一种减少热应力的涡轮箱结构的制作方法

本发明属于车用涡轮增压器领域，尤其涉及一种减少热应力的涡轮箱结构。

背景技术：

废气涡轮增压器是利用发动机排出的废气能量进行增压的一种机械装置，它利用发动机的废气能量驱动涡轮箱内的涡轮旋转，涡轮带动同轴的压气机叶轮工作，新鲜空气经空气滤清器进入压气机，压气机叶轮旋转压缩新鲜空气达到增压的效果。单位体积内的空气量增大使得燃料燃烧更加充分，功率提高、燃油消耗率降低，同时减少了尾气的排放。

增压器涡轮箱直接与发动机排气管相连，工作时处于高温、高压、高速运转工况，工作环境非常恶劣，排气温度范围约650℃-1000℃。随着发动机启动、怠速、运行、停机等不同的运行工况，加之冷热交替变换的工作环境，这其中就包括高温废气与涡轮箱之间的流固对热传热，涡轮箱与轴承体之间的固固导热以及流固耦合边界的共轭传热等复杂的传热过程，使得涡轮箱在高温交变热负荷条件下容易产生热应力尤其是喉口部位容易产生热应力，由此引起的裂纹破坏更是涡轮箱最常见的失效模式之一，从而影响着涡轮箱的可靠性，很大程度上降低了增压器的使用寿命。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决针对涡轮箱因机械热应力高而导致的失效问题，尤其是针对由于涡轮箱工作温度高，而喉口处恰处于流体运行的高温区域，因温度分布不均匀产生热应力，致使喉口位置容易产生裂纹，从而影响增压器的可靠性的减少热应力的涡轮箱结构。该涡轮箱结构可以规避因热应力集中造成的喉口裂纹失效问题，提高涡轮增压器的整机可靠性。

为了实现上述发明母的，本发明所采用的技术方案是：

一种减少热应力的涡轮箱结构，包括涡轮箱外壳、涡轮箱进气法兰、发动机废气进气口、喉口、轴套孔、废气出口、轴承体连接端、流道，其特征在于，所述喉口处采用凿空结构形式。

在本发明的一个优选实施例中，所述喉口处的上半部分或者下半部分或者全部采用凿空结构形式。

本发明的减少热应力的涡轮箱结构，其喉口闭口处采取凿空的新式结构，基于常规的涡轮箱结构，仅对涡轮箱喉口位置进行优化设计。采用有限元分析方法，对本发明涉及的喉口新结构形式的涡轮箱与常规涡轮箱进行机械热应力的分析对比，本发明所采用的涡轮箱喉口新结构在机械热应力的数值及集中位置均有较好的表现。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果:

1.减小因温度载荷等工况引起的热应力集中情况；

2.减小因热应力导致的涡轮箱喉口裂纹及延伸开裂的失效风险，提高涡轮箱的耐疲劳性能；

3.提高增压器的整机可靠性。

附图说明：

图1现有涡轮箱喉口结构示意剖视图。

图2是本发明实施例1的减少热应力的涡轮箱结构剖视图。

图3是本发明实施例2的减少热应力的涡轮箱结构剖视图。

图4是本发明实施例3的减少热应力的涡轮箱结构剖视图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例的描述对本发明做进一步说明。

图1为现有涡轮箱的剖视图。其中图1中的11表示现有蜗轮箱的喉口结构。

实施例1

参见图2，图中所示的减少热应力的涡轮箱结构，包括涡轮箱外壳1、涡轮箱进气法兰2、发动机废气进气口3、喉口4、轴套孔5、废气出口6、轴承体连接端7、流道8等。其喉口4全部采用凿空结构形式。

增压器工作时，发动机废气经发动机废气进气口3进入流道8内，废气能量驱动装配在涡轮箱内的涡轮转子进行旋转，高温废气经流道8进入涡轮箱内腔，涡轮箱在冷热交变等多种工况下易产生热应力，又因喉口4结构的特征，使得应力位置及最大值在此处集中，而实施例涉及的涡轮箱结构，因喉口4处凿空结构使得流体运行在喉口4处时不会产生漩涡，温度载荷在喉口4处的作用影响明显降低，故而此种结构形式的喉口4位置对于应力集中有着很好的规避效果，降低应力在此处的集中，提高了涡轮箱的结构强度，对增压器整机可靠性的提高亦有显著成效。

实施例2

参见图3，图中所示的减少热应力的涡轮箱结构，其喉口4的上半部分9采用凿空结构形式。该实施例的其余结构同实施例1。

实施例3

参见图4，图中所示的减少热应力的涡轮箱结构，其喉口4的下半部分10采用凿空结构形式。该实施例的其余结构同实施例1。

技术特征：

技术总结
本发明公开的一种减少热应力的涡轮箱结构，包括涡轮箱外壳、涡轮箱进气法兰、发动机废气进气口、喉口、轴套孔、废气出口、轴承体连接端、流道，其特征在于，所述喉口处采用凿空结构形式。本发明与现有技术相比，具有如下有益效果:1.减小因温度载荷等工况引起的热应力集中情况；2.减小因热应力导致的涡轮箱喉口裂纹及延伸开裂的失效风险，提高涡轮箱的耐疲劳性能；3.提高增压器的整机可靠性。

技术研发人员：靳鹏;李琳;姚国瑞;张健鹏;陈少林
受保护的技术使用者：湖南天雁机械有限责任公司
技术研发日：2019.07.31
技术公布日：2019.10.15