压缩机
阅读：2发布：2020-10-21
专利汇可以提供压缩机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种 压缩机 ，其具有扩压器，能够确保广阔的流量范围，同时提高压缩机的静压上升效率。压缩机设在 内燃机 的进气通道中，压缩流经该进气通道的进气，并具有：以能够旋转的方式设置在进气通道内的压缩机 叶轮 (8)；以及设在压缩机叶轮(8)的周围并对从压缩机叶轮(8)向离心方向排出的进气进行减速的环状的扩压器(9)。扩压器(9)具有：沿周向设置的第1叶栅(93)；以及在比该第1叶栅(93)靠离心方向外侧的 位置 沿周向设置的第2叶栅(95)，构成第2叶栅(95)的第2 叶片 (96)的片数是构成第1叶栅(93)的第1叶片(94)的片数的2倍以上，在各第1叶片(94)和与其相邻的其他第1叶片(94)之间未形成喉部。，下面是压缩机专利的具体信息内容。
1.一种压缩机，该压缩机对流经流体流路的流体进行压缩，
所述压缩机的特征在于，其具有：
叶轮，其以能够旋转的方式设置在所述流体流路内；以及
环状的扩压器，其设在所述叶轮的周围，对从该叶轮向离心方向排出的流体进行减速，所述扩压器具有沿周向设置的第1叶栅和在比该第1叶栅靠离心方向外侧的位置沿周向设置的第2叶栅，
构成所述第2叶栅的第2叶片的片数是构成所述第1叶栅的第1叶片的片数的2倍以上，在各所述第1叶片和与其相邻的其他第1叶片之间未形成喉部。
2.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，
设各所述第1叶片的扼流长度为“c”、各所述第1叶片与所述离心方向所成的角度为“θ”、各所述第1叶片的离心方向内侧的端部和与其相邻的其他第1叶片之间的距离为“S”的情况下，这些扼流长度c、角度θ以及距离S之间有下式成立
c≤S·sinθ-M…(1)，
其中，所述式(1)中“M”为0以上的裕度常数。
3.根据权利要求2所述的压缩机，其特征在于，
所述裕度常数M与所述扼流长度c之间有下式成立
M＝c/10…(2)。
压缩机
技术领域
背景技术
[0002] 增压器具有：构成内燃机的进气通道的一部分的压缩机壳体；和以能够旋转的方式设在该压缩机壳体内的压缩机叶轮。压缩机叶轮通过旋转轴与涡轮叶轮连结，该涡轮叶轮以能够旋转的方式设在构成内燃机的排气通道的一部分的涡轮壳体内。当涡轮叶轮因排气的流动而旋转时，压缩机叶轮也旋转，进气向形成在压缩机叶轮的周围的圆环状的涡旋通道排出，由此进气被升压。
[0003] 而且为了使静压进一步上升，在收纳压缩机叶轮的叶轮室与涡旋通道之间以包围压缩机叶轮的方式设有圆盘状的扩压器(例如参照专利文献1)。在扩压器上沿周向形成有叶栅。从压缩机叶轮向离心方向排出的进气被形成在该扩压器的叶栅减速，由此对进气升压。专利文献1公开了如下的技术：为了进一步提高基于该扩压器的静压上升效率，在扩压器的离心方向内侧和外侧设置两级的叶栅。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1：日本特开2001-214896号公报
发明内容
[0007] 发明所要解决的课题
[0008] 但是，如专利文献1的发明那样，仅仅将形成于扩压器上的叶栅多级化，虽然提高了将进气的速度能转换为静压的效率，但在形成于叶栅的进气通道、即喉部中流速达到音速，容易发生进气的流动阻塞的扼流。因此，在专利文献1的扩压器中不得不限制压缩机叶轮的吸入流量。换言之，不能扩大能够利用压缩机增压的进气流量的范围(以下亦称作“流量范围”)的宽度。
[0009] 本发明的目的在于提供一种具有扩压器的压缩机，其能够确保广阔的流量范围，同时提高压缩机的静压上升效率。
[0010] 用于解决课题的手段
[0011] (1)压缩机(例如后述的压缩机6)对流经流体流路(例如后述的压缩机叶轮室72)的流体(例如后述的进气)进行压缩，其具有：叶轮(例如后述的压缩机叶轮8)，其以能够旋转的方式设置在所述流体流路内；以及环状的扩压器(例如后述的扩压器9)，其设在所述叶轮的周围，对从该叶轮向离心方向排出的进气进行减速，所述扩压器具有沿周向设置的第1叶栅(例如后述的第1叶栅93)和在比该第1叶栅靠离心方向外侧的位置沿周向设置的第2叶栅(例如后述的第2叶栅95)，构成所述第2叶栅的第2叶片(例如后述的第2叶片96)的片数是构成所述第1叶栅的第1叶片(例如后述的第1叶片94)的片数的2倍以上，在各所述第1叶片和与其相邻的其他第1叶片之间未形成喉部。
[0012] (2)该情况下，优选的是：设各所述第1叶片的扼流长度为“c”、各所述第1叶片与所述离心方向所成的角度为“θ”、各所述第1叶片的离心方向内侧的端部和与其相邻的其他第1叶片之间的距离为“S”的情况下，这些扼流长度c、角度θ以及距离S之间有下式成立[0013] c≤S·sinθ-M…(1)，
[0014] 其中，所述式(1)中“M”为正的裕度常数。
[0015] (3)该情况下，优选的是：所述裕度常数M与所述扼流长度c之间有下式成立[0016] M＝c/10…(2)。
[0017] 发明效果
[0018] (1)本发明中，通过在扩压器的离心方向内侧及外侧分别形成第1叶栅及第2叶栅，能够提高基于压缩机的静压上升效率。此外本发明中，使得构成外侧的第2叶栅的第2叶片的片数为构成内侧的第1叶栅的第1叶片的片数的2倍以上，而且使得在内侧的第1叶片和与其相邻的其他第1叶片之间不形成喉部。由此，施加于叶片的负担被外侧的第2叶栅和内侧的第1叶栅适当地分担，因此能够确保广阔的流量范围，同时提高静压上升效率。
[0019] (2)本发明中，使得第1叶片的扼流长度c、各第1叶片与离心方向所成的角度θ、各第1叶片间的距离S以及规定的0以上的裕度常数M之间有上述不等式(4)成立。换言之，使得在第1叶栅中不形成几何学定义下的喉部。由此，能够使第1叶栅中难以发生扼流，因此能够进一步扩大流量范围的宽度。
[0020] (3)仅仅如上所述在第1叶栅中不形成几何学定义下的喉部，则存在扼流抑制效果不充分的情况。因此本发明中，使得上述式(1)中裕度常数M与扼流长度c之间有上述式(2)成立。换言之，通过对各第1叶片之间的距离S设定扼流长度c的10％左右的裕度M，能够进一步使第1叶栅中难以发生扼流，因此能够进一步扩大流量范围的宽度。附图说明
[0022] 图2是压缩机叶轮的立体图。
[0023] 图3是压缩机叶轮和扩压器的立体图。
[0024] 图4是压缩机叶轮和扩压器的俯视图。
[0025] 图5A是示出在各叶片之间形成有喉部的叶栅的一例的图。
[0026] 图5B是用于说明喉部的几何学定义的图。
[0027] 标号说明
[0028] 1：增压器；
[0029] 3：涡轮；
[0030] 6：压缩机；
[0031] 7：压缩机壳体；
[0032] 72：压缩机叶轮室(流体流路)；
[0033] 8：压缩机叶轮(叶轮)；
[0034] 9：扩压器；
[0035] 93：第1叶栅；
[0036] 94：第1叶片；
[0037] 95：第2叶栅；
[0038] 96：第2叶片。
具体实施方式
[0039] 以下参照附图对本发明的一实施方式进行说明。
[0040] 图1是示出应用了本实施方式的压缩机的增压器1的结构的剖视图。
[0041] 增压器1具有：轴承壳体2、组装在轴承壳体2的一端部侧的涡轮3、以及组装在轴承壳体2的另一端部侧的压缩机6。轴承壳体2具有：在涡轮3与压缩机6之间延伸的棒状的旋转轴21；以及将该旋转轴21以能够旋转的方式支承的轴承22。
[0042] 涡轮3具有：构成未图示的内燃机的排气通道的一部分的涡轮壳体4；以及设在该涡轮壳体4内的涡轮叶轮5。
[0043] 涡轮壳体4中设有：与内燃机的排气管连接的管状的排气取入部；从该排气取入部取入的排气流经的圆环状的涡旋通道42；形成为被该涡旋通道42包围的管状的涡轮叶轮室43；以及连通涡旋通道42与涡轮叶轮室43的基端部侧的圆环状的排气流路45。
[0044] 涡轮叶轮5在与旋转轴21的一端部侧连结的状态下，以能够旋转的方式设置在涡轮叶轮室43内。在排气流路45中，多个翼形状的喷嘴叶片46以包围涡轮叶轮室43的基端部侧的方式沿着旋转轴21的圆周方向等间隔且相对圆周方向以规定的角度设置。
[0045] 压缩机6具有：构成内燃机的进气通道的一部分的压缩机壳体7；和设在该压缩机壳体7内的压缩机叶轮8及扩压器9。
[0046] 压缩机壳体7中形成有：管状的压缩机叶轮室72，在其前端侧形成有与内燃机的进气管(未图示)连接的进气取入部71，在基端侧形成有护罩75；圆环状的涡旋通道73，其以包围该压缩机叶轮室72的方式形成；以及圆环状的进气流路74，其连通压缩机叶轮室72的基端部侧与涡旋通道73。
[0047] 压缩机叶轮8在与旋转轴21的另一端部侧连结的状态下，以能够旋转的方式设置在护罩75内。扩压器9为圆盘状，设在进气流路74中。扩压器9通过对从护罩75的基端部侧沿着旋转轴21的离心方向向涡旋通道73排出的进气进行减速来压缩进气。另外，之后参照图2～图5，对这些压缩机叶轮8及扩压器9的详细结构进行说明。
[0048] 以上那样构成的增压器1通过以下步骤，利用内燃机的排气的能量对进气增压。
[0049] 首先，内燃机的排气经由排气取入部(未图示)被导入涡旋通道42。穿过涡旋通道42而回转的排气以由喷嘴叶片46确定的角度流入涡轮叶轮室43的基端部侧，使涡轮叶轮5旋转，从设在涡轮叶轮室43的前端部侧的排出部47排出。涡轮叶轮5的旋转通过旋转轴21传递至压缩机叶轮8，压缩机叶轮8在压缩机叶轮室72内旋转。通过压缩机叶轮8的旋转，经由进气取入部71被导入压缩机叶轮室72内的进气从压缩机叶轮8的基端部侧沿着离心方向向涡旋通道73排出。从压缩机叶轮8排出的进气借助扩压器9一边扩散一边被减速，由此进气被压缩。压缩的进气流过涡旋通道73，被导入未图示的内燃机的进气口。
[0050] 图2是压缩机叶轮8的立体图。
[0051] 压缩机叶轮8具有：圆锥状的轮81、以及设在该轮81的外周面上的板状的多个主叶片84和分流叶片86。
[0052] 轮81具有：从轴向的前端侧81a向离心方向外侧平滑地延伸到基端侧81b的轮毂面82；以及在其中心从基端侧81b向前端侧81a贯通的轴安装孔83。与涡轮叶轮连结的旋转轴在贯穿插入轴安装孔83的状态下与未图示的帽螺合，由此与轮81连接。由此，压缩机叶轮8与涡轮叶轮经由旋转轴连结为一体。
[0053] 主叶片84在轮81的轮毂面82上沿着周向等间隔地设有多个。各主叶片84为如下的板状：在轮毂面82上，从进气的入口即前端侧81a的前缘部841向进气的出口即基端侧81b的后缘部842以规定的角度分布延伸。主叶片84的末梢端缘843沿着在将压缩机叶轮8收纳于压缩机叶轮室内时对置的护罩75(参照图1)的表面形状而形成。
[0054] 分流叶片86设置在轮毂面82上彼此相邻的两片主叶片84、84之间。各分流叶片86为如下的板状：在轮毂面82上，从前端侧81a的前缘部861向基端侧81b的后缘部862以规定的角度分布延伸。分流叶片86的末梢端缘863与主叶片84的末梢端缘843同样地，沿着护罩75(参照图1)的表面形状而形成。从分流叶片86的前缘部861至后缘部862的长度比从主叶片84的前缘部841至后缘部842的长度短。分流叶片86的前缘部861设置成位于比主叶片84的前缘部841靠基端侧81b的位置。而且分流叶片86的后缘部862设置成与主叶片84的后缘部842共面。
[0055] 如上述那样构成的压缩机叶轮8当与其通过旋转轴连结的涡轮叶轮被喷射排气而旋转时，按图2中顺时针旋转。当压缩机叶轮8在设置于压缩机叶轮室内的状态下旋转时，从前端侧81a流入的进气沿着轴向从主叶片84的前缘部841及分流叶片86的前缘部861流入，流经主叶片84与分流叶片86之间，从各自的后缘部842、862向离心方向外侧排出。
[0056] 图3是压缩机叶轮8和扩压器9的立体图，图4是压缩机叶轮8和扩压器9的俯视图。另外，压缩机叶轮8和扩压器9是独立的部件，但在图3及图4中，为了便于说明，在它们被收纳于压缩机壳体的状态下一并图示两者。
[0057] 扩压器9是具有比压缩机叶轮8的外径大的外径的圆盘状。扩压器9以包围压缩机叶轮8的基端侧的方式固定在压缩机壳体的圆环状的进气流路74(参照图1)中。扩压器9具有圆盘状的盘91和设在该盘91的表面上的第1叶栅93和第2叶栅95。
[0058] 第1叶栅93由在盘91的表面上沿着以旋转轴的中心线C为中心的周向等间隔地立起设置的多个(在图4的例子中为7个)条形的第1叶片94构成。各第1叶片94为大致直线状，相对于离心方向以规定的角度从内侧向外侧延伸。各第1叶片94的高度与压缩机叶轮8的后缘部842、862的高度几乎相等。此外，彼此相邻的第1叶片94、94之间未形成限制从压缩机叶轮8的后缘部842、862排出的进气的流量的喉部。另外本发明中的喉部的定义在之后参照图5详细地进行说明。
[0059] 第2叶栅95由在盘91的表面上的比第1叶栅93靠离心方向外侧的位置沿着周向等间隔地立起设置的多个条形的第2叶片96构成。而且构成第2叶栅95的第2叶片96的片数优选为构成第1叶栅93的第1叶片94的片数的2倍以上。图3及图4中例示出将第2叶片96的片数设为第1叶片94的片数的2倍即14片的情况。
[0060] 各第2叶片96为大致直线状，相对于离心方向以规定的角度从内侧向外侧延伸。此外各第2叶片96的扼流长度96c比各第1叶片94的扼流长度94c长。另外，如图4中虚线DL所示，各第2叶片96的离心方向内侧的前端部96f与中心线C之间的距离和各第1叶片94的离心方向外侧的后端部94r与中心线C之间的距离几乎相等。各第2叶片96的高度与各第1叶片94的高度几乎相等。此外，在彼此相邻的第2叶片96、96之间形成有限制从第1叶栅93排出的进气的流量的喉部97。
[0061] 对如上述那样构成的扩压器9的功能进行说明。当压缩机叶轮8以中心线C为轴沿图4中顺时针旋转时，进气沿着轴向向压缩机叶轮8侧被取入后，从其后缘部842、862沿着扩压器9的表面向离心方向外侧排出。从压缩机叶轮8排出的进气在一边被未形成喉部的第1叶栅93减速一边向离心方向外侧扩散后，被形成有喉部的第2叶栅95进一步减速，由此进气被升压。
[0062] 接下来，参照图5对本发明中的喉部的定义进行说明。
[0063] 图5A是示出在各叶片99之间形成有喉部的叶栅98的一例的图。如图5A所示，本发明中有无喉部通过在彼此相邻的叶片99、99中的一片叶片99的前端部99f与另一片叶片99的后端部99r之间有无相对的区域R来定义。例如，如果在本实施方式的扩压器9中设在离心方向内侧的第1叶栅93(参照图4)中存在图5A所示的区域R，则存在在该区域R中产生冲击波、发生流动阻塞的扼流的情况。因此，通过在本实施方式的第1叶栅93中不形成图5A所示的定义下的喉部，确保广阔的流量范围。
[0064] 图5B是用于说明喉部的几何学定义的图。设各叶片99的扼流长度为“c”、各叶片99与离心方向所成的角度为“θ”、各叶片99的离心方向内侧的前端部99f和与其相邻的其他叶片99的前端部99f之间的距离为“S”的情况下，有无喉部即有无图5A的区域R可以转换成是否满足下述不等式(3)。此处距离S可以使用沿着两前端部99f、99f之间的圆弧Lr的长度，也可以使用沿着两前端部99f、99f之间的直线Ls的长度。
[0065] c≤S·sinθ…(3)
[0066] 另外，满足上述不等式(3)中的等式的情况下，即满足c＝S·sinθ的情况下，可以说在叶栅98中未形成几何学定义下的喉部，但这存在扼流抑制效果不充分、在高流量侧发生扼流的情况。因此本实施方式的第1叶栅93优选为将第1叶片的扼流长度、第1叶片与离心方向所成的角度、以及各第1叶片之间的距离设定为，满足在上述式(3)中设定大于0的裕度常数M而得的下述不等式(4)。此外，为了确保充分的扼流抑制效果，裕度常数M优选为第1叶片的扼流长度的10％左右(即M＝c/10)。
[0067] c≤S·sinθ-M…(4)
[0068] 根据本实施方式的压缩机6，产生以下的效果。
[0069] (1)本实施方式中，通过在扩压器9的离心方向内侧及外侧分别形成第1叶栅93及第2叶栅95，能够提高基于压缩机6的静压上升效率。此外本实施方式中，使得构成外侧的第2叶栅95的第2叶片96的片数为构成内侧的第1叶栅93的第1叶片94的片数的2倍，而且使得在内侧的第1叶片94和与其相邻的其他第1叶片94之间不形成喉部。由此，施加于叶片的负担被外侧的第2叶栅95和内侧的第1叶栅93适当地分担，因此能够确保广阔的流量范围，同时提高静压上升效率。
[0070] (2)本实施方式中，设第1叶片94的扼流长度为“c”、各第1叶片94与离心方向所成的角度为“θ”、各第1叶片94、94间的距离为“S”、0以上的裕度常数为“M”的情况下，使得它们之间有上述不等式(4)成立。换言之，使得在第1叶栅93中不形成几何学定义下的喉部。由此，能够使第1叶栅93中难以发生扼流，因此能够进一步扩大流量范围的宽度。
[0071] (3)此外本实施方式中，在上述不等式(4)中，将裕度常数M设定为第1叶片94的扼流长度c的10％左右。由此，能够进一步使第1叶栅93中难以发生扼流，因此能够进一步扩大流量范围的宽度。
[0072] 以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限于此。可以在本发明的主旨范围内适当地变更细节结构。
[0073] 例如，上述实施方式中，对将叶栅设为2级的情况进行了说明，但叶栅的级数不限于此。叶栅的数量也可以为3级以上。
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