CN110520629A - 离心压缩机 - Google Patents

Abstract

离心压缩机具备压缩机叶轮(9)即叶轮、配置有叶轮且在叶轮的旋转轴方向上延伸的主流路(10)、具有与主流路(10)连通的上游连通路(320)以及在比上游连通路(320)靠叶轮侧与主流路(10)连通的下游连通路(310)的副流路(300)、被固定于副流路(300)且在叶轮的旋转方向上相互离开地配置的N个第一分隔部即肋(140)、配置于副流路(300)的比第一分隔部靠上游连通路(320)侧且在旋转方向上相互离开地配置的M个第二分隔部即翅片(220)，其中，N‑4≦M≦N+4。

Description

离心压缩机

技术领域

本发明涉及形成有与主流路连通的副流路的离心压缩机。本申请是主张基于2017年4月25日提出的日本专利申请第2017-086557号的优先权的利益的申请，其内容被本申请引用。

背景技术

在离心压缩机中，存在形成有与主流路连通的副流路的情况。在主流路中配置压缩机叶轮。主流路与副流路通过上游连通路以及下游连通路连通。在流量小的区域中，被压缩机叶轮压缩的高压空气在下游连通路以及副流路中逆流。逆流的空气从上游连通路向主流路回流。如此，由于表观上的流量增加，因此小流量侧的动作区域扩大。

在专利文献1所记载的离心压缩机中，在副流路中设置有固定叶片以及可动叶片。可动叶片相比于固定叶片配置于从叶轮离开的一侧。通过可动叶片开闭副流路。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第4798491号公报

发明内容

发明所要解决的课题

可是，存在如上述的固定叶片那样配置第一分隔部、代替可动叶片固定第二分隔部而配置的情况。第一分隔部以及第二分隔部在叶轮的旋转方向上离开地配置多个。从下游连通路流入副流路的空气具有旋转速度成分。通过第一分隔部以及第二分隔部抑制旋转速度成分，扩大动作区域。可是，若第二分隔部的数量相对于第一分隔部的数量不适合，则压力损失回变大。

本发明的目的在于提供一种能降低压力损失的离心压缩机。

用于解决课题的方法

为了解决上述课题，本发明的一方案的离心压缩机具备叶轮、配置有叶轮且在叶轮的旋转轴方向上延伸的主流路、具有与主流路连通的上游连通路以及相比于上游连通路在叶轮侧与主流路连通的下游连通路的副流路、固定于副流路且在叶轮的旋转方向上互相离开地配置的N个第一分隔部、固定于副流路中的比第一分隔部靠上游连通路侧且在旋转方向上相互离开地配置的M个(其中，N-4≦M≦N+4)的第二分隔部。

第一分隔部的旋转方向的厚度可以是第二分隔部的旋转方向的厚度的5倍以内。

下游连通路在多个第一分隔部间开口。

上游连通路中的从叶轮分离的一侧的内壁面可以越靠近主流路越向靠近叶轮的方向倾斜。

第二分隔部可以在叶轮的径向上延伸。

发明效果

根据本发明能降低压力损失。

附图说明

图1是增压器的概略剖视图。

图2是图1的虚线部分的抽出图。

图3是用于说明主流路的流量与副流路的流量的关系的图。

图4(a)是图2的IVa-IVa线中的剖视图。图4(b)是图2的IVb-IVb线中的剖视图。

图5是根据肋的数量以及翅片的数量的压缩效率的测量结果的一例。

图6是基于图5所示的测量结果的第一图表。

图7是基于图5所示的测量结果的第二图表。

具体实施方式

以下，参照附图关于本发明的一实施例详细地进行说明。实施方式所示的尺寸、材料、其他具体的数值等仅限于为了使理解容易的示例，除特殊不允许的情况并不限定本发明。并且，在本说明书以及附图中，关于实质性地具有相同功能、结构的元件通过标注相同的符号而省略重复说明。另外，与本发明没有直接关系的元件省略图示。

图1是增压器C的概略剖视图。将图1所示的箭头L方向作为增压器C的左侧进行说明。将图1所示的箭头R方向作为增压器C的右侧进行说明。增压器C中，后述的压缩机叶轮9(叶轮)侧作为离心压缩机而发挥功能。以下，作为离心压缩机的一例，关于增压器C进行说明。可是，离心压缩机并不限于增压器C。离心压缩机既可以组装到增压器C以外的装置中，也可以是单体。

如图1所示，增压器C具备增压器主体1。该增压器主体1具备轴承外壳2。在轴承外壳2的左侧通过连结螺栓3连结涡轮外壳4。在轴承外壳2的右侧通过连结螺栓5连接压缩机外壳100。

在轴承外壳2上形成轴承孔2a。轴承孔2a在增压器C的左右方向上贯通。在轴承孔2a上设置轴承6。在图1中，作为轴承6的一例表示全浮动轴承。可是，轴承6也可以是半浮动轴承、滚动轴承等的其他径向轴承。通过轴承6能自由旋转地轴支撑轴7。在轴7的左端部设置涡轮叶轮8。涡轮叶轮8旋转自如地被收纳于涡轮外壳4内。另外，在轴7的右端部设置压缩机叶轮9。压缩机叶轮9旋转自如地被收纳于压缩机外壳100内。

在压缩机外壳100上形成外壳孔110。外壳孔110向增压器C的右侧开口。在外壳孔110中配置安装部件200。通过压缩机外壳100以及安装部件200形成主流路10。主流路10向增压器C的右侧开口。主流路10在压缩机叶轮9的旋转轴方向(以下，简称为旋转轴方向)上延伸。主流路10连接于未图示的空气过滤器。压缩机叶轮9配置于主流路10。

如上述，在通过连结螺栓5连结轴承外壳2与压缩机外壳100的状态下，形成扩散器流路11。扩散器流路11通过轴承外壳2与压缩机外壳100的对置面形成。扩散器流路11使空气升压。扩散器流路11从轴7的径向内侧向外侧环状地形成。扩散器流路11在上述的径向内侧连通于主流路10。

另外，在压缩机外壳100上设置压缩机涡旋流路12。压缩机涡旋流路12是环状的。压缩机涡旋流路12例如相比于扩散器流路11位于轴7的径向外侧。压缩机涡旋流路12与未图示的发动机的吸气口连通。压缩机涡旋流路12也连通于扩散器流路11。若压缩机叶轮9旋转，则从主流路10向压缩机外壳100内吸入空气。被吸入的空气在流通于压缩机叶轮9的叶片间的过程中，被加速加压。被加速加压的空气在扩散器流路11以及压缩机涡旋流路12中升压。升压的空气被导入发动机的吸气口。

在涡轮外壳4上形成喷出口13。喷出口13向增压器C的左侧开口。喷出口13连接于未图示的尾气净化装置。在涡轮外壳4上设置流路14、涡轮涡旋流路15。涡轮涡旋流路15是环状的。涡轮涡旋流路15例如相比于流路14位于涡轮叶轮8的径向外侧。涡轮涡旋流路15与未图示的气体流入口连通。在气体流入口中导入从未图示的发动机的排气支管排出的尾气。气体流入口也连通于上述流路14。从气体流入口向涡轮涡旋流路15导入的尾气通过流路14以及涡轮叶轮8的叶片间向喷出口13导入。向喷出口13导入的尾气在其流通过程中使涡轮叶轮8旋转。

并且，上述涡轮叶轮8的旋转力通过轴7向压缩机叶轮9传递。如上述，空气被压缩机叶轮9的旋转力加压，导入发动机的吸气口。

图2是图1的虚线部分的抽出图。如图2所示，在外壳孔100中形成隔壁部120。隔壁部120是环状的。隔壁部120在旋转轴方向上延伸。隔壁部120从外壳孔110的内周面向径向内侧离开。外壳孔110的内周面以及隔壁部120的外周面与旋转轴方向平行。可是，外壳孔110的内周面以及隔壁部120的外周面相对于旋转轴方向既可以倾斜，也可以不相互平行。

在外壳孔110的底面111上形成突出部130。突出部130是环状的。突出部130在旋转轴方向上延伸。突出部130从外壳孔110的内周面向径向内侧离开。突出部130的外周面与旋转轴方向平行。可是，突出部130的外周面相对于旋转轴方向也可以倾斜。

隔壁部120的外周面以及突出部130的外周面是同一面。可是，隔壁部120的外径既可以比突出部130的外径大，也可以小。隔壁部120中的图2中左侧(突出部130侧)的端面121、突出部130中的图2中右侧(隔壁部120侧)的端面131在旋转轴方向上离开。在隔壁部120的端面121、突出部130的端面131之间形成缝隙(后述的下游连通路310)。

在外壳孔110中形成肋140(第一分隔部)。肋140在隔离部120的圆周方向上(压缩机叶轮9的旋转方向)上离开地配置多个。在图2中，为了容易理解，用交叉剖面线表示肋140。肋140与外壳孔110的底面111一体成型。肋140从底面111向图2中右侧(后述的翅片侧)突出。肋140也一体地成型于外壳孔110的内周面、及隔壁部120的外周面。即，隔壁部120一体地成型于压缩机外壳100。隔壁部120在与外壳孔110之间维持间隙的状态下被肋140保持。可是，隔壁部120可以由与压缩机外壳100不同的个体形成，安装于压缩机外壳100。

在隔壁部120上形成隔壁孔122。隔壁孔122在旋转轴方向上贯通隔壁部120。在隔壁孔122上形成大径部122a、缩径部122b、小径部122c。大径部122a向隔壁部120中的图2中右侧(与突出部130相反侧)的端面123开口。相对于大径部122a，缩径部122b与图2中左侧(突出部130侧)连续。缩径部122b向图2中左侧(突出部130侧)内径变小。小径部122c的内径比大径部122a的内径小。相对于缩径部122b，小径部122c与图2中左侧(突出部130侧)连续。在此，关于形成大径部122a、缩径部122b、小径部122c的情况进行说明。可是，只要形成隔壁孔122，其形状可以随意。

在压缩机外壳100上形成突出孔132。突出孔132在旋转轴方向上贯通突出部130。突出孔132与隔壁孔122对置。在突出孔132以及隔壁孔122上配置压缩机叶轮9的一部分。突出孔132的内周面沿压缩机叶轮9的外形。突出孔132越向图2中右侧(隔壁孔122侧)，内径越小。隔壁孔122以及突出孔132形成上述主流路10的一部分。

在压缩机外壳100中，在图2中右侧(与涡轮叶轮8的相反侧)的端面100上开有外壳孔110。如上述，在外壳孔110上配置安装部件200。安装部件200的主体部210例如是环状的。主体部210并不限于环状，例如可以圆周方向的一部分被切割。

主体部210例如被压入外壳孔110。如此，将安装部件200安装于压缩机外壳100。可是，安装部件200可以用螺栓等的连结部件安装于压缩机外壳100。安装部件200可以接合于压缩机外壳100。

在主体部210上形成安装孔211。安装孔211在旋转轴方向上贯通主体部210。安装孔211在旋转轴方向上与隔壁孔122连续。在安装孔211上形成缩径部211a以及平行部211b。缩径部211a向图2中左侧(压缩机叶轮9侧)内径变小。平行部211b相比于缩径部211a位于图2中、左侧(压缩机叶轮9侧)。平行部211b在旋转轴方向上内径大致恒定。安装孔211的平行部211b的内径与隔壁孔122的大径部122a的内径大致相等。在此，关于形成缩径部211a、平行部211b的情况进行说明。可是，只要形成安装孔211，则其形状可以随意。

在安装部件200的主体部210中、图2中右侧(与压缩机叶轮9的相反侧)的端面212上开有安装孔211。压缩机外壳100的端面100a、安装部200的端面212例如是同一平面。可是，压缩机外壳100的端面100a相比于安装部件200的端面212可以位于图2中左侧(压缩机叶轮9侧)。即，安装部件200可以从外壳孔110向图2中右侧(从压缩机叶轮9离开的一侧)突出。安装部件200的端面212相比于压缩机外壳100的端面100a位于图2中左侧(压缩机叶轮9侧)。

在安装部件200的主体部210中、图2中左侧(压缩机叶轮9侧)的端面213为锥面。端面213越向径向内侧，越位于图2中左侧(压缩机叶轮9侧)。安装部件200的端面213、隔壁部120的端面123在旋转轴方向上分离。端面213中的径向内侧的一部分在旋转轴方向上与隔壁部120的端面123对置。在隔壁部120的端面123、安装部件200的端面213之间形成空隙(后述的上游连通路320)。

在端面213上形成翅片220(第二分隔部)。翅片220在主体部210的圆周方向(压缩机叶轮9的旋转方向)上离开地配置多个。在图2中，为了容易理解，用相比于肋140眼粗的交叉剖面线表示翅片220。翅片220例如与安装部件200一体成型。但是，翅片220也可以与安装部件200不同个体地形成，安装于安装部件200。在副流路300中，翅片220的位置被固定。

翅片220具备内周部221以及外周部222。外周部222相比于内周部221位于径向外侧。内周部221相对于外周部222在径向上连续。内周部221是在翅片220中的面向隔壁部120的端面123的部位。内周部221从端面213延伸至隔壁部120的端面123。内周部221的内周端221a与安装部件200的平行部211b的内周面、及隔壁部120的大径部122a的内周面大体上为同一平面。可是，内周部221的内周端221a相比于安装部件200的平行部211b的内周面、及隔壁部120的大径部122a的内周面可以位于径向外侧。外周部222相比于内周部221延伸至图2中左侧(压缩机叶轮9侧)。外周部222向隔壁部120的外周面与外壳孔110的内周面的间隙突出。

主流路10包括安装孔211、隔壁孔122、突出孔132而构成。副流路300形成于主流路100的径向外侧。副流路300包括突出部130的外周面以及隔壁部120的外周面、与外壳孔110内周面的间隙而构成。副流路300环状地延伸。副流路300具有下游连通路310和上游连通路320。下游连通路310由隔壁部120的端面121和突出部130的端面131形成。上游连通路320由隔壁部120的端面123、安装部件200的端面213、在圆周方向上邻接的翅片220(内周部221)形成。因此，上游连通路320在圆周方向上离开地形成多个。

上游连通路320与主流路10连通。下游连通路310在比上游连通路320靠图2中左侧(压缩机叶轮9侧、主流路10的流动方向的下游侧)与主流路10连通。

如上述，安装部件200的端面213为锥面。即，上游连通路320中、图2中右侧(从压缩机叶轮9离开的一侧、端面100a侧)的内壁面321越靠近主流路10(越向径向内侧)，越向靠近压缩机叶轮9的方向(向端面123)倾斜。内壁面321如图2所示的剖面形状既可以是直线形状，也可以是弯曲形状。由于内壁面321倾斜，因此在上游连通路320中逆流的空气沿流经主流路10的空气合流。由此，压力损失降低。可是，内壁面321也可以平行于径向地延伸。内壁面321可以越靠近主流路10(越向径向内侧)，越向从压缩机叶轮9离开的方向(从端面123离开的方向)倾斜。

肋140在副流路300中设置于下游连通路310侧。下游连通路310在沿圆周方向隔离的多个肋140之间开口。下游连通路310中、径向外侧的端部在多个肋140之间开口。例如，肋140从底面111向翅片220侧离开地配置，下游连通路310相比于肋140向图2中左侧开口的情况下，从下游连通路310逆流的空气碰撞肋140中的底面111侧的端部，存在产生剥离的可能性。通过下游连通路310中的径向外侧的端部向多个肋140之间开口，能避免这样的剥离。可是，如果通过其他设计条件而使剥离的影响被抑制于不会产生问题的范围内，则下游连通路310相比于肋140也可以向图2中左侧开口。

下游连通路310与压缩机叶轮9对置。下游连通路310中的径向内侧的端部向压缩机外壳100中的与压缩机外壳9在径向上对置的内周面开口。

下游连通路310例如平行于径向地延伸。可是，下游连通路310也可以相对于径向倾斜。下游连通路310随着向径向外侧而可以向为图2中右侧(上游连通路320侧)的方向倾斜。下游连通路310随着向径向外侧而可以向为图2中左侧(与上游连通路320相反侧)的方向倾斜。

翅片220在副流路300中设置于上游连通路320侧。翅片220中的外周部222位于副流路300内。内周部221位于上游连通路320。

副流路300通过肋140以及翅片220在圆周方向上被分隔。即，在配置肋140以及翅片220的区域中，副流路300划分为在圆周方向上隔离的多个流路。

图3是用于说明主流路10的流量与副流路300的流量的关系的图。如图3所示，在主流路10的流量多的区域中，空气在副流路300中顺流而下(空气在与主流路10相同的方向上游动。空气从上游连通路320侧向下游连通路310侧流动)。主流路10的流量越多，在副流路300中顺流的流量就越多。

在主流路10的流量小的区域中，被压缩机叶轮9压缩的高压的空气在副流路300中逆流(空气相对于主流路10的流动方向向反方向流动。空气从下游连通路310侧向上游连通路320侧流动)。主流路10的流量越小，在副流路300中逆流的流量越多。在副流路300中逆流的空气从上游连通路320向主流路10回流。由此，由于增加表观上的流量，小流量侧的动作区域扩大。

从下游连通路310向副流路300逆流的空气受压缩机叶轮9旋转的影响而成为旋转流。旋转流是与压缩机叶轮9的旋转方向相同方向的流。若通过肋140以及翅片220分隔副流路300，则抑制从上游连通路320向主流路10回流的空气的旋转速度成分。压缩机叶轮9的吸气侧的压力上升，小流量侧的动作区域进一步扩大。

图4(a)是图2的IVa-IVa线中的剖视图。图4(b)是图2的IVb-IVb线中的剖视图。在图4(a)中，压缩机外壳100中的径向外侧的部位以及压缩机叶轮9省略图示。

在图4(a)所示的一例中，肋140形成3个。肋140在隔壁部120的圆周方向上离开而等间隔地配置。可是，肋140也可以不等间隔地配置(间隔也可以不同)。在图4(b)所示的一例中，翅片220形成4个。翅片220在隔壁部120的圆周方向上分离而等间隔地配置。可是，翅片220也可以不等间隔地配置(间隔可以不同)。

相对于肋140的圆周方向的配置，翅片220的圆周方向的相对配置并不限于图4(a)、图4(b)所示的位置关系。翅片220的至少一个相对于肋140可以与旋转轴方向对置。所有的翅片220相对于任一个肋140可以与旋转轴方向不对置。

肋140的旋转方向的厚度La为翅片220的旋转方向的厚度Lb的5倍以下。若肋140的旋转方向的厚度La超过翅片220的旋转方向的厚度Lb的5倍，则相邻的肋140的间隙变窄。在相邻的肋140的间隙流动的空气的流速变快。后述的翅片220中的剥离的影响变大。在此，通过空气的流速变快而在翅片220的旋转方向侧壁面上形成剥离。详细的说，剥离流没有附着于翅片220的壁面，剥离泡在旋转轴方向上延伸。若剥离泡在旋转轴方向上延伸，则因剥离的规模扩大而增加损失。相对于此，在肋140的旋转方向的厚度La为翅片220的旋转方向的厚度Lb的5倍以下的情况下，能抑制剥离的影响，提高压缩效率。可是，如果通过其他设计条件能抑制在剥离的影响不会成为问题的范围内，则肋140的旋转方向的厚度La可以超过翅片220的旋转方向的厚度Lb的5倍。

翅片220平行于压缩机叶轮9的径向(沿径向，放射状)地延伸。可是，翅片220相对于压缩机叶轮9的径向也可以倾斜。例如，在翅片220中的外周端相对于内周端可以在旋转方向上偏离。肋140平行于压缩机叶轮9的径向(沿径向，放射状)地延伸。可是，肋140相对于压缩机叶轮9的径向也可以倾斜。例如，肋140中的外周端相对于内周端可以在旋转方向上偏离。

图5是根据肋140的数量以及翅片220的数量的压缩效率的测量结果的一例。图6是基于图5所示的测量结果的第一图表。在图5、图6中，表示将肋140的数量(肋数量)为3个、翅片220的数量(翅片数量)为8个的情况作为基准值的压缩效率的增减率(％)。

如图6所示，在肋140为3个的情况下，若翅片220为第一范围X(7个以下)，则压缩效率比基准值高。在肋140为6个的情况下，若翅片220为第一范围Y(2个以上10个以下)，则压缩效率比基准值高。在肋140为9个的情况下，若翅片220为第一范围Z(5个以上13个以下)，则压缩效率比基准值高。

基于图5、图6，求出相对于肋140的数量的翅片220的数量的适当范围。即，肋140配置N个，翅片220配置M个。N、M为自然数。此时，以N-4≦M≦N+4的方式配置肋140以及翅片220。

如上述，若通过肋140以及翅片220分隔副流路300，则能抑制从上游连通路320向主流路10回流的空气的旋转速度成分。压缩机叶轮9的吸气侧的压力上升，小流量侧的动作区域扩大。可是，相对于肋140的数量若翅片220的数量过多，则由于翅片220中的在肋140侧的端部223(参照图2)中产生的剥离的影响，压力损失变大。通过相对于N个肋140而配置M个(可是，N-4≦M≦N+4)翅片220，抑制空气的旋转速度成分、且能抑制压力损失、提高压缩效率。

图7是基于图5所示的测量结果的第二图表。在图7中，相比较于图6较小地设定翅片220的数量的范围(第一范围X’、Y’、Z’)。

如图7所示，在肋140为3个的情况下，若翅片220为第一范围X’(1个以上5个以下)，则压缩效率特别高。在肋140为6个的情况下，若翅片220为第二范围Y’(4个以上且8个以下)，则压缩效率特别高。在肋140为9个的情况下，若翅片220为第二范围Z’(7个以上且11个以下)，则压缩效率特别高。

即，通过相对于N个肋140配置M个(可是，N-2≦M≦N+2)翅片220，抑制空气的旋转速度成分、且能进一步抑制压力损失、进一步提高压缩效率。在此，可以使肋140的配置个数N与翅片220的配置个数M的配置个数差变小。该情况下，通过肋140与翅片220的空气(流体)的流路面积的变化变小。其结果，能抑制因副流路300内的空气的加减速而引起的损失。例如，若空气加速，则上述剥离的影响就会变大。能够期待因该剥离的影响而导致的损失的抑制。另外，例如若空气减速，则圆周方向速度成分的作用就会变大。其结果，能预测因从上游连通路320向主流流入的流动、主流流动的合流而导致的混合损失会增加。能够期待该混合损失的抑制。

以上，参照附图关于本发明的一实施方式进行了说明，但本发明并不限于这些实施方式。只要是本领域技术人员，便能知晓能够在技术方案所记载的范围中想到各种变形例或修正例，即使这些，当然也属于本发明的技术范围。

产业上的利用可能性如下。

本发明能够利用于形成有与主流路连通的副流路的离心压缩机。

符号说明

9—压缩机叶轮(叶轮)，10—主流路，140—肋(第一分隔部)，220—翅片(第二分隔部)，300—副流路，310—下游连通路，320—上游连通路，321—内壁面，C—增压器(离心增压器)。

Claims (5)

1.一种离心压缩机，其特征在于，

具备：

叶轮；

配置有上述叶轮且在上述叶轮的旋转轴方向上延伸的主流路；

副流路，该副流路具有上游连通路以及下游连通路，该上游连通路与上游主流路连通，该下游连通路在比上述上游连通路靠上述叶轮侧与上述主流路连通；

N个第一分隔部，其固定于上述副流路，且在上述叶轮的旋转方向上相互离开地配置；以及

M个第二分隔部，其固定于上述副流路中的比上述第一分隔部靠上述上游连通路侧，且在上述旋转方向上相互离开地配置，其中，N-4≦M≦N+4。

2.根据权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于，

上述第一分隔部的上述旋转方向的厚度是上述第二分隔部的上述旋转方向的厚度的5倍以内。

3.根据权利要求1或2所述的离心压缩机，其特征在于，

上述下游连通路在多个上述第一分隔部之间开口。

4.根据权利要求1～3任一项所述的离心压缩机，其特征在于，

上述上游连通路中的从上述叶轮离开的一侧的内壁面越靠近上述主流路越向靠近上述叶轮的方向倾斜。

5.根据权利要求1～4任一项所述的离心压缩机，其特征在于，

上述第二分隔部在上述叶轮的径向上延伸。