一种紧凑型两级涡轮机的制作方法

本发明涉及内燃机增压技术领域，特别涉及一种紧凑型两级涡轮机。

背景技术：

近年来，随着能源价格的上涨以及不可再生资源的日益紧缺，节能成为一个国家能够可持续发展的关键因素。如果不优化传统的能源利用方式，不能使资源更有效的利用，就会使整个资源环境加剧恶化，并且造成能源的迅速枯竭。

涡轮增压器是内燃机的重要部件之一，所有的柴油机及部分汽油机、气体发动机都配备了涡轮增压器，随着增压技术的不断革新，增压器的配机量将会越来越多。随着应用环境的日益复杂以及排放法规的要求日趋严格，传统的涡轮增压器面临严峻的挑战，对涡轮增压器的废气利用率的要求也越来越高。

涡轮增压器的压比是影响涡轮增压器的废气利用率的一个重要的参数，通常提高压比的方法是采用串联两个涡轮增压器来实现，但这种方法会产生一系列的问题，使得增压系统体积庞大、结构复杂、成本和故障率较高。

因此，如何在提高涡轮增压器的压比的同时保证涡轮增压器的结构紧凑，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种紧凑型两级涡轮机，其回收内燃机废气能量率较高且结构紧凑。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种紧凑型两级涡轮机，包括涡轮轴、沿轴向依次固定套设于所述涡轮轴上的一级涡轮和二级涡轮、以及罩设于所述一级涡轮与所述二级涡轮的外侧的机壳，所述一级涡轮的进口处设有径向喷嘴环，所述二级涡轮的进口处设有轴向喷嘴环，所述轴向喷嘴环与所述一级涡轮之间设有级间导向罩，所述级间导向罩与所述机壳的内壁之间形成用于引导废气进入所述轴向喷嘴环的导向通道，所述一级涡轮为径流涡轮或混流涡轮，所述二级涡轮为轴流涡轮。

优选地，所述导向通道的径向截面面积由进气侧向出气侧渐缩。

优选地，所述一级涡轮与所述涡轮轴为一体件。

优选地，所述涡轮轴的中部径向凸出有安装凸台，所述二级涡轮的中间通孔由所述涡轮轴的一端套入所述涡轮轴并通过锁紧螺母连接于所述安装凸台的一轴向端面上。

优选地，还包括用于废气的导向和收集的排气壳，所述排气壳上设有轴承座，所述轴承座通过滚动轴承连接于所述涡轮轴的端部的轴颈上，所述排气壳连接有排气壳端盖，所述排气壳端盖能够与所述涡轮轴上连接于所述轴颈的台阶面共同限定所述滚动轴承的轴向位移。

优选地，所述轴向喷嘴环上沿径向由内向外依次设有内法兰和外法兰，所述内法兰连接于所述级间导向罩上的导向罩法兰，所述排气壳上设有第一法兰和第二法兰，所述第一法兰、所述外法兰连接于所述机壳，所述第二法兰连接外部排气管道。

优选地，所述级间导向罩与所述一级涡轮之间设有间隙。

本发明提供的紧凑型两级涡轮机中，在同一涡轮轴上设置一级涡轮和二级涡轮。使用时，废气从机壳上的机壳进气口进入机壳内部，径向喷嘴环与机壳内壁共同形成缩减通道，使废气膨胀加速后进入一级涡轮，径流涡轮或混流涡轮为第一级回收废气功部件，废气在一级涡轮膨胀做功后进入导气通道，导气通道能够引导废气顺利进入下一级的轴向喷嘴环，经过轴向喷嘴环加速后的废气进入二级涡轮，然后从二级涡轮的出口排出。

此种紧凑型两级涡轮机的两个涡轮驱动同一根轴，废气经过两级涡轮做功后将输出有效功全部提供给压气机，从而可以使压气机获得更多的能量，提高涡轮增压器的压比，废气利用率较高，同时，一级涡轮、二级涡轮设置于同一个机壳中，结构较为紧凑，能够减小占用空间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供紧凑型两级涡轮机的结构示意图；

图2为本发明所提供涡轮轴的结构示意图；

图3为本发明所提供级间导向罩的结构示意图；

图4为本发明所提供轴向喷嘴环的结构示意图；

图5为本发明所提供轴流涡轮的结构示意图；

图6为本发明所提供排气壳的结构示意图；

图7为本发明所提供紧凑型两级涡轮机的剖视图。

图1至图7中，1-机壳，2-径向喷嘴环，3-涡轮轴，4-级间导向罩，5-轴向喷嘴环，6-二级涡轮，7-锁紧螺母，8-排气壳，9-滚动轴承，10-机壳进气口，11-一级涡轮，12-内法兰，13-外法兰，14-导向罩法兰，15-轴承座，16-轴颈，17-排气壳端盖，18-安装凸台，19-第一法兰，20-第二法兰。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种紧凑型两级涡轮机，其回收内燃机废气能量率较高且结构紧凑。

请参考图1至图7，图1为本发明所提供紧凑型两级涡轮机的结构示意图；图2为本发明所提供涡轮轴的结构示意图；图3为本发明所提供级间导向罩的结构示意图；图4为本发明所提供轴向喷嘴环的结构示意图；图5为本发明所提供轴流涡轮的结构示意图；图6为本发明所提供排气壳的结构示意图；图7为本发明所提供紧凑型两级涡轮机的剖视图。

本发明所提供紧凑型两级涡轮机的一种具体实施例中，包括涡轮轴3、沿轴向依次固定套设于涡轮轴3上的一级涡轮11和二级涡轮6、以及罩设于一级涡轮11与二级涡轮6的外侧的机壳1，一级涡轮11的进口处设有径向喷嘴环2，二级涡轮6的进口处设有轴向喷嘴环5，轴向喷嘴环5与一级涡轮11之间设有级间导向罩4，级间导向罩4与机壳1的内壁之间形成用于引导废气进入轴向喷嘴环5的导向通道，一级涡轮11为径流涡轮或混流涡轮，二级涡轮6为轴流涡轮。其中，轴流涡轮的轮盘直径通常会大于径流涡轮与混流涡轮的出口内径，所以级间导向罩4靠近一级涡轮11的直径小于靠近二级涡轮6的直径。级间导向罩4的一端外形尺寸与一级涡轮11的出口轮廓尺寸相一致，另一端的外形尺寸与轴向喷嘴环5的入口轮廓尺寸相一致。

废气从机壳1上的机壳进气口10进入机壳1内部，径向喷嘴环2与机壳1内壁共同形成缩减通道，使废气膨胀加速后进入一级涡轮11，径流涡轮或混流涡轮为第一级回收废气功部件，废气在一级涡轮11膨胀做功后进入导气通道，导气通道能够引导废气顺利进入下一级的轴向喷嘴环5，经过轴向喷嘴环5加速后的废气进入二级涡轮6，然后从二级涡轮6的出口排出。

可见，此种紧凑型两级涡轮机通过在同一涡轮轴3上设置一级涡轮11和二级涡轮6，此两个涡轮驱动同一根轴，废气经过两级涡轮做功后将输出有效功全部提供给压气机，从而可以使压气机获得更多的能量，提高涡轮增压器的压比，废气利用率较高，同时，一级涡轮11、二级涡轮6设置于同一个机壳1中，结构较为紧凑，能够减小占用空间。

其中，为了保证废气顺利地进入轴向喷嘴环5，级间导向罩4的轴向长度不应过短，应使废气进入轴向喷嘴环5之前的速度方向尽可能沿着轴向。级间导向罩4与轴向喷嘴环5、一级涡轮11之间的连接处要光滑，不应有台阶出现，以避免气流碰撞损失。

具体地，导气通道的径向截面可以为围绕涡轮轴3的环形面，且径向截面面积可以由进气侧向出气侧渐缩，以保证废气在顺压条件下流动。其中，对于导气通道，靠近一级涡轮11的一侧为进气侧，靠近二级涡轮6的一侧为出气侧。

具体地，一级涡轮11与涡轮轴3可以为一体件，以保证一级涡轮11与涡轮轴3之间能够可靠地同步运转。当然，一级涡轮11也可以通过摩擦焊或者其他方式与涡轮轴3联成一体。

具体地，涡轮轴3的中部可以径向凸出有安装凸台18，二级涡轮6的中间通孔由涡轮轴3的一端套入涡轮轴3并通过锁紧螺母7连接于安装凸台18的一轴向端面上。拧紧锁紧螺母7后可以限制二级涡轮6的轴向运动，同时，锁紧螺母7的周向支撑力可以使二级涡轮6随着涡轮轴3共同做周向运动。安装凸台18的设置可以方便二级涡轮6与涡轮轴3之间的安装固定。

在上述各个实施例的基础上，该紧凑型两级涡轮机中还可以包括用于废气的导向和收集的排气壳8，排气壳8上设有轴承座15，该轴承座15通过滚动轴承9连接于涡轮轴3的端部的轴颈16上。由于轴流涡轮的轮盘较重，不能设计为悬臂式结构，所以在排气壳8中设置一个轴承座15，滚动轴承9的内圈安装在涡轮轴3的轴颈16的外周面上，该滚动轴承9的外圈安装在轴承座15中，通过滚动轴承9来支撑涡轮轴3，同时，采用滚动轴承9进行连接，维护方便，工作可靠，起动性能好。排气壳8连接有排气壳端盖17，具体可以通过螺栓相连接。排气壳端盖17能够与涡轮轴3上连接于轴颈16的台阶面共同限定滚动轴承9的轴向位移，即轴颈16与该涡轮轴3的主体之间形成台阶面，排气壳端盖17与该台阶面分别位于滚动轴承9的轴向的两侧，排气壳端盖17可以对滚动轴承9进行密封与固定。

进一步地，涡轮轴3可以为只包括一个台阶面的阶梯轴，该台阶面将涡轮轴3分为大径段和小径段，小径段即为轴颈16，一级涡轮11、二级涡轮6可以均设置在大径段上，而滚动轴承9设置在小径段上，且大径段的直径大于滚动轴承9的内圈直径，该台阶面可以对滚动轴承9进行轴向定位。当然，台阶面的数量也可以根据需要进行其他设置。

具体地，轴向喷嘴环5上沿径向由内向外可以依次设有内法兰12和外法兰13，该内法兰12连接于级间导向罩4上的导向罩法兰14，排气壳8上设有第一法兰19和第二法兰20，第一法兰19、外法兰13连接于机壳1，即沿着轴向，机壳1、外法兰13和第一法兰19依次设置并连接在一起，第二法兰20连接外部排气管道。其中，机壳1的一端连接轴向喷嘴环5，另一端可以通过法兰固定于轴承壳上。各部件之间通过法兰结构连接，有利于提高装拆的便捷性，进而便于维修工作的顺利进行。

具体地，级间导向罩4与一级涡轮11之间可以设有间隙，以避免一级涡轮11被刮伤，保证涡轮安全运行。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的紧凑型两级涡轮机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。