若内轴轴承5中置，则其工作转速为内轴3的绝对转速，此时可省去导流叶片装置；若内轴轴承5外置，则便于维修。内置轴承5内置即布置在高低压级叶轮以内，中置即布置在高低压级叶轮之间，外置即布置在高低压级叶轮以外。

所以，根据高压级涡轮-压气机结构的两种布置结构(居内和居外)，两级压气机叶轮的两种布置结构(同向和背向)，还有内轴3的3中布置结构(内置、中置或外置)，不同的组合共形成12种布置结构，分别如图1至图12所示。

所述低压级压气机叶轮2端通道设有压气机端低压级旁通阀4,旁通阀导通的为其连接的两侧之间的气流通道，其打开之后，则其导通的叶轮将由于气流旁通而不能工作，各旁通阀有独立的控制执行机构，可以实现单独控制，所述高压级压气机叶轮6端通道设有压气机端高压级旁通阀1；所述高压级涡轮10端通道设有涡轮端高压级旁通阀9，所述低压级涡轮11端通道设有涡轮端低压级旁通阀12；

当压气机端低压级旁通阀4和涡轮端低压级旁通阀12关闭，压气机端高压级旁通阀1和涡轮端高压级旁通阀9打开时，则低压级涡轮-压气机结构单独工作；

当压气机端高压级旁通阀1和涡轮端高压级旁通阀9关闭，压气机端低压级旁通阀4和涡轮端低压级旁通阀12打开时，则高压级涡轮-压气机结构单独工作；

当压气机端低压级旁通阀4、涡轮端低压级旁通阀12、压气机端高压级旁通阀1和涡轮端高压级旁通阀9四个旁通阀均关闭时，两级废气涡轮增压结构同时工作，并实现串联进气，两级增压。

所述高压级涡轮10采用径流式或混流式，所述低压级涡轮11采用轴流式，这种结构气流通道简单合理，废气能量利用率较高。

本发明的两级废气涡轮增压结构，由于具备结构紧凑、压比高、流量范围宽的优点，可以与多种型号的军用发动机进行匹配，并有效的提高发动机的功率密度。当发动机运行在高海拔工况时，需要增压系统提供较高的进气压比，此时压气机端低压级旁通阀4、涡轮端低压级旁通阀12、压气机端高压级旁通阀1和涡轮端高压级旁通阀9均关闭，系统串联进气，实现两级增压，从而提高了进气压比；根据工况需求，打开压气机端高压级旁通阀1和涡轮端高压级旁通阀9，关闭压气机端低压级旁通阀4、涡轮端低压级旁通阀12，则实现低压级涡轮-压气机结构单独工作；根据工况需求，打开压气机端低压级旁通阀4、涡轮端低压级旁通阀12，关闭压气机端高压级旁通阀1和涡轮端高压级旁通阀9，则实现高压级涡轮-压气机结构单独工作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。