JP2012041844A - 遠心圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ディフューザ流路に案内羽根を出没させる場合に高精度加工部位の低減による低コスト化を図ることが可能な遠心圧縮機を提供する。
【解決手段】コンプレッサ１１は、ディフューザ流路を有するディフューザ部１６と、ディフューザ流路に出没する第１のベーン２２と、第１のベーン２２が設けられ、第１のベーン２２の出没とともに前進、後退動作するシュラウドプレート２１と、シュラウドプレート２１の前進、後退動作により、ディフューザ流路に起立した状態と、横倒しになった状態との間で姿勢が変化する第２のベーン２３と、を備える。第２のベーン２３は、前進、後退するシュラウドプレート２１との機械的な係合により姿勢が変化する機械式の可動ベーンとなっている。
【選択図】図４

Description

本発明は遠心圧縮機に関し、特にディフューザ流路に案内羽根を出没させる遠心圧縮機に関する。

遠心圧縮機では、インペラとスクロール部との間にディフューザ部が設けられている。ディフューザ部はディフューザ流路を有し、インペラが送り出す流体の運動エネルギーを圧力に変換する。ディフューザ流路には案内羽根を設けることがある。ディフューザ流路に案内羽根を設けることで、圧縮効率を高めることができる。一方、この場合、適用可能な流量範囲が狭くなる。このため、ディフューザ流路に案内羽根を出没させることもある（例えば特許文献１参照）。案内羽根を出没させることで、圧縮効率と適用可能な流量範囲との両立を図ることができる。

特開２００４−１９７６１２号公報

ディフューザ部はインペラの周囲に設けられている。このため、案内羽根はディフューザ部の周方向に沿って複数設けられる。複数の案内羽根をディフューザ流路に出没させるには、例えば次のようにすることができる。すなわち、前進、後退動作により複数の案内羽根をディフューザ流路に同時に出没させるリング状の可動部材を備える。そして、ディフューザ流路の流路壁部にディフューザ流路への案内羽根の出没を可能にするスリットを設ける。

ところが、案内羽根は通常、十数枚程度存在する。このため案内羽根を出没させるには、例えば各スリットを加工する場合の位置精度を考慮に入れた所定のクリアランスが案内羽根、スリット間に必要となる。そして、このクリアランスが不適切であると、スリットに対して案内羽根が傾くことでいわゆるかじりが発生することがある。また案内羽根の形状に合わせてスリットを加工するには、精緻な加工が必要となる。このため、案内羽根の数が多いほど高精度加工部位が多くなり、コストも高くなる。

なお、例えばスリット、案内羽根間のクリアランスを比較的大きく設定することも考えられる。ところが、クリアランスの拡大は一般的な構成においては、ディフューザ流路から流路壁部の背後空間、或いは外部への流体漏れを増大させ、結果、大幅な圧縮効率の低下を招く。このため、かかる設定は圧縮効率の観点から好ましいとは言えない。

本発明は上記課題に鑑み、ディフューザ流路に案内羽根を出没させる場合に高精度加工部位の低減による低コスト化を図ることが可能な遠心圧縮機を提供することを目的とする。

本発明はディフューザ流路を有するディフューザ部と、前記ディフューザ流路に出没する第１の案内羽根と、前記第１の案内羽根が設けられ、前記第１の案内羽根の出没とともに前進、後退動作する可動部材と、前記可動部材の前進、後退動作により、前記ディフューザ流路に起立した状態と、横倒しになった状態との間で姿勢が変化する第２の案内羽根と、を備えた遠心圧縮機である。

本発明によれば、ディフューザ流路に案内羽根を出没させる場合に高精度加工部位の低減による低コスト化を図ることができる。

コンプレッサの概略構成図である。 シュラウドプレート前進状態で、コンプレッサの軸方向に沿って吸入口の反対側からディフューザ部の要部を見た図である。 シュラウドプレート前進状態で、図１に示すディフューザ部を拡大して示す図である。 シュラウドプレート前進状態で、図２に示す矢印Ａに沿って見たディフューザ部を示す図である。 シュラウドプレート後退状態で、図１に示すディフューザ部を拡大して示す図である。 シュラウドプレート後退状態で、図２に示す矢印Ａに沿って見たディフューザ部を示す図である。

図面を用いて、本発明の実施例について説明する。

図１はコンプレッサ（遠心式圧縮機）１１の概略構成図である。コンプレッサハウジング１２はコンプレッサ１１の筐体をなしている。コンプレッサハウジング１２はインペラ収容部１２ａを備えている。インペラ収容部１２ａにはインペラ１３が収容されている。インペラ１３はシャフト１４により回転駆動される。シャフト１４は例えばタービンと連結できる。すなわち、コンプレッサ１１は例えばターボ過給機に用いることができる。

コンプレッサハウジング１２内には、吸入口１２ｂから流体が吸入される。吸入された流体はインペラ１３に向かって流通し、インペラ１３の回転により外側に向けて送り出される。インペラ１３の外側にはスクロール部１５が設けられている。インペラ１３により外側に向けて送り出された流体は、スクロール部１５を介して例えばエンジンの吸気マニホルド等に供給される。インペラ１３とスクロール部１５との間には、ディフューザ流路を有するディフューザ部１６が設けられている。ディフューザ部１６はインペラ１３の周囲に隣接して設けられている。ディフューザ部１６は、インペラ１３が送り出す流体の運動エネルギーを圧力に変換する。

ディフューザ部１６の詳細について図２から図４までを用いて説明する。図２はコンプレッサ１１の軸方向に沿って吸入口１２ｂの反対側からディフューザ部１６の要部を見た図である。図３は図１に示すディフューザ部１６を拡大して示す図である。図４は図２に示す矢印Ａに沿って見たディフューザ部１６を示す図である。

ディフューザ部１６には具体的には図１で図示省略したシュラウドプレート２１が設けられている。シュラウドプレート２１は流路壁部１６ａ、１６ｂ間に形成されたディフューザ流路に設けられている。シュラウドプレート２１はリング状の可動部材であり、コンプレッサ１１の軸方向に沿って前進、後退する。シュラウドプレート２１はアクチュエータで直接或いは間接的に前進、後退させることができる。

シュラウドプレート２１がコンプレッサ１１の軸方向、吸入口１２ｂ側に移動する場合を前進とする。またシュラウドプレート２１のプレート面のうち、コンプレッサ１１の軸方向、吸入口１２ｂ側の面を上面とする。この点、図２から図４はシュラウドプレート２１が前進した状態を示している。また図２がシュラウドプレート２１を下面側から示しているのに対し、図４はシュラウドプレート２１の上面を上にした状態で示している。

流路壁部１６ａ、１６ｂ間に形成されたディフューザ流路は、シュラウドプレート２１の位置に応じてさらに次のように形成される。例えばシュラウドプレート２１が前進した状態では、シュラウドプレート２１の下面側にディフューザ流路が形成される。すなわち。シュラウドプレート２１、流路壁部１６ｂ間にディフューザ流路が形成される。一方、シュラウドプレート２１が後退した状態では、シュラウドプレート２１の上面側にディフューザ流路が形成される。すなわち、シュラウドプレート２１、流路壁部１６ａ間にディフューザ流路が形成される。

シュラウドプレート２１には第１のベーン（案内羽根）２２が設けられている。第１のベーン２２は周方向に沿って複数設けられている。第１のベーン２２はシュラウドプレート２１の下面に設けられている。第１のベーン２２はシュラウドプレート２１と一体形成されている。シュラウドプレート２１の下面（第１のベーン２２が設けられた面）に対向する流路壁部１６ｂのうち、第１のベーン２２に対向する部分には、スリット（図示省略）が設けられている。スリットは第１のベーン２２それぞれに対応させて複数設けられている。流路壁部１６ｂは薄板からなり、精緻なスリット加工には高いコストを要する。流路壁部１６ｂはコンプレッサハウジング１２とは別体の部材で構成することができる。

第１のベーン２２はディフューザ流路に出没する出没式のベーンである。第１のベーン２２の出没はシュラウドプレート２１の前進、後退動作とともに行われる。具体的には第１のベーン２２はシュラウドプレート２１が前進した状態でディフューザ流路に配置される。一方、第１のベーン２２はシュラウドプレート２１が後退した状態でスリットに挿入される。このようにスリットはディフューザ流路ヘの第１のベーン２２の出没を可能にする。第１のベーン２２は前進、後退動作時にスリット内を摺動し、支柱として機能する。

ディフューザ部１６には第２のベーン（案内羽根）２３が設けられている。なお、図３では本来見えない位置にある第２のベーン２３を説明のため、敢えて手前に位置するようにして図示している。第２のベーン２３はディフューザ流路の流路壁部１６ｂ側に設けられている。第２のベーン２３は周方向に沿って複数設けられている。第２のベーン２３は流路壁部１６ｂに設けられた支持軸２４で軸支されている。支持軸２４は例えば長穴により主に前進、後退方向に所定の自由度を有して移動可能に設けることができる。第２のベーン２３は支持軸２４周りの回転により機械的に姿勢を変化させることができる。

シュラウドプレート２１には係合部２１ａが設けられている。係合部２１ａは第２のベーン２３それぞれに対応させて設けられている。係合部２１ａは切り込み部２１ａａを有している。切り込み部２１ａａはシュラウドプレート２１のうち、支持軸２４に対向する部分に設けられている。切り込み部２１ａａは、シュラウドプレート２１の外周から、支持軸２４の延伸方向に沿って切り込むようにして形成されている。第２のベーン２３の先端部２３ａは、シュラウドプレート２１が前進した状態で、切り込み部２１ａａを介して係合部２１ａに挿入されている。

第２のベーン２３は、シュラウドプレート２１が前進した状態でディフューザ流路に起立した状態となる。このときには第２のベーン２３がシュラウドプレート２１に当接することで、起立した状態が保持される。一方、シュラウドプレート２１が後退した場合、第２のベーン２３は次のようにして横倒しになる。

第２のベーン２３は横倒しされる方向に張り出した先端部２３ａを有している。先端部２３ａは滑らかな曲面で形成されている。一方、係合部２１ａは、先端部２３ａの後方側（張り出した側と反対側）に対応させて設けられた突起部２１ａｂを有している。このため、シュラウドプレート２１が後退した場合、先端部２３ａは突起部２１ａｂに衝突する。結果、第２のベーン２３は先端部２３ａが張り出している側に向かって倒れ始める。

また係合部２１ａは収容部２１ａｃを有している。収容部２１ａｃは、シュラウドプレート２１が後退した状態で、横倒しになる第２のベーン２３がシュラウドプレート２１の上面から張り出さないよう、第２のベーン２３を収容可能な形状に形成されている。このため第２のベーン２３はシュラウドプレート２１が後退した状態で横倒しになる。第２のベーン２３が倒れる方向は、コンプレッサ１１の軸方向に沿って見た場合に、図２に矢印Ｆで示すように外側に設定されている。

図５はシュラウドプレート２１が後退した状態で、図１に示すディフューザ部１６を拡大して示す図である。図６はシュラウドプレート２１が後退した状態で、図２に示す矢印Ａに沿って見たディフューザ部１６を示す図である。なお、図５は図３と同様にして第２のベーン２３を示している。また図６は図４と同様にシュラウドプレート２１の上面を上にした状態で示している。

シュラウドプレート２１が後退した状態において、第２のベーン２３は係合部２１ａにはめ合わされる。また、第１のベーン２２は図５に破線で示すように、流路壁部１６ｂに設けられたスリットに挿入される。シュラウドプレート２１が後退した状態から前進する場合に関しては、第２のベーン２３がシュラウドプレート２１に押されながら起き上がり、起立した状態になる。

このように第２のベーン２３は、シュラウドプレート２１の前進、後退動作により、ディフューザ流路に起立した状態と、横倒しになった状態との間で姿勢が変化する機械式の可動ベーンとなっている。すなわち、第２のベーン２３は前進、後退するシュラウドプレート２１との機械的な係合により姿勢が変化する機械式の可動ベーンとなっている。

次にコンプレッサ１１の作用効果について説明する。コンプレッサ１１はシュラウドプレート２１が前進した状態で、図３、図４に示すように第１および第２のベーン２２、２３がディフューザ流路に配置され、ベーンド状態となる。またシュラウドプレート２１が後退した状態で、図５、図６に示すように第１のベーン２２がスリットに挿入されるとともに、第２のベーン２３がシュラウドプレート２１から張り出さないように収容され、ベーンレス状態となる。

このようにしてベーンド状態とベーンレス状態とを切り替えるコンプレッサ１１では、合わせて十数枚になるベーン２２、２３の数を次のように設定できる。すなわち、コンプレッサ１１では支柱を兼ねる第１のベーン２２を周方向に均等に数枚（例えば２、３枚）配置し、残りを第２のベーン２３とすることができる。そしてこれにより、第１のベーン２２の数を低減し、高精度加工部位の低減による低コスト化を図ることができる。

また第１のベーン２２の数を低減することで、高精度加工部位の精度確保も容易となる。このため、スリット、第１のベーン２２間でかじりが発生することに対しても信頼性を高めることができる。またこれにより、第１のベーン２２を支柱として好適に利用できる。
また第１のベーン２２の数を低減することで、スリット、第１のベーン２２間に形成されるクリアランスの数も低減できる。このため、高精度加工部位の精度確保が容易になることとも相俟って、クリアランスからの流体漏れに起因する圧縮効率の低下も抑制できる。
また第２のベーン２３をシュラウドプレート２１の前進、後退動作により姿勢が変化する機械式の可動ベーンとしたことで、アクチュエータの追加も抑制できる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば上述した実施例ではコスト面を含め、圧縮効率の観点から好適であることから、シュラウドプレート２１が可動部材である場合について説明した。しかしながら、本発明においては必ずしもこれに限られず、可動部材は例えばディフューザ流路の流路壁部背後に設けられてもよい。この場合に第２の案内羽根の姿勢を変化させるには、可動部材と第２の案内羽根との間で例えばシール部材等による流体漏れの防止を考慮に入れた適宜の機械的な係合構造を適用できる。

コンプレッサ １１
ディフューザ部 １６
流路壁部 １６ａ、１６ｂ
シュラウドプレート ２１
係合部 ２１ａ
第１のベーン ２２
第２のベーン ２３
支持軸 ２４

Claims (1)

1. ディフューザ流路を有するディフューザ部と、
   前記ディフューザ流路に出没する第１の案内羽根と、
   前記第１の案内羽根が設けられ、前記第１の案内羽根の出没とともに前進、後退動作する可動部材と、
   前記可動部材の前進、後退動作により、前記ディフューザ流路に起立した状態と、横倒しになった状態との間で姿勢が変化する第２の案内羽根と、を備えた遠心圧縮機。
   
   

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