DE102015111462B3

DE102015111462B3 - Compressor with return flow channel and adjustable pilot vanes

Info

Publication number: DE102015111462B3
Application number: DE102015111462.3A
Authority: DE
Inventors: Markus Weiss
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2015-07-15
Filing date: 2015-07-15
Publication date: 2016-09-22
Anticipated expiration: 2035-07-16

Abstract

Mittels der kontinuierlichen Verstellung der Vorleitschaufeln mit den Umlenkkrümmungen wird demnach eine variable Rückführung des Teilmassestroms vom Druckraum zum Saugraum ermöglicht, und eine variable Beeinflussung von Teilmassestrom und Hauptmassestrom zur Stabilisierung der Strömungsverhältnisse bereitgestellt. Durch die gerichtete Einströmung des Teilmassestroms in den Saugraum und die Beeinflussung des Hauptmassestroms mittels der Umlenkkrümmungen beeinflussen sich der Hauptmassestrom und der Teilmassestrom gegenseitig, so dass sich die Anströmung des Hauptmassestroms und des Teilmassestroms auf das Verdichterlaufrad verbessert und die Strömungsverhältnisse stabilisiert werden. Die Drallbewegungen von Hauptmassestrom und Teilmassestrom begünstigen dabei den Anströmwinkel des zu verdichtenden Gesamtmassestroms auf die Schaufeln des Verdichterlaufrades, wodurch die Gefahr eines Strömungsabrisses reduziert wird. Weiter wird durch die Rückführung des Teilmassestroms der zu verdichtende Gesamtmassestrom und somit die Verdichterleistung erhöht, wodurch die Gefahr eines Strömungsabrisses weiter reduziert wird. In Folge dessen wird die Pumpgrenze in Richtung eines geringeren Hauptmassestroms verschoben und der Arbeitsbereich des Verdichters vergrößert.By means of the continuous adjustment of the pilot vanes with the deflecting curvatures, a variable return of the partial mass flow from the pressure chamber to the suction chamber is thus made possible, and a variable influencing of the partial mass flow and the main mass flow is provided for stabilizing the flow conditions. Due to the directed inflow of the partial mass flow into the suction chamber and the influence of the main mass flow by means of Umlenkkrümmungen the main mass flow and the partial mass flow influence each other, so that the flow of the main mass flow and the partial mass flow to the compressor impeller improves and the flow conditions are stabilized. The swirl movements of the main mass flow and partial mass flow thereby favor the angle of attack of the total mass flow to be compressed on the blades of the compressor wheel, whereby the risk of a stall is reduced. Furthermore, the total mass flow to be compressed and thus the compressor power are increased by the return of the partial mass flow, whereby the risk of a stall is further reduced. As a result, the surge limit is shifted in the direction of a lower main mass flow and increases the working range of the compressor.

Description

Technisches Gebiet Technical area

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verdichter mit Rückströmkanal und verstellbaren Vorleitschaufeln gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. The present invention relates to a compressor with a return flow channel and adjustable guide vanes according to the features of patent claim 1.

Stand der Technik State of the art

Der Arbeitsbereich eines Verdichters zur Verdichtung eines Gasmassestroms wird durch eine Pumpgrenze bei geringem zu verdichtenden Gasmassestrom und einer Stopfgrenze bei hohem zu verdichtenden Gasmassestrom bestimmt. Eine Erweiterung des Arbeitsbereichs wird durch eine Stabilisierung der Strömung im Bereich der Pumpgrenze erreicht, wobei eine Verschiebung der Pumpgrenze erfolgt. Dazu sind Rückströmkanäle im Verdichtergehäuse vorgesehen, welche eine Rückströmung eines Teilmassestroms des verdichteten Gasmassestroms von der Druckseite des Verdichters zur Saugseite des Verdichters ermöglichen. The working range of a compressor for compressing a gas mass flow is determined by a surge limit with low gas mass flow to be compressed and a plug limit at high gas mass flow to be compressed. An extension of the working range is achieved by stabilizing the flow in the area of the surge limit, with a shift of the surge limit. These return flow channels are provided in the compressor housing, which allow a backflow of a partial mass flow of the compressed gas mass flow from the pressure side of the compressor to the suction side of the compressor.

Der durch den Verdichter zu verdichtende Gasmassestrom setzt sich somit aus dem angesaugten Hauptmassestrom und einem rückgeführten Teilmassestrom zusammen. In Abhängigkeit der Menge des rückgeführten Teilmassestroms kann somit der angesaugte Hauptmassestrom verringert werden, wobei der zu verdichtende Gasmassestrom unverändert bleibt. Dadurch bleiben die Strömungsverhältnisse bei einer Verringerung des angesaugten Hauptmassestroms unter die Pumpgrenze stabil. Zudem kann durch die Einleitung des Teilmassestroms die Anströmung an das Verdichterlaufrad des Verdichters vorteilhaft beeinflusst werden und die Gefahr eines Strömungsabrisses wird weiter verringert. In Folge dessen wird die Pumpgrenze in Richtung eines geringeren angesaugten Hauptmassestroms des Verdichters verschoben. The gas mass flow to be compressed by the compressor is thus composed of the intake main mass flow and a recirculated partial mass flow. Depending on the amount of recycled partial mass flow thus the sucked main mass flow can be reduced, the gas mass flow to be compressed remains unchanged. As a result, the flow conditions remain stable with a reduction in the intake main mass flow below the surge limit. In addition, the flow to the compressor impeller of the compressor can be favorably influenced by the introduction of the partial mass flow and the risk of a stall is further reduced. As a result, the surge line is shifted in the direction of a lower intake main mass flow of the compressor.

Im Arbeitsbereich mit stabileren Strömungsverhältnissen zwischen der Pumpgrenze und der Stopfgrenze soll keine Rückströmung erfolgen, so dass der Verdichter wirkungsgradoptimal betrieben werden kann. Dafür ist der Rückströmkanal mit einer Ventileinrichtung ausgestattet, mittels welcher der Rückströmkanal versperrt oder freigegeben werden kann. In the working area with more stable flow conditions between the surge limit and the plug limit, no backflow should take place, so that the compressor can be operated with optimum efficiency. For the return flow is equipped with a valve device by means of which the return flow can be blocked or released.

Aus der Offenlegungsschrift DE3605958A1 geht ein Verdichter hervor, welcher einen Bypass zwischen der Druckseite und der Saugseite des Verdichters aufweist. Mittels eines Schalldrucksensors wird der Beginn des Verdichterpumpens erfasst und in Abhängigkeit ein in dem Bypass befindliches Bypassventil gesteuert. From the publication DE3605958A1 goes out a compressor, which has a bypass between the pressure side and the suction side of the compressor. By means of a sound pressure sensor, the beginning of the compressor pumping is detected and controlled depending on a bypass valve located in the bypass.

Aus der Offenlegungsschrift DE4213047A1 gehen Maßnahmen zur Beeinflussung der Hauptströmung in einem Verdichtergehäuse hervor. Dazu ist eine Zirkulationskammer vorgesehen, über welche eine Rückströmung von der Druckseite zur Saugseite zur Stabilisierung der Hauptströmung ermöglicht wird. Mittels Steuerklappen und einem zusätzlichen Druckbehälter kann zudem Druckluft zur Deckung des Luftbedarfs im unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt werden. From the publication DE4213047A1 Measures for influencing the main flow in a compressor housing out. For this purpose, a circulation chamber is provided, via which a return flow from the pressure side to the suction side for stabilizing the main flow is made possible. By means of control flaps and an additional pressure vessel also compressed air can be made available to cover the air requirement in the lower speed range of the internal combustion engine.

Aus der Patentschrift EP0348674B1 geht ein Verdichter hervor, welcher einen Bypass zwischen der Druckseite und der Saugseite des Verdichters aufweist. Innerhalb des Bypasses sind zudem mehrere Leitschaufeln platziert. From the patent EP0348674B1 goes out a compressor, which has a bypass between the pressure side and the suction side of the compressor. Inside the bypass several vanes are placed.

Aus der Patentschrift DE10029808C1 ist ein Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine mit einer Turbine und einem Verdichter bekannt. Im Verdichtergehäuse ist ein Überströmkanal angeordnet, wobei zur variablen Einstellung des wirksamen Strömungsquerschnitts zwei relativ zueinander verstellbare Teilringe vorgesehen sind. Die Teilringe sind zwischen einer Überdeckungsstellung und einer Sperrstellung verstellbar. From the patent DE10029808C1 An exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine with a turbine and a compressor is known. In the compressor housing an overflow channel is arranged, wherein two variable relative to each other adjustable partial rings are provided for the variable adjustment of the effective flow cross-section. The partial rings are adjustable between a covering position and a blocking position.

Aus der Patentschrift DE19823274C1 geht ein Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine mit einer Turbine und einem Verdichter hervor. Im Verdichtergehäuse ist ein Bypass im Bereich der Eintrittskante des Verdichterlaufrades angeordnet, wobei zur variablen Einstellung des wirksamen Strömungsquerschnitts ein verstellbares Verschlusselement vorgesehen ist. Das Verschlusselement ist zudem als verstellbares Leitgitter ausgebildet und im Bereich der Einströmung in den Verdichterströmungskanal angeordnet. From the patent DE19823274C1 goes out an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine with a turbine and a compressor. In the compressor housing, a bypass in the region of the leading edge of the compressor impeller is arranged, wherein an adjustable closure element is provided for the variable adjustment of the effective flow cross-section. The closure element is also designed as an adjustable guide grid and arranged in the region of the inflow into the compressor flow channel.

Aus der Patentschrift DE 10 2004 024 948 B4 geht ein Abgasturbolader mit einem Verdichter hervor, welcher einen Bypass aufweist. Der Bypass ist im Verdichtergehäuse zur Verbindung von Druckraum und Saugraum angeordnet. Zur Regulierung der Ansaugluftmenge ist in dem Bypass ein Drosselelement vorgesehen. Der Bypass ist spiralförmig um den Saugraum ausgebildet und mündet tangential in den Saugraum. Weiter wird beschrieben, dass der Bypass im Bereich der Einmündung ein Luftleitelement aufweisen kann, um eine gleichmäßig verteilte Einleitung zu gewährleisten. Eine zusätzliche Vergrößerung des Saugraums im Bereich der Einleitung ermöglicht eine verlustfreie Rückführung der Ansaugluft. From the patent DE 10 2004 024 948 B4 goes out an exhaust gas turbocharger with a compressor, which has a bypass. The bypass is arranged in the compressor housing for the connection of pressure chamber and suction chamber. To regulate the amount of intake air, a throttle element is provided in the bypass. The bypass is formed spirally around the suction chamber and opens tangentially into the suction chamber. It is also described that the bypass in the region of the junction can have an air guide element in order to ensure a uniformly distributed introduction. An additional enlargement of the suction chamber in the region of the introduction allows a lossless return of the intake air.

Aus der Patentschrift EP2024606B1 geht ein ringförmiger Strömungskanal für eine Strömungsmaschine hervor, welcher in einem Gehäuse der Strömungsmaschine untergebracht ist. Der Strömungskanal weist Rückströmpassagen mit jeweils einer Entnahme- und einer Einspeiseposition auf, um Luft aus dem Bereich der Schaufelblattspitzen zurück in einen Bereich stromauf der Schaufelblätter eines Schaufelkranzes zu führen. Dabei ist die Entnahmeposition jeder Rückströmpassage in Drehrichtung des Schaufelkranzes vor der korrespondierenden Einspeiseposition angeordnet. From the patent EP2024606B1 goes out an annular flow channel for a turbomachine, which is housed in a housing of the turbomachine. Of the Flow channel has Rückströmpassagen each with a take-off and a feed position to guide air from the region of the blade tips back into an area upstream of the blades of a blade ring. In this case, the removal position of each return flow passage in the direction of rotation of the blade ring is arranged in front of the corresponding feed position.

Aus der Offenlegungsschrift DE10223876A1 geht ein Verdichter für eine Brennkraftmaschine hervor. Der Verdichter weist ein in einem Einströmkanal eines Verdichtergehäuses angeordnetes Verdichterrad auf, wobei über den Einströmkanal angesaugte Verbrennungsluft zum Verdichterrad geleitet wird. Der Verdichter umfasst weiter einen die Verdichterradschaufeln radial umgreifenden Deckring, wobei zwischen benachbarten Verdichterradschaufeln ein tunnelartiger Strömungsweg gebildet wird. From the publication DE10223876A1 goes out a compressor for an internal combustion engine. The compressor has a compressor wheel arranged in an inflow channel of a compressor housing, wherein combustion air drawn in via the inflow channel is conducted to the compressor wheel. The compressor further comprises a cover ring radially encompassing the compressor wheel vanes, wherein a tunnel-like flow path is formed between adjacent compressor wheel vanes.

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2008 007 027 A1 ist ein Turbolader mit einem Verdichter bekannt. Der Verdichter weist ein Verdichtergehäuse auf, in welchem ein Verdichterrad angeordnet ist. Im Verdichtergehäuse sind weiter ein erster und ein zweiter Luftkanal vorgesehen, wobei über den ersten Luftkanal Luft zur Verschiebung der Pumpgrenze des Verdichters zuführbar ist und über den zweiten Luftkanal Luft abblasbar ist. From the publication DE 10 2008 007 027 A1 is a turbocharger with a compressor known. The compressor has a compressor housing, in which a compressor wheel is arranged. In the compressor housing, a first and a second air duct are further provided, wherein over the first air duct air for the displacement of the pumping limit of the compressor can be fed and via the second air duct air is blown off.

Aus der Veröffentlichung DE 11 2006 003 468 T5 ist ein Kompressor bekannt, welcher ein Kompressorrad in einem Kompressorgehäuse umfasst. Das Kompressorrad ist im Kompressorgehäuse drehbar gelagert, um ein Strömungsmittel zu komprimieren. Das Kompressorgehäuse weist eine erste Volute, die konfiguriert ist, um ein Abgas radial nach innen zu dem Kompressorrad zu leiten, und eine zweite Volute, die konfiguriert ist, um eine Mischung des Abgases und Luft von dem Kompressorrad radial nach außen zu leiten. From the publication DE 11 2006 003 468 T5 For example, a compressor is known that includes a compressor wheel in a compressor housing. The compressor wheel is rotatably mounted in the compressor housing to compress a fluid. The compressor housing has a first volute configured to direct an exhaust gas radially inward toward the compressor wheel and a second volute configured to direct a mixture of the exhaust gas and air from the compressor wheel radially outward.

Die Offenlegungsschrift US20130266436A1 betrifft ein Verdichtergehäuse für einen Abgasturbolader mit einem Rückführkanal. Der ringförmig über den Umfang des Verdichterrades im Verdichtergehäuse ausgebildete Rückführkanal weist eine erste Rückführöffnung zu einem Luftkanal und eine zweite Rückführöffnung zum Luftkanal des Verdichtergehäuses auf. Die Rückführöffnungen stehen für unter anderem für eine Rückströmung von verdichteter Ansaugluft miteinander in Fluidverbindung, wobei die erste Rückführöffnung im Verdichtergehäuse stromauf des Verdichterrades und die zweite Rückführöffnung im Verdichtergehäuse am Umfang des Verdichterrades angeordnet sind. The publication US20130266436A1 relates to a compressor housing for an exhaust gas turbocharger with a return duct. The annular channel formed over the circumference of the compressor wheel in the compressor housing has a first return opening to an air channel and a second return opening to the air channel of the compressor housing. The return openings are in fluid communication with one another, inter alia, for a return flow of compressed intake air, wherein the first return opening in the compressor housing is arranged upstream of the compressor wheel and the second return opening in the compressor housing on the circumference of the compressor wheel.

Aus der Veröffentlichung WO2007089737A1 ist ein Luftsystem bekannt, welches in einem Kompressorgehäuse mit einem Einlass und einem Auslass ein Kompressorrad aufweist. Weiter ist in dem Kompressorgehäuse ein Rückführkanal und ein variabler Lufteinlassmechanismus vorgesehen, um den Luftstrom durch das Kompressorgehäuse zu steuern, wobei eine Rückströmung verdichteter Luft durch den Rückströmkanal vom Auslass zum Einlass erfolgt, wenn der variable Lufteinlassmechanismus geschlossen ist. From the publication WO2007089737A1 For example, an air system is known which includes a compressor wheel in a compressor housing having an inlet and an outlet. Further, in the compressor housing, a return passage and a variable air intake mechanism are provided to control the flow of air through the compressor housing, with a return flow of compressed air through the return passage from the outlet to the inlet when the variable air intake mechanism is closed.

Aufgabe der Erfindung Object of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen verbesserten Verdichter mit erweitertem Arbeitsbereich bereitzustellen. The object of the invention is to provide an improved compressor with extended working range.

Lösung der Aufgabe Solution of the task

Die Aufgabe wird durch einen Verdichter mit Rückströmkanal und verstellbaren Vorleitschaufeln nach den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem Ausführungsbeispiel. The object is achieved by a compressor with return flow channel and adjustable Vorleitschaufeln according to the features of claim 1. Advantageous developments emerge from the subclaims and the embodiment.

Beschreibung der Erfindung Description of the invention

Die Erfindung stellt einen erfindungsgemäß vorteilhaften Verdichter mit einem Rückströmkanal und verstellbaren Vorleitschaufeln bereit, mittels welchen die Pumpgrenze weiter verschoben werden kann. Der erfindungsgemäß vorteilhafte Verdichter weist in einem Verdichtergehäuse einen Saugraum, ein Verdichterlaufrad und einen Druckraum auf, wobei das Verdichterlaufrad zwischen dem Saugraum und dem Druckraum im Verdichtergehäuse drehbar gelagert ist. The invention provides a compressor which is advantageous according to the invention and has a return flow channel and adjustable pilot vanes, by means of which the surge limit can be further shifted. The inventively advantageous compressor has in a compressor housing to a suction chamber, a compressor impeller and a pressure chamber, wherein the compressor impeller is rotatably mounted between the suction chamber and the pressure chamber in the compressor housing.

Im Verdichtergehäuse ist zudem der Rückführkanal angeordnet, mittels welchem der Druckraum mit dem Saugraum fluidverbunden ist. Der Rückführkanal weist einen Abzweig aus dem Druckraum auf. Der Abzweig ist dabei in vorteilhafter Weise im Bereich des Verdichterlaufrades, insbesondere im Spaltbereich zwischen den Schaufeln des Verdichterlaufrades und dem Verdichtergehäuse angeordnet. Alternativ ist der Abzweig im Austrittsbereich des Verdichterlaufrades angeordnet. Der Abzweig aus dem Druckraum ist in vorteilhafter Weise als Ringkanal ausgeführt, so dass eine ringförmige Öffnung zwischen Rückführkanal und Druckraum gebildet wird. Alternativ kann der Abzweig aus mehreren über den Umfang des Druckraums verteilten Öffnungen gebildet sein. Der Rückführkanal weist weiter eine Einmündung in den Saugraum auf. Die Einmündung ist dabei in vorteilhafter Weise im Eintrittsbereich des Verdichterlaufrades angeordnet. Die Einmündung in den Saugraum ist in vorteilhafter Weise als Ringkanal ausgeführt, so dass eine ringförmige Öffnung zwischen Rückführkanal und Saugraum gebildet wird. In vorteilhafter Weise sind mehrere separate Rückführkanäle vorgesehen, welche einerseits mit dem Abzweig und andererseits mit der als Ringkanal ausgeführten Einmündung verbunden sind. In the compressor housing also the return channel is arranged, by means of which the pressure chamber is fluidly connected to the suction chamber. The return channel has a branch from the pressure chamber. The branch is advantageously arranged in the region of the compressor impeller, in particular in the gap region between the blades of the compressor impeller and the compressor housing. Alternatively, the branch is arranged in the outlet region of the compressor impeller. The branch from the pressure chamber is advantageously designed as an annular channel, so that an annular opening between the return channel and the pressure chamber is formed. Alternatively, the branch can be formed from a plurality of openings distributed over the circumference of the pressure chamber. The return channel further has an opening in the suction chamber. The junction is advantageously arranged in the inlet region of the compressor impeller. The junction in the suction chamber is advantageously designed as an annular channel, so that an annular opening between the return channel and the suction chamber is formed. Advantageously, a plurality of separate return channels are provided, which on the one hand with the Branch and on the other hand connected to the designed as an annular channel junction.

Die Einmündung umfasst mehrere über den Umfang des Saugraums verteilt angeordnete Vorleitschaufeln, welche drehbar um eine erste Drehachse parallel zu einer zweiten Drehachse des Verdichterlaufrades innerhalb des Ringkanals gelagert sind. In vorteilhafter Weise sind die Vorleitschaufeln als Strömungsprofil mit gekrümmter Skelettlinie ausgeführt. In vorteilhafter Weise verläuft die erste Drehachse der Vorleitschaufel durch die Vorleitschaufel, insbesondere schneidet die erste Drehachse die Skelettlinie der Vorleitschaufel. The junction comprises a plurality of guide vanes distributed over the circumference of the suction space, which are rotatably mounted about a first axis of rotation parallel to a second axis of rotation of the compressor wheel within the annular channel. Advantageously, the Vorleitschaufeln are designed as a flow profile with a curved skeleton line. Advantageously, the first axis of rotation of the Vorleitschaufel passes through the Vorleitschaufel, in particular the first axis of rotation intersects the skeleton line of the Vorleitschaufel.

Die Vorleitschaufeln sind mit einer Betätigungseinrichtung verbunden, mittels welcher die Vorleitschaufeln kontinuierlich variabel verdreht werden können, um den Rückführkanal zu versperren oder kontinuierlich variabel bis zu einem maximalen Öffnungsquerschnitt freizugeben. Die Vorleitschaufeln erstrecken sich im geschlossenen Zustand nur über den Ringkanal und bilden gegenüber dem Saugraum eine geschlossene Oberfläche, welche in vorteilhafter Weise bündig mit einer Innenfläche des Saugraumes abschließt. Mit zunehmender Betätigung der Vorleitschaufeln ausgehend vom geschlossenen Zustand, bei welchem die Fluidverbindung des Rückführkanals zwischen Druckraum und Saugraum unterbrochen ist, in den geöffneten Zustand mit maximalem Öffnungsquerschnitt, bei welchem die Fluidverbindung einen maximalen Durchfluss ermöglicht, erstrecken sich die Vorleitschaufeln zunehmend in den Bereich des Saugraumes. Demnach erstrecken sich die Vorleitschaufeln im geöffneten Zustand in die Einmündung und in den Saugraum. The Vorleitschaufeln are connected to an actuating device by means of which the Vorleitschaufeln can be continuously variably rotated to obstruct the return channel or continuously variable release up to a maximum opening cross-section. The Vorleitschaufeln extend in the closed state only over the annular channel and form opposite the suction chamber, a closed surface, which terminates in an advantageous manner flush with an inner surface of the suction chamber. With increasing actuation of the pilot vanes, starting from the closed state, in which the fluid connection of the return channel between the pressure chamber and suction chamber is interrupted, in the open state with maximum opening cross-section, in which the fluid connection allows maximum flow, the Vorleitschaufeln extend increasingly in the region of the suction chamber , Accordingly, the Vorleitschaufeln extend in the open state in the junction and in the suction chamber.

Die Vorleitschaufeln weisen zudem jeweils eine Umlenkkrümmung auf, welche sich im geöffneten Zustand in den Saugraum erstreckt. Die Vorleitschaufeln weisen weiter jeweils eine Aussparung auf, welche sich im geschlossenen Zustand der Vorleitschaufeln mit der Umlenkkrümmung der jeweils benachbarten Vorleitschaufel in Kontakt befinden. In vorteilhafter Weise ist im Kontakt zwischen Umlenkkrümmung und Aussparung ein Dichtelement vorgesehen, um eine sichere Abdichtung zwischen Druckraum und Saugraum zu gewährleisten, wenn sich die Vorleitschaufeln im geschlossenen Zustand befinden und der Rückführkanal versperrt ist. Die Umlenkkrümmungen sind als starres Bauteil ausgeführt und einteilig mit der Vorleitschaufel ausgeführt oder fest mit der Vorleitschaufel verbunden. Alternativ sind die Umlenkkrümmungen als elastisches Bauteil ausgeführt und mit der Vorleitschaufel fest verbunden. The Vorleitschaufeln also each have a Umlenkkurümmung, which extends in the open state in the suction chamber. The Vorleitschaufeln further each have a recess, which are in the closed state of the Vorleitschaufeln with the Umlenkkurümmung the respective adjacent Vorleitschaufel in contact. Advantageously, a sealing element is provided in the contact between Umlenkkrümmung and recess to ensure a secure seal between the pressure chamber and the suction chamber when the Vorleitschaufeln are in the closed state and the return channel is blocked. The Umlenkkrümmungen are designed as a rigid component and executed in one piece with the Vorleitschaufel or firmly connected to the Vorleitschaufel. Alternatively, the Umlenkkrümmungen are designed as an elastic component and firmly connected to the Vorleitschaufel.

Mittels des Verdichters wird ein Hauptmassestrom angesaugt und zusammen mit einem über den Rückführkanal vom Druckraum zum Saugraum zurückgeführten Teilmassestrom gefördert und verdichtet, wenn sich die Vorleitschaufeln gegenüber dem Rückführkanal im geöffneten Zustand befinden. Ein zu fördernder und zu verdichtender Gesamtmassestrom setzt sich somit aus dem angesaugten Hauptmassestrom und dem rückgeführten Teilmassestrom zusammen. Mittels der in der Einmündung drehbar gelagerten Vorleitschaufeln wird der Teilmassestrom variabel gesteuert. Zudem wird dem Teilmassestrom eine von der Drehstellung der Vorleitschaufeln abhängige Strömungsrichtung aufgeprägt, so dass der Hauptmassestrom und der Teilmassestrom in eine Drallbewegung versetzt werden. By means of the compressor, a main mass flow is sucked in and conveyed together with a via the return channel from the pressure chamber to the suction chamber recycled partial mass flow and compressed when the Vorleitschaufeln are opposite the return duct in the open state. A total mass flow to be pumped and compressed thus consists of the intake of the main mass flow and the return of the partial mass flow. By means of the guide vanes rotatably mounted in the junction, the partial mass flow is variably controlled. In addition, a flow direction dependent on the rotational position of the pilot vanes flow direction is impressed on the partial mass flow, so that the main mass flow and the partial mass flow are set in a twisting motion.

Mittels der Umlenkkrümmungen der Vorleitschaufeln wird zudem der Hauptmassestrom beeinflusst, da die Umlenkkrümmungen einen Teil des Strömungsquerschnitts im Saugraum überdecken und eine teilweise Umlenkung des axial in Richtung des Verdichterlaufrades einströmenden Hauptmassestroms in Umfangsrichtung bewirken. Mittels der Umlenkkrümmungen wird dem Hauptmassestrom eine zusätzliche Drallbewegung aufgeprägt. Die Umlenkkrümmungen sind dabei derart ausgerichtet, dass sich die durch den Teilmassestrom aufgeprägte Drallbewegung und die zusätzliche Drallbewegung des Hauptmassestroms ergänzen. By means of the deflection curves of the guide vanes, the main mass flow is also influenced since the deflection curvatures cover a part of the flow cross section in the suction chamber and cause a partial deflection of the main mass flow flowing axially in the direction of the compressor impeller in the circumferential direction. By means of Umlenkkrümmungen the main mass flow an additional swirling motion is impressed. The Umlenkkrümmungen are aligned such that complement the impressed by the partial mass flow swirling motion and the additional swirling motion of the main mass flow.

Mittels der kontinuierlichen Verstellung der Vorleitschaufeln mit den Umlenkkrümmungen wird demnach eine variable Rückführung des Teilmassestroms vom Druckraum zum Saugraum ermöglicht, und eine variable Beeinflussung von Teilmassestrom und Hauptmassestrom zur Stabilisierung der Strömungsverhältnisse bereitgestellt. Durch die gerichtete Einströmung des Teilmassestroms in den Saugraum und die Beeinflussung des Hauptmassestroms mittels der Umlenkkrümmungen beeinflussen sich der Hauptmassestrom und der Teilmassestrom gegenseitig, so dass sich die Anströmung des Hauptmassestroms und des Teilmassestroms auf das Verdichterlaufrad verbessert und die Strömungsverhältnisse stabilisiert werden. Die Drallbewegungen von Hauptmassestrom und Teilmassestrom begünstigen dabei den Anströmwinkel des zu verdichtenden Gesamtmassestroms auf die Schaufeln des Verdichterlaufrades, wodurch die Gefahr eines Strömungsabrisses reduziert wird. Weiter wird durch die Rückführung des Teilmassestroms der zu verdichtende Gesamtmassestrom und somit die Verdichterleistung erhöht, wodurch die Gefahr eines Strömungsabrisses weiter reduziert wird. In Folge dessen wird die Pumpgrenze in Richtung eines geringeren Hauptmassestroms verschoben und der Arbeitsbereich des Verdichters vergrößert. By means of the continuous adjustment of the pilot vanes with the deflecting curvatures, a variable return of the partial mass flow from the pressure chamber to the suction chamber is thus made possible, and a variable influencing of the partial mass flow and the main mass flow is provided for stabilizing the flow conditions. Due to the directed inflow of the partial mass flow into the suction chamber and the influence of the main mass flow by means of Umlenkkrümmungen the main mass flow and the partial mass flow influence each other, so that the flow of the main mass flow and the partial mass flow to the compressor impeller improves and the flow conditions are stabilized. The swirl movements of the main mass flow and partial mass flow thereby favor the angle of attack of the total mass flow to be compressed on the blades of the compressor wheel, whereby the risk of a stall is reduced. Furthermore, the total mass flow to be compressed and thus the compressor power are increased by the return of the partial mass flow, whereby the risk of a stall is further reduced. As a result, the surge limit is shifted in the direction of a lower main mass flow and increases the working range of the compressor.

Ausführungsbeispiel embodiment

Beispielhaft wird hier eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verdichters 1 mit Rückströmkanal 2 und verstellbaren Vorleitschaufeln 3 dargestellt. In den dazugehörigen Figuren zeigt: An example of this is an embodiment of the compressor according to the invention 1 with return flow channel 2 and adjustable guide vanes 3 shown. In the accompanying figures shows:

1: eine Teilschnittdarstellung des Verdichters 1 mit Rückströmkanal 2 und verstellbaren Vorleitschaufeln 3 in einem ersten Zustand, und 1 : a partial sectional view of the compressor 1 with return flow channel 2 and adjustable guide vanes 3 in a first state, and

2: eine Teilschnittdarstellung des Verdichters 1 mit Rückströmkanal 2 und verstellbaren Vorleitschaufeln 3 in einem zweiten Zustand. 2 : a partial sectional view of the compressor 1 with return flow channel 2 and adjustable guide vanes 3 in a second state.

Der Verdichter 1 mit Rückströmkanal 2 und verstellbaren Vorleitschaufeln 3, dargestellt in 1 und 2, weist in einem Verdichtergehäuse 4 einen Saugraum 5, einen Druckraum 6 und ein zwischen Saugraum 5 und Druckraum 6 im Verdichtergehäuse 4 um eine erste Drehachse 10 drehbar gelagertes Verdichterlaufrad 7 auf. Im Verdichtergehäuse 4 ist zudem der Rückführkanal 2 mit einem Abzweig 8 aus dem Druckraum 6 und einer als Ringkanal ausgeführten Einmündung 9 in den Saugraum 5 angeordnet. Demnach ist der Rückführkanal 2 über den Abzweig 8 mit dem Druckraum 6 und der Einmündung 9 mit dem Saugraum 5 verbunden, und stellt eine Fluidverbindung zwischen Druckraum 6 und Saugraum 5 bereit. The compressor 1 with return flow channel 2 and adjustable guide vanes 3 represented in 1 and 2 , points in a compressor housing 4 a suction room 5 , a pressure room 6 and one between the suction room 5 and pressure room 6 in the compressor housing 4 around a first axis of rotation 10 rotatably mounted compressor impeller 7 on. In the compressor housing 4 is also the return channel 2 with a branch 8th from the pressure room 6 and an opening designed as an annular channel 9 in the suction room 5 arranged. Accordingly, the return channel 2 over the branch 8th with the pressure room 6 and the confluence 9 with the suction chamber 5 connected, and provides a fluid connection between the pressure chamber 6 and suction room 5 ready.

Die verstellbaren Vorleitschaufeln 3 sind in der Einmündung 9 über den Umfang des Saugraums 5 verteilt angeordnet und drehbar um eine zweite Drehachse 11 parallel zur ersten Drehachse 10 des Verdichterlaufrades 7 innerhalb der Einmündung 9 gelagert. Mittels des Rückführkanals 2 und der Vorleitschaufeln 3 wird ein von der Druckseite 6 zur Saugseite 5 über den Rückführkanal 2 rückgeführter Teilmassestrom einem von dem Verdichter 1 angesaugten Hauptmassestrom in Abhängigkeit einer Verdrehung der Vorleitschaufeln 3 zugeführt. The adjustable guide vanes 3 are in the confluence 9 over the circumference of the suction chamber 5 distributed and rotatable about a second axis of rotation 11 parallel to the first axis of rotation 10 of the compressor impeller 7 within the junction 9 stored. By means of the return channel 2 and the pilot vanes 3 becomes one from the pressure side 6 to the suction side 5 over the return channel 2 recycled partial mass flow one of the compressor 1 sucked main mass flow in response to a rotation of the pilot vanes 3 fed.

Mittels einer Betätigungseinrichtung (nicht dargestellt) sind die Vorleitschaufeln 3 zwischen einem geschlossenen Zustand, bei welchem die Fluidverbindung des Rückführkanals 2 zwischen Druckraum 6 und Saugraum 5 unterbrochen ist und keine Rückführung des Teilmassestroms erfolgt, und einem geöffneten Zustand, bei welchem die Fluidverbindung einen maximalen Durchfluss der Rückführung des Teilmassestroms ermöglicht, kontinuierlich variabel verdrehbar. By means of an actuating device (not shown) are the Vorleitschaufeln 3 between a closed state, in which the fluid connection of the return channel 2 between pressure chamber 6 and suction room 5 is interrupted and no return of the partial mass flow takes place, and an open state in which the fluid connection allows a maximum flow of the return of the partial mass flow, continuously variable rotatable.

Die Vorleitschaufeln 3 weisen jeweils eine Umlenkkrümmung 12 und jeweils eine Aussparung 13 auf. Die Umlenkkrümmungen 12 und die Aussparungen 13 der jeweils am Umfang des Saugraumes 5 benachbarten Vorleitschaufeln 3 befinden sich im geschlossenen Zustand in Kontakt. Im geöffneten Zustand sind die Umlenkkrümmungen 12 im Saugraum 5 zur Beeinflussung des Hauptmassestroms ausgerichtet. Mittels der kontinuierlichen Verstellung der Vorleitschaufeln 3 mit den Umlenkkrümmungen 12 wird eine variable Rückführung des Teilmassestroms vom Druckraum 6 zum Saugraum 5 ermöglicht, und eine variable Beeinflussung von Teilmassestrom und Hauptmassestrom zur Stabilisierung der Strömungsverhältnisse am Verdichterlaufrad 7 bereitgestellt. The guide vanes 3 each have a deflection curvature 12 and one recess each 13 on. The deflection curves 12 and the recesses 13 each on the circumference of the suction chamber 5 adjacent pilot vanes 3 are in closed state in contact. In the open state, the Umlenkkrümmungen 12 in the suction room 5 directed to influence the main mass flow. By means of the continuous adjustment of the pilot vanes 3 with the deflection curvatures 12 is a variable feedback of the partial mass flow from the pressure chamber 6 to the suction room 5 allows, and a variable influence of partial mass flow and main mass flow to stabilize the flow conditions on the compressor impeller 7 provided.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Verdichter compressor
2 2: Rückführkanal Return channel
3 3: Vorleitschaufel IGV
4 4: Verdichtergehäuse compressor housing
5 5: Saugraum suction
6 6: Druckraum pressure chamber
7 7: Verdichterlaufrad compressor impeller
8 8th: Abzweig junction
9 9: Einmündung junction
10 10: erste Drehachse first axis of rotation
11 11: zweite Drehachse second axis of rotation
12 12: Umlenkkrümmung deflecting curvature
13 13: Aussparung recess

Claims

Compressor ( 1 ) with return flow channel ( 2 ) and adjustable pilot vanes ( 3 ), comprising in a compressor housing ( 4 ) a suction space ( 5 ), a pressure room ( 6 ) and one between the suction space ( 5 ) and pressure chamber ( 6 ) in the compressor housing ( 4 ) about a first axis of rotation ( 10 ) rotatably mounted compressor impeller ( 7 ), wherein in the compressor housing ( 4 ) the return channel ( 2 ) with a branch ( 8th ) from the pressure chamber ( 6 ) and a junction ( 9 ) in the suction chamber ( 5 ) is arranged and the adjustable guide vanes ( 3 ) in the junction ( 9 ) over the circumference of the suction space ( 5 ) distributed and rotatable about a second axis of rotation ( 11 ) parallel to the first axis of rotation ( 10 ) of the compressor impeller ( 7 ) are stored, wherein by means of the return channel ( 2 ) and the pilot vanes ( 3 ) one from the pressure side ( 6 ) to the suction side ( 5 ) recycled partial mass flow one of the compressor ( 1 ) sucked main mass flow in response to a rotation of the pilot vanes ( 3 ) is supplied.

Compressor ( 1 ) with return flow channel ( 2 ) and adjustable pilot vanes ( 3 ) according to claim 1, characterized in that the pilot vanes ( 3 ) each have a deflection curvature ( 12 ) exhibit.

Compressor ( 1 ) with return flow channel ( 2 ) and adjustable pilot vanes ( 3 ) according to claim 2, characterized in that the pilot vanes ( 3 ) each have a recess ( 13 ) and the deflection curves ( 12 ) and the recesses ( 13 ) each at the periphery of the suction space ( 5 ) adjacent pilot vanes ( 3 ) are in contact when closed.