压缩机的制作方法

专利名称：压缩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种压縮机。具体地，本发明涉及一种例如涡轮增压器压 縮机等离心压缩机的入口布置。
背景技术：
压缩机包括载有多个叶片(或翼)的叶轮，多个叶片安装在压縮机壳 体内的旋转轴上。叶轮的旋转造成(例如空气)被抽吸进叶轮中并被传送 到出口室或通道。对于离心压縮机的情况，出口通道为螺旋形式，该螺旋 形式由围绕叶轮的压縮机壳体限定。对于轴向压縮机的情况，汽体被轴向 地排放。
涡轮增压器是公知的在高于大气压的压力(增压)下向内燃机入口供 气的装置，并广泛适用于自动车等。在传统的涡轮增压器中，叶轮被安装 到涡轮增压器轴的一端，并被涡轮驱动的排气转动，前述涡轮安装在涡轮 增压器轴的另一端处的涡轮壳体内。轴被安装用于在轴承组件上旋转，前 述轴承组件容纳在轴承壳体内，前述轴承壳体位于压縮机和涡轮壳体之
间。压縮空气被输送到内燃机的进气歧管(intake manifold),因此增加发 动机动力。
涡轮增压器压縮机产生的噪声会使人不舒服并对用户造成潜在伤害。 压縮机入口处的很大一部分噪声是由来自叶轮叶片的传播上游的声激励 造成。这种噪声包含涉及轴旋转速度和声学(harmonics)的成分范围。为 了削弱当空气加速进入压縮机时产生的声波，通常在压縮机壳体的入口的 道管输送上游设置分离消声器单元。典型的消声器包括装配有圆环形消声 器隔板的圆柱形或圆锥形壳体，前述圆环形消声器隔板沿壳体的轴线轴向 地布置。英国专利No.GB2364547说明了一个例子。
分离消声器装置的应用增加了压縮机装置的复杂度和成本。也增加了
可产生共振的表面的数量，造成叶轮叶片的高周疲劳。
在涡轮增压器中，通过压缩机的气流不受限制是特别重要的，因为， 这会损害装置的性能和效率。由于这样的原因，隔板设计是折中的方法并 且在削弱压縮机入口噪声方面仅具有有限的能力。
通常在压縮机壳体的道管输送下游设置消声器单元，以便削弱噪声和 防止噪声在压缩机的道管和中冷器下游产生共振。该消声器被设计成削弱 叶轮每旋转一周出现一次的噪声，但是并不关心本发明提出的那种类型的 噪声。
在一些涡轮增压器中，压縮机入口具有公知的"放大的图宽度(map width enhanced, MWE)"的结构。美国专利No.4,743,161说明了这种MWE 结构。这种MWE压縮机的入口包括两个同轴管状入口部分；形成压縮 机进气口的外入口部分或壁和限定压縮机导流器的内入口部分壁，或主入 口。内入口部分短于外入口部分，并且内入口部分具有内表面，该内表面 是被叶轮叶片的边缘扫过的压缩机壳体内壁的延伸。这种布置使得圆环形 通路被限定在两个圆环形入口部分之间，前述两个圆环形入口部分朝上游 端开口并在它的下游端设置有孔隙，前述孔隙与面向叶轮的压缩机壳体的 内表面连通。
所公知的是，MWE结构稳定了压縮机增加最大流通能力的性能，并 改善了喘振程度(surge margin),即降低了压缩机喘振时的流通。所公知 的是，压縮机特性的小块"图(map)"的宽度被增加。然而，已经指出该 结构同样具有显著的噪声源。

发明内容
本发明的目的是消除或减轻前述缺点，并提供一种噪声降低被改善的 压縮机。
根据本发明的第一方面，提供一种压縮气体的压缩机，该压缩机包括 壳体，其具有入口和出口；叶轮，其包括多个叶片，所述多个叶片旋转地 安装在所述入口和出口之间的壳体内；壳体，其具有内壁，该内壁限定紧 靠叶轮叶片的径向外边缘的表面，当叶轮绕其轴线旋转时叶轮叶片扫过所 述表面；其中，在所述叶轮叶片的上游设置有限定在所述入口中的至少一
个噪声衰减孔隙。
本发明在压縮机噪声降低方面取得显著改进，并允许使用更高的压力 等级设计，而不会增加噪声。
此外，这种布置以压縮机叶轮叶片的叶片通过频率(即，以叶轮旋转 的多个频率)削弱噪声。这用于显著地降低叶轮的上游空气噪声朝空气进 气口传播。
理想地，噪声衰减孔隙或每个噪声衰减孔隙限定在限定入口的壳体的 部分中，更理想地限定在所述入口的内表面中。可替换地，孔可限定在容 纳在入口中的室内。构件可以是套的形式。
入口可包括外部管状壁、内部管状壁、和限定在内部管状壁和外部管 状壁之间的圆环形气体流通通道；所述外部管状壁在上游方向上延伸离开 叶轮，并形成入口的进气口部分；所述内部管状壁在外管状壁内，所述内 部管状壁的直径在上游方向上延伸离开叶轮，并限定入口的导流器部分； 所述圆环形气体流通通道与叶轮流体连通。至少一个噪声衰减孔隙可限定 在内部管状壁的内表面、外部管状壁的内表面、或内部管状壁的外表面中 的一个或更多个上。
优选地，噪声衰减孔隙或每个噪声衰减孔隙是盲孔，或可以是细长槽。 可替换地，噪声衰减孔隙或每个噪声衰减孔隙与限定在入口中或围绕入口 限定的闭合室连通。如果衰减孔隙是槽或多个槽，它们可以围绕孔隙圆周地延伸或可以与 入口的中心轴线平行。
噪声衰减孔隙或每个噪声衰减孔隙可衬有吸音材料。每个孔隙的深度 大致为以预定叶片通过频率发射的噪声的波长的四分之一。
噪声衰减孔隙或每个噪声衰减孔隙是大致圆形的或大致非圆形的。
入口可以是壳体的整体部分。
壳体可以是整体构造。
理想地，在表面或每个表面上设置多个噪声衰减孔隙。 入口可以限定内表面，该内表面为壳体的所述表面的上游延伸部分， 并被叶轮叶片的外边缘扫过。
根据本发明的第二方面，提供一种包括如上限定的压縮机的涡轮增压
器°
根据本发明的压縮机适用于包括到涡轮增压器中。


根据以下说明，本发明的其它优选特征和有利特征将显而易见。 下面参考附图，仅通过示例来说明本发明的特定实施例。
图l是根据本发明的MWE压縮机的立体图； 图2是图1的压縮机的俯视图； 图3是图2的沿Y-Y线的剖视图4是根据本发明的压縮机的第二实施例的剖视图； 图5是根据本发明的压縮机的第三实施例的剖视图； 图6是根据本发明的压縮机的第四实施例的剖视图7是根据本发明的压縮机的第五实施例的剖视图8是根据本发明的压縮机的第六实施例的剖视图； 图9是根据本发明的压縮机的第七实施例的剖视图10是从图9侧面观看的剖视图11是从本发明的压缩机的第八替换实施例的前侧观看的剖视图； 图12是从图11的侧面观看的剖视图；禾口
图13是用于显示圆环形通道和噪声衰减孔隙之间的尺寸关系的图。
具体实施例方式
参考图1一3，图示MWE压縮机是离心压縮机，包括压縮机壳体2内 的叶轮，叶轮安装在沿轴线3延伸的旋转轴(未显示)的一端上。为了简 洁的目的，在图中未显示叶轮，但是它所大致占据的空间用参考数字l表 示。叶轮典型地具有多个叶片，每个叶片具有外边缘，当叶轮绕轴线3旋 转时叶片外边缘扫过壳体内表面5。压縮机壳体2限定围绕叶轮的出口螺 旋6和整体的丽E入口结构4， MWE入口结构4包括外螺旋壁7和内管状 壁9，外螺旋壁7朝叶轮空间1的上游延伸并限定空气等气体的进气口 8， 内管状壁9部分延伸进进气口 8中并限定压缩机导流器10。内壁9限定外 表面11和内表面12，内表面12是叶轮叶片的外边缘扫过的壳体壁表面5 的上游延伸部分。外壁7已限定内表面13。圆环形流通通道14围绕内壁9和外壁8之间的导流器10被限定。流 通通道14朝它上游端处的入口的进气口部分8开口 ，并被它下游端处的 壳体2的圆环形壁15闭合，但是，流通通道14经贯穿壁15形成的孔隙 或槽16与叶轮相通。外壁7的内表面13和内壁9的内和外表面12， 11具有在其中以预定 排列加工的多个盲孔20。孔20的布置和几何形状被设计成它们用作四分 之一波侧分支共鸣器(quarter-wave side branch resonator)。这意味 着孔20的深度被设计成大致等于在期望的衰减频率下的噪声波长的四分 之一。本发明所衰减的噪声成分是从主叶片发出的噪声。这种噪声的频率 取决于主叶片的数量，典型地这种噪声的频率是叶轮的旋转频率的6到8 倍，请注意，尽管同时考虑主叶片和分流叶片时叶片通过的频率可能是叶 轮的旋转频率的12或14倍。在图中，孔20的剖面是圆环形的，并且其 直径不大于孔的深度。典型地，孔直径可以是大约3或4mm。可以理解的 是孔剖面不是严格的，可以是椭圆、矩形、槽形等。孔20的中心间距应 当仔细考虑以避免相邻共鸣器之伺的干涉，但是该间距典型地可为4mra到 7謹。可以理解的是孔20可设置在以下表面中的一个或更多个上外壁17 的内表面13和内壁9的外表面11 (这些表面组合围成圆环形流通通道)， 和内壁9的内表面12。压縮机壳体2是整体铸造结构，并且盲孔20如图所示地限定在入口 的内部表面上。这些可在铸造加工期间制造，或在铸造之后机加工。然而， 设置插入入口 4的分离孔套或衬套可能更加实际，套中的孔能够有效地被 入口的内表面闭合。与此相似的例子显示在下面说明的图4的实施例中。与现有技术的压縮机设计相比，叶轮叶片的消声器上游的设置的优点 是分离的消声器单元。通过使消声器作为压縮机壳体的入口的一部分，因 此它紧凑、简单，不会增加产生更多噪声的风险，并特别能够适用于削弱 叶片通过频率下的噪声。在孔20所示的实施例的变化例中，可衬有吸音材料。
在替换例(未显示)中，孔20朝闭合室开口的孔代替，前述闭合室 限定在MWE圆环形流通通道14的外壁7中或围绕外壁7。这种布置提供 了 Helmholtz型共鸣器。图4显示了本发明的第二实施例，其中，与图1一3对应的部件用增 加100的相同标记表示，并且不再详细说明，除非它们与图1一3不同。 在本实施例中，由套30提供消声器，套30插入压縮机壳体的进气口 108 中。套30具有第一部分31，第一部分31容纳在进气口 108的外壁内部， 使得它的外表面与壁的内表面113接合。壁的端部形成阶梯以便提供肩部 34，第一部分31与肩部34邻接。第一部分31具有邻接表面113的外圆 环部分和引导空气进入进气口 108的内部锥形部分32。套30的第二部分 33用于限定导流器110和盲孔140。内壁和外壁109， 107再次用于限定 丽E入口结构的圆环形流通通道114。经槽116进入圆环形通道的空气能 够经圆环形槽35再次进入导流器，前述圆环形槽35分离套30的第一和 第二部分31， 33。在图4的实施例中，所示的孔倾斜，g口，它们不在径向上延伸，它们 的纵向轴不与入口 104的轴线交叉成直角。除了盲孔之外，也可使用槽形式的孔隙。图5和图6的实施例显示了 这样的例子，其中，对应于图1_3的部件用增加200的相同标记表示， 并且不再详细说明，除非它们与图1一3不同。在图5中，外壁207的内 表面213具有多个轴向隔离槽250，该隔离槽250圆周地延伸。通过如图 4的实施例的插入套230提供MWE入口结构，但是没有限定在内壁209中 的噪声衰减孔隙。所示槽250朝向叶轮的深度增加。图6的实施例与图5 的实施例所不词的是:槽250形成在MWE结构的内壁209的外表面211上。图7和图8显示示意实施例，其中，盲孔220和槽250组合提供噪声 衰减孔隙。在图7的实施例中，槽250形成在如图6的压縮机中的内壁209 的外表面211上，但是在外壁207的内表面213上还限定盲孔220。在图 9中，槽250和盲孔220的位置颠倒。在图9一12所示的替换实施例中，槽360可轴向延伸，在该情况下， 它们在圆周方向上间隔。在图9和10的实施例中，槽360限定在丽E结 构的外壁307的内表面313中，而在图11和12的实施例中，槽360限定
在内壁309的外表面311上。理想的是槽350， 360可设置在两个表面上， 或可在相对表面上增设盲孔20， 120， 220。清楚的是，槽具有构造成如所需地削弱不同频率的各种深度。与MWE圆环形流通通道14的高度H相比，孔隙深度D和宽度W被构 造成削弱噪声，按照需要，设置了不同宽度W和深度D，以便用于不同噪 声波长。因此，孔隙被设计成它们积极地防止所关心的噪声。理想的深度 D大约是要被消弱的噪声波长的四分之一，并且宽度W不大于通道的高度 H的一半。显然，对于特定波长和频率的多个噪声问题，更多数量的孔隙 被构造以削弱这种噪声。在不脱离所附权利要求所限定的本发明的保护范围的情况下，可对上 述设计进行各种变化。例如，本发明可应用于不具有MWE入口结构的压缩 机。此外，噪声衰减孔隙或孔隙可采用适当形式，例如孔、沟槽、狭槽或 其它凹陷或凹穴。任何孔隙都可朝室开口以形成Helmholtz型共鸣器。此 外，任何孔隙可衬有吸音材料。对应于本发明的压缩机可具有多种应用，特别是适用于结合在叶轮增 压器中。
权利要求
1.一种压缩气体的压缩机，该压缩机包括壳体，其具有入口和出口；叶轮，其包括多个叶片，所述多个叶片旋转地安装在所述入口和出口之间的壳体内；壳体，其具有内壁，该内壁限定紧靠叶轮叶片的径向外边缘的表面，当叶轮绕其轴线旋转时叶轮叶片扫过所述表面；其中，在所述叶轮叶片的上游设置有限定在所述入口中的至少一个噪声衰减孔隙。
2. 根据权利要求l所述的压縮机，其中，入口还被设置在所述壳体内 部的构件限定，并且所述噪声衰减孔隙或每个噪声衰减孔隙被限定在所述 构件内。
3. 根据权利要求l所述的压縮机，其中，所述噪声衰减孔隙或每个噪 声衰减孔隙被限定在限定所述入口的壳体的部分的内表面中。
4. 根据权利要求2或3所述的压缩机，其中，入口包括外部管状壁、 内部管状壁、和限定在内部管状壁和外部管状壁之间的圆环形气体流通通 道；所述外部管状壁在上游方向上延伸离开叶轮，并形成入口的进气口部 分；所述内部管状壁在外管状壁内，所述内部管状壁的直径在上游方向上 延伸离开叶轮，并限定入口的导流器部分；所述圆环形气体流通通道与叶 轮流体连通。
5. 根据权利要求4所述的压縮机，当从属于权利要求时，其中，插入 部支撑在壳体的入口部分的一端，并且插入部限定内部管状壁。
6. 根据权利要求5所述的压缩机，其中，内部管状壁在圆环形气体流 通通道中不受支撑。
7. 根据权利要求5或6所述的压縮机，其中，构件具有第一部分，该 第一部分支撑在壳体的入口部分的一端处，使得第一部分的外表面与壳体 的入口部分的该端的内表面接合。
8. 根据权利要求7所述的压縮机，其中，构件的第一部分具有外部圆环形部分和内部锥形部分，使用时，内部锥形部分将空气引导进入口。
9. 根据权利要求7或8所述的压縮机，其中，构件具有形成所述内部 管状壁的第二部分，第二部分连接到第一部分，但是第二部分被不连续的 圆环形槽隔离。
10. 根据权利要求4一9中任一项所述的压縮机，其中，至少一个噪声 衰减孔隙限定在内部管状壁的内表面上。
11. 根据权利要求4一10中任一项所述的压縮机，其中，至少一个噪声衰减孔隙限定在外部管状壁的内表面中。
12. 根据权利要求4一11中任一项所述的压縮机，其中，至少一个噪声衰减孔隙限定在内部管状壁的外表面上。
13. 根据权利要求4一12中任一项所述的压縮机，其中，沿圆环形气 体流通通道的长度限定多个噪声衰减孔隙。
14. 根据前述任一权利要求的压縮机，其中，至少一个噪声衰减孔隙 是盲孔。
15. 根据前述任一权利要求的压縮机，其中，至少一个噪声衰减孔隙 是细长槽。
16. 根据权利要求14所述的压縮机，其中，槽或多个槽围绕入口圆周 地延伸。
17. 根据权利要求14所述的压縮机，其中，槽或多个槽在大致平行于 入口中心轴线的方向上延伸。
18. 根据权利要求1一16中任一项所述的压縮机，其中，至少一个噪声衰减孔隙与限定在入口中或围绕入口限定的闭合室连通。
19. 根据权利要求1一17中任一项所述的压縮机，其中，至少一个噪声衰减孔隙衬有吸音材料。
20. 根据权利要求1一16或18中任一项所述的压缩机，其中，每个孔隙的深度大致为以预定叶片通过频率发射的噪声的波长的四分之一。
21. 根据权利要求1一13中任一项所述的压縮机，其中，至少一个噪声衰减孔隙是大致圆形的。
22. 根据权利要求1一19中任一项所述的压缩机，其中，所述噪声衰减孔隙或每个噪声衰减孔隙是大致非圆形的。
23. 根据权利要求1一21中任一项所述的压縮机，其中，入口是壳体 的整体部分。
24. 根据权利要求1一22中任一项所述的压縮机，其中，设置有多个 噪声衰减孔隙。
25. 根据权利要求1一23中任一项所述的压縮机，其中，入口限定内 表面，该内表面为壳体的所述表面的上游延伸部分，并被叶轮叶片的外边 缘扫过。
26. 根据权利要求3或20所述的压缩机，其中，所述噪声衰减孔隙或 每个噪声衰减孔隙具有在非径向上延伸的纵向轴线。
27. 根据权利要求25所述的压縮机，其中，孔隙的纵向轴线在以小于 9(^的角度倾斜向入口轴线的方向上延伸。
28. 根据前述任一项权利要求的压缩机，其中，壳体是整体结构。
29. 根据前述任一项权利要求的压縮机，其中，沿入口的长度设置多 个噪声衰减孔隙。
30. —种涡轮增压器，包括前述任一项权利要求的压縮机。
全文摘要
一种压缩气体的压缩机，包括限定入口(8)和出口(6)的壳体(2)。入口(8)具有孔或槽形式的多个孔隙(20)，其限定在入口表面中用作整体的消声器。入口(8)可包括图宽放大结构(4)，该图宽放大结构(4)具有设置在一个至数个表面上的孔。这种设计用于降低噪声的紧凑和有效的压缩机，使得可采用更高等级的压力设计。孔隙(20)可设置在限定入口(8)的壳体(2)或分离的插入部中。
文档编号F04D29/66GK101163890SQ200680005637
公开日2008年4月16日 申请日期2006年2月23日 优先权日2005年2月23日
发明者圣小珍, 大卫·克里斯多弗·克莱 申请人:康明斯涡轮增压技术有限公司