专利名称：离心压缩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及离心压縮机，其用于内燃机排气涡轮增压器的压縮机空气装置等，具
备被驱动旋转并且把从在壳体形成的空气通路吸入的空气向轴向导入并加压而向半径方 向排出的叶轮，在所述壳体的空气通路周壁形成有环状凹槽，把该环状凹槽的与壳体周壁 相交的该环状凹槽开口部后端部设置成与叶轮的翼前端面接近。
背景技术：
图6是表示组装有所述离心压縮机的辐流型排气涡轮增压器现有一例的沿旋转 轴线的剖视图。 图6中，10是涡轮机壳体，11是在该涡轮机壳体10的外周部螺旋状形成的涡形 管。12是辐流型的涡轮机转子，与叶轮8同轴设置的涡轮机轴12a经由轴承16而自由旋转 地被轴承壳体13所支承。 7是收容有叶轮8的压縮机壳体，9是该压縮机壳体7的空气入口通路，7a是螺旋 状的空气通路。4是扩散器，由此来构成离心压縮机100。 100a是该排气涡轮增压器的旋转 轴心。 在由该结构构成的排气涡轮增压器动作时，来自发动机(图示省略)的排气向所 述涡形管11进入，并从该涡形管11且是从其外周侧向所述涡轮机转子12流入，朝向中心 侧地向半径方向流动，对该涡轮机转子12进行膨胀作功后向轴向流出，被向气体出口 10b 引导而向机外送出。 所述涡轮机转子12的旋转经由涡轮机轴12a而使离心压縮机100的叶轮8旋转， 把通过压縮机壳体7的空气入口通路9而被吸入的空气由该叶轮8进行加压，并通过空气 通路7a向发动机(图示省略)供给。 该排气涡轮增压器的离心压縮机100如图10(B)所示那样能够以空气的节流流量
与波动流量的关系稳定运转。但由于能够该稳定运转的流量范围小，所以在急加速时的过
渡变化中，为了不产生脉动而需要在从波动流量离开的效率低的动作点来运转。 如图10(B)所示，离心压縮机100中由于产生该脉动，所以节流流量与波动流量之
间的流量范围变狭窄就是大课题。 该脉动的原因在于叶轮8入口流的失速和扩散器4的失速。 离心压縮机100的叶轮8入口流的流动随流量而变化。如图10(B)所示，虽然以 节流流量与波动流量的关系稳定地动作，但在波动流量以下的流量就不能稳定动作。
如图IO(CI)所示，在正常动作点，沿叶轮8的翼8a前边缘形状的气流顺利地向叶 轮8的翼8a流入。但如图12(C2)所示，在波动流量中，在翼8a的前边缘产生气流的失速 9a'。在该叶轮8的翼8a的前边缘气流的失速9a'就是产生脉动的原因之一。
产生该脉动的原因一般是叶轮8的失速9a'成为原因的情况和扩散器4的失速所 引起，但本发明以改善由所述叶轮8为起因的脉动为主要着眼点(波动流量的小流量化)。
作为防止上述脉动产生的机构而专利文献1 (特开昭58-18600号公报)有提案。
图8 (A) 、 (B) 、 (C)表示现状的叶轮8产生脉动近旁的流动。关于叶轮8的翼8a入 口的失速当流量少，如图8 (B)所示，流动的倾斜角w增加，气流9f从翼8a的上游向压力面 流入，该气流在环绕翼8a的前边缘时在负压面气流9f产生剥离，产生所谓的失速现象(在 负压面产生逆流)。 该翼8a的失速现象使相对该翼8a而向反旋转侧的翼8a'流入的气流的倾斜角w 更加增大，在该翼8a'进一步产生大的剥离。该现象进一步向反旋转侧的翼8a'传播，即， 如图8 (C)所示，由超过翼8a的前边缘而从压力面8al到达负压面的逆流9h，而在负压面也 产生逆流9g。 以上地叶轮8的失速现象被扩大，其结果是叶轮8的压力降低并产生脉动。
作为防止上述脉动产生的机构而专利文献1 (特开昭58-18600号公报)有提案。 如图9(A) 、 (B)所示，该机构中在压縮机壳体7的空气入口通路9周壁形成环状凹槽7b，把 该环状凹槽7b的与壳体周壁3相交的环状凹槽7b开口部后端部设置成跨越叶轮8的翼前 端面l，把环状凹槽7b的开口部后端部设置在叶轮前边缘面的下游，以使在叶轮前边缘面 到叶轮后边缘面之间循环流18'能够通过叶轮前端。 该情况则如图9(A)所示，把环状凹槽7b的开口部后端部设置成跨越叶轮8的翼 前端面l，在空气入口通路9的壳体周壁3的半径与环状凹槽7b出口侧的壳体周壁3'的 半径一致的情况下，在小流量区域产生利用离心力通过翼前边缘面下游的翼前端的逆流涡 流18'。 且如图9(B)(专利文献1的图17)，把环状凹槽7b的开口部后端部设置成跨越叶 轮8的翼前端面1，只要使所述环状凹槽的空气入口通路9的壳体周壁3的半径比出口侧的 壳体周壁3'的半径仅大U，在设计流量中，离心力与上游侧的动压平衡，主流的流动顺利。
这时，把环状凹槽7b的开口部后端部设置成跨越叶轮8的翼前端面1，但把叶轮8 的翼前端面l与环状凹槽7b开口部后端部的关系表示成是跨越，但由于是循环流通过翼前 端的结构，所以有在正常动作点性能降低的缺点。
发明内容
本发明鉴于该现有技术的课题而目的在于提供一种离心压縮机，防止超过翼的前 边缘而从压力面向负压面环绕的流动而引起产生剥离，结果是能够把产生脉动的流量减少 成小流量。 为了达到本发明的目的，离心压縮机具备被驱动旋转并且把从在壳体形成的空气 通路吸入的空气向轴向导入并加压而向半径方向排出的叶轮，且在所述壳体的空气通路周 壁形成有环状凹槽，其中，把所述环状凹槽的与壳体周壁相交的该环状凹槽开口部后端部 设置成与所述叶轮的翼前端面接近，而且所述环状凹槽的开口部后端部相对所述叶轮翼前 端面的轴向突出量X被形成为-1T《X《1. 5T(其中T是翼前端部的厚度)。
该发明中进而有下面的结构。
(1)所述环状凹槽开口部后端部的包含所述轴的截面形状被连结形成为，所述环
状凹槽的后边缘内面与壳体周壁面成为锐角的尖端，该连结部的该环状凹槽后边缘的后边
缘内面与壳体内周壁所成的交叉角a被形成是0。以上但不超过45。。
(2)所述环状凹槽的后边缘内面与所述壳体周壁面的连结部突端的厚度被形成是
4IT以上且是1.5T以下。 且本发明中还能够是如下的结构。 优选的是，把所述环状凹槽形成在环状体的内周侧部，所述环状体在外周侧形成 回流流路，所述回流流路把向叶轮出口的中间部外周侧开口的开口部与向比叶轮出口的翼 前端面更位于上游的外周部开口的开口部进行连接。 本发明还包括具有上述的环状凹槽结构，且形成为在所述壳体的内周壁使所述
环状凹槽和其上游端壁共有所述回流流路的叶轮上游侧开口部的上游侧壁面。 根据本发明则有下面的效果。 由于在壳体的空气通路周壁形成有环状凹槽，把环状凹槽的与壳体周壁相交的该 环状凹槽的开口部后端部设置成与所述叶轮的翼前端面接近，而且使环状凹槽开口部后端 部的包含所述轴的截面形状被连结形成为，该环状凹槽的后边缘内面与壳体周壁面成为锐 角的尖端，而且使环状凹槽的后边缘内面与所述壳体周壁面的连结部突端的厚度被形成是 1.5T以下，所以把环绕翼的前边缘的流动向设置在翼前边缘近旁上的环状凹槽引导，防止 流动在叶轮翼负压面的剥离。 在所述专利文献l(特开昭58-18600号公报)中，也使环状凹槽以与上述同样的 形状把防止脉动的效果作为目标，但在正常动作点也产生从翼通过翼前端而朝向上方的涡 流，因此有效率降低的缺点。 为了改善该缺点，本发明把所述环状凹槽的开口部后端部相对叶轮翼前端面的轴 向突出量X形成为X《1. 5T (其中T是翼前端部的厚度)，且设置成与叶轮的前边缘位置邻 接。而-lT《X是制作时的容许量。 通过该结构，使从空气通路吸入的空气流具有倾斜角地向叶轮的翼流入，在环绕
翼的翼前端面时，产生与翼的旋转速度同程度的旋转速度，通过该旋转速度而产生离心力。
利用该旋转速度引起的离心力而把得到旋转速度的流动向环状凹槽引导。 在所述专利文献1 (特开昭58-18600号公报)中，也利用该作用把防止流动失速
作为目标，但由于在正常动作点沿翼的压力面流动的气流也同样得到旋转速度，所以该气
流利用离心力而通过翼前端并进入所述环状凹槽，使再循环的量增多，因此环状凹槽内的
壁面摩擦增加，该气流进行再循环，并引起从上游向翼流入的气流混合的混合损失，因此具
有效率降低的缺点。 本发明中，相对叶轮翼前端面的轴向突出量X被形成为X《1. 5T(其中T是翼前 端部的厚度)，且使环状凹槽开口部后端部的包含轴的截面形状被连结形成为，环状凹槽的 后端内面与所述壳体周壁面成为锐角的尖端，而且使该连结部的该环状凹槽后边缘的后边 缘内面与所述壳体周壁面所成的交叉角a被形成是不超过45。。 在现有技术中，在发生环绕翼前边缘的流动的情况下，在由此而产生的流动发生
小剥离的基础上，而使在反旋转侧的翼发生大的剥离，成为以至脉动的缺点的原因。 因此，为了避免上述缺点，把相对叶轮翼前端面的轴向突出量X设定为是X
< 1.5T(其中T是翼前端部的厚度)的大小，由此，使环绕翼前边缘的流动在离心力的作用
下向环状凹槽内流入。即，成为所述流动利用离心力的作用而不超过翼的前边缘从压力面
向负压面环绕，而容易向半径方向外侧出来并向环状凹槽内流入的条件。 与上述相反，在比X〉 1.5T大且连结部的交叉角a是超过45°的情况下，则如图7所示，在壳体周壁环状凹槽近旁的气流9a就如9b那样停滞，由于该部分的压力成为高 到停滞压，所以被该压力推回而环绕翼前边缘的气流9x再次向翼内流入，得不到期待的效果。 本发明通过以上结构，能够防止由环绕翼前边缘的流动所引起的剥离使反旋转侧 的翼的剥离扩大，结果是能够使波动流量比现有减少到小流量。 本发明把所述环状凹槽形成在环状体的内周侧部，所述环状体在外周侧形成回流 流路，所述回流流路把向叶轮出口的中间部外周侧开口的开口部与向比叶轮出口的翼前端 面更位于上游的外周部开口的开口部进行连接，且把所述环状凹槽的后端部的轴向突出量 X形成为-1T《X《1. 5T (其中T是翼前端部的厚度)，或把环状凹槽开口部后端部的包含 所述轴的截面形状被连结形成为，所述环状凹槽的后部内面与所述壳体周壁面成为锐角的 尖端，该连结部的环状凹槽后端的后端内面与壳体内周壁所成的交叉角a被形成是不超 过45° ，或把环状凹槽的后端内面与所述壳体周壁面的连结部突端的厚度形成是1.5T以 下。 因此，根据所述发明能够降低回流流路入口处的停滞压，使气流容易向回流流路 流入，能够得到降低回流流路内压力的效果，提高由回流流路产生的效率。
图1(A)是本发明第一实施例排气涡轮增压器的离心压縮机主要部分的剖视图， (B)是(A)的Z部放大图； 图2是上述第一实施例中图1 (A)的B-B向视图；
图3是上述第一实施例中图1 (A)的A-A向视图； 图4是本发明第二实施例排气涡轮增压器的离心压縮机主要部分的剖视图；
图5是第三实施例排气涡轮增压器的离心压縮机主要部分的剖视图；
图6是表示本发明适用的辐流型排气涡轮增压器现有一例的沿旋转轴线的剖视 图； 图7是表示现有比较例排气涡轮增压器的离心压縮机主要部分的剖视图； 图8 (A)是表示现有技术排气涡轮增压器的离心压縮机主要部分的剖视图，(B)是
翼前端部的流动说明图(Z向视图)，(C)是(A)的Y向视图； 图9是专利文献1排气涡轮增压器的离心压縮机主要部分的剖视图，(A)是其一， (B)是其二 ; 图10(A)是现有技术排气涡轮增压器的离心压縮机主要部分的剖视图，(B)是性 能线图，(C)是翼端面的动作图。
具体实施例方式以下，使用图所示的实施例详细说明本发明。但本实施例记载的结构零件的尺寸、 材质、形状、其相对的配置等只要没有特别的特定记载，则旨趣就不是把本发明的范围仅限 定于此，不过仅是说明例。 [OOM](第一实施例) 图1(A)是本发明第一实施例排气涡轮增压器的离心压縮机主要部分的剖视图，
6(B)是(A)的Z部放大图。图2是图1 (A)的B-B向视图，图3是图1 (A)的A_A向视图。
图1 3中，7是收容有叶轮8的压縮机壳体，9是该压縮机壳体7的空气入口通 路，4是扩散器，由这些部件构成离心压縮机100。 100a是该排气涡轮增压器的旋转轴心。
在所述压縮机壳体7的空气入口通路9的壳体周壁3形成有具有圆形截面的环状 凹槽7b，把该环状凹槽7b的与壳体周壁3相交的该环状凹槽7b的开口部后端部2设置成 与叶轮8的翼前端面1接近。 这时，本实施例把空气入口通路9的壳体周壁3与环状凹槽7b出口侧的壳体的周 壁3'的半径形成得一致。 在压縮机壳体7的空气入口通路9的壳体周壁3形成环。环状凹槽7b把其开口部 后端部2设置成与叶轮8的翼前端面1接近。该环状凹槽7b的开口部后端部2如图1 (B) 所示，所述环状凹槽7b的开口部后端部2相对所述叶轮8的翼前端面1的轴向突出量X 是-IT < X < 1. 5T，其中T是翼前端部的厚度。 如图1(B)所示，所述环状凹槽7b的开口部后端部2的所述轴向的轴向截面形状 是把半径Y的球面与所述环状凹槽7b的内面和所述壳体周壁3连结而形成，该连结部的交 叉角a被形成是不超过45。。 所述环状凹槽7b的后边缘内面与所述壳体周壁面的连结部突端的厚度，即图 1(B)的开口部后端部2的厚度一直保持在是1. 5T以下。 在该结构构成的排气涡轮增压器动作时，被来自发动机(图示省略)的排气驱动 的所述涡轮机转子12(参照图7)的旋转经由涡轮机轴12a而使离心压縮机100的叶轮8 旋转，把通过压縮机壳体7的空气入口通路9而被吸入的空气由该叶轮8进行加压，并通过 空气通路7a向发动机(图示省略)供给。 根据本实施例，具备叶轮8，其被驱动旋转并且把从形成在压縮机壳体7的空气入 口通路9吸入的空气9a向轴向导入，并加压向半径方向排出，而且在所述压縮机壳体7的 空气入口通路9的壳体周壁3形成有环状凹槽7b，把该环状凹槽7b的与壳体周壁3相交的 该环状凹槽7b的开口部后端部2设置成与叶轮8的翼前端面1接近，
把所述环状凹槽7b的开口部后端部2相对所述叶轮8的翼前端面1的轴向突出 量X形成是-IT < X < 1. 5T (其中T是翼前端部的厚度)，且把所述环状凹槽7b的开口部 后端部2的所述轴向的轴向截面形状是把半径Y的球面与所述环状凹槽7b的内面和所述 壳体周壁3连结而形成，该连结部的交叉角a被形成是不超过45。，且所述环状凹槽7b的 后边缘内面与所述壳体周壁面的连结部突端的厚度，即，开口部后端部2的厚度一直保持 在是1.5T以下，因此，有下面的效果。 在压縮机壳体7的空气入口通路9形成有环状凹槽7b，把该环状凹槽7b的与壳体 周壁3相交的该环状凹槽7b的开口部后端部2设置成与叶轮8的翼前端面1接近，把环绕 翼前边缘的流动向设置在翼前边缘近旁上的环状凹槽7b引导，能够防止叶轮8翼负压面流 动的剥离。 在所述专利文献1 (特开昭58-18600号公报)中，也使环状凹槽7b以与上述同样 的形状把防止脉动的效果作为目标，但即使在正常动作点也产生从翼通过翼前端而朝向上 方的涡流，因此有效率降低的缺点。 为了改善该缺点，本实施例把所述环状凹槽7b的开口部后端部2相对叶轮8的翼前端面1的轴向突出量X如前所述形成为X《1. 5T (其中T是翼前端部的厚度)，且设置成 与叶轮8的前边缘位置邻接。而-IT《X是制作时的容许量。 通过该结构，使从空气入口通路9吸入的空气流9a具有倾斜角w(参照图3)地向 叶轮8的翼8a流入，如图3所示，该气流9t在环绕翼8a的翼前端面1时产生与翼8a的旋 转速度同程度的旋转速度，通过该旋转速度而产生离心力。利用该旋转速度引起的离心力 而把得到旋转速度的流动向环状凹槽7b引导。 如图2所示，在翼8a的压力面8al产生的气流9b也利用离心力向所述环状凹槽 7b流入。 在所述专利文献1 (特开昭58-18600号公报)中，也利用该作用把防止流动失速 作为目标，但由于即使在正常动作点沿翼的压力面流动的气流也同样得到旋转速度，所以 该气流利用离心力而通过翼前端进入所述环状凹槽，使再循环的量增多，因此环状凹槽7b 内的壁面摩擦增加，该气流进行再循环，并与从引起上游向翼8a流入的气流混合的混合损 失，因此具有效率降低的缺点。 然而本发明的第一实施例中，相对叶轮8的翼前端面1的轴向突出量X被形成为 X < 1. 5T (其中T是翼前端部8b的厚度)，且把环状凹槽7b的开口部后端部2的轴向的轴 向截面形状是，把半径Y的球面与所述环状凹槽7b的内面和所述壳体周壁3连结而形成， 该连结部的交叉角a被形成是不超过45。，且所述环状凹槽7b的后边缘内面与所述壳体 周壁面的连结部突端的厚度，即，开口部后端部2的厚度一直保持在是1. 5T以下。
在现有技术中，在发生环绕翼8a的前端面1的流动的情况下，由此而产生的流动 发生小的剥离，但使在反旋转侧的翼8a'进而发生大的剥离，成为以至脉动的缺点的原因。
因此，为了避免上述缺点，把相对叶轮8的翼前端面1的轴向突出量X设定为是X < 1. 5T的大小，由此，使环绕翼前端面1的流动9t在离心力的作用下向环状凹槽7b内流 入。即，成为所述流动9t利用离心力的作用而不通过翼前端而容易在环状凹槽7b内出来 的条件。 与上述相反，在比X > 1. 5T大的情况下和连结部的交叉角a是超过45°的情况 下，则如图7所示，在壳体周壁3的环状凹槽7b近旁的气流就如9b那样停滞，由于该部分 的压力成为高到停滞压，所以被该压力推回而环绕翼前边缘的气流9x再次向翼8a内流入， 得不到期待的效果。 本发明第一实施例通过以上结构，能够防止环绕翼8a的翼前端面l的流动所引起 的剥离使反旋转侧的翼8a'的剥离扩大，结果是能够使波动流量比现有减少到小流量。
(第二实施例) 图4是第二实施例排气涡轮增压器的离心压縮机主要部分的剖视图。该第二实施 例把与所述环状凹槽7b连通的壳体周壁3形成为半径R的曲面状。其他结构与所述第一 实施例相同，与之相同的部件以相同的符号表示。
(第三实施例) 图5是第三实施例排气涡轮增压器的离心压縮机主要部分的剖视图。
本发明第三实施例中，在叶轮8的翼前端面1与叶轮出口的中间部具有开口部7z， 在叶轮8的翼前端面1的上游具有开口部7y，设置把该两个开口部7z、7y连通的回流流路 7s。在该回流流路7s的内侧设置有能够形成该回流流路7的环状体70。在该环状体70的内侧形成有使环状凹槽7b和其上游端壁7x(图中虚线表示的假想线)共有所述回流流路 7s的叶轮上游侧开口部7y的上游侧壁面。 S卩，在所述压縮机壳体7形成的空气入口通路9的壳体周壁3形成有环状体70外 周的回流流路7s和环状体70内周的环状凹槽7b，把该环状凹槽7b内的开口部后端部2设 置成与叶轮8的翼8a前端面1接近。 即使是该第三实施例也与上述第一实施例同样，把环状体70内周的该环 状凹槽7b的开口部后端部2相对所述叶轮8的翼前端面1的轴向突出量X形成 为-1T《X《1. 5T(其中T是翼前端部的厚度)，且把所述环状凹槽7b的开口部后端部2 的包含所述轴的截面形状是，连结所述环状凹槽7b的后端部内面与所述壳体周壁3使成为 锐角的尖端那样而形成，该连结部的该环状凹槽后端内面与所述壳体内周壁面所成的交叉 角a被形成是不超过45。 本实施例是与现有使用的回流流路组合的例。回流由于对减少波动流量的效果大 而多被实用化。但由于叶轮一旦把功给予气流后而在再循环的过程中其功被损失，所以有 效率降低的缺点。但如第三实施例那样适用把回流流路与环状凹槽组合的结构时，由于利 用环状凹槽的循环作用而能够得到减少波动流量的效果，所以能够縮小回流流路的流路截 面积，与单独回流的情况相比能够更加减少有效减少量。 根据该第三实施例，与上述第一实施例同样地把回流流路7s的开口部7z的形状 设定成与环状凹槽7b的开口部后端部2同样的形状，降低开口部7z处的停滞压，使回流流 路9e的气流容易流入，能够得到降低回流流路9e内压力的效果，提高回流的效率。
根据本发明，能够提供一种离心压縮机，防止超过翼的前边缘而从压力面向负压 面环绕的流动而引起产生剥离，结果是能够把产生脉动的流量减少成小流量。
权利要求
一种离心压缩机，其具备被驱动旋转并且把从在壳体形成的空气通路吸入的空气向轴向导入并加压而向半径方向排出的叶轮，且在所述壳体的空气通路周壁形成有环状凹槽，其特征在于，把所述环状凹槽的与壳体周壁相交的该环状凹槽开口部后端部设置成与所述叶轮的翼前端面接近，而且所述环状凹槽的开口部后端部相对所述叶轮翼前端面的轴向突出量X被形成为-1T≤X≤1.5T(其中T是翼前端部的厚度)。
2. 如权利要求1所述的离心压縮机，其特征在于，所述环状凹槽开口部后端部的包含 所述轴的截面形状被连结而形成为，所述环状凹槽的后边缘内面与壳体周壁面成为锐角的 尖端，该连结部的该环状凹槽后边缘的后边缘内面与壳体内周壁所成的交叉角a被形成 是0°以上但不超过45。。
3. 如权利要求1所述的离心压縮机，其特征在于，所述环状凹槽的后边缘内面与所述 壳体周壁面的连结部突端的厚度被形成是1T以上且是1. 5T以下。
4. 如权利要求1所述的离心压縮机，其特征在于，把所述环状凹槽形成在环状体的内 周侧部，所述环状体在外周侧形成回流流路，所述回流流路把向叶轮出口的中间部外周侧 开口的开口部与向比叶轮出口的翼前端面更位于上游的外周部开口的开口部进行连接。
全文摘要
提供一种离心压缩机，防止超过翼的前边缘而从压力面向负压面环绕的流动而引起产生剥离，结果是能够把产生脉动的流量减少成小流量。本离心压缩机具备被驱动旋转并且把从在壳体形成的吸气通路吸入的空气向轴向导入加压而向半径方向排出的叶轮，且在所述壳体的吸气通路周壁形成有环状凹槽，把该环状凹槽的与壳体周壁相交的该环状凹槽开口部前端部设置成与叶轮的翼前端面接近，其中，所述环状凹槽的开口部前端部相对所述叶轮翼前端面的轴向突出量X被形成为-1T≤X≤1.5T(其中T是翼前端部的厚度)。
文档编号F04D29/66GK101743405SQ200980000560
公开日2010年6月16日 申请日期2009年2月19日 优先权日2008年2月29日
发明者东森弘高, 杉本浩一, 白石隆, 磯边秀义 申请人:三菱重工业株式会社
技术领域：
本发明涉及离心压縮机，其用于内燃机排气涡轮增压器的压縮机空气装置等，具
备被驱动旋转并且把从在壳体形成的空气通路吸入的空气向轴向导入并加压而向半径方 向排出的叶轮，在所述壳体的空气通路周壁形成有环状凹槽，把该环状凹槽的与壳体周壁 相交的该环状凹槽开口部后端部设置成与叶轮的翼前端面接近。
背景技术：
图6是表示组装有所述离心压縮机的辐流型排气涡轮增压器现有一例的沿旋转 轴线的剖视图。 图6中，10是涡轮机壳体，11是在该涡轮机壳体10的外周部螺旋状形成的涡形 管。12是辐流型的涡轮机转子，与叶轮8同轴设置的涡轮机轴12a经由轴承16而自由旋转 地被轴承壳体13所支承。 7是收容有叶轮8的压縮机壳体，9是该压縮机壳体7的空气入口通路，7a是螺旋 状的空气通路。4是扩散器，由此来构成离心压縮机100。 100a是该排气涡轮增压器的旋转 轴心。 在由该结构构成的排气涡轮增压器动作时，来自发动机(图示省略)的排气向所 述涡形管11进入，并从该涡形管11且是从其外周侧向所述涡轮机转子12流入，朝向中心 侧地向半径方向流动，对该涡轮机转子12进行膨胀作功后向轴向流出，被向气体出口 10b 引导而向机外送出。 所述涡轮机转子12的旋转经由涡轮机轴12a而使离心压縮机100的叶轮8旋转， 把通过压縮机壳体7的空气入口通路9而被吸入的空气由该叶轮8进行加压，并通过空气 通路7a向发动机(图示省略)供给。 该排气涡轮增压器的离心压縮机100如图10(B)所示那样能够以空气的节流流量
与波动流量的关系稳定运转。但由于能够该稳定运转的流量范围小，所以在急加速时的过
渡变化中，为了不产生脉动而需要在从波动流量离开的效率低的动作点来运转。 如图10(B)所示，离心压縮机100中由于产生该脉动，所以节流流量与波动流量之
间的流量范围变狭窄就是大课题。 该脉动的原因在于叶轮8入口流的失速和扩散器4的失速。 离心压縮机100的叶轮8入口流的流动随流量而变化。如图10(B)所示，虽然以 节流流量与波动流量的关系稳定地动作，但在波动流量以下的流量就不能稳定动作。
如图IO(CI)所示，在正常动作点，沿叶轮8的翼8a前边缘形状的气流顺利地向叶 轮8的翼8a流入。但如图12(C2)所示，在波动流量中，在翼8a的前边缘产生气流的失速 9a'。在该叶轮8的翼8a的前边缘气流的失速9a'就是产生脉动的原因之一。
产生该脉动的原因一般是叶轮8的失速9a'成为原因的情况和扩散器4的失速所 引起，但本发明以改善由所述叶轮8为起因的脉动为主要着眼点(波动流量的小流量化)。
作为防止上述脉动产生的机构而专利文献1 (特开昭58-18600号公报)有提案。
图8 (A) 、 (B) 、 (C)表示现状的叶轮8产生脉动近旁的流动。关于叶轮8的翼8a入 口的失速当流量少，如图8 (B)所示，流动的倾斜角w增加，气流9f从翼8a的上游向压力面 流入，该气流在环绕翼8a的前边缘时在负压面气流9f产生剥离，产生所谓的失速现象(在 负压面产生逆流)。 该翼8a的失速现象使相对该翼8a而向反旋转侧的翼8a'流入的气流的倾斜角w 更加增大，在该翼8a'进一步产生大的剥离。该现象进一步向反旋转侧的翼8a'传播，即， 如图8 (C)所示，由超过翼8a的前边缘而从压力面8al到达负压面的逆流9h，而在负压面也 产生逆流9g。 以上地叶轮8的失速现象被扩大，其结果是叶轮8的压力降低并产生脉动。
作为防止上述脉动产生的机构而专利文献1 (特开昭58-18600号公报)有提案。 如图9(A) 、 (B)所示，该机构中在压縮机壳体7的空气入口通路9周壁形成环状凹槽7b，把 该环状凹槽7b的与壳体周壁3相交的环状凹槽7b开口部后端部设置成跨越叶轮8的翼前 端面l，把环状凹槽7b的开口部后端部设置在叶轮前边缘面的下游，以使在叶轮前边缘面 到叶轮后边缘面之间循环流18'能够通过叶轮前端。 该情况则如图9(A)所示，把环状凹槽7b的开口部后端部设置成跨越叶轮8的翼 前端面l，在空气入口通路9的壳体周壁3的半径与环状凹槽7b出口侧的壳体周壁3'的 半径一致的情况下，在小流量区域产生利用离心力通过翼前边缘面下游的翼前端的逆流涡 流18'。 且如图9(B)(专利文献1的图17)，把环状凹槽7b的开口部后端部设置成跨越叶 轮8的翼前端面1，只要使所述环状凹槽的空气入口通路9的壳体周壁3的半径比出口侧的 壳体周壁3'的半径仅大U，在设计流量中，离心力与上游侧的动压平衡，主流的流动顺利。
这时，把环状凹槽7b的开口部后端部设置成跨越叶轮8的翼前端面1，但把叶轮8 的翼前端面l与环状凹槽7b开口部后端部的关系表示成是跨越，但由于是循环流通过翼前 端的结构，所以有在正常动作点性能降低的缺点。
发明内容
本发明鉴于该现有技术的课题而目的在于提供一种离心压縮机，防止超过翼的前 边缘而从压力面向负压面环绕的流动而引起产生剥离，结果是能够把产生脉动的流量减少 成小流量。 为了达到本发明的目的，离心压縮机具备被驱动旋转并且把从在壳体形成的空气 通路吸入的空气向轴向导入并加压而向半径方向排出的叶轮，且在所述壳体的空气通路周 壁形成有环状凹槽，其中，把所述环状凹槽的与壳体周壁相交的该环状凹槽开口部后端部 设置成与所述叶轮的翼前端面接近，而且所述环状凹槽的开口部后端部相对所述叶轮翼前 端面的轴向突出量X被形成为-1T《X《1. 5T(其中T是翼前端部的厚度)。
该发明中进而有下面的结构。
(1)所述环状凹槽开口部后端部的包含所述轴的截面形状被连结形成为，所述环
状凹槽的后边缘内面与壳体周壁面成为锐角的尖端，该连结部的该环状凹槽后边缘的后边
缘内面与壳体内周壁所成的交叉角a被形成是0。以上但不超过45。。
(2)所述环状凹槽的后边缘内面与所述壳体周壁面的连结部突端的厚度被形成是
4IT以上且是1.5T以下。 且本发明中还能够是如下的结构。 优选的是，把所述环状凹槽形成在环状体的内周侧部，所述环状体在外周侧形成 回流流路，所述回流流路把向叶轮出口的中间部外周侧开口的开口部与向比叶轮出口的翼 前端面更位于上游的外周部开口的开口部进行连接。 本发明还包括具有上述的环状凹槽结构，且形成为在所述壳体的内周壁使所述
环状凹槽和其上游端壁共有所述回流流路的叶轮上游侧开口部的上游侧壁面。 根据本发明则有下面的效果。 由于在壳体的空气通路周壁形成有环状凹槽，把环状凹槽的与壳体周壁相交的该 环状凹槽的开口部后端部设置成与所述叶轮的翼前端面接近，而且使环状凹槽开口部后端 部的包含所述轴的截面形状被连结形成为，该环状凹槽的后边缘内面与壳体周壁面成为锐 角的尖端，而且使环状凹槽的后边缘内面与所述壳体周壁面的连结部突端的厚度被形成是 1.5T以下，所以把环绕翼的前边缘的流动向设置在翼前边缘近旁上的环状凹槽引导，防止 流动在叶轮翼负压面的剥离。 在所述专利文献l(特开昭58-18600号公报)中，也使环状凹槽以与上述同样的 形状把防止脉动的效果作为目标，但在正常动作点也产生从翼通过翼前端而朝向上方的涡 流，因此有效率降低的缺点。 为了改善该缺点，本发明把所述环状凹槽的开口部后端部相对叶轮翼前端面的轴 向突出量X形成为X《1. 5T (其中T是翼前端部的厚度)，且设置成与叶轮的前边缘位置邻 接。而-lT《X是制作时的容许量。 通过该结构，使从空气通路吸入的空气流具有倾斜角地向叶轮的翼流入，在环绕
翼的翼前端面时，产生与翼的旋转速度同程度的旋转速度，通过该旋转速度而产生离心力。
利用该旋转速度引起的离心力而把得到旋转速度的流动向环状凹槽引导。 在所述专利文献1 (特开昭58-18600号公报)中，也利用该作用把防止流动失速
作为目标，但由于在正常动作点沿翼的压力面流动的气流也同样得到旋转速度，所以该气
流利用离心力而通过翼前端并进入所述环状凹槽，使再循环的量增多，因此环状凹槽内的
壁面摩擦增加，该气流进行再循环，并引起从上游向翼流入的气流混合的混合损失，因此具
有效率降低的缺点。 本发明中，相对叶轮翼前端面的轴向突出量X被形成为X《1. 5T(其中T是翼前 端部的厚度)，且使环状凹槽开口部后端部的包含轴的截面形状被连结形成为，环状凹槽的 后端内面与所述壳体周壁面成为锐角的尖端，而且使该连结部的该环状凹槽后边缘的后边 缘内面与所述壳体周壁面所成的交叉角a被形成是不超过45。。 在现有技术中，在发生环绕翼前边缘的流动的情况下，在由此而产生的流动发生
小剥离的基础上，而使在反旋转侧的翼发生大的剥离，成为以至脉动的缺点的原因。 因此，为了避免上述缺点，把相对叶轮翼前端面的轴向突出量X设定为是X
< 1.5T(其中T是翼前端部的厚度)的大小，由此，使环绕翼前边缘的流动在离心力的作用
下向环状凹槽内流入。即，成为所述流动利用离心力的作用而不超过翼的前边缘从压力面
向负压面环绕，而容易向半径方向外侧出来并向环状凹槽内流入的条件。 与上述相反，在比X〉 1.5T大且连结部的交叉角a是超过45°的情况下，则如图7所示，在壳体周壁环状凹槽近旁的气流9a就如9b那样停滞，由于该部分的压力成为高 到停滞压，所以被该压力推回而环绕翼前边缘的气流9x再次向翼内流入，得不到期待的效果。 本发明通过以上结构，能够防止由环绕翼前边缘的流动所引起的剥离使反旋转侧 的翼的剥离扩大，结果是能够使波动流量比现有减少到小流量。 本发明把所述环状凹槽形成在环状体的内周侧部，所述环状体在外周侧形成回流 流路，所述回流流路把向叶轮出口的中间部外周侧开口的开口部与向比叶轮出口的翼前端 面更位于上游的外周部开口的开口部进行连接，且把所述环状凹槽的后端部的轴向突出量 X形成为-1T《X《1. 5T (其中T是翼前端部的厚度)，或把环状凹槽开口部后端部的包含 所述轴的截面形状被连结形成为，所述环状凹槽的后部内面与所述壳体周壁面成为锐角的 尖端，该连结部的环状凹槽后端的后端内面与壳体内周壁所成的交叉角a被形成是不超 过45° ，或把环状凹槽的后端内面与所述壳体周壁面的连结部突端的厚度形成是1.5T以 下。 因此，根据所述发明能够降低回流流路入口处的停滞压，使气流容易向回流流路 流入，能够得到降低回流流路内压力的效果，提高由回流流路产生的效率。
图1(A)是本发明第一实施例排气涡轮增压器的离心压縮机主要部分的剖视图， (B)是(A)的Z部放大图； 图2是上述第一实施例中图1 (A)的B-B向视图；
图3是上述第一实施例中图1 (A)的A-A向视图； 图4是本发明第二实施例排气涡轮增压器的离心压縮机主要部分的剖视图；
图5是第三实施例排气涡轮增压器的离心压縮机主要部分的剖视图；
图6是表示本发明适用的辐流型排气涡轮增压器现有一例的沿旋转轴线的剖视 图； 图7是表示现有比较例排气涡轮增压器的离心压縮机主要部分的剖视图； 图8 (A)是表示现有技术排气涡轮增压器的离心压縮机主要部分的剖视图，(B)是
翼前端部的流动说明图(Z向视图)，(C)是(A)的Y向视图； 图9是专利文献1排气涡轮增压器的离心压縮机主要部分的剖视图，(A)是其一， (B)是其二 ; 图10(A)是现有技术排气涡轮增压器的离心压縮机主要部分的剖视图，(B)是性 能线图，(C)是翼端面的动作图。
具体实施例方式以下，使用图所示的实施例详细说明本发明。但本实施例记载的结构零件的尺寸、 材质、形状、其相对的配置等只要没有特别的特定记载，则旨趣就不是把本发明的范围仅限 定于此，不过仅是说明例。 [OOM](第一实施例) 图1(A)是本发明第一实施例排气涡轮增压器的离心压縮机主要部分的剖视图，
6(B)是(A)的Z部放大图。图2是图1 (A)的B-B向视图，图3是图1 (A)的A_A向视图。
图1 3中，7是收容有叶轮8的压縮机壳体，9是该压縮机壳体7的空气入口通 路，4是扩散器，由这些部件构成离心压縮机100。 100a是该排气涡轮增压器的旋转轴心。
在所述压縮机壳体7的空气入口通路9的壳体周壁3形成有具有圆形截面的环状 凹槽7b，把该环状凹槽7b的与壳体周壁3相交的该环状凹槽7b的开口部后端部2设置成 与叶轮8的翼前端面1接近。 这时，本实施例把空气入口通路9的壳体周壁3与环状凹槽7b出口侧的壳体的周 壁3'的半径形成得一致。 在压縮机壳体7的空气入口通路9的壳体周壁3形成环。环状凹槽7b把其开口部 后端部2设置成与叶轮8的翼前端面1接近。该环状凹槽7b的开口部后端部2如图1 (B) 所示，所述环状凹槽7b的开口部后端部2相对所述叶轮8的翼前端面1的轴向突出量X 是-IT < X < 1. 5T，其中T是翼前端部的厚度。 如图1(B)所示，所述环状凹槽7b的开口部后端部2的所述轴向的轴向截面形状 是把半径Y的球面与所述环状凹槽7b的内面和所述壳体周壁3连结而形成，该连结部的交 叉角a被形成是不超过45。。 所述环状凹槽7b的后边缘内面与所述壳体周壁面的连结部突端的厚度，即图 1(B)的开口部后端部2的厚度一直保持在是1. 5T以下。 在该结构构成的排气涡轮增压器动作时，被来自发动机(图示省略)的排气驱动 的所述涡轮机转子12(参照图7)的旋转经由涡轮机轴12a而使离心压縮机100的叶轮8 旋转，把通过压縮机壳体7的空气入口通路9而被吸入的空气由该叶轮8进行加压，并通过 空气通路7a向发动机(图示省略)供给。 根据本实施例，具备叶轮8，其被驱动旋转并且把从形成在压縮机壳体7的空气入 口通路9吸入的空气9a向轴向导入，并加压向半径方向排出，而且在所述压縮机壳体7的 空气入口通路9的壳体周壁3形成有环状凹槽7b，把该环状凹槽7b的与壳体周壁3相交的 该环状凹槽7b的开口部后端部2设置成与叶轮8的翼前端面1接近，
把所述环状凹槽7b的开口部后端部2相对所述叶轮8的翼前端面1的轴向突出 量X形成是-IT < X < 1. 5T (其中T是翼前端部的厚度)，且把所述环状凹槽7b的开口部 后端部2的所述轴向的轴向截面形状是把半径Y的球面与所述环状凹槽7b的内面和所述 壳体周壁3连结而形成，该连结部的交叉角a被形成是不超过45。，且所述环状凹槽7b的 后边缘内面与所述壳体周壁面的连结部突端的厚度，即，开口部后端部2的厚度一直保持 在是1.5T以下，因此，有下面的效果。 在压縮机壳体7的空气入口通路9形成有环状凹槽7b，把该环状凹槽7b的与壳体 周壁3相交的该环状凹槽7b的开口部后端部2设置成与叶轮8的翼前端面1接近，把环绕 翼前边缘的流动向设置在翼前边缘近旁上的环状凹槽7b引导，能够防止叶轮8翼负压面流 动的剥离。 在所述专利文献1 (特开昭58-18600号公报)中，也使环状凹槽7b以与上述同样 的形状把防止脉动的效果作为目标，但即使在正常动作点也产生从翼通过翼前端而朝向上 方的涡流，因此有效率降低的缺点。 为了改善该缺点，本实施例把所述环状凹槽7b的开口部后端部2相对叶轮8的翼前端面1的轴向突出量X如前所述形成为X《1. 5T (其中T是翼前端部的厚度)，且设置成 与叶轮8的前边缘位置邻接。而-IT《X是制作时的容许量。 通过该结构，使从空气入口通路9吸入的空气流9a具有倾斜角w(参照图3)地向 叶轮8的翼8a流入，如图3所示，该气流9t在环绕翼8a的翼前端面1时产生与翼8a的旋 转速度同程度的旋转速度，通过该旋转速度而产生离心力。利用该旋转速度引起的离心力 而把得到旋转速度的流动向环状凹槽7b引导。 如图2所示，在翼8a的压力面8al产生的气流9b也利用离心力向所述环状凹槽 7b流入。 在所述专利文献1 (特开昭58-18600号公报)中，也利用该作用把防止流动失速 作为目标，但由于即使在正常动作点沿翼的压力面流动的气流也同样得到旋转速度，所以 该气流利用离心力而通过翼前端进入所述环状凹槽，使再循环的量增多，因此环状凹槽7b 内的壁面摩擦增加，该气流进行再循环，并与从引起上游向翼8a流入的气流混合的混合损 失，因此具有效率降低的缺点。 然而本发明的第一实施例中，相对叶轮8的翼前端面1的轴向突出量X被形成为 X < 1. 5T (其中T是翼前端部8b的厚度)，且把环状凹槽7b的开口部后端部2的轴向的轴 向截面形状是，把半径Y的球面与所述环状凹槽7b的内面和所述壳体周壁3连结而形成， 该连结部的交叉角a被形成是不超过45。，且所述环状凹槽7b的后边缘内面与所述壳体 周壁面的连结部突端的厚度，即，开口部后端部2的厚度一直保持在是1. 5T以下。
在现有技术中，在发生环绕翼8a的前端面1的流动的情况下，由此而产生的流动 发生小的剥离，但使在反旋转侧的翼8a'进而发生大的剥离，成为以至脉动的缺点的原因。
因此，为了避免上述缺点，把相对叶轮8的翼前端面1的轴向突出量X设定为是X < 1. 5T的大小，由此，使环绕翼前端面1的流动9t在离心力的作用下向环状凹槽7b内流 入。即，成为所述流动9t利用离心力的作用而不通过翼前端而容易在环状凹槽7b内出来 的条件。 与上述相反，在比X > 1. 5T大的情况下和连结部的交叉角a是超过45°的情况 下，则如图7所示，在壳体周壁3的环状凹槽7b近旁的气流就如9b那样停滞，由于该部分 的压力成为高到停滞压，所以被该压力推回而环绕翼前边缘的气流9x再次向翼8a内流入， 得不到期待的效果。 本发明第一实施例通过以上结构，能够防止环绕翼8a的翼前端面l的流动所引起 的剥离使反旋转侧的翼8a'的剥离扩大，结果是能够使波动流量比现有减少到小流量。
(第二实施例) 图4是第二实施例排气涡轮增压器的离心压縮机主要部分的剖视图。该第二实施 例把与所述环状凹槽7b连通的壳体周壁3形成为半径R的曲面状。其他结构与所述第一 实施例相同，与之相同的部件以相同的符号表示。
(第三实施例) 图5是第三实施例排气涡轮增压器的离心压縮机主要部分的剖视图。
本发明第三实施例中，在叶轮8的翼前端面1与叶轮出口的中间部具有开口部7z， 在叶轮8的翼前端面1的上游具有开口部7y，设置把该两个开口部7z、7y连通的回流流路 7s。在该回流流路7s的内侧设置有能够形成该回流流路7的环状体70。在该环状体70的内侧形成有使环状凹槽7b和其上游端壁7x(图中虚线表示的假想线)共有所述回流流路 7s的叶轮上游侧开口部7y的上游侧壁面。 S卩，在所述压縮机壳体7形成的空气入口通路9的壳体周壁3形成有环状体70外 周的回流流路7s和环状体70内周的环状凹槽7b，把该环状凹槽7b内的开口部后端部2设 置成与叶轮8的翼8a前端面1接近。 即使是该第三实施例也与上述第一实施例同样，把环状体70内周的该环 状凹槽7b的开口部后端部2相对所述叶轮8的翼前端面1的轴向突出量X形成 为-1T《X《1. 5T(其中T是翼前端部的厚度)，且把所述环状凹槽7b的开口部后端部2 的包含所述轴的截面形状是，连结所述环状凹槽7b的后端部内面与所述壳体周壁3使成为 锐角的尖端那样而形成，该连结部的该环状凹槽后端内面与所述壳体内周壁面所成的交叉 角a被形成是不超过45。 本实施例是与现有使用的回流流路组合的例。回流由于对减少波动流量的效果大 而多被实用化。但由于叶轮一旦把功给予气流后而在再循环的过程中其功被损失，所以有 效率降低的缺点。但如第三实施例那样适用把回流流路与环状凹槽组合的结构时，由于利 用环状凹槽的循环作用而能够得到减少波动流量的效果，所以能够縮小回流流路的流路截 面积，与单独回流的情况相比能够更加减少有效减少量。 根据该第三实施例，与上述第一实施例同样地把回流流路7s的开口部7z的形状 设定成与环状凹槽7b的开口部后端部2同样的形状，降低开口部7z处的停滞压，使回流流 路9e的气流容易流入，能够得到降低回流流路9e内压力的效果，提高回流的效率。
根据本发明，能够提供一种离心压縮机，防止超过翼的前边缘而从压力面向负压 面环绕的流动而引起产生剥离，结果是能够把产生脉动的流量减少成小流量。
权利要求
一种离心压缩机，其具备被驱动旋转并且把从在壳体形成的空气通路吸入的空气向轴向导入并加压而向半径方向排出的叶轮，且在所述壳体的空气通路周壁形成有环状凹槽，其特征在于，把所述环状凹槽的与壳体周壁相交的该环状凹槽开口部后端部设置成与所述叶轮的翼前端面接近，而且所述环状凹槽的开口部后端部相对所述叶轮翼前端面的轴向突出量X被形成为-1T≤X≤1.5T(其中T是翼前端部的厚度)。
2. 如权利要求1所述的离心压縮机，其特征在于，所述环状凹槽开口部后端部的包含 所述轴的截面形状被连结而形成为，所述环状凹槽的后边缘内面与壳体周壁面成为锐角的 尖端，该连结部的该环状凹槽后边缘的后边缘内面与壳体内周壁所成的交叉角a被形成 是0°以上但不超过45。。
3. 如权利要求1所述的离心压縮机，其特征在于，所述环状凹槽的后边缘内面与所述 壳体周壁面的连结部突端的厚度被形成是1T以上且是1. 5T以下。
4. 如权利要求1所述的离心压縮机，其特征在于，把所述环状凹槽形成在环状体的内 周侧部，所述环状体在外周侧形成回流流路，所述回流流路把向叶轮出口的中间部外周侧 开口的开口部与向比叶轮出口的翼前端面更位于上游的外周部开口的开口部进行连接。
全文摘要
提供一种离心压缩机，防止超过翼的前边缘而从压力面向负压面环绕的流动而引起产生剥离，结果是能够把产生脉动的流量减少成小流量。本离心压缩机具备被驱动旋转并且把从在壳体形成的吸气通路吸入的空气向轴向导入加压而向半径方向排出的叶轮，且在所述壳体的吸气通路周壁形成有环状凹槽，把该环状凹槽的与壳体周壁相交的该环状凹槽开口部前端部设置成与叶轮的翼前端面接近，其中，所述环状凹槽的开口部前端部相对所述叶轮翼前端面的轴向突出量X被形成为-1T≤X≤1.5T(其中T是翼前端部的厚度)。
文档编号F04D29/66GK101743405SQ200980000560
公开日2010年6月16日 申请日期2009年2月19日 优先权日2008年2月29日
发明者东森弘高, 杉本浩一, 白石隆, 磯边秀义 申请人:三菱重工业株式会社
再多了解一些
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