CN111630280A - 离心压缩机以及具备该离心压缩机的涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

在具备以能够旋转的方式设于壳体内的叶轮的离心压缩机中，壳体包含划分出连通于叶轮的出口的扩散通路的护罩壁以及轮毂壁，扩散通路包含：收缩部，其以护罩壁从叶轮的出口朝向离心压缩机的径向外侧接近轮毂壁的方式构成；以及平行部，其在比收缩部靠离心压缩机的径向外侧连通于收缩部，并且由护罩壁以及轮毂壁相互平行地构成，面向叶轮以及轮毂壁的护罩壁的表面在包含叶轮的轴线的剖面中具有可在任意的位置存在切线的剖面形状。

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

本公开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

涡轮增压器等的离心压缩机在叶轮的排出侧具有扩散通路以及涡旋通路。由叶轮压缩后的流体在扩散通路中降低流速而使得其动压成分的一部分转换为静压，之后流入涡旋通路。扩散通路的形状一般来说有划分扩散通路的两个壁相互平行的形状(平行壁)、以及具有两个壁间的间隔朝向径向外侧减少部分的形状(收缩(pinched)壁)。具有由收缩壁形成的扩散通路的离心压缩机例如记载于专利文献1中。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第6112223号公报

发明内容

发明将要解决的课题

作为由收缩壁形成的扩散通路，例如如图6所示，在划分于护罩壁102与轮毂壁103之间的扩散通路100中，设想扩散通路100包含收缩部110和平行部111的构成，该收缩部110由护罩壁102从叶轮105的出口部分101朝向径向外侧而接近轮毂壁103地以一定的倾斜度倾斜而成，该平行部111由护罩壁102以及轮毂壁103在比收缩部110靠径向外侧相互平行而成。在包含叶轮105的轴线L的剖面中，将朝向径向外侧延长了叶轮105的叶片106的外周缘部106a的径向最外部106a1的直线L₃和护罩壁102的表面上的任意的位置处的切线的所成的角度设为λ。另外，关于从叶轮105的轴线L朝向径向外侧的距离即R，将从叶轮105的轴线L到叶轮105的出口部分101的距离设为R₀，将从叶轮105的轴线L到收缩部110平行部111的边界部分104的距离设为R₁。

在图7中，在对横轴获取R、并且对纵轴获取λ的R－λ平面中，利用函数f将R与λ的关系表示为λ＝f(R)。在R≤R₀的范围内，护罩壁102的表面成为平滑的递减函数，但在R＝R₀时，λ不连续地上升，在R₀≤R＜R₁的范围内，护罩壁102以一定的倾斜度倾斜，因此λ采取一定值。另外，在R＝R₁时，λ不连续地降低，在R≥R₁的范围内，护罩壁102与轮毂壁103相互平行，因此λ采取一定值。如此，在叶轮105的出口部分101、收缩部110与平行部111的边界部分104，在护罩壁102中存在不连续的部分。在这种不连续的部分中，有产生损失、产生剥离这一问题。

鉴于上述情况，本公开的至少一个实施方式的目的在于，提供抑制了扩散通路中的损失或者剥离的产生的离心压缩机以及具备该离心压缩机的涡轮增压器。

用于解决课题的手段

(1)本发明的至少一个实施方式的离心压缩机具备以能够旋转的方式设于壳体内的叶轮，其中，

所述壳体包含划分出扩散通路的护罩壁以及轮毂壁，该扩散通路连通于所述叶轮的出口，

所述扩散通路包含：

收缩部，其以所述护罩壁从所述叶轮的出口朝向所述离心压缩机的径向外侧接近所述轮毂壁的方式构成；以及

平行部，其在比所述收缩部靠所述离心压缩机的径向外侧连通于所述收缩部，并且由所述护罩壁以及所述轮毂壁相互平行地构成，

面向所述叶轮以及所述轮毂壁的所述护罩壁的表面在包含所述叶轮的轴线的剖面中具有可在任意的位置存在切线的剖面形状。

根据上述(1)的构成，面向叶轮以及轮毂壁的护罩壁的表面在包含叶轮的轴线的剖面中具有可在任意的位置存在切线的剖面形状，使得护罩壁的表面为平滑的形状，且在护罩壁的表面不存在不连续的部分，因此能够抑制扩散通路中的损失或者剥离的产生。

(2)在几个实施方式中，在上述(1)的构成中，

关于作为从所述叶轮的轴线朝向所述离心压缩机的径向外侧的距离的R，若将从所述叶轮的轴线至所述叶轮的出口的距离设为R₀，将从所述叶轮的轴线至所述收缩部与所述平行部的边界部分的距离设为R₁，则R₀≤R≤R₁的范围内的所述剖面形状为相对于所述轮毂壁以凸状弯曲的曲线。

根据上述(2)的构成，R₀≤R≤R₁的范围内的护罩壁的表面的剖面形状为相对于轮毂壁以凸状弯曲的曲线，使得R₀≤R≤R₁的范围内的曲线能够分别平滑地连接到R≤R₀的范围内的护罩壁的表面的剖面和R≥R₁的范围内的护罩壁的表面的剖面，因此能够以不在护罩壁的表面形成不连续的部分的方式构成收缩部。

(3)在几个实施方式中，在上述(1)的构成中，

关于作为从所述叶轮的轴线朝向所述离心压缩机的径向外侧的距离的R，若将从所述叶轮的轴线至所述叶轮的出口的距离设为R₀，将从所述叶轮的轴线至所述收缩部与所述平行部的边界部分的距离设为R₁，

则R₀≤R≤R₁的范围内的所述剖面形状是包含如下第一曲线和第二曲线的曲线：

所述第一曲线在R₀≤R≤R₂(R₀＜R₂＜R₁)的范围内相对于所述轮毂壁以凹状弯曲，

第二曲线在R₂≤R≤R₁的范围内相对于所述轮毂壁以凸状弯曲。

若R₀≤R≤R₁的范围内的护罩壁的表面的剖面形状仅由相对于轮毂壁以凸状弯曲的曲线构成，则有扩散通路的形状中产生限制的情况。但是，根据上述(3)的构成，使R₀≤R≤R₁的范围内的剖面形状为包含在R₀≤R≤R₂(R₀＜R₂＜R₁)的范围内相对于轮毂壁以凹状弯曲的第一曲线和在R₂≤R≤R₁的范围内相对于轮毂壁以凸状弯曲的第二曲线的曲线，从而能够以在缓和扩散通路的形状的限制的同时不在护罩壁的表面形成不连续的部分的方式构成收缩部。

(4)在几个实施方式中，在上述(1)～(3)中任一个构成中，

在包含所述叶轮的轴线的剖面，若将朝向径向外侧延长了所述叶轮的叶片的外周缘部的径向最外部的直线与所述切线的所成的角度设为λ，在R₀≤R＜R₁的范围内利用函数f将所述R与所述λ的关系表示为λ＝f(R)，并将f(R)的一次导函数设为f’(R)，则在R₀≤R＜R₁中，f’(R)＜0。

根据上述(4)的构成，在收缩部中以护罩壁朝向径向外侧平滑地接近轮毂壁的方式构成，因此能够抑制扩散通路中的损失或者剥离的产生。

(5)本发明的至少一个实施方式的涡轮增压器具备上述(1)～(4)中任一个离心压缩机。

根据上述(5)的构成，面向叶轮以及轮毂壁的护罩壁的表面在包含叶轮的轴线的剖面中具有可在任意的位置存在切线的剖面形状，使得护罩壁的表面为平滑的形状，且在护罩壁的表面不存在不连续的部分，因此能够抑制扩散通路中的损失或者剥离的产生。

发明效果

根据本公开的至少一个实施方式，面向叶轮以及轮毂壁的护罩壁的表面在包含叶轮的轴线的剖面中具有可在任意的位置存在切线的剖面形状，使得护罩壁的表面为平滑的形状，且在护罩壁的表面不存在不连续的部分，因此能够抑制扩散通路中的损失或者剥离的产生。

附图说明

图1是本公开的实施方式1的离心压缩机的剖面图。

图2是本公开的实施方式1的离心压缩机中的扩散通路的局部放大剖面图。

图3是表示本公开的实施方式1的离心压缩机中的扩散通路中的R与λ的关系的示意图表。

图4是本公开的实施方式2的离心压缩机中的扩散通路的局部放大剖面图。

图5是表示本公开的实施方式2的离心压缩机中的扩散通路中的R与λ的关系的示意图表。

图6是以往的离心压缩机的剖面示意图。

图7是表示以往的离心压缩机中的扩散通路中的R与λ的关系的示意图表。

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构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等并非将本发明的范围仅限定于此的主旨，而只是单纯的说明例而已。

对于以下所示的本公开的几个实施方式的离心压缩机，以涡轮增压器的离心压缩机为例进行说明。但是，本公开中的离心压缩机并不限定于涡轮增压器的离心压缩机，也可以是单独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，本公开的实施方式1的离心压缩机1具备壳体2和在壳体2内设为能够以轴线L为中心旋转的叶轮3。壳体2包含护罩壁4以及轮毂壁5，在护罩壁4与轮毂壁5之间划分出沿叶轮3的周围连通于叶轮3的出口的扩散通路10。

扩散通路10包含：收缩部11，其从叶轮3的出口朝向离心压缩机1的径向外侧(以下，简称作“径向外侧”)延伸；以及平行部12，其在比收缩部11靠径向外侧连通于收缩部11，并且朝向径向外侧延伸。收缩部11以护罩壁4朝向径向外侧接近轮毂壁5的方式构成。即，收缩部11以朝叶轮3的轴线L的方向的流路宽度向径向外侧减少的方式构成。平行部12以护罩壁4以及轮毂壁5相互平行的方式构成。

面向叶轮3以及轮毂壁5的护罩壁4的表面4a在包含叶轮3的轴线L的剖面中具有剖面形状7，该剖面形状7由在沿着叶轮3的叶片6的外周缘部6a的部分以凸状平滑地弯曲的曲线7a、在划分收缩部11的部分以凸状平滑地弯曲的曲线7b、以及在划分平行部12的部分朝向径向外侧水平延伸的直线7c形成。曲线7a与曲线7b在位于叶轮3的出口的边界部分18平滑地连接。曲线7b与直线7c在位于比边界部分18靠径向外侧的边界部分19平滑地连接。

在包含叶轮3的轴线L的剖面中，曲线7a以及7b以凸状平滑地弯曲，曲线7a与曲线7b平滑地连接，曲线7b与直线7c平滑地连接，从而使护罩壁4的表面4a平滑地连续，在表面4a中不存在不连续的部分，例如急剧的突出、凹陷等。另外，叶轮3的叶片6的后缘部6b与叶轮3的轴线L平行地构成。

接下来，更详细地说明护罩壁4的表面4a为平滑地连续的形状。

如图2所示，在包含叶轮3的轴线L的剖面中，将朝向径向外侧延长了叶轮3的叶片6的外周缘部6a的径向最外部6a1的直线L₁和表面4a上的任意的位置处的切线L₂的所成的角度设为λ。另外，关于从叶轮3的轴线L朝向径向外侧的距离即R，将从叶轮3的轴线L到叶轮3的出口即边界部分18的距离设为R₀，将从叶轮3的轴线L到收缩部11平行部12的边界部分19的距离设为R₁。

如图3所示，在对横轴获取R、并且对纵轴获取λ的R－λ平面，利用函数f将R与λ的关系表示为λ＝f(R)。在R≤R₀的范围内，表面4a沿着叶片6的外周缘部6a(参照图2)，因此函数λ＝f(R)成为向下变凸的平滑的递减函数。在R₀≤R＜R₁的范围内，成为护罩壁4朝向径向外侧接近轮毂壁5的构成(参照图1)，因此函数λ＝f(R)成为向下变凸的平滑的递减函数。在R≥R₁的范围内，护罩壁4与轮毂壁5相互平行(参照图1)，因此λ为一定值，即函数λ＝f(R)成为与R轴平行的直线。

表面4a如上述那样，在包含叶轮3的轴线L的剖面中具有平滑地连续的剖面形状(参照图2)，在函数λ＝f(R)中不存在不连续的点，函数λ＝f(R)能够在任意的R处进行微分。换言之，可以说表面4a在包含叶轮3的轴线L的剖面中在任意的位置具有可存在切线L₂的剖面形状，并且是不存在不连续的部分的平滑地连续的形状。

与此相对，在图3中，作为由收缩壁形成的现有技术的扩散通路，图7所示的护罩壁102中的R与λ的关系也用单点划线示出。如上述那样，在图6所示那样的构成中，在叶轮105的出口部分101、收缩部110与平行部111的边界部分104，在护罩壁102中存在不连续的部分。

如此，在由收缩壁形成的现有技术的扩散通路中，在R＝R₀以及R＝R₁的各个中，护罩壁102的表面的剖面形状中的R与λ的关系为不连续。即，表示护罩壁102的表面的剖面形状中的R与λ的关系的函数不能在R＝R₀以及R＝R₁的各个中进行微分。再换言之，在护罩壁102的剖面形状中，在出口部分101(参照图6)以及边界部分104(参照图6)不存在切线。

另外，实施方式1的函数λ＝f(R)在构成收缩部11(参照图2)的R₀≤R≤R₁的范围内成为向下变凸的曲线，因此R₀≤R≤R₁的范围内的向下变凸的曲线能够分别平滑地连接到R≤R₀的范围内的向下变凸的曲线和R≥R₁的范围内的与R轴平行的直线。因此，能够以在护罩壁4的表面4a未形成不连续的部分的方式构成收缩部11。

而且，函数λ＝f(R)在R＝R₁时平滑地连接于R≥R₁的范围内表示一定的λ的与R轴平行的直线，因此一阶微分系数f’(R₁)成为零。但是，在R₀≤R＜R₁的范围内，λ伴随着R的增加而减少。即，f(R)的一次导函数f’(R)在R₀≤R＜R₁的范围内成为f’(R)＜0。由此，在收缩部11(参照图2)中，构成为护罩壁4(参照图2)朝向径向外侧平滑地接近轮毂壁5(参照图2)。

如图1所示，在实施方式1的离心压缩机1中，通过叶轮3的旋转而压缩后的空气在扩散通路10中流通。如上述那样，在护罩壁4的表面4a不存在不连续的部分，因此在通过叶轮3的旋转而压缩后的空气流通于扩散通路10中时，不会产生表面4a的不连续的部分所引起的损失或者剥离。因此，能够抑制扩散通路10中的损失或者剥离的产生。

(实施方式2)

接下来，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，变更了划分收缩部11的部分的护罩壁4的表面4a的形状。另外，在实施方式2中，对与实施方式1的构成要件相同者标注相同的参照附图标记，省略其详细的说明。

如图4所示，在包含叶轮3的轴线L的剖面中，护罩壁4的表面4a的剖面形状7的曲线7b在R₀≤R≤R₂(R₀＜R₂＜R₁)的范围内包含相对于轮毂壁5(参照图1)以凹状弯曲的第一曲线7b1和在R₂≤R≤R₁的范围内相对于轮毂壁5以凸状弯曲的第二曲线7b2。第一曲线7b1与第二曲线7b2平滑地连接。其他构成与实施方式1相同。

在图5中示出了在实施方式2的离心压缩机中，表示包含叶轮3的轴线L的剖面中中的护罩壁4的表面4a的剖面形状7的R与λ的关系的函数λ＝f(R)。R≤R₀的范围以及R≥R₁的范围与实施方式1的函数λ＝f(R)相同。另一方面，在R₀≤R≤R₂的范围内，函数λ＝f(R)为向上变凸的递减函数，在R₂≤R≤R₁的范围内，函数λ＝f(R)为向下变凸的递减函数。

在实施方式2，表面4a也如上述那样在包含叶轮3的轴线L的剖面中具有平滑地连续的剖面形状(参照图4)，在函数λ＝f(R)中不存在不连续的点，函数λ＝f(R)能够在任意的R处进行微分。换言之，可以说表面4a在包含叶轮3的轴线L的剖面中在任意的位置具有可存在切线L₂的剖面形状，并且是不存在不连续的部分的平滑地连续的形状。

这里，在如实施方式1那样将曲线7b仅由相对于轮毂壁5(参照图1)以凸状弯曲的曲线构成的情况下，有时像如下情况这样在扩散通路10的形状中产生限制：为了将曲线7b与直线7c平滑地连接，需要使平行部12的轴线L的方向的流路宽度为某种程度的大小，或者为了减小平行部12的轴线L的方向的流路宽度而加长收缩部11的径向的长度。另外，为了使扩散通路10为希望的形状，也考虑必须改变叶轮3的叶片6的形状的情况。

然而，在实施方式2中，曲线7b包含在R₀≤R≤R₂(R₀＜R₂＜R₁)的范围内相对于轮毂壁5以凹状弯曲的第一曲线7b1和在R₂≤R≤R₁的范围内相对于轮毂壁5以凸状弯曲的第二曲线7b2，从而能够以在缓和平行部12的轴线L的方向的流路宽度、收缩部11的径向的长度那样的扩散通路10的形状的限制的同时不在护罩壁4的表面4a形成不连续的部分的方式构成收缩部11。

在实施方式2中，也是在护罩壁4的表面4a不存在不连续的部分，因此与实施方式1相同，在通过叶轮3的旋转而压缩后的空气流通于扩散通路10中时，不会产生表面4a的不连续的部分所引起的损失或者剥离。因此，能够抑制扩散通路10中的损失或者剥离的产生。

附图标记说明

1 离心压缩机

2 壳体

3 叶轮

4 护罩壁

4a (护罩壁的)表面

5 轮毂壁

6 叶片

6a (叶片的)外周缘部

6a1 (叶片的外周缘部的)径向最外部

6b (叶片的)后缘部

7 (护罩壁的表面的)剖面形状

7a 曲线

7b 曲线

7b1 第一曲线

7b2 第二曲线

7c 直线

10 扩散通路

11 收缩部

12 平行部

18 边界部分

19 边界部分

L (叶轮的)轴线

R 距离

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种离心压缩机，其具备以能够旋转的方式设于壳体内的叶轮，其中，

所述壳体包含划分出扩散通路的护罩壁以及轮毂壁，该扩散通路连通于所述叶轮的出口，

所述扩散通路包含：

收缩部，其以所述护罩壁从所述叶轮的出口朝向所述离心压缩机的径向外侧接近所述轮毂壁的方式构成；以及

平行部，其在比所述收缩部靠所述离心压缩机的径向外侧连通于所述收缩部，并且由所述护罩壁以及所述轮毂壁相互平行地构成，

面向所述叶轮以及所述轮毂壁的所述护罩壁的表面在包含所述叶轮的轴线的剖面中具有可在任意的位置存在切线的剖面形状，

关于作为从所述叶轮的轴线朝向所述离心压缩机的径向外侧的距离的R，若将从所述叶轮的轴线至所述叶轮的出口的距离设为R₀，将从所述叶轮的轴线至所述收缩部与所述平行部的边界部分的距离设为R₁，

则R₀≤R≤R₁的范围内的所述剖面形状是包含如下第一曲线和第二曲线的曲线：

所述第一曲线在R₀≤R≤R₂(R₀＜R₂＜R₁)的范围内相对于所述轮毂壁以凹状弯曲，

第二曲线在R₂≤R≤R₁的范围内相对于所述轮毂壁以凸状弯曲。

2.根据权利要求1所述的离心压缩机，其中，

在包含所述叶轮的轴线的剖面，若将朝向径向外侧延长了所述叶轮的叶片的外周缘部的径向最外部的直线与所述切线的所成的角度设为λ，在R₀≤R＜R₁的范围内利用函数f将所述R与所述λ的关系表示为λ＝f(R)，并将f(R)的一次导函数设为f’(R)，则在R₀≤R＜R₁中，f’(R)＜0。

3.一种涡轮增压器，其具备权利要求1或2所述的离心压缩机。

Claims (5)

1.一种离心压缩机，其具备以能够旋转的方式设于壳体内的叶轮，其中，

所述壳体包含划分出扩散通路的护罩壁以及轮毂壁，该扩散通路连通于所述叶轮的出口，

所述扩散通路包含：

收缩部，其以所述护罩壁从所述叶轮的出口朝向所述离心压缩机的径向外侧接近所述轮毂壁的方式构成；以及

平行部，其在比所述收缩部靠所述离心压缩机的径向外侧连通于所述收缩部，并且由所述护罩壁以及所述轮毂壁相互平行地构成，

面向所述叶轮以及所述轮毂壁的所述护罩壁的表面在包含所述叶轮的轴线的剖面中具有可在任意的位置存在切线的剖面形状。

2.根据权利要求1所述的离心压缩机，其中，

关于作为从所述叶轮的轴线朝向所述离心压缩机的径向外侧的距离的R，若将从所述叶轮的轴线至所述叶轮的出口的距离设为R₀，将从所述叶轮的轴线至所述收缩部与所述平行部的边界部分的距离设为R₁，则R₀≤R≤R₁的范围内的所述剖面形状为相对于所述轮毂壁以凸状弯曲的曲线。

3.根据权利要求1所述的离心压缩机，其中，

关于作为从所述叶轮的轴线朝向所述离心压缩机的径向外侧的距离的R，若将从所述叶轮的轴线至所述叶轮的出口的距离设为R₀，将从所述叶轮的轴线至所述收缩部与所述平行部的边界部分的距离设为R₁，

则R₀≤R≤R₁的范围内的所述剖面形状是包含如下第一曲线和第二曲线的曲线：

所述第一曲线在R₀≤R≤R₂(R₀＜R₂＜R₁)的范围内相对于所述轮毂壁以凹状弯曲，

第二曲线在R₂≤R≤R₁的范围内相对于所述轮毂壁以凸状弯曲。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的离心压缩机，其中，

在包含所述叶轮的轴线的剖面，若将朝向径向外侧延长了所述叶轮的叶片的外周缘部的径向最外部的直线与所述切线的所成的角度设为λ，在R₀≤R＜R₁的范围内利用函数f将所述R与所述λ的关系表示为λ＝f(R)，并将f(R)的一次导函数设为f’(R)，则在R₀≤R＜R₁中，f’(R)＜0。

5.一种涡轮增压器，其具备权利要求1至4中任一项所述的离心压缩机。

Images