NL1041006B1 - Compressorwiel. - Google Patents

Compressorwiel. Download PDF

Info

Publication number
NL1041006B1
NL1041006B1 NL1041006A NL1041006A NL1041006B1 NL 1041006 B1 NL1041006 B1 NL 1041006B1 NL 1041006 A NL1041006 A NL 1041006A NL 1041006 A NL1041006 A NL 1041006A NL 1041006 B1 NL1041006 B1 NL 1041006B1
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
compressor
diffuser
edge
compressor wheel
radius
Prior art date
Application number
NL1041006A
Other languages
English (en)
Inventor
Javed Adeel
Oosten Jelle
Kapoor Prakhar
Willem Duijst Peter
Original Assignee
Mitsubishi Turbocharger And Engine Europe B V
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Turbocharger And Engine Europe B V filed Critical Mitsubishi Turbocharger And Engine Europe B V
Priority to NL1041006A priority Critical patent/NL1041006B1/nl
Application granted granted Critical
Publication of NL1041006B1 publication Critical patent/NL1041006B1/nl

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/284Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for compressors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/02Selection of particular materials
    • F04D29/023Selection of particular materials especially adapted for elastic fluid pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/30Vanes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/441Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/444Bladed diffusers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/68Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers
    • F04D29/681Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers especially adapted for elastic fluid pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/40Application in turbochargers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/20Rotors
    • F05D2240/30Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/31Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor with roughened surfaces
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00Geometry
    • F05D2250/50Inlet or outlet
    • F05D2250/52Outlet
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00Materials; Properties thereof
    • F05D2300/50Intrinsic material properties or characteristics
    • F05D2300/516Surface roughness

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

De uitvinding heeft betrekking op een compressorwiel omvattende een naaf alsmede een aantal op de naaf aangebrachte compressorbladen. In een compressor van een turbo is met behulp van het compressorwiel door rotatie in een voorafbepaalde rotatierichting lucht aan te zuigen om de aangezogen lucht in een stroomrichting via met behulp van de compressorbladen gevormde geleidingskanalen te geleiden tot in een diffuser. Elk compressorblad is voorzien van een eerste rand (leading edge) en een tweede in een compressor dichter bij de diffuser gelegen rand (trailing edge), alsmede van twee zich tussen de eerste rand en de tweede rand uitstrekkende Geleidingsoppervlakken die een drukzijdeoppervlak alsmede een onderdrukzijde-oppervlak van het compressorblad vormen. Een eerste nabij de eerste rand gelegen deel van het onderdrukzijde-oppervlak omvat een grotere oppervlakteruwheid dan een tweede nabij de tweede rand gelegen deel van het onderdrukzijde-oppervlak.

Description

Compressorwiel
De uitvinding heeft betrekking op een compressorwiel omvattende een naaf alsmede een aantal op de naaf aangebrachte compressorbladen. In een compressor van een turbo is met behulp van het compressorwiel door rotatie in een voorafbepaalde rotatierichting lucht aan te zuigen om de aangezogen lucht in een stroomrichting via met behulp van de compressorbladen gevormde geleidingskanalen te geleiden tot in een diffuser. Elk compressorblad is voorzien van een eerste rand (leading edge) en een tweede in een compressor dichter bij de diffuser gelegen rand (trailing edge), alsmede van twee zich tussen de eerste rand en de tweede rand uitstrekkende geleidingsoppervlakken die een drukzijde-oppervlak alsmede een onderdrukzijde-oppervlak van het compressorblad vormen.
Een dergelijk compressorwiel is onder andere bekend uit WO2014/028214.
Het is een doel van de onderhavige uitvinding om een compressorwiel te verschaffen dat in een compressor verbeterde surge karakteristieken alsmede een verbeterde compressor stabiliteit bij lage stroomsnelheden verschaft.
Dit doel wordt bereikt met behulp van een compressorwiel volgens conclusie 1.
Oppervlakteruwheid zorgt onder andere voor wrijvingsverliezen in een turbolader, waarbij de wrijvingsverliezen in het algemeen de totale prestatie van de turbolader verlagen. De oppervlakteruwheden zijn normaliter derhalve in een turbolader zo laag als technisch tegen relatief gunstige productiekosten mogelijk is, bijvoorbeeld een oppervlakteruwheidswaarde niet groter dan 1.5 micrometer is voor de oppervlakken van bekende compressorwielen niet ongebruikelijk. Door het toepassen van een lokaal aangebrachte verhoogde oppervlakteruwheid in een compressorwiel nabij de eerste rand (leading edge) van een compressorblad zodat een eerste nabij de eerste rand gelegen deel van het onderdrukzij de-oppervlak een grotere oppervlakteruwheid dan een tweede nabij de tweede rand gelegen deel van het onderdrukzijde-oppervlak omvat, wordt op voordelige wijze een vroege transitie van een laminaire grenslaag naar een turbulente grenslaag bereikt en wordt de viskeuze sublaag in wandgebonden stromingen geminimaliseerd en/of verwijderd. Dit zorgt voor verbeterde compressor surge karakteristieken zoals een relatief sterke toename in de surge marge alsmede een verbeterde compressor stabiliteit bij lage stroomsnelheid handelingen, waarbij de reductie in isentropie efficiëntie nihil is.
In een verder aspect heeft het eerste deel van het onderdrukzijde-oppervlak een oppervlakteruwheidswaarde (Ra) groter dan of gelijk aan 2 micrometer. Bij voorkeur omvat het eerste deel een ruwheidswaarde (Ra) groter dan of gelijk aan 2 micrometer en kleiner dan of gelijk aan 8 micrometer. De overige delen van het onderdrukzijde-oppervlak zoals het in de compressor nabij de diffuser gelegen tweede deel van het compressorwiel hebben een oppervlakteruwheid van maximaal 1.5 micrometer, bij voorkeur maximaal 1.0 micrometer. Het eerste deel kan verschillende niet met elkaar verbonden subdelen omvatten, waarbij het tweede deel alle overige delen van het onderdrukzijde-oppervlak kan omvatten. In een nog verder aspect is het tweede deel groter qua oppervlakte dan het eerste deel, bij voorkeur bedraagt het oppervlak van het eerste deel maximaal 40 procent van het totale oppervlak van het onderdrukzijde-oppervlak.
Vanuit de rotatierichting gezien vormt het onderdrukzijde-oppervlak het achterste geleidingsoppervlak van een compressorblad. Bij voorkeur is het drukzijde-oppervlak dat vanuit de rotatierichting gezien het voorste geleidingsoppervlak van een compressorblad vormt, een oppervlak met een nagenoeg gelijke ruwheid bijvoorbeeld een oppervlak met een nagenoeg constante oppervlakteruwheids-waarde Ra die is gelegen tussen 0.1 en 1.5 micrometer. Met andere woorden het drukzijde-oppervlak omvat geen delen met een verschillende oppervlakteruwheid dat wil zeggen oppervlakteruwheid-verschillen groter dan de productie toleranties.
In een verder aspect strekt het eerste deel zich uit tussen l%-50% van de afstand gemeten langs een virtuele middenlijn van het geleidingsoppervlak tussen de eerste rand en de tweede rand, bij voorkeur strekt het eerste deel zich uit tussen 2-25% van de afstand gemeten langs de virtuele middenlijn van het drukzijde-oppervlak tussen de eerste rand en de tweede rand.
In een nog ander aspect is elk compressorblad voorzien van een zich tussen de eerste rand en de tweede rand uitstrekkende buitenrand (tip), waarbij het eerste deel zich uitstrekt tussen 0%-100% van de afstand gemeten tussen de buitenrand en de naaf van het geleidingsoppervlak, bij voorkeur tussen 30%-100% van de afstand gemeten tussen de buitenrand en de naaf van het onderdrukzijde-oppervlak.
De uitvinding heeft verder betrekking op een compressor alsmede een turbolader omvattende een dergelijke compressor.
De compressor is voorzien van een hierboven beschreven compressorwiel, alsmede van een diffuser. De diffuser is een schoepenvrije (vaneless) diffuser.
In een verder aspect omvat een gedeelte van het binnenoppervlak van de diffuser nabij het compressorwiel een grotere oppervlakteruwheid dan een ander gedeelte of andere gedeelten van het binnenoppervlak van de diffuser.
In een ander aspect omvat het ruwere gedeelte van de diffuser een oppervlakteruwheidswaarde (Ra) groter dan of gelijk aan 2 micrometer, bij voorkeur een ruwheidswaarde (Ra) groter dan of gelijk aan 2 micrometer en kleiner dan of gelijk aan 12 micrometer.
In een nog verder aspect is het oppervlak van het ruwere gedeelte kleiner dan het oppervlak van het andere gedeelte of andere gedeelten, bij voorkeur bedraagt het oppervlak van het ruwere gedeelte maximaal 25 procent van het totale binnenoppervlak van de diffuser. Het ruwere gedeelte kan voorzien zijn op een eerste zijde van het binnenoppervlak de diffuser (diffuser hub side) of op een tweede zijde van het binnenoppervlak van de diffuser (diffuser shroud side). Tevens is het mogelijk dat het ruwere gedeelte is voorzien van twee van elkaar gescheiden gedeelten waarvan een op een eerste zijde van het binnenoppervlak van de diffuser (diffuser hub side) en de ander op een tweede zijde van het binnenoppervlak van de diffuser (diffuser shroud side) is gelegen, bij voorkeur liggen de twee van elkaar gescheiden gedeelten tegenover elkaar. Het ruwere gedeelte kan de vorm van ten minste één gebroken of ongebroken ring omvatten, zodat het ruwere gedeelte of ruwere gedeelten ringvormig rondom het compressorwiel zijn opgesteld op het binnenoppervlak van de diffuser.
In een nog ander aspect heeft het compressorwiel nabij de diffuser een radius gemeten vanaf de rotatieas, waarbij het ruwere gedeelte is gelegen op een afstand van de rotatieas groter dan deze radius van het compressorwiel en kleiner dan twee keer deze radius van het compressorwiel, bij voorkeur is het ruwere gedeelte gelegen in een gebied groter dan deze radius van het compressorwiel en gelijk aan of kleiner dan 1.6 keer deze radius van het compressorwiel. Het ruwere gedeelte strekt zich in de radius richting van het compressorwiel gezien uit over een afstand die maximaal gelijk is aan 0.5 keer deze radius van het compressorwiel, bijvoorkeur over een afstand maximaal 0.3 keer de radius van het compressorwiel. De radius is bij voorkeur de maximale radius van het compressorwiel.
De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van een in de bij gevoegde figuren getoond uitvoeringsvoorbeeld, waarin:
Figuur 1 een perspectivisch aanzicht toont van een compressorwiel volgens de onderhavige uitvinding;
Figuur 2 een schematische doorsnede toont door een deel van een compressor volgens de onderhavige uitvinding.
In de figuren zijn dezelfde onderdelen voorzien van overeenkomende verwij zingscij fers.
Het in figuur 1 getoonde ontwerp van een centrifugaal (radiaal) compressorwiel 1 is op zich een bekend ontwerp omvattende compressorbladen 2, 2' alsmede een naaf 5. Het getoonde compressorwiel 1 zal derhalve ook niet in detail worden besproken.
Het compressorwiel 1 onderscheidt zich van bekende compressorwielen zoals bijvoorbeeld getoond en beschreven in WO2014/028214 doordat een geleidingsoppervlak van een compressorblad 2, het onderdrukzijde-oppervlak 15 is voorzien van een eerste deel 21 met een grotere oppervlakteruwheid dan de rest van het onderdrukz ij de-oppervlak 15, waarbij de rest van het onderdrukz ij de-oppervlak 15 een tweede deel van het onderdrukzijde-oppervlak 15 omvat. Het andere geleidingsoppervlak, het drukzijde oppervlak 17 is bij voorkeur niet voorzien van een deel met een grotere oppervlakte ruwheid. Het in figuur 1 getoonde compressorwiel 1 is over de omtrek verdeeld afwisselend voorzien van kleine compressorbladen 2' (splitter blades) en grote compressorbladen 2 (full blades). De kleine compressorbladen 2' omvatten ook een onderdrukzijde-oppervlak 15' en een drukzijde-oppervlak 17' . Het is ook mogelijk dat een compressorwiel enkel is uitgevoerd met de grote compressorbladen 2. Het eerste deel 21 van het onderdrukzijde-oppervlak 15 heeft een oppervlakteruwheids-waarde (Ra) groter dan of gelijk aan 2 micrometer, bij voorkeur een ruwheidswaarde (Ra) groter dan of gelijk aan 2 micrometer en kleiner dan of gelijk aan 8 micrometer. De rest van het onderdrukzijde-oppervlak 15 welk oppervlak gelijk kan zijn aan het tweede deel van het onderdrukzijde-oppervlak 15 heeft een nagenoeg gelijke oppervlakteruwheid, bijvoorbeeld een oppervlak met een oppervlakteruwheidswaarde gelegen tussen 0.1 en 1.5 micrometer.
Eenmaal gemonteerd in een in figuur 2 gedeeltelijk getoonde compressor 100 van een turbolader (niet getoond) zal door rotatie van het compressorwiel 1 in een voorafbepaalde rotatierichting Rl lucht aangezogen worden, waarbij de aangezogen lucht in een stroomrichting PI via met behulp van de compressorbladen 2, 2' gevormde geleidingskanalen 7, 9 te geleiden is tot in een diffuser 101, elk compressorblad 2, 2' is voorzien van een eerste rand 11, 11' (leading edge) en een tweede in een compressor dichter bij de diffuser 101 gelegen rand 13, 13' (trailing edge), alsmede van twee zich tussen de eerste rand 11, 11' en de tweede rand 13, 13' uitstrekkende geleidingsoppervlakken 15, 17 die het onderdrukzijde-oppervlak 15 en het drukzijde-oppervlak 17 van twee verschillende geleidingskanalen 7, 9 vormen. Het naafoppervlak 27 van een geleidingskanaal 7, 9 tussen een groot en een klein compressorblad 2, 2' is voorzien van geleidingsgroeven voor het verschaffen van een verbeterde luchtstroming.
De met behulp van het compressorwiel 1 aangezogen luchtstroom bereikt eerst vanuit de stroomrichting PI gezien het eerste deel 21 van het onderdrukzijde-oppervlak 15 en wordt daarna verder geleid in de richting van de diffuser 101 via het tweede deel 23 van het onderdrukzijde-oppervlak 15. In het compressorwiel 1 is het van het eerste deel 21 voorziene geleidingsoppervlak het onderdrukzijde-oppervlak 15 dat vanuit de rotatierichting Rl gezien het achterste geleidingsoppervlak van een compressorblad 2 vormt. In het eerste deel 21 wordt met behulp van de relatief grote oppervlakteruwheid op voordelige wijze een vroege transitie van een laminaire grenslaag naar een turbulente grenslaag bereikt en wordt de viskeuze sub-laag in wandgebonden stromingen geminimaliseerd en/of verwijderd. Het eerste deel 21 van het onderdrukzijde-oppervlak 15 omvat een grotere oppervlakteruwheid Ra dan de rest (het tweede deel 23) van het onderdrukzijde-oppervlak 15. De vroege transitie zorgt voor verbeterde compressor surge karakteristieken zoals een relatief sterke toename in de surge marge alsmede een verbeterde compressor stabiliteit bij lage stroomsnelheid handelingen, waarbij de reductie in isentropie efficiëntie nihil is. In het compressorwiel 1 omvat het tweede drukzijde-oppervlak, het vanuit de rotatierichting R1 gezien voorste geleidingsoppervlak, een oppervlak met een nagenoeg gelijke ruwheid met bijvoorbeeld een ruwheidswaarde tussen 0.1 en 1.5 micrometer.
Het eerste deel 21 strekt zich over ongeveer 20% van de afstand uit gemeten langs een virtuele middenlijn 30 van het onderdrukzijde-oppervlak 15 van het compressorblad 2 tussen de eerste rand 11 en de tweede rand 13. Verder is er een minimale afstand van 1-2% van de lengte van de middenlijn tussen de eerste rand 13 en het eerste deel 21. Dit deel kan gezien worden als een gedeelte van het tweede deel 23, omdat de oppervlakteruwheid daarvan bij benadering gelijk is aan de oppervlakteruwheid van het tweede deel 23. Verder is elk compressorblad 2, 2' voorzien van een zich tussen de eerste rand 11, 11' en de tweede rand 13, 13' uitstrekkende buitenrand 32, 32', waarbij het eerste deel 21 van het onderdrukzijde-oppervlak 15 van het grote compressorblad 2 zich over bijna de volledige afstand A uitstrekt, welke afstand A is gemeten tussen de buitenrand 32 en de overgang 34 tussen het naafoppervlak 36 en het geleidingsoppervlak 15. Het oppervlak van het eerste deel 21 van het onderdrukzijde-oppervlak 15 van het compressorblad 2 is kleiner dan het oppervlak van het tweede deel 23 van het onderdrukzijde-oppervlak 15 van het compressorblad 2, waarbij het tweede deel het oppervlak van het totale onderdrukzij de-oppervlak 15 zonder het eerste deel is. Het oppervlak van het eerste deel 21 bedraagt ongeveer 25 procent van het totale onderdrukzijde-oppervlak 15 van het compressorblad 2.
De in figuur 2 gedeeltelijk getoonde centrifugale of radiale compressor 100 van een turbolader (niet getoond) omvat een schoepvrije (vaneless) diffuser 101 en een slakkenhuis 104. De compressor 100 omvat een compressorbehuizing 110 en een lagerbehuizing 106, welke lagerbehuizing 106 samen met de compressorbehuizing 110 de diffuser 101 verschaft, waarbij een eerste gedeelte 112, 114 met een relatief grote ruwheid is aangebracht op een binnenoppervlak van de diffuser 101. In de compressor 100 is een eerste ringvormige gedeelte 112 gevormd op een binnenoppervlak van de diffuser 101, welk binnenoppervlak is gevormd door de compressorbehuizing 110, alsmede een verder ringvormig eerste gedeelte 114 is gevormd op een binnenoppervlak van de diffuser 101, welk binnenoppervlak is gevormd door de lagerbehuizing 106. Het eerste gedeelte 112 en het verdere eerste gedeelte 114 vormen twee afzonderlijke ringen die rondom het compressorwiel 1 zijn gelegen. Een tweede gedeelte 108 van het binnenoppervlak van de diffuser 101 is gevormd door de rest van het binnenoppervlak van de diffuser 101. Het eerste ringvormige gedeelte 112 is tegenover het verdere eerste ringvormige gedeelte 114 gelegen en is identiek en/of nagenoeg identiek uitgevoerd.
De gedeelten 112, 114 van het eerste gedeelte van het binnenoppervlak van de diffuser 101 hebben een oppervlakteruwheidswaarde (Ra) groter dan of gelijk aan 2 micrometer, bij voorkeur een oppervlakteruwheidswaarde (Ra) tussen 2-12 micrometer. De rest van het binnenoppervlak van de diffuser, inclusief het tweede gedeelte 108, omvat een oppervlak met een oppervlakteruwheid met een Ra-waarde tussen 0.5 en 1.2 micrometer.
Het compressorwiel 1 heeft nabij de diffuser 101 tussen de rand 13 en de rotatieas 130 een radius R, normaliter is deze radius R de maximale radius van het compressorwiel 1, waarbij de gedeelten 112, 114 van het binnenoppervlak van de diffuser 101 met een grotere oppervlakteruwheid zijn gelegen op een afstand W van de rotatieas 130 welke afstand W groter is dan de radius R van het compressorwiel 1 en kleiner is dan 1.6 keer de radius R van het compressorwiel 1. In het uitvoeringsvoorbeeld van figuur 2 bedraagt W ongeveer 1.35 keer de radius R. De gedeelten 112, 114 strekken zich in de radius R richting van het compressorwiel 1 uit over een afstand L die maximaal gelijk is aan 0.5 keer de radius R van het compressorwiel 1, waarbij de afstand L van het in figuur 2 getoonde uitvoerinsgvoorbeeld ongeveer 1/6 van de radius R van het compressorwiel 1 is. Indien de vorm van de rand 13 afwijkt van de in figuur 2 getoonde vorm, dan is de radius R de minimale afstand tussen de rand 13 en de rotatieas 130.
De compressor 100 stabiliseert met name met behulp van het eerste deel 21 op het onderdrukz ij de-oppervlak 15 van de compressorbladen maar eveneens met behulp van de gedeelten 112, 114 met de vergrote oppervlakteruwheid van het binnenoppervlak 108 van de diffuser 101 de luchtstroom naar het slakkenhuis 104 toe met name bij omstandigheden in de compressor 100 nabij "stall" met nihile wrijvingsverliezen.
De compressor 100 zoals getoond in figuur 2 is getest in een turbolader. Tevens is de compressor 100 zonder de gedeelten 112, 114 in de diffuser getest, maar met het eerste deel 21 op de compressorbladen 2 van het compressorwiel 1. Er is een koude compressor map meting uitgevoerd waarin een temperatuur van de turbine-inlaat zo laag als mogelijk wordt gehouden en olie van 30 graden Celsius in de lagerbehuizing wordt gepompt. Tevens is er een hoge temperatuur compressor map meting uitgevoerd waarin de temperatuur van de turbine-inlaat constant wordt gehandhaafd op 600 graden Celsius en olie van 100 graden Celsius in de lagerbehuizing wordt gepompt. De resultaten zijn gecorrigeerd naar omgevingstemperatuur en een druk van 101.325 kPa. De stroomsnelheden van de lucht zijn gemeten tegen de totale compressor druk ratio en isentropische efficiëntie. De resultaten zijn voor de compressor zonder de gedeelten 112, 114, maar met het eerste deel 21 op het onderdrukz ij de-oppervlak 15 van de compressorbladen 2 van het compressorwiel 1 als volgt: - Bij de koude compressor map meting wordt de surge marge met ongeveer 17% bij 143000 rpm verhoogd ten opzichte van een ijkpunttest onder dezelfde omstandigheden van een (identieke) compressor zonder het eerste deel 21 op de compressorbladen en zonder de gedeelten 112, 114 met vergrote ruwheid in de diffuser 101. De reductie in piek isentropie efficiëntie was daarbij nihil ten opzichte van de ijkpunttest, namelijk een verlaging van ongeveer 0.4% bij 143000 rpm; - Bij de hoge temperatuur compressor map meting wordt de surge marge met ongeveer 18% bij 143000 rpm verhoogd ten opzichte van een ijkpunttest onder dezelfde omstandigheden van een (identieke) compressor zonder het eerste deel 21 op de compressorbladen en zonder de eerste gedeelten 112, 114 in de diffuser 101. Verder werd er geen reductie in piek isentropie efficiëntie gemeten bij 143000 rpm.
Op basis van de bovenstaande test blijkt dat het eerste deel 21 op het onderdrukzijde-oppervlak 15 van de compressorbladen 2 van het compressorwiel 1 zowel bij lage temperatuur als bij hoge temperatuur de surge marge en daarmee de stabiliteit van de compressor aanzienlijk stijgt.
De resultaten voor de compressor 100 met de gedeelten 112, 114, alsmede het eerste deel 21 op het onderdrukzi jde-oppervlak 15 van de compressorbladen 2 van het compressorwiel 1 zijn als volgt: - Bij de koude compressor map meting wordt de surge marge met ongeveer 20% bij 143000 rpm verhoogd ten opzichte van een ijkpunttest onder dezelfde omstandigheden van een (identieke) compressor zonder het eerste deel 21 op de compressorbladen en zonder de eerste gedeelten 112, 114 in de diffuser 101. De reductie in piek isentropie efficiëntie was minimaal ten opzichte van de ijkpunttest, namelijk een verlaging van ongeveer 2% bij 143000 rpm; - Bij de hoge temperatuur compressor map meting bleef de surge marge gelijk ten opzichte van een ijkpunttest onder dezelfde omstandigheden van een (identieke) compressor zonder het eerste deel 21 op de compressorbladen en zonder de eerste gedeelten 112, 114 in de diffuser 101. Verder was er een minimale reductie in piek isentropie efficiëntie ten opzichte van de ijkpunttest, namelijk een verlaging van ongeveer 2% bij 143000 rpm.
Op basis van de bovenstaande test voor de compressor 100 met de gedeelten 112, 114, alsmede het eerste deel 21 op het onderdrukzijde-oppervlak 15 van de compressorbladen 2 van het compressorwiel 1 blijkt dat de gedeelten 112, 114 met name voordelig zijn bij lage temperaturen (toename surge marge 20%) , maar dat er in deze test geen positieve effecten zijn waargenomen bij de hoge temperatuurmeting.
In het productieproces van het bijvoorbeeld van een aluminium legering vervaardigde compressorwiel 1 kan het eerste deel 21 met een ruwheid van 2 micrometer of hoger met behulp van vonkverspanen, zandstralen of machinale bewerking tot stand worden gebracht. Op dezelfde wijze kunnen de gedeelten 112, 114 in het binnenoppervlak van de compressorbehuizing 110 en in het binnenoppervlak van de lagerbehuizing 106 worden aangebracht. Eventueel kunnen strips worden aangebracht op de compressorbladen voor het vormen van het eerste deel 21 en voor het vormen van ten minste een van de eerste gedeelten 112, 114 op het binnenoppervlak van de diffuser 101.
In de compressor 100 is het mogelijk om het eerste gedeelte 112 of het verdere gedeelte 114 weg te laten, zodat de diffuser of enkel van het eerste gedeelte 112 op een tweede zijde 110 van het binnenoppervlak (diffuser shroud side) is voorzien of enkel van het eerste gedeelte 114 op een eerste zijde 106 van het binnenoppervlak van de diffuser (diffuser hub side) is voorzien.
Het is verder mogelijk om een eerste deel (niet getoond) met een verhoogde oppervlakteruwheid aan te brengen op het onderdrukzijde-oppervlak 15' van een klein compressorblad 2'.

Claims (18)

1. Compressorwiel (1) omvattende een naaf (5) alsmede een aantal op de naaf (5) aangebrachte compressorbladen (2, 2'), waarbij in een compressor van een turbo door rotatie van het compressorwiel (1) in een voorafbepaalde rotatierichting lucht aan te zuigen is om de aangezogen lucht in een stroomrichting (Pl) via met behulp van de compressorbladen (2, 2') gevormde geleidingskanalen (7, 9) te geleiden tot in een diffuser, elk compressorblad (2, 2') is voorzien van een eerste rand (leading edge) (11, 11' ) en een tweede in een compressor dichter bij de diffuser gelegen rand (trailing edge) (13, 13'), alsmede van twee zich tussen de eerste rand (11, 11') en de tweede rand (13, 13') uitstrekkende geleidingsoppervlakken (15, 15', 17, 17') die een drukzijde-oppervlak (17, 17') alsmede een onderdrukzijde-oppervlak (15, 15' ) van het compressorblad (2, 2' ) vormen, met het kenmerk, dat een eerste nabij de eerste rand (11, 11') gelegen deel (21) van het onderdrukzij de-oppervlak (15, 15' ) een grotere oppervlakteruwheid omvat dan een tweede nabij de tweede rand (13, 13') gelegen deel (23) van het onderdrukzij de-oppervlak (15, 15' ) .
2. Compressorwiel (1) volgens conclusie 1, waarbij het eerste deel (21) van het onderdrukzij de-oppervlak (15, 15') een oppervlakteruwheidswaarde (Ra) heeft groter dan of gelijk aan 2 micrometer, bij voorkeur een ruwheidswaarde (Ra) groter dan of gelijk aan 2 micrometer en kleiner dan of gelijk aan 8 micrometer.
3. Compressorwiel (1) volgens conclusie 1 of 2, waarbij het drukzijde-oppervlak (17, 17') van een compressorblad een oppervlak met een nagenoeg gelijke oppervlakteruwheid heeft, bij voorkeur een oppervlakteruwheid tussen 0.1 en 1.5 micrometer.
4. Compressorwiel (1) volgens ten minste één der voorgaande conclusies, waarbij het eerste deel zich uitstrekt tussen 1%-50% van de afstand gemeten langs een virtuele middenlijn (30) van het onderdrukzijde-oppervlak (15, 15' ) tussen de eerste rand (11, 11') en de tweede rand (13, 13') , bij voorkeur strekt het eerste deel zich uit tussen 2-25% van de afstand gemeten langs de virtuele middenlijn (30) van het onderdrukzijde-oppervlak (15, 15') tussen de eerste rand (11, 11') en de tweede rand (13, 13').
5. Compressorwiel (1) volgens ten minste één der voorgaande conclusies, waarbij elk compressorblad (2, 2') is voorzien van een zich tussen de eerste rand (11, 11' ) en de tweede rand (13, 13') uitstrekkende buitenrand (tip) (32, 32'), waarbij het eerste deel (21) zich uitstrekt tussen 0%-100% van de afstand (A) gemeten tussen de buitenrand (32, 32') en de naaf (5) van het onderdrukz ij de-oppervlak (15, 15' ) , bij voorkeur tussen 30%-100% van de afstand (A) gemeten tussen de buitenrand (32, 32') en de naaf (5) van het onderdrukzijde-oppervlak (15, 15').
6. Compressorwiel (1) volgens ten minste één der voorgaande conclusies, waarbij het oppervlak van het eerste deel (21) kleiner is dan het oppervlak van het tweede deel (23) , bij voorkeur bedraagt het oppervlak van het eerste deel (21) maximaal 40 procent van het totale oppervlak van het onderdrukzijde-oppervlak (15, 15'), bij voorkeur bestaat het totale oppervlak van het onderdrukzijde-oppervlak (15, 15') uit het eerste deel (21) en het tweede deel (23).
7. Compressor (100) omvattende een compressorwiel (1) volgens ten minste één der voorgaande conclusies.
8. Compressor (100) volgens conclusie 7, waarbij de compressor is voorzien van een diffuser (101), bij voorkeur is de diffuser een schoepvrije (vaneless) diffuser.
9. Compressor (100) volgens conclusie 8, waarbij een gedeelte (112, 114) van het binnenoppervlak van de diffuser (101) nabij het compressorwiel (1) een grotere oppervlakteruwheid omvat dan een ander gedeelte (108) of andere gedeelten van het binnenoppervlak van de diffuser (101).
10. Compressor (100) volgens conclusie 9, waarbij het gedeelte (112, 114) van het binnenoppervlak van de diffuser (101) nabij het compressorwiel (1) een oppervlakteruwheid heeft met een oppervlakteruwheidswaarde (Ra) groter dan of gelijk aan 2 micrometer, bij voorkeur een oppervlakteruwheidswaarde (Ra) groter dan of gelijk aan 2 micrometer en kleiner dan of gelijk aan 12 micrometer.
11. Compressor (100) volgens conclusie 9 of 10, waarbij het oppervlak van het gedeelte (112, 114) van het binnenoppervlak van de diffuser (101) nabij het compressorwiel (1) met een grotere oppervlakteruwheid kleiner is dan het oppervlak van het andere gedeelte (108) of andere gedeelten van het binnenoppervlak van de diffuser (101), bij voorkeur bedraagt het oppervlak van het gedeelte (112, 114) maximaal 25 procent van het totale binnenoppervlak van de diffuser (101).
12. Compressor (100) volgens conclusie 10 of 11, waarbij het gedeelte (112, 114) van het binnenoppervlak van de diffuser (101) met een grotere oppervlakteruwheid is voorzien op een eerste zijde (106) van het binnenoppervlak van de diffuser (diffuser hub side) of op een tweede zijde (110) van het binnenoppervlak van de diffuser (diffuser shroud side).
13. Compressor (100) volgens conclusie 10 of 11, waarbij het gedeelte van het binnenoppervlak van de diffuser met een grotere oppervlakteruwheid is voorzien van twee van elkaar gescheiden gedeelten (112, 114) waarvan een (114) op een eerste zijde van het binnenoppervlak van de diffuser (diffuser hub side) en de ander (112) op een tweede zijde van het binnenoppervlak van de diffuser (diffuser shroud side) is gelegen, bij voorkeur liggen de twee (112, 114) van elkaar gescheiden gedeelten tegenover elkaar.
14. Compressor (100) volgens een der voorgaande conclusie 10- 13, waarbij het gedeelte (112, 114) van het binnenoppervlak van de diffuser (101) met een grotere oppervlakteruwheid de vorm van ten minste één gebroken of ongebroken ring omvat.
15. Compressor (100) volgens ten minste één der conclusies 10-14, waarbij het compressorwiel (1) nabij de diffuser een radius (R) heeft gemeten vanaf de rotatieas (130), waarbij het gedeelte (112, 114) van het binnenoppervlak van de diffuser (101) met een grotere oppervlakteruwheid is gelegen op een afstand van de rotatieas (130) groter dan de radius (R) van het compressorwiel (1) en kleiner dan twee keer de radius (R) van het compressorwiel, bij voorkeur is het gedeelte (112, 114) gelegen in een gebied groter dan de radius (R) van het compressorwiel (1) en gelijk aan of kleiner dan 1.6 keer de radius (R) van het compressorwiel (1) .
16. Compressor (100) volgens conclusie 15, waarbij het gedeelte in de radius (R) richting van het compressorwiel (1) gezien zich uitstrekt over een afstand (L) die maximaal gelijk is aan 0.5 keer de radius (R) van het compressorwiel (1), bij voorkeur over een afstand (L) maximaal 0.3 keer de radius (R) van het compressorwiel (1).
17. Compressor (100) volgens conclusie 15 of 16, waarbij de radius (R) de maximale radius van het compressorwiel (1) is.
18. Turbolader omvattende een compressor (100) volgens ten minste één der conclusies 7-17.
NL1041006A 2014-10-21 2014-10-21 Compressorwiel. NL1041006B1 (nl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1041006A NL1041006B1 (nl) 2014-10-21 2014-10-21 Compressorwiel.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1041006A NL1041006B1 (nl) 2014-10-21 2014-10-21 Compressorwiel.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL1041006B1 true NL1041006B1 (nl) 2016-10-05

Family

ID=52146575

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL1041006A NL1041006B1 (nl) 2014-10-21 2014-10-21 Compressorwiel.

Country Status (1)

Country Link
NL (1) NL1041006B1 (nl)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106762840A (zh) * 2016-11-25 2017-05-31 沈阳鼓风机集团股份有限公司 一种两侧布置的半高叶片扩压器及其设计方法
CN112412884A (zh) * 2020-05-09 2021-02-26 北京理工大学 粗糙度扩稳方法、扩稳结构和粗糙度扩稳离心压气机

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008024115A1 (de) * 2008-05-17 2009-11-19 Bosch Mahle Turbo Systems Gmbh & Co. Kg Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug
US20110229338A1 (en) * 2009-11-21 2011-09-22 Michael Voong Compressor wheel
EP2725235A1 (de) * 2012-10-24 2014-04-30 Siemens Aktiengesellschaft Unterschiedlich raue Schaufel und zugehörige Herstellungsverfahren

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008024115A1 (de) * 2008-05-17 2009-11-19 Bosch Mahle Turbo Systems Gmbh & Co. Kg Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug
US20110229338A1 (en) * 2009-11-21 2011-09-22 Michael Voong Compressor wheel
EP2725235A1 (de) * 2012-10-24 2014-04-30 Siemens Aktiengesellschaft Unterschiedlich raue Schaufel und zugehörige Herstellungsverfahren

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106762840A (zh) * 2016-11-25 2017-05-31 沈阳鼓风机集团股份有限公司 一种两侧布置的半高叶片扩压器及其设计方法
CN112412884A (zh) * 2020-05-09 2021-02-26 北京理工大学 粗糙度扩稳方法、扩稳结构和粗糙度扩稳离心压气机

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106574509B (zh) 压气机翼型件
US9803649B2 (en) Axial or diagonal fan with trip edge on the rotor blade
KR101997627B1 (ko) 윤곽 에지 릴리프를 구비한 터보차저 블레이드 및 이를 포함한 터보차저
KR102196815B1 (ko) 베인을 갖는 반경류 또는 혼류 압축기 디퓨저
CA2844552C (en) Compressor shroud reverse bleed holes
JP2015040566A5 (nl)
JP6382821B2 (ja) タービンエンジンケーシング及びロータホイール
US9650916B2 (en) Turbomachine cooling systems
JP2015528540A5 (nl)
US9441636B2 (en) Rotor for a compressor of a gas turbine
NL1041006B1 (nl) Compressorwiel.
US10060441B2 (en) Gas turbine stator with winglets
KR102073766B1 (ko) 배기가스 터보차저의 레이디얼 압축기의 압축기 휠
RU2670650C9 (ru) Лопатка турбины
EP1605138B1 (en) Cooled rotor blade with leading edge impingement cooling
CA2930755C (en) Compressor airfoil with compound leading edge profile
JP2018135876A5 (nl)
JP2021032106A (ja) ベーンドディフューザ及び遠心圧縮機
US9879550B2 (en) Outer shroud with gusset
CA2905139A1 (en) Partially coated blade
JP2015158187A5 (nl)
EP2642129A3 (en) Variable length compressor rotor pumping vanes
CN104583604A (zh) 具有用于提供改进的空气动力和机械性能的叶型的涡轮机叶片
US10393132B2 (en) Compressor usable within a gas turbine engine
GB2551804A (en) Diffuser for a centrifugal compressor