JP2010190080A - Centrifugal compressor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To further increase the operating range of a centrifugal compressor 1 while increasing the efficiency thereof. <P>SOLUTION: An annular extraction groove 27 is formed in the shroud wall 5 of a casing 3 further on the downstream side than the leading edge of a blade 15. An outflow hole 29 is formed in the shroud wall 5 of the casing 3 further on the upstream side of the leading edge of the blade 15. An annular treatment cavity 31 is formed inside the casing 3. An annular shroud step surface 35 is formed in the shroud wall 5 of the casing 3 in such a manner that the inner diameter of the opening downstream side end 27a of the extraction groove 27 is larger than the inner diameter of the opening upstream side end 27b thereof. A plate step surface 37 corresponding to the shroud step surface 35 is formed at the outer edge of the blade 15. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、過給機、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 supercharger, 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5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5は、先行技術に係る遠心圧縮機の要部の模式的な側断面図である。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. 5 is a schematic cross-sectional side view of the main part of the 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105を有している。また、ケーシング103のシュラウド壁105内には、インペラ107が回転可能に設けられており、このインペラ107は、軸心(インペラ107の軸心、換言すれば、ケーシング103の軸心)周りに回転可能なハブ109、及びこのハブ109の外周面に間隔を置いて設けられた複数枚(1枚のみ図示)のブレード111を備えている。ここで、各ブレード111の外縁は、ケーシング103のシュラウド壁105に沿うように延びている。   A centrifugal compressor 101 according to the prior art includes a casing 103, and the casing 103 has a shroud wall 105 on the inner side. An impeller 107 is rotatably provided in the shroud wall 105 of the casing 103, and the impeller 107 rotates around an axis (an axis of the impeller 107, in other words, an axis of the casing 103). A possible hub 109 and a plurality of blades 111 (only one is shown) provided at intervals on the outer peripheral surface of the hub 109 are provided. Here, the outer edge of each blade 111 extends along the shroud wall 105 of the casing 103.

ケーシング103のシュラウド壁105の上流側周縁には、空気(ガスの一例)をインペラブ107側へ吸入する吸入口113が形成されており、ケーシング103のシュラウド壁105の下流側周縁には、圧縮した空気を排気する環状のディフューザ流路115(排気流路の1つ)が形成されている。また、ケーシング103のシュラウド壁105におけるブレード111の前縁位置よりも下流側(後側)には、逆流した空気を抽気可能な抽気穴117が形成されており、ケーシング103のシュラウド壁105におけるブレード111の前縁位置よりも上流側(前側)には、空気をインペラ107側へ流出可能な流出穴119が形成されている。そして、ケーシング103の内部には、抽気穴117側から流出穴119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121が形成されている。   A suction port 113 for sucking air (an example of gas) to the impeller 107 side is formed at the upstream peripheral edge of the shroud wall 105 of the casing 103, and compressed at the downstream peripheral edge of the shroud wall 105 of the casing 103. An annular diffuser passage 115 (one of the exhaust passages) for exhausting air is formed. Further, on the downstream side (rear side) of the blade 111 on the shroud wall 105 of the casing 103 on the downstream side (rear side), an extraction hole 117 capable of extracting backflowed air is formed, and the blade on the shroud wall 105 of the casing 103 is formed. An outflow hole 119 through which air can flow out to the impeller 107 side is formed on the upstream side (front side) of the front edge position of 111. An annular treatment cavity 121 that allows air to flow from the extraction hole 117 side to the outflow hole 119 side is formed in the casing 103.

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)の回転等により複数枚のブレード111をハブ109と一体的に回転させ、換言すれば、インペラ107を回転させることにより、吸入口113からインペラ107側に吸入した空気を遠心力を利用して圧縮することができる。そして、圧縮した空気は、ディフューザ流路115から減速させて排気される。   Therefore, when the centrifugal compressor 101 is operated, for example, by rotating a plurality of blades 111 integrally with the hub 109 by rotating a turbine wheel (not shown) or the like, in other words, by rotating the impeller 107. The air sucked from the suction port 113 toward the impeller 107 can be compressed using centrifugal force. The compressed air is decelerated from the diffuser channel 115 and exhausted.

遠心圧縮機101の運転中に、遠心圧縮機101の作動点がインペラ107の入口側の空気流量の少ないオフデザイン領域に移ると、インペラ107内において空気(インペラ107側へ吸入した空気の一部)の逆流が生じ、逆流した空気が抽気穴117から抽気され、トリートメントキャビティ121内に流入する。そして、トリートメントキャビティ121内に流入した空気は、抽気穴117側から流出穴119側へ流れて、流出穴119からインペラ107の入口側へ流出して、再びインペラ107側に吸入される。これにより、インペラ107側へ吸入した空気の一部を抽気穴117と流出穴119の間で循環させて、遠心圧縮機101の作動を安定させることができ、結果的に遠心圧縮機101の作動域を低流量側に拡大させることができる。   During operation of the centrifugal compressor 101, if the operating point of the centrifugal compressor 101 moves to an off-design region where the air flow rate on the inlet side of the impeller 107 is small, air in the impeller 107 (part of the air sucked into the impeller 107 side). ) Occurs, and the backflowed air is extracted from the extraction hole 117 and flows into the treatment cavity 121. Then, the air flowing into the treatment cavity 121 flows from the extraction hole 117 side to the outflow hole 119 side, flows out from the outflow hole 119 to the inlet side of the impeller 107, and is again sucked into the impeller 107 side. Thereby, a part of the air sucked into the impeller 107 side can be circulated between the extraction hole 117 and the outflow hole 119, and the operation of the centrifugal compressor 101 can be stabilized. As a result, the operation of the centrifugal compressor 101 can be stabilized. The area can be expanded to the low flow rate side.

特開2006−342682号公報JP 2006-342682 A 特開2003−314496号公報JP 2003-31496 A

ところで、インペラ107内において空気の逆流が大きくなると、逆流した空気を抽気穴117から十分に抽気することができず、遠心圧縮機101の作動が不安定になって、遠心圧縮機101はサージングに至ることになる。そして、近年、遠心圧縮機101のサージングを十分に抑制して、遠心圧縮機101の作動域をより一層の拡大させるという要求が高まってきている。   By the way, when the backflow of air becomes large in the impeller 107, the backflowed air cannot be sufficiently extracted from the extraction holes 117, and the operation of the centrifugal compressor 101 becomes unstable, and the centrifugal compressor 101 becomes surging. Will come. In recent years, there has been an increasing demand for further expanding the operating range of the centrifugal compressor 101 by sufficiently suppressing the surging of the centrifugal compressor 101.

そこで、本発明は、前述の課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 subject.

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回転可能に設けられ、軸心周りに回転可能なハブ、及び前記ハブの外周面に周方向に間隔を置いて設けられかつ外縁が前記ケーシングの前記シュラウド壁に沿うように延びた複数枚のブレードを備えたインペラと、を具備し、前記ケーシングの前記シュラウド壁の上流側周縁にガスを前記インペラ側へ吸入(給気)する吸入口(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下流側周縁に圧縮したガスを排気する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ブレードの前縁位置よりも下流側に逆流したガスを抽気可能な環状の抽気溝が形成され、前記ケーシングの前記シュラウド壁における前記ブレードの前縁位置よりも上流側にガスを前記インペラの入口側へ流出可能な流出穴が形成され、前記ケーシングの内部に前記抽気溝側から前記流出穴側へガスの流れ(流通)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、前記抽気溝の開口下流端の内径が開口上流端の内径よりも大きくなるように前記ケーシングの前記シュラウド壁に環状のシュラウド段差面が形成され、前記ブレードの外縁に前記シュラウド段差面に対応したブレード段差面が形成されていることを要旨とする。   The present invention is characterized in that, in a centrifugal compressor that compresses gas by utilizing centrifugal force, a casing having a shroud wall on the inside thereof, and a rotatable inside the shroud wall of the casing, and rotating around an axis. A possible hub, and an impeller provided with a plurality of blades that are circumferentially spaced on the outer peripheral surface of the hub and whose outer edges extend along the shroud wall of the casing, A suction port (air supply port) for sucking (supplying) gas to the impeller side is formed in the upstream peripheral edge of the shroud wall of the casing, and the compressed gas is exhausted to the downstream peripheral edge of the shroud wall of the casing. An exhaust passage is formed, and an annular bleed groove is formed that can bleed the gas that has flowed back downstream from the front edge position of the blade in the shroud wall of the casing. An outflow hole through which gas can flow out to the inlet side of the impeller is formed on the shroud wall of the casing on the upstream side of the front edge position of the blade, and the bleed groove side to the outflow hole side in the casing. An annular treatment cavity that allows gas flow (circulation) is formed, and an annular shroud step surface on the shroud wall of the casing such that the inner diameter of the downstream end of the extraction groove is larger than the inner diameter of the upstream end of the opening And a blade step surface corresponding to the shroud step surface is formed on the outer edge of the blade.

ここで、特許請求の範囲及び明細書において、「上流側」とは、主流のガスの流れ方向から見て上流側のことであって、「下流側」とは、主流のガスの流れ方向から見て下流側のことである。また、「複数枚のブレード」は、軸長の異なる複数種のブレードからなるものであってもよく、この場合には、「前記ブレードの前縁位置」とは、最も軸長の長いブレードの前縁位置のことであって、「前記ブレードの外縁」とは、最も軸長の長いブレードの外縁のこである。更に、「流出穴」とは、流出溝を含む意であって、「開口下流端」とは、開口部の下流端のことであって、「開口上流端」とは、開口部の上流端のことである。   Here, in the claims and the specification, the “upstream side” means the upstream side when viewed from the flow direction of the mainstream gas, and the “downstream side” refers to the flow direction of the mainstream gas. This is the downstream side. Further, the “plurality of blades” may be composed of a plurality of types of blades having different axial lengths. In this case, the “leading edge position of the blade” refers to the blade having the longest axial length. It is the position of the leading edge, and the “outer edge of the blade” is the outer edge of the blade having the longest axial length. Further, the “outflow hole” includes an outflow groove, the “opening downstream end” refers to the downstream end of the opening, and the “opening upstream end” refers to the upstream end of the opening. That is.

本発明の第1の特徴によると、前記遠心圧縮機を運転する場合には、複数枚の前記ブレードを前記ハブと一体的に回転させ、換言すれば、前記インペラを回転させることにより、前記吸入口から前記インペラ側に吸入したガスを遠心力を利用して圧縮することができる。そして、圧縮したガスは、前記排気流路から排気される。   According to a first aspect of the present invention, when the centrifugal compressor is operated, a plurality of the blades are rotated together with the hub, in other words, the impeller is rotated to rotate the suction. The gas sucked from the mouth to the impeller side can be compressed using centrifugal force. The compressed gas is exhausted from the exhaust passage.

前記遠心圧縮機の運転中に、前記遠心圧縮機の作動点が前記インペラの入口側のガス流量の少ないオフデザイン領域に移ると、前記インペラ内においてガス(インペラ側へ吸入したガスの一部)の逆流が生じる。そして、逆流したガスは、前記抽気溝から抽気され、前記トリートメントキャビティ内において前記抽気溝側から前記流出穴側へ流れて、前記流出穴から前記インペラの入口側へ流出して、再び前記インペラ7側に吸入される。これにより、インペラ側へ吸入した空気の一部を前記抽気溝と前記流出穴の間で循環させて、前記遠心圧縮機の作動を安定させることができる。   During operation of the centrifugal compressor, when the operating point of the centrifugal compressor moves to an off-design region where the gas flow rate on the inlet side of the impeller is small, gas in the impeller (part of gas sucked into the impeller side) Backflow occurs. The backflowed gas is extracted from the bleed groove, flows from the bleed groove side to the outflow hole side in the treatment cavity, flows out from the outflow hole to the inlet side of the impeller, and again the impeller 7 Inhaled to the side. Thereby, a part of the air suck | inhaled to the impeller side can be circulated between the said extraction groove | channel and the said outflow hole, and the operation | movement of the said centrifugal compressor can be stabilized.

ここで、前記抽気溝の開口下流端の内径が開口上流端の内径よりも大きくなるように前記ケーシングの前記シュラウド壁に環状の前記シュラウド段差面が形成され、前記ブレードの外縁に前記シュラウド段差面に対応した前記ブレード段差面が形成されているため、前記ブレードの正圧面側から負圧面側に相対的に流れる所謂クリアランスフローを抑制しつつ、前記インペラ内におけるガスの逆流が大きくなっても、前記シュラウド段差面によって逆流したガスをせき止めて、前記抽気溝から十分に抽気することができる。   The annular shroud step surface is formed on the shroud wall of the casing so that the inner diameter of the opening downstream end of the bleed groove is larger than the inner diameter of the upstream opening end, and the shroud step surface is formed on the outer edge of the blade. Since the blade step surface corresponding to is formed, while suppressing the so-called clearance flow that flows relatively from the pressure surface side of the blade to the suction surface side, even if the back flow of gas in the impeller increases, The gas flowing back by the shroud step surface is blocked to sufficiently extract air from the extraction groove.

本発明によれば、前記ブレードの正圧面側から負圧面側に相対的に流れるクリアランスフローを抑制しつつ、前記インペラ内におけるガスの逆流が大きくなっても、前記抽気溝から十分に抽気することができるため、前記遠心圧縮機の効率(圧縮機効率)の維持を図りつつ、前記遠心圧縮機のサージングを十分に抑制して、前記遠心圧縮機の作動域をより一層拡大させることができる。   According to the present invention, the clearance flow relatively flowing from the pressure surface side to the suction surface side of the blade is suppressed, and even if the back flow of gas in the impeller becomes large, the air is sufficiently extracted from the extraction groove. Therefore, while maintaining the efficiency of the centrifugal compressor (compressor efficiency), surging of the centrifugal compressor can be sufficiently suppressed, and the operating range of the centrifugal compressor can be further expanded.

本発明の実施形態に係る遠心圧縮機の模式的な側断面図である。It is a typical sectional side view of the centrifugal compressor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る遠心圧縮機の要部の模式的な側断面図である。It is a typical sectional side view of the principal part of the centrifugal compressor which concerns on embodiment of this invention. 図3(a)は、図2における矢視部IIIの拡大図、図3(b)(c)は、別態様のブレード段差を示す図である。FIG. 3A is an enlarged view of the arrow portion III in FIG. 2, and FIGS. 3B and 3C are diagrams showing blade steps of different modes. 圧縮機性能を示す図である。It is a figure which shows compressor performance. 先行技術に係る遠心圧縮機の要部の模式的な側断面図である。It is a typical sectional side view of the principal part of the centrifugal compressor which concerns on a prior art.

本発明の実施形態について図1から図4を参照して説明する。なお、図面中、「F」は、前方向を指し、「R」は、後方向を指してある。   An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the drawings, “F” indicates the forward direction, and “R” indicates the backward direction.

図1及び図2に示すように、本発明の実施形態に係る遠心圧縮機1は、過給機に用いられ、遠心力を利用して空気(ガスの一例)を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1の具体的な構成は、以下のようになる。   As shown in FIG.1 and FIG.2, the centrifugal compressor 1 which concerns on embodiment of this invention is used for a supercharger, and compresses air (an example of gas) using a centrifugal force. And the specific structure of the centrifugal compressor 1 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5を有している。また、ケーシング3は、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 5 inside. The casing 3 is integrally attached to another casing (not shown).

ケーシング3のシュラウド壁5内には、インペラ7が回転可能に設けられている。具体的には、ケーシング3のシュラウド壁5内には、ハブ9が設けられており、このハブ9の外周面は、ケーシング3の軸方向(換言すれば、インペラ7の軸方向)から徐々にケーシング3の径方向(換言すれば、インペラ7の径方向)の外側へ向かって延びている。また、ハブ9は、別のケーシングに回転可能に設けられたロータ軸11の一端部(前端部)に締付ナット13を介して一体的に連結されてあって、インペラ7の軸心(換言すれば、ケーシング3の軸心)周りに回転可能である。更に、ハブ9の外周面には、複数枚(1枚のみ図示)の長ブレード(フルブレード)15及び複数枚(1枚のみ図示)の短ブレード(スプリッタブレード)17が周方向に間隔を置いて交互に設けられている。ここで、長ブレード15の前縁は、短ブレード17の前縁よりも上流側(前側)に位置してあって、長ブレード15の外縁及び短ブレード17の外縁は、ケーシング3のシュラウド壁5に沿うように延びている。なお、軸長の異なる2種類のブレード15,17を用いる代わりに、軸長の同じブレードを用いても構わない。   An impeller 7 is rotatably provided in the shroud wall 5 of the casing 3. Specifically, a hub 9 is provided in the shroud wall 5 of the casing 3, and the outer peripheral surface of the hub 9 gradually increases from the axial direction of the casing 3 (in other words, the axial direction of the impeller 7). The casing 3 extends outward in the radial direction of the casing 3 (in other words, the radial direction of the impeller 7). The hub 9 is integrally connected to one end portion (front end portion) of a rotor shaft 11 rotatably provided in another casing via a tightening nut 13, and the shaft center (in other words, the impeller 7). Then, it can rotate around the axis 3 of the casing 3. Further, on the outer peripheral surface of the hub 9, a plurality of long blades (full blades) 15 (only one is shown) and a plurality of short blades (splitter blades 17) (splitter blades) 17 are spaced apart in the circumferential direction. Are provided alternately. Here, the front edge of the long blade 15 is located on the upstream side (front side) of the front edge of the short blade 17, and the outer edge of the long blade 15 and the outer edge of the short blade 17 are the shroud wall 5 of the casing 3. It extends so that. Instead of using two types of blades 15 and 17 having different axial lengths, blades having the same axial length may be used.

ケーシング3のシュラウド壁5の上流側周縁(インペラ7の入口側周縁)には、空気をインペラ7側へ吸入(給気)する吸入口(給気口)19が形成されており、ケーシング3のシュラウド壁5の下流側周縁(インペラ7の出口側周縁)には、圧縮した空気を減速させて排気する環状のディフューザ流路21(排気流路の1つ)が形成されている。また、ケーシング3の内部におけるディフューザ流路21の周縁側には、圧縮した空気を排気する渦巻き状のスクロール流路23(排気流路の1つ)が形成されている。そして、ケーシング3の適宜位置には、圧縮した空気を吐出する吐出口25が形成されており、この吐出口25は、スクロール流路23及びディフューザ流路21に連通してあって、内燃機関の吸気マニホールド(図示省略)に接続可能である。   A suction port (air supply port) 19 for sucking (supplying) air to the impeller 7 side is formed at the upstream peripheral edge (inlet peripheral edge of the impeller 7) of the shroud wall 5 of the casing 3. An annular diffuser flow path 21 (one of the exhaust flow paths) is formed on the downstream peripheral edge (outlet peripheral edge of the impeller 7) of the shroud wall 5 to decelerate and exhaust the compressed air. A spiral scroll channel 23 (one of the exhaust channels) for exhausting compressed air is formed on the peripheral side of the diffuser channel 21 inside the casing 3. A discharge port 25 for discharging compressed air is formed at an appropriate position of the casing 3, and this discharge port 25 communicates with the scroll flow path 23 and the diffuser flow path 21, and is connected to the internal combustion engine. It can be connected to an intake manifold (not shown).

ケーシング3のシュラウド壁5における長ブレード15の前縁位置よりも下流側(後側)であってブレード17の前縁位置よりも上流側には、逆流した空気を抽気可能な環状の抽気溝27が形成されている。また、ケーシング3のシュラウド壁5における長ブレード15の前縁位置よりも上流側には、空気をインペラ7側へ流出可能な1つ又は複数(1つのみ図示)の流出穴29が周方向に沿って形成されている。そして、ケーシング3の内部には、抽気溝27側から流出穴29側へ空気の流れ(流通)を許容する環状のトリートメントキャビティ31が形成されている。更に、ケーシング3のシュラウド壁5におけるインペラ7と流出穴29の間には、絞り部33が形成されており、この絞り部33は、下流側へ向かって内径を徐々に縮径してある。   On the shroud wall 5 of the casing 3 on the downstream side (rear side) of the front edge position of the long blade 15 and on the upstream side of the front edge position of the blade 17, an annular extraction groove 27 capable of extracting backflowed air. Is formed. Further, on the upstream side of the front edge position of the long blade 15 in the shroud wall 5 of the casing 3, one or a plurality of (only one shown) outflow holes 29 through which air can flow out to the impeller 7 side are provided in the circumferential direction. Are formed along. An annular treatment cavity 31 that allows air flow (circulation) from the extraction groove 27 side to the outflow hole 29 side is formed inside the casing 3. Further, a narrowed portion 33 is formed between the impeller 7 and the outflow hole 29 in the shroud wall 5 of the casing 3, and the narrowed portion 33 is gradually reduced in inner diameter toward the downstream side.

図2及び図3(a)に示すように、抽気溝27の開口下流端(開口部の下流端)27aの内径が開口上流端(開口部の上流端)27bの内径よりも大きくなるように、ケーシング3のシュラウド壁5には、環状のシュラウド段差面35が形成されている。また、各長ブレード15の外縁に、シュラウド段差面35に対応したブレード段差面37が形成されている。ここで、ブレード段差面37の段差量(段差高さ)mは、シュラウド段差面35の段差量kと同じであって、ブレード段差面37は、シュラウド段差面35に近接している。   As shown in FIGS. 2 and 3A, the inner diameter of the opening downstream end (the downstream end of the opening) 27a of the bleed groove 27 is larger than the inner diameter of the opening upstream end (the upstream end of the opening) 27b. An annular shroud step surface 35 is formed on the shroud wall 5 of the casing 3. A blade step surface 37 corresponding to the shroud step surface 35 is formed on the outer edge of each long blade 15. Here, the step amount (step height) m of the blade step surface 37 is the same as the step amount k of the shroud step surface 35, and the blade step surface 37 is close to the shroud step surface 35.

なお、ブレード段差面37は、図3(b)に示すように、ケーシング3の軸方向(図3において左右方向)における抽気溝27の開口下流端27aと開口上流端27bとの間に位置していれば、シュラウド段差面35に近接しなくても構わない。また、ブレード段差面37は、図3(a)(b)に示すように、ケーシング3の軸方向(図3において左右方向)における抽気溝27の開口下流端27aと開口上流端27bとの間に位置する代わりに、図3(c)に示すように、ケーシング3の軸方向における抽気溝27の開口下流端27aの位置と同じ位置に位置するようにしても構わない。   As shown in FIG. 3B, the blade step surface 37 is positioned between the opening downstream end 27a and the opening upstream end 27b of the bleed groove 27 in the axial direction of the casing 3 (left-right direction in FIG. 3). If so, it may not be close to the shroud step surface 35. Further, as shown in FIGS. 3A and 3B, the blade step surface 37 is formed between the opening downstream end 27a and the opening upstream end 27b of the bleed groove 27 in the axial direction of the casing 3 (left and right direction in FIG. 3). As shown in FIG. 3C, it may be located at the same position as the opening downstream end 27 a of the bleed groove 27 in the axial direction of the casing 3.

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、例えばタービンホイール(図示省略)の回転によりロータ軸11を回転させることにより、複数枚のブレード15,17をハブ9と一体的に回転させ、換言すれば、インペラ7を回転させる。これにより、吸入口19からインペラ7側に吸入した空気を遠心力を利用して圧縮することができる。そして、圧縮した空気は、ディフューザ流路21及びスクロール流路23から排気され、吐出口25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, for example, by rotating the rotor shaft 11 by rotating a turbine wheel (not shown), the blades 15 and 17 are rotated integrally with the hub 9, in other words, The impeller 7 is rotated. Thereby, the air suck | inhaled from the inlet 19 to the impeller 7 side can be compressed using a centrifugal force. The compressed air is exhausted from the diffuser flow path 21 and the scroll flow path 23 and is sent to the intake manifold of the internal combustion engine via the discharge port 25.

遠心圧縮機1の運転中に、遠心圧縮機1の作動点がインペラ7の入口側の空気流量の少ないオフデザイン領域に移ると、インペラ7内において空気(インペラ7側へ吸入した空気の一部)の逆流が生じ、逆流した空気が抽気溝27から抽気され、トリートメントキャビティ31内に流入する。そして、トリートメントキャビティ31内に流入した空気は、抽気溝27側から流出穴29側へ流れて、流出穴29からインペラ7の入口側へ流出して、再びインペラ7側に吸入される。これにより、インペラ107側へ吸入した空気の一部を抽気溝27と流出穴29の間で循環させて、遠心圧縮機1の作動を安定させることができる。   During operation of the centrifugal compressor 1, if the operating point of the centrifugal compressor 1 moves to an off-design region where the air flow rate on the inlet side of the impeller 7 is small, air in the impeller 7 (part of the air sucked into the impeller 7 side) ) Occurs, and the backflowed air is extracted from the extraction groove 27 and flows into the treatment cavity 31. Then, the air that has flowed into the treatment cavity 31 flows from the extraction groove 27 side to the outflow hole 29 side, outflows from the outflow hole 29 to the inlet side of the impeller 7, and is again sucked into the impeller 7 side. Thereby, a part of the air sucked into the impeller 107 side is circulated between the extraction groove 27 and the outflow hole 29, and the operation of the centrifugal compressor 1 can be stabilized.

ここで、抽気溝27の開口下流端27aの内径が開口上流端27bの内径よりも大きくなるように、ケーシング3のシュラウド壁5に環状のシュラウド段差面35が形成され、各長ブレード15の外縁にシュラウド段差面35に対応したブレード段差面37が形成されているため、各長ブレード15の正圧面側から負圧面側に相対的に流れる所謂クリアランスフローを抑制しつつ、インペラ7内における空気の逆流が大きくなっても、シュラウド段差面35によって逆流した空気をせき止めて、抽気溝27から十分に抽気することができる。   Here, an annular shroud step surface 35 is formed on the shroud wall 5 of the casing 3 so that the inner diameter of the opening downstream end 27a of the bleed groove 27 is larger than the inner diameter of the opening upstream end 27b. Since the blade step surface 37 corresponding to the shroud step surface 35 is formed, the so-called clearance flow relatively flowing from the pressure surface side to the suction surface side of each long blade 15 is suppressed, and the air in the impeller 7 is suppressed. Even if the backflow increases, the backflowed air is blocked by the shroud step surface 35 and the air can be sufficiently extracted from the air extraction groove 27.

また、ケーシング3のシュラウド壁5におけるインペラ7と流出穴29の間に絞り部33が形成されているため、流出穴29から空気がインペラ7の入口側へ流出しても、縮流による整流作用を発揮させて、インペラ7の入口側におけるエネルギー損失を低減することができる。   Further, since the constricted portion 33 is formed between the impeller 7 and the outflow hole 29 in the shroud wall 5 of the casing 3, even if air flows out from the outflow hole 29 to the inlet side of the impeller 7, the rectifying action due to the contraction flow. This can reduce energy loss on the inlet side of the impeller 7.

従って、本発明の実施形態によれば、各長ブレード15の正圧面側から負圧面側に相対的に流れるクリアランスフローを抑制しかつインペラ7の入口側におけるエネルギー損失を低減しつつ、インペラ7内における空気の逆流が大きくなっても、抽気溝27から十分に抽気することができるため、遠心圧縮機1の効率(圧縮機効率)の向上を図りつつ、遠心圧縮機1のサージングを十分に抑制して、図4に示すように、遠心圧縮機1のサージ限界(サージライン)を低流量側に移行させて、遠心圧縮機1の作動域をより一層拡大させることができる。なお、図4中において、Na,Nb,Ncは、遠心圧縮機1の回転数であって、Na>Nb>Ncの関係になっている。   Therefore, according to the embodiment of the present invention, the clearance flow relatively flowing from the pressure surface side to the suction surface side of each long blade 15 is suppressed, and the energy loss on the inlet side of the impeller 7 is reduced, while the impeller 7 has an internal loss. Even if the back flow of air increases, the air can be sufficiently extracted from the extraction groove 27, so that the surging of the centrifugal compressor 1 can be sufficiently suppressed while improving the efficiency (compressor efficiency) of the centrifugal compressor 1. Then, as shown in FIG. 4, the operating range of the centrifugal compressor 1 can be further expanded by shifting the surge limit (surge line) of the centrifugal compressor 1 to the low flow rate side. In FIG. 4, Na, Nb, and Nc are the rotational speeds of the centrifugal compressor 1 and have a relationship of Na> Nb> Nc.

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.

1 遠心圧縮機
5 シュラウド壁
7 インペラ
9 ハブ
15 長ブレード
17 短ブレード
19 吸入口
21 ディフューザ流路
23 スクロール流路
25 吐出口
27 抽気溝
27a 開口下流端
27b 開口上流端
29 流出穴
31 トリートメントキャビティ
33 絞り部
35 シュラウド段差面
37 ブレード段差面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Centrifugal compressor 5 Shroud wall 7 Impeller 9 Hub 15 Long blade 17 Short blade 19 Suction port 21 Diffuser channel 23 Scroll channel 25 Discharge port 27 Extraction groove 27a Opening downstream end 27b Opening upstream end 29 Outflow hole 31 Treatment cavity 33 Restriction Part 35 shroud step surface 37 blade step surface

Claims (3)

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回転可能に設けられ、軸心周りに回転可能なハブ、及び前記ハブの外周面に周方向に間隔を置いて設けられかつ外縁が前記ケーシングの前記シュラウド壁に沿うように延びた複数枚のブレードを備えたインペラと、を具備し、
前記ケーシングの前記シュラウド壁の上流側周縁にガスを前記インペラ側へ吸入する吸入口が形成され、前記ケーシングの前記シュラウド壁の下流側周縁に圧縮したガスを排気する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ブレードの前縁位置よりも下流側に逆流したガスを抽気可能な環状の抽気溝が形成され、前記ケーシングの前記シュラウド壁における前記ブレードの前縁位置よりも上流側にガスを前記インペラの入口側へ流出可能な流出穴が形成され、前記ケーシングの内部に前記抽気溝側から前記流出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、
前記抽気溝の開口下流端の内径が開口上流端の内径よりも大きくなるように前記ケーシングの前記シュラウド壁に環状のシュラウド段差面が形成され、前記ブレードの外縁に前記シュラウド段差面に対応したブレード段差面が形成されている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 rotatably provided in the shroud wall of the casing and rotatable about an axis, and a circumferentially spaced outer peripheral surface of the hub and having an outer edge along the shroud wall of the casing An impeller having a plurality of blades extending in a manner
An inlet for sucking gas into the impeller side is formed at the upstream peripheral edge of the shroud wall of the casing, and an exhaust passage for exhausting compressed gas is formed at the downstream peripheral edge of the shroud wall of the casing,
An annular bleed groove is formed in the shroud wall of the casing so as to extract gas that has flowed back downstream from the front edge position of the blade, and upstream of the front edge position of the blade in the shroud wall of the casing. An outflow hole through which gas can flow out to the inlet side of the impeller is formed, and an annular treatment cavity that allows gas flow from the bleed groove side to the outflow hole side is formed inside the casing,
An annular shroud step surface is formed on the shroud wall of the casing so that the inner diameter of the opening downstream end of the bleed groove is larger than the inner diameter of the opening upstream end, and a blade corresponding to the shroud step surface on the outer edge of the blade A centrifugal compressor characterized in that a step surface is formed.
ブレード段差面の段差量は、前記シュラウド段差面の段差量と同じであって、前記ブレード段差面は、前記ケーシングの軸方向における前記抽気溝の開口下流端と開口上流端との間、又は前記軸方向における前記抽気溝の開口下流端の位置と同じ位置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。   The step amount of the blade step surface is the same as the step amount of the shroud step surface, and the blade step surface is between the opening downstream end and the opening upstream end of the bleed groove in the axial direction of the casing, or 2. The centrifugal compressor according to claim 1, wherein the centrifugal compressor is located at the same position as a position of an opening downstream end of the bleed groove in the axial direction. 前記ケーシングのシュラウド壁における前記インペラと前記流出穴の間に下流側へ向かって内径を徐々に縮径した絞り部が形成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の遠心圧縮機。   The centrifuge according to claim 1 or 2, wherein a constricted portion having an inner diameter gradually reduced toward the downstream side is formed between the impeller and the outflow hole in the shroud wall of the casing. Compressor.
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