CN104854350B

CN104854350B - 压缩机

Info

Publication number: CN104854350B
Application number: CN201380063648.7A
Authority: CN
Inventors: 富田勋; 杉本浩一
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2019-10-01
Anticipated expiration: 2033-09-06
Also published as: JP2014118833A; JP5606515B2; KR101765405B1; EP2918849B1; WO2014091804A1; EP2918849A4; EP2918849A1; KR20150079892A; CN104854350A

Abstract

一种压缩机，对从轴方向流入的气体进行压缩，并使其向半径方向或相对于轴方向倾斜的方向流出，该压缩机(1)具有：旋转轴(2)；与旋转轴一起旋转的叶轮(3)；以及将叶轮收容成可旋转的压缩机壳体(6)。叶轮包含：固定于旋转轴的轮毂(4)；以及从轮毂突出设置的多个主叶片(5)，在从轴方向看叶轮的情况下，主叶片的前缘(5b)在向径向外侧延伸的叶片长度(L)的至少50％的位置，朝径向外侧相对于径向而向旋转方向侧倾斜。

Description

压缩机

技术领域

本发明涉及一种离心压缩机和斜流压缩机等压缩机。

背景技术

以往，作为汽车或船舶的发动机所使用的增压机的压缩机，已知有离心压缩机和斜流压缩机，离心压缩机是对从轴方向流入的气体进行压缩并使其向半径方向流出的压缩机，斜流压缩机是对从轴方向流入的气体进行压缩并使其向相对于轴方向倾斜的方向流出。

例如，在专利文献1中，本发明的申请人公开了这样一种离心压缩机，其具有主叶片，从叶轮的轴方向看，该主叶片向与旋转方向相反的方向弯曲成弓形，以可提高压缩机的性能。

专利文献1：日本特开2004-44473号公报

然而，对于上述的专利文献1的离心压缩机来说，本发明的发明人发现了这样的情况：因该主叶片的前缘形状，如后述那样，在叶轮高速旋转时冲击波增强，有可能导致在高速旋转区域性能下降。

发明内容

发明所要解决的课题

本发明是鉴于上述以往的问题而做成的，其目的在于，提供一种压缩机，通过设计主叶片的前缘形状，从而抑制高速旋转时所产生的冲击波的增强，提高高速旋转区域的性能。

用于解决课题的手段

本发明的至少一实施方式是一种压缩机，对从轴方向流入的气体进行压缩，并使其向半径方向或相对于轴方向倾斜的方向流出，该压缩机的特征在于，具有：

旋转轴；

与所述旋转轴一起旋转的叶轮；以及

将所述叶轮收容成可旋转的压缩机壳体，

所述叶轮包括：固定于所述旋转轴的轮毂；以及从所述轮毂突出设置的多个主叶片，

在从轴方向看所述叶轮的情况下，所述主叶片的前缘在向特定的径向的外侧延伸的所述前缘的叶片长度的至少50％的位置，朝所述特定的径向的外侧相对于所述特定的径向而向旋转方向侧倾斜，所述特定的径向是通过旋转中心及所述前缘的基端的方向。

在上述压缩机中，在从轴方向看叶轮的情况下，主叶片的前缘在至少该叶片长度的50％的位置，朝特定的径向外侧相对于特定的径向而向旋转方向侧倾斜。因此，如后所述，可抑制在叶轮高速旋转时产生的冲击波，可提高高速旋转区域的压缩机的性能。

在几个实施方式中，所述主叶片的前缘在所述叶片长度的至少40％～80％范围，朝所述特定的径向的外侧相对于所述特定的径向而向旋转方向侧倾斜。

另外，在上述实施方式中，所述叶片长度的40％～80％范围中的最大倾斜角度，相对于所述特定的径向而处于3～20度的范围。

采用这种结构，可有效抑制在叶轮高速旋转时产生的冲击波，可提高高速旋转区域的压缩机的性能。

在几个实施方式中，在从轴方向看所述叶轮的情况下，所述主叶片的前缘在所述特定的径向的内侧的端部，朝所述特定的径向的内侧相对于所述特定的径向而向旋转方向侧倾斜。

采用这种结构，既能提高高速旋转区域的压缩机的性能，又能确保较长的主叶片与轮毂的连接长度，可缓和主叶片的根部的应力集中。

在几个实施方式中，在从轴方向看所述叶轮的情况下，所述主叶片的前缘在所述特定的径向的外侧的端部，朝所述特定的径向的外侧相对于所述特定的径向而向旋转方向的相反侧倾斜。

采用这种结构，既能提高高速旋转区域的压缩机的性能，又能使得主叶片的顶端部的尖锐情形缓和，可提高主叶片的顶端部的刚性，因此，可抑制主叶片的顶端部产生的振动。

在几个实施方式中，所述主叶片的前缘的子午面形状是，在向所述压缩机壳体的护罩侧延伸的叶片高度的至少50％的位置，朝所述护罩侧相对于轴正交方向而向上游侧倾斜。

采用这种结构，如后所述，可抑制在叶轮高速旋转时产生的冲击波的增强，可提高高速旋转区域的压缩机的性能。

在几个实施方式中，所述主叶片的前缘在所述叶片高度的40％～80％的范围，朝所述护罩侧相对于轴正交方向而向上游侧连续倾斜。

另外，在上述实施方式中，所述叶片高度的40％～80％范围中的最大倾斜角度，相对于轴正交方向而处于10～30度的范围。

采用这种结构，可抑制在叶轮高速旋转时产生的冲击波的增强，可提高高速旋转区域的压缩机的性能。

在几个实施方式中，所述主叶片的前缘的子午面形状是，在该前缘的轮毂侧的端部，朝所述轮毂侧相对于轴正交方向而向上游侧倾斜。

采用这种结构，既能提高高速旋转区域的压缩机的性能，又能确保较长的主叶片与轮毂的连接长度，可缓和主叶片根部的应力集中。

在几个实施方式中，所述主叶片的前缘的子午面形状是，在该前缘的护罩侧的端部，朝所述护罩侧相对于轴正交方向而向下游侧倾斜。

采用这种结构，由于既能提高高速旋转区域的压缩机的性能，又能使得主叶片的顶端部的尖锐情形缓和，可提高主叶片的顶端部的刚性，因此，可抑制主叶片的顶端部产生的振动。

发明的效果

根据本发明的至少一实施方式，在从轴方向看叶轮的情况下，主叶片的前缘在至少其叶片长度的50％的位置，朝特定的径向外侧相对于特定的径向而向旋转方向侧倾斜。因此，可提供这样一种压缩机：可抑制在高速旋转时产生的冲击波的增强，且可提高高速旋转区域的性能。

附图说明

图1是表示一实施方式的压缩机的示图。

图2是表示一实施方式的压缩机的叶轮的立体图。

图3是表示一实施方式的压缩机的叶轮的局部放大图，图3(a)是从子午面方向看的子午面图，图3(b)是从轴方向看的俯视图。

图4是表示主叶片的前缘的俯视形状的说明图。

图5是对使主叶片的前缘朝径向外侧相对于径向而向旋转方向侧倾斜时的作用进行说明用的说明图。

图6是表示一实施方式的压缩机的叶轮的立体图。

图7是表示一实施方式的压缩机的叶轮的局部放大图，图7(a)是从子午面方向看的子午面图，图7(b)是从轴方向看的俯视图。

图8是表示主叶片的前缘的子午面形状的说明图。

图9是对使主叶片的前缘朝护罩侧相对于轴正交方向而向上游侧倾斜时的作用进行说明用的说明图。

符号说明

1 压缩机

2 旋转轴

3 叶轮

4 轮毂

5 主叶片

5a 上缘

5b 前缘

5c 后缘

6 压缩机壳体

7 中间叶片

11 流道部

12 入口流道

14 扩压流道

16 涡旋流道

18 护罩部

P1 最下游点

P2 最上游点

L 叶片长度

H 叶片高度

具体实施方式

下面，根据附图来说明本发明的实施方式。但是，本实施方式所记载的结构部件的尺寸、材质、形状和其相对配置等，并不是将本发明的范围限定于此，只不过仅是说明例。另外，对于相同的结构，标上相同的符号，有时省略其详细说明。

图1是表示一实施方式的压缩机的示图。图2是表示一实施方式的压缩机的叶轮的立体图。

如图1所示，压缩机1构成为对沿压缩机的轴方向流入的气体进行压缩并使其向半径方向流出的离心压缩机1。离心压缩机1具有：旋转轴2；设在旋转轴2的一端部的叶轮3；以及将叶轮3收容成可旋转的压缩机壳体6。

旋转轴2利用未图示的轴承而被支承成可旋转，且构成为能够以中心线CL为中心旋转。

叶轮3包含：固定于旋转轴2的一端部的圆锥状的轮毂4；以及从轮毂4的表面突出设置的多个主叶片5。另外，如图2所示，叶轮3也可以包含形成在相邻的主叶片5、5之间且在轴方向上比主叶片5短的中间叶片7。在这些主叶片5与中间叶片7之间(在无中间叶片7的情况下是在相邻的主叶片5、5之间)形成气体流动的流道部11。

如图1所示，压缩机壳体6具有：使气体沿轴方向流入的入口流道12；使由叶轮3压缩后的气体流出的扩压流道14；以及将压缩后的气体引导到壳体外的涡旋流道16。另外，上述的叶轮3形成为，其主叶片5的上缘5a沿着护罩部18的内周形状，且该叶轮3可旋转地被收容在压缩机壳体6内。并且，通过叶轮3高速旋转，从前缘5b流入的气体在流道部11中流动而被加速，从后缘5c流出到上述的扩压流道14。

如图3(a)所示，主叶片5的前缘5b从子午面看时沿与中心线CL正交的方向延伸。另一方面，如图3(b)所示，俯视时，在该前缘5b的中央部近旁，朝径向外侧相对于径向r而向旋转方向R侧倾斜。对于从轴方向看的该主叶片5的前缘5b的俯视形状，基于图4来详细说明。

图4是表示主叶片前缘的俯视形状的说明图。

如图4所示，前缘5b的俯视形状是，在将向径向外侧延伸的前缘5b的叶片长度设为L的情况下，在向径向外侧而为0.2L的位置形成有最下游点P1。另外，在向径向外侧而为0.8L的位置形成有最上游点P2。并且，叶片长度L的20～80％(0.2～0.8L)的范围是，朝径向外侧相对于径向r而向旋转方向R侧以最大倾斜角度θ1倾斜。

如此，如果前缘5b的中央部所具有的范围，朝径向外侧相对于径向r而向旋转方向R侧倾斜，则如下说明那样，可抑制在叶轮3高速旋转时产生的冲击波的增强，可提高高速旋转区域的压缩机1的性能。

图5是对使主叶片的前缘朝径向外侧相对于径向而向旋转方向侧倾斜时的作用进行说明用的说明图，图5(a)表示前缘与径向平行的情况(参考例)，图5(b)表示前缘相对于径向而倾斜的情况(实施例)。

另外，图中的箭头V表示气体的流动方向，箭头V的长度是指流速的大小。随着叶轮3的高速旋转，主叶片5与气体的相对流速就随着朝向径向外侧而变大。因此，箭头V随着朝向径向外侧而变长。

当气体在叶轮3的流道部11中被加速时，流速加快，压力相应下降，在主叶片5的背面侧产生负压区域N。在前缘5b相对于径向而平行延伸的情况下，如图5(a)所示，气体与整个前缘5b同时冲撞，并大致平行地在流道部11中流动。并且，当在流道部11中被加速、流速达到超音速区域时，在流速大的径向外侧，负压区域N膨胀并产生冲击波M。当产生这种冲击波M时，冲击波损失增大，压缩效率就下降。

相反，在前缘5b朝径向外侧相对于径向而向旋转方向R侧倾斜的情况下，如图5(b)所示，最初气体与径向外侧的前缘5b的一部分冲撞，在此产生负压区域N。这样，其后与前缘5b冲撞并在流道部11中流动的气体，其流动方向变化成，被吸入到先前产生的负压区域N。其结果，与如图5(a)所示的情况相比，负压区域N的膨胀得到抑制，冲击波所引起的压缩效率的下降得到避免。

在从轴方向看叶轮3的情况下，主叶片5的前缘5b在向径向外侧延伸的叶片长度L的至少50％的位置，朝径向外侧相对于径向而向旋转方向R侧倾斜，由此可期待上述的冲击波所引起的压缩效率的下降被抑制的效果。

较好的是，主叶片5的前缘5b也可在叶片长度L的至少40％～80％范围，朝向径向外侧相对于径向而向旋转方向R侧倾斜。此时，上述叶片长度L的40％～80％范围的最大倾斜角度θ1，只要是相对于径向为3～20度的范围，就可有效地抑制上述在叶轮3高速旋转时产生的冲击波。

另外，如图4所示，在从轴方向看叶轮3的情况下，主叶片5的前缘5b在其径向内侧的端部(例如，如图4所示，0.0～0.2L的范围)，朝向径向内侧相对于径向而向旋转方向R侧倾斜。

采用这种结构，既能提高高速旋转区域的压缩机1的性能，又能确保较长的主叶片5与轮毂4的连接长度。由此，外伸得到缓和，可缓和主叶片5根部的应力集中。

另外，如图4所示，在从轴方向看叶轮3的情况下，主叶片5的前缘5b在其径向外侧的端部(0.8L～1.0L)，朝向径向外侧相对于径向而向旋转方向的相反侧倾斜。

采用这种结构，既能提高高速旋转区域的压缩机1的性能，又能使得主叶片5的顶端部的尖锐情形缓和，可提高主叶片5的顶端部的刚性。因此可抑制主叶片5的顶端部产生的振动。

接着，根据图6～图9来说明另外的一实施方式的叶轮。

图6是表示一实施方式的压缩机的叶轮的立体图。图7是表示一实施方式的压缩机的叶轮的局部放大图，图7(a)是从子午面方向看的子午面图，图7(b)是从轴方向看的俯视图。图8是表示主叶片的前缘的子午面形状的说明图。

另外，本实施方式的叶轮3基本上与上述的实施方式是相同的，对于相同的结构，标上相同的符号而省略其详细说明。

如图7(b)所示，本实施方式的叶轮3除了主叶片5的前缘5b的俯视形状呈与上述实施方式相同的形状外，其余如图7(a)所示，在从子午面看时的前缘5b的中央部近旁，朝护罩侧相对于轴正交方向p而向上游侧倾斜。

如图8详细所示，在将向护罩侧延伸的前缘5b的叶片高度设为H的情况下，前缘5b的子午面形状在向护罩侧为0.2H的位置形成有最下游点P1。另外，在向护罩侧为0.8H的位置形成有最上游点P2。并且，叶片高度H的20～80％(0.2～0.8H)范围是，朝护罩侧相对于轴正交方向p而向上游侧以最大倾斜角度θ2倾斜。

接着，对使主叶片5的前缘5b朝护罩侧相对于轴正交方向p而向上游侧倾斜的作用，根据图9来说明。

图9是对使主叶片的前缘朝护罩侧相对于轴正交方向而向上游侧倾斜时的作用进行说明用的说明图，是与上述实施方式的图5对应的示图。图9(a)表示前缘与轴正交方向平行的情况，图9(b)表示前缘相对于轴正交方向而倾斜的情况。随着叶轮3的高速旋转，主叶片5与气体的相对流速随着从轮毂侧朝向护罩侧而变大。因此，箭头V随着从轮毂侧朝向护罩侧而变长。

当气体在叶轮3的流道部11中被加速时，流速加快，压力相应下降，在主叶片5的背面侧产生负压区域N。在前缘5b相对于轴正交方向而平行延伸的情况下，如图9(a)所示，气体与整个前缘5b同时冲撞，并大致平行地在流道部11中流动。并且，当在流道部11中被加速、流速达到超音速区域时，在流速大的径向外侧负压区域N膨胀并产生冲击波M。当产生这种冲击波M时，冲击波损失增大，压缩效率就下降。

相反，在前缘5b朝径向外侧相对于轴正交方向而向护罩侧倾斜的情况下，如图9(b)所示，最初气体与护罩侧的前缘5b的一部分冲撞，在此产生负压区域N。这样，其后与前缘5b冲撞并在流道部11中流动的气体，其流动方向变化成，被吸入到先前产生的负压区域N。其结果，与如图9(a)所示的情况相比，负压区域N的膨胀得到抑制，冲击波所引起的压缩效率的下降得到避免。

如此，通过使主叶片5的前缘5b朝护罩侧相对于轴正交方向p而向上游侧倾斜，从而除了对上述实施方式的前缘5b的俯视形状进行设计的作用效果外，可更进一步抑制负压区域N的膨胀。

在从子午面方向看叶轮3的情况下，主叶片5的前缘5b在向护罩侧延伸的叶片高度H的至少50％的位置，朝护罩侧相对于轴正交方向而向上游侧倾斜，由此可期待上述的冲击波所引起的压缩效率的下降被抑制的效果。

较好的是，主叶片5的前缘5b也可在叶片高度H的至少40％～80％范围，朝护罩侧相对于轴正交方向而向上游侧倾斜。此时，上述叶片高度H的40％～80％范围的最大倾斜角度θ2，只要是相对于轴正交方向为10～30度的范围，就可有效地抑制上述在叶轮3高速旋转时产生的冲击波。

另外，如图8所示，在从子午面方向看叶轮3的情况下，主叶片5的前缘5b在其轮毂侧的端部(例如，如图8所示，0.0～0.2H的范围)，朝轮毂侧相对于轴正交方向而向上游侧倾斜。

采用在这种结构，既能提高高速旋转区域的压缩机1的性能，又能确保较长的主叶片5与轮毂4的连接长度。由此，外伸得到缓和，可缓和主叶片5根部的应力集中。

另外，如图8所示，在从子午面方向看叶轮3的情况下，主叶片5的前缘5b在其护罩侧的端部(0.8H～1.0H)，朝护罩侧相对于轴正交方向而向下游侧倾斜。

以上，详细说明了本发明的实施方式，但是，本发明并不限于此，在不脱离本发明宗旨的范围内，当然也可进行各种的改进和变形。例如，在上述的实施方式中，以压缩机1为离心压缩机的情况为例作了说明，但不限于此，压缩机1也可构成为对沿轴方向流入的气体进行压缩并使其沿斜向流出的斜流压缩机。

产业上的实用性

本发明的至少一个实施方式的压缩机，适合用作为例如汽车或船舶的发动机所用的增压机的压缩机。

Claims

1.一种压缩机，对从轴方向流入的气体进行压缩，并使其向半径方向或相对于轴方向倾斜的方向流出，该压缩机的特征在于，具有：

旋转轴；

与所述旋转轴一起旋转的叶轮；以及

将所述叶轮收容成可旋转的压缩机壳体，

2.如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述主叶片的前缘在所述叶片长度的至少40％～80％范围，朝所述特定的径向的外侧相对于所述特定的径向而向旋转方向侧倾斜。

3.如权利要求2所述的压缩机，其特征在于，所述叶片长度的40％～80％范围中的最大倾斜角度，相对于所述特定的径向而处于3～20度的范围。

4.如权利要求1至3中任一项所述的压缩机，其特征在于，在从轴方向看所述叶轮的情况下，所述主叶片的前缘在所述特定的径向的内侧的端部，朝所述特定的径向的内侧相对于所述特定的径向而向旋转方向侧倾斜。

5.如权利要求1至3中任一项所述的压缩机，其特征在于，在从轴方向看所述叶轮的情况下，所述主叶片的前缘在所述特定的径向的外侧的端部，朝所述特定的径向的外侧相对于所述特定的径向而向旋转方向的相反侧倾斜。

6.如权利要求1至3中任一项所述的压缩机，其特征在于，所述主叶片的前缘的子午面形状是，在向所述压缩机壳体的护罩侧延伸的叶片高度的至少50％的位置，朝所述护罩侧相对于轴正交方向而向上游侧倾斜。

7.如权利要求6所述的压缩机，其特征在于，所述主叶片的前缘在所述叶片高度的40％～80％的范围，朝所述护罩侧相对于轴正交方向而向上游侧连续倾斜。

8.如权利要求7所述的压缩机，其特征在于，所述叶片高度的40％～80％范围中的最大倾斜角度，相对于轴正交方向而处于10～30度的范围。

9.如权利要求7所述的压缩机，其特征在于，所述主叶片的前缘的子午面形状是，在该前缘的轮毂侧的端部，朝所述轮毂侧相对于轴正交方向而向上游侧倾斜。

10.如权利要求8所述的压缩机，其特征在于，所述主叶片的前缘的子午面形状是，在该前缘的轮毂侧的端部，朝所述轮毂侧相对于轴正交方向而向上游侧倾斜。

11.如权利要求7所述的压缩机，其特征在于，所述主叶片的前缘的子午面形状是，在该前缘的护罩侧的端部，朝所述护罩侧相对于轴正交方向而向下游侧倾斜。

12.如权利要求8所述的压缩机，其特征在于，所述主叶片的前缘的子午面形状是，在该前缘的护罩侧的端部，朝所述护罩侧相对于轴正交方向而向下游侧倾斜。