[发明专利]压缩机

说明书

技术领域

本发明涉及一种压缩机。具体地，本发明涉及离心式压缩机的入口设 置和与这种压缩机相结合的涡轮增压器。

背景技术

离心式压缩机包括叶轮，该叶轮带有多个安装在轴上用于在压缩机壳 体内旋转的叶片(或扇叶)。叶轮的旋转导致气体(例如空气)被吸入叶 轮内并被输送至出气室或出气通道。在离心式压缩机的情况下，出气通道 是由围绕叶轮的压缩机壳体限定出的涡形蜗壳的形式，而在轴流式压缩机 的情况下，气体被轴向排出。

涡轮增压器是一种用于以高于大气压的压力(增压压力)给内燃机的 进气口提供空气的公知设备，并被广泛应用在汽车上或类似场合。涡轮增 压器的压缩机由被安装在公共轴上的排气涡轮驱动。来自内燃机的排气流 过涡轮并驱动涡轮叶轮旋转，涡轮叶轮旋转随即使压缩机的叶轮旋转。通 过压缩机壳体的轴向入口吸入空气并将压缩空气输送至内燃机的进气歧 管，从而增加发动机功率。

涡轮增压器控制的一个方面是通过避免所谓的喘振(surge)来确保稳定 的运行。如果涡轮增压器在相对较低的压缩机体积排气量和较高的增压压 力下运行，那么流入压缩机内的气流可能会停转(stall)并且压缩机的运行会 被中断。停转之后，气流可能会通过压缩机反转，直到达到稳定的压力比 且空气能够在该压力比下沿正确的方向流动为止。重复该过程并导致气流 内被称为喘振的脉动(pulsation)。通过接近于喘振限制来运行可以达到发动 机的最大运行效率，同时在控制过程中建立喘振边界以确保涡轮增压器在 与喘振条件保持安全距离的条件下运行。

在某些涡轮增压器中，压缩机入口具有已经被公知为“扩大性能图范 围”(map width enhanced)(MWE)结构的结构。例如在美国专利4743161 中对MWE结构进行了介绍。这种MWE式压缩机的入口包括两个同轴的 管状入口部分，外入口部分或壁部构成了压缩机进气口，而内入口部分或 壁部确定了压缩机导流段或主入口。内入口部分比外入口部分短并且具有 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表面的延 伸。这样的设置使得在两个管状入口部分之间界定出一条环形的流通路 径，该路径在其上游端开口并在其下游端设有孔或槽(以下称为“MWE 槽”)与面向叶轮的压缩机壳体的内表面相连通。在运行时，MWE槽允许 更多的空气在高流速(接近阻塞的)条件下被吸入压缩机，但是其最重要 的功能还是体现在较低流速下特别是在压缩机接近喘振时。在这些条件 下，MWE槽允许气流反转(这是目前在部分压缩机内的普遍流动状态)， 并重新循环到进气口，从而延缓喘振。

目前公知的是MWE结构稳定了压缩机的性能，增加了最大流通容量 并改善了喘振边界，也就是降低了压缩机喘振时的流速，从而增加了压缩 机能够以稳定方式运行的发动机转速范围。一种给定的压缩机因此能够与 转速范围更广的发动机相匹配。这被称为扩大了压缩机“性能图”的范围， 而性能图是压缩机的特性曲线。

已经表明增加内入口部分并因此增加环形流通路径的长度可以改善 喘振边界，正如我们的欧洲专利1473465中所介绍的那样。但是，由于在 很大程度上，这种压缩机的效率会被降低，因此上述优点会随着长度的增 加而下降。

在某些压缩机实施例中可以通过允许将MWE槽开向周围的发动机环 境而改善喘振边界也是公知的。这可以通过例如移除外入口壁而实现。开 口的MWE槽具有安全和操作方面的影响。具体地，热气通过喘振附近的 槽排出并且需要被引导至不会成为安全威胁的区域。而且，在压缩机以高 流速运行时，碎片有可能会和空气一起通过MWE槽被吸入压缩机。在某 些情况下，叶片的碎片有可能会从叶轮上脱落并被吹出MWE槽，这是很 明显的安全威胁。

本发明的目标是消除或削弱上述和/或其他的缺点。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种压缩机装置，包括：界定气体入 口和气体出口的压缩机壳体；具有多个叶片并被安装在所述入口和出口之 间的壳体内的压缩机叶轮，叶轮可以绕一条轴线旋转；壳体具有界定出位 于叶轮叶片径向外侧边缘附近的表面的内壁，叶轮叶片在叶轮绕它的轴线 旋转时扫过所述表面；入口包括沿上游方向从叶轮延伸离开的管状壁；壳 体进一步包括在所述内壁和外壁之间界定出的并与所述内壁中的至少一 个开口相连通的封闭腔室；外壁被绕外壁分布的多个通气孔穿透；狭长的 通气管具有连接至至少一个通气孔的第一端和连接至壳体入口的上游位 置的第二端。