JP2008208753A - 遠心圧縮機 - Google Patents

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Yoshiji Momose
好二 百瀬
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Toyota Industries Corp
株式会社豊田自動織機
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Abstract

【課題】吸引されるガスにサージングを抑制するための効果的な旋回流を与えることができる構造を備え、その結果として、より効果的にサージングを抑制することができる遠心圧縮機を提供すること。
【解決手段】ハブ12とハブ12の外周部に設けられた複数のブレード13とを有するインペラロータ14と、上流側から吸引されるガス17の流路を形成すると共にインペラロータ14を囲むように設けられるシュラウド11とを備えた遠心圧縮機1である。そして、この遠心圧縮機1は、ブレード13の上流側から軸方向Xに対してインペラロータ14の回転方向21に対して反対方向に向かう斜め方向に長手方向を有し、ブレード13との間に間隙を設けてブレード13の上流側におけるシュラウド11の壁面に形成されるベーン構造19を備えている。
【選択図】図3

Description

本発明は、遠心力を利用してガスを圧縮する遠心圧縮機に関する。さらに詳しくは、エンジンの排気タービン過給機(ターボチャージャー)に用いられたり、一般製造工場などの圧縮空気源設備として用いられたりする遠心圧縮機に関する。
例えば、自動車用エンジンには、排気タービンと遠心圧縮機とを同軸に結合してなる排気タービン過給機(ターボチャージャー)が多用されている。また、一般の各種工場では圧縮空気源を得るためのガス圧縮機として遠心圧縮機が用いられることがある。
このような遠心圧縮機を、ガスの流量が少ない低流量域で運転する際に、ガスの圧力比を上げていくと、ある圧力比を境に圧力の変動が激しくなり、運転が不安定になる。この現象をサージングと呼ぶ。このサージング現象について図1、および図2に基づき詳しく説明する。図1は、従来の一般的な遠心圧縮機50の構造を示す模式図である。図2は、遠心圧縮機のサージング領域と使用領域との関係を説明するための図である。
図1(a)に示すように、遠心圧縮機50は、インペラロータ51と、吸引されるガスの流路を形成すると共にインペラロータ51を囲むように設けられるシュラウド53とを備えている。そして、インペラロータ51の外周部には、複数のブレード52が設けられている。複数のブレード52が設けられたインペラロータ51が回転することにより、インペラロータ51の軸方向の上流側からガスが遠心圧縮機50内に吸引される。吸引されたガスは、インペラロータ51で昇圧されながら遠心方向へ送出されていく。そして、昇圧されたガスは、例えば自動車用エンジンの過給ガスとして用いられたり、一般製造工場などの圧縮空気源として用いられたり、様々な用途で広く利用される。
ここで、遠心圧縮機50をガスの流量が少ない低流量域で運転する際に、ガスの圧力比を上げていくと、ブレード52のガス入口部(吸込部)とブレード52のガス出口部とのガスの圧力差が大きくなり、ブレード52のガス出口部におけるガスの圧力が、ガス入口部の圧力より高圧になっていく。
これにより、図1(a)に示すように、遠心圧縮機50内に吸引されブレード52のガス入口部付近に達したガス55の流れが乱される(インペラロータ51の軸中心方向へ流される)。この現象は、一般に流れの「剥離」と呼ばれている。
この「剥離」が生じて、ブレード52のガス出口部におけるガスの圧力が、ガス入口部の圧力より高圧になっていくと、ブレード52とシュラウド53との間隙のガスの一部が、上流方向へ逆流するガス54の流れになる。言い換えれば、ブレード52とシュラウド53との間隙からガスが上流側に漏れるようになる(図1(a)、(b)参照)。
この上流方向へ逆流しようとするガス54の流れは、ガス55の流れの剥離を増長し、この剥離がブレード52のガス入口部の全周にわたって進行していくとサージングが発生する。つまり、この上流方向へのガス54の逆流は、サージングの一因となる。
次に、図2に示すように、インペラロータ51の回転数一定で、ガス流量が大の状態からガス流量を徐々に減らしていくと、圧力比は徐々に大きくなっていくが、あるガス流量を境に、反対に圧力比は小さくなっていく。つまり、圧力比が極大値をもつ。この一つの要因として、ガス流量を徐々に減らしていくと、ブレード52のガス出口部におけるガスの圧力が、ガス入口部の圧力より高圧になっていき、やがてブレード52とシュラウド53との間隙からガス54が上流側に漏れるようになり、ガスが十分、圧縮されなくなることが考えられる。つまり、この圧力比が極大値をもつポイントを境に、これ以下にガス流量を減らすとサージングが発生しやすくなると考えられる。
図2に示す、サージングラインは、インペラロータ51の各回転数での圧力比の極大値を結んだ線である。つまり、サージングラインより右の領域ではサージングが発生せず、一方、サージングラインより左の領域ではサージングが発生する。通常、サージング領域での遠心圧縮機の使用は避けるため、図2には、サージングラインより右の領域を「使用領域」、サージングラインより左の領域を「サージング領域」と記載している。
通常、サージング領域での遠心圧縮機の使用は避けられる。このため、サージング領域を狭める、言い換えればサージングを抑制するための多くの技術がこれまでにも提案されている(例えば、特許文献1、3参照)。
例えば、空気流に旋回を与える空気流旋回機構を備えた可変ベーン式遠心圧縮機に関する技術が開示されている(特許文献1参照)。この可変ベーン式遠心圧縮機は、回転中のインペラに流入する空気流にインペラと同一方向の旋回を与え旋回量を調整可能な空気流旋回機構を備えている。そして、この空気流旋回機構は、圧縮機入口に設置され複数の軸に固定された複数の案内羽根(いわゆる、可変ベーン)、およびこの案内羽根を制御する回転駆動装置からなるものである。この可変ベーンの傾斜角度を圧縮機の運転条件によって変化させることで、空気流に所望の旋回流を与えサージ限界流量を低減することができると、称している。
また、接続ホースの内周面に予旋回用ベーンを設けたターボチャージャーの吸気装置に関する技術が開示されている(例えば、特許文献2参照)。このターボチャージャーの吸気装置は、ターボチャージャーのコンプレッサ入口に吸入パイプを接続する接続ホースの内周面に予旋回用ベーンを一体成形により構成してなるものである。この構成により、吸入パイプとコンプレッサ入口とを上記接続ホースで接続するのみで、吸気空気に最適な予旋回を与えることができ、コンプレッサの吸入効率を向上させ、低速域での空気量を増大させ、エンジンの性能向上、排気ガスレベルの低減等を可能とできると、称している。
さらに、ガスに先行渦巻を引き起こすための複数の吸気口案内翼を備えた圧縮機に関する技術が開示されている(例えば、特許文献3参照)。この圧縮機は、吸気口のインデューサ部を通って流れるガスに先行渦巻を引き起こすために、インデューサ部内に複数の吸気口案内翼を取り付けたものである。圧縮機吸気口に設けたこの複数の吸気口案内翼により、ガスに先行渦巻を誘起させサージ限界を向上させることができると、称している。
特開2005−23792号公報 実開平02−52935号公報 特開2004−332733号公報
しかしながら、特許文献1に記載された空気流旋回機構を構成する軸に固定された複数の案内羽根は、吸引されるガスの流路断面全体を占めるように配置される。このため、この空気流旋回機構は、流路断面全体を占めるように配置された複数の案内羽根により、吸引されるほぼ全てのガスに対して旋回流を与えるものである。
また、特許文献2に記載されたターボチャージャーの吸気装置は、予旋回用ベーンが一体成形された接続ホースとコンプレッサ入口とを接続するため、コンプレッサのインペラロータ部と接続ホースに形成された予旋回用ベーンとは、かなり離れた位置関係となる。また、特許文献2の第1、2図によると、コンプレッサに吸引されるガスの流れは、上記予旋回用ベーンにより、コンプレッサのインペラロータ回転方向に対して反対方向に向かう旋回流となる。そして、上記したように、予旋回用ベーンが一体成形された接続ホースを用いることで、コンプレッサの吸入効率を向上させ、低速域での空気量を増大させ得ると、特許文献2の中で称している。
また、特許文献3に記載された圧縮機の複数の吸気口案内翼は、特許文献1に記載された上記複数の案内羽根と同様に、吸引されるガスの流路断面全体を占めるように配置される。よって、この複数の吸気口案内翼は、吸引されるほぼ全てのガスに対して旋回流を与えるものである。
まとめると、特許文献1、3に開示された案内羽根や吸気口案内翼によるサージングを抑制するための技術は、いずれも吸引されるほぼ全てのガスに対して旋回流を与えることにより、サージングを抑制しようとするものである。また、特許文献2に開示された予旋回用ベーンに係る技術は、予旋回用ベーンによりコンプレッサの吸入効率を向上させ、吸引されるガス流量を増加させることで、エンジンの性能向上、排気ガスレベルの低減等を図るものである。尚、特許文献2の記載において、「サージングを抑制する」という視点の課題は一切、認められない。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、遠心圧縮機に吸引されるガスにサージングを抑制するための効果的な旋回流を与えることができる構造を備え、その結果として、より効果的にサージングを抑制することができる遠心圧縮機を提供することである。
課題を解決するための手段及び効果
本発明に係る遠心圧縮機は、遠心力を利用してガスを圧縮する遠心圧縮機に関する。そして、本発明に係る遠心圧縮機は、上記目的を達成するために以下のようないくつかの特徴を有している。すなわち、本発明の遠心圧縮機は、以下の特徴を単独で、若しくは、適宜組み合わせて備えている。
上記目的を達成するための本発明に係る遠心圧縮機における第1の特徴は、ガスを軸方向の上流側から吸引し昇圧しながら遠心方向へ送出するインペラロータと、前記インペラロータに吸引されるガスの流路を形成すると共に、前記インペラロータを囲むように設けられるシュラウドと、を備え、前記インペラロータは、ハブと、当該ハブの外周部に設けられた複数のブレードとを有し、前記ブレードの上流側から前記軸方向に対して前記インペラロータの反回転方向に向かう斜め方向に長手方向を有し、前記ブレードとの間に間隙を設けて当該ブレードの上流側においてシュラウドの壁面に形成されるベーン構造を備えていることである。
この構成によると、上記ベーン構造が形成されたブレードに近接した部分で、遠心圧縮機に吸引されたシュラウド壁面のガスの流れは、インペラロータの反回転方向に向かう方向の旋回流となる。これにより、旋回流となったシュラウド壁面のガスは、旋回流の状態を維持したままシュラウドの壁面とブレードとの間隙に向けて流入するため、シュラウドの壁面とブレードとの間隙を逆流しようとするガスの流れに対抗するように作用する。これにより、サージングの原因となるシュラウドの壁面とブレードとの間隙を逆流しようとするガスの流れを効果的に抑えることができ、従来よりも効果的にサージングを抑制することができる。
また、遠心圧縮機の入口にガスの流路断面全体を占めるような複数の可変ベーンを設置する従来の遠心圧縮機(例えば、特許文献1、3参照)と比して、ガスの流れ抵抗は小さいものとなり、遠心圧縮機のベーン性能に影響を及ぼさない。さらに、構成がシンプルなため、製造コストの低減にも寄与する。
また、本発明に係る遠心圧縮機における第2の特徴は、前記ベーン構造は、前記インペラロータの反回転方向に湾曲するリブ状部材で形成されることである。
この構成によると、遠心圧縮機に吸引されたシュラウド壁面のガスの流れは、湾曲したリブ状部材に沿って滑らかに旋回流となる。これにより、ガスの流れに対して、より対抗させることが可能となり、遠心圧縮機のベーン性能が向上する。
また、本発明に係る遠心圧縮機における第3の特徴は、前記リブ状部材は、前記壁面の全周にわたって設けられる複数の部材であることである。
この構成によると、遠心圧縮機に吸引されたシュラウド壁面のガスの流れは、ブレード吸込部の全周にわたって、インペラロータに対する反回転方向の旋回流となる。これにより、ブレード吸込部の全周にわたって、シュラウドの壁面とブレードとの間隙を逆流しようとするガスの流れを効果的に抑えることができる。また、シュラウド壁面のガスの流れが、シュラウド壁面の全周にわたって旋回流となるため、このシュラウド壁面のガスの流れは、シュラウド壁面の全周にわたって均一化される。
また、本発明に係る遠心圧縮機における第4の特徴は、前記リブ状部材の下流側端部の前記軸方向に直交する方向の高さは、前記ブレードと前記壁面との間隙の幅の0.5倍以上、5倍以下であることである。
この構成によると、リブ状部材の下流側端部の軸方向に直交する方向の高さを、ブレードとシュラウドの壁面との間隙の幅の0.5倍以上とすることにより、シュラウド壁面のガスの流れは、確実に旋回流となる。これにより、旋回流となったシュラウド壁面のガスは、シュラウドの壁面とブレードとの間隙に向けて流入し、シュラウドの壁面とブレードとの間隙を逆流しようとするガスの流れを抑えるように作用する。
また、リブ状部材の下流側端部の軸方向に直交す方向の高さを、ブレードとシュラウドの壁面との間隙の幅の5倍以下とすることで、旋回流となったシュラウド壁面のガスにより、シュラウドの壁面とブレードとの間隙を逆流しようとするガスの流れを十分抑えることができる。
また、本発明に係る遠心圧縮機における第5の特徴は、前記リブ状部材の上流側端部の前記軸方向に直交する方向の高さは、前記リブ状部材の下流側端部の前記軸方向に直交する方向の高さよりも低いことである。
この構成によると、リブ状部材が形成された部分において、遠心圧縮機に吸引されるガスの流路が、インペラロータから遠心圧縮機のガス入口方向に向けて拡がって形成される。これにより、吸引されるガスの流路は、リブ状部材の上流側に向かうにつれて広く確保される。よって、ガスの流れ抵抗をより小さいものとすることが可能となると共に、サージングを抑制するための十分な旋回流を発生させることができる。
また、本発明に係る遠心圧縮機における第6の特徴は、前記リブ状部材の前記軸方向の断面形状は、前記リブ状部材の上流側端部が円弧状であって、前記リブ状部材の下流側に向かうにつれて細くなる翼形状からなることである。
この構成によると、遠心圧縮機に吸引されたガスの流れ抵抗をより小さいものとすることが可能となり、遠心圧縮機のベーン性能が向上する。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。尚、本発明に係る遠心圧縮機は、エンジンの排気タービン過給機(ターボチャージャー)に用いられる遠心圧縮機、一般製造工場などの圧縮空気源設備として用いられる遠心圧縮機など、多くの用途に用いることが可能な遠心圧縮機である。
まず、図3、4に基づき、本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機1について、詳細に説明する。図3は、本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機1の構造を示す模式図である。図4は、図3に示すB−B矢視図である。
図3に示すように、本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機1は、ガス17を軸方向Xの上流側から吸引し昇圧しながら遠心方向へ送出するインペラロータ14と、インペラロータ14に吸引されるガス17の流路を形成すると共に、インペラロータ14を囲むように設けられたシュラウド11と、ハウジング本体15とを備えている。
また、インペラロータ14は、ハブ12と、当該ハブ12の外周部に設けられた複数のブレード13とを有している。そして、図4に示すように、遠心圧縮機1は、ブレード13の上流側から軸方向Xに対してインペラロータ14の回転方向21に対して反対方向に向かう斜め方向に長手方向を有し、ブレード13との間に間隙(幅s)を設けてブレード13の上流側におけるシュラウド11の壁面に形成される(図3参照)ベーン構造19(リブ状部材)を備えている。
ここで、リブ状部材19は、例えば鋳造によりシュラウド11と一体成形によりシュラウド11の一部として形成されてもよいし、独立した部材としてシュラウド11に溶接などにより接合してシュラウド11の壁面に形成されてもよい。
また、リブ状部材19は、図4に示すように、インペラロータ14の回転方向21に対して反対方向に滑らかに湾曲している。このため、遠心圧縮機1に吸引されたシュラウド11壁面のガス16の流れは、湾曲したリブ状部材19に沿って滑らかな旋回流となる。これにより、ガスの流れ抵抗をより小さいものとすることができる。尚、リブ状部材19を必ずしも湾曲して形成する必要はなく、インペラロータ14の回転方向21に対して反対の方向に向かう斜め方向に直線状に形成してもよい。製造コストの面で有利である。
また、シュラウド11の壁面に形成される複数のリブ状部材19は、シュラウド11の壁面の全周にわたって形成されることが好ましい。これにより、シュラウド11壁面のガス16の流れが、シュラウド11壁面の全周にわたって旋回流となるため、ガス16の流れは、シュラウド11壁面の全周にわたって均一化される。尚、リブ状部材19を必ずしもシュラウド11壁面の全周に形成する必要はない。
遠心圧縮機1に吸引されたガス17の流れは、ベーン構造19(リブ状部材)が形成されたブレード13に近接した部分で、軸方向Xに平行な流れから、インペラロータ14の回転方向21に対して反対方向に向かう方向の旋回流となる(図4に示すガス16の流れ)。これにより、旋回流となったシュラウド11壁面のガス16は、旋回流の状態を維持したままシュラウド11の壁面とブレード13との間隙に向けて流入し、シュラウド11の壁面とブレード13との間隙を逆流しようとするガス54の流れにほぼ対抗するように、ガス54の流れを抑えるように作用する(図3、4参照)。
さらに説明すると、前記したように、リブ状部材19は、ブレード13との間に間隙(幅s)を設けることにより、ブレード13に近接してシュラウド11の壁面に形成されているため、旋回流となったガス16の流れは、軸方向Xに平行な他のガス17の影響をほとんど受けることなく、旋回流の状態を維持したままシュラウド11の壁面とブレード13との間隙に流入していくのである。また、ガス16の旋回する方向は、図4に示すように、インペラロータ14の回転方向21に対して反対方向に向かう方向であるため、ガス16の流れは、シュラウド11の壁面とブレード13との間隙を逆流しようとするガス54の流れにほぼ対向するようになり、例えば、軸方向Xに平行な流れや、インペラロータ14の回転方向21に向かう旋回流に比して、より効果的にガス54の流れを抑えるように作用するのである。
これにより、サージングの原因となるシュラウド11の壁面とブレード13との間隙を逆流しようとするガス54の流れを効果的に抑えることができ、従来よりも効果的にサージングを抑制することができる。
また、前記したように、シュラウド11の壁面に形成される複数のリブ状部材19を、シュラウド11の壁面の全周にわたって形成することにより、遠心圧縮機1に吸引されたシュラウド11壁面のガス16の流れは、ブレード吸込部の全周にわたって旋回流となる。これにより、ブレード吸込部の全周にわたって、シュラウド11の壁面とブレード13との間隙を逆流しようとするガス54の流れを効果的に抑えることができる。
尚、本実施形態において、インペラロータ14の回転方向21に対して反対方向に旋回するガス16は、遠心圧縮機1の入口から吸引されたガス17であるが、このガス16は、例えば、遠心圧縮機1のインペラロータ14により昇圧されたガスを循環使用するものであってもよいし、別途設けた付属のガス圧縮機からのガスであってもよい。
また、上記のように、遠心圧縮機1のインペラロータ14により昇圧されたガスを循環使用したり、別途、付属のガス圧縮機を設けたりする場合には、ガス16の流速は、遠心圧縮機1の運転時における圧力比が極大値をもつサージングライン付近(図2参照)の運転において、主流であるガス17の流速の2倍以上とすることが好ましい。また、そのガス16の流量は、遠心圧縮機1の全運転領域で全体ガス流量の5%未満であることが好ましい。これにより、遠心圧縮機1の効率の低下を抑えることができる。
次に、リブ状部材19の寸法、配置における好ましい値について説明する。図4に示すように、リブ状部材19の下流側端部における、ブレード13の上流側から軸方向Xに対してインペラロータ14の回転方向21に対して反対方向に向かう方向と軸方向Xとのなす角αの角度は、45°以上80°以下であることが好ましい。これにより、ブレード13の傾斜角度、回転数により変化する逆流しようとするガス54の流れに対向する好適なガス16の流れを生じさせることができる。
さらに、ブレード13の上流側端部とリブ状部材19の下流側端部との間隙の幅sは、ブレード13とシュラウド11の壁面との間隙の幅tの1倍以上5倍以下であることが好ましい。これにより、ブレード13との干渉を防げると共に、より強い旋回流をシュラウド11の壁面とブレード13との間隙に流入させることができる。
さらに、リブ状部材19の厚みaは、ブレード13とシュラウド11の壁面との間隙の幅tの3倍以下であることが好ましい。これにより、リブ状部材19の十分な強度を確保できると共に、遠心圧縮機1に吸引されたガス17の流れ抵抗を小さく抑えることができる。
さらに、シュラウド11の壁面の周方向に隣り合うリブ状部材19同士の間隔bは、リブ状部材19の厚みaの2倍以上10倍以下であることが好ましい。これにより、遠心圧縮機1に吸引されたガス17の流れ抵抗を抑えることができると共に、サージングを防止するための十分な旋回流をシュラウド11の壁面付近に発生させることができる。
さらに、リブ状部材19の軸方向Xの長さLは、シュラウド11の壁面の周方向に隣り合うリブ状部材19同士の間隔bの1倍以上10倍以下であることが好ましい。さらに好ましくは、上記間隔bの1倍以上5倍以下であることである。これにより、サージングを防止するための十分な旋回流をシュラウド11の壁面付近に発生させることができると共に、遠心圧縮機1に吸引されたガス17の流れ抵抗を小さく抑えることができる。
次に、図5は、図3に示すリブ状部材の形成部Aの拡大図である。尚、図5に基づく説明においては、上述した図3、4記載の構成部材と同一の構成部材については同一符号を付してその説明を省略する。図5(a)は、本実施形態の遠心圧縮機1に係るリブ状部材19の形成部Aの拡大図であり、図5(b)は、リブ状部材19の変形例であるリブ状部材20を示す拡大図である。
図5(a)に示すように、リブ状部材19の下流側端部の軸方向Xに直交す方向の高さh1は、ブレード13とシュラウド11の壁面との間隙の幅tの0.5倍以上、5倍以下であることが好ましい。リブ状部材19の下流側端部の軸方向Xに直交す方向の高さh1を、ブレード13とシュラウド11の壁面との間隙の幅tの0.5倍以上とすることにより、シュラウド11壁面のガス16の流れは、確実に旋回流となる。これにより、旋回流となったシュラウド11壁面のガス16は、シュラウド11の壁面とブレード13との間隙に向けて流入し、シュラウド11の壁面とブレード13との間隙を逆流しようとするガス54の流れを抑えるように作用する。
また、リブ状部材19の下流側端部の軸方向Xに直交す方向の高さh1を、ブレード13とシュラウド11の壁面との間隙の幅tの5倍以下とすることで、旋回流となったシュラウド壁面のガス16により、シュラウド11の壁面とブレード13との間隙を逆流しようとするガス54の流れを漏らすことなくほぼ全て抑えることができる。これにより、効果的にサージングを抑制することができるのである。
次に、リブ状部材19の変形例であるリブ状部材20について説明する。図5(b)に示すように、本変形例のリブ状部材20は、リブ状部材20の上流側端部の軸方向Xに直交す方向の高さh2を、リブ状部材20の下流側端部の軸方向Xに直交す方向の高さh1よりも低くしている。
これにより、リブ状部材20が形成された部分において、遠心圧縮機1に吸引されるガス17の流路が、インペラロータ14から遠心圧縮機1のガス入口方向に向けて拡がって形成される。このため、吸引されるガス17の流路は、リブ状部材20の上流側に向かうにつれて広く確保される。よって、ガス17の流れ抵抗をより小さいものとすることが可能となると共に、サージングを抑制するための十分な旋回流を発生させることができる。尚、リブ状部材20の上流側端部におけるインペラロータ14の軸中心側の角部は、丸く面取りされている。角部をこのように面取りすることによってもガス17の流れ抵抗をより小さいものとすることができる。
次に、リブ状部材19の他の変形例であるリブ状部材18について説明する。図6は、図4に示すリブ状部材19の他の変形例を示す図である。尚、図6に基づく説明においては、上述した図3、4記載の構成部材と同一の構成部材については同一符号を付してその説明を省略する。
図6に示すように、本変形例のリブ状部材18は、リブ状部材18の軸方向Xの断面形状を、リブ状部材18の上流側端部が円弧状であって、リブ状部材18の下流側に向かうにつれて細くなる翼形状としている。これにより、インペラロータ14の回転方向21に対して反対方向に向かう方向の旋回流となるガス16の流れを確保しつつ、遠心圧縮機1に吸引されたガス17の流れ抵抗をより小さいものとすることができる。
次に、図7は、本発明の遠心圧縮機および従来の遠心圧縮機のサージングラインを示す図である。前記したように、シュラウド11壁面のガス16の流れをインペラロータ14の回転方向21に対して反対方向に向かうサージング抑制に十分な旋回流とするために、遠心圧縮機1の構造を、ブレード13との間に間隙を設けてシュラウド11の壁面に形成されるベーン構造19を備えたものとすることにより、シュラウド11壁面とブレード13との間隙を上流側へ逆流しようとするガス54の流れを効果的に抑えることができ、ガスの流れの剥離を防止できる。これにより、サージングが抑制され、図7に示すように、従来の遠心圧縮機に比して、サージングラインを高圧力比側に移動させることが可能となる。つまり、全ての圧力比において遠心圧縮機の低流量時の使用領域が拡大する。
また、シュラウド11の壁面に形成された上記ベーン構造19を備える本発明に係る遠心圧縮機1は、遠心圧縮機の入口にガスの流路断面全体を占めるような複数の可変ベーンを設置する、例えば特許文献1、3に記載された従来の遠心圧縮機と比して、ガスの流れ抵抗は極めて小さいものとなる。また、構成がシンプルなため、製造コストも低減できる。さらに、上記ベーン構造19は制御を必要としないので付属機器も特に要さない。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。
なお、図1、図4、及び図6において、ガス16の流れ、及び、逆流しようとするガス54の流れについては、絶対速度で図示している。
従来の一般的な遠心圧縮機の構造を示す模式図である。 遠心圧縮機のサージング領域と使用領域との関係を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機の構造を示す模式図である。 図3に示すB−B矢視図である。 図3に示すリブ状部材の形成部Aの拡大図である。 図4に示すリブ状部材の変形例を示す図である。 本発明の遠心圧縮機および従来の遠心圧縮機のサージングラインを示す図である。
符号の説明
1 遠心圧縮機
11 シュラウド
12 ハブ
13 ブレード
14 インペラロータ
19 リブ状部材(ベーン構造)
X 軸方向

Claims (6)

  1. 遠心力を利用してガスを圧縮する遠心圧縮機であって、
    ガスを軸方向の上流側から吸引し昇圧しながら遠心方向へ送出するインペラロータと、
    前記インペラロータに吸引されるガスの流路を形成すると共に、前記インペラロータを囲むように設けられるシュラウドと、を備え、
    前記インペラロータは、ハブと、当該ハブの外周部に設けられた複数のブレードとを有し、
    前記ブレードの上流側から前記軸方向に対して前記インペラロータの反回転方向に向かう斜め方向に長手方向を有し、前記ブレードとの間に間隙を設けて当該ブレードの上流側においてシュラウドの壁面に形成されるベーン構造を備えていることを特徴とする、遠心圧縮機。
  2. 前記ベーン構造は、前記インペラロータの反回転方向に湾曲するリブ状部材で形成されることを特徴とする、請求項1に記載の遠心圧縮機。
  3. 前記リブ状部材は、前記壁面の全周にわたって設けられる複数の部材であることを特徴とする、請求項2に記載の遠心圧縮機。
  4. 前記リブ状部材の下流側端部の前記軸方向に直交する方向の高さは、前記ブレードと前記壁面との間隙の幅の0.5倍以上、5倍以下であることを特徴とする、請求項2又は請求項3に記載の遠心圧縮機。
  5. 前記リブ状部材の上流側端部の前記軸方向に直交する方向の高さは、前記リブ状部材の下流側端部の前記軸方向に直交する方向の高さよりも低いことを特徴とする、請求項2乃至請求項4のいずれか1項に記載の遠心圧縮機。
  6. 前記リブ状部材の前記軸方向の断面形状は、前記リブ状部材の上流側端部が円弧状であって、前記リブ状部材の下流側に向かうにつれて細くなる翼形状からなることを特徴とする、請求項2乃至請求項5のいずれか1項に記載の遠心圧縮機。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102235390A (zh) * 2010-05-07 2011-11-09 曼柴油机和涡轮机欧洲股份公司 用于涡轮压缩机的消音器以及敷设消音器的方法
CN105065328A (zh) * 2015-08-06 2015-11-18 中国北方发动机研究所(天津) 一种用于离心压气机的双槽自动调节机匣处理装置
US9771856B2 (en) 2014-07-16 2017-09-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Centrifugal compressor

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