JP5125718B2 - 遠心圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に加圧空気を供給する過給機や他の一般製造設備において空気源として気体を圧縮するために使用される遠心圧縮機に関する。

一般に、内燃機関を過給するために加圧空気を供給する過給機は、例えば、内燃機関の排気を利用してタービンを回転させ、このタービンと直結した圧縮機の羽根車を回転することにより、空気を圧縮して内燃機関の吸気側に供給している。また、羽根車は、モータにより駆動するものであってもよい。
このような過給機に使用される遠心圧縮機において、圧縮機に流れる空気量が減少してくると、圧縮機特性曲線がサージ線を越えてサージング領域に入ってしまうと云う特性がある。そこで、圧縮機特性曲線におけるサージ線を少しでも、低流量側へ移動させて、内燃機関の運転範囲に対してより広い範囲で圧縮機を適用させる試みが提案されている。

図３は、このようなサージング領域を小流量側に移動するための構造の従来例を示すもので、吸入口１から羽根車２の外周部に到るシュラウド壁３に、吸入口１側から羽根車２の方向へ向けて縮径した絞り部４を設ける。また、シュラウド壁３の内部に絞り部４を跨ぐように環状のチャンバ５を設ける。チャンバ５と羽根車２との間に第１の開口部６を、チャンバ５と吸入口１との間に第２の開口部７を穿設する。そして、第１の開口部６とチャンバ５と第２の開口部７とにより、空気循環通路（エアートリートメント機構）が形成される。

以上のように構成した場合、絞り部４で吸気を縮流させ、その縮流効果で空気循環通路に吸引作用を与え負圧にする。このようにして圧縮機の運転時に羽根車２に吸引される空気の一部を空気循環通路を介して循環させ、サージングの発生する流量容量を減少させることができる。このような構成によりサージングの発生を小流量側へ移動させるものが種々提案されている（例えば、特許文献１，２）。
特開平５−６００９７号公報 特開２００４−２７９３１号公報

しかし、従来の遠心圧縮機のシュラウド壁に形成されるチャンバ（空気循環通路）は、図３からも明らかな様に吸入口１方向から羽根車２方向に向かって、均一な断面形状を有するストレートな形状である。
また、シュラウド壁内に形成されるチャンバ５は、絞り部４を跨いで形成されなければならず、シュラウド壁を鋳造後に第１の開口部６を切削バイトを使用して切削する際、シュラウド壁３の表面からチャンバ５に至るまでの距離Ｈが第２の開口部７に比べて長いために、加工時間が長くなると云う問題が存在した。また、加工に際して切削バイトのオーバーハング量が大きくなり、切削加工できない場合が生じると云う問題が存在した。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、シュラウド壁内に空気循環通路の内部に拡開部を設け、シュラウド壁表面までの距離を短くし、開口部の加工時間を短縮することのできる遠心圧縮機を提供することを目的とするものである。
また、別の目的として空気循環通路内に拡開部を設けることにより、拡開部で一旦流速の落ちた流れを第２の開口部方向に向けて絞り、流速を増して整流作用が得られるとするものである。

本発明に係る遠心圧縮機では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
本発明の遠心圧縮機は、回転可能に軸支された羽根車と、羽根車の周囲から上流側に延設されて吸入口を形成するシュラウド壁を有する遠心圧縮機であって、前記シュラウド壁は、前記羽根車と対向する部位に設けた第１の開口部と、前記羽根車の設置位置よりも上流側の吸入口外周に設けた第２の開口部と、該第１の開口部と第２の開口部とを連通する連通流路とからなる空気循環通路を有し、前記連通流路は、断面積の拡開した拡開部を有することを特徴とする。

また、前記拡開部は、前記第１の開口部の形成位置に配設されたことを特徴とする。

また、前記拡開部は、前記羽根車に近接する方向に拡開したことを特徴とする。

また、前記拡開部は、前記シュラウド壁が縮径する絞り部よりも後流側に形成したことを特徴とする。

本発明によれば以下の効果を得ることができる。
第１の開口部から第２の開口部へ空気循環通路を通って空気が循環して、羽根車に流れる流量が増すことによりサージングの発生を抑制することができる。
また、空気循環通路の連通流路に拡開部が存在するので、第１の開口部を切削加工する時間を短縮することができる。更に、連通流路において、一旦拡開した流れが出口（第２の開口部）方向に向かって絞られるため整流作用が行われる。

また、前記拡開部は、前記第１の開口部の形成位置に配設されたので、鋳造によって製造したシュラウド壁に第１の開口部を切削加工する際、切削距離を短くできるとともに切削バイトのオーバーハングを小さくすることができ、作業能率の向上を図ることができる。

また、前記拡開部は、前記羽根車に近接する方向に拡開したので、シュラウド壁が薄くなり、シュラウド壁に第１の開口部を切削加工する際の切削距離を短くすることができる。

また、前記拡開部は、前記シュラウド壁の縮径する絞り部より後流側に形成したので、シュラウド壁に第１の開口部を切削加工する際、切削距離を短くすることができる。

以下、本発明に係る遠心圧縮機の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る遠心圧縮機の一実施の形態を示す要部説明図、図２は、本発明の遠心圧縮機の概略説明図である。
遠心圧縮機１０は、ハウジング１１内に羽根車１２が回転可能に軸支され、この羽根車１２の回転により吸入口１３から吸入した空気を遠心力により、シュラウド壁１４に沿って圧縮流路１６へと導くことにより圧縮して、内燃機関のマニホールドへと供給されるよう構成されている。

羽根車１２は、回転軸１７にナット等で固定されたハブ部１８とシュラウド部１９とを有しており、シュラウド部１９はハブ部１８の外周に複数の羽根１２ａが配設されている。また、シュラウド壁１４は、羽根車１２の周囲から上流側に延設されて吸入口１３を形成している。

シュラウド壁１４は、羽根車１２の羽根１２ａと対向する部位に第１の開口部２１を有すると共に、羽根車１２の設置位置から外れた上流側の吸入口１３の外周に第２の開口部２２が形成されている。更に、シュラウド壁１４はその内部に、第１の開口部２１と第２の開口部２２とを連通する連通流路２３とからなる空気循環通路２０を有している。そして、空気循環通路２０の連通流路２３には、断面積の拡開した拡開部２３ａが形成されている。
この拡開部２３ａは、シュラウド壁が薄くなる方向（羽根車に近接する方向）に拡開しているので、シュラウド壁の表面までの距離ｈを小さくなっている。拡開部２３ａは、絞り部２６より下流側に形成され、第２の開口部２２は絞り部２６より上流側に形成される。

空気循環通路２０の連通流路２３は、シュラウド壁１４を鋳造する際に形成され、拡開部２３ａも同時に形成される。
拡開部２３ａは、奥端がやや狭く吸入口１３の方向に勾配を持って拡大している。また、拡開部２３ａに連続する連通流路２３は、吸入口１３方向に向かってやや絞られている。このように構成することで、第１の開口部２１から流れ込んだ空気流は、拡開部２３ａで一旦、流速が落ちた後、第２の開口部２２方向に向かって縮流して速度の増した循環流となり、サージングの発生する流量容量を減少させることができる。

第１の開口部２１は、ハウジング１１を鋳造した後に、鋳造時にあらかじめ形成された連通流路２３に向かって全周に亘って切削加工することによって形成する。なお、複数個所に不図示のリブが設けられているので、第１の開口部２１の加工に伴ってシュラウド壁１４の内周壁が脱落することはない。
したがって、この切削距離ｈは、短い方が加工時間が短縮できるとともに加工作業が容易となる。また、切削距離ｈが長いと切削バイトのオーバーハング量が大きくなり、加工が困難になる場合がある。
本実施の形態では、空気循環通路２０の連通流路２３にシュラウド壁１４が薄くなる方向に拡開した拡開部２３ａを形成したので、切削距離ｈが短く、切削時間を短縮できる。

第２の開口部２２は、ハウジング１１の鋳造時にあらかじめ形成された連通流路２３に連続する凹部にインサートリング２４をボルト２５で固定することにより形成される。

以上のように構成された遠心圧縮機１０は、図示しないタービンと直結した回転軸１７の回転に伴って羽根車１２が回転し、吸入口１３から空気が吸入される。
吸入された空気は、羽根１２ａによって、シュラウド部１９を介して圧縮されて圧縮流路１６へと導かれ、エンジンの吸気管側へ供給される。また、低流量運転時には、羽根車１２のすべての領域における圧力が空気循環通路２０内の圧力よりも高くなり、羽根１２ａを通過する空気の一部が第１の開口部２１から空気循環通路２０内へ向かう空気流Ａとなる。
一方、吸入口１３から入ってくる空気Ｂは、空気流Ａと合流し第１の開口部２１方向へ流れる空気流となる。したがって、空気循環通路２０に矢印Ａで示す循環流が発生する。この循環流Aによって、圧縮機のサージング領域に入るような低流量容量の運転状況においても、サージング領域に入らないようにすることができる。

なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において各種条件や設計要求等に基づき種々変更可能である。

本発明に係る遠心圧縮機の一実施の形態を示す要部説明図である。 同遠心圧縮機の概略説明図である。 従来の遠心圧縮機の一例を示す図である。

符号の説明

１０…遠心圧縮機
１１…ハウジング
１２…羽根車
１２ａ…羽根
１３…吸入口
１４…シュラウド壁
１６…圧縮流路
１７…回転軸
１９…シュラウド部
２０…空気循環通路
２１…第１の開口部
２２…第２の開口部
２３…連通通路
２３ａ…拡開部
２４…インサートリング
２６…絞り部

Claims (2)

1. 回転可能に軸支された羽根車と、羽根車の周囲から上流側に延設されて吸入口を形成するシュラウド壁を有する遠心圧縮機であって、
   前記シュラウド壁は、前記羽根車と対向する部位に設けた第１の開口部と、
   前記羽根車の設置位置よりも上流側の吸入口外周に設けた第２の開口部と、該第１の開口部と第２の開口部とを連通する連通流路とからなる空気循環通路を有し、
   前記空気循環通路は、断面積の拡開した拡開部を有し、
   前記拡開部は、前記第１の開口部の形成位置であって、前記シュラウド壁が縮径する絞り部よりも後流側に形成されている
   ことを特徴とする遠心圧縮機。
2. 前記拡開部は、前記羽根車に近接する方向に拡開したことを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機。

Images