JP2019094902A

JP2019094902A - 遠心圧縮機及びターボチャージャー

Info

Publication number: JP2019094902A
Application number: JP2018219256A
Authority: JP
Inventors: アンドレアス・レッサー; Lesser Andreas; ハンネス・ベネトシク; Benetschik Hannes; クリストフ・ハインツ; Heinz Christoph
Original assignee: MAN Energy Solutions SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2019-06-20
Also published as: US10823178B2; KR20190060710A; CH714392A2; DE102017127758A1; US20190162191A1; CN109931295A; CH714392B1

Abstract

【課題】新たなタイプの遠心圧縮機を作り出すこと。【解決手段】遠心圧縮機（１０）が、ロータ側のインペラ（１１）と；ステータ側のハウジング（１３）と；流入通路（１６）であって、圧縮される媒体が、流入通路（１６）を介してインペラ（１１）へ軸方向に供給され得る、流入通路（１６）と；ディフューザ（１７）であって、圧縮された媒体が、ディフューザ（１７）を介して、インペラ（１１）から離れるように径方向に、かつハウジング（１３）の渦巻状ハウジングセクション（１５）に向かって導かれ得る、ディフューザ（１７）と；を有し、ディフューザ（１７）が、渦巻状ハウジングセクション（１５）への移行領域において、径方向外側に拡大流れ断面を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１のおいて書き部に記載の遠心圧縮機に関する。本発明は、遠心圧縮機を有するターボチャージャーにさらに関する。

特許文献１及び２から、それぞれ、請求項１のおいて書き部に記載の、排ガスターボチャージャーの遠心圧縮機が公知である。従って、この従来技術は、ロータ側のインペラと、ステータ側のハウジングと、流入通路であって、圧縮される媒体が、流入通路を介してインペラへ軸方向に供給され得る、流入通路と、ディフューザであって、圧縮された媒体が、ディフューザを介して、インペラから離れるように径方向に、かつハウジングの渦巻状ハウジングセクションに向かって導かれ得る、ディフューザと、を有する遠心圧縮機を示している。特許文献１及び２によれば、ディフューザは、ガイドブレードを備えるブレード付きディフューザである。ブレードのないディフューザも公知である。

欧州特許第１３４０９２０号明細書欧州特許出願公開第２１９４２７７号明細書

遠心圧縮機の効率を改善することが必要とされている。

ここからスタートして、本発明は、新たなタイプの遠心圧縮機を作り出すという課題に基づいている。

この課題は、請求項１に記載の遠心圧縮機により解決される。本発明によれば、ディフューザが、渦巻状ハウジングセクションへの移行領域において、径方向外側の拡大流れ断面を有する。

本発明による、渦巻状ハウジングセクションへの移行領域でのディフューザの構成を通じて、渦巻状ハウジングセクションのいわゆる渦巻状プリーツ開始部(spiral plait start)の改善された吸入を達成することができる。結果として、遠心圧縮機の効率は、これによって改善され得る。

有利なさらなる発展によれば、ディフューザが、子午線断面で見ると軸方向において互いに対向して配置されかつ径方向に延在する壁部によって、すなわち、径方向外側で流入通路を画定するハウジングの壁部に結合する第１壁部と、第２壁部と、によって画定され、渦巻状ハウジングセクションへの移行領域での径方向外側の第１壁部には、ディフューザの流れ断面を拡大するショルダが形成されている。これによって、遠心圧縮機の効率は、シンプルな構成で、特に有利に増大され得る。

有利なさらなる発展によれば、ショルダが、子午線断面で見ると第１壁部に対して傾斜させられた壁部セクションによって規定され、当該壁部セクションが、径方向に延在するハウジングの第１壁部に対して、４５°の最大角度で傾斜させられ、かつ／又は最短でディフューザの径方向延在範囲の８０％で始まる。また、このさらなる発展は、遠心圧縮機の効率を増大させることに役立つ。

本発明の好ましいさらなる発展は、従属請求項及び以下の説明から得られる。本発明の例示的な実施形態は、図面に限定されることなく、図面を用いてより詳細に説明される。

本発明による遠心圧縮機の概略的な子午線断面である。

図１は、本発明による遠心圧縮機１０の好ましい例示的な実施形態からの抜粋を用いた断面図を示す。

遠心圧縮機１０は、複数の運動ブレード１２を有する、ロータ側のインペラ１１を備えている。

さらに、遠心圧縮機１０は、ステータ側のハウジング１３を備えている。ステータ側のハウジング１３の吸引セクション１４が、圧縮される媒体の流れ方向で見るとインペラ１１の上流に配置され、ステータ側のハウジング１３の渦巻状ハウジングセクション１５が、圧縮される媒体の流れ方向で見るとインペラ１１の下流に配置されている。吸引セクション１４は、少なくとも部分的に流入通路１６を規定し、遠心圧縮機１０内で圧縮される媒体は、流入通路１６を介して、圧縮のために遠心圧縮機１０のインペラ１１に供給され得る。

インペラ１１の領域内で圧縮される媒体は、遠心圧縮機１０におけるステータ側のディフューザ１７を介して渦巻状ハウジングセクション１５に供給され、図１の例示的な実施形態では、ディフューザ１７は、ガイドブレード１８を有するブレード付きディフューザとして形成されている。図１の子午線断面で見ると、圧縮される媒体は、流入通路１６を通って軸方向Ａに流れる。圧縮された媒体は、渦巻状ハウジングセクション１５に向かって、ディフューザ１７を通って径方向Ｒに流れる。渦巻状ハウジングセクション１５は、渦巻状流路２３を規定する。

子午線断面で見ると、ディフューザ１７は、径方向Ｒにおいて、渦巻状ハウジングセクション１５への移行領域に、従って渦巻状流路２３への移行領域に拡大流れ断面を有する。これにより、渦巻状ハウジング１５の渦巻状流路２３のいわゆる渦巻状プリーツ開始部の充填が改善され、それにより、結果として、遠心圧縮機１０の効率が増大される。

渦巻状ハウジング１５の渦巻状流路２３の渦巻状プリーツ開始部は、渦巻状流路２３の周方向セクションであり、この周方向セクションでは、渦巻状流路２３は、子午線断面において最も小さい流れ断面を有する。

ディフューザ１７は、子午線断面で見ると軸方向Ａにおいて互いに対向して位置する、径方向Ｒに延在する壁部１９，２０によって、すなわち、径方向外側で流入通路１６を画定するハウジング１３の壁部に、すなわち吸引セクション１４の壁部に結合する第１壁部１９と、ターボチャージャーの軸受ハウジングに続いている第２壁部２０と、によって画定される。

図１によれば、ディフューザ１７の流れ断面を拡大するショルダ２１が、渦巻状ハウジングセクション１５への移行領域において、従って渦巻状流路２３への移行領域において、径方向外側で第１壁部１９に形成され、渦巻状流路２３への移行領域は、子午線断面で見ると、第１壁部１９に対して傾斜させられた壁部セクション２２によって規定される。

ショルダ２１、従ってディフューザ１７の拡大流れ断面を規定する壁部セクション２２は、４５°の最大角度αで、径方向Ｒに延在する第１壁部１９に対して傾斜させられている。

好ましくは、角度αは、４５°〜１０°の範囲内にあり、特に好ましくは４５°〜２０°の角度範囲内にある。

ショルダ２１を規定する壁部セクション２２は、最短でディフューザ１７の径方向延在範囲の８０％で始まる。ガイドブレード１８を有するブレード付きディフューザ１７の場合、ショルダ２１は、ディフューザ１７のガイドブレード１８の下流で始まる。

ディフューザ１７のショルダ２１、従ってディフューザ１７の拡大流れ断面は、少なくとも渦巻状プリーツ開始部の領域において、渦巻状ハウジング１３への移行領域に、従って渦巻状流路２３への移行領域に設けられている。

好ましくは、ディフューザ１７のショルダ２１、従ってディフューザ１７の拡大流れ断面は、渦巻状ハウジング１３への移行領域、従って渦巻状流路２３への移行領域において周方向で囲むように延びる。

さらに、本発明は、上記遠心圧縮機１０を有するターボチャージャーに関する。遠心圧縮機１０は、媒体、例えば過給空気を圧縮するためにはたらき、すなわち、別の媒体、例えば排ガスの膨張中にターボチャージャーのタービン内で得られたエネルギーを利用して、媒体、例えば過給空気を圧縮するためにはたらく。遠心圧縮機が、インペラ１１及びハウジング１３を備えるとともに、タービンは、図１には示されていないインペラ及びハウジングを同様に備える。遠心圧縮機１０のインペラ１１は、ターボチャージャーの軸受ハウジング内に取り付けられたシャフトを介してタービンのインペラに連結される。ディフューザ１７の壁部２０は、軸受ハウジングに続いているか、又は軸受ハウジングによって設けられさえする。

本発明により、遠心圧縮機１０の効率、従って、同様に遠心圧縮機１０を備えるターボチャージャーの効率は、改善され得る。

１０遠心圧縮機、１１インペラ、１２運動ブレード、１３ハウジング、１４吸引セクション、１５渦巻状ハウジングセクション、１６流入通路、１７ディフューザ、１８ガイドブレード、１９壁部、２０壁部、２１ショルダ、２２壁部セクション、２３渦巻状流路、Ａ軸方向、Ｒ径方向

Claims

ロータ側のインペラ（１１）と；
ステータ側のハウジング（１３）と；
流入通路（１６）であって、圧縮される媒体が、前記流入通路（１６）を介して前記インペラ（１１）へ軸方向に供給され得る、流入通路（１６）と；
ディフューザ（１７）であって、圧縮された媒体が、前記ディフューザ（１７）を介して、前記インペラ（１１）から離れるように径方向に、かつ前記ハウジング（１３）の渦巻状ハウジングセクション（１５）に向かって導かれ得る、ディフューザ（１７）と；
を有する、ターボチャージャーの遠心圧縮機（１０）において、
前記ディフューザ（１７）が、前記渦巻状ハウジングセクション（１５）への移行領域に、径方向外側の拡大流れ断面を有することを特徴とする遠心圧縮機。
前記ディフューザ（１７）が、子午線断面で見ると軸方向において互いに対向して配置されている、径方向に延在する壁部（１９，２０）によって、すなわち、径方向外側で前記流入通路（１６）を画定する前記ハウジング（１３）の壁部に結合する第１壁部（１９）と、第２壁部（２０）と、によって画定されることを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
前記渦巻状ハウジングセクション（１５）への前記移行領域での径方向外側の前記第１壁部（１９）には、前記ディフューザ（１７）の流れ断面を拡大するショルダ（２１）が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の遠心圧縮機。
前記ショルダ（２１）が、子午線断面で見ると前記第１壁部（１９）に対して傾斜させられた壁部セクション（２２）によって規定されていることを特徴とする請求項３に記載の遠心圧縮機。
前記ショルダ（２１）を規定する前記壁部セクション（２２）が、径方向に延在する前記第１壁部（１９）に対して、４５°の最大角度で傾斜させられることを特徴とする請求項４に記載の遠心圧縮機。
前記ショルダ（２１）を規定する前記壁部セクション（２２）が、径方向に延在する前記第１壁部（１９）に対して、４５°〜１０°の角度で傾斜させられることを特徴とする請求項４又は５に記載の遠心圧縮機。
前記ショルダ（２１）を規定する前記壁部セクション（２２）が、径方向に延在する前記第１壁部（１９）に対して、４５°〜２０°の角度で傾斜させられることを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
前記ショルダ（２１）を規定する前記壁部セクション（２２）が、前記ディフューザ（１７）のガイドブレード（１８）の下流に形成されていることを特徴とする請求項３から７のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
前記ショルダ（２１）を規定する前記壁部セクション（２２）が、最短で前記ディフューザ（１７）の径方向延在範囲の８０％で始まることを特徴とする請求項３から８のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
第１媒体を膨張させるためのタービンと；
前記第１媒体の膨張中に得られたエネルギーを利用して第２媒体を圧縮するための、請求項１から９のいずれか一項に記載の遠心圧縮機（１０）と；
を有することを特徴とするターボチャージャー。