CH714854A2

CH714854A2 - Centrifugal compressor and turbocharger.

Info

Publication number: CH714854A2
Application number: CH00222/19A
Authority: CH
Inventors: Klima Jiri; Rezanina Jan
Original assignee: Man Energy Solutions Se
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2019-02-21
Publication date: 2019-09-30
Also published as: CH714854B1; KR20190113553A; RU2019108603A; CN110307180A; DE102018107264A1; JP2019173750A; US20190301487A1

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) exclusively supporting blades (16).

Description

E. Blum & Co. AG Patent- und Markenanwälte VSP, Vorderberg 11 8044 Zürich (CH)E. Blum & Co. AG Patent and Trademark Attorneys VSP, Vorderberg 11 8044 Zurich (CH)

CH 714 854 A2CH 714 854 A2

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen Radialverdichter und einen Turbolader.Description: The invention relates to a radial compressor and a turbocharger.

[0002] 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. A first medium is expanded in the turbine of a turbocharger, in which case the energy obtained is used in the compressor of the turbocharger to compress a second medium. The present invention relates to a radial compressor of a turbocharger and a turbocharger with a radial compressor.

[0003] 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 radial rotor has an axial flow and a radial flow out of the compressor rotor, the compressor rotor carrying rotor blades. The compressor housing receives an insert and a diffuser, the insert delimiting at least in sections a flow channel leading to the rotor blades of the compressor rotor and the diffuser a flow channel of the radial compressor leading away from the rotor blades of the compressor rotor.

[0004] 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.[0004] EP 1 340 920 B1 discloses a radial compressor with a diffuser, the diffuser of the radial compressor disclosed there having diffuser guide vanes. Such diffuser guide vanes of a diffuser of a radial compressor decisively determine the flow channel leading away from the guide vanes of the compressor rotor. Seen over the circumference of the diffuser, a relatively high number of diffuser guide vanes is arranged, namely at least 16 diffuser guide vanes, which accordingly extend at a small circumferential distance from one another and have a relatively large length between a leading edge and a trailing edge.

[0005] Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Radialverdichter und einen Turbolader mit einem solchen Radialverdichter zu schaffen.Proceeding from this, the present invention has for its object to provide a novel radial compressor and a turbocharger with such a radial compressor.

[0006] 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 guide vanes, but rather only support vanes. In contrast to diffuser guide vanes, the support blades do not significantly determine the flow channel leading away from the rotor blades of the compressor rotor. The support blades essentially serve only to improve the fixation of the diffuser in the radial compressor. The flow of the compressed medium is hardly influenced by the support blades. Such a diffuser makes it possible to combine the advantages of diffusers that have been blasted with diffuser guide vanes with the advantages of vaneless diffusers. In particular, the so-called characteristic map of the radial compressor is not restricted.

[0007] 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 3 to 10 support blades, preferably between 3 to 7 support blades, distributed over its circumference. Such a small number of support blades is preferred in order to maintain the advantages of bladeless diffusers.

[0008] Nach einer vorteilhaften Weiterbildung liegen radial innere Kanten der Stützschaufeln 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, the radially inner edges of the support blades lie on a diameter d3, the following applying to the diameter d3 on which the radially inner edges of the support blades lie: 1.2 * d2 <d3 <1.35 * d2, where d2 is an outer diameter of the compressor rotor of the radial compressor. These details also serve to maintain the advantages of bladeless diffusers.

[0009] 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 AussendurchmesserdesVerdichterrotors des Radialverdichters ist. Mit einer derartigen Länge der Stützschaufeln können die Vorteile von schaufellosen Diffusoren beibehalten werden.According to an advantageous development, radially outer edges of the support blades lie on one diameter. For a length L of the support blades determined by the distance between the radially inner edges and the radially outer edges, the following applies: 0.1 * d2 <L <0.3 * d2, where d2 is the outer diameter of the compressor rotor of the radial compressor. With such a length of the support blades, the advantages of bladeless diffusers can be maintained.

[0010] Der erfindungsgemässe Turbolader ist in Anspruch 9 definiert.[0010] The turbocharger according to the invention is defined in claim 9.

[0011] Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:Preferred further developments of the invention result from the dependent claims and the following description. Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing, without being restricted to this. It shows:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein Detail eines Radialverdichters;1 shows an axial section through a detail of a radial compressor;

Fig. 2 eine Ansicht auf einen Diffusor des Radialverdichters in Blickrichtung II der Fig. 1.2 is a view of a diffuser of the radial compressor in the viewing direction II of FIG. 1st

[0012] Die Erfindung betrifft einen Radialverdichter und einen Turbolader mit einem Radialverdichter.The invention relates to a radial compressor and a turbocharger with a radial compressor.

[0013] 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 expert addressed here. At this point it should be noted that a turbocharger has a compressor and a turbine. A first medium, in particular exhaust gas, is expanded in the turbine of the turbocharger and energy is thereby obtained. The energy gained in the expansion of the first medium in the turbine is used in the compressor of the turbocharger in order to compress a second medium, in particular charge air.

[0014] 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 radial compressor for a turbocharger, wherein a radial compressor flows from the medium to be compressed in the axial direction and flows from the compressed medium in the radial direction.

CH 714 854 A2 [0015] 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) gekoppelt, 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.CH 714 854 A2 [0015] The turbine (not shown) of a turbocharger has a turbine rotor and a turbine housing. The compressor, namely the radial compressor 10, has a compressor housing 11 and a compressor rotor 14. The turbine rotor and compressor rotor 14 are coupled via a shaft (not shown) which is mounted in a bearing housing 15. The bearing housing 15 is connected on the one hand to the turbine housing of the turbine and on the other hand to the compressor housing 11 of the radial compressor 10.

[0016] Fig. 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 further shows an insert 12 and a diffuser 13. The insert 12 delimits a flow channel leading to the rotor blades of the compressor rotor 14 and the diffuser 13 delimits a flow channel leading away from the rotor blades of the compressor rotor 14 in each case at least in sections.

[0017] 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 Stützschaufeln 16, die der vereinfachten Montage und dem vereinfachten Einbau des Diffusors 13 im Verdichtergehäuse 11 dienen.The diffuser 13 of the radial compressor 10 according to the invention does not have any diffuser guide vanes which decisively define the flow of the medium downstream of the compressor rotor 14, but only via support vanes 16 which serve for the simplified assembly and installation of the diffuser 13 in the compressor housing 11.

[0018] Über 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 Fig. 2 entnommen werden kann, sind im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel 5 Stützschaufeln 16 über den Umfang des Diffusors 13 verteilt.About 3 and 10 support blades 16, preferably between 3 and 7 support blades 16, particularly preferably between 4 and 6 support blades 16, are distributed over the circumference of the diffuser 13. As can be seen in FIG. 2, in the preferred exemplary embodiment shown, 5 support blades 16 are distributed over the circumference of the diffuser 13.

[0019] Zwischen den einzelnen Stützschaufeln 16 ist ein relativ grosser Abstand ausgebildet, insbesondere ist in Radialrichtung gesehen, keine Überdeckung 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.A relatively large distance is formed between the individual support blades 16, in particular, seen in the radial direction, there is no overlap between adjacent support blades 16. The support blades 16 therefore hardly influence a flow of the compressed medium downstream of the blades 14 of the compressor rotor 14. The distance between immediately adjacent support blades 16 in the circumferential direction is at least 10 °, preferably at least 20 °, particularly preferably at least 30 °. Viewed in the radial direction and in the circumferential direction, none of the support blades 16 then extend in this angular range. Accordingly, the flow of the compressed medium can flow past the support blades 16 unimpeded and not deflected in this angular range.

[0020] 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 of the support blades 16, which are also referred to as leading edges, lie on a circle or a circular contour with the diameter d3. For this diameter d3, on which the radially inner edges 17 of the support blades 16 lie, the following applies: 1.2 * d2 <d3 <1.35 * d2. where d2 is the outer diameter of the compressor rotor 14 of the radial compressor.

[0021] 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, the support blades 16 also have 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 the following applies: 0.1 * d2 <L <0.3 * d2, where d2 in turn is the outer diameter of the compressor rotor 14 is.

[0022] 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 circular contour with the diameter d4. For this diameter d4, on which the radially outer edges 18 of the support blades 16 lie, the following applies: 1.4 * d2 <d4 <1.55 * d2, where d2 in turn is the outside diameter of the compressor rotor 14 of the radial compressor 10.

[0023] Mit der hiervorliegenden 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, a radial compressor 10 or a turbocharger with a radial compressor 10 is accordingly proposed, wherein the diffuser 13 of the radial compressor 10 has support blades 16 which have a relatively small length L, which have a relatively small radial extent caused by the difference d4-d3 is defined, and which, when viewed in the circumferential direction, also have a relatively large distance. In this way, the advantages of bladeless diffusers can be maintained. The diffuser 13 can easily be mounted in the compressor housing 11.

Bezugszeichenliste [0024]Reference symbol list [0024]

Radialverdichtercentrifugal compressors

Verdichtergehäusecompressor housing

Einsatzstückinsert

Diffusordiffuser

Verdichterrotorcompressor rotor

Lagergehäusebearing housing

Stützschaufelstay vane

Claims

CH 714 854 A2

claims

1. Radial compressor (10), with a rotor having a compressor rotor (14);

a compressor housing (11) accommodating a diffuser (13), the diffuser (13) delimiting at least in sections a flow channel leading away from the rotor blades of the compressor rotor (14); characterized in that the diffuser (13) has exclusively support blades (16).

2. A radial compressor according to claim 1, characterized in that the diffuser (13) has 3 to 10 support blades (16) distributed over its circumference.

3. A radial compressor according to claim 1 or 2, characterized in that the diffuser (13) has 3 to 7 support blades (16) distributed over its circumference.

4. Radial 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).

5. A radial compressor according to claim 4, characterized in that for the diameter (d3) on which the radially inner edges (17) of the support blades (16) lie: 1.2 * d2 <d3 <1.35 * d2, where d2 is an outer diameter of a compressor rotor (14) of the radial compressor.

6. Radial 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).

7. A radial compressor according to claim 4, characterized in that for the diameter (d4) on which the radially outer edges (18) of the support blades (16) lie: 1.4 * d2 <d4 <1.55 * d2, where d2 is an outer diameter of a compressor rotor (14) of the radial compressor

8. A radial compressor according to one of claims 3 to 4, characterized in that for a length (L) of the support blades (16) determined by the distance between radially inner edges (17) and radially outer edges (18): 0.1 * d2 <L <0.3 * d2, where d2 is an outer diameter of a compressor rotor (14) of the radial compressor.

9. turbocharger,