專利名稱：一種拋物線型葉片式擴壓器的制作方法
技術領域：
本實用新型專利屬于變容式機械技術領域，具體涉及一種拋物線型葉片式擴壓 器。
技術背景 渦輪增壓器是現代發動機提高功率、節油和改善排放必不可少的部件，它主要由 壓氣機和渦輪組成，渦輪吸收發動機的排氣能量帶動壓氣機高速旋轉，壓氣機吸入大氣并 升壓，將氣體壓入發動機氣缸。壓氣機由葉輪、擴壓器和蝸殼三部分組成，壓氣機葉輪為高
速旋轉件，借以提高吸入空氣的動能(速度能)，擴壓器和蝸殼為靜止件，前者的作用是梳 理由葉輪高速流出的氣流并降低氣體流速，將氣體的速度能轉化為壓力能，蝸殼的作用是 收集從擴壓器流出的氣體并進一步降低流速擴壓，而后將氣體導入發動機的進氣管。擴壓 器又分無葉(縫隙式)擴壓器和有葉擴壓器，無葉擴壓器由于其寬廣的適用流量范圍而廣 泛應用于車用發動機，有葉擴壓器適用流量范圍窄，但擴壓效率高，用于船用和發電用發動 機。葉片擴壓器可分為平板式、三角形、薄壁圓弧型、管式、通道式等型式，以上幾種型式或 因其擴壓效率低或因其工藝復雜均不理想。為此我們創建了一種高效的拋物線葉型的葉片 擴壓器。
發明內容 本實用新型就是針對現有技術中存在的缺陷，提供一種拋物線型葉片式擴壓器， 解決上述產品在使用中存在因擴壓效率低或因工藝復雜不理想的問題。 本實用新型采用以下技術方案一種拋物線型葉片式擴壓器，包括圓環形底板和 葉片，將通用拋物線方程用于葉片式擴壓器葉片的凸面、凹面的設計，其中葉片入口安裝角 范圍為16° 22° ，葉片出口安裝角范圍為28。 40° ，葉片擴壓器入口直徑之半與葉輪 出口直徑之半之比為1. 05 1. 15，葉片擴壓器出口直徑之半與葉片擴壓器入口直徑之半 之比為1.3 1.5，葉片凹面的葉片包絡角應比凸面的葉片包絡角大2 3° ，葉片入口尖 點的偏轉角小于r 。葉片擴壓器的葉片數少于葉輪的葉片數且排除整倍數關系。 拋物線葉型方程 本實用新型是將通用拋物線方程應用于葉片式擴壓器葉片凸、凹面的設計上。 二次曲線的通用表達式為 <formula>formula see original document page 3</formula>[0009] 當b2_4ac = 0時，上式變為<formula>formula see original document page 3</formula> (1)式為頂點過座標原點的通用拋物線方程 式中a、b、c、d為方程待定系數。 通過對(1)式求導、座標平移、旋轉得出X0 =
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7附
a 4- e b)
a 4- e b)
k-2A*/g(90o + a4 - a3 -《)L
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.(2)
(2)式中
xm = [R4*sin e b+ (R4*cos e b-R3) *tg ( a 4- e b) ] *cos ( a 4- e b) (mm) ym = [ (K4*cos e b-R3) /cos ( a 4- e b) ] -Xmtg ( a 4- e b) (mm)
9 b)]氺cos P 0_ [R4*cos P o—Xo氺sin (
4_ 9 b) +y,sin(a ……(3)
4_ 9 b) +y0*sin ( a 4_ 9 b)]氺sin P 0+ [R4*cos P 0_x0*sin ( ……(4)
9 b置換為a
9
x = [R4*sin 9 b—Xo氺cos ( a —y0^<cos ( a 4_ 9 b) ] *sin P 0 (mr y = [R4*sin 9 b—Xo氺cos ( a -y0*cos ( a 4_ 9 b) ] *cos P 0 (mr 上述幾式中
R3—一葉片擴壓器入口直徑之半(n R4—一葉片擴壓器出口直徑之半(n a3—一擴壓器葉片入口安裝角(° a4——擴壓器葉片出口安裝角(° 9b—一葉片包絡角(° ) P。一一葉片入口尖點的偏轉角(° 當計算凸面、凹面拋物線時分別將a
9w即可。 選定R3、IV a3、 a4、 9 b、 P 。后先求出結構參數xm和ym，將之帶入(2)式，給定一
系列y。(y。二Oim)，用(2)式求出一系列的x。，再按序將x。、y。代入(3) 、 (4)式即可求出在 以回轉中心為原點的x、y座標系中凸、凹面拋物線上的x、y點的座標值。 葉片擴壓器結構參數選擇 (1)葉片數選擇 其選擇原則是在保證通道擴張角e eq = 8° 10° ， e eq = 2tg—Kd4-cg/21])的
前提下，為減小葉片擴壓器入口的阻塞和保證葉片擴壓器各通道間氣體參數的均勻性，應 盡量選擇較少的葉片數( 一般少于葉輪葉片數)，為避免共振，且不允許和葉輪葉片數成整 倍數關系。
(2)入口安裝角a 3和出口安裝角a 4的選擇 a 3的大小將直接影響到壓氣適用流量范圍的位置，a 3減小則適用流量范圍向小 流量方向移動，03增大則適用流量范圍向大流量方向移動。將根據配機情況來選擇a 3， 03的最佳范圍為16° 22° 。在保證9叫處于合理范圍8。 10° 、且又能達到較大擴 壓度的前提下，。4應在a3+(12° 18° )范圍內選擇。
(3)葉片擴壓器入口直徑R3的選擇 R3/R2 = 1. 05-1. 15，試驗表明，在此范圍內對壓氣機的性能影響不大(R2為葉輪出 口直徑之半)，可視結構情況選定。
4[0037] (4)葉片擴壓器出口直徑R4的選擇 以R4/R3來度量，R4/R3太小擴壓不充分，R4/R3太大則摩擦損失增加，試驗表明其合
理值為R4/R3 = 1. 3-1. 5。 (5)葉片包絡角9 b的選擇 在a 3、 a 4、R4/R3選定的前提下，9 b的大小將直接影響葉片的走向，它對壓氣機的 效率和適用流量范圍的影響甚大，一般IV^小9b應小，iv^大9b應大，為保證葉片凸、 凹面的夾角形成"錐形"效果，其凹面的葉片包絡角9b應比凸面的葉片包絡角9b大2 3。。
(6)偏轉角13。的確定 設置|3 。的目的是為了在R3處形成一定的葉片厚度，在保證葉片強度的前提下為 減小入口阻塞和撞擊損失，一般P。 < 1° 。 本實用新型與傳統的葉片擴壓器相比，它具有諸多的優越性，下表為幾種葉片擴
壓器的對比。
平板擴壓器三角形擴壓器薄壁圓弧擴壓器拋物線型擴壓器
CX3確定后,0t4是 否可調否否可可
ot3、 ！U/R3確定后， e b是否可調否否可可
可否通過葉片凸否可否可
凹面的"變錐形" 設計調整通道擴
可否實現葉片凸 凹面沿流程的變 曲率設計否否否可 從上表中可看出，拋物線型葉片擴壓器具有較大的可塑性，因而擴壓更有效。試 驗表明，和當前應用較廣泛的薄壁圓弧型擴壓器相比，在同一線速度下，壓氣機壓比提高 0. 1 0. 35，壓比越高優勢越明顯，壓氣機效率提高2 3%，配機試驗表明，發動機比油耗 降低5 6g/kw h，發動機排氣溫度可降低50 6(TC，顯著地改善了發動機性能，創造了 良好的經濟效益和社會效益。
圖1為本實用新型結構示意圖； 圖2為葉片擴壓器結構參數示意圖； 圖3為拋物線型葉片擴壓器葉片結構示意圖。
具體實施方式實施例1 葉片擴壓器的拋物線形葉片，將通用拋物線方程用于葉片擴壓器葉片的凸面、凹 面按以下步驟設計a、當b2_4ac = 0時，ax2+bxy+cy2+dx+ey+d = 0變為頂點為過坐標原點
的通用拋物線方x2+2axy+a2y2+bx+cy+d = 0............ (1)，其中a、 b、 c、 d為方程待定系數；
b、對步驟(a)中的(1)式求導、坐標平移、旋轉得出
x = 2[xffl - & *《(90o + "4 -"3 -《)]* ,5
0 一
k - 2h * "90。 + "4 - "3 - A)] *》.o (廳)..…"…..(2) 其中xm = [R4*sin e b+ (R4*cos e b-R3) *tg ( a 4_ 9 b) ] *cos ( a 4- e b) (mm) ym = [ (R4*C0S 9 b_R3) /cos ( a 4_ 9 b) ] -x邁tg ( a 4_ 9 b) (mm) x = [R4*sin 9 b—Xo氺cos ( a 4_ 9 b)+y0*sin ( a 4_ 9 b)]氺cos P 0_[R4*cos P o—Xo氺sin ( a 4- 9 b) 1q化os ( a 4- 9 b) ] *sin P 。 (mm)......(3) y = [R4*sin 9 b_x0*cos ( a 4-9 b)+y0*sin ( a 4-9 b) ]*sin P q+[R4*cos P 0_x0*sin ( a 4- 9 b) -yci化os ( a 4- e b) ] *cos P Q (mm)......(4) 其中葉片入口安裝角03為16° ，葉片出口安裝角04為28° ，葉片擴壓器入口 直徑之半R3與葉輪出口直徑之半R2比為1. 05，葉片擴壓器出口直徑之半R4與葉片擴壓器 入口直徑之半1 3比為1.3，葉片凹面的葉片包絡角9^應比凸面的葉片包絡角9bt大2。， 葉片入口尖點的偏轉角e。小于r 。在計算凸面拋物線時，將^置換為a3t， 《4置換為
a4t， 9b置換為ew在計算凹面拋物線時，將03置換為a3w， a 4置換為a 4w， 9 b置換為 9 bw。葉片擴壓器的葉片數少于葉輪的葉片數且排除整倍數關系。"用選定的1 3、1 4、 a3、 a4、 eb、 P 。求出結構參數xm和ym，再代入(2)式，給定一 系列y。二0-ym，求出一系列的x。，再按序將x。、y。代入(3)式、(4)式求出在以回轉中心為 原點的x、y坐標系中凸、凹面拋物線上的x、y點的坐標值，即可設計出本實用新型的葉片式
擴壓器的拋物線形葉片。 實施例2 葉片式擴壓器的拋物線形葉片，將通用拋物線方程用于葉片擴壓器葉片的凸面、 凹面按以下步驟設計a、當b2_4ac = 0時，ax2+bxy+cy2+dx+ey+d = 0變為頂點為過坐標原點的通用拋物線方x2+2aXy+a2y2+bX+Cy+d = 0............ (1)，其中a、 b、 c、 d為方程待定系
數；b、對步驟(a)中的(1)式求導、坐標平移、旋轉得出
y — 2[xw -凡* ^(90。 + 4 二i-《)]* 5
2^"g(90。 + Qr廣—)............(2)
y加 0 其中xm = [R4*sin e b+ (R4*cos e b_R3) *tg ( a 4_ 9 b) ] *cos ( a 4_ 9 b) (mm) ym = [ (R4*cos e b_R3) /cos ( a 4_ e b) ] -x邁tg ( a 4_ 9 b) (mm) x = [R4*sin 9 b—Xo氺cos ( a 4_ 9 b)+y0*sin ( a 4_ 9 b)]氺cos P 0_[R4*cos P o—Xo氺sin ( a 4- 9 b) 1q化os ( a 4- 9 b) ] *sin P 。 (mm)......(3) y = [R4*sin 9 b_x0*cos ( a 4-9 b)+y。*sin ( a 4-9 b) ]*sin P 。+[R4*cos P 0_x0*sin ( a 4- 9 b) -yci化os ( a 4- 9 b) ] *cos P Q (mm)......(4) 其中葉片入口安裝角、為19° ，葉片出口安裝角、為34° ，葉片擴壓器入口直 徑之半R3與葉輪出口直徑之半R2比為1. 1，葉片擴壓器出口直徑之半R4與葉片擴壓器入 口直徑之半Rs比為1.4，葉片凹面的葉片包絡角9^應比凸面的葉片包絡角9bt大2.5。， 葉片入口尖點的偏轉角e。小于r 。在計算凸面拋物線時，將^置換為a3t， 《4置換為
a4t， 9b置換為ew在計算凹面拋物線時，將03置換為a3w， a 4置換為a 4w， 9 b置換為 9bw。葉片擴壓器的葉片數少于葉輪的葉片數且排除整倍數關系。"用選定的1 3、1 4、 a3、 a4、 9b、P。求出結構參數Xm和ym，再代入(2)式，給定一系列y。 = 0_ym，求出一系列的x。， 再按序將x。、y。代入(3)式、(4)式求出在以回轉中心為原點的x、y坐標系中凸、凹面拋物
線上的x、 y點的坐標值，即可設計出本實用新型葉片式擴壓器的拋物線形葉片。 實施例3 葉片擴壓器的拋物線形葉片，將通用拋物線方程用于葉片式擴壓器葉片的凸面、 凹面按以下步驟設計a、當b2_4ac = 0時，ax2+bxy+cy2+dx+ey+d = 0變為頂點為過坐標原
點的通用拋物線方x2+2aXy+a2y2+bX+Cy+d = 0............ (1)，其中a、 b、 c、 d為方程待定系
數；b、對步驟(a)中的(1)式求導、坐標平移、旋轉得出
《
<formula>formula see original document page 7</formula> (聽)............(2) 其中Xm = [R4*sin e b+ (R4*cos e b_R3) *tg ( a 4_ e b) ] *cos ( a 4_ 9 b) (mm) ym = [ (R4*cos 9 b-R3) /cos ( a 4_ 9 b) ] -x邁tg ( a 4_ 9 b) (mm) <formula>formula see original document page 7</formula>a 4- 9 b) 1q化os ( a 4- 9 b) ] *sin P 。 (mm)......(3) y = [R4*sin 9 b_x0*cos ( a 4-9 b)+y0*sin ( a 4-9 b) ]*sin P q+[R4*cos P 0_x0*sin ( a4-eb)-y。*cos(a4-eb)]*cos|3。(mm)……(4)其中葉片入口安裝角03為22° ，葉片出口 安裝角《4為40° ，葉片擴壓器入口直徑之半1 3與葉輪出口直徑之半1 2比為1. 15，葉片擴 壓器出口直徑之半1 4與葉片擴壓器入口直徑之半1 3比為1.5，葉片凹面的葉片包絡角ebw
應比凸面的葉片包絡角0bt大3。，葉片入口尖點的偏轉角e。小于r 。在計算凸面拋物
線時，將^置換為a3t，、置換為a4t， 9b置換為9bt、在計算凹面拋物線時，將a 3置換 為a3w，、置換為a4w， 9b置換為ebw。葉片擴壓器的葉片數少于葉輪的葉片數且排除整 倍數關系。"用選定的1 3、1 4、 a3、 a4、 eb、 P。求出結構參數Xm和ym，再代入(2)式，給定 一系列y。二Oim，求出一系列的x。，再按序將x。、y。代入(3)式、(4)式求出在以回轉中心 為原點的x、y坐標系中凸、凹面拋物線上的x、y點的坐標值，即可設計出本實用新型葉片式 擴壓器的拋物線形葉片。
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權利要求一種拋物線型葉片式擴壓器，包括圓環形底板和葉片，其特征在于將通用拋物線方程用于葉片的凸面、凹面的設計，其中葉片入口安裝角范圍為16°～22°，葉片出口安裝角范圍為28°～40°，葉片擴壓器入口直徑之半與葉輪出口直徑之半比為1.05～1.15，葉片擴壓器出口直徑之半與葉片擴壓器入口直徑之半之比為1.3～1.5，葉片凹面的葉片包絡角比凸面的葉片包絡角大2～3°，葉片入口尖點的偏轉角小于1°。
2. 根據權利要求1所述的拋物線型葉片式擴壓器，其特征在于所述葉片擴壓器的葉 片數少于葉輪的葉片數且排除整倍數關系。
專利摘要本實用新型公開了一種拋物線型葉片式擴壓器，將通用拋物線方程用于葉片的凸面、凹面的設計，其中葉片入口安裝角范圍為16°～22°，葉片出口安裝角范圍為28°～40°，葉片擴壓器入口直徑之半與葉輪出口直徑之半比為1.05～1.15，葉片擴壓器出口直徑之半與葉片擴壓器入口直徑之半之比為1.3～1.5，葉片凹面的葉片包絡角比凸面的葉片包絡角大2～3°，葉片入口尖點的偏轉角小于1°，葉片擴壓器的葉片數少于葉輪的葉片數且排除整倍數關系。本實用新型設計出的拋物線形葉片的葉片擴壓器具有較大的可塑性，擴壓效率高，改善發動機性能，工藝簡單可行，創造了良好的經濟效益和社會效益。
文檔編號F04D29/44GK201461538SQ20092010402
公開日2010年5月12日 申請日期2009年7月30日 優先權日2009年7月30日
發明者劉文奇, 孫燕華, 張晉東, 朱愛國, 董復興, 韓國強 申請人:大同北方天力增壓技術有限公司