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本发明涉及一种扩大工作范围并且经济性高、稳定运转的可靠性高的离心压缩机(10)，其具有分隔壁(37)和流量调整部(36)，分隔壁(37)将扩压部(15)和涡旋部(16)的流路在流体的流通方向分割为多个，以形成轮毂侧流路(A)和管套侧流路(B)，流量调整部(36)调整流量，当由叶轮(13)压缩的流体的流量小时减小流入管套侧流路(B)的流量，使大量的流量流入轮毂侧流路(A)，当由叶轮(13)压缩的流体的流量大时不减少流入管套侧流路(B)的流量而使流体流入管套侧流路(B)和轮毂侧流路(A)。

1、  一种离心压缩机，其具备：旋转轴、安装在该旋转轴上的叶轮、收容该叶轮的壳体、与该叶轮的下游连接的扩压部、与该扩压部的下游连接的涡旋部，
通过旋转驱动所述叶轮，对流体施加离心力而压缩该流体，所述离心压缩机的特征在于，
所述离心压缩机具有分割部和流量调整部，
所述分割部在所述流体的流通方向上将所述扩压部和所述涡旋部的流路分割为多个，以形成轮毂侧流路和管套侧流路，
所述流量调整部以如下方式来调整流量，即：当由所述叶轮压缩的流体的流量小时，减少流入所述管套侧流路的流量而使大的流量流入所述轮毂侧流路，当由所述叶轮压缩的流体的流量大时，不减少流入所述管套侧流路的流量而使流体流入所述管套侧流路和所述轮毂侧流路。

2、  如权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于，所述分割部是设置于所述扩压部及所述涡旋部的内部的分隔壁。

3、  如权利要求1或2所述的离心压缩机，其特征在于，所述流量调整部是设置于所述涡旋部的出口部附近的流量调整阀。

4、  如权利要求1～3中任一项所述的离心压缩机，其特征在于，至少一个所述扩压部的入口部的直径为所述叶轮的直径的1.02～1.2倍。

5、  如权利要求2～4中任一项所述的离心压缩机，其特征在于，所述分隔壁的上游侧的端面从轮毂侧朝向管套侧倾斜。

6、  如权利要求1～5中任一项所述的离心压缩机，其特征在于，在至少一个所述扩压部上设置有翼片。

7、  如权利要求6所述的离心压缩机，其特征在于，设置有所述翼片的所述扩压部的流路剖面积设定为比其他的所述扩压部的流路剖面积小。

离心压缩机
技术领域
本发明涉及一种用于涡轮增压器等的离心压缩机。
背景技术
以往，已知用于例如汽车用内燃机的涡轮增压器等中的离心压缩机。
图13是以往的离心压缩机的主要部分的主视图。图14是以往的离心压缩机的主要部分纵剖面图。图示的离心压缩机10通过在壳体11内使具有多个叶片12的叶轮13旋转，从而压缩从壳体11的外部导入的气体或空气等流体。这样形成的流体的流动(气流)通过构成叶轮13的外周端的叶轮出口(以下也称为“扩压部(diffuser)入口”)14、扩压部15以及涡旋部16送向外部。另外，图中的附图标记17表示叶轮13旋转的旋转轴线。
上述的扩压部15设于叶轮出口14和涡旋部16之间，是用于通过使从叶轮出口14喷出的气流减速，从而使静压恢复的通路。另外，在扩压部15上根据需要设置翼片。通过在扩压部15上设置翼片，从而如图15所示，能够改变离心压缩机的工作范围。即，利用设置于扩压部15的翼片，使表示振喘(surge)的产生的振喘线向高压力比且小流量侧移动。在此，所以振喘是指离心压缩机引起一种自激振动，并以特有的周期喷出压缩空气而使压力和流量变动的现象，确定小流量侧的工作界限。
其中，用于汽车用涡轮增压器等中的离心压缩机以各种转速运转，所以要求宽的工作范围。但是，离心压缩机若流量减少，则在扩压部15内产生上述振喘。另一方面，若流量增加则在叶轮或扩压部产生所谓扼流(choke)的流体闭塞，大流量侧的流量范围被限制。
以往，为了扩大离心压缩机的工作范围，已知如图16所示，在壳体21上设置槽25或循环通路26的技术(例如参照专利文献1)。
另外，已知在离心压缩机中适用入口可变引导翼片或可变扩压部等可变机构，从而扩大工作范围的技术(例如参照专利文献2、3、4和5)。具体地，如图17A、图17B所示，可变扩压部通过使扩压翼片28转动或滑动而改变通路面积，能够扩大离心压缩机的工作范围。特别是，在图17B的可变扩压部中，与从叶轮13喷出的气流的流速对应而改变扩压部的角度，从而能够扩大工作范围。
专利文献1：特开平10-176699号公报
专利文献2：特开平11-173300号公报
专利文献3：特开2001-329995号公报
专利文献4：特开2001-329996号公报
专利文献5：特开第3038398号公报
但是，在专利文献1中公开的技术中，如图18所示，通过壳体的加工使离心压缩机的工作范围多少放大，但是没有大幅度的改善。另外，在专利文献2、3、4和5公开的技术中，可变扩压部需要复杂的驱动机构，所以经济性低。另外，在扩压翼片28和扩压部15壁部之间具有滑动部，所以对稳定运转的可靠性低，另外，存在从滑动部的间隙产生漏气，引起性能降低等问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而研发的，其目的在于提供一种放大工作范围并且经济性高、对稳定运转的可靠性高的离心压缩机。
本发明为了解决上述课题，采用下述机构。
本发明的离心压缩机具有：旋转轴、安装在该旋转轴上的叶轮、收容该叶轮的壳体、与该叶轮的下游连接的扩压部、与该扩压部的下游连接的涡旋部，通过旋转驱动所示叶轮而对流体给以离心力，压缩该流体，其特征在于，具有分割部和流量调整部，所述分割部将所述扩压部和所述涡旋部的流路在所述流体的流通方向分割为多个，以形成轮毂侧流路和管套侧流路，所述流量调整部以如下方式调整流量，当由所述叶轮压缩的流体的流量小时减小流入所述管套侧流路的流量，使大量的流量流入所述轮毂侧流路，当由所述叶轮压缩的流体的流量大时不减少流入所述管套侧流路的流量而使流体流入所述管套侧流路和轮毂侧流路。
在离心压缩机中，通过叶轮压缩的流体在叶轮出口具有轮毂侧大的流速分布。该流速分布当小流量时显著。因此，设置当由叶轮压缩的流体的流量小时，减少流入管套侧流路的流量而使大量的流量流入所述轮毂侧流路的流量调整部。由此，形成小的出口流路，小流量时将大量的流体引导到轮毂侧流路，防止表示小流量侧的动作界限的振喘产生。另一方面，当由叶轮压缩的流体的流量大时，通过流量调整部使流体流入管套侧流路和轮毂侧流路两者中。由此，形成大的出口流路，防止表示大流量侧的动作界限的扼流产生。这样，通过防止振喘和扼流的产生，而能够确保宽的工作范围。
另外，根据本发明的离心压缩机，与需要复杂驱动机构的可变扩压部相比，能够以低成本实现宽的工作范围。另外，由于能够减少构成驱动部的部件数，所以能够实现可靠性高的运转。另外，如可变扩压部所示，由于不从滑动部的间隙产生漏气，所以能够防止伴随漏气的性能降低。
在上述的离心压缩机中，所述分割部可以是设于所述扩压部和所述涡旋部的内部的分隔壁。
根据这样的离心压缩机，由于仅通过由分隔壁将流路分割即可，所以能够以低成本且容易地分割扩压部和涡旋部的流路。
在上述的离心压缩机中，所述流量调整部可以是设于所述涡旋部的出口部附近的流量调整阀。
根据这样的离心压缩机，由于能够将通过各流路的流体的流量稳定调整，所以能够防止振喘和扼流的产生，并且能够确保宽的工作范围。
流量调整阀优选设于管套侧流路中。这种情况下，小流量时使流量调整阀全闭，大流量时使其全开。另外，当处于小流量和大流量之间的中间流量时，可以为全闭和全开之间的中间开度。
上述离心压缩机中，可以是至少一个所述扩压部的入口部的直径为所述叶轮的直径的1.02～1.2倍。
若扩压部的入口部的直径低于叶轮的直径的1.02倍，则分隔壁和叶轮出口的流动发生干涉，使性能降低。另外，若扩压部的入口部的直径高于叶轮的直径的1.2倍，则扩压部的压力恢复变小。因此使扩压部的入口部的直径为叶轮的直径的1.02～1.2倍。
上述离心压缩机中，可以是所述分隔壁的上游侧的端面从轮毂侧朝向管套侧倾斜。
从叶轮喷出时的流速分布在管套侧和轮毂侧具有不向对象流体而向轮毂侧倾斜的流速分布。因此，分隔壁的上游侧的端面形成从轮毂侧朝向管套侧倾斜的形状。由此，能够防止分隔壁端面的剥离，确保顺畅的流动。
上述离心压缩机中，也可以是在至少一个所述扩压部上设置翼片。
根据这样的离心压缩机，流体的流量少的情况下，通过使其在设有翼片的带翼片的扩压部流通，从而能够得到高压力比，能够防止振喘的产生。另外，流体的流量多的情况下，使流量调整部工作，使流体也流通于不带翼片的扩压部，从而能够防止扼流的产生。因此，通过形成这样的结构，不会产生振喘或扼流，能够确保宽的工作范围。另外，在带翼片的扩压部上没有滑动部，不从间隙产生漏气，所以不会引起伴随漏气的性能降低。
上述的离心压缩机中，也可以使设置有所述翼片的所述扩压部的流路剖面积设定为比其他所述扩压部的流路剖面积小。
根据这样的离心压缩机，在流体的流量少的情况下，通过在带有翼片的扩压部流通，从而得到高的压力比，所以能够扩大工作范围。
根据本发明的离心压缩机，将扩压部和涡旋部的流路分为轮毂侧流路和管套侧流路，根据从叶轮喷出的流体的流量而能够分开使用各流量，所以能够以低成本实现宽的工作范围。另外，由于与可变扩压部相比能够减少可动部件，所以能够提供可靠性高的离心压缩机。
附图说明
图1A是本发明的第一实施方式的离心压缩机的纵剖面图。
图1B是图1A所示的离心压缩机的叶轮出口的局部放大图。
图2是表示图1A所示的离心压缩机的主要部分的纵剖面图。
图3A是图2所示的离心压缩机的分隔壁部分的局部放大图。
图3B是说明图2所示的离心压缩机的流动状况的图。
图3C是说明以往的离心压缩机的流动状况的图。
图4A是表示图2所示的离心压缩机的小流量时的流体的状态的纵剖面图。
图4B是表示图2所示的离心压缩机的大流量时的流体的状态的纵剖面图。
图5是表示图2所示的离心压缩机的压力比和流量的关系的曲线图。
图6A是表示图2所示的离心压缩机的变形例的纵剖面图。
图6B是表示图2所示的离心压缩机的变形例的纵剖面图。
图7是本发明的第二实施方式的离心压缩机的纵剖面图。
图8A是表示图7所示的离心压缩机的小流量时的流体的状态的纵剖面图。
图8B是表示图7所示的离心压缩机的大流量时的流体的状态的纵剖面图。
图9是表示图7所示的离心压缩机的压力比和流量的关系的曲线图。
图10是本发明的第三实施方式的离心压缩机的纵剖面图。
图11A是表示图10所示的离心压缩机的小流量时的流体的状态的纵剖面图。
图11B是表示图10所示的离心压缩机的大流量时的流体的状态的纵剖面图。
图12是表示图10所示的离心压缩机的压力比和流量的关系的曲线图。
图13是表示以往的离心压缩机的主要部分的主视图。
图14是以往的离心压缩机的纵剖面图。
图15是表示以往的离心压缩机的压力比和流量的关系的曲线图。
图16是以往的离心压缩机的纵剖面图。
图17A是以往的离心压缩机的纵剖面图。
图17B是以往的离心压缩机的纵剖面图。
图18是表示以往的离心压缩机的压力比和流量的关系的曲线图。
附图标记说明
10、30、40、50离心压缩机
11壳体
13叶轮
15、15A、15B扩压部
16、16A、16B涡旋部
17旋转轴线
35翼
36流量调整阀
37分隔壁
A轮毂侧流路
B管套侧流路
具体实施方式
〔第一实施方式〕
以下参照附图说明本发明的第一实施方式。
图1A中表示本实施方式的离心压缩机30的纵剖面图。另外，图1B表示从叶轮喷出时的流速分布。
图1A中，离心压缩机30具备具有多个叶片12的叶轮13和收容叶轮13的壳体11。
叶轮13通过未图示的电动机或涡轮机等驱动装置绕旋转轴线17旋转。在叶轮13的喷出侧连续设置有扩压部15和涡旋部16。
扩压部15使从在壳体11内旋转的叶轮13的外周端喷出的气流减速，使静压恢复。
涡旋部16与扩压部15的下游侧连接，具有旋涡状的流路。在涡旋部16的下游侧设有在涡旋部16中通过的流体流动的出口管38。
在扩压部15、涡旋部16以及出口管38的内部设有将流路在流体的流通方向分割为二的分隔壁37(分割部)，形成轮毂侧流路(流路A)和管套侧流路(流路B)。从叶轮13向轮毂侧(图中右侧)喷出的流体导入轮毂侧流路，从叶轮13向管套侧(图中左侧)喷出的流体导入管套侧流路。
分隔壁37由薄板形成，扩压部15的流路剖面积以分隔壁37的厚度量扩张。通过采用这样的分隔壁37，而能够以低成本且容易地分割扩压部15和涡旋部16的流路。
在轮毂侧的扩压部15A上设有翼35。翼35以圆周方向具有规定间隔的状态设有多个，且相对于壳体固定。即，翼35相对于流体的角度固定。管套侧的扩压部15B的流路剖面积比轮毂侧的扩压部15A的流路剖面积(行程面积)设定得大。这是为了增大大流量时的工作范围。具体地，轮毂侧的涡旋部16A的横剖面的面积为S_A，从轮毂侧的涡旋部16A的中心(横剖面的图心)到旋转轴17的距离为R_A，管套侧的涡旋部16B的横剖面的面积为S_B、管套侧的涡旋部16B的中心(横剖面的图心)到旋转轴17的距离为R_B的情况下，优选将S_A/R_A设定为比S_B/R_B小。
在管套侧的出口管38B上设有调整各流路的流量的流量调整阀(流量调整部)36。本实施方式中，作为流量调整阀36采用蝴蝶阀。作为流量调整部采用流量调整阀36，从而能够稳定地且精度良好地调整各流路的流量。另外，流量调整阀36为了减少死容积而优选尽可能设置在靠近涡旋部16的位置。
另外，如图2所示，扩压部入口14的直径为叶轮13的外径的1.02～1.2倍。
另外，如图3A所示，分隔壁37的上游侧的端面形成从轮毂侧朝向管套侧倾斜的形状。这是为了在大流量时均匀地导入轮毂侧流路A和管套侧流路B。
在此，通过CFD确认分隔壁的倾斜方向的不同而形成的流动状态的结果，如图3B、图3C所示。图3B在如图3A所示为从轮毂侧朝向管套侧倾斜的形状的情况下，流体均匀地分配给轮毂侧流路A和管套侧流路B上。另一方面，如图3C所示，在从管套侧朝向轮毂侧倾斜的形状的情况下，流体偏向轮毂侧。因此，本实施方式中，形成图3A所示的分隔壁前端的形状。
以下说明具有上述结构的离心压缩机30的动作。
离心压缩机30通过未图示的电动机或涡轮机等驱动装置驱动叶轮13绕旋转轴线17旋转。通过叶轮13旋转，从未图示的供气口取入的流体导入壳体11内。导入壳体11内的流体通过叶轮13的旋转而被给以离心力从而被压缩，顺次在扩压部入口14、扩压部15、涡旋部16、出口管38中流通，并从未图示的喷出口作为压缩流体喷出。
在上述动作时，通过使流量调整阀36动作，从而调整各流路的流量。
当由叶轮13压缩的流体的流量小时，减小流量调整阀36的开度，从而如图4A所示，减小流入管套侧流路B中的流量，使大量的流量流入轮毂侧流路A。即，被压缩的流体顺次在扩压部入口14、设有翼35的扩压部15A、涡旋部16A中流通。
另一方面，当被叶轮13压缩的流体的流量大时，通过增大流量调整阀36的开度，从而如图4B所示，不减少流入管套侧流路B的流量而使流体流入管套侧流路B和轮毂侧流路A中。即，被压缩的流体在扩压部入口14分路，形成从设有翼35的扩压部15A到涡旋部16A的流路和从未设有翼的扩压部15B到涡旋部16B的流路。
另外，这时，优选流量调整阀36的开度不仅全开或全闭，作为途中开度对于被压缩的流体的流量能够得到高的压力比。
图5表示本实施方式的离心压缩机的流量和压力比的关系。
由图5可知，当压缩流体的流量小时，减少流入管套侧流路B中的流量，使多的流量流入轮毂侧流路A，从而能够确保高的压力比。即，振喘线向小流量、高压力比侧移动。另外，当压缩流体的流量大时，不减少流入管套侧流路B的流量，而通过使流体流入管套侧流路B及轮毂侧流路A，从而能够应对大的流量。
在离心压缩机中，由叶轮压缩的流体由于离心力而在叶轮出口具有在轮毂侧大的流速分布。因此，在本实施方式的离心压缩机30中，在管套侧流路B上设置流量调整阀36，通过流量调整阀36的动作，使得当由叶轮13压缩的气体的流量小时减少流入管套侧流路B中的流量，而使大量的流量流入轮毂侧流路A中。由此能够形成小的出口流路，当小流量时将大量的流体导入轮毂侧流路A中，能够防止振喘的发生。
另一方面，由叶轮13压缩的流体的流量大时，通过流量调整阀36的动作，不减少流入管套侧流路B中的流量而使流体流入管套侧流路B和轮毂侧流路A。由此，能够形成大的出口流路，防止扼流的产生。
这样，小流量时仅使用轮毂侧流路A，大流量时使用轮毂侧流路A和管套侧流路B，而防止振喘和扼流的产生，从而能够确保宽的工作范围。
如以上所述，根据本实施方式的离心压缩机，与需要复杂驱动机构的可变扩压部相比，容易防止振喘和扼流的产生，能够实现宽的工作范围。另外，由于能够减少驱动部的部件数，所以能够实现可靠性高的运转。另外，能够防止从滑动部的间隙漏气而导致性能降低。
另外，如图6A、图6B所示，将扩压部15和涡旋部16分割为二的分隔壁37可以在相对于旋转轴线17倾斜的方向上设置，也可以在相对于旋转轴线17垂直的方向上设置。
另外，代替流量调整阀36，也可以例如在扩压部15B上设置可插拔的壁体(未图示)，能够调整管套侧流路B和轮毂侧流路A的流量。
另外，在本实施方式中，以仅在轮毂侧的扩压部15A上设置翼35的结构为例进行了说明，但是也可以仅在管套侧的扩压部15B上设置翼。这样，也能够扩大离心压缩机的工作范围。
〔第二实施方式〕
接着，使用图7说明本发明的第二实施方式。
本实施方式的离心压缩机与第一实施方式不同的地方是，在轮毂侧的扩压部15A和管套侧的扩压部15B两者上设置翼。以下关于本实施方式的离心压缩机，与第一实施方式共通的地方省略说明，主要说明不同的地方。
如图7所示，在轮毂侧的扩压部15A和管套侧的扩压部15B上设有翼35。翼35在圆周方向具有规定间隔设置，且相对于壳体11固定。
设于轮毂侧的扩压部15A上的翼35A与设于管套侧的扩压部15B上的翼35B相比具有多片。由此，轮毂侧的扩压部15A的流路剖面积设定为比管套侧的扩压部15B的流路剖面积小。另外，设于轮毂侧的扩压部15A上的翼35A与设于管套侧的扩压部15B上的翼35B相比，也可以将翼高度或翼角度设定得小。由此与上述同样地能够将轮毂侧的扩压部15A的流路剖面积设定为比管套侧的扩压部15B的流路剖面积小。
另外，在管套侧的出口管38B上设有调整各流路的流量的流量调整阀(流量调整部)36。
在具有上述结构的离心压缩机40中，通过使流量调整阀36动作，从而调整各流路的流量。
当由叶轮13压缩的流体的流量小时，减小流量调整阀36的开度，从而如图8A所示，减小流入管套侧流路B中的流量，使大量的流量流入轮毂侧流路A。即，被压缩的流体顺次在扩压部入口14、流路剖面积小的扩压部15A、涡旋部16A中流通。
另一方面，当被叶轮13压缩的流体的流量大时，通过增大流量调整阀36的开度，从而如图8B所示，不减少流入管套侧流路B的流量而使流体流入管套侧流路B和轮毂侧流路A中。即，被压缩的流体在扩压部入口14分路，并在从流路剖面积小的扩压部15A到涡旋部16A的流路和从流路剖面大的扩压部15B到涡旋部16B的流路中流通。
图9表示本实施方式的离心压缩机的流量和压力比的关系。
根据图9，当压缩流体的流量小时，减少流入管套侧流路B中的流量，使大量的流量流入轮毂侧流路A，从而能够确保高的压力比。另外，当压缩流体的流量大时，不减少流入管套侧流路B中的流量，而使流体流入管套侧流路B和轮毂侧流路A，从而能够扩大可对应的流量范围，同时确保高的压力比。
如以上所述，根据本实施方式的离心压缩机，与需要复杂驱动机构的入口可变引导翼或可变扩压部相比，能够以低成本确保高的压力比，同时扩大流量范围。
另外，在本实施方式中，以轮毂侧的扩压部15A的流路剖面积比管套侧的扩压部15B的流路剖面积设定得小的情况为例进行了说明，但是可以将轮毂侧的扩压部15A的流路剖面积比管套侧的扩压部15B的流路剖面积设定得大。这样，也能够扩大离心压缩机的工作范围。
〔第三实施方式〕
接着，使用图10说明本发明的第三实施方式。
本实施方式的离心压缩机与上述各实施方式不同的地方是，在轮毂侧的扩压部15A和管套侧的扩压部15B两者上都不设置翼。以下关于本实施方式的离心压缩机，与第一实施方式共通的地方省略说明，主要说明不同的地方。
如图10所示，在轮毂侧的扩压部15A和管套侧的扩压部15B上都没有翼。另外，轮毂侧的扩压部15A的流路剖面积设定为比管套侧的扩压部15B的流路剖面积小。
另外，在管套侧的出口管38B上设有调整各流路的流量的流量调整阀(流量调整部)36。
在具有上述结构的额离心压缩机50中，通过使流量调整阀36动作，从而调整各流路的流量。
当由叶轮13压缩的流体的流量小时，减小流量调整阀36的开度，从而如图11A所示，减小流入管套侧流路B中的流量，使大量的流量流入轮毂侧流路A。即，被压缩的流体顺次在扩压部入口14、流路剖面积小的扩压部15A、涡旋部16A中流通。
另一方面，当被叶轮13压缩的流体的流量大时，通过增大流量调整阀36的开度，从而如图11B所示，不减少流入管套侧流路B的流量而使流体流入管套侧流路B和轮毂侧流路A中。即，被压缩的流体在扩压部入口14分路，并在从流路剖面积小的扩压部15A到涡旋部16A的流路和从流路剖面积大的扩压部15B到涡旋部16B的流路中流通。
图12表示本实施方式的离心压缩机的流量和压力比的关系。
由图12可知，当压缩流体的流量小时，减少流入管套侧流路B中的流量，使大量的流量流入轮毂侧流路A，从而能够确保高的压力比。另外，当压缩流体的流量大时，不减少流入管套侧流路B中的流量，而使流体流入管套侧流路B和轮毂侧流路A，从而能够扩大可对应的流量范围，同时确保高的压力比。
如以上所述，根据本实施方式的离心压缩机，与需要复杂驱动机构的入口可变引导翼或可变扩压部相比，能够以低成本扩大工作范围。另外，由于各流路都不设置翼，所以比前述的各实施方式经济性更加优良。
另外，在本实施方式中，以轮毂侧的扩压部15A的流路剖面积比管套侧的扩压部15B的流路剖面积设定得小的情况为例进行了说明，但是可以将轮毂侧的扩压部15A的流路剖面积比管套侧的扩压部15B的流路剖面积设定得大。这样，也能够扩大离心压缩机的工作范围。