JP2009504979A - コンプレッサ洗浄 - Google Patents

Abstract

【課題】 インペラー（１）のロータ・ブレード（１１）及びハブ（１０）は、インペラーの回転軸（Ａ）に沿ってインペラーに向けられた洗浄流体ジェット（７２）により洗浄される。この洗浄流体ジェットは、この場合、前記軸の上に配置され且つ軸に沿ってインペラーの方向に方向付けられた供給ノズル（５１）により、インペラーの方向へ向けられまたは噴射される。供給されるジェット（７２）は、この場合、軸に沿って、それ故に、インペラーの回転中心でインペラーのハブに衝突する。これは、インペラーの回転中心でインペラーに洗浄流体が衝突する効果を実現する。洗浄流体は、それ故に、ハブ表面に沿って流れ、遠心力により、径方向に径方向外側の領域の中へ運ばれる（図２）。

Description

本発明は、コンプレッサの洗浄の分野に係り、特に内燃エンジンのための排出ガス・ターボ・チャージャのコンプレッサに係る。本発明は、特許請求項１の前提書き部分に基づく洗浄デバイスを備えたコンプレッサ、及び洗浄アタッチメントに係る。

内燃エンジンのための排出ガス・ターボ・チャージャのコンプレッサに関して、汚染された空気を導入すると、特に、ロータ・ブレードの上及び高速で回転しているインペラーのハブの上に、コンタミナントをもたらすことがあることが知られている。コンタミナントは、表面を粗くし、それによって、短い時間の間にコンプレッサの出力が大きく損なわれることがある。

冒頭において述べた現象を避けるため、コンプレッサは、定期的に洗浄される。洗浄は、コンプレッサのデザインに応じて、最大負荷または軽負荷の状態で実施される。それに対応して、インペラーは、最大回転速度または低い回転速度で回転され、洗浄流体が、インペラーの上流で流れの中に供給される。

図１は、最も一般的に使用されている二つの洗浄デバイスを示す。流れの経路の中に洗浄流体を導入するため、単純なホースまたは薄いパイプが、流れの経路の径方向内側の領域内のケーシングのセンター・ピースの領域内で、コンプレッサのケーシングなどの径方向外側から、流れの領域の中にガイドされる。早晩適切なポイントで、要求される量の洗浄流体が、インペラーの洗浄のために、これらのピースまたはパイプを通って噴射されることが可能である。洗浄流体は、流れによって運ばれ、回転しているインペラーのロータ・ブレードの領域の中へ移送される。

インペラーの高い回転速度のために、洗浄流体は、主としてロータ・ブレード表面の径方向外側の領域に、遠心力で押し付けられる。更に、水ジェットは、運動学上の理由（コンプレッサのロータ・ブレードの速度の水ジェットの速度に対する比）のために、ロータ・ブレードの間に十分に深く浸透することができない。特に、径方向外側配置された洗浄流体供給ラインを備えた変形形態の場合には、ロータ・ブレードの径方向に内側領域及びロータ・ブレードの間のハブ表面に、洗浄流体が到達できないことがあり、そのために洗浄の効果が不十分になる。

もし、これらの領域、即ち、高速で回転しているインペラーの場合に洗浄流体が到達できない領域を効果的に洗浄しようとする場合には、インペラーの回転速度を低下させるため、そして結果としてコンプレッサのロータ・ブレードの速度を低下させるために、内燃エンジンがスロットルされなければならない。

それ故に、従来の洗浄デバイスを用いる洗浄は、常に満足すべき結果が得られる訳ではない。

従って、本発明の目的は、改善された洗浄デバイスを備えたコンプレッサを創造することであり、このデバイスによれば、コンプレッサが高速で回転するインペラーを備えている場合であっても、コンタミナントが効果的に取り除かれることが可能である。

この目的は、特許請求項１の特徴を備えたコンプレッサにより、そしてまた、特許請求項１１の特徴を備えたインペラーにより、そして、特許請求項１３の特徴を備えたインペラーのための洗浄アタッチメントにより、実現される。

本発明によれば、インペラーのロータ・ブレード及びハブは、インペラーの回転軸に沿ってインペラーに向けられた洗浄流体ジェットにより洗浄される。この場合、洗浄流体ジェットは、軸の上に配置され且つ軸に沿ってインペラーの方向に方向付けられた供給ノズルから、インペラーの方向に向けられまたは噴射される。この場合、供給ジェットは、軸の方向に流れ、結果として、インペラーの回転中心でインペラーのハブに衝突する。

これは、インペラーの径方向に最も内側ポイントで、即ち回転中心で、洗浄流体がインペラーに衝突する効果を実現する。たとえ、洗浄流体がその後で強い流れにより集められ径方向外側に運ばれたとしても、洗浄流体が、少なくとも部分的に、ハブ表面に沿って流れることが確保され、その過程で表面の所望の洗浄が行われる。

ハブ・チップの領域内での洗浄流体の精密な分布を改善するため、様々な更なる手立てが、従属請求項において提案されている。

インペラーの回転中心にあるジェット・デバイダによって、供給ジェットが均一に分割され、そして径方向に曲げられることが可能である。このジェット・デバイダは、チップを有していて、好ましくは、径方向外側に曲げられた傾斜したフランク（傾斜面）を有している。結果として、供給ジェットが、スムーズに曲げられることが可能であり、それによって、供給ジェットがハブ表面から逆に噴射されることがない。

供給ジェットは、付加的に、インペラーの回転中心の中心ボアにより集められることが可能である。特に、ジェット・デバイダとの組み合わせにおいて、洗浄流体のための最適の中間貯槽がこのようにして作り出される。中心ボアの中で、洗浄流体は、径方向外側に運ばれ、そして円周方向に加速される。中心ボアの径方向の広がりの中で、洗浄流体のリングが形成され、このリングがインペラーとともに回転する。結果として、洗浄流体は、中心ボアの周囲に沿って均一に分散され、それによって、中心ボアから流れ出る洗浄流体は、インペラーをその周囲に沿って均一に洗浄することもできる。

インペラーのロータ・ブレードへの、またはロータ・ブレードの間に位置するハブ領域への、洗浄流体の特定の方位のために、径方向外側に方向付けられた洗浄ノズルが、インペラーのハブの中に導入されることが可能である。特に好ましくは、洗浄ノズルは、中心ボアの径方向外側の領域の中に配置され、それによって、洗浄流体が、遠心加速のために、洗浄ノズルを通って中心ボアから押し出され、洗浄されるインペラーの領域に向けられることが可能である。

要求に応じて、洗浄ノズルは、作られたジェットが束状の状態または発散する状態で、ノズルから送り出されるように方向付けられる。もし、広い面積にまたがる洗浄流体の分布が求められる場合には、発散するジェットが好ましい。これに対して、束状のジェットは、典型的に、強固なコンタミネイションのある表面ポイントに向けられる。

ジェット・デバイダ、中心ボア、及び洗浄ノズルは、洗浄アタッチメントの中に、それぞれまたは任意の組み合わせで統合されることが可能であり、その洗浄アタッチメントは、インペラーのハブ・チップの中に嵌めこまれ、そこに固定されることが可能である。その結果として、既存のインペラーが、考えられる最もシンプルなやり方で、本発明による洗浄デバイスと交換されることが可能である。

更なる利点は、従属特許請求項からもたらされる。

洗浄デバイスを備えた本発明に基づくコンプレッサが、以下において、図面を参照しながら、より詳細に説明される。

冒頭において既に述べたように、図１は、従来の洗浄デバイスを備えたコンプレッサの構造を示す。流れの経路４の中に洗浄流体を導入するために、単純なホースまたは薄いパイプの形態の供給ライン５' または５''が、コンプレッサ・ケーシング３の径方向外側から流れの領域の中にガイドされる。あるいは、代替的な実施形態において、或るコンプレッサ製造者により使用されているものと同様に、供給ラインは、流れの経路の径方向内側の領域内で、ケーシングのセンター・ピース３１の領域の中にガイドされる。

要求される量の洗浄流体が、早晩適切なポイントで、インペラー１を洗浄するために、これらの供給ラインを通って流れの経路の中に噴射されることが可能である。運転の間、洗浄流体は、流れにより集められ、回転しているインペラーのロータ・ブレードの領域の中へ運ばれる。

先行技術に基づく実施形態とは異なり、本発明に基づくコンプレッサ洗浄の場合には、洗浄流体のための供給ライン５''' が中心に配置される。図２に示されているように、供給ノズル５１が、インペラー１の軸Ａに対して同軸に且つその方向に配置され、この供給ノズルにより、洗浄ジェットが、インペラーの領域の中にアトマイジング角度が無い単一の束状のジェットとして噴射され、この供給ノズルは、軸に平行に伸びている。供給ノズルは、例えば、ケーシングのセンター・ピース３１に配置されている。しかし、供給ノズルはコンプレッサの吸入領域を通る経路により、コンプレッサのケーシングの径方向外側から、中心に取り付けられることも可能である。

流体工学的な観点から見ると、供給ジェット７１は、ラジアル・コンプレッサの場合、軸に沿って向けられた流線の上にある。結果として、コンプレッサの最大負荷運転の間であっても、そして対応して強めの流れがある間であっても、洗浄流体は、それがより高い正確さでインペラーに向けられる状態で、噴射されることが可能である。洗浄流体の供給ジェット７１が、インペラーの中心で生ずるにも拘わらず、洗浄流体は、大きい遠心力のために、ハブ表面及びロータ・ブレードのルートに沿って、インペラー（特にロータ・ブレード１１）の外側の領域の中に運ばれ、それによって、インペラーの完全な濡れが実現される。

供給ジェットは、インペラー１のハブのノーズ１０に衝突し、そこで、軸方向から径方向に曲げられる。偏向を助け且つ洗浄流体の均一な分布を確保するため、図２による本発明に基づくコンプレッサ洗浄の第一の実施形態においては、インペラーのハブのノーズが流れ分割部１３の中に形成される。この流れ分割部は、基本的には、径方向外側に傾斜したフランクを備えた軸方向に方向付けられたポイントである。それらのフランクは、この場合には、連続的に形成されることが可能であり、あるいは、個別の三角形のセグメントに分けられることも可能である。

洗浄流体の流れ（径方向に曲げられる）を、特に、洗浄される表面の各個別の領域に向けるために、孔またはスロット形のリセスの形態の洗浄ノズル１２が、ハブの中心から径方向外側のハブの表面に嵌め込まれることが可能である。一定の洗浄ノズル・ジェット７２が、洗浄ノズルを通って、インペラーの同じポイントに向けられることが可能である。その理由は、当然ながら、ノズルが、洗浄されるポイントに対して移動しないからである。

図５による断面図の中にも概略的に示されているように、好ましくは、一枚のロータ・ブレード当りの一個のウォッシング・ノズルが配置される。

また、洗浄ノズルが、周囲に沿って、異なる方向に方向付けられた状態で配置されることも考えることが可能であり、それによって、例えば、第一のノズルの一つの列が、ロータ・ブレードに向けられ、第二のノズル(第一の列のノズルの間にそれぞれ配置されている）が、洗浄されるハブの表面の領域に方向付けられることになる。

ハブのノーズの上に形成され洗浄流体のフィルムがノズルの中に侵入するように、洗浄流体の流れを径方向に妨げる凸部を、ノズルの径方向外側に取り付けないことが可能である。それに代わって、取り囲む環状の凸部が設けられることが可能であり、この凸部は、周囲の洗浄流体を集める。

供給ジェット７１の径方向への偏向の間に、洗浄流体を更に良く集めることを可能にするため、中心開口１５が、図３による本発明に基づくコンプレッサ洗浄の第二の実施形態によるハブのノーズ１０に嵌め込まれる。供給ジェット７２は、偏向の後に中心開口１５の内側に保持され、それによって、周囲を取り囲む洗浄流体のリング７３が、中心開口の径方向外側の壁の上に形成される。

このようにして、高い圧力でインペラーのハブに噴射される洗浄流体から失われるものが僅かしか無い。生じ得る径方向に向けられたスプレイは、中心開口の径方向外側の壁により保持される。中心開口の径方向外側の壁の上での洗浄流体の蓄積のために、洗浄流体の圧力が増大することになる。洗浄流体は、中心開口からのオーバーフローにより、あるいは中心開口の径方向外側の領域の中に嵌め込まれた洗浄ノズル１２を通って、いずれかの経路で流出する。

図４による本発明に基づくコンプレッサ洗浄の第三の実施形態において、中心開口６５、フロー・デバイダ６３、及び洗浄ノズル６２は、別個のコンポーネント、即ち、洗浄アタッチメント６の中に統合される。この洗浄アタッチメントは、ハブに嵌め込まれ、ネジなどの取り付け手段によりハブに接続されることが可能である。このようにして、洗浄デバイスの無いコンプレッサ、または従来の洗浄デバイスを備えたコンプレッサが改造されることが可能である。

供給ジェットがハブまたは洗浄アタッチメントの表面に衝突するとき、そして径方向への偏向の間もまた、洗浄流体は円周方向に加速される。この加速を助けるために、図５の洗浄アタッチメントの断面図に示されているように、ガイドベーン６４が設けられことが可能であり、これらのガイドベーンは、プロペラのやり方で、曲げられた供給ジェットを加速する。

洗浄アタッチメント６の断面の中に、洗浄ノズル６２もまた見えている。これらの洗浄ノズルは、示された実施形態において、洗浄アタッチメントの壁に、厳密に径方向外側で嵌め込まれてはおらず、インペラーの回転方向に対応して、径方向に斜めに伸びる状態で嵌め込まれている。

洗浄ノズルは、対応して、洗浄されるインペラーの領域に方向付けられることが可能である。全てのロータ・ブレード１１が洗浄されるか、あるいはハブの表面の規定された断面（即ち、特に大きなコンタミネイションがある断面）が洗浄されるかに依存して、異なる方向に方向付けられ且つ異なる形態に形成されたノズルが、好ましいことがありうる。洗浄ノズル・ジェット７２は、洗浄ノズルのオリフィスの発展により、究極的に影響される可能性がある。最後の二つの図に示されているように、ジェットは、束状の状態（図６）または発散する状態（図７）で、ノズルから出ることができる。

洗浄ノズルを通って流れ出る洗浄流体の量は、供給ノズルを通る供給ジェットによりインペラーに供給される洗浄流体の量に、好ましくは、追加される。この場合には、追加された量は、スプレイによる可能性のある損失を補償するため、僅かに多めにすべきである。そのような損失を防止するため、且つ、圧縮される媒体の流れによる供給ジェットの影響を減らすため、供給ノズル５１は、インペラーの寸法に応じて、インペラーのハブのノーズまでの距離が数ｍｍから数ｃｍの短い位置まで、到達することが可能である。

それに代わって、図４の中に概略的に示されているように、供給ノズルは、引っ込み及び迫り出す能力を備えるように形成されることが可能である。結果として、供給ノズルは、洗浄のために、流れゾーンの中に迫り出されることが可能であり、一方、ノズルが引き込まれることによって、流れを妨げることもない。

洗浄流体として、例えば水が、特別な処理、精製または温度調整が行われた状態または行われていない状態で、あるいは、洗浄添加物を含む状態でまたは含まない状態で、使用されることが可能である。

本発明に基づくコンプレッサ洗浄は、内燃エンジンのための排出ガス・ターボ・チャージャのラジアル・コンプレッサを洗浄するために、特に適切である。

図１は、先行技術に基づく洗浄デバイスを備えたコンプレッサの、軸に沿う方向の断面図を示す。 図２は、洗浄デバイスの第一の実施形態を備えた本発明に基づくコンプレッサの、軸に沿う方向の断面図を示す。 図３は、洗浄デバイスの第二の実施形態を備えた本発明に基づくコンプレッサの、軸に沿う方向の断面図を示す。 図４は、洗浄デバイスの第三の実施形態を備えた本発明に基づくコンプレッサの、軸に沿う方向の断面図を示し、この洗浄デバイスは、複数の洗浄ノズルを備えた洗浄アタッチメントを備えている。 図５は、図４による洗浄アタッチメントの断面図を示す。 図６は、図５による洗浄アタッチメントの、二つの異なる形態に形成された洗浄ノズルの内の一つの断面図を示す。 図７は、図５による洗浄アタッチメントの、二つの異なる形態に形成された洗浄ノズルの内の一つの断面図を示す。

符号の説明

Ａ…軸、１…インペラー、１０…ハブ、１１…ロータ・ブレード、１２…洗浄ノズル、１３…ジェット・デバイダ、１５…中心開口、２…シャフト、３…コンプレッサのケーシング、３１…ケーシングのセンター・ピース、４…流れの経路、５…洗浄流体のための供給ライン、５' …外側供給ライン、５''…内側供給ライン、５''' …同軸の供給ライン、５１…供給ノズル、６…洗浄アタッチメント、６２…洗浄ノズル、６３…ジェット・デバイダ、６４…洗浄流体のためのガイドベーン、６５…中心開口、７１…供給ジェット、７２…洗浄ノズル・ジェット、７３…洗浄流体リング。

Claims (14)

1. コンプレッサであって、
   軸（Ａ）の回りで回転可能なインペラー（１）と；
   洗浄流体のための供給ライン（５'''）を備え、インペラーを洗浄するための洗浄デバイスと；
   を有するコンプレッサにおいて、
   前記洗浄流体のための供給ライン（５'''）は、前記軸（Ａ）の上に配置され且つ前記軸の方向に方向付けられた供給ノズル（５１）を有し、それによって、前記洗浄流体が、前記供給ノズルを通って、束状の供給ジェット（７１）として、前記軸に沿ってインペラーの方向に向けられることが可能であるように構成されていること、を特徴とするコンプレッサ。
2. 下記特徴を有する請求項１に記載のコンプレッサ：
   前記供給ジェット（７１）を分割するための手段（１３，６３）が設けられ、この手段によって、前記供給ジェットが径方向に曲げられることが可能である。
3. 下記特徴を有する請求項１または２に記載のコンプレッサ：
   前記インペラーは、前記供給ジェット（７１）を受けるため且つ前記洗浄流体を移送するための中心開口（１５）を有している。
4. 下記特徴を有する請求項１から３のいずれか１項に記載のコンプレッサ：
   洗浄アタッチメント（６）が、前記インペラーに取り付けられ、
   前記洗浄アタッチメントは、前記供給ジェット（７１）を受けるため且つ前記洗浄流体を移送するための中心開口（６５）を有している。
5. 下記特徴を有する請求項３または４に記載のコンプレッサ：
   前記中心開口（１５，６５）は、その径方向外側の領域内で洗浄ノズル（１２，６２）の中につながり、これらの洗浄ノズルを介して、前記供給ジェット（７１）によりインペラーの方向へ向けられた前記洗浄流体が、洗浄されるインペラーの領域上に向けられることが可能である。
6. 下記特徴を有する請求項１から４のいずれか１項に記載のコンプレッサ：
   前記インペラーは、洗浄ノズル（１２，６２）を有し、これらの洗浄ノズルを介して、前記供給ジェット（７１）によりインペラーの方向へ向けられた前記洗浄流体が、洗浄されるインペラーの領域上に向けられることが可能である。
7. 下記特徴を有する請求項５または６に記載のコンプレッサ：
   前記洗浄ノズル（１２，６２）は、前記洗浄流体が束状のジェット（７２）として、当該ノズルから出るように形成されている。
8. 下記特徴を有する請求項５または６に記載のコンプレッサ：
   洗浄ノズル（１２，６２）は、前記洗浄流体が発散するジェット（７２）として、当該ノズルから出るように形成されている。
9. 下記特徴を有する請求項１から８のいずれか１項に記載のコンプレッサ：
   前記インペラーは、ガイドベーン（６４）を有し、これらのガイドベーンにより、供給ジェット（７１）によりインペラーの方向へ向けられた前記洗浄流体が、円周方向に加速されることが可能である。
10. 下記特徴を有する請求項１から９のいずれか１項に記載のコンプレッサ：
    前記供給ノズル（５１）は、前記インペラーに向けて軸方向へ変位する能力を備えるように形成され、それによって、前記供給ジェットをインペラーに向けるために、前記供給ノズルと前記インペラーの間の距離であって、前記供給ジェットによりブリッジされることになる距離が、縮められることが可能である。
11. ハブ、及びこのハブの上に配置されたロータ・ブレードを有するインペラーであって、
    洗浄流体を受け且つ移送するための手段が、ハブの中に設けられていることを特徴とするインペラー。
12. 下記特徴を有する請求項１１に記載のインペラー：
    中心開口（１５）が前記ハブの中に設けられ、この中心開口の中に洗浄流体が向けられることが可能であり、
    この中心開口は、その径方向外側の領域内で洗浄ノズル（１２）の中につながり、
    前記中心開口の中に向けられた洗浄流体は、これらの洗浄ノズルを介して、ハブおよび／またはロータ・ブレードの、洗浄される領域に向けられることが可能である。
13. 円筒状のインペラー洗浄アタッチメントであって、
    中心開口（６５）を有し、この中心開口の中に洗浄流体がガイドされることが可能であり、
    この中心開口は、その径方向外側の領域内で、径方向外側に方向付けられた洗浄ノズル（６２）の中につながり、これらのノズルを介して、中心開口の中に向けられた流体が、当該洗浄アタッチメントから径方向に向けられることが可能であること、
    を特徴とする洗浄アタッチメント。
14. 請求項１から１０のいずれか１項に記載のコンプレッサにより特徴付けられる排出ガス・ターボ・チャージャ。

Images