离心压缩机及增压器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及利用离心力对空气等流体进行压缩的离心压缩机等。
【背景技术】
[0002]近年，对于在增压器、燃气轮机、工业用空气设备等中使用的离心压缩机进行了各种研究开发(参照专利文献1及专利文献2)。
[0003]—般的离心压缩机具备压缩机壳。该压缩机壳在内侧具有套罩。在压缩机壳内绕其轴心可旋转地设有压缩机叶轮。压缩机叶轮具备轮毂(压缩机盘)。该轮毂的轮毂面从轴向一端侧(压缩机叶轮的轴向一端侧)向半径方向(压缩机叶轮的半径方向)外侧延伸。另外，在轮毂面上，多个压缩机叶片沿周向隔开间隔地一体设置，各压缩机叶片的顶端缘沿着压缩机壳的套罩延伸。
[0004]在压缩机壳上的压缩机叶轮的入口侧(上游侧)形成有流体引入口(流体引入流路)，其用于将空气等流体引入压缩机壳内。另外，在压缩机壳内的压缩机叶轮的出口侧(下游侧)形成有环状的扩散器(扩散器流路)，其使压缩的流体(压缩空气等压缩流体)减速并升压。并且，静压回复性高的扩散器通常具有:环状的平行部(并行部)；以及在平行部的半径方向内侧连续地形成的环状的节流部。在平行部上，位于套罩侧的壁面及位于轮毂侧的壁面相对于半径方向平行(并行)地设置。另一方面，在节流部上，位于套罩侧的壁面朝向半径方向外侧逐渐接近位于轮毂侧的壁面。
[0005]在压缩机壳内的扩散器的出口侧与扩散器连通地形成有涡旋状的压缩机涡管(压缩机涡管流路)。并且，在压缩机壳的适当位置上与压缩机涡管连通地形成有流体排出口(流体排出流路)，其用于将压缩的流体排出到压缩机壳的外侧。
[0006]另外，本发明的相关先行技术如专利文献1、专利文献2和专利文献3所示。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本特开2013 - 199941号公报
[0010]专利文献2:日本特开2007 - 309169号公报
[0011]专利文献3:日本专利第5050511号公报
【发明内容】
[0012]发明所要解决的课题
[0013]然而，近年来为了避免离心压缩机的大流量侧的工作区域上的压缩机性能降低、并抑制离心压缩机的脉动，使离心压缩机的工作区域向小流量侧扩大的需求正日益强烈。
[0014]为此，本发明的目的是提供一种能够满足上述需求的离心压缩机等。
[0015]用于解决课题的方法
[0016]本发明的第一方式是一种离心压缩机，其特征在于，具备:壳，其在内侧具有套罩；叶轮，其能够旋转地设置在上述壳内；流体的引入口，其与上述叶轮的入口侧连通；扩散器，其与上述叶轮的出口侧连通；上述流体的排出口 ；以及涡旋状的涡管，其使从上述叶轮经由上述扩散器流出的流体向上述排出口流通，上述扩散器包含:第一壁，其向半径方向外侧延伸；以及第二壁，其包含从上述套罩朝向上述半径方向外侧以逐渐接近上述第一壁的方式延伸的锥面以及从上述锥面朝向上述半径方向外侧以与上述第一壁平行的方式延伸的平行面，上述第二壁的上述锥面包含:流路面积最小部，其与上述第一壁一起使上述扩散器的流路面积最小；以及凸部，其与上述锥面一体地形成且比上述流路面积最小部靠近上述叶轮的上述出口侧，并具有向上述扩散器的流路突出的曲面。
[0017]另外，在本申请的说明书及专利请求范围内，所谓“流体”是包含空气等气体的意思，“设置”是除了直接设置以外也包含介由其它部件间接设置的意思，“一体设置”是包含一体形成的意思。并且，所谓“轴向”是指压缩机叶轮的轴向，“半径方向”是指压缩机叶轮的半径方向。并且，所谓“套罩侧壁面”是指位于使压缩机壳的套罩向半径方向外侧延长的一面侧的壁面，“轮毂侧壁面”是指位于使压缩机盘的轮毂面向半径方向外侧延长的一面侧的壁面，“子午面”是指包含压缩机叶轮的轴心的平面。另外，所谓“上游”是指从流体的主流的流动方向观察时的上游，“下游”是指从流体的主流的流动方向观察时的下游。
[0018]本发明的第二方式是一种增压器，其利用来自发动机的废气的压力能，对向上述发动机侧供给的空气进行增压，上述增压器的特征在于，具备第一方式的离心压缩机。
[0019]发明的效果
[0020]根据本发明，能够充分确保离心压缩机的阻塞流量，并能够在离心压缩机的小流量侧的工作区域上，抑制在压缩机叶轮的上游侧生成的逆流区域的扩大。因此，能够避免离心压缩机的大流量侧的工作区域上的压缩机性能降低、并抑制离心压缩机的脉动，能够使离心压缩机的工作区域进一步向小流量侧扩大。
【附图说明】
[0021]图1是图3的向视部I的放大图，示出了本发明实施方式的离心压缩机中的扩散器。
[0022]图2(a)及图2(b)是表示本发明实施方式的离心压缩机中的扩散器的变形例的图。
[0023]图3是本发明实施方式的离心压缩机的正剖视图(子午面视图)。
[0024]图4是本发明实施方式的车辆用增压器的正剖视图。
[0025]图5(a)是表示发明例的情况、以往例的情况及比较例的情况中的扩散器结构的子午面视图，图5(b)是表示发明例的情况、以往例的情况及比较例的情况中的扩散器的半径方向位置与流路面积的关系的图。
[0026]图6是表示在小流量侧的工作区域上在压缩机叶轮的上游侧生成的逆流区域的图。
[0027]图7是表示发明例的情况、以往例的情况及比较例的情况中的流量与压力比的关系的图。
【具体实施方式】
[0028]本发明基于新得到的如下见解。
[0029]图5(a)是表示发明例的情况、以往例的情况及比较例的情况中的扩散器43及其周围结构的子午面视图，示出了数值流体(CFD -Computat1nal Fluid Dynamics)解析中假想设定的流路。图5(b)是表示发明例的情况、以往例的情况及比较例的情况中的扩散器的半径方向位置与流路面积的关系的图。图中的“D1”表示轴向、“D2”表示半径方向。另外，图中的F表示流体的主流的流动方向。
[0030]在图5 (a)中如实线所示，发明例的扩散器43具备节流部51，其具有突出地形成有凸部53的套罩侧壁面51s (43s)。凸部53的表面具有曲面形状。并且，子午面上的凸部53的半径方向外侧的端缘，形成有切线方向不连续地变化的不连续点。
[0031]另一方面，在图5(a)中如双点划线所示，以往例的扩散器43的节流部51具有未形成凸部53的套罩侧壁面51c。并且，在图5(a)中如虚线所示，比较例的扩散器43的节流部51具有套罩侧壁面51p，而该套罩侧壁面51p没有凸部53且形成为与以往例的情况相比节流部51的流路宽度以与发明例的凸部53的突出量相当的程度变窄。另外，除了套罩侧壁面以外的形状在发明例、以往例及比较例中是共通的。并且，如图5(b)所示，扩散器43的流路面积在各例中都是在节流部51的出口或节流部的出口的近前侧最小。
[0032]图6示出了针对假想设定了图5 (a)所示的发明例、以往例及比较例的各流路的离心压缩机的数值流体解析的结果。具体而言，图6示出了压缩机叶轮在小流量侧的工作区域上动作时的、在压缩机叶轮的上游侧生成的逆流区域。另外，在图6中，“P1”是发明例的逆流区域的末端、“P2”是以往例的逆流区域的末端、“P3”是比较例的逆流区域的末端。
[0033]如图6所示，由该解析结果可见，与以往例及比较例相比，发明例的离心压缩机能够抑制在小流量侧的工作区域上在压缩机叶轮35的上游侧生成的逆流区域的扩大。这可以认为是由于凸部5