CN108700085A - 压缩机叶轮和涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压缩机叶轮，离心式的压缩机叶轮收纳于外壳，被构成为通过相对于上述外壳沿规定的旋转方向旋转，将从轴向流入的流体压缩并将该流体朝径向外侧送出，上述压缩机叶轮具备沿上述轴向延伸的毂、和从上述毂朝径向外侧延伸并在上述旋转方向上排列配置的多个叶片，上述多个叶片中至少一个叶片具备角部，该角部由在上述流体的流动方向的上游侧的端部从上述毂朝径向外侧延伸的前沿、和与上述前沿连接并沿上述外壳的内壁延伸的护罩线形成，该角部具有将上述叶片以到达其正反两侧的方式贯通的贯通部。

Description

压缩机叶轮和涡轮增压器

技术领域

本发明涉及对从轴向流入的流体做压缩并朝径向外侧送出的离心式的压缩机叶轮和具有该压缩机叶轮的涡轮增压器。

背景技术

在通过来自汽车等发动机的排气能量进行增压的涡轮增压器等中设置有对从轴向流入的流体做压缩并朝径向外侧送出的离心式的压缩机叶轮。这样的压缩机叶轮中存在若流体的流入量变少，则产生即使压缩机叶轮旋转也无法压缩流体的喘振之虞。

为了抑制喘振的产生，以往在收纳有压缩机叶轮的外壳上设置被称为机匣处理(Casing Treatment)的循环构造。例如如日本特许文献1记载那样，在外壳设置用于使流体的一部分从压缩机叶轮周边返回进气路的循环流路。由此，能够增加流入压缩机叶轮的流体的表观流量，抑制喘振的产生。

专利文献1：日本特开2005-23792号公报

然而，由于与压缩机叶轮的进气路连接的进气管弯曲等这种情况，被压缩机叶轮吸入的流体在压缩机叶轮的旋转方向(周向)上产生压力的偏差。这样，由于在设置于压缩机叶轮四周的上述循环流路内产生的周向的压力差，流体在循环流路内沿周向流动，所以存在无法确保使流体返回进气路的轴向的流动之虞。其结果是，存在不能充分发挥机匣处理对喘振的抑制效果的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够比以往更有效地抑制喘振的产生的压缩机叶轮和涡轮增压器。

解决上述课题的离心式的压缩机叶轮收纳于外壳被构成为，通过沿规定的旋转方向相对于上述外壳旋转，对从轴向流入的流体做压缩，并将该流体朝径向外侧送出，上述压缩机叶轮具备沿上述轴向延伸的毂、和从上述毂朝径向外侧延伸并在上述旋转方向上排列配置的多个叶片，上述多个叶片中至少一个叶片具备角部，该角部由在上述流体的流动方向的上游侧的端部处从上述毂朝径向外侧延伸的前沿、和与上述前沿连接并沿上述外壳的内壁延伸的护罩线形成，该角部具有将上述叶片以到达其正反两侧的方式贯通的贯通部。

解决上述课题的涡轮增压器具有上述压缩机叶轮。

附图说明

图1是表示一实施方式的涡轮增压器的简要结构的剖视图。

图2是图1的涡轮增压器的压缩机叶轮的立体图。

图3是从图2的III的方向观察窄缝时的示意图。

图4是图3的IV-IV剖面的剖视图。

图5的(a)和(b)分别是表示窄缝的变形例的示意图。

图6的(a)和(b)分别是表示窄缝的变形例的示意图。

图7的(a)和(b)分别是表示窄缝的变形例的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明具备本发明的实施方式的压缩机叶轮的涡轮增压器。此外，该压缩机叶轮不仅能够应用于涡轮增压器，还能应用于其它离心式压缩机。

(涡轮增压器的简要结构)

图1所示的涡轮增压器1在搭载于汽车等的未图示的发动机中设置，利用来自发动机的排气能量进行增压。涡轮增压器1具有由旋转轴11、压缩机叶轮12、涡轮叶轮13构成的旋转体10；和收纳旋转体10的外壳15。

压缩机叶轮12安装于旋转轴11的一个端部(图1中的左侧的端部)，涡轮叶轮13安装于旋转轴11的另一个端部(图1中的右侧的端部)。旋转轴11被轴承14支承为能够旋转，由此旋转体10能够相对于外壳15旋转。此外，图1简化图示出了轴承14。轴承14也可以含有支承径向方向的负载的径向轴承、和支承推力方向的负载的推力轴承。

外壳15由收纳压缩机叶轮12的压缩机外壳部16、收纳涡轮叶轮13的涡轮外壳部17、以及收纳轴承14的圆筒状的轴承外壳部18构成。轴承外壳部18位于外壳15的轴向中央部，在轴承外壳部18的一个端部(图1中的左侧的端部)安装有压缩机外壳部16，在轴承外壳部18的另一个端部(图1中的右侧的端部)安装有涡轮外壳部17。

压缩机外壳部16在压缩机叶轮12的轴向外侧具有用于向压缩机叶轮12供给进气的圆筒状的进气路16a，并且在压缩机叶轮12的径向外侧具有用于将被压缩机叶轮12压缩的进气送出的螺旋状的蜗管通路16b。另外，涡轮外壳部17在涡轮叶轮13的径向外侧具有用于向涡轮叶轮13供给排气的螺旋状的蜗管通路17a，并且在涡轮叶轮13的轴向外侧具有用于将供给到涡轮叶轮13的驱动的排气排出的圆筒状的排气路17b。

在这样构成的涡轮增压器1中，伴随着利用从蜗管通路17a供给的排气使涡轮叶轮13旋转，压缩机叶轮12也旋转。这样，从进气路16a向压缩机叶轮12获取进气，利用压缩机叶轮12的旋转压缩进气。被压缩机叶轮12压缩的进气向蜗管通路16b朝径向外侧送出，最终供给至发动机。

(压缩机叶轮的详细构成)

如图2所示，压缩机叶轮12是具有沿轴向延伸的毂21、和从毂21朝径向外侧延伸的多个叶片22的离心式的压缩机叶轮。在毂21的径向中心部形成有沿轴向延伸的贯通孔21a，旋转轴11插入该贯通孔21a。多个叶片22包含沿旋转方向交替排列地配置的长翼22A和短翼22B，在全部的长翼22A形成有将长翼22A以到达其正反两侧的方式沿厚度方向贯通的窄缝23。

如图1和图2所示，叶片22(详细地说是长翼22A)具备由前沿22a和护罩线22b形成的角部22c，角部22c具有窄缝23。前沿22a是叶片22的轮廓的局部，是从进气的流动方向的上游侧的端部中毂21朝径向外侧延伸的直线部分。另外，护罩线22b是叶片22的轮廓的局部，是与压缩机外壳部16的内壁16c(参照图1)对置并沿内壁16c延伸的曲线部分，通过角(交点)22d连接于前沿22a。角部22c是包含前沿22a与护罩线22b间的交点即角22d在内的规定范围的区域(角区域)。

图3是从图2的III的方向观察窄缝23时即从压缩机叶轮12的旋转方向的向后方向侧观察窄缝23时的示意图。此外，图3中，方便起见，使前沿22a与护罩线22b正交，但前沿22a与护罩线22b也可以不正交。这一点在图5的(a)～图7的(b)中也同样。

如图3所示，本实施方式的窄缝23相对于前沿22a和护罩线22b中任一者都倾斜地从前沿22a与护罩线22b间的交点即角22d的附近起呈直线延伸配置。另外，窄缝23形成在由前沿22a、护罩线22b、距前沿22a的距离是护罩线22b的长度的20％的第一假想线24、距护罩线22b的距离是前沿22a的长度的一半的第二假想线25围成的区域内。窄缝23并非其是一方端(图3的左下端)延伸到前沿22a或者护罩线22b，而是形成整周由构成叶片22的材料包围的长孔状。换言之，窄缝(贯通部)23配置于比叶片22的外缘靠内侧。

图4是图3的IV-IV剖面的剖视图。以下的说明中，将压缩机叶轮12的旋转方向的向后方向侧称为“后侧”，向前方向侧称为“前侧”。叶片22具有朝向旋转方向的前表面、和与前表面相反一侧的后表面。窄缝23具有在叶片22的前表面开口的前侧开口23a、和在叶片22的后表面开口的后侧开口23b。如图4所示，在沿叶片22的正反方向(厚度方向)的剖面观察，窄缝23以后侧开口23b比前侧开口23a远离前沿22a的方式，相对于叶片22的正反方向(厚度方向)倾斜地延伸。

(失速的产生原理及其对策)

如图4所示，压缩机叶轮12获取的进气在叶片22的前沿22a被分为在前侧流动的气流Fa和在后侧流动的气流Fb。其中，在压缩机叶轮12旋转时，后侧的气流Fb相对离开叶片22。而且，在进气量少的情况下，进气相对于叶片22的迎角相对变大，所以如箭头Fc所示，产生进气脱离叶片22的后侧的表面而不沿叶片22流动的失速的现象。

因此，在本实施方式中，通过在叶片22设置窄缝23，如图4的箭头Fd所示，在前侧流动的进气的一部分能够通过窄缝23向后侧流动。这样，经由窄缝23向后侧供给进气，从而能够增加后侧的进气的流量，能够抑制后侧的进气的脱离、失速。

这里，在叶片22上，在进气的流动方向上越靠上游侧的部位，则越容易产生进气的脱离、失速，另外，越是圆周速度快的部位、即越是径向外侧的部位，则越容易产生进气的脱离、失速。在进气的流动方向，上游侧的部位相当于叶片22中的前沿22a的附近的部位。另外，圆周速度快的部位(径向外侧的部位)相当于叶片22中的护罩线22b的附近的部位。因此，由前沿22a和护罩线22b形成的角部22c成为满足上述两个条件的部位，在这样的部位设置窄缝23，从而能够更有效抑制进气的脱离、失速。

(效果)

多个叶片22中至少一部分叶片22(详细地说是长翼22A)具有由前沿22a和护罩线22b形成的角部22c，该角部22c具有将叶片22以到达其正反两侧的方式贯通的窄缝23(贯通部)。如上述那样，角部22c是具备容易产生进气的脱离、失速的条件的部位，所以在这样的部位设置窄缝23，从而能够有效抑制流体的脱离、失速。其结果是，与以往相比，能够有效抑制喘振的产生。另外，压缩机叶轮12通过在角部22c设置窄缝23，从而提高各个叶片22的压缩效果，所以即使在进气路16a中沿周向存在压力的偏差的情况下，也能够适当地压缩进气，在这一点上优于现有的机匣处理。并且，不需要如机匣处理那样在压缩机外壳部16设置循环通路，所以在提高压缩机外壳部16的设计自由度方面也很有利。

另外，窄缝23以位于旋转方向向后方向侧的后侧开口23b比位于旋转方向向前方向侧的前侧开口23a远离前沿22a的方式，相对于叶片22的厚度方向倾斜地延伸。因此，如图4的箭头Fd所示，从窄缝23向后侧流出的进气容易保持原样地沿叶片22的后表面流动，能够更有效抑制后侧的进气的脱离、失速。

另外，窄缝23在护罩线22b与距该护罩线22b的距离是前沿22a的长度的一半的位置(第二假想线25)之间的区域形成。因此，窄缝23配置得更靠护罩线22b的附近，即圆周速度更快且更容易产生进气的脱离、失速的部位，能够更有效抑制进气的脱离、失速。

另外，窄缝23形成于前沿22a与距该前沿22a的距离是护罩线22b的长度的20％的位置(第一假想线24)之间的区域。因此，窄缝23配置得更靠前沿22a的附近，即在进气的流动方向上更靠上游侧的更容易产生进气的脱离、失速的部位，能够更有效抑制进气的脱离、失速。

另外，角部22c具有沿叶片22的表面延伸的窄缝23作为“贯通部”。将延伸很长的窄缝23作为贯通部，从而能够增加从前侧经由窄缝23朝后侧流动的进气的流量，能够更可靠地抑制进气的脱离、失速。

另外，窄缝23相对于前沿22a和护罩线22b中任一者都倾斜地从前沿22a与护罩线22b间的交点即角22d的附近起延伸配置。如上述那样，在进气的流动方向上越靠上游侧的部位，则越容易产生进气的脱离、失速，另外，越是圆周速度快的部位(径向外侧的部位)，则越容易产生进气的脱离、失速。认为容易产生进气的脱离、失速的部位从角22d的附近大体沿倾斜的方向延伸，所以沿这样的方向延伸配置窄缝23，从而能够有效抑制进气的脱离、失速。

另外，窄缝23整周由构成叶片22的材料包围。因此，能够提高窄缝23周边的叶片22的强度，并且在压缩机叶轮12的旋转中能够抑制叶片22从窄缝23处撕裂。

[其它实施方式]

本发明不限定于上述实施方式，只要不脱离其宗旨，则可以将上述实施方式的要素适当地组合或者进行各种改变。

例如在上述实施方式中，窄缝23相对于前沿22a和护罩线22b中任一者都倾斜地从前沿22a与护罩线22b间的交点即角22d的附近起呈直线延伸配置。然而，窄缝23并非一定需要呈直线延伸配置，也可以是如图5的(a)和图5的(b)所示，沿着以随着远离角22d，而距前沿22a的距离和距护罩线22b的距离都变大的方式延伸的曲线延伸配置。

另外，在上述实施方式中，在1张叶片22上设置一个窄缝23。然而，也可以在1张叶片22上形成多个窄缝23。在该情况下，例如如图6的(a)所示，可以使多个(这里为2个)窄缝23相互平行地设置于1张叶片22。但是，多个窄缝23也可以互不平行。例如也可以是以多个窄缝23不交叉的方式，使多个窄缝23相对于前沿22a(或者护罩线22b)的倾斜角度互不相同，多个窄缝23也可以交叉。

另外，在上述实施方式中，窄缝23从角22d的附近延伸配置。然而，如图6的(b)所示，也可以从角22d延伸配置窄缝23。即贯通部也可以与叶片22的外缘(前沿22a或者护罩线22b)连结。在该情况下，窄缝23不是整周由构成叶片22的材料包围，而是形成局部在叶片22的外缘开放的缺口状，只要在强度上没有问题，也可以是这样的缺口状。

另外，在上述实施方式中，窄缝23相对于前沿22a和护罩线22b中任一者都倾斜地从角22d的附近起延伸配置。然而，窄缝23的延伸配置方向不限定于这样的朝向。例如如图7的(a)所示，窄缝23也可以不通过角22d或者角22d的附近。另外，如图7的(b)所示，窄缝23也可以与前沿22a平行。或者窄缝23也可以与护罩线22b平行。

另外，在上述实施方式中，角部22c具有沿叶片22的表面延伸的窄缝23作为“贯通部”。然而，贯通部的具体形状不限定于延伸很长的窄缝23，例如也可以是圆形的贯通孔等。

另外，在上述实施方式中，由多个长翼22A和多个短翼22B构成的叶片22中，在整个长翼22A设置有窄缝23，但设置窄缝23的叶片22可以适当地改变。例如也可以在包含短翼22B地在整个叶片22上设置窄缝23，也可以在多个长翼22A中在旋转方向上交替地设置窄缝23。或者多个叶片22中也可以至少一个叶片22具有窄缝23(贯通部)。

Claims (8)

1.一种压缩机叶轮，是离心式的压缩机叶轮，收纳于外壳，被构成为通过相对于上述外壳沿规定的旋转方向旋转，对从轴向流入的流体做压缩并将该流体朝径向外侧送出，其中，

上述压缩机叶轮具备：沿上述轴向延伸的毂、和从上述毂朝径向外侧延伸并在上述旋转方向上排列配置的多个叶片，

上述多个叶片中至少一个叶片具备角部，该角部由在上述流体的流动方向的上游侧的端部从上述毂朝径向外侧延伸的前沿、和与上述前沿连接并沿上述外壳的内壁延伸的护罩线形成，该角部具有将上述叶片以到达其正反两侧的方式贯通的贯通部。

2.根据权利要求1所述的压缩机叶轮，其中，

上述叶片具有朝向上述旋转方向的前表面、和与上述前表面相反一侧的后表面，

上述贯通部具有在上述前表面开口的前侧开口、和在上述后表面开口的后侧开口，

上述贯通部以上述后侧开口比上述前侧开口远离上述前沿的方式，相对于上述叶片的厚度方向倾斜地延伸。

3.根据权利要求1或2所述的压缩机叶轮，其中，

上述贯通部在上述护罩线与距该护罩线距离为上述前沿的长度的一半的位置之间的区域形成。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的压缩机叶轮，其中，

上述贯通部在上述前沿与距该前沿距离为上述护罩线的长度的20％的位置之间的区域形成。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的压缩机叶轮，其中，

上述贯通部是沿上述叶片的表面延伸的窄缝。

6.根据权利要求5所述的压缩机叶轮，其中，

上述窄缝相对于上述前沿和上述护罩线中中任一者都倾斜地从上述前沿与上述护罩线间的交点或者其附近起延伸配置。

7.根据权利要求5或6所述的压缩机叶轮，其中，

上述窄缝的整周由构成上述叶片的材料包围。

8.一种涡轮增压器，其中，

具有权利要求1～7中任一项所述的压缩机叶轮。