DE112017003333T5

DE112017003333T5 - Radialverdichter

Info

Publication number: DE112017003333T5
Application number: DE112017003333.0T
Authority: DE
Inventors: Takahiro Ueno
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2016-07-01
Filing date: 2017-06-21
Publication date: 2019-03-14
Also published as: CN109072940B; US11209015B2; US20210222703A1; CN109072940A; JPWO2018003632A1; WO2018003632A1; JP6638811B2

Abstract

Bei einem Verdichter 3 umfasst eine Spirale 7A einen Krümmungsendabschnitt 71b, einen Ausstoßabschnitt 72, der mit dem Krümmungsendabschnitt 71b verbunden ist, einen Krümmungsstartabschnitt 71a, der mit dem Ausstoßabschnitt 72 verbunden ist, sowie eine Strömungsdurchlassinnenfläche 7a, und wobei, wenn eine Projektionsebene PP für die Spirale 7A in einem Fall angenommen wird, in dem ein Betrachtungspunkt E auf einer Drehachse X eines Verdichterlaufrads 17 und auf einer Fluidsaugseite festgelegt ist, ein Bezugsstartpunkt Ba auf der Seite der Drehachse X in einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Krümmungsstartabschnitt 71a und dem Ausstoßabschnitt 72 und ein Bezugsendpunkt Bb auf der Seite der Drehachse X in dem Krümmungsendabschnitt 71b für die Strömungsdurchlassinnenfläche 7a angenommen werden, die auf die Projektionsebene PP projiziert wird, und eine Bezugslinie, die den Bezugsstartpunkt Ba und den Bezugsendpunkt Bb verbindet, auf der Projektionsebene PP angenommen wird, die Strömungsdurchlassinnenfläche 7a auf der Projektionsebene PP einen kurvenförmigen Vorsprungsabschnitt 75A umfasst, der bezogen auf die Bezugslinie L nach außen vorsteht.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Radialverdichter.
Stand der Technik
Ein Radialverdichter, in dem eine Spirale in einem Außenumfangsabschnitt eines Laufrads angeordnet ist, ist bekannt. Die Spirale ist mit einem Spiralströmungsdurchlass versehen. In dieser Art von Radialverdichter wird ein Gas, das durch das Laufrad verdichtet wird, in die Spirale durch einen Diffusor eingeleitet und dessen Geschwindigkeit wird in geeigneter Weise durch die Spirale verringert, um einen statischen Druck wiederherzustellen (siehe japanische Gebrauchsmusteroffenlegungsschrift Nummer H4-95697). Zusätzlich ist eine Technologie einer Klimaanlage auch bekannt, die ein Radialgebläse mit mehreren Schaufeln umfasst (siehe japanische Patentoffenlegungsschrift Nummer 2011-99413).
Zitierliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: japanische Gebrauchsmusteroffenlegungsschrift Nummer H4-95697
Patent Literatur 2: japanische Patentoffenlegungsschrift Nummer 2011-99413

Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
Indes wurde, als Ergebnis einer genauen Untersuchung des Erfinders, herausgefunden, dass der herkömmliche Radialverdichter eine Möglichkeit hat, dass sich ein Druckverlust, der durch ein Ablösen eines Fluids von einer Strömungsdurchlassinnenfläche verursacht wird, vergrößern kann, weil das Fluid von der Strömungsdurchlassinnenfläche in der Nähe eines Verbindungsabschnitts zwischen einem Ausstoßabschnitt und einen Krümmungsstartabschnitt der Spirale einfach abgelöst wird.
Die vorliegende Offenbarung wird einen Radialverdichter beschreiben, der imstande ist, eine Verdichtungsleistung durch ein Reduzieren eines Ablösens eines Fluids von einer Strömungsdurchlassinnenfläche einer Spirale verbessern.
Lösung der Aufgabe
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt einen Radialverdichter bereit, der ein Laufrad und eine Spirale umfasst, die um das Laufrad angeordnet ist und einen Strömungsdurchlass umfasst, der in einer Drehrichtung des Laufrads ausgebildet ist, bei dem die Spirale einen Krümmungsendabschnitt auf einer Seite eines Endpunkts des Strömungsdurchlasses in der Drehrichtung, einen Ausstoßabschnitt, der mit dem Krümmungsendabschnitt verbunden ist, einen Krümmungsstartabschnitt, der mit dem Ausstoßabschnitt auf einer Seite eines Startpunkts des Strömungsdurchlasses in der Drehrichtung verbunden ist, sowie eine Strömungsdurchlassinnenfläche umfasst, die dem Strömungsdurchlass gegenüberliegt, und bei dem, wenn eine Projektionsebene für die Spirale in einem Fall angenommen wird, in dem ein Betrachtungspunkt auf einer Fluidsaugseite und auf einer Drehachse des Laufrads angeordnet ist, ein Bezugsstartpunkt auf der Seite der Drehachse in einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Krümmungsstartabschnitt und dem Ausstoßabschnitt und ein Bezugsendpunkt auf der Seite der Drehachse in dem Krümmungsendabschnitt für die Strömungsdurchlassinnenfläche angenommen werden, die auf die Projektionsebene projiziert wird, sowie eine Bezugslinie, die den Bezugsstartpunkt und den Bezugsendpunkt verbindet, für die Projektionsebene angenommen wird, die Strömungsdurchlassinnenfläche der Projektionsebene einen kurvenförmigen Vorsprungsabschnitt umfasst, der in Richtung der Außenseite, die einer zentrifugalen Richtung entspricht, bezogen auf die Bezugslinie vorsteht.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt einen Radialverdichter bereit, der ein Laufrad und eine Spirale umfasst, die um das Laufrad angeordnet ist und einen Strömungsdurchlass umfasst, der in einer Drehrichtung des Laufrads ausgebildet ist, bei dem die Spirale einen Ausstoßabschnitt, der auf einer Seite eines Endpunktes des Strömungsdurchlasses in der Drehrichtung angeordnet ist, einen Krümmungsstartabschnitt, der mit dem Ausstoßabschnitt auf einer Seite eines Startpunkts des Strömungsdurchlasses in der Drehrichtung verbunden ist, sowie eine Strömungsdurchlassinnenfläche umfasst, die dem Strömungsdurchlass gegenüberliegt, und bei dem, wenn eine Projektionsebene für die Spirale in einem Fall angenommen wird, in dem der Betrachtungspunkt auf einer Fluidsaugseite und auf einer Drehachse des Laufrads angeordnet ist, ein Bezugsstartpunkt auf der Seite der Drehachse in einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Krümmungsstartabschnitt und dem Ausstoßabschnitt und ein Bezugsendpunkt auf der Seite der Drehachse an einer Position, die einen Drehwinkel von -60° hinsichtlich des Bezugsstartpunkt hat, für die Strömungsdurchlassinnenfläche angenommen werden, die auf die Projektionsebene projiziert wird, sowie eine Bezugslinie, die den Bezugsstartpunkt und den Bezugsendpunkt verbindet, für die Projektionsebene angenommen wird, die Strömungsdurchlassinnenfläche auf der Projektionsebene einen kurvenförmigen Vorsprungsabschnitt umfasst, der in Richtung der Außenseite, die einer zentrifugalen Richtung entspricht, bezogen auf die Bezugslinie vorsteht.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine Verdichtungsleistung zu verbessern, indem das Ablösen des Fluids reduziert wird, das durch den Strömungsdurchlass in der Spirale tritt.
Figurenliste

1 ist eine Schnittansicht eines Laders, der einen Verdichter gemäß einer Ausführungsform umfasst.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Spirale und eine Projektionsebene zeigt.
3 ist ein Diagramm, das eine Spirale gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt und eine Gestalt einer Strömungsdurchlassinnenfläche zeigt, die hauptsächlich auf einer Projektionsebene gezeigt ist.
4 ist ein Diagramm, das eine Spirale gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt und eine Gestalt einer Strömungsdurchlassinnenfläche zeigt, die hauptsächlich auf einer Projektionsebene gezeigt ist.
5 ist ein Diagramm, das eine Spirale gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt und eine Gestalt einer Strömungsdurchlassinnenfläche zeigt, die hauptsächlich auf einer Projektionsebene gezeigt ist.
6 ist ein Diagramm, das eine Spirale gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt und eine Gestalt einer Strömungsdurchlassinnenfläche zeigt, die hauptsächlich auf einer Projektionsebene gezeigt ist.
7 ist ein Diagramm, das zum Vergleichen von Gestalten von Vorsprungsabschnitten vorgesehen ist, die auf der Projektionsebene in den Spiralen gemäß der ersten bis vierten Ausführungsformen gezeigt sind.
8 ist ein Diagramm, dass Entropieprofile zeigt, die gezeigt sind, indem isentrope Punkte in der Spirale gemäß der ersten Ausführungsform verbunden werden.
9 ist ein Diagramm, das ein Vergleichsbeispiel ohne einen Vorsprungsabschnitt und Entropieprofile der Spiralen gemäß der zweiten bis vierten Ausführungsformen zeigt, wobei 9(a) ein Diagramm des Vergleichsbeispiels ist, 9(b) ein Diagramm der zweiten Ausführungsform ist, 9(c) ein Diagramm der dritten Ausführungsform ist und 9(d) ein Diagramm der vierten Ausführungsform ist.
10 ist ein Diagramm, dass ein Machzahlprofil der Spirale gemäß der ersten Ausführungsform und des Vergleichsbeispiels ohne den Vorsprungsabschnitt zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt einen Radialverdichter bereit, der ein Laufrad und eine Spirale umfasst, die um das Laufrad angeordnet ist und einen Strömungsdurchlass umfasst, der in einer Drehrichtung des Laufrads ausgebildet ist, bei dem die Spirale einen Krümmungsendabschnitt auf einer Seite eines Endpunktes des Strömungsdurchlasses in der Drehrichtung, einen Ausstoßabschnitt, der mit dem Krümmungsendabschnitt verbunden ist, einen Krümmungsstartabschnitt, der mit dem Ausstoßabschnitt auf einer Seite eines Startpunkts des Strömungsdurchlasses in der Drehrichtung verbunden ist, sowie eine Strömungsdurchlassinnenfläche umfasst, die dem Strömungsdurchlass gegenüberliegt, und bei dem, wenn eine Projektionsebene für die Spirale in einem Fall angenommen wird, in dem ein Betrachtungspunkt auf einer Fluidsaugseite und auf einer Drehachse des Laufrads angeordnet ist, ein Bezugsstartpunkt auf der Seite der Drehachse in einem Verbindungabschnitt zwischen dem Krümmungsstartabschnitt und dem Ausstoßabschnitt und ein Bezugsendpunkt auf der Seite der Drehachse in dem Krümmungsendabschnitt für die Strömungsdurchlassinnenfläche angenommen werden, die auf die Projektionsebene projiziert wird, sowie eine Bezugslinie, die den Bezugsstartpunkt und den Bezugsendpunkt verbindet, für die Projektionsebene angenommen wird, die Strömungsdurchlassinnenfläche der Projektionsebene einen kurvenförmigen Vorsprungsabschnitt umfasst, der in Richtung der Außenseite, die einer zentrifugalen Richtung entspricht, bezogen auf die Bezugslinie vorsteht.
Der Erfinder hat herausgefunden, dass ein Fluid von der Strömungsdurchlassinnenfläche der Spirale abgelöst werden kann und die Ablösung hauptsächlich in der Nähe des Verbindungsabschnitts zwischen dem Krümmungsstartpunkt und dem Ausstoßabschnitt auftritt. Ferner ersann der Erfinder die vorliegende Offenbarung durch die Kenntnis, dass das Ablösen des Fluids durch Vorsehen des kurvenförmigen Vorsprungsabschnitts an dieser Position wirksam reduziert werden kann. Das heißt, gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist es möglich, eine Verdichtungsleistung zu verbessern, indem das Ablösen des Fluids von der Strömungsdurchlassinnenfläche der Spirale reduziert wird.
Bei dem Radialverdichter einiger Ausführungsformen haben der Vorsprungsabschnitt und die stromaufwärtige Innenfläche auf der entgegengesetzten Seite der Drehrichtung bezogen auf den Vorsprungsabschnitt in der Strömungsdurchlassinnenfläche der Spirale eine stetige Neigung in der tangentialen Richtung. In dieser Ausführungsform ist es vorteilhaft, das Ablösen des Fluids durch Ausbilden eines gleichmäßigen Stroms des Fluids zu unterdrücken, weil die stromaufwärtige Innenfläche und der Vorsprungsabschnitt sanft übergehend verbunden sind.
Bei dem Radialverdichter einiger Ausführungsformen haben der Vorsprungsabschnitt und die stromabwärtige Innenfläche auf der Seite der Drehrichtung bezogen auf den Vorsprungsabschnitt in der Strömungsdurchlassinnenfläche der Spirale eine stetige Neigung in der tangentialen Richtung. In dieser Ausführungsform ist es einfach, beispielsweise den verwirbelten Strom auf der stromabwärtigen Seite des Vorsprungsabschnitts zu verhindern, und es ist vorteilhaft, das Ablösen des Fluids zu unterdrücken, weil die stromabwärtige Innenfläche und der Vorsprungsabschnitt sanft übergehend verbunden sind.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt einen Radialverdichter bereit, der ein Laufrad und eine Spirale umfasst, die um das Laufrad angeordnet ist und einen Strömungsdurchlass umfasst, der in einer Drehrichtung des Laufrads ausgebildet ist, bei dem die Spirale einen Ausstoßabschnitt, der auf einer Seite eines Endpunkts des Strömungsdurchlasses in der Drehrichtung angeordnet ist, einen Krümmungsstartabschnitt, der mit dem Ausstoßabschnitt auf einer Seite eines Startpunkts des Strömungsdurchlasses in der Drehrichtung verbunden ist, sowie eine Strömungsdurchlassinnenfläche umfasst, die dem Strömungsdurchlass gegenüberliegt, und bei dem, wenn eine Projektionsebene für die Spirale in einem Fall angenommen wird, in dem ein Betrachtungspunkt auf einer Fluidsaugseite und auf einer Drehachse des Laufrads angeordnet ist, ein Bezugsstartpunkt auf der Seite der Drehachse in einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Krümmungsstartabschnitt und dem Ausstoßabschnitt und ein Bezugsendpunkt auf der Seite der Drehachse an einer Position, die einen Drehwinkel von -60° hinsichtlich des Bezugsstartpunkts hat, für die Strömungsdurchlassinnenfläche angenommen werden, die auf die Projektionsebene projiziert wird, sowie eine Bezugslinie, die den Bezugsstartpunkt und den Bezugsendpunkt verbindet, für die Projektionsebene angenommen wird, die Strömungsdurchlassinnenfläche auf der Projektionsebene einen kurvenförmigen Vorsprungsabschnitt umfasst, der in Richtung der Außenseite, die einer zentrifugalen Richtung entspricht, bezogen auf die Bezugslinie vorsteht.
Gemäß dieser Ausführungsform ist es möglich, eine Verdichtungsleistung zu verbessern, indem das Ablösen des Fluids von der Strömungsdurchlassinnenfläche der Spirale reduziert wird.
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der Beschreibung der Zeichnungen werden dieselben Bezugszeichen gleichen Komponenten verliehen und ihre sich wiederholende Beschreibung wird ausgelassen.
Ein Lader 1 wird beispielsweise bei einer Brennkraftmaschine eines Schiffs oder eines Fahrzeugs verwendet. Wie 1 gezeigt ist, umfasst der Lader 1 eine Turbine 2 und einen Verdichter (einen Radialverdichter) 3. Die Turbine 2 umfasst ein Turbinengehäuse 4 und ein Turbinenlaufrad 16, das in dem Turbinengehäuse 4 aufgenommen ist. Der Verdichter 3 umfasst ein Verdichtergehäuse 5 und ein Verdichterlaufrad (ein Laufrad) 17, das in dem Verdichtergehäuse 5 aufgenommen ist. Das Turbinenlaufrad 16 ist an einem Ende der Drehwelle 14 vorgesehen und das Verdichterlaufrad 17 ist an dem anderen Ende der Drehwelle 14 vorgesehen. Ein Lagergehäuse 13 ist zwischen dem Turbinengehäuse 14 und dem Verdichtergehäuse 5 vorgesehen. Die Drehwelle 14 wird durch das Lagergehäuse durch ein Lager 15 drehbar gehalten, und wobei die Drehwelle 14, das Turbinenlaufrad 16 und das Verdichterlaufrad 17 um eine Drehachse X als ein einstückiger Drehkörper 12 drehen.
Das Turbinengehäuse 4 ist mit einem Abgaseinlass (nicht gezeigt) und einem Abgasauslass 10 versehen. Ein Abgas, das aus einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) ausgestoßen wird, strömt in das Turbinengehäuse 4 durch den Abgaseinlass, dreht das Turbinenlaufrad 16 und strömt dann zu der Außenseite des Turbinengehäuses 4 durch den Abgasauslass 10.
Das Verdichtergehäuse 5 ist mit einem Saugabschnitt 9 und einem Ausstoßabschnitt (nicht gezeigt) versehen. Wenn das Turbinenlaufrad 16 dreht, dreht das Verdichterlaufrad 17 durch die Drehwelle 14. Das drehende Verdichterlaufrad 17 saugt ein Außengas (ein Fluid), wie etwa Luft, durch den Saugabschnitt 9, verdichtet das Fluid und stößt das Fluid aus dem Ausstoßabschnitt aus. Das verdichtete Gas, das aus dem Ausstoßabschnitt ausgestoßen wird, wird der vorstehend beschriebenen Brennkraftmaschine zugeführt.
Das Verdichtergehäuse 5 umfasst einen Diffusor 6, der an dem Umfang des Verdichterlaufrads 17 angeordnet ist, sowie eine Spirale 7A, die an dem Umfang des Diffusors 6 angeordnet ist. Die Spirale 7A umfasst einen Schneckenabschnitt 71 (siehe 2), der in einer einzelnen spiralförmigen Gestalt um das Verdichterlaufrad 17 angeordnet ist, sowie einen Ausstoßabschnitt 72, der mit dem Schneckenabschnitt 71 einstückig ausgebildet ist. Die Spirale 7A ist ausgebildet, um einen Strömungsdurchlass 53 zu umfassen. Das heißt, die Spirale 7A ist mit dem Strömungsdurchlass 53 versehen, durch den ein von dem Diffusor 6 eingeführtes Gas tritt, wobei die Spirale 7A eine Strömungsdurchlassinnenfläche 7A umfasst, die dem Strömungsdurchlass 53 gegenüberliegt.
Der Strömungsdurchlass 53 (siehe 3) der Spirale 7A umfasst einen Spiralströmungsdurchlass 54, der in dem Schneckenabschnitt 71 ausgebildet ist, sowie einen Ausstoßströmungsdurchlass 55, der mit dem Spiralströmungsdurchlass 54 verbunden ist und in dem Ausstoßabschnitt 72 ausgebildet ist. Der Spiralströmungsdurchlass 54 ist ein Strömungsdurchlass, der entlang der Drehrichtung Rd des Verdichterlaufrads 17 ausgebildet ist und mit dem Ausstoßströmungsdurchlass 55 verbunden ist, um beispielsweise dem Strom des Gases auf der Seite des Endpunktes der Drehrichtung Rd zu folgen. Ferner ist die Seite des Startpunktes des Spiralströmungsdurchlasses 54 mit dem Seitenabschnitt des Ausstoßströmungsdurchlasses 55 verbunden. Zusätzlich ist die Richtung des Ausstoßströmungsdurchlasses 55 nicht beispielsweise auf die tangentiale Richtung auf der Seite des Endpunktes des Spiralströmungsdurchlasses 54 beschränkt, und wobei die Richtung durch ein geeignetes Biegen oder dergleichen basierend auf der Beziehung der Peripherievorrichtungen oder Leitungen geändert werden kann.
Der Streckenabschnitt 71 umfasst einen Krümmungsstartabschnitt 71a, der die Seite des Startpunktes des Spiralströmungsdurchlasses 54 ist, sowie einen Krümmungsendabschnitt 71b, der die Seite des Endpunkts des Spiralströmungsdurchlasses 54 ist. Der Krümmungsstartabschnitt 71a ist ein Abschnitt, in dem der Spiralströmungsdurchlass 54 mit dem Seitenabschnitt des Ausstoßströmungsdurchlasses 55 verbunden ist, und wobei ein Zungenabschnitt 71b an der Außenseite, die einer zentrifugalen Richtung D entspricht, des Krümmungsstartabschnitts 71a ausgebildet ist, das heißt, der der Drehachse X (der Innenseite) entgegengesetzten Seite, wobei der Spiralströmungsdurchlass 54 dazwischen angeordnet ist. Zusätzlich, wenn das stromaufwärtige Ende und das stromabwärtige Ende in dem Spiralströmungsdurchlass 54 basierend auf dem Strom des Fluids entlang der Drehrichtung Rd in dem Spiralströmungsdurchlass 54 angenommen werden, bedeutet die Seite des Startpunkts des Spiralströmungsdurchlasses 54 im Wesentlichen einen Abschnitt, der dem stromaufwärtigen Ende entspricht, und bedeutet die Seite des Endpunktes im Wesentlichen einen Abschnitt, der dem stromabwärtigen Ende entspricht.
Der Krümmungsendabschnitt 71b bedeutet die Endposition der Drehrichtung Rd, in der ein A/R beim Entwerfen der Spirale 7A definiert werden kann und im Allgemeinen auf einen maximalen Wert in vielen Fällen festgelegt ist. Zusätzlich kann der Krümmungsendabschnitt 71b auch als die Position des maximalen Drehwinkels definiert werden, bei der das A/R beim Entwurf definiert werden kann, wenn der Drehwinkel basierend auf dem Krümmungsstartabschnitt 71a angenommen wird. Der Spiralströmungsdurchlass 54 ist in einer im Wesentlichen kreisförmigen Gestalt beispielsweise in einem Querschnitt ausgebildet, der die Drehachse X umfasst und der Drehachse X folgt, wobei „R“ (siehe 1) einen Abstand von einem (Flächen-)Schwerpunkt Cf dieses Querschnitts zu der Drehachse X zeigt, und „A“ eine im Wesentlichen kreisförmige Querschnittsfläche bedeutet. Zusätzlich wird in dem Fall der Spirale 7A gemäß der Ausführungsform der Drehwinkel α (siehe 3) hinsichtlich des Bezugsstartpunkts Ba, der nachstehend beschrieben wird, zu dem Krümmungsendpunkt 71b, und wobei der Drehwinkel α beispielsweise -60° anzeigt, wenn die Drehrichtung Rd des Verdichterlaufrads 17 als ein positiver Wert definiert wird.
Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, kann eine Projektionsebene PP für die Spirale 7A in einem Fall angenommen werden, in dem ein Betrachtungspunkt E auf der Drehachse X des Verdichterlaufrads 17 und auf einer Gassaugseite angeordnet ist. Wenn eine Strömungsdurchlassinnenfläche 7a, die auf die Projektionsebene PP projiziert wird, überprüft wird, ist ein kurvenförmiger Vorsprungsabschnitt 75A in der Ausführungsform in dem Ausstoßabschnitt 72 ausgebildet. Der Vorsprungsabschnitt 75A wird im Einzelnen beschrieben.
Wie in 3 gezeigt ist, wenn die Strömungsdurchlassinnenfläche 7a auf der Projektionsebene PP betrachtet wird, können ein Punkt auf der Seite der Drehachse X (der Innenseite) und ein Punkt auf der Seite des Zungenabschnitts 71c (der Außenseite), wobei der Spiralströmungsdurchlass 54 dazwischen angeordnet ist, für den Verbindungsabschnitt zwischen dem Krümmungsstartabschnitt 71a und dem Ausstoßabschnitt 72 angenommen werden, und wobei der Innenpunkt als der Bezugsstartpunkt Ba angenommen wird. Ferner können ein Punkt auf der Seite der Drehachse X (der Innenseite) und ein Punkt auf der Außenseite, wobei der Ausstoßströmungsdurchlass 55 dazwischen angeordnet ist, für den Krümmungsendabschnitt 71b angenommen werden, und wobei der Innenpunkt als der Bezugsendpunkt Bb angenommen wird. Als nächstes wird eine Bezugslinie L, die den Bezugsstartpunkt Ba und den Bezugsendpunkt Bb verbindet, auf der Projektionsebene PP angenommen. Hier umfasst die Strömungsdurchlassinnenfläche 7a der Spirale 7A gemäß der Ausführungsform einen Abschnitt, der in Richtung der Außenseite, die der zentrifugalen Richtung D entspricht, bezogen auf die Bezugslinie L vorsteht, wobei der Vorsprungsabschnitt ein kurvenförmiger Vorsprungsabschnitt 75A ist. Der Vorsprungsabschnitt 75A ist in einer sanft übergehenden kurvenförmigen Gestalt ausgebildet, bei der eine tangentiale Neigung insgesamt stetig ist und einen geraden Abschnitt in einem Teil von ihr enthalten kann.
4 ist ein Diagramm gemäß der zweiten Ausführungsform, und wobei ein kurvenförmiger Vorsprungsabschnitt 75B vorgesehen ist, der in Richtung der Außenseite, die der zentrifugalen Richtung D entspricht, bezogen auf die Bezugslinie L vorsteht. 5 ist ein Diagramm gemäß der dritten Ausführungsform, und wobei ein kurvenförmiger Vorsprungsabschnitt 75c vorgesehen ist, der in Richtung der Außenseite, die der zentrifugalen Richtung D entspricht, bezogen auf die Bezugslinie L vorsteht. 6 ist ein Diagramm gemäß der vierten Ausführungsform, und wobei ein kurvenförmiger Vorsprungsabschnitt 75d vorgesehen ist, der in Richtung der Außenseite, die der zentrifugalen Richtung D entspricht, bezogen auf die Bezugslinie L vorsteht.
7 ist ein Diagramm, das zum Vergleichen der Vorsprungsabschnitte 75A, 75B, 75C und 75D gemäß der Ausführungsformen vorgesehen ist, wobei der Vorsprungsabschnitt 75A gemäß der ersten Ausführungsform durch eine durchgezogene Linie angezeigt ist, der Vorsprungsabschnitt 75B gemäß der zweiten Ausführungsform durch eine gestrichelte Linie gezeigt ist, der Vorsprungsabschnitt 75C gemäß der dritten Ausführungsform durch eine Strich-Punktlinie angezeigt ist und der Vorsprungsabschnitt 75D gemäß der vierten Ausführungsform durch eine Strich-Zweipunklinie angezeigt ist.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen haben die Vorsprungsabschnitte 75A, 75B, 75C und 75D und die stromaufwärtige Innenfläche 7b auf der entgegengesetzten Seite der Drehrichtung Rd bezogen auf die Vorsprungsabschnitte 75A, 74B, 75C und 75D in der Strömungsdurchlassinnenfläche 7a eine stetige Neigung in der tangentialen Richtung. Das heißt, die stromaufwärtige Innenfläche 7b ist mit den Vorsprungsabschnitten 75A, 75B, 75C und 75D ohne scharfe Biegungen oder dergleichen sanft übergehend verbunden.
Ferner haben die Vorsprungsabschnitte 75A, 75B, 75C und 75D und die stromabwärtige Innenfläche 7c in der normalen Richtung der Drehrichtung Rd bezogen auf die Vorsprungsabschnitte 75A, 75B, 75C und 75D in der Strömungsdurchlassinnenfläche 7a eine stetige Neigung in der tangentialen Richtung. Das heißt, die Vorsprungsabschnitte 75A, 75B, 75C und 75D und die stromabwärtige Innenfläche 7c sind ohne Biegungen oder dergleichen sanft übergehend verbunden.
Ferner sind die am weitesten vorstehenden Positionen 75a der Vorsprungsabschnitte 75A, 75B, 75C und 75D gemäß der ersten, zweiten, dritten und vierten Ausführungsformen, das heißt, die Positionen, die am weitesten aus der Bezugslinie L der Vorsprungsabschnitte 75A, 75B, 75C und 75D auf der Projektionsebene PP vorstehen, auf der Seite des Bezugsstartpunkts Ba bezogen auf die Mitte La der Bezugslinie L vorgesehen.
Hier sind die Vorsprungsverhältnisse Pr der Vorsprungsabschnitte 75A, 75B, 75C und 75D durch die folgende Gleichung (1) definiert. Insbesondere ist der Abstand zwischen der am weitesten vorstehenden Position 75a von jedem der Vorsprungsabschnitte von 75A, 75B, 75C und 75D und der Bezugslinie L durch dx angezeigt. Ferner, wie vorstehend beschrieben wurde, können ein Punkt auf der Seite der Drehachse X (der Innenseite) und ein äußerer Punkt Bx, wobei der Ausstossströmungsdurchlass 55 dazwischen angeordnet ist, in dem Krümmungsendabschnitt 71b angenommen werden, wobei ein Abstand von dem Bezugsendpunkt Bb, der dem inneren Punkt entspricht, zu der Drehachse X als der innerste Radius Ra definiert ist, und ein Abstand von dem äußeren Punkt Bx zu der Drehachse X als der äußerste Radius Rb definiert ist. Dann ist eine Differenz zwischen dem äußersten Rades Rb und den innersten Radius Ra als die Radiusdifferenz ΔR definiert, und wobei ein Verhältnis des Abstands dx hinsichtlich der Radiusdifferenz ΔR als das Vorsprungsverhältnis Pr definiert ist. $Pr = dx/ (Rb - Ra)$
Das Vorsprungsverhältnis Pr kann beispielsweise auf 0,050 oder mehr festgelegt werden und ist ferner vorzugsweise 0,100 oder mehr. Ferner kann das Vorsprungsverhältnis Pr auf 0,400 oder weniger festgelegt werden, und ist vorzugsweise 0,300 oder weniger, und ist weiter vorzugsweise 0,200 oder weniger. Insbesondere ist das Vorsprungsverhältnis Pr des Vorsprungsabschnitts 75A gemäß der ersten Ausführungsform 0,147, das Vorsprungsverhältnis Pr des Vorsprungsabschnitts 75B gemäß zweiten Ausführungsform ist 0,140, das Vorsprungsverhältnis Pr des Vorsprungsabschnitts 75C gemäß der dritten Ausführungsform ist 0,110 und das Vorsprungsverhältnis Pr des Vorsprungsabschnitts 75C gemäß der vierten Ausführungsform ist 0,223.
Zusätzlich stehen bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die Vorsprungsabschnitte 75A, 75B, 75C und 75D in Richtung der Außenseite, die der zentrifugalen Richtung D entspricht, in dem gesamten Bereich der Bezugslinie L vor, die von dem Bezugsstartpunkt Ba zu dem Bezugsendpunkt Bb verbunden ist. Allerdings können die Vorsprungsabschnitte 75A, 75B, 75C und 75D in einem Teil der Bezugslinie L vorstehen. Beispielsweise kann die stromaufwärtige Innenfläche 7b ausgebildet sein, um die Bezugslinie L von dem Bezugsendpunkt Bb zu überlappen. Ferner kann die stromabwärtige Innenfläche 7c ausgebildet sein, um die Bezugslinie L von dem Bezugsstartpunkt Ba zu überlappen. Ferner sind die Vorsprungsabschnitte 75A, 75B, 75C und 75D mit der stromaufwärtigen Innenfläche 7b oder der stromabwärtigen Innenfläche 7c verbunden. Infolgedessen kann ein Teil der Bezugslinie L vorstehen.
Als nächstes werden Betriebe und Wirkungen des Verdichters 3 beschrieben, der die Spiralen 7A, 7B, 7C und 7D gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen umfasst. Der Erfinder fand eine Möglichkeit, dass das Fluid von der Strömungsdurchlassinnenfläche 107a der Spirale 107 bei dem Vergleichsbeispiel, das in 9(a) gezeigt ist, abgelöst werden kann, und fand eine Erkenntnis, dass das Ablösen hauptsächlich in der Nähe des Verbindungsabschnitts zwischen dem Krümmungsstartabschnitt 171a und dem Ausstoßabschnitt 172 auftritt und leicht an der Strömungsdurchlassinnenfläche 107a auf der Innenseite in der Nähe der Drehachse auftritt.
Das Untersuchen des Auftretens des Ablösens basiert auf dem Gesetz der Drehimpulserhaltung, wobei sich beispielsweise die Winkelgeschwindigkeit des strömenden Gases erhöht, je mehr es sich der Drehachse nähert. Das heißt, weil sich die Winkelgeschwindigkeit des Gases erhöht, das entlang der Strömungsdurchlassinnenfläche 107a auf der Seite in der Nähe der Drehachse strömt, wird es zu einem Umfeld, in dem das Ablösen des Gases einfach auftritt.
Hier berücksichtigte der Erfinder ein Verfahren des Reduzierens des Auftretens des Ablösens durch ein Vorstehen der Strömungsdurchlassinnenfläche, um einen Bereich zu füllen, in dem das Ablösen einfach auftritt, und führte eine gründliche Untersuchung basierend auf dieser Betrachtung durch. Infolgedessen fand der Erfinder heraus, dass das Ablösen des Fluids reduziert werden kann, indem die Vorsprungsabschnitte 75A, 75B, 75C und 75D vorgesehen sind. Infolgedessen kann die Verdichtungsleistung verbessert werden.
Beispielweise ist 8 ein Diagramm, das Entropieprofile zeigt, die gezeigt sind, indem isentrope Punkte der Spirale 7A gemäß der ersten Ausführungsform verbunden werden, und wobei 9(a) ein Diagramm ist, das Entropieprofile zeigt, die gezeigt sind, indem isentrope Punkte in der Spirale 107 gemäß dem Vergleichsbeispiel verbunden werden. In den Diagrammen, die in den 8 und 9(a) gezeigt sind, zeigt der schwarze Bereich S einen Ablöseabschnitt an, jedoch ist der schwarze Bereich S, der in 8 gezeigt ist, kleiner als der schwarze Bereich S, der in 9(a) gezeigt ist.
Ferner ist 10(a) ein Diagramm, das ein Mach-Zahl-Profil der Spirale 107 gemäß dem Vergleichsbeispiel zeigt, und wobei 10(b) ein Diagramm ist, das ein Mach-Profil der Spirale 7A gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 10(a) zeigt einen großen verwirbelten Strom Va, der an einer Ablöseposition erzeugt wird, und wobei 10(b) einen extrem kleinen verwirbelten Strom Vb zeigt, der an dieser Position erzeugt wird. Infolgedessen kann somit eine verbesserte Verdichtungsleistung erlangt werden, weil der Druckverlust der Spirale 7A gemäß der ersten Ausführungsform klein ist verglichen mit dem Vergleichsbeispiel.
Ferner ist 9(b) ein Diagramm, das Entropieprofile der Spirale 7B gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt, wobei 9(c) ein Diagramm ist, das Entropieprofile der Spirale 7C gemäß der dritten Ausführungsform zeigt, und wobei 9(d) ein Diagramm ist, das Entropieprofile der Spirale 7D gemäß der vierten Ausführungsform zeigt. Schwarze Bereiche S gemäß der zweiten bis vierten Ausführungsformen, die in den 9(b) bis 9(d) gezeigt sind, sind kleiner als der schwarze Bereich S, der in 9(a) gemäß dem Vergleichsbeispiel gezeigt ist. Das heißt, weil der Druckverlust der Spiralen 7B, 7C und 7D gemäß der zweiten bis vierten Ausführungsformen verglichen mit dem Vergleichsbeispiel klein ist, kann somit eine verbesserte Verdichtungsleistung erlangt werden.
Zusätzlich, wenn die Spiralen 7A, 7B, 7C und 7D gemäß der ersten bis vierten Ausführungsformen miteinander verglichen werden, tritt das Ablösen des Gases am wenigsten in der Spirale 7A der ersten Ausführungsform auf. Als nächstes tritt in den Spiralen 7B und 7C gemäß der zweiten und dritten Ausführungsformen das Ablösen des Gases kaum auf. Es kann geschlussfolgert werden, dass sich das Gas einigermaßen einfach in der Spirale 7D gemäß der vierten Ausführungsform ablöst, verglichen mit den Spiralen 7A, 7B und 7C gemäß der ersten, zweiten und dritten Ausführungsformen.
Ferner ist es bei den Spiralen 7A, 7B, 7C und 7D gemäß der ersten bis vierten Ausführungsformen vorteilhaft, das Ablösen des Gases durch ein Ausbilden eines gleichmäßigen Stroms des Gases zu unterdrücken, weil die stromaufwärtige Innenfläche 7b mit den Vorsprungsabschnitten 75A, 75B, 75C und 75B sanft übergehend verbunden ist. Ferner, weil die stromabwärtige Innenfläche 7c mit den Vorsprungsabschnitten 75A, 75B, 75C und 75D sanft übergehend verbunden ist, ist es einfach, beispielsweise den verwirbelten Strom auf der stromabwärtigen Seite der Vorsprungsabschnitte 75A, 75B, 75C und 75D zu verhindern, und wobei es vorteilhaft ist, das Ablösen des Gases zu unterdrücken. Zusätzlich sind bei den Spiralen 7A, 7B, 7C und 7D gemäß der ersten bis vierten Ausführungsformen die Vorsprungsabschnitte 75A, 74B, 75C und 75B sowohl mit der stromaufwärtigen Innenfläche 7b als auch der stromabwärtigen Innenfläche 7c sanft übergehend verbunden. Jedoch können beispielsweise die Vorsprungabschnitte 75A, 75B, 75C und 75D mit der stromaufwärtigen Innenfläche 7b oder der stromabwärtigen Innenfläche 7c sanft übergehend verbunden sein.
Die vorliegende Offenbarung kann auf verschiedene Weisen basierend auf dem Fachwissen des Fachmanns basierend auf den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen abgewandelt und verbessert werden. Ferner können abgewandelte Beispiele der Ausführungsformen unter Verwendung des technischen Inhalts durchgeführt werden, der in den vorstehend genannten Ausführungsformen gezeigt ist. Die Konfigurationen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können auf geeignete Weise kombiniert und verwendet werden.
Ferner ist die vorliegende Offenbarung nicht auf ein Verwenden des Laders für das Fahrzeug beschränkt und kann auch bei anderen Anwendungen, wie etwa bei einem Schiff verwendet werden. Ferner kann die vorliegende Offenbarung auch bei einem Radialverdichter verwendet werden, der nicht in dem Lader verwendet wird.
Bezugszeichenliste
3: Verdichter (Radialverdichter), 7A, 7B, 7C, 7D: Spirale, 7a: Strömungsdurchlassinnenfläche , 7b: stromaufwärtige Innenfläche, 7c: stromabwärtige Innenfläche, 17: Verdichterlaufrad, 53: Strömungsdurchlass, 71b: Krümmungsendabschnitt, 71a: Krümmungsstartabschnitt, 75A, 75B, 75C, 75D: Vorsprungsabschnitt, 75a: am weitesten vorstehende Position eines Vorsprungsabschnitts, E: Betrachtungspunkt, D: zentrifugale Richtung, PP: Projektionsebene, α: Drehwinkel, Ba: Bezugsstartpunkt, Bb: Bezugsendpunkt, L: Bezugslinie.

Claims

Radialverdichter, mit: einem Laufrad; und einer Spirale, die um das Laufrad angeordnet ist und einen Strömungsdurchlass enthält, der in einer Drehrichtung des Laufrads ausgebildet ist, wobei die Spirale einen Krümmungsendabschnitt auf einer Seite eines Endpunkt des Strömungsdurchlasses in der Drehrichtung, einen Ausstoßabschnitt, der mit dem Krümmungsendabschnitt verbunden ist, einen Krümmungsstartabschnitt, der mit dem Ausstoßabschnitt auf einer Seite eines Startpunkts des Strömungsdurchlasses in der Drehrichtung verbunden ist, sowie eine Strömungsdurchlassinnenfläche enthält, die dem Strömungsdurchlass gegenüberliegt, und wobei, wenn eine Projektionsebene für die Spirale in einem Fall angenommen wird, in dem ein Betrachtungspunkt auf einer Fluidsaugseite und auf einer Drehachse des Laufrads angeordnet ist, ein Bezugsstartpunkt auf einer Seite einer Drehachse in einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Krümmungsstartabschnitt und dem Ausstoßabschnitt und ein Bezugsendpunkt auf der Seite der Drehachse in dem Krümmungsendabschnitt für die Strömungsdurchlassinnenfläche angenommen werden, die auf die Projektionsebene projiziert wird, und eine Bezugslinie, die den Bezugsstartpunkt und den Bezugsendpunkt verbindet, für die Projektionsebene angenommen wird, die Strömungsdurchlassinnenfläche der Projektionsebene einen kurvenförmigen Vorsprungsabschnitt umfasst, der in Richtung der Außenseite, die einer zentrifugalen Richtung entspricht, bezogen auf die Bezugslinie vorsteht.
Radialverdichter nach Anspruch 1, wobei der Vorsprungsabschnitt und eine stromaufwärtige Innenfläche auf einer entgegengesetzten Seite der Drehrichtung bezogen auf den Vorsprungsabschnitt in der Strömungsdurchlassinnenfläche der Spirale eine stetige Neigung in einer tangentialen Richtung haben.
Radialverdichter nach Anspruch 1, wobei der Vorsprungsabschnitt und eine stromabwärtige Innenfläche auf der Seite der Drehrichtung bezogen auf den Vorsprungsabschnitt in der Strömungsdurchlassinnenfläche der Spirale eine stetige Neigung in einer tangentialen Richtung haben.
Radialverdichter nach Anspruch 2, wobei der Vorsprungsabschnitt und eine stromabwärtige Innenfläche auf der Seite der Drehrichtung bezogen auf den Vorsprungsabschnitt in der Strömungsdurchlassinnenfläche der Spirale eine stetige Neigung in einer tangentialen Richtung haben.
Radialverdichter nach Anspruch 1, wobei die am weitesten vorstehende Position des Vorsprungsabschnitts von der Bezugslinie auf der Projektionsebene auf der Seite des Bezugsstartpunkts bezogen auf eine Mitte der Bezugslinie vorgesehen ist.
Radialverdichter nach Anspruch 2, wobei die am weitesten vorstehende Position des Vorsprungsabschnitts von der Bezugslinie auf der Projektionsebene auf der Seite des Bezugsstartpunkts bezogen auf eine Mitte der Bezugslinie vorgesehen ist.
Radialverdichter nach Anspruch 3, wobei eine Position, die am weitesten von der Bezugslinie auf der Projektionsebene vorsteht, auf der Seite des Bezugsstartpunkts bezogen auf eine Mitte der Bezugslinie vorgesehen ist.
Radialverdichter nach Anspruch 4, wobei eine Position, die am weitesten von der Bezugslinie auf der Projektionsebene vorsteht, auf der Seite des Bezugsstartpunkts bezogen auf eine Mitte der Bezugslinie vorgesehen ist.
Radialverdichter, mit: einem Laufrad; und einer Spirale, die um das Laufrad angeordnet ist und einen Strömungsdurchlass umfasst, der in einer Drehrichtung des Laufrads ausgebildet ist, wobei die Spirale einen Ausstoßabschnitt, der auf einer Seite eines Endpunkts des Strömungsdurchlasses in einer Drehrichtung angeordnet ist, einen Krümmungsstartabschnitt, der mit dem Ausstoßabschnitt auf einer Seite eines Startpunkts des Strömungsdurchlasses in der Drehrichtung verbunden ist, sowie eine Strömungsdurchlassinnenfläche umfasst, die dem Strömungsdurchlass gegenüberliegt, und wobei, wenn eine Projektionsebene für die Spirale in einem Fall angenommen wird, in dem ein Betrachtungspunkt auf einer Fluidsaugseite und auf einer Drehachse des Laufrads angeordnet ist, ein Bezugsstartpunkt auf der Seite der Drehachse in einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Krümmungsstartpunkt und dem Ausstoßabschnitt und ein Bezugsendpunkt auf der Seite der Drehachse an einer Position, die einen Drehwinkel von -60° hinsichtlich des Bezugsstartpunkts hat, für die Strömungsdurchlassinnenfläche angenommen werden, die auf die Projektionsebene projiziert wird, und eine Bezugslinie, die den Bezugsstartpunkt und den Bezugsendpunkt verbindet, für die Projektionsebene angenommen wird, die Strömungsdurchlassinnenfläche auf der Projektionsebene einen kurvenförmigen Vorsprungsabschnitt umfasst, der in Richtung der Außenseite, die einer zentrifugalen Richtung entspricht, bezogen auf die Bezugslinie vorsteht.