JP2010190151A

JP2010190151A - 遠心圧縮機

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Publication number: JP2010190151A
Application number: JP2009036816A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Yamaguchi; 諭山口
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2009-02-19
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2010-09-02
Anticipated expiration: 2029-02-19
Also published as: JP5182520B2

Abstract

【課題】遠心圧縮機１の搭載自由度を高めつつ、遠心圧縮機１の性能の向上を図ること。
【解決手段】ハウジング本体５のシュラウド５Ｓの上流側周縁にインペラ１１側へ空気を吸入する吸入口２３が形成され、ハウジング本体５のシュラウド５Ｓの下流側周縁に圧縮した高圧空気を排気するディフューザ流路２５が形成され、ハウジング本体５に湾曲部３１を有した曲がりダクト２９が吸入口２３に連通するように配設され、曲がりダクト２９の湾曲部３１の内壁面内側３１Ｗにインペラ１１側へ向かって延びる整流溝３３が形成され、各整流溝３３の下流端がインペラ１１の入口側近傍まで達していること。
【選択図】図１

Description

本発明は、過給機、ガスタービン、又は産業用空気設備等に用いられる遠心圧縮機に関する。

近年、車両用過給機等の過給機に用いられる遠心圧縮機については種々の開発がなされており、先行技術に係る遠心圧縮機（一般的な遠心圧縮機）として特許文献１及び特許文献２等に示すものがある。そして、先行技術に係る遠心圧縮機の構成等について説明すると、次のようになる。

即ち、先行技術に係る遠心圧縮機は、ハウジングを具備しており、このハウジングは、内側にシュラウドを有している。また、ハウジングのシュラウド内には、インペラが回転可能に設けられており、このインペラは、軸心（インペラの軸心、換言すれば、ハウジングの軸心）周りに回転可能なハブ、及びこのハブの外周面に周方向に間隔を置いて設けられた複数枚のブレードを備えている。ここで、各ブレードの外縁は、ハウジングのシュラウドに沿うように延びている。なお、ハブは、過給機におけるロータ軸の一端部に一体的に連結してある。

ハウジングのシュラウドの上流側周縁（インペラの入口側）には、空気（ガスの一例）をインペラ側へ吸入する吸入口が形成されている。また、ハウジングのシュラウドの下流側周縁（インペラの出口側）には、圧縮した高圧空気（高圧ガスの一例）を排気する排気流路が形成されている。

従って、ロータ軸を回転させて、インペラを一体的に回転させることにより、吸入口からインペラ側へ空気を吸入して圧縮することができる。そして、圧縮した高圧空気は、排気流路から排気される。

特開１１−３０１９９号公報特開２００３−６５２９８号公報

ところで、遠心圧縮機の搭載上の制約から、ハウジングに湾曲部（曲がり部）を有した曲がりダクトが吸入口に連通するように配設されることがある。また、近年、遠心圧縮機の搭載自由度を高めるために、曲がりダクトの湾曲部がインペラに近くなる傾向にある。一方、曲がりダクトの湾曲部をインペラに近くすると、曲がりダクトの湾曲部の内壁面内側における空気の流れの剥離によるエネルギー損失が生じるだけでなく、乱れた流れの空気がインペラ側に流入することになり、遠心圧縮機の性能（圧縮機効率）の低下を招くことになる。

つまり、遠心圧縮機の搭載自由度を高めつつ、遠心圧縮機の性能の向上を図ることは困難であるという問題がある。

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。

本発明の特徴は、遠心力を利用してガスを圧縮する遠心圧縮機において、内側にシュラウドを有したハウジングと、前記ハウジングの前記シュラウド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ハウジングの前記シュラウド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、前記ハウジングの前記シュラウドの上流側周縁（前記インペラの入口側）に前記インペラ側へガスを吸入する吸入口が形成され、前記ハウジングの前記シュラウドの下流側周縁（前記インペラの出口側）に圧縮した高圧ガスを排気する排気流路が形成され、前記ハウジングに湾曲部（曲がり部）を有した曲がりダクトが前記吸入口に連通するように配設され、前記曲がりダクトの前記湾曲部の内壁面内側（内壁面コーナ内側）に前記インペラ側へ向かって延びる整流溝が形成されていることを要旨とする。

なお、特許請求の範囲及び明細書において、「上流側」とは、主流の流れ方向から見て上流側のことであって、「下流側」とは、主流の流れ方向から見て下流側のことである。また、「内壁面内側」とは、前記曲がりダクトの前記湾曲部の内壁面において曲率半径が小さい側のことをいう。更に、前記曲がりダクトは、前記ハウジングに一体成形されてあってもよく、前記ハウジングと別体に成形されたものであっても構わなく、前記整流溝の本数は、１本であっても、複数本であっても構わない。

従って、前記インペラを一体的に回転させることにより、前記曲がりダクトを介して前記吸入口から前記インペラ側へガスを吸入して圧縮することができる。そして、圧縮した高圧ガスは、前記排気流路から排気される。

ここで、前記曲がりダクトの前記湾曲部の内壁面内側に前記インペラ側へ向かって延びる前記整流溝が形成されているため、前記整流溝内の上流側と下流側の圧力差によって前記整流溝内のガスの流れを促進しつつ、前記整流溝の両側壁によって主流の流れ方向に対して交差する方向のガスの流れを規制して、前記曲がりダクトの前記湾曲部の内壁面内側付近におけるガスの流れを整流することができる。

本発明によれば、前記整流溝内のガスの流れを促進しつつ、前記曲がりダクトの前記湾曲部の内壁面内側付近におけるガスの流れを整流できるため、前記曲がりダクトの前記湾曲部を前記インペラに近づけても、前記曲がりダクトの前記湾曲部の内壁面内側におけるガスの流れの剥離を抑えて、前記インペラの入口側におけるガスの流れを安定させることができる。これにより、前記遠心圧縮機の搭載自由度を高めつつ、前記遠心圧縮機の性能の向上を図ることができる。

本発明の実施形態に係る遠心圧縮機の側断面図であって、曲がりダクトの湾曲部の湾曲方向に沿う方向でかつインペラの軸心を通る断面図である。図１の部分拡大断面図である。図２におけるIII-III線に沿った断面図であって、曲がりダクトの湾曲部の湾曲方向に沿う方向に直交しかつインペラの軸心を通る断面図である。図２におけるIV-IV線に沿った断面図である。

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。

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、車両用過給機等の過給機に用いられ、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。

遠心圧縮機１は、ハウジング（コンプレッサハウジング）３を備えており、このハウジング３は、内側にシュラウド５Ｓを有したハウジング本体５と、このハウジング本体５の後側に設けられた取付プレート（シールプレート）７等からなるものである。なお、取付プレート７は、過給機における別のハウジング（ベアリングハウジング）９に一体的に連結してある。

ハウジング本体５のシュラウド５Ｓ内には、インペラ１１が回転可能に設けられている。具体的には、ハウジング本体５のシュラウド５Ｓ内には、ハブ１３が設けられており、このハブ１３の外周面は、ハブ１３の軸心方向から径方向外側（換言すれば、インペラ１１の軸心方向から径方向外側）に向かって延びている。また、ハブ１３は、別のハウジング９に回転可能に設けられたロータ軸（タービン軸）１５の一端部（前端部）に固定ナット１７を介して一体的に連結されてあって、ハブ１３の軸心（換言すれば、インペラ１１の軸心）周りに回転可能である。更に、ハブ１３の外周面には、複数枚の長ブレード（フルブレード）１９及び複数枚の短ブレード（スプリッタブレード）２１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１９の前縁は、短ブレード２１の前縁よりも上流側（前側）に位置してあって、各長ブレード１９の外縁及び各短ブレード２１の外縁は、ハウジング本体５のシュラウド５Ｓ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１９，２１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。

ハウジング本体５の前側部には、空気をインペラ１１側へ吸入する吸入口２３が形成されている。また、ハウジング本体５のシュラウド５Ｓの下流側周縁（インペラ１１の出口側）には、圧縮した高圧空気（高圧ガスの一例）を減速させて排気する環状のディフューザ流路２５（排気流路の一例）が形成されており、ハウジング本体５の内部におけるディフューザ流路２５の周縁側には、渦巻き状のスクロール流路２７（排気流路の一例）が形成されている。更に、ハウジング本体５の適宜位置には、空気を吐出する吐出口（図示省略）が形成されており、この吐出口は、スクロール流路２７を介してディフューザ流路２５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。

続いて、本発明の実施形態の要部を説明する。

図２、図３、図４（ａ）（ｂ）に示すように、ハウジング本体５の前側には、曲がりダクト２９が吸入口２３に連通するように配設されており、この曲がりダクト２９は、湾曲部（曲がり部）３１を有してあって、曲がりダクト２９の先端部は、エアクリーナー（図示省略）に接続可能である。ここで、曲がりダクト２９の湾曲部３１の内壁面内側（内壁面コーナ内側）３１Ｗは、曲がりダクト２９の湾曲部３１の内壁面において曲率半径が小さい側のことであって、湾曲開始領域３１Ｗａと、この湾曲開始領域３１Ｗａに連続しかつ曲率半径が湾曲開始領域３１Ｗａの曲率半径よりも小さい湾曲中間領域３１Ｗｂと、この湾曲中間領域３１Ｗｂに連続しかつ曲率半径が湾曲中間領域３１Ｗｂの曲率半径よりも大きい湾曲終了領域３１Ｗｃとを有している。なお、本発明の実施形態にあっては、曲がりダクト２９はハウジング本体５と一体成形されてあるが、ハウジング本体５と別体に成形しても構わない。

ハウジング本体５の湾曲部３１の内壁面内側３１Ｗには、インペラ１１側へ向かって延びる複数本の整流溝３３が形成されている。ここで、整流溝３３の本数は、図３及び図４（ａ）に示す５本に限るものでなく、図４（ｂ）に示すように１０本以上、又は１本であっても構わない。また、各整流溝３３の上流端（上流側の端）は、曲がりダクト２９の湾曲部３１における内壁面内側３１Ｗの上流端（湾曲開始領域３１Ｗａの上流端）の下流側近傍に位置してあって、各整流溝３３の上流端付近の溝深さは、上流側に向かって徐々に浅くなっている。更に、各整流溝３３の下流端（下流側の端）は、インペラ１１の入口側近傍まで達してあって、各整流溝３３の下流端付近の溝深さは、下流側に向かって徐々に浅くなっている。なお、各整流溝３３の下流端がインペラ１１の入口側近傍まで達していなくても、曲がりダクト２９の湾曲部３１における内壁面内側３１Ｗの下流端（湾曲終了領域３１Ｗｃの下流端）の下流側に位置してあれば構わない。

曲がりダクト２９の湾曲部３１の湾曲方向（曲がり方向）に沿う方向に直交しかつインペラ１１の軸心Ｃを通る断面（所定の断面）から見たときに、各整流溝３３は、インペラ１１の軸心Ｃに平行になっている。また、前記所定の断面から見たときに、全ての整流溝３３のうち少なくともいずれかの複数本の整流溝３３は、インペラ１１の軸心Ｃ側に寄るようになっている。更に、前記所定の断面から見たときに、中央の整流溝３３は、インペラ１１の軸心Ｃに重なるになっている。なお、前記所定の断面から見たときに、整流溝３３がインペラ１１の軸心Ｃに重なった状態は、インペラ１１の軸心に平行でかつインペラ１１の軸心Ｃ側に寄った状態でもある。

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。

ロータ軸１５を回転させて、インペラ１１を一体的に回転させることにより、曲がりダクト２９を介して吸入口２３からインペラ１１側に空気を吸入して圧縮することができる。そして、圧縮された高圧空気は、ディフューザ流路２５及びスクロール流路２７から排気され、吐出口を経由して内燃機関の吸気マニホールドに送られる。

ここで、曲がりダクト２９の湾曲部３１の内壁面内側３１Ｗにインペラ１１側へ向かって延びる複数本の整流溝３３が形成されているため、各整流溝３３内の上流側と下流側の圧力差によって各整流溝３３内の空気の流れを促進しつつ、各整流溝３３の両側壁によって主流の流れ方向に対して交差する方向の空気の流れを規制して、曲がりダクト２９の湾曲部３１の内壁面内側３１Ｗ付近における空気の流れを整流することができる。特に、前記所定の断面から見たときに、各整流溝３３がインペラ１１の軸心Ｃに平行になってあって、全ての整流溝３３のうち少なくともいずれかの複数本の整流溝３３がインペラ１１の軸心Ｃ側に寄るようになっているため、曲がりダクト２９の湾曲部３１の内壁面内側３１Ｗ付近における整流作用を十分に発揮させることができる。

従って、本発明の実施形態によれば、各整流溝３３内の空気の流れを促進しつつ、曲がりダクト２９の湾曲部３１の内壁面内側３１Ｗ付近における空気の流れを整流できるため、曲がりダクト２９の湾曲部３１をインペラ１１に近づけても、曲がりダクト２９の湾曲部３１の内壁面内側３１Ｗにおける空気の流れの剥離を抑えて、インペラ１１の入口側における空気の流れを安定させることができる。特に、各整流溝３３の下流端がインペラ１１の入口側近傍まで達しているため、インペラ１１の入口側における空気の流れを十分に安定させることができる。よって、遠心圧縮機１の搭載自由度を高めつつ、遠心圧縮機１の性能（圧縮機効率）の向上を図ることができる。

なお、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、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。

１遠心圧縮機
３ハウジング
５ハウジング本体
５Ｓシュラウド
７取付プレート
１１インペラ
１３ハブ
１９長ブレード
２１短ブレード
２３吸入口
２５ディフューザ流路
２７スクロール流路
２９曲がりダクト
３１湾曲部
３１Ｗ内壁面内側
３１Ｗａ湾曲開始領域
３１Ｗｂ湾曲中間領域
３１Ｗｃ湾曲終了領域
３３整流溝

Claims

遠心力を利用してガスを圧縮する遠心圧縮機において、
内側にシュラウドを有したハウジングと、
前記ハウジングの前記シュラウド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ハウジングの前記シュラウド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、
前記ハウジングの前記シュラウドの上流側周縁に前記インペラ側へガスを吸入する吸入口が形成され、前記ハウジングの前記シュラウドの下流側周縁に圧縮した高圧ガスを排気する排気流路が形成され、
前記ハウジングに湾曲部を有した曲がりダクトが前記吸入口に連通するように配設され、前記曲がりダクトの前記湾曲部の内壁面内側に前記インペラ側へ向かって延びる整流溝が形成されていることを特徴とする遠心圧縮機。
前記整流溝の下流端が前記インペラの入口側近傍まで達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。
前記曲がりダクトの前記湾曲部の湾曲方向に沿う方向に直交しかつ前記インペラの軸心を通る断面から見たときに、前記整流溝が前記インペラの軸心に平行になっ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。
前記整流溝の本数が複数本であって、前記曲がりダクトの前記湾曲部の湾曲方向に沿う方向に直交しかつ前記インペラの軸心を通る断面から見たときに、少なくともいずれかの前記整流溝が前記インペラの軸心側に寄っていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項に記載の遠心圧縮機。
前記整流溝の上流端が前記曲がりダクトの前記湾曲部における内壁面内側の上流端の下流側近傍に位置していることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれかの請求項に記載の遠心圧縮機。