專利名稱：用于燃燒空氣增壓器的安裝在內(nèi)部的徑向流動中間冷卻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種換熱器，用作在發(fā)動機的燃燒空氣增壓裝置例如渦輪增壓器或增壓器中的中間冷卻器。
背景技術(shù)：
燃燒空氣增壓器(charger)例如渦輪增壓器或增壓器已經(jīng)用于發(fā)動機中很多年，特別是用于內(nèi)燃機中。在渦輪增壓器中，至少一個旋轉(zhuǎn)壓縮機葉輪由發(fā)動機的排氣驅(qū)動。在增壓器中，至少一個旋轉(zhuǎn)壓縮機葉輪通常通過發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)輸出而機械驅(qū)動。在這兩種情況下，壓縮機葉輪用于在外界空氣進入發(fā)動機以便在該發(fā)動機中支持燃燒之前壓縮該空氣。因為空氣進行壓縮，因此，它的給定容積中的氧分子含量比在外界壓力下的相等容積空氣中更多。因此，附加的氧使得更大量的燃料燃燒，這樣，對于給定尺寸的動力裝置，由于增壓燃燒空氣而可以產(chǎn)生更大的動力輸出。
這些年來，已經(jīng)確定這樣的燃燒空氣增壓裝置的效率能夠通過使用所謂的中間冷卻系統(tǒng)來提高。因為空氣在壓縮時將變熱，因此，由于首先使用燃燒空氣增壓裝置(即供給發(fā)動機的燃燒空氣密度增加)而產(chǎn)生的效率的一部分將損失，因為當壓力相同時，一定容積的熱壓縮空氣包含的氧比相同容積的較冷壓縮空氣更少。因此，對于給定壓力，在使發(fā)動機進行燃燒時，與在更高溫度時在相同壓力下的相同增壓相比，更冷的燃燒空氣增壓將能夠在發(fā)動機中產(chǎn)生更大功率。
因此，前述中間冷卻器用于在空氣離開燃燒空氣增壓器(或燃燒空氣增壓器級)之后和在它進入發(fā)動機之前冷卻該空氣，以便對于任意給定壓力提供最大的氧分子含量。
在很多情況下，中間冷卻器將用作普通的矩形換熱器，并與用于冷卻發(fā)動機冷卻劑的普通換熱器并排安裝或者安裝在該普通換熱器的前面或后面。盡管這種結(jié)構(gòu)適于進行增壓燃燒空氣的冷卻，但是它可能在發(fā)動機艙中的可用尺寸和容積方面受到某些限制，例如，在汽車中，該發(fā)動機艙容納發(fā)動機和用于冷卻的各種換熱器。還可能在渦輪增壓器、中間冷卻器和發(fā)動機燃燒空氣進口之間需要大量的軟管連接，這些都必然需要相對較大直徑的軟管，因為燃燒空氣的密度較低，因此容積較大。
因此，已經(jīng)提出在燃燒空氣增壓器自身中包含中間冷卻器，以便提供更緊湊的燃燒空氣增壓和中間冷卻系統(tǒng)，并盡可能地避免體積龐大的軟管連接。其中的目標是將中間冷卻換熱器包含在燃燒空氣增壓器中，這樣，它可以很容易地維護，需要最少的管路連接，且不會過度增加燃燒空氣增壓器的體積。
對于在中間冷卻換熱器中的這些問題，本發(fā)明涉及提供優(yōu)選方案，該中間冷卻換熱器將位于發(fā)動機的燃燒空氣增壓器內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種新穎的和改進的旋轉(zhuǎn)壓縮機，它進行冷卻，用于提供各種用途的冷卻壓縮空氣。本發(fā)明的目的是提供一種具有內(nèi)部中間冷卻器的改進燃燒空氣增壓裝置，該燃燒空氣增壓裝置比已知系統(tǒng)更緊湊，容易維護，和/或需要與發(fā)動機(系統(tǒng)用于該發(fā)動機)的管路連接最少。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明的示例實施例以一種旋轉(zhuǎn)機器實現(xiàn)了一個或多個上述目的，該旋轉(zhuǎn)機器包括可旋轉(zhuǎn)軸，該可旋轉(zhuǎn)軸上有至少一個壓縮機葉輪；以及殼體，該殼體容納壓縮機葉輪，并有通向壓縮機葉輪的進口和出口。換熱器布置在殼體中，并位于壓縮機葉輪和出口之間。換熱器包括芯，該芯有氣體流動通路，該氣體流動通路有基本徑向延伸部分，并有與壓縮機葉輪流體連通的氣體進口以及與殼體出口流體連通的氣體出口。冷卻劑流動通路布置在換熱器中，與氣體流動通路為換熱關(guān)系，并有基本軸向延伸部分。換熱器為包含流動通路的環(huán)形芯，該芯基本與軸同心。
在優(yōu)選實施例中，氣流為徑向向內(nèi)，且氣體流動通路的截面面積隨著從氣體進口朝著氣體出口前進而減小尺寸。需要時，截面面積的變化可以為臺階形，或者逐漸變化。
在一個實施例中，芯包括中心開口，該中心開口的半徑大于壓縮機葉輪的半徑，以便使得換熱器能夠通過軸向滑動經(jīng)過壓縮機葉輪而從它在殼體內(nèi)的位置上拆下。
在本發(fā)明的另一實施例中，環(huán)形芯由多個獨立的弓形體組成，且它的中心開口的半徑可以小于壓縮機葉輪的半徑。在本發(fā)明的該實施例中，換熱器可以一段弓形體接一段弓形體地拆下，以便用于維修。
在本發(fā)明的一個實施例中，通向換熱器的氣體進口相對于氣體出口位于徑向外側(cè)位置。
在更優(yōu)選的實施例中，換熱器有環(huán)形芯，該環(huán)形芯有與軸同心的中心開口，且氣體進口由芯的徑向外周來確定。出口由芯的徑向內(nèi)周來確定。在芯中的冷卻劑流動通路大致軸向地從一側(cè)延伸至另一側(cè)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用作旋轉(zhuǎn)機器中的中間冷卻器的換熱器，該換熱器包括大致柱形的芯，該芯有柱形開口中心，用于接收旋轉(zhuǎn)機器的旋轉(zhuǎn)部件。換熱器芯由至少一個圓形排的間隔開的管結(jié)構(gòu)來確定，該管結(jié)構(gòu)環(huán)繞開口中心成環(huán)形排軸向伸長。至少一排管確定了徑向內(nèi)側(cè)和徑向外側(cè)冷卻劑流動通路，該冷卻劑流動通路在芯的兩端之間穿過該芯而軸向延伸，且翅片在管結(jié)構(gòu)之間延伸，以便確定在間隔開的管結(jié)構(gòu)之間大致徑向地從芯的徑向外周伸向開口中心的空氣側(cè)流動通路。環(huán)形槽狀進口/出口集管(header)安裝在芯的一端上，并有環(huán)形的徑向外側(cè)部分，它與徑向外側(cè)冷卻劑流動通路流體連通；以及環(huán)形的徑向內(nèi)側(cè)部分，它與徑向內(nèi)側(cè)流動通路流體連通。槽狀環(huán)形重新定向集管安裝在芯的相對端上，并與徑向內(nèi)側(cè)和徑向外側(cè)流動通路流體連通。軸向定向的凸形進口孔布置在進口/出口集管上，并與一個所述部分流體連通，且軸向定向的凸形出口孔位于進口/出口集管上，并與另一所述部分流體連通。
在優(yōu)選實施例中，進口/出口集管包括環(huán)形導流板，該導流板將所述部分分開。
在優(yōu)選實施例中，有至少兩排管結(jié)構(gòu)，一排確定了徑向外側(cè)的冷卻劑流動通路，另一排確定了徑向內(nèi)側(cè)的冷卻劑流動通路。
在本發(fā)明的可選實施例中，各管結(jié)構(gòu)分成徑向內(nèi)側(cè)流動通路和徑向外側(cè)流動通路。
本發(fā)明的一個實施例考慮管結(jié)構(gòu)的截面為楔形形狀，并有相對較寬的徑向外端以及相對較窄的徑向內(nèi)端，該徑向外端和徑向內(nèi)端由間隔開的側(cè)壁連接。
在一個實施例中，在一排中的相鄰管結(jié)構(gòu)的側(cè)壁彼此相對，且相對側(cè)壁大致平行。
優(yōu)選是，蛇形翅片位于相對側(cè)壁之間，且管結(jié)構(gòu)由管形成。
通過下面結(jié)合附圖的說明，將清楚下面的說明書的其它目的和優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的燃燒空氣增壓器的示意剖視圖；圖2是用于本發(fā)明的一種形式的換熱器的局部透視圖；圖3是表示用于本發(fā)明的換熱器的可選形式的透視圖；圖4是圖2中所示的換熱器在安裝于燃燒空氣增壓器中時的放大局部剖視圖；圖5是表示可用于本發(fā)明中的一種翅片結(jié)構(gòu)的透視圖；圖6是類似于圖5的視圖，但是表示了翅片結(jié)構(gòu)的一種可選優(yōu)選形式；圖7是沿圖6中的線7-7的基本放大剖視圖；圖8是可以用于本發(fā)明中的一種管的放大剖視圖；圖9是類似于圖8的視圖，但是表示了另一種管；圖10是類似于圖7的局部剖視圖，但是表示了扁平管、板翅片的結(jié)構(gòu)；圖11是類似于圖8的局部剖視圖，但是表示了在相鄰管排中彼此對齊的管；以及圖12是類似于圖8和11的局部剖視圖，但是表示了在板翅片結(jié)構(gòu)中的單排扁平截面管。
具體實施例方式
這里所述的本發(fā)明示例實施例特別介紹為兩級渦輪增壓器形式的燃燒空氣增壓器。不過，應(yīng)當知道，該說明是用于舉例目的，而不是為了對燃燒空氣增壓器或渦輪增壓器進行限制或者對級數(shù)進行限制。例如，本發(fā)明可以有效用于單級渦輪增壓器，也可以用于單級或多級增壓器。同樣，本發(fā)明可以用于在軸上有旋轉(zhuǎn)壓氣機葉輪的任意旋轉(zhuǎn)機器，其中，合適用途包括冷卻通過壓縮機葉輪而壓縮的氣體。對于前面所述，注意參考圖1。
所示的本發(fā)明的示例實施例包括殼體，該殼體由10總體表示，由至少兩個可分離部分12和14形成。旋轉(zhuǎn)軸18通過合適軸承(未示出)而軸頸支承在殼體10中。在所示實施例中，旋轉(zhuǎn)軸包括第一壓縮機葉輪20、第二壓縮機葉輪22和渦輪24，它們將依次位于殼體(未示出)中。如箭頭26所示，渦輪24由內(nèi)燃機的排氣驅(qū)動，以便驅(qū)動軸18。耗盡功的排氣從渦輪24排出，如箭頭28所示。
殼體12包括外界空氣進口30，而殼體14包括壓縮空氣出口(由箭頭32示意表示)。進口30通向壓縮機葉輪20的進口側(cè)，而出口32在壓縮機葉輪22的出口側(cè)從渦殼(以34示意表示)上出來。
本發(fā)明的換熱器(總體以36表示)包含在殼體12、14中，其中，這兩個殼體12、14通過可拆卸的緊固件38而連接在一起，如圖中示意表示。換熱器36為環(huán)形，并包括徑向外側(cè)的柱形表面40，該柱形表面40確定了用于通過換熱器36的空氣通道的空氣進口。徑向內(nèi)側(cè)柱形表面42形成用于換熱器36的空氣出口。
換熱器的側(cè)部提供有進口/出口集管和槽路(tank)，它們總體以44表示，在換熱器36的、位于殼體14中的一側(cè)；以及改變方向的集管和槽路，它們總體以46表示，并在換熱器36的、位于殼體12中的一側(cè)。冷卻劑歧管48位于殼體14內(nèi)，通向渦殼34側(cè)，并在渦殼34的徑向外側(cè)部分的徑向內(nèi)側(cè)。歧管48由內(nèi)部腹板或?qū)Я靼?0分成徑向內(nèi)側(cè)歧管部分52和徑向外側(cè)歧管部分54。系統(tǒng)提供有冷卻劑進口，該冷卻劑進口由箭頭56示意表示，它伸向徑向內(nèi)側(cè)歧管部分52；以及冷卻劑出口58，該冷卻劑出口58由箭頭表示，它伸向徑向外側(cè)歧管部分54。通過如后面更詳細所述的結(jié)構(gòu)，冷卻劑(例如用于內(nèi)燃機的冷卻劑)通過進口56進入渦輪增壓器，并通向徑向內(nèi)側(cè)歧管部分，它從該徑向內(nèi)側(cè)歧管部分流入在徑向內(nèi)側(cè)部分處的第一集管和槽路，以便軸向通過換熱器36而流向重新進入集管和槽路46，在該重新進入集管和槽路46處，冷卻劑反向，以便流過換熱器36的徑向外側(cè)部分并返回進口/出口集管和槽路44。冷卻劑從該集管和槽路44排入徑向外側(cè)歧管部分54并通向冷卻劑出口58。該冷卻劑流由一系列箭頭60、62和64表示。
空氣以如下方式流過渦輪增壓器。外界空氣進入進口30，并通向壓縮機葉輪20的進口側(cè)。當壓縮機葉輪20由渦輪24驅(qū)動時，空氣進行壓縮，并在升高壓力下在壓縮機葉輪20的徑向外周上排出，如箭頭66所示。壓縮空氣繼續(xù)徑向向外流過在殼體12和換熱器36之間的環(huán)形空間68(未示出的擴壓器通常位于空間68中)，該環(huán)形空間局部由重新進入集管和槽路46、從重新進入集管和槽路46徑向向內(nèi)延伸的徑向?qū)Я靼?0以及軸向?qū)Я靼?2來確定，該軸向?qū)Я靼?2從導流板70的徑向最內(nèi)側(cè)部分伸出，以便安裝在殼體12的、靠近壓縮機葉輪20的部分(未示出)上。
換熱器36的徑向外側(cè)或外周40與殼體12和14徑向向內(nèi)間隔開，從而使得由渦輪20壓縮的空氣如箭頭74所示重新定向，以便在換熱器36的徑向外周40處進入換熱器36內(nèi)。然后，空氣沿徑向向內(nèi)方向通過換熱器36，并通過軸向流過前述換熱器36的冷卻劑而冷卻。然后，冷卻的壓縮空氣如箭頭76所示從換熱器36排向壓縮機葉輪22的進口側(cè)，然后，它進一步壓縮，然后排入渦殼34中，如箭頭78所示。然后，該壓縮空氣作為壓縮燃燒空氣而排向內(nèi)燃機，以便在該內(nèi)燃機中支持燃燒。需要時，在壓縮機葉輪22和發(fā)動機之間包括附加冷卻級。也可選擇，如前所述，在單級渦輪增壓器中，壓縮機葉輪22可以省略，這時，從換熱器36的徑向內(nèi)周42排出的空氣將直接排入渦殼34中。
后面將介紹的本發(fā)明特征包括換熱器的徑向內(nèi)周42的直徑大于渦輪20的外徑，如圖1所示。因此，通過取下緊固件38和使得殼體12與殼體14分離，換熱器36可以沿軸向向圖1中左側(cè)滑動以及繞渦輪20滑動，以便進行維修。也就是說，為了能夠拆下?lián)Q熱器36，并不需要將渦輪20從軸18上拆下。
還可以知道，用于空氣和冷卻劑的管路包含于渦輪增壓器自身中，從而提供了緊湊組件，并減小了管道系統(tǒng)損失。例如，可以完全避免使得壓縮機與外部換熱器連接的較大直徑外部軟管。
下面將參考圖2更詳細地介紹換熱器36的一個實施例。換熱器36包括芯(總體以80表示)，該芯夾在集管和槽路44和46之間。集管和槽路44為環(huán)形溝槽，它有底部82，徑向外側(cè)壁84和徑向內(nèi)側(cè)壁86在該底部82的側(cè)部，它們抵靠芯80，并分別在徑向外周40和徑向內(nèi)周42處與該芯80密封。環(huán)形導流板88在溝槽內(nèi)，該導流板88使得在底部82的徑向外側(cè)部分處的管狀柱形出口孔90與在底部82的徑向內(nèi)側(cè)部分處的管狀柱形進口孔92分開。需要時，可以提供多個孔90、92，優(yōu)選是處于環(huán)繞集管和槽路44的等角度間隔位置。
如圖2所示，芯自身由多個環(huán)狀板翅片94組成，這些板翅片94提供有合適的管狹槽，以便接收軸向伸長的管96，如圖2所示，該管布置成四排。當使用板翅片例如板翅片94時，在板翅片94中接收管96的開口將有與管相同的截面，并將構(gòu)成為獲得緊密機械配合，以便提高傳熱。釬焊或硬釬焊金屬也可以用于將翅片94和管96固定在一起。管96通常為大致橢圓形或楔形截面的扁平類型，如后面將介紹。在使用蛇形翅片的結(jié)構(gòu)中楔形截面為優(yōu)選，而扁平管可以用于板翅片或蛇形翅片結(jié)構(gòu)。
集管和槽路46同樣為槽形環(huán)，它有底部100，該底部100的側(cè)部有在芯80的徑向內(nèi)側(cè)部分和徑向外側(cè)部分處的側(cè)壁102和104，并以冶金方法粘接和密封在該側(cè)壁102和104上。因此，流入進口孔92的冷卻劑通過兩個徑向內(nèi)側(cè)管96而軸向引導至重新進入集管和槽路46。因為集管和槽路46并沒有導流板(例如導流板88)，冷卻劑流在離開管96進入集管和槽路46時徑向向外運動至最外側(cè)管96，它由此返回出口孔90。
如圖2所示，換熱器36形成為在360°的整個范圍內(nèi)的單環(huán)。不過，如圖3所示，換熱器36也可以斷開成多個獨立的弓形體(表示為106、108和110)。各弓形體106、108和110提供有孔90和92以及翅片94和管96(圖3中未示出)。需要時，該結(jié)構(gòu)也能夠使用更大的換熱器。特別是，對于圖3中所示的實施例，徑向內(nèi)周42的半徑可以比壓縮機葉輪20更小，還能夠很容易維修。這時，只需要在將殼體12(圖1)從殼體14上拆下之后通過使弓形體106、108、110單獨地沿軸向和徑向的組合方向運動而將換熱器36的弓形體一個接一個地拆下。
圖4局部表示了將圖2的實施例安裝在歧管48內(nèi)時的情況。特別是，歧管48包括徑向外部口或孔112和徑向內(nèi)部口或孔114，它們分別與孔90和92對齊。其中，各口112、114為管形墊圈/密封件116，它可滑動地密封接收相應(yīng)一個孔90、92，以便使換熱器36相對于歧管48密封。這樣，提供有“插入”結(jié)構(gòu)，從而使得換熱器36可以很容易地安裝在渦輪增壓器上或從該渦輪增壓器上拆下。重要的是，換熱器36在歧管48處固定在殼體上，但是在其它位置并不固定在渦輪增壓器殼體上。因此，換熱器36可以在殼體10中軸向膨脹。這減小了由于當換熱器使用、然后不使用、然后再次使用等時(就象當發(fā)動機運轉(zhuǎn)、停機和再次啟動時)出現(xiàn)的熱循環(huán)而產(chǎn)生的應(yīng)力。
圖5表示了本發(fā)明的稍微變化的實施例，其中，換熱器36制成為多個弓形體，圖5中只局部表示了一個弓形體。板翅片94可以很容易看見，且應(yīng)當知道，在該特殊實施例中，一個集管44、46的集管板120有孔，以便只提供兩排管96。管排通過與集管44上的導流板88對齊的無孔區(qū)域122而分開。由圖5和6中還可見，管96為楔形截面，并有間隔開的扁平側(cè)面124、126，它們在相對較小的徑向內(nèi)端128和相對較大的徑向外端130之間延伸并與它們連接。各排的管數(shù)相同。
在圖6和7所示的實施例中，可以使用蛇形翅片126，因為相鄰楔形管96的相對扁平側(cè)面124、126彼此平行，從而能夠使用蛇形翅片。這在某些情況下為優(yōu)選，因為可以使用不進行變化的普通蛇形翅片，而提供板翅片將需要專用工具。同時，板翅片使得各管96的外部截面能夠稍微變化，以便獲得合適的流動特征(當該流動特征在給定用途中很重要時)。
由圖6可知，需要時，在蛇形翅片或板翅片結(jié)構(gòu)中的管96都可以交錯，也就是說，在徑向內(nèi)側(cè)排的管96與在徑向外側(cè)排的翅片126對齊，反之亦然。這增加了空氣流過芯80的通路的曲折特性，從而提高傳熱。
在高壓用途中，各管可以包括多個由腹板分開的流動通路，以便防止管在高壓作用下“變圓”。通常，當使用板翅片時這將不是問題，而當使用蛇形翅片時這可能成為問題。
還可以提供單排管，例如使用圖8中所示的管。這是擠出的楔形管，它有單個腹板134，該腹板134將管的內(nèi)部分成徑向內(nèi)側(cè)流動通路136和徑向外側(cè)流動通路138。集管44構(gòu)成為使得導流板88將與腹板134對齊，以便分離槽道136和138中的流體流。
應(yīng)當知道，腹板134從右向左偏離圖8中所示的管的中心，這樣，流動通路136和138的截面面積相同。
需要時，可以使用如圖9中所示的管。該管也是楔形截面，并可以擠出。該管提供有一系列徑向內(nèi)側(cè)的流動通路140，這些流動通路140由腹板142分開，以便提高耐壓性。還包括一系列徑向外側(cè)的流動通路144，這些流動通路144也由腹板142分開，以便也提高耐壓性。各流動通路140和144有相同的截面面積，這樣，在徑向內(nèi)側(cè)的流動通路140中的冷卻劑速度將與在徑向外側(cè)的流動通路144中的冷卻劑速度匹配。流動通路140和144可以由較小的空白區(qū)域146分開，該空白區(qū)域146將與導流板88對齊。
下面將介紹的特定實施例使用楔形管，以便能夠使用蛇形翅片，但是也可以使用板翅片。如上所述，蛇形翅片很容易獲得，并能夠在不進行變化的情況下用于本發(fā)明的換熱器?？偟膩碚f，高壓用途需要擠出管。不過，在相對低壓用途中，可以使用普通、凹入或輥軋形狀的焊接楔形管(具有粘接在管的內(nèi)壁上的可變高度插入件)或者具有恒定高度插入件的類似扁平管。實際上，如普通公知，并不必須使用管。當使用板翅片時，在開口周圍作為管的一部分的各板翅片可以提供有凸緣，該凸緣嵌套在相鄰翅片中的對齊開口中，并密封在該開口上。這樣，具有成一體導管(該導管作為管)的板翅片堆垛提供有管結(jié)構(gòu)。該技術(shù)并不作為本發(fā)明的一部分，它為本領(lǐng)域公知。它只是作為使用例如這里所述的管的一種可接受的可選方案。
當內(nèi)側(cè)排和外側(cè)管排的管具有相同的外部截面時，外側(cè)排的翅片高度增加，如圖6所示，從而在換熱器中增加了空氣側(cè)表面面積，以便提高性能。
另一方面，當徑向外側(cè)管的截面制成為更大，以便在相鄰管之間保持相同空間時，具有相同翅片高度的翅片可以用于所有排。這在一定程度上增加了在管的徑向外側(cè)部分中的冷卻劑流動面積，從而可能減小換熱器的冷卻劑側(cè)的性能，它可以通過使用圖9的管來克服。
下面參考圖10-12，還可以使用其它的管和翅片結(jié)構(gòu)。在圖10中，在內(nèi)側(cè)排和外側(cè)排(分別以152和154總體表示)的板翅片150(圖中只表示了一個)包括扁平管96。在外側(cè)排154中的管96數(shù)目與在內(nèi)側(cè)排152中的管96數(shù)目相同。應(yīng)當知道，在內(nèi)側(cè)排152中的管相對于外側(cè)排154中的管交錯。具體地說，在內(nèi)側(cè)排152中的管96與在外側(cè)排154的兩個相鄰管96之間的空間對齊，以便當壓縮空氣通過翅片150和管96時提供用于壓縮空氣的曲折流動通路。
此外，可以看見，管96的主軸153在延伸時并不通過芯的中心155，而是將與和芯的中心155同心的圓(未示出)相切。如大家公知，旋轉(zhuǎn)壓縮機(例如以圖1中的20表示的旋轉(zhuǎn)壓縮機)的性質(zhì)是這樣，即從旋轉(zhuǎn)壓縮機流出的壓縮空氣出流例如將沿圖10中箭頭156所示方向周向旋轉(zhuǎn)，同時沿芯的徑向外側(cè)40(圖1)軸向運動。管96傾斜對著旋轉(zhuǎn)氣流156的方向，并使得氣體更平滑地過渡到在管96之間的空間內(nèi)，以便使得氣流的轉(zhuǎn)動損失最小，從而降低壓力損失。
圖11表示了可選類型的管和翅片結(jié)構(gòu)，它與圖10中所示相同，除了內(nèi)側(cè)排152中的管96與外側(cè)排154中的管96對齊。
圖12表示了使用具有單排管(總體以160表示)的板翅片150的另一實施例。這時，在該排160中的管為扁平管，它們可以構(gòu)成為有多個槽道，與結(jié)合圖8和9所示和所述的實施例相同。還有，管96傾斜對著氣流的渦旋方向156。
應(yīng)當知道，在圖6、7和10-12所示的實施例中，當氣流通路從芯的徑向外側(cè)40朝著芯的徑向內(nèi)側(cè)42前進時，通過芯的氣流通路的截面面積減小。在圖6和7所示的實施例中，這是由于在徑向內(nèi)側(cè)排中的翅片126和徑向外側(cè)排中的翅片126的翅片高度不同，如圖7所示。當然，該實施例使用楔形管。
在圖10-12所示的實施例中，使用扁平管96，因為當從芯的徑向外側(cè)40朝著芯的徑向內(nèi)側(cè)延伸時，管96的主軸相互收斂，管的側(cè)壁也是這樣。因此，當流動沿優(yōu)選方向(也就是從芯的徑向外周40流向徑向內(nèi)周42)時，因為壓縮空氣在換熱器36中冷卻，因此，當它流向換熱器36中的更小容積區(qū)域時，它變得更致密，且它的容積減小。本發(fā)明的該特征使得空氣在經(jīng)過換熱器36時保持速度，以便在不會過度增加壓力降的情況下增加換熱器效率。應(yīng)當知道，當空氣流過恒定截面面積的氣體流動通路時，流過換熱器36的氣流速度將隨著壓縮空氣冷卻而逐漸降低，從而降低氣流速度，同時降低傳熱系數(shù)。因此，本發(fā)明的上述特征通過使速度保持合適水平而增加傳熱效率。
當然，當不考慮速度降低時，截面面積可以制成為恒定，例如通過使用楔形管，其中，相鄰管的相鄰側(cè)邊彼此平行，且在徑向內(nèi)側(cè)排的管比徑向外側(cè)排更少。
截面面積的減小可以作為臺階形式而實現(xiàn)，如圖6和7中的所示結(jié)構(gòu)，或者截面面積可以從外周40至內(nèi)周42而逐步和逐漸減小，如圖10-12的實施例所示。
應(yīng)當知道，本發(fā)明的特征為使得管96傾斜，以便通過減小轉(zhuǎn)動損失而減小壓力降，當表示為扁平管時，也可以通過使用楔形管而實現(xiàn)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當知道，前述說明將為示例和非限定的。
權(quán)利要求
1.旋轉(zhuǎn)機器中包括一軸，該軸可繞一軸線旋轉(zhuǎn)，且在該軸上有壓縮機葉輪；殼體，該殼體軸頸支承所述軸，并容納所述壓縮機葉輪，并有通向所述壓縮機葉輪的進口和出口；在所述殼體中的換熱器芯為環(huán)形或喇叭口形，其布置成大致同心地環(huán)繞所述軸線，所述芯有大致徑向的氣體流動通路，該氣體流動通路有與所述壓縮機葉輪的出口流體連通的徑向外側(cè)進口以及與所述殼體出口流體連通的徑向內(nèi)側(cè)出口，所述芯還包括冷卻劑流動通路，該冷卻劑流動通路與所述氣體流動通路為換熱關(guān)系，其特征在于在靠近所述芯出口處的所述氣體流動通路截面面積比在靠近所述芯進口處的所述氣體流動通路截面面積更小，以在氣體由于在所述冷卻劑流動通路中的冷卻劑進行冷卻而變得更致密時避免在所述芯內(nèi)的氣體速度不希望地降低。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)機器，其中所述截面面積階梯式地減小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)機器，其中所述氣體流動通路的截面面積從所述氣體進口朝著所述氣體出口而逐漸減小。
4.在旋轉(zhuǎn)機器中包括可旋轉(zhuǎn)軸，該可旋轉(zhuǎn)軸上有至少一個壓縮機葉輪；殼體，該殼體至少容納一個所述壓縮機葉輪，并有通向壓縮機葉輪的進口和出口；在所述殼體中的換熱器位于所述壓縮機葉輪和所述出口之間，所述換熱器有氣體流動通路，該氣體流動通路有基本徑向的延伸部分，并有與所述壓縮機葉輪流體連通的氣體進口以及與所述殼體出口流體連通的氣體出口，所述換熱器有環(huán)形芯，該芯有中心開口，該中心開口同心地環(huán)繞所述軸，且所述氣體進口由芯的徑向外周確定，而所述氣體出口由芯的徑向內(nèi)周確定，在所述芯中的冷卻劑流動通路大致在所述芯中從一側(cè)延伸至另一側(cè)，所述冷卻劑流動通路有公共進口和公共出口，所述公共進口和公共出口在芯的相同側(cè)，并由相應(yīng)圓形槽路來確定，該圓形槽路由多個分開的弓形段形成。
5.在旋轉(zhuǎn)機器中包括可旋轉(zhuǎn)軸，該可旋轉(zhuǎn)軸上有至少一個壓縮機葉輪；殼體，該殼體至少容納一個所述壓縮機葉輪，并有通向壓縮機葉輪的進口和出口；在所述殼體中的換熱器位于所述壓縮機葉輪和所述出口之間，所述換熱器有氣體流動通路，該氣體流動通路有基本徑向的延伸部分，并有與所述壓縮機葉輪流體連通的氣體進口以及與所述殼體出口流體連通的氣體出口，所述換熱器有環(huán)形芯，該芯有中心開口，該中心開口同心地環(huán)繞所述軸，且所述氣體進口由芯的徑向外周確定，而所述氣體出口由芯的徑向內(nèi)周確定，在所述芯中的冷卻劑流動通路大致在所述芯中從一側(cè)延伸至另一側(cè)，所述冷卻劑流動通路有公共進口和公共出口，所述公共進口和公共出口在芯的相同側(cè)，并由相應(yīng)圓形槽路來確定，該圓形槽路有軸向口，該軸向口可與在所述殼體中的軸向口對齊，所述槽路口和所述殼體口有密封、匹配的凸形/凹形結(jié)構(gòu)，這使得所述芯的、與所述相同側(cè)相對的一側(cè)能夠相對于所述殼體沿軸向運動，所述芯可拆卸地固定在所述殼體上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)機器，其中所述中心開口的半徑大于所述壓縮機葉輪。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)機器，其中所述中心開口的半徑小于所述壓縮機葉輪。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的旋轉(zhuǎn)機器，其中所述換熱器由多個弓形段組成。
9.在旋轉(zhuǎn)機器中包括可旋轉(zhuǎn)軸，該可旋轉(zhuǎn)軸上有至少一個壓縮機葉輪；殼體，該殼體至少容納一個所述壓縮機葉輪，并有通向壓縮機葉輪的進口和出口；在所述殼體中的換熱器位于所述壓縮機葉輪和所述出口之間，所述換熱器有氣體流動通路，該氣體流動通路有基本徑向的延伸部分，并有與所述壓縮機葉輪流體連通的氣體進口以及與所述殼體出口流體連通的氣體出口，所述換熱器有環(huán)形芯，該芯有中心開口，該中心開口同心地環(huán)繞所述軸，且所述氣體進口由芯的徑向外周確定，而所述氣體出口由芯的徑向內(nèi)周確定，在所述芯中的冷卻劑流動通路大致在所述芯中從一側(cè)延伸至另一側(cè)，并由至少一個圓形排的細長的軸向延伸管結(jié)構(gòu)來確定，該管結(jié)構(gòu)有楔形截面，有相對較寬的徑向外端和相對較窄的徑向內(nèi)端，且翅片在所述管結(jié)構(gòu)之間延伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的旋轉(zhuǎn)機器，其中各所述管結(jié)構(gòu)有在所述末端之間延伸的間隔開的扁平側(cè)面，且在所述排中的相鄰管結(jié)構(gòu)的相對扁平側(cè)面彼此平行。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的旋轉(zhuǎn)機器，還包括蛇形翅片，該蛇形翅片在相鄰管結(jié)構(gòu)的所述相對扁平側(cè)面之間延伸，并粘接在所述相對扁平側(cè)面上。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的旋轉(zhuǎn)機器，其中在各管結(jié)構(gòu)中有至少兩個分開的流動通路。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的旋轉(zhuǎn)機器，其中有至少兩個所述排的所述管結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的旋轉(zhuǎn)機器，其中在一個所述排中的管結(jié)構(gòu)相對于在所述排的相鄰排中的管結(jié)構(gòu)而交錯。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的旋轉(zhuǎn)機器，其中在徑向外側(cè)的所述排中的相鄰管結(jié)構(gòu)之間的間距大于在徑向內(nèi)側(cè)的所述排中的相鄰管結(jié)構(gòu)之間的間距。
16.為了用作旋轉(zhuǎn)機器中的氣體冷卻器，換熱器用于在壓縮空氣使用之前冷卻該壓縮空氣，該換熱器組合有大致柱形的芯，該柱形芯有柱形開口中心，用于接收燃燒空氣增壓器的旋轉(zhuǎn)部件，所述換熱器有芯，該芯由至少一個圓形排的間隔開的管結(jié)構(gòu)來確定，該管結(jié)構(gòu)在環(huán)繞所述開口中心的環(huán)形排中軸向伸長，所述至少一排確定了徑向內(nèi)側(cè)和徑向外側(cè)冷卻劑流動通路，該冷卻劑流動通路在芯的側(cè)面之間穿過該芯軸向地延伸，且翅片在管結(jié)構(gòu)之間延伸，以便確定空氣側(cè)流動通路，該空氣側(cè)流動通路從芯的徑向外周通過所述翅片并在間隔開的管結(jié)構(gòu)之間大致徑向地伸向開口中心；環(huán)形溝槽狀進口/出口集管和槽路，它裝配在所述芯的一側(cè)，并有與所述徑向外側(cè)冷卻劑流動通路流體連通的環(huán)形徑向外側(cè)部分以及與所述徑向內(nèi)側(cè)流動通路流體連通的環(huán)形徑向內(nèi)側(cè)部分；溝槽狀的環(huán)形流動重新定向集管和槽路，它裝配在芯的相對側(cè)，并與所述徑向內(nèi)側(cè)和徑向外側(cè)流動通路流體連通；軸向凸形進口孔，該進口孔在所述進口/出口集管和槽路上，與一個所述部分流體連通；以及在所述進口/出口集管和槽路上的軸向凸形出口孔與另一所述部分流體連通。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的換熱器，其中所述進口/出口集管和槽路包括分開所述部分的環(huán)形導流板。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的換熱器，其中有至少兩排所述管結(jié)構(gòu)，一排確定了所述徑向外側(cè)冷卻劑流動通路，另一排確定了所述徑向內(nèi)側(cè)流動通路。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的換熱器，其中各所述管結(jié)構(gòu)分成徑向內(nèi)側(cè)流動通路和徑向外側(cè)流動通路。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的換熱器，其中各所述管結(jié)構(gòu)為楔形，并有相對較寬的徑向外端和相對較窄的徑向內(nèi)端，它們通過間隔開的側(cè)壁而連接。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的換熱器，其中在所述排中的相鄰管結(jié)構(gòu)的側(cè)壁彼此相對，且相對側(cè)壁大致平行。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的換熱器，其中蛇形翅片位于所述相對側(cè)壁之間。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的換熱器，其中所述管結(jié)構(gòu)由管形成。
24.在旋轉(zhuǎn)機器中包括可旋轉(zhuǎn)軸，該可旋轉(zhuǎn)軸上有至少一個壓縮機葉輪；殼體，該殼體至少容納一個所述壓縮機葉輪，并有通向所述壓縮機葉輪的進口和出口；在所述殼體中的換熱器位于所述壓縮機葉輪和所述出口之間，所述換熱器有氣體流動通路，該氣體流動通路有基本徑向的延伸部分，并有與所述壓縮機葉輪流體連通的氣體進口以及與所述殼體出口流體連通的氣體出口，所述換熱器有環(huán)形芯，該芯有中心開口，該中心開口同心地環(huán)繞所述軸，且所述氣體進口由芯的徑向外周確定，而所述氣體出口由芯的徑向內(nèi)周確定，在所述芯中的冷卻劑管結(jié)構(gòu)大致在所述芯中從一側(cè)延伸至另一側(cè)，所述管結(jié)構(gòu)朝著半徑線的一側(cè)傾斜，該半徑線穿過所述軸的旋轉(zhuǎn)軸線延伸，并與離開所述壓縮機葉輪的氣體的渦旋方向相對，以便減小壓力降。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的旋轉(zhuǎn)機器，其中所述管結(jié)構(gòu)為至少兩排，這兩排包括徑向內(nèi)側(cè)排和徑向外側(cè)排，一個用作所述氣體進口，另一個用作所述氣體出口，所述傾斜管結(jié)構(gòu)處于所述一排中。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的旋轉(zhuǎn)機器，其中所述傾斜管結(jié)構(gòu)在所述兩行中。
全文摘要
改進的燃燒空氣增壓裝置例如渦輪增壓器或增壓器包括殼體(10)，該殼體中軸頸支承旋轉(zhuǎn)軸(18)。至少一個壓縮機葉輪(20、22)位于軸(18)上。殼體(10)包括外界空氣進口(30)以及壓縮空氣出口(32)，該換熱器(36)位于在至少一個壓縮機葉輪(20)和出口(32)，并布置成使得流過換熱器(36)的空氣大致沿徑向向內(nèi)方向。
文檔編號F28D7/16GK1682021SQ03822271
公開日2005年10月12日 申請日期2003年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月20日
發(fā)明者S·P·米申基, R·J·巴爾夫尼特, J·J·亨尼斯, K·M·康奈爾 申請人:穆丹制造公司