阅读说明：本技术 离心压缩机以及具有该离心压缩机的涡轮增压器 (Centrifugal compressor and turbocharger having the same ) 是由 林良洋 于 2017-11-16 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种离心压缩机以及具有该离心压缩机的涡轮增压器。离心压缩机具有壳体,该壳体包括：涡旋部,其在叶轮的外周侧形成有涡卷状的涡旋流路；扩散器部,其形成有扩散器流路,且扩散器流路在涡旋流路的径向内侧沿涡旋流路延伸并与涡旋流路连通。扩散器流路包括：内侧流路部,其从扩散器流路的入口部到喉部使流路高度减小并延伸；外侧流路部,其从喉部延伸到扩散器流路的出口部。在以涡旋部的舌部为基准的周向的角度范围为240°到300°的范围内的从旋转轴线到喉部的平均距离比240°到300°的范围外的从旋转轴线到喉部的平均距离大。(The invention provides a centrifugal compressor and a turbocharger with the same. The centrifugal compressor has a housing comprising: a scroll portion having a scroll-like scroll flow path formed on an outer peripheral side of the impeller; and a diffuser portion in which a diffuser flow path is formed, the diffuser flow path extending along the scroll flow path on a radially inner side of the scroll flow path and communicating with the scroll flow path. The diffuser flow path includes: an inner flow path portion which reduces and extends a flow path height from an inlet portion to a throat portion of the diffuser flow path; an outer flow path portion extending from the throat portion to an outlet portion of the diffuser flow path. An average distance from the rotation axis to the throat in a circumferential angular range of 240 ° to 300 ° with respect to the tongue of the scroll portion is larger than an average distance from the rotation axis to the throat outside the range of 240 ° to 300 °.)

离心压缩机以及具有该离心压缩机的涡轮增压器

技术领域

本发明涉及离心压缩机以及具有该离心压缩机的涡轮增压器。

背景技术

近年来，离心压缩机的工作区域被要求扩大。在专利文献1中已经公开一种离心压缩机，其使涡旋流路的卷绕开端部附近的区域中的扩散器流路的喉部的径向位置比涡旋流路的卷绕终端部附近的区域中的扩散器流路的喉部的径向位置更位于径向外侧。利用该结构，能够减小在小流量侧扩散器流路的出口静压在周向上变化，因此，能够使工作区域向小流量侧扩展。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2015/064272号

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在专利文献1中未描述使工作区域向大流量侧扩展的情况。通常，在离心压缩机的大流量工作点，已知因流入涡旋流路的体积流量过大而形成增速流，使静压趋向于越靠近涡旋流路的出口侧越降低。根据本发明的发明人的研究结果已经明确，由于该静压场的影响，在邻接的扩散器流路的内部，在涡旋流路的出口附近动压局部过大，随着该位置的压力损失，效率的降低量增大。

本发明是鉴于上述问题而提出的，本发明的至少一个实施方式的目的在于提供一种离心压缩机以及具有该离心压缩机的涡轮增压器，其抑制了在大流量侧的效率降低。

用于解决技术问题的技术方案

(1)本发明的至少一个实施方式的离心压缩机为具有叶轮以及壳体的离心压缩机，

所述壳体包括：

涡旋部，其在所述叶轮的外周侧形成有涡卷状的涡旋流路；

扩散器部，其形成有扩散器流路，且所述扩散器流路在所述涡旋流路的径向内侧沿所述涡旋流路延伸并与所述涡旋流路连通；

所述扩散器流路包括：

内侧流路部，其从所述扩散器流路的入口部到比所述入口部更位于径向外侧的喉部使流路高度减小并延伸；

外侧流路部，其从所述喉部延伸到所述扩散器流路的出口部；

在以所述涡旋部的舌部为基准的周向的角度范围为240°到300°的范围内的从所述旋转轴线到所述喉部的平均距离比在所述角度范围为240°到300°的范围外的从所述旋转轴线到所述喉部的平均距离大。

根据上述(1)的结构，通过使涡旋流路的卷绕终端部附近的区域中的从叶轮的旋转轴线到喉部的平均距离比涡旋流路的卷绕终端部附近的区域以外的区域中的从旋转轴线到喉部的平均距离大，而卷绕终端部附近的区域中的扩散器流路的流路面积扩大并且压力损失减少，所以，能够抑制在大流量侧的离心压缩机的效率降低。

(2)在几个实施方式中，基于上述(1)的结构，

从所述旋转轴线到所述喉部的距离沿周向至少部分地发生变化，在所述角度范围为240°到300°的范围内最大。

根据上述(2)的结构，通过使从旋转轴线到喉部的距离在涡旋流路的卷绕终端部附近的区域中最大，而卷绕终端部附近的区域中的扩散器流路的流路面积扩大并且压力损失减少，所以，能够抑制在大流量侧的离心压缩机的效率降低。

(3)在几个实施方式中，基于上述(1)或(2)的结构，

在所述角度范围为240°到300°的范围内的所述喉部的平均流路高度为在所述角度范围为240°到300°的范围外的所述喉部的平均流路高度以上。

当设为在涡旋流路的卷绕终端部附近的区域中仅使喉部位于比其它区域更靠近径向外侧的结构时，导致成为喉部的流路高度低于其它区域、且流路面积减少的结构。但是，根据上述(3)的结构，即使在涡旋流路的卷绕终端部附近的区域中使喉部比其它的区域更位于径向外侧，也因为喉部的平均流路高度为其它区域的喉部的平均流路高度以上，所以，能够避免成为流路面积减少的结构。

(4)在几个实施方式中，基于上述(3)的结构，

所述扩散器部包括在相互之间划定所述内侧流路部的第一内壁面及第二内壁面，所述第一内壁面相对于所述旋转轴线垂直，所述第二内壁面以从所述入口部到所述喉部接近所述第一内壁面的方式相对于与所述旋转轴线垂直的平面形成锐角的倾斜角度地倾斜，

所述角度范围为240°到300°的范围内的所述倾斜角度的平均值比在所述角度范围为240°到300°的范围外的所述倾斜角度的平均值小。

根据上述(4)的结构，通过在涡旋流路的卷绕终端部附近的区域中使喉部比其它区域更位于径向外侧，而能够实现上述(3)的结构，其能够避免形成流路面积减少的结构。

(5)在几个实施方式中，基于上述(1)～(4)中的任一结构，

所述外侧流路部在所述角度范围为270°到360°的范围内，具有径向上的从所述喉部到所述出口部的至少一部分区域的流路高度朝向周向下游减小的周向范围。

因为在小流量侧，涡旋流路的内部越靠近下游侧压缩流体的流速越小，所以存在压缩流体从涡旋流路的卷绕终端部附近向扩散器流路回流、且失速区域在从卷绕终端部附近朝向卷绕开端部附近的方向上扩大的情况。根据上述(5)的结构，通过在涡旋流路的卷绕终端部附近到卷绕开端部附近的区域中，使径向上的从所述喉部到所述出口部的至少一部分区域的流路高度朝向周向下游减小的周向范围存在于扩散器流路，而能够减少失速区域从卷绕终端部附近朝向卷绕开端部附近的方向扩大，所以能够抑制在小流量侧的离心压缩机的效率降低。

(6)在几个实施方式中，基于上述(5)的结构，

所述扩散器部包括在相互之间划定所述外侧流路部的第三内壁面及第四内壁面，所述第三内壁面相对于所述旋转轴线垂直，

所述第四内壁面在所述角度范围为270°到360°的范围内，具有以朝向周向下游接近所述第三内壁面的方式相对于与所述旋转轴线垂直的平面倾斜的所述周向范围。

根据上述(6)的结构，能够实现上述(5)的结构，其能够减少失速区域从卷绕终端部附近朝向卷绕开端部附近的方向扩大。

(7)在几个实施方式中，基于上述(5)或(6)的结构，

当在所述周向范围内使周向的最上游侧的所述至少一部分区域的流路高度为h_C、使周向的最下游侧的所述至少一部分区域的流路高度为h_D时，为

0.6≦h_D/h_C≦0.9。

根据上述(7)的结构，能够将外侧流路部的流路面积的减少抑制为最小程度，并且减少失速区域的扩大，抑制在小流量侧的离心压缩机的效率降低。

(8)本发明的至少一个实施方式的涡轮增压器具有：

上述(1)～(7)中的任意一个离心压缩机。

根据上述(8)的结构，能够抑制在大流量侧的离心压缩机的效率降低。

发明的效果

根据本发明的至少一个实施方式，通过使涡旋流路的卷绕终端部附近的区域中的从叶轮的旋转轴线到喉部的平均距离比涡旋流路的卷绕终端部附近的区域以外的区域中的从旋转轴线到喉部的平均距离大，卷绕终端部附近的区域中的扩散器流路的流路面积扩大并且压力损失减少，所以能够抑制在大流量侧的离心压缩机的效率降低。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的离心压缩机的剖视图。

图2是本发明的第一实施方式的离心压缩机的扩散器部的剖视图。

图3是本发明的第一实施方式的离心压缩机的扩散器部的剖视示意图。

图4是本发明的第二实施方式的离心压缩机的剖视图。

图5是本发明的第二实施方式的离心压缩机的扩散器流路的外侧流路部的局部剖视示意图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。但是，本发明的范围不限于以下的实施方式。在以下的实施方式中所述的构成部件的尺寸、材质、形状及其相对配置等只是简单的说明例，不旨在将本发明的范围仅限定于此。

以涡轮增压器的离心压缩机为例对以下所示的本发明的几个实施方式的离心压缩机进行说明。但是，本发明的离心压缩机不限于涡轮增压器的离心压缩机，也可以为单独工作的任意的离心压缩机。在以下的说明中，虽然被该压缩机压缩的流体为空气，但也可以置换为任意的流体。

(第一实施方式)

如图1所示，本发明的第一实施方式的离心压缩机1具有：壳体2、和在壳体2内以旋转轴线L为中心可旋转地设置的叶轮3。壳体2包括：在叶轮3的外周侧形成有涡卷状的涡旋流路5的涡旋部4、和形成有扩散器流路7的扩散器部6。

在本发明中，将以涡旋部4的舌部4a为基准的周向位置由以旋转轴线L为中心的中心角θ进行表示。因此，表示舌部4a的周向位置的中心角θ为0°。但是，用于意味着从舌部4a沿涡旋流路5一周并返回舌部4a的舌部4a的位置表示为中心角θ＝360°。另外，周向的任意的范围能够由中心角θ的范围进行表示，将由中心角θ的范围表示的范围定义为角度范围。

本发明的发明人利用CFD分析求出离心压缩机1在大流量侧进行工作时的扩散器流路7内的动压分布，其结果是，发现动压在涡旋部4的卷绕终端部附近、即中心角θ为270°的周向位置附近(图1中的区域A)增大，因压力损失引起的效率降低增大。因此，只要减少在该区域A的压力损失，就能够提高离心压缩机1在大流量侧的效率。

如图2所示，扩散器流路7包括：内侧流路部11，其从扩散器流路7的入口部7a到比入口部7a更位于径向外侧的喉部10使流路高度减小并延伸；外侧流路部12，其从喉部10延伸到扩散器流路7的出口部7b。在此，所谓的流路高度，意味着在旋转轴线L延伸的方向上的扩散器流路7的宽度。

在旋转轴线L延伸的方向上相互面对的扩散器部6的第一内壁面11a及第二内壁面11b之间划定内侧流路部11。在旋转轴线L延伸的方向上相互面对的扩散器部6的第三内壁面12a及第四内壁面12b之间划定外侧流路部12。第一内壁面11a相对于与旋转轴线L垂直的平面P垂直，与之相对，第二内壁面11b以从入口部7a到喉部10接近第一内壁面11a的方式相对于平面P形成锐角的倾斜角度α地倾斜。由此，内侧流路部11构成为，从入口部7a到喉部10使流路高度减小并延伸。

如图1所示，离心压缩机1构成为，中心角θ为240°到300°的角度范围B内的从旋转轴线L到喉部10的距离R比角度范围B以外的从旋转轴线L到喉部10的距离R’大。换言之，角度范围B内的喉部10的径向位置比角度范围B以外的喉部10的径向位置更位于径向外侧。特别是构成为，距离R的最大值R_max位于中心角θ＝270°的周向位置。通过设为上述结构，而涡旋部4的卷绕终端部附近的区域中的扩散器流路7的流路面积扩大并且压力损失减少，所以能够抑制在大流量侧的离心压缩机1的效率降低。

但是，如图3所示，当设为使角度范围B内的倾斜角度α_B保持与角度范围B以外的倾斜角度α₀相同地使喉部10向径向外侧错位的结构时，导致成为角度范围B内的喉部10的流路高度h_B’低于角度范围B以外的喉部10的流路高度h₀、且流路面积减少的结构。因此，通过使倾斜角度α(参照图2)沿周向分布，且使角度范围B的倾斜角度α_B比角度范围B以外的倾斜角度α₀小，而能够为角度范围B内的喉部10的流路高度h_B与角度范围B以外的喉部10的流路高度h₀相同或角度范围B内的喉部10的流路高度h_B比角度范围B以外的喉部10的流路高度h₀大的结构，所以能够抑制流路面积的减少。

这样，通过使涡旋流路5的卷绕终端部附近的区域中的叶轮3的从旋转轴线L到喉部10的距离R比涡旋流路5的卷绕终端部附近的区域以外的区域中的从旋转轴线L到喉部10的距离R’大，而卷绕终端部附近的区域中的扩散器流路7的流路面积扩大并且压力损失减少，所以能够抑制在大流量侧的离心压缩机1的效率降低。

在第一实施方式中，虽然构成为角度范围B整体的距离R比角度范围B以外的任意距离R’大，且距离R的最大值R_max位于中心角θ＝270°的周向位置，但不限定于该方式。即使在角度范围B的范围内存在比角度范围B以外的任意部分的距离R’小的距离R、或者在角度范围B以外存在比最大值R_max大的距离R’，也只要为距离R的平均值比距离R’的平均值大的结构即可。

在第一实施方式中，虽然构成为角度范围B整体的流路高度h_B与角度范围B以外的任意流路高度h₀相同或者角度范围B整体的流路高度h_B比角度范围B以外的任意流路高度h₀大，但不限定于该方式。即使在角度范围B的范围内存在比角度范围B以外的任意部分的流路高度h₀小的流路高度，也只要为流路高度h_B的平均值比流路高度h₀的平均值大的结构即可。

在第一实施方式中，也可以将第一内壁面11a及第二内壁面11b的名称相互替换。即，只要为使相互面对的一方的内壁面相对于平面P倾斜的结构即可。另外，也可以使第一内壁面11a相对于平面P不垂直，而是使第一内壁面11a及第二内壁面11b双方相对于平面P形成相同的倾斜角度或者不同的倾斜角度地倾斜。

(第二实施方式)

接着，对第二实施方式的离心压缩机进行说明。第二实施方式的离心压缩机相对于第一实施方式，增加了用于抑制在小流量侧的离心压缩机的效率降低的结构。需要说明的是，在第二实施方式中，与第一实施方式的构成要件相同的部件使用相同的附图标记，省略其详细的说明。

如图4所示，本发明的发明人们通过CFD分析求出离心压缩机1在小流量侧进行工作时的扩散器流路7内的半径方向速度分布，其结果是，发现失速区域在从涡旋流路5的卷绕终端部附近朝向卷绕开端部附近的方向(箭头F的方向)上扩大。因为在小流量侧，涡旋流路5的内部越靠近下游侧压缩空气的流速越小，所以，压缩空气从涡旋流路5的卷绕终端部附近向扩散器流路7回流，以此为起点开始失速。因为来自涡旋流路5的回流具有以旋转轴线L为中心的旋转方向的速度分量，所以成为失速区域在从卷绕终端部附近朝向卷绕开端部附近的方向上扩大。因此，通过阻碍该回流，能够提高离心压缩机1在小流量侧的效率。

图5表示外侧流路部12从中心角θ为270°的周向位置(图4的位置C)到中心角θ为360°的周向位置(图4的位置D)的沿着周向的剖视示意图。外侧流路部12在从位置C到位置D的范围内，喉部10(参照图4)的流路高度朝向周向下游减小。当使位置C的喉部10的流路高度为h_C、位置D的喉部10的流路高度为h_D时，为h_C＞h_D。

在从位置C到位置D的沿着周向的剖面中，第三内壁面12a相对于与旋转轴线L垂直的平面P垂直，与之相对，第四内壁面12b以从位置C向位置D、即朝向周向下游接近第三内壁面12a的方式相对于平面P形成锐角的倾斜角度β地倾斜。由此，成为外侧流路部12具有喉部10的流路高度朝向周向下游减小的结构。其它的结构与第一实施方式相同。

需要说明的是，在上述说明中，虽然以喉部10的流路高度从位置C至到位置D减小的方式进行了说明，但因为第三内壁面12a与第四内壁面12b相互面对，所以，在喉部10的流路高度减小的周向区域中，外侧流路部12的径向上任意的位置上的流路高度减小。因此，在以下的说明中，记述为“外侧流路部12的流路高度减小”。

在离心压缩机1中，通过在失速区域扩大的方向(箭头F)上使第四内壁面12b以接近第三内壁面12a的方式相对于平面P倾斜，而外侧流路部12的流路高度减小，所以能够减少失速区域向该方向的扩大。其结果是，能够抑制在小流量侧的离心压缩机1的效率降低。

在第二实施方式中，优选为0.6≦h_D/h_C≦0.9。由此，能够将外侧流路部12的流路面积的减少抑制为最小程度，并且减少失速区域的扩大，抑制在小流量侧的离心压缩机1的效率降低。

在第二实施方式中，虽然为在从位置C到位置D的范围整体中，外侧流路部12的流路高度在周向上持续减小的方式，但不限定于该方式。也可以为在从位置C到位置D的范围内包括流路高度朝向周向下游减小的周向范围这样的结构。即，也可以在从位置C到位置D的范围中的只沿周向的一部分区域(周向范围)使流路高度减小、而在其它的区域中流路高度恒定。另外，也可以为在从位置C到位置D的范围中使流路高度减小的周向范围为多个，还可以为使流路高度减小的多个周向范围之间的流路高度恒定。

在第二实施方式中，虽然径向上的从喉部10到出口部7b的整体的流路高度朝向周向下游减小，但不限定于该方式。可以为，尽管径向上的从喉部10到出口部7b的至少一部分的区域的流路高度朝向周向下游减小，但其它区域的流路高度恒定。

在第二实施方式中，也可以将第三内壁面12a及第四内壁面12b的名称相互替换。即，只要为使相互面对的一方的内壁面相对于平面P倾斜的结构即可。另外，也可以使第三内壁面12a相对于平面P不垂直，而是使第三内壁面12a及第四内壁面12b双方相对于平面P形成相同的倾斜角度或者不同的倾斜角度地倾斜。

在第二实施方式中，虽然相对于第一实施方式，增加了在角度范围为270°到360°的范围内外侧流路部12的流路高度朝向周向下游减小的结构，但不限定于该方式。也可以不具有第一实施方式的结构，例如，可以具有喉部10的径向位置在周向上恒定的结构的同时具有第二实施方式的结构。在该情况下，尽管不能够获得抑制在大流量侧的离心压缩机1的效率降低这样的效果，但能够获得抑制在小流量侧的离心压缩机1的效率降低这样的效果。

附图标记说明

1离心压缩机；2壳体；3叶轮；4涡旋部；4a舌部；5涡旋流路；6扩散器部；7扩散器流路；7a(扩散器流路的)入口部；7b(扩散器流路的)出口部；10喉部；11内侧流路部；11a第一内壁面；11b第二内壁面；12外侧流路部；12a第三内壁面；12b第四内壁面；h₀(喉部的)流路高度；h_B(喉部的)流路高度；h_C(喉部的)流路高度；h_D(喉部的)流路高度；A区域；B角度范围；C位置；D位置；L(叶轮的)旋转轴线；P平面；R距离；R_max(距离R的)最大值；α倾斜角度；β倾斜角度；θ中心角。