JP2009068372A - Centrifugal compressor - Google Patents

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JP2009068372A JP2007235573A JP2007235573A JP2009068372A JP 2009068372 A JP2009068372 A JP 2009068372A JP 2007235573 A JP2007235573 A JP 2007235573A JP 2007235573 A JP2007235573 A JP 2007235573A JP 2009068372 A JP2009068372 A JP 2009068372A
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Shinya Goto
信也 後藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the compressor efficiency of a centrifugal compressor 1 while enlarging an operating range of the centrifugal compressor 1 to the lower flow rate side. <P>SOLUTION: The centrifugal compressor is formed with a downstream auxiliary hole 13 on a downstream side of a front edge position of an impeller blade 7 in a shroud wall 3f of a casing 3, an upstream auxiliary hole 15 on an upstream side of the front edge position of an impeller blade 7 in the shroud wall 3f of the casing 3, an annular treatment cavity 17 for allowing the flow of gas from the downstream auxiliary hole 13 side to the upstream auxiliary hole 15 side inside the casing 3, an expansion part 19 whose inner diameter is expanded in the shroud wall 3f of the casing 3 so as to be directed toward the downstream side from a front edge position of an opening of the upstream auxiliary hole 15, and a throttle part 21 whose inner diameter is gradually contracted to the downstream side of the expansion part 19 in the shroud wall 3f of the casing 3. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ターボチャージャー、ガスタービン、産業用空気設備等に用いられ、空気等のガスを遠心力を利用して圧縮する遠心圧縮機に関する。   The present invention relates to a centrifugal compressor that is used in a turbocharger, a gas turbine, an industrial air facility, and the like and compresses a gas such as air using centrifugal force.

近年、遠心圧縮機の作動域を拡大させるために種々の研究がなされており、作動域を拡大させた遠心圧縮機として特許文献1及び特許文献2に示すものがある。   In recent years, various studies have been made to expand the operating range of a centrifugal compressor, and there are those shown in Patent Document 1 and Patent Document 2 as centrifugal compressors having an expanded operating range.

以下、先行技術に係る遠心圧縮機について図4を参照して説明する。   Hereinafter, a centrifugal compressor according to the prior art will be described with reference to FIG.

ここで、図4は、先行技術に係る遠心圧縮機の縦断面図である。なお、図面中、「F」は、前方向を指し、「R」は、後方向を指してある。   Here, FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a centrifugal compressor according to the prior art. In the drawings, “F” indicates the forward direction, and “R” indicates the backward direction.

先行技術に係る遠心圧縮機101は、ケーシング103を備えており、このケーシング103は、内側に、シュラウド壁103fを有している。また、ケーシング103のシュラウド壁103f内には、ハブ105が配設されており、このハブ105は、軸心(ハブ105の軸心)を中心として回転可能である。更に、ハブ105の外周面には、複数(1つのみ図示)のインペラブレード107が周方向に沿って設けられており、各インペラブレード107の外縁は、ケーシング103のシュラウド壁103fにそれぞれ近接してある。   The centrifugal compressor 101 according to the prior art includes a casing 103, and the casing 103 has a shroud wall 103f on the inner side. A hub 105 is disposed in the shroud wall 103f of the casing 103, and the hub 105 is rotatable about an axis (axis of the hub 105). Further, a plurality (only one is shown) of impeller blades 107 are provided on the outer peripheral surface of the hub 105 along the circumferential direction, and the outer edges of the impeller blades 107 are close to the shroud wall 103f of the casing 103, respectively. It is.

ケーシング103のシュラウド壁103fの前側周縁部には、空気(ガスの一例)をインペラブレード107側へ給気する給気口109が形成されており、ケーシング103のシュラウド壁103fの後側周縁部には、圧縮した空気を排気する環状の排気流路111が形成されている。そして、ケーシング103のシュラウド壁103fにおけるインペラブレード107の前縁位置よりも下流側(ガスの流れから見て下流側、換言すれば、後側)には、スリット状の下流補助穴113が形成されており、ケーシング103のシュラウド壁103fにおけるインペラブレード107の前縁位置よりも上流側(ガスの流れから見て上流側、換言すれば、前側)には、スリット状の上流補助穴115が形成されている。更に、ケーシング103の内部には、下流補助穴113側から上流補助穴115側へ空気の流れを許容する環状のトリートメントキャビティ117が形成されており、このトリートメントキャビティ117は、下流補助穴113と上流補助穴115に連通してある。   An air supply port 109 for supplying air (an example of gas) to the impeller blade 107 side is formed at the front peripheral edge of the shroud wall 103 f of the casing 103, and the rear peripheral edge of the shroud wall 103 f of the casing 103 is formed at the rear peripheral edge. Is formed with an annular exhaust passage 111 for exhausting compressed air. A slit-shaped downstream auxiliary hole 113 is formed downstream of the front edge position of the impeller blade 107 in the shroud wall 103f of the casing 103 (on the downstream side as viewed from the gas flow, in other words, on the rear side). A slit-like upstream auxiliary hole 115 is formed upstream of the front edge position of the impeller blade 107 in the shroud wall 103f of the casing 103 (upstream from the gas flow, in other words, the front). ing. Further, an annular treatment cavity 117 that allows air to flow from the downstream auxiliary hole 113 side to the upstream auxiliary hole 115 side is formed inside the casing 103, and the treatment cavity 117 is connected to the downstream auxiliary hole 113 and the upstream auxiliary hole 115. It communicates with the auxiliary hole 115.

従って、遠心圧縮機101を運転する場合には、例えばタービンホイール(図示省略)の回転等によりハブ105を回転させて、複数のインペラブレード107を一体的に回転させる。これにより、給気口109からインペラブレード107側に給気した空気を遠心力を利用して圧縮することができ、圧縮した空気を排気流路111から排気することができる。   Therefore, when the centrifugal compressor 101 is operated, the hub 105 is rotated by, for example, rotation of a turbine wheel (not shown), and the plurality of impeller blades 107 are integrally rotated. Thereby, the air supplied from the air supply port 109 to the impeller blade 107 side can be compressed using the centrifugal force, and the compressed air can be exhausted from the exhaust passage 111.

また、遠心圧縮機101の運転中において、給気口109から給気される空気の流量が少なくなると、インペラブレード107側へ給気した空気の一部が逆流して、下流補助穴113からトリートメントキャビティ117内に流入する。そして、トリートメントキャビティ117内に流入した空気は、下流補助穴113側から上流補助穴115側へ流れて、上流補助穴115から流出して、再びインペラブレード107側に給気される。つまり、インペラブレード107側へ給気した空気の一部を下流補助穴113と上流補助穴115の間で循環させて、遠心圧縮機101のサージング現象を抑制することができる。よって、遠心圧縮機101の作動域を低流量側に拡大させることができる。
特開2006−342682号公報 特開2003−314496号公報
Further, when the flow rate of air supplied from the air supply port 109 decreases during the operation of the centrifugal compressor 101, a part of the air supplied to the impeller blade 107 flows backward, and the treatment is performed from the downstream auxiliary hole 113. It flows into the cavity 117. The air flowing into the treatment cavity 117 flows from the downstream auxiliary hole 113 side to the upstream auxiliary hole 115 side, flows out of the upstream auxiliary hole 115, and is supplied again to the impeller blade 107 side. That is, the surging phenomenon of the centrifugal compressor 101 can be suppressed by circulating a part of the air supplied to the impeller blade 107 side between the downstream auxiliary hole 113 and the upstream auxiliary hole 115. Therefore, the operating range of the centrifugal compressor 101 can be expanded to the low flow rate side.
JP 2006-342682 A JP 2003-31496 A

ところで、トリートメントキャビティ117内に流入した空気が上流補助穴115から流出する際に、主流の空気の流れを大きく乱して、図2(b)に示すように、上流補助穴115の下流側(後側)にエネルギー損失の大きな領域が生じる。そのため、先行技術に係る遠心圧縮機101にあっては、前述のように、サージング現象を抑制して、遠心圧縮機101の作動域を低流量側に拡大させることができるものの、遠心圧縮機101の圧縮機効率を十分に向上させることは容易でないという問題がある。   By the way, when the air flowing into the treatment cavity 117 flows out of the upstream auxiliary hole 115, the flow of the main air is greatly disturbed, and as shown in FIG. A large energy loss region occurs on the rear side. Therefore, in the centrifugal compressor 101 according to the prior art, as described above, the surging phenomenon can be suppressed and the operating range of the centrifugal compressor 101 can be expanded to the low flow rate side. There is a problem that it is not easy to sufficiently improve the compressor efficiency.

なお、図2(b)は、先行技術に係る遠心圧縮機のエネルギー損失の分布状態を無次元化した形で示す図であって、エネルギー損失は、CFD(Computational Fluid Dynamics)解析によって求めており、数値が大きいほどエネルギー損失が大きいことを示している。   FIG. 2B is a diagram showing the distribution of energy loss of the centrifugal compressor according to the prior art in a dimensionless form, and the energy loss is obtained by CFD (Computational Fluid Dynamics) analysis. The larger the value, the greater the energy loss.

そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の遠心圧縮機を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the centrifugal compressor of a novel structure which can solve the above-mentioned problem.

本発明の特徴は、ガスを遠心力を利用して圧縮する遠心圧縮機において、内側にシュラウド壁を有したケーシングと、前記ケーシングの前記シュラウド壁内に配設され、軸心(ハブの軸心)を中心として回転可能なハブと、前記ハブの外周面に周方向に沿って設けられ、外縁が前記シュラウド壁にそれぞれ近接した複数のインペラブレードと、を備え、前記ケーシングの前記シュラウド壁の前側周縁部にガスを前記インペラブレード側へ給気する給気口が形成され、前記ケーシングの前記シュラウド壁の後側周縁部に圧縮したガスを排気する環状の排気流路が形成され、前記ケーシングの前記シュラウド壁における前記インペラブレードの前縁位置よりも下流側(ガスの流れから見て下流側、換言すれば、後側)に下流補助穴が形成され、前記ケーシングの前記シュラウド壁における前記インペラブレードの前縁位置よりも上流側(ガスの流れから見て上流側、換言すれば、前側)に上流補助穴が形成され、前記ケーシングの内部に前記下流補助穴側から前記上流補助穴側へガスの流れを許容する環状のトリートメントキャビティが形成され、前記トリートメントキャビティが前記上流補助穴と前記下流補助穴に連通してあって、前記ケーシングの前記シュラウド壁に内径を拡径した膨張部が前記上流補助穴の開口部の前端位置から下流側に向かって形成されたことを要旨とする。   The present invention is characterized in that, in a centrifugal compressor that compresses gas using centrifugal force, a casing having a shroud wall on the inside thereof, and a shaft center (axial center of a hub) are disposed in the shroud wall of the casing. ) And a plurality of impeller blades provided on the outer peripheral surface of the hub along the circumferential direction and having outer edges respectively close to the shroud wall, and the front side of the shroud wall of the casing An air supply port for supplying gas to the impeller blade side is formed at the peripheral portion, and an annular exhaust passage for exhausting compressed gas is formed at the rear peripheral portion of the shroud wall of the casing. A downstream auxiliary hole is formed downstream of the front edge position of the impeller blade on the shroud wall (downstream side when viewed from the gas flow, in other words, rear side). An upstream auxiliary hole is formed upstream of the front edge position of the impeller blade in the shroud wall of the casing (upstream as viewed from the gas flow, in other words, in front), and the downstream auxiliary hole is formed inside the casing. An annular treatment cavity that allows gas flow from the side to the upstream auxiliary hole side is formed, the treatment cavity communicates with the upstream auxiliary hole and the downstream auxiliary hole, and has an inner diameter on the shroud wall of the casing. The gist of the present invention is that the inflated portion having a diameter increased from the front end position of the opening portion of the upstream auxiliary hole toward the downstream side.

本発明の特徴によると、前記遠心圧縮機を運転する場合には、前記ハブを回転させて、複数の前記インペラブレードを一体的に回転させる。これにより、前記給気口から前記インペラブレード側に給気したガスを遠心力を利用して圧縮することができ、圧縮したガスを前記排気流路から排気することができる。   According to the feature of the present invention, when the centrifugal compressor is operated, the hub is rotated to integrally rotate the plurality of impeller blades. Thereby, the gas supplied to the impeller blade side from the air supply port can be compressed using centrifugal force, and the compressed gas can be exhausted from the exhaust passage.

また、前記遠心圧縮機の運転中において、前記給気口から給気されるガスの流量が少なくなると、前記インペラブレード側へ給気したガスの一部が逆流して、前記下流補助穴から前記トリートメントキャビティ内に流入する。そして、前記トリートメントキャビティ内に流入したガスは、前記下流補助穴側から前記上流補助穴側へ流れて、前記上流補助穴から流出して、再び前記インペラブレード側に給気される。つまり、前記インペラブレード側へ給気したガスの一部を前記下流補助穴と前記上流補助穴の間で循環させて、前記遠心圧縮機のサージング現象を抑制することができる。   Further, during the operation of the centrifugal compressor, when the flow rate of the gas supplied from the air supply port decreases, a part of the gas supplied to the impeller blade side flows backward, and the It flows into the treatment cavity. Then, the gas flowing into the treatment cavity flows from the downstream auxiliary hole side to the upstream auxiliary hole side, flows out of the upstream auxiliary hole, and is supplied again to the impeller blade side. That is, part of the gas supplied to the impeller blade can be circulated between the downstream auxiliary hole and the upstream auxiliary hole to suppress the surging phenomenon of the centrifugal compressor.

更に、前記ケーシングの前記シュラウド壁に前記膨張部が前記上流補助穴の開口部の前端位置から下流側に向かって形成されているため、ガスの粘性作用も相まって、前記上流補助穴から流出したガスが前記膨張部の内壁(前記ケーシングの前記シュラウド壁の一部)に沿うように流れ、換言すれば、前記上流補助穴から流出したガスの流れが主流のガスの流れと同方向になるように曲げられる。これにより、前記上流補助穴から流出する際における主流のガスの流れを大きく乱すことがなくなり、前記上流補助穴の下流側にエネルギー損失の大きな領域が生じることを回避できる。   Further, since the expansion portion is formed on the shroud wall of the casing from the front end position of the opening portion of the upstream auxiliary hole toward the downstream side, the gas flowing out from the upstream auxiliary hole is coupled with the viscous action of gas. Flows along the inner wall of the expansion part (a part of the shroud wall of the casing), in other words, the flow of gas flowing out from the upstream auxiliary hole is in the same direction as the flow of the mainstream gas. Bend. Thus, the mainstream gas flow at the time of flowing out from the upstream auxiliary hole is not greatly disturbed, and it is possible to avoid a region having a large energy loss on the downstream side of the upstream auxiliary hole.

本発明によれば、前記遠心圧縮機のサージング現象を抑制すると共に、前記上流補助穴の下流側にエネルギー損失の大きな領域が生じることを回避できるため、前記遠心圧縮機の作動域を低流量側に拡大させつつ、前記遠心圧縮機の圧縮機効率を向上させることができる。   According to the present invention, it is possible to suppress the surging phenomenon of the centrifugal compressor and to avoid the occurrence of a large energy loss region downstream of the upstream auxiliary hole. It is possible to improve the compressor efficiency of the centrifugal compressor.

本発明の実施形態について図1、図2(a)、及び図3を参照して説明する。   An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1, FIG. 2 (a), and FIG.

ここで、図1は、本発明の実施形態に係る遠心圧縮機の縦断面図、図2(a)は、本発明の実施形態に係る遠心圧縮機のエネルギー損失の分布状態を無次元化した形で示す図、図3は、本発明の実施形態に係る遠心圧縮機及び先行技術に係る遠心圧縮機についてガスの流量と圧縮機効率の関係を示す図である。なお、図面中、「F」は、前方向を指し、「R」は、後方向を指してある。   Here, FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a centrifugal compressor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2A is a non-dimensionalized energy loss distribution state of the centrifugal compressor according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the gas flow rate and the compressor efficiency for the centrifugal compressor according to the embodiment of the present invention and the centrifugal compressor according to the prior art. In the drawings, “F” indicates the forward direction, and “R” indicates the backward direction.

図1に示すように、本発明の実施形態に係る遠心圧縮機1は、ターボチャージャーに用いられ、空気(ガスの一例)を遠心力を利用して圧縮するものである。そして、本発明の実施形態に係る遠心圧縮機の具体的な構成は、以下のようになる。   As shown in FIG. 1, a centrifugal compressor 1 according to an embodiment of the present invention is used in a turbocharger, and compresses air (an example of gas) using centrifugal force. And the specific structure of the centrifugal compressor which concerns on embodiment of this invention is as follows.

遠心圧縮機1は、ケーシング3を備えており、このケーシング3は、内側に、シュラウド壁3fを有している。また、ケーシング3は、ターボチャージャーの別のケーシング(図示省略)に一体的に取付られている。   The centrifugal compressor 1 includes a casing 3, and the casing 3 has a shroud wall 3f on the inner side. The casing 3 is integrally attached to another casing (not shown) of the turbocharger.

ケーシング3のシュラウド壁3f内には、ハブ5が配設されており、このハブ5は、別のケーシングに回転可能に設けられたタービン軸TSの一端部に一体的に連結されてあって、軸心(ハブ5の軸心、換言すれば、タービン軸TSの軸心)を中心として回転可能である。なお、タービン軸TSの他端部には、タービンホイール(図示省略)が一体的に連結されている。   A hub 5 is disposed in the shroud wall 3f of the casing 3, and the hub 5 is integrally connected to one end of a turbine shaft TS rotatably provided in another casing. It can rotate around an axis (the axis of the hub 5, in other words, the axis of the turbine shaft TS). A turbine wheel (not shown) is integrally connected to the other end of the turbine shaft TS.

ハブ5の外周面には、複数(1つのみ図示)のインペラブレード7が周方向に沿って設けられており、各インペラブレード7の外縁は、ケーシング3のシュラウド壁3fにそれぞれ近接してある。   A plurality of (only one shown) impeller blades 7 are provided along the circumferential direction on the outer peripheral surface of the hub 5, and the outer edges of the impeller blades 7 are close to the shroud wall 3 f of the casing 3, respectively. .

ケーシング3のシュラウド壁3fの前側周縁部には、空気をインペラブレード7側へ給気する給気口9が形成されており、ケーシング3のシュラウド壁3fの後側周縁部には、空気の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換しつつ、圧縮した空気を排気する環状のディフューザ流路(排気流路)11が形成されている。なお、ディフューザ流路11の周縁部には、スクロール流路(図示省略)が形成されており、このスクロール流路は、内燃機関の吸気マニホールド(図示省略)に接続されている。   An air supply port 9 for supplying air to the impeller blade 7 side is formed in the front peripheral edge of the shroud wall 3 f of the casing 3, and the air velocity is provided in the rear peripheral edge of the shroud wall 3 f of the casing 3. An annular diffuser flow path (exhaust flow path) 11 that exhausts compressed air while converting energy into pressure energy is formed. A scroll channel (not shown) is formed at the peripheral edge of the diffuser channel 11, and this scroll channel is connected to an intake manifold (not shown) of the internal combustion engine.

ケーシング3のシュラウド壁3fにおけるインペラブレード7の前縁位置よりも下流側(ガスの流れから見て下流側、換言すれば、後側)には、スリット状の下流補助穴13が形成されており、ケーシング3のシュラウド壁3fにおけるインペラブレード7の前縁位置よりも上流側(ガスの流れから見て上流側、換言すれば、前側)には、スリット状の上流補助穴15が形成されている。なお、スリット状の下流補助穴13及びスリット状の上流補助穴19は、周方向に連続してあっても、或いは周方向に不連続であっても構わない。   A slit-like downstream auxiliary hole 13 is formed in the shroud wall 3f of the casing 3 on the downstream side of the front edge position of the impeller blade 7 (on the downstream side as viewed from the gas flow, in other words, on the rear side). A slit-like upstream auxiliary hole 15 is formed upstream of the front edge position of the impeller blade 7 in the shroud wall 3f of the casing 3 (upstream as viewed from the gas flow, in other words, in front). . The slit-shaped downstream auxiliary hole 13 and the slit-shaped upstream auxiliary hole 19 may be continuous in the circumferential direction or discontinuous in the circumferential direction.

ケーシング3の内部には、下流補助穴13側から上流補助穴15側へ空気の流れを許容する環状のトリートメントキャビティ17が形成されており、このトリートメントキャビティ17は、下流補助穴13と上流補助穴15に連通してある。   An annular treatment cavity 17 that allows air to flow from the downstream auxiliary hole 13 side to the upstream auxiliary hole 15 side is formed inside the casing 3. The treatment cavity 17 includes the downstream auxiliary hole 13 and the upstream auxiliary hole. 15 is communicated.

ケーシング3のシュラウド壁3fには、内径を拡径した膨張部19が上流補助穴15の開口部の前端位置から下流側に向かって形成されている。換言すれば、上流補助穴15の開口部の後端位置におけるケーシング3のシュラウド壁3fの内径D1は、上流補助穴15の開口部の前端位置におけるケーシング3のシュラウド壁の内径D2よりも大きくなっている。なお、上流補助穴15の開口部の後端位置におけるケーシング3のシュラウド壁3fの内径D1は、トリートメントキャビティ17の内径Dcavよりも小さくなっている。   In the shroud wall 3 f of the casing 3, an expanding portion 19 having an enlarged inner diameter is formed from the front end position of the opening portion of the upstream auxiliary hole 15 toward the downstream side. In other words, the inner diameter D1 of the shroud wall 3f of the casing 3 at the rear end position of the opening portion of the upstream auxiliary hole 15 is larger than the inner diameter D2 of the shroud wall of the casing 3 at the front end position of the opening portion of the upstream auxiliary hole 15. ing. The inner diameter D1 of the shroud wall 3f of the casing 3 at the rear end position of the opening of the upstream auxiliary hole 15 is smaller than the inner diameter Dcav of the treatment cavity 17.

ケーシング3のシュラウド壁3fにおける膨張部19の下流側には、内径を徐々に縮径した絞り部21が形成されており、この絞り部21は、インペラブレード7の前縁位置よりも上流側に位置している。   On the downstream side of the expansion portion 19 in the shroud wall 3 f of the casing 3, a throttle portion 21 whose inner diameter is gradually reduced is formed, and this throttle portion 21 is upstream of the front edge position of the impeller blade 7. positioned.

続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。   Then, the effect | action and effect of embodiment of this invention are demonstrated.

遠心圧縮機1を運転する場合には、タービンホイールの回転によってハブ5を回転させて、複数のインペラブレード7を一体的に回転させる。これにより、給気口9からインペラブレード7側に給気した空気を遠心力を利用して圧縮することができ、圧縮した空気をディフューザ流路11から排気することができる。なお、ディフューザ流路11から排気された空気は、スクロール流路を経由して内燃機関の吸気マニホールドに送られる。   When the centrifugal compressor 1 is operated, the hub 5 is rotated by the rotation of the turbine wheel, and the plurality of impeller blades 7 are integrally rotated. Thereby, the air supplied to the impeller blade 7 side from the air supply port 9 can be compressed using centrifugal force, and the compressed air can be exhausted from the diffuser flow path 11. Note that the air exhausted from the diffuser passage 11 is sent to the intake manifold of the internal combustion engine via the scroll passage.

また、遠心圧縮機1の運転中において、給気口9から給気される空気の流量が少なくなると、インペラブレード7側へ給気した空気の一部が逆流して、下流補助穴13からトリートメントキャビティ17内に流入する。そして、トリートメントキャビティ17内に流入した空気は、下流補助穴13側から上流補助穴15側へ流れて、上流補助穴15から流出して、再びインペラブレード7側に給気される。つまり、インペラブレード7側へ給気した空気の一部を下流補助穴13と上流補助穴15の間で循環させて、遠心圧縮機1のサージング現象を抑制することができる。   In addition, when the flow rate of air supplied from the air supply port 9 decreases during the operation of the centrifugal compressor 1, a part of the air supplied to the impeller blade 7 flows backward and treatment is performed from the downstream auxiliary hole 13. It flows into the cavity 17. The air flowing into the treatment cavity 17 flows from the downstream auxiliary hole 13 side to the upstream auxiliary hole 15 side, flows out of the upstream auxiliary hole 15, and is supplied again to the impeller blade 7 side. That is, a part of the air supplied to the impeller blade 7 side is circulated between the downstream auxiliary hole 13 and the upstream auxiliary hole 15, and the surging phenomenon of the centrifugal compressor 1 can be suppressed.

更に、ケーシング3のシュラウド壁3fに膨張部19が上流補助穴15の開口部の前端位置から下流側に向かって形成されているため、空気の粘性作用も相まって、上流補助穴15から流出した空気が膨張部19の内壁(ケーシング3のシュラウド壁3fの一部)に沿うように流れ、換言すれば、上流補助穴15から流出した空気の流れが主流の空気の流れと同方向になるように曲げられる。これにより、上流補助穴15から流出する際における主流の空気の流れを大きく乱すことがなくなり、図3(a)に示すように、上流補助穴15の下流側にエネルギー損失の大きな領域が生じることを回避できる。なお、図3(a)におけるエネルギー損失は、CFD解析によって求めており、数値が大きいほどエネルギー損失が大きいことを示している。   Further, since the expansion portion 19 is formed on the shroud wall 3f of the casing 3 from the front end position of the opening portion of the upstream auxiliary hole 15 toward the downstream side, the air flowing out from the upstream auxiliary hole 15 together with the viscous action of air. Flows along the inner wall of the expansion part 19 (a part of the shroud wall 3f of the casing 3), in other words, the flow of the air flowing out from the upstream auxiliary hole 15 is in the same direction as the flow of the mainstream air. Bend. As a result, the main flow of air flowing out of the upstream auxiliary hole 15 is not greatly disturbed, and as shown in FIG. 3A, a region with a large energy loss is generated on the downstream side of the upstream auxiliary hole 15. Can be avoided. In addition, the energy loss in Fig.3 (a) is calculated | required by CFD analysis, and it has shown that energy loss is so large that a numerical value is large.

また、ケーシング3のシュラウド壁3fにおける膨張部19の下流側に絞り部21が形成されているため、膨張部19において空気の流速を一旦減速させて、絞り部21において空気の流速を急加速することができる。これにより、上流補助穴15の下流側で生成したディストーションレベル(空気の流れの偏り)をインペラブレード7の入口側(上流側近傍)で緩和することができる。   Further, since the throttle portion 21 is formed on the shroud wall 3f of the casing 3 on the downstream side of the expansion portion 19, the flow velocity of the air is once reduced in the expansion portion 19 and the flow velocity of the air is rapidly accelerated in the expansion portion 21. be able to. Thereby, the distortion level (air flow deviation) generated on the downstream side of the upstream auxiliary hole 15 can be reduced on the inlet side (near the upstream side) of the impeller blade 7.

以上の如き、本発明の実施形態によれば、遠心圧縮機1のサージング現象を抑制した上で、上流補助穴15の下流側にエネルギー損失の大きな領域が生じることを回避すると共に、上流補助穴15の下流側で生成したディストーションレベルをインペラブレード7の入口側で緩和することができるため、遠心圧縮機1の作動域を低流量側に拡大させつつ、図3に示すように、遠心圧縮機1の圧縮機効率を向上させることができる。なお、図3中における実施例とは、本発明の実施形態に係る遠心圧縮機1の圧縮機効率をCFD解析によって求めたものであって、図3中における比較例とは、先行技術に係る遠心圧縮機101(図4参照)の圧縮機効率をCFD解析によって求めたものである。   As described above, according to the embodiment of the present invention, while suppressing the surging phenomenon of the centrifugal compressor 1, it is possible to avoid the occurrence of a region with a large energy loss on the downstream side of the upstream auxiliary hole 15, and the upstream auxiliary hole. The distortion level generated on the downstream side of the impeller blade 7 can be relaxed on the inlet side of the impeller blade 7, so that the operating range of the centrifugal compressor 1 is expanded to the low flow rate side, and as shown in FIG. 1 compressor efficiency can be improved. 3 is obtained by CFD analysis of the compressor efficiency of the centrifugal compressor 1 according to the embodiment of the present invention, and the comparative example in FIG. 3 is related to the prior art. The compressor efficiency of the centrifugal compressor 101 (see FIG. 4) is obtained by CFD analysis.

本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、その他、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。   The present invention is not limited to the description of the above-described embodiment, and can be implemented in various other aspects. Further, the scope of rights encompassed by the present invention is not limited to these embodiments.

本発明の実施形態に係る遠心圧縮機の縦断面図である。It is a longitudinal section of a centrifugal compressor concerning an embodiment of the present invention. 図2(a)は、本発明の実施形態に係る遠心圧縮機のエネルギー損失の分布状態を無次元化した形で示す図、図2(b)は、先行技術に係る遠心圧縮機のエネルギー損失の分布状態を無次元化した形で示す図である。FIG. 2 (a) is a diagram showing the distribution of energy loss of the centrifugal compressor according to the embodiment of the present invention in a dimensionless form, and FIG. 2 (b) is the energy loss of the centrifugal compressor according to the prior art. It is a figure which shows in a form which made the distribution state of non-dimensional. 本発明の実施形態に係る遠心圧縮機及び先行技術に係る遠心圧縮機についてガスの流量と圧縮機効率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the flow volume of gas and compressor efficiency about the centrifugal compressor which concerns on embodiment of this invention, and the centrifugal compressor which concerns on a prior art. 先行技術に係る遠心圧縮機の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the centrifugal compressor which concerns on a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1 遠心圧縮機
3 ケーシング
3f シュラウド壁
5 ハブ
7 インペラブレード
9 給気口
11 ディフューザ流路
13 下流補助穴
15 上流補助穴
17 トリートメントキャビティ
19 膨張部
21 絞り部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Centrifugal compressor 3 Casing 3f Shroud wall 5 Hub 7 Impeller blade 9 Air supply port 11 Diffuser flow path 13 Downstream auxiliary hole 15 Upstream auxiliary hole 17 Treatment cavity 19 Expansion part 21 Restriction part

Claims (2)

ガスを遠心力を利用して圧縮する遠心圧縮機において、
内側にシュラウド壁を有したケーシングと、
前記ケーシングの前記シュラウド壁内に配設され、軸心を中心として回転可能なハブと、
前記ハブの外周面に周方向に沿って設けられ、外縁が前記シュラウド壁にそれぞれ近接した複数のインペラブレードと、を備え、
前記ケーシングの前記シュラウド壁の前側周縁部にガスを前記インペラブレード側へ給気する給気口が形成され、前記ケーシングの前記シュラウド壁の後側周縁部に圧縮したガスを排気する環状の排気流路が形成され、
前記ケーシングの前記シュラウド壁における前記インペラブレードの前縁位置よりも下流側に下流補助穴が形成され、前記ケーシングの前記シュラウド壁における前記インペラブレードの前縁位置よりも上流側に上流補助穴が形成され、前記ケーシングの内部に前記下流補助穴側から前記上流補助穴側へガスの流れを許容する環状のトリートメントキャビティが形成され、前記トリートメントキャビティが前記上流補助穴と前記下流補助穴に連通してあって、
前記ケーシングの前記シュラウド壁に内径を拡径した膨張部が前記上流補助穴の開口部の前端位置から下流側に向かって形成されたことを特徴とする遠心圧縮機。
In a centrifugal compressor that compresses gas using centrifugal force,
A casing having a shroud wall on the inside;
A hub disposed within the shroud wall of the casing and rotatable about an axis;
A plurality of impeller blades provided along the circumferential direction on the outer peripheral surface of the hub and having outer edges respectively close to the shroud wall;
An air supply port for supplying gas to the impeller blade side at the front peripheral edge of the shroud wall of the casing, and an annular exhaust flow for discharging compressed gas to the rear peripheral edge of the shroud wall of the casing A road is formed,
A downstream auxiliary hole is formed downstream of the front edge position of the impeller blade in the shroud wall of the casing, and an upstream auxiliary hole is formed upstream of the front edge position of the impeller blade in the shroud wall of the casing. An annular treatment cavity that allows gas flow from the downstream auxiliary hole side to the upstream auxiliary hole side is formed in the casing, and the treatment cavity communicates with the upstream auxiliary hole and the downstream auxiliary hole. There,
The centrifugal compressor, wherein an expansion portion having an inner diameter increased on the shroud wall of the casing is formed toward a downstream side from a front end position of the opening portion of the upstream auxiliary hole.
前記ケーシングの前記シュラウド壁における前記膨張部の下流側に内径を徐々に縮径した絞り部が形成され、前記絞り部が前記インペラブレードの前縁位置よりも上流側に位置していることを特徴とする請求項1に記載の遠心圧縮機。   A throttle part having an inner diameter gradually reduced is formed on the downstream side of the expansion part in the shroud wall of the casing, and the throttle part is located upstream of the front edge position of the impeller blade. The centrifugal compressor according to claim 1.
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