JP2016029273A - 遠心圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】サージ限界の改善が可能な、循環流型ケーシングトリートメントを有する遠心圧縮機を提供する。【解決手段】本発明に係る遠心圧縮機１は、羽根車２を回転軸Ｃ周りに回転自在に収容するケーシング３と、少なくともケーシングに設けられたガス通路４と、ケーシング内部に設けられたトリートメント空洞部１８と、羽根車の羽根前端縁１７の近傍且つ下流側の位置におけるガス通路に開口された第１通路２１と、羽根前端縁の上流側の位置におけるガス通路に開口された第２通路２２と、第２通路から排出されるガスに羽根車の逆回転方向の旋回成分を付与するガイドベーン２３と、ガス通路を、第２通路の開口部の位置におけるガス通路の直径Ｄ１となるように縮径する絞り部２４と、絞り部に供給されたガスを、その回転軸Ｃ周りの旋回成分を抑制し回転軸Ｃ方向の成分を増大する方向に整流する整流部２５とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は遠心圧縮機に係り、特に、車両用ターボ過給機に適用される遠心圧縮機に関する。

車両用過給機としてターボ過給機が一般的であり、このターボ過給機は、エンジンから排出された排気のエネルギを利用してタービンを駆動し、このタービンと同軸連結された遠心圧縮機を駆動して、ガス（吸入空気）を圧縮し、エンジンを過給するようになっている。

かかる遠心圧縮機において、ガス流量が低下してくると、羽根車を通過するガスの流れに逆流や剥離が生じ、サージが発生するという問題がある。よってサージが発生しない許容最小流量を引き下げること、すなわちサージ限界の改善が、作動域拡大のために常に要請されている。

サージ限界の改善のため、特許文献１には、循環流型ケーシングトリートメントを有する遠心圧縮機に関する発明が記載されている。これは、低流量時に、静圧を利用して、羽根車の羽根前端縁付近に、ケーシング内部の空洞部を通過する循環流を形成するものである。また特許文献１に記載のものは、さらなる作動域拡大のため、羽根車の逆回転方向の旋回成分を有する循環流を空洞部から排出するようにしている。

特許文献２には、ケーシングトリートメントの排出口の下流側であって羽根車の上流側に、羽根車の回転方向と逆方向の旋回成分をガスに与える入口ガイドベーンを設けた遠心圧縮機が記載されている。

特開２００１−２８９１９７号公報 特開２０１０−２７０６４１号公報

しかし、羽根車の上流側のガス通路のレイアウトに起因して、羽根車に供給されるガスの流れが、羽根車の回転軸周りの旋回成分を有する場合がある。この場合には、特許文献１に開示された装置では、ケーシングトリートメントからの循環流によってサージを抑制することが困難になり得る。

特許文献２に開示された装置では、ケーシングトリートメントの排出口が、入口ガイドベーンよりも上流側にある。このため、ケーシングトリートメントの排出口からの循環流によってサージを抑制することは困難であった。

そこで本発明は、上記事情に鑑みて創案され、その目的は、サージ限界の改善が可能な、循環流型ケーシングトリートメントを有する遠心圧縮機を提供することにある。

本発明の一の態様によれば、
羽根車と、
前記羽根車を回転軸周りに回転自在に収容するケーシングと、
少なくとも前記ケーシングに設けられ、前記羽根車を通過するガスを流通させるためのガス通路と、
前記ケーシングの内部に設けられたトリートメント空洞部と、
前記羽根車の羽根前端縁の近傍且つ下流側の位置における前記ガス通路に開口され、前記ガス通路から前記トリートメント空洞部内にガスを導入するための第１通路と、
前記羽根前端縁の上流側の位置における前記ガス通路に開口され、前記トリートメント空洞部内のガスを前記ガス通路に排出するための第２通路と、
前記第２通路を通じて排出されるガスに前記羽根車の逆回転方向の旋回成分を付与するガイドベーンと、
前記第２通路の開口部より上流側の位置に設けられ、前記ガス通路を、前記第２通路の開口部の位置におけるガス通路の直径となるように縮径する絞り部と、
前記絞り部に設けられ、前記絞り部に供給されたガスを、その前記回転軸周りの旋回成分を抑制し前記回転軸方向の成分を増大する方向に整流する少なくとも１つの整流要素を有する整流部と、
を備えたことを特徴とする遠心圧縮機が提供される。

これによれば、絞り部により、これに供給されたガスを増速し、整流部により、絞り部に供給されたガスを、その前記回転軸周りの旋回成分を抑制し前記回転軸方向の成分を増大する方向に整流することができる。結果的に、絞り部を通過した直後のガスは、増速された上で、比較的強い軸方向成分を有するようになる。このようなガスが、第２通路から排出された循環流に混合されると、混合後のガスの流れにおける回転軸方向成分が増大し、これによって、サージ限界を改善することが可能となる。

好ましくは、前記整流要素は、前記回転軸と平行に延在する。

これによれば、簡易な構造によって、絞り部に供給されたガスを、その回転軸周りの旋回成分を抑制し回転軸方向の成分を増大する方向に整流することができる。ここにいう「前記回転軸と平行に延在」する整流要素は、前記回転軸から放射方向に延在する整流要素のほか、そのような放射方向に延在する整流要素を、前記回転軸と平行な仮想直線であって当該整流要素上にある仮想直線を軸として、回転した方向に延在する整流要素を含む。

好ましくは、前記整流要素は、整流板を含み、前記整流板は、前記羽根前端縁の外周端の半径方向位置と同じかそれより半径方向外側の位置に位置された内周端縁を有する。

これによれば、回転軸方向上流側から見たときに、整流板が、その後の羽根前端縁に至るまでのガス通路内に突出することがなく、羽根車がガスを吸引する際の吸気抵抗を低減できる。

好ましくは、前記整流板は、前記回転軸を中心とした半径方向に沿って延びている。

これによれば、整流板が半径方向に沿っていない場合に比べ、より高いサージ限界改善効果を得られる。

前記遠心圧縮機は、前記ケーシングの入口部に接続された入口管をさらに備えてもよく、この場合、前記ガス通路が、前記入口管内のガス通路を含み、前記絞り部が前記入口管に設けられるのも好ましい。

これによっても前記同様、混合後のガスの回転軸方向成分が増大することによって、サージ限界を改善することが可能となる。

好ましくは、前記絞り部の上流側に接続された吸気通路は、前記絞り部に流入する吸気流が前記回転軸周りの旋回成分を有するような形状に形成されている。

これによれば、整流要素によってガスを特に好適に整流することができる。

本発明によれば、サージ限界の改善が可能な、循環流型ケーシングトリートメントを有する遠心圧縮機を提供できるという、優れた効果が発揮される。

本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機の側面断面図である。 リング部材の正面図である。 失速セルを示す側面断面図である。 ケーシングトリートメントにより生成される循環流を示す側面断面図である。 本実施形態の作用効果を示す側面断面図である。 図１のＶ矢示展開図である。 第１実施形態の第１変形例に係るリング部材の正面図である。 第１変形例についての図１のＶ矢示展開図である。 第１実施形態の第２変形例に係るリング部材の正面図である。 第２変形例についての図１のＶ矢示展開図である。 試験結果としてのコンプレッサマップを示すグラフである。 第２実施形態の側面断面図である。 第３実施形態の側面断面図である。 第４実施形態の側面断面図である。 第５実施形態の側面断面図である。 第５実施形態のリング部材の正面図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。

［第１実施形態］
図１に本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機１を示す。この遠心圧縮機１は、車両用（特に自動車用）の内燃機関に装備されたターボ過給機の圧縮機として適用されるもので、図外右方には圧縮機１と同軸連結された排気タービンが備えられている。但し、遠心圧縮機１の用途は任意である。

図示するように、遠心圧縮機１は、羽根車２と、羽根車２を回転軸Ｃ周りに回転自在に収容するケーシング３と、少なくともケーシング３に設けられ、羽根車２を通過するガスＧ（本実施形態では内燃機関の吸入空気）を矢示の如く流通させるためのガス通路４とを備える。羽根車２は、タービンシャフトとしてのシャフト５に固定して取り付けられ、このシャフト５を介して図外右方のタービンホイールにより回転駆動される。羽根車２は、ハブ６と、ハブ６に立設された複数の羽根７とを有する。

以下の説明において、特に断らない限り、「軸方向」、「半径方向」および「周方向」とは、回転軸Ｃに関する軸方向、半径方向および周方向をいうものとする。また「上流側」および「下流側」とは、ガスＧの流れ方向における上流側および下流側をいうものとする。また軸方向における上流側および下流側を「前」および「後」ということもある。

ケーシング３は、本実施形態の場合、ケーシング本体８と、ケーシング本体８の入口部８Ａに挿入して取り付けられたリング部材９とから構成される。ケーシング本体８の入口部８Ａの外周部に、ゴムホース等からなる入口管１０が嵌め込まれ、クランプバンド１１等の締結部材により固定される。この入口管１０からガス通路４内にガスＧが導入される。

ケーシング本体８は、羽根車２を取り囲むシュラウド壁１２を有する。羽根車２とシュラウド壁１２の隙間は、可能な限りガス漏れがないよう最小の隙間とされている。そしてシュラウド壁１２と、隣り合う一対の羽根７と、ハブ６とにより、羽根間通路１３が画成される。こうした羽根間通路１３は、羽根７の対の数だけ、複数形成される。ケーシング本体８内において、羽根車２の下流側には、半径方向通路１４とそれに連なるスクロール室１５とが画成される。他方、羽根間通路１３ひいては羽根車２の上流側には、軸方向に延びる入口通路１６が画成される。これら入口通路１６、羽根間通路１３、半径方向通路１４およびスクロール室１５によりガス通路４が形成される。

作動時、周知のように、羽根車２が回転されると、ガスＧは入口通路１６を通じて羽根間通路１３に流入され、これを通過する過程で流れ方向を９０°曲げられ、その後、半径方向通路１４およびスクロール室１５を順次通じて最終的に圧縮される。この圧縮されたスクロール室１５内のガスＧは図示しない出口から供給先、本実施形態では内燃機関のシリンダに向けて排出される。

また、遠心圧縮機１は、循環流が流れる循環流型ケーシングトリートメント２０を有する。ケーシングトリートメント２０は、詳しくは後述するように、羽根車２の羽根前端縁（リーディングエッジ）１７に対する上下流側のガス通路４と、ケーシング３の内部に設けられたトリートメント空洞部１８との間での循環流路を形成するように構成されている。

ケーシングトリートメント２０は、前記トリートメント空洞部１８と、第１通路２１と、第２通路２２とを有する。トリートメント空洞部１８は、羽根前端縁１７の半径方向外側の位置においてケーシング本体８の内部に画成され、軸方向に延びる形状を有する。第１通路２１は、トリートメント空洞部１８に軸方向後方側で連通されると共に、羽根前端縁１７の近傍且つ下流側の位置におけるガス通路４（羽根間通路１３）に開口された入口２１Ａを有し、ガス通路４からトリートメント空洞部１８内にガスＧを導入するようになっている。第２通路２２は、トリートメント空洞部１８に軸方向前方側で連通されると共に、羽根前端縁１７の上流側の位置におけるガス通路４（入口通路１６）に開口された出口２２Ａを有し、トリートメント空洞部１８内からガスＧをガス通路４に排出するようになっている。

トリートメント空洞部１８は全周方向に延びる環状に形成され、同様に、第１通路２１および第２通路２２も、全周方向に延びるスリット状に形成される。代替的に、第１通路２１および第２通路２２を、全周方向に等間隔で設けられた複数の孔から形成してもよい。第２通路２２は、ケーシング本体８の内周部前端８Ａとリング部材９の後面９Ａとの間の隙間により画成されている。なお、トリートメント空洞部１８の前端面もリング部材９の後面９Ａにより画成されている。第１通路２１および第２通路２２の間に位置するケーシング本体８の内周部は、図示しない支持部材により掛け渡された状態で、より半径方向外側のケーシング本体８に支持されている。

また、第２通路２２を通じて排出されるガスＧに羽根車２の逆回転方向の旋回成分を付与するガイドベーン２３が設けられる。図２にも示すように、ガイドベーン２３は、リング部材９の後面９Ａに周方向等間隔で複数立設されている。そしてガイドベーン２３は、回転軸Ｃを中心とする半径方向Ｄｒに対し、ガイドベーン２３の内径端２３Ａを中心として、所定の傾斜角θ１だけ傾斜されている。ここで図２に示すように、軸方向上流側から見たとき（すなわち正面視したとき）に、半径方向Ｄｒに対して羽根車２の回転方向Ｒに傾斜されたときの傾斜角を正とする。このようにガイドベーン２３が傾斜されることによって、トリートメント空洞部１８内のガスＧは、羽根車２の回転方向Ｒとは逆向きに排出され、すなわち羽根車２の逆回転方向の旋回成分を有するようになる。ここで「旋回」とは回転軸Ｃを中心とした旋回を意味する。

本実施形態では、ガイドベーン２３が、第２通路２２内のみならず、トリートメント空洞部１８内にも延びるように形成されている。すなわちガイドベーン２３は、リング部材９の後面９Ａにおける半径方向の幅全体に延びている。こうすることによって、第２通路２２に入る手前からトリートメント空洞部１８内のガスＧに旋回成分を付与することができる。

第２通路２２の開口部すなわち出口２２Ａより上流側の位置には、ガス通路４を、出口２２Ａの位置におけるガス通路４の直径Ｄ１となるように縮径する絞り部２４が設けられている。ここで「直径」とは回転軸Ｃを中心とした直径をいう。絞り部２４は、リング部材９の前面９Ｂおよび内周面９Ｃがなす角部を切り欠いて形成され、ガス通路４、特に入口通路１６の直径を絞り部上流端の直径Ｄ２から絞り部下流端の直径Ｄ１まで、徐々にテーパ状に絞るように形成されている。なお図１に示すように絞り部２４は側面視で直線的なテーパ断面形状を有するが、その断面形状は任意であり、例えば側面視で円弧状の形状を有してもよい。ここで入口通路１６の直径は、絞り部下流端から羽根前端縁１７の位置まで一定のＤ１である。この直径Ｄ１は羽根前端縁１７の直径に等しいかそれよりごく僅かに大きい（すなわち実質的に等しい）。

加えて、絞り部２４には、絞り部２４に供給されたガスＧを回転軸Ｃと平行な方向に向けて（言い換えれば、軸方向に向けて）整流する整流部２５が設けられている。図２にも示すように、整流部２５は、絞り部２４に立設された整流板２６を含み、整流板２６は、周方向等間隔に複数設けられ、半径方向に沿って（もしくは半径方向に平行に）直線状に延びている。なお本実施形態では整流板２６がガイドベーン２３と同じ周方向位置に同じ数（本実施形態では８個）設けられているが、これらの位置や数は任意に変更可能であり、互いに異ならせてもよい。「半径方向に沿って」とは、半径方向と完全に同一な方向に沿っている場合のみならず、半径方向と実質的に同一な方向に沿っている場合をも含む。

図１に示すように、整流板２６は、回転軸Ｃに平行な断面で見たとき（すなわち側面視したとき）に三角形状を有し、リング部材９の前面９Ｂの軸方向位置で半径方向に延びる前端縁２６Ａと、リング部材９の内周面９Ｃの半径方向位置で軸方向に延びる内周端縁２６Ｂとを有する。

整流板２６は、好ましくは、羽根前端縁１７の外周端１７Ａの半径方向位置と同じかそれより半径方向外側の位置に位置された内周端縁２６Ｂを有する。ここで羽根前端縁１７の外周端１７Ａの半径方向位置は、回転軸Ｃから、羽根前端縁１７の直径（便宜上Ｄ１とする）の１／２だけ半径方向に離れた位置にある（つまりＤ１／２の半径方向位置にある）。本実施形態では、整流板２６の内周端縁２６ＢがＤ１／２の半径方向位置に位置されており、且つそのＤ１／２の半径方向位置で軸方向に延びている。それ故、整流板２６は、図２に示すように軸方向上流側から見たとき（正面視したとき）に、羽根前端縁１７の直径Ｄ１を有する仮想円の内側に突出されない。かかる仮想円は、個別には図示しないが、本実施形態では図２に示すようなリング部材９の内周面９Ｃ上に位置される。

次に、以上のように構成された第１実施形態の作用効果を説明する。第１実施形態の遠心圧縮機１は、入口管１０を介して、不図示の吸気通路に接続されている。吸気通路は周知のエアクリーナ及びエアフローメータを有する。ガス通路４に流入する吸気流は、上流側から回転軸Ｃの方向に見て、時計回りの旋回成分を有する。このようにガス通路４に流入する吸気流が旋回成分を含む原因は、例えば、吸気通路がその途中で、互いに同一平面上にない少なくとも２つの方向に湾曲していることであるが、これに限られない。絞り部２４の上流側に接続された吸気通路は、絞り部２４に流入する吸気流が、回転軸Ｃ周りの旋回成分を有するような形状に形成されている。

遠心圧縮機１において、ガス流量がサージ限界付近まで低下してくると、羽根車２を通過するガスＧの流れに逆流や剥離が生じ、最終的にサージが発生するという問題がある。よってサージが発生しない許容最小流量を引き下げること、すなわちサージ限界の改善が、作動域拡大のために常に要請されている。

図３に示すように、サージ限界付近の低流量域では、矢印Ｓで示すような逆流および剥離流の少なくとも一方が生じる傾向がある。この逆流および剥離流の少なくとも一方が存在する破線円の如き領域を失速セルといい、図中にＨで示す。失速セルＨは、羽根前端縁１７付近で且つ羽根外周縁２７付近（シュラウド壁１２付近）に発生する傾向がある。この失速セルＨは、羽根車２の回転方向Ｒに、回転軸Ｃの周りを旋回する。

かかる低流量域において、ガス流量が低下するほど、失速セルＨは軸方向前方に延び、すなわち成長する傾向がある。サージ限界を改善するには、このような失速セルＨの成長を抑制する必要がある。

上述の循環流型ケーシングトリートメント２０は、このサージ限界の改善に有効である。ケーシングトリートメント２０によれば、かかる低流量域において、図４に示すような循環流Ｆを形成することができる。すなわち、入口２１Ａから導入したガスを第１通路２１を通じてトリートメント空洞部１８内に導入し、トリートメント空洞部１８内を前方に移動させた後、第２通路２２を通じて出口２２Ａから排出し、再度ガス通路４を後方に送って、入口２１Ａから再度導入するという、ガスの流れを形成することができる。

これにより、失速セルＨが成長しやすい、羽根前端縁１７から第１通路２１の入口２１Ａまでの軸方向区間で、且つ羽根外周縁２７付近の領域の順流方向のガス流量およびガス流速を増加することができ、失速セルＨの成長を抑制し、サージ限界を改善することができる。特に本実施形態では、ガイドベーン２３により、第２通路２２から排出されるガスに羽根車２の逆回転方向の旋回成分を与えられるため、より一層のサージ限界改善効果を得ることができる。

また、本実施形態では、絞り部２４により、これに供給されたガスを増速し、整流部２５により、絞り部２４に供給されたガスを、その回転軸Ｃ周りの旋回成分を抑制し且つ回転軸Ｃ方向の成分を増大する方向に整流することができる。

図５には、羽根前端縁１７付近における図１のＶ矢示展開図（半径方向外側から内側に向かって見たときの図）を示す。図示するように、羽根車２の回転により、羽根７は回転方向Ｒに移動される。失速セルＨは、それが前方に向けて成長すると、図中矢印ａで示すように、ある羽根間通路１３から、羽根前端縁１７の前を通過して、逆回転方向に隣接する別の羽根間通路１３へと、次々に移動する。さらなる低流量化が進めば、やがて羽根車２の全てのガス通路が失速セルＨで覆われて、明らかなサージ状態に至る。

上述したとおり、本実施形態において遠心圧縮機１の上流側に接続されている吸気通路は、その途中で少なくとも２つの方向に湾曲しており、その結果、ガス通路４に流入する吸気流は、回転軸Ｃの方向に見て時計回りの旋回成分を有する。図５において、整流部２５がないと仮定した場合の、ガス通路４に流入するガスの流れのベクトルＧ０は、平面視で回転軸Ｃに対して、角度α０をなしており、その方向は回転軸Ｃに関して、回転方向Ｒと同方向である。

これとは対照的に、本実施形態では、整流部２５の作用により、整流部２５よりも下流側におけるガスの流れは、ベクトルＧ１で示されるように、平面視で回転軸Ｃと平行をなしている。絞り部２４によって増速されたガスの流れは、整流部２５の作用の結果、その回転軸Ｃ方向成分がβ１にわたって増大し、比較的強い軸方向成分を有するようになる。その結果、失速セルＨを羽根７，７の間に押し込み、その前方への成長を抑制するように作用する。したがって、サージ限界を改善することが可能となる。

また、仮に失速セルＨが整流板２６に届くほどに前方に成長してしまった場合でも、失速セルＨが整流板２６に引っ掛かり、旋回方向への移動が妨げられるので、これも失速セルＨの羽根間通路１３間の移動を抑制するのに有利である。

また本実施形態では、整流板２６の内周端縁２６Ｂが、羽根前端縁１７の外周端１７Ａの半径方向位置と同じかそれより半径方向外側の位置に位置されている。このため、整流板２６が、その後の入口通路１６内に突出することがなく、羽根車２がガスを吸引する際の吸気抵抗を低減できる。

以下に本実施形態の変形実施例を説明する。本発明における整流要素は、絞り部２４に供給されたガスを、その回転軸Ｃ周りの旋回成分を抑制し且つ回転軸Ｃ方向の成分を増大する方向に整流するものである限りにおいて、様々な構造を採用することが可能である。図７に示した第１変形例は、正面視において整流板１２６が、その内周端縁１２６Ｂを中心として、半径方向Ｄｒに対し、羽根車２の回転方向Ｒに正の傾斜角θ２で傾斜され、整流板１２６がガスに逆回転方向の旋回成分を付与できるようになっている点で、上述の基本実施例と異なる。なおここでは整流板１２６の傾斜角θ２がガイドベーン２３の傾斜角θ１と等しくされているが、これらは異なっていてもよい。整流板１２６は、回転軸Ｃと平行に延在する。整流板１２６は、上述した第１実施形態における放射方向に延在する整流板２６を、回転軸Ｃと平行な仮想直線Ｄであって当該整流板２６上にある仮想直線Ｄを軸として、回転した方向に延在している。仮想直線Ｄは整流板２６上の任意の位置に設けることができる。

図８に示されるように、この整流部１２５の作用により、整流部１２５よりも下流側におけるガスの流れは、ベクトルＧ２で示されるように、平面視で回転軸Ｃに対して、角度α２をなしており、角度α２は角度α０よりも小さい。この整流部１２５の作用の結果、絞り部２４を通過した直後のガスが、増速された上で、比較的強い軸方向成分を有するようになる。その結果、ガスの流れの回転軸Ｃ方向成分がβ２にわたって増大し、失速セルＨを羽根７，７の間に押し込み、その前方への成長を抑制するように作用する。したがって、サージ限界を改善することが可能となる。

図９に示した第２変形例は、正面視において整流板２２６が、その内周端縁２２６Ｂを中心として、半径方向Ｄｒに対し、羽根車２の逆回転方向に負の傾斜角θ３で傾斜され、整流板２２６がガスに回転方向Ｒの旋回成分を付与できるようになっている点で、上述の基本実施例と異なる。整流板２２６は、回転軸Ｃと平行に延在する。整流板２２６は、上述した第１実施形態における放射方向に延在する整流板２６を、回転軸Ｃと平行な仮想直線Ｄであって当該整流板２６上にある仮想直線Ｄを軸として、回転した方向に延在している。仮想直線Ｄは整流板２６上の任意の位置に設けることができる。

図１０に示されるように、この整流部２２５の作用により、整流部２２５よりも下流側におけるガスの流れは、ベクトルＧ３で示されるように、平面視で回転軸Ｃに対して、角度α３をなしており、角度α３は角度α０よりも小さい。すなわち、整流部１２５は、吸気通路の湾曲に起因した流入吸気流の旋回成分と同方向にガスを整流するものではあるが、流入吸気流の旋回成分を抑制するものである。この整流部１２５の作用の結果、絞り部２４を通過した直後のガスが、増速された上で、比較的強い軸方向成分を有するようになる。その結果、ガスの流れの回転軸Ｃ方向成分がβ３にわたって増大し、失速セルＨを羽根７，７の間に押し込み、その前方への成長を抑制するように作用する。したがって、サージ限界を改善することが可能となる。

図９に試験結果としてのコンプレッサマップを示す。Ｖ１〜Ｖ４は等回転ラインを示し、Ｖ１からＶ４の方に向かうほど遠心圧縮機の回転数は高い。

図１１において、実線ａは整流部のない場合、一点鎖線ｂは基本実施例の場合、二点鎖線ｃは第１変形例の場合、点線ｄは第２変形例の場合の、それぞれのサージ限界（サージライン）を示す。図示するように、基本実施例、第１変形例および第２変形例のいずれの場合も、整流部のない場合よりも、サージ限界を低流量側に移行でき、サージ限界を改善できる。特に、基本実施例は、第１変形例および第２変形例よりもサージ限界が低流量側であり、サージ限界改善効果が最も高い。従って基本実施例はサージ限界の改善に関して特に効果的である。なお第１変形例と第２変形例を比較すると、第２変形例の方がサージ限界改善効果が僅かに高い。この理由は必ずしも明らかでないが、ケーシングトリートメント２０およびガイドベーン２３によって得られる循環流が回転方向Ｒと逆方向であるのに対して、第２変形例の整流方向が回転方向Ｒと同方向であり、これによってインシデンス角（ガスの流れの向きと羽根の向きとの乖離角）α４（図１０）が減少させられていることが、何らかの形で寄与しているものと考えることができる。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。なお第１実施形態と同様の部分については図中同一符号を付して説明を省略し、以下相違点を中心に説明する。

［第２実施形態］
図１２に示す第２実施形態においては、ケーシングトリートメント２０の構成が第１実施形態と異なる。すなわち第１通路２１、第２通路２２、およびトリートメント空洞部１８の前端面（リング部材９の後面９Ａ）が、半径方向外側が半径方向内側より前方に位置するよう傾斜されている。これにより循環流Ｆの環流効率を向上できる可能性がある。

また、ガイドベーン２３が第１実施形態よりも短くされ、第２通路２２内にのみ配置されている。

また、整流板３２６の前端縁３２６Ａと内周端縁３２６Ｂによって形成される角部が斜めに切り欠かれ、整流板３２６にテーパ部３２６Ｃが形成される。このような本実施形態によっても第１実施形態と同様の作用効果を発揮できる。

［第３実施形態］
図１３に示す第３実施形態においては、整流板４２６の設置位置が第１実施形態と異なる。すなわち、ケーシング３（具体的にはケーシング本体８）の入口部８Ａに入口管３０が接続され、入口管３０（特にその後端部）に絞り部３１が設けられ、この絞り部３１に整流板４２６が設けられる。ここで入口管３０は、ケーシング３に突き合わされ、両者を弾性的な接続リング３２およびクランプバンド１１で締結することにより、ケーシング３に接続されている。しかしながら他の接続方法も可能である。

絞り部３１は、入口管３０の内径を絞り部上流端の直径Ｄ４から絞り部下流端の直径Ｄ１まで徐々にテーパ状に絞るように形成されている。なお絞り部下流端から羽根前端縁１７まで、ガス通路４の直径は一定のＤ１である。入口通路１６の上流側に隣接した入口管３０内のガス通路３０Ａは、ガス通路４に含められる。そしてこの絞り部３１に設けられた整流板４２６の形状は第１実施形態における整流板２６と同様である。本実施形態によっても第１実施形態と同様の作用効果を発揮できる。本実施形態の場合、入口管３０ならびにこれに設けられた絞り部３１および整流板４２６も、遠心圧縮機１の構成要素となる。

なお、入口管３０に絞り部３１および整流板４２６が設けられたことに伴い、リング部材９にこれらは設けられておらず、リング部材９は四角形の断面形状を有する。

［第４実施形態］
図１４に示す第４実施形態においては、リング部材９が設けられておらず、ガイドベーン２３と整流板５２６がケーシング本体８に直接設けられている。整流板５２６の形状は第１実施形態における整流板２６と同様である。そしてトリートメント空洞部１８がケーシング本体８のみによって画成されている。これによっても第１実施形態と同様の作用効果を発揮できる。

［第５実施形態］
図１５，１６に示す第５実施形態は、整流部６２５が整流溝３３を含む点で、第１実施形態と異なる。すなわち整流部６２５が、第１実施形態における整流板２６の代わりに、整流溝３３によって形成されている。

整流溝３３は、第１実施形態における整流板２６と同じ周方向位置に、同じ向きで、同じ数だけ設けられている。但し異なる周方向位置、向き、数で設けることも可能である。整流溝３３は、リング部材９の絞り部２４の表面を溝加工することによって形成される。本実施形態では整流溝３３の溝幅を整流板２６の厚さと同じとしているが、異ならせてもよい。

この整流溝３３によっても、整流板２６と同様、絞り部２４に供給されたガスを軸方向に向けて整流することができ、第１実施形態と同様の作用効果を発揮できる。

なお整流部６２５を、整流板２６と整流溝３３の両方を含むよう構成することも可能である。この場合に、整流板２６と整流溝３３との個数は同じでも異なっていても良い。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明はさらなる他の実施形態も可能である。

（１）上記各実施形態では整流要素としての整流板２６,１２６，２２６，３２６，４２６，５２６および整流溝３３を、いずれも正面視において直線状のものとしたが、それらの形状は任意であり、例えば湾曲部を設けてもよい。また整流効果を高めるため、整流板２６に翼断面形状を与えてもよい。

（２）ケーシング３に対する入口管１０の接続方法も任意であり、例えばフランジ接続とすることもできる。

（３）上記各実施形態では、ガス通路４に流入する吸気流Ｇ０が、回転軸Ｃの方向に見て時計回りの旋回成分を有する吸気通路を用いたが、吸気通路によって生じる吸気流Ｇ０は反時計回り（すなわち、回転方向Ｒと逆方向）の旋回成分を有していてもよい。

上記の各実施形態、各実施例および各構成は、矛盾が生じない限り任意に組み合わせることが可能である。例えば、第２実施形態から第５実施形態までにおける整流要素としての整流板３２６，４２６，５２６および整流溝３３を、第１変形例および第２変形例のように、回転軸Ｃからの放射方向に対して正または負の角度で傾斜させても良い。

本発明の実施形態には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１ 遠心圧縮機
２ 羽根車
３ ケーシング
４ ガス通路
８ ケーシング本体
８Ａ 入口部
９ リング部材
１７ 羽根前端縁
１７Ａ 外周端
１８ トリートメント空洞部
２１ 第１通路
２１Ａ 入口
２２ 第２通路
２２Ａ 出口
２３ ガイドベーン
２４，３１ 絞り部
２５，１２５，２２５，３２５，４２５，５２５，６２５ 整流部
２６，１２６，２２６，３２６，４２６，５２６ 整流板
２６Ｂ 内周端縁
３０ 入口管
３０Ａ ガス通路
３３ 整流溝
Ｃ 回転軸
Ｇ ガス

Claims (6)

1. 羽根車と、
   前記羽根車を回転軸周りに回転自在に収容するケーシングと、
   少なくとも前記ケーシングに設けられ、前記羽根車を通過するガスを流通させるためのガス通路と、
   前記ケーシングの内部に設けられたトリートメント空洞部と、
   前記羽根車の羽根前端縁の近傍且つ下流側の位置における前記ガス通路に開口され、前記ガス通路から前記トリートメント空洞部内にガスを導入するための第１通路と、
   前記羽根前端縁の上流側の位置における前記ガス通路に開口され、前記トリートメント空洞部内のガスを前記ガス通路に排出するための第２通路と、
   前記第２通路を通じて排出されるガスに前記羽根車の逆回転方向の旋回成分を付与するガイドベーンと、
   前記第２通路の開口部より上流側の位置に設けられ、前記ガス通路を、前記第２通路の開口部の位置におけるガス通路の直径となるように縮径する絞り部と、
   前記絞り部に設けられ、前記絞り部に供給されたガスを、その前記回転軸周りの旋回成分を抑制し前記回転軸方向の成分を増大する方向に整流する少なくとも１つの整流要素を有する整流部と、
   を備えたことを特徴とする遠心圧縮機。
2. 前記整流要素は、前記回転軸と平行に延在することを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
3. 前記整流要素は整流板であり、前記整流板は、前記羽根前端縁の外周端の半径方向位置と同じかそれより半径方向外側の位置に位置された内周端縁を有する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の遠心圧縮機。
4. 前記整流板は、前記回転軸を中心とした半径方向に沿って延びている
   ことを特徴とする請求項３に記載の遠心圧縮機。
5. 前記ケーシングの入口部に接続された入口管をさらに備え、前記ガス通路が、前記入口管内のガス通路を含み、前記絞り部が前記入口管に設けられる
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
6. 前記絞り部の上流側に接続された吸気通路は、前記絞り部に流入する吸気流が前記回転軸周りの旋回成分を有するような形状に形成されている
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。

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