具有帶旋流發(fā)生器的入口導(dǎo)管的離心壓縮機的制作方法
【專利說明】具有帶旋流發(fā)生器的入口導(dǎo)管的離心壓縮機
[0001]領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種用于引導(dǎo)流體流的引導(dǎo)裝置。具體地講，實施例涉及一種用于渦輪增壓器中的離心壓縮機的修改的入口導(dǎo)管。
[0003]背景
[0004]渦輪增壓器在車輛發(fā)動機中的使用增加了給定發(fā)動機大小的發(fā)動機的動力輸出。渦輪增壓器因此通過縮小發(fā)動機的大小而減少針對特定期望的動力輸出的燃料消耗，并且因此在減少導(dǎo)致氣候變化和環(huán)境污染的氣體的排放方面是重要的技術(shù)。當(dāng)使用渦輪增壓的較小發(fā)動機代替較大的發(fā)動機時，它們以更大的燃料經(jīng)濟性提供類似的性能。因此，對渦輪增壓器的使用的關(guān)注激增。
[0005]然而，包括離心壓縮機的常規(guī)渦輪增壓器技術(shù)的有用性受到離心壓縮機的操作范圍的限制。操作范圍由壓縮機經(jīng)歷喘振和阻塞所在的操作點確定，其中，操作范圍在這兩個操作點之間?！按瘛爆F(xiàn)象的特征為經(jīng)過壓縮機的流體流的倒流，并且發(fā)生在壓縮機不能迫使流體抵抗其葉片的任一側(cè)的壓力梯度并繼續(xù)壓縮空氣時。其通常在壓縮機中的壓力比增加時發(fā)生。“阻塞”現(xiàn)象的特征為經(jīng)過壓縮機的流動速率的最大化。其通常在壓縮機中的壓力比減小時發(fā)生。
[0006]渦輪增壓器中的壓縮機的操作范圍可以成為渦輪增壓的發(fā)動機的性能的限制因素。壓縮機的有限的操作范圍意味著渦輪增壓器將不能在大范圍的操作條件下表現(xiàn)良好。一種解決方案是在車輛中使用兩個或更多個渦輪增壓器，這些增壓器中的一個或多個被優(yōu)化為用于發(fā)動機的高負(fù)載和低r.p.m.，并且這些增壓器中的至少另一個被優(yōu)化為用于低負(fù)載和高r.p.m。然而，這種解決方案具有增加了包括這些額外的渦輪增壓器的車輛的額外成本、重量和復(fù)雜性的缺點?？刂苾蓚€或更多個渦輪增壓器也比控制單個渦輪增壓器更復(fù)雜。因此，已經(jīng)做出嘗試來控制進入壓縮機的空氣的流動以減小喘振發(fā)生所在的質(zhì)量流速并且增加阻塞發(fā)生所在的質(zhì)量流速。
[0007]殼體處理(casing treatment)就是這樣的一種流動控制方法。在壓縮機殼體中引入通道以促使高壓流體在葉輪入口處的再循環(huán)。還可以在這個再循環(huán)通道內(nèi)引入旋流葉片。這種殼體處理可以減小喘振開始所在的質(zhì)量流速，但是增加了渦輪增壓器的復(fù)雜性和成本并且在低速下無效。
[0008]實際上旨在通過在使用期間使渦輪增壓器的操作范圍移位來增大該操作范圍的第二種流動控制方法是可變?nèi)肟谝龑?dǎo)葉片的使用。這些葉片的角度確定壓縮機的葉輪入口處的空氣流的角度。基于一個或多個操作條件對葉片角度進行調(diào)整。這種方法的缺點是需要主動控制葉片角度這一要求。如果不根據(jù)操作條件對葉片角度進行調(diào)整，則它們可以對壓縮機具有節(jié)流效應(yīng)。當(dāng)葉片被設(shè)定在減小壓縮機喘振發(fā)生所在的最大質(zhì)量流量值的角度時，它們具有減小阻塞發(fā)生所在的最小質(zhì)量流量值的節(jié)流效應(yīng)。因此，渦輪增壓器的操作范圍沒有通過使用可變?nèi)肟谝龑?dǎo)葉片而擴大，而僅僅是移位。
[0009]因此，期望解決這些缺點。
[0010]
[0011]根據(jù)本發(fā)明的方面，提供一種離心壓縮機，該離心壓縮機包括入口和葉輪，該葉輪包括輪轂和多個葉片，該入口用于將流輸送到該葉輪并且包括引導(dǎo)裝置，該引導(dǎo)裝置被安排成引導(dǎo)該流以鄰近這些葉片的尖端在該流中引起旋流而基本上不干擾鄰近該輪轂的流，旋流的方向是這些葉片的旋轉(zhuǎn)方向。
[0012]在至少某些實施例中，引導(dǎo)裝置被安排成引導(dǎo)流以鄰近這些葉片的尖端引起旋流的事實減小喘振發(fā)生所在的經(jīng)過該壓縮機的最大質(zhì)量流速。鄰近該輪轂的流基本上不受干擾的事實防止將由于流鄰近該輪轂形成旋流所導(dǎo)致的節(jié)流效應(yīng)并且因此不會顯著減小阻塞發(fā)生所在的最小質(zhì)量流速。這通過擴大該壓縮機可以操作而不會經(jīng)歷喘振或阻塞所在的條件范圍來增加壓縮機的穩(wěn)定性。
[0013]該流可以是該入口中的流。該流可以是鄰近或在該入口的出口的流。該流可以是鄰近或在該葉輪的流。
[0014]每一個尖端可以包括這些葉片中的一個葉片的徑向外部部分可以包括這些葉片的徑向外部部分。它們可以包括這些葉片的徑向外部邊緣。
[0015]該引導(dǎo)裝置可以被安排成引導(dǎo)該流的徑向外部部分以便使該部分形成旋流而基本上不干擾該流的其余部分。該引導(dǎo)裝置可以被安排成引導(dǎo)該流以便不干擾徑向內(nèi)部部分中的軸向流。該引導(dǎo)裝置可以被安排成將該流引導(dǎo)為基本上不干擾鄰近該輪轂的大致軸向流。
[0016]該引導(dǎo)裝置可以包括使該流偏轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。該引導(dǎo)裝置可以被安排成通過提供基本上傾斜于入射在該引導(dǎo)裝置上的流的至少一個表面來引導(dǎo)該流。
[0017]在至少某些實施例中，基本上傾斜于該流的表面的提供迫使流在該表面成角度的方向行進。這促使流體旋流。
[0018]該至少一個表面可以基本上傾斜于該入口的軸線。該至少一個表面可以在該葉輪的旋轉(zhuǎn)方向至少部分地成角度。
[0019]在至少某些實施例中，表面基本上傾斜于該入口的軸線來確保該表面傾斜于這些葉輪葉片的旋轉(zhuǎn)軸線。因此，通過該表面發(fā)生偏轉(zhuǎn)而通過的流體朝向該葉輪的旋轉(zhuǎn)方向形成旋流，但不干擾鄰近該葉輪輪轂的軸向流。旋流的流通過減小該流入射到這些葉輪葉片尖端的角度而提高該葉輪的穩(wěn)定性。與使流跨越該葉輪的寬度形成旋流的情況相比，鄰近該葉輪輪轂流動的流體保持在軸向方向的事實減小該壓縮機的節(jié)流。
[0020]該至少一個表面中的每一個可以由一個通道來實施?？梢杂卸鄠€通道。該多個通道中的每一個通道可以傾斜于該入口的軸線。每一個通道可以基本上在相切并平行于該入口的軸線的平面中。每一個通道在其相應(yīng)平面中與該軸線的角度可以與每一個其他通道基本上相同。每一個通道可以形成在該入口的結(jié)構(gòu)中。
[0021]該至少一個通道中的每一個可以是孔。該孔的橫截面可以基本上為圓形?？梢杂腥畟€孔。該至少一個通道中的每一個可以是通向該入口的徑向內(nèi)部部分的通道。
[0022]該入口可以包括一個限制部分，該限制部分的內(nèi)徑小于其余部分的內(nèi)徑。該限制部分可以包括基本上垂直于該入口的軸線的面。該至少一個通道中的每一個可以位于該限制部分中。該至少一個通道中的每一個可以沿該限制部分延伸。當(dāng)這些通道是孔時，它們可以穿過該限制部分。當(dāng)有多個通道時，每一個通道可以圍繞該軸線并相對于該軸線成角度分布在該限制部分中。這些通道可以繞該限制部分均勻地環(huán)圓周地分布。任何兩個鄰近的通道之間的周向距離可以基本上等于任何其他兩個鄰近通道之間的周向距離。
[0023]在至少某些實施例中，通過減小該入口的內(nèi)徑，通過該入口導(dǎo)管的流體中的一些被迫使經(jīng)過該至少一個通道。該限制部分的基本上垂直于該軸線的該面促使流體流過該至少一個通道。
[0024]該限制部分可以被成形為包括從該垂直面向該入口的壁傾斜的表面。
[0025]在至少某些實施例中，該限制部分的該傾斜表面充當(dāng)整流罩以防止流體流的分離。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種包括如上文定義的壓縮機的渦輪增壓器。
[0027]該第一方面的可選特征也是該第二方面的可選特征。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種如上文定義的入口。
[0029]該第一方面和該第二方面的可選特征也是該第三方面的可選特征。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種如上文定義的引導(dǎo)裝置。
[0031]該第一方面、該第二方面以及該第三方面的可選特征也是該第四方面的可選特征。
[0032]附圖的簡要說明
[0033]下面僅通過舉例的方式并參照附圖描述特定實施例，在附圖中:
[0034]圖1是包括修改的入口導(dǎo)管的離心壓縮