可变扩散器以及压缩机的制作方法

专利名称：可变扩散器以及压缩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及适用于例如离心式压縮机或斜流式压縮机的可变扩散 器以及设有该可变扩散器的压縮机。
背景技术：
以往，例如在汽车的内燃机中使用的涡轮增压器等离心式压縮机 是已知的。图17为显示以往的离心式压縮机的主要部分的剖面图。图中所示 的离心式压縮机IO，通过使壳体11内设有多个叶片12的叶轮13转动， 压縮从壳体11外部导入的气体或空气等流体。由此形成的流体的流动 (气流)经由形成叶轮13外周端的叶轮出口 (以下，也称为"扩散器 入口" ) 14、扩散器15以及图示省略的涡管送向外部。图中的标号16 为叶轮13转动的轴中心线。上述扩散器15为设置在叶轮出口 14与涡管之间的气流通道，其 具有通过使从叶轮出口 14喷出的气流减速而将动压恢复成静压的功 能。该扩散器15通常由一对相对的壁面形成，在以下的说明中，将相 对的一对壁面中的一个壁面称为管套侧壁面17，将另一个称为轮毂侧 壁面18。在上述扩散器15中，具有设有例如图18所示的扩散器翼(以下， 称为"叶片")19的叶片式扩散器，没有叶片19的无叶片式扩散器。设有叶片式扩散器的一般的离心式压縮机采用了叶片19不动的固 定翼扩散器。但是，在必需扩大离心式压縮机的流量范围的情况下，采用了使叶片19可以运动以便能够改变图20中所示的翼前缘角度e k(以下，称为"翼角ek")的可变扩散器。可变扩散器的一般结构例如如图18所示，在叶片19上设有枢轴 20并将其支承在管套侧壁面17和轮毂侧壁面18上，同时，以该枢轴 20为中心使叶片19转动并改变翼角Pk。对于这种可变扩散器而言，提出了以简单的结构改变多个扩散器 叶片角度的驱动单元。该驱动单元设有通过致动器等进行转动的大齿 轮和与大齿轮啮合的多个齿轮，使与各个齿轮相连的扩散器叶片转动 并改变角度。(例如，参见专利文献l)。另外，在设有带有叶片的扩散器的离心式压縮机中，提出了以扩 大小流量侧的动作为目的，设置可自由转动的第2静止翼的方案。(例 如，参见专利文献2、 3)。专利文献l:日本特开平7 — 310697号公报 专利文献2:日本特许第2865834号公报 专利文献3:日本特许第3513729号公报发明内容但是，对于可变扩散器的叶片19而言，在设计叶片翼形时，将其 设定成在所希望的流量变化范围内处于中间的形状。因此，在以枢轴 20为中心使叶片19转动并改变翼角Pk的以往的可变扩散器中，会产 生图19所示的特性变化。即，例如如图20所示，根据喘振流量Qs和 节流口流量Qc限定的流量范围，通过使叶片19在从最大翼角Pmax 至最小翼角emin的转动范围9的范围内转动，能够扩大分别对应的喘 振流量Qs和节流口流量Qc的变动。但是，在加大设定上述流量范围(流量可以变化的范围)的情况下，如图21所示，流动角度e与叶片19的翼角ek分别产生不同的倾 斜变化。因此，由于在小流量区域以及大流量区域中倾角(In)较大， 所以存在因损失的增加而导致效率降低的问题。另外，倾角是由翼前 缘角度3 k与流动角度3之差定义的值。另外，在旋转式可变扩散器结构中，为了可以实现叶片19的顺利 转动，在叶片19的两侧端与管套侧壁面17和轮毂侧壁面18之间设有 间隙S (参见图18)。因此，由于会产生流过间隙S的气流的泄漏， 因此，还存在效率在整个流量范围内均较低的问题。这样，由于以往的可变扩散器具有因倾角变大以及由间隙S发生 泄漏而导致效率降低的问题，因此，希望能够消除该问题，以进一步 提高效率。本发明是针对上述情况作出的，其目的在于提供能够进一步提高 效率的可变扩散器以及设有该可变扩散器的压縮机。本发明为了解决上述课题，釆用了以下方式。在本发明的可变扩散器中，在轮毂侧壁面与管套侧壁面之间形成 使从在壳体内转动的叶轮外周端喷出的气流减速以使动压恢复成静压 的扩散器通道，在上述扩散器通道中设有扩散器翼，其特征在于:将上 述扩散器翼沿圆周方向地交替固定在形成上述轮毂侧壁面与上述管套 侧壁面的壁面部件上，同时设有使上述壁面部件中的任意一方与上述 叶轮的转动同轴转动的驱动单元。根据这种可变扩散器，由于通过在形成轮毂侧壁面与管套侧壁面 的壁面部件上沿圆周方向交替固定扩散器翼，同时，设置使壁面部件 中的任意一方随着叶轮转动而同轴转动的驱动单元，因此，通过使可 动侧的壁面部件转动，能够在不使翼前缘角度变化的情况下使临界截面面积变化。另外，由于仅在扩散器翼与轮毂侧壁面以及管套侧壁面中的任意一个面之间形成间隙S，因而间隙s减小。在这种情况下，优选设定通过上述驱动单元进行转动的上述壁面 部件的可动范围，使其达到固定在固定侧的壁面部件上并相邻的扩散 器翼之间的整个宽度。在上述发明中，优选将设置在上述壁面部件的转动侧的扩散器翼的入口半径(Rl)设定得大于设置在上述壁面部件的固定侧的扩散器 翼的入口半径(R2)，即(R1〉R2)，因此能够防止重合的翼的前缘 厚度增加。在上述发明中，优选将设置在上述壁面部件的转动侧的扩散器翼 的翼前缘角度(akl)设定得小于在同一半径位置处设置于上述壁面部件 的固定侧的扩散器翼的翼前缘角度(ak2)，即(akKak2)，因此能够 减小在2个翼重叠的状态下的平均翼前缘角度。在上述发明中，优选将设置在上述壁面部件的转动侧的扩散器翼 的翼前缘角度(akl)设定得大于在同一半径位置处设置于上述壁面部件 的固定侧的扩散器翼的翼前缘角度(ak2)，即(akl>ak2)，因此能够 增加在2个翼重合的状态下的平均翼前缘角度。在上述发明中，设置在上述壁面部件的固定侧的扩散器翼优选为 小桨叶盘面积比翼，因此，能够保持小桨叶盘面积比翼的特性，同时 能够提高小流量时的特性。在这种情况下，优选将设置在上述壁面部件的转动侧的扩散器翼 的后缘半径(R3)设定得大于设置在上述壁面部件的固定侧的扩散器翼 的后缘半径(R4)，即(R3〉R4)，因此，能够同时实现流量范围的大量 程化以及高压比。在上述发明中，也可以相反地设定固定侧和转动侧。艮口，可以将设置在壁面部件的固定侧的扩散器翼的入口半径(R2)设定得大于设置在壁面部件的转动侧的扩散器翼的入口半径(R2)， 即(R2〉R1)。另外，可以将设置在壁面部件的固定侧的扩散器翼的翼前缘角度 (cxk2)设定得小于在同一半径位置处设置于壁面部件的转动侧的扩散器 翼的翼前缘角度(akl)，即(ak2<akl)。设置在壁面部件的固定侧的扩散器翼可以为小桨叶盘面积比翼。另外，可以将设置在壁面部件的固定侧的扩散器翼的后缘半径 (R4)设定得大于设置在壁面部件的转动侧的扩散器翼的后缘半径 (R3)，艮卩(R4>R3)。在上述发明中，上述驱动单元优选设有滑动机构部，该滑动机构 部使上述壁面部件的转动侧相对于上述壁面部件的固定侧在间隙形成 位置与间隙减小位置之间往复移动，因此能够使间隙S达到最小，以 提高效率。本发明的压縮机的特征在于在壳体内转动的叶轮的外周端设有 权利要求1 9中任一项所述的可变扩散器。根据这种压縮机，形成了设有可变扩散器的压縮机，其能够消除 因倾角变大或由间隙S产生泄漏而引起的效率降低，从而能够进一步 提高效率。根据上面所述的本发明，由于在不改变可动侧的翼前缘角度，即可改变临界截面面积，所以能够消除因倾角增大产生的效率降低，因 此能够提供可进一步提高效率的可变扩散器以及设有该可变扩散器的 压縮机。另外，由于仅在扩散器翼与轮毂侧壁面以及管套侧壁面中的任意 一个面之间形成间隙s而使得间隙S减小，因此也可以消除因从间隙 5产生泄漏而引起的效率降低。


图1显示了本发明的可变扩散器的第1实施方式，(a)为主要部分 的分解透视图，(b)为(a)的A-A剖面图。图2显示了图1所示的可变扩散器的动作，(a)显示了设定为 AlhA12的情况，(b)显示了可动翼与固定翼的压力面接触的状态， (c)显示了设置在(a)和(b)中间的情况。图3显示了涉及本发明第2实施方式的可变扩散器的动作，(a) 显示了将可动翼入口半径设定得大于固定翼的情况，(b)显示了可动 翼的前缘在交点X的上游转动的情况，(c)显示了可动翼的前缘在交 点X的下游转动的情况。图4显示了本发明第3实施方式的可变扩散器。图5显示了图4所示的可变扩散器的特性。图6显示了本发明第4实施方式的可变扩散器图7显示了图6所示的可变扩散器的特性。图8显示了本发明第5实施方式的可变扩散器。图9显示了图8所示的第5实施方式的可变扩散器的变形例。图IO显示了关于叶片式扩散器和小桨叶盘面积比扩散器的压力恢 复率与翼的个数的关系。图11为显示了本发明第6实施方式的可变扩散器的主要部分的透 视图。图12为图11所示的滑动机构部的说明图，(a)显示了滑动面相 对于导向面的动作，(b)显示了伴随可动圆板的转动而变化的间隙S 。9图13显示了通过图11所示的滑动机构部进行移动的可动圆板以 及可动翼的状态。图14为显示在处于可动翼以及固定翼之间的壁面上设置滑动面的 结构例的剖面图。图15显示了图ll所示的滑动机构部的第l变形例。图16显示了图11所示的滑动机构部的第2变形例。图17为显示现有的离心压縮机的主要部分的剖面图。图18为显示可变扩散器的现有例的主要部分透视图。图19显示了图18所示的可变扩散器的特性。图20为显示图19所示的可变扩散器的动作的说明图。图21显示了倾角(In)与流动角度(P)以及翼角(Pk)的关系。标号说明30 可变扩散器31 可动圆板 31a 管套侧壁面32 固定圆板 32a 轮毂侧壁面33 扩散器通道34、 34A E 可动扩散器翼(可动翼)35 固定扩散器翼(固定翼)40、 40A 驱动单元41 齿轮驱动部42 齿条部43 小齿轮45、 45A 滑动机构部46 导轨47 凹槽部48 导向槽48a 导向面 49 凸状部 49a 滑动面具体实施方式
下面，根据附图对本发明的可变扩散器以及压缩机的一个实施方 式进行说明。(第1实施方式)图1所示的可变扩散器30，通过使从在例如离心式压縮机或斜流 式压縮机等的壳体内转动的叶轮外周端喷出的气流减速，能够使气流 的动压恢复成静压。该可变扩散器30在相对的管套侧壁面31a与轮毂 侧壁面32a之间形成扩散器通道33，同时在扩散器通道33内设置可动 扩散器翼(以下称为"可动翼")34以及固定扩散器翼(以下称为"固 定翼")35。另外，此处虽然在管套侧壁面31a上设有可动翼34并且使其可动， 但是也可以将可动翼34设置在轮毂侧壁面32a上。对可变扩散器30的结构进行具体说明，将可动翼34固定在形成 管套侧壁面31a的可动圆板(壁面部件)31上，将固定翼35固定在形 成轮毂侧壁面32a的固定圆板(壁面部件)32上。可动翼34以及固定 翼35形成相同的翼形，在管套侧壁面31a以及轮毂侧壁面32a上分别 沿圆周方向、以规定的间距设置相同数量的多个可动翼34以及固定翼 35 (翼的个数N)。图l(a)显示了使相对的一对可动圆板31以及固定圆板32分离的 状态。从该状态，可动圆板31以及固定圆板32，以管套侧壁面31a的 可动翼34和轮毂侧壁面32a的固定翼35沿圆周方向、等间距地交替设 置在规定的基准位置处的方式，沿图中箭头所示的组合方向滑动并形成一体。S卩，在使可动圆板31以及固定圆板32形成一体的组装状态 下，在规定的基准位置处，可动翼31与固定翼32沿圆周方向等间距 地交替设置。图1 (b)的剖面图显示了关于使可动圆板31以及固定圆 板32形成一体所形成的扩散器通道33的图1 (a)中A-A的剖面。在可动圆板31 —侧设有驱动装置40，该装置使可动圆板31以与 叶轮的转动同轴的转动方向(在图中由空心箭头所示)转动规定的转 动范围e 。该驱动装置40由例如设置在可动圆板31上端部上的齿轮 驱动部41和设置在下端部的滑动机构部45构成。此时的转动范围e ， 与可动翼31以及固定翼32在上述规定的基准位置处沿周向交替排列 的间距相比，虽然存在翼厚程度的差值，但实质上大致为间距的2倍。 换句话说，可动范围e达到相邻的固定翼35的翼间整个宽度。齿轮驱动部41采用了使形成于可动圆板31上端面上的齿条部42 和小齿轮43啮合的结构。小齿轮43与电动机(未示出)等驱动源相 连，并且根据需要可朝所希望的方向转动。滑动机构部45为可动圆板31可沿周向滑动地与壳体ll相连的部 分。在图示的例子中所采用的结构为使形成于壳体ll的凸状导轨46 与形成于可动圆板31下端面的凹槽部47配合，可动圆板31沿导轨46 滑动。这种滑动机构部45为了防止在扩散器通道33的出口处恢复静 压的高压气流从可动圆板31的背面向扩散器通道33的入口侧泄漏， 在导轨46与凹槽部47之间实施了图中未示出的防漏措施。结果，由于可动圆板31通过使齿轮驱动部41的小齿轮43转动， 而在滑动机构部45的引导下与叶轮的转动轴同轴地转动，因此，其能 够相对于不动的固定圆板32相对移动。并且，与可动圆板31—体的 可动翼34从基准位置向周向两侧在可动范围e的范围内移动。gp，可动翼34通过从以等间距排列的基准位置开始转动，向相邻的两侧的固 定翼35移动，如图l (b)中的假想线所示，在不改变翼的角度的情况下，其可以在可动范围e的范围内从可动翼34的压力面与相邻的固定翼35的负压面接触的位置处转动至可动翼34的负压面以重叠方式与 相邻的固定翼35接触的压力面的位置处。根据图2，对可动翼34的可动范围e进行更具体的说明。图2 (a)显示了可动翼34处于基准位置的情况。在该状态下，形 成相同翼形的可动翼34以及固定翼35沿周向、以相等的间距分别设 置相同的数量(N个)。在该状态下，形成于与可动翼34两侧相邻的 固定翼35的翼间的临界截面A11和A12相等。因此，可变扩散器30 的临界截面面积为使可动翼34的个数N与形成于可动翼34两侧的临 界截面之和(A11+A12)相乘所得的值。图2 (b)显示了可动翼34与固定翼35的压力面接触的状态。在 该状态下，由于翼之间完全接触，因此临界截面A12大致为0，同时 临界截面A11达到最大(Allmax)。并且，由于该最大临界截面大于 上述基准位置处的临界截面之和，因此(Allmax>All+A12)，临界截 面面积增至1.2 1.3倍。在以下的说明中，将临界截面面积以此方式 达到最大的状态称为临界截面最大位置。即使在可动翼34从基准位置反向转动的情况下，两个翼仍完全接 触而不会变化，因此能够实现相同的效果。图2 (c)显示了可动翼34位于图2 (a)与图2 (b)的中间位置 的情况。该状态下的临界截面面积达到基准位置与临界截面最大位置 之间的大致中间值。因此，通过使可动翼34在可动范围9的范围内转 动，能够使临界截面面积在基准值的1.2 1.3倍的范围内适当变化。在具有上述结构的可变扩散器30中，由可动翼34以及固定翼35 构成的扩散器翼的个数实质上从N个变为2倍而达到2N片。即，在可动圆板31上安装N个可动翼34且在固定圆板32上安装N个固定翼 35的情况下，在可动翼34与固定翼35相互分离的状态下，存在2N 个扩散器翼。但是，在相邻的可动翼34与固定翼35相互接触的状态 下，气流实质上在N个扩散器翼之间流过。结果，随着临界截面面积的变化，压縮机特性的流量发生变化。 即，由于临界截面面积增加至1.2 1.3倍，因此使图19所示的节流口 流量Qc变化20 30X左右，从而能够扩大流量范围。另外，由于固定翼35自不必说，可动翼34的翼前缘角度(翼角) e也总是一定的，因此，与翼角e因叶片19转动而变化的现有可变扩 散器相比，如图21中的双点划线所示，倾角的变化极小。因此，由于 设有该可变扩散器30的压縮机能够降低在倾角变大时增大的损失，因 此与以往相比能够提高效率。另外，由于将可动翼34和固定翼35的一端固定在形成扩散器通 道33的壁面上，因此仅在翼宽方向的一侧形成间隙5 。因而与使叶片 19转动的现有结构相比，能够使间隙S的面积减半，所以能够使因气 流泄漏造成的损失减半，从而能提高效率。第2实施方式下面，根据图3说明本发明的第2实施方式。该实施方式的可动翼34A将入口半径R1设定得大于固定翼35的 入口半径R2。即，可动翼34A的入口半径R1被设定为在可动翼34A 位于相邻的固定翼35的中间位置的情况下，相对于在相邻的固定翼35 之间形成的翼间临界截面A2，可动翼34A的翼前缘处于上游侧。在图 示的例子中，相对于临界截面A2与半径R1的交点X，临界截面面积 仅在可动翼34A的前缘处于临界截面A2上游的范围内变化。下面，根据附图进行具体说明。如图3 (a)所示，在可动翼34A位于固定翼35的大致中央处的 情况下，临界截面面积达到最小。如图3 (b)所示，在可动翼34A的前缘处于临界截面A2上游的 情况下，临界截面All与临界截面A12之和(A11+A12)逐渐增加。如图3 (c)所示，在可动翼34A的前缘处于临界截面A2的下游 的情况下，临界截面面积为翼的个数N与临界截面A2相乘得到的值， 即使可动翼34A转动，临界截面也不会达到最大的A2。可是，在上述图2 (b)所示的状态下，可动翼34以及固定翼35 的翼前端均形成具有有限间隔而相互重合并且扩散器翼前缘的翼厚变 厚的状态。这种翼厚的增大不仅会妨碍临界截面面积增加至最大限度， 而且还会增加翼前缘的损失。但是，在图3 (c)所示的状态下，可动翼34A的前缘位于固定翼 35的前缘的下游。因此，与图2 (b)所示的状态相比，临界截面的尺 寸达到A2>Allmax。这样，若将入口半径Rl设定得大于入口半径R2 (R1〉R2)，则临界截面面积的可动范围的最大值变大。另外，在图3 (c)所示的状态下，由于翼前缘实质上减半至固定 翼35的个数，因此能够减小翼前缘的损失。第3实施方式下面，根据图4以及图5说明本发明的第3实施方式。该实施方式的可动翼34B，在相同半径位置处，将翼前缘角度(翼 角)akl设定得小于固定翼35的翼角odc2，从固定翼35的中间向固定15翼35的负压面驱动可动翼34B。根据这种结构，虽然临界截面A12的最大值小于临界截面A2，但 是在使2个翼重合的状态下，能够减小平均翼角otk。结果，压縮机的特性如图5所示，减小了在最大角度处的流动角 度ot，通过比较实线与虚线所示的情况可知，能够提高流量较少时的性 能。另外，即使在中间角度，通过比较实线与虚线所示的情况可知， 流动角度a较小的小流量时的性能并不比最大角度时有所提高。艮口，将翼角otk设定为ctkKak2是重视流动角度a较小的小流量时 的性能的结果，在最大角度时以及中间角度时，能够获得提高小流量 区域的压力比的性能改善。第4实施方式下面，根据图6以及图7说明本发明的第4实施方式。该实施方式的可动翼34C，在相同半径位置处，将翼前缘角度(翼 角)ockl设定得大于固定翼35的翼角ock2，从固定翼35的中间向固定 翼35的压力面驱动可动翼34B。根据这种结构，与上述第2实施方式相同，临界截面A2达到最大 值。另一方面，对于节流口流量Qc而言，由于扩散器入口的流动角度 a与临界截面A2大致呈直角地进行流动，因此，即使对于固定翼35 的压力面角度，也能形成更大的角度。因此形成了负倾角变大且损失 较大，从而降低实质节流口流量的原因。但是，在该实施方式中，在可动翼34C与固定翼35接触并使两个 翼重合的状态下，能够增加平均翼角ak。结果，压縮机的特性，如图7所示，在最大角度处流动角度a较大 的大流量时，通过比较实线与虚线所示的情况可知，通过压力比的上 升能够提高性能。另外，即使在中间角度，通过比较实线与虚线所示 的情况可知，流动角度a较大的大流量时的性能也并不会比最大角度时 有所提高。艮卩，将翼角ock设定为akl〉ak2是重视流动角度oc较大的大流量时 的性能的结果，在最大角度时以及中间角度时，能够获得提高大流量 区域的压力比的性能改善。第5实施方式下面，根据图8 图10说明本发明的第5实施方式。在叶片式扩散器中，在与相邻翼的之间，从翼负压面以直角方向 未形成最短距离，换句话说， 一般认为，将没有临界截面的扩散器称 为"小桨叶盘面积比扩散器"，该小桨叶盘面积比扩散器具有以下特征。在叶片式扩散器中，由于喘振流量Qs较小，并且节流口流量Qc 较大，因此具有所谓流量范围较宽而反面效率较低的特征。另一方面，由于在叶片式扩散器中，喘振流量Qs较大，并且节流 口流量Qc比喘振流量Qs大10 20%左右，因此具有所谓流量范围较 窄而效率较高的特征。与此相比，在小桨叶盘面积比扩散器中，由于没有临界截面，因 此节流口流量Qc大于叶片式扩散器，喘振流量Qs大于叶片式扩散器。 所以，小桨叶盘面积比扩散器与叶片式扩散器相比，具有效率提高的 特征。在小桨叶盘面积比扩散器中，将没有形成临界截面的可动翼称 为"小桨叶盘面积比翼"。图io作为扩散器的特性，显示了叶片式扩散器和小桨叶盘面积比扩散器的压力恢复率与翼的个数的关系。在通常的叶片式扩散器中，若改变翼的个数，则如图中实线所示， 在翼的个数从IO个左右变为较少的数量时，压力恢复率会急速降低， 在极限为0个的情况下，与无叶片式扩散器一致。另一方面，在小桨叶盘面积比扩散器中，由于翼本身的尺寸小于 通常的叶片式扩散器，因此，如图中的单点划线所示，即使翼的个数 增大，压力恢复率也不会提高至通常的叶片式扩散器。因此，在第5实施方式中，如图8所示，在固定翼35的个数非常 少且设有未形成临界截面的小桨叶盘面积比翼的小桨叶盘面积比扩散 器中，设定假想的临界截面A2，采用上述第2实施方式。艮口，在本实施方式的可动翼34D中，将入口半径R1设定得大于 固定翼35的入口半径R2。所以，可动翼34D的入口半径Rl被设定为 在可动翼34D位于相邻的固定翼35的中间位置的情况下，与在相邻的 固定翼35之间形成的翼间假想临界截面A2相比，可动翼34D的翼前缘处于上游侧。根据这种结构，在可动翼34D与固定翼35重合的情况下，显示出 与具有N个小桨叶盘面积比翼时相同的压力恢复率；在以等间隔设置 两个翼的情况下，由于翼的个数达到2N个，因此压力恢复率增高。所 以，采用该实施方式的结构，在保持小桨叶盘面积比扩散器的特性的 同时，在小流量时能够以等间隔设定可动翼34D以及固定翼35，以提 高性能。下面，如图9所示，对本实施方式的变形例进行说明。在该变形例中，以与图8所示的实施方式相同的方式，将固定翼35作为小桨叶盘面积比翼，另外，还将可动翼34E的后缘半径R3设定得大于固定翼 35的后缘半径R4。采用这种结构，能够获得以下特性。即，如图9 (a)所示，由于 在可动翼34E与固定翼35分离而使翼数变成2N个时，可动翼34E的 翼面积大于小桨叶盘面积比扩散器，因此压力恢复率升高。另外，在可动翼34E处于图9 (b)所示的情况下，显示了没有形 成临界截面的大量程的特性。另外，在可动翼34E处于图9 (c)所示的情况下，显示出与翼数 为N个的通常叶片式扩散器相同的较高的压力恢复率。因此，在可动翼34E比实际临界截面更靠近固定翼35的压力面一 侧时，由于固定翼35能够起到小桨叶盘面积比翼的功能，所以能够获 得以下作用，即保持使由节流口流量Qc以及喘振流量Qs限定的流 量范围扩大的大流程化，同时通过可动翼34E增大压力上升。因此， 采用该实施方式的结构，由于在保持小桨叶盘面积比翼的特性的同时， 在小流量时能够以等间隔设定可动翼34D以及固定翼35以提高性能， 因此，能够同时实现大流程化(流量范围的扩大)以及高压力比。第6实施方式下面，根据图11 16说明本发明的第6实施方式。该实施方式涉及使可动圆板31转动的驱动装置40的滑动机构部 45，特别是，涉及适于减小固定圆板32的壁面与可动翼34的间隙5的结构。图11所示的驱动装置40设有形成于壳体11上的导向槽48、和由设置在可动圆板31下端部上的凸状部49构成的滑动机构部45A。在导向槽48的一个侧面上设置形成圆弧形状(半径R)的凹凸的 导向面48a。同样，在凸状部49一侧，在与导向面48a相对的侧面上 也设置了形成相同圆弧形状(半径R)的凹凸的滑动面49a。该滑动面 49a与导向面48a接触，通过可动圆板31的转动，使该滑动面49a及 导向面48a上形成的圆弧状凹凸接触位置向圆周方向移动。另外，在壳体11上，设有从扩散器通道33 —侧观察时与可动圆 板31的外周侧的面相接触而发挥密封功能的密封部件50。该密封部件 50能够防止流经扩散器通道33的气流通过滑动机构部45A后泄漏。根据这种结构，可动圆板31对应导向面48a和滑动面49a的凹凸 接触位置，向接近或远离固定圆板32的方向移动，从而改变与固定圆 板32之间的表面间距。下面，参照图12和图B对该表面间距的变化 进行具体说明。通过可动圆板31 —侧的转动，可动圆板31在形成于固定侧的导 向面48a上的凸部同形成于滑动面49a上的凸部接触的间隙形成位置 (在图12 (a)中由虚线表示)与导向面48a的凹凸及滑动面49a的凹 凸相互啮合地接触的间隙减小位置(在图12(a)中由实线表示)之间， 沿圆弧的半径R方向往复移动。结果，如图13所示，形成于可动翼34的前端与轮毂侧壁面32a 之间的间隙S，在从位于间隙形成位置处的最大值(在图中由单点划 线表示)至间隙减小位置处的最小值(在图中由实线表示)的范围内 变化。图12 (b)显示了间隙S对应可动圆板31的可动范围e的变化， 通过使导向面48a的凹凸以及滑动面49a的凹凸到达最佳，能够使间隙减小位置处的最小间隙达到s "0。 减小通过间隙s的气流的泄漏量， 縮机的性能。因此，由于在间隙减小位置处能够 因此能够提高设有可变扩散器的压另外，上述滑动机构部45A，优选的是，利用导向面48a的凹凸 以及滑动面49a的凹凸啮合的间隙减小位置，以凹凸的间距阶梯性地转 动。艮P，由于阶梯性地固定了可动翼34的位置，因此能够防止因驱动 装置40A的松动或来自外部的振动引起的翼位置的变化，从而能够稳 定压縮机的特性。另外，在上述可变扩散器中，例如如图14所示，在处于可动翼34 的翼间的壳体侧壁面31a以及处于固定翼35的翼间的轮毂侧壁面32a 上形成滑动面51，以便即使在没有间隙S的状态下，也能获得良好的 滑动性。具体来说，在处于两翼的翼间的壁面上，可以涂布如4氟化 乙烯那样的含氟树脂以形成滑动面。采用这种结构，即使没有间隙S，可动圆板31也可顺利转动。另 外，若从可动圆板31的背面侧被扩散器的出口压力推压，即使没有上 述导向面48a以及滑动面49a那样的凹凸，消除间隙S也能提高效率。可是，在上述的说明中，虽然导向面48a以及滑动面49a形成圆 弧状，但是，例如如图15所示的第1变形例那样，也可以采用具有彼 此相同的正弦波状凹凸的导向面48b以及滑动面49b。或者，如图16所示的第2变形例那样，也可以在处于固定侧的壳 体11上形成导向槽48'，在该导向槽48'的适当位置处设置必需数量的 可自由转动的转动环52。在这种情况下，若可动圆板31转动，由于圆 弧状或正弦波状的滑动面49a相对于转动环52滑动，因此与上述导向面48a、 48b—样，在间隙减小位置处消除了间隙S 。另外，针对在上述实施方式中说明的可动翼以及固定翼的设定， 也可以相反地设定固定侧和转动侧。即，使固定翼的入口半径和可动 翼的入口半径的大小关系相反，或使固定翼的翼前缘角度与可动翼的翼前缘角度的大小关系相反，或使在固定翼和可动翼上形成小桨叶盘 面积比翼的翼相反，另外，即使使固定翼的后缘半径与可动翼的后缘 半径的大小关系相反，仍能分别获得相同的效果。这样，根据本发明的可变扩散器结构，提供了能够消除因倾角增 大或由间隙S泄漏引起的效率降低，从而能进一步提高效率的可变扩 散器。因此，设有这种可变扩散器的离心式压縮机或斜流式压縮机等 压縮机能够进一歩提高其性能。另外，本发明不应局限于上述实施方式，在不脱离本发明思想的 范围内可作出适当的改进。工业实用性本发明的扩散器以及压縮机适用于例如涡轮增压器、船舶用增压 器、航空用小型燃气轮机以及工业用离心式压縮机或斜流式压縮机。
权利要求
1.一种可变扩散器，在轮毂侧壁面与管套侧壁面之间形成扩散器通道，该扩散器通道使从在壳体内转动的叶轮外周端喷出的气流减速而使动压恢复成静压，在所述扩散器通道中设有扩散器翼，其特征在于将所述扩散器翼沿圆周方向地交替固定在形成所述轮毂侧壁面及所述管套侧壁面的壁面部件上，并且设有使所述壁面部件中的任意一方与所述叶轮的转动同轴转动的驱动单元。
2. 根据权利要求l所述的可变扩散器，其特征在于设定通过所述驱动单元进行转动的所述壁面部件的可动范围，使其达到固定在固 定侧的壁面部件上并相邻的扩散器翼间的整个宽度。
3. 根据权利要求l或2所述的可变扩散器，其特征在于将设置在所述壁面部件的转动侧的扩散器翼的入口半径(Rl)设定得大于设 置在所述壁面部件的固定侧的扩散器翼的入口半径(R2)，即R1>R2。
4. 根据权利要求3所述的可变扩散器，其特征在于将设置在所 述壁面部件的转动侧的扩散器翼的翼前缘角度(akl)设定得小于在同一 半径位置处设置在所述壁面部件的固定侧的扩散器翼的翼前缘角度 (ak2)，艮卩akKak2。
5. 根据权利要求3所述的可变扩散器，其特征在于将设置在所述壁面部件的转动侧的扩散器翼的翼前缘角度(akl)设定得大于在同一 半径位置处设置在所述壁面部件的固定侧的扩散器翼的翼前缘角度 (ak2)，艮Pakl〉ak2。
6. 根据权利要求3所述的可变扩散器，其特征在于设置在所述壁面部件的固定侧的扩散器翼为小桨叶盘面积比翼。
7. 根据权利要求6所述的可变扩散器，其特征在于将设置在所述壁面部件的转动侧的扩散器翼的后缘半径(R3)设定得大于设置在所 述壁面部件的固定侧的扩散器翼的后缘半径(R4)，即R3〉R4。
8. 根据权利要求3 7中任一项所述的可变扩散器，其特征在于 相反地设定固定侧和转动侧。
9. 根据权利要求1 7中任一项所述的可变扩散器，其特征在于 所述驱动单元设有滑动机构部，该滑动机构部使所述壁面部件的转动 侧相对于所述壁面部件的固定侧在间隙形成位置与间隙减小位置之间 往复移动。
10. —种压縮机，其特征在于其在壳体内转动的叶轮的外周端设有权利要求1 9中任一项所述的可变扩散器。
全文摘要
本发明提供了能够进一步提高效率的压缩机用可变扩散器。该可变扩散器(30)在轮毂侧壁面(32a)与管套侧壁面(31a)之间形成使从在壳体内转动的叶轮外周端喷出的气流减速而使动压恢复成静压的扩散器通道(33)，在扩散器通道(33)中设有扩散器翼，在该可变扩散器(30)中，将作为扩散器翼的固定翼(35)以及可动翼(34)沿圆周方向地交替固定在形成轮毂侧壁面(32a)及管套侧壁面(31a)的固定圆板(31)及可动圆板(32)上，并且设有使可动圆板(32)与叶轮的转动同轴转动的驱动装置(40)。
文档编号F04D29/46GK101326373SQ20078000063
公开日2008年12月17日 申请日期2007年2月9日 优先权日2006年10月30日
发明者东森弘高, 富田勋, 白石隆 申请人:三菱重工业株式会社