CN102472296A

CN102472296A - 离心压缩机

Info

Publication number: CN102472296A
Application number: CN2010800292137A
Authority: CN
Inventors: 茨木诚一; 富田勋; 阵内靖明; 御子神隆; 东条正希; 北田明夫
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-09-16
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2012-05-23
Also published as: EP2441965A1; WO2011033800A1; KR20120013458A; US20120148391A1; JP2011064118A

Abstract

本发明提供一种具有树脂制壳体的离心压缩机，不降低压缩效率，且能够使轻量化、降低成本等优点不互相抵消。涡轮增压器(10)包括由螺旋部(20a)和流路形成部(20b)构成的树脂制壳体(20)和在流路形成部(20b)的中心固定设置在旋转轴(12)的叶轮(14)。在刻制于流路形成部的内壁(20b1)的凹部(20b2)配置有环状遮板(22)，环状遮板(22)形成被压缩气体的流路(c)和扩散部(静压上升区域)(d)的外侧壁。环状遮板(22)的下游侧端部隔着垫圈(24)被螺栓(26)固定在构成弹簧壳体(30)的一部分的隔壁(32)。即使树脂制壳体(20)热变形，也能够将环状遮板(22)与叶片(16)的弯曲轮廓(16a)之间的间隙(T)保持在设定尺寸。

Description

离心压缩机

技术领域

本发明涉及一种离心压缩机，其具有用于例如涡轮增压器等的树脂制的壳体。

背景技术

搭载在机动车等的涡轮增压器(排气涡轮增压器)利用排气涡轮驱动压缩机，并将被压缩机压缩的吸入空气供给到发动机，该排气涡轮由排气气体的能量驱动。在这种涡轮增压器中，在排气涡轮的涡轮壳体与涡轮压缩机的壳体之间设置有旋转自如地支承旋转轴的轴承壳体。在通过该轴承壳体内的旋转轴，固定设置有涡轮压缩机的叶轮和排气涡轮的轮部。

在轴承壳体内收容有旋转自如地支承旋转轴的轴承机构。在轴承壳体与压缩机壳体之间的边界，设置有密封壁，并形成有被密闭在压缩机壳体内的被压缩气体的通路。

作为涡轮增压器等的涡形壳体，一般使用铸铝铁或铸钢制的壳体。然而，为了轻量化、降低成本等，近来开始使用树脂制的壳体。

在专利文献1中公开了通过热塑性树脂构成涡轮增压器的壳体。并且，在专利文献2中公开了一种离心压缩机的壳体，其壳体壁由热硬化树脂材料和热塑性树脂材料的两层形成。

并且，在专利文献3中，利用切削性优良的树脂部件构成面对涡轮增压器的压缩机壳体的被压缩气体的流路的内壁面，并缩小该内壁面与压缩机的叶轮的弯曲轮廓部之间的间隙，由此，提高压缩机效率，并且，即使与该内壁面相对配置的叶轮(翼轮)与该内壁面接触，也能够防止叶轮的损伤。

在专利文献4中，为了降低成本，利用切削性优良的树脂部件构成涡轮增压器的压缩机壳体的流路形成部的内壁面。

并且，在专利文献5中，基于与专利文献3相同的理由，利用树脂部件构成涡轮增压器的压缩机壳体的流路形成部的内壁面。

图10是表示具有树脂制壳体的涡轮增压器100的压缩机部的示意图。如图10所示，在旋转轴102固定设置有叶轮(翼轮)104。在叶轮104放射状地突出设置有多个叶片106。叶片106的外侧端形成有弯曲轮廓106a。在叶片106的周围配置有壳体110。壳体110由形成涡旋部s的涡形的螺旋部110a和形成被压缩气体的流路c的流路形成部110b构成。

流路形成部110b被配置为包围叶片106。由叶轮104的轮毂面108与流路形成部110b的内壁形成有流路c。流路c从旋转轴102的轴向(箭头a方向)向叶轮104的径向(箭头b方向)弯曲。从配置有叶片106的流路c至配置在流路c的出口侧的流路d的流路作为扩散部(静压上升区域)而起作用。

如果叶轮104旋转，则被压缩气体从箭头a方向被吸引如流路c，并通过叶片106对绝对流速进行加速。在流路c中加速的吸气的方向转换为箭头b方向，并进入扩散部d的区域，绝对流速减小，静压上升。被压缩气体随着从流路c向扩散部d流动而被压缩，并向涡形部s排出。

压缩机在流路形成部110b的内壁与叶轮104的弯曲轮廓106a之间的间隙T越小压缩效率越高。如果利用压缩机对被压缩气体进行压缩，则由于压缩作用，被压缩气体会变高温。在壳体110为树脂制时，树脂比金属、陶瓷等的热膨胀率高，因此，如附图标记110’所示，被压缩气体受热膨胀，壳体110向箭头e方向热变形。由此，间隙T扩大，被压缩气体从间隙T泄漏，因此，存在压缩效率降低的问题。

并且，在树脂制壳体中，万一叶轮104损坏，碎片飞散时，需要使碎片不从壳体向外部飞出。因此，如图11所示，需要增大壳体110的壁厚或者在壳体110设置加强肋112等的措施。这样，就会抵消以轻量化或降低成本等为目的的树脂制壳体的优点。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：德国专利公开公报(DE10260042A1)

专利文献2：欧洲专利公开公报(EP1830071A2)

专利文献3：(日本)特开平9-170442号公报

专利文献4：(日本)特开2001-234753号公报

专利文献5：(日本)特开2002-256878号公报

发明内容

发明要解决的问题

鉴于上述现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种具有树脂制壳体的离心压缩机，其不降低压缩效率，且能够使轻量化、降低成本等优点不互相抵消。

解决问题的手段

为了达到上述目的，本发明的离心压缩机包括，叶轮，其具有放射状地固定设置在旋转轴上的多个叶片；树脂制壳体，其配置在该叶轮周围，并由该叶轮的外周面和该树脂制壳体的流路形成部的内壁构成从该叶轮的轴向朝向径向的被压缩气体的流路，其中，

在通过刻制所述流路形成部的内壁而形成的凹部，配置金属或陶瓷材料构成的环状遮板，通过该环状遮板形成配置有所述叶片的流路的外侧面和配置在该流路的出口侧的扩散部(静压上升区域)的外侧面，

通过该扩散部，将该环状遮板固定设置在与该环状遮板相对的面或壁。

在本发明中，通过对树脂制壳体的流路形成部进行刻制(或者注射模塑成形)而形成凹部，在该凹部配置由金属或陶瓷材料构成的环状遮板。通过该环状遮板形成流路和扩散部的圆滑弯曲的外侧面。环状遮板使用例如铝、碳钢等金属或陶瓷等的强度比树脂(工程塑料)高且热膨胀率比树脂低的材料。通过扩散部，将该环状遮板固定设置在相对的壁上。

该环状遮板与树脂制壳体分体配置，不与树脂制壳体的内壁接合。因此，由于树脂制壳体的热变形不会传递到该环状树脂，环状遮板与叶轮的弯曲轮廓之间的间隙不变。因此，压缩效率不会降低。并且，通过使用环状遮板，不必增大树脂制壳体的壁厚，或不必在树脂制壳体设置加强肋，因此，不会使轻量化、降低成本等优点相互抵消。

在本发明中，也可以在流路的入口侧区域，在环状遮板的背面与流路形成部内壁的凹部之间设置的收容槽中设置有密封环。由此，即使在树脂制壳体发生热变形，在树脂制壳体的内壁与环状遮板之间产生间隙的情况下，被压缩气体也不会进入该间隙，叶轮下游侧的被压缩气体也不会返回叶轮入口侧。因此，压缩效率不会降低。

在叶轮入口部分，由于被压缩气体的温度低，环状遮板和树脂制壳体的流路形成部的内壁的温度也低。因此，能够使用橡胶制的O型环等低价的密封环。并且，在叶轮入口部分，由于半径小，能够使用小的密封环，从而能够削减这部分的成本。

在上述结构的基础上，也可以将树脂制壳体的流路形成部分割为被压缩气体的流动方向的上游侧和下游侧，并且，使该分割面与密封环的收容槽一致。由此，能够使树脂制壳体的厚壁部消失。因此，在对树脂制壳体进行成形加工时，就不会残留气泡等，因此，能够提高树脂制壳体的质量，改善成品率，防止成本上升。

并且，通过使分割面与密封环的收容槽一致，就不需对该收容槽进行槽加工，因此，易于进行成形加工，能够降低成本。

在本发明中，也可以在树脂制壳体的流路形成部或该流路形成部的分割体，设置向外部开口且向着旋转轴的轴向的条状间隙。由此，能够使树脂制壳体的厚壁部消失，因此，在通过注射模塑成形等对树脂制壳体进行成形加工时，就不会残留气泡等。因此，能够提高树脂制壳体的质量，并改善成品率，防止成本上升。

在本发明中，在环状遮板与流路形成部之间设置被压缩气体的流通空间，并且，沿着被压缩气体的流动方向设置至少两个连通该流通空间与流路的连通孔，在该流通空间形成被压缩气体的流动。由此，在流路流动的被压缩气体的流量少时，能够形成从下游侧贯通孔进入所述流通空间，从上游侧的贯通孔返回流路的被压缩气体的循环流路。因此，由于能够将叶轮的入口部的流量保持在失速界限以上的流量，能够降低被压缩气体的界限下限流量。

并且，在流路流动的被压缩气体的流量多时，被压缩气体的一部分从上游侧贯通孔进入所述流通空间，从下游侧开口返回流路，由此，能够扩大被压缩气体的最大流量。其结果，能够扩大离心压缩机的上限和下限的容许流量。

在本发明中，也可以在树脂制壳体的流路形成部的外面覆盖由玻璃纤维构成的环状的加强层。通过在该流路形成部的外面覆盖拉伸强度高的玻璃纤维构成的加强层，万一在叶片破损时，由于叶片的碎片或叶轮不会贯穿流路形成部的壁，因此，能够减小的流路形成部的必要壁厚。因此，能够降低树脂制壳体的制造成本。

发明效果

根据本发明的离心压缩机，一种离心压缩机，其包括，叶轮，其具有放射状地固定设置在旋转轴上的多个叶片；树脂制壳体，配置在该叶轮周围，并且，由该叶轮的外周面和该树脂制壳体的流路形成部的内壁构成从该叶轮的轴向朝向径向的被压缩气体的流路，其中，在通过刻制所述流路形成部的内壁而形成的凹部，配置金属或陶瓷材料构成的环状遮板，利用该环状遮板而形成配置有叶片的流路的外侧面和配置在该流路的出口侧的扩散部的外侧面，通过该扩散部将该环状遮板固定设置在与该环状遮板相对面的隔壁。由此，由于能够将环状遮板与叶片的弯曲轮廓之间的间隙保持在设定尺寸，因此，能够高度保持压缩效率，并且，通过配置该环状遮板，就不需增大树脂制壳体的厚度，或者在树脂制壳体设置加强肋，因此，能够实现树脂制壳体的轻量化或降低成本等优点。

附图说明

图1是本发明的涡轮增压器的第一实施方式的主视图。

图2是本发明的涡轮增压器的第二实施方式的主视图。

图3是本发明的涡轮增压器的第三实施方式的主视图。

图4是本发明的涡轮增压器的第四实施方式的主视图。

图5是本发明的涡轮增压器的第五实施方式的主视图。

图6是上述第五实施方式的变形例的主视图。

图7是本发明的涡轮增压器的第六实施方式的主视图。

图8是上述第六实施方式的变形例的主视图。

图9是本发明的涡轮增压器的第七实施方式的主视图。

图10是现有的涡轮增压器的局部主视图。

图11是将树脂制壳体设定为厚壁，或者设置加强肋的比较例中的涡轮增压器的主视图。

具体实施方式

下面，利用图中所示的实施方式对本发明进行详细说明。然而，对于该实施方式中记载的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对位置等，只要没有特别地进行特定记载，就不仅限于本发明的范围。

第一实施方式

利用图1对本发明的涡轮增压器的第一实施方式进行说明。图1表示本实施方式的涡轮增压器10的压缩机部的一部分。如图1所示，在树脂制的壳体20的中心配置有旋转轴12，在旋转轴12的外周面固定设置有叶轮14，在该叶轮14沿旋转轴12的半径方向放射状地配置有多个叶片16。沿着被压缩气体的流动方向(箭头a方向)的入口侧至出口侧，叶轮14的轮毂面18从旋转轴12的轴向向半径方向弯曲。树脂制壳体20由在内部形成涡旋部s的涡形的螺旋部20a和形成被压缩气体的流路c的流路形成部20b构成。

叶片16的外侧端形成有弯曲轮廓16a。与该弯曲轮廓16a相应地形成有树脂制壳体20的流路形成部20b的内壁20b₁。在该内壁20b₁刻制有用于插入环状遮板22的凹部20b₂。通过设置在轴承壳体30的未图示的轴承来旋转自如地支承旋转轴12。面向涡形的螺旋部20a所形成的涡旋部s，配置有形成轴承壳体30的一部分的隔壁32。螺旋部20a的端部经由密封环34安装在隔壁32。

在形成于流路形成部20b的内壁20b₁的凹部20b₂插入配置有环状遮板22。环状遮板22的被压缩气体流动方向的下游侧端部向涡旋部s突出，该下游侧端部隔着垫圈24被螺栓26固定设置在壁32。环状遮板22由强度比树脂高且热膨胀率比树脂小的金属(例如，铝或碳钢)或陶瓷构成。环状遮板22与树脂制壳体20分离，而不连接。为了维持良好的压缩效率，环状遮板22与叶片16的弯曲轮廓16a之间的间隙被设定尽可能地小。

这样，利用环状遮板22而形成有流路c和扩散部d的外侧壁，该流路c是使被压缩气体从叶轮14的轴向(箭头a方向)向着半径方向(箭头b方向)的流路，该扩散部d配置在流路c的出口侧并将被压缩气体的动能转换为静压。利用叶轮14的轮毂面18形成流路c的内侧面，利用隔壁32形成扩散部d的内侧面。

通过上述结构，通过叶轮14的旋转，被压缩气体从叶片16的入口侧吸引，并通过流路c和扩散部d而转换为静压。从扩散部d出来的压缩气体向涡旋部s排出。另外，在旋转轴12的周向有间隔地配置有多个螺栓26，螺栓26的存在不会阻碍被压缩气体的流动。

根据本实施方式，环状遮板22仅通过螺栓26固定设置在轴承壳体30的隔壁32，环状壳体22与树脂制壳体20分离，因此，树脂制壳体20的热变形不会传递到环状遮板22。由此，即使在树脂制壳体20热变形的情况下，环状遮板22与叶片16的弯曲轮廓16a之间的间隙也不会变化。因此，压缩效率不会降低。

并且，通过使用环状遮板22，就不必增大树脂制壳体20的厚度，或者不必在树脂制壳体20设置加强肋等，因此，不会使轻量化、降低成本等优点互相抵消。

第二实施方式

接着，利用图2对本发明的涡轮增压器的第二实施方式进行说明。如图2所示，在本实施方式中，环状遮板22的下游侧端部22a形成有两处弯曲部，并延伸至与轴承壳体30的隔壁32相接。在该延伸端部形成有凸缘部22a₁。另一方面，在隔壁32刻制有用于嵌合该凸缘部22a₁的凹部32a。凸缘部22a₁被螺栓40连结在凹部32a。

另外，由于凸缘部22a₁部分地形成在叶轮14的周向，因此，其在遮板22的下游侧端部22a不会堵塞扩散部d，不会妨碍被压缩气体在扩散部d的流动。其他结构与上述第一实施方式相同。相同部分使用相同附图标记。

根据本实施方式，到凸缘部22a₁为止，环状遮板22是一体结构，并且其通过加压成形来加工。因此，在上述第一实施方式得到的作用效果的基础上，环状遮板22易于成形加工，并且，在将环状遮板22连结在隔壁32时，不需要像第一实施方式那样的垫圈24，连结作业变得简单。

第三实施方式

接着，利用图3对本发明的涡轮增压器的第三实施方式进行说明。如图3所示，在本实施方式中，在流路c的入口区域，在刻制于树脂制壳体20的流路形成部20b的内壁20b₁的凹部20b₂，刻制收容槽52，在该收容槽52收容橡胶制或树脂制的密封环50。其他结构与上述第二实施方式相同。

根据本实施方式，即使在树脂制壳体20热变形，凹部20b₂与(由铝或碳钢等金属或陶瓷构成)环状遮板2的背面之间产生间隙的情况下，由于设置了密封环50，被压缩气体不会进入凹部20b₂与环状遮板22之间，因此，压缩机的压缩效率不会降低。

在叶轮14的入口部分，被压缩气体的温度与外气大致相同，被压缩气体的温度低。并且，在叶轮14的入口部分，环状遮板22和流路形成部20b的温度也低，因此，能够使用橡胶制的低价的O环。并且，在叶轮14的入口部分，被压缩气体的流路不向半径方向弯曲，且叶轮14的直径小，因此，能够使用小径的O环。因此，能够削减密封环50的成本。

(第四实施方式)

接着，利用图4对本发明的涡轮增压器的第四实施方式进行说明。如图4所示，在本实施方式中，将树脂制壳体20的流路形成部20b分割为两个树脂制分割体60、62。分割体60、62被分割面64分割形成，该分割面64在流路形成部20b的厚壁部的中心部具有台阶部64a。分割面64的一端与收容密封环34的收容槽52连接。其他结构与上述第三实施方式相同。

根据本实施方式，由于流路形成部20b被分割为分割体60和62，因此，能够减小流路形成部20b的壁厚。由此，在对树脂制壳体20进行成形加工时，在流路形成部20b的内部就不会残留气泡等。因此，不仅能够提高树脂制壳体20的质量，而且能够改善成品率，因此，能够削减树脂制壳体20的制造成本。

并且，通过使分割面64与收容槽52连接，就不需对收容槽52进行槽加工，而是对分割体60进行角部加工，由此，分割体60的成形加工变得容易，能够节约加工成本。

(第五实施方式)

接着，利用图5对本发明的涡轮增压器的第五实施方式进行说明。如图5所示，在本实施方式中，在树脂制壳体20的流路形成部20b的厚壁部沿与板厚方向成直角的方向，即，与叶轮14的旋转方向大致平行的方向设置有条状间隙V。该空隙V的一端向外部开口。其他结构与上述第三实施方式相同。

根据本实施方式，通过在流路形成部20b设置有空隙V，能够使流路形成部20b的厚壁部消失。因此，在对树脂制壳体20进行注射模塑成形时，就不会残留气泡等，能够提高树脂制壳体20的质量，并且，能够改善成品率，因此，能够防止成本上升。

下面，利用图6对上述第五实施方式的变形例进行说明。如图6所示，在本变形例中，在形成分割体60的流路形成部20b的厚壁部的内部，沿与板厚方向成直角的方向(与叶轮14的旋转方向大致平行的方向)设置有条状间隙Va，该分割体60是所述第四实施方式中的分割树脂制壳体20的分割体60、62中的分割体60。所述空隙Va的一端向外部开口。其他结构与所述第四实施方式相同。

根据本变形例，在第四实施方式得到的作用效果的基础上，由于在分割体60的流路形成部20b的内部设置有条状间隙Va，因此，能够使分割体60的厚壁部消失。因此，在对分割体60进行注射模塑成形时，就不会残留气泡等，能够提高分割体60的质量，并且，能够改善成品率，因此，能够防止成本上升。

(第六实施方式)

接着，利用图7对本发明的涡轮增压器的第六实施方式进行说明。如图7所示，在本实施方式中，在流路c进一步刻制凹部20b₂，该凹部20b₂刻制在流路形成部20b的内壁20b₁，在环状遮板22的背面侧形成循环流路70。并且，在面对循环流路70的位置的环状遮板22穿设有上游侧贯通孔72和下游侧贯通孔74。其他结构与上述第二实施方式相同。

根据本实施方式，在被压缩气体的流量少时，在流路c流动的被压缩气体的一部分从下游侧贯通孔74流入循环流路70，流入循环流路70的被压缩气体形成从上游侧贯通孔72返回流路c的循环气流。由此，由于该循环气流在叶轮14的入口加入被压缩气体的气流，能够抑制叶轮14的失速。因此，能够减小压缩机的界限下限流量。

并且，在被压缩气体的流量多时，在流路c流动的被压缩气体的一部分从上游侧贯通孔72流入循环流路70，流入循环流路70的被压缩气体形成能够从下游侧贯通孔74返回流路c的流路。由此，能够增大被压缩气体的最大流量。其结果，能够扩大涡轮增压器的可工作的被压缩气体的流量幅度。

下面，利用图8对上述第六实施方式的变形例进行说明。如图8所示，在本变形例中，与第六实施方式相同地，在环状遮板22的背面形成循环流路70。并且，在流路c的入口部分，在环状遮板22的入口侧端部与流路形成部20b的内壁20b₁之间形成呈环状的条状间隙76。在条状间隙76的下游侧，设置有与第六实施方式相同的贯通孔74。其他结构与上述第六实施方式相同。

根据本变形例，与第六实施方式相比，不仅能够减少穿设在环状遮板22的贯通孔的数量，而且不需在流路形成部20b的内壁20a刻制用于嵌合环状遮板22的凹部20b₂，因此，具有易于对环状遮板22和流路形成部20b进行加工的优点。并且，由于能够形成环状的条形空隙76，因此，不仅能够增大条状间隙76的开口面积，而且易于形成条状间隙76。

第七实施方式

下面利用图9对本发明的涡轮增压器的第七实施方式进行说明。如图9所示，在本实施方式中，减小树脂制壳体20的流路形成部20b的板厚，在其背面粘接环状的玻璃纤维板80。其他结构与上述第二实施方式相同。

万一，在叶轮14破损时，需要使流路形成部20b具有叶轮14的碎片或破损的叶轮14不能突破树脂制壳体20的强度。根据本实施方式，在流路形成部20b的背面粘接有加强用的玻璃纤维板80，因此，能够减小流路形成部20b的厚度。并且，由于能够减小流路形成部20b的厚度，因此，在对树脂制壳体20进行注射模塑成形时，就不会残留气泡等，能够提高树脂制壳体20的质量。并且，能够改善树脂制壳体成形加工时的成品率，能够防止成本上升。

工业实用性

根据本发明，在具有树脂制的壳体，并能够用于涡轮增压器的离心压缩机中，即使壳体发生热变形也不会降低压缩效率，并且，能够实现壳体的轻量化或低成本化。

Claims

1.一种离心压缩机，其包括：叶轮，其具有放射状地固定设置在旋转轴上的多个叶片；树脂制壳体，其配置在该叶轮周围，并且，由该叶轮的外周面和该树脂制壳体的流路形成部的内壁形成从该叶轮的轴向朝向径向的被压缩气体的流路，

其特征在于，

在对所述树脂制壳体的流路形成部的内壁进行刻制而形成的凹部，配置有金属或陶瓷材料构成的环状遮板，通过该环状遮板，形成配置有所述叶轮的流路的外侧面和配置在该流路的出口侧的扩散部的外侧面，

通过该扩散部，将该环状遮板固定设置在与该环状遮板相对的隔壁。

2.根据权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于，在所述流路的入口侧区域，在所述环状遮板的背面与所述流路形成部内壁的凹部之间设置的收容槽设置有密封环。

3.根据权利要求2所述的离心压缩机，其特征在于，将所述树脂制壳体的流路形成部分割为被压缩气体的流动方向的上游侧和下游侧，并且，使该分割面与所述密封环的收容槽一致。

4.根据权利要求1～3的任一项所述的离心压缩机，其特征在于，在所述树脂制壳体的流路形成部或该流路形成部的分割体，设置有向外部开口且向着所述旋转轴的轴向的条状间隙。

5.根据权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于，在所述环状遮板与所述流路形成部之间设置被压缩气体的流通空间，并且，沿着被压缩气体的流动方向设置有至少两个连通该流通空间与所述流路的连通孔，在该流通空间形成有被压缩气体的流动。

6.根据权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于，在所述树脂制壳体的流路形成部的外面覆盖由玻璃纤维构成的环状的加强层。