[发明专利]具有延伸前缘的压缩机转轮

说明书

发明领域

[0001]本发明总体涉及用于涡轮机的压缩机，更特别地，涉及用于改进压缩机性能的设备和方法。

背景技术

[0002]在涡轮增压器领域中，压缩机壳体内的旋转压缩机转轮(或称压缩机叶轮)通过吸入管道将空气吸入，该空气在叶轮通道内压缩，并扩散到压缩机壳体中。该压缩空气进入内燃机的进气歧管。压缩机的工作范围从低空气流动速率下的喘振状态(其中，气流发生“喘振”)到高空气流动速率下的闷塞(choke)状态(其中，气流处于“闷塞”状态)。当压缩机以相对于压缩机压力比而言相对较低的流动速率运行时会发生气流喘振，并导致流经压缩机的空气气流不稳定。当压缩机在高流动速率下运行时会发生“闷塞”，该高流动速率指的是超出了压缩机转轮进气端(称为进口段)有限区域内可用的质量流量，其中空气经由压缩机转轮的进气端到达压缩机转轮。

[0003]在涡轮增压器叶轮的设计中，要在期望压力比的需求、宽流速范围的需求、高压缩机效率的需求、叶轮的动力学稳定性和减小噪音之间进行有效折衷。对于涡轮增压发动机应用来说，由于机械应力、低循环疲劳、高循环疲劳和振动问题，对压缩机叶轮有一定的速度限制。另外，为了达到期望的压力比，仅仅是有限的向后弯曲可被用到给定了预期寿命和目标性能的叶轮上。

[0004]由于存在动力学问题，人们已经知道可以通过修剪叶片前缘(即，在叶片罩盖侧削剪叶片)来提高叶片振动模式(包括了前缘自由端的弯曲运动)的固有频率，并减小前缘的叶片根部处的机械应力。还已知，可以在分流叶片(即，在叶轮的主叶片之间的小的、部分叶片，其前缘位于主叶片前缘下游)的前缘上设计反削部。

[0005]因此，需要一种设备和相关方法以改进压缩机的工作特性。另外，该设备优选应成本低廉，重量轻。本发明的优选实施例满足上述需求和其他需求，并具有进一步的相关优点。

发明内容

[0006]本发明在各种实施例中解决了上述部分或所有的需求，与类似的现有技术中的涡轮增压系统相比，典型地提供了一种具有优化的压力比、扩展的流速范围、提高了效率和/或减小了叶尖速度的涡轮增压发动机、涡轮增压系统和/或涡轮增压压缩机。

[0007]该涡轮增压器具有一个离心压缩机转轮，设置成在压缩机壳体内绕旋转轴线旋转。该壳体限定了一个罩盖(shroud)壁，该罩盖壁构成了压缩机转轮的进气通道。该压缩机转轮包括一个轮毂，该轮毂限定了轮毂壁，该轮毂壁与多个叶片(包括主叶片，还可能包括分流叶片)的轮毂边缘连接。每个主叶片在主叶片进气端限定了一个前缘，该前缘从轮毂边缘的轮毂侧延伸到罩盖侧。有利地，该前缘以一定角度形成了一个上游延伸部，形成沿主叶片，特别地是在远离轮毂壁的主叶片位置处(例如，在罩盖侧)的更长的流动路径，因此，与类似的、沿主叶片罩盖侧具有较短流动路径的主叶片相比，具有增大的能量传输和压力比。

[0008]本发明其他的特点和优点，通过下面结合附图对优选实施例的详细描述变得更加明显，优选实施例通过实例方式体现了本发明的原理。下述的特定的优选实施例的详细描述，使人们可以实施并使用本发明的实施例，但并不构成对列举的权利要求的限制，而是用作本发明的具体示例。

附图说明

[0009]图1为具有本发明的涡轮增压器和进气冷却器的内燃机的系统布局图。

[0010]图2为图1的涡轮增压器中使用的压缩机转轮的前视图，包括主叶片和分流叶片。

[0011]图3为图2所示的压缩机转轮的右侧剖面图。

[0012]图4为图1的涡轮增压器中使用的压缩机级的左侧剖面图，其主叶片以完整子午线视图(meridional view)的方式投影于页面平面。

[0013]图5为图4所示主叶片的上半部分子午线视图，示出了主叶片上的空气流流谱。

[0014]图6为主叶片的第二实施例的上半部分子午线视图。

[0015]图7为主叶片的第三实施例的上半部分子午线视图。

[0016]图8为主叶片的第四实施例的上半部分子午线视图。

[0017]图9为主叶片的第五实施例的上半部分子午线视图。

[0018]图10为主叶片的第六实施例的上半部分子午线视图。

[0019]图11为主叶片的第七实施例的上半部分子午线视图。

[0020]图12为主叶片的第八实施例的上半部分子午线视图。

[0021]图13为主叶片的第九实施例的上半部分子午线视图。

[0022]图14为主叶片的第十实施例的上半部分子午线视图，该主叶片与图5所示的叶片类似，但所强调的特征更好地说明了本发明的特性。