CN106460870A - 用于径向压缩机的扩压器 - Google Patents

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Abstract

通过在扩压器的两个邻近地布置的导叶(21)之间的角距离沿着周缘变化，可减小压缩机的谐振振动。附加地，使在分别两个导叶之间的最窄的横截面保持恒定，提高了效率并且对泵限制距离有正面作用。

Description

用于径向压缩机的扩压器
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。本发明涉及这种废气涡轮增压器的径向压缩机的安装叶片的扩压器以及带有在其流出区域中带有这种类型的安装叶片的扩压器的径向压缩机的废气涡轮增压器。
背景技术
在现代化的废气涡轮增压器中，为了提高发动机的进气压力，通常使用带有在压缩机轮下游的安装叶片的扩压器的单级式径向压缩机。在扩压器中，将待压缩的介质的动能转换成静态压力。压缩机轮包括确定数量的工作叶片，并且扩压器具有带有棱柱形的、通常空气动力学轮廓(楔形、或翼形)的导叶。在压缩机轴线的方向上观察，导叶具有在进入棱边处的确定的切向角度(进入角度)、在离开棱边处的确定的切向角度(离开角度)以及在周向上在分别两个彼此邻近地布置的导叶之间的确定的角距离。
在设计压缩机级的情况中，必须始终在空气动力学性能、机械负荷和通过压缩机形成的噪声之间寻求折中。带有高的特定吸收能力的现代的压缩机级具有长的、薄的工作叶片，在低频时出现其固有形状并且其易于受到激励并且可被置于振动。该激励的主要来源是通过扩压器的导叶产生的压力势场。通过有目的地不均匀地布置扩压器导叶可避免谐振振动，否则其可能在压缩机工作叶片中导致高周疲劳(high cycle fatigue -HCF)并且可能引起机械损坏。
现有技术
文件EP 2014925 A1 (US2010/0150709)公开了，可如何通过带有不均匀地分布的导叶的扩压器优化径向压缩机的流出区域。例如，在此17个导叶以两个组即分别9个或8个导叶分布地布置在各半个环形部分上。
在导叶的该不均匀的布置方案中，在分别两个邻近的导叶对之间得到沿着周缘不同的流动通道横截面。在带有17个叶片的上述示例中，在专业术语中利用“喉面(ThroatArea)”表示的在两个导叶之间最窄的横截面在周缘上观察不是恒定的。在此，由于在单个叶片之间的间距更小，最窄的横截面在带有9个导叶的组中比在带有8个导叶的组中小约3%至5%。
由此，以在周缘上分布的方式得到在压缩机轮离开部处和扩压器进入部处不同的流体通道比例，这可能不利地损害压缩机级的效率和稳定性。
在文件JP2010-151032和JP1993-026198中还进一步公开了具有带有不均匀地分布的导叶的扩压器的径向压缩机的流出区域。
发明内容
本发明的目的在于，如下改善径向压缩机的流出区域，即尽管导叶在周缘上不均匀分布的布置方案，在安装叶片的扩压器中的部分流动通道还是具有分布地恒定的最窄的横截面(喉面)。
根据本发明，这通过以下方式实现，即扩压器的在周缘上分布的导叶具有部分地彼此不同的相对角位置。在此，不同的相对的角位置指的是，两个通过绕轴线旋转而相叠的导叶具有不同的角度取向。
径向压缩机的扩压器的根据本发明的设计方案提高了压缩机级的效率并且对泵限制距离有正面作用。
由从属权利要求中得到其它优点。
附图说明
接下来根据附图说明径向压缩机的根据本发明构造的扩压器的实施形式。其中：
图1显示了沿着压缩机轴线穿过带有安装叶片的扩压器的径向压缩机的截面，
图2显示了垂直于压缩机轴线穿过带有不均匀地布置的导叶的根据本发明构造的扩压器的第一实施形式的截面，以及
图3显示了垂直于压缩机轴线穿过带有两个不同大的导叶组的根据本发明构造的扩压器的第二实施形式的截面，导叶组各分布地布置在扩压器的半部上。
具体实施方式
图1以穿过机轴轴线的截面显示了废气涡轮增压器的径向压缩机。压缩机包括布置在机轴12上的压缩机轮，压缩机轮包括轮毂10和布置在轮毂上的工作叶片11。工作叶片可被分割成主叶片和中间叶片，其中，主叶片在由轮毂和邻接的壳体部分限制的流动通道的整个长度上延伸，而中间叶片通常构造成缩短的且具有回移的进入棱边。在此，可对于每个主叶片布置一个或多个中间叶片。压缩机轮布置在压缩机壳体中，压缩机壳体通常包括多个部分，例如螺旋形壳体31和进入壳体32。在压缩机与未示出的涡轮之间存在轴承壳体30，轴承壳体30包含机轴的支承部。在压缩机的区域中的已提及的流动通道通过压缩机壳体限制。在压缩机轮的区域中，压缩机轮的轮毂承担径向内部的限制，其中，压缩机轮的工作叶片布置在流动通道中。在待压缩的介质的流动方向上在压缩机轮下游布置有扩压器。如开头提及的那样，扩压器用于使通过压缩机轮加速的流动变缓。这一方面通过扩压器的导叶21实现，另一方面通过螺旋形壳体实现，被压缩的介质从螺旋形壳体中被输送到内燃机的燃烧室。扩压器的导叶在流动通道的一侧或两侧与扩压器壁22、壳体部分相连接。扩压器的分别两个彼此邻近地布置的导叶与扩压器壁共同地限制扩压器通道。
为了防止在压缩机轮的工作叶片中的如开头所说明的高周疲劳，用作用于在此所说明的本发明的基础的扩压器具有多个带有至少部分不同的角距离的导叶。在此，将在两个彼此邻近地布置的导叶的进入棱边之间的角度称为角距离。可选地，例如当进入棱边位于不同的半径上时，也可将在两个彼此邻近地布置的导叶的另外两个、相应的点之间的角度称为角距离。在这种情况中，例如可将在离开棱边之间的角度或在轮廓中点之间的角度称为角距离。那么，在彼此邻近地布置的导叶之间的角距离不是在整个周缘上相同的。在此，存在多种实现带有在导叶之间不同的角距离的扩压器的可能性：在根据图2的第一实施形式中，用于扩压器的所有对彼此邻近地布置的导叶21的角距离αx是不同的，也就是说，在分别两个邻近的导叶之间的所示出的角距离中的任意两个均不同。
此外，在所示出的示例中，不同的角距离α0,α1,α2,α3不均匀地分布。备选地，角距离也可能有规律地在周向上增加或减小，或者先增加之后再减小。当角距离跟随调和的函数、例如正弦函数变大并且变小时，可获得尤其有利的结果。在根据图3的第二实施形式中，两个角距离α0和α1分布到两组导叶上。带有8个导叶210的组布置在扩压器的左半部上，带有9个导叶211的组布置在右半部上。
在两个实施形式中，导叶取向成，使得分别在扩压器通道中在两个邻近地布置的导叶之间的在叶片高度上延伸的、最窄的横截面T是恒定的。这由此来实现，即导叶不同地取向，即相对于在进入棱边处的切线具有不同的角位置β0,β1,β2,β3。视两个邻近地布置的叶片的相对斜度而定，最窄的横截面T的位置沿着叶片表面移动。在压力侧上，在此最窄的横截面T分别在叶片进入棱边的区域中与相应的导叶相交，而在吸入侧上，最窄的横截面与相应的导叶的交线有时可完全移动直到导叶的端部。在根据图3的实施形式中，由于恒定的角距离，在一组的两个导叶之间相应相对的斜度相对恒定，即相应的相对的角位置几乎保持不变。然而，在两组的过渡区域中得到不同的角位置。
其它未示出的实施形式同样是可行的。在此，例如除了一个或很少几个之外，导叶的所有角距离可为相同的。可形成多于两个分别带有相同的角距离的组。带有相同角距离的这种导叶对可布置成彼此成行或者彼此分离。可选地，扩压器的单个导叶可在形状、长度、进入和离开角度以及进入和离开半径中彼此不同，以便于将附加的不均匀性引入扩压器中。在此，不同的构造方案不仅可在轴向方向(关于压缩机轴线)上、即在叶片高度的方向上实现，也可在周向上实现。在此，所有或者仅仅几个很少的导叶可不同地成型或布置。这种不均匀地构造的扩压器可构造成单级或多级的形式，其中，在多级的情况中，其在径向上相继地、即关于压缩机轴线同心地布置。
根据本发明，在所有这些实施形式中，在扩压器通道中最窄的横截面在两个导叶之间且在扩压器通道高度上是恒定的。如果扩压器以在周缘上分布地具有可变的、即非恒定的扩压器通道高度，则导叶根据本发明布置成，使得分别由邻近的导叶的距离和扩压器通道高度所计算出的最窄的横截面是恒定的。
可选地，在周向上不均匀地构造的扩压器可关于在周向上非对称地构造的螺旋形壳体定位在稳定的角位置中。由此，不同角距离的大小以及其沿着周缘的分布可定向到在导叶下游的非对称地构造的螺旋形壳体上。角距离例如可与螺旋形壳体的半径相似地沿着周缘增加。或者布置在螺旋舌部开始部的区域中的这样的导叶对可具有与其它导叶对不同的角距离。
由于螺旋形壳体31通常沿着周缘相对于轴承壳体可定位在不同的角位置中，根据本发明利用定位件确保，扩压器分别位于相对于螺旋形壳体预设的角位置中。在此，预设的角位置有利地是这样的角位置，即在该角位置中在运行中产生最小谐振振动。可选地，可计算出或根据经验确定扩压器相对于螺旋形壳体的带有最小的谐振振动产生的角位置。在图2中指出了可能的定位件，连同在扩压器壁22的径向外边缘处的定位凸耳23，其接合在螺旋形壳体中的定位槽33中。可设想其它形状配合的定位件，例如定位销，其布置在两侧地被置入的孔中。也可设想经由第三构件、例如进入壳体32或轴承壳体30的间接定位。
附图标记清单
10压缩机轮(轮毂)
11压缩机轮的工作叶片
12机轴
21,210,211扩压器的导叶
22扩压器的壁
23定位凸耳
30轴承壳体
31螺旋形壳体
32进入壳体
33定位槽
αx两个扩压器导叶之间的角距离
βA扩压器导叶的相对角位置
T两个导叶之间最窄的横截面。

Claims (10)

1.一种径向压缩机的安装叶片的扩压器，其带有多个、在周向上分布地布置的导叶(21)，其中，两个彼此邻近地布置的导叶(21)的角距离(α0)与另外两个彼此邻近地布置的导叶(21)的角距离(α1,α2,α3)不同，其特征在于，在周缘上分布的导叶(21)具有部分地彼此不同的相对角位置(β0,β1,β2,β3)，从而，被两个彼此邻近地布置的导叶限制的扩压器通道的最窄的横截面(T)对于所有由两个彼此邻近地布置的引导元件对限制的扩压器通道来说同样大。
2.根据权利要求1所述的径向压缩机的安装叶片的扩压器，其中，多对分别彼此邻近地布置的导叶(21)具有与其它分别彼此邻近地布置的导叶不同的角距离。
3.根据权利要求2所述的径向压缩机的安装叶片的扩压器，其中，至少两对分别彼此邻近地布置的导叶具有第一角距离(α0)，并且另外至少两对分别彼此邻近地布置的导叶具有与所述第一角距离不同的第二角距离(α1)。
4.根据权利要求3所述的径向压缩机的安装叶片的扩压器，其中，多对分别彼此邻近地布置的导叶分别具有相同的角距离(α0,α1)。
5.根据权利要求4所述的径向压缩机的安装叶片的扩压器，其中，以在一组中彼此邻近地布置的所述导叶之间的角距离(α0,α1)分别相同的方式将所述导叶分割成多个组。
6.根据权利要求5所述的径向压缩机的安装叶片的扩压器，其中，所述导叶被分割成两个组，其中一组具有比另一组更多的导叶，并且两组导叶分别在所述周缘的一半上分布地布置。
7.根据权利要求2所述的径向压缩机的安装叶片的扩压器，其中，每对彼此邻近地布置的导叶具有与其它分别彼此邻近地布置的所述导叶不同的角距离。
8.一种径向压缩机的流出区域，其包括在周向上非对称地构造的且在周向上可定位在不同的角位置中的螺旋形壳体(31)以及根据权利要求1至7中任一项所述的安装叶片的扩压器。
9.根据权利要求8所述的径向压缩机的流出区域，其中，在所述螺旋形壳体(31)和所述扩压器处设置有用于所述扩压器关于所述螺旋形壳体的角位置的定位件(33,23)。
10.一种废气涡轮增压器，其特征在于一种带有根据上述权利要求中任一项所述的流出区域的径向压缩机。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20170222

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