專利名稱：一種高效混流渦輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域 本實用新型涉及一種混流渦輪，屬于變?nèi)菔綑C械技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
渦輪是渦輪增壓器中一個在高溫下高速旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵零件，其作用是將內(nèi)燃機的廢氣能量轉(zhuǎn)換為帶動壓氣機同軸高速旋轉(zhuǎn)的機械功。常見的渦輪有軸流式、徑流式、混流式三種型式，就工作方式而言，混流式是一種介於軸流式和徑流式之間的混合模式，優(yōu)點是效率較高，使內(nèi)燃機的渦輪增壓更加有效，但不足是設(shè)計難度大，使人望而卻步。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型目的是為克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種可提高內(nèi)燃機渦輪增壓有效性的高效混流渦輪。
為提高渦輪的效率，需要從減小氣體入射損失、拐彎損失、余速損失入手。而合理的葉型曲線，在保證葉片強度的前提下適當?shù)娜~片厚度分布規(guī)律，以及按氣體流場分布來確定的輪轂和罩轂線是渦輪設(shè)計的關(guān)鍵。
本實用新型包括渦輪葉片、輪轂和輪盤；輪盤為半開式輪盤；輪轂形狀參數(shù)為渦輪輪轂底弧半徑R2＝59mm，渦輪進口輪轂傾斜角度α2＝30°，渦輪出口輪轂傾斜角度α3＝5°，渦輪出口輪轂直徑Do＝φ40.6mm，渦輪進口輪轂直徑Db＝φ122mm，渦輪葉片軸向高度Zm＝68mm。渦輪葉片數(shù)為十二片，葉片的葉型曲線采用雙方程模式，即 沿渦輪軸線方向座標Z＝0～15.3[mm]， 圓周角 Z＝15.3～70[mm]， 圓周角 式中θ的單位為弧度；c1、b2、c2為方程待定系數(shù)，由葉片最大軸向高度Zm、渦輪出口平均直徑D2p上的葉片安裝角β2p和葉片包路角θb來確定，對于混流渦輪，一般的，Zm/D1P＝0.4～0.5，β2p＝30～40°；
D1P為渦輪進口平均直徑，D2P＝[(D2+Do2)/2]0.5；p1、p2、q2為方程指數(shù)，其值影響葉型曲線的曲率變化規(guī)律，一般為1.8～3.0。
葉片厚度沿輪轂和外基圓柱的分布規(guī)律為 Tg＝5+0.491072*Z-0.02017862*Z2+0.00044202629*Z3-0.000005076025975*Z4+0.0000000214671533*Z5[mm](3) Z＝0～24.59[mm]， Tw＝1.8-0.0162668*Z(4) Z＝24.59～70[mm]， Tw＝1.4+0.069354*(Z-24.59)-0.0018687365*(Z-24.59)2+0.00001189781*(Z-24.59)3 (5) 式中Tg為沿輪轂的葉片厚度[mm]， Tw為外基圓柱上的葉片厚度[mm]， Z為沿渦輪軸線方向座標[mm]， 葉片上任意點的葉片厚度 式中T為葉片上任意點的葉片厚度[mm]， Tg，Tw為按(3)、(4)、(5)中方程求得的Tg，Tw值[mm]， Rg為對應(yīng)Z的輪轂半徑[mm]， Rw為外基圓柱的半徑[mm]， R為從Rg到Rw的任意半徑[mm]， m為厚度控制指數(shù)，沿軸向為一變量 m＝0.6+0.0021429*Z； (7) 渦輪葉片在進口段R≥Rx的修正區(qū)，按下式修尖 T＝Tx[0.5+0.003333(R-Rx)-0.14(R-Rx)2+0.08666647(R-Rx)3-0.04(R-Rx)4] (8) 式中T為修正區(qū)的葉片厚度[mm]， Tx為按(6)中方程計算得出的對應(yīng)Z、Rx點的葉片厚度[mm]， Rx為修正區(qū)的起始半徑[mm]， R為修正區(qū)任意點的半徑[mm]， 沿bT1的進口葉片安裝角的分布規(guī)律 β1＝β1/βmax；b＝b/bT1 其中β1為進口相對葉片安裝角， β1為進口葉片安裝角，[°]， β1max為最大進口葉片安裝角，一般為20～25°， b為相對進口葉片寬度， B為任意一點的進口葉片寬度[mm]， bT1為最大進口葉片寬度[mm]。
渦輪葉片由凸面和凹面構(gòu)成；設(shè)定一基圓柱，在該圓柱上建立圓周角θ*＝f(Z)(或弧長S*＝f(Z))的葉型曲線，沿Z軸給定一系列的點，逐一通過Z軸上這一系列的點，并穿過葉型曲線引出平行X-Y平面的一系列徑向射線，這些射線便形成一個沒有厚度的葉片中弧面，按照一定規(guī)律在每一射線兩側(cè)(平行X-Y平面)對稱附上葉片的厚度即形成了葉片的凸凹面。
本實用新型適用于船用以及陸用柴油機渦輪增壓器。經(jīng)國內(nèi)多家柴油機廠配機試驗表明，發(fā)動機配裝采用本實用新型混流渦輪的增壓器后，與進口的同檔增壓器相比，燃油耗率下降3～6g/kwh，排氣溫度下降了30℃左右，明顯提高了內(nèi)燃機渦輪增壓有效性，可完全替代進口。

圖1為本實用新型混流渦輪外形結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實用新型混流渦輪子午通道示意圖； 圖3為沿著圖2中渦輪出口平均直徑D2P所在圓柱面剖切的葉型曲線示意圖； 圖4為沿著圖2中圍繞葉片進口A-A的剖視圖； 圖5為渦輪的一個葉片包絡(luò)角θb示意圖 圖6為沿著圖2中一軸向截面剖切后的葉片厚度示意圖； 圖7為進口葉片安裝角β1分布規(guī)律示意圖； 圖中1、渦輪葉片，2、輪轂，3、輪盤，4、葉片凸面，5、葉片凹面。
具體實施方式
如圖1所示，輪盤3為半開式輪盤，渦輪葉片1共有十二片。渦輪葉片1由葉片凸面4和葉片凹面5構(gòu)成(圖6)。葉型曲線采用雙方程模式。
沿渦輪進口寬度bT1的葉片安裝角β1分布規(guī)律為減小渦輪進口處在葉片凸面的渦流損失，當沿氣流方向斜切葉片時，應(yīng)使葉片形狀和氣流相對速度相吻合，即形成一個所謂的“斜切前彎渦輪”，它是靠葉型曲線和葉片厚度分布規(guī)律的調(diào)整來實現(xiàn)的。圖7示出了β1的分布規(guī)律。
沿輪轂和外基圓柱的葉片厚度如圖6所示，其厚度和渦輪的大小、葉片數(shù)、葉片強度、流場分布有關(guān)，為實現(xiàn)葉片厚度分布規(guī)律的可塑性，一般以高次方程來表示。
為減小渦輪進口處的氣體撞擊損失，要對進口葉片進行修尖，在進口段確定一修正區(qū)，對應(yīng)每一Z值均有一Rx(修正起始點到回轉(zhuǎn)中心的半徑)。
渦輪子午通道結(jié)構(gòu)如圖2所示，其參數(shù)為渦輪葉片外圓弧半徑R1＝25mm，渦輪輪轂底弧半徑R2＝59mm，渦輪進口葉片傾斜角度α1＝30°，渦輪進口輪轂傾斜角度α2＝30°，渦輪出口輪轂傾斜角度α3＝5°，渦輪出口葉片傾斜角度α4＝15°，渦輪進口葉片直徑D1＝φ131.2mm，渦輪出口葉片直徑D2＝φ135mm，渦輪出口輪轂直徑Do＝φ40.6mm，渦輪進口輪轂直徑Db＝φ122mm，渦輪進口葉片寬度bT1＝25.75mm，葉片軸向高度Zm＝68mm。根據(jù)選定的葉片包絡(luò)角θb、出口葉片安裝角β2p、Zm以及葉型方程指數(shù)p1、q1、p2、q2確定葉型方程(1)和(2)的待定系數(shù)b1、c1、b2、c2。并根據(jù)流場分析確定渦輪的輪轂線及罩轂線。
權(quán)利要求1.一種高效混流渦輪，其特征是包括渦輪葉片、輪轂和輪盤；輪盤為半開式輪盤；渦輪葉片數(shù)為十二片，葉片的葉型曲線采用雙方程模式，即
沿渦輪軸線方向座標Z＝0～15.3mm，
Z＝15.3～70mm，
式中θ為圓周角弧度；c1、b2、c2為方程待定系數(shù)，由葉片最大軸向高度Zm、渦輪出口平均直徑D2p上的葉片安裝角β2p和葉片包路角θb來確定，對于混流渦輪，一般的，Zm/D1P＝0.4～0.5，β2p＝30～40°；
D1P為渦輪進口平均直徑，D2P＝[(D2+Do2)/2]0.5；p1、p2、q2為方程指數(shù)，其值影響葉型曲線的曲率變化規(guī)律，一般為1.8～3.0。
2.如權(quán)利要求1所述的高效混流渦輪，其特征是葉片厚度沿輪轂和外基圓柱的分布規(guī)律為
Tg＝5+0.491072*Z-0.02017862*Z2+0.00044202629*Z3
-0.000005076025975*Z4+0.0000000214671533*Z5mm(3)
Z＝0～24.59mm，
Tw＝1.8-0.0162668*Z(4)
Z＝24.59～70mm，
Tw＝1.4+0.069354*(Z-24.59)-0.0018687365*(Z-24.59)2
+0.00001189781*(Z-24.59)3(5)
式中Tg為沿輪轂的葉片厚度，單位mm，
Tw為外基圓柱上的葉片厚度，單位mm，
Z為沿渦輪軸線方向座標，單位mm，
葉片上任意點的葉片厚度
式中T為葉片上任意點的葉片厚度，單位mm，
Tg，Tw為按(3)、(4)、(5)中方程求得的Tg，Tw值mm，
Rg為對應(yīng)Z的輪轂半徑，單位mm，
Rw為外基圓柱的半徑，單位mm，
R為從Rg到Rw的任意半徑，單位mm，
m為厚度控制指數(shù)，沿軸向為一變量m＝0.6+0.0021429*Z。
3.如權(quán)利要求1或2所述的高效混流渦輪，其特征是渦輪葉片在進口段R≥Rx的修正區(qū)，按下式修尖
T＝Tx[0.5+0.003333(R-Rx)-0.14(R-Rx)2+0.08666647(R-Rx)3
-0.04(R-Rx)4](8)
式中T為修正區(qū)的葉片厚度，單位mm，
Tx為按(6)中方程計算得出的對應(yīng)Z、Rx點的葉片厚度，單位mm，
Rx為修正區(qū)的起始半徑，單位mm，
R為修正區(qū)任意點的半徑，單位mm，
沿bT1的進口葉片安裝角的分布規(guī)律
其中
為進口相對葉片安裝角，
β1為進口葉片安裝角，°，
β1max為最大進口葉片安裝角，一般為20～25°，
b為相對進口葉片寬度，
B為任意一點的進口葉片寬度，單位mm，
bT1為最大進口葉片寬度，單位mm。
4.如權(quán)利要求1或2所述的高效混流渦輪，其特征是輪轂形狀參數(shù)為渦輪輪轂底弧半徑R2＝59mm，渦輪進口輪轂傾斜角度α2＝30°，渦輪出口輪轂傾斜角度α3＝5°，渦輪出口輪轂直徑Do＝φ40.6mm，渦輪進口輪轂直徑Db＝φ122mm，渦輪葉片軸向高度Zm＝68mm。
專利摘要一種高效混流渦輪，適用于船用以及陸用柴油機渦輪增壓器；目的是提高內(nèi)燃機渦輪增壓有效性；本實用新型包括渦輪葉片、輪轂和輪盤；輪盤為半開式輪盤；渦輪葉片的葉型曲線采用雙方程模式；沿渦輪軸線方向座標Z＝0～15.3[mm]，圓周角Z＝15.3～70[mm]，圓周角式中c1、b2、c2為方程待定系數(shù)，由葉片最大軸向高度Zm、渦輪出口平均直徑D2p上的葉片安裝角β2p和葉片包路角θb來確定，對于混流渦輪，一般的，Zm/D1P＝0.4～0.5，β2p＝30～40°；D1P為渦輪進口平均直徑，D2P＝[(D2+Do2)/2]0.5；p1、p2、q2為方程指數(shù)，其值影響葉型曲線的曲率變化規(guī)律，一般為1.8～3.0。
文檔編號F01D5/14GK201560805SQ20092010380
公開日2010年8月25日 申請日期2009年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月18日
發(fā)明者董復(fù)興, 朱愛國, 韓國強, 張晉東, 馮云虎, 王鑫 申請人:大同北方天力增壓技術(shù)有限公司