CN109072940B - 离心压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及离心压缩机，压缩机(3)的涡旋件(7A)具备：卷绕终端部(71b)、连接于卷绕终端部(71b)的排出部(72)、连接于排出部(72)的卷绕始端部(71a)以及流路内表面(7a)，对于涡旋件(7A)假定在压缩机翼轮(17)的旋转轴线(X)上并在流体的吸入侧设置视点(E)的情况下的投影面(PP)，在投影于投影面(PP)上的流路内表面(7a)假定在卷绕始端部(71a)与排出部(72)的连接部分处旋转轴线(X)侧的基准起点(Ba)、和在所述卷绕终端部(71b)处旋转轴线(X)侧的基准终点(Bb)，在投影面(PP)上假定了将基准起点(Ba)与基准终点(Bb)连结的基准直线(L)的情况下，投影面(PP)上的流路内表面(7a)具备比基准直线(L)向外侧突出的曲线形状的突出部(75A)。

Description

离心压缩机
技术领域
本公开涉及离心压缩机。
背景技术
公知有在叶轮的外周部配置了涡旋件的离心压缩机。在涡旋件形成有漩涡状的流路。在这种离心压缩机中，被叶轮压缩的气体经由扩散器而导入涡旋件，并在涡旋件适当地减速而实现静压恢复(参照日本实开平4-95697号公报)。另外，公知有与具备多层离心风扇的空调机相关的技术(日本特开2011-99413号公报)。
专利文献1：日本实开平4-95697号公报
专利文献2：日本特开2011-99413号公报
发明内容
但是发明人进行积极研究的结果发现，在现有的离心压缩机中，在涡旋件的排出部与卷绕始端部的连接部分附近，流体容易从流路内表面剥离，因此有可能因剥离而引起压力损失增大。
本公开说明能够减少流体从涡旋件的流路内表面的剥离，并提高压缩性能的离心压缩机。
本公开的一个方式的离心压缩机具备：叶轮；和涡旋件，其配置在叶轮的周围，并且包括沿着叶轮的旋转方向的流路，涡旋件具备：沿着旋转方向的流路的终点侧的卷绕终端部、与卷绕终端部连接的排出部、位于沿着旋转方向的流路的起点侧并且与排出部连接的卷绕始端部、以及面向流路的流路内表面，对于涡旋件假定在叶轮的旋转轴线上并且在流体吸入侧设置视点的情况下的投影面，在投影于投影面上的流路内表面，假定在卷绕始端部与排出部的连接部分处旋转轴线侧的基准起点、和在卷绕终端部处旋转轴线侧的基准终点，在投影面上假定了将基准起点与基准终点连结的基准直线的情况下，投影面上的流路内表面具备比基准直线向作为离心方向的外侧突出的曲线形状的突出部。
本公开的另一方式的离心压缩机具备：叶轮；和涡旋件，其配置在叶轮的周围，并且包括沿着叶轮的旋转方向的流路，涡旋件具备：在沿着旋转方向的流路的终点侧配置的排出部、在沿着旋转方向的流路的起点侧与排出部连接的卷绕始端部、以及面向流路的流路内表面，对于涡旋件假定在叶轮的旋转轴线上并且在流体的吸入侧设置视点的情况下的投影面，在投影于投影面上的流路内表面，假定在卷绕始端部与排出部的连接部分处旋转轴线侧的基准起点、和相对基准起点旋转角为-60°的位置处旋转轴线侧的基准终点，在投影面上假定了将基准起点与基准终点连结的基准直线的情况下，投影面上的流路内表面具备比基准直线向作为离心方向的外侧突出的曲线形状的突出部。
根据本公开的几个方式，能够减少流体通过涡旋件内的流路的剥离，并提高压缩性能。
附图说明
图1是具备实施方式的压缩机的增压器的剖视图。
图2是表示涡旋件以及投影面的立体图。
图3是表示第1实施方式的涡旋件，主要是示于投影面上的流路内表面的形状的图。
图4是表示第2实施方式的涡旋件，主要是示于投影面上的流路内表面的形状的图。
图5是表示第3实施方式的涡旋件，主要是示于投影面上的流路内表面的形状的图。
图6是表示第4实施方式的涡旋件，主要是示于投影面上的流路内表面的形状的图。
图7是针对第1～第4实施方式的涡旋件，将示于投影面上的突出部的形状进行比较而示出的图。
图8是针对第1实施方式的涡旋件，表示将等熵点连结而绘制的等熵线的图。
图9的(a)～图9的(d)是表示未形成突出部的比较方式以及第2～第4实施方式的涡旋件的等熵线的图，图9的(a)图为比较方式的图，图9的(b)图为第2实施方式的图，图9的(c)图为第3实施方式的图，图9的(d)图为第4实施方式的图。
图10是表示未形成突出部的比较方式与第1实施方式的涡旋件的马赫数等值线的图。
具体实施方式
本公开的一个方式的离心压缩机具备：叶轮；和涡旋件，其配置在叶轮的周围，并且包括沿着叶轮的旋转方向的流路，涡旋件具备：沿着旋转方向的流路的终点侧的卷绕终端部、与卷绕终端部连接的排出部、位于沿着旋转方向的流路的起点侧并且与排出部连接的卷绕始端部、以及面向流路的流路内表面，对于涡旋件假定在叶轮的旋转轴线上并且在流体吸入侧设置视点的情况下的投影面，在投影于投影面上的流路内表面，假定在卷绕始端部与排出部的连接部分处旋转轴线侧的基准起点、和在卷绕终端部处旋转轴线侧的基准终点，在投影面上假定了将基准起点与基准终点连结的基准直线的情况下，投影面上的流路内表面具备比基准直线向作为离心方向的外侧突出的曲线形状的突出部。
发明人发现：流体有可能从涡旋件的流路内表面剥离，该剥离主要在卷绕始端部与排出部的连接部分附近容易发生。此外发明人还发现：通过在该位置设置曲线形状的突出部可有效减少流体的剥离，从而想到了本发明。即根据上述方式，可以减少流体从涡旋件的流路内表面的剥离，提高压缩性能。
在一些方式的离心压缩机中可以为：在涡旋件的流路内表面中，比突出部靠作为旋转方向的相反侧的上游侧内表面与突出部的切线方向的斜度连续。在该方式中，上游侧内表面与突出部平滑地连接，流体的流动变得顺畅，有利于抑制剥离。
在一些方式的离心压缩机中可以为：在涡旋件的流路内表面中，比突出部靠作为旋转方向侧的下游侧内表面与突出部的切线方向的斜度连续。在该方式中，下游侧内表面与突出部平滑地连接，例如，容易防止在突出部的下游侧产生涡流，有利于抑制剥离。
本公开的另一方式的离心压缩机具备：叶轮；和涡旋件，其配置在叶轮的周围，并且包括沿着叶轮的旋转方向的流路，涡旋件具备：在沿着旋转方向的流路的终点侧配置的排出部、在沿着旋转方向的流路的起点侧与排出部连接的卷绕始端部、以及面向流路的流路内表面，对于涡旋件假定在叶轮的旋转轴线上并且在流体的吸入侧设置视点的情况下的投影面，在投影于投影面上的流路内表面，假定在卷绕始端部与排出部的连接部分处旋转轴线侧的基准起点、和相对基准起点旋转角为-60°的位置处旋转轴线侧的基准终点，在投影面上假定了将基准起点与基准终点连结的基准直线的情况下，投影面上的流路内表面具备比基准直线向作为离心方向的外侧突出的曲线形状的突出部。
根据该方式，能够减小流体从涡旋件的流路内表面的剥离，提高压缩性能。
以下一边参考附图、一边对本公开的实施方式进行说明。另外，在附图说明中对相同要素标记相同符号，并省略重复的说明。
增压器1例如应用于船舶或车辆的内燃机。如图1所示，增压器1具备涡轮2和压缩机(离心压缩机)3。涡轮2具备涡轮壳体4和收纳于涡轮壳体4的涡轮翼轮16。压缩机3具备压缩机壳体5、和收纳于压缩机壳体5的压缩机翼轮(叶轮)17。涡轮翼轮16设在旋转轴14的一端，压缩机翼轮17设在旋转轴14的另一端。在涡轮壳体4与压缩机壳体5之间设有轴承壳体13。旋转轴14经由轴承15而能够旋转地支承于轴承壳体13，旋转轴14、涡轮翼轮16以及压缩机翼轮17作为一体的旋转体12而以旋转轴线X为中心旋转。
在涡轮壳体4设有排出气体流入口(省略图示)以及排出气体流出口10。从内燃机(未图示)排出的排出气体通过排出气体流入口而流入涡轮壳体4内，使涡轮翼轮16旋转，之后通过排出气体流出口10向涡轮壳体4外流出。
在压缩机壳体5设有吸入部9以及排出部(省略图示)。若涡轮翼轮16旋转，则压缩机翼轮17经由旋转轴14进行旋转。旋转的压缩机翼轮17通过吸入部9吸入空气等外部的气体(流体)，进行压缩并从排出部排出。从排出部排出的压缩气体向上述内燃机供给。
压缩机壳体5具备：配置在压缩机翼轮17周围的扩散器6、和配置在扩散器6周围的涡旋件7A。涡旋件7A具备：绕压缩机翼轮17以一层漩涡状配置的螺旋部71(参照图2)、和与螺旋部71一体形成的排出部72。涡旋件7A形成为包括流路53。即，在涡旋件7A形成有供从扩散器6导入的气体通过的流路53，涡旋件7A具备面向流路53的流路内表面7a。
涡旋件7A的流路53(参照图3)具备：在螺旋部71的内部形成的涡旋件流路54、和与涡旋件流路54连通并形成于排出部72内部的排出流路55。涡旋件流路54是沿着压缩机翼轮17的旋转方向Rd的流路，作为一个例子，涡旋件流路54在旋转方向Rd的终点侧以沿着气体流动的方式与排出流路55连接。另外，涡旋件流路54的起点侧与排出流路55的侧部连接。另外，排出流路55的方向例如不限于在涡旋件流路54的终点侧的切线方向，也可以根据周围的设备或配管等的关系进行适当的弯曲等来改变方向。
螺旋部71具备：作为涡旋件流路54的起点侧的卷绕始端部71a、和作为涡旋件流路54的终点侧的卷绕终端部71b。卷绕始端部71a是涡旋件流路54与排出流路55的侧部连接的部分，在卷绕始端部71a的作为离心方向D的外侧、即隔着涡旋件流路54而与旋转轴线X侧(内侧)相反的一侧，形成有舌部71c。另外，在以沿着涡旋件流路54内的旋转方向Rd的流体为基准，假定了在涡旋件流路54内的上游端和下游端的情况下，涡旋件流路54的起点侧实质上是指成为上游端的部分，终点侧实质上是指成为下游端的部分。
卷绕终端部71b是指设计涡旋件7A时的可规定A/R的旋转方向Rd的终端位置，通常为最大值的情况较多。另外，在卷绕终端部71b以卷绕始端部71a为基准设想旋转角的情况下，在设计上也能够定义为可规定A/R的最大旋转角的位置。涡旋件流路54包括旋转轴线X，并且作为一个例子在沿着旋转轴线X的截面中呈大致圆形，“R”(参照图1)为从该截面的形心Cf到旋转轴线X的距离，“A”表示大致圆形的截面积。另外，在本实施方式的涡旋件7A的情况下，相对于后述的基准点Ba在旋转角α处(参照图3)成为卷绕终端部71b，在将压缩机翼轮17的旋转方向设为正向的情况下，该旋转角α例如为-60°。
如图2及图3所示，对于涡旋件7A可以假定在压缩机翼轮17的旋转轴线X上并且在气体吸入侧设置视点E的情况下的投影面PP。在验证了投影于该投影面PP上的流路内表面7a的情况下，在本实施方式中在排出部72形成有曲线形状的突出部75A。对突出部75A进行详细地说明。
如图3所示，在观察投影面PP上的流路内表面7a的情况下，在卷绕始端部71a与排出部72的连接部分，能够以隔着涡旋件流路54的方式假定旋转轴线X侧(内侧)的点和舌部71c侧(外侧)的点，并将其内侧的点假定为基准起点Ba。另外，在卷绕终端部71b能够以隔着排出流路55的方式假定旋转轴线X侧(内侧)的点和外侧的点，并将其内侧的点假定为基准终点Bb。接着，在投影面PP上假定将基准起点Ba与基准终点Bb连结的基准直线L。在此，本实施方式的涡旋件7A的流路内表面7a具有比基准直线L向作为离心方向D的外侧突出的部分，该突出的部分为曲线形状的突出部75A。突出部75A在整体上成为切线方向的斜度连续的平滑的曲线形状，也可以一部分包含直线部分。
图4涉及第2实施方式，具备比基准直线L向作为离心方向D的外侧突出的曲线形状的突出部75B。图5涉及第3实施方式，具备比基准直线L向作为离心方向D的外侧突出的曲线形状的突出部75C。图6涉及第4实施方式，具备比基准直线L向作为离心方向D的外侧突出的曲线形状的突出部75D。
图7是将各实施方式的突出部75A、75B、75C、75D进行比较而示出的图，第1实施方式的突出部75A用实线表示，第2实施方式的突出部75B用虚线表示，第3实施方式的突出部75C用单点划线表示，第4实施方式的突出部75D用双点划线表示。
在上述各实施方式中，在流路内表面7a中比突出部75A、75B、75C、75D相对于旋转方向Rd处于反向侧的上游侧内表面7b和突出部75A、75B、75C、75D，切线方向的斜度连续。即，上游侧内表面7b与突出部75A、75B、75C、75D平滑地连接而无折弯。
另外，在流路内表面7a中比突出部75A、75B、75C、75D相对于旋转方向Rd处于同向侧的下游侧内表面7c和突出部75A、75B、75C、75D，切线方向的斜度连续。即，突出部75A、75B、75C、75D与下游侧内表面7c平滑地连接而无折弯。
另外，第1、第2、第3以及第4实施方式的突出部75A、75B、75C、75D的最突出位置75a、即在投影面PP上离突出部75A、75B、75C、75D的基准直线L最远的位置，设置在比基准直线L的中心La靠近基准起点Ba侧。
在此，各突出部75A、75B、75C、75D的突出率Pr通过以下算式(1)定义。具体地，将各突出部75A、75B、75C、75D的最突出的位置75a与基准直线L的距离设为dx。另外，如上述那样，在卷绕终端部71b处，能够以隔着排出流路55的方式假定旋转轴线X侧(内侧)的点和外侧的点Bx，将从作为内侧的点的基准终点Bb到旋转轴线X的距离设为最内半径Ra，将从外侧的点Bx到旋转轴线X的距离设为最外半径Rb。而且，将最外半径Rb与最内半径Ra的差设为半径差ΔR，将距离Dx相对于半径差ΔR的比率定义为突出率Pr。
Pr＝dx/(Rb-Ra)…(1)
突出率Pr例如能够设为0.050以上，更优选为0.100以上。另外突出率Pr能够设为0.400以下，优选为0.300以下，更优选为0.200以下。具体地，第1实施方式的突出部75A的突出率Pr为0.147，第2实施方式的突出部75B的突出率Pr为0.140，第3实施方式的突出部75C的突出率Pr为0.110，第4实施方式的突出部75C的突出率Pr为0.223。
另外，在上述各实施方式中，在连结从基准起点Ba到基准终点Bb的基准直线L的整个区域，突出部75A、75B、75C、75D向作为离心方向的外侧突出。但突出部75A、75B、75C、75D也可以在基准直线L的一部分突出。例如可以从基准终点Bb以与基准直线L重叠的方式形成上游侧内表面7b。另外，可以从基准终点Ba以与基准直线L重叠的方式形成下游侧内表面7c。另外，突出部75A、75B、75C、75D与上述上游侧内表面7b或下游侧内表面7c连接，其结果只要基准直线L的一部分为突出的形状即可。
接下来，对具备上述实施方式的涡旋件7A、7B、7C、7D的压缩机3的作用、效果进行说明。发明人发现在图9的(a)所示的比较方式中，流体有可能从涡旋件107的流路内表面107a剥离，该剥离主要在卷绕始端部171a与排出部172a的连接部分附近，且在离旋转轴线近的内侧的流路内表面107a处容易发生。
关于剥离的产生，若基于角动量守恒法则研究，则例如流动的气体的角速度越靠近旋转轴线越大。即，能够推测出沿着离旋转轴线近的内侧的流路内表面107a流动的气体的角速度增加，并形成易发生剥离的环境。
在此，发明人推测出通过使流路内表面以填埋剥离易发生的区域的方式突出，则能够减少剥离的产生，并基于该想法进行积极研究。其结果发明人通过设置上述突出部75A、75B、75C、75D，能够实现减少流体的剥离，其结果确认了能够提高压缩性能。
例如，图8是表示对于第1实施方式的涡旋件7A，连结等熵点而绘制的等熵线的图，图9的(a)是表示对比较方式的涡旋件107，连结等熵点而绘制的等熵线的图。在图8以及图9(a)所示的图中，涂黑区域S为剥离的部分，但可以确认与图9的(a)表示的涂黑区域S相比，图8表示的涂黑区域S较小。
另外，图10的(a)为表示比较方式的涡旋件107的马赫数等值线的图，图10的(b)是表示第1实施方式的涡旋件7A的马赫数等值线的图。图10的(a)中在剥离部位形成有较大的漩涡Va，相对于此，图10的(b)所示的漩涡Vb极小。其结果可以推测出与比较方式相比，第1实施方式的涡旋件7A的压力损失较小，能够提高压缩性能。
另外，图9的(b)是表示第2实施方式的涡旋件7B的等熵线的图，图9的(c)是表示第3实施方式的涡旋件7C的等熵线的图，图9的(d)是表示第4实施方式的涡旋件7D的等熵线的图。与比较方式的图9的(a)表示的涂黑区域S相比，图9的(b)～图9的(d)表示的第2～第4实施方式的涂黑区域S较小。即，可以推测出与比较方式相比，第2～第4实施方式的涡旋件7B、7C、7D的压力损失较小，能够提高压缩性能。
另外，在将第1～第4实施方式的涡旋件7A、7B、7C、7D彼此进行比较的情况下，第1实施方式的涡旋件7A最难发生剥离。其次是第2以及第3实施方式的涡旋件7B、7C难以发生剥离。能够推测出与第1、第2以及第3实施方式的涡旋件7A、7B、7C相比，第4实施方式的涡旋件7D稍微容易发生剥离。
另外，在第1～第4实施方式的涡旋件7A、7B、7C、7D中，上游侧内表面7b与突出部75A、75B、75C、75D平滑地连接，从而气体的流动变得顺畅，有利于抑制剥离。此外，下游侧内表面7c与突出部75A、75B、75C、75D平滑地连接，例如，容易防止在突出部75A、75B、75C、75D的下游侧产生涡流，从而有利于抑制剥离。另外，在第1～第4实施方式的涡旋件7A、7B、7C、7D中，突出部75A、75B、75C、75D与上游侧内表面7b以及下游侧内表面7c的双方平滑地连接。然而，例如也可以是突出部75A、75B、75C、75D仅与上游侧内表面7b或下游侧内表面7c中的任一方平滑地连接的方式。
本发明以上述的实施方式为代表，能够基于本领域技术人员的知识以实施了各种变更、改良的各种方式来实施。另外，也能够利用上述的实施方式所记载的技术事项而构成各实施例的变形例。可以将各实施方式的构成适当组合来使用。
另外，本发明不限定于应用于汽车用增压器，也可以应用于船舶或其他。还可以应用于增压器之外的离心压缩机。
附图标记说明：3…压缩机(离心压缩机)；7A、7B、7C、7D…涡旋件；7a…流路内表面；7b…上游侧内表面；7c…下游侧内表面；17…压缩机翼轮；53…流路；71b…卷绕终端部；71a…卷绕始端部；75A、75B、75C、75D…突出部；75a…突出部最突出的位置；E…视点；D…离心方向；PP…投影面；α…旋转角；Ba…基准始点；Bb…基准终点；L…基准直线

Claims (5)

1.一种离心压缩机，其中，具备：
叶轮；和
涡旋件，其配置在所述叶轮的周围，并且包括沿着所述叶轮的旋转方向的流路，
所述涡旋件具备：沿着所述旋转方向的所述流路的终点侧的卷绕终端部、与所述卷绕终端部连接的排出部、位于沿着所述旋转方向的所述流路的起点侧并且与所述排出部连接的卷绕始端部、以及面向所述流路的流路内表面，
对于所述涡旋件假定在所述叶轮的旋转轴线上并且在流体的吸入侧设置视点的情况下的投影面，
在投影于所述投影面上的所述流路内表面，假定在所述卷绕始端部与所述排出部的连接部分处所述旋转轴线侧的基准起点、和在所述卷绕终端部处所述旋转轴线侧的基准终点，
在所述投影面上假定了将所述基准起点与所述基准终点连结的基准直线的情况下，
所述投影面上的所述流路内表面具备比所述基准直线向作为离心方向的外侧突出的曲线形状的突出部，
在所述投影面上，所述突出部的从所述基准直线最突出的位置设置于比所述基准直线的中心靠近所述基准起点侧。
2.根据权利要求1所述的离心压缩机，其中，
在所述涡旋件的所述流路内表面中，比所述突出部靠作为所述旋转方向的相反侧的上游侧内表面与所述突出部的切线方向的斜度连续。
3.根据权利要求1所述的离心压缩机，其中，
在所述涡旋件的所述流路内表面中，比所述突出部靠作为所述旋转方向侧的下游侧内表面与所述突出部的切线方向的斜度连续。
4.根据权利要求2所述的离心压缩机，其中，
在所述涡旋件的所述流路内表面中，比所述突出部靠作为所述旋转方向侧的下游侧内表面与所述突出部的切线方向的斜度连续。
5.一种离心压缩机，其中，具备：
叶轮；和
涡旋件，其配置在所述叶轮的周围，并且包括沿着所述叶轮的旋转方向的流路，
所述涡旋件具备：在沿着所述旋转方向的所述流路的终点侧配置的排出部、在沿着所述旋转方向的所述流路的起点侧与所述排出部连接的卷绕始端部、以及面向所述流路的流路内表面，
对于所述涡旋件假定在所述叶轮的旋转轴线上并且在流体的吸入侧设置视点的情况下的投影面，
在投影于所述投影面上的所述流路内表面，假定在所述卷绕始端部与所述排出部的连接部分处所述旋转轴线侧的基准起点、和相对于所述基准起点旋转角为-60°的位置处所述旋转轴线侧的基准终点，
在所述投影面上假定了将所述基准起点与所述基准终点连结的基准直线的情况下，
所述投影面上的所述流路内表面具备比所述基准直线向作为离心方向的外侧突出的曲线形状的突出部，
在所述投影面上，所述突出部的从所述基准直线最突出的位置设置于比所述基准直线的中心靠近所述基准起点侧。
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