DE102019216414B4

DE102019216414B4 - Zentrifugalkompressor und turbolader

Info

Publication number: DE102019216414B4
Application number: DE102019216414.5A
Authority: DE
Inventors: Isao Tomita; Yoshihiro Hayashi
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2019-02-27
Filing date: 2019-10-24
Publication date: 2022-11-24
Anticipated expiration: 2039-10-25
Also published as: US20200271045A1; US11066982B2; JP7220097B2; JP2020139420A; CN111622978B; CN111622978A; DE102019216414A1

Abstract

Ein Zentrifugalkompressor umfassend:einen Impeller; undein den Impeller umschließendes Gehäuse das im Inneren eine Luftstromschleuse bildet um Luft zum Impeller zu leiten,wobei das Gehäuse umfasstwenigstens einen Rückführkanal zur Rückführung eines Teils der durch die Luftstromschleuse von einer nachgelagerten Seite einer Anströmkante eines Flügels des Impellers zu einer vorgelagerten Seite der Anströmkante fließenden Luft,wobei der wenigstens eine Rückführkanal umfasst:einen ersten Einlassschlitz der auf der nachgelagerten Seite der Anströmkante in eine Luftstromrichtung der Luftstromschleuse mit der Luftstromschleuse verbunden ist;einen zweiten Einlassschlitz der auf einer nachgelagerten Seite des ersten Einlassschlitzes in Luftstromrichtung der Luftstromschleuse mit der Luftstromschleuse verbunden ist;ein erstes Luftleitblech, das auf der nachgelagerten Seite des ersten Einlassschlitzes oder im ersten Einlassschlitz im wenigstens einen Rückführkanal angeordnet ist; undein zweites Luftleitblech, das auf einer nachgelagerten Seite des zweiten Einlassschlitzes oder im zweiten Einlassschlitz im wenigstens einen Rückführkanal angeordnet ist; undwobei α1 > α2 erfüllt ist, wobei α1 ein Winkel zwischen einer Sehnenrichtung des ersten Luftleitblechs und einer Umfangsrichtung im Hinblick auf eine rotierende Welle des Impellers an einer Position einer Anströmkante des ersten Luftleitblechs ist und α2 ein Winkel zwischen einer Sehnenrichtung des zweiten Luftleitblechs und der Umfangsrichtung im Hinblick auf die rotierende Welle des Impellers an einer Position einer Anströmkante des zweiten Luftleitblechs ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zentrifugalkompressor und einen Turbolader.
HINTERGRUND
Als eine der Maßnahmen zur Ausdehnung des Betriebsbereichs eines Zentrifugalkompressors offenbart das Patentdokument 1 ein Verfahren zur Anordnung eines Rückführkanals durch eine sogenannte Gehäusestrukturierung am Eingang des Gehäuses des Zentrifugalkompressors. Das Patentdokument 1 offenbart, dass es möglich ist einen stabilen Betriebsbereich des Zentrifugalkompressors durch Bildung eines Rückführkanals bestehend aus einer Saugringnut, einem Ringleitpfad und einer kreisförmigen Ringnut auf einer inneren Umfangsoberfläche des Gehäuses and durch Verteilung der Position oder der Breite der Saugringnut auf einem Bogen in die Umfangsrichtung des Zentrifugalkompressors, auf eine Seite mit niedriger Fließrate auszudehnen.
Das Patentdokument 2 betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit - einem Ansaugsystem zum Zuführen von Ladeluft, - einem Abgasabführsystem zum Abführen von Abgas, - mindestens einem Abgasturbolader, der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter umfasst, wobei der Verdichter mit mindestens einem in einem Verdichtergehäuse auf einer drehbaren Welle gelagerten Laufrad ausgestattet ist, - einer Abgasrückführung umfassend eine Rückführleitung, die stromaufwärts des mindestens einen Verdichterlaufrades unter Ausbildung eines ersten Knotenpunktes in das Ansaugsystem mündet, und - einer zusätzlichen Abgasrückführung, welche eine Leitung umfasst, die stromaufwärts der Turbine des mindestens einen Abgasturboladers aus dem Abgasabführsystem abzweigt und stromabwärts des Verdichters des mindestens einen Abgasturboladers wieder in das Ansaugsystem mündet.
Das Patentdokument 3 betrifft einen Radialverdichter eines Abgasturboladers, mit einem rotierenden Laufrad, mit einem feststehenden Gehäuse, mit einem vom Gehäuse definierten Hauptströmungskanal zum Zuführen eines zu verdichtenden Mediums in Richtung auf das Laufrad, mit einer radial außerhalb des Hauptströmungskanals angeordneten Sekundärströmungskammer, welche durch eine Konturwand vom Hauptströmungskanal abgegrenzt ist und welche mit dem Hauptströmungskanal über eine Sekundärströmungsöffnung im Bereich des Laufrads mit dem Hauptströmungskanal verbunden ist, wobei im Meridianschnitt gesehen die Sekundärströmungsöffnung, über welche die Sekundärströmungskammer im Bereich des Laufrads mit dem Hauptströmungskanal verbunden ist, gegenüber einer Radialrichtung schräggestellt oder geneigt ist.
Liste der Zitate
Patentliteratur

Patentdokument 1: WO2011/099417A
Patentdokument 2: DE 10 2014 220 905 A1
Patentdokument 3: DE 10 2017 127 421 A1

ZUSAMMENFASSUNG
In der Zwischenzeit wird ein beispielsweise für einen Turbolader für ein Automobil genutzter Zentrifugalkompressor unter einer mit Zeitschwankungen (Pulsationen) eines Drucks und einer Fließrate begleitenden Bedingung von einem Motor genutzt. Aus dem vorliegenden Dokument wird deutlich, dass ein Rückflussphänomen (Surging) auf einer Seite mit niedriger Fließrate eines Kompressors aufgrund der Pulsationen unter einer solchen Bedingung durch den Einfluss der Trägheit einer Flüssigkeit gehemmt wird und ein stabiler Betriebsbereich auf der Seite mit niedriger Fließrate ausgedehnt wird.
Andererseits jedoch, als Ergebnis intensiver Forschungen der hiesigen Erfinder, wurde deutlich, dass der herkömmliche in Patentdokument 1 offenbarte Rückführkanal unter Annahme eines steten Flusses ohne Pulsationen ausgestaltet wurde und dass die Wirkung der Ausdehnung des Betriebsbereichs des Zentrifugalkompressors unter der solche Pulsationen begleitenden Bedingung beschränkt wird.
Angesichts dessen ist die Bereitstellung eines Zentrifugalkompressors und eines Turboladers, die unter der mit Pulsationen des Drucks und der Fließrate begleitende Bedingung in einem breiten Betriebsbereich betrieben werden können, wenigstens eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
(1) Ein Zentrifugalkompressor nach mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassend einen Impeller und ein den Impeller umschließendes Gehäuse das im Inneren einen Luftstrom bildet um Luft zum Impeller zu leiten. Das Gehäuse umfasst mindestens einen Rückführkanal zur Rückführung eines Teils der durch die Luftstromschleuse von einer nachgelagerten Seite der Anströmkante eines Flügels des Impellers zu einer vorgelagerten Seite der Anströmkante fließenden Luft, wobei der wenigstens eine Rückführkanal einen ersten, auf der nachgelagerten Seite der Anströmkante in eine Luftstromrichtung der Luftstromschleuse mit der Luftstromschleuse verbundenen Einlassschlitz umfasst, einen zweiten auf einer nachgelagerten Seite des ersten Einlassschlitzes in die Luftstromrichtung der Luftstromschleuse mit der Luftstromschleuse verbundenen Einlassschlitz, ein erstes auf der nachgelagerten Seite des ersten Einlassschlitzes oder im ersten Einlassschlitz in dem mindestens einen Rückführkanal angeordnetes Luftleitblech und ein zweites, auf einer nachgelagerten Seite des zweiten Einlassschlitzes oder im zweiten Einlassschlitz in dem mindestens einen Rückführkanal angeordnetes Luftleitblech umfasst und α1 > α2 ist erfüllt, wobei α1 ein Winkel zwischen einer Sehnenrichtung des ersten Luftleitblechs und einer Umfangsrichtung im Hinblick auf die rotierende Welle des Impellers an einer Position einer Anströmkante des ersten Luftleitblechs ist und α2 ein Winkel zwischen einer Sehnenrichtung des zweiten Luftleitblechs und einer Umfangsrichtung im Hinblick auf die rotierende Welle des Impellers an einer Position einer Anströmkante des zweiten Luftleitblechs ist.
Im oben beschriebenen Zentrifugalkompressor verringert sich mit Erhöhung der Fließrate ein von einer Fließrichtung der Luft, die jeweils in Umfangsrichtung in das erste Luftleitblech und das zweite Luftleitblech strömt, gebildeter Strömungswinkel. Daher ist es möglich den Winkel α1 des ersten Luftleitblechs an den Fließwinkel anzupassen wenn die Fließrate vergleichsweise niedrig ist (wenn das Druckverhältnis hoch ist) und den Winkel α2 des zweiten Luftleitblechs an den Fließwinkel anzupassen, wenn die Fließrate vergleichsweise hoch ist (wenn das Druckverhältnis niedrig ist), indem ein größerer Wert für den Winkel α1 des ersten Luftleitblechs eingestellt wird als für den Winkel α2 des zweiten Luftleitblechs, wie in der obigen Konfiguration (1) beschrieben. Andererseits ist der zweite Einlassschlitz auf der nachgelagerten Seite des ersten Einlassschlitzes in Luftstromrichtung der Luftstromschleuse mit der Luftstromschleuse verbunden und ein Differentialdruck zwischen der Vorderseite und der Rückseite eines Rückführkanals ist in einem Fall, in dem Luft durch den zweiten Einlassschlitz strömt, höher, als in einem Fall in dem Luft durch den ersten Einlassschlitz strömt. Daher ist es möglich, eine Schwankung einer Rückführfließrate gemäß eines Betriebszustandes des Zentrifugalkompressors zu unterdrücken und so die Surge-Fließrate des Zentrifugalkompressors unter einer Pulsationsbedingung wirksam zu reduzieren, indem der Winkel α1 des ersten Luftleitblechs größer eingestellt wird als der Winkel α2 des zweiten Luftleitblechs. Daher ist es möglich einen Betriebsbereich des Zentrifugalkompressors auf eine Seite mit niedriger Fließrate auszudehnen und den Zentrifugalkompressor in einem breiten Betriebsbereich stabil zu betreiben.
(2) In einigen Ausführungsformen des Zentrifugalkompressors gemäß der obigen Konfiguration (1), enthält der wenigstens eine Rückführkanal einen ersten Rückführkanal umfassend den ersten Einlassschlitz, den zweiten Einlassschlitz, das erste Luftleitblech und das zweite Luftleitblech, und der erste Rückführkanal umfasst einen auf der vorgelagerten Seite der Anströmkante des Flügels in Luftstromrichtung der Luftstromschleuse mit der Luftstromschleuse verbundenen Auslassschlitz und einen äußeren Umfangsraumabschnitt auf einer äußeren Umfangsseite der Luftstromschleuse, der jeweils mit dem ersten Einlassschlitz, dem zweiten Einlassschlitz und dem Auslassschlitz verbunden ist.
Durch den Zentrifugalkompressor gemäß der obigen Konfiguration (2) ist es möglich die Schwankung der Rückführfließrate gemäß des Betriebszustands des Zentrifugalkompressors mit Hilfe einer einfachen Anpassung zu unterdrücken und die Surge-Fließrate des Zentrifugalkompressors unter der Pulsationsbedingung wirksam zu reduzieren.
(3) In einigen Ausführungsformen des Zentrifugalkompressors gemäß der obigen Konfiguration (2), ist das erste Luftleitblech im ersten Einlassschlitz angeordnet und das zweite Luftleitblech ist im zweiten Einlassschlitz angeordnet.
Durch den Zentrifugalkompressor gemäß der obigen Konfiguration (3), ist es möglich die Fließrate der in den ersten Einlassschlitz fließenden Luft durch das erste Luftleitblech wirksam zu regulieren und die Fließrate der in den zweiten Einlassschlitz fließenden Luft durch das zweite Luftleitblech wirksam zu regulieren. Daher ist es möglich die Schwankung der Rückführfließrate gemäß des Betriebszustands des Zentrifugalkompressors mit Hilfe der einfachen Anpassung zu unterdrücken und die Surge-Fließrate des Zentrifugalkompressors unter der Pulsationsbedingung wirksam zu reduzieren.
(4) In einigen Ausführungsformen des Zentrifugalkompressors gemäß der obigen Konfiguration (1), umfasst der wenigstens eine Rückführkanal einen ersten Rückführkanal umfassend den ersten Einlassschlitz und das erste Luftleitblech, und einen zweiten Rückführkanal umfassend den zweiten Einlassschlitz und das zweite Luftleitblech, wobei der erste Rückführkanal einen ersten auf der vorgelagerten Seite der Anströmkante des Flügels in Luftstromrichtung der Luftstromschleuse mit der Luftstromschleuse verbundenen Auslassschlitz und einen ersten äußeren Umfangsraumabschnitt, der auf einer äußeren Umfangsseite der Luftstromschleuse angeordnet ist und jeweils mit dem ersten Einlassschlitz und dem ersten Auslassschlitz verbunden ist, umfasst, und der zweite Rückführkanal einen zweiten auf einer vorgelagerten Seite der ersten Auslassschlitzes in Luftstromrichtung der Luftstromschleuse mit der Luftstromschleuse verbundenen Auslassschlitz und einen zweiten äußeren Umfangsraumabschnitt der auf einer äußeren Umfangsseite des ersten äußeren Umfangsraumabschnitts angeordnet ist und jeweils mit dem zweiten Einlassschlitz und dem zweiten Auslassschlitz verbunden ist, umfasst.
Durch den Zentrifugalkompressor gemäß der obigen Konfiguration (4), ist es möglich einen Kanalwiderstand des ersten Rückführkanals und einen Kanalwiderstand des zweiten Rückführkanals individuell einzustellen. Daher ist es möglich die Schwankung der Rückführfließrate (die Summe aus der Fließrate des ersten Rückführkanals und der Fließrate des zweiten Rückführkanals) wirksam zu unterdrücken.
(5) In einigen Ausführungsformen des Zentrifugalkompressors gemäß der obigen Konfiguration (4), ist das erste Luftleitblech im ersten äußeren Umfangsraumabschnitt angeordnet und das zweite Luftleitblech ist im zweiten äußeren Umfangsraumabschnitt angeordnet.
Durch den Zentrifugalkompressor gemäß der obigen Konfiguration (5) ist es möglich die Schwankung der Rückführfließrate zu unterdrücken, indem das erste Luftleitblech und das zweite Luftleitblech ohne Bemaßungsabhängigkeiten von dem ersten Einlassschlitz, dem zweiten Einlassschlitz, dem ersten Auslassschlitz und dem zweiten Auslassschlitz angeordnet werden.
(6) In einigen Ausführungsformen des Zentrifugalkompressors gemäß der obigen Konfiguration (4) oder (5) hat der erste Auslassschlitz eine Breite die kleiner ist als eine Breite des zweiten Auslassschlitzes.
Durch den Zentrifugalkompressor gemäß der obigen Konfiguration (6) ist es möglich einen Kanalwiderstand des ersten Rückführkanals entsprechend dem ersten Luftleitblech, das zu einem Fließwinkel bei einer niedrigen Fließrate passt, an dem die Rückführfließrate verringert werden soll, zu erhöhen und einen Kanalwiderstand des zweiten Rückführkanals entsprechend dem zweiten Luftleitblech, das zum Fließwinkel bei der hohen Fließrate passt, an dem die Rückführfließrate erhöht werden soll, zu verringern. Daher ist es möglich eine Wirkung der Unterdrückung der Schwankung der Rückführfließrate zu verstärken.
(7) In einigen Ausführungsformen des Zentrifugalkompressors gemäß der obigen Konfigurationen (1) bis (6) hat er erste Einlassschlitz eine Breite die kleiner ist als eine Breite des zweiten Einlassschlitzes.
Durch den Zentrifugalkompressor gemäß der obigen Konfiguration (7) ist es möglich einen Kanalwiderstand des ersten Einlassschlitzes entsprechend dem ersten Luftleitblech, das zum Fließwinkel bei der niedrigen Fließrate passt, an dem die Rückführfließrate verringert werden soll, zu erhöhen und einen Kanalwiderstand des zweiten Einlassschlitzes entsprechend dem zweiten Luftleitblech, das zum Fließwinkel bei der hohen Fließrate passt, an dem die Rückführfließrate erhöht werden soll, zu verringern. Daher ist es möglich die Wirkung der Unterdrückung der Schwankung der Rückführfließrate zu verstärken.
(8) In einigen Ausführungsformen des Zentrifugalkompressors gemäß der obigen Konfigurationen (1) bis (7) sind das erste Luftleitblech und das zweite Luftleitblech so angeordnet, dass 10° ≤ α1 - α2 ≤ 25° erfüllt ist.
Durch den Zentrifugalkompressor gemäß der obigen Konfiguration (8) ist es möglich die Schwankung der Rückführfließrate gemäß des Betriebszustands des Zentrifugalkompressors wirksam zu unterdrücken. Daher ist es möglich die Surge-Fließrate des Zentrifugalkompressors unter der Pulsationsbedingung wirksam zu reduzieren.
(9) Ein Turbolader gemäß wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Turbine und den Zentrifugalkompressor gemäß einer der obigen Konfigurationen (1) bis (8), der durch eine rotierende Welle mit der Turbine verbunden ist.
Durch den Turbolader gemäß der obigen Konfiguration (9) ist es, da der Turbolader den Zentrifugalkompressor gemäß einer der obigen Konfigurationen (1) bis (8) umfasst, möglich die Schwankung der Rückführfließrate gemäß des Betriebszustands des Zentrifugalkompressors zu unterdrücken und die Surge-Fließrate des Zentrifugalkompressors unter der Pulsationsbedingung wirksam zu reduzieren. Daher ist es möglich den Betriebsbereich des Zentrifugalkompressors auf die Seite mit niedriger Fließrate auszudehnen und den Turbolader in einem breiten Betriebsbereich stabil zu betreiben.
Gemäß der wenigstens einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, werden ein Zentrifugalkompressor und ein Turbolader bereitgestellt, die in einem breiten Betriebsbereich unter einer mit Pulsationen eines Drucks und einer Fließrate begleitenden Bedingung betrieben werden können.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht einer schematischen Konfiguration eines Turboladers 2 gemäß einer Ausführungsform.
2 ist eine Querschnittsansicht einer schematischen Konfiguration eines Rückführkanals 26 (26A) gemäß einer Ausführungsform.
3 ist eine Ansicht eines Querschnitts der ersten Luftleitbleche 36, wobei jeder entlang einer Linie A-A, wie in 2 gezeigt, in axialer Richtung verläuft (ein Querschnitt entlang der Mittelpunkte jedes der ersten Luftleitbleche 36 in axialer Richtung).
4 ist eine Ansicht eines Querschnitts der zweiten Luftleitbleche 38, wobei jeder entlang einer Linie B-B in 2 in axialer Richtung gesehen verläuft (ein Querschnitt entlang der Mittelpunkte jedes der zweiten Luftleitbleche 38 in axialer Richtung).
5 ist eine schematische Ansicht der Konfiguration eines Rückführkanals (Gehäusestrukturierung) gemäß einer Vergleichsausführungsform.
6 ist ein Diagramm des Ergebnisses einer transienten Analyse, erhalten durch das Hinzufügen einer Druckschwankung zu einer Auslassbegrenzung des Kompressors.
7 ist ein Diagramm der schematischen Beziehung zwischen einem Einflusswinkel θ und einem Druckverlustkoeffizienten eines ersten Einlassschlitzes 30.
8 ist ein Diagramm der schematischen Beziehung zwischen dem Einflusswinkel θ und einem Druckverlustkoeffizienten eines zweiten Einlassschlitzes 32.
9 ist eine Ansicht zur Beschreibung eines Flusses zum Zeitpunkt eines Betriebs auf der Seite mit niedriger Fließrate (zum Zeitpunkt des maximalen Druckverhältnisses) im Rückführkanal 26.
10 ist eine Ansicht zur Beschreibung eines Flusses zum Zeitpunkt eines Betriebs auf der Seite mit hoher Fließrate (zum Zeitpunkt des minimalen Druckverhältnisses) im Rückführkanal 26.
11 ist ein Graph der die Schwankungen in der Einlassfließrate eines Impellers, einer Ansaugfließrate und einer Rückführfließrate im Zentrifugalkompressor gemäß der Vergleichsausführungsform schematisch darstellt.
12 ist ein Graph der die Schwankungen in der Einlassfließrate des Impellers, der Ansaugfließrate und der Rückführfließrate in einem Zentrifugalkompressor 4 darstellt.
13 ist eine Querschnittsansicht einer schematischen Konfiguration zweier Rückführkanäle 26 (26A, 26B) gemäß einer Ausführungsform.
14 ist eine erweiterte Flügelreihenansicht eines Querschnitts der ersten Luftleitbleche 54, wobei jeder entlang einer Linie C-C in 13 verläuft (ein Querschnitt entlang der Mittelpunkte jedes der ersten Luftleitbleche 54 in radialer Richtung).
15 ist eine erweiterte Flügelreihenansicht eines Querschnitts der zweiten Luftleitbleche 62, wobei jeder entlang einer Linie D-D in 13 verläuft (ein Querschnitt entlang der Mittelpunkte jedes der zweiten Luftleitbleche 62 in radialer Richtung).

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben. Es ist indessen vorgesehen, dass, falls nicht speziell gekennzeichnet, Abmessungen, Materialien, Formen, relative Positionen usw. von in den Ausführungsformen beschriebenen Bauteilen als rein darstellend auszulegen sind, und nicht zur Einschränkung des Umfangs der vorliegenden Erfindung gedacht sind.
Zum Beispiel ist ein Ausdruck relativer oder absoluter Anordnung, wie „in eine Richtung“, „entlang einer Richtung“, „parallel“, „orthogonal“, „zentriert“, „konzentrisch“ und „koaxial“, nicht als reiner Hinweis auf eine Anordnung im streng wörtlichen Sinn auszulegen, sondern umfasst auch einen Zustand in dem die Anordnung um eine Toleranz oder einen Winkel oder einen Abstand verschoben ist, wobei dieselbe Funktion erfüllt werden kann.
Zum Beispiel ist ein Ausdruck eines gleichen Zustands, wie „gleich“, „gleichwertig“ und „einheitlich“, nicht als reiner Hinweis auf den Zustand in dem ein Merkmal streng gleichwertig ist, auszulegen, sondern umfasst auch einen Zustand in dem es eine Toleranz oder Abweichung gibt und trotzdem dieselbe Funktion erfüllt werden kann.
Außerdem ist, zum Beispiel, ein Ausdruck einer Form, wie eine rechteckigen Form oder eine zylindrischen Form, nicht als die rein geometrisch strenge Form auszulegen, sondern umfasst auch eine Form mit Unregelmäßigkeiten oder abgeschrägten Ecken in einem Umfang in dem dieselbe Wirkung erzielt werden kann.
Andererseits sollen Ausdrücke wie „enthalten“, „umfassen“, „beinhalten“ und „haben“ andere Bauteile nicht ausschließen.
1 ist eine Ansicht einer schematischen Konfiguration eines Turboladers 2 gemäß einer Ausführungsform.
Wie in FIG: 1 gezeigt, umfasst der Turbolader 2 einen Zentrifugalkompressor 4 und eine mit dem Zentrifugalkompressor 4 durch eine rotierende Welle 6 verbundene Turbine 8. Der Zentrifugalkompressor 4 umfasst einen Impeller 10 und ein den Impeller 10 beherbergendes Gehäuse 12. Im Folgenden wird die axiale Richtung des Impellers 10 lediglich als „axiale Richtung“ bezeichnet, die radiale Richtung des Impellers 10 wird lediglich als „radiale Richtung“ bezeichnet und die Umfangsrichtung des Impellers 10 wird lediglich als „Umfangsrichtung“ bezeichnet.
Der Impeller 10 umfasst eine an der rotierenden Welle 6 befestigte Nabe 14 und eine Vielzahl von in Intervallen in Umfangsrichtung auf der Außenumfangsfläche der Nabe 14 angeordneten Flügeln 16. Der Impeller 10 ist durch eine rotierende Welle 6 mit einem Turbinenrotor 9 der Turbine 8 verbunden. Der Impeller 10 und der Turbinenrotor 9 sind konfiguriert integral miteinander zu rotieren. Die rotierende Welle 6 wird rotierbar von einem Lager 5 getragen.
Das Gehäuse 12 umfasst einen Luftleitabschnitt 20 und einen Schneckenabschnitt 22. Der Luftleitabschnitt 20 bildet innen eine Luftstromschleuse 18 um Luft zum Impeller 10 zu leiten. Die den Impeller 10 durchquerende Luft fließt in den Schneckenabschnitt 22.
Der Luftleitabschnitt 20 umfasst wenigstens einen Rückführkanal 26 (Gehäusestrukturierung) zur Rückführung eines Teils der durch die Luftstromschleuse 18 von einer nachgelagerten Seite der Anströmkante 24 der Flügel 16 des Impellers 10 zu einer vorgelagerten Seite der Anströmkante 24 fließenden Luft.
2 ist eine Querschnittsansicht der schematischen Konfiguration eines Rückführkanals 26 (erster Rückführkanal) gemäß einer Ausführungsform.
Der in FIG: 2 gezeigte Rückführkanal 26 umfasst einen ersten äußeren Umfangsraumabschnitt 28, einen ersten Einlassschlitz 30, einen zweiten Einlassschlitz 32, einen Auslassschlitz 34, eine Vielzahl von ersten Luftleitblechen 36 und eine Vielzahl von zweiten Luftleitblechen 38.
Der äußerer Umfangsraumabschnitt 28 ist ringförmig auf der äußeren Umfangsseite der Luftstromschleuse 18 gebildet und erstreckt sich in axialer Richtung.
Der erste Einlassschlitz 30 ist ringförmig zwischen der Luftstromschleuse 18 und dem äußeren Umfangsraumabschnitt 28 gebildet, um eine Kommunikation zwischen der Luftstromschleuse 18 und dem äußeren Umfangsraumabschnitt 28 in radialer Richtung zu ermöglichen. Der erste Einlassschlitz 30 hat ein inneres Umfangsende 30a und ein äußeres Umfangsende 30b. Das innere Umfangsende 30a ist auf der nachgelagerten Seite der Anströmkanten 24 der Flügel 16 des Impellers 10 in Luftstromrichtung der Luftstromschleuse 18 mit der Luftstromschleuse 18 verbunden. Das äußere Umfangsende 30b ist mit dem äußeren Umfangsraumabschnitt 28 verbunden.
Der zweite Einlassschlitz 32 ist ringförmig zwischen der Luftstromschleuse 18 und dem äußeren Umfangsraumabschnitt 28 gebildet, um eine Kommunikation zwischen der Luftstromschleuse 18 und dem äußeren Umfangsraumabschnitt 28 in radialer Richtung zu ermöglichen. Der zweite Einlassschlitz 32 hat ein inneres Umfangsende 32a und ein äußeres Umfangsende 32b. Das innere Umfangsende 32a ist auf der nachgelagerten Seite des ersten Einlassschlitzes 30 in Luftstromrichtung der Luftstromschleuse 18 mit der Luftstromschleuse 18 verbunden. Das äußere Umfangsende 32b ist auf der vorgelagerten Seite des ersten Einlassschlitzes 30 in Luftstromrichtung des äußeren Umfangsraumabschnitts 28 mit dem äußeren Umfangsraumabschnitt 28 verbunden.
Der Auslassschlitz 34 ist ringförmig zwischen der Luftstromschleuse 18 und dem äußeren Umfangsraumabschnitt 28 gebildet, um eine Kommunikation zwischen der Luftstromschleuse 18 und dem äußeren Umfangsraumabschnitt 28 in radialer Richtung zu ermöglichen. Der Auslassschlitz 34 hat ein inneres Umfangsende 34a und ein äußeres Umfangsende 34b. Das innere Umfangsende 34a ist auf der vorgelagerten Seite der Anströmkanten 24 der Flügel 16 des Impellers 10 in Luftstromrichtung der Luftstromschleuse 18 mit der Luftstromschleuse 18 verbunden. Das äußere Umfangsende 34b ist auf der nachgelagerten Seite des ersten Einlassschlitzes 30 in Luftstromrichtung des äußeren Umfangsraumabschnitts 28 mit dem äußeren Umfangsraumabschnitt 28 verbunden (in der gezeigten Ausführungsform am nachgelagerten Endabschnitt 28a des äußeren Umfangsraumabschnitts 28 in Luftstromrichtung des äußeren Umfangsraumabschnitts 28).
3 ist eine Ansicht eines Querschnitts der ersten Luftleitbleche 36, wobei jeder entlang einer Linie A-A in 2 in axialer Richtung gesehen verläuft (ein Querschnitt entlang des Mittelpunkts jedes der ersten Luftleitbleche 36 in axialer Richtung). 4 ist eine Ansicht eines Querschnitts der zweiten Luftleitbleche 38, wobei jeder entlang einer Linie B-B in 2 in axialer Richtung gesehen verläuft (ein Querschnitt entlang des Mittelpunkts jedes der zweiten Luftleitbleche 38 in axialer Richtung).
Wie in 3 gezeigt, ist die Vielzahl an ersten Luftleitblechen 36 in Intervallen in Umfangsrichtung im ersten Einlassschlitz 30 angeordnet. Wie weiterhin in 4 gezeigt, ist die Vielzahl an zweiten Luftleitblechen 38 in Intervallen in Umfangsrichtung im ersten Einlassschlitz 32 angeordnet.
Das erste Luftleitblech 36 und das zweite Luftleitblech 38 sind angeordnet um α1 > α2 zu erfüllen, wobei α1 in einem in 3 gezeigten Querschnitt ein Winkel zwischen einer tangentialen Richtung u einer Rotationsgeschwindigkeit des Impellers 10 an der Position einer Anströmkante 40 des ersten Luftleitblechs 36 (die Umfangsrichtung im Hinblick auf die rotierende Welle 6 des Impellers 10) und einer Sehnenrichtung C1 des ersten Luftleitblechs 36 (eine Richtung zur Verknüpfung der Anströmkante 40 und einer Hinterkante 42 des ersten Luftleitblechs 36, wobei die Anströmkante 40 als Anfangspunkt festgelegt ist), ist und α2 in einem in 4 gezeigten Querschnitt ein Winkel zwischen der tangentialen Richtung u einer Rotationsgeschwindigkeit des Impellers 10 an der Position einer Anströmkante 44 des zweiten Luftleitblechs 38 (die Umfangsrichtung im Hinblick auf die rotierende Welle 6 des Impellers 10) und einer Sehnenrichtung C2 des zweiten Luftleitblechs 38 (eine Richtung zur Verknüpfung der Anströmkante 44 und einer Hinterkante 46 des ersten Luftleitblechs 38, wobei die Anströmkante 44 als Anfangspunkt festgelegt ist), ist. Der Winkel α1 und der Winkel α2 können so eingestellt sein um beispielsweise 10° ≤ α1 - α2 ≤ 25° zu erfüllen.
Da das erste Luftleitblech 36 und das zweite Luftleitblech 38 angeordnet sind um α1 > α2 wie oben beschrieben zu erfüllen, ist es möglich eine Surge-Fließrate zu reduzieren und einen Betrieb auf eine Seite mit niedriger Fließrate auszudehnen und unter einer Bedingung welche von Zeitschwankungen (Pulsationen) eines Drucks und einer Fließrate den Zentrifugalkompressor 4 eines Motors (nicht gezeigt) begleitet wird stabil in einem breiten Betriebsbereich zu betreiben.
Die Gründe aus denen es möglich ist die oben beschriebenen Wirkungen zu erreichen werden im Folgenden im Zusammenhang mit der Diskussion der Vergleichsausführungsform beschrieben.
Ein für einen Turbolader für ein Automobil genutzter Zentrifugalkompressor wird unter einer Zeitschwankungen (Pulsationen) eines Drucks und einer Fließrate begleitenden Bedingung von einem Motor genutzt. Die Surging-Eigenschaften zu diesem Zeitpunkt zeigen eine andere Tendenz relativ zu einem Test einer Kompressoreinheit (Bench Test) unter einer Bedingung welche nocht von Pulsation begleitet wird. Unter der Pulsationsbedingung tendiert die Surge-Fließrate daher dazu relativ zum Test der Kompressoreinheit reduziert zu werden (stabiler Zustand).
Ein Faktor bei der Reduzierung der Surge-Fließrate unter der Pulsationsbedingung ist der Einfluss der Trägheit dm/dt einer Flüssigkeit, hervorgerufen durch eine zeitliche Schwankung einer Massefließrate m[kg/s] eines Impellereinlasses. Es wird die Auffassung vertreten, dass die zeitliche Schwankung der Fließrate aufgrund der Pulsation steil wird, was die Trägheit erhöht, und der Rückfluss von einem Impellerauslass behindert wird, was weniger Surging verursacht.
5 ist eine schematische Ansicht der Konfiguration eines Rückführkanals (Gehäusestrukturierung) gemäß der Vergleichsausführungsform. In der in 5 gezeigten Vergleichsausführungsform ist nur ein Rückführkanal mit einem Einlassschlitz angeordnet.
6 ist ein Diagramm des Ergebnisses einer transienten Analyse, erhalten durch das Hinzufügen einer Druckschwankung zu einer Auslassbegrenzung des Kompressors.
In 6 weist eine durchgezogene Linie auf einen temporären Wechsel in der Ansaugfließrate (eine Fließrate an der Einlassbegrenzung des Zentrifugalkompressors) des Zentrifugalkompressors hin, eine einfach gepunktete Linie weist auf einen temporären Wechsel einer Fließrate am Impellereinlass hin und eine gestrichelte Linie weist auf einen temporären Wechsel im Druckverhältnis hin. Außerdem, im Hinblick auf alle Linien, weist eine dicke Linie auf einen Fall mit dem in 5 gezeigten Rückführkanal hin, und eine dünne Linie weist auf einen Fall ohne den Rückführkanal hin.
Wie in 6 gezeigt, ist eine Amplitude A der Fließrate am Impellereinlass im Fall mit dem Rückführkanal kleiner als eine Amplitude B der Fließrate am Impellereinlass im Fall ohne den Rückführkanal. Daher wird angenommen, dass der Effekt einer Reduzierung des Surging durch Pulsation im Fall mit dem Rückführkanal geringer ist. Andererseits ist eine Amplitude C der Ansaugfließrate im Wesentlichen dieselbe, unabhängig von der An- oder Abwesenheit des Rückführkanals. Da die Fließrate am Impellereinlass durch eine Summe aus der Ansaugfließrate und einer Rückführfließrate vom Rückführkanal dargestellt wird, wird angenommen, dass die Amplitude A der Fließrate am Impellereinlass verglichen mit der Amplitude B abnimmt, als Ergebnis davon, dass die Rückführfließrate in eine gegenteilige Phase zur Ansaugfließrate schwankt. Daher dämpft die Wirkung der Trägheit dm/dt als Faktor bei der Verbesserung des Surging unter der Pulsationsbedingung, und beschränkt einen Surge-verbessernden Effekt.
Ein Unterschied zwischen den Amplituden der Fließrate am Einlass unter der Pulsationsbedingung gemäß der An- oder Abwesenheit des Rückführkanals, kann anhand der folgenden Theorie beschrieben werden.
Zunächst, als erste Voraussetzung, ändert sich die Rückführfließrate des Rückführkanals gemäß einem Druckzustand am Auslass des Zentrifugalkompressors. Außerdem, als zweite Voraussetzung, wird die Fließrate an einem Druckmaximum minimal und an einem Druckminimum wird die Fließrate maximal aufgrund der P-Q-Eigenschaften eines allgemeinen Zentrifugalkompressors.
Ausgehend von diesen Voraussetzungen, verringert sich ein Differentialdruck zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Rückführkanals (ein Differentialdruck zwischen einem Punkt P und einem Punkt Q in 5) an dem Punkt an dem die Ansaugfließrate aufgrund eines Druckabfalls am Auslass des Kompressors maximal wird und die Rückführfließrate nimmt ab. Andererseits, an einem Punkt an dem die Ansaugfließrate minimal wird, erhöht sich der Differentialdruck zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Rückführkanals aufgrund eines Druckanstiegs am Auslass, und die Rückführfließrate steigt an. Da die Fließrate am Impellereinlass als die Summe der Ansaugfließrate und der Rückführfließrate definiert ist, verringert sich die Amplitude der Fließrate der durch das Innere des Impellers fließenden Luft als Ergebnis der Tatsache, dass eine Änderung in der Rückführfließrate die Aufhebung einer Änderung in der Ansaugfließrate bewirkt.
Auf Grundlage der oben genannten Theorie wird angenommen, dass es möglich ist die von der Fließratenschwankung am Impellereinlass verursachte Dämpfung der Trägheit zu unterdrücken und die Surge-Fließrate des Zentrifugalkompressors unter der Pulsationsbedingung wirksam zu reduzieren, wenn die Struktur des Rückführkanals mit weniger Schwankungen der Fließrate unter der Pulsationsbedingung ausgebildet wird.
Angesichts des oben Gesagten, und unter Berücksichtigung der in 2 gezeigten Konfiguration bezüglich der Verteilung des statischen Drucks in Fließrichtung der Luftstromschleuse 18, da der Differentialdruck zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Rückführkanals ansteigt sobald die Einlassschlitze des Rückführkanals 26 auf der nachgelagerteren Seite positioniert werden, wird angenommen, dass die Schwankung der Rückführfließrate im Vergleich mit der Schwankung des Druckverhältnisses unterdrückt werden kann, indem der Luft ermöglicht wird bei niedriger Fließrate leicht durch den ersten Einlassschlitz 30 auf der vorgelagerten Seite zu strömen und der Luft ermöglicht wird bei hoher Fließrate leicht durch den zweiten Einlassschlitz 32 auf der nachgelagerten Seite zu strömen.
Daher, wie in 3 und 4 gezeigt, sind das erste Luftleitblech 36 und das zweite Luftleitblech 38 angeordnet um α1 > α2 zu erfüllen. Im
Zentrifugalkompressor 4 verringert sich mit Erhöhung der Fließrate ein von einer Fließrichtung d von Luft die jeweils hinsichtlich der tangentialen Richtung u der Rotationsgeschwindigkeit des Impellers 10 in das erste Luftleitblech 36 und das zweite Luftleitblech 38 strömt, gebildeter Strömungswinkel θ. Daher ist es möglich den Winkel α1 des ersten Luftleitblechs 36 an den Fließwinkel θ bei niedriger Fließrate anzupassen und den Winkel α2 des zweiten Luftleitblechs 38 an den Fließwinkel θ bei hoher Fließrate unter der Pulsationsbedingung anzupassen indem die passenden Winkel α1 und a2 eingestellt werden, die α1 > α2 erfüllen.
So kann beispielsweise der Winkel α1 des ersten Luftleitblechs 36 relativ groß eingestellt werden, damit ein Druckverlustkoeffizient des ersten Einlassschlitzes 30 minimal wird wenn die Fließrate minimal ist (wenn das Druckverhältnis maximal ist), wie in 7 gezeigt, und der Winkel α2 des zweiten Luftleitblechs 38 kann kleiner als der Winkel α1 eingestellt werden, damit ein Druckverlustkoeffizient des zweiten Einlassschlitzes 32 minimal wird wenn die Fließrate maximal ist (wenn das Druckverhältnis minimal ist), wie in 8 gezeigt. Daher kann der Luft ermöglicht werden mit einer kleinen Druckdifferenz bei niedriger Fließrate leicht vom Auslassschlitz 34 durch den ersten Einlassschlitz 30 zu strömen, wie in 9 gezeigt, und es kann der Luft ermöglicht werden mit einer großen Druckdifferenz bei hoher Fließrate leicht vom Auslassschlitz 34 durch den zweiten Einlassschlitz 32 zu strömen, wie in 10 gezeigt.
Die Schlitze 30, 32, an die der Fließwinkel Θ angepasst ist, werden gemäß einem Betriebspunkt des Zentrifugalkompressors 4 unter der Pulsationsbedingung ausgetauscht, und legen so die passenden Winkel α1 und α2 fest, die α1 > α2 erfüllen, was die Unterdrückung der Schwankung der Rückführfließrate gemäß einem Betriebszustand des Zentrifugalkompressors 4 und eine Aufrechterhaltung der Fließratenschwankung am Impellereinlass in der in 11 und 12 gezeigten Ausführungsform im Vergleich mit dem Zentrifugalkompressor gemäß der Vergleichsausführungsform (siehe 5) ermöglicht. Daher ist es möglich den Effekt der Trägheit dm/dt der Flüssigkeit unter der Pulsationsbedingung sicherzustellen, die Surge-Fließrate wirksam zu reduzieren und den Betriebsbereich auf die Seite mit niedriger Fließrate auszudehnen und den Zentrifugalkompressor 4 in dem breiten Betriebsbereich stabil zu betreiben.
Falls das erste Luftleitblech 36 und das zweite Luftleitblech 38 nicht in der oben beschriebenen Ausführungsform angeordnet sind, ändert sich die Größenbeziehung zwischen dem Druckverlustkoeffizienten des ersten Einlassschlitzes 30 und dem Druckverlustkoeffizienten des zweiten Einlassschlitzes 32 nicht einmal wenn der Fließwinkel θ ändert und so ist es unmöglich die Schwankung der Rückführfließrate wirksam zu unterdrücken.
13 ist eine Querschnittsansicht der schematischen Konfiguration zweier Rückführkanäle 26 (26A, 26B) gemäß einer Ausführungsform. In der in 13 gezeigten Ausführungsform umfasst das Gehäuse 12 den ersten Rückführkanal 26A und den zweiten Rückführkanal 26B, die in radialer Richtung doppelt installiert sind.
Der erste Rückführkanal 26A umfasst einen ersten äußeren Umfangsraumabschnitt 48, einen ersten Einlassschlitz 50, einen ersten Auslassschlitz 52 und eine Vielzahl von ersten Luftleitblechen 54. Der erste äußerer Umfangsraumabschnitt 48 ist ringförmig auf der äußeren Umfangsseite der Luftstromschleuse 18 ausgebildet und erstreckt sich in axialer Richtung.
Der erste Einlassschlitz 50 ist ringförmig zwischen der Luftstromschleuse 18 und dem äußeren Umfangsraumabschnitt 48 gebildet, um eine Kommunikation zwischen der Luftstromschleuse 18 und dem ersten äußeren Umfangsraumabschnitt 48 in radialer Richtung zu ermöglichen. Der erste Einlassschlitz 50 hat ein inneres Umfangsende 50a und ein äußeres Umfangsende 50b. Das innere Umfangsende 50a ist auf der nachgelagerten Seite der Anströmkanten 24 der Flügel 16 des Impellers 10 in Luftstromrichtung der Luftstromschleuse 18 mit der Luftstromschleuse 18 verbunden. Das äußere Umfangsende 50b ist mit dem ersten äußeren Umfangsraumabschnitt 48 verbunden.
Der erste Auslassschlitz 52 ist ringförmig zwischen der Luftstromschleuse 18 und dem äußeren Umfangsraumabschnitt 48 gebildet, um eine Kommunikation zwischen der Luftstromschleuse 18 und dem ersten äußeren Umfangsraumabschnitt 48 in radialer Richtung zu ermöglichen. Der erste Auslassschlitz 52 hat ein inneres Umfangsende 52a und ein äußeres Umfangsende 52b. Das innere Umfangsende 52a ist auf der vorgelagerten Seite der Anströmkanten 24 der Flügel 16 in Luftstromrichtung der Luftstromschleuse 18 mit der Luftstromschleuse 18 verbunden. Das äußere Umfangsende 52b ist auf der nachgelagerten Seite des ersten Einlassschlitzes 50 in Luftstromrichtung des ersten äußeren Umfangsraumabschnitts 48 mit dem ersten äußeren Umfangsraumabschnitt 48 verbunden (in der abgebildeten Ausführungsform, an einem nachgelagerten Endabschnitt 48a des ersten äußeren Umfangsraumabschnitts 48 in Luftstromrichtung des ersten äußeren Umfangsraumabschnitts 48).
Der zweite Rückführkanal 26B umfasst einen zweiten äußeren Umfangsraumabschnitt 56, einen zweiten Einlassschlitz 58, einen zweiten Auslassschlitz 60 und eine Vielzahl von zweiten Luftleitblechen 62. Der zweite äußerer Umfangsraumabschnitt 56 ist ringförmig auf der äußeren Umfangsseite des ersten äußeren Umfangsraumabschnitts 48 ausgebildet und erstreckt sich in axialer Richtung.
Der zweite Einlassschlitz 58 ist ringförmig zwischen der Luftstromschleuse 18 und dem zweiten äußeren Umfangsraumabschnitt 56 gebildet, um eine Kommunikation zwischen der Luftstromschleuse 18 und dem zweiten äußeren Umfangsraumabschnitt 56 in radialer Richtung zu ermöglichen. Der zweite Einlassschlitz 58 hat ein inneres Umfangsende 58a und ein äußeres Umfangsende 58b. Das innere Umfangsende 58a ist auf der nachgelagerten Seite des erste Einlassschlitzes 30 in Luftstromrichtung der Luftstromschleuse 18 mit der Luftstromschleuse 18 verbunden. Das äußere Umfangsende 58b ist mit dem zweiten äußeren Umfangsraumabschnitt 56 verbunden. Eine Schlitzbreite W2 des zweiten Einlassschlitzes 58 in axialer Richtung ist größer eingestellt als eineSchlitzbreite W1 des ersten Einlassschlitzes 50 in axialer Richtung.
Der zweite Auslassschlitz 60 ist ringförmig zwischen der Luftstromschleuse 18 und dem zweiten äußeren Umfangsraumabschnitt 56 gebildet, um eine Kommunikation zwischen der Luftstromschleuse 18 und dem zweiten äußeren Umfangsraumabschnitt 56 in radialer Richtung zu ermöglichen. Der zweite Auslassschlitz 60 hat ein inneres Umfangsende 60a und ein äußeres Umfangsende 60b. Das innere Umfangsende 60a ist auf der vorgelagerten Seite des zweiten Einlassschlitzes 58 in Luftstromrichtung der Luftstromschleuse 18 mit der Luftstromschleuse 18 verbunden. Das äußere Umfangsende 60b ist auf der nachgelagerten Seite des zweiten Einlassschlitzes 58 in Luftstromrichtung des zweiten äußeren Umfangsraumabschnitts 56 mit dem zweiten äußeren Umfangsraumabschnitt 56 verbunden (in der gezeigten Ausführungsform an einem nachgelagerten Endabschnitt 56a des zweiten äußeren Umfangsraumabschnitts 56 in Luftstromrichtung des zweiten äußeren Umfangsraumabschnitts 56). Eine Schlitzbreite W4 des zweiten Auslassschlitzes 60 in axialer Richtung ist größer eingestellt als eine Schlitzbreite W3 des ersten Auslassschlitzes 52 in axialer Richtung.
14 ist eine erweiterte Flügelreihenansicht eines Querschnitts der ersten Luftleitbleche 54, wobei jeder entlang einer Linie C-C in 13 verläuft (ein Querschnitt entlang des Mittelpunkts jedes der ersten Luftleitbleche 54 in radialer Richtung). 15 ist eine erweiterte Flügelreihenansicht eines Querschnitts der zweiten Luftleitbleche 62, wobei jeder entlang einer Linie D-D in 13 verläuft (ein Querschnitt entlang des Mittelpunkts jedes der zweiten Luftleitbleche 62 in radialer Richtung).
Wie in 14 gezeigt, ist die Vielzahl an ersten Luftleitblechen 54 in Intervallen in Umfangsrichtung des ersten äußeren Umfangsraumabschnitts 48 angeordnet. Des Weiteren, wie in 15 gezeigt, ist die Vielzahl an zweiten Luftleitblechen 62 in Intervallen in Umfangsrichtung des zweiten äußeren Umfangsraumabschnitts 56 angeordnet.
Das erste Luftleitblech 54 und das zweite Luftleitblech 62 sind angeordnet um α1 > α2 zu erfüllen, wobei α1 der Winkel zwischen einer tangentialen Richtung u der Rotationsgeschwindigkeit des Impellers 10 an der Position einer Anströmkante 64 des ersten Luftleitblechs 54 (die Umfangsrichtung im Hinblick auf die rotierende Welle 6 des Impellers 10) und der Sehnenrichtung C1 des ersten Luftleitblechs 36 (eine Richtung zur Verknüpfung der Anströmkante 64 und einer Hinterkante 66 des ersten Luftleitblechs 54, wobei die Anströmkante 64 als Anfangspunkt festgelegt ist) ist, wie in 14 gezeigt und α2 der Winkel zwischen der tangentialen Richtung u einer Rotationsgeschwindigkeit des Impellers 10 an der Position einer Anströmkante 68 des zweiten Luftleitblechs 62 (die Umfangsrichtung im Hinblick auf die rotierende Welle 6 des Impellers 10) und der Sehnenrichtung C2 des zweiten Luftleitblechs 62 (eine Richtung zur Verknüpfung der Anströmkante 68 und einer Hinterkante 70 des ersten Luftleitblechs 62, wobei die Anströmkante 68 als Anfangspunkt festgelegt ist) ist, wie in 15 gezeigt.
In der in 13 gezeigten Konfiguration ist ein Differentialdruck zwischen der Vorderseite und der Rückseite des zweiten Rückführkanals 26B (ein Differentialdruck zwischen dem zweiten Einlassschlitz 58 und dem zweiten Auslassschlitz 60) höher als ein Differentialdruck zwischen der Vorderseite und der Rückseite des ersten Rückführkanals 26A (ein Differentialdruck zwischen dem ersten Einlassschlitz 50 und dem ersten Auslassschlitz 52). Daher ist der Winkel α1 so eingestellt, dass er zum Fließwinkel Θ passt, wenn die Fließrate minimal ist (wenn das Druckverhältnis maximal ist), und der Winkel α2 ist kleiner eingestellt als der Winkel α1, sodass er zum Fließwinkel Θ passt wenn die Fließrate maximal ist (wenn das Druckverhältnis minimal ist), was es ermöglicht den Druckverlustkoeffizienten des ersten Rückführkanals 26A zu minimieren wenn die Fließrate minimal ist und den Druckverlustkoeffizienten des zweiten Rückführkanals 26B zu minimieren wenn die Fließrate maximal ist.
Da daher gemäß dem Betriebspunkt des Zentrifugalkompressors 4 zwischen den Rückführkanälen 26A, 26B, die zum Fließwinkel θ passen, gewechselt wird, ist es möglich die Schwankung der Rückführfließrate gemäß dem Betriebszustand des Zentrifugalkompressors 4 zu unterdrücken und die Surge-Fließrate des Zentrifugalkompressors 4 unter der Pulsationsbedingung im Vergleich zu dem Zentrifugalkompressor gemäß der Vergleichsausführungsform (siehe 5) wirksam zu reduzieren. Daher ist es möglich den Betriebsbereich des Zentrifugalkompressors 4 auf die Seite mit niedriger Fließrate auszudehnen und den Zentrifugalkompressor 4 in dem breiten Betriebsbereich stabil zu betreiben.
Außerdem ist, wie oben beschrieben, die Schlitzbreite W1 des ersten Einlassschlitzes 50 kleiner eingestellt als die Schlitzbreite W2 des zweiten Einlassschlitzes 58 und die Schlitzbreite W3 des ersten Auslassschlitzes 52 ist kleiner eingestellt als die Schlitzbreite W4 des zweiten Auslassschlitzes 60. Daher wird ein Kanalwiderstand des ersten Rückführkanals 26A entsprechend den ersten Luftleitblechen 54, die zum Fließwinkel θ der niedrigen Fließrate an dem die Rückführfließrate verringert werden soll, erhöht, ein Kanalwiderstand des zweiten Rückführkanals 26B entsprechend den zweiten Luftleitblechen 62, die zum Fließwinkel θ der hohen Fließrate an dem die Rückführfließrate erhöht werden soll, verringert. Daher ist es möglich eine Wirkung der Unterdrückung der Schwankung der Rückführfließrate zu verstärken um die Rückführfließrate anzugleichen. Im Hinblick auf Herstellbarkeit und Verpackung des Gehäuses 12 ist die in 2 gezeigte Ausführungsform jedoch vorteilhafter als die in 13 gezeigte Ausführungsform.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt und umfasst auch eine durch Anpassung der oben beschriebenen Ausführungsform erhaltene Ausführungsform und eine durch angemessene Kombination dieser Ausführungsformen erhaltene Ausführungsform.

Claims

Ein Zentrifugalkompressor umfassend: einen Impeller; und ein den Impeller umschließendes Gehäuse das im Inneren eine Luftstromschleuse bildet um Luft zum Impeller zu leiten, wobei das Gehäuse umfasst wenigstens einen Rückführkanal zur Rückführung eines Teils der durch die Luftstromschleuse von einer nachgelagerten Seite einer Anströmkante eines Flügels des Impellers zu einer vorgelagerten Seite der Anströmkante fließenden Luft, wobei der wenigstens eine Rückführkanal umfasst: einen ersten Einlassschlitz der auf der nachgelagerten Seite der Anströmkante in eine Luftstromrichtung der Luftstromschleuse mit der Luftstromschleuse verbunden ist; einen zweiten Einlassschlitz der auf einer nachgelagerten Seite des ersten Einlassschlitzes in Luftstromrichtung der Luftstromschleuse mit der Luftstromschleuse verbunden ist; ein erstes Luftleitblech, das auf der nachgelagerten Seite des ersten Einlassschlitzes oder im ersten Einlassschlitz im wenigstens einen Rückführkanal angeordnet ist; und ein zweites Luftleitblech, das auf einer nachgelagerten Seite des zweiten Einlassschlitzes oder im zweiten Einlassschlitz im wenigstens einen Rückführkanal angeordnet ist; und wobei α1 > α2 erfüllt ist, wobei α1 ein Winkel zwischen einer Sehnenrichtung des ersten Luftleitblechs und einer Umfangsrichtung im Hinblick auf eine rotierende Welle des Impellers an einer Position einer Anströmkante des ersten Luftleitblechs ist und α2 ein Winkel zwischen einer Sehnenrichtung des zweiten Luftleitblechs und der Umfangsrichtung im Hinblick auf die rotierende Welle des Impellers an einer Position einer Anströmkante des zweiten Luftleitblechs ist.
Der Zentrifugalkompressor nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Rückführkanal einen ersten Rückführkanal umfassend den ersten Einlassschlitz, den zweiten Einlassschlitz, das erste Luftleitblech und das zweite Luftleitblech umfasst, und wobei der erste Rückführkanal umfasst: einen Auslassschlitz, der mit der Luftstromschleuse auf einer vorgelagerten Seite der Anströmkante des Flügels in Luftstromrichtung der Luftstromschleuse verbunden ist; und einen äußeren Umfangsraumabschnitt, der auf einer äußeren Umfangsseite der Luftstromschleuse angeordnet ist und jeweils mit dem ersten Einlassschlitz, dem zweiten Einlassschlitz und dem Auslassschlitz verbunden ist.
Der Zentrifugalkompressor nach Anspruch 2, wobei das erste Luftleitblech in dem ersten Einlassschlitz angeordnet ist und das zweite Luftleitblech in dem zweiten Einlassschlitz angeordnet ist.
Der Zentrifugalkompressor nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Rückführkanal einen ersten Rückführkanal umfassend den ersten Einlassschlitz und das erste Luftleitblech umfasst und einen zweiten Rückführkanal umfassend den zweiten Einlassschlitz und das zweite Luftleitblech umfasst, wobei der erste Rückführkanal einen ersten Auslassschlitz, der mit der Luftstromschleuse auf der vorgelagerten Seite der Anströmkante des Flügels in Luftstromrichtung der Luftstromschleuse mit der Luftstromschleuse verbunden ist, und einen ersten äußeren Umfangsraumabschnitt, der auf einer äußeren Umfangsseite der Luftstromschleuse angeordnet ist, und jeweils mit dem ersten Einlassschlitz und dem ersten Auslassschlitz verbunden ist, umfasst, und wobei der zweite Rückführkanal einen zweiten Auslassschlitz, der mit der Luftstromschleuse auf einer vorgelagerten Seite des ersten Auslassschlitzes in Luftstromrichtung der Luftstromschleuse mit der Luftstromschleuse verbunden ist, und einen zweiten äußeren Umfangsraumabschnitt, der auf einer äußeren Umfangsseite des ersten äußeren Umfangsraumabschnitts angeordnet ist und jeweils mit dem zweiten Einlassschlitz und dem zweiten Auslassschlitz verbunden ist, umfasst.
Der Zentrifugalkompressor nach Anspruch 4, wobei das erste Luftleitblech in dem ersten äußeren Umfangsraumabschnitt angeordnet ist, und das zweite Luftleitblech in dem zweiten äußeren Umfangsraumabschnitt angeordnet ist.
Der Zentrifugalkompressor nach Anspruch 4 oder 5, wobei der erste Auslassschlitz eine Breite hat die kleiner ist als eine Breite des zweiten Auslassschlitzes.
Der Zentrifugalkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste Einlassschlitz eine Breite hat die kleiner ist als eine Breite des zweiten Einlassschlitzes.
Der Zentrifugalkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das erste Luftleitblech und das zweite Luftleitblech angeordnet sind um 10° ≤ α1 - α2 ≤ 25° zu erfüllen.
Ein Turbolader umfassend: eine Turbine; und den Zentrifugalkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, der über eine rotierende Welle mit der Turbine verbunden ist.