一种具有压力自补偿的分体式动力涡轮结构的制作方法

本发明涉及分体式动力涡轮结构技术领域，具体涉及一种具有压力自补偿的分体式动力涡轮结构。

背景技术：

动力涡轮单元是一种将内燃机废气能量转换为机械能的装置，通常安装在发动机排气端，利用发动机废气的余压驱动涡轮旋转，再通过减速装置减速使动力能够用作机械能输出或发电，提高了内燃机的能量效率。动力涡轮技术出现时间比较长，但是由于与发动机匹配的效果以及成本及制造的难度等因素影响了这项技术的实施，目前国内尚无成熟产品，国外也只有零星机型才使用。

中国国家知识产权局公开一个申请号为cn201611044480.7的发明专利，该方案包括涡壳，所述涡壳的一侧端面内部固定安装有导向轮，所述导向轮后端设置有涡轮，所述涡轮通过浮动轴承及止推轴承支撑安装在涡壳内部，所述涡轮主轴末端通过过盈配合安装有涡轮输出齿轮，涡轮输出齿轮通过锁紧螺母锁紧固定，所述涡轮的主轴上还套装有第一活塞环和第二活塞环，所述第一活塞环和第二活塞环配套涡壳中间腔室内压缩空气形成气动密封。此装置能够将内燃机的废气进行充分的利用，而且采用气动密封降低了密封成本且提高了密封装置的可靠性，可有效解决传统动力涡轮烧机油和结碳问题，采用一体铸造成型工艺，降低了成本。

但是经过分析后发现，但是采用该结构会存在以下问题：

第一，该方案中一体式涡轮壳是通入压缩空气将废气区与机油区隔离，减少机油的温升，该空腔也是增加铸造难度的地方。

第二，结合该附图中分析了因周圈复杂的气道空腔，至少需要采用约6个气道工艺孔来支撑砂型，保证铸造的稳定性，这种结构加大模具的复杂性，并容易出现缩松、铸孔等缺陷。

第三，由于复杂的铸造和加工工艺使得该产品出现差异化，难以借用现有铸造设备、加工机床，需要的生产成本大大加大；产品在不同机型进行拓展时，因连接、空间排布、角度不可调整等问题，使用模具不能借用，需要新做全套模具，产品通用性差等缺点，成本居高不下。

第四，模具设计复杂，模具成本高，并且存在铸造难度大，成品率低，涡轮壳毛坯成本高，对铸造工艺、水平提出了很高的要求；对一体式结构加工工艺进行分析，壳体轴向尺寸长，刀具、工装设计费用加大，同时不易保证中间壳部分的尺寸精度，出现每一个尺寸的缺陷就会导致整体结构的报废，毛坯及加工废品率高，导致总体成本高。

中国国家知识产权局公开一个专利号为zl201280076934.2的发明专利，该方案包括涡轮机壳体，排气管道，具有位于所述排气管道内的叶片的涡轮机轮，刚性地连接到所述涡轮机轮且以可旋转方式支撑在所述壳体内的轴，和油密封系统。该油密封系统包括位于涡轮机轮附近的密封设备，用于防止油从所述涡轮机壳体沿着所述轴泄漏到所述排气管道。该油密封系统还包括缓冲气体管道，该缓冲气体管道被布置为将排气从所述排气管道供给到所述密封设备，以对所述密封设备加压。

但是经过分析后发现，但是采用该结构会存在以下问题：

第一，结构复杂，除内缓冲气体管道壁和外缓冲气体管道壁外，还需要紧固件、平坦盘、导向销等零部件，使得动力涡轮轴向尺寸加长，安装繁琐，另外制造成本高。

第二，因结构排布复杂，进行小排量发动机的排布时，不能实现产品的紧凑型设计而无法进行整车试验。

第三，涡端密封结构定位配合设计不合理，内缓冲气体管道壁和外缓冲气体管道壁都是冲压件，直径有一定公差，配合如果依靠直径方向，会有难度，整个设计配合关系繁琐。

第四，缓冲气体是流动的，不能形成稳定的压力，不能有效防止润滑油的渗出，密封效果存在风险，易导致增压器出现假性漏油等问题。

第五，还需连接外部空气压缩机对其进行提供加压空气，还需对该加压空气进行压力调节，由此不仅提高组件的数量，还提高了燃料消耗和成本。

第六，该装置中的分体式设计，再实际使用过程中，由于废气的温度较高，使得废气的温度会被传导进内部的轴承组件上，造成轴承组件的热膨胀，使得出现漏油的现象。

由上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种具有压力自补偿的分体式动力涡轮结构，用以解决传统技术中的分体式蜗轮的外接气源，需对其进行管路部件的设计及压力调节；易将废气温度传导进内部轴承组件中；及流动的气体，无法有效防止润滑油的渗出；整体式涡轮涉及部件多，安装繁琐；铸造模具不能借用，需要新做全套模具，产品通用性差的问题。

为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

一种具有压力自补偿的分体式动力涡轮结构，包括设置于涡轮壳与中间壳之间用以将涡轮自身产生的废气对润滑油进行压力平衡的隔热组件。

作为一种改进的方案，所述中间壳与隔热组件之间还设有用以防止废气热量向内部辐射的密闭空腔。

作为一种改进的方案，所述隔热组件设有用以平衡润滑油压力的平衡通道。

作为一种改进的方案，所述隔热组件包括套装设置的内层隔热罩与外层隔热罩，并通过内层隔热罩与外层隔热罩之间形成所述平衡通道。

作为一种改进的方案，所述中间壳转动套装于涡轮转子上，且涡轮转子与中间壳之间并列设有两个密封环。

作为一种改进的方案，所述平衡通道的一端连通涡轮产生的废气，另一端连通于两个所述密封环之间。

作为一种改进的方案，所述涡轮壳和所述中间壳沿轴向方向对接设置，且所述隔热组件夹持于涡轮壳和中间壳之间。

作为一种改进的方案，所述外层隔热罩上开设有将废气引导至平衡通道内的通道孔，所述中间壳处于两个密封环之间的区域开设有将平衡通道内的废气排出的环形气孔。

作为一种改进的方案，两个所述密封环包括用以形成气封的第一密封环和形成油封的第二密封环，所述第二密封环的对接口为搭口结构。

作为一种改进的方案，所述涡轮壳和所述中间壳的相对位置通过压板进行固定。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

无需从外部空气压缩机等供给任何加压空气；不需要主动的气流和压力控制；省略外部供气管路的设计组装；并且仅要求非常少的加压空气，由此降低了燃料消耗和成本；气源输出能够靠自身维持，因此更可靠，且允许发动机的简化组装；对废气产生的热量进行阻挡，防止其对内部组件的热辐射，保证内部组件的正常运行；通用性好，适用于各种动力涡轮系统，尤其适用于动力涡轮排气背压较高的机型；将动力涡轮总成的中间体、涡轮壳采用分体式设计；中间壳、涡轮壳的毛坯是分别铸造，模具结构降低，铸造成品率高；同时减少了因某一特征出现铸造缺陷导致整体结构的报废，从毛坯及加工的成本都大为降低；通常动力涡轮供应商会面对多客户，发动机排量、功率及后处理策略诸多不同，动力涡轮的转子、导向轮尺寸会有很大差异，与之配合的涡轮壳尺寸也会有同样差异；这些发动机的结构排布也都有差异，在进行产品变形时，可以通过更改涡轮转子、隔热罩、涡轮壳参数进行组合使用，实现产品变形及多方案的验证；减少了模具数量，减少了因不同外观引起的加工工装、刀具成本，从而减少了制作成本及制作周期；在匹配验证阶段，可缩短动力涡轮验证周期，快速响应客户需求；在量产阶段，因毛坯结构简单，铸造缺陷风险小，生产效率提高，增加产品的利润率；采用气动密封降低了密封成本且提高了密封装置的可靠性，使得动力涡轮的大规模推广使用成为了可能；并且对工作环境要求不高，使用和维护方便；结构简单，使用寿命长；结构简单，工作稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明环形气孔的结构示意图；

图3为本发明的两个密封环的结构示意图；

图中：1-涡轮壳，2-外层隔热罩，3-内层隔热罩，4-环形气孔，5-导向轮，6-涡轮转子，7-第一密封环，8-第二密封环，9-压板，10-耐热螺栓，11-中间壳，12-转子轴，13-驱动齿轮，14-平衡通道，15-通道孔；16-密闭空腔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1至图3所示，具有压力自补偿的分体式动力涡轮结构，包括设置于涡轮壳1与中间壳11之间用以将涡轮自身产生的废气对润滑油进行压力平衡的隔热组件。

隔热组件设有用以平衡润滑油压力的平衡通道14。

衡通道的一端连通涡轮产生的废气，另一端连通于两个密封环之间。

两个密封环包括用以形成气封的第一密封环7和形成油封的第二密封环8。

第二密封环8的对接口为搭口结构，开口为交错的迷宫式缝隙，可进一步减少润滑油的泄漏。

隔热组件包括套装设置的内层隔热罩3与外层隔热罩2，并通过内层隔热罩3与外层隔热罩2之间形成平衡通道14。

外层隔热罩2上开设有将废气引导至平衡通道14内的通道孔15，中间壳11处于两个密封环之间的区域开设有将平衡通道14内的废气排出的环形气孔4，环形气孔4与平衡通道14之间还设有工艺连接孔。流速降低，稳压后的废气进入密封环之间，与中间壳11内的润滑油进行平衡。

中间壳11与隔热组件之间还设有用以防止废气热量向内部辐射的密闭空腔16。

中间壳11转动套装于涡轮转子6上，且涡轮转子6与中间壳11之间并列设有两个密封环。

涡轮壳1和中间壳11沿轴向方向对接设置，且隔热组件夹持于涡轮壳1和中间壳11之间。

涡轮壳1和中间壳11的相对位置通过压板9进行固定。

从涡轮增压器排出的废气经动力涡轮机导向轮5到轴向涡轮转子6。在动力涡轮机的入口和出口之间，排气具有的压力和温度降低，该部分能量被轴向涡轮转子6转化为动能，此动能经由转子轴12、驱动齿轮13、液力耦合器、减速器转化为到发动机曲轴的机械能再次进行能量的输出。

本方案将动力涡轮总成的中间体、涡轮壳11采用分体式设计，中间壳11、涡轮壳1之间有双侧隔热罩，减少高温废气对中间体的热辐射。中间壳11与涡轮壳1是使用压板9和耐热螺栓10紧固。中间壳11、涡轮壳1的毛坯是分别铸造，可以借用增压器壳体的铸造生产线进行铸造；加工、装配工艺与增压器也相近，可以借用增压器壳体的加工生产线进行加工、装配；单层隔热罩采用单层结构，一体成型。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。