一种复合动力轴径流压气机的制作方法

本发明涉及叶轮机和内燃机技术领域，特别涉及一种复合动力轴径流压气机。

背景技术：

内燃机属于往复式动力机械，运行范围较为宽广，而与内燃机匹配的涡轮增压器离心压气机属于旋转机械，其高效运行范围较窄。当增压器与发动机匹配在低工况时，发动机处于高工况则增压器离心压气机叶轮超速。当涡轮增压器与发动机匹配在中高工况时，发动机低工况则增压能力不足，发动机运行经济性差，扭矩不足，瞬态响应性差，这是涡轮增压发动机一直以来的缺点。

因而，许多新型增压技术应运而生，其中一种较好的方案为采用轴径流涡轮增压技术。传统的轴径流涡轮增压器是由航空涡轴发动机技术衍变而来的，其中包括轴径流压气机，即在径流式压气机前加一级轴流压气机，把高压比合理的分配到两级压气机上去，可以在低轮周速度下达到预期高压比，以满足低速扭矩和高工况高压比的要求。然而，由于该增压器的涡轮特性没有变，压气机端通过一根涡轮转轴带动轴流压气机和径流压气机，低工况瞬态响应性较差。

因此，如何满足增压器低工况的低速大扭矩、快速响应性、高增压压力的要求，同时保证高工况高压比，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复合动力轴径流压气机，能够满足增压器的低速大扭矩、快速响应性的要求，同时能够保证高工况高压比，且具有紧凑性和控制灵活等特点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种复合动力轴径流压气机，包括一级由电动机驱动的轴流压气机和一级由涡轮增压器驱动的径流压气机，所述轴流压气机与所述径流压气机沿轴向依次设置，所述轴流压气机连接于电动机，所述径流压气机连接于所述涡轮增压器的增压器主轴。

优选地，所述轴流压气机中沿轴向且朝向所述径流压气机的方向依次包括可调igv预旋导叶栅、一级轴流动叶栅和一级轴流静叶栅，所述可调igv预旋导叶栅、所述一级轴流动叶栅和所述一级轴流静叶栅依次连接，且所述轴流动叶栅连接于所述电动机。

优选地，所述径流压气机包括径流叶轮、叶轮罩、扩压器和压气机蜗壳，所述径流叶轮、所述扩压器、所述压气机蜗壳沿径向由内向外依次套设，所述叶轮罩罩设于所述径流叶轮的外侧且连接于所述压气机蜗壳，所述径流叶轮连接于所述增压器主轴。

优选地，所述可调igv预旋导叶的外壳、所述轴流静叶栅的外壳以及所述叶轮罩沿轴向依次设置，所述可调igv预旋导叶的外壳与所述轴流静叶栅的外壳之间在轴向上密封连接，所述轴流静叶栅的外壳与所述叶轮罩之间设有用于气体通过的通气间隙。

优选地，还包括流量扩大环，所述流量扩大环包括用于套设于所述可调igv预旋导叶的外壳外侧的环状的连接壁和绕周向设于所述连接壁内侧的叶片，所述叶轮罩包括沿径向由内向外依次设置的内环壁和外环壁，且所述内环壁和所述外环壁相连，所述内环壁与所述轴流静叶栅的外壳之间形成所述通气间隙，所述外环壁与所述连接壁密封连接，所述叶片、所述可调igv预旋导叶的外壳、所述轴流静叶栅的外壳、所述内环壁、所述外环壁、所述连接壁之间形成机匣防喘结构。

优选地，所述流量扩大环还包括套设于所述连接壁外侧的环状的支撑壁，所述支撑壁与所述压气机蜗壳固定连接，且所述支撑壁、所述压气机蜗壳、所述外环壁、所述连接壁之间形成用于散热的空腔。

本发明提供的复合动力轴径流压气机中，轴流压气机由电动机单独带动，径流压气机由增压器主轴带动。轴流压气机与径流压气机之间的气流匹配可以通过电动机的转速灵活调节。

发动机低工况时，涡轮增压器动力不足，转速降低，增压能力较弱。此时，通过电动机直接驱动轴流压气机实现增压，增压压力主要来源于轴流压气机，以满足发动机低工况增压压力的需求，同时，电动机驱动轴流压气机不受发动机工况影响，可以提高发动机快速响应性。发动机高工况时，轴流压气机通过电动机驱动实现一级增压，此时，涡轮增压器转速较高，通过增压器主轴带动径流压气机实现二级增压，以满足发动机高工况的高增压需求。

可见，此种复合动力轴径流压气机中，轴流压气机与径流压气机依次由电动机和增压器主轴分别驱动做功，能够满足增压器满足发动机的低速大扭矩、高增压压力和快速响应性需求，电动机驱动的轴流压气机控制更为灵活，可以使转速提高，增大进入径流压气机中的气流，同时，在高工况时可以实现二级增压，提高发动机高工况时所需的高增压压力，且具有紧凑性的优势，从而保证配备该复合动力轴径流压气机的增压器满足柴油机全工况的匹配需求。

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为本发明所提供复合动力轴径流压气机的轴向剖面图；

图2为本发明所提供复合动力轴径流压气机的爆炸图。

图1和图2中，1-电动机，2-可调igv预旋导叶，3-流量扩大环，31为连接壁，32为支撑壁，33-叶片，4-轴流动叶栅，5-轴流静叶栅，6-径流叶轮，7-叶轮罩，71为内环壁，72为外环壁，73为通气间隙，8-扩压器，9-压气机蜗壳。

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复合动力轴径流压气机，能够满足发动机的低速大扭矩、快速响应性、高增压压力的要求，同时能够保证高工况高压比。

请参考图1和图2，图1为本发明所提供复合动力轴径流压气机的轴向剖面图；图2为本发明所提供复合动力轴径流压气机的爆炸图。

本发明所提供复合动力轴径流压气机的一种具体实施例中，包括一级轴流压气机、一级径流压气机，轴流压气机与径流压气机沿轴向依次设置。其中，轴流压气机由电动机1驱动，轴流压气机连接于电动机1；径流压气机由涡轮增压器驱动，径流压气机连接于增压器主轴。此种复合动力轴径流压气机可以在内燃机的增压器中用于内燃机增压。其中，轴流压气机的中心转轴与径流压气机的中心转轴可以共线设置。轴流压气机与径流压气机之间的气流匹配可以通过电动机1的转速灵活调节。

需要说明的是，本文中的轴向、周向、径向以涡轮增压器的增压器主轴为基准，增压器主轴的延伸方向即为轴向。

发动机低工况时，涡轮增压器动力不足，径流压气机转速降低，增压能力较弱，此时，通过电动机1直接驱动轴流压气机实现增压，增压压力主要来源于轴流压气机，以满足发动机低工况增压压力的需求，同时，电动机1驱动轴流压气机不受发动机工况影响，可以提高发动机快速响应性。发动机高工况时，轴流压气机通过电动机1驱动实现一级增压，此时，涡轮增压器转速较高，通过增压器主轴带动径流压气机实现二级增压，以满足发动机高工况的高增压需求。

可见，此种复合动力轴径流压气机中，轴流压气机与径流压气机依次由电动机1和增压器主轴分别驱动，能够满足发动机的低速大扭矩、高增压压力和快速响应性需求，电动机1驱动的轴流压气机控制更为灵活，可以使转速提高，增大进入径流压气机中的气流，同时，在高工况时可以实现二级增压，提高发动机高工况时所需的高增压压力，且具有紧凑性的优势，从而保证配备该复合动力轴径流压气机的增压器满足柴油机全工况的匹配需求。

具体地，轴流压气机中沿轴向且朝向径流压气机的方向可以依次包括可调igv预旋导叶栅2、一级轴流动叶栅4和一级轴流静叶栅5，可调igv预旋导叶栅2、一级轴流动叶栅4和一级轴流静叶栅5依次连接，且轴流动叶栅4连接于电动机1，轴流动叶栅4由电动机1单独带动。

工作时，空气经可调igv预旋导叶2被吸入轴流动叶栅4中，轴流动叶栅4将机械能转化为压力能和动能，空气经轴流压气机压缩后，流入径流压气机中。

其中，可调igv预旋导叶2设于轴流压气机的进口处，可调igv预旋导叶2的导叶开度可以调节，在轴流压气机的进口处可以进行进气气流方向的调节，能够扩大压气机运行范围，有利于避免喘振和堵塞现象的出现。

具体地，径流压气机可以包括径流叶轮6、叶轮罩7、扩压器8和压气机蜗壳9，径流叶轮6、扩压器8、压气机蜗壳9沿径向由内向外依次套设，叶轮罩7罩设于径流叶轮6的外侧且连接于压气机蜗壳9，径流叶轮6连接于增压器主轴。其中，扩压器8具体可以为叶片扩压器也可以为无叶扩压器。

工作时，气体依次流经电动机1、可调igv预旋导叶2、轴流动叶栅4、轴流静叶栅5、径流叶轮6、扩压器8、压气机蜗壳9，然后送入发动机，该径流压气机能够在涡轮增压器的驱动下可靠运作。

具体地，可调igv预旋导叶2的外壳、轴流静叶栅5的外壳以及叶轮罩7可以沿轴向依次设置，可调igv预旋导叶2的外壳与轴流静叶栅5的外壳在轴向上密封连接，轴流静叶栅5的外壳与叶轮罩7之间可以设有用于气体通过的通气间隙73。在压气机转速降低时，气流可以从该通气间隙73中导出，增加叶轮进口的进气量，从而可以拓宽喘振边界。其中，通过对可调igv预旋导叶2的外壳的轴向长度的设置，可以使轴流动叶栅4也位于可调igv预旋导叶2的外壳内部。

进一步地，可调igv预旋导叶2的外壳与轴流静叶栅5的外壳之间可以固定连接，以便保证轴流静叶栅5的稳定安装。

在上述各个实施例的基础上，该复合动力轴径流压气机还可以包括流量扩大环3，流量扩大环3具体包括用于套设在可调igv预旋导叶2的外壳的外侧的连接壁31和绕周向设置在连接壁31的内侧的叶片，连接壁31呈环状，即叶片设置在可调igv预旋导叶2的外壳与连接壁31之间。叶轮罩7包括沿径向由内向外依次设置的内环壁71和外环壁72，且内环壁71和外环壁72相连，内环壁71与外环壁72具体可以连接形成凹槽。内环壁71与轴流静叶栅5的外壳之间即形成通气间隙73，外环壁72与连接壁31密封连接。叶片、可调igv预旋导叶2的外壳、轴流静叶栅5的外壳、内环壁71、外环壁72与连接壁31之间形成机匣防喘结构。

当复合动力轴径流压气机处于大流量工况时，一部分气体可以进入可调igv预旋导叶2的外壳、轴流静叶栅5的外壳、内环壁71、外环壁72与连接壁31之间的环形空间(即机匣防喘结构)中，并由通气间隙73辅助进气，复合动力轴径流压气机内的流量可以有少量扩大；当复合动力轴径流压气机处于小流量工况时，进入轴径流压气机的空气变少，径流叶轮6内部气流分离增强，在径流叶轮6内部逆压梯度作用下空气会倒流，此时，气流可以从通气间隙73中流出，并从上述环形空间中流出，从而在一定程度上增大叶轮进口的进气量，改善径流叶轮分析现象，从而拓展喘振边界。

进一步地，流量扩大环3还可以包括套设于连接壁31的外侧的支撑壁32，支撑壁32呈环状，支撑壁32与压气机蜗壳9固定连接，且支撑壁32、压气机蜗壳9、外环壁72、连接壁31之间形成用于散热的空腔。支撑壁32连接于压气机蜗壳9，可以提高流量扩大环3的连接强度，同时提高该复合动力轴径流压气机的整体强度，同时，该空腔的设置可以增大复合动力轴径流压气机与空气的接触面积，有利于散热。

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复合动力轴径流压气机进行了详细介绍。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。