涡轮增压器用离心式压气机叶轮结构

该叶轮作为涡轮增压器压气机端的核心做功部件，主要应用于车用内燃机、小型航空活塞发动机、工业微型燃气轮机等动力设备的进气增压环节，核心作用是对进入气缸前的新鲜空气进行预压缩，提升进气充量密度，在不增加发动机排量的前提下大幅提升输出扭矩与功率，同时优化燃油雾化燃烧效率，降低尾气中颗粒物与氮氧化物的排放水平。在实际运行工况中，该叶轮需要承受最高每分钟十几万转的超高转速，同时面对进气端0-180℃的温度交变，以及高速气流带来的气动载荷与振动冲击，因此结构设计需要兼顾气动效率、结构强度与转动惯量的平衡。该叶轮采用长短叶片间隔的三元流设计，主叶片与分流叶片沿轮毂周向均匀分布，叶片型线经过多轮气动仿真优化，叶型从进口前缘的大掠角逐步过渡到出口后缘的小安装角，能够有效降低叶轮进口处的气流阻塞，减少叶道内的涡流与流动损失，在宽流量工况范围内保持较高的压比与等熵效率，适配发动机不同转速下的进气需求。叶轮中心设计有带六角定位台的安装轴孔，轴孔与配套的涡轮轴采用过盈配合加锁紧螺母的固定方式，六角台结构可在安装锁紧时提供周向止转限位，避免装配过程中叶轮跟转导致的配合面损伤，同时保证叶轮与轴的同轴度控制在0.01mm以内，降低高速运转时的不平衡量。叶轮背部的轮毂型线采用等强度设计，从中心轴孔处的最大厚度逐步向轮缘处平滑减薄，在保证叶片根部连接强度、满足离心应力要求的前提下，尽可能降低叶轮整体重量，减小转子系统的转动惯量，提升涡轮增压器的瞬态响应速度，让发动机在急加速工况下能够更快建立增压压力。叶片前缘与后缘均做了小圆角钝化处理，避免高速气流冲刷导致的边缘疲劳损伤，同时降低气流通过叶尖间隙时的泄漏损失。在安装边界上，该叶轮的外径尺寸适配主流小排量乘用车涡轮增压器的压气机壳流道尺寸，轴向安装高度与压气机蜗壳、密封盖板的内部空间完全匹配，安装时仅需保证叶轮背面与密封环座的轴向间隙在设计公差范围内，即可避免运转过程中出现碰擦故障，同时保证压气机的整体效率。