CN118176365A - 离心压缩机的叶轮、离心压缩机以及涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

离心压缩机的叶轮具有轮毂、以及在轮毂的周围设置的多个叶片，多个叶片各自在将横轴作为叶片的轮毂侧端的无量纲子午面长度位置、将纵轴作为叶片的子午面的叶片高度的曲线图中，构成为具有叶片高度比连结叶片的前缘与后缘的直线大的区域。

Description

离心压缩机的叶轮、离心压缩机以及涡轮增压器

技术领域

本公开涉及离心压缩机的叶轮、具有该叶轮的离心压缩机以及涡轮增压器。

本申请基于2022年6月23日在日本提交的第2022-101114号专利申请主张优先权，在此援用其内容。

背景技术

以往，作为提高机动车用发动机等发动机(内燃机)的输出的技术，大多使用对发动机吸入的进气进行压缩、提高密度来将富含氧的进气供给发动机的涡轮增压器(增压器)。

涡轮增压器例如具有：在旋转轴的一端侧设置的离心压缩机、以及在旋转轴的另一端侧设置的涡轮。构成为利用从发动机输送的排气的能量，使涡轮转子(涡轮的叶轮)旋转，使与涡轮转子的旋转连动而旋转的离心压缩机的叶轮旋转，来对进气进行压缩，供给发动机。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)专利6924844号公报

专利文献2：(日本)特开2020-186649号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

随着离心压缩机的低比速化，叶轮的外径扩大，流路宽度缩窄，但由于旋转系统与静止系统的间隙不会相同地缩窄，因而低比速离心压缩机的间隙比相对增大。由于间隙比的扩大与因溢流而引起的损失的增大相关，因而低比速离心压缩机的高效化需要抑制溢流(特别是叶轮后半部的溢流)。

需要说明的是，在专利文献1中已经公开一种开放式离心压缩机的叶轮的凸台部的径D1与压缩机叶片的最大外径D2之比D1/D2满足0.18以下的情况。另外，在专利文献2中已经公开一种离心压缩机的叶轮的叶片角分布的一个例子。

鉴于上述问题，本发明的至少一实施方式的目的在于提供一种能够抑制通过叶轮的流体在叶轮后半部的溢流的离心压缩机的叶轮、具有该叶轮的离心压缩机以及涡轮增压器。

用于解决技术问题的技术方案

本发明的至少一实施方式的离心压缩机的叶轮具有轮毂、以及在所述轮毂的周围设置的多个叶片，

该离心压缩机的叶轮中，

所述多个叶片各自，

在将横轴作为所述叶片的轮毂侧端的无量纲子午面长度位置、将纵轴作为所述叶片的子午面的叶片高度的曲线图中，构成为具有所述叶片高度比连结所述叶片的前缘与后缘的直线大的区域。

本发明的至少一实施方式的离心压缩机具有：

所述叶轮；

容纳所述叶轮而构成的壳体。

本发明的至少一实施方式的涡轮增压器具有：

所述离心压缩机；

使所述离心压缩机驱动而构成的涡轮。

发明的效果

根据本发明的至少一实施方式，能够提供一种能够抑制通过叶轮的流体在叶轮后半部的溢流的离心压缩机的叶轮、具有该叶轮的离心压缩机以及涡轮增压器。

附图说明

图1是沿着一实施方式的涡轮增压器的轴线的剖视概况图。

图2是表示一实施方式的离心压缩机的叶轮的子午面剖面的概况图。

图3是用于说明一实施方式的叶轮的叶片高度的曲线图。

图4是用于说明一实施方式的叶轮的叶片展开面积的曲线图。

图5是用于说明通过一实施方式的叶轮的流体的流速以及流动角的曲线图。

图6是用于说明一实施方式的叶轮的子午面形状的说明图。

图7是用于说明通过一实施方式的叶轮的流体的马赫数的说明图。

图8是表示一实施方式的叶轮的轮毂叶片的前缘位置的直径与离心压缩机的效率的关系的图。

图9是表示一实施方式的叶轮的入口叶片高度与离心压缩机的效率的关系的图。

具体实施方式

下面，参照附图，针对本发明的几个实施方式进行说明。但是，作为实施方式所述的或者附图所示的结构配件的尺寸、材质、形状、以及其相对配置等并非旨在将本发明的范围限定于此，只是单纯的说明例。

在如下的实施方式中，本公开的离心压缩机作为配备在涡轮增压器的设备进行说明，但本公开的离心压缩机也可以为电动离心压缩机等。另外，不需要将本公开的离心压缩机的压缩对象的气体限定于空气。即，本公开的离心压缩机只要能够对气体进行压缩来输送即可，可以以离心压缩机单体来构成，也可以与涡轮以外的其它机构或装置组合来构成。另外，也无须限定其用途等。

(离心压缩机、涡轮增压器)

图1是沿着一实施方式的涡轮增压器10的轴线LA的剖视概况图。图2是表示一实施方式的离心压缩机1的叶轮2的子午面剖面的概况图。如图1、图2所示，几个实施方式的离心压缩机1具有：叶轮2、和以叶轮2能够旋转的方式容纳叶轮2而构成的壳体(压缩机壳体)3。本公开的离心压缩机1例如能够搭载在机动车用、船舶用或工业用(例如陆上发电用)的涡轮增压器(增压器)10等上。

如图1所示，涡轮增压器10具有：离心压缩机1、以及驱动离心压缩机1而构成的涡轮11。涡轮11包括：利用从未图示的发动机(内燃机)排出的排气的能量来旋转的涡轮转子12、和以涡轮转子12能够旋转的方式容纳涡轮转子12而构成的涡轮壳体13。

离心压缩机1此外具有：安装有叶轮2的旋转轴4、以及以旋转轴4能够旋转的方式支承旋转轴4的轴承5。在涡轮增压器10中，在旋转轴4的一端侧连结叶轮2，在旋转轴4的另一端侧连结涡轮转子12。轴承5在叶轮2与涡轮转子12之间以旋转轴4能够旋转的方式支承旋转轴4。涡轮增压器10此外也可以具有配置在壳体3与涡轮壳体13之间、容纳旋转轴4及轴承5而构成的轴承壳体14。

涡轮11(涡轮增压器10)利用从上述发动机排出的排气的能量，使涡轮转子12旋转而构成。叶轮2由于经由旋转轴4与涡轮转子12在通轴上连结，因而与涡轮转子12的旋转连动，围绕叶轮2的轴线LA旋转驱动。离心压缩机1(涡轮增压器10)构成为，通过叶轮2围绕轴线LA旋转驱动，向壳体3的内部吸入空气(供气、气体)，对该空气进行压缩，将压缩后的空气向上述发动机输送。

从离心压缩机1向上述发动机输送的压缩空气用于上述发动机中的燃烧。上述发动机中因燃烧而产生的排气从上述发动机向涡轮11输送，使涡轮转子12旋转。

下面，如图2所示，将叶轮2的轴线LA延伸的方向作为叶轮2的轴向，将与轴线LA正交的方向作为叶轮2的径向，将围绕轴线LA的周向作为叶轮2的周向。在叶轮2的轴向上，将轮毂6的外周面61相对于轮毂6的背面62所处的一侧作为前方侧，将背面62相对于外周面61所处的一侧作为后方侧。

(涡轮转子)

如图1所示，涡轮转子12包括：大致圆锥台形状的轮毂121、以及在轮毂121的外周面设置的多个涡轮叶片122。轮毂121或多个涡轮叶片122以轴线LA为中心，与旋转轴4能够一体旋转地进行设置。涡轮转子12使从涡轮转子12的径向的外侧导入的排气沿着涡轮转子12的轴向进行引导而构成。

(涡轮壳体)

在涡轮壳体13的内部形成有：用于将从上述发动机排出的排气向涡轮转子12引导的涡轮涡旋流路131、以及用于将通过了涡轮转子12的排气向涡轮壳体13的外部排出的排气排出流路132。涡轮涡旋流路131由在涡轮转子12的外周侧设置、且沿着涡轮转子12的周向延伸的漩涡状流路形成。排气排出流路132沿着涡轮转子12的轴向延伸。

从上述发动机排出的排气经由涡轮涡旋流路131被引导向涡轮转子12，使涡轮转子12旋转驱动。使涡轮转子12旋转驱动的排气经由排气排出流路132，向涡轮壳体13的外部排出。

(叶轮)

如图1、图2所示，叶轮2包括：大致圆锥台形状的轮毂6、以及在轮毂6的周围设置的多个叶片(叶轮叶片)7。轮毂6的外周面61形成为距离轴线LA的距离随着朝向叶轮2的轴向的后方侧(轮毂6的背面62侧)而增大的凹弯曲状。多个叶片7各自从轮毂6的外周面61竖立设置，在轴线LA周围的周向上与其它的叶片7之间隔着间隔而配置。

如图2所示，轮毂6的多个叶片7各自包括：位于被引导至叶轮2的空气的流动方向的最上游侧的前缘LE、位于最下游侧的后缘TE、轮毂侧端71、以及翼尖(チップ)侧端72。多个叶片7各自在前缘LE与后缘TE之间，沿着翼展方向将轮毂侧端71与翼尖侧端72之间延伸。

轮毂侧端71是叶片7的翼展方向上一方侧的端，且是与轮毂6的外周面61连接的端。翼尖侧端72是叶片7的翼展方向上另一方侧的端，且是位于与轮毂侧端71相反一侧的端。在本说明书中，翼展方向是指在各无量纲子午面长度位置上连结轮毂侧端71与翼尖侧端72的方向。

由于轮毂6固定在旋转轴4的一端侧，因而轮毂6或多个叶轮叶片7以叶轮2的轴线LA为中心，与旋转轴4能够一体旋转地进行设置。叶轮2将沿着叶轮2的轴向导入的空气向叶轮2的径向外侧引导而构成。

如图2所示，多个叶片7各自的翼尖侧端72隔着在与护罩面31之间形成的间隙CL，与护罩面31对置。即，叶轮2由不包括覆盖翼尖侧端72的环状部件的开放式叶轮形成。

(壳体)

如图2所示，壳体3具有：上述护罩面31、流体导入流路32、扩散器流路33、以及涡旋流路34。换言之，在壳体3的内部形成有：护罩面31、流体导入流路32、扩散器流路33、以及涡旋流路34。

护罩面31形成为距离轴线LA的距离随着从叶轮2的轴向的前方侧朝向后方侧而增大的凸弯曲状。

流体导入流路32是用于从壳体3的外部吸入空气、并将吸入的空气(流体)向叶轮2引导的流路。流体导入流路32与叶轮2相比设置在叶轮2轴向的前方侧，沿叶轮2的轴向延伸。通过使叶轮2旋转驱动，从壳体3的外部向流体导入流路32吸入空气，被吸入的空气在流体导入流路32中向叶轮2的轴向的后方侧流动，被引导至叶轮2。

扩散器流路33及涡旋流路34是用于将通过叶轮2并被叶轮2压缩的压缩空气(压缩流体)向离心压缩机1的外部引导的流路。涡旋流路34由在叶轮2的外周侧(径向外侧)设置、沿叶轮2的周向延伸的漩涡状流路形成。扩散器流路33在叶轮2的径向上设置在涡旋流路34与叶轮2之间，沿着叶轮2的径向延伸。扩散器流路33在其下游端部(外周端部)设置的出口331，与涡旋流路34连通。被叶轮2压缩的压缩空气流入扩散器流路33，在扩散器流路33中向叶轮2的径向外侧流动，被引导至涡旋流路34。

(叶片高度、叶片展开面积的定义)

在如图2所示的子午面上，将轮毂侧端71的无量纲子午面长度位置m的前缘位置711和后缘位置712之间任意的位置、与距离该任意位置的距离最小的翼尖侧端72的无量纲子午面长度位置mt的前缘位置721和后缘位置722之间的位置相连后的距离定义为叶片高度h。将使构成上述任意位置的叶片高度的线段围绕叶轮2的旋转轴(轴线LA)展开时的面积定义为叶片展开面积A。

图3是用于说明一实施方式的叶轮2的叶片高度h的曲线图。图3的曲线图将横轴作为叶片7的轮毂侧端71的无量纲子午面长度位置m，将纵轴作为叶片7的子午面的叶片高度h，表示了上述无量纲子午面长度位置m的前缘位置711与后缘位置712之间的叶片高度h的分布。在图3～图5中，使无量纲子午面长度位置m的前缘位置711为0，使后缘位置712为1，用0以上、1以下的值表示无量纲子午面长度位置m上的各位置。假设无量纲子午面长度位置m的前缘位置711与后缘位置712的中间位置(m＝0.5)为MP。将比中间位置MP更靠近前缘LE侧(m＜0.5)作为叶轮前半部，将比中间位置MP更靠近后缘TE侧(m＞0.5)作为叶轮后半部。

在图3的曲线图中，表示了连结叶片7的前缘LE与后缘TE的直线(基准线)SL1。直线SL1表示了叶片7的叶片高度h从前缘LE至后缘TE线性减少的情况。图3的曲线图所示的曲线C1表示比较例的叶轮叶片7A的叶片高度h分布的一个例子。叶片7A与普通的比速较低的叶轮2的叶片相同，在前缘LE至后缘TE之间未形成有叶片高度h比直线SL1大的区域即第一区域AR1。

图3的曲线图所示的曲线C2表示一实施方式的叶轮2的叶片7(7B)的叶片高度h分布的一个例子，曲线C3表示一实施方式的叶轮2的叶片7(7C)的叶片高度h分布的一个例子。上述叶片7B、7C具有上述第一区域AR1。

图4是用于说明一实施方式的叶轮2的叶片展开面积A的曲线图。图4的曲线图将横轴作为叶片7的轮毂侧端71的无量纲子午面长度位置m，将纵轴作为叶片7的叶片展开面积A，表示了上述无量纲子午面长度位置m的前缘位置711与后缘位置712之间的叶片展开面积A的分布。图4所示的曲线C4表示比较例的叶轮叶片7A的叶片展开面积A分布的一个例子，曲线C5表示一实施方式的叶轮2的叶片7(7B)的叶片展开面积A分布的一个例子。

如图4所示，比较例的叶片7A在叶轮前半部及后半部双方，叶片展开面积A都较大地减少，与此相对，具有上述第一区域AR1的叶片7B与叶片7A相比，抑制了叶轮前半部的叶片展开面积A的减少。

图5是用于说明通过一实施方式的叶轮2的流体的流速MV及流动角FA的曲线图。图5的曲线图将横轴作为叶片7的轮毂侧端71的无量纲子午面长度位置m，将纵轴作为通过叶轮2的流体的流速MV及流动角FA，表示了上述无量纲子午面长度位置m的前缘位置711与后缘位置712之间的流速MV及流动角FA的分布。

图5所示的曲线C6表示在比较例的叶轮叶片7A中的流速MV分布的一个例子，曲线C7表示在一实施方式的叶轮2的叶片7(7B)中的流速MV分布的一个例子。图5所示的曲线C8表示在比较例的叶轮叶片7A中的流动角FA分布的一个例子，曲线C9表示在一实施方式的叶轮2的叶片7(7B)中的流动角FA分布的一个例子。

如图5所示，具有上述第一区域AR1的叶片7B与叶片7A相比，由于抑制叶轮前半部的叶片展开面积A的减少，通过叶轮2的流体的流路面积缩小，因而能够抑制叶轮前半部的流体增速。由此，通过叶轮2的流体的流动容易被转向。即，叶片7B与叶片7A相比，能够增大叶轮前半部的流动角FA，并能够使通过叶轮2的流体的转向量增加。其结果是，叶片7B与叶片7A相比，叶轮前半部的叶片的负载增大。

(叶片高度的分布)

在如图3所示的曲线图中，几个实施方式的叶轮2的多个叶片7(7B、7C)各自具有叶片高度h比上述直线SL1大的区域AR1而构成。

根据上述的结构，多个叶片7各自在叶片高度h比曲线图上的直线SL1大的第一区域AR1中，抑制叶片高度h的缩小，且抑制流路面积的减少。在流路面积的减少被抑制的第一区域AR1中，促进了通过叶轮2的流体的流动的转向，叶轮2的叶片7的负载增大。通过在第一区域AR1中增大叶片7的负载，促进上述流体的流动的转向，比第一区域AR1更靠近下游侧的上述流体的流动的转向可以变缓，因而能够减小比第一区域AR1更靠近下游侧的叶片7的负载。通过减小比第一区域AR1更靠近下游侧的叶片7的负载，能够抑制通过叶轮2的流体在叶轮后半部(比中间位置MP更靠近后缘TE侧)的溢流。

在几个实施方式中，上述叶片7(7B、7C)在如图3所示的曲线图中，构成为在比轮毂侧端71的所述无量纲子午面长度位置m的前缘位置711与后缘位置712的中间位置MP更靠近前缘位置711侧形成有叶片高度h比直线SL1大的区域AR1(第一区域)。在图示的实施方式中，上述第一区域AR1从前缘位置711形成至中间位置MP。

根据上述的结构，多个叶片7(7B、7C)各自通过在叶轮前半部设置叶片高度h比曲线图上的直线SL1大的区域AR1(第一区域)，增大叶轮前半部的叶片7的负载，能够减小叶轮后半部的叶片7的负载。由此，能够抑制通过叶轮2的流体在叶轮后半部的溢流。

在几个实施方式中，上述叶片7(7C)在如图3所示的曲线图中，构成为从轮毂侧端71的所述无量纲子午面长度位置m的前缘位置711至后缘位置712，叶片高度h与直线SL1相同，或者比直线SL1大。

根据上述的结构，通过在叶轮前半部设置叶片高度h比曲线图上的直线SL1大的区域(第一区域AR1)，增大叶轮前半部的叶片7的负载，能够减小叶轮后半部的叶片7的负载。另外，根据上述的结构，由于从前缘位置711至后缘位置712未形成叶片高度h比曲线图上的直线SL1小的区域(第二区域AR2)，能够抑制通过叶轮2的流体的溢流。

需要说明的是，上述叶片7(7B)在如图3所示的曲线图中，也可以构成为形成有叶片高度h比直线SL1小的区域(第二区域AR2)。在图示的实施方式中，上述第二区域AR2形成在叶轮后半部。在该情况下，由于在第二区域AR2中促进叶片高度h或叶片展开面积A的减少，比第二区域AR2更靠近下游侧的叶片7的负载减小，因而能够抑制通过叶轮2的流体在叶轮后半部的溢流。

(叶片展开面积的分布)

如图4所示，几个实施方式的叶轮2的多个叶片7(7B)各自在将轮毂侧端71的无量纲子午面长度位置m的前缘位置711与后缘位置712的中间位置MP的叶片展开面积A定义为A_M、将轮毂侧端71的前缘位置711的叶片展开面积A定义为A_LE的情况下，

满足A_M≥0.95×A_LE的条件而构成。

根据上述的结构，多个叶片7各自通过抑制叶轮前半部的叶片展开面积A的减少，增大叶轮前半部的叶片7的负载，能够减小叶轮后半部的叶片7的负载。由此，能够抑制通过叶轮2的流体在叶轮后半部的溢流。

图4所示的曲线C10表示一实施方式的叶轮2的叶片7(7C)的叶片展开面积A分布的一个例子。如图4所示，几个实施方式的叶轮2的多个叶片7(7C)各自在将轮毂侧端71的所述无量纲子午面长度位置m的前缘位置711与后缘位置712之间的任意位置的叶片展开面积A定义为A_F的情况下，

具有满足A_F＞A_LE的条件的区域(第三区域AR3)而构成。

在图示的实施方式中，上述第三区域AR3形成在叶轮前半部或叶轮后半部。叶片7(7B、7C)从前缘位置711至中间位置MP满足A_F≥0.95×A_LE的条件而构成。

根据上述的结构，多个叶片7各自在叶片展开面积A比前缘位置711大的区域(第三区域AR3)中，促进通过叶轮2的流体的流动的转向，叶轮2的叶片7的负载增大。由此，由于比第三区域AR3更靠近下游侧的上述流体的流动的转向可以变缓，因而能够减小比第三区域AR3更靠近下游侧的叶片7的负载。通过减小比第三区域AR3更靠近下游侧的叶片7的负载，能够抑制通过叶轮2的流体在叶轮后半部的溢流。

(轮毂的直径)

图6是用于说明一实施方式的叶轮2的子午面形状的说明图。如图6所示，在几个实施方式中，上述轮毂6在将轮毂6的叶片7的前缘位置711的直径定义为D_LE、将轮毂6的叶片7的后缘位置712的直径定义为D_TE的情况下，

满足D_LE≥0.25×D_TE的条件而构成。

在图6中，表示了将使前缘位置711为0的叶轮2的轴向位置Z作为横轴、将直径D作为纵轴的曲线图。在图6中，用实线表示本实施方式的叶轮2的子午面形状，用一点划线表示比较例的叶轮的子午面形状。如图6所示，叶轮2的直径D_LE比比较例的叶轮大。

图7是用于说明通过一实施方式的叶轮2的流体的马赫数的说明图。在图7中，表示了将通过叶轮2的流体的马赫数MN作为横轴、将翼展方向作为纵轴的曲线图。用实线表示本实施方式的叶轮2的马赫数MN的分布，用一点划线表示比较例的叶轮的马赫数MN的分布。如图7所示，本实施方式的叶轮2与比较例的叶轮相比，从翼展方向的轮毂侧端71至护罩面31，马赫数MN整体上增大。

图8是表示一实施方式的叶轮2的轮毂6的叶片7的前缘位置711的直径D_LE与离心压缩机1的效率CE的关系的图。在图8中，表示了使离心压缩机1的效率CE良好的直径D_LE的优化结果。如图8所示，轮毂6优选满足0.25×D_TE≦D_LE≦0.33×D_TE的条件，进而优选满足0.27×D_TE≦D_LE≦0.31×D_TE的条件。

根据上述的结构，满足上述条件的叶轮2与不满足上述条件的情况相比，能够使叶片7的圆周速度增大。通过增大叶片7的圆周速度，并增大叶轮前半部的叶片7的负载，能够弥补叶轮后半部的叶片7的负载降低。具体而言，通过增大叶片7的圆周速度，通过叶轮2的流体的马赫数MN增加，叶片角、流动角及入口叶片高度(叶片高度h_LE)的匹配提高，因而能够更有效地使通过叶轮2的流体的流动转向。

(前缘的叶片高度)

如图6所示，在几个实施方式中，上述叶轮2在将叶片7的前缘LE的叶片高度h定义为h_LE、将轮毂6的叶片7的后缘位置712的直径定义为D_TE的情况下，

满足h_LE≦0.12×D_TE的条件而构成。

图9是表示一实施方式的叶轮2的入口叶片高度(叶片高度h_LE)与离心压缩机1的效率CE的关系的图。在图9中，表示了使离心压缩机1的效率CE良好的叶片高度h_LE的优化结果。如图9所示，叶轮2优选满足0.08×D_TE≦h_LE≦0.12×D_TE的条件，进而优选满足0.10×D_TE≦h_LE≦0.11×D_TE的条件。

满足上述条件的叶轮2是比速较低的叶轮2，在这样的叶轮2中，也能够抑制通过叶轮2的流体在叶轮后半部的溢流。

(前缘的扫描形状)

如图6所示，在几个实施方式中，上述叶片7的前缘LE以使前缘LE的翼尖侧端72位于比前缘LE的轮毂侧端71更靠近通过叶轮2的气体的流动方向的上游侧的方式倾斜。即，前缘LE的翼尖侧端72在叶轮2的轴向上设置在比前缘LE的轮毂侧端71更远离背面62的位置上。

根据上述的结构，通过在叶片7的前缘LE设有上述倾斜，能够在通过叶轮2的流体压缩时降低对叶片7的前缘LE产生的冲击波的强度，因而与在叶片7的前缘LE未设有上述倾斜的情况相比，能够实现离心压缩机1的压力比或效率的提高。

如图1、图2所示，几个实施方式的离心压缩机1具有：上述叶轮2、以及容纳叶轮2而构成的上述壳体3。根据上述的结构，由于具有叶轮2的离心压缩机1能够有效地抑制通过叶轮2的流体在叶轮后半部(比中间位置MP更靠近后缘TE侧)的溢流，因而能够提高离心压缩机1的效率。

如图2所示，在几个实施方式中，上述离心压缩机1的壳体3具有经由间隙CL与叶片7对置的上述护罩面31。离心压缩机1在将叶片7的后缘TE与护罩面31之间的间隙(最短距离)CL定义为CL_TE、将叶片7的后缘TE的叶片高度h定义为h_TE的情况下，使间隙比CL_TE/h_TE满足0.15＜CL_TE/h_TE＜0.30的条件而构成。

随着叶轮2的比速降低，叶轮2的外径(出口径D_TE)扩大，叶片高度h(h_TE)随之减小，但叶轮2(旋转系统)与壳体3(静止系统)之间的间隙CL(CL_TE)不会如叶片高度h那样减小。因此，具有比速较低的叶轮2的离心压缩机1与具有比速较高的叶轮2的离心压缩机1相比，间隙比CL_TE/h_TE相对增大。根据上述的结构，具有上述叶轮2的离心压缩机1在间隙比CL_TE/the满足上述条件的情况下，能够有效地抑制通过叶轮2的流体在叶轮后半部的溢流。

(小型叶轮)

如图6所示，在几个实施方式中，上述叶轮2的轮毂6在将轮毂6的所述叶片7的后缘位置712的直径定义为D_TE的情况下，

满足D_TE≦300mm以下的条件而构成。

上述直径D_TE越小，越难以减小间隙比CL_TE/h_TE，且越难以抑制通过叶轮2的流体在叶轮后半部的溢流。根据上述的结构，即使在满足上述条件D_TE≦300mm以下的情况下，也能够抑制通过叶轮2的流体在叶轮后半部的溢流。需要说明的是，轮毂6优选满足D_TE≦100mm以下的条件而构成。

如图1所示，几个实施方式的涡轮增压器10具有：上述离心压缩机1、以及使离心压缩机驱动而构成的上述涡轮11。根据上述的结构，具有离心压缩机1的涡轮增压器10能够有效地抑制通过叶轮2的流体在叶轮后半部(比中间位置MP更靠近后缘TE侧)的溢流，因而能够提高涡轮增压器10的效率。

在本说明书中，表示“某方向”、“沿某方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或“同轴”等相对或绝对配置的表达，不只是表示严格意义上那样的配置，也表示以公差、或得到相同功能程度的角度及距离进行相对位移的状态。

例如，表示“一样”、“相同”以及“均匀”等的事物为相同状态的表达不只表示严格意义上相同的状态，也表示公差、或可得到相同功能程度的差别存在的状态。

另外，在本说明书中，表示四边形状或圆筒形状等形状的表达，不只表示几何学方面严格意义上的四边形状或圆筒形状等形状，也表示在可获得相同效果的范围内、包括凹凸部或倒角部等在内的形状。

另外，在本说明书中，“配置”、“包括”或“具有”一个结构主要部件这样的表达不是排除其它结构主要部件存在的排他性表达。

本公开不限于上述实施方式，也包括在上述实施方式中增加变形后的方式、或适当组合上述方式的方式。

上述几个实施方式所述的内容例如可如下所述进行掌握。

1)本公开的至少一实施方式的离心压缩机(1)的叶轮(2)具有轮毂(6)、以及在所述轮毂(6)的周围设置的多个叶片(7)，

该离心压缩机(1)的叶轮(2)中，

所述多个叶片(7)各自，

在将横轴作为所述叶片(7)的轮毂侧端(71)的无量纲子午面长度位置(m)、将纵轴作为所述叶片(7)的子午面的叶片高度(h)的曲线图中，构成为具有所述叶片高度(h)比连结所述叶片(7)的前缘(LE)与后缘(TE)的直线(SL1)大的区域(AR1)。

根据上述1)的结构，多个叶片(7)各自在叶片高度(h)比曲线图上的直线(SL1)大的区域(第一区域AR1)中，抑制叶片高度(h)的缩小，且抑制流路面积的减少。在流路面积的减少被抑制的第一区域(AR1)中，促进了通过叶轮(2)的流体的流动的转向，叶轮(2)的叶片(7)的负载增大。通过在第一区域(AR1)中增大叶片(7)的负载，促进上述流体的流动的转向，比第一区域(AR1)更靠近下游侧的上述流体的流动的转向可以变缓，因而能够减小比第一区域(AR1)更靠近下游侧的叶片的负载。通过减小比第一区域(AR1)更靠近下游侧的叶片(7)的负载，能够抑制通过叶轮(2)的流体在叶轮后半部的溢流。

2)在几个实施方式中，基于上述1)所述的离心压缩机(1)的叶轮(2)，

所述叶片(7)在所述曲线图中，构成为在比所述轮毂侧端(71)的所述无量纲子午面长度位置(m)的前缘位置(711)与后缘位置(712)的中间位置(MP)更靠近所述前缘位置(711)侧形成有所述叶片高度(h)比所述直线(SL1)大的区域(AR1、第一区域)。

根据上述2)的结构，多个叶片(7)各自通过在叶轮前半部(比中间位置MP更靠近前缘LE侧)设有叶片高度(h)比曲线图上的直线(SL1)大的区域(AR1、第一区域)，增大叶轮前半部的叶片(7)的负载，能够减小叶轮后半部的叶片(7)的负载。由此，能够抑制通过叶轮(2)的流体在叶轮后半部的溢流。

3)在几个实施方式中，基于上述1)所述的离心压缩机(1)的叶轮(2)，

所述叶片(7)在所述曲线图中，构成为从所述轮毂侧端(71)的所述无量纲子午面长度位置(m)的前缘位置(711)至后缘位置(712)，所述叶片高度(h)与所述直线(SL1)相同，或者比所述直线(SL1)大。

根据上述3)的结构，通过在叶轮前半部设置叶片高度(h)比曲线图上的直线(SL1)大的区域(第一区域AR1)，增大叶轮前半部的叶片(7)的负载，能够减小叶轮后半部的叶片(7)的负载。另外，根据上述3)的结构，从上述前缘位置(711)至上述后缘位置(712)未形成有叶片高度(h)比曲线图上的直线(SL1)小的区域(第二区域AR2)，由此而能够抑制通过叶轮(2)的流体的溢流。

4)在几个实施方式中，基于上述1)至3)中任一项所述的离心压缩机(1)的叶轮(2)，

对于所述叶片(7)来说，

在将使构成所述叶片高度(h)的线段围绕所述叶轮的旋转轴(LA)展开时的面积定义为叶片展开面积(A)、将所述轮毂侧端(71)的所述无量纲子午面长度位置(m)的前缘位置(711)与后缘位置(712)的中间位置(MP)的所述叶片展开面积定义为A_M、将所述轮毂侧端(71)的所述前缘位置(711)的所述叶片展开面积定义为A_LE的情况下，

满足A_M≥0.95×A_LE的条件而构成。

根据上述4)的结构，多个叶片(7)各自抑制叶轮前半部的叶片展开面积(A)的减少，增大叶轮前半部的叶片(7)的负载，由此能够减小叶轮后半部的叶片(7)的负载。由此，能够抑制通过叶轮(2)的流体在叶轮后半部的溢流。

5)在几个实施方式中，基于上述4)所述的离心压缩机(1)的叶轮(2)，

对于所述叶片(7)来说，

在将所述轮毂侧端(71)的所述无量纲子午面长度位置(m)的所述前缘位置(711)与所述后缘位置(712)之间的任意位置的所述叶片展开面积定义为A_F的情况下，

具有满足A_F＞A_LE的条件的区域而构成。

根据上述5)的结构，多个叶片(7)各自在叶片展开面积(A)比前缘位置大的区域(第三区域AR3)中，促进通过叶轮(2)的流体的流动的转向，叶轮(2)的叶片(7)的负载增大。由此，由于比第三区域(AR3)更靠近下游侧的上述流体的流动的转向可以变缓，因而能够减小比第三区域(AR3)更靠近下游侧的叶片(7)的负载。通过减小比第三区域(AR3)更靠近下游侧的叶片(7)的负载，能够抑制通过叶轮(2)的流体在叶轮后半部的溢流。

6)在几个实施方式中，基于上述1)至5)中任一项所述的离心压缩机(1)的叶轮(2)，

对于所述轮毂(6)来说，

在将所述轮毂(6)的所述叶片(7)的前缘位置(711)的直径定义为D_LE、将所述轮毂(6)的所述叶片(7)的后缘位置(712)的直径定义为D_TE的情况下，

满足D_LE≥0.25×D_TE的条件而构成。

根据上述6)的结构，满足上述条件的叶轮(2)与未满足上述条件的情况相比，能够增大叶片(7)的圆周速度。通过增大叶片(7)的圆周速度，增大叶轮前半部的叶片(7)的负载，能够弥补叶轮后半部的叶片的负载降低。

7)在几个实施方式中，基于上述6)所述的离心压缩机(1)的叶轮(2)，

对于所述叶轮(2)来说，

在将所述叶片(7)的前缘(LE)的叶片高度(h)定义为h_LE、将所述轮毂(6)的所述叶片(7)的后缘位置(712)的直径定义为D_TE的情况下，

满足h_LE≦0.12×D_TE的条件而构成。

根据上述7)的结构，即使在满足上述条件的比速较低的叶轮(2)中，也能够抑制通过叶轮(2)的流体在叶轮后半部的溢流。

8)在几个实施方式中，基于上述1)至7)中任一项所述的离心压缩机(1)的叶轮(2)，

所述叶片(7)的所述前缘(LE)以使所述前缘(LE)的翼尖侧端(72)与所述前缘(LE)的所述轮毂侧端(71)相比位于通过所述叶轮(2)的气体的流动方向的上游侧的方式倾斜。

根据上述8)的结构，通过在叶片(7)的前缘(LE)设有上述倾斜，能够在通过叶轮(2)的流体压缩时降低对叶片(7)的前缘(LE)产生的冲击波的强度，因而与在叶片(7)的前缘(LE)未设有上述倾斜的情况相比，能够谋求离心压缩机(1)的压力比或效率的提高。

9)在几个实施方式中，基于上述1)至8)中任一项所述的离心压缩机(1)的叶轮(2)，

对于所述轮毂(6)来说，

在将所述轮毂(6)的所述叶片(7)的后缘位置(712)的直径定义为D_TE的情况下，

满足D_TE≤300mm以下的条件而构成。

上述直径D_TE越小，越难以减小间隙比(CL_TE/h_TE)，且越难以抑制通过叶轮(2)的流体在叶轮后半部的溢流。根据上述9)的结构，在满足上述条件(D_TE≦300mm以下)的情况下，也能够抑制通过叶轮(2)的流体在叶轮后半部的溢流。

10)本公开的至少一实施方式的离心压缩机(1)具有：

上述1)至9)中任一项所述的离心压缩机(1)的叶轮(2)；

容纳所述叶轮(2)而构成的壳体(3)。

根据上述10)的结构，具有上述叶轮(2)的离心压缩机(1)能够有效地抑制通过叶轮(2)的流体在叶轮后半部的溢流，因而能够提高离心压缩机(1)的效率。

11)在几个实施方式中，基于上述10)所述的离心压缩机(1)，

所述壳体(3)具有经由间隙(CL)而与所述叶片(7)对置的护罩面(31)，

对于所述离心压缩机(1)来说，

在将所述叶片(7)的后缘(TE)与所述护罩面(31)之间的所述间隙(CL)定义为CL_TE、将所述叶片(7)的所述后缘(TE)的叶片高度定义为h_TE的情况下，

使间隙比CL_TE/h_TE满足0.15＜CL_TE/h_TE＜0.30的条件而构成。

随着叶轮(2)的比速降低，叶轮(2)的外径(出口径)扩大，叶片高度(h)随之减小，但叶轮(2、旋转系统)与壳体(3、静止系统)之间的间隙(CL)不会如叶片高度(h)那样减小。因此，具有比速较低的叶轮(2)的离心压缩机(1)与具有比速较高的叶轮(2)的离心压缩机(1)相比，间隙比(CL_TE/h_TE)相对增大。根据上述11)的结构，具有上述叶轮(2)的离心压缩机(1)在间隙比(CL_TE/h_TE)满足上述条件的情况下，能够有效地抑制通过叶轮(2)的流体在叶轮后半部的溢流。

12)本公开的至少一实施方式的涡轮增压器(10)具有：

上述10)或11)所述的离心压缩机(1)；

使所述离心压缩机驱动而构成的涡轮(11)。

根据上述12)的结构，由于具有上述离心压缩机(1)的涡轮增压器(10)能够有效地抑制通过叶轮(2)的流体在叶轮后半部的溢流，因而能够提高涡轮增压器(10)的效率。

附图标记说明

1离心压缩机；2叶轮；3壳体；4旋转轴；5轴承；6轮毂；7叶片；10涡轮增压器；11涡轮；12涡轮转子；13涡轮壳体；14轴承壳体；31护罩面；32流体导入流路；33扩散器流路；34涡旋流路；61外周面；62背面；71轮毂侧端；72翼尖侧端；121轮毂；122涡轮叶片；131涡旋流路；132排气排出流路；331出口；711，721前缘位置；712，722后缘位置；LE前缘；TE后缘；A叶片展开面积；AR1第一区域；AR2第二区域；AR3第三区域；C1～C10曲线；CE效率；CL间隙；D直径；FA流动角；LA轴线；LE前缘；MN马赫数；MP中间位置；MV流速；SL1直线；TE后缘；Z轴向位置；h叶片高度；m无量纲子午面长度位置。

Claims (12)

1.一种离心压缩机的叶轮，具有轮毂、以及在所述轮毂的周围设置的多个叶片，该离心压缩机的叶轮的特征在于，

对于所述多个叶片各自来说，

在将横轴作为所述叶片的轮毂侧端的无量纲子午面长度位置、将纵轴作为所述叶片的子午面的叶片高度的曲线图中，构成为具有所述叶片高度比连结所述叶片的前缘与后缘的直线大的区域。

2.如权利要求1所述的离心压缩机的叶轮，其特征在于，

所述叶片在所述曲线图中，构成为在比所述轮毂侧端的所述无量纲子午面长度位置的前缘位置与后缘位置的中间位置更靠近所述前缘位置侧形成有所述叶片高度比所述直线大的区域。

3.如权利要求1所述的离心压缩机的叶轮，其特征在于，

所述叶片在所述曲线图中，构成为从所述轮毂侧端的所述无量纲子午面长度位置的前缘位置至后缘位置，所述叶片高度与所述直线相同，或者比所述直线大。

4.如权利要求1至3中任一项所述的离心压缩机的叶轮，其特征在于，

对于所述叶片来说，

在将使构成所述叶片高度的线段围绕所述叶轮的旋转轴展开时的面积定义为叶片展开面积、将所述轮毂侧端的所述无量纲子午面长度位置的前缘位置与后缘位置的中间位置的所述叶片展开面积定义为A_M、将所述轮毂侧端的所述前缘位置的所述叶片展开面积定义为A_LE的情况下，

满足A_M≥0.95×A_LE的条件而构成。

5.如权利要求4所述的离心压缩机的叶轮，其特征在于，

对于所述叶片来说，

在将所述轮毂侧端的所述无量纲子午面长度位置的所述前缘位置与所述后缘位置之间的任意位置的所述叶片展开面积定义为A_F的情况下，

具有满足A_F＞A_LE的条件的区域而构成。

6.如权利要求1至3中任一项所述的离心压缩机的叶轮，其特征在于，

对于所述轮毂来说，

在将所述轮毂的所述叶片的前缘位置的直径定义为D_LE、将所述轮毂的所述叶片的后缘位置的直径定义为D_TE的情况下，

满足D_LE≥0.25×D_TE的条件而构成。

7.如权利要求6所述的离心压缩机的叶轮，其特征在于，

对于所述叶轮来说，

在将所述叶片的前缘的叶片高度定义为h_LE、将所述轮毂的所述叶片的后缘位置的直径定义为D_TE的情况下，

满足h_LE≥0.12×D_TE的条件而构成。

8.如权利要求1至3中任一项所述的离心压缩机的叶轮，其特征在于，

所述叶片的所述前缘以使所述前缘的翼尖侧端位于比所述前缘的所述轮毂侧端更靠近通过所述叶轮的气体的流动方向的上游侧的方式倾斜。

9.如权利要求1至3中任一项所述的离心压缩机的叶轮，其特征在于，

对于所述轮毂来说，

在将所述轮毂的所述叶片的后缘位置的直径定义为D_TE的情况下，

满足D_TE≤300mm以下的条件而构成。

10.一种离心压缩机，其特征在于，具有：

权利要求1至3中任一项所述的叶轮；

容纳所述叶轮而构成的壳体。

11.如权利要求10所述的离心压缩机，其特征在于，

所述壳体具有经由间隙而与所述叶片对置的护罩面，

对于所述离心压缩机来说，

在将所述叶片的后缘与所述护罩面之间的所述间隙定义为CL_TE、将所述叶片的所述后缘的叶片高度定义为h_TE的情况下，

使间隙比CL_TE/h_TE满足0.15＜CL_TE/h_TE＜0.30的条件而构成。

12.一种涡轮增压器，其特征在于，具有：

权利要求10所述的离心压缩机；

使所述离心压缩机驱动而构成的涡轮。