Effect of Diffuser and Volute on Turbocharger Centrifugal Compressor Stability and Performance: Experimental Study

• Published in: Oil & gas science and technology 2011-09, Vol.66 (5), p.779-790
• Main Authors: Mohtar, H., Chesse, P., Chalet, D., Hetet, J.-F., Yammine, A.
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Centrifugal compressors; Compressors; Diffusers; Flow rate; Grooved; Physics; Surges; Tongue; Turbochargers; Volutes
• ISSN: 1294-4475; 1953-8189
• DOI: 10.2516/ogst/2011139

Engine downsizing is potentially one of the most effective strategies being explored to improve fuel economy. A main problem of downsizing using a turbocharger is the small range of stable functioning of the turbocharger centrifugal compressor at high boost pressures. Several techniques were studied to increase the compressor operating range without sacrificing the compressor efficiency. This paper presents the effect of delaying diffuser stability on the compressor performance and surge line. Two different techniques were investigated, these are grooved and pinched diffuser. Moreover, the effect on retracting volute tongue on compressor performance is also studied. Pinched diffuser shifted surge line to low flow rates, while dropping pressure through compressor. On the other hand, some interesting results were obtained when using grooved diffuser, these are pressure increase at high flow rates, and choke line shift to high flow rates. While retracting volute tongue was interesting in improving compressor efficiency, and pressure lines at high speed. Le “downsizing” moteur est potentiellement l’une des stratégies les plus efficaces pour baisser la consommation carburant. Un problème majeur du “downsizing” à l’aide d’un turbocompresseur est la petite plage de fonctionnement stable du compresseur centrifuge à haute pression de suralimentation. Plusieurs techniques ont été étudiées pour augmenter la plage de fonctionnement du compresseur, sans sacrifier le rendement du compresseur. Cet article présente l’effet de la stabilisation du diffuseur sur la performance du compresseur et la ligne de pompage. Deux techniques différentes ont été étudiées, les sillons et le pincement diffuseur. De plus, l’effet de la diminution du bec de la volute sur les performances du compresseur a également été étudié. Le pincement du diffuseur a déplacé la ligne de pompage pour de faibles débits. Ce déplacement a été accompagné par une chute de pression et de rendement. Par ailleurs, des résultats intéressants ont été obtenus en utilisant un diffuseur avec des sillons, qui a permis d’augmenter la pression à débit élevé, et de déplacer la ligne de blocage vers le haut débit. Finalement, la modification du bec de la volute est intéressante dans l’amélioration de l’efficacité du compresseur et du taux de compression à grande vitesse.