一种双通道涡轮、涡轮增压器及发动机的制作方法

1.本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种双通道涡轮、涡轮增压器及发动机。


背景技术：

2.目前增压器入口形式多采用双通道涡轮两支入口进气的方式，此方式可以实现脉冲分离，并有效利用脉冲排气能量。具体地，两个通道分别连通两个进气口，且两个通道分别经两个蜗舌与喷嘴环的左半部分和右半部分连通，喷嘴环的左半部分的两端和右半部分的两端分别连通，喷嘴环包括多个沿其轴向均匀分布的导叶，相邻的两个导叶之间形成供气流通过的通道，通道将气流输送至涡轮。但是受发动机发火顺序的影响，双通道涡轮的两个进气通道内部的气流状态往往存在差别且并不均匀，进而容易导致进入左半部分和右半部分的气流存在差异，在左半部分的两端和右半部分的两端的气流容易出现显著的掺混现象和明显的射流，以致喷嘴环内部的流动损失显著增加。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于：提供一种双通道涡轮、涡轮增压器及发动机，以改善双通道涡轮的双通道来气不均匀时，喷嘴环的左半部分的两端和右半部分的两端的气流容易出现显著的掺混现象，并导致喷嘴环内部的流动损失增加的问题。
4.一方面，本发明提供一种双通道涡轮，该双通道涡轮包括蜗壳、喷嘴环和涡轮，所述蜗壳具有两个进气口、分别与两个所述进气口连通的内通道和外通道、以及分别与所述内通道和所述外通道连通的两个蜗舌，所述喷嘴环包括两个半环，两个所述蜗舌分别与两个所述半环的入口连通，两个所述半环的出口均用于将气流输送至所述涡轮，每个所述半环均具有第一自由端和第二自由端，两个所述半环中的任一所述半环的第一自由端均和另一所述半环的第二自由端连通，所述喷嘴环还包括导叶，每个所述半环内均设有若干导叶，每个所述半环内任意相邻的两个所述导叶之间均形成气流通道，所述气流通道分别与对应的所述半环的入口和对应的所述半环的出口连通，每个所述半环均包括沿所述喷嘴环的圆周方向依次设置的第一区段和第二区段，且一个所述半环的所述第一区段和另一所述半环的所述第二区段相连，沿所述喷嘴环的圆周方向，所述第一区段中任意相邻的两个所述导叶之间的间隔角度大于所述第二区段中任意相邻的两个所述导叶之间的间隔角度。
5.作为双通道涡轮的优选技术方案，所述第一区段对应所述喷嘴环的圆心角大于所述第二区段对应所述喷嘴环的圆心角。
6.作为双通道涡轮的优选技术方案，所述第二区段对应所述喷嘴环的圆心角为γ，γ位于30
°
至70
°
之间。
7.作为双通道涡轮的优选技术方案，所述第二区段中导叶的数量，与所述第一区段对应所述喷嘴环的圆心角为γ的范围内的所述导叶的数量的差值大于等于1。
8.作为双通道涡轮的优选技术方案，所述第一区段中相邻两个导叶之间的夹角为α，所述第二区段中相邻两个导叶之间的夹角为β，α与β的差小于等于2
°
。
9.作为双通道涡轮的优选技术方案，两个所述半环对应所述喷嘴环的圆心角均为180
°
。
10.作为双通道涡轮的优选技术方案，所述内通道和所述外通道中气流的流动方向相同，沿所述内通道或所述外通道内气流的流动方向，在每个所述半环中，所述第一区段位于所述第二区段的上游。
11.作为双通道涡轮的优选技术方案，所述内通道和所述外通道中气流的流动方向相同，沿所述内通道或所述外通道内气流的流动方向，在每个所述半环中，所述第一区段位于所述第二区段的下游。
12.另一方面，本发明提供一种涡轮增压器，包括上述任一方案中的双通道涡轮。
13.再一方面，本发明提供一种发动机，包括上述方案中的涡轮增压器。
14.本发明的有益效果为：
15.本发明提供一种双通道涡轮、涡轮增压器及发动机，该双通道涡轮包括蜗壳、喷嘴环和涡轮，蜗壳具有两个进气口、分别与两个进气口连通的内通道和外通道、以及分别与内通道和外通道连通的两个蜗舌，喷嘴环包括两个半环，两个蜗舌分别与两个半环的入口连通，两个半环的出口均用于将气流输送至涡轮，每个所述半环均具有第一自由端和第二自由端，两个所述半环中的任一所述半环的第一自由端均和另一所述半环的第二自由端连通，喷嘴环还包括导叶，每个半环内均设有若干导叶，每个半环内任意相邻的两个导叶之间均形成气流通道，气流通道分别与对应的半环的入口和对应的半环的出口连通，每个半环均包括沿喷嘴环的圆周方向依次设置的第一区段和第二区段，且一个半环的第一区段和另一半环的第二区段相连，沿喷嘴环的圆周方向，第一区段中任意相邻的两个导叶之间的间隔角度大于第二区段中任意相邻的两个导叶之间的间隔角度。如此设置，每个半环内的第一区段中的导叶布置的相对较为疏散，第二区段中的导叶布置的相对较为稠密，加强了对蜗舌处掺混气流的整流作用，改善了因气流掺混造成的流场畸变的情况，使得经蜗舌进入涡轮的气流角更接近设计状态，从而提高了涡轮机的性能。
附图说明
16.图1为本发明实施例中双通道涡轮的结构示意图一；
17.图2为本发明实施例中双通道涡轮的结构示意图二；
18.图3为本发明实施例中双通道涡轮中喷嘴环的结构示意图；
19.图4为图3中a处的放大视图；
20.图5为图3中b处的放大视图。
21.图中：
22.1、蜗壳；11、进气口；12、内通道；13、外通道；14、蜗舌；
23.2、喷嘴环；21、半环；211、入口；212、出口；22、导叶；23、气流通道；24、第一区段；25、第二区段；
24.3、涡轮。
具体实施方式
25.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施
例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置，而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
29.现有的双通道涡轮，受发动机发火顺序的影响，双通道涡轮的两个进气通道内部的气流状态往往存在差别且并不均匀，进而容易导致进入左半部分和右半部分的气流存在差异，在左半部分的两端和右半部分的两端的气流容易出现显著的掺混现象和明显的射流，以致喷嘴环内部的流动损失显著增加。
30.对此，本实施例提供一种双通道涡轮以改善双通道涡轮的双通道来气不均匀时，喷嘴环的左半部分的两端和右半部分的两端的气流容易出现显著的掺混现象，并导致喷嘴环内部的流动损失增加的问题。
31.具体地，如图1至图5所示，该双通道涡轮包括蜗壳1、喷嘴环2和涡轮3。其中，如图1所示，蜗壳1具有两个进气口11、分别与两个进气口11连通的内通道12和外通道13、以及分别与内通道12和外通道13连通的两个蜗舌14，喷嘴环2包括两个半环21，两个蜗舌14分别与两个半环21的入口211连通，两个半环21的出口212均用于将气流输送至涡轮3，每个半环21均具有第一自由端和第二自由端，两个半环21中的任一半环21的第一自由端均和另一半环21的第二自由端连通，喷嘴环2还包括导叶22，每个半环21内均设有若干导叶22，每个半环21内的任意相邻的两个导叶22之间均形成气流通道23，气流通道23分别与对应的半环21的入口211和对应的半环21的出口212连通。其中，喷嘴环2套设于涡轮3，发动机产生的废气可从两个进气口11分别进入内通道12和外通道13，进入内通道12的气体从一个蜗舌14输送至喷嘴环2的一个半环21，并经若干气流通道23输送至该半环21的出口212进而输送至涡轮3，并驱动涡轮3转动，进入外通道13的气体从另一个蜗舌14输送至喷嘴环2的另一个半环21，并经若干气流通道23输送至该半环21的出口212进而输送至涡轮3，并驱动涡轮3转动。
32.其中，半环21的入口211和出口212沿半环21的径向间隔且均沿半环21的圆周方向
延伸，具体地，半环21的入口211位于其外缘，半环21的出口212位于其内缘，位于该半环21内的若干气流通道23均连通该半环21的入口211和该半环21的出口212，两个蜗舌14均为舌状结构，内通道12内的气流经过与其连通的蜗舌14可直接进入其一半环21的入口211；外通道13内的气流经过与其连通的蜗舌14可直接进入另一半环21的入口211，每个半环21的入口211处的气流可依次分配至对应的各个气流通道23，经气流通道23进入该半环21的出口212。优选地，本实施例中，气流通道23的中心线倾斜设置，且与涡轮3的外缘所在的圆周近乎相切，以便于驱动涡轮3转动。进一步优选地，导叶22能够相对蜗壳1转动，如此便于调整气流通道23的中心线的方向，进而调整该双通道涡轮的功率。
33.由于两个半环21的两端是一一对应连通的，也即两个半环21的入口211和两个半环21的出口212均是对应连通的，这会导致在两个半环21的连通处气流容易出现掺混。本实施例中，每个半环21均包括沿喷嘴环2的圆周方向依次设置的第一区段24和第二区段25，且一个半环21的第一区段24和另一半环21的第二区段25相连，沿喷嘴环2的圆周方向，第一区段24中任意相邻的两个导叶22之间的间隔角度大于第二区段25中任意相邻的两个导叶22之间的间隔角度。如此设置，每个半环21内的第一区段24中的导叶22布置的相对较为疏散，第二区段25中的导叶22布置的相对较为稠密，加强了对蜗舌14处掺混气流的整流作用，改善了因气流掺混造成的流场畸变的情况，使得经蜗舌14进入涡轮3的气流角更接近设计状态，从而提高了涡轮机的性能。
34.可选地，两个半环21对应喷嘴环2的圆心角均为180
°
，如此能够保证两个半环21的进气相对均衡。
35.可选地，第一区段24对应喷嘴环2的圆心角大于第二区段25对应喷嘴环2的圆心角。具体地，请参照图3，第二区段25对应喷嘴环2的圆心角为γ，γ为直线l1和直线l2之间的夹角，其中，直线l1为过喷嘴环2的圆心，以及各个半环21内第一区段24和第二区段25的连接处的直线；直线l2为过喷嘴环2的圆心，以及两个半环21两端的连接处的直线，γ位于30
°
至70
°
之间，例如，γ可以为30
°
、35
°
、40
°
、45
°
、50
°
、55
°
、60
°
、65
°
或70
°
。
36.可选地，第二区段25中导叶22的数量，与第一区段24对应喷嘴环2的圆心角为γ的范围内的导叶22的数量的差值大于等于1。即，在第一区段24截取和第二区段25相同弧长的部分时，截取第一区段24的部分中导叶22的数量与第二区段25中导叶22的数量的差值为x，x≥1。当然，在其他的实施例中亦可根据需要设置x的数量大小。
37.可选地，请参照图3至图5，第一区段24中相邻两个导叶22之间的夹角为α，第二区段25中相邻两个导叶22之间的夹角为β，α与β的差小于等于2
°
。具体地，α与β的差可以为0.5
°
、0.6
°
、0.7
°
、0.8
°
、0.9
°
、1.0
°
、1.1
°
、1.2
°
、1.3
°
、1.4
°
、1.5
°
、1.6
°
、1.7
°
、1.8
°
、1.9
°
或2.0
°
。其中，图4和图5中虚线所示的导叶22为第二区段25相比第一区段24中的导叶22进行加密后的样式，实线所示的导叶22为假定第二区段25的导叶22保持和第一区段24的导叶22相同疏密时的样式。
38.可选地，内通道12和外通道13中气流的流动方向相同，沿内通道12或外通道13内气流的流动方向，在每个半环21中，第一区段24可以位于第二区段25的上游。当然，也可根据需要使每个半环21中的第一区段24位于第二区段25的下游，同样能够实现改善两个半环21的连通处的气流的掺混现象，避免气流动能损失的效果。其中，图3中示例性给出了沿蜗舌14内气流的流动方向，第一区段24位于第二区段25的上游的图示。
39.为了便于进一步体现本案中的双通道涡轮在改善两个半环21的连通处的气流的掺混现象，避免气流动能损失的效果，引入双通道涡轮的总静效率计算公式，该计算公式如下：
[0040][0041][0042]
其中，τ为涡轮输出扭矩，单位n
·
m；ω为叶轮转速，单位rad/s；m
in1
和m
in2
为分别为两个进气口11处进入的废气的质量，t
t-in1
和t
t-in2
分别为两个进气口11处的温度，单位k；p
t-in1
和p
t-in2
分别两个进气口11处的压力，单位pa；p
s-out
为双通道涡轮的出口静压，单位pa；c
p
为等压比热容，取值为1089.25j/(kg
·
k)；n为无量纲空气绝热系数，取值为1.353。
[0043]
通过上述公式，采用以下三种模型进行比较。基本模型：现有的双通道涡轮，喷嘴环2中任意两个导叶22之间的间隔相同，且相当于本实施例中半环21的第一区段24中相邻两个导叶22之间的间隔；模型二：本实施例中提供的双通道涡轮，且沿蜗舌14内气流的流动方向，第一区段24可以位于第二区段25的上游；模型三：本实施例中提供的双通道涡轮，且沿蜗舌14内气流的流动方向，第一区段24可以位于第二区段25的下游。通过比较上述三种模型的总静效率，模型二相对模型一使双通道涡轮的效率上升3.77％；模型三相对模型一，使双通道涡轮的效率上升2.41％。
[0044]
本实施例还提供一种涡轮增压器，其包括上述方案中的双通道涡轮。
[0045]
本实施例还提供一种发动机，包括上述方案中的涡轮增压器。
[0046]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

技术特征：
1.一种双通道涡轮，包括蜗壳(1)、喷嘴环(2)和涡轮(3)，所述蜗壳(1)具有两个进气口(11)、分别与两个所述进气口(11)连通的内通道(12)和外通道(13)、以及分别与所述内通道(12)和所述外通道(13)连通的两个蜗舌(14)，所述喷嘴环(2)包括两个半环(21)，两个所述蜗舌(14)分别与两个所述半环(21)的入口(211)连通，两个所述半环(21)的出口(212)均用于将气流输送至所述涡轮(3)，每个所述半环(21)均具有第一自由端和第二自由端，两个所述半环(21)中的任一所述半环(21)的第一自由端均和另一所述半环(21)的第二自由端连通，所述喷嘴环(2)还包括导叶(22)，每个所述半环(21)内均设有若干导叶(22)，每个所述半环(21)内任意相邻的两个所述导叶(22)之间均形成气流通道(23)，所述气流通道(23)分别与对应的所述半环(21)的入口(211)和对应的所述半环(21)的出口(212)连通，其特征在于，每个所述半环(21)均包括沿所述喷嘴环(2)的圆周方向依次设置的第一区段(24)和第二区段(25)，且一个所述半环(21)的所述第一区段(24)和另一所述半环(21)的所述第二区段(25)相连，沿所述喷嘴环(2)的圆周方向，所述第一区段(24)中任意相邻的两个所述导叶(22)之间的间隔角度大于所述第二区段(25)中任意相邻的两个所述导叶(22)之间的间隔角度。2.根据权利要求1所述的双通道涡轮，其特征在于，所述第一区段(24)对应所述喷嘴环(2)的圆心角大于所述第二区段(25)对应所述喷嘴环(2)的圆心角。3.根据权利要求2所述的双通道涡轮，其特征在于，所述第二区段(25)对应所述喷嘴环(2)的圆心角为γ，γ位于30
°
至70
°
之间。4.根据权利要求3所述的双通道涡轮，其特征在于，所述第二区段(25)中导叶(22)的数量，与所述第一区段(24)对应所述喷嘴环(2)的圆心角为γ的范围内的所述导叶(22)的数量的差值大于等于1。5.根据权利要求1所述的双通道涡轮，其特征在于，所述第一区段(24)中相邻两个导叶(22)之间的夹角为α，所述第二区段(25)中相邻两个导叶(22)之间的夹角为β，α与β的差小于等于2
°
。6.根据权利要求1所述的双通道涡轮，其特征在于，两个所述半环(21)对应所述喷嘴环(2)的圆心角均为180
°
。7.根据权利要求1-6任一项所述的双通道涡轮，其特征在于，所述内通道(12)和所述外通道(13)中气流的流动方向相同，沿所述内通道(12)或所述外通道(13)内气流的流动方向，在每个所述半环(21)中，所述第一区段(24)位于所述第二区段(25)的上游。8.根据权利要求1-6任一项所述的双通道涡轮，其特征在于，所述内通道(12)和所述外通道(13)中气流的流动方向相同，沿所述内通道(12)或所述外通道(13)内气流的流动方向，在每个所述半环(21)中，所述第一区段(24)位于所述第二区段(25)的下游。9.一种涡轮增压器，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的双通道涡轮。10.一种发动机，其特征在于，包括权利要求9所述的涡轮增压器。

技术总结
本发明涉及发动机技术领域，具体公开了一种双通道涡轮、涡轮增压器及发动机，该双通道涡轮包括蜗壳、喷嘴环和涡轮，蜗壳具有两个进气口、两个通道、以及两个蜗舌，两个通道分别连通两个蜗舌，及两个进气口；喷嘴环包括两个半环，两个蜗舌分别与两个半环的入口连通，两个半环的出口均用于将气流输送至涡轮，两个半环首尾相连，每个半环内均设有若干导叶，任意相邻的两个导叶之间均形成气流通道，每个半环均包括沿喷嘴环的圆周方向依次设置的第一区段和第二区段，沿喷嘴环的圆周方向，第一区段中任意相邻的两个导叶之间的间隔角度大于第二区段中任意相邻的两个导叶之间的间隔角度，如此加强了对蜗舌处掺混气流的整流作用。此加强了对蜗舌处掺混气流的整流作用。此加强了对蜗舌处掺混气流的整流作用。


技术研发人员：王晓艳 贾德民 杨名洋 薛颖娴 李雯霖 冯瑞祥
受保护的技术使用者：潍柴动力股份有限公司
技术研发日：2023.02.27
技术公布日：2023/6/7