具有用于喘振控制的殼體處理的離心壓縮的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有用于喘振控制的殼體處理的離心壓縮機。具體地，一種用于壓縮流體的離心壓縮機包括壓縮機葉輪和壓縮機殼體，壓縮機葉輪具有多個周向間隔的葉片，壓縮機安裝在壓縮機殼體中。壓縮機殼體包括進口導(dǎo)管，流體以軸向方向通過進口導(dǎo)管進入并且被進口導(dǎo)管導(dǎo)入壓縮機葉輪，和定位成徑向鄰近于葉片的尖端的葉輪護罩。葉輪護罩具有端口，端口用于排出流過壓縮機的空氣的一部分。排出空氣進入環(huán)形空間，向前流動，并且通過多個周向間隔的槽注回到進口流中，所述多個槽被限定成通過葉輪護罩。所述槽在葉輪護罩的前緣處是打開的。
【專利說明】具有用于喘振控制的殼體處理的離心壓縮機

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及用于壓縮流體(例如空氣)的離心壓縮機，并且更具體地涉及離心壓縮機及方法，其中，通過排出至少部分壓縮的流體的一部分并且使該部分再循環(huán)到壓縮機的入口來控制壓縮機的喘振。

【背景技術(shù)】
[0002]離心壓縮機在各種應(yīng)用中用于壓縮流體。單級離心壓縮機能達到高于4.0的峰值壓力比，并且與相同壓力比的軸流壓縮機相比具有更緊湊的尺寸。因此，離心壓縮機通常用在渦輪增壓器中，用于提升車輛的汽油和柴油發(fā)動機的性能。
[0003]在渦輪增壓器應(yīng)用中，壓縮機具有在“阻塞線”和“喘振線”之間測量的寬的運行范圍是重要的，在“阻塞線”處，穿過壓縮機的質(zhì)量流率由于壓縮機葉片通路中的聲速流條件而達到最大可能值，在“喘振線”處，壓縮機開始喘振。壓縮機喘振是與貫穿整個壓縮機系統(tǒng)的流動振動有關(guān)的壓縮系統(tǒng)不穩(wěn)定性。壓縮機喘振通常由一個或多個壓縮機部件中的空氣動力學阻塞或流動分離引發(fā)，空氣動力學阻塞或流動分離是超過射向壓縮機葉片的極限流動入射角或超過極限流動通路負荷的結(jié)果。
[0004]喘振引起性能的顯著損失并且因此是非常不期望的。在一些情況下，壓縮機喘振還能導(dǎo)致發(fā)動機或其進口導(dǎo)管道系統(tǒng)的損壞。
[0005]因此，需要改進的裝置和方法，用于提供壓縮流體(例如在渦輪壓縮機中)同時降低壓縮機喘振的發(fā)生。在一些情況下，阻止壓縮機喘振能夠擴大壓縮機的有用運行范圍。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本公開涉及一種離心壓縮機，其具有用于控制喘振的流體再循環(huán)系統(tǒng)。根據(jù)本文公開的一個實施例，一種渦輪增壓器的離心壓縮機，用于壓縮將要被輸送到發(fā)動機進氣口的空氣，包括壓縮機葉輪，所述壓縮機葉輪具有限定了旋轉(zhuǎn)軸線的輪轂和多個周向間隔的葉片，每個葉片連接到所述輪轂并且大致徑向向外延伸到葉片尖端，每個葉片具有前緣和后緣，所述后緣沿著流過所述葉輪的空氣的主流的流動方向間隔在所述前緣的下游。所述壓縮機包括壓縮機殼體，所述壓縮機葉輪安裝在所述壓縮機殼體中，從而能夠繞所述壓縮機葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，所述壓縮機殼體包括進口導(dǎo)管，空氣以大致平行于所述壓縮機葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線的方向通過所述進口導(dǎo)管進入并且被所述進口導(dǎo)管導(dǎo)入所述壓縮機葉輪。所述壓縮機殼體限定了葉輪護罩。所述葉輪護罩定位成徑向鄰近于所述葉片尖端，并且關(guān)于沿著所述流動方向行進的主流從所述葉片向上游延伸并且終止在軸向間隔在所述葉片前緣的上游的所述葉輪護罩的前緣處。所述葉輪護罩具有被所述主流浸濕的徑向內(nèi)表面并且具有與進口導(dǎo)管的內(nèi)表面徑向向內(nèi)間隔的徑向外表面，使得在所述葉輪護罩的徑向外表面和所述進口導(dǎo)管的內(nèi)表面之間限定出環(huán)形空間。
[0007]所述葉輪護罩緊鄰所述葉片尖端限定端口，所述端口從所述葉輪護罩的徑向內(nèi)表面大致徑向向外延伸到徑向外表面，進入所述環(huán)形空間。多個周向間隔的槽形成在所述葉輪護罩中，每個槽延伸通過所述葉輪護罩的前緣使得所述槽在所述葉輪護罩的前緣處是打開的。所述槽軸向向下游延伸到與所述葉輪護罩中的端口軸向向上游間隔的位置。每個槽在其整個長度上從所述葉輪護罩的徑向內(nèi)表面延伸到徑向外表面。因此，經(jīng)過所述壓縮機葉輪的空氣的一部分能通過所述端口流出并進入所述環(huán)形空間，然后在所述環(huán)形空間中向上游流動，并且最后向內(nèi)通過所述槽，從而作為再循環(huán)空氣被注回到所述主流中。
[0008]在某些實施例中，在葉輪護罩的徑向外表面處，在每個槽和相鄰槽之間周向延伸的每個護罩部分具有比每個槽更大的周向范圍。換句話說，所述槽在周向方向相對窄。
[0009]在本文描述的一些實施例中，槽以相對于壓縮機葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相反的方式關(guān)于徑向方向是傾斜的，使得再循環(huán)的空氣以相反的漩渦注回到主流中。替代地，槽能夠基本徑向定向從而在基本沒有漩渦分量的情況下將再循環(huán)空氣注入主流中。又一個替代方式是使槽以與壓縮機葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相同的方式傾斜，從而賦予所注入的流體預(yù)漩渦。
[0010]在其他實施例中，所述壓縮機還包括環(huán)形的流動導(dǎo)引構(gòu)件，所述流動導(dǎo)引構(gòu)件從所述進口導(dǎo)管徑向向內(nèi)延伸并且軸向向下游延伸到所述流動引導(dǎo)件的后緣。該后緣緊鄰所述葉輪護罩的前緣。所述流動導(dǎo)引構(gòu)件用于基本防止空氣的主流經(jīng)過所述槽而允許所述再循環(huán)空氣經(jīng)過所述槽。所述流動導(dǎo)引構(gòu)件的后緣可與所述葉輪護罩的前緣軸向間隔開，使得在所述流動導(dǎo)引構(gòu)件的后緣和所述葉輪護罩的前緣之間存在360度的間隙。
[0011]在一些實施例中，有至少八個所述槽繞所述葉輪護罩360度分布。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]已經(jīng)概括地描述了本發(fā)明，現(xiàn)在將對附圖進行參考，附圖不一定是按照比例繪制的，并且其中:
[0013]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的渦輪增壓器的軸向截面圖；
[0014]圖1A是圖1的渦輪增壓器的壓縮機部分的軸向截面圖；
[0015]圖2是圖1的渦輪增壓器的軸向剖切透視圖；
[0016]圖3是用于圖1的渦輪增壓器的壓縮機殼體組件的軸向剖切透視圖；
[0017]圖4是類似于圖3的視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的替代實施例；
[0018]圖5是圖4的壓縮機殼體組件的透視圖。

【具體實施方式】
[0019]現(xiàn)在將在下文中參照附圖更詳細地描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的一些而非全部實施例。實際上，這些發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并且不應(yīng)被認為限于本文所闡述的實施例；相反，所提供的這些實施例使得本公開將滿足相關(guān)的法律要求。遍及全文，相同的數(shù)字代表相同的元件。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的渦輪增壓器10在圖1和2中示出，并且圖1A示出了渦輪增壓器的壓縮機部分。該渦輪增壓器包括壓縮機葉輪12，壓縮機葉輪12安裝在壓縮機殼體22中并且具有輪轂14和多個周向間隔的葉片16，所述多個葉片16連接到輪轂并且從輪轂大致徑向向外延伸。每個葉片具有附連于輪轂的根部18和相對的尖端20。壓縮機葉輪12連接到軸11，軸11能夠繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)并且被渦輪機葉輪72驅(qū)動，渦輪機葉輪72固定到軸11的相對端并且安裝在渦輪機殼體82中。壓縮機殼體22包括由環(huán)繞軸線的導(dǎo)管壁26形成的進口導(dǎo)管24。壓縮機殼體還包括葉輪護罩28，葉輪護罩28徑向地鄰近于壓縮機葉片的尖端20并且與壓縮機葉輪的輪轂14 一起限定流動路徑，用于流體流過壓縮機葉輪的葉片通路。進口導(dǎo)管24構(gòu)造成使得流體流以基本平行于旋轉(zhuǎn)軸線的方向接近壓縮機葉片16的前緣30。由輪轂和葉輪護罩限定的流動路徑構(gòu)造成在流體流過葉片通路時使流體流徑向向外轉(zhuǎn)向。流體在葉片后緣32以大致徑向向外方向(盡管也具有漩渦的或周向的速度分量)離開葉片通路，并且經(jīng)過擴散器通路34進入排出蝸殼36，排出蝸殼36包括環(huán)繞壓縮機葉輪的大致螺旋管形的或環(huán)形的室。
[0021]特別參照圖1A和3，該壓縮機還包括用于控制壓縮機喘振的排出流再循環(huán)系統(tǒng)40。該再循環(huán)系統(tǒng)包括在壓縮機葉片的前緣30和后緣32中間的位置限定于葉輪護罩28中的排出端口 42。在一個實施例中，排出端口是基本連續(xù)的全360度的環(huán)狀端口，其環(huán)繞壓縮機葉片的尖端。在給定的壓縮機速度下，當壓縮機排放壓力增加或當壓縮機質(zhì)量流降低時，流過葉片通路的流體的一部分通過排出端口 42排出。該排出部分被部分地壓縮，從而處于比進入壓縮機進口導(dǎo)管24的流體更高的總壓力。由于旋轉(zhuǎn)的壓縮機葉片的作用，排出部分也具有周向的或漩渦的速度分量。
[0022]排出端口 42連接到限定于壓縮機殼體22中的通路44。更具體地，通路44限定在葉輪護罩28的徑向外表面和導(dǎo)管壁26的徑向內(nèi)表面之間。在一個實施例中，通路44包括基本連續(xù)的全360度的環(huán)狀通路，除了存在相對小數(shù)量的支撐柱27，支撐柱27在導(dǎo)管壁26和葉輪護罩28之間延伸，下面將描述。通路44沿與進口導(dǎo)管24中的主流體流的方向相反的大致軸向方向延伸到間隔在壓縮機葉片前緣的上游(關(guān)于主流體流)的點。
[0023]葉輪護罩28關(guān)于沿著流動方向行進的主流從葉片16向上游延伸，并且終止在軸向間隔在葉片前緣30的上游的葉輪護罩的前緣29處。葉輪護罩限定了在葉輪護罩中的多個周向間隔的槽50，形成再循環(huán)系統(tǒng)40的一部分。每個槽延伸通過葉輪護罩的前緣29使得槽在葉輪護罩的前緣處是打開的，并且軸向地向下游延伸到與葉輪護罩中的端口 42軸向間隔的位置。每個槽在其整個長度上從葉輪護罩28的徑向內(nèi)表面延伸到徑向外表面。葉輪護罩限定了在每個槽和相鄰槽之間周向延伸的護罩部分。在葉輪護罩的徑向外表面處，每個護罩部分可具有比每個槽更大的周向范圍。
[0024]經(jīng)過壓縮機葉輪12的空氣的一部分能通過端口 42流出并進入環(huán)形空間44，然后在環(huán)形空間中向上游流動，并且最后向內(nèi)通過槽50，從而作為再循環(huán)空氣被注回到接近壓縮機葉輪的主流中?？諝獾倪@種再循環(huán)用來幫助控制壓縮機的喘振。
[0025]在一些實施例中，槽50以相對于壓縮機葉輪12的旋轉(zhuǎn)方向相反的方式關(guān)于徑向方向是傾斜的，使得再循環(huán)的空氣以相反的漩渦注回到主流中。因此，在圖2中，所示的槽50將以逆時針方向的漩渦速度分量注入再循環(huán)空氣，而壓縮機葉輪12順時針旋轉(zhuǎn)。替代地，在其它實施例中，槽能夠基本徑向定向從而在沒有漩渦分量的情況下注入空氣，或者能夠以與葉輪旋轉(zhuǎn)相同的方式傾斜，從而以預(yù)漩渦注入空氣。
[0026]槽50的數(shù)量可根據(jù)具體應(yīng)用而變化。在一些實施例中，有至少8個槽。槽的周向間隔可以是均勻的或不對稱的(非均勻的)。不對稱間隔的槽可用于克服由于殼體22而導(dǎo)致的端口 42處的不均勻流動條件，并且從而使得流動排出系統(tǒng)40更有效。
[0027]在圖1、1A、2和3的實施例中，壓縮機還包括流動導(dǎo)引構(gòu)件60。該流動導(dǎo)引構(gòu)件是環(huán)形構(gòu)件，其從進口導(dǎo)管24徑向向內(nèi)延伸并且軸向向下游延伸到流動導(dǎo)引構(gòu)件的后緣62。后緣62緊鄰葉輪護罩28的前緣29，有利地與其軸向間隔開，使得在流動導(dǎo)引構(gòu)件的后緣和葉輪護罩的前緣之間存在360度的間隙64。該流動導(dǎo)引構(gòu)件用于基本防止空氣主流從徑向向內(nèi)經(jīng)過槽50，而允許再循環(huán)空氣經(jīng)過槽。該流動導(dǎo)引構(gòu)件還幫助引導(dǎo)再循環(huán)空氣通過槽。
[0028]在其他實施例中，例如在圖4和5所示的實施例中，壓縮機不包括流動導(dǎo)引構(gòu)件。在其他方面，圖4和5的實施例與圖1-3的實施例基本相同。
[0029]受益于前面的描述和附圖所呈現(xiàn)的教導(dǎo)，本文所述發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將會明白這些發(fā)明的許多修改和其他實施例。因此，應(yīng)當理解的是，本發(fā)明不限于所公開的具體實施例，并且修改和其他實施例意圖被包括在所附權(quán)利要求的范圍中。盡管本文使用了特定的術(shù)語，但它們是以廣義和描述性的涵義使用的并且不是為了限制的目的。
【權(quán)利要求】
1.一種渦輪增壓器的離心壓縮機，用于壓縮將要被輸送到發(fā)動機進氣口的空氣，包括: 壓縮機葉輪，所述壓縮機葉輪具有限定了旋轉(zhuǎn)軸線的輪轂和多個周向間隔的葉片，每個葉片連接到所述輪轂并且大致徑向向外延伸到葉片尖端，每個葉片具有前緣和后緣，所述后緣沿著流過所述葉輪的空氣的主流的流動方向間隔在所述前緣的下游； 壓縮機殼體，所述壓縮機葉輪安裝在所述壓縮機殼體中，從而能夠繞所述壓縮機葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，所述壓縮機殼體包括進口導(dǎo)管，空氣以大致平行于所述壓縮機葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線的方向通過所述進口導(dǎo)管進入并且被所述進口導(dǎo)管導(dǎo)入所述壓縮機葉輪； 葉輪護罩，所述葉輪護罩定位成徑向鄰近于所述葉片尖端，所述葉輪護罩關(guān)于沿著所述流動方向行進的主流從所述葉片向上游延伸并且終止在軸向間隔在所述葉片前緣的上游的所述葉輪護罩的前緣處，所述葉輪護罩具有被所述主流浸濕的徑向內(nèi)表面并且具有與進口導(dǎo)管的內(nèi)表面徑向向內(nèi)間隔的徑向外表面，使得在所述葉輪護罩的徑向外表面和所述進口導(dǎo)管的內(nèi)表面之間限定出環(huán)形空間； 所述葉輪護罩限定端口，所述端口緊鄰所述葉片尖端并且從所述葉輪護罩的徑向內(nèi)表面大致徑向向外延伸到徑向外表面，進入所述環(huán)形空間； 形成在所述葉輪護罩中的多個周向間隔的槽，每個槽延伸通過所述葉輪護罩的前緣使得所述槽在所述葉輪護罩的前緣處是打開的，并且軸向向下游延伸到與所述葉輪護罩中的端口軸向間隔的位置，并且每個槽在其整個長度上從所述葉輪護罩的徑向內(nèi)表面延伸到徑向外表面，使得經(jīng)過所述壓縮機葉輪的空氣的一部分能通過所述端口流出并進入所述環(huán)形空間，然后在所述環(huán)形空間中向上游流動，并且最后向內(nèi)通過所述槽，從而作為再循環(huán)空氣被注回到所述主流中。
2.如權(quán)利要求1所述的離心壓縮機，其中，所述槽關(guān)于徑向方向是傾斜的，使得所述再循環(huán)空氣在具有漩渦速度分量的情況下注回到所述主流中。
3.如權(quán)利要求1所述的離心壓縮機，還包括環(huán)形的流動導(dǎo)引構(gòu)件，所述流動導(dǎo)引構(gòu)件從所述進口導(dǎo)管徑向向內(nèi)延伸并且軸向向下游延伸到所述流動引導(dǎo)件的后緣，所述后緣緊鄰所述葉輪護罩的前緣，所述流動導(dǎo)引構(gòu)件用于基本防止空氣的主流經(jīng)過所述槽而允許所述再循環(huán)空氣經(jīng)過所述槽。
4.如權(quán)利要求3所述的離心壓縮機，其中，所述流動導(dǎo)引構(gòu)件的后緣與所述葉輪護罩的前緣軸向間隔開。
5.如權(quán)利要求1所述的離心壓縮機，其中，有至少八個所述槽繞所述葉輪護罩360度分布。
6.如權(quán)利要求5所述的離心壓縮機，其中，所述葉輪護罩限定了在每個槽和相鄰槽之間周向延伸的護罩部分，并且其中，在所述葉輪護罩的徑向外表面處，每個護罩部分具有比所述槽更大的周向范圍。
7.一種渦輪增壓器，包括: 渦輪機，所述渦輪機包括渦輪機葉輪，所述渦輪機葉輪安裝在渦輪機殼體中并且固定到軸的一端，所述軸能夠繞其軸線旋轉(zhuǎn)； 用于壓縮將要被輸送到發(fā)動機進氣口的空氣的離心壓縮機，所述離心壓縮機包括固定到所述軸的相對端并且安裝在壓縮機殼體中的壓縮機葉輪，所述壓縮機葉輪具有限定了旋轉(zhuǎn)軸線的輪轂和多個周向間隔的葉片，每個葉片連接到所述輪轂并且大致徑向向外延伸到葉片尖端，每個葉片具有前緣和后緣，所述后緣沿著流過所述葉輪的空氣的主流的流動方向間隔在所述前緣的下游； 所述壓縮機殼體包括進口導(dǎo)管，空氣以大致平行于所述壓縮機葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線的方向通過所述進口導(dǎo)管進入并且被所述進口導(dǎo)管導(dǎo)入所述壓縮機葉輪； 葉輪護罩，所述葉輪護罩定位成徑向鄰近于所述葉片尖端，所述葉輪護罩關(guān)于沿著所述流動方向行進的主流從所述葉片向上游延伸并且終止在軸向間隔在所述葉片前緣的上游的所述葉輪護罩的前緣處，所述葉輪護罩具有被所述主流浸濕的徑向內(nèi)表面并且具有與進口導(dǎo)管的內(nèi)表面徑向向內(nèi)間隔的徑向外表面，使得在所述葉輪護罩的徑向外表面和所述進口導(dǎo)管的內(nèi)表面之間限定出環(huán)形空間； 所述葉輪護罩限定端口，所述端口緊鄰所述葉片尖端并且從所述葉輪護罩的徑向內(nèi)表面大致徑向向外延伸到徑向外表面，進入所述環(huán)形空間；和 形成在所述葉輪護罩中的多個周向間隔的槽，每個槽延伸通過所述葉輪護罩的前緣使得所述槽在所述葉輪護罩的前緣處是打開的，并且軸向向下游延伸到與所述葉輪護罩中的端口軸向間隔的位置，并且每個槽在其整個長度上從所述葉輪護罩的徑向內(nèi)表面延伸到徑向外表面，使得經(jīng)過所述壓縮機葉輪的空氣的一部分能通過所述端口流出并進入所述環(huán)形空間，然后在所述環(huán)形空間中向上游流動，并且最后向內(nèi)通過所述槽，從而作為再循環(huán)空氣被注回到所述主流中。
8.如權(quán)利要求7所述的渦輪增壓器壓縮機，其中，所述槽關(guān)于徑向方向是傾斜的，使得所述再循環(huán)空氣在具有漩渦速度分量的情況下注回到所述主流中。
9.如權(quán)利要求7所述的渦輪增壓器，還包括環(huán)形的流動導(dǎo)引構(gòu)件，所述流動導(dǎo)引構(gòu)件從所述進口導(dǎo)管徑向向內(nèi)延伸并且軸向向下游延伸到所述流動引導(dǎo)件的后緣，所述后緣緊鄰所述葉輪護罩的前緣，所述流動導(dǎo)引構(gòu)件用于基本防止空氣的主流經(jīng)過所述槽而允許所述再循環(huán)空氣經(jīng)過所述槽。
10.如權(quán)利要求9所述的渦輪增壓器，其中，所述流動導(dǎo)引構(gòu)件的后緣與所述葉輪護罩的前緣軸向間隔開。
11.如權(quán)利要求10所述的渦輪增壓器，其中，有至少八個所述槽繞所述葉輪護罩360度分布。
12.如權(quán)利要求11所述的渦輪增壓器，其中，所述葉輪護罩限定了在每個槽和相鄰槽之間周向延伸的護罩部分，并且其中，在所述葉輪護罩的徑向外表面處，每個護罩部分具有比所述槽更大的周向范圍。
【文檔編號】F04D29/66GK104154045SQ201410270219
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月14日
【發(fā)明者】陳化, 李偉民, 顧洪華, 姚榮, 段建鋒 申請人:霍尼韋爾國際公司