JP4795912B2 - Variable diffuser and compressor - Google Patents

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Description

本発明は、たとえば遠心圧縮機や斜流圧縮機等に適用される可変ディフューザ、及びこの可変ディフューザを備えた圧縮機に関する。   The present invention relates to a variable diffuser applied to, for example, a centrifugal compressor, a mixed flow compressor, and the like, and a compressor provided with the variable diffuser.

従来、たとえば自動車用の内燃機関に使用されるターボチャージャ等の遠心圧縮機が知られている。
図17は、従来の遠心圧縮機の要部を示す断面図である。図示の遠心圧縮機10は、ハウジング11内で多数のブレード12を備えたインペラ13が回転することにより、ハウジング11の外部から導入したガスや空気等の流体を圧縮する。こうして形成された流体の流れ(気流)は、インペラ13の外周端となるインペラ出口(以下では、「ディフューザ入口」とも呼ぶ)14,ディフューザ15及び図示省略のスクロールを通って外部へ送出される。なお、図中の符号16は、インペラ13が回転する軸中心線である。
Conventionally, for example, a centrifugal compressor such as a turbocharger used for an internal combustion engine for automobiles is known.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a main part of a conventional centrifugal compressor. The illustrated centrifugal compressor 10 compresses a fluid such as gas or air introduced from the outside of the housing 11 by rotating an impeller 13 having a large number of blades 12 in the housing 11. The fluid flow (airflow) formed in this way is sent to the outside through an impeller outlet (hereinafter also referred to as “diffuser inlet”) 14, a diffuser 15, and a scroll (not shown), which are the outer peripheral ends of the impeller 13. In addition, the code | symbol 16 in a figure is an axial centerline with which the impeller 13 rotates.

上述したディフューザ15は、インペラ出口14とスクロールとの間に設けられた気流の通路であり、インペラ出口14から吐出される気流を減速させることで動圧を静圧に回復させる機能を有している。このディフューザ15は、通常一対の対向した壁面で形成されており、以下の説明では、対向する一対の壁面の一方をシュラウド側壁面17と呼び、他方をハブ側壁面18と呼ぶ。
そして、上述したディフューザ15には、たとえば図18に示すようなディフューザ翼(以下、「ベーン」と呼ぶ)19を備えたベーンドディフューザと、ベーン19を持たないベーンレスディフューザとがある。
The diffuser 15 described above is an airflow passage provided between the impeller outlet 14 and the scroll, and has a function of recovering the dynamic pressure to a static pressure by decelerating the airflow discharged from the impeller outlet 14. Yes. The diffuser 15 is usually formed of a pair of opposed wall surfaces. In the following description, one of the pair of opposed wall surfaces is called a shroud side wall surface 17 and the other is called a hub side wall surface 18.
The diffuser 15 described above includes, for example, a vane diffuser having a diffuser blade (hereinafter referred to as “vane”) 19 as shown in FIG. 18 and a vaneless diffuser without the vane 19.

ベーンドディフューザを備えている一般の遠心圧縮機は、ベーン19が不動の固定翼ディフューザを採用している。しかし、遠心圧縮機の流量範囲拡大を必要とする場合には、ベーン19を可動にして、図20に示す翼前縁角度βk(以下、「翼角βk」と呼ぶ)を変化させることができる可変ディフューザを採用している。
可変ディフューザの一般的な構造は、たとえば図18に示すように、ベーン19にピボット軸20を設けてシュラウド側壁面17及びハブ側壁面18に支持させるとともに、このピボット軸20を中心にベーン19を回動させて翼角βkを変化させるものである。
A general centrifugal compressor provided with a vane diffuser employs a fixed vane diffuser in which a vane 19 is stationary. However, when the flow range of the centrifugal compressor needs to be expanded, the vane 19 can be moved to change the blade leading edge angle βk (hereinafter referred to as “blade angle βk”) shown in FIG. A variable diffuser is used.
For example, as shown in FIG. 18, the variable diffuser has a general structure in which a vane 19 is provided with a pivot shaft 20 to be supported by the shroud side wall surface 17 and the hub side wall surface 18, and the vane 19 is centered on the pivot shaft 20. The blade angle βk is changed by rotating.

このような可変ディフューザについては、簡易な構造で複数のディフューザ羽根の角度を可変とする駆動装置が提案されている。この駆動装置は、アクチュエータ等により回転する大歯車と、大歯車に噛合する複数の歯車とを備えており、各歯車に連結されたディフューザ羽根を回転させて角度を変化させるものである。(たとえば、特許文献1参照)
さらに、羽根付ディフューザを備えた遠心圧縮機においては、小流量側の作動を拡大することを目的として、回転自在な第2の静止翼を設けることが提案されている。(たとえば、特許文献2,3参照)
特開平7−310697号公報 特許第2865834号公報 特許第3513729号公報
For such a variable diffuser, a drive device has been proposed in which the angles of a plurality of diffuser blades are variable with a simple structure. This drive device includes a large gear rotated by an actuator or the like and a plurality of gears meshed with the large gear, and changes the angle by rotating the diffuser blade connected to each gear. (For example, see Patent Document 1)
Furthermore, in a centrifugal compressor provided with a vaned diffuser, it has been proposed to provide a rotatable second stationary blade for the purpose of expanding the operation on the small flow rate side. (For example, see Patent Documents 2 and 3)
Japanese Patent Laid-Open No. 7-310697 Japanese Patent No. 2865834 Japanese Patent No. 3513729

ところで、可変ディフューザのベーン19については、ベーン翼形状を設計する場合、所望の流量変化範囲内で中間となる形状に設定される。従って、ピボット軸20を中心にベーン19を回動させ、翼角βkを可変とする従来の可変ディフューザでは、図19に示すような特性の変化が生じる。すなわち、サージ流量Qsとチョーク流量Qcとにより規定される流量範囲は、たとえば図20に示すように、ベーン19を最大翼角度βmax から最小翼角度βmin まで回動範囲θの範囲内で回動させることにより、各々に対応するサージ流量Qs及びチョーク流量Qcの変動分だけ大きく広がることとなる。   By the way, about the vane 19 of a variable diffuser, when designing a vane blade shape, it sets to the shape which becomes an intermediate | middle within a desired flow volume change range. Therefore, in the conventional variable diffuser in which the vane 19 is rotated about the pivot shaft 20 and the blade angle βk is variable, the characteristic change as shown in FIG. 19 occurs. That is, the flow rate range defined by the surge flow rate Qs and the choke flow rate Qc is such that the vane 19 is rotated within the rotation range θ from the maximum blade angle βmax to the minimum blade angle βmin, as shown in FIG. As a result, the fluctuation corresponding to each of the surge flow rate Qs and the choke flow rate Qc greatly increases.

しかし、上述した流量範囲(流量変化が可能な範囲)を大きく広げて設定する場合、図21に示すように、流れ角度βとベーン19の翼角βkとがそれぞれ異なった傾きの変化をする。このため、小流量領域及び大流量領域においてインシデンス(In)が大きくなるので、損失の増加により効率が低下するという問題を有している。なお、インシデンスは、翼前縁角度βkと流れ角度βとの差によって定義される値である。
また、回動式の可変ディフューザ構造は、ベーン19のスムーズな回動を可能にするため、ベーン19の両側端とシュラウド側壁面17及びハブ側壁面18との間に隙間δ(図18参照)が設けられている。このため、隙間δを通って流れる気流の漏れを生じることになるので、全流量範囲にわたって効率が低下するという問題も指摘されている。
However, when the above-described flow rate range (the range in which the flow rate can be changed) is set to be greatly widened, as shown in FIG. 21, the flow angle β and the blade angle βk of the vane 19 change with different inclinations. For this reason, since the incidence (In) increases in the small flow rate region and the large flow rate region, there is a problem that the efficiency decreases due to an increase in loss. The incidence is a value defined by the difference between the blade leading edge angle βk and the flow angle β.
Further, the rotation type variable diffuser structure allows the vane 19 to rotate smoothly, so that a gap δ is formed between both side ends of the vane 19 and the shroud side wall surface 17 and the hub side wall surface 18 (see FIG. 18). Is provided. For this reason, since the leakage of the airflow flowing through the gap δ occurs, there is a problem that the efficiency is lowered over the entire flow rate range.

このように、従来の可変ディフューザは、インシデンスが大きくなることや隙間δからの漏れにより、効率が低下するという問題を有しているので、この問題を解消してより一層効率を向上させることが望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、より一層効率を向上させることができる可変ディフューザ及びこの可変ディフューザを備えた圧縮機を提供することにある。
As described above, the conventional variable diffuser has a problem that the efficiency decreases due to the increase in the incidence or the leakage from the gap δ. Therefore, the efficiency can be further improved by solving this problem. desired.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a variable diffuser capable of further improving efficiency and a compressor including the variable diffuser.

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る可変ディフューザは、ハウジング内で回転するインペラの外周端から吐出される気流を減速して動圧を静圧に回復させるディフューザ通路がハブ側壁面とシュラウド側壁面との間に形成され、前記ディフューザ通路にディフューザ翼が設けられている可変ディフューザにおいて、前記ハブ側壁面及び前記シュラウド側壁面を形成する壁面部材に前記ディフューザ翼を円周方向へ交互に固定するとともに、前記壁面部材のいずれか一方を前記インペラの回転と同軸に回動させる駆動手段を設けたことを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
In the variable diffuser according to the present invention, a diffuser passage is formed between the hub side wall surface and the shroud side wall surface that decelerates the airflow discharged from the outer peripheral end of the impeller rotating in the housing and restores the dynamic pressure to static pressure. In the variable diffuser in which diffuser blades are provided in the diffuser passage, the diffuser blades are alternately fixed in the circumferential direction to the wall surface members forming the hub side wall surface and the shroud side wall surface, and any of the wall surface members A driving means for rotating either one of them coaxially with the rotation of the impeller is provided.

このような可変ディフューザによれば、ハブ側壁面及びシュラウド側壁面を形成する壁面部材にディフューザ翼を円周方向へ交互に固定するとともに、壁面部材のいずれか一方をインペラの回転と同軸に回動させる駆動手段を設けたので、可動側の壁面部材を回動させることにより、翼前縁角度を変動させることなくスロート面積を変化させることができる。また、ディフューザ翼とハブ側壁面及びシュラウド側壁面との間に形成される隙間δは、いずれか一方の面のみとなるため減少する。
この場合、前記駆動手段により回動する前記壁面部材の可動範囲は、固定側の壁面部材に固定されて隣接するディフューザ翼間の全幅にわたるように設定されていることが好ましい。
According to such a variable diffuser, the diffuser blades are alternately fixed to the wall surface member forming the hub side wall surface and the shroud side wall surface in the circumferential direction, and one of the wall surface members is rotated coaxially with the rotation of the impeller. Since the driving means is provided, the throat area can be changed without changing the blade leading edge angle by rotating the wall member on the movable side. Further, the gap δ formed between the diffuser blade, the hub side wall surface, and the shroud side wall surface is reduced because it is only one of the surfaces.
In this case, it is preferable that the movable range of the wall surface member rotated by the driving means is set so as to cover the entire width between adjacent diffuser blades fixed to the fixed wall surface member.

上記の発明において、前記壁面部材の回動側に設けられるディフューザ翼の入口半径(R1)は、前記壁面部材の固定側に設けられるディフューザ翼の入口半径(R2)より大きく(R1>R2)設定されていることが好ましく、これにより、重なり合った翼の前縁厚さが増すことを防止できる。   In the above invention, the inlet radius (R1) of the diffuser blade provided on the rotating side of the wall member is set larger than the inlet radius (R2) of the diffuser blade provided on the fixed side of the wall member (R1> R2). Preferably, this can prevent the leading edge thickness of the overlapping wings from increasing.

上記の発明において、前記壁面部材の回動側に設けられるディフューザ翼の翼前縁角度(αk1)は、同一半径位置において前記壁面部材の固定側に設けられるディフューザ翼の翼前縁角度(αk2)より小さく(αk1<αk2)設定されていることが好ましく、これにより、2枚の翼が重なった状態における平均的な翼前縁角度を減少させることができる。   In the above invention, the blade leading edge angle (αk1) of the diffuser blade provided on the rotating side of the wall member is the blade leading edge angle (αk2) of the diffuser blade provided on the fixed side of the wall member at the same radial position. It is preferable to set a smaller value (αk1 <αk2), whereby an average blade leading edge angle in a state where two blades overlap each other can be reduced.

上記の発明において、前記壁面部材の回動側に設けられるディフューザ翼の翼前縁角度(αk1)は、同一半径位置において前記壁面部材の固定側に設けられるディフューザ翼の翼前縁角度(αk2)より大きく(αk1>αk2)設定されていることが好ましく、これにより、2枚の翼が重なり合った状態における平均的な翼前縁角度を増加させることができる。   In the above invention, the blade leading edge angle (αk1) of the diffuser blade provided on the rotating side of the wall member is the blade leading edge angle (αk2) of the diffuser blade provided on the fixed side of the wall member at the same radial position. It is preferable to set a larger value (αk1> αk2), whereby an average blade leading edge angle in a state where two blades overlap each other can be increased.

上記の発明において、前記壁面部材の固定側に設けられるディフューザ翼は小弦節比翼であることが好ましく、これにより、小弦節比翼の特性を維持しながら小流量時の特性を向上させることができる。
この場合、前記壁面部材の回動側に設けられるディフューザ翼の後縁半径(R3)は、前記壁面部材の固定側に設けられるディフューザ翼の後縁半径(R4)より大きく(R3>R4)設定されていることが好ましく、これにより、流量範囲のワイドレンジ化と高圧力比とを同時に達成することができる。
In the above invention, the diffuser blade provided on the fixed side of the wall member is preferably a small chord specific blade, thereby improving characteristics at a small flow rate while maintaining the characteristics of the small chord specific blade. it can.
In this case, the trailing edge radius (R3) of the diffuser blade provided on the rotating side of the wall member is set larger than the trailing edge radius (R4) of the diffuser blade provided on the fixed side of the wall member (R3> R4). It is preferable that a wide flow range and a high pressure ratio can be achieved at the same time.

上記の発明においては、固定側と回動側ととの設定を逆にしてもよい。
すなわち、壁面部材の固定側に設けられるディフューザ翼の入口半径(R2)は、壁面部材の回動側に設けられるディフューザ翼の入口半径(R1)より大きく(R2>R1)設定してもよい。
また、壁面部材の固定側に設けられるディフューザ翼の翼前縁角度(αk2)は、同一半径位置において壁面部材の回動側に設けられるディフューザ翼の翼前縁角度(αk1)より小さく(αk2<αk1)設定してもよい。
また、壁面部材の回動側に設けられるディフューザ翼を小弦節比翼としてもよい。
また、壁面部材の固定側に設けられるディフューザ翼の後縁半径(R4)は、壁面部材の回動側に設けられるディフューザ翼の後縁半径(R3)より大きく(R4>R3)設定してもよい。
In the above invention, the setting of the fixed side and the rotating side may be reversed.
That is, the inlet radius (R2) of the diffuser blade provided on the fixed side of the wall surface member may be set larger (R2> R1) than the inlet radius (R1) of the diffuser blade provided on the rotating side of the wall surface member.
Further, the blade leading edge angle (αk2) of the diffuser blade provided on the fixed side of the wall surface member is smaller than the blade leading edge angle (αk1) of the diffuser blade provided on the rotating side of the wall surface member at the same radial position (αk2 < αk1) may be set.
Further, the diffuser blade provided on the rotating side of the wall surface member may be a small chord joint specific blade.
Further, even if the trailing edge radius (R4) of the diffuser blade provided on the fixed side of the wall member is set larger than the trailing edge radius (R3) of the diffuser blade provided on the rotating side of the wall member (R4> R3). Good.

上記の発明において、前記駆動手段は、前記壁面部材の固定側に対し、前記壁面部材の回動側が隙間形成位置と隙間低減位置との間を往復移動する摺動機構部を備えていることが好ましく、これにより、隙間δを最小にして効率を向上させることができる。   In the above invention, the drive means may include a sliding mechanism portion in which the rotating side of the wall surface member reciprocates between a gap forming position and a gap reducing position with respect to the fixed side of the wall surface member. Preferably, this makes it possible to improve efficiency by minimizing the gap δ.

本発明に係る圧縮機は、ハウジング内で回転するインペラの外周端に請求項1から請求項9のいずれかに記載の可変ディフューザを備えていることを特徴とするものである。   The compressor which concerns on this invention is equipped with the variable diffuser in any one of Claim 1-9 in the outer peripheral end of the impeller which rotates within a housing, It is characterized by the above-mentioned.

このような圧縮機によれば、インシデンスが大きくなることや隙間δからの漏れによる効率低下を解消し、より一層効率を向上させることができる可変ディフューザを備えた圧縮機となる。   According to such a compressor, it becomes a compressor provided with the variable diffuser which can eliminate the decrease in efficiency due to an increase in the incidence and leakage from the gap δ, and can further improve the efficiency.

上述した本発明によれば、可動側の翼前縁角度を変動させることなくスロート面積を変化させることができるので、インシデンスの増大による効率低下を解消することができ、従って、より一層効率が向上した可変ディフューザ及びこの可変ディフューザを備えた圧縮機を提供することができる。
また、ディフューザ翼とハブ側壁面及びシュラウド側壁面との間に形成される隙間δがいずれか一方の面のみになって減少するので、隙間δからの漏れによる効率低下を解消することも可能になる。
According to the above-described present invention, since the throat area can be changed without changing the blade leading edge angle on the movable side, it is possible to eliminate the decrease in efficiency due to the increase in the incidence, and therefore the efficiency is further improved. Thus, a variable diffuser and a compressor including the variable diffuser can be provided.
In addition, since the gap δ formed between the diffuser blade, the hub side wall surface, and the shroud side wall surface is reduced to only one of the surfaces, it is possible to eliminate the decrease in efficiency due to leakage from the gap δ. Become.

以下、本発明に係る可変ディフューザ及び圧縮機の一実施形態を図面に基づいて説明する。
<第1の実施形態>
図1に示す可変ディフューザ30は、たとえば遠心圧縮機や斜流圧縮機等のハウジング内で回転するインペラの外周端から吐出される気流を減速することにより、気流の動圧を静圧に回復させるものである。この可変ディフューザ30は、対向するシュラウド側壁面31aとハブ側壁面32aとの間にディフューザ通路33が形成されるとともに、ディフューザ通路33内に可動ディフューザ翼(以下、「可動翼」と呼ぶ)34及び固定ディフューザ翼(以下、「固定翼」と呼ぶ)35が設けられている。
なお、ここではシュラウド側壁面31aに可動翼34を設けて可動とするが、ハブ側壁面32aに可動翼34を設けて可動としてもよい。
Hereinafter, an embodiment of a variable diffuser and a compressor according to the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
The variable diffuser 30 shown in FIG. 1 restores the dynamic pressure of the airflow to a static pressure by decelerating the airflow discharged from the outer peripheral end of an impeller that rotates in a housing such as a centrifugal compressor or a mixed flow compressor. Is. The variable diffuser 30 has a diffuser passage 33 formed between the shroud side wall surface 31a and the hub side wall surface 32a facing each other, and a movable diffuser blade (hereinafter referred to as a “movable blade”) 34 and the diffuser passage 33. A fixed diffuser blade (hereinafter referred to as “fixed blade”) 35 is provided.
Although the movable blades 34 are provided on the shroud side wall surface 31a to be movable here, the movable blades 34 may be provided on the hub side wall surface 32a to be movable.

可動ディフューザ30の構成を具体的に説明すると、可動翼34がシュラウド側壁面31aを形成する可動円板(壁面部材)31に固定され、固定翼35がハブ側壁面32aを形成する固定円板(壁面部材)32に固定されている。可動翼34及び固定翼35は同じ翼形状とされ、シュラウド側壁面31a及びハブ側壁面32aに対し、各々同数の複数枚(翼枚数N)が円周方向へ所定のピッチで配置されている。
図1(a)は、対向する一対の可動円板31及び固定円板32が分離された状態を示している。この状態から、可動円板31及び固定円板32は、シュラウド側壁面31aの可動翼34とハブ側壁面32aの固定翼35とが、所定の基準位置において円周方向へ等ピッチで交互に配置されるように、図中に矢印で示す組合せ方向へスライドして一体化される。すなわち、可動円板31及び固定円板32が一体化された組立状態では、所定の基準位置において、可動翼31と固定翼32とが周方向へ交互に等ピッチで配列されている。なお、図1(b)の断面図は、可動円板31及び固定円板32を一体化して形成されるディフューザ通路33について、図1(a)のA−A断面を示したものである。
The configuration of the movable diffuser 30 will be specifically described. The movable blade 34 is fixed to a movable disk (wall surface member) 31 that forms a shroud side wall surface 31a, and the fixed blade 35 is a fixed disk (that forms a hub side wall surface 32a). (Wall member) 32 is fixed. The movable blade 34 and the fixed blade 35 have the same blade shape, and the same number of blades (blade number N) are arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction with respect to the shroud side wall surface 31a and the hub side wall surface 32a.
FIG. 1A shows a state where a pair of opposed movable disks 31 and fixed disks 32 are separated. From this state, the movable disk 31 and the fixed disk 32 are arranged such that the movable blades 34 of the shroud side wall surface 31a and the fixed blades 35 of the hub side wall surface 32a are alternately arranged at equal pitches in the circumferential direction at a predetermined reference position. As shown, it is integrated by sliding in a combination direction indicated by an arrow in the figure. That is, in the assembled state in which the movable disk 31 and the fixed disk 32 are integrated, the movable blades 31 and the fixed blades 32 are alternately arranged at equal pitches in the circumferential direction at a predetermined reference position. The cross-sectional view of FIG. 1B shows the AA cross section of FIG. 1A with respect to the diffuser passage 33 formed by integrating the movable disc 31 and the fixed disc 32.

可動円板31側には、可動円板31をインペラの回転と同軸の回動方向(図中に白抜矢印で示す)において、所定の回動範囲θを回動させるための駆動装置40が設けられている。この駆動装置40は、たとえば可動円板31の上端部に設けたギア駆動部41と、下端部に設けた摺動機構部45とにより構成されている。この場合の回動範囲θは、可動翼31及び固定翼32が上述した所定の基準位置で周方向へ交互に配列されているピッチと比較して、翼の厚さ分の差は生じるものの実質的に略2倍となる。換言すれば、可動範囲θは、隣接する固定翼35の翼間全幅となる。   On the movable disk 31 side, there is a drive device 40 for rotating the movable disk 31 in a predetermined rotation range θ in a rotation direction coaxial with the rotation of the impeller (indicated by a white arrow in the figure). Is provided. The drive device 40 is configured by, for example, a gear drive unit 41 provided at the upper end portion of the movable disk 31 and a sliding mechanism portion 45 provided at the lower end portion. In this case, the rotation range θ is substantially different from the pitch in which the movable blade 31 and the fixed blade 32 are alternately arranged in the circumferential direction at the predetermined reference position described above, although a difference corresponding to the thickness of the blade occurs. About twice as much. In other words, the movable range θ is the full width between adjacent blades of the fixed blade 35.

ギア駆動部41は、可動円板31の上端面に形成したラックギア部42とピニオンギア43とを噛合させた構成とされる。なお、ピニオンギア43は、電動機(不図示)等の駆動源に連結されており、必要に応じて所望の方向へ回動可能とされる。
摺動機構部45は、ハウジング11に対して可動円板31が周方向へ摺動可能に連結されている部分である。図示の例では、ハウジング11に形成した凸状のガイドレール46と、可動円板31の下端面に形成した凹溝部47とを嵌合させ、可動円板31がガイドレール46に沿って摺動するように構成されている。このような摺動機構部45は、ディフューザ通路33の出口で静圧を回復した高圧の気流が、可動円板31の背面からディフューザ通路33の入口側へ漏出しないようにするため、ガイドレール46と凹溝部47との間に図示しない漏れ止め対策が施されている。
The gear drive unit 41 has a configuration in which a rack gear unit 42 formed on the upper end surface of the movable disk 31 and a pinion gear 43 are engaged with each other. The pinion gear 43 is connected to a drive source such as an electric motor (not shown) and can be rotated in a desired direction as necessary.
The sliding mechanism 45 is a portion where the movable disk 31 is connected to the housing 11 so as to be slidable in the circumferential direction. In the illustrated example, the convex guide rail 46 formed on the housing 11 and the concave groove portion 47 formed on the lower end surface of the movable disk 31 are fitted, and the movable disk 31 slides along the guide rail 46. Is configured to do. Such a sliding mechanism 45 prevents the high-pressure airflow that has recovered static pressure at the outlet of the diffuser passage 33 from leaking from the back surface of the movable disc 31 to the inlet side of the diffuser passage 33. A leakage prevention measure (not shown) is provided between the groove portion 47 and the concave groove portion 47.

この結果、可動円板31は、ギア駆動部41のピニオンギア43を回動させることにより、摺動機構部45に導かれてインペラの回転軸と同軸に回動するので、不動の固定円板32に対して相対的に移動する。そして、可動円板31と一体の可動翼34は、基準位置から周方向両側へ可動範囲θの範囲内で移動する。すなわち、可動翼34は、等ピッチで配列された基準位置から回動することにより隣接する両側の固定翼35へ向けて移動し、図1(b)に想像線で示すように、可動翼34の圧力面が隣接する固定翼35の負圧面に接する位置から、可動翼34の負圧面が隣接する固定翼35の圧力面に重なるように接する位置まで、翼の角度を変更することなしに、可動範囲θの範囲で回動可能となる。   As a result, the movable disk 31 is guided to the sliding mechanism section 45 by rotating the pinion gear 43 of the gear drive section 41 and rotates coaxially with the rotation shaft of the impeller. It moves relative to 32. Then, the movable blade 34 integrated with the movable disk 31 moves from the reference position to both sides in the circumferential direction within the movable range θ. That is, the movable blades 34 move toward the fixed blades 35 on both sides by rotating from the reference positions arranged at an equal pitch, and as shown by the imaginary lines in FIG. Without changing the blade angle from the position where the pressure surface of the movable blade 34 contacts the pressure surface of the adjacent fixed blade 35 to the position where the negative pressure surface of the movable blade 34 overlaps the pressure surface of the adjacent fixed blade 35, It can be rotated within the movable range θ.

可動翼34の可動範囲θについて、図2に基づいてより具体的に説明する。
図2(a)は、可動翼34が基準位置にある場合を示している。この状態において、同じ翼形状とした可動翼34及び固定翼35は、各々同数(N枚)が周方向へ等ピッチに配置されている。この状態では、可動翼34の両側に隣接している固定翼35との翼間に形成されるスロートA11及びA12が等しくなる。このため、可変ディフューザ30のスロート面積は、可動翼34の両側に形成されるスロートの合計値(A11+A12)に可動翼34の枚数Nを掛け合わせた値となる。
The movable range θ of the movable blade 34 will be described more specifically with reference to FIG.
FIG. 2A shows a case where the movable blade 34 is at the reference position. In this state, the same number (N) of movable blades 34 and fixed blades 35 having the same blade shape are arranged at equal pitches in the circumferential direction. In this state, the throats A11 and A12 formed between the blades of the movable blade 34 and the fixed blade 35 adjacent to both sides are equal. For this reason, the throat area of the variable diffuser 30 is a value obtained by multiplying the total number of throats (A11 + A12) formed on both sides of the movable blade 34 by the number N of movable blades 34.

図2(b)は、可動翼34が固定翼35の圧力面に接した状態を示している。この状態では、翼どうしがどこかで接しているので、スロートA12が略0になるとともに、スロートA11が最大(A11max )となる。そして、このような最大のスロートは、上述した基準位置におけるスロートの合計値より大きくなるので(A11max
>A11+A12)、スロート面積は1.2〜1.3倍程度に増加する。以下の説明では、このようにスロート面積が最大となる状態をスロート最大位置と呼ぶ。
なお、可動翼34が基準位置から逆向きに回転した場合についても、両翼がどこかで接することに変わりはないため、同様の結果となる。
FIG. 2B shows a state where the movable blade 34 is in contact with the pressure surface of the fixed blade 35. In this state, since the blades are in contact with each other, the throat A12 becomes substantially zero and the throat A11 becomes the maximum (A11max). Such a maximum throat is larger than the total throat value at the reference position described above (A11max
> A11 + A12), the throat area increases to about 1.2 to 1.3 times. In the following description, the state where the throat area is maximized is referred to as the throat maximum position.
Even when the movable blade 34 rotates in the opposite direction from the reference position, the same result is obtained because both blades are in contact with each other.

図2(c)は、可動翼34が図2(a)と図2(b)との中間位置にある場合を示している。この状態のスロート面積は、基準位置とスロート最大位置との略中間値となる。従って、可動翼34を可動範囲θの範囲で回動させることにより、スロート面積を基準値の1.2〜1.3倍程度の範囲内で適宜変化させることができる。   FIG. 2 (c) shows a case where the movable blade 34 is at an intermediate position between FIG. 2 (a) and FIG. 2 (b). The throat area in this state is a substantially intermediate value between the reference position and the maximum throat position. Therefore, the throat area can be appropriately changed within the range of about 1.2 to 1.3 times the reference value by rotating the movable blade 34 within the movable range θ.

上述した構成の可変ディフューザ30は、可動翼34及び固定翼35よりなるディフューザ翼の枚数が、実質的にN枚から2N枚まで2倍に変化する。すなわち、可動円板31にN枚の可動翼34を取り付け、かつ、固定円板32にN枚の固定翼35を取り付けた場合、可動翼34及び固定翼35が互いに離間した状態では2N枚のディフューザ翼が存在する。しかし、隣接する可動翼34及び固定翼35が互いに接した状態では、気流は実質的にN枚のディフューザ翼間を流れることとなる。
この結果、スロート面積の変化により、圧縮機特性の流量が変化する。すなわち、スロート面積が1.2〜1.3倍程度に増加するので、図19に示したチョーク流量Qcを20〜30%程度変化させて流量範囲を広げることができる。
In the variable diffuser 30 having the above-described configuration, the number of diffuser blades composed of the movable blade 34 and the fixed blade 35 is substantially doubled from N to 2N. That is, when N movable wings 34 are attached to the movable disc 31 and N fixed wings 35 are attached to the stationary disc 32, 2N pieces of the movable wing 34 and the fixed wing 35 are separated from each other. There are diffuser wings. However, in the state where the adjacent movable blade 34 and the fixed blade 35 are in contact with each other, the airflow substantially flows between the N diffuser blades.
As a result, the flow rate of the compressor characteristics changes due to the change in the throat area. That is, since the throat area increases about 1.2 to 1.3 times, the flow rate range can be expanded by changing the choke flow rate Qc shown in FIG. 19 by about 20 to 30%.

また、固定翼35はもとより、可動翼34の翼前縁角度(翼角)βも常に一定であるから、ベーン19の回動により翼角βが変化する従来の可変ディフューザと比較すると、図21に二点鎖線で示すように、インシデンスの変化は極めて小さなものとなる。従って、この可変ディフューザ30を備えた圧縮機は、インシデンスが大きくなると増大する損失を低減できるので、従来より効率を向上させることができる。
また、可動翼34及び固定翼35の一端がディフューザ通路33を形成する壁面に固定されているので、翼幅方向の一方のみに隙間δが形成されることとなる。従って、ベーン19を回動させる従来構造と比較して、隙間δの面積を半減させることができるため、気流の漏れによる損失を半減して効率を向上させることができる。
Further, since the blade leading edge angle (blade angle) β of the movable blade 34 as well as the fixed blade 35 is always constant, as compared with a conventional variable diffuser in which the blade angle β changes as the vane 19 rotates, FIG. As shown by the two-dot chain line, the change in the incidence is extremely small. Therefore, the compressor provided with the variable diffuser 30 can reduce the loss that increases as the incidence increases, so that the efficiency can be improved as compared with the conventional case.
Further, since one end of the movable blade 34 and the fixed blade 35 is fixed to the wall surface forming the diffuser passage 33, the gap δ is formed only on one side in the blade width direction. Therefore, the area of the gap δ can be halved as compared with the conventional structure in which the vane 19 is rotated, so that the loss due to airflow leakage can be halved and the efficiency can be improved.

<第2の実施形態>
続いて、本発明の第2の実施形態を図3に基づいて説明する。
この実施形態の可動翼34Aは、入口半径R1を固定翼35の入口半径R2より大きく設定したものである。すなわち、可動翼34Aの入口半径R1は、可動翼34Aが隣接する固定翼35の中間位置にある場合、隣接する固定翼35どうしで形成される翼間のスロートA2に対して、可動翼34Aの翼前縁が上流側となるように設定されている。図示の例では、スロートA2と半径R1との交点Xに対して、可動翼34Aの前縁がスロートA2の上流にある範囲でのみスロート面積が変化する。
<Second Embodiment>
Subsequently, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the movable blade 34A of this embodiment, the entrance radius R1 is set larger than the entrance radius R2 of the fixed blade 35. That is, the entrance radius R1 of the movable blade 34A is such that the movable blade 34A has a throat A2 between the blades formed between the adjacent fixed blades 35 when the movable blade 34A is at an intermediate position between the adjacent fixed blades 35. The blade leading edge is set to be upstream. In the illustrated example, the throat area changes only in a range where the leading edge of the movable blade 34A is upstream of the throat A2 with respect to the intersection X between the throat A2 and the radius R1.

以下、図面に基づいて具体的に説明する。
図3(a)に示すように、可動翼34Aが固定翼35の略中央に位置する場合、スロート面積は最小になる。
図3(b)に示すように、可動翼34Aの前縁がスロートA2の上流に位置する場合、スロートA11とスロートA12との合計値(A11+A12)は次第に増加する。
図3(c)に示すように、可動翼34Aの前縁がスロートA2の下流に位置すると、スロート面積はスロートA2に翼枚数Nを掛け合わせた値となり、可動翼34Aを回転させてもスロートが最大のA2に達して増加しなくなる。
Hereinafter, it demonstrates concretely based on drawing.
As shown in FIG. 3A, when the movable wing 34A is positioned substantially at the center of the fixed wing 35, the throat area is minimized.
As shown in FIG. 3B, when the leading edge of the movable blade 34A is positioned upstream of the throat A2, the total value (A11 + A12) of the throat A11 and the throat A12 gradually increases.
As shown in FIG. 3C, when the leading edge of the movable blade 34A is located downstream of the throat A2, the throat area becomes a value obtained by multiplying the throat A2 by the number N of blades, and the throat even if the movable blade 34A is rotated. Reaches the maximum A2 and does not increase.

ところで、上述した図2(b)の状態においては、可動翼34及び固定翼35の翼先端が有限の間隔をもって互いに重なり合い、ディフューザ翼前縁の翼厚が厚くなった状態となる。このような翼厚の増大は、スロート面積を最大限まで増加させる障害となるだけでなく、翼前縁の損失を増加させる。
しかし、図3(c)に示す状態では、可動翼34Aの前縁が固定翼35の前縁の下流に位置している。従って、図2(b)に示す状態と比較すると、スロートの大きさは、A2>A11max となる。このように、入口半径R1を入口半径R2より大きく(R1>R2)設定すると、スロート面積の可動範囲は最大値が大きくなる。
また、図3(c)に示す状態では、翼前縁は実質的に固定翼35の枚数分に半減するので、翼前縁の損失が減少する。
By the way, in the state of FIG. 2B described above, the blade tips of the movable blade 34 and the fixed blade 35 overlap each other with a finite interval, and the blade thickness of the leading edge of the diffuser blade is increased. Such an increase in blade thickness is not only an obstacle to maximizing the throat area, but also increases the loss of the blade leading edge.
However, in the state shown in FIG. 3C, the leading edge of the movable blade 34 </ b> A is located downstream of the leading edge of the fixed blade 35. Therefore, compared with the state shown in FIG. 2B, the size of the throat is A2> A11max. Thus, when the entrance radius R1 is set larger than the entrance radius R2 (R1> R2), the maximum value of the movable range of the throat area becomes large.
Further, in the state shown in FIG. 3C, the blade leading edge is substantially halved to the number of the fixed blades 35, so that the blade leading edge loss is reduced.

<第3の実施形態>
続いて、本発明の第3の実施形態を図4及び図5に基づいて説明する。
この実施形態の可動翼34Bは、同一半径位置において、翼前縁角度(翼角)αk1を固定翼35の翼角αk2よりも小さく設定し、可動翼34Bを固定翼35の中間から固定翼35の負圧面に向かって駆動する。
このような構成とすれば、スロートA12の最大値はスロートA2と比較して小さくなるが、2枚の翼を重ね合わせた状態では、平均的な翼角αk
を減少させることができる。
<Third Embodiment>
Subsequently, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the movable blade 34B of this embodiment, at the same radial position, the blade leading edge angle (blade angle) αk1 is set smaller than the blade angle αk2 of the fixed blade 35, and the movable blade 34B is moved from the middle of the fixed blade 35 to the fixed blade 35. Drive toward the negative pressure surface.
With such a configuration, the maximum value of the throat A12 is smaller than that of the throat A2, but when the two blades are overlapped, the average blade angle αk
Can be reduced.

この結果、圧縮機の特性は、図5に示すように、最大角度における流れ角度αが小さくなり、実線表示と破線表示との比較から、流量が少ないときの性能が向上していることが分かる。また、中間角度においても、実線表示と点線表示との比較から、流れ角度αが小さい小流量時の性能も、最大角度時ほどではないものの向上していることが分かる。
すなわち、翼角αk をαk1<αk2とする設定は、流れ角度αが小さい小流量時の性能を重視したものとなり、最大角度時及び中間角度時において、小流量領域における圧力比を向上させる性能改善が得られる。
As a result, as shown in FIG. 5, the characteristic of the compressor is that the flow angle α at the maximum angle is small, and the comparison between the solid line display and the broken line display shows that the performance when the flow rate is small is improved. . In addition, from the comparison between the solid line display and the dotted line display at the intermediate angle, it can be seen that the performance at a small flow rate where the flow angle α is small is improved although not as high as at the maximum angle.
In other words, setting the blade angle αk to αk1 <αk2 places importance on the performance at a small flow rate with a small flow angle α, and the performance improvement that improves the pressure ratio in the small flow rate region at the maximum angle and intermediate angle Is obtained.

<第4の実施形態>
続いて、本発明の第4の実施形態を図6及び図7に基づいて説明する。
この実施形態の可動翼34Cは、同一半径位置において、翼前縁角度(翼角)αk1を固定翼35の翼角αk2より大きく設定し、可動翼34Cを固定翼35の中間から固定翼35の圧力面に向かって駆動する。
このような構成とすれば、上述した第2の実施形態と同様に、スロートはA2が最大値となる。一方、チョーク流量Qcは、ディフューザ入口の流れ角度αがスロートA2に略直角に流れるため、固定翼35の圧力面角度に対してもさらに大きい角度になる。このため、負のインシデンスが大きくなり、損失が大きく実質的なチョーク流量を低減させる原因となる。
<Fourth Embodiment>
Subsequently, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the movable blade 34C of this embodiment, at the same radial position, the blade leading edge angle (blade angle) αk1 is set larger than the blade angle αk2 of the fixed blade 35, and the movable blade 34C is moved from the middle of the fixed blade 35 to the fixed blade 35. Drive towards the pressure surface.
With such a configuration, as in the second embodiment described above, A2 is the maximum value for the throat. On the other hand, the choke flow rate Qc is larger than the pressure surface angle of the fixed vane 35 because the flow angle α at the diffuser inlet flows substantially perpendicular to the throat A2. For this reason, negative incidence is increased, loss is large, and a substantial choke flow rate is reduced.

しかし、この実施形態では、可動翼34C及び固定翼35が接して2枚の翼が合わさった状態では、平均的な翼角αk を増加させることができる。
この結果、圧縮機の特性は、図7に示すように、最大角度で流れ角度αが大きい大流量時において、実線表示と破線表示との比較から、圧力比の上昇により性能が向上していることが分かる。また、中間角度においても、実線表示と点線表示との比較から、流れ角度αが大きい大流量時の性能も、最大角度時ほどではないものの、向上していることが分かる。
すなわち、翼角αk をαk1>αk2とする設定は、流れ角度αが大きい大流量時の性能を重視したものとなり、最大角度時及び中間角度時において、大流量領域における圧力比を向上させる性能改善が得られる。
However, in this embodiment, when the movable blade 34C and the fixed blade 35 are in contact with each other and the two blades are combined, the average blade angle αk can be increased.
As a result, as shown in FIG. 7, the performance of the compressor is improved by increasing the pressure ratio at a maximum flow rate when the flow angle α is large and the flow rate α is large, comparing the solid line display and the broken line display. I understand that. Further, from the comparison between the solid line display and the dotted line display at the intermediate angle, it can be seen that the performance at a large flow rate with a large flow angle α is improved, although not as high as at the maximum angle.
In other words, setting the blade angle αk to αk1> αk2 places importance on the performance at a large flow rate where the flow angle α is large, and the performance improvement that improves the pressure ratio in the large flow rate region at the maximum angle and intermediate angle Is obtained.

<第5の実施形態>
続いて、本発明の第5の実施形態を図8から図10に基づいて説明する。
ベーンドディフューザにおいては、隣接する翼との間に翼負圧面から直角方向に最短距離が形成されていないもの、換言すればスロートができないものを「小弦節比ディフューザ」と呼んで一般に認識されている。この小弦節比ディフューザは、次のような特徴を有している。
<Fifth Embodiment>
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In vane diffusers, those that do not have the shortest distance in the direction perpendicular to the blade suction surface between adjacent blades, in other words, those that cannot be throated, are called `` small string ratio diffusers '' and are generally recognized. ing. This small string ratio diffuser has the following characteristics.

ベーンレスディフューザは、サージ流量Qsが小さく、しかもチョーク流量Qcが大きいため、流量範囲が広い反面効率は低いという特徴を有している。
一方、ベーンドディフューザは、サージ流量Qsが大きく、しかもチョーク流量Qcがサージ流量Qsより10〜20%程度大きいだけであるから、流量範囲は狭いものの効率は高いという特徴を有している。
これに対し、小弦節比ディフューザは、スロートができないため、チョーク流量Qcはベーンドディフューザより大きく、サージ流量Qsはベーンドディフューザより大きくなる。従って、小弦節比ディフューザは、ベーンレスディフューザより効率が高くなるという特徴を有している。なお、小弦節比ディフューザにおいて、スロートが形成されない可動翼は「小弦節比翼」と呼ばれている。
The vaneless diffuser has a feature that the flow rate is wide but the efficiency is low because the surge flow rate Qs is small and the choke flow rate Qc is large.
On the other hand, the vane diffuser has a feature that the surge flow rate Qs is large and the choke flow rate Qc is only about 10 to 20% larger than the surge flow rate Qs, so that the flow rate is narrow but the efficiency is high.
On the other hand, since the chord ratio diffuser cannot throat, the choke flow rate Qc is larger than the vane diffuser and the surge flow rate Qs is larger than the vane diffuser. Therefore, the low chord ratio diffuser is characterized by higher efficiency than the vaneless diffuser. In the small chord ratio diffuser, the movable wing in which the throat is not formed is referred to as a “small chord ratio wing”.

図10は、ディフューザの特性として、ベーンドディフューザ及び小弦節比ディフューザについて圧力回復率と翼枚数との関係を示したものである。
通常のベーンドディフューザは、翼枚数を変化させると、図中に実線で示すように、翼枚数が10枚前後から小翼枚数になると圧力回復率が急速に低下し、極限として0枚の場合はベーンレスディフューザに一致する。
一方、小弦節比ディフューザでは、翼自体の大きさが通常のベーンドディフューザより小さいものを使用するので、図中に一点鎖線で示すように、翼枚数を大きくしても通常のベーンドディフューザまで圧力回復率が高くなることはない。
FIG. 10 shows the relationship between the pressure recovery rate and the number of blades for the vaned diffuser and the low chord ratio diffuser as the characteristics of the diffuser.
When the number of blades is changed, the normal vaned diffuser has a rapid decrease in pressure recovery rate when the number of blades decreases from around 10 to the number of small blades, as shown by the solid line in the figure. Matches the vaneless diffuser.
On the other hand, the small chord ratio diffuser uses a blade whose size is smaller than that of a normal vane diffuser. Therefore, as shown by the alternate long and short dash line in the figure, even if the number of blades is increased, the normal vane diffuser is used. Until the pressure recovery rate does not increase.

そこで、第5の実施形態では、図8に示すように、固定翼35の枚数が十分に小さくスロートを形成できない小弦節比翼を備えている小弦節比ディフューザにおいて、仮想のスロートA2を設定し、上述した第2の実施形態を適用する。
すなわち、この実施形態の可動翼34Dは、入口半径R1を固定翼35の入口半径R2より大きく設定したものである。従って、可動翼34Dの入口半径R1は、可動翼34Dが隣接する固定翼35の中間位置にある場合、隣接する固定翼35どうしで形成される翼間に仮想したスロートA2に対して、可動翼34Dの翼前縁が上流側となるように設定されている。
Therefore, in the fifth embodiment, as shown in FIG. 8, the hypothetical throat A2 is set in the small chord joint ratio diffuser having the small chord joint ratio wings that have a sufficiently small number of the fixed wings 35 and cannot form the throat. Then, the second embodiment described above is applied.
That is, the movable blade 34 </ b> D of this embodiment is configured such that the inlet radius R <b> 1 is set larger than the inlet radius R <b> 2 of the fixed blade 35. Therefore, when the movable blade 34D is at an intermediate position between the adjacent fixed blades 35, the inlet radius R1 of the movable blade 34D is less than that of the throat A2 hypothesized between the blades formed by the adjacent fixed blades 35. 34D blade leading edge is set to be upstream.

このような構成とすれば、可動翼34Dと固定翼35とが重なった場合は小弦節比翼N枚と同様の圧力回復率を示し、両翼が等間隔に設置された場合には、翼枚数が2N枚となるため圧力回復率は高くなる。従って、この実施形態の構成を採用すれば、小弦節比ディフューザの特性を維持しながら、小流量時に可動翼34D及び固定翼35を等間隔に設定して性能を向上させることができる。   With such a configuration, when the movable wing 34D and the fixed wing 35 overlap each other, the pressure recovery rate is the same as that of the N chord node specific wings, and when both wings are installed at equal intervals, the number of wings Since there are 2N sheets, the pressure recovery rate is high. Therefore, by adopting the configuration of this embodiment, the performance can be improved by setting the movable blade 34D and the fixed blade 35 at equal intervals when the flow rate is small, while maintaining the characteristics of the low chord ratio diffuser.

次に、本実施形態の変形例を図9に示して説明する。この変形例は、図8に示す実施形態と同様に固定翼35を小弦節比翼とし、さらに、可動翼34Eの後縁半径R3を固定翼35の後縁半径R4より大きく設定したものである。
このような構成とすれば、次のような特性が得られる。すなわち、図9(a)に示すように、可動翼34E及び固定翼35が分離して2N枚の翼枚数となる場合には、可動翼34Eの翼面積が小弦節比ディフューザより大きくなるので、圧力回復率は上昇する。
また、可動翼34Eが図9(b)に示す位置にある場合には、スロートが形成されないワイドレンジの特性を示す。
そして、可動翼34Eが図9(c)に示す位置にある場合には、翼枚数をN枚とした通常のベーンドディフューザと同様の高い圧力回復率を示す。
Next, a modification of the present embodiment will be described with reference to FIG. In this modification, the fixed wing 35 is a small chord ratio blade as in the embodiment shown in FIG. 8, and the trailing edge radius R3 of the movable wing 34E is set larger than the trailing edge radius R4 of the fixed wing 35. .
With such a configuration, the following characteristics can be obtained. That is, as shown in FIG. 9A, when the movable wing 34E and the fixed wing 35 are separated and the number of blades is 2N, the wing area of the movable wing 34E is larger than the small chord joint ratio diffuser. The pressure recovery rate will increase.
Further, when the movable blade 34E is at the position shown in FIG. 9B, a wide range characteristic in which a throat is not formed is shown.
When the movable blade 34E is located at the position shown in FIG. 9C, a high pressure recovery rate similar to that of a normal vane diffuser with N blades is shown.

このため、可動翼34Eが実質スロートよりも固定翼35の圧力面側にあるときは、固定翼35が小弦節比翼として機能するため、チョーク流量Qc及びサージ流量Qsで規定される流量範囲が拡大されるワイドレンジ化を維持しながら、可動翼34Eにより圧力上昇を増すという作用が得られる。従って、この実施形態の構成を採用すれば、小弦節比ディフューザの特性を維持しながら、小流量時に可動翼34E及び固定翼35を等間隔に設定して性能を向上させることができるので、ワイドレンジ化(流量範囲の拡大)及び高圧力比を同時に達成することができる。   For this reason, when the movable blade 34E is on the pressure surface side of the fixed blade 35 with respect to the substantial throat, the fixed blade 35 functions as a small chord joint blade, and therefore the flow rate range defined by the choke flow rate Qc and the surge flow rate Qs is While maintaining the expanded wide range, the movable blade 34E can increase the pressure. Therefore, if the configuration of this embodiment is adopted, the performance can be improved by setting the movable blade 34E and the fixed blade 35 at equal intervals when the flow rate is small, while maintaining the characteristics of the low chord ratio diffuser. Wide range (expansion of flow range) and high pressure ratio can be achieved at the same time.

<第6の実施形態>
続いて、本発明の第6の実施形態を図11から図16に基づいて説明する。
この実施形態は、可動円板31を回動させる駆動装置40の摺動機構部45に関するものであり、特に、固定円板32の壁面と可動翼34との隙間δを低減するために好適な構造に関する。
図11に示す駆動装置40Aは、ハウジング11に形成したガイド溝48と、可動円板31の下端部に設けた凸状部49とにより構成された摺動機構部45Aを備えている。
<Sixth Embodiment>
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
This embodiment relates to the sliding mechanism portion 45 of the driving device 40 that rotates the movable disk 31 and is particularly suitable for reducing the gap δ between the wall surface of the fixed disk 32 and the movable blade 34. Concerning structure.
A drive device 40A shown in FIG. 11 includes a sliding mechanism 45A configured by a guide groove 48 formed in the housing 11 and a convex portion 49 provided at the lower end of the movable disk 31.

ガイド溝48の一側面には、円弧形状(半径R)の凹凸を形成したガイド面48aが設けられている。同様に、凸状部49側にも、ガイド面48aと対向する側面に対して、同じ円弧形状(半径R)の凹凸を形成した摺動面49aが設けられている。この摺動面49aはガイド面48aと接しており、可動円板31が回動することにより、双方に形成された円弧状の凹凸接触位置が周方向へ移動する。
また、ハウジング11には、ディフューザ通路33側から見て可動円板31の外周側となる面に接してシール機能を発揮するシール部材50が取り付けられている。このシール部材50は、ディフューザ通路33を流れる気流が摺動機構部45Aを通過して漏出することを防止するものである。
On one side surface of the guide groove 48, there is provided a guide surface 48a having an arcuate shape (radius R). Similarly, on the convex portion 49 side, there is also provided a sliding surface 49a in which concaves and convexes having the same arc shape (radius R) are formed on the side surface facing the guide surface 48a. The sliding surface 49a is in contact with the guide surface 48a, and when the movable disk 31 is rotated, the arc-shaped uneven contact positions formed on both sides move in the circumferential direction.
In addition, a seal member 50 is attached to the housing 11 so as to be in contact with a surface on the outer peripheral side of the movable disc 31 when viewed from the diffuser passage 33 side and exhibit a sealing function. The seal member 50 prevents the airflow flowing through the diffuser passage 33 from leaking through the sliding mechanism portion 45A.

このような構成とすれば、可動円板31は、ガイド面48aと摺動面49aとの凹凸接触位置に応じて固定円板32に接近する方向または離間する方向に移動し、固定円板32との面間距離を変化させる。以下、この面間距離変化について、図12及び図13を参照して具体的に説明する。
可動円板31は、可動円板31側が回動することにより、固定側のガイド面48aに形成された凸部と摺動面49aに形成された凸部とが接触する隙間形成位置(図12(a)に破線で表示)と、ガイド面48aの凹凸及び摺動面49aの凹凸が互いに噛合するように接触する隙間低減位置(図12(a)に実線で表示)との間を、円弧の半径R方向に往復移動する。
With such a configuration, the movable disk 31 moves in a direction toward or away from the fixed disk 32 in accordance with the uneven contact position between the guide surface 48a and the sliding surface 49a. The distance between the surfaces is changed. Hereinafter, the change in the inter-surface distance will be specifically described with reference to FIGS. 12 and 13.
The movable disc 31 is rotated at the movable disc 31 side so that a convex portion formed on the stationary guide surface 48a and a convex portion formed on the sliding surface 49a come into contact with each other (FIG. 12). An arc between a gap reduction position (indicated by a solid line in FIG. 12A) where the unevenness of the guide surface 48a and the unevenness of the sliding surface 49a come into contact with each other is indicated. Reciprocally move in the radius R direction.

この結果、可動翼34の先端とハブ側壁面32aとの間に形成される隙間δは、図13に示すように、隙間形成位置における最大値(図中に一点鎖線で表示)から、隙間低減位置における最小値(図中に実線で表示)までの範囲内で変化する。
図12(b)は、可動円板31の可動範囲θに対応する隙間δの変化を示したものであり、隙間低減位置における最小隙間は、ガイド面48aの凹凸及び摺動面49aの凹凸を最適化することにより、ほとんどないに等しいδ≒0とすることができる。このため、隙間低減位置では隙間δを通る気流の漏れ量が減少するので、可変ディフューザを備えた圧縮機の効率を向上させることができる。
As a result, the gap δ formed between the tip of the movable blade 34 and the hub side wall surface 32a is reduced as shown in FIG. 13 from the maximum value (indicated by a one-dot chain line in the figure) at the gap forming position. It changes within the range up to the minimum value (indicated by a solid line in the figure) at the position.
FIG. 12B shows the change of the gap δ corresponding to the movable range θ of the movable disk 31. The minimum gap at the gap reduction position is the unevenness of the guide surface 48a and the unevenness of the sliding surface 49a. By optimization, δ≈0, which is almost none, can be obtained. For this reason, since the amount of airflow leakage through the gap δ decreases at the gap reduction position, the efficiency of the compressor provided with the variable diffuser can be improved.

また、上述した摺動機構部45Aは、ガイド面48aの凹凸及び摺動面49aの凹凸が噛み合う隙間低減位置を利用し、凹凸のピッチで段階的に回動させることが好ましい。
すなわち、可動翼34の位置が段階的に固定されるため、駆動装置40Aのガタや外部からの振動による翼位置の変動を防止できるようになり、圧縮機の特性を安定させることができる。
In addition, it is preferable that the above-described sliding mechanism portion 45A is rotated stepwise at a pitch of the unevenness using a gap reduction position where the unevenness of the guide surface 48a and the unevenness of the sliding surface 49a mesh.
That is, since the position of the movable blade 34 is fixed in a stepwise manner, it is possible to prevent the blade position from being fluctuated due to backlash of the drive device 40A or external vibration, and the characteristics of the compressor can be stabilized.

また、上述した可変ディフューザにおいては、たとえば図14に示すように、隙間δがない状態でも良好な摺動性が得られるように、可動翼34の翼間となるシュラウド側壁面31a及び固定翼35の翼間となるハブ側壁面32aを滑動面51を形成する。具体的には、両翼の翼間となる壁面に、たとえば4フッ化エチレンのようなフッ素樹脂等を塗布して滑動面を形成すればよい。
このような構成とすれば、可動円板31は、隙間δがなくてもスムーズな回動が可能となる。また、可動円板31の背面側からディフューザ出口圧力により押圧すれば、上述したガイド面48a及び摺動面49aのような凹凸がなくても、隙間δをなくして効率の向上を達成することができる。
In the above-described variable diffuser, for example, as shown in FIG. 14, the shroud side wall surface 31 a and the fixed blade 35 between the blades of the movable blade 34 are obtained so that good slidability can be obtained even without the gap δ. The sliding surface 51 is formed on the hub side wall surface 32a between the blades. Specifically, a sliding surface may be formed by applying, for example, a fluororesin such as tetrafluoroethylene to the wall surface between the blades.
With such a configuration, the movable disk 31 can be smoothly rotated without the gap δ. Further, if the diffuser outlet pressure is pressed from the back side of the movable disk 31, even if there are no irregularities such as the guide surface 48a and the sliding surface 49a described above, the clearance δ can be eliminated and an improvement in efficiency can be achieved. it can.

ところで、上述した説明では、ガイド面48a及び摺動面49aを円弧状としたが、たとえば図15に示す第1変形例のように、互いに同じ正弦波状の凹凸を有するガイド面48b及び摺動面49bとしてもよい。
あるいは、図16に示す第2変形例のように、固定側となるハウジング11にガイド溝48′を形成し、このガイド溝48′の適所に回動自在の回転リング52を必要数設置する構成としてもよい。この場合、可動円板31が回動すると、回転リング52に対して円弧状や正弦波状の摺動面49aが摺動するので、上述したガイド面48a,48bと同様に、隙間低減位置で隙間δをなくすことができる。
In the above description, the guide surface 48a and the sliding surface 49a are arcuate. However, as in the first modification shown in FIG. 15, for example, the guide surface 48b and the sliding surface having the same sinusoidal unevenness. 49b may be used.
Alternatively, as in the second modification shown in FIG. 16, a guide groove 48 'is formed in the housing 11 on the fixed side, and a necessary number of rotatable rings 52 are installed at appropriate positions in the guide groove 48'. It is good. In this case, when the movable disk 31 rotates, the arc-shaped or sinusoidal sliding surface 49a slides with respect to the rotating ring 52. Therefore, like the above-described guide surfaces 48a and 48b, the gap is reduced at the gap reduction position. δ can be eliminated.

また、上記の実施形態で説明した可動翼及び固定翼の設定については、固定側と回動側とを逆に設定してもよい。すなわち、固定翼の入口半径と可動翼の入口半径との大小を逆にしたり、固定翼の翼前縁角度と可動翼の翼前縁角度の大小を逆にしたり、固定翼及び可動翼で小弦節比翼とする翼を逆にしたり、さらに、固定翼の後縁半径と可動翼の後縁半径との大小を逆にしても、それぞれ同様の作用効果が得られる。   Moreover, about the setting of the movable wing | blade and fixed wing | blade demonstrated by said embodiment, you may set a fixed side and a rotation side reversely. In other words, the fixed wing inlet radius and the movable wing inlet radius are reversed, the fixed wing leading edge angle and the moving wing leading edge angle are reversed, or the fixed wing and moving wing are small. Similar effects can be obtained by reversing the wings of the chord joint specific wing or by reversing the size of the trailing edge radius of the fixed wing and the trailing edge radius of the movable wing.

このように、本発明の可変ディフューザ構造によれば、インシデンスの増大や隙間δからの漏れによる効率低下を解消し、より一層効率が向上した可変ディフューザを提供することができる。従ってこの可変ディフューザを備えた遠心圧縮機や斜流圧縮機等の圧縮機は、その性能をより一層向上させることができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
Thus, according to the variable diffuser structure of the present invention, it is possible to eliminate a decrease in efficiency due to an increase in incidence or leakage from the gap δ, and to provide a variable diffuser with further improved efficiency. Therefore, a compressor such as a centrifugal compressor or a mixed flow compressor provided with this variable diffuser can further improve its performance.
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably.

本発明のディフューザ及び圧縮機は、たとえばターボチャージャ、舶用過給機、航空用小型ガスタービン及び産業用の遠心圧縮機や斜流圧縮機に適用することができる。   The diffuser and the compressor of the present invention can be applied to, for example, a turbocharger, a marine supercharger, a small aviation gas turbine, and an industrial centrifugal compressor or mixed flow compressor.

本発明の可変ディフューザに係る第1の実施形態を示す図で、(a)は要部の分解斜視図、(b)は(a)のA−A断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows 1st Embodiment which concerns on the variable diffuser of this invention, (a) is a disassembled perspective view of the principal part, (b) is AA sectional drawing of (a). 図1に示した可変ディフューザの動作を示す図で、(a)はA11=A12に設定した場合、(b)は可動翼が固定翼の圧力面に接した状態、(c)は(a)と(b)との中間に設定した場合を示している。FIGS. 2A and 2B are views showing the operation of the variable diffuser shown in FIG. 1, in which FIG. 1A shows a state where A11 = A12, FIG. And the case where it is set in the middle of (b). 本発明の第2の実施形態に係る可変ディフューザの動作を示す図で、(a)は可動翼入口半径を固定翼に比べて大ききした場合、(b)は可動翼の前縁が交点Xの上流にあって回動した場合、(c)は可動翼の前縁が交点Xの下流にあって回動した場合を示している。FIGS. 8A and 8B are views showing the operation of the variable diffuser according to the second embodiment of the present invention, where FIG. 5A shows the case where the movable blade inlet radius is larger than that of the fixed blade, and FIG. (C) shows the case where the leading edge of the movable blade is downstream of the intersection point X and rotates. 本発明の第3の実施形態に係る可変ディフューザを示す図である。It is a figure which shows the variable diffuser which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 図4に示した可変ディフューザの特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the variable diffuser shown in FIG. 本発明の第4の実施形態に係る可変ディフューザを示す図である。It is a figure which shows the variable diffuser which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 図6に示した可変ディフューザの特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the variable diffuser shown in FIG. 本発明の第5の実施形態に係る可変ディフューザを示す図である。It is a figure which shows the variable diffuser which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 図8に示した第5の実施形態に係る可変ディフューザの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the variable diffuser which concerns on 5th Embodiment shown in FIG. ベーンドディフューザ及び小弦節比ディフューザについて、圧力回復率と翼枚数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a pressure recovery rate and the number of blades about a vane diffuser and a low chord joint ratio diffuser. 本発明の第6の実施形態に係る可変ディフューザを示す要部の斜視図である。It is a perspective view of the principal part which shows the variable diffuser which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 図11に示した摺動機構部の説明図であり、(a)はガイド面に対する摺動面の動作を示す図、(b)は可動円板の回動に伴って変化する隙間δを示す図である。FIG. 12 is an explanatory diagram of the sliding mechanism shown in FIG. 11, where (a) shows the operation of the sliding surface relative to the guide surface, and (b) shows the gap δ that changes as the movable disk rotates. FIG. 図11に示した摺動機構部により移動する可動円板及び可動翼の状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the movable disc and movable blade which are moved by the sliding mechanism part shown in FIG. 可動翼及び固定翼の翼間となる壁面に滑動面を設けた構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example which provided the sliding surface in the wall surface between the blades of a movable blade and a fixed blade. 図11に示した摺動機構部の第1変形例を示す図である。It is a figure which shows the 1st modification of the sliding mechanism part shown in FIG. 図11に示した摺動機構部の第2変形例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd modification of the sliding mechanism part shown in FIG. 従来の遠心圧縮機の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the conventional centrifugal compressor. 可変ディフューザの従来例を示す要部の斜視図である。It is a perspective view of the principal part which shows the prior art example of a variable diffuser. 図18に示した可変ディフューザの特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the variable diffuser shown in FIG. 図19に示した可変ディフューザの動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows operation | movement of the variable diffuser shown in FIG. インシデンス(In)と流れ角(β)及び翼角(βk)との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between incidence (In), a flow angle ((beta)), and a blade angle ((beta) k).

符号の説明Explanation of symbols

30 可変ディフューザ
31 可動円板
31a シュラウド側壁面
32 固定円板
32a ハブ側壁面
33 ディフューザ通路
34,34A〜E 可動ディフューザ翼(可動翼)
35 固定ディフューザ翼(固定翼)
40,40A 駆動装置
41 ギア駆動部
42 ラックギア部
43 ピニオンギア
45,45A 摺動機構部
46 ガイドレール
47 凹溝部
48 ガイド溝
48a ガイド面
49 凸状部
49a 摺動面
30 variable diffuser 31 movable disk 31a shroud side wall surface 32 fixed disk 32a hub side wall surface 33 diffuser passage 34, 34A-E movable diffuser blade (movable blade)
35 Fixed diffuser wing (fixed wing)
40, 40A Drive device 41 Gear drive portion 42 Rack gear portion 43 Pinion gear 45, 45A Sliding mechanism portion 46 Guide rail 47 Concave groove portion 48 Guide groove 48a Guide surface 49 Convex portion 49a Sliding surface

Claims (10)

ハウジング内で回転するインペラの外周端から吐出される気流を減速して動圧を静圧に回復させるディフューザ通路がハブ側壁面とシュラウド側壁面との間に形成され、前記ディフューザ通路にディフューザ翼が設けられている可変ディフューザにおいて、
前記ハブ側壁面及び前記シュラウド側壁面を形成する壁面部材に前記ディフューザ翼を円周方向へ交互に固定するとともに、前記壁面部材のいずれか一方を前記インペラの回転と同軸に回動させる駆動手段を設けたことを特徴とする可変ディフューザ。
A diffuser passage is formed between the hub side wall surface and the shroud side wall surface that decelerates the airflow discharged from the outer peripheral end of the impeller rotating in the housing and restores the dynamic pressure to a static pressure, and diffuser blades are formed in the diffuser passage. In the variable diffuser provided,
Drive means for alternately fixing the diffuser blades in a circumferential direction to wall surface members forming the hub side wall surface and the shroud side wall surface and rotating one of the wall surface members coaxially with rotation of the impeller. A variable diffuser characterized by being provided.
前記駆動手段により回動する前記壁面部材の可動範囲が、固定側の壁面部材に固定されて隣接するディフューザ翼間の全幅にわたるように設定されていることを特徴とする請求項1に記載の可変ディフューザ。   2. The variable according to claim 1, wherein a movable range of the wall surface member rotated by the driving means is set so as to extend over the entire width between adjacent diffuser blades fixed to the fixed wall surface member. Diffuser. 前記壁面部材の回動側に設けられるディフューザ翼の入口半径(R1)が、前記壁面部材の固定側に設けられるディフューザ翼の入口半径(R2)より大きく(R1>R2)設定されていることを特徴とする請求項1または2に記載の可変ディフューザ。   The inlet radius (R1) of the diffuser blade provided on the rotating side of the wall member is set to be larger (R1> R2) than the inlet radius (R2) of the diffuser blade provided on the fixed side of the wall member. The variable diffuser according to claim 1 or 2, characterized in that 前記壁面部材の回動側に設けられるディフューザ翼の翼前縁角度(αk1)が、同一半径位置において前記壁面部材の固定側に設けられるディフューザ翼の翼前縁角度(αk2)より小さく(αk1<αk2)設定されていることを特徴とする請求項3に記載の可変ディフューザ。   The blade leading edge angle (αk1) of the diffuser blade provided on the rotating side of the wall member is smaller than the blade leading edge angle (αk2) of the diffuser blade provided on the fixed side of the wall member at the same radial position (αk1 < The variable diffuser according to claim 3, wherein αk2) is set. 前記壁面部材の回動側に設けられるディフューザ翼の翼前縁角度(αk1)が、同一半径位置において前記壁面部材の固定側に設けられるディフューザ翼の翼前縁角度(αk2)より大きく(αk1>αk2)設定されていることを特徴とする請求項3に記載の可変ディフューザ。   The blade leading edge angle (αk1) of the diffuser blade provided on the rotating side of the wall member is larger than the blade leading edge angle (αk2) of the diffuser blade provided on the fixed side of the wall member at the same radial position (αk1> The variable diffuser according to claim 3, wherein αk2) is set. 前記壁面部材の固定側に設けられるディフューザ翼が小弦節比翼であることを特徴とする請求項3に記載の可変ディフューザ。   The variable diffuser according to claim 3, wherein the diffuser blade provided on the fixed side of the wall member is a low-string ratio blade. 前記壁面部材の回動側に設けられるディフューザ翼の後縁半径(R3)が、前記壁面部材の固定側に設けられるディフューザ翼の後縁半径(R4)より大きく(R3>R4)設定されていることを特徴とする請求項6に記載の可変ディフューザ。   The trailing edge radius (R3) of the diffuser blade provided on the rotating side of the wall member is set larger than the trailing edge radius (R4) of the diffuser blade provided on the fixed side of the wall member (R3> R4). The variable diffuser according to claim 6. 固定側と回動側とが逆に設定されていることを特徴とする請求項3から7のいずれかに記載の可変ディフューザ。   The variable diffuser according to claim 3, wherein the fixed side and the rotating side are set in reverse. 前記駆動手段は、前記壁面部材の固定側に対し、前記壁面部材の回動側が隙間形成位置と隙間低減位置との間を往復移動する摺動機構部を備えていることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の可変ディフューザ。   The drive means includes a sliding mechanism part in which a rotating side of the wall surface member reciprocates between a gap forming position and a gap reducing position with respect to a fixed side of the wall surface member. The variable diffuser according to any one of 1 to 7. ハウジング内で回転するインペラの外周端に請求項1から請求項9のいずれかに記載の可変ディフューザを備えていることを特徴とする圧縮機。   A compressor comprising the variable diffuser according to any one of claims 1 to 9 at an outer peripheral end of an impeller that rotates within a housing.
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