DE102018107264A1 - Centrifugal compressor and turbocharger - Google Patents

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Abstract

Radialverdichter (10) mit einem Laufschaufeln aufweisenden Verdichterrotor (14), und mit einem einen Diffusor (13) aufnehmenden Verdichtergehäuse (11), wobei der Diffusor (13) einen von den Laufschaufeln des Verdichterrotors (14) wegführenden Strömungskanal zumindest abschnittsweise begrenzt, und wobei der Diffusor (13) ausschließlich Stützschaufeln (16) aufweist.A radial compressor (10) having a rotor rotor (14) having rotor blades, and having a compressor housing (11) accommodating a diffuser (13), the diffuser (13) at least partially defining a flow channel leading away from the blades of the compressor rotor (14) the diffuser (13) has only support blades (16).

Description

Die Erfindung betrifft einen Radialverdichter und einen Turbolader.The invention relates to a centrifugal compressor and a turbocharger.

Turbolader verfügen über einen Verdichter und eine Turbine. In der Turbine eines Turboladers wird ein erstes Medium entspannt, wobei hierbei gewonnene Energie in dem Verdichter des Turboladers genutzt wird, um ein zweites Medium zu verdichten. Die hier vorliegende Erfindung betrifft einen Radialverdichter eines Turboladers sowie einen Turbolader mit einem Radialverdichter.Turbochargers have a compressor and a turbine. In the turbine of a turbocharger, a first medium is expanded, in which case energy gained in the compressor of the turbocharger is used to compress a second medium. The present invention relates to a centrifugal compressor of a turbocharger and a turbocharger with a centrifugal compressor.

Ein Radialverdichter eines Turboladers verfügt über ein Verdichtergehäuse sowie einen Verdichterrotor. Der Verdichterrotor des Radialverdichters ist axial angeströmt und radial abgeströmt, wobei der Verdichterrotor Laufschaufeln trägt. Das Verdichtergehäuse nimmt ein Einsatzstück sowie einen Diffusor auf, wobei das Einsatzstück einen zu den Laufschaufeln des Verdichterrotors hinführenden Strömungskanal und der Diffusor einen von den Laufschaufeln des Verdichterrotors wegführenden Strömungskanal des Radialverdichters zumindest abschnittsweise begrenzt.A radial compressor of a turbocharger has a compressor housing and a compressor rotor. The compressor rotor of the centrifugal compressor is flowed axially and flowed radially, wherein the compressor rotor carries rotor blades. The compressor housing accommodates an insert as well as a diffuser, wherein the insert at least partially limits a flow channel leading to the rotor blades of the compressor rotor and the diffuser at least partially delimits a flow channel of the centrifugal compressor leading away from the rotor blades of the compressor rotor.

Aus der EP 1 340 920 B1 ist ein Radialverdichter mit einem Diffusor bekannt, wobei der Diffusor des dort offenbarten Radialverdichters Diffusorleitschaufeln aufweist. Derartige Diffusorleitschaufeln eines Diffusors eines Radialverdichters bestimmen maßgeblich den sich von den Leitschaufeln des Verdichterrotors wegführenden Strömungskanal. Dabei ist über den Umfang des Diffusors gesehen eine relativ hohe Anzahl von Diffusorleitschaufeln angeordnet, nämlich mindestens 16 Diffusorleitschaufeln, die sich demnach mit geringem Umfangsabstand zueinander erstrecken und eine relativ große Länge zwischen einer Anströmkante und einer Abströmkante aufweisen.From the EP 1 340 920 B1 a radial compressor with a diffuser is known, wherein the diffuser of the radial compressor disclosed therein comprises diffuser vanes. Such diffuser vanes of a diffuser of a radial compressor decisively determine the flow channel leading away from the guide vanes of the compressor rotor. In this case, seen over the circumference of the diffuser, a relatively large number of Diffusorleitschaufeln arranged, namely at least 16 Diffusorleitschaufeln, which therefore extend with a small circumferential distance from each other and have a relatively large length between a leading edge and a trailing edge.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Radialverdichter und einen Turbolader mit einem solchen Radialverdichter zu schaffen.On this basis, the present invention has the object to provide a novel centrifugal compressor and a turbocharger with such a centrifugal compressor.

Diese Aufgabe wird durch einen Radialverdichter nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß weist der Diffusor ausschließlich Stützschaufeln auf. Der erfindungsgemäße Diffusor weist keine Diffusorleitschaufeln, sondern vielmehr lediglich Stützschaufeln auf. Die Stützschaufeln bestimmen im Gegensatz zu Diffusorleitschaufeln nicht maßgeblich den von den Laufschaufeln des Verdichterrotors wegführenden Strömungskanal. Die Stützschaufeln dienen im Wesentlichen lediglich der verbesserten Fixierung des Diffusors im Radialverdichter. Die Strömung des verdichteten Mediums wird durch die Stützschaufeln so gut wie nicht beeinflusst. Ein solcher Diffusor ermöglicht es, die Vorteile von mit Diffusorleitschaufeln beschaufelten Diffusoren mit den Vorteilen schaufellosen Diffusoren zu kombinieren. Insbesondere wird das sogenannte Kennfeld des Radialverdichters nicht eingeschränkt.This object is achieved by a radial compressor according to claim 1. According to the invention, the diffuser has exclusively support blades. The diffuser according to the invention has no diffuser vanes, but rather only supporting vanes. In contrast to diffuser vanes, the support vanes do not decisively determine the flow channel leading away from the rotor blades of the compressor rotor. The support blades serve essentially only the improved fixation of the diffuser in the centrifugal compressor. The flow of the compressed medium is virtually unaffected by the backing vanes. Such a diffuser makes it possible to combine the advantages of diffuser blades bladed with diffuser vanes with the advantages of vaneless diffusers. In particular, the so-called characteristic diagram of the radial compressor is not restricted.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Diffusor über seinen Umfang verteilt 3 bis 10 Stützschaufeln, vorzugsweise zwischen 3 bis 7 Stützschaufeln, auf. Eine derart geringe Anzahl von Stützschaufeln ist bevorzugt, um die Vorteile von schaufellosen Diffusoren beizubehalten.According to an advantageous development, the diffuser has distributed over its circumference 3 to 10 support blades, preferably between 3 to 7 support blades on. Such a small number of support blades is preferred to maintain the benefits of bladeless diffusers.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung liegen radial innere Kanten der Stützschaufein auf einem Durchmesser d3, wobei für den Durchmesser d3, auf dem die radial innere Kanten der Stützschaufeln liegen, gilt: 1,2*d2≤d3≤1,35*d2, wobei d2 ein Außendurchmesser des Verdichterrotors des Radialverdichters ist. Auch diese Details dienen der Beibehaltung der Vorteile schaufelloser Diffusoren.According to an advantageous development, radially inner edges of the support leg are at a diameter d3, wherein for the diameter d3 on which the radially inner edges of the support blades lie, 1.2 * d2≤d3≤1.35 * d2, where d2 is a Outer diameter of the compressor rotor of the centrifugal compressor is. These details also serve to maintain the benefits of vaneless diffusers.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung liegen radial äußere Kanten der Stützschaufeln auf einem Durchmesser. Für eine durch den Abstand zwischen radial inneren Kanten und radial äußeren Kanten bestimmte Länge L der Stützschaufeln gilt: 0,1*d2≤L≤0,3*d2, wobei d2 der Außendurchmesser des Verdichterrotors des Radialverdichters ist. Mit einer derartigen Länge der Stützschaufeln können die Vorteile von schaufellosen Diffusoren beibehalten werden.According to an advantageous development are radially outer edges of the support blades on a diameter. For a length L of the support blades determined by the distance between radially inner edges and radially outer edges: 0.1 * d2≤L≤0.3 * d2, where d2 is the outer diameter of the compressor rotor of the centrifugal compressor. With such a length of the support blades, the advantages of bladeless diffusers can be maintained.

Der erfindungsgemäße Turbolader ist in Anspruch 9 definiert.The turbocharger according to the invention is defined in claim 9.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

  • 1 einen Axialschnitt durch ein Detail eines Radialverdichters;
  • 2 eine Ansicht auf einen Diffusor des Radialverdichters in Blickrichtung II der 1.
Preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description below. Embodiments of the invention will be described, without being limited thereto, with reference to the drawings. Showing:
  • 1 an axial section through a detail of a centrifugal compressor;
  • 2 a view of a diffuser of the centrifugal compressor in the direction of the II 1 ,

Die Erfindung betrifft einen Radialverdichter und einen Turbolader mit einem Radialverdichter.The invention relates to a centrifugal compressor and a turbocharger with a centrifugal compressor.

Der grundsätzliche Aufbau eines Turboladers ist dem hier angesprochenen Fachmann geläufig. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass ein Turbolader über einen Verdichter und eine Turbine verfügt. In der Turbine des Turboladers wird ein erstes Medium, insbesondere Abgas, entspannt und hierbei Energie gewonnen. Die bei der Entspannung des ersten Mediums in der Turbine gewonnene Energie wird im Verdichter des Turboladers genutzt, um ein zweites Medium, insbesondere Ladeluft, zu verdichten.The basic structure of a turbocharger is familiar to the person mentioned here. It should be noted at this point that a turbocharger has a compressor and a turbine. In the turbine of the turbocharger, a first medium, in particular exhaust gas, is expanded and energy is thereby obtained. The energy obtained in the relaxation of the first medium in the turbine is used in the compressor of the turbocharger to compress a second medium, in particular charge air.

Die hier vorliegende Erfindung betrifft einen Turbolader sowie einen Radialverdichter für einen Turbolader, wobei ein Radialverdichter vom zu verdichtenden Medium in Axialrichtung angeströmt und vom verdichteten Medium in Radialrichtung abgeströmt ist. The present invention relates to a turbocharger and a centrifugal compressor for a turbocharger, wherein a radial compressor has flowed from the medium to be compressed in the axial direction and flowed away from the compressed medium in the radial direction.

Die Turbine (nicht gezeigt) eines Turboladers verfügt über einen Turbinenrotor und ein Turbinengehäuse. Der Verdichter, nämlich der Radialverdichter 10, verfügt über ein Verdichtergehäuse 11 und einen Verdichterrotor 14. Turbinenrotor und Verdichterrotor 14 sind über eine Welle (nicht gezeigt) gekopplet, die in einem Lagergehäuse 15 gelagert ist. Das Lagergehäuse 15 ist einerseits mit dem Turbinengehäuse der Turbine und andererseits mit dem Verdichtergehäuse 11 des Radialverdichters 10 verbunden.The turbine (not shown) of a turbocharger has a turbine rotor and a turbine housing. The compressor, namely the centrifugal compressor 10 , has a compressor housing 11 and a compressor rotor 14 , Turbine rotor and compressor rotor 14 are coupled via a shaft (not shown) housed in a bearing housing 15 is stored. The bearing housing 15 is on the one hand with the turbine housing of the turbine and on the other hand with the compressor housing 11 of the centrifugal compressor 10 connected.

1 zeigt weiterhin ein Einsatzstück 12 und einen Diffusor 13. Das Einsatzstück 12 begrenzt einen zu den Laufschaufeln des Verdichterrotors 14 hinführenden Strömungskanal und der Diffusor 13 begrenzt einen von den Laufschaufeln des Verdichterrotors 14 wegführenden Strömungskanal jeweils zumindest abschnittsweise. 1 also shows an insert 12 and a diffuser 13 , The insert 12 limits one to the blades of the compressor rotor 14 leading flow channel and the diffuser 13 limits one of the blades of the compressor rotor 14 wegführenden flow channel in each case at least partially.

Der Diffusor 13 des erfindungsgemäßen Radialverdichters 10 verfügt über keine Diffusorleitschaufeln, welche die Strömungsführung des Mediums stromabwärts des Verdichterrotors 14 maßgeblich definieren, sondern lediglich über Stützschaufein 16, die der vereinfachten Montage und dem vereinfachten Einbau des Diffusors 13 im Verdichtergehäuse 11 dienen.The diffuser 13 the radial compressor according to the invention 10 has no diffuser vanes, which control the flow of the medium downstream of the compressor rotor 14 Define significantly, but only on Stützschaufein 16 , the simplified installation and the simplified installation of the diffuser 13 in the compressor housing 11 serve.

Uber den Umfang des Diffusors 13 sind zwischen 3 und 10 Stützschaufeln 16, bevorzugt zwischen 3 und 7 Stützschaufeln 16, besonders bevorzugt zwischen 4 und 6 Stützschaufeln 16, verteilt. Wie 2 entnommen werden kann, sind im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel 5 Stützschaufeln 16 über den Umfang des Diffusors 13 verteilt.Over the circumference of the diffuser 13 are between 3 and 10 support blades 16 , preferably between 3 and 7 support blades 16 , more preferably between 4 and 6 support blades 16 , distributed. As 2 can be taken are shown in the preferred embodiment 5 supporting blades 16 over the circumference of the diffuser 13 distributed.

Zwischen den einzelnen Stützschaufeln 16 ist ein relativ großer Abstand ausgebildet, insbesondere ist in Radialrichtung gesehen, keine Uberdeckung zwischen benachbarten Stützschaufeln 16 vorhanden. Die Stützschaufeln 16 beeinflussen demnach eine Strömung des verdichteten Mediums stromabwärts der Laufschaufeln 14 des Verdichterrotors 14 so gut wie nicht. Der Abstand zwischen unmittelbar benachbarten Stützschaufeln 16 in Umfangsrichtung gesehen beträgt mindestens 10°, bevorzugt mindestens 20°, besonders bevorzugt mindestens 30°. In diesem Winkelbereich erstreckt sich dann in Radialrichtung sowie Umfangsrichtung gesehen keine der Stützschaufeln 16. In diesem Winkelbereich kann demnach die Strömung des verdichteten Mediums ungehindert und nicht umgelenkt an den Stützschaufeln 16 vorbeiströmen.Between the individual support blades 16 is formed a relatively large distance, in particular, as seen in the radial direction, no overlap between adjacent support blades 16 available. The support blades 16 thus affect a flow of the compressed medium downstream of the blades 14 of the compressor rotor 14 almost not. The distance between immediately adjacent support blades 16 Viewed in the circumferential direction is at least 10 °, preferably at least 20 °, more preferably at least 30 °. In this angular range then extends seen in the radial direction and circumferential direction, none of the support blades 16 , Accordingly, in this angular range, the flow of the compressed medium can be unhindered and not deflected at the support blades 16 flow past.

Radial innere Kanten 17 der Stützschaufeln 16, die auch als Anströmkanten bezeichnet werden, liegen auf einem Kreis bzw. einer Kreiskontur mit dem Durchmesser d3. Für diesen Durchmesser d3, auf dem die radial inneren Kanten 17 der Stützschaufeln 16 liegen, gilt: 1,2*d2≤d3≤1,35*d2. wobei d2 der Außendurchmesser des Verdichterrotors 14 des Radialverdichters ist.Radially inner edges 17 the support blades 16 , which are also referred to as leading edges, lie on a circle or a circle contour with the diameter d3. For this diameter d3, on which the radially inner edges 17 the support blades 16 are: 1.2 * d2≤d3≤1.35 * d2. where d2 is the outside diameter of the compressor rotor 14 of the centrifugal compressor is.

Zusätzlich zu den radial inneren Kanten 17 verfügen die Stützschaufeln 16 auch über radial äußere Kanten 18, die auch als Abströmkanten bezeichnet werden. Ein Abstand zwischen den radial inneren Kanten 17 und den radial äußeren Kanten 18 bestimmt eine Länge L der Stützschaufeln 16. Für die Länge L gilt: 0,1*d2≤L≤0,3*d2, wobei d2 wiederum der Außendurchmesser des Verdichterrotors 14 ist.In addition to the radially inner edges 17 have the support blades 16 also over radially outer edges 18 , which are also referred to as trailing edges. A distance between the radially inner edges 17 and the radially outer edges 18 determines a length L of the support blades 16 , For the length L: 0.1 * d2≤L≤0.3 * d2, where d2 is again the outside diameter of the compressor rotor 14 is.

Die radial äußeren Kanten 18 liegen auf einer Kreiskontur mit dem Durchmesser d4. Für diesen Durchmesser d4, auf dem die radial äußeren Kanten 18 der Stützschaufeln 16 liegen, gilt: 1,4*d2≤d4 ≤1,55*d2, wobei d2 wiederum der Außendurchmesser des Verdichterrotors 14 des Radialverdichters 10 ist.The radially outer edges 18 lie on a circle contour with the diameter d4. For this diameter d4, on which the radially outer edges 18 the support blades 16 are: 1.4 * d2≤d4 ≤1.55 * d2, where d2 is again the outside diameter of the compressor rotor 14 of the centrifugal compressor 10 is.

Mit der hier vorliegenden Erfindung wird demnach ein Radialverdichter 10 bzw. ein Turbolader mit einem Radialverdichter 10 vorgeschlagen, wobei der Diffusor 13 des Radialverdichters 10 Stützschaufeln 16 aufweist, die eine relativ geringe Länge L aufweisen, die eine relativ geringe Radialerstreckung aufweisen, die durch die Differenz d4-d3 definiert ist, und die darüber hinaus in Umfangsrichtung gesehen einen relativ großen Abstand aufweisen. Auf diese Art und Weise können die Vorteile von schaufellosen Diffusoren beibehalten werden. Der Diffusor 13 kann einfach im Verdichtergehäuse 11 montiert werden.With the present invention is therefore a radial compressor 10 or a turbocharger with a centrifugal compressor 10 proposed, wherein the diffuser 13 of the centrifugal compressor 10 supporting blades 16 having a relatively small length L having a relatively small radial extent, the difference d4 - d3 is defined, and also seen in the circumferential direction have a relatively large distance. In this way, the advantages of bladeless diffusers can be maintained. The diffuser 13 can easily in the compressor housing 11 to be assembled.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Radialverdichtercentrifugal compressors
1111
Verdichtergehäusecompressor housing
1212
Einsatzstückinsert
1313
Diffusordiffuser
1414
Verdichterrotorcompressor rotor
1515
Lagergehäusebearing housing
1616
Stützschaufelstay vane
1717
Kanteedge
1818
Kanteedge

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1340920 B1 [0004]EP 1340920 B1 [0004]

Claims (9)

Radialverdichter (10), mit einem Laufschaufeln aufweisenden Verdichterrotor (14); einem einen Diffusor (13) aufnehmenden Verdichtergehäuse (11), wobei der Diffusor (13) einen von den Laufschaufeln des Verdichterrotors (14) wegführenden Strömungskanal zumindest abschnittsweise begrenzt; dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (13) ausschließlich Stützschaufeln (16) aufweist.Radial compressor (10), with a rotor blades having compressor rotor (14); a compressor housing (11) accommodating a diffuser (13), wherein the diffuser (13) at least partially delimits a flow channel leading away from the rotor blades of the compressor rotor (14); characterized in that the diffuser (13) exclusively comprises supporting blades (16). Radialverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (13) über seinen Umfang verteilt 3 bis 10 Stützschaufeln (16) aufweist.Radial compressor after Claim 1 , characterized in that the diffuser (13) distributed over its circumference 3 to 10 supporting blades (16). Radialverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (13) über seinen Umfang verteilt 3 bis 7 Stützschaufeln (16) aufweist.Radial compressor after Claim 1 or 2 , characterized in that the diffuser (13) distributed over its circumference 3 to 7 supporting blades (16). Radialverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass radial innere Kanten (17) der Stützschaufeln (16) auf einer Kreiskontur mit einem Durchmesser (d3) liegen.Centrifugal compressor according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that radially inner edges (17) of the support blades (16) lie on a circular contour with a diameter (d3). Radialverdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für den Durchmesser (d3), auf dem die radial innere Kanten (17) der Stützschaufeln (16) liegen, gilt: 1,2*d2≤d3≤1,35*d2, wobei d2 ein Außendurchmesser eines Verdichterrotors (14) des Radialverdichter ist.Radial compressor after Claim 4 , characterized in that for the diameter (d3) on which the radially inner edges (17) of the support blades (16) are located: 1.2 * d2≤d3≤1.35 * d2, where d2 is an outer diameter of a compressor rotor (14) of the centrifugal compressor. Radialverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass radial äußere Kanten (18) der Stützschaufeln (16) auf einer Kreiskontur mit einem Durchmesser (d4) liegen.Centrifugal compressor according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that radially outer edges (18) of the support blades (16) lie on a circular contour with a diameter (d4). Radialverdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für den Durchmesser (d4), auf dem die radial äußeren Kanten (18) der Stützschaufeln (16) liegen, gilt: 1,4*d2≤d4≤1,55*d2, wobei d2 ein Außendurchmesser eines Verdichterrotors (14) des Radialverdichter istRadial compressor after Claim 4 , characterized in that for the diameter (d4) on which the radially outer edges (18) of the support blades (16) are located: 1.4 * d2≤d4≤1.55 * d2, where d2 is an outer diameter of a compressor rotor (14) of the centrifugal compressor Radialverdichter nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für eine durch den Abstand zwischen radial inneren Kanten (17) und radial äußeren Kanten (18) bestimmte Länge (L) der Stützschaufeln (16) gilt: 0,1*d2≤L≤0,3*d2, wobei d2 ein Außendurchmesser eines Verdichterrotors (14) des Radialverdichter ist.Centrifugal compressor according to one of Claims 3 to 4 , characterized in that for a determined by the distance between radially inner edges (17) and radially outer edges (18) certain length (L) of the support blades (16) is: 0.1 * d2≤L≤0.3 * d2, where d2 is an outer diameter of a compressor rotor (14) of the centrifugal compressor. Turbolader, mit einer Turbine zur Entspannung eines ersten Mediums, mit einem als Radialverdichter (10) ausgebildeten Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums unter Nutzung von in der Turbine bei Entspannung des ersten Mediums gewonnener Energie, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialverdichter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.Turbocharger, comprising a turbine for relaxing a first medium, with a compressor designed as a radial compressor (10) for compressing a second medium using energy recovered in the turbine during expansion of the first medium, characterized in that the radial compressor (10) after a of the Claims 1 to 8th is trained.
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