CN110678658A - 离心压缩机以及具备该离心压缩机的涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

离心压缩机具备：具有多个第一叶片并且设置成能够旋转的叶轮；以及在叶轮的旋转轴线方向上局部地设置在第一叶片的前缘部侧，并且将在周向上相邻的第一叶片之间相互连结的护罩。护罩具有护罩的上游侧端缘部以及下游侧端缘部中的至少一方的旋转轴线方向上的位置沿着护罩的周向变化的形状。

Description

离心压缩机以及具备该离心压缩机的涡轮增压器

技术领域

本发明涉及离心压缩机以及具备该离心压缩机的涡轮增压器。

背景技术

在离心压缩机中，存在叶片整体被护罩覆盖的封闭型和叶片未被护罩覆盖的开放型。在专利文献1～3中，记载有在叶轮的旋转轴线方向上局部地、例如在叶片的前缘部侧叶片被护罩覆盖的离心压缩机。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6-235398号公报

专利文献2：日本特开平6-193594号公报

专利文献3：日本专利第3653054号公报

发明内容

发明要解决的课题

设置于专利文献1～3的离心压缩机的护罩具有沿着护罩的周向具有恒定形状的圆筒形状。虽然通过利用这样的护罩覆盖叶片而能够得到可以减少间隙流的产生的效果，但另一方面，也可能产生几个缺点，在以往的圆筒形状的护罩中，存在无法应对这些缺点的课题。

鉴于上述情形，本发明的至少一个实施方式的目的在于提供一种离心压缩机以及具备该离心压缩机的涡轮增压器，该离心压缩机在叶轮的旋转轴线方向上叶片局部地被护罩覆盖，可以减少因设置护罩而产生的缺点。

用于解决课题的方案

(1)本发明的至少一个实施方式的离心压缩机具备：

叶轮，所述叶轮具有多个第一叶片并且设置成能够旋转；以及

护罩，所述护罩在所述叶轮的旋转轴线方向上局部地设置在所述第一叶片的前缘部侧，将在周向上相邻的所述第一叶片之间相互连结，

所述护罩具有该护罩的上游侧端缘部以及下游侧端缘部中的至少一方的所述旋转轴线方向上的位置沿着所述护罩的周向变化的形状。

根据上述(1)的结构，护罩具有能够应对因设置护罩而可能产生的缺点的形状，从而可以减少缺点。

(2)在几个实施方式中，在上述(1)的结构中，

所述护罩构成为，与所述第一叶片的正压面连接的部分以及与所述第一叶片的负压面连接的部分分别从所述第一叶片的前缘部朝向后缘部处于所述第一叶片的子午面长度的30％以下的范围内。

根据本发明人等的CFD解析可知，间隙流主要在第一叶片的子午面长度的30％以下的范围内产生。根据上述(2)的结构，通过从第一叶片的前缘部朝向后缘部设置在第一叶片的子午面长度的30％以下的范围的护罩，可以减少间隙流的产生。

(3)在几个实施方式中，在上述(1)或(2)的结构中，

所述护罩构成为，与所述第一叶片的正压面连接的部分的子午面长度以及与所述第一叶片的负压面连接的部分的子午面长度中的一方比另一方长。

关于第一叶片的振动的一次固有模式是第一叶片的前缘部侧的部分振动的模式，因此，在第一叶片的前缘部侧设置护罩这种结构会对进行振动的部分附加质量，导致特征值降低。但是，根据上述(3)的结构，由于护罩存在旋转轴线方向的宽度较窄的部分，因此，与护罩的旋转轴线方向的宽度在周向上恒定的情况相比，可以减少护罩的质量，其结果是，可以降低叶片的振动。

另外，在第一叶片的前缘部侧，间隙流从第一叶片的正压面侧朝向负压面侧产生。因此，为了抑制由间隙流产生损失，在第一叶片的正压面或负压面的任一方，只要能够在所需的范围内通过护罩覆盖第一叶片就足够了。根据上述(3)的结构，可以在与第一叶片的正压面侧或负压面侧的任一方连接的部分抑制由间隙流产生损失。

(4)在几个实施方式中，在上述(1)～(3)中的任一个结构中，

所述护罩构成为，在周向上相邻的所述第一叶片之间从与所述第一叶片的正压面连接的部分起直至与所述第一叶片的负压面连接的部分为止的上游侧端缘部的一部分相比喉部位置位于所述第一叶片的后缘部侧。

如果用护罩覆盖叶片，则可能会因喉部面积降低而导致流量降低。根据上述(4)的结构，可以一边避开喉部位置一边设置护罩，因此，可以抑制流量的降低。

(5)在几个实施方式中，在上述(4)的结构中，

所述护罩构成为，与所述第一叶片的正压面连接的部分的前端部位于所述第一叶片的所述前缘部，并且与所述第一叶片的负压面连接的部分的前端部相比所述喉部位置位于所述第一叶片的后缘部侧。

根据上述(5)的结构，可以一边避开喉部位置一边设置护罩，因此，可以抑制流量的降低。

(6)在几个实施方式中，在上述(1)～(5)中的任一个结构中，

所述叶轮在周向上相邻的所述第一叶片之间还具备多个第二叶片，所述多个第二叶片在比所述第一叶片的所述前缘部靠后缘部侧的位置具有前缘部，并且具有比所述第一叶片短的子午面长度，

所述护罩将在周向上相邻的所述第一叶片之间和该第一叶片之间的所述第二叶片相互连结。

根据上述(6)的结构，通过护罩将第一叶片和具有与第一叶片不同的振动模式的第二叶片连结，从而可以降低第一叶片的固有模式下的振动。

(7)本发明的至少一个实施方式的离心压缩机具备：

叶轮，所述叶轮具有多个第一叶片和设置于在周向上相邻的所述第一叶片之间的多个第二叶片，并且设置成能够旋转；以及

护罩，所述护罩在所述叶轮的旋转轴线方向上局部地设置在所述第一叶片的前缘部侧，

所述第二叶片在比所述第一叶片的所述前缘部靠后缘部侧的位置具有前缘部，并且具有比所述第一叶片短的子午面长度，

所述护罩将在周向上相邻的所述第一叶片之间和该第一叶片之间的所述第二叶片相互连结。

根据上述(7)的结构，通过护罩将第一叶片和具有与第一叶片不同的振动模式的第二叶片连结，从而可以降低第一叶片的固有模式下的振动。

(8)本发明的至少一个实施方式的涡轮增压器具备上述(1)～(7)中任一项的离心压缩机。

根据上述(8)的结构，护罩具有能够应对因设置护罩而可能产生的缺点的形状，从而可以减少缺点。

发明的效果

根据本发明的至少一个实施方式，护罩具有护罩的上游侧端缘部以及下游侧端缘部中的至少一方的旋转轴线方向上的位置沿着护罩的周向变化的形状，从而护罩可以具有能够应对因设置护罩而可能产生的缺点的形状，因此，可以减少上述那样的缺点。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的离心压缩机的局部剖视图。

图2是表示通过本发明人等进行的CFD解析而得到的间隙流的分布的图表。

图3是表示设置于本发明的实施方式1的离心压缩机的护罩的一例的图。

图4是表示设置于本发明的实施方式1的离心压缩机的护罩的另一例的图。

图5是表示设置于本发明的实施方式2的离心压缩机的护罩的图。

图6是表示设置于本发明的实施方式3的离心压缩机的护罩的图。

图7是表示设置于本发明的实施方式3的离心压缩机的护罩的变形例的图。

图8是表示设置于本发明的实施方式3的离心压缩机的护罩的另一变形例的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。但是，本发明的范围并不限定于以下的实施方式。以下的实施方式所记载的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等，其主旨并非将本发明的范围仅限定于此，只不过是说明例。

以涡轮增压器的离心压缩机为例对以下所示的本发明的几个实施方式的离心压缩机进行说明。但是，本发明中的离心压缩机并不限于涡轮增压器的离心压缩机，也可以是单独进行动作的任意的离心压缩机。在以下的说明中，由该压缩机压缩的流体是空气，但可以替换为任意的流体。

(实施方式1)

如图1所示，实施方式1的离心压缩机1具备壳体2和在壳体2内以能够以旋转轴线L为中心进行旋转的方式设置的叶轮3。叶轮3具有在周向上隔开规定的间隔而设置的流线形状的多个第一叶片4(在图1中仅描绘出一个第一叶片4)。

在叶轮3上，从第一叶片4的前缘部4a朝向后缘部4b，在旋转轴线L方向上局部地设置有环形的护罩5。通过护罩5，在周向上相邻的第一叶片4、4的外周缘部4c、4c之间相互连结。以下，对设置护罩5的范围进行说明。

本发明人等对具备叶片未被护罩覆盖的开放型叶轮的离心压缩机进行CFD解析，求出产生间隙流的区域。其解析结果如图2所示。根据该结果可知，间隙流主要在从第一叶片4的前缘部4a朝向后缘部4b处于子午面长度的30％以下的范围内产生。因此，为了减少间隙流的产生，优选在该范围内设置护罩5。即便在比该范围靠后缘部4b侧的范围设置护罩5，也不会提高减少间隙流的产生的效果。

另外，本发明人等报告了对封闭型的离心压缩机的CFD解析的结果(参照Ibaraki，S.，Furukawa，M.，Iwakiri，K.and Takahashi，K.，Vortical flow structure and lossgeneration process in a transonic centrifugal compressor impeller(跨音速离心压缩机叶轮中的旋涡流结构和损失生成过程)，Proceedings of ASME Turbo Expo2007，Montreal，Canada，GT2007-27791(2007))。由此，在封闭型的离心压缩机中，具有可以抑制由间隙流产生损失的优点，但具有如下缺点：有时会因产生集聚在叶片的后缘部侧的低能量流体卷起的扬起涡流而产生损失。

根据本发明人等的这些CFD解析的结果，如图1所示，在离心压缩机1中，可以通过从第一叶片4的前缘部4a朝向后缘部4b在第一叶片4的子午面长度的30％以下的范围设置的护罩5来减少间隙流的产生，另一方面，可以抑制因在第一叶片4的后缘部4b侧没有护罩而产生扬起涡流所导致的损失的产生。

但是，对在叶轮3的旋转轴线L方向上局部地设置有护罩5的离心压缩机1而言，存在特征值降低的重大缺点。第一叶片4的一次固有模式是前缘部4a侧摆动的模式，在离心压缩机1中，在该部分附加护罩5的质量，因此，导致特征值的降低。为了抑制这样的特征值的降低，需要对护罩5的形状下功夫。

因此，设置于离心压缩机1的护罩5具有下游侧端缘部5b的旋转轴线L方向上的位置沿着护罩5的周向变化的形状。具体而言，如图3所示，护罩5具有与第一叶片4的正压面4d连接的部分11的后端部11b相比与第一叶片4的负压面4e连接的部分12的后端部12b位于第一叶片4的前缘部4a侧的形状、即与第一叶片4的正压面4d连接的部分11的子午面长度比与第一叶片4的负压面4e连接的部分12的子午面长度短的形状。

另外，作为另一例，如图4所示，护罩5可以具有与第一叶片4的负压面4e连接的部分12的后端部12b相比与第一叶片4的正压面4d连接的部分11的后端部11b位于第一叶片4的前缘部4a侧的形状、即与第一叶片4的负压面4e连接的部分12的子午面长度比与第一叶片4的正压面4d连接的部分11的子午面长度短的形状。

在图3以及图4分别示出的护罩5中，由于在后端部11b以及后端部12b的部分存在旋转轴线L(参照图1)方向的宽度较窄的部分，因此，与护罩5的下游侧端缘部5b的旋转轴线L方向上的位置沿着护罩5的周向恒定的情况、即旋转轴线L方向的宽度在周向上恒定的情况相比，可以减少护罩5的质量。其结果是，可以降低第一叶片4的振动。

另一方面，第一叶片4的前缘部4a侧的间隙流从正压面4d侧朝向负压面4e侧产生。因此，为了减少间隙流的产生，与正压面4d连接的部分11或与负压面4e连接的部分12的任一方从前缘部4a朝向后缘部4b充分覆盖第一叶片4的子午面长度的30％以下的范围即可。图3以及图4分别示出的护罩5的部分12以及部分11分别覆盖该范围整体，因此，通过减少护罩5的质量，可以一边降低第一叶片4的振动，一边减少间隙流的产生。

这样，护罩5具有下游侧端缘部5b的旋转轴线L方向上的位置沿着护罩5的周向变化的形状，从而存在旋转轴线L方向的宽度较窄的部分，因此，与护罩5的上游侧端缘部5a以及下游侧端缘部5b的旋转轴线L方向上的位置沿着护罩5的周向恒定的情况相比，可以减少护罩5的质量，其结果是，可以降低第一叶片4的振动。

在实施方式1中，护罩5具有与第一叶片4的正压面4d连接的部分11的子午面长度以及与第一叶片4的负压面4e连接的部分12的子午面长度中的一方比另一方短的形状，但并不限定于该形态。护罩5也可以在周向上包括与第一叶片4的正压面4d连接的部分11的子午面长度比与第一叶片4的负压面4e连接的部分12的子午面长度短的部位和与第一叶片4的负压面4e连接的部分12的子午面长度比与第一叶片4的正压面4d连接的部分11的子午面长度短的部位这两者。

在实施方式1中，护罩5的整体从第一叶片4的前缘部4a朝向后缘部4b设置在第一叶片4的子午面长度的30％以下的范围，但并不限定于该形态。至少与第一叶片4的正压面4d连接的部分11以及与第一叶片4的负压面4e连接的部分12处于该范围即可，这些部分11、12之间的下游侧端缘部5b也可以在该范围外。

(实施方式2)

接着，对实施方式2的离心压缩机进行说明。实施方式2的离心压缩机相对于实施方式1变更了护罩5的形状。另外，在实施方式2中，对与实施方式1的构成要件相同的构成要件标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。

在实施方式2中，护罩5具有上游侧端缘部5a的旋转轴线L方向上的位置沿着护罩5的周向变化的形状。具体而言，如图5所示，护罩5具有与第一叶片4的负压面4e连接的部分12的前端部12a相比与第一叶片4的正压面4d连接的部分11的前端部11a在旋转轴线L方向上位于第一叶片4的后缘部4b侧，并且相比喉部位置10在旋转轴线L方向上位于第一叶片4的后缘部4b侧的形状。其他结构与实施方式1相同。

若利用护罩5覆盖第一叶片4，则在实施方式1中如上所述可以减少间隙流的产生，另一方面，存在由于喉部面积与护罩5的厚度量相应地降低而可能会导致流量降低的缺点。但是，在实施方式2的结构中，可以一边避开喉部位置10一边设置护罩5，因此，可以抑制流量的降低。

另外，实施方式2的护罩5具有上游侧端缘部5a的旋转轴线L方向上的位置沿着护罩5的周向变化的形状，从而存在旋转轴线L方向的宽度较窄的部分，因此，与实施方式1同样地，也可以降低第一叶片4的振动。并且，实施方式2的护罩5的与第一叶片4的正压面4d连接的部分11从前缘部4a朝向后缘部4b覆盖第一叶片4的子午面长度的30％以下的范围整体，因此，与实施方式1同样地，也可以减少间隙流的产生。

在实施方式2中，从前端部11a起直至前端部12a为止的护罩5的上游侧端缘部5a整体相比喉部位置10在旋转轴线L方向上位于第一叶片4的后缘部4b侧，但并不限定于该形态。从前端部11a起直至前端部12a为止的护罩5的上游侧端缘部5a的一部分也可以相比喉部位置10在旋转轴线L方向上位于第一叶片4的后缘部4b侧。

在实施方式2中，护罩5的下游侧端缘部5b的旋转轴线L方向上的位置在周向上恒定，但并不限定于该形态。护罩5的下游侧端缘部5b的旋转轴线L方向上的位置也可以在周向上变化。即，也可以组合实施方式1的护罩5的结构和实施方式2的护罩5的结构。

(实施方式3)

接着，对实施方式3的离心压缩机进行说明。在实施方式3的离心压缩机中，相对于实施方式1以及2，叶轮3变更为除了具有第一叶片4之外，还具有与第一叶片4形状不同的第二叶片。另外，以下以变更了实施方式1的离心压缩机的形态对实施方式3进行说明，但也可以将实施方式2的离心压缩机变更为实施方式3的形态。另外，在实施方式3中，对与实施方式1的构成要件相同的构成要件标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。

如图6所示，叶轮3具有：在周向上隔开规定的间隔而设置的流线形状的多个第一叶片4和设置于在周向上相邻的第一叶片4、4之间的作为第二叶片的多个分流叶片20。分流叶片20在比第一叶片4的前缘部4a靠后缘部4b侧的位置具有前缘部20a，并且具有比第一叶片4短的子午面长度。

护罩5将在周向上相邻的第一叶片4、4之间与第一叶片4、4之间的分流叶片20相互连结。另外，护罩5具有下游侧端缘部5b的旋转轴线L方向上的位置在周向上变化的形状。其他结构与实施方式1相同。

在实施方式3的结构中，通过护罩5将第一叶片4和具有与第一叶片4不同的振动模式的分流叶片20连结，从而可以降低第一叶片4的固有模式下的振动。

另外，实施方式3的护罩5的与第一叶片4的正压面4d连接的部分11从前缘部4a朝向后缘部4b覆盖第一叶片4的子午面长度的30％以下的范围内，因此，与实施方式1同样地，也可以减少间隙流的产生。

如图7所示，实施方式3的护罩5也可以是与第一叶片4的负压面4e连接的部分12的后端部12b相比与第一叶片4的正压面4d连接的部分11的后端部11b位于第一叶片4的前缘部4a侧的形状。在该情况下，与图6的护罩5相比，可以减少质量，因此，可以降低第一叶片4的振动。另外，部分11从前缘部4a朝向后缘部4b覆盖第一叶片4的子午面长度的30％以下的范围整体，因此，与图6的护罩5同样地，也可以减少间隙流的产生。

如图8所示，实施方式3的护罩5也可以构成为，上游侧端缘部5a以及下游侧端缘部5b各自的旋转轴线L(参照图1)方向上的位置沿着护罩5的周向恒定，并且，将在周向上相邻的第一叶片4、4之间与第一叶片4、4之间的分流叶片20相互连结。在该情况下，第一叶片4和具有与第一叶片4不同的振动模式的分流叶片20也通过护罩5连结，因此，可以降低第一叶片4的固有模式下的振动。

附图标记说明

1 离心压缩机

2 壳体

3 叶轮

4 第一叶片

4a (第一叶片的)前缘部

4b (第一叶片的)后缘部

4c (第一叶片的)外周缘部

4d (第一叶片的)正压面

4e (第一叶片的)负压面

5 护罩

5a (护罩的)上游侧端缘部

5b (护罩的)下游侧端缘部

10 喉部位置

11 与第一叶片的正压面连接的部分

11a (与第一叶片的正压面连接的部分的)前端部

11b (与第一叶片的正压面连接的部分的)后端部

12 与第一叶片的负压面连接的部分

12a (与第一叶片的负压面连接的部分的)前端部

12b (与第一叶片的负压面连接的部分的)后端部

20 分流叶片(第二叶片)

Claims (8)

1.一种离心压缩机，其中，具备：

叶轮，所述叶轮具有多个第一叶片并且设置成能够旋转；以及

护罩，所述护罩在所述叶轮的旋转轴线方向上局部地设置在所述第一叶片的前缘部侧，将在周向上相邻的所述第一叶片之间相互连结，

所述护罩具有该护罩的上游侧端缘部以及下游侧端缘部中的至少一方的所述旋转轴线方向上的位置沿着所述护罩的周向变化的形状。

2.如权利要求1所述的离心压缩机，其中，

所述护罩构成为，与所述第一叶片的正压面连接的部分以及与所述第一叶片的负压面连接的部分分别从所述第一叶片的前缘部朝向后缘部处于所述第一叶片的子午面长度的30％以下的范围内。

3.如权利要求1或2所述的离心压缩机，其中，

所述护罩构成为，与所述第一叶片的正压面连接的部分的子午面长度以及与所述第一叶片的负压面连接的部分的子午面长度中的一方比另一方长。

4.如权利要求1～3中任一项所述的离心压缩机，其中，

所述护罩构成为，在周向上相邻的所述第一叶片之间从与所述第一叶片的正压面连接的部分起直至与所述第一叶片的负压面连接的部分为止的上游侧端缘部的一部分相比喉部位置位于所述第一叶片的后缘部侧。

5.如权利要求4所述的离心压缩机，其中，

所述护罩构成为，与所述第一叶片的正压面连接的部分的前端部位于所述第一叶片的所述前缘部，并且与所述第一叶片的负压面连接的部分的前端部相比所述喉部位置位于所述第一叶片的后缘部侧。

6.如权利要求1～5中任一项所述的离心压缩机，其中，

所述叶轮在周向上相邻的所述第一叶片之间还具备多个第二叶片，所述多个第二叶片在比所述第一叶片的所述前缘部靠后缘部侧具有前缘部，并且具有比所述第一叶片短的子午面长度，

所述护罩将在周向上相邻的所述第一叶片之间和该第一叶片之间的所述第二叶片相互连结。

7.一种离心压缩机，其中，具备：

叶轮，所述叶轮具有多个第一叶片和设置于在周向上相邻的所述第一叶片之间的多个第二叶片，并且设置成能够旋转；以及

护罩，所述护罩在所述叶轮的旋转轴线方向上局部地设置在所述第一叶片的前缘部侧，

所述第二叶片在比所述第一叶片的所述前缘部靠后缘部侧具有前缘部，并且具有比所述第一叶片短的子午面长度，

所述护罩将在周向上相邻的所述第一叶片之间和该第一叶片之间的所述第二叶片相互连结。

8.一种涡轮增压器，其中，具备权利要求1～7中任一项所述的离心压缩机。

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