CH706223A2

CH706223A2 - Radial compressor.

Info

Publication number: CH706223A2
Application number: CH5162013A
Authority: CH
Inventors: Hannes Benetschik
Original assignee: Man Diesel & Turbo Se
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2013-09-13
Also published as: DE102012203801A1; CH706223B1

Abstract

Radialverdichter (1) aufweisend: ein Verdichterlaufrad (10) mit mehreren Laufradschaufeln (12) und ein Verdichtergehäuse mit einem Laufradaufnahmeraum (21) für das Verdichterlaufrad, wobei zwischen den Laufradschaufeln ausgebildete Zwischenräume eine Strömungspassage (30) bilden, jede Laufradschaufel bezüglich einer Rotationsachse (R) einen Axial- (13) und einen Radialströmungsbereich (15) sowie einen diese verbindenden Strömungsumlenkbereich (14) aufweist, der Axialströmungsbereich ein freies Ende (13.1) hat, das einen Fluideintritt (31) und an einem Aussenrand der Laufradschaufel einen ersten Aussendurchmesser (D1a) des Verdichterlaufrades (10) definiert, und das Verdichtergehäuse an einer axialen Position des ersten Aussendurchmessers einen ersten Innendurchmesser (D1G) für den Laufradaufnahmeraum definiert. Um die nutzbare Kennfeldbreite zu vergrössern, weist der Axialströmungsbereich sich axial an sein freies Ende anschliessend am Aussenrand einen Vertiefungsabschnitt (16.1) auf, so dass eine Aussendurchmesserreduzierung realisiert ist, und weist das Verdichtergehäuse entlang einer axialen Erstreckung (Lax-k) des Vertiefungsabschnitts einen Vorsprungsabschnitt (20.1) auf, so dass eine Innendurchmesserreduzierung realisiert ist.A centrifugal compressor (1) comprising: a compressor impeller (10) having a plurality of impeller blades (12) and a compressor housing having a impeller receiving space (21) for the compressor impeller, wherein clearances formed between the impeller blades form a flow passage (30), each impeller vane relative to a rotation axis (R ) has an axial (13) and a radial flow region (15) and a Strömungsumlenkbereich (14) connecting them, the Axialströmungsbereich has a free end (13.1) having a fluid inlet (31) and at an outer edge of the impeller blade a first outer diameter (D1a ) of the compressor impeller (10), and the compressor housing at an axial position of the first outside diameter defines a first inside diameter (D1G) for the impeller receiving space. In order to increase the usable map width, the Axialströmungsbereich has axially at its free end then on the outer edge of a recess portion (16.1), so that an outer diameter reduction is realized, and the compressor housing along an axial extension (Lax-k) of the recess portion has a projection portion (20.1), so that an inner diameter reduction is realized.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft einen Radialverdichter gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a centrifugal compressor according to the preamble of claim 1.

[0002] Ein Radialverdichter der eingangsgenannten Art ist z.B. aus DE 10325 980 A1 bekannt. A radial compressor of the type mentioned is e.g. from DE 10325 980 A1.

[0003] Das Betriebsverhalten eines Radialverdichters lässt sich durch ein Kennfeld beschreiben, wobei das Druckverhältnis über den durchgesetzten Volumen- bzw. Massenstrom dargestellt ist. Der Arbeitsbereich im Kennfeld eines Radialverdichters ist auf der einen Seite durch die Pumpgrenze und auf der anderen Seite durch die Stopfgrenze sowie die maximal zulässige Drehzahl des Radialverdichters begrenzt. The operating behavior of a centrifugal compressor can be described by a characteristic diagram, wherein the pressure ratio over the enforced volume or mass flow is shown. The working range in the map of a centrifugal compressor is limited on the one hand by the surge limit and on the other side by the Stopfgrenze and the maximum allowable speed of the centrifugal compressor.

[0004] Die Pumpgrenze ist im Kennfeld der Bereich, in dem sich durch einen zu geringen Volumenstrom und zu hohe Druckverhältnisse die Strömung von den Laufradschaufeln des Verdichterlaufrades löst. Bei Erreichen der Pumpgrenze erfolgt eine Umkehr der Fluidströmung durch den Radialverdichter hindurch bis sich wieder ein stabiler positiver Volumenstrom eingestellt hat und erneut ein Druckaufbau erfolgt. Dieser Vorgang wiederholt sich in rascher Abfolge und kann zu Geräuschen und einer Beschädigung des Radialverdichters führen. The surge limit is in the map of the area in which triggers the flow from the impeller blades of the compressor wheel by too low a flow rate and high pressure conditions. When the pumping limit is reached, a reversal of the fluid flow through the radial compressor takes place until a stable positive volume flow has again set and a pressure buildup takes place again. This process is repeated in rapid succession and may result in noise and damage to the centrifugal compressor.

[0005] Als Stopfgrenze wird das Erreichen des maximalen Volumenstromes bezeichnet, welcher durch den Fluideintrittsquerschnitt des Radialverdichters und das Erreichen der Schallgeschwindigkeit am Fluideintritt einer Strömungspassage durch das Verdichterlaufrad hindurch begrenzt bzw. vorgegeben ist. As Stopfgrenze the achievement of the maximum volume flow is referred to, which is limited by the fluid inlet cross section of the centrifugal compressor and the achievement of the speed of sound at the fluid inlet of a flow passage through the compressor impeller through or predetermined.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Radialverdichter gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so bereitzustellen, dass der Radialverdichter eine grössere nutzbare Kennfeldbreite aufweist. The invention has for its object to provide a centrifugal compressor according to the preamble of claim 1 so that the centrifugal compressor has a larger usable map width.

[0007] Dies wird mit einem Radialverdichter gemäss Anspruch 1 erreicht. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. This is achieved with a centrifugal compressor according to claim 1. Further developments of the invention are defined in the dependent claims.

[0008] Gemäss der Erfindung weist ein Radialverdichter ein Verdichterlaufrad, das einen Grundkörper und eine Mehrzahl von daran angeordneten Laufradschaufeln hat, und ein Verdichtergehäuse mit einem darin ausgebildeten Laufradaufnahmeraum auf, in dem das Verdichterlaufrad um eine Rotationsachse drehbar angeordnet ist, wobei zwischen den jeweiligen Laufradschaufeln ausgebildete Zwischenräume gemeinsam eine Strömungspassage für ein zu verdichtendes Fluid bilden, wobei jede Laufradschaufel bezüglich der Rotationsachse einen Axialströmungsbereich und einen Radialströmungsbereich für das Fluid sowie einen diese verbindenden Strömungsumlenkbereich aufweist, wobei der Axialströmungsbereich ein freies Ende hat, das einen Fluideintritt der Strömungspassage und an einem dem Grundkörper abgewandten Aussenrand der Laufradschaufel einen ersten Aussendurchmesser des Verdichterlaufrades definiert, und wobei das Verdichtergehäuse an einer axialen Position des ersten Aussendurchmessers des Verdichterlaufrades einen ersten Innendurchmesser für den Laufradaufnahmeraum definiert. Der erfindungsgemässe Radialverdichter zeichnet sich dadurch aus, dass der Axialströmungsbereich sich axial an sein freies Ende anschliessend am Aussenrand der Laufradschaufel einen Vertiefungsabschnitt aufweist, so dass in Bezug auf den ersten Aussendurchmesser des Verdichterlaufrades eine Aussendurchmesserreduzierung des Verdichterlaufrades realisiert ist, und dass das Verdichtergehäuse entlang einer axialen Erstreckung des Vertiefungsabschnitts des Axialströmungsbereichs einen Vorsprungsabschnitt aufweist, so dass in Bezug auf den ersten Innendurchmesser des Laufradaufnahmeraums eine Innendurchmesserreduzierung des Laufradaufnahmeraums realisiert ist. According to the invention, a centrifugal compressor comprises a compressor impeller having a main body and a plurality of impeller blades disposed thereon, and a compressor housing having an impeller receiving space formed therein in which the compressor impeller is rotatably disposed about an axis of rotation, between the respective impeller blades formed intermediate spaces together form a flow passage for a fluid to be compressed, wherein each impeller blade with respect to the axis of rotation Axialströmungsbereich and a Radialströmungsbereich for the fluid and a connecting this Strömungsumlenkbereich, wherein the Axialströmungsbereich has a free end, the fluid inlet of the flow passage and at a Body remote from the outer edge of the impeller blade defines a first outer diameter of the compressor impeller, and wherein the compressor housing at an axial position of the first outer diameter S of the compressor rotor defines a first inner diameter for the impeller receiving space. The inventive radial compressor is characterized in that the Axialströmungsbereich has axially at its free end then at the outer edge of the impeller blade a recess portion, so that with respect to the first outer diameter of the compressor impeller an outer diameter reduction of the compressor impeller is realized, and that the compressor housing along an axial Extension of the recess portion of the Axialströmungsbereichs has a projection portion, so that with respect to the first inner diameter of the impeller receiving space, an inner diameter reduction of the impeller receiving space is realized.

[0009] Mit anderen Worten weist gemäss der Erfindung die Aussenkontur des Verdichterlaufrades im Eintritts- bzw. Inducer-Bereich eine in meridionaler Durchströmungsrichtung aufgeprägte Kontraktion auf. In other words, according to the invention, the outer contour of the compressor impeller in the inlet or Inducer area on an impressed in meridional flow direction contraction.

[0010] Durch diese lokale Kontraktion des der Fluidströmung zur Verfügung stehenden Querschnittes der Strömungspassage durch das Verdichterlaufrad hindurch wird die im Definitionsbereich der meridionalen Kontraktion über den gesamten Lastbereich mit Unterschallgeschwindigkeit erfolgende Durchströmung der Beschaufelung weniger stark verzögert als in einem üblichen Radialverdichter. Damit wird über eine Höhe der jeweiligen Laufradschaufeln betrachtet deren aerodynamisch am höchsten belasteter Aussenschnitt entlastet. By this local contraction of the fluid flow available cross-section of the flow passage through the compressor impeller taking place in the domain of the meridional contraction over the entire load range at subsonic speed flow of the blading is less delayed than in a conventional centrifugal compressor. This relieves the aerodynamically highest loaded outer section over a height of the respective impeller blades.

[0011] Auf diese Weise wird die Pumpstabilität des Radialverdichters gesteigert, so dass sich der Betriebsbereich (die Breite des nutzbaren Kennfeldes) erweitert. Dieser Hinzugewinn an nutzbarer Kennfeldbreite kann genutzt werden in Form eines grösseren Variationsbereichs des Fluiddurchsatzes und/oder (in beliebiger Kombination) in Form eines erhöhten Verdichterdruckverhältnisses. Mit dem erhöhten Verdichterdruckverhältnis kann wiederum z.B. ein erhöhter Druck vor dem Einlass einer turboaufgeladenen Brennkraftmaschine bereitgestellt werden. In this way, the pumping stability of the centrifugal compressor is increased, so that the operating range (the width of the usable characteristic field) widens. This additional gain in usable map width can be utilized in the form of a larger variation range of the fluid flow rate and / or (in any combination) in the form of an increased compressor pressure ratio. With the increased compressor pressure ratio, in turn, e.g. an increased pressure upstream of the inlet of a turbocharged internal combustion engine can be provided.

[0012] Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung definiert der Vertiefungsabschnitt einen minimalen Aussendurchmesser des Verdichterlaufrades, wobei der Vorsprungsabschnitt an einer axialen Position des minimalen Aussendurchmessers des Verdichterlaufrades einen minimalen Innendurchmesser des Laufradaufnahmeraums definiert. According to an embodiment of the invention, the recessed portion defines a minimum outer diameter of the compressor impeller, wherein the protruding portion defines at a axial position of the minimum outer diameter of the compressor impeller, a minimum inner diameter of the impeller receiving space.

[0013] Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Verhältnis von minimalem Innendurchmesser des Laufradaufnahmeraums zu erstem Aussendurchmesser des Verdichterlaufrades kleiner als 1. Zur leichteren Montage/Demontage des Radialverdichters sollte gemäss dieser Ausführungsform der Erfindung zumindest eine Gehäusekomponente mehrteilig ausgeführt sein. According to a further embodiment of the invention, a ratio of minimum inner diameter of the impeller receiving space to the first outer diameter of the compressor impeller is less than 1. For ease of assembly / disassembly of the radial compressor according to this embodiment of the invention, at least one housing component should be made in several parts.

[0014] Gemäss noch einer Ausführungsform der Erfindung hat der Radialströmungsbereich ein freies Ende, das einen Fluidaustritt der Strömungspassage und am dem Grundkörper abgewandten Aussenrand der Laufradschaufel einen zweiten Aussendurchmesser des Verdichterlaufrades definiert, wobei eine äussere axiale Erstreckung jeder Laufradschaufel von der axialen Position des ersten Aussendurchmessers und einer axialen Position des zweiten Aussendurchmessers des Verdichterlaufrades begrenzt ist, und wobei ein Verhältnis von axialer Erstreckung des Vertiefungsabschnitts zur äusseren axialen Erstreckung der Laufradschaufel kleiner als 1 ist. According to yet another embodiment of the invention, the radial flow region has a free end defining a fluid outlet of the flow passage and on the base body outer edge of the impeller blade a second outer diameter of the compressor impeller, wherein an outer axial extent of each impeller blade from the axial position of the first outer diameter and an axial position of the second outer diameter of the compressor impeller is limited, and wherein a ratio of axial extent of the recessed portion to the outer axial extent of the impeller blade is less than 1.

[0015] Bevorzugt ist das Verhältnis von axialer Erstreckung des Vertiefungsabschnitts zur äusseren axialen Erstreckung der Laufradschaufel kleiner als 0,7. Ferner ist bevorzugt das Verhältnis von axialer Erstreckung des Vertiefungsabschnitts zur äusseren axialen Erstreckung der Laufradschaufel grösser als 0,1. Preferably, the ratio of axial extent of the recess portion to the outer axial extent of the impeller blade is less than 0.7. Furthermore, the ratio of the axial extent of the recess portion to the outer axial extent of the impeller blade is preferably greater than 0.1.

[0016] Gemäss noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der Vertiefungsabschnitt des Axialströmungsbereichs bis zum Strömungsumlenkbereich der Laufradschaufel. According to yet another embodiment of the invention, the recess portion of the Axialströmungsbereichs extends to the Strömungsumlenkbereich the impeller blade.

[0017] Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung definiert das Verdichterlaufrad an einem Übergang zwischen dem Vertiefungsabschnitt und dem Strömungsumlenkbereich der Laufradschaufel am dem Grundkörper abgewandten Aussenrand der Laufradschaufel einen dem ersten Aussendurchmesser des Verdichterlaufrades entsprechenden dritten Aussendurchmesser. Bevorzugt geht somit der Vertiefungsabschnitt gleichmässig in einen Krümmungsradius des Strömungsumlenkbereichs über. According to one embodiment of the invention, the compressor impeller defines at a transition between the recess portion and the Strömungsumlenkbereich the impeller blade on the base body remote from the outer edge of the impeller blade a first outer diameter of the compressor impeller corresponding third outer diameter. The depression section thus preferably merges uniformly into a radius of curvature of the flow deflection region.

[0018] Gemäss noch einer Ausführungsform der Erfindung definiert das Verdichtergehäuse an einer axialen Position des Übergangs zwischen dem Vertiefungsabschnitt und dem Strömungsumlenkbereich der Laufradschaufel einen dem ersten Innendurchmesser des Laufradaufnahmeraums entsprechenden zweiten Innendurchmesser für den Laufradaufnahmeraum. Bevorzugt geht somit der Vorsprungsabschnitt gleichmässig in einen Krümmungsradius eines zum Strömungsumlenkbereich der jeweiligen Laufradschaufeln korrespondierenden Strömungsumlenkbereichs des Laufradaufnahmeraums über. According to yet another embodiment of the invention, the compressor housing defines at an axial position of the transition between the recessed portion and the Strömungsumlenkbereich the impeller blade a first inner diameter of the impeller receiving space corresponding second inner diameter for the impeller receiving space. The projection section thus preferably merges uniformly into a radius of curvature of a flow deflection region of the impeller receiving space corresponding to the flow deflection region of the respective impeller blades.

[0019] Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Vertiefungsabschnitt entlang seiner axialen Erstreckung eine konkav bogenförmige Kontur auf, wobei der Vorsprungsabschnitt entlang seiner axialen Erstreckung eine konvex bogenförmige Kontur aufweist. According to a further embodiment of the invention, the recess portion along its axial extent a concave arcuate contour, wherein the projection portion along its axial extent has a convex arcuate contour.

[0020] Die Erfindung erstreckt sich ausdrücklich auch auf solche Ausführungsformen, welche nicht durch Merkmalskombinationen aus expliziten Rückbezügen der Ansprüche gegeben sind, womit die offenbarten Merkmale der Erfindung – soweit dies technisch sinnvoll ist – beliebig miteinander kombiniert sein können. The invention expressly extends to such embodiments, which are not given by combinations of features of explicit back references of the claims, whereby the disclosed features of the invention - as far as is technically feasible - can be combined with each other.

[0021] Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter beschrieben. <tb>Fig. 1<sep>zeigt einen Meridianschnitt eines üblichen Radialverdichters. <tb>Fig. 2<sep>zeigt einen Meridianschnitt eines Radialverdichters gemäss einer Ausführungsform der Erfindung.In the following the invention with reference to preferred embodiments and with reference to the accompanying figures will be described in more detail. <Tb> FIG. 1 <sep> shows a meridian section of a conventional centrifugal compressor. <Tb> FIG. 2 <sep> shows a meridian section of a radial compressor according to an embodiment of the invention.

[0022] Fig. 1 zeigt einen Meridianschnitt eines üblichen Radialverdichters 1 ́. Der Radialverdichter 1 ́ weist ein Verdichterlaufrad 10 ́ mit einem Grundkörper 11 ́ und einer Mehrzahl von daran angeordneten Laufradschaufeln 12 ́ (in der Schnittansicht von Fig. 1 nur eine ersichtlich) und ein Verdichtergehäuse 20 ́ mit einem darin ausgebildeten Laufradaufnahmeraum 21 ́ auf. FIG. 1 shows a meridian section of a conventional radial compressor 1. The centrifugal compressor 1 comprises a compressor impeller 10 having a base body 11 and a plurality of impeller blades 12 disposed thereon (only one in the sectional view of FIG. 1) and a compressor housing 20 having an impeller receiving space 21 formed therein.

[0023] Das Verdichterlaufrad 10 ́ ist in dem Laufradaufnahmeraum 21 ́ um eine Rotationsachse R’ drehbar angeordnet, wobei zwischen den jeweiligen Laufradschaufeln 12 ́ ausgebildete Zwischenräume (nicht gezeigt) gemeinsam eine Strömungspassage 30 ́ für ein zu verdichtendes Fluid bilden. The compressor impeller 10 is rotatably disposed in the impeller receiving space 21 about an axis of rotation R ', wherein intermediate spaces (not shown) formed between the respective impeller blades 12 together form a flow passage 30 for a fluid to be compressed.

[0024] Jede Laufradschaufel 12 ́ weist bezüglich der Rotationsachse R’ einen Axialströmungsbereich 13 ́ und einen Radialströmungsbereich 15 ́ für das Fluid sowie einen diese verbindenden Strömungsumlenkbereich 14 ́ auf. Each impeller blade 12 has, with respect to the axis of rotation R ', an axial flow region 13 and a radial flow region 15 for the fluid, as well as a flow deflection region 14 connecting them.

[0025] Der Axialströmungsbereich 13 ́ hat ein freies Ende 13.1 ́, das einen Fluideintritt 31 ́ der Strömungspassage 30 ́ und an einem dem Grundkörper 11 ́ abgewandten Aussenrand 16 ́ der Laufradschaufel 12 ́ einen Aussendurchmesser D1a’ des Verdichterlaufrades 10 ́ definiert. The Axialströmungsbereich 13 has a free end 13.1 which defines a fluid inlet 31 of the flow passage 30 and on an outer edge 16 of the impeller blade 12 facing away from the main body 11 an outer diameter D1a 'of the compressor impeller 10.

[0026] Das Verdichtergehäuse 20 ́ definiert seinerseits an einer axialen Position (gesehen entlang der Rotationsachse R’) des Aussendurchmessers D1a’ des Verdichterlaufrades 10 ́ einen Innendurchmesser D1G’ für den Laufradaufnahmeraum 21 ́. The compressor housing 20 in turn defines an inner diameter D1G 'for the impeller receiving space 21 at an axial position (as viewed along the axis of rotation R') of the outer diameter D1a 'of the compressor impeller 10.

[0027] Der Aussendurchmesser D1a des Verdichterlaufrades 10 ́ und der Innendurchmesser D1G’ für den Laufradaufnahmeraum 21 ́ bleiben zumindest bis zu Beginn des Strömungsumlenkbereichs 14 ́ der Laufradschaufel 12 ́ im Wesentlichen konstant, wobei sie so bemessen sind, dass zwischen dem Aussenrand 16 ́ der Laufradschaufel 12 ́ und dem Verdichtergehäuse 20 ́ ein geringer Spalt gebildet ist. The outer diameter D1a of the compressor impeller 10 and the inner diameter D1G 'for the impeller receiving space 21 remain substantially constant at least until the beginning of the Strömungsumlenkbereichs 14 of the impeller blade 12, wherein they are dimensioned such that between the outer edge 16 of the Impeller blade 12 and the compressor housing 20, a small gap is formed.

[0028] Fig. 2 zeigt einen Meridian schnitt eines Radialverdichters 1 gemäss einer Ausführungsform der Erfindung. Fig. 2 shows a meridian section of a radial compressor 1 according to an embodiment of the invention.

[0029] Wie Fig. 2 zeigt, weist der Radialverdichter 1 ein Verdichterlaufrad 10 mit einem Grundkörper 11 und einer Mehrzahl von daran angeordneten Laufradschaufeln 12 (in der Schnittansicht von Fig. 1 nur eine ersichtlich) und ein Verdichtergehäuse 20 mit einem darin ausgebildeten Laufradaufnahmeraum 21 auf. As shown in FIG. 2, the centrifugal compressor 1 comprises a compressor impeller 10 having a base body 11 and a plurality of impeller blades 12 disposed thereon (only one in the sectional view of FIG. 1) and a compressor housing 20 having an impeller receiving space 21 formed therein on.

[0030] Das Verdichterlaufrad 10 ist in dem Laufradaufnahmeraum 21 um eine Rotationsachse R drehbar angeordnet, wobei zwischen den jeweiligen Laufradschaufeln 12 ausgebildete Zwischenräume (nicht gezeigt) gemeinsam eine Strömungspassage 30 für ein zu verdichtendes Fluid bilden. The compressor impeller 10 is rotatably disposed in the impeller receiving space 21 about an axis of rotation R, wherein intermediate spaces (not shown) formed between the respective impeller blades 12 together form a flow passage 30 for a fluid to be compressed.

[0031] Jede Laufradschaufel 12 weist bezüglich der Rotationsachse R einen Axialströmungsbereich 13 und einen Radialströmungsbereich 15 für das Fluid sowie einen diese verbindenden Strömungsumlenkbereich 14 auf. Each impeller blade 12 has with respect to the axis of rotation R an axial flow area 13 and a radial flow area 15 for the fluid and a connecting these Strömungsumlenkbereich 14.

[0032] Der Axialströmungsbereich 13 hat ein freies Ende 13.1, das einen Fluideintritt 31 der Strömungspassage 30 und an einem dem Grundkörper 11 abgewandten Aussenrand 16 der Laufradschaufel 12 einen ersten Aussendurchmesser D1a des Verdichterlaufrades 10 definiert. The Axialströmungsbereich 13 has a free end 13.1, which defines a fluid inlet 31 of the flow passage 30 and on a main body 11 facing away from the outer edge 16 of the impeller blade 12 has a first outer diameter D1a of the compressor impeller 10.

[0033] Das Verdichtergehäuse 20 definiert seinerseits an einer axialen Position (gesehen entlang der Rotationsachse R) des ersten Aussendurchmessers D1a des Verdichterlaufrades 10 einen ersten Innendurchmesser D1G für den Laufradaufnahmeraum 21. The compressor housing 20 defines in turn at an axial position (as seen along the axis of rotation R) of the first outside diameter D1a of the compressor impeller 10, a first inner diameter D1G for the impeller receiving space 21st

[0034] Gemäss der Erfindung weist der Axialströmungsbereich 13 sich axial an sein freies Ende 13.1 anschliessend am Aussenrand 16 der Laufradschaufel 12 einen Vertiefungsabschnitt 16.1 auf, so dass in Bezug auf den ersten Aussendurchmesser D1a des Verdichterlaufrades 10 eine Aussendurchmesserreduzierung (um eine Tiefe des Vertiefungsabschnitts 16.1) des Verdichterlaufrades 10 realisiert ist. According to the invention, the Axialströmungsbereich 13 axially to its free end 13.1 then at the outer edge 16 of the impeller blade 12 has a recessed portion 16.1, so that with respect to the first outer diameter D1a of the compressor impeller 10, an outer diameter reduction (by a depth of the recessed portion 16.1 ) of the compressor impeller 10 is realized.

[0035] Darüber hinaus weist gemäss der Erfindung das Verdichtergehäuse 20 entlang einer axialen Erstreckung Lax-k des Vertiefungsabschnitts 16.1 des Axialströmungsbereichs 13 einen Vorsprungsabschnitt 20.1 auf, so dass in Bezug auf den ersten Innendurchmesser D1G des Laufradaufnahmeraums 21 eine Innendurchmesserreduzierung (um eine Höhe des Vorsprungsabschnitts 20.1) des Laufradaufnahmeraums 21 realisiert ist. In addition, according to the invention, the compressor housing 20 along an axial extension Lax-k of the recessed portion 16.1 of the Axialströmungsbereichs 13 on a projection portion 20.1, so that with respect to the first inner diameter D1G of the impeller receiving space 21, an inner diameter reduction (by a height of the projecting portion 20.1) of the impeller receiving space 21 is realized.

[0036] Gemäss einer wie in Fig. 2gezeigten Ausführungsform der Erfindung definiert der Vertiefungsabschnitt 16.1 einen minimalen Aussendurchmesser Da-min des Verdichterlaufrades 10, wobei der Vorsprungsabschnitt 20.1 seinerseits an einer axialen Position des minimalen Aussendurchmessers Da-min des Verdichterlaufrades 10 einen minimalen Innendurchmesser DG-min des Laufradaufnahmeraums 21 definiert. According to an embodiment of the invention as shown in FIG. 2, the recessed portion 16.1 defines a minimum outside diameter Da-min of the compressor impeller 10, the protruding portion 20.1 itself having a minimum inside diameter DG- at an axial position of the minimum outside diameter Da-min of the compressor impeller 10. min of the impeller receiving space 21 defined.

[0037] Demnach gilt bevorzugt die Vorschrift: Accordingly, the rule preferably applies:

[0038] Da-min/D1a < 1(1) Da-min / D1a <1 (1)

[0039] Bevorzugt ist ein Verhältnis von minimalem Innendurchmesser DG-min des Laufradaufnahmeraums 21 zu erstem Aussendurchmesser D1a des Verdichterlaufrades 10 kleiner als 1. Preferably, a ratio of minimum inner diameter DG-min of the impeller receiving space 21 to the first outer diameter D1a of the compressor impeller 10 is less than 1.

[0040] Demnach gilt bevorzugt die Vorschrift: Accordingly, the rule preferably applies:

[0041] DG-min/D1a < 1(2) DG-min / D1a <1 (2)

[0042] In diesem Fall ist zur leichteren Montage/Demontage des Radialverdichters 1 zumindest eine Komponente des Verdichtergehäuses 20 zumindest zweiteilig mit Teilfuge auszuführen. In this case, to facilitate assembly / disassembly of the radial compressor 1, at least one component of the compressor housing 20 at least two parts with parting execute.

[0043] Wie aus Fig. 2 ersichtlich, weist der Radialströmungsbereich 15 ein freies Ende 15.1 auf, das einen Fluidaustritt 32 der Strömungspassage 30 und am dem Grundkörper 11 abgewandten Aussenrand 16 der Laufradschaufel 12 einen zweiten Aussendurchmesser D2a des Verdichterlaufrades 10 definiert. 2, the radial flow region 15 has a free end 15.1, which defines a fluid outlet 32 of the flow passage 30 and the outer edge 16 of the impeller blade 12 facing away from the main body 11 a second outer diameter D2a of the compressor impeller 10.

[0044] Gemäss der Erfindung ist eine äussere axiale Erstreckung Lax-a jeder Laufradschaufel 12 (d.h. eine axiale Baulänge der Beschaufelung am Aussenschnitt) von der axialen Position des ersten Aussendurchmessers D1a und einer axialen Position des zweiten Aussendurchmessers D2a des Verdichterlaufrades 10 begrenzt. According to the invention, an outer axial extent Lax -a of each impeller vane 12 (i.e., an axial length of the vane at the outer cut) is limited by the axial position of the first outer diameter D1a and an axial position of the second outer diameter D2a of the compressor impeller 10.

[0045] Gemäss einer wie in Fig. 2gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist ein Verhältnis von axialer Erstreckung Lax-k des Vertiefungsabschnitts 16.1 zur äusseren axialen Erstreckung Lax-a der Laufradschaufel 12 kleiner als 1. Bevorzugter ist das Verhältnis von axialer Erstreckung Lax-k des Vertiefungsabschnitts 16.1 zur äusseren axialen Erstreckung Lax-a der Laufradschaufel 12 kleiner als 0,7. Ausserdem ist bevorzugt das Verhältnis von axialer Erstreckung Lax-k des Vertiefungsabschnitts 16.1 zur äusseren axialen Erstreckung Lax-a der Laufradschaufel 12 grösser als 0,1. According to an embodiment of the invention shown in Fig. 2, a ratio of axial extent Lax-k of the recessed portion 16.1 to the outer axial extent Lax-a of the impeller blade 12 is smaller than 1. More preferably, the ratio of axial extent Lax-k of Recess section 16.1 to the outer axial extent Lax-a of the impeller blade 12 is less than 0.7. In addition, the ratio of the axial extent Lax-k of the depression section 16.1 to the outer axial extent Lax -a of the impeller blade 12 is preferably greater than 0.1.

[0046] Demnach gilt bevorzugt die Vorschrift: Accordingly, the rule preferably applies:

[0047] 0,1 < Lax-k / Lax-a < 0,7 (3) 0.1 <Lax-k / Lax-a <0.7 (3)

[0048] Gemäss einer wie in Fig. 2gezeigten Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der Vertiefungsabschnitt 16.1 des Axialströmungsbereichs 13 bis zum Strömungsumlenkbereich 14 der Laufradschaufel 12. According to an embodiment of the invention as shown in FIG. 2, the recess section 16.1 of the axial flow region 13 extends as far as the flow deflection region 14 of the impeller blade 12.

[0049] Bevorzugt definiert dabei das Verdichterlaufrad 10 an einem Übergang zwischen dem Vertiefungsabschnitt 16.1 und dem Strömungsumlenkbereich 14 der Laufradschaufel 12 am dem Grundkörper 11 abgewandten Aussenrand 16 der Laufradschaufel 12 einen dem ersten Aussendurchmesser D1a des Verdichterlaufrades 10 entsprechenden dritten Aussendurchmesser D3a. Preferably, the compressor impeller 10 defines at a transition between the recess portion 16.1 and the Strömungsumlenkbereich 14 of the impeller blade 12 on the base body 11 facing away from the outer edge 16 of the impeller blade 12 a the first outer diameter D1a of the compressor impeller 10 corresponding third outer diameter D3a.

[0050] Ausserdem definiert das Verdichtergehäuse 20 an einer axialen Position des Übergangs zwischen dem Vertiefungsabschnitt 16.1 und dem Strömungsumlenkbereich 14 der Laufradschaufel 12 einen dem ersten Innendurchmesser D1G des Laufradaufnahmeraums 21 entsprechenden zweiten Innendurchmesser D2G für den Laufradaufnahmeraum 21. Moreover, at an axial position of the transition between the recessed portion 16.1 and the flow deflecting portion 14 of the impeller blade 12, the compressor housing 20 defines a second inner diameter D2G corresponding to the first inner diameter D1G of the impeller receiving space 21 for the impeller receiving space 21.

[0051] Schliesslich kann gemäss einer weiteren wie in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform der Erfindung der Vertiefungsabschnitt 16.1 entlang seiner axialen Erstreckung Lax-k eine konkav bogenförmige Kontur aufweisen, wobei der Vorsprungsabschnitt 20.1 entlang seiner axialen Erstreckung (die im Wesentlichen gleich der axialen Erstreckung Lax-k des Vertiefungsabschnitts 16.1 ist) eine konvex bogenförmige Kontur aufweisen kann. Finally, according to another embodiment of the invention as shown in Fig. 2, the recess portion 16.1 along its axial extent Lax-k have a concave arcuate contour, the projection portion 20.1 along its axial extent (which is substantially equal to the axial extent Lax -k of the recess portion 16.1 is) may have a convex arcuate contour.

[0052] Im Rahmen der Erfindung sind jeglicher Aussendurchmesser des Verdichterlaufrades 10 und jeglicher Innendurchmesser des Laufradaufnahmeraums 21 so bemessen, dass zwischen dem Aussenrand 16 der Laufradschaufel(n) 12 und dem Verdichtergehäuse 20 ein geringer Spalt gebildet ist. In the context of the invention, any outer diameter of the compressor impeller 10 and any inner diameter of the impeller receiving space 21 are dimensioned so that between the outer edge 16 of the impeller blade (s) 12 and the compressor housing 20, a small gap is formed.

[0053] Zusammenfassend weist gemäss Ausführungsformen der Erfindung die Aussenkontur des Verdichterlaufrades 10 im Inducer-Bereich (im Axialströmungsabschnitt 13) eine in meridionaler Durchströmungsrichtung aufgeprägte Kontraktion auf, d.h. der minimale Aussenradius bzw. der minimale Aussendurchmesser Da-min des Verdichterlaufrades 10 befindet sich meridional stromab der Eintrittskante der Beschaufelung, d.h. meridional stromab des freien Endes 13.1 des Axialströmungsabschnitts 13 bzw. des Fluideintritts 31. In summary, according to embodiments of the invention, the outer contour of the compressor impeller 10 in the Inducer region (in Axialströmungsabschnitt 13) has an impressed in meridionaler flow direction contraction, i. E. the minimum outer radius or minimum outer diameter Da-min of the compressor impeller 10 is located meridionally downstream of the leading edge of the blading, i. meridional downstream of the free end 13.1 of the Axialströmungsabschnitts 13 and the fluid inlet 31st

[0054] Auf diese Weise wird die Pumpstabilität des Radialverdichters 1 gesteigert, so dass sich der Betriebsbereich (die Breite des nutzbaren Kennfeldes) erweitert. Dieser Hinzugewinn an nutzbarer Kennfeldbreite kann genutzt werden in Form eines grösseren Variationsbereichs des Fluiddurchsatzes und/oder (in beliebiger Kombination) in Form eines erhöhten Verdichterdruckverhältnisses. In this way, the pumping stability of the radial compressor 1 is increased, so that the operating range (the width of the usable characteristic diagram) widens. This additional gain in usable map width can be utilized in the form of a larger variation range of the fluid flow rate and / or (in any combination) in the form of an increased compressor pressure ratio.

[0055] Damit können z.B. ein erweiterter Motorbetriebsbereich eines mittels des Radialverdichters 1 turboaufgeladenen Verbrennungsmotors abgedeckt und/oder eine Steigerung für dessen Ladedruck erzielt werden. Thus, e.g. an extended engine operating range of an internal combustion engine turbocharged by means of the radial compressor 1 is covered and / or an increase for its charge pressure is achieved.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

[0056] <tb>1 ́, 1<sep>Radialverdichter <tb>10 ́, 10<sep>Verdichterlaufrad <tb>11 ́, 11<sep>Grundkörper <tb>12 ́, 12<sep>Laufradschaufel(n) <tb>13 ́, 13<sep>Axialströmungsbereich <tb>13.1 ́, 13.1<sep>freies Ende <tb>14 ́, 14<sep>Strömungsumlenkbereich <tb>15 ́, 15<sep>Radialströmungsbereich <tb>15.1<sep>freies Ende <tb>16 ́, 16<sep>Aussenrand <tb>16.1<sep>Vertiefungsabschnitt <tb>20 ́, 20<sep>Verdichtergehäuse <tb>20.1<sep>Vorsprungsabschnitt <tb>21 ́, 21<sep>Laufradaufnahmeraum <tb>30 ́, 30<sep>Strömungspassage <tb>31 ́, 31<sep>Fluideintritt <tb>32<sep>Fluidaustritt <tb>D1a ́<sep>Aussendurchmesser Verdichterlaufrad <tb>D1G ́<sep>Innendurchmesser Laufradaufnahmeraum <tb>D1a<sep>erster Aussendurchmesser Verdichterlaufrad <tb>D2a<sep>zweiter Aussendurchmesser Verdichterlaufrad <tb>D3a<sep>dritter Aussendurchmesser Verdichterlaufrad <tb>Da-min<sep>minimaler Aussendurchmesser Verdichterlaufrad <tb>D1G<sep>erster Innendurchmesser Laufradaufnahmeraum <tb>D2G<sep>zweiter Innendurchmesser Laufradaufnahmeraum <tb>DG-min<sep>minimaler Innendurchmesser Laufradaufnahmeraum <tb>Lax-k<sep>axiale Erstreckung Vertiefungsabschnitt <tb>Lax-a<sep>äussere axiale Erstreckung Laufradschaufel <tb>R ́, R<sep>Rotationsachse[0056] <tb> 1, 1 <sep> centrifugal compressor <tb> 10, 10 <sep> compressor impeller <tb> 11, 11 <sep> body <tb> 12, 12 <sep> impeller blade (s) <tb> 13, 13 <sep> Axial flow area <tb> 13.1, 13.1 <sep> free end <tb> 14, 14 <sep> Flow deflection area <tb> 15, 15 <sep> Radial flow area <tb> 15.1 <sep> free end <tb> 16, 16 <sep> outside margin <Tb> 16.1 <sep> recess portion <tb> 20, 20 <sep> Compressor housing <Tb> 20.1 <sep> projecting portion <tb> 21, 21 <sep> Impeller receiving space <tb> 30, 30 <sep> Flow passage <tb> 31, 31 <sep> Fluid inlet <Tb> 32 <sep> fluid outlet <tb> D1a <sep> Outer diameter of compressor impeller <tb> D1G <sep> Inner diameter impeller receiving space <tb> D1a <sep> first outside diameter of compressor impeller <tb> D2a <sep> second outer diameter compressor impeller <tb> D3a <sep> third outer diameter compressor impeller <tb> Da-min <sep> minimum outer diameter compressor impeller <tb> D1G <sep> first inner diameter impeller receiving space <tb> D2G <sep> second inner diameter impeller receiving space <tb> DG-min <sep> Minimum inner diameter impeller receiving space <tb> Lax-k <sep> axial extension depression section <tb> Lax-a <sep> outer axial extent impeller vane <tb> R, R <sep> rotation axis

Claims

1. Radial compressor (1) with: a compressor impeller (10) having a base body (11) and a plurality of impeller blades (12) disposed thereon, and a compressor housing (20) having an impeller receiving space (21) formed therein, in which the compressor impeller (10) is rotatably arranged about a rotation axis (R), wherein between the respective impeller blades (12) formed spaces together a flow passage (30) for a form compacting fluid, wherein each impeller vane (12) has an axial flow area (13) and a fluid radial flow area (15) with respect to the rotation axis (R) and a flow deflection area (14) connecting them; wherein the Axialströmungsbereich (13) has a free end (13.1) having a fluid inlet (31) of the flow passage (30) and on a base body (11) facing away from outer edge (16) of the impeller blade (12) has a first outer diameter (D1a) of Compressor wheel (10) defined, and wherein the compressor housing (20) at an axial position of the first outside diameter (D1a) of the compressor impeller (10) defines a first inside diameter (D1G) for the impeller receiving space (21), characterized in that the axial flow area (13) is axially at its free end (13.1) then on the outer edge (16) of the impeller blade (12) has a recess portion (16.1), so that with respect to the first outer diameter (D1a) of the compressor impeller (10) an outer diameter reduction of the compressor impeller (10) is realized, and that Compressor housing (20) along an axial extension (Lax-k) of the recessed portion (16.1) of the Axialströmungsbereichs (13) has a projection portion (20.1), so that with respect to the first inner diameter (D1G) of the impeller receiving space (21) an inner diameter reduction of the impeller receiving space (21) is realized.

Second radial compressor (1) according to claim 1, wherein the recess portion (16.1) defines a minimum outer diameter (Da-min) of the compressor wheel (10), and wherein the projection portion (20.1) at an axial position of the minimum outer diameter (Da-min) the compressor impeller (10) defines a minimum inner diameter (DG-min) of the impeller receiving space (21).

3. Radial compressor (1) according to claim 2, wherein a ratio of minimum inner diameter (DG-min) of the impeller receiving space (21) to the first outer diameter (D1a) of the compressor impeller (10) is less than 1.

4. Radial compressor (1) according to one of claims 1 to 3, wherein the radial flow region (15) has a free end (15.1) having a fluid outlet (32) of the flow passage (30) and on the main body (11) facing away from outer edge (16 ) of the impeller vane (12) defines a second outer diameter (D2a) of the compressor impeller (10), wherein an outer axial extent (Lax-a) of each impeller vane (12) from the axial position of the first outer diameter (D1a) and an axial position of the second Outside diameter (D2a) of the compressor impeller (10) is limited, and wherein a ratio of axial extent (Lax-k) of the recessed portion (16.1) to the outer axial extent (Lax -a) of the impeller blade (12) is less than 1.

5. Radial compressor (1) according to claim 4, wherein the ratio of axial extent (Lax-k) of the recessed portion (16.1) to the outer axial extent (Lax -a) of the impeller blade (12) is less than 0.7.

6. Radial compressor (1) according to claim 4 or 5, wherein the ratio of axial extent (Lax-k) of the recess portion (16.1) to the outer axial extent (Lax-a) of the impeller blade (12) is greater than 0.1.

7. Radial compressor (1) according to one of claims 1 to 6, wherein the recessed portion (16.1) of the Axialströmungsbereichs (13) extends to the Strömungsumlenkbereich (14) of the impeller blade (12).

8. Radial compressor (1) according to claim 7, wherein the compressor impeller (10) at a transition between the recess portion (16.1) and the Strömungsumlenkbereich (14) of the impeller blade (12) on the base body (11) facing away from outer edge (16) of the impeller blade ( 12) defines a third outer diameter (D3a) corresponding to the first outer diameter (D1a) of the compressor impeller (10).

9. A radial compressor (1) according to claim 8, wherein the compressor housing (20) at an axial position of the transition between the recessed portion (16.1) and the Strömungsumlenkbereich (14) of the impeller blade (12) has a first inner diameter (D1G) of the impeller receiving space (21 ) corresponding second inner diameter (D2G) defined for the impeller receiving space (21).

10. Radial compressor (1) according to one of claims 1 to 9, wherein the recess portion (16.1) along its axial extent (Lax-k) has a concave arcuate contour, and wherein the projection portion (20.1) along its axial extent a convexly arcuate contour having.