CN101520054A

CN101520054A - 离心压缩机

Info

Publication number: CN101520054A
Application number: CN200810171043A
Authority: CN
Inventors: 深见浩司
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-02-27
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2028-10-31
Also published as: US8172525B2; JP5039673B2; KR100984445B1; CN101520054B; US20090214334A1; KR20090092682A; EP2096319A2; JP2009228664A; EP2096319A3; EP2096319B1

Abstract

本发明可提供一种离心压缩机，利用该压缩机，由具有多个叶片的叶轮的旋转而产生的噪声的频率不会与多个轴向窄开口中的气体的振动的固有频率发生共振，所述多个轴向窄开口被用来在增加的气体流速的运行范围内增加气体流量，并在减少的气体流速的运行范围内扩大稳定运行范围，从而减少由叶轮的旋转产生的噪声。所述轴向窄开口形成在压缩机壳体的进气通道的外围部和所述壳体的、由从外围表面延伸的多个支柱支承的环形圈部之间，所述压缩机壳体的进气通道的外围部由所述进气通道的所述外围表面形成。设置四个或更多个的支柱以支承所述环形圈，并且所述支柱中除了一个支柱之外的其余支柱全部都将定位在以周向等间距定位全部所述支柱时所确定的位置处，而所述一个支柱从所述位置中的一个位置以某个中心角周向移位。

Description

离心压缩机

技术领域

本发明涉及一种用于废气涡轮增压器等的离心压缩机，该离心压缩机的压缩机壳体具有进气通道和多个窄开口，所述进气通道具有比所述压缩机的叶轮的环形入口区域的直径大的直径，所述多个窄开口形成在所述壳体中靠近所述叶轮的环形入口区域，因此，除了从叶轮的环形入口区域被引入到叶轮中的气体之外，也可将从进气通道引入的气体通过叶片的前缘部的外围处的窄开口引入到叶轮中，或者从环形入口区域引入的气体可通过窄开口从叶轮被抽吸到进气通道、以将其再次从环形入口区域吸入叶轮；具体来说，涉及一种其中多个窄开口被周向布置成与叶轮的旋转中心同心的离心压缩机。

背景技术

废气涡轮增压机的离心压缩机具有固定壳体和被支承以在所述壳体中旋转的叶轮，所述叶轮通过由引擎的废气驱动的涡轮转子旋转。从所述壳体的进气通道吸入的空气通过所述叶轮的环形入口区域被引入到所述叶轮中，通过施加在已吸入所述叶轮的气体上的离心力压缩该空气，且将该空气从所述叶轮的外围出口区域排出到所述壳体的出气通道以将其供给到所述引擎。

在废气涡轮增压机的离心压缩机的领域中要求扩大所述压缩机的稳定运行范围。文献1(日本专利特开2004-27931号公布)中公开了一种离心压缩机，其中，多个窄开口靠近所述叶轮的所述进气通道形成在压缩机壳体中，因此，在增加的气体流速的运行范围内，除了可将从叶轮的环形入口区域被引入到该叶轮中的气体之外，还可将从进气通道引入的气体通过叶片的前缘部的外围处的窄开口引入到所述叶轮中，或者在减少的气体流速的运行范围内，从环形入口区域引入的气体可通过窄开口从叶轮抽吸到进气通道、以从环形入口区域再次吸入到叶轮中，所述多个窄开口被周向布置成与叶轮的旋转中心同心并被形成为在距叶片的前缘子午线距离处对叶轮的叶片之间的空间敞开，所述子午线距离在子午线长度的2～21％范围内，所述子午线长度是从叶轮的环形入口区域到外围出口区域沿着叶片的型线外叶尖，即是说，沿着叶片的外叶尖从叶片的前缘到后缘，并且所述多个窄开口形成在壳体的进气通道的靠近叶轮的环形入口区域的内表面和环形圈部的外周边之间，所述环形圈部的内周边组成叶轮的环形入口区域的外周边，并且由从所述壳体的进气通道的内表面径向向内延伸的多个支柱支承该环形圈部，因而所述支柱分隔所述窄开口。

但是，存在这样一种可能性，即，叶轮旋转多产生的噪声与窄开口中气体的振动发生共振，并产生过量噪声，其中，所述叶轮具有用于压缩吸入该叶轮中的气体的多个叶片，由叶轮的叶片数和转速来决定所述噪声频率，且所述窄开口中气体的振动的固有频率由窄开口的长度决定。所述噪声的强度受分隔窄开口的支柱的数量和支柱的周向定位影响。

发明内容

鉴于现有技术中的问题而创造本发明，且本发明的目的在于提供一种离心压缩机，利用该离心压缩机，由具有多个叶片的叶轮的旋转产生的噪声的频率不会与多个轴向窄开口中的气体的振动的固有频率发生共振，所述轴向窄开口被用来在增加的气体流速的运行范围内增加气体流速，并在减少的气体流速的运行范围内扩大稳定运行范围，从而使得由于所述叶轮的旋转而产生的噪声减小。

为达到上述目的，本发明提出了一种离心压缩机，包括：固定壳体和可旋转地支承在所述壳体中的叶轮，所述壳体具有进气通道，该进气通道的直径大于所述叶轮的环形入口区域的直径，所述叶轮包括多个径向向外地定向在其上的叶片，每个叶片均包括前缘、后缘和外叶尖，多个窄开口被形成在所述壳体的所述进气通道的、靠近所述叶轮的所述环形入口区域的外围部和环形圈之间，环形圈由多个支柱支承，所述支柱从所述外围部的表面轴向向内延伸，使得所述多个窄开口被所述多个支柱分隔并被周向布置且与所述叶轮的旋转轴中心同心，所述窄开口中的每个窄开口的一端在进气通道的外围部处对所述进气通道敞开，而另一端经由所述环形圈部后面的环形狭缝、在靠近所述前缘的所述外叶尖处对所述叶轮的气流空间敞开，

其中，四个或更多个支柱被设置以支承所述环形圈部，使得所述支柱中除了所述一个支柱之外的其余支柱被定位在要以周向等间距定位全部支柱时所确定的位置处，而所述一个支柱将被定位在从所述等间距位置中的一个位置、以一定中心角周向移位的一个位置处。

适宜的是，确定位置以将所述多个支柱加上一个支柱以等间距周向定位，且除了所述一个支柱之外所述多个支柱都被定位在所述确定位置处，使得没有支柱被设置在所述等间距位置中的一个位置处。

此情况对应于所述特定中心角是360°/(T+1)(其中T是支柱总数)的情况。这意味着没有支柱被设置在下述位置中的一个，所述位置是在(T+1)个支柱将要以周向等间距定位时为(T+1)个支柱所确定的位置。

适宜的是，如下定位多个支柱：

(1)所述环形圈部由四个支柱支承，且其中一个支柱被定位在从将要以周向等间距定位全部四个支柱时所确定的位置中的一个位置、以((180/T)×(1/2～1/3))°的中心角周向移位的位置处，其中T是支柱总数。

具体来说，优选的是所述环形圈部由四个支柱支承，且其中一个支柱被定位在以18°的中心角、从将要以周向等间距定位全部四个支柱时所确定的位置中的一个位置周向移位的位置处，其中T是支柱总数。

(2)所述环形圈部由五个或六个支柱支承，且其中一个支柱被定位在以((180/T)×(1/2))°的中心角、从将要以周向等间距定位全部支柱时所确定的位置中的一个位置周向移位的位置处，其中T是支柱总数。

(3)所述环形圈部由七个或更多个支柱支承，且其中一个支柱被定位在以(180/T)°的中心角、从将要以周向等间距定位全部支柱时所确定的位置中的一个位置周向移位的位置处，其中T是支柱总数。

根据本发明，所述环形圈部由四个或更多个支柱支承，且其中一个支柱从将要以周向等间距定位全部支柱时所确定的位置中的一个位置以一中心角周向移位，或者支柱中的一个没有被设置在将要以周向等间距定位所述多个支柱加上一个支柱时所确定的位置中的一个位置处，因此产生了所述支柱的不等间距部分，与以周向等间距定位全部所述支柱的情况相比，支柱数的整数倍的频率的激振力分量减少，并且非支柱数的整数倍的频率的激振力分量的增加能够被抑制到最小。

附图说明

图1是根据本发明的离心压缩机的重要部分的剖面图。

图2是从进气侧观察的离心压缩机的外部图。

图3是示出了根据本发明的第一实施例的、用于分隔窄开口的支柱的定位的图。

图4是示出了根据本发明的第二实施例的、用于分隔窄开口的支柱的定位的图。

图5是示出了根据本发明的第三实施例的、用于分隔窄开口的支柱的定位的图。

图6是示出了根据本发明的第四实施例的、用于分隔窄开口的支柱的定位的图。

图7是示出了根据本发明的第五实施例的、用于分隔窄开口的支柱的定位的图。

图8是示出了在第三实施例的情况下由实验而得到的激振力的曲线图。

图9是示出了在第五实施例的情况下由实验而得到的激振力的曲线图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细说明本发明的优选实施例。然而，除非特别说明，否则这些实施例中的构成部件的尺寸、材料、相对位置等都旨在解释为本发明的范围的示例而非对其的限制。

[第一实施例]

图1是根据本发明的离心压缩机的重要部分的剖面图，而图2是从进气侧观察的离心压缩机的外部图。图3是示出了根据本发明的第一实施例的、用于分隔窄开口的支柱的定位的图。

参照图1，离心压缩机100包括压缩机壳体7、被支承以在所述壳体中旋转的叶轮8、以及扩散道4。叶轮8在其毂8c上具有多个径向向外定向的叶片8a，其中，所述多个径向向外定向的叶片8a中的每个叶片均包括前缘、后缘以及具有型线的外叶尖，所述外叶尖是自由的并被定位成与压缩机壳体7的内表面的一部分成封闭空间关系，所述压缩机壳体7的内表面的一部分覆盖每个叶片的型线外叶尖。附图标记100a表示叶轮8的旋转中心和壳体7的进气通道7d的旋转中心。

附图标记8b表示叶片8a的型线外叶尖的前端区。

参照图1和图2，环形圈部2在靠近叶轮8的环形入口区域处由从壳体7的内表面7a延伸的多个支柱1支承，从而在内表面7a和环形圈部2的外周边之间形成多个窄开口7b。每个窄开口7b的一端经由开口C而对进气通道7d的外围区敞开，且该窄开口的另一端经由环形缝7c而在叶片8a的型线外叶尖的前端区处对叶轮8的叶片之间的空间敞开。因此，将多个窄开口7b周向布置并与叶轮8的旋转中心同心，其中，所述多个窄开口由多个支柱1分隔，并且每个窄开口7b经由环形缝7c在所述型线外叶尖的前端区8b处连通到叶轮8的气流空间。

当以大空气流速范围运行压缩机100时，前端区8b中的压力小于进气通道7d中的压力，因此，除了通过叶轮8的环形入口区域而吸入到气流空间中的空气之外，流动在进气通道7d的外围区中的进气通道7d里的空气如虚线所示通过窄开口7b和环形缝7c也被吸入到所述叶轮的气流空间(即，所述叶轮的叶片之间的空间)中。由此，与没有设置窄开口7b和环形缝7c的传统压缩机相比，增加了由所述压缩机供给的增压空气。

当以靠近喘振线的低空气流速范围运行压缩机100时，前端区8b中的压力大于进气通道7d中的压力，因此，所述叶轮的气流空间中的空气通过环形缝7c和窄开口7b朝向进气通道7d流出，且该空气如箭头B所示通过叶轮8的环形入口区域再次被吸入到所述气流空间中。由此，从所述压缩机排出的增压空气减少，且所述喘振线朝向更低的空气流速偏移，从而导致扩宽的稳定运行范围。

图2示出了从进气侧观察的离心压缩机的外部图。以周向等间距定位的八个支柱的其中一个被去除，1a表示这个被去除的支柱。该支柱定位示于图3中作为第一实施例。在图3中，周向等间距的八个位置由附图标记1A和1a表示，在由1A表示的七个位置处设置有七个支柱，而在位置1a处没有设置支柱。

与以周向等间距定位八个支柱的情况相比，第一实施例的情况下的噪声测量结果示出支柱数的整数倍的频率的激振力分量减少了大约10％。这时，可将非支柱数的整数倍的频率的激振力分量的增加抑制到最小。

在下文中，描述了第二实施例到第五实施例，其中，等于或多于四个的多个支柱的其中之一从周向等间距的位置周向地移位。

[第二实施例]

在第二实施例中，环形圈部2由四个支柱支撑，且其中一个支柱从位置1a以中心角α₁(＝((180/T)×(1/2～1/3))°)在顺时针方向上周向移位，所述位置1a是在将要以周向等间距设置所有支柱时所确定的其中一个位置，其中T是支柱总数。

噪声测量结果示出：与以周向等间距定位四个支柱的情况相比，通过以中心角α₁周向移位四个支柱的其中之一以产生所述支柱的不等间隔部分，支柱数的整数倍的频率的激振力分量减少了大约50％或更少。

[第三实施例]

图5是示出了根据本发明的第三实施例的、用于分隔所述窄开口的支柱的定位的图。

在第三实施例中，所述环形圈部2由五个或六个支柱支承(在图5的实例中，支柱数为5)，且其中一个支柱从位置1a以中心角α₂(＝((180/T)×(1/2))°)在顺时针方向上周向移位，所述位置1a是在将要以周向等间距设置所有四个支柱时所确定的其中一个位置，其中T是支柱总数。

图8的曲线图示出了在支柱数为5时的第三实施例的情况下的噪声测量结果。与以周向等间距定位五个支柱的情况相比，通过移位五个支柱的其中一个以产生所述支柱的不等间隔部分，支柱数的整数倍的频率的激振力分量减少了大约40％或更少。在该曲线图中，纵坐标表示激振力，而横坐标表示如图5中所示的其中一个支柱的移位角度α₂。在图5中，“A”表示α₂＝0(即，五个支柱都被定位在等间距位置处)时的激振力，“A”处的激振力被取作基准值。当支柱数为5且它们被等间距分隔时，相邻支柱之间的中心角为72°。当其中一个支柱的移位角α₂改变时，激振力的变化在图8中示出。从图8可看出，当α₂为18°和54°时，激振力最小。因此，可理解的是，与当设置五个支柱以支承环形圈部2时以周向等间距定位所有支柱的情况相比，可通过以18°或54°的中心角移位其中一个支柱而将激振力减小大约40％。在图8中，“B”表示α₂为72°(即，去除了5个支柱的其中一个)时的激振力。

[第四实施例]

在第四实施例中，所述环形圈部2由7个或更多支柱支承(在图6的实例中，支柱数为7)，且一个支柱从位置1a以中心角α₄(＝(180/T)°)在顺时针方向上周向移位，所述位置1a是当将要以周向等间距设置所有支柱时所确定的位置中的一个，其中T是支柱总数。

第四实施例的情况下的噪声测量结果示出：与以周向等间距定位的七个或更多个支柱的情况相比，通过从位置1a以中心角α₄周向移位一个支柱，支柱数的整数倍的频率的激振力分量减少了大约30％或少于30％。

[第五实施例]

图7是示出了根据本发明的第五实施例的、用于分隔所述窄开口的支柱的定位的图。

在第五实施例中，环形圈部2由四个支柱支承，且一个支柱被定位在从位置1a以18°的中心角α₃周向移位的位置处，所述位置1a是当将要以周向等间距设置所有四个支柱时所确定的位置中的一个。

噪声测量结果示出：与以周向等间距定位四个支柱的情况相比，通过以18°的中心角周向移位四个支柱的其中之一以产生所述支柱的不等间距部分，支柱数的整数倍的频率的激振力分量减少了大约50％或少于50％。

图9中的曲线图示出了所述测量结果。该曲线图示出了设置了四个支柱时的测量结果。当以周向等间距设置四个支柱时，相邻支柱之间的中心角为90°。在图9中，“A”表示α₃＝0(即，所有四个支柱都被定位在等间距位置处)时的激振力，“A”处的激振力被取作基准值。在如图5所示设置了五个支柱的情况下，随着α₂的增大，激振力按正弦曲线变化，而在设置了四个支柱的情况下，激振力不会随着α₃的增加而以这种方式变化。在此情况下，当角α₃为18°和72°时，激振力减小，且所述激振力关于经过45°的α₃的纵坐标对称。

在横坐标为90°的点“去除了一个支柱”处的激振力对应于α₃为90°且支柱数为3时的激振力。

在点“增加了一个支柱”处的激振力表示增加了一个支柱使得支柱总数为5时的激振力。

在点“B”处的激振力表示在图7所示的第五实施例的情况下的激振力，在该情况下，设置了四个支柱，且支柱移位角α₃接近18°或者72°。

根据本发明，可确定多个支柱的定位，所述多个支柱通过支承靠近所述叶轮的环形入口区域而定位的环形圈部来形成多个窄开口，以将压缩机壳体的进气通道的外围区连通至所述压缩机的叶轮的气流空间，使得由于旋转叶轮以增压气体而产生的噪声的频率不会与依赖于支柱数的轴向延伸窄开口中气体的振动的固有频率发生共振，并且可提供该类型的离心压缩机，其中，所述离心压缩机通过防止叶轮旋转所产生的噪声与所述窄开口中的气体的振动发生共振来减少噪声。

Claims

1.一种离心压缩机，包括：固定壳体和可旋转地支承在该壳体中的叶轮，所述壳体具有其直径大于所述叶轮的环形入口区域的直径的进气通道，所述叶轮包括多个径向向外地定向在其上的叶片，每个叶片均包括前缘、后缘和外叶尖，多个窄开口靠近所述叶轮的所述环形入口区域被形成在所述壳体的所述进气通道的外围部中环形圈之间，环形圈由多个支柱支承，所述多个支柱从所述外围部的表面轴向向内延伸、使得所述多个窄开口被所述支柱分隔且被周向布置并与所述叶轮的旋转轴中心同心，所述窄开口中的每个窄开口的一端在进气通道的外围部处对所述进气通道敞开，而另一端经由所述环形圈部后面的环形狭缝、在靠近所述前缘的所述外叶尖处对所述叶轮的气流空间敞开，

其中，四个或更多个支柱被设置以支承所述环形圈部，使得所述支柱中除了一个支柱之外的其余支柱被定位在要以周向等间距定位全部支柱时所确定的位置处，而所述一个支柱被定位在从所述等间距位置中的一个位置以一定中心角周向移位的位置处。

2.根据权利要求1所述的一种离心压缩机，其中，确定位置以将所述多个支柱加上一个支柱等间距周向定位，且除所述一个支柱之外、所述多个支柱被定位在所述确定位置处，使得没有支柱被设置在所述等间距位置中的一个位置处。

3.根据权利要求1所述的一种离心压缩机，其中，所述环形圈部由四个支柱支承，且其中一个支柱被定位在从要以周向等间距设置全部四个支柱时所确定的位置中的一个位置、以((180/T)×(1/2～1/3))°的中心角周向移位的位置处，其中T是支柱总数。

4.根据权利要求1所述的一种离心压缩机，其中，所述环形圈部由四个支柱支承，且其中一个支柱被定位在从要以周向等间距定位全部四个支柱时所确定的位置中的一个位置、以18°的中心角周向移位的位置处，其中T是支柱总数。

5.根据权利要求1所述的一种离心压缩机，其中，所述环形圈部由五个或六个支柱支承，且其中一个支柱被定位在从要以周向等间距定位全部支柱时所确定的位置中的一个位置、以((180/T)×(1/2))°的中心角周向移位的位置处，其中T是支柱总数。

6.根据权利要求1所述的一种离心压缩机，其中，所述环形圈部由七个或更多个支柱支承，且其中一个支柱被定位在从要以周向等间距定位全部支柱时所确定的位置中的一个位置、以(180/T)°的中心角周向移位的位置处，其中T是支柱总数。