CN101743406B - 径流式压缩机的流出装置和废气涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

径流式压缩机的流出区，包括在周向上不对称构造且能够在周向上定位于不同的角位置中的蜗壳(31)以及能够在周向上定位于不同的角位置中的、装有叶片的扩散器，该扩散器带有多个在周向上分布设置的导流元件(21)，其特征在于，两个彼此相邻设置的导流元件(21)的角距(a0)与两个另外的彼此相邻设置的导流元件(21)的角距(a1)不同，并且设置了用于使得装有叶片的扩散器关于不对称构造的蜗壳的角位置定位的机构(23，33)。

Description

径流式压缩机的流出装置和废气涡轮增压器
技术领域
本发明涉及用于增压的内燃机的废气涡轮增压器的领域。它涉及这样的废气涡轮增压器的径流式压缩机的流出区，也就是说径流式压缩机的一个区域，其在压缩机轮的下游设置，并且通常包括一个装有叶片的扩散器以及一个不对称构造的蜗壳。 
在现在的涡轮增压器中，为提高发动机的进气压力，通常使用带有装有叶片的扩散器的单级径流式压缩机。在扩散器中把要压缩的介质的动能变换为静态压力。压缩机轮包括规定数目的工作叶片，而扩散器具有带棱形的、一般是空气动力学的造型(楔形或者翼形)的导流叶片。在压缩机轴的方向看导流叶片在进气边有一个规定的切向角(进气角)，在排气边有一个规定的切向角(排气角)，以及在周向上在各两个彼此相邻设置的导流叶片之间有一个规定的角距。 
在设计压缩机级时始终必须在空气动力学性能、机械负荷和通过压缩机引起的噪声形成之间取得折衷。具有高单位通流能力的现代的压缩机级具有长而薄的工作叶片，它的特性形式在低频下出现，并且容易被激励进入振荡。这种激励的主要源是通过压缩机的导流叶片产生的压力势场。基于几何机构方面规则构造的压缩机工作叶片和导流叶片能够产生具有升高的振荡能量的共振。由于为达到进气压力所需要的高的转速，这种振荡在极端情况下能够导致压缩机工作叶片的机械损坏(高周疲劳-HCF)。 
背景技术
EP 1772596公开了轴向压缩机的一种两级扩散器，其中在压缩机的轴向被流过的工作叶片的前后各设置一个扩散器叶片列。这些扩散器叶片列各在下半部分和上半部分中具有不同数目的导流叶片，以便通过不规则的叶片密度减小对于在扩散器叶片列之间设置的工作叶片的振荡影响。贯通流动在轴向进行，其中在所示两级扩散器前和后的流动比沿圆周对称。这种对称的流动比是需要的，因为在轴向上在扩散器的下游设置了轴向涡轮机，它应该被供给沿圆周尽可能对称的流动。 
US 3 873 231公开了一种流体泵，其具有带有多个叶片的工作轮和多个沿圆周分布设置的导流叶片。其中导流叶片沿圆周具有不同的分布，以便能够在要运送的流体中避免恒定的压力模式。 
发明内容
本发明的任务在于，改进径流式压缩机的流出区，使得扩散器在与设在扩散器的导流叶片的下游的不对称构造的蜗壳以及径流式压缩机轮的工作叶片的配合下产生尽可能小的共振。 
根据本发明，这由此实现，即，改变扩散器的两个相邻设置的叶片之间的角距并使得由此不规则构造的扩散器关于可在周向上定位于不同的角位置中的蜗壳设置在规定的角位置中。 
其中，在一个实施形式中单个的导流叶片组对可以具有与其余的导流叶片组对不同的角距。 
作为任选方案，在另一个实施形式中多个并靠地或者规则地或者不规则地沿圆周分布设置的导流叶片组对可以各具有相同的但是不同于其余的导流叶片组对的角距的角距。 
作为任选方案，在另一个实施形式中导流叶片组对的多个组各具有相同的角距，这些组的这些导流叶片组对可以彼此相邻地或者在圆周上分布地设置。 
作为任选方案，在另一个实施形式中所有导流叶片组对可以具有不同的角距。 
导流叶片的形状、长度、进气角和排气角以及进气半径和排气半径-关于压缩机轴-在轴向以及在周向上对于所有的导流叶片来说是相同的或者对于一些或者所有导流叶片来说是不同的。 
这些根据本发明不规则地制造的扩散器可以以单级或者多级的形状制造，其中在多级的情况下它们在径向上相继亦即关于压缩机轴同心地设置。 
本发明提供一种径流式压缩机的流出区，包括在周向上不对称构造且能够在周向上定位于不同的角位置中的蜗壳以及能够在周向上定位于不同的角位置中的、装有叶片的扩散器，该扩散器带有多个在周向上分布设置的导流元件，其特征在于，两个彼此相邻设置的导流元件的角距与两个另外的彼此相邻设置的导流元件的角距不同，并且设置了用于使得所述装有叶片的扩散器关于不对 称构造的蜗壳的角位置定位的机构，所述机构包括在扩散器的壁的径向外缘上的定位凸块和在蜗壳上的定位槽。 
本发明提供一种废气涡轮增压器，其特征在于带有上述流出区的径流式压缩机。 
附图说明
下面根据附图说明径流式压缩机的按照本发明构造的扩散器的实施例。附图中： 
图1示出了沿着压缩机轴的截开的带有装有叶片的扩散器的径流式压缩机的截面， 
图2示出了垂直于压缩机轴截开的按照本发明构造的带有不规则设置的导流叶片的扩散器的第一实施例的截面， 
图3示出了垂直于压缩机轴截开的按照本发明构造的带有在各彼此相邻设置的导流叶片之间在周向上交变的角距的扩散器的第二实施例的截面，以及 
图4示出了根据上述附图之一的扩散器的一个单个的导流叶片。 
具体实施方式
图1以通过轴的截面图表示一个废气涡轮增压器的压缩机。该压缩机包括一个在轴12上设置的压缩机轮，它包括一个轮毂10和在其上设置的工作叶片11。工作叶片可以分为主叶片和中间叶片，其中主叶片在由轮毂和与其相邻的外壳部分限界的流动通道的整个长度上延伸，而中间叶片通常缩短制造并且具有一个回缩的进气边。这里可以为每个主叶片设置一个或者多个中间叶片。压缩机轮在压缩机壳内设置，后者通常包括多个部分，例如蜗壳31和流入箱32。在压缩机和未图示的涡轮机之间设置轴承箱30，它包含轴的轴承。已经提到的压缩机区内的流动通道由压缩机壳限界。在压缩机轮的区域内，压缩机轮的轮毂10负责径向在内的限界，这里压缩机轮的工作叶片在流动通道中设置。在要压缩的介质的流动方向上在压缩机轮的下游设置扩散器。如在开始时提到的，该扩散器用于减慢通过压缩机轮加速的流动。这一方面通过扩散器的导流叶片21、另一方面通过蜗壳实现，压缩了的介质从那里出发被供给内燃机的燃烧室。扩散器的导流叶片在流动通道的一侧或者两侧与扩散器壁22、外壳部分连接。 
本发明的扩散器具有多个导流叶片。导流叶片具有彼此不同的角距。作为本申请意义上的角距所描绘的是在两个彼此相邻设置的导流叶片的进气边之间 的角。任选的是，作为角距还可以指在两个另外的、两个彼此相邻设置的导流叶片的相应的点之间的角，那时例如导流叶片具有不同地构造的进气角，或者进气边位于不同的半径上。在这种情况下，作为角距大体可以指在排气边之间的角或者轮廓中点之间的角。 
根据本发明，彼此相邻设置的导流叶片之间的角距在整个圆周上不是一致的。这里有多种可能来实现带有导流叶片之间变化的角距的扩散器。 
在按照图2的第一实施例中，角距αx对于扩散器的所有彼此相邻设置的导流叶片21的组对而言都是不同的，这意味着十六个导流叶片对之间的十六个角距没有两个是相同的。用于按照图2的例示的实施形式的单个角距的数值可以从下表选取。 
  α0   25°
  α1   21°
  α2   23°
  α3   17°
    20°
    29°
    28°
    27°
  αn-1   30°
  αn   18°
  αn+1   26°
    19°
    22°
    16°
    15°
    24°
表1-图2的角距 
如从该表可知，不同的角距在所示例子中在所有导流叶片的组对上不规则分布。另外可选的方案是，也可以使角距在周向上规则地增加或者减小，或者 先增加，然后再减小。当角距遵循谐波函数例如正弦函数变大和减小时可以得到特别有利的结果。 
在按照图3的第二实施例中，两个角距α0和α1在沿圆周的导流叶片组对上交替分布。用于例示实施形式的单个的角距的值可以再次从下表选取： 
  α0   25°
  α1   20°
表2-图3的角距 
其他未表示的实施形式同样是可能的。例如除一个或者很少一些外所有的角距都可以相等。可以构造相同的角距的团组。具有相同角距的导流叶片的组对可以彼此相继或者彼此分开设置。 
在带有不同角距的导流叶片的扩散器中，根据测量已经证实，相对于规则安装叶片的扩散器而言，共振减少可达50％。 
作为任选方案，扩散器的单个的导流叶片在形状、长度、进气角和排气角以及进气半径和排气半径上彼此可以不同，以便在扩散器中产生附加的不规则性。这种不同的构造既可以在轴向(关于压缩机轴)也可以在叶片的高度方向上、还可以在周向上进行。这里可以让所有的或者仅少数一些导流叶片不同地成形或设置。 
这些按照本发明不规则地构造的扩散器可以以单级或者多级的形式构造，其中在多级构造的情况下把它们在径向上相继地亦即关于压缩机轴同心地设置。 
在周向上不规则地构造的扩散器关于在周向上不对称地构造的蜗壳(31)定位于一个固定的角位置。此外不同的角距的大小以及它们在不对称地构造的蜗壳上的沿圆周的分布在导流叶片下游校准。角距例如可以沿圆周类似于蜗壳半径地增加。或者，在螺旋舌开始的区域内设置的那个导流叶片组对可以具有与其余的导流叶片组对不同的角距。 
因为蜗壳(31)可以沿圆周定位于不同的角位置中，所以根据本发明使用定位机构能够保证扩散器总是位于相对于蜗壳的规定的角位置中。这里，规定的角位置是那些在运行中产生最小共振的角位置是有利的。扩散器的相对于蜗壳的具有最小共振结果的这些角位置可选通过计算或者实验确定。一种可能的定位方法在图2中表示，在扩散器壁22的径向外缘上有一个定位凸块23，其与 蜗壳上的一个定位槽33啮合。可以想见其他通过形状实现的定位方法，例如在两侧嵌入的钻孔内设置的定位杆。也可以想见通过一个第三部件例如进气室32或者轴承箱30的间接定位。 
附图标记列表 
10 压缩机轮(轮毂) 
11 压缩机工作叶片 
12 轴 
21 扩散器的导流元件(导流叶片) 
22 扩散器壁 
23 定位凸块 
33 轴承箱 
31 蜗壳 
32 进气室 
33 定位槽 
αx 两个扩散器导流叶片之间的角距 
βA 扩散器导流叶片的排气角 
βE 扩散器导流叶片的进气角 
rA 扩散器导流叶片的排气半径 
rE 扩散器导流叶片的进气半径 
1 扩散器导流叶片的长度 

Claims (10)

1.径流式压缩机的流出装置，包括在周向上不对称构造且能够在周向上定位于不同的角位置中的蜗壳(31)以及能够在周向上定位于不同的角位置中的、装有叶片的扩散器，该扩散器带有多个在周向上分布设置的导流元件(21)，其特征在于，两个彼此相邻设置的导流元件(21)的角距(α0)与两个另外的彼此相邻设置的导流元件(21)的角距(α1)不同，并且设置了用于使得所述装有叶片的扩散器关于不对称构造的蜗壳的角位置定位的机构(23，33)，所述机构(23，33)包括在扩散器的壁的径向外缘上的定位凸块(23)和在蜗壳上的定位槽(33)。
2.根据权利要求1所述的径流式压缩机的流出装置，其中，各彼此相邻设置的导流元件(21)的多个组对具有与其余的各彼此相邻设置的导流元件相比不同的角距。
3.根据权利要求2所述的径流式压缩机的流出装置，其中，各彼此相邻设置的导流元件的至少两个组对具有第一角距(α0)，并且各彼此相邻设置的导流元件的至少两个另外的组对具有与所述第一角距不同的第二角距(α1)。
4.根据权利要求3所述的径流式压缩机的流出装置，其中，各彼此相邻设置的导流元件的多个组对各具有相同的角距(α0，α1)。
5.根据权利要求3或4所述的径流式压缩机的流出装置，其中，具有各相同角距的组对由不同的导流元件组成并且彼此间隔地设置。
6.根据权利要求2所述的径流式压缩机的流出装置，其中，彼此相邻设置的导流元件的每个组对具有与其余的各彼此相邻设置的导流元件相比不同的角距。
7.根据权利要求2、3、4或6所述的径流式压缩机的流出装置，其中，在各彼此相邻设置的导流元件之间的角距遵循谐波函数地沿圆周分布。
8.根据权利要求1、2、3、4或6所述的径流式压缩机的流出装置，其中，至少一个导流元件在沿流动方向的长度(1)上和/或在形状上与其他导流元件不同。
9.根据权利要求1、2、3、4或6所述的径流式压缩机的流出装置，其中，至少一个导流元件具有与其他导流元件相比不同的进气角(βE)和/或排气角(βA)和/或不同的进气半径(rE)和/或排气半径(rA)。
10.废气涡轮增压器，其特征在于，所述废气涡轮增压器包括带有根据上述权利要求之一所述的流出装置的径流式压缩机。
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