本發(fā)明涉及內燃機增壓技術領域，特別涉及一種緊湊型兩級渦輪機。

背景技術：

近年來，隨著能源價格的上漲以及不可再生資源的日益緊缺，節(jié)能成為一個國家能夠可持續(xù)發(fā)展的關鍵因素。如果不優(yōu)化傳統(tǒng)的能源利用方式，不能使資源更有效的利用，就會使整個資源環(huán)境加劇惡化，并且造成能源的迅速枯竭。

渦輪增壓器是內燃機的重要部件之一，所有的柴油機及部分汽油機、氣體發(fā)動機都配備了渦輪增壓器，隨著增壓技術的不斷革新，增壓器的配機量將會越來越多。隨著應用環(huán)境的日益復雜以及排放法規(guī)的要求日趨嚴格，傳統(tǒng)的渦輪增壓器面臨嚴峻的挑戰(zhàn)，對渦輪增壓器的廢氣利用率的要求也越來越高。

渦輪增壓器的壓比是影響渦輪增壓器的廢氣利用率的一個重要的參數(shù)，通常提高壓比的方法是采用串聯(lián)兩個渦輪增壓器來實現(xiàn)，但這種方法會產(chǎn)生一系列的問題，使得增壓系統(tǒng)體積龐大、結構復雜、成本和故障率較高。

因此，如何在提高渦輪增壓器的壓比的同時保證渦輪增壓器的結構緊湊，是本領域技術人員目前需要解決的技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種緊湊型兩級渦輪機，其回收內燃機廢氣能量率較高且結構緊湊。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種緊湊型兩級渦輪機，包括渦輪軸、沿軸向依次固定套設于所述渦輪軸上的一級渦輪和二級渦輪、以及罩設于所述一級渦輪與所述二級渦輪的外側的機殼，所述一級渦輪的進口處設有徑向噴嘴環(huán)，所述二級渦輪的進口處設有軸向噴嘴環(huán)，所述軸向噴嘴環(huán)與所述一級渦輪之間設有級間導向罩，所述級間導向罩與所述機殼的內壁之間形成用于引導廢氣進入所述軸向噴嘴環(huán)的導向通道，所述一級渦輪為徑流渦輪或混流渦輪，所述二級渦輪為軸流渦輪。

優(yōu)選地，所述導向通道的徑向截面面積由進氣側向出氣側漸縮。

優(yōu)選地，所述一級渦輪與所述渦輪軸為一體件。

優(yōu)選地，所述渦輪軸的中部徑向凸出有安裝凸臺，所述二級渦輪的中間通孔由所述渦輪軸的一端套入所述渦輪軸并通過鎖緊螺母連接于所述安裝凸臺的一軸向端面上。

優(yōu)選地，還包括用于廢氣的導向和收集的排氣殼，所述排氣殼上設有軸承座，所述軸承座通過滾動軸承連接于所述渦輪軸的端部的軸頸上，所述排氣殼連接有排氣殼端蓋，所述排氣殼端蓋能夠與所述渦輪軸上連接于所述軸頸的臺階面共同限定所述滾動軸承的軸向位移。

優(yōu)選地，所述軸向噴嘴環(huán)上沿徑向由內向外依次設有內法蘭和外法蘭，所述內法蘭連接于所述級間導向罩上的導向罩法蘭，所述排氣殼上設有第一法蘭和第二法蘭，所述第一法蘭、所述外法蘭連接于所述機殼，所述第二法蘭連接外部排氣管道。

優(yōu)選地，所述級間導向罩與所述一級渦輪之間設有間隙。

本發(fā)明提供的緊湊型兩級渦輪機中，在同一渦輪軸上設置一級渦輪和二級渦輪。使用時，廢氣從機殼上的機殼進氣口進入機殼內部，徑向噴嘴環(huán)與機殼內壁共同形成縮減通道，使廢氣膨脹加速后進入一級渦輪，徑流渦輪或混流渦輪為第一級回收廢氣功部件，廢氣在一級渦輪膨脹做功后進入導氣通道，導氣通道能夠引導廢氣順利進入下一級的軸向噴嘴環(huán)，經(jīng)過軸向噴嘴環(huán)加速后的廢氣進入二級渦輪，然后從二級渦輪的出口排出。

此種緊湊型兩級渦輪機的兩個渦輪驅動同一根軸，廢氣經(jīng)過兩級渦輪做功后將輸出有效功全部提供給壓氣機，從而可以使壓氣機獲得更多的能量，提高渦輪增壓器的壓比，廢氣利用率較高，同時，一級渦輪、二級渦輪設置于同一個機殼中，結構較為緊湊，能夠減小占用空間。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明所提供緊湊型兩級渦輪機的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明所提供渦輪軸的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明所提供級間導向罩的結構示意圖；

圖4為本發(fā)明所提供軸向噴嘴環(huán)的結構示意圖；

圖5為本發(fā)明所提供軸流渦輪的結構示意圖；

圖6為本發(fā)明所提供排氣殼的結構示意圖；

圖7為本發(fā)明所提供緊湊型兩級渦輪機的剖視圖。

圖1至圖7中，1-機殼，2-徑向噴嘴環(huán)，3-渦輪軸，4-級間導向罩，5-軸向噴嘴環(huán)，6-二級渦輪，7-鎖緊螺母，8-排氣殼，9-滾動軸承，10-機殼進氣口，11-一級渦輪，12-內法蘭，13-外法蘭，14-導向罩法蘭，15-軸承座，16-軸頸，17-排氣殼端蓋，18-安裝凸臺，19-第一法蘭，20-第二法蘭。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明的核心是提供一種緊湊型兩級渦輪機，其回收內燃機廢氣能量率較高且結構緊湊。

請參考圖1至圖7，圖1為本發(fā)明所提供緊湊型兩級渦輪機的結構示意圖；圖2為本發(fā)明所提供渦輪軸的結構示意圖；圖3為本發(fā)明所提供級間導向罩的結構示意圖；圖4為本發(fā)明所提供軸向噴嘴環(huán)的結構示意圖；圖5為本發(fā)明所提供軸流渦輪的結構示意圖；圖6為本發(fā)明所提供排氣殼的結構示意圖；圖7為本發(fā)明所提供緊湊型兩級渦輪機的剖視圖。

本發(fā)明所提供緊湊型兩級渦輪機的一種具體實施例中，包括渦輪軸3、沿軸向依次固定套設于渦輪軸3上的一級渦輪11和二級渦輪6、以及罩設于一級渦輪11與二級渦輪6的外側的機殼1，一級渦輪11的進口處設有徑向噴嘴環(huán)2，二級渦輪6的進口處設有軸向噴嘴環(huán)5，軸向噴嘴環(huán)5與一級渦輪11之間設有級間導向罩4，級間導向罩4與機殼1的內壁之間形成用于引導廢氣進入軸向噴嘴環(huán)5的導向通道，一級渦輪11為徑流渦輪或混流渦輪，二級渦輪6為軸流渦輪。其中，軸流渦輪的輪盤直徑通常會大于徑流渦輪與混流渦輪的出口內徑，所以級間導向罩4靠近一級渦輪11的直徑小于靠近二級渦輪6的直徑。級間導向罩4的一端外形尺寸與一級渦輪11的出口輪廓尺寸相一致，另一端的外形尺寸與軸向噴嘴環(huán)5的入口輪廓尺寸相一致。

廢氣從機殼1上的機殼進氣口10進入機殼1內部，徑向噴嘴環(huán)2與機殼1內壁共同形成縮減通道，使廢氣膨脹加速后進入一級渦輪11，徑流渦輪或混流渦輪為第一級回收廢氣功部件，廢氣在一級渦輪11膨脹做功后進入導氣通道，導氣通道能夠引導廢氣順利進入下一級的軸向噴嘴環(huán)5，經(jīng)過軸向噴嘴環(huán)5加速后的廢氣進入二級渦輪6，然后從二級渦輪6的出口排出。

可見，此種緊湊型兩級渦輪機通過在同一渦輪軸3上設置一級渦輪11和二級渦輪6，此兩個渦輪驅動同一根軸，廢氣經(jīng)過兩級渦輪做功后將輸出有效功全部提供給壓氣機，從而可以使壓氣機獲得更多的能量，提高渦輪增壓器的壓比，廢氣利用率較高，同時，一級渦輪11、二級渦輪6設置于同一個機殼1中，結構較為緊湊，能夠減小占用空間。

其中，為了保證廢氣順利地進入軸向噴嘴環(huán)5，級間導向罩4的軸向長度不應過短，應使廢氣進入軸向噴嘴環(huán)5之前的速度方向盡可能沿著軸向。級間導向罩4與軸向噴嘴環(huán)5、一級渦輪11之間的連接處要光滑，不應有臺階出現(xiàn)，以避免氣流碰撞損失。

具體地，導氣通道的徑向截面可以為圍繞渦輪軸3的環(huán)形面，且徑向截面面積可以由進氣側向出氣側漸縮，以保證廢氣在順壓條件下流動。其中，對于導氣通道，靠近一級渦輪11的一側為進氣側，靠近二級渦輪6的一側為出氣側。

具體地，一級渦輪11與渦輪軸3可以為一體件，以保證一級渦輪11與渦輪軸3之間能夠可靠地同步運轉。當然，一級渦輪11也可以通過摩擦焊或者其他方式與渦輪軸3聯(lián)成一體。

具體地，渦輪軸3的中部可以徑向凸出有安裝凸臺18，二級渦輪6的中間通孔由渦輪軸3的一端套入渦輪軸3并通過鎖緊螺母7連接于安裝凸臺18的一軸向端面上。擰緊鎖緊螺母7后可以限制二級渦輪6的軸向運動，同時，鎖緊螺母7的周向支撐力可以使二級渦輪6隨著渦輪軸3共同做周向運動。安裝凸臺18的設置可以方便二級渦輪6與渦輪軸3之間的安裝固定。

在上述各個實施例的基礎上，該緊湊型兩級渦輪機中還可以包括用于廢氣的導向和收集的排氣殼8，排氣殼8上設有軸承座15，該軸承座15通過滾動軸承9連接于渦輪軸3的端部的軸頸16上。由于軸流渦輪的輪盤較重，不能設計為懸臂式結構，所以在排氣殼8中設置一個軸承座15，滾動軸承9的內圈安裝在渦輪軸3的軸頸16的外周面上，該滾動軸承9的外圈安裝在軸承座15中，通過滾動軸承9來支撐渦輪軸3，同時，采用滾動軸承9進行連接，維護方便，工作可靠，起動性能好。排氣殼8連接有排氣殼端蓋17，具體可以通過螺栓相連接。排氣殼端蓋17能夠與渦輪軸3上連接于軸頸16的臺階面共同限定滾動軸承9的軸向位移，即軸頸16與該渦輪軸3的主體之間形成臺階面，排氣殼端蓋17與該臺階面分別位于滾動軸承9的軸向的兩側，排氣殼端蓋17可以對滾動軸承9進行密封與固定。

進一步地，渦輪軸3可以為只包括一個臺階面的階梯軸，該臺階面將渦輪軸3分為大徑段和小徑段，小徑段即為軸頸16，一級渦輪11、二級渦輪6可以均設置在大徑段上，而滾動軸承9設置在小徑段上，且大徑段的直徑大于滾動軸承9的內圈直徑，該臺階面可以對滾動軸承9進行軸向定位。當然，臺階面的數(shù)量也可以根據(jù)需要進行其他設置。

具體地，軸向噴嘴環(huán)5上沿徑向由內向外可以依次設有內法蘭12和外法蘭13，該內法蘭12連接于級間導向罩4上的導向罩法蘭14，排氣殼8上設有第一法蘭19和第二法蘭20，第一法蘭19、外法蘭13連接于機殼1，即沿著軸向，機殼1、外法蘭13和第一法蘭19依次設置并連接在一起，第二法蘭20連接外部排氣管道。其中，機殼1的一端連接軸向噴嘴環(huán)5，另一端可以通過法蘭固定于軸承殼上。各部件之間通過法蘭結構連接，有利于提高裝拆的便捷性，進而便于維修工作的順利進行。

具體地，級間導向罩4與一級渦輪11之間可以設有間隙，以避免一級渦輪11被刮傷，保證渦輪安全運行。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

以上對本發(fā)明所提供的緊湊型兩級渦輪機進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權利要求的保護范圍內。