DE102016102924A1 - Diffuser of a centrifugal compressor - Google Patents

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DE102016102924A1 DE102016102924.6A DE102016102924A DE102016102924A1 DE 102016102924 A1 DE102016102924 A1 DE 102016102924A1 DE 102016102924 A DE102016102924 A DE 102016102924A DE 102016102924 A1 DE102016102924 A1 DE 102016102924A1
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René Hunziker
Gerd MUNDINGER
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Abstract

Der Strömungskanal im Diffusor eines Radialverdichters erfährt eine starke Querschnittsvergrösserung im Eintrittsbereich des Diffusorabschnitts. Dadurch wird der Strömung bereits vor dem eigentlichen Diffusorkanal mehr Platz gewährt, was zu einer frühzeitigen Verzögerung und entsprechendem Druckaufbau führt. So reduziert sich die Geschwindigkeit der Strömung in den nachfolgenden Teilkomponenten des Verdichters mit entsprechend reduzierten Strömungsverlusten.The flow channel in the diffuser of a radial compressor undergoes a strong cross-sectional enlargement in the inlet region of the diffuser section. As a result, the flow is granted more space even before the actual diffuser channel, resulting in an early delay and corresponding pressure build-up. This reduces the velocity of the flow in the subsequent subcomponents of the compressor with correspondingly reduced flow losses.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Strömungsmaschinen, sie betrifft einen Diffusor eines Radialverdichters, einen Radialverdichter mit einem derartigen Diffusor sowie einen Abgasturbolader mit einem Radialverdichter mit einem derartigen Diffusor.The invention relates to the field of turbomachines, it relates to a diffuser of a centrifugal compressor, a centrifugal compressor with such a diffuser and an exhaust gas turbocharger with a centrifugal compressor with such a diffuser.

Stand der TechnikState of the art

Radialverdichter werden unter anderem in Abgasturboladern zum Aufladen von Brennkraftmaschinen eingesetzt. Das Verdichterrad des Radialverdichters erteilt dem eintretenden Luftstrom eine Drehbewegung, wodurch sich infolge der Fliehkräfte ein Druckfeld mit nach radial aussen hin zunehmendem Druck aufbaut. Die stets verhältnismässig hohe Austrittsgeschwindigkeit des Luftstroms aus dem Verdichterrad verlangt eine Verzögerung im Diffusor um die Strömungsgeschwindigkeiten in dem spiralförmigen Sammelraum (Spirale) tief zu halten, wodurch die Wandreibungsverluste abnehmen und der Wirkungsgrad der Verdichterstufe insgesamt verbessert wird. Radial compressors are used inter alia in exhaust gas turbochargers for charging internal combustion engines. The compressor wheel of the centrifugal compressor gives the incoming air flow a rotational movement, as a result of which a pressure field builds up due to the centrifugal forces with radially outwardly increasing pressure. The always relatively high exit velocity of the air flow from the compressor wheel requires a delay in the diffuser to keep the flow velocities in the spiral plenum (spiral) low, thereby reducing the wall friction losses and improving the efficiency of the compressor stage as a whole.

Der Diffusor des Radialverdichters, auch Radialdiffusor genannt, wird dabei in der Regel als parallelwandiger Ringraum ausgestaltet. Dieser Ringraum schliesst sich radial an den Verdichterrad-Austritt an. Der Ringraum wird in der Regel von zwei ringförmigen Platten begrenzt, welche senkrecht oder ungefähr senkrecht zur Drehachse der Welle des Verdichters stehen. The diffuser of the centrifugal compressor, also called radial diffuser, is generally designed as a parallel-walled annular space. This annular space closes radially to the compressor wheel outlet. The annular space is usually limited by two annular plates which are perpendicular or approximately perpendicular to the axis of rotation of the shaft of the compressor.

Zusätzlich kann durch Hinzunahme eines Leitrades mit entlang des Umfangs angeordneter Leitschaufeln (profilierte Schaufeln, Keilschaufeln oder kreisbogenförmige Schaufeln zur Strömungsführung) der Wirkungsgrad des Diffusors erhöht werden. Ein Beispiel für einen beschaufelten Diffusor zeigt die DE 102008044505 .In addition, by adding a stator with circumferentially arranged vanes (profiled vanes, wedge vanes or circular vanes for flow guidance), the efficiency of the diffuser can be increased. An example of a bladed diffuser shows the DE 102008044505 ,

Wichtige Parameter des Radialdiffusors sind die engste Querschnittfläche (Throat) zwischen zwei benachbarten Leitschaufeln, das Flächenverhältnis Kanalaustritt/ Kanaleintritt (AR) und das Verhältnis von Kanallänge und Eintrittsweite (LWR). Important parameters of the radial diffuser are the narrowest cross-sectional area (throat) between two adjacent vanes, the area ratio of the channel exit / channel entry (AR) and the ratio of the channel length to the entrance width (LWR).

Im Diffusor nimmt die Fläche A in Strömungsrichtung mit zunehmendem Radius r nach radial aussen hin zu (A = 2·pi·r·b, b = Breite). Durch Seitenwanddivergenz (in Abweichung von der Parallelität) kann der Diffusorkanal nicht nur zwischen den Schaufeln erweitert werden, sondern auch in Richtung der Seitenwände und so hauptsächlich die Verzögerung im Kanalteil verstärkt werden. Dies führt zu einer stärkeren Verzögerung bei gleicher Baulänge gegenüber parallelwandigen Diffusoren und trägt somit zu einem zusätzlich verbesserten Verdichterwirkungsgrad bei. Die im Diffusor durch Geometrievariation erreichbare Verzögerung bzw. Druckerhöhung für einen gegebenen Betriebspunkt ist jedoch begrenzt, da es bei zu starker Verzögerung zu Strömungsinstabilitäten aufgrund von Grenzschichtablösungen im Diffusor kommt, was sich negativ auf die Verdichter-Kennfeldbreite, den stabilen Betriebsbereich, auswirken kann.In the diffuser, the area A in the flow direction increases radially outward as the radius r increases (A = 2 * pi * r * b, b = width). By sidewall divergence (as opposed to parallelism), not only can the diffuser channel be widened between the blades, but also be strengthened towards the sidewalls, and thus, primarily, the delay in the channel part. This leads to a greater delay at the same length compared to parallel-walled diffusers and thus contributes to an additionally improved compressor efficiency. However, the delay or pressure increase achievable in the diffuser by geometrical variation for a given operating point is limited, as too much delay causes flow instabilities due to boundary layer separation in the diffuser, which can adversely affect the compressor map width, the stable operating range.

Kurze Darstellung der ErfindungBrief description of the invention

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Diffusor eines Radialverdichters dahingehend zu optimieren, dass trotz grosser Verzögerung die Strömungsinstabilitäten ausbleiben.The object of the present invention is to optimize the diffuser of a centrifugal compressor in such a way that, despite a great deal of delay, the flow instabilities do not occur.

Erfindungsgemäss wird dies durch eine starke Vergrösserung der durchströmten Fläche im Eintrittsbereich des Diffusorabschnitts erreicht. Dadurch wird der Strömung bereits vor dem eigentlichen Diffusorkanal mehr Platz gewährt, was zu einer frühzeitigen Verzögerung und entsprechendem Druckaufbau führt. Dadurch reduziert sich somit die Geschwindigkeit der Strömung in den nachfolgenden Teilkomponenten des Verdichters mit entsprechend reduzierten Strömungsverlusten. Zudem wirkt sich die starke Verzögerung mit dem zugehörigen starken Druckaufbau im Raum vor dem beschaufelten Diffusorteil und im halb beschaufelten Diffusorbereich positiv auf die Kennfeldbreite aus.According to the invention, this is achieved by a strong enlargement of the area through which flows through in the inlet region of the diffuser section. As a result, the flow is granted more space even before the actual diffuser channel, resulting in an early delay and corresponding pressure build-up. This reduces the speed of the flow in the subsequent subcomponents of the compressor with correspondingly reduced flow losses. In addition, the strong deceleration with the associated strong build-up of pressure in the space in front of the bladed diffuser part and in the half-bladed diffuser area has a positive effect on the map width.

Die starke Vergrösserung des Strömungsquerschnitts vor dem beschaufelten Diffusor / im Eintrittsbereich des beschaufelten Diffusors erfolgt durch einen Rücksprung in der seitlichen Diffusorwand (parallelwandig oder mit Divergenz). Der Rücksprung kann auf beiden Seitenwänden liegen oder nur auf einer der Seitenwände. Er kann in einer oder mehreren Stufen erfolgen. Der Rücksprung kann auch als Rampe ausgeführt sein. The strong enlargement of the flow cross-section in front of the bladed diffuser / in the inlet region of the bladed diffuser takes place by a return in the lateral diffuser wall (parallel-walled or with divergence). The return may be on both side walls or only on one of the side walls. It can be done in one or more stages. The return can also be designed as a ramp.

Der Rücksprung liegt dabei in einem Bereich zwischen dem Laufradaustritt und der engsten Querschnitt (Throat) zwischen zwei benachbarten Schaufeln.The return lies in an area between the impeller outlet and the narrowest cross section (throat) between two adjacent blades.

Die so gewonnene Fläche in der Throat lässt insbesondere bei flachen Diffusorschaufelwinkeln eine gesteigerte Strömungsverzögerung im Bereich des Diffusoreintritts in Kombination mit reduzierten Fehlanströmverlusten zu. Mit dem Rücksprung können Diffusorwinkel und Fläche der Throat unabhängig voneinander eingestellt werden. Somit kann eine bestimmte Throatfläche bei sehr flachen Diffusorschaufelwinkeln erreicht werden, was zu günstigen, verlustreduzierten Zuströmverhältnissen nahe der Pumpgrenze führt.The area thus obtained in the throat allows, in particular for shallow diffuser blade angles, an increased flow delay in the region of the diffuser inlet in combination with reduced false flow losses. With the return, the diffuser angle and area of the throat can be adjusted independently of each other. Thus, a certain throat area can be achieved at very shallow diffuser vane angles, resulting in favorable, loss-reduced inflow conditions near the surge line.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigtThe invention will be explained in more detail with reference to the drawings. This shows

1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Abgasturboladers, wobei die Verdichterseite mit einem beschaufelten Radialdiffusor detaillierter gezeigt ist als die Turbinenseite, 1 1 is a schematic representation of a conventional exhaust gas turbocharger, wherein the compressor side with a bladed radial diffuser is shown in more detail than the turbine side,

2 einen Ausschnitt der Verdichterseite eines erfindungsgemäss ausgebildeten Diffusors mit einem shroudseitigen Rücksprung in der Gehäusewand, 2 a detail of the compressor side of an inventively designed diffuser with a shroudseitigen recess in the housing wall,

3 einen Ausschnitt der Verdichterseite eines erfindungsgemäss ausgebildeten Diffusors mit einem nabenseitigen, rampenhaften Rücksprung in der Gehäusewand, 3 a detail of the compressor side of a diffuser formed according to the invention with a hub-side, ramped recess in the housing wall,

4 einen Ausschnitt der Verdichterseite eines erfindungsgemäss ausgebildeten Diffusors mit beidseitigem Rücksprung in der Gehäusewand, 4 a detail of the compressor side of an inventively designed diffuser with double-sided recess in the housing wall,

5 einen Ausschnitt der Verdichterseite eines erfindungsgemäss ausgebildeten Diffusors mit beidseitigem, rampenhaftem Rücksprung in der Gehäusewand, 5 a detail of the compressor side of an inventively designed diffuser with double-sided, ramp-like recess in the housing wall,

6 einen Ausschnitt der Verdichterseite eines erfindungsgemäss ausgebildeten Diffusors mit beidseitigem, mehrstufigem Rücksprung in der Gehäusewand, und 6 a section of the compressor side of an inventively designed diffuser with double-sided, multi-level recess in the housing wall, and

7 einen Ausschnitt der Verdichterseite eines erfindungsgemäss ausgebildeten Diffusors mit shroudseitig rampenhaftem und nabenseitig mehrstufigem Rücksprung in der Gehäusewand. 7 a section of the compressor side of an inventively designed diffuser with shroudseitig ramped and hub side multistage recess in the housing wall.

Weg zur Ausführung der ErfindungWay to carry out the invention

1 zeigt einen Abgasturbolader mit einer schematisch dargestellten Abgasturbine 50, welche über einen Gaseintritt 51 mit Abgasen der mittels des Abgasturboladers aufzuladenden Brennkraftmaschine beaufschlagt ist. Die im Abgasstrom enthaltene Energie wird in der Turbine Rotationsenergie zum Antreiben des über die Welle 30 mit dem Laufrad der Turbine verbundenen Verdichterrad gewandelt. Das Verdichterrad umfasst eine Nabe 10 und eine Vielzahl auf der Nabe angeordneter Laufschaufeln 11. Die Welle 30 ist in einem Lagergehäuse 40 drehbar gelagert. Das Verdichterrad seinerseits ist in dem an das Lagergehäuse 40 angrenzende Verdichtergehäuse 2 angeordnet. Das Verdichtergehäuse umfasst in der dargestellten Ausführungsform einen äusseren Teil, das äussere Verdichtergehäuse 22 und einen eingesetzten inneren Teil, das innere Verdichtergehäuse 20. Zusammen mit der Nabe des Verdichterrades und den Wandteilen des Lagergehäuses begrenzen die verschiedenen Teile des Verdichtergehäuses den Strömungskanal für die zu verdichtenden Luftmassen. In der Fig. mit Pfeilen angedeutet wird die zu verdichtende Luft in axialer Richtung auf das Verdichterrad zugeführt. Bereich der Laufschaufeln des Verdichterrades wird der Strömungskanal durch die Nabe 10 und das innere Verdichtergehäuse 20 begrenzt. In diesem Abschnitt erfährt die Strömung eine Richtungsänderung von der axialen in die Radiale Richtung. Anschliessend tritt die Strömung in den Bereich des Diffusors ein, welcher den Strömungsabschnitt 23 ab Austritt Verdichterrad bis hin zum Sammelraum 24 im äusseren Verdichtergehäuse bildet. Der Sammelraum ist spiralförmig ausgebildet, wobei am breiten Ende der Spirale der Luftstrom den Verdichter in Richtung hin zum Ladeluftkühler oder dem Lufteintritt der Brennkraftmaschine verlässt. 1 shows an exhaust gas turbocharger with a schematically illustrated exhaust gas turbine 50 , which has a gas inlet 51 with exhaust gases of the supercharged by the exhaust gas turbocharger internal combustion engine is acted upon. The energy contained in the exhaust stream is in the turbine rotational energy for driving the over the shaft 30 converted with the impeller of the turbine connected compressor wheel. The compressor wheel comprises a hub 10 and a plurality of blades arranged on the hub 11 , The wave 30 is in a bearing housing 40 rotatably mounted. The compressor wheel in turn is in the bearing housing 40 adjacent compressor housing 2 arranged. The compressor housing comprises in the illustrated embodiment an outer part, the outer compressor housing 22 and an inserted inner part, the inner compressor housing 20 , Together with the hub of the compressor wheel and the wall parts of the bearing housing, the various parts of the compressor housing limit the flow channel for the air masses to be compressed. In the figure, indicated by arrows, the air to be compressed is fed in the axial direction of the compressor wheel. The area of the blades of the compressor wheel becomes the flow channel through the hub 10 and the inner compressor housing 20 limited. In this section, the flow undergoes a change of direction from the axial to the radial direction. Subsequently, the flow enters the region of the diffuser, which the flow section 23 from the compressor impeller exit to the collection area 24 forms in the outer compressor housing. The collecting space is spirally formed, wherein at the broad end of the spiral, the air flow leaves the compressor in the direction of the intercooler or the air inlet of the internal combustion engine.

Der Diffusorbereich ist im Wesentlichen ein ringförmiger Hohlraum, welcher beidseitig von einer ringflächenförmigen Wand begrenzt ist. Aus Sicht der Laufschaufeln des Verdichterrades spricht man vom shroudseitigen (Schaufelspitzenseitigen) Wandabschnitt 21 und dem nabenseitigen Wandabschnitt 41. Die beiden Wandabschnitte 21 und 41, welche sich vom Verdicherradaustritt bis zur Mündung in den spiralförmigen Sammelraum erstrecken, verlaufen in der dargestellten Ausführungsform senkrecht zur eingezeichneten Wellenachse. Optional können, wie eingangs bechrieben, entweder der shroudseitige Wandbereich oder der nabenseitige Wandbereich oder beide Wandbereiche von der streng radialen Richtung abweichen, so dass sich ein geringfügig divergierender Wandverlauf ergibt.The diffuser region is essentially an annular cavity, which is bounded on both sides by an annular surface-shaped wall. From the perspective of the blades of the compressor wheel is called the shroudseitigen (blade tip side) wall section 21 and the hub side wall portion 41 , The two wall sections 21 and 41 which extend from the Verdicherradaustritt to the mouth in the spiral-shaped collecting space, extend in the illustrated embodiment perpendicular to the marked shaft axis. Optionally, as described at the beginning, either the shroud-side wall region or the hub-side wall region or both wall regions can deviate from the strictly radial direction, resulting in a slightly diverging wall course.

Wie eingangs beschrieben kann der Diffusorbereich beschaufelt sein, mit einer Vielzahl entlang des Umfangs angeordneter Leitschaufeln 25. Diese Leitschaufeln sind in der Regel als profilierte Schaufeln, Keilschaufeln oder kreisbogenförmige Schaufeln zur Strömungsführung ausgebildet. Sie können regelmässig oder unregelmässig verteilt und auf gleicher oder abweichender radialer Höhe angeordnet sein und gleich oder unterschiedlich geformt ausgebildet sein. Zwischen zwei benachbart angeordneten Leitschaufeln ist jeweils eine Stelle mit engstem Querschnitt vorhanden, welche in der Fachsprache als Throat bezeichnet wird.As described above, the diffuser region may be bladed with a plurality of circumferentially disposed vanes 25 , These guide vanes are usually formed as profiled blades, wedge blades or circular arc-shaped blades for flow guidance. They may be regularly or irregularly distributed and arranged at the same or differing radial height and be formed identically or differently shaped. Between two adjacently arranged guide vanes, there is in each case a location with the narrowest cross-section, which is referred to in the jargon as Throat.

In den 2 bis 7 sind verschiedene Ausführungsformen von Diffusoren mit einer erfindungsgemässen Vergrösserung des Strömungskanalquerschnitts gezeigt. 2 und 3 zeigen einseitig angeordnete Rücksprünge unterschiedlicher Ausgestaltung, 4 bis 7 zeigen zweiseitig angeordnete Rücksprünge unterschiedlicher Ausgestaltung.In the 2 to 7 different embodiments of diffusers are shown with an inventive enlargement of the flow channel cross-section. 2 and 3 show one-sided recesses arranged differently, 4 to 7 show two-sided arranged recesses of different design.

In der Ausführungsform nach 2 ist die nabenseitige Gehäusewand mit dem den Diffusor begrenzenden Wandabschnitt 41 fluchtend mit dem Austritt des Verdichterrades, so dass nabenseitig keine Strömungsquerschnittserweiterung erfolgt. Diese ist dafür auf der gegenüberliegenden Shroudseite zu finden. In dieser ersten Ausführungsform ist der Rücksprung 211 als eine rechtwinklige Stufe ausgebildet, welche im Winkel von rund 90° zur Gehäusewand verläuft. Optional kann der Winkel auch spitzer sein, so dass der Rücksprung in Form einer schrägen Rampe ausfällt. In the embodiment according to 2 is the hub-side housing wall with the diffuser bounding wall section 41 in alignment with the outlet of the compressor wheel, so that there is no flow cross-sectional widening on the hub side. This can be found on the opposite Shroudseite. In this first embodiment, the return is 211 formed as a rectangular step, which extends at an angle of approximately 90 ° to the housing wall. Optionally, the angle can also be sharper, so that the return fails in the form of an oblique ramp.

Einen derartigen, rampenförmigen Rücksprung weist die Ausführungsform nach 3 auf. Allerdings ist in dieser Ausführungsform die einseitige Querschnittserweiterung nabenseitig angeordnet, also in der dem Lagergehäuse zugehörigen Wandabschnitt 41. Der Strömungskanal 231 am Ausgang des Verdichterrades erweitert sich aufgrund des nabenseitigen Rücksprungs 402 in Strömungsrichtung auf den Querschnittserweiterten Strömungskanalabschnitt 232 vor und im Bereich der Leitschaufeln 25 des Diffusors. Optional kann der Winkel auch weniger spitz bis hin zu 90° sein, so dass der Rücksprung in Form einer steileren Rampe oder gar einer rechtwinkligen Stufe ausfällt.Such a ramp-shaped return, the embodiment according to 3 on. However, in this embodiment, the one-sided cross-sectional widening is arranged on the hub side, that is to say in the wall section associated with the bearing housing 41 , The flow channel 231 at the output of the compressor wheel expands due to the hub-side return 402 in the flow direction on the cross-sectional widened flow channel section 232 before and in the area of the vanes 25 of the diffuser. Optionally, the angle may also be less acute up to 90 °, so that the return in the form of a steeper ramp or even a right-angled step fails.

Die 4 und 5 zeigen die beidseitige Ausführung der eben beschriebenen einseitigen Querschnittserweiterung. Zuerst mit beidseitigem, rechtwinkligem Rücksprung 211 und 401, dann mit beidseitigem rampenförmigem Rücksprung 212 und 402.The 4 and 5 show the two-sided execution of just described unilateral cross-sectional widening. First with two-sided, right-angled return 211 and 401 , then with two-sided ramped return 212 and 402 ,

Die beschriebenen einseitigen, oder beidseitigen Rücksprünge können sich jeweils auch aus mehreren, radial beabstandeten Teilstufen zusammensetzen, wobei die Teilstufen für sich jeweils gleiche oder unterschiedliche Winkel zur Gehäusewand aufweisen können. Eine entsprechend ausgebildete, beidseitige Querschnittserweiterung mit mehrstufigen Rücksprüngen 213 und 403 ist in 6 dargestellt.The described one-sided or two-sided recesses may each also be composed of a plurality of radially spaced sub-steps, wherein the sub-stages may each have the same or different angles to the housing wall. An appropriately designed, double-sided cross-sectional widening with multi-level recesses 213 and 403 is in 6 shown.

Schliesslich lassen sich die unterschiedlich ausgebildeten, beidseitigen Rücksprünge auch miteinander kombinieren, wie dies in 7 angedeutet ist. Die dargestellte Kombination von nabenseitigem, mehrstufigem Rücksprung 403 und shroudseitigem, rampenförmigem Rücksprung 212 ist dabei nur als eine mögliche Kombination zu verstehen. Alle Kombinationsmöglichkeiten sind denkbar und durch die nachfolgenden Ansprüche geschützt.Finally, the differently formed, two-sided recesses can also be combined with each other, as in 7 is indicated. The illustrated combination of hub-side, multi-step return 403 and shroudseitigem, ramped return 212 is to be understood only as a possible combination. All possible combinations are conceivable and protected by the following claims.

Bei den beidseitig angeordneten, querschnittserweiternden Rücksprüngen können diese auf gleicher radialer Höhe angeordnet sein, so dass sich in Strömungsrichtung in der Summe eine einzige Querschnittserweiterung ergibt. Alternativ können die beidseitigen Rücksprünge auf unterschiedlichen radialen Höhen angeordnet sein, so dass sich in der Summe zwei aufeinanderfolgende Querschnittserweiterungen, oder im Fall von mehrstufigen oder rampenförmigen Rücksprüngen eine grössere Querschnittserweiterung kontinuierlich über einen grösseren Abschnitt ergibt.In the case of the cross-sectional widening recesses arranged on both sides, they can be arranged at the same radial height, so that a single cross-sectional widening results in the flow direction in the sum. Alternatively, the two-sided recesses may be arranged at different radial heights, so that a total of two consecutive cross-sectional enlargements, or in the case of multistage or ramped recesses results in a larger cross-sectional widening continuously over a larger portion.

In der dargestellten Ausführungsformen sind die jeweiligen Rücksprünge in Strömungsrichtung deutlich vor den Eintrittskanten 251 der Leitschaufeln angeordnet. Erfindungsgemäss sind die Querschnittserweiterungen jedoch insbesondere dann wirksam, wenn diese vor den jeweils engsten Stellen zwischen zwei benachbart angeordneten Leitschaufeln erfolgen. In diesem Fall sind die Rücksprünge auf einer radialen Höhe angeordnet, welche kleiner ist als die radiale Höhe dieser engsten Stelle zwischen zwei benachbart angeordneten Leitschaufeln (Throat).In the illustrated embodiments, the respective recesses in the flow direction are clearly in front of the entry edges 251 arranged the vanes. According to the invention, however, the cross-sectional widenings are particularly effective when they are carried out in front of the narrowest points between two adjacently arranged guide vanes. In this case, the recesses are arranged at a radial height which is smaller than the radial height of this narrowest point between two adjacently arranged guide vanes (throat).

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Nabe des Verdichterrades Hub of the compressor wheel
1111
Laufschaufel des Verdichterrades Blade of the compressor wheel
22
Verdichtergehäuse (umfassend 20–24)Compressor housing (comprising 20 - 24 )
2020
inneres Verdichtergehäuse inner compressor housing
2121
ringflächiger Wandabschnitt (Shroudseitig) ring-shaped wall section (Shroudseitig)
211211
Rücksprung zur Erweiterung des Diffusorquerschnitts (Shroudseitig) Return to the extension of the diffuser cross section (Shroudseitig)
212212
Schräger Rücksprung zur Erweiterung des Diffusorquerschnitts (Shroudseitig) Oblique return to the extension of the diffuser cross section (Shroudseitig)
213213
Mehrstufiger Rücksprung zur Erweiterung des Diffusorquerschnitts (Shroudseitig) Multi-stage return to the extension of the diffuser cross-section (Shroudseitig)
2222
Äusseres Verdichtergehäuse (Spiralgehäuse) External compressor housing (spiral housing)
2323
Strömungskanal im Diffusorbereich Flow channel in the diffuser area
231231
Strömungskanalabschnitt im Diffusorbereich Flow channel section in the diffuser area
232232
Querschnittserweiterter Strömungskanalabschnitt im Diffusorbereich Cross-section-extended flow channel section in the diffuser region
2424
Sammelraum im äusseren Verdichtergehäuse (Spirale) Collecting chamber in the outer compressor housing (spiral)
2525
Leitschaufeln des Diffusors Guide vanes of the diffuser
251251
Eintrittskante der Leitschaufeln Leading edge of the vanes
3030
Welle des Turboladers Shaft of the turbocharger
4040
Lagergehäuse bearing housing
4141
ringflächiger Wandabschnitt (Nabenseitig) ring-shaped wall section (hub side)
411411
Rücksprung zur Erweiterung des Diffusorquerschnitts (Nabenseitig) Return to the extension of the diffuser cross section (hub side)
412412
Schräger Rücksprung zur Erweiterung des Diffusorquerschnitts (Nabenseitig) Oblique return to extend the diffuser cross section (hub side)
413413
Mehrstufiger Rücksprung zur Erweiterung des Diffusorquerschnitts (Nabenseitig) Multi-stage recess for expanding the diffuser cross-section (hub side)
5050
Turbine turbine
5151
Gaseintritt (Zuleitung des Abgases von der Brennkraftmaschine) Gas inlet (supply of exhaust gas from the internal combustion engine)
5252
Gasaustritt (Ableitung des Abgases aus der Turbine zum Auspuff) Gas outlet (discharge of the exhaust gas from the turbine to the exhaust)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102008044505 [0004] DE 102008044505 [0004]

Claims (10)

Diffusor eines Radialverdichters, umfassend einen von zwei ringflächigen Wandabschnitten (21, 41) begrenzten, sich radial nach aussen öffnenden Strömungskanal (23) mit einer radial innenliegenden Eintrittsöffnung, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund eines umlaufenden Rücksprungs in axialer Richtung in mindestens einem der Wandabschnitte der Strömungskanal ausgehend von der radial innenliegenden Eintrittsöffnung in Strömungsrichtung nach radial aussen hin eine Querschnittserweiterung (232) erfährt.Diffuser of a centrifugal compressor comprising one of two annular wall sections ( 21 . 41 ) limited, radially outwardly opening flow channel ( 23 ) with a radially inner inlet opening, characterized in that due to a circumferential recess in the axial direction in at least one of the wall sections of the flow channel, starting from the radially inner inlet opening in the flow direction radially outwardly towards a cross-sectional widening ( 232 ) learns. Diffusor eines Radialverdichters nach Anspruch 1, umfassend mehrere, zwischen den Wandabschnitten (21, 41) angeordnete Leitschaufeln (25), wobei zwischen zwei benachbarten Leitschaufeln jeweils eine engste Stelle ausgebildet ist und wobei der mindestens eine Rücksprung in axialer Richtung auf einer radialen Höhe angeordnet ist, welche kleiner ist als die radiale Höhe der engsten Stelle zwischen zwei benachbarten Leitschaufeln und die Querschnittserweiterung des Strömungskanals somit in Strömungsrichtung vor der engsten Stelle zwischen zwei benachbarten Leitschaufeln erfolgt.A radial compressor according to claim 1, comprising a plurality, between the wall sections ( 21 . 41 ) arranged guide vanes ( 25 ), wherein between two adjacent vanes each have a narrowest point is formed and wherein the at least one recess is disposed in the axial direction at a radial height which is smaller than the radial height of the narrowest point between two adjacent vanes and the cross-sectional widening of the flow channel thus in Flow direction takes place before the narrowest point between two adjacent vanes. Diffusor eines Radialverdichters nach Anspruch 2, wobei die Leitschaufeln (25) jeweils eine Eintrittskante (251) aufweisen und wobei der mindestens eine Rücksprung in axialer Richtung auf einer radialen Höhe angeordnet ist, welche kleiner ist als die radiale Höhe der Eintrittskanten (251) der Leitschaufeln und die Querschnittserweiterung des Strömungskanals somit in Strömungsrichtung vor den Leitschaufeln erfolgt.A radial compressor diffuser according to claim 2, wherein the guide vanes ( 25 ) each have an entry edge ( 251 ) and wherein the at least one return is arranged in the axial direction at a radial height which is smaller than the radial height of the entry edges ( 251 ) of the guide vanes and the cross-sectional widening of the flow channel thus takes place in the flow direction in front of the guide vanes. Diffusor eines Radialverdichters nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Rücksprung in mindestens einem der beiden Wandabschnitte in einem Winkel zwischen 45° und 90° zu dem jeweiligen Wandabschnitt erfolgt.Diffuser of a radial compressor according to one of claims 1 to 3, wherein the recess in at least one of the two wall sections at an angle between 45 ° and 90 ° to the respective wall portion. Diffusor eines Radialverdichters nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Rücksprung in mindestens einem der beiden Wandabschnitte in mehreren, radial beabstandeten Stufen mit jeweils einem axialen Teilrücksprung erfolgt.Diffuser of a radial compressor according to one of claims 1 to 4, wherein the recess in at least one of the two wall sections in a plurality of radially spaced steps, each with an axial partial return. Diffusor eines Radialverdichters nach Anspruch 5, wobei die jeweiligen Teilrücksprünge in mindestens einem der beiden Wandabschnitte in Winkeln zwischen 45° und 90° zu dem jeweiligen Wandabschnitt erfolgen. Diffuser of a centrifugal compressor according to claim 5, wherein the respective partial recesses in at least one of the two wall sections at angles between 45 ° and 90 ° to the respective wall section. Diffusor eines Radialverdichters nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in beiden Wandabschnitten ein Rücksprung angeordnet ist und wobei die Rücksprünge beider Wandabschnitte auf gleicher radialer Höhe erfolgen.Diffuser of a radial compressor according to one of claims 1 to 6, wherein in both wall sections a recess is arranged and wherein the recesses of both wall sections take place at the same radial height. Diffusor eines Radialverdichters nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in beiden Wandabschnitten ein Rücksprung angeordnet ist und wobei die Rücksprünge beider Wandabschnitte auf unterschiedlichen radialen Höhen erfolgen.Diffuser of a radial compressor according to one of claims 1 to 6, wherein in both wall sections, a recess is arranged and wherein the recesses of both wall sections take place at different radial heights. Radialverdichter, umfassend einen Diffusor nach einem der Ansprüche 1 bis 8.A radial compressor comprising a diffuser according to any one of claims 1 to 8. Abgasturbolader, umfassend einen Radialverdichter nach Anspruch 9.Exhaust gas turbocharger, comprising a radial compressor according to claim 9.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018215888A1 (en) * 2018-09-19 2020-03-19 Robert Bosch Gmbh compressor
JP2021011828A (en) * 2019-07-04 2021-02-04 三菱重工業株式会社 Multistage centrifugal compressor
GB202019182D0 (en) * 2020-12-04 2021-01-20 Cummins Ltd Compressor

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008044505A1 (en) 2008-09-08 2010-03-11 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Radial compressor e.g. radial flow fan, has diffuser radially arranged around impeller, provided downstream to impeller and comprising movable guide vanes that are provided with recesses in side wall of compressor housing
JP2013204550A (en) * 2012-03-29 2013-10-07 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Centrifugal compressor
JP2015031236A (en) * 2013-08-06 2015-02-16 株式会社Ihi Centrifugal compressor and multistage compression device

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1190861A (en) * 1958-01-29 1959-10-15 Rateau Soc Supersonic flow compressor in the diffuser
DE1428169A1 (en) * 1963-03-18 1970-01-15 Gutchoffnungshuette Sterkrade Centrifugal compressor with impeller and circulation diffuser
US5266003A (en) * 1992-05-20 1993-11-30 Praxair Technology, Inc. Compressor collector with nonuniform cross section
DE102011005025A1 (en) * 2011-03-03 2012-09-06 Siemens Aktiengesellschaft Resonator silencer for a radial flow machine, in particular for a centrifugal compressor
JP6065509B2 (en) * 2012-10-05 2017-01-25 株式会社Ihi Centrifugal compressor
JP6323454B2 (en) * 2013-08-06 2018-05-16 株式会社Ihi Centrifugal compressor and turbocharger

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008044505A1 (en) 2008-09-08 2010-03-11 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Radial compressor e.g. radial flow fan, has diffuser radially arranged around impeller, provided downstream to impeller and comprising movable guide vanes that are provided with recesses in side wall of compressor housing
JP2013204550A (en) * 2012-03-29 2013-10-07 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Centrifugal compressor
JP2015031236A (en) * 2013-08-06 2015-02-16 株式会社Ihi Centrifugal compressor and multistage compression device

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