JP5182520B2 - Centrifugal compressor - Google Patents
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本発明は、過給機、ガスタービン、又は産業用空気設備等に用いられる遠心圧縮機に関する。 The present invention relates to a centrifugal compressor used in a supercharger, a gas turbine, an industrial air facility, or the like.
近年、車両用過給機等の過給機に用いられる遠心圧縮機については種々の開発がなされており、先行技術に係る遠心圧縮機(一般的な遠心圧縮機)として特許文献1及び特許文献2等に示すものがある。そして、先行技術に係る遠心圧縮機の構成等について説明すると、次のようになる。
In recent years, various developments have been made on centrifugal compressors used in superchargers such as a supercharger for vehicles, and
即ち、先行技術に係る遠心圧縮機は、ハウジングを具備しており、このハウジングは、内側にシュラウドを有している。また、ハウジングのシュラウド内には、インペラが回転可能に設けられており、このインペラは、軸心(インペラの軸心、換言すれば、ハウジングの軸心)周りに回転可能なハブ、及びこのハブの外周面に周方向に間隔を置いて設けられた複数枚のブレードを備えている。ここで、各ブレードの外縁は、ハウジングのシュラウドに沿うように延びている。なお、ハブは、過給機におけるロータ軸の一端部に一体的に連結してある。 That is, the centrifugal compressor according to the prior art includes a housing, and the housing has a shroud inside. Further, an impeller is rotatably provided in the shroud of the housing, and the impeller has a hub that can rotate about an axis (an axis of the impeller, in other words, an axis of the housing), and the hub. Are provided with a plurality of blades provided on the outer peripheral surface thereof at intervals in the circumferential direction. Here, the outer edge of each blade extends along the shroud of the housing. The hub is integrally connected to one end of the rotor shaft in the supercharger.
ハウジングのシュラウドの上流側周縁(インペラの入口側)には、空気(ガスの一例)をインペラ側へ吸入する吸入口が形成されている。また、ハウジングのシュラウドの下流側周縁(インペラの出口側)には、圧縮した高圧空気(高圧ガスの一例)を排気する排気流路が形成されている。 A suction port for sucking air (an example of gas) to the impeller side is formed at the upstream peripheral edge (impeller inlet side) of the shroud of the housing. Further, an exhaust passage for exhausting compressed high-pressure air (an example of high-pressure gas) is formed at the downstream peripheral edge (impeller outlet side) of the shroud of the housing.
従って、ロータ軸を回転させて、インペラを一体的に回転させることにより、吸入口からインペラ側へ空気を吸入して圧縮することができる。そして、圧縮した高圧空気は、排気流路から排気される。 Therefore, by rotating the rotor shaft and integrally rotating the impeller, air can be sucked from the suction port toward the impeller and compressed. The compressed high-pressure air is exhausted from the exhaust passage.
ところで、遠心圧縮機の搭載上の制約から、ハウジングに湾曲部(曲がり部)を有した曲がりダクトが吸入口に連通するように配設されることがある。また、近年、遠心圧縮機の搭載自由度を高めるために、曲がりダクトの湾曲部がインペラに近くなる傾向にある。一方、曲がりダクトの湾曲部をインペラに近くすると、曲がりダクトの湾曲部の内壁面内側における空気の流れの剥離によるエネルギー損失が生じるだけでなく、乱れた流れの空気がインペラ側に流入することになり、遠心圧縮機の性能(圧縮機効率)の低下を招くことになる。 By the way, due to restrictions on mounting the centrifugal compressor, a bent duct having a curved portion (bent portion) in the housing may be disposed so as to communicate with the suction port. In recent years, the bending portion of the bent duct tends to be closer to the impeller in order to increase the degree of freedom of mounting the centrifugal compressor. On the other hand, if the curved part of the bent duct is close to the impeller, not only energy loss occurs due to separation of air flow inside the inner wall surface of the bent part of the bent duct, but turbulent flow air flows into the impeller side. Thus, the performance (compressor efficiency) of the centrifugal compressor is reduced.
つまり、遠心圧縮機の搭載自由度を高めつつ、遠心圧縮機の性能の向上を図ることは困難であるという問題がある。 That is, there is a problem that it is difficult to improve the performance of the centrifugal compressor while increasing the degree of freedom of mounting the centrifugal compressor.
そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の遠心圧縮機を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the centrifugal compressor of a novel structure which can solve the above-mentioned problem.
本発明の特徴は、遠心力を利用してガスを圧縮する遠心圧縮機において、内側にシュラウドを有したハウジングと、前記ハウジングの前記シュラウド内に回転可能に設けられ、軸心周りに回転可能なハブ、及び前記ハブの外周面に周方向に間隔を置いて設けられかつ外縁が前記ハウジングの前記シュラウドに沿うように延びた複数枚のブレードを備えたインペラと、を具備し、前記ハウジングの前記シュラウドの上流側周縁(前記インペラの入口側)に前記インペラ側へガスを吸入する吸入口が形成され、前記ハウジングの前記シュラウドの下流側周縁(前記インペラの出口側)に圧縮した高圧ガスを排気する排気流路が形成され、前記ハウジングに湾曲部(曲がり部)を有した曲がりダクトが前記吸入口に連通するように配設され、前記曲がりダクトの前記湾曲部の内壁面内側(内壁面コーナ内側)に前記インペラ側へ向かって延びる整流溝が形成されていることを要旨とする。 The present invention is characterized in that, in a centrifugal compressor that compresses gas using centrifugal force, a housing having a shroud on the inside thereof, and a rotatable inside the shroud of the housing are rotatable around an axis. A hub, and an impeller provided with a plurality of blades provided on the outer peripheral surface of the hub at intervals in the circumferential direction and having an outer edge extending along the shroud of the housing. A suction port for sucking gas into the impeller side is formed at the upstream peripheral edge (the impeller inlet side) of the shroud, and the compressed high-pressure gas is exhausted to the downstream peripheral edge (the impeller outlet side) of the shroud of the housing. An exhaust passage is formed, and a bent duct having a curved portion (bent portion) is disposed in the housing so as to communicate with the suction port. Ri can be summarized as that the rectifying grooves extending toward the impeller side the the inner wall surface inside of the curved portion (the inner wall surface corner inside) of the duct is formed.
なお、特許請求の範囲及び明細書において、「上流側」とは、主流の流れ方向から見て上流側のことであって、「下流側」とは、主流の流れ方向から見て下流側のことである。また、「内壁面内側」とは、前記曲がりダクトの前記湾曲部の内壁面において曲率半径が小さい側のことをいう。更に、前記曲がりダクトは、前記ハウジングに一体成形されてあってもよく、前記ハウジングと別体に成形されたものであっても構わなく、前記整流溝の本数は、1本であっても、複数本であっても構わない。 In the claims and the description, the “upstream side” means the upstream side when viewed from the mainstream flow direction, and the “downstream side” means the downstream side when viewed from the mainstream flow direction. That is. The “inner wall surface inside” refers to a side having a small curvature radius on the inner wall surface of the curved portion of the bent duct. Further, the bent duct may be formed integrally with the housing, may be formed separately from the housing, and the number of the rectifying grooves may be one, There may be more than one.
従って、前記インペラを一体的に回転させることにより、前記曲がりダクトを介して前記吸入口から前記インペラ側へガスを吸入して圧縮することができる。そして、圧縮した高圧ガスは、前記排気流路から排気される。 Therefore, by rotating the impeller integrally, gas can be sucked into the impeller side through the bent duct and compressed. The compressed high-pressure gas is exhausted from the exhaust passage.
ここで、前記曲がりダクトの前記湾曲部の内壁面内側に前記インペラ側へ向かって延びる前記整流溝が形成されているため、前記整流溝内の上流側と下流側の圧力差によって前記整流溝内のガスの流れを促進しつつ、前記整流溝の両側壁によって主流の流れ方向に対して交差する方向のガスの流れを規制して、前記曲がりダクトの前記湾曲部の内壁面内側付近におけるガスの流れを整流することができる。 Here, since the rectifying groove extending toward the impeller side is formed on the inner wall surface of the curved portion of the bent duct, the rectifying groove has a pressure difference between the upstream side and the downstream side in the rectifying groove. The gas flow in the direction intersecting the main flow direction is regulated by the both side walls of the rectifying groove while promoting the gas flow of the gas flow, and the gas flow in the vicinity of the inner wall surface of the curved portion of the bent duct is controlled. The flow can be rectified.
本発明によれば、前記整流溝内のガスの流れを促進しつつ、前記曲がりダクトの前記湾曲部の内壁面内側付近におけるガスの流れを整流できるため、前記曲がりダクトの前記湾曲部を前記インペラに近づけても、前記曲がりダクトの前記湾曲部の内壁面内側におけるガスの流れの剥離を抑えて、前記インペラの入口側におけるガスの流れを安定させることができる。これにより、前記遠心圧縮機の搭載自由度を高めつつ、前記遠心圧縮機の性能の向上を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to rectify the gas flow in the vicinity of the inner wall surface of the curved portion of the bent duct while promoting the flow of gas in the rectifying groove, so that the curved portion of the bent duct is connected to the impeller. Even if it approaches, the separation of the gas flow on the inner wall surface of the curved portion of the bent duct can be suppressed, and the gas flow on the inlet side of the impeller can be stabilized. Thereby, the improvement of the performance of the said centrifugal compressor can be aimed at, raising the mounting freedom degree of the said centrifugal compressor.
本発明の実施形態について図1から図4を参照して説明する。なお、図面中、「F」は、前方向を指し、「R」は、後方向を指してある。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the drawings, “F” indicates the forward direction, and “R” indicates the backward direction.
図1及び図2に示すように、本発明の実施形態に係る遠心圧縮機1は、車両用過給機等の過給機に用いられ、遠心力を利用して空気(ガスの一例)を圧縮するものである。そして、本発明の実施形態に係る遠心圧縮機1の具体的な構成は、以下のようになる。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
遠心圧縮機1は、ハウジング(コンプレッサハウジング)3を備えており、このハウジング3は、内側にシュラウド5Sを有したハウジング本体5と、このハウジング本体5の後側に設けられた取付プレート(シールプレート)7等からなるものである。なお、取付プレート7は、過給機における別のハウジング(ベアリングハウジング)9に一体的に連結してある。
The
ハウジング本体5のシュラウド5S内には、インペラ11が回転可能に設けられている。具体的には、ハウジング本体5のシュラウド5S内には、ハブ13が設けられており、このハブ13の外周面は、ハブ13の軸心方向から径方向外側(換言すれば、インペラ11の軸心方向から径方向外側)に向かって延びている。また、ハブ13は、別のハウジング9に回転可能に設けられたロータ軸(タービン軸)15の一端部(前端部)に固定ナット17を介して一体的に連結されてあって、ハブ13の軸心(換言すれば、インペラ11の軸心)周りに回転可能である。更に、ハブ13の外周面には、複数枚の長ブレード(フルブレード)19及び複数枚の短ブレード(スプリッタブレード)21が周方向に間隔を置いて交互に設けられている。ここで、長ブレード19の前縁は、短ブレード21の前縁よりも上流側(前側)に位置してあって、各長ブレード19の外縁及び各短ブレード21の外縁は、ハウジング本体5のシュラウド5Sに沿うように延びている。なお、軸長の異なる2種類のブレード19,21を用いる代わりに、軸長の同じブレードを用いても構わない。
An
ハウジング本体5の前側部には、空気をインペラ11側へ吸入する吸入口23が形成されている。また、ハウジング本体5のシュラウド5Sの下流側周縁(インペラ11の出口側)には、圧縮した高圧空気(高圧ガスの一例)を減速させて排気する環状のディフューザ流路25(排気流路の一例)が形成されており、ハウジング本体5の内部におけるディフューザ流路25の周縁側には、渦巻き状のスクロール流路27(排気流路の一例)が形成されている。更に、ハウジング本体5の適宜位置には、空気を吐出する吐出口(図示省略)が形成されており、この吐出口は、スクロール流路27を介してディフューザ流路25に連通してあって、内燃機関の吸気マニホールド(図示省略)に接続可能である。
A
続いて、本発明の実施形態の要部を説明する。 Then, the principal part of embodiment of this invention is demonstrated.
図2、図3、図4(a)(b)に示すように、ハウジング本体5の前側には、曲がりダクト29が吸入口23に連通するように配設されており、この曲がりダクト29は、湾曲部(曲がり部)31を有してあって、曲がりダクト29の先端部は、エアクリーナー(図示省略)に接続可能である。ここで、曲がりダクト29の湾曲部31の内壁面内側(内壁面コーナ内側)31Wは、曲がりダクト29の湾曲部31の内壁面において曲率半径が小さい側のことであって、湾曲開始領域31Waと、この湾曲開始領域31Waに連続しかつ曲率半径が湾曲開始領域31Waの曲率半径よりも小さい湾曲中間領域31Wbと、この湾曲中間領域31Wbに連続しかつ曲率半径が湾曲中間領域31Wbの曲率半径よりも大きい湾曲終了領域31Wcとを有している。なお、本発明の実施形態にあっては、曲がりダクト29はハウジング本体5と一体成形されてあるが、ハウジング本体5と別体に成形しても構わない。
As shown in FIGS. 2, 3, 4 (a) and 4 (b), a
ハウジング本体5の湾曲部31の内壁面内側31Wには、インペラ11側へ向かって延びる複数本の整流溝33が形成されている。ここで、整流溝33の本数は、図3及び図4(a)に示す5本に限るものでなく、図4(b)に示すように10本以上、又は1本であっても構わない。また、各整流溝33の上流端(上流側の端)は、曲がりダクト29の湾曲部31における内壁面内側31Wの上流端(湾曲開始領域31Waの上流端)の下流側近傍に位置してあって、各整流溝33の上流端付近の溝深さは、上流側に向かって徐々に浅くなっている。更に、各整流溝33の下流端(下流側の端)は、インペラ11の入口側近傍まで達してあって、各整流溝33の下流端付近の溝深さは、下流側に向かって徐々に浅くなっている。なお、各整流溝33の下流端がインペラ11の入口側近傍まで達していなくても、曲がりダクト29の湾曲部31における内壁面内側31Wの下流端(湾曲終了領域31Wcの下流端)の下流側に位置してあれば構わない。
A plurality of rectifying
曲がりダクト29の湾曲部31の湾曲方向(曲がり方向)に沿う方向に直交しかつインペラ11の軸心Cを通る断面(所定の断面)から見たときに、各整流溝33は、インペラ11の軸心Cに平行になっている。また、前記所定の断面から見たときに、全ての整流溝33のうち少なくともいずれかの複数本の整流溝33は、インペラ11の軸心C側に寄るようになっている。更に、前記所定の断面から見たときに、中央の整流溝33は、インペラ11の軸心Cに重なるになっている。なお、前記所定の断面から見たときに、整流溝33がインペラ11の軸心Cに重なった状態は、インペラ11の軸心に平行でかつインペラ11の軸心C側に寄った状態でもある。
When viewed from a cross-section (predetermined cross-section) orthogonal to the direction along the bending direction (bending direction) of the bending
続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。 Then, the effect | action and effect of embodiment of this invention are demonstrated.
ロータ軸15を回転させて、インペラ11を一体的に回転させることにより、曲がりダクト29を介して吸入口23からインペラ11側に空気を吸入して圧縮することができる。そして、圧縮された高圧空気は、ディフューザ流路25及びスクロール流路27から排気され、吐出口を経由して内燃機関の吸気マニホールドに送られる。
By rotating the
ここで、曲がりダクト29の湾曲部31の内壁面内側31Wにインペラ11側へ向かって延びる複数本の整流溝33が形成されているため、各整流溝33内の上流側と下流側の圧力差によって各整流溝33内の空気の流れを促進しつつ、各整流溝33の両側壁によって主流の流れ方向に対して交差する方向の空気の流れを規制して、曲がりダクト29の湾曲部31の内壁面内側31W付近における空気の流れを整流することができる。特に、前記所定の断面から見たときに、各整流溝33がインペラ11の軸心Cに平行になってあって、全ての整流溝33のうち少なくともいずれかの複数本の整流溝33がインペラ11の軸心C側に寄るようになっているため、曲がりダクト29の湾曲部31の内壁面内側31W付近における整流作用を十分に発揮させることができる。
Here, since a plurality of rectifying
従って、本発明の実施形態によれば、各整流溝33内の空気の流れを促進しつつ、曲がりダクト29の湾曲部31の内壁面内側31W付近における空気の流れを整流できるため、曲がりダクト29の湾曲部31をインペラ11に近づけても、曲がりダクト29の湾曲部31の内壁面内側31Wにおける空気の流れの剥離を抑えて、インペラ11の入口側における空気の流れを安定させることができる。特に、各整流溝33の下流端がインペラ11の入口側近傍まで達しているため、インペラ11の入口側における空気の流れを十分に安定させることができる。よって、遠心圧縮機1の搭載自由度を高めつつ、遠心圧縮機1の性能(圧縮機効率)の向上を図ることができる。
Therefore, according to the embodiment of the present invention, the air flow in the vicinity of the
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。 In addition, this invention is not restricted to description of the above-mentioned embodiment, It can implement in a various aspect. Further, the scope of rights encompassed by the present invention is not limited to these embodiments.
1 遠心圧縮機
3 ハウジング
5 ハウジング本体
5S シュラウド
7 取付プレート
11 インペラ
13 ハブ
19 長ブレード
21 短ブレード
23 吸入口
25 ディフューザ流路
27 スクロール流路
29 曲がりダクト
31 湾曲部
31W 内壁面内側
31Wa 湾曲開始領域
31Wb 湾曲中間領域
31Wc 湾曲終了領域
33 整流溝
DESCRIPTION OF
Claims (5)
内側にシュラウドを有したハウジングと、
前記ハウジングの前記シュラウド内に回転可能に設けられ、軸心周りに回転可能なハブ、及び前記ハブの外周面に周方向に間隔を置いて設けられかつ外縁が前記ハウジングの前記シュラウドに沿うように延びた複数枚のブレードを備えたインペラと、を具備し、
前記ハウジングの前記シュラウドの上流側周縁に前記インペラ側へガスを吸入する吸入口が形成され、前記ハウジングの前記シュラウドの下流側周縁に圧縮した高圧ガスを排気する排気流路が形成され、
前記ハウジングに湾曲部を有した曲がりダクトが前記吸入口に連通するように配設され、前記曲がりダクトの前記湾曲部の内壁面内側に前記インペラ側へ向かって延びる整流溝が形成されていることを特徴とする遠心圧縮機。 In a centrifugal compressor that compresses gas using centrifugal force,
A housing having a shroud inside;
A hub rotatably provided in the shroud of the housing and rotatable about an axis, and a circumferentially spaced outer peripheral surface of the hub and having an outer edge along the shroud of the housing An impeller having a plurality of extended blades, and
An inlet for sucking gas to the impeller side is formed at the upstream peripheral edge of the shroud of the housing, and an exhaust passage for exhausting compressed high-pressure gas is formed at the downstream peripheral edge of the shroud of the housing,
A bent duct having a curved portion in the housing is disposed so as to communicate with the suction port, and a rectifying groove extending toward the impeller side is formed on the inner wall surface of the curved portion of the bent duct. Centrifugal compressor characterized by.
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