[发明专利]涡轮增压器中的轴向推力负荷缓解

说明书

本发明提供一种用于涡轮增压器系统以减小和平衡在涡轮轴以及相关联的轴承系统和密封件上的轴向推力负荷的方法和系统。在一个示例中，部分背板压缩机可与轴流式涡轮组合使用以减小轴向推力负荷并改善涡轮增压器瞬态响应时间。在另一示例中，具有背对背涡轮泵的再生涡轮增压器系统可用于减小和平衡轴向推力负荷。

技术领域

本说明书大体涉及用于控制涡轮增压器中的推力负荷的方法和系统。

背景技术

涡轮增压器系统操作，以允许从内燃发动机产生更多的动力。涡轮增压器通常包括安装在公共涡轮轴上的涡轮转轮和压缩机转轮。在操作期间，从内燃发动机的排气歧管排出的排气驱动涡轮转轮，其以相对高的速度旋转涡轮轴连同涡轮增压器系统的中心壳体中相关联的推力轴承系统。该旋转动量和输入气流随后旋转所安装的压缩机转轮。压缩机然后压缩输入空气并以升压压力向内燃发动机入口提供压缩空气，从而增加充气空气密度，并因此增加可由发动机产生的动力量。

发明内容

然而，本文的发明人已经认识到上述涡轮增压器系统的一些问题。由于施加在压缩机和涡轮的正面和背面的压力，在涡轮轴上生成推力负荷。压缩机和涡轮的背面生成最大推力，其引起轴的轴向负荷，并增加接触密封件和相关联的推力轴承系统的摩擦损失，从而降低涡轮增压器的耐久性和效率。推力负荷可在包括轴流式涡轮或电动马达以驱动压缩机的涡轮增压器系统中尤其不平衡。

因此，在本文提供涡轮增压器系统以至少部分解决在涡轮转轮的背面处生成的高压力的问题，所述高压力会在涡轮轴上引起过量轴向推力负荷，从而导致相关联的推力轴承系统的寄生损失。在一个示例中，涡轮增压器系统包括离心式压缩机，所述离心式压缩机包括具有联接到部分背板的多个辐射状叶片的叶轮。部分背板压缩机具有多个切口节段。每个切口节段均位于在叶轮的外圆周上的两个相应的辐射状叶片之间。压缩机安装在轴上并联接到安装在相同轴上的驱动器。

以这种方式，在压缩机背面处的高压力通过切口节段从压缩机的背面耗散到压缩机的正面，从而降低轴上的轴向推力负荷。

在另一示例中，以上描述的涡轮增压器系统可包括再生涡轮增压器系统，该再生涡轮增压器系统包括背对背涡轮泵，其中第一叶轮的背部面向第二叶轮的背部；液压涡轮；压缩机；以及涡轮，其全部安装在公共轴上。再生涡轮增压器系统可生成推力负荷，使附近密封件暴露于高压力，并且包括背对背涡轮泵可用于在轴上生成平衡的推力负荷。

应该理解，提供上述发明内容以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的所选概念。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，所述主题的范围由所附权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上述或本公开任何部分提及的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出发动机的涡轮增压器系统。

图2示出有助于涡轮轴的轴向推力负荷的涡轮增压器系统中力的分布。

图3是具有部分背板的叶轮的透视图。

图4示出叶轮出口附近的C形切口。

图5示出由具有部分背板的压缩机与安装在涡轮轴上的轴流式涡轮组合生成的轴向推力负荷。

图6描绘由轴流式涡轮和具有附接的辅助腔室的部分背板涡轮压缩机生成的轴向推力负荷。

图7示出由电动机械增压器与具有孔以耗散在叶轮背面处生成的力的叶轮组合生成的轴向推力负荷。

图8示出具有安装在涡轮轴上的附加泵和涡轮转轮的涡轮增压器系统。

图9是示出具有安装在涡轮增压器轴上的附加背对背液压涡轮和背对背涡轮泵的涡轮增压器系统的示意图。

图10示出具有叶轮叶片的背对背叶轮的侧视图。

图11示出叶轮的前视图。