專利名稱：用于離心式壓縮機(jī)的流動穩(wěn)定系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及廢氣渦輪增壓器的離心式壓縮機(jī)領(lǐng)域。它涉及一種根 據(jù)權(quán)利要求1前序部分所述的用于將空氣吹入離心式壓縮機(jī)的流動通 道中的裝置。
為了提高離心式壓縮機(jī)級的特性曲線寬度，在多數(shù)離心式壓縮機(jī) 級中在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的吸氣區(qū)域內(nèi)使用最新一代的穩(wěn)定器。
市場對持續(xù)提高的廢氣渦輪增壓器壓縮機(jī)的壓縮比的需求沒有削 弱過。然而在不改變壓縮機(jī)級設(shè)計的情況下通過提高轉(zhuǎn)速來提高壓縮 比受到限制，因?yàn)橄拗瓶捎锰卣髑€的泵極限和吸收極限隨著轉(zhuǎn)速的 增加而匯聚。因此可用特征曲線寬度朝著更高壓縮比的方向持續(xù)減 小。為了抵抗所述的情況，并且使可用特征曲線即使在高壓縮比的情 況下也保持盡可能的寬，在保持壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)計不變并且不改變壓縮 機(jī)轉(zhuǎn)子大小的情況下可以使用具有較小通流橫截面的擴(kuò)散器。由此泵 極限轉(zhuǎn)移到較小的體積流量，并且在保持轉(zhuǎn)子吸收極限不變的情況下 實(shí)現(xiàn)較大的可用特征曲線寬度。在這種情況下的缺點(diǎn)是降低了效率， 尤其在部分負(fù)荷時。該缺點(diǎn)可以避免，方法是通過合適的措施提高已 知的壓縮機(jī)級在最大負(fù)荷時的穩(wěn)定性。這可以通過在殼體側(cè)將空氣吹 入在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的工作葉片和擴(kuò)散器的導(dǎo)向葉片之間的未安裝葉片的 中間空間內(nèi)的流動通道中來實(shí)現(xiàn)。在高壓縮比區(qū)域內(nèi)的動態(tài)穩(wěn)定性可 以通過吹入空氣來提高。
另一種提高壓縮比并且避免泵極限和吸收極限匯聚的方案是壓縮 機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)計的匹配。穩(wěn)定性以及由此可用的特征曲線寬度可以通過在
壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子中提高"向后傾斜(Backsweep)"實(shí)現(xiàn)。"Backsweep"
的出。角之間二壓縮機(jī)J子出。上的;度。提高"Ba"cksweep，， ^結(jié)果 是，為了實(shí)現(xiàn)相同的壓縮比提高轉(zhuǎn)子圓周速度是必需的。由此為了實(shí) 現(xiàn)較高的壓縮比，轉(zhuǎn)速的過度提高是必需的。但是這在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子材 料方面碰受到限制，或者更確切地說必須更換到 一種具有更好機(jī)械特 性的材料。這種材料是相當(dāng)貴的。與這種解決方案相比吹入空氣是成
本有利的，因?yàn)楝F(xiàn)存壓縮機(jī)級被加強(qiáng)以實(shí)現(xiàn)較高的壓縮比，并且可以 避免對壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子費(fèi)用昂貴的材料更換。
背景技術(shù)：
由 "Centrifugal Compressor Flow Range Extension Using Diffuser Flow Control" (Gary J. Skoch;軍事研究實(shí)驗(yàn)室，車輛 技術(shù)理事會，Cleveland, Ohio; 2000年12月5日)已知一種帶有串 聯(lián)的擴(kuò)散器的離心式壓縮機(jī)，其中在使用柯恩達(dá)效應(yīng)的情況下噴嘴將 壓縮空氣沿著流動方向吹入到壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子與擴(kuò)散器之間的流動通道 中。
對柯恩達(dá)效應(yīng)(在US 2， 052， 869中描述)涉及一種流動效應(yīng)，按 照該流動效應(yīng)，快速流動的流體(氣體或液體)在固體表面上流動時 附著在該固體的表面上，并且不與該表面分離。
壓縮空氣噴嘴布置在形成流動通道邊界的殼體壁中，并且螺紋固 定在壓縮機(jī)殼體上。它們可以在開口內(nèi)移動，這樣可以改變吹入方向。 噴嘴通過管路與外部的壓縮空氣供給裝置連接。
CH 204 331公開了一種用于在壓縮機(jī)中防止射流分離的裝置。在 此在導(dǎo)向輪區(qū)域內(nèi)通過抽吸口抽出部分流體，這部分流體緊接著進(jìn)一 步在上游重新輸入到流體中。重新導(dǎo)入在此通過沿流動方向定向的、 環(huán)繞的、噴嘴形的縫隙實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種簡單、成本經(jīng)濟(jì)的、用于將空氣吹入離 心式壓縮機(jī)的流動通道中的裝置，該裝置特別可以以較少的費(fèi)用安 裝，并且該裝置在運(yùn)行中具有高的可靠性。
該任務(wù)通過具有權(quán)利要求1特征的用于將空氣吹入離心式壓縮機(jī) 的流動通道中的裝置解決。
在根據(jù)本發(fā)明的裝置中，作為吹入口的噴嘴成形在形成流動通道 邊界的殼體壁中。吹入口直接借助于在擴(kuò)散器下游從集流空腔獲取的 空氣進(jìn)行供給。該空氣相對在擴(kuò)散器前面的流動通道中的流體具有提 高的壓力。
因此在高壓縮比范圍內(nèi)產(chǎn)生了壓縮機(jī)級的被動的、動態(tài)穩(wěn)定系 統(tǒng)，該穩(wěn)定系統(tǒng)在沒有附加的調(diào)節(jié)或控制機(jī)構(gòu)的情況下也能應(yīng)付。
根據(jù)本發(fā)明的用于將空氣吹入流動通道中的裝置的一種優(yōu)選的實(shí)
施方式可以簡單地實(shí)現(xiàn)，方法是在鑄造的壓縮機(jī)殼體件上直接設(shè)置相 應(yīng)的開口。不需要附加的噴嘴元件或壓縮空氣接頭。
壓縮空氣在必要時多個吹入口上的分配通過一個至少部分環(huán)形結(jié) 構(gòu)的、作為空腔集成在壓縮機(jī)殼體內(nèi)的空氣通道實(shí)現(xiàn)。


接下來借助附圖更準(zhǔn)確地說明根據(jù)本發(fā)明的用于將空氣吹入離心
式壓縮機(jī)的流動通道中的裝置。在此示出
圖1是具有根據(jù)本發(fā)明的用于將空氣吹入流動通道中的裝置的離 心式壓縮機(jī)的剖面圖，
圖2是按照圖1的具有套裝的噴嘴元件的根據(jù)本發(fā)明的裝置的截 取部分的放大圖，以及
圖3是按照圖1的具有材料連接地集成的噴嘴元件的根據(jù)本發(fā)明 的裝置的截取部分的放大圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了具有布置在可旋轉(zhuǎn)地支承的軸上的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的離心 式壓縮機(jī)的剖面圖。該壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子具有中心輪轂10以及布置在其上面 的工作葉片11。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子布置在壓縮機(jī)殼體中。壓縮機(jī)殼體包括多 個形成要壓縮的介質(zhì)的流動通道的邊界的零件。在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的工作 葉片的區(qū)域中，內(nèi)部的壓縮機(jī)殼體壁即所謂的插入壁31徑向向外形成 流動通道41的邊界。該流動通道在這個區(qū)域中徑向向內(nèi)通過壓縮機(jī)轉(zhuǎn) 子的輪轂形成邊界。在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的工作葉片的區(qū)域的更下游，流動 通道42在側(cè)面相對插入壁33由擴(kuò)散器壁20形成邊界。該擴(kuò)散器包括 布置在流動通道中的擴(kuò)散器導(dǎo)向葉片21。在擴(kuò)散器導(dǎo)向葉片的更下 游，流動通道42通到螺旋形蝸殼32的集流空腔43中，未示出的管路 從該集流空腔出來通到與廢氣渦輪增壓器連接的內(nèi)燃機(jī)的燃燒室。空 氣流在圖中分別以粗的白色箭頭表示。
根據(jù)本發(fā)明的用于將空氣吹入流動通道中的裝置包括返回空氣通 道44，它從擴(kuò)散器導(dǎo)向葉片21下游的集流空腔43引入在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子 的工作葉片ll和擴(kuò)散器的導(dǎo)向葉片21之間的流動通道42中。
如在圖1中所示，空氣通道44可以設(shè)計成空腔，它通過插入壁31、 蝸殼32以及壓縮機(jī)殼體的分界壁33形成邊界?？諝馔ǖ?4從壓縮機(jī) 殼體壁在集流空腔43的區(qū)域中的取出口 52通到壓縮機(jī)殼體壁中在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的工作葉片ll和擴(kuò)散器的導(dǎo)向葉片21之間的區(qū)域中的吹入
口 51。在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的工作葉片ii和擴(kuò)散器的導(dǎo)向葉片n之間的區(qū)
域中通到流動通道42中的吹入口 51不是設(shè)計成圓柱形的，而是具有 內(nèi)部的柯恩達(dá)表面結(jié)構(gòu)。這意味著，如在圖3中放大示出的，壓縮機(jī) 殼體壁具有突入吹入口中的倒圓部，沿著該倒圓部空氣可以按照柯恩 達(dá)效應(yīng)流動。
在流動通道中的流體在從壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的工作葉片的區(qū)域出去的時 候具有很強(qiáng)的切向分量?？露鬟_(dá)效應(yīng)用于使得在空氣吹入流動通道中 時不會產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦流和橫流。而是同樣在切線方向吹入流動通道的 空氣附著在吹入口 51的倒圓部上并且在流動通道的邊緣區(qū)域中沿流動 方向?qū)肓黧w中，如在圖2和圖3中以細(xì)的箭頭所示。
在流動通道中的吹入被動地進(jìn)行，也就是說沒有調(diào)節(jié)或控制機(jī) 構(gòu)。由于在集流空腔43中相對流動通道42在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的工作葉片 11和擴(kuò)散器的導(dǎo)向葉片21之間的區(qū)域中較高的壓力，產(chǎn)生一種補(bǔ)償流 體。
沿著流動通道的圓周，即關(guān)于渦輪增壓器的軸以相同的徑向高 度，可以設(shè)置多個吹入口 51。它們可以全部與一個唯一的環(huán)形或至少 部分環(huán)形結(jié)構(gòu)的空氣通道44連接。同樣可以在圓周方向沿著集流空腔 43布置多個取出口 52。取代一個環(huán)形的空氣通道44，可以存在多個通 過徑向分布的分界壁分開的分空氣通道，它們分別用一個或多個吹入 口 51提供空氣用于吹入。
根據(jù)本發(fā)明的裝置的開口可以在生產(chǎn)壓縮機(jī)殼體件時已經(jīng)放入其 中。這可以直接在壓縮機(jī)殼體件澆鑄時進(jìn)行，方法是或者預(yù)先制作的 噴嘴元件62澆鑄在殼體壁中并且材料連接地與殼體壁連接，或者吹入 口的特殊輪廓已經(jīng)集成在鑄模中。對于預(yù)先制作的噴嘴元件62要使用 這種材料，它在澆鑄時與殼體壁的鋼材連接，而自己不會熔化。作為 替代方案，入口和吹入口在遲一些的時刻加入壓縮機(jī)殼體壁中。
也可以設(shè)置噴嘴元件61，它形狀配合連接或傳力連接地與壓縮機(jī) 殼體壁31連接。這可以實(shí)現(xiàn)例如根據(jù)本發(fā)明的用于將空氣吹入流動通 道中的裝置在已經(jīng)存在的渦輪增壓器上的補(bǔ)充裝備。
為了減輕在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子后壁的區(qū)域中的沖擊負(fù)荷或者作為用于借 助于過壓進(jìn)行軸承的油密封的密封空氣，可以在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子工作葉片
的下游的區(qū)域中從壓縮機(jī)中提取空氣。這個所謂的泄漏流53可以重新 在壓縮機(jī)流體上有不穩(wěn)定的作用，由此泵極限移動到較高的體積流 量，它導(dǎo)致可用特性曲線寬度的不希望的減少。借助根據(jù)本發(fā)明的吹 氣可以使泵極限的曲線重新返回到?jīng)]有泄漏流53的曲線上。
附圖標(biāo)記列表
10 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子輪穀
11 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片
20 擴(kuò)散器壁
21 擴(kuò)散器導(dǎo)向葉片
31 內(nèi)部的壓縮才幾殼體壁，插入壁
32 外部的壓縮才幾殼體壁，蝸殼
33 分界壁
41 流動通道，吸氣區(qū)域
42 流動通道，擴(kuò)散器區(qū)域
43 集流空腔，蝸殼
44 空氣通道，空腔
51 吹入口
52 取出口
5 3 泄漏流口
61 噴嘴元件，套裝的
62 噴嘴元件，集成在殼體壁中的
權(quán)利要求
1.用于將空氣吹入在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子(10，11)和集流空腔(13)之間的、輸送主流體的離心式壓縮機(jī)流動通道(42)中的裝置，包括多個離散的吹入口(51)，它們沿著圓周分布并且切向定向地布置，它們設(shè)有柯恩達(dá)結(jié)構(gòu)并且設(shè)計成噴嘴形，并且通過它們空氣可沿切線方向吹入在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的工作葉片(11)和擴(kuò)散器的導(dǎo)向葉片(21)之間的流動通道(42)中，其特征在于，在壓縮機(jī)殼體壁(32)中在集流空腔(43)的區(qū)域中加入至少一個取出口(52)，并且吹入口(51)通過通道(44)與所述至少一個取出口(52)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，在所述至少一個吹 入口 ( 51 )和所述至少一個取出口 ( 52 )之間的通道設(shè)計成至少部分 環(huán)形的、在圓周方向分布的空腔(44)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述空腔(44)通 過壓縮機(jī)殼體壁(31， 32， 33)形成邊界。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述至 少一個吹入口 (51)加入形成流動通道邊界的壓縮機(jī)殼體壁(31)中 并且通過形成流動通道邊界的壓縮機(jī)殼體壁(31)成型。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l至3中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述 至少一個吹入口 (51)通過一件式或多件式的噴嘴元件(61)成型， 該噴嘴元件布置在壓縮機(jī)殼體壁(31)的開口中并且與壓縮機(jī)殼體壁 連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述 至少一個吹入口 (51)通過一件式或多件式的噴嘴元件(62)成型， 該噴嘴元件材料連接地集成在壓縮機(jī)殼體壁(31)中。
7. 具有離心式壓縮機(jī)的廢氣渦輪增壓器，該離心式壓縮機(jī)具有根 據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于將空氣吹入離心式壓縮機(jī)的流動 通道(42)中的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于離心式壓縮機(jī)的流動穩(wěn)定系統(tǒng)。噴嘴作為吹入口(51)成型在形成流動通道(42)的邊界的殼體壁(31)中。吹入口直接借助于在擴(kuò)散器(21)下游從流動通道獲得的空氣進(jìn)行供給。該空氣相對在擴(kuò)散器前面的流動通道中的流體具有提高的壓力。由此在高壓縮比范圍內(nèi)產(chǎn)生了壓縮機(jī)級的被動的動態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)，該穩(wěn)定系統(tǒng)在沒有附加的調(diào)節(jié)或控制機(jī)構(gòu)的情況下也能應(yīng)付。
文檔編號F04D29/44GK101180468SQ200680017828
公開日2008年5月14日 申請日期2006年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月4日
發(fā)明者C·羅杜納, Z·斯帕科夫斯基 申請人:Abb渦輪系統(tǒng)有限公司