具有帶氣門的第二級罩蓋的渦輪增壓器壓縮機和關聯的方法

2023-06-06 09:17:26 2

專利名稱：具有帶氣門的第二級罩蓋的渦輪增壓器壓縮機和關聯的方法
具有帶氣門的第二級罩蓋的渦輪增壓器壓縮機和關聯的方法 相關申請的交叉引用本申請相關於當前未決的序列號為11/004,467的美國專利申請， 該美國專利申請的申請日期是2004年12月3日。發明背景本發明涉及二級離心式壓縮機(radial compressor),並且涉及包括 這種壓縮機的渦輪增壓器。離心式壓縮機被使用在各種類型的渦輪機械中，包括用於內燃 機系統的渦輪增壓器。離心式壓縮機通常包括至少 一個壓縮機級， 該壓縮機級由在壓縮機殼體內安裝在軸上的旋轉葉輪形成。殼體限 定了通常沿軸向方向典型地通向到葉輪中的入口流路。葉輪包括輪 轂和多個葉片，該葉片繞著其圓周間隔並且從輪轂處延伸出。葉輪 被配置以接收沿軸向方向的流體和壓縮流體，並且通常沿徑向向外 的方向將流體排出到被壓縮機殼體限定的蝸殼中。殼體包括在最接 近葉輪葉片的頂端處延伸的並且與葉輪的輪轂一起限定穿過葉輪的 主流路的壁或罩蓋。在一些所要求的壓力比超過了由單級離心式壓縮機可獲得的壓 力比的應用場合下，應用了二級離心式壓縮機。第二級是由第二級 葉輪形成的，其從第一級葉輪處接收流體並且進一步將該流體壓縮 到較高的壓力。在美國專利第6,062,028號和第6,834,501號中描述 了 二級離心式壓縮機的實例，其說明書通過引用結合於本文中。在任何壓縮機中，在喘振(surge)發生之前對在給定流量下達到的 壓力比都有限制；喘振發生的軌跡，作為流量的函數，被稱為壓縮 機性能線圖上的喘振線。當在壓縮機中的某處發生阻塞之前對通過
壓縮機的流量的多少也有限制。壓縮機可用的操作範圍被限定在喘 振線和阻塞處的流量之間。希望具有寬的操作範圍。特別地，在壓 力比對流量的壓縮機性能線圖上，希望將喘振線朝著圖的上部左手 角推得儘可能的遠。過去幾年提出了許多用於控制壓縮機中的喘振 的不同方法。 一些方法包含在壓縮機中使用反饋控制技術和/或可變 幾何式機構的相對複雜的運動控制系統。對許多應用場合，比如渦 輪增壓器，這種複雜的方法並不實用。發明簡介本發明針對上面的需要並且通過提供具有單 一被動喘振控制系 統的二級離心式壓縮機獲得了其它的優點。可以發現的是通過允許 一些比例的流體在壓縮機的第二級和通向到第二級葉輪入口中的壓 縮才幾流路的上遊部分之間流動，該壓縮機的第二級在葉4侖葉片頂端 的鄰近，在二級離心式壓縮機中的喘振可被延遲到較低的流量和較 高的壓力比。取決於在兩個位置之間存在的壓力差，流體被允許以 任一方向流動。因此，在一些操作條件下，其中葉輪葉片頂端處的 壓力高於上遊流路位置處的壓力，流體將以再流通的方式從葉片頂 端區域流動到上遊位置處。在其它的操作條件下，壓力梯度可是相 對的並且流體以相對的方向流動。壓縮機的第二級包括第二級罩蓋，該第二級罩蓋形成了穿過第 二級的壓縮機流路的徑向外壁，並且在最接近葉片頂端處延伸。罩 蓋包括至少一個氣門，流體可通過該氣門。流道被壓縮機殼體限定， 該流道從氣門處返回通向到第二級葉輪入口的流路上遊中。壓縮機 殼體可具有用於將流體從第 一級葉輪處引導到第二級葉輪中的不同 的幾何形狀，和取決於壓縮機殼體的幾何形狀，用於提供在上遊流 路和連接到罩蓋氣門的流道之間的流體連通的特定的構造。在發明的 一 個實施例中，壓縮機包括在第二級葉輪的入口流路 中的輪葉組件，該輪葉組件由壁和多個沿圓周間隔的被固定到壁上
的輪葉構成。輪葉組件的壁限定至少一個與從第二級罩蓋氣門處通 向到入口流路中的流道相連接的開口 ，使得入口流路經由這種開口 與流道流體相連通。有利地，輪葉組件的壁限定多個這種沿圓周間 隔分離的開口。在發明另 一個實施例中，葉輪組件的壁被連接到壓縮機殼體， 使得在壁的邊緣和壓縮機殼體之間存在間隙，該間隙與從第二級罩 蓋氣門處通向到入口流路中的流道相連接。在發明的又一個實施例中，壓縮機殼體限定了從第一級葉輪處 接收流體的第 一級蝸殼，第 一級和第二級蝸殼的每一個都沿圓周至 少部分地繞著各自的第一級和第二級葉輪延伸。壓縮機包括用於將 流體從第 一 級蝸殼處引導到第二級入口流路中的級間管道。級間管 道由在沿圓周間隔的位置處被連接到第 一 級蝸殼上的第 一 導管和第 二導管構成，第一導管和第二導管徑向通過第二級蝸殼的外部，並 且然後徑向向內延伸，以及在沿圓周間隔的位置處連接到第二級葉 輪的入口流路上。到第二級的入口流路中的開口形成在第 一導管和 第二導管的壁中，或者如在這種壁和壓縮機殼體的其它部分之間的 間隙。除了帶氣門的第二級罩蓋，根據本發明的 一些實施例的壓縮機 還可包括帶氣門的第 一級罩蓋。本發明還包含具有如在本文中描述的二級離心式壓縮機的渦輪 增壓器，以及用於增強二級離心式壓縮機性能的方法。幾個^L圖的簡述因此概括地描述了本發明，現在參考不是必須按規定比例繪製 的附圖，並且其中

圖1是根據本發明的一個實施例的渦輪增壓器的截面圖；圖2是圖1的渦輪增壓器的輪葉組件的透視圖；圖3是根據現有技術通過測試具有無氣門罩蓋的二級離心式壓
縮機得到的壓縮機特性線圖；圖4是通過測試二級離心式壓縮機得到的壓縮機特性線圖，該 二級離心式壓縮機與圖3的壓縮機的不同僅僅在於第二級罩蓋被開 有氣門；圖5是根據本發明的第一實施例的二級壓縮機的示意性截面圖； 圖6是根據本發明的第二實施例的二級壓縮機的示意性截面圖； 圖7是根據本發明的第三實施例的二級壓縮機的示意性截面圖； 圖8是根據本發明的第四實施例的二級壓縮機的示意性截面圖； 圖9是當朝向圖8中的左側觀看時，圖8的壓縮機殼體內部的 視圖；圖10是根據本發明的第五實施例的二級壓縮機的示意性截面圖；圖11是當朝向圖10中的左側觀看時，圖10的壓縮^/L殼體內部 的一見圖；圖12是根據本發明的第六實施例的二級壓縮機的示意性截面圖；圖13是當朝向圖12中的左側觀看時，圖12的壓縮機殼體內部 的一見圖。發明的具體描述現在通過參考附圖將在下文中對本發明作更完全地描述，其中 圖示了本發明的一些而不是所有的實施例。實際上，這些發明可以 許多不同的形式體現並且不應該被解釋為限制於在本文中提出的實 施例中；更確切地，這些實施例被提供以致本說明書將滿足適用的 法律要求。相似的數字始終稱相似的元件。圖1所示為根據本發明的一個實施例的具有二級壓縮機的渦輪 增壓器10。渦輪增壓器10具有通常如在美國專利第6,834,501號中 描述的構造，該專利的說明書通過引用結合於本文中。渦輪增壓器IO 包括旋轉軸12，渦輪轉輪13安裝在該旋轉軸的一個端部上。渦輪增 壓器10的渦輪部分包括渦輪殼體14，該渦輪殼體限定布置成將流體 引導到渦輪轉輪的渦輪蝸殼15。渦輪殼體還限定了出口 16。廢氣乂人 發動機(圖未示)處被進給到渦輪蝸殼15中。然後氣體經過渦輪並且 被膨脹以致渦輪轉輪13被可旋轉地驅動，因此可旋轉地驅動軸12。 膨脹氣體穿過出口 16被排出。渦輪可是徑流式渦輪，其中流動沿著 通常徑向向內的方向進入渦輪；然而，本發明並不被限制於任何特 定的渦輪布置。而且，渦輪增壓器可包括除了用於驅動軸12的渦輪 之外的裝置，比如電動牙幾。軸12穿過渦輪增壓器的中部殼體17。中部殼體將渦輪殼體14 與渦輪增壓器的壓縮機殼體組件28相連接，這將在下面進一步描述。 中部殼體包含用於軸12的軸承18。壓縮機殼體組件28的後端以適 當的方式，比如通過螺紋扣件等等，被固定在中部殼體17上。從渦輪處安裝在軸12的相對端部上的是包括第一級葉輪24和 第二級葉輪26的二級壓縮機轉輪。圍繞著壓縮機轉輪的是壓縮機殼 體組件28。壓縮機殼體組件的前部限定通向到第一級葉輪24中的壓 縮機入口 30。如在下面進一步描述的，壓縮機殼體組件的後部限定用於將離開第一級葉輪的壓縮流體通向到第二級葉輪以及用於接收 和排出離開第二級葉輪的壓縮流體的一 系列流路。更特別地，壓縮機殼體組件的後部限定了接收從第一級葉輪 處排出的流體和擴散(也就是，減少速度並且由此增加其靜壓力)流體 的第一級擴壓器32;接收從第一級擴壓器32處的流體的級間管道 34;從級間管道處接收流體並且減少流體速度的切向或"渦旋，，分 量，以及將流體通向到第二級葉輪26中的除旋器輪葉的布置36;接 收從第二級葉輪處排出的流體並且擴散流體的第二級擴壓器33;和 接收從第二級擴壓器處的流體並且圍繞著第二級葉輪的第二級蝸殼 38。儘管在圖1中看不到，並且如在下面進一步描述的，壓縮機殼 體組件還限定了與第二級蝸殼38相連接的排出管道，並且該排出管
道從蝸殼處將流體運送出壓縮機以用於進給到發動機的進氣歧管或在被進給到發動機的進氣歧管之前進給到中冷器(charge air cooler)。第一級葉輪24和第二級葉輪26被背對背地安裝；也就是，第 一級葉輪24的下遊側比葉輪的上遊側更接近渦輪，而第二級葉輪26 的下遊側比葉輪的上遊側更遠離渦輪。第二級蝸殼38在級間管道34 中通常被共中心地定位。更特別地，級間管道34通常是由外壁40 和內壁42形成的環形結構，該外壁繞著級間管道的中心軸線(其軸線 通常與軸12的軸線一致，儘管其不是必須這麼一致)基本上360度地 延伸，該內壁繞著管道軸線基本上360度地延伸並且從外壁40處徑 向向內間隔。被限定在內壁和外壁之間的級間管道34通常截面是U 形，使得進入管道的流體通常徑向向外流動(也就是，有^[艮少或沒有 軸向分量，儘管其確實有基本的渦旋分量)；然後管道旋動流體，以 致該流體通常軸向流動(再次，有基本的渦旋分量，但是有很少或沒 有徑向分量)，並且最後當流體進入除旋器輪葉的布置36時旋動流體 到通常徑向向內的方向(有很少或沒有軸向分量，但是有基本的渦旋 分量)。第二級蝸殼38通常與級間管道的內壁42共中心地並且徑向 向內地被定位。蝸殼38在其徑向向外側被內壁42限定，而在其徑 向向內側被壁42的延伸部分44限定。第一級擴壓器32被限定在壓縮機殼體組件28的前部和靜密封 板46之間。密封板將擴壓器32從第二級蝸殼38處分離，並且還形 成第二級擴壓器33的前壁。密封板通過適當的旋轉密封表面嚙合著 壓縮機轉輪以防止從第二級葉輪處排出的較高壓空氣洩漏到較低壓 的第一級擴壓器32中。其它類型的密封布置能被使用來替代圖1中 圖解的布置。除旋器輪葉的布置36包括通常環形形狀的環54。參考圖2,輪 葉環54包括多個繞著環的圓周被間隔開的除旋器輪葉56。輪葉56 相對於壓縮機的軸線通常被徑向定向。輪葉是拱形的並且以這種方 式被布置，即輪葉的前緣(在環的外徑處)通常沿著與從級間管道處進
入輪葉的迴旋流相同的方向被引導，而後緣(在環的內徑處)基本上沿 著希望流動離開輪葉的，也就是，有很少或沒有速度的渦旋分量的 方向被引導。因此在流動進入第二級葉輪之前，輪葉減少了速度的 渦旋分量。輪葉56被固定到通常環形形狀的壁58上(並且可與該壁整體地 形成)，該壁相對於壓縮機的軸線通常徑向延伸。每一個4侖葉56的軸 向延伸通常都被定向為垂直於壁58。如圖1中所示，壁58的徑向內 部端部嚙合著第二級蝸殼38的壁的向內延伸部分44，並且O形環 等等(圖未示)被布置在其間以用於密封這種連接。壓縮機殼體包括第一級罩蓋60，該罩蓋沿圓周繞著第一級葉輪 24接近地鄰近葉輪葉片的頂端延伸；穿過第一級葉輪的主流路被限 定在第一級罩蓋和葉輪輪敎之間。殼體還包括由前述的殼體壁42的 向內延伸部分44形成的第二級罩蓋62，該罩蓋沿圓周繞著第二級葉 輪26接近地鄰近葉輪葉片的頂端延伸；穿過第二級葉輪的主流路被 限定在第二級罩蓋和葉輪輪轂之間。流體第一次遇到的每一個葉輪的上遊部分通常被稱為葉輪的誘 導器。當穿過壓縮機的流量被減少而維持壓力比在相對高的級別下 時，在某個點處遇到了壓縮機特性線圖的喘振線。由於一個或兩個 葉輪誘導器的停轉，典型地發生了在相對高的壓力比下的喘振，其 中在誘導器的葉片頂端處的流動在本地開始再流通，由此減少了誘 導器有效的流動面積。相反地，在某個壓力比之下，喘振典型地是 一個或兩個擴壓器停轉的結果。許多壓縮機的喘振線都有扭結或"拐 點(knee)"，在其上喘振是由誘導器停轉導致的，而在其下喘振是由 擴壓器停轉導致的。本發明特別地針對在拐點之上的由誘導器停轉導致的喘振。根 據本發明，為了將第二級葉輪的誘導器停轉的肇端延遲到流動處的 較高壓力比(或者，不同地敘述為，為了在壓力比下降低流動)，應用 了帶氣門的第二級罩蓋62。因此，通過特別參考圖5，第二級罩蓋62200680013767. 1說明書第8/ll頁包括至少一個氣門64，該氣門穿過罩蓋延伸到被限定在壓縮機殼體 中的流道66中。有利地，罩蓋包括多個沿圓周繞著罩蓋間隔的氣門 64,並且流道66通常是環形腔，該環形腔被限定在圍繞著第二級葉 輪26的壓縮機殼體中。在圖5的實施例中，流道66被形成第二級 蝸殼38的殼體的壁中的凹部或腔限定；該凹部祐:輪葉的布置36閉 合。壁58在其徑向內部端部處嚙合著第二級罩蓋62，並且O形環 或其它密封(圖未示)被設置在其間以用於密封接合部位。壁58包括至少一個開口 68，並且優選地包括多個沿圓周間隔的 如圖2中所示的開口 68，該開口穿過輪葉的布置36將連接流道66 與入口流路相連接。開口 68可被定位在所示的鄰近的輪葉56之間。 因而，流體可從第二級葉輪的誘導器區域處穿過第二級罩蓋62中的 氣門64進入到流道66中，並且穿過開口 68返回到第二級葉輪的入 口流路中。流體還可沿著相反的方向從入口流路處穿過開口 68進入 到流道66中，並且穿過氣門64進入到第二級葉輪的誘導器中。流 動的方向取決於在誘導器位置和上遊入口流路位置之間的壓力梯度 的檢測。在較高壓力比下，其中第二級葉輪26的誘導器停轉將一般開始 發生，可以發現的是帶氣門的第二級罩蓋(與其它相同的無氣門的罩 蓋相比)延遲了喘振的肇端。可以相信的是，在接近喘振的條件下， 帶氣門的罩蓋允許流體進入到流道66中並且穿過開口 68返回到入再流通，該再流通經常伴隨著誘導器停轉和喘振。
如圖1中所示，根據本發明二級壓縮機還可包括帶氣門的第一 級罩蓋60。因此，第一級罩蓋可包括一個或多個與流道63相連接的 氣門61，該流道返回通向到壓縮機入口 30。備選地，壓縮機可具有 無氣門的第一級罩蓋。為了確定笫二級帶氣門的罩蓋62的有效性，實施了一系列測試。 圖3是通過測試通常配置為如圖1中圖示的二級離心式壓縮機得到
的壓縮機特性線圖，但是具有無氣門的第一級罩蓋和第二級罩蓋。 為了比較，圖4所示為通過測試通常配置為如圖1中的壓縮才幾得到的壓縮機特性線圖，具有帶氣門的第二級罩蓋62和不帶氣門的第一 級罩蓋。通過參考圖3,可以看出的是具有無氣門罩蓋的現有技術的 壓縮機在壓力比是大約2.3和折算流量是大約28 lb/min處在喘振線 中具有扭結或拐點。在拐點之下，可以相信的是喘振線被擴壓器停 轉限定。在拐點之上，可以相信的是喘振線被誘導器停轉限定，並 且特別地是第二級葉輪的誘導器停轉。這個通過測試結果顯示被證 實了。在拐點之下，具有帶氣門的第二級罩蓋的壓縮機的喘振線(圖 4)基本上與具有無氣門的罩蓋的壓縮機的喘振線(圖3)是相同的。然 而，在拐點之上，具有帶氣門的第二級罩蓋的壓縮機的喘振線基本 上高於具有無氣門的罩蓋的壓縮機的喘振線。當測量在阻塞處的流 量對在喘振處的流量的比時，具有帶氣門的第二級罩蓋的壓縮機性 能線圖具有基本上更寬的操作範圍。例如，在壓力比是3.5下，對於 具有無氣門的罩蓋的壓縮機，在阻塞處的流量近似地是124 lb/min， 而在喘振處的流量是大約68 lb/min,得到阻塞/喘振流量比是大約 1.8。相反地，在相同的壓力比3.5下，具有帶氣門的第二級罩蓋的 壓縮機具有在阻塞處的流量是大約124 lb/min,而在喘振處的流量是 大約47 1b/min,得到阻塞/喘振流量比是大約2.6，其大於具有無氣門 的罩蓋的流量比是大約百分之45 。在80 lb/min的流量下，具有無氣門的罩蓋的壓縮機在喘振處具 有最大是大約4.45的壓力比，而具有帶氣門的第二級罩蓋的壓縮初」 具有最大是大約5.06的壓力比，其增加了大約百分之13.7。因此， 帶氣門的第二級罩蓋的益處是相當效果顯著的。圖6所示為通常相似於圖5的實施例的備選實施例。在該實施 例中，流道66經由間隙70與入口流路流體連通到第二級葉輪26中， 該間隙被限定在輪葉環壁58的徑向外緣和級間管道34的內壁44之 間。間隙70可包括多個繞著輪葉環壁58的圓周間隔的間隙；在間
隙之間的位置處，輪葉環壁58的徑向外緣嚙合著壁44。
圖7還圖解了另一個實施例，該實施例本質上結合了圖5實施 例的開口 68和圖6實施例的間隙70。
圖8和圖9更圖解了本發明的另一個實施例，其中壓縮機殼體 具有與前先公開的實施例的壓縮機殼體各種類型的構造。圖8和圖9 的壓縮機殼體通常相似於在共同未決的美國專利申請序列號 11/004,467中描述的壓縮機殼體，該專利申請在2004年12月3日提 出申請。該實施例的壓縮機殼體128包括具有第一片段或部分和第 二片段或部分130a， 130b的第一級蝸殼130。每一個部分130a, 130b 都環繞著壓縮機轉輪繞著180度延伸，並且通過各自的第一通道或 導管和第二通道或導管134a， 134b中的一個被流體地連接到第二級 入口 132處。每一個導管134a, 134b都在各自的第一級蝸殼130a, 130b和第二級入口 132之間軸向延伸，並且徑向通過第二級蝸殼138 的外部。每一個導管134a， 134b都包括通常徑向向內延伸的並且通 常軸向面對遠離第二級蝸殼138的，以及粗略地類似於在前實施例 的輪葉環壁58的壁136a， 136b，除了每一個壁136a, 136b延續了 僅僅部分圓周並且通過通常徑向向內延伸的並且通常沿圓周方向彼 此面對的壁137(圖9)被限制在其相對的邊緣上。如果希望，除旋器 輪葉(圖未示)可被應用在第二級葉輪的上遊。
在該實施例中，壓縮機的第二級包括帶氣門的第二級罩蓋162, 該第二級罩蓋具有一個或多個通常如在前實施例中的通向到流道166 中的氣門164。導管134a， 134b的每一個壁136a， 136b都與第二級 罩蓋162接合。流道166經由許多的在壁136a, 136b中的縫隙168 與第二級入口流路132流體相連通。例如，如圖所示，每一個壁136a， 136b都可包括多個沿圓周間隔的縫隙168。
圖10和圖11還圖解了本發明的另一個實施例。該實施例通常 相似於圖8和圖9的實施例，除了導管134a, 134b的壁136a, 136b 不包括縫隙。取而代之，限制壁136a, 136b的相對圓周邊緣的壁137
包括在壁137的邊緣處的切口 170，該切口鄰接壓縮機殼體的相對壁 172。每一個通道的壁172、壁137和壁136a， 136b都共同地形成了 一對基本上閉合的流路，該流路將流體從完全相對的徑向向內方向 處通向到第二級入口中。切口 170允許流體從流道166處移動到這 些入口流路中並且由此返回到第二級葉輪的入口處。流體還可沿著 相對的方向/人入口流^^處移動到流道166中，並且然後穿過氣門164 到第二級葉輪的誘導器處。
在圖12和圖13中圖示了發明的另一個實施例。該實施例通常 相似於先前描述的一個，除了壁137，限定"切口" 170，，該切口 延伸了壁137，的完全長度，也就是，在那些壁和壓縮機殼體的鄰近 的壁172之間一直沿著壁137，的長度有間隙170'。
在上面描述的各種實施例中，在一些操作條件期間，在相對高 的壓力比下，其中喘振典型地相關於誘導器停轉，進入到第二級葉 輪的誘導器區域的部分流體穿過罩蓋氣門64， 164流進流道66， 166 中，並且然後穿過開口和/或間隙和/或切口 68, 70, 168， 170， 170， 返回到第二級入口流路中。可以相信的是在接近喘振的條件下帶氣 門的罩蓋防止或減少在誘導器頂端區域中的本地的流動再流通，該 再流通經常伴隨著誘導器停轉和喘振。
還可能以這種方式設計帶氣門的罩蓋，即在阻塞條件下的流量 相對於由無氣門的罩蓋獲得的流量被增加了。更特別地，額外的流 量穿過開口和/或間隙和/或切口 68, 70， 168， 170， 170，流進流道 66， 166中，並且通過罩蓋氣門64， 164進入第二級葉輪中。
本領域的 一 個技術人員將能想到許多在本文中提出的本發明的 修改和其它的實施例，這些發明適合具有在前面的描述和關聯的附 圖中提出的教義的益處。所以，可以理解的是本發明並不被限制在 公開的特定實施例中，並且該修改和其它的實施例意在^皮包含於附 加權利要求的範圍中。儘管在本文中應用了特定的術語，但是它們 僅僅是以通有的和描述的意義被使用並且不是用於限制的目的。
權利要求
1.一種渦輪增壓器，包括安裝在可旋轉的軸上用於繞著所述軸的軸線旋轉的渦輪；二級離心式壓縮機，所述二級離心式壓縮機包括安裝在所述軸上並且被設置在壓縮機殼體中的壓縮機轉輪，所述壓縮機轉輪包括第一級葉輪和第二級葉輪，所述第一級葉輪和第二級葉輪各自具有輪轂和從所述輪轂延伸的多個壓縮機葉片，所述壓縮機殼體限定了從所述第一級葉輪處接收壓縮流體並且將所述流體引導到入口流路的級間管道，所述入口流路通向到所述第二級葉輪的入口中，所述壓縮機殼體具有設置在最接近所述第二級葉輪的所述葉片的頂端處的第二級罩蓋並且具有布置成從所述第二級葉輪的出口處接收壓縮流體的第二級蝸殼；其中，所述第二級罩蓋限定了至少一個穿過其中的氣門，並且所述壓縮機殼體限定了從所述至少一個氣門處通向到在所述至少一個氣門的上遊位置處的所述入口流路中的流道，使得流體可經由所述氣門和所述流道中的至少一個以任一方向在所述入口流路和所述第二級葉輪之間通過。
2. 根據權利要求1所述的渦輪增壓器，其特徵在於，所述第一 級葉輪和第二級葉輪各自具有前側和背部，並且所述第一級葉輪和 第二級葉輪被布置為所述第 一級葉輪的所述背部面對所述第二級葉 輪的所述背部。
3. 根據權利要求2所述的渦輪增壓器，其特徵在於，所述第二 級蝸殼基本共中心地設置在所述級間管道中。
4. 根據權利要求3所述的渦輪增壓器，其特徵在於，所述殼體 進一步包括從所述第二級蝸殼處穿過所述級間管道通過的排出管 道，使得在所述級間管道中流動的所述流體必須在到達所述第二級 葉輪之前環繞著所述排出管道流動。
5. 根據權利要求1所述的渦輪增壓器，其特徵在於，所述壓縮 機進一步包括在所述第二級葉輪的所述入口流路中的輪葉組件，所 述輪葉組件包括壁和沿圓周間隔地固定到所述壁上的多個輪葉。
6. 根據權利要求5所述的渦輪增壓器，其特徵在於，所述輪葉 組件的所述壁限定了與從所述至少一個氣門處通向到所述入口流路 中的所述流道相連接的至少一個開口 ，使得所述入口流路經由所述 至少一個開口與所述流道流體相連通。
7. 根據權利要求6所述的渦輪增壓器，其特徵在於，所述輪葉 組件的所述壁限定沿圓周間隔的且從所述流道處通向到所述第二級 葉輪的所述入口流路中的多個開口 。
8. 根據權利要求5所述的渦輪增壓器，其特徵在於，所述輪葉 組件的所述壁連接到所述壓縮機殼體上，使得在所述壁的邊緣和所 述壓縮機殼體之間存在間隙，所述間隙與從所述至少 一個氣門處通 向到所述入口流路中的所述流道相連接。
9. 根據權利要求8所述的渦輪增壓器，其特徵在於，所述葉輪 組件的所述壁限定沿圓周間隔的多個開口 。
10.根據權利要求1所述的渦輪增壓器，其特徵在於，所述第二 級罩蓋限定沿圓周間隔的且與從至少 一 個氣門處通向到所述入口流 路中的所述流道相連接的多個氣門。
11. 根據權利要求2所述的渦輪增壓器，其特徵在於，所述壓縮 機殼體限定了從所述第一級葉輪處接收流體的第一級蝸殼，所述第 一級蝸殼和第二級蝸殼各自沿圓周至少部分地繞著各自的所述第一 級葉輪和第二級葉輪延伸，並且所述級間管道包括第一導管和第二 導管，所述導管在沿圓周間隔的位置處連接到所述第 一 級蝸殼上， 所述第一導管和第二導管徑向通過所述第二級蝸殼的外部，並且然 後徑向向內延伸，並且在沿圓周間隔的位置處連接到所述第二級葉 輪的所述入口流路上。
12. 根據權利要求11所述的渦輪增壓器，其特徵在於，所述第一導管和第二導管中的每一個都包括壁，所述壁基本徑向向內延伸 並且與所述第二級罩蓋相接合，並且基本軸向遠離所述第二級蝸殼 地面對，並且每一個第一導管和第二導管的所述壁都限定至少一個 開口 ，所述開口穿過其中延伸到所述第二級葉輪的所述入口流路中 並且與從所述至少一個氣門處通向的所述流道相連接。
13. 根據權利要求11所述的渦輪增壓器，其特徵在於，所述第 一導管和第二導管中的每一個都包括壁，所述壁基本徑向向內延伸 和與所述第二級罩蓋相接合，並且基本軸向遠離所述第二級蝸殼地 面對，並且進一步包括一對沿圓周間隔的且接合到基本軸向面對的 所述壁的相對邊緣上的壁，所述沿圓周間隔的壁基本沿圓周朝著彼 此面對，並且從所述至少一個氣門處通向的所述流道與所述第二級 葉輪的所述入口流路穿過在所述沿圓周間隔的壁中的開口相連接。
14. 根據權利要求11所述的渦輪增壓器，其特徵在於，所述第 一導管和第二導管中的每一個都包括壁，所述壁基本徑向向內延伸 和與所述第二級罩蓋相接合，並且基本軸向遠離所述第二級蝸殼地 面對，以及進一步包括一對沿圓周間隔的且接合到基本軸向面對的 所述壁的相對邊緣上的壁，所述沿圓周間隔的壁基本沿圓周朝著彼 此面對，並且/人所述至少一個氣門處通向的所述流道與所述第二級 葉輪的所述入口流路穿過間隙相連接，所述間隙在所述沿圓周間隔 的壁和所述壓縮機殼體的鄰近的壁之間。
15. 根據權利要求1所述的渦輪增壓器，其特徵在於，所述壓縮 機殼體將入口流路限定到所述第一級葉輪中，並且具有被設置在最 接近所述第一級葉輪的所述葉片的頂端處的第一級罩蓋，所述第一 級罩蓋限定至少一個穿過其中的氣門，並且所述壓縮機殼體限定從 所述至少一個氣門處通向到在所述至少一個氣門的上遊位置處的所 述第 一級葉輪的所述入口流路中的流道，使得流體可經由所述至少 一個氣門和所述流道以任一方向在所述入口流路和所述第 一級葉4侖 之間通過。
16. —種二級離心式壓縮才幾，包括安裝在軸上並且設置在壓縮機殼體中的壓縮機轉輪，所述壓縮 機轉輪包括第一級葉輪和第二級葉輪，所述第一級葉輪和第二級葉機殼體限定了從所述第一級葉輪處接收壓縮流體並且將所述流體引 導到入口流路的級間管道，所述入口流路通向到所述第二級葉輪的 入口中，所述壓縮機殼體具有設置在最接近所述第二級葉輪的所述 葉片的頂端處的第二級罩蓋並且具有布置成從所述第二級葉輪的出 口處接收壓縮流體的第二級蝸殼；其中，所述第二級罩蓋限定了穿過其中的至少一個氣門，並且 所述壓縮機殼體限定了從所述至少一個氣門處通向到在所述至少一 個氣門的上遊位置處的所述入口流路中的流道，使得流體可經由所 述至少一個氣門和所述流道以任一方向在所述入口流路和所述第二 級葉車侖之間通過。
17. 根據權利要求16所述的二級離心式壓縮機，其特徵在於， 所述第一級葉輪和第二級葉輪各自具有前側和背部，並且所述葉輪 布置為所述第一級葉輪的所述背部面對所述第二級葉輪的所述背 部。
18. —種用於增強二級離心式壓縮機性能的方法，所述二級離心 式壓縮機具有安裝在軸上並且設置在壓縮機殼體中的第一級葉輪和 第二級葉輪，所述壓縮機殼體包括鄰近所述第二級葉輪的外緣的第 二級罩蓋，並且所述壓縮機殼體限定了在所述第二級葉輪的上遊的 入口流路，所述方法包括步驟提供穿過所述第二級罩蓋的至少一個氣門，以致流體可穿過所 述至少一個氣門通過；在所述壓縮機殼體中提過至少一個通向到用於所述第二級葉輪 的所述入口流^各中的開口 ，以致流體可穿過所述至少一個開口通過；提供將所述至少 一 個氣門與所述至少 一 個開口相連接的流道； 和允許流體經由所述至少 一個氣門、所述至少 一個開口和所述流 道在所述第二級葉輪的所述外緣和用於所述第二級葉輪的所述入口 流路之間通過。
19. 根據權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述至少一個 氣門被定位在鄰近所述第二級葉輪的誘導器的區域處。
20. 根據權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述流體被允 許以任一方向在所述第二級葉輪的所述外緣和用於所述第二級葉輪 的所述入口流路之間通過。
全文摘要
一種具有安裝在可旋轉的軸(12)上以用於繞著該軸的軸線旋轉的渦輪(13)和具有帶氣門的第二級罩蓋(62)的二級離心式壓縮機(24，26)的渦輪增壓器，形成了被動湍振控制系統。因此，一些比例的流體被允許穿過罩蓋中的氣門(64)在壓縮機(26)的第二級和通向到第二級葉輪入口中的壓縮機流路的上遊部分之間流動，該壓縮機的第二級在葉輪葉片頂端的鄰近。取決於在兩個位置之間存在的壓力差，流體被允許以任一方向流動。在較高壓力比下的湍振裕度通過帶氣門的第二級罩蓋被效果顯著地增加了。
文檔編號F04D27/02GK101163889SQ200680013767
公開日2008年4月16日 申請日期2006年2月27日 優先權日2005年3月1日
發明者D·A·卡爾塔, G·F·湯普遜, K·N·杜拉克, S·D·阿諾 申請人:霍尼韋爾國際公司