EP1757814A1 - Centrifugal compressor - Google Patents

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EP1757814A1
EP1757814A1 EP05405497A EP05405497A EP1757814A1 EP 1757814 A1 EP1757814 A1 EP 1757814A1 EP 05405497 A EP05405497 A EP 05405497A EP 05405497 A EP05405497 A EP 05405497A EP 1757814 A1 EP1757814 A1 EP 1757814A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
blades
main
blade
compressor
diffuser
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05405497A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Janpeter KÜHNEL
Christian Roduner
Martin Thiele
Heinz-Jürgen FELD
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Accelleron Industries AG
Original Assignee
ABB Turbo Systems AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Turbo Systems AG filed Critical ABB Turbo Systems AG
Priority to EP05405497A priority Critical patent/EP1757814A1/en
Priority to PCT/CH2006/000358 priority patent/WO2007022648A1/en
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/441—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/444—Bladed diffusers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/284—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for compressors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/10—Stators
    • F05D2240/12—Fluid guiding means, e.g. vanes
    • F05D2240/121—Fluid guiding means, e.g. vanes related to the leading edge of a stator vane
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/50—Inlet or outlet
    • F05D2250/52—Outlet

Definitions

  • the invention relates to the field of compressors of exhaust gas turbochargers. It relates to a compressor with high specific absorption capacity.
  • single-stage radial compressors with bladed diffusers are generally used to increase the intake pressure of the engine.
  • the most widely used compressor wheels include a certain number of main blades and one idler blade per main blade.
  • the diffusers have vanes with prismatic, generally aerodynamic profiles.
  • compressor stages with high specific absorption capacity have long blades whose characteristic forms occur at low frequencies and can easily be excited and vibrated.
  • a major source of these suggestions is a non-uniform pressure potential field generated by the vanes of the diffuser.
  • compressor stages with high specific absorption capacity also generate high noise levels at the compressor outlet, which are essentially caused by the impingement of flow fluctuations in the circumferential direction on the guide vanes of the diffuser.
  • the blades of the compressor wheel can be thickened or the distance between the diffuser and the compressor wheel outlet can be increased in order to reduce the excitations.
  • the enlargement of the diffuser distance leads at the same time to a reduction of the noise.
  • both measures inevitably lead to a reduction in the efficiency, which is why the desired thermodynamic performance should be missed.
  • the object of the present invention is to provide a compressor for an absolute absorption capacity, which meets the strict constraints of mechanics and acoustics and which can be produced in comparison with conventional compressors with the same absorption capacity with low production costs.
  • the high specific-capacity compressor according to the invention has a compressor wheel with a plurality of intermediate blades per main rotor blades. This allows the capacity of a compressor to be increased without having to change anything on the external dimensions.
  • the specific swallowing capacity is increased.
  • Meridional inclined inlet edges of the vanes of the diffuser support in the inventive compressor with increased specific absorption capacity the very good aerodynamic performance, while allowing thanks to excitation reducing effect, the observance of the strict boundary conditions from the mechanics without thickening of the blades.
  • the mechanical load on the blades can be reduced, as well as the noise generated by the uneven discharge of the impeller.
  • the compressor designed according to the invention can be reduced in size in order to achieve a given, absolute absorption capacity thanks to the increased specific absorption capacity compared to conventional compressors. To cope with a given swallowing capacity can therefore a smaller compressor can be used. Since the production costs depend strongly on the size of the compressor wheel, a reduction in the size of the compressor has a positive effect on the cost accounting of the turbocharger.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a compressor according to the invention with a diffuser with inclined guide blade inlet edges.
  • a compressor wheel 10 is rotatably arranged about an axis.
  • the compressor wheel is seated on a shaft which is driven in an exhaust gas turbocharger by a turbine, not shown.
  • the compressor wheel includes the hub 10 and disposed on the hub a plurality of blades.
  • the blades include three different groups of blades of different lengths. The longest blades are the main blades 11. They extend from the upstream, axially aligned end of the compressor wheel to the downstream end on the radial outer edge of the compressor wheel.
  • first intermediate blade 12 In the circumferential direction between the main blades each have a first intermediate blade 12 is disposed between two main blades.
  • the leading edges 14 of the first intermediate blades 12 are offset downstream of the leading edges 14 of the main blades 11 in the flow direction. The flow is thus detected first by the main blades and then by the first intermediate blades.
  • a second intermediate blade 13 is arranged in the circumferential direction between each of a main blades 11 and a first Intermediate blade 12, a second intermediate blade 13 is arranged.
  • the leading edge 14 of the second intermediate blade 13 is compared with the leading edge 14 of the first intermediate blade 12 in the flow direction even further downstream offset.
  • the intermediate blade with the respectively further downstream offset leading edge may be arranged in the direction of rotation before or after the main blade, that is, either on the pressure or on the suction side.
  • the flow channels bounded in each case by the main and intermediate blades can be of the same or different width in the circumferential direction.
  • each main blade is arranged on each side between the main blade and the adjacent first intermediate blade 12, so that the number of second intermediate blades is twice as large as the number of main and first intermediate blades ,
  • the second intermediate blades in the circumferential direction before or after a main blade can be designed to have different lengths in the flow direction.
  • the second intermediate blades, which are arranged in the rotational direction behind the main blades be formed slightly longer in the flow direction, so that their leading edge in the flow direction is further upstream than the leading edge of the second insectsschascheln, which are arranged in the rotational direction in front of the main blades.
  • further second intermediate blades can be arranged between the main and the first intermediate blades.
  • First and second intermediate blades can be designed differently long in the flow direction.
  • the number of first and second intermediate blades is one or more times the number of main blades.
  • a further, second intermediate blade in the direction of rotation between each main blade and the next intermediate blade, two second intermediate blades, with inlet edges offset in the direction of flow, and between the first intermediate blade and the next, adjacent main blade, a further, second intermediate blade can be arranged.
  • Each of the blades terminates with an exit edge 15 at the downstream end of the compressor wheel.
  • a diffuser In the flow direction further downstream of the downstream end of the compressor wheel, a diffuser is arranged.
  • the diffuser is composed of diffuser walls 22 and a plurality of guide vanes 21 distributed along the circumference.
  • the diffuser walls define the flow channel 42 downstream of the compressor wheel.
  • the guide vanes of the diffuser each have an inlet edge whose circumferential position changes in the direction along the axis of rotation.
  • the leading edges of the vanes of the diffuser are meridionally inclined. So they run at an angle ⁇ to the axis of rotation.
  • downstream exit edges 15 of the blades of the compressor wheel may have a meridionalal inclination and at an angle ⁇ to the axis of rotation.
  • the meridional inclined inlet edges 23 of the vanes of the diffuser lead to a weakening of the pressure pulsation, which is generated by the flow at the outlet of the compressor wheel.
  • This attenuation of the pressure pulsation in turn has a positive influence on the excitation of the vibration of the blades of the compressor wheel, which has a positive effect in particular with a reduction of the blade thickness, as this, the load on the blades can be significantly reduced.
  • this weakening of the pressure pulsation and the associated, less strong excitation allows a stronger flow with the same size of compressor and diffuser.
  • the stronger flow thanks to the meridional inclined leading edges of the diffuser vanes, does not increase the excitation of the blades of the compressor wheel.
  • compressor vanes with multiple vanes per main rotor blades and meridional inclined vanes vanes allows a very good aerodynamic performance in centrifugal compressors with high specific absorption capacity while maintaining the rigorous mechanics and acoustics.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

The radial compressor comprises a compressor housing (31) around an axially rotatable compressor wheel with a hub (10) and numerous blades (11, 12, 13). The blades are arranged in a flow channel (41, 42) within the housing and the hub. There is a diffuser with several vanes (21) that is arranged in the flow exit of the blades of the compressor wheel, with one of the blades being the main blade (11) and there being a first intermediate blade (12) next to the main blade which, in turn, has a second intermediate blade (13) located next to it. The vanes of the diffuser are built with their own meridional entry edges (23). The first and second intermediate blades may be built with entry edges (14) in the flow direction.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Verdichter von Abgasturboladern. Sie betrifft einen Verdichter mit hohem spezifischem Schluckvermögen.The invention relates to the field of compressors of exhaust gas turbochargers. It relates to a compressor with high specific absorption capacity.

Stand der TechnikState of the art

In modernen Turboladern werden zur Erhöhung des Ansaugdrucks des Motors in der Regel einstufige Radialverdichter mit beschaufelten Diffusoren eingesetzt. Die meistverbreiteten Verdichterräder umfassen eine bestimmte Anzahl Hauptlaufschaufeln und jeweils eine Zwischenlaufschaufel pro Hauptlaufschaufel. Die Diffusoren weisen Leitschaufeln mit prismatischen, in der Regel aerodynamischen Profilen auf.In modern turbochargers, single-stage radial compressors with bladed diffusers are generally used to increase the intake pressure of the engine. The most widely used compressor wheels include a certain number of main blades and one idler blade per main blade. The diffusers have vanes with prismatic, generally aerodynamic profiles.

Bei der Auslegung von Verdichterstufen muss stets ein Kompromiss zwischen der aerodynamischen Performance, der mechanischen Auslastung und der Lärmbildung durch den Verdichter gefunden werden. Verdichterstufen mit hohen spezifischen Schluckvermögen haben lange Laufschaufeln, deren Eigenformen bei niedrigen Frequenzen auftreten und sich leicht anregen und in Schwingung versetzen lassen. Eine Hauptquelle dieser Anregungen ist ein durch die Leitschaufeln des Diffusors erzeugtes, ungleichförmiges Druckpotenzialfeld. Erfahrungsgemäss erzeugen Verdichterstufen mit hohen spezifischen Schluckvermögen auch hohe Lärmpegel am Verdichteraustritt, welche im wesentlichen durch das Auftreffen der Strömungsschwankungen in Umfangsrichtung auf die Leitschaufeln des Diffusors verursacht werden.When designing compressor stages, a compromise must always be found between the aerodynamic performance, the mechanical load and the noise generated by the compressor. Compressor stages with high specific absorption capacity have long blades whose characteristic forms occur at low frequencies and can easily be excited and vibrated. A major source of these suggestions is a non-uniform pressure potential field generated by the vanes of the diffuser. According to experience, compressor stages with high specific absorption capacity also generate high noise levels at the compressor outlet, which are essentially caused by the impingement of flow fluctuations in the circumferential direction on the guide vanes of the diffuser.

Aus " Flow Investigation Of A Transonic Centrifugal Compressor For Turbocharger", S. Ibaraki, H. Higashimori and T. Matsuo, Mitsubishi Heavy Industries Ltd, Japan, CIMAG 2001 , ist bekannt, dass zur weiteren Steigerung des Schluckvermögens zwischen Hauptlaufschaufeln und den ersten Zwischenlaufschaufeln zusätzliche, zweite Zwischenlaufschaufeln vorgesehen werden können. Diese Massnahme kann jedoch auf der mechanischen Seite zu zusätzlichen Schwingungsformen führen. Zudem ist ein Verdichterrad mit zusätzlichen Zwischenlaufschaufeln in der Herstellung teurer als ein herkömmliches Verdichterrad mit jeweils einer oder gar keiner Zwischenlaufschaufel pro Hauptlaufschaufel.Out " Flow Investigation Of A Transonic Centrifugal Compressor For Turbocharger ", S. Ibaraki, H. Higashimori and T. Matsuo, Mitsubishi Heavy Industries Ltd., Japan, CIMAG 2001 It is known that to further increase the intake capacity between main blades and the first intermediate blades, additional second intermediate blades may be provided. However, this measure can be up the mechanical side lead to additional vibration modes. In addition, a compressor wheel with additional intermediate blades is more expensive to manufacture than a conventional compressor wheel with one or no intermediate blades per main blade.

Zur Reduktion der Schaufelschwingungen können die Laufschaufeln des Verdichterrades verdickt werden oder aber der Abstand des Diffusors zum Verdichterradaustritt vergrössert werden, um die Anregungen zu reduzieren. Die Vergrösserung des Diffusorabstands führt gleichzeitig zu einer Reduktion des Lärms. Beide Massnahmen führen jedoch zwangsläufig zu einer Reduktion des Wirkungsgrades, weswegen die gewünschte thermodynamische Performance verfehlt werden dürfte.To reduce the blade vibrations, the blades of the compressor wheel can be thickened or the distance between the diffuser and the compressor wheel outlet can be increased in order to reduce the excitations. The enlargement of the diffuser distance leads at the same time to a reduction of the noise. However, both measures inevitably lead to a reduction in the efficiency, which is why the desired thermodynamic performance should be missed.

Kurze Darstellung der ErfindungBrief description of the invention

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Verdichter für ein absolutes Schluckvermögen zu schaffen, welcher den strengen Randbedingungen aus Mechanik und Akustik genügt und welcher im Vergleich zu herkömmlichen Verdichtern mit gleichem Schluckvermögen mit geringen Produktionskosten herstellbar ist.The object of the present invention is to provide a compressor for an absolute absorption capacity, which meets the strict constraints of mechanics and acoustics and which can be produced in comparison with conventional compressors with the same absorption capacity with low production costs.

Der erfindungsgemässe Verdichter für hohes spezifisches Schluckvermögen weist ein Verdichterrad mit mehreren Zwischenlaufschaufeln pro Hauptlaufschaufeln auf. Damit kann das Schluckvermögen eines Verdichters vergrössert werden, ohne dass an den äusseren Abmessungen etwas geändert werden müsste. Das spezifische Schluckvermögen wird erhöht. Meridional geneigte Eintrittskanten der Leitschaufeln des Diffusors unterstützen beim erfindungsgemässen Verdichter mit erhöhtem spezifischem Schluckvermögen die sehr gute aerodynamische Performance, während sie dank anregungsreduzierender Wirkung auch die Einhaltung der strengen Randbedingungen aus der Mechanik erlauben, ohne Verdickung der Laufschaufeln. Die mechanische Belastung der Laufschaufeln kann reduziert werden, ebenso wie der durch die ungleichmässige Abströmung des Laufrades erzeugte Lärm.The high specific-capacity compressor according to the invention has a compressor wheel with a plurality of intermediate blades per main rotor blades. This allows the capacity of a compressor to be increased without having to change anything on the external dimensions. The specific swallowing capacity is increased. Meridional inclined inlet edges of the vanes of the diffuser support in the inventive compressor with increased specific absorption capacity the very good aerodynamic performance, while allowing thanks to excitation reducing effect, the observance of the strict boundary conditions from the mechanics without thickening of the blades. The mechanical load on the blades can be reduced, as well as the noise generated by the uneven discharge of the impeller.

In der Praxis kann der erfindungsgemäss ausgebildete Verdichter zum Erzielen eines gegebenen, absoluten Schluckvermögens dank erhöhtem spezifischem Schluckvermögen gegenüber herkömmlichen Verdichter in der Grösse reduziert werden. Zur Bewältigung eines vorgegebenen Schluckvermögens kann also ein kleinerer Verdichter eingesetzt werden. Da die Produktionskosten stark von der Grösse des Verdichterrades abhängen, wirkt sich eine Grössenreduktion des Verdichters positiv auf der Kostenrechnung des Turboladers aus.In practice, the compressor designed according to the invention can be reduced in size in order to achieve a given, absolute absorption capacity thanks to the increased specific absorption capacity compared to conventional compressors. To cope with a given swallowing capacity can therefore a smaller compressor can be used. Since the production costs depend strongly on the size of the compressor wheel, a reduction in the size of the compressor has a positive effect on the cost accounting of the turbocharger.

Die erfindungsgemässe Verbindung der zwei, die Produktionskosten an sich erhöhenden Massnahmen, führt also unter dem Strich zu einem kostengünstiger hergestellten Turbolader.The inventive compound of the two, the cost of production itself increasing measures, so the bottom line leads to a cost-effectively manufactured turbocharger.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Further advantages emerge from the dependent claims.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Folgend ist anhand der Figur eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Verdichters beschrieben. Die Figur zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemässen Verdichters mit einem Diffusor mit geneigten Leitschaufeleintrittskanten.An embodiment of the compressor according to the invention is described below with reference to the FIGURE. The figure shows a schematic sectional view of a compressor according to the invention with a diffuser with inclined guide blade inlet edges.

Weg zur Ausführung der ErfindungWay to carry out the invention

In einem in der Figur nur teilweise dargestellten Verdichtergehäuse 31 ist ein Verdichterrad 10 um eine Achse drehbar angeordnet. Das Verdichterrad sitzt auf einer Welle, welche bei einem Abgasturbolader durch eine nicht dargestellte Turbine angetrieben wird. Das Verdichterrad umfasst die Nabe 10 sowie auf der Nabe angeordnet eine Vielzahl von Laufschaufeln. In der dargestellten Ausführungsform umfassen die Laufschaufeln drei verschiedene Gruppen von unterschiedlich langen Schaufeln. Die längsten Laufschaufeln sind die Hauptlaufschaufeln 11. Sie reichen vom anströmseitigen, axial ausgerichteten Ende des Verdichterrades bis zum abströmseitigen Ende am radialen Aussenrand des Verdichterrades.In a compressor housing 31 only partly shown in the figure, a compressor wheel 10 is rotatably arranged about an axis. The compressor wheel is seated on a shaft which is driven in an exhaust gas turbocharger by a turbine, not shown. The compressor wheel includes the hub 10 and disposed on the hub a plurality of blades. In the illustrated embodiment, the blades include three different groups of blades of different lengths. The longest blades are the main blades 11. They extend from the upstream, axially aligned end of the compressor wheel to the downstream end on the radial outer edge of the compressor wheel.

In Umfangsrichtung zwischen den Hauptlaufschaufeln ist jeweils zwischen zwei Hauptlaufschaufeln je eine erste Zwischenlaufschaufel 12 angeordnet. Die Eintrittskanten 14 der ersten Zwischenlaufschaufeln 12 sind gegenüber den Eintrittskanten 14 der Hauptlaufschaufeln 11 in Strömungsrichtung stromab versetzt. Die Strömung wird somit erst von den Hauptlaufschaufeln erfasst, und danach von den ersten Zwischenlaufschaufeln.In the circumferential direction between the main blades each have a first intermediate blade 12 is disposed between two main blades. The leading edges 14 of the first intermediate blades 12 are offset downstream of the leading edges 14 of the main blades 11 in the flow direction. The flow is thus detected first by the main blades and then by the first intermediate blades.

In einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemässen Radialverdichters ist in Umfangsrichtung zwischen jeweils einer Hauptlaufschaufeln 11 und einer ersten Zwischenlaufschaufel 12 eine zweite Zwischenlaufschaufel 13 angeordnet. Die Eintrittskante 14 der zweiten Zwischenlaufschaufel 13 ist gegenüber der Eintrittskante 14 der ersten Zwischenlaufschaufel 12 in Strömungsrichtung noch ein Stück weiter stromab versetzt. Die Zwischenlaufschaufel mit der jeweils weiter stromab versetzten Eintrittskante kann in Umlaufrichtung vor oder nach der Hauptlaufschaufel, d.h. entweder auf deren Druck- oder auf der Saugseite angeordnet sein. Die jeweils von den Haupt- und Zwischenlaufschaufeln begrenzten Strömungskanäle können in Umfangsrichtung gleich oder unterschiedlich breit ausgebildet sein.In a first embodiment of the inventive radial compressor is in the circumferential direction between each of a main blades 11 and a first Intermediate blade 12, a second intermediate blade 13 is arranged. The leading edge 14 of the second intermediate blade 13 is compared with the leading edge 14 of the first intermediate blade 12 in the flow direction even further downstream offset. The intermediate blade with the respectively further downstream offset leading edge may be arranged in the direction of rotation before or after the main blade, that is, either on the pressure or on the suction side. The flow channels bounded in each case by the main and intermediate blades can be of the same or different width in the circumferential direction.

In einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemässen Radialverdichters ist beidseitig jeder Hauptlaufschaufel, jeweils zwischen der Hauptlaufschaufel und den benachbarten ersten Zwischenlaufschaufel 12 je eine zweite Zwischenlaufschaufel 13 angeordnet, so dass die Anzahl der zweiten Zwischenlaufschaufeln doppelt so gross ist, wie die Anzahl der Haupt- und ersten Zwischenlaufschaufeln .In a second embodiment of the radial compressor according to the invention, each main blade is arranged on each side between the main blade and the adjacent first intermediate blade 12, so that the number of second intermediate blades is twice as large as the number of main and first intermediate blades ,

Die zweiten Zwischenlaufschaufeln in Umfangsrichtung vor bzw. nach einer Hauptlaufschaufel können in Strömungsrichtung unterschiedlich lang ausgebildet sein. So können beispielsweise die zweiten Zwischenlaufschaufeln, welche in Rotationsrichtung hinter den Hauptlaufschaufeln angeordnet sind, in Strömungsrichtung etwas länger ausgebildet sein, so dass ihre Eintrittskante in Strömungsrichtung weiter stromauf liegt als die Eintrittskante der zweiten Zwischenlaufschauteln, welche in Rotationsrichtung vor den Hauptlaufschaufeln angeordnet sind.The second intermediate blades in the circumferential direction before or after a main blade can be designed to have different lengths in the flow direction. Thus, for example, the second intermediate blades, which are arranged in the rotational direction behind the main blades, be formed slightly longer in the flow direction, so that their leading edge in the flow direction is further upstream than the leading edge of the second Zwischenschascheln, which are arranged in the rotational direction in front of the main blades.

In weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemässen Radialverdichters können zwischen den Haupt- und den ersten Zwischenlaufschaufeln weitere zweite Zwischenlaufschaufeln angeordnet sein. Erste und zweite Zwischenlaufschaufeln können dabei in Strömungsrichtung unterschiedlich lang ausgebildet sein. Die Anzahl erster und zweiter Zwischenlaufschaufeln beträgt jeweils ein ein- oder mehrfaches der Anzahl Hauptiaufschaufeln.In further embodiments of the radial compressor according to the invention, further second intermediate blades can be arranged between the main and the first intermediate blades. First and second intermediate blades can be designed differently long in the flow direction. The number of first and second intermediate blades is one or more times the number of main blades.

So können beispielsweise in Umlaufrichtung jeweils zwischen einer Hauptlaufschaufel und der nächsten Zwischenlaufschaufel zwei zweite Zwischenlaufschaufeln, mit in Strömungsrichtung zueinander versetzten Eintrittskanten, und zwischen der ersten Zwischenlaufschaufel und der nächsten, angrenzenden Hauptlaufschaufel ein weitere, zweite Zwischenlaufschaufel angeordnet sein.Thus, for example, in the direction of rotation between each main blade and the next intermediate blade, two second intermediate blades, with inlet edges offset in the direction of flow, and between the first intermediate blade and the next, adjacent main blade, a further, second intermediate blade can be arranged.

Jede der Laufschaufeln, ob Hauptlaufschaufel, erste Zwischenlaufschaufel oder zweite Zwischenlaufschaufel, endet mit einer Austrittskante 15 am abströmseitigen Ende des Verdichterrades.Each of the blades, whether main blade, first intermediate blade or second intermediate blade, terminates with an exit edge 15 at the downstream end of the compressor wheel.

In Strömungsrichtung weiter stromabwärts des abströmseitigen Endes des Verdichterrades ist ein Diffusor angeordnet. Der Diffusor setzt sich aus Diffusorwänden 22 und mehreren, entlang des Umfangs verteilt angeordneten Leitschaufeln 21 zusammen. Die Diffusorwände begrenzen den Strömungskanal 42 stromabwärts des Verdichterrades.In the flow direction further downstream of the downstream end of the compressor wheel, a diffuser is arranged. The diffuser is composed of diffuser walls 22 and a plurality of guide vanes 21 distributed along the circumference. The diffuser walls define the flow channel 42 downstream of the compressor wheel.

Die Leitschaufeln des Diffusors weisen je eine Eintrittskante auf, deren Umfangsposition sich in Richtung längs der Drehachse ändert. Zusätzlich sind die Eintrittskanten der Leitschaufeln des Diffusors meridional geneigt. Sie verlaufen also in einem Winkel α zur Rotationsachse.The guide vanes of the diffuser each have an inlet edge whose circumferential position changes in the direction along the axis of rotation. In addition, the leading edges of the vanes of the diffuser are meridionally inclined. So they run at an angle α to the axis of rotation.

Auch die abströmseitigen Austrittskanten 15 der Laufschaufeln des Verdichterrades können eine meridionale Neigung aufweisen und in einem Winkel β zur Rotationsachse verlaufen.Also, the downstream exit edges 15 of the blades of the compressor wheel may have a meridionalal inclination and at an angle β to the axis of rotation.

Die meridional geneigten Eintrittskanten 23 der Leitschaufeln des Diffusors führen zu einer Abschwächung der Druckpulsation, welche von der Strömung am Austritt des Verdichterrades erzeugt wird. Diese Abschwächung der Druckpulsation hat wiederum einen positiven Einfluss auf die Anregung der Schwingung der Laufschaufeln des Verdichterrades, was sich insbesondere bei einer Reduktion der Laufschaufeldicke positiv auswirkt, da dadurch die Belastung der Laufschaufeln deutlich reduziert werden kann. Andererseits erlaubt diese Abschwächung der Druckpulsation und die damit verbundene, weniger starke Anregung, eine stärkere Strömung bei gleich bleibender Abmessung von Verdichter und Diffusor. Die stärkere Strömung führt dank den meridional geneigten Eintrittskanten der Leitschaufeln des Diffusors zu keiner Erhöhung der Anregung der Laufschaufeln des Verdichterrades.The meridional inclined inlet edges 23 of the vanes of the diffuser lead to a weakening of the pressure pulsation, which is generated by the flow at the outlet of the compressor wheel. This attenuation of the pressure pulsation in turn has a positive influence on the excitation of the vibration of the blades of the compressor wheel, which has a positive effect in particular with a reduction of the blade thickness, as this, the load on the blades can be significantly reduced. On the other hand, this weakening of the pressure pulsation and the associated, less strong excitation, allows a stronger flow with the same size of compressor and diffuser. The stronger flow, thanks to the meridional inclined leading edges of the diffuser vanes, does not increase the excitation of the blades of the compressor wheel.

Dies wirkt sich natürlich positiv auf die Lebenserwartung der einzelnen Laufschaufel, des Verdichterrades und somit des gesamten Verdichters aus. Die Strömung trifft schräg auf die meridional geneigten Eintrittskante und führt somit zu einer deutlichen Lärmreduktion am Austritt des Verdichters. Durch gezielte Anpassung des Abströmprofils des Verdichterrades, etwa durch die meridionale Neigung der Austrittskanten der Laufschaufeln, kann dank zusätzlicher Abschwächung der Druckpulsation sogar ein Wirkungsgradgewinn des Verdichters erzielt werden.This of course has a positive effect on the life expectancy of the individual blade, the compressor wheel and thus the entire compressor. The flow hits the meridional inclined leading edge at an angle and thus leads to a significant noise reduction at the outlet of the compressor. By targeted adjustment of the discharge profile of the compressor wheel, such as by the meridionalale the Outlet edges of the blades, can be achieved thanks to additional attenuation of the pressure pulsation even an efficiency gain of the compressor.

Die Kombination von Verdichterräder mit mehreren Zwischenlaufschaufeln pro Hauptlaufschaufeln und meridional geneigten Eintrittskanten der Leitschaufeln des Diffusors ermöglicht bei Radialverdichtern mit hohem spezifischem Schluckvermögen eine sehr gute aerodynamische Performance unter Einhaltung der strengen Randbedingungen aus Mechanik und Akustik.The combination of compressor vanes with multiple vanes per main rotor blades and meridional inclined vanes vanes allows a very good aerodynamic performance in centrifugal compressors with high specific absorption capacity while maintaining the rigorous mechanics and acoustics.

Die erfindungsgemässe Kombination des erhöhten spezifischen Schluckvermögens, welches mit den zusätzlichen Zwischenschaufeln erreicht wird, mit der Reduktion der Anregung der Schwingungen der Laufschaufeln des Verdichterrades, welche mit den meridional geneigten Eintrittskanten der Leitschaufeln des Diffusors erreicht wird, erlaubt für ein gegebenes, absolutes Schluckvermögen die Dimension des Verdichters zu reduzieren, was sich direkt auf die Herstellungskosten auswirkt. Material und Verarbeitungskosten steigen und fallen mit zu- bzw. abnehmender Grösse des Verdichters im Allgemeinen und des Verdichterrades im Speziellen.The inventive combination of the increased specific absorption capacity achieved with the additional intermediate blades, with the reduction of the excitation of the vibrations of the blades of the compressor wheel, which is achieved with the meridional inclined leading edges of the vanes of the diffuser, allows for a given, absolute absorption capacity the dimension of the compressor, which has a direct effect on the manufacturing costs. Material and processing costs increase and decrease with increasing or decreasing size of the compressor in general and the compressor wheel in particular.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Verdichterradnabecompressor wheel hub
1111
HauptlaufschaufelMain rotor blade
1212
Erste ZwischenlaufschaufelFirst intermediate blade
1313
Zweite ZwischenlaufschaufelSecond intermediate blade
1414
Eintrittskante LaufschaufelLeading edge blade
1515
Austrittskante LaufschaufelExit edge of the bucket
2121
DiffusorleitschaufelDiffusorleitschaufel
2222
Diffusorwanddiffuser wall
2323
Eintrittskante DiffusorleitschaufelLeading edge diffuser vane
3131
Gehäusewandhousing wall
4141
Strömungskanal, AnströmbereichFlow channel, inflow area
4242
Strömungskanal, AbströmbereichFlow channel, outflow area
5050
Wellewave
αα
Neigungswinkel der Leitschaufeleintrittskante zur RotationsachseInclination angle of the vane leading edge to the axis of rotation
ββ
Neigungswinkel der Laufschaufelaustrittskante zur RotationsachseInclination angle of the blade outlet edge to the axis of rotation

Claims (8)

Radialverdichter, umfassend ein in einem Verdichtergehäuse (31) um eine Achse drehbar angeordnetes Verdichterrad mit einer Nabe (10) und mehreren Laufschaufeln (11, 12, 13), wobei die Laufschaufeln in einem durch das Verdichtergehäuse (31) und die Nabe (10) begrenzten Strömungskanal (41, 42) angeordnet sind, sowie mit einem Diffusor mit mehreren Leitschaufeln (21), wobei der Diffusor im Strömungskanal (42) stromabwärts der Laufschaufeln (11, 12, 13) des Verdichterrades angeordnet ist,
wobei sich die Laufschaufeln aus Hauptlaufschaufeln (11), sowie aus zwischen den Hauptlaufschaufeln angeordneten, ersten Zwischenlaufschaufeln (12), sowie aus jeweils zwischen den Hauptlaufschaufeln und den ersten Zwischenlaufschaufeln angeordneten, zweiten Zwischenlaufschaufeln (13) zusammensetzen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leitschaufeln (21) des Diffusors mit meridional geneigten Eintrittskanten (23) ausgebildet sind.A centrifugal compressor comprising a compressor wheel rotatably mounted in a compressor housing (31) about an axis, having a hub (10) and a plurality of blades (11, 12, 13), the rotor blades being displaced in one through the compressor housing (31) and the hub (10). limited flow channel (41, 42) are arranged, and with a diffuser with a plurality of vanes (21), wherein the diffuser in the flow channel (42) downstream of the blades (11, 12, 13) of the compressor wheel is arranged
the blades being composed of main blades (11) and first intermediate blades (12) disposed between the main blades, and second intermediate blades (13) disposed between the main blades and the first intermediate blades, respectively;
characterized in that
the guide vanes (21) of the diffuser are formed with meridional inclined entry edges (23). Radialverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils beidseits einer Hauptlaufschaufel (11), zwischen der Hauptlaufschaufel (11) und den beiden benachbart zu der Hauptlaufschaufel angeordneten, ersten Zwischenlaufschaufeln (12) je mindestens eine zweite Zwischenlaufschaufel (13) angeordnet ist.Radial compressor according to claim 1, characterized in that in each case on both sides of a main blade (11), between the main blade (11) and the two adjacent to the main blade arranged first intermediate blades (12) each at least a second intermediate blade (13) is arranged. Radialverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Zwischenlaufschaufeln (11, 12) mit in Strömungsrichtung zueinander versetzten Eintrittskanten (14) ausgebildet sind.Radial compressor according to claim 1 or 2, characterized in that the first and second intermediate blades (11, 12) with mutually offset in the flow direction of the inlet edges (14) are formed. Radialverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Hauptlaufschaufel (11) jeweils mehrere zweite Zwischenlaufschaufeln (13) angeordnet sind, und dass die jeweils zwischen zwei Hauptlaufschaufeln angeordneten, zweiten Zwischenlaufschaufeln (13) mit in Strömungsrichtung zueinander versetzt angeordneten Eintrittskanten (14) ausgebildet sind.Radial compressor according to one of claims 1 to 3, characterized in that between two main blade (11) a plurality of second intermediate blades (13) are arranged, and that each arranged between two main blades, the second intermediate blades (13) with each other in the flow direction arranged offset entrance edges (14) are formed. Radialverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Laufschaufeln (11, 12, 13) meridional geneigte Austrittskanten (15) aufweisen.Radial compressor according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least part of the rotor blades (11, 12, 13) have meridional inclined outlet edges (15). Radialverdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel der Austrittskanten (15) der Laufschaufeln zur Rotationsachse (β) und der Neigungswinkel der Eintrittskanten (23) der Leitschaufeln (α) gleich gross ist.Radial compressor according to claim 5, characterized in that the angle of inclination of the outlet edges (15) of the blades to the axis of rotation (β) and the inclination angle of the inlet edges (23) of the guide vanes (α) is equal. Radialverdichter nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittskanten (15) der Zwischenlaufschaufeln (12, 13) in einem anderen Winkel geneigt sind, als die Austrittskanten (15) der Hauptlaufschaufeln (11).Radial compressor according to claim 5, characterized in that the outlet edges (15) of the intermediate blades (12, 13) are inclined at a different angle than the outlet edges (15) of the main blades (11). Abgasturbolader, gekennzeichnet durch einen Radialverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 7.Exhaust gas turbocharger, characterized by a radial compressor according to one of claims 1 to 7.
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