JP6730917B2 - Centrifugal compressor and turbocharger - Google Patents

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Description

本開示は、遠心圧縮機及びターボチャージャに関する。 The present disclosure relates to centrifugal compressors and turbochargers.

例えばターボチャージャには、エンジンが吸入する空気の密度を高めるために遠心圧縮機が用いられる。
遠心圧縮機は、空気の流れにエネルギーを与え圧力を上昇するためにハブに複数枚の翼が立設して構成されるインペラを有し、インペラを回転軸により高速回転することにより空気を回転軸方向に流れを吸い込み、空気に回転軸周りの高速の速度を与え同時に圧力を上昇させ、半径外周に向かって流出させ、インペラの出口の外周に設置されたディフューザに、その高速且つ昇圧された空気を送入する機能を有するインペラが設置されている。
以下では「遠心圧縮機インペラ」、または単に「インペラ」と称す。
For example, in a turbocharger, a centrifugal compressor is used to increase the density of air taken in by the engine.
Centrifugal compressors have an impeller composed of multiple blades installed upright on the hub in order to give energy to the air flow and raise the pressure, and the air is rotated by rotating the impeller at high speed with a rotating shaft. It sucks the flow in the axial direction, gives a high speed velocity around the rotation axis to the air, and at the same time raises the pressure, causes it to flow out toward the outer circumference of the radius, and the diffuser installed at the outer circumference of the outlet of the impeller has high speed and increased pressure. An impeller with the function of sending in air is installed.
Below, it is referred to as a "centrifugal compressor impeller", or simply "impeller".

図26は、従来の遠心圧縮機インペラにおける最高効率点近傍での子午面上の流線を示す図である。また、図27は、図26におけるA−A矢視図であり、回転流面上における翼間の流線を示す図である。 FIG. 26 is a diagram showing streamlines on the meridional plane near the highest efficiency point in the conventional centrifugal compressor impeller. 27 is a view taken along the line AA in FIG. 26, and is a diagram showing streamlines between blades on the rotating flow surface.

図27に示すように、遠心圧縮機インペラでは、一般に、最高効率点近傍において、翼012の入口の回転流面において翼前縁030に流入する流線と翼断面の中心線Lcとのなす角として定義される衝突角が略0となり、損失が小さく効率が高くなる。 As shown in FIG. 27, in the centrifugal compressor impeller, generally, in the vicinity of the maximum efficiency point, the angle formed by the streamline flowing into the blade leading edge 030 and the centerline Lc of the blade cross section at the rotating flow surface at the inlet of the blade 012. The collision angle defined as is approximately 0, and the loss is small and the efficiency is high.

遠心圧縮機において、回転数を一定に維持した状態で流量が低下すると、図28に示すように、翼前縁030において衝突角θが増加し、翼先端縁近傍の流れが翼面から剥離して翼012が失速し、効率が低下する。 In the centrifugal compressor, when the flow rate decreases with the rotation speed kept constant, as shown in FIG. 28, the collision angle θ increases at the blade leading edge 030, and the flow near the blade tip edge separates from the blade surface. The blade 012 stalls and the efficiency decreases.

流量がさらに減少して衝突角θが増加すると、翼先端縁近傍の流れの剥離領域はハブ側に向けて拡大し、翼前縁030の近傍に逆流を含む循環流Fcが生じる。図29に示すように、この循環流Fcを子午面で見ると、翼前縁030の近傍の循環流Fcは、インペラの径方向外側に向けて流れ、これに伴って当該流れの圧力が上昇するため、当該流れが翼012の先端縁近傍で上流側に向かう。この上流側への流れは、その後インペラの径方向内側に向けて流れ、翼前縁で負圧面に沿う流れが剥離して、再び流れがインペラの径方向外側に向かう、という循環を行う。このため、流量の減少に伴って損失が増加しやすい。なお、以下では、上記循環流Fcを「子午面の逆流」という。
このような子午面の逆流は、最高効率点から流量が低下し翼先端縁近傍の流れが翼面から剥離し失速すると共に始まり、さらに流量が減少すると翼前縁近傍の領域に拡大する、という特性を有する。
When the flow rate further decreases and the collision angle θ increases, the flow separation region near the blade tip edge expands toward the hub side, and a circulating flow Fc including backflow occurs near the blade leading edge 030. As shown in FIG. 29, when the circulation flow Fc is viewed from the meridian plane, the circulation flow Fc near the blade leading edge 030 flows outward in the radial direction of the impeller, and the pressure of the flow increases accordingly. Therefore, the flow goes toward the upstream side in the vicinity of the tip edge of the blade 012. The flow to the upstream side then flows toward the radially inner side of the impeller, the flow along the suction surface is separated at the blade leading edge, and the flow again goes to the radially outer side of the impeller. Therefore, the loss tends to increase as the flow rate decreases. In addition, below, the said circulation flow Fc is called "backflow of a meridian surface."
It is said that such a backflow on the meridian surface starts when the flow rate decreases from the highest efficiency point, the flow near the blade tip edge separates from the blade surface and stalls, and when the flow rate further decreases, it spreads to the region near the blade leading edge. Has characteristics.

さらに流量が減少すると、子午面の逆流が拡大する。子午面の逆流が翼高さ方向及び軸方向に拡大すると、翼入口の流れの歪が翼後縁に達するため、ディフューザが失速し、サージが発生する。 When the flow rate further decreases, the backflow on the meridian surface expands. When the backflow on the meridian surface expands in the blade height direction and the axial direction, strain in the flow at the blade inlet reaches the trailing edge of the blade, causing the diffuser to stall and generate a surge.

このように、流量が減少すると、翼の失速と子午面の逆流が発生して圧力低下や損失増加による効率低下が生じ、さらに流量が減少すると、子午面の逆流が拡大し、ディフューザが失速してサージが発生するという課題が生じる。 In this way, when the flow rate decreases, blade stall and meridian backflow occur, resulting in reduced efficiency due to pressure drop and increased loss.When the flow rate further decreases, the meridional backflow expands and the diffuser stalls. There is a problem that surge occurs.

上記従来の遠心圧縮機について、回転数一定における流量と圧力比との関係を示す流量−圧力比特性曲線C0の代表例を図30に示す。 FIG. 30 shows a typical example of a flow rate-pressure ratio characteristic curve C0 showing the relationship between the flow rate and the pressure ratio at a constant rotation speed in the conventional centrifugal compressor.

図30に示すように、遠心圧縮機においてある流量よりも流量が減少すると、圧力比(及び効率)が低下し、さらに流量が低下するとサージが発生する。 As shown in FIG. 30, when the flow rate in the centrifugal compressor is lower than a certain flow rate, the pressure ratio (and efficiency) is reduced, and when the flow rate is further reduced, a surge occurs.

図30に示すように、回転数一定における流量―圧力比特性では、設計点(最高効率点近傍の点)とその回転数でのサージ点の流量差がサージマージンと呼ばれる。また、図8に示すように、連続した回転数範囲においてコンプレッサの運用のサージマージンとは、各運用点と各回転数でのサージ点の包絡線であるサージラインとの流量差のことを言う。 As shown in FIG. 30, in the flow rate-pressure ratio characteristic at a constant rotation speed, the flow rate difference between the design point (a point near the maximum efficiency point) and the surge point at that rotation speed is called a surge margin. Further, as shown in FIG. 8, the surge margin of operation of the compressor in a continuous rotation speed range refers to a flow rate difference between each operation point and a surge line which is an envelope of surge points at each rotation speed. ..

ターボチャージャ用の遠心圧縮機では、上述したような翼の失速がサージマージンを狭くし、流量の減少に伴って圧力及び効率が低下するため、サージマージンをより広くし、流量の減少に伴う圧力低下や効率低下が少ない遠心圧縮機が望まれている。 In centrifugal compressors for turbochargers, blade stall as described above narrows the surge margin, and pressure and efficiency decrease as the flow rate decreases, so the surge margin becomes wider and the pressure accompanying the flow rate decreases. A centrifugal compressor that is less likely to cause a decrease in efficiency and efficiency is desired.

特許文献1には、低流量時におけるサージング限界流量を低減することを目的とした遠心圧縮機が開示されている。特許文献1に記載の遠心圧縮機では、遠心圧縮機のインペラと吸気口との間を連通する吸気通路の通路断面を径方向に絞る抵抗体を設けて、インペラの翼への流入速度を上昇させることで、低流量時におけるサージング限界流量の低減を図っている。 Patent Document 1 discloses a centrifugal compressor intended to reduce the surging limit flow rate at a low flow rate. In the centrifugal compressor described in Patent Document 1, a resistor that radially narrows a passage cross section of an intake passage that communicates between an impeller of the centrifugal compressor and an intake port is provided to increase an inflow speed of the impeller into a blade. By doing so, the surging limit flow rate is reduced at a low flow rate.

国際公開第2014‐128931号International Publication No. 2014-128931

特許文献1に記載の遠心圧縮機では、低流量時におけるサージング限界流量の低減を図るためには、多孔板、格子状の板又はメッシュ状の板として構成された抵抗体を設ける必要があり、遠心圧縮機の構成が複雑化しやすい。 In the centrifugal compressor described in Patent Document 1, in order to reduce the surging limit flow rate at a low flow rate, it is necessary to provide a resistor configured as a perforated plate, a grid plate or a mesh plate, The configuration of the centrifugal compressor tends to be complicated.

本発明は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、流量の低下に伴う圧力及び効率の低下を簡素な構成で抑制可能な遠心圧縮機及びこれを備えるターボチャージャを提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a centrifugal compressor and a centrifugal compressor capable of suppressing a decrease in pressure and efficiency due to a decrease in flow rate with a simple configuration. It is to provide a turbocharger equipped with.

(1)本発明の少なくとも一実施形態に係る遠心圧縮機は、インペラ及び前記インペラを収容する第1シュラウドケーシングを備える遠心圧縮機であって、前記インペラは、ハブと、前記ハブの外周面に立設された複数の翼とを含み、前記複数の翼のうち少なくとも一つの翼は、前記第1シュラウドケーシングに沿って延在する第1先端縁と、前記第1先端縁の上流端から前記インペラの径方向における内側へ延在する第1前縁と、前記径方向における前記第1前縁の内側端から上流側へ延在する第2先端縁と、前記第2先端縁の上流端から前記径方向における内側へ延在する第2前縁と、を含む。 (1) A centrifugal compressor according to at least one embodiment of the present invention is a centrifugal compressor that includes an impeller and a first shroud casing that houses the impeller, the impeller being provided on a hub and an outer peripheral surface of the hub. A plurality of erected blades, and at least one blade of the plurality of blades has a first tip edge extending along the first shroud casing and an upstream end of the first tip edge. A first front edge extending inward in the radial direction of the impeller, a second tip edge extending upstream from an inner end of the first front edge in the radial direction, and an upstream end of the second tip edge. A second front edge extending inward in the radial direction.

上記(1)に記載の遠心圧縮機において、流量が低下すると第1前縁のうち第1先端縁側の部分の近傍の流れが翼面から剥離し、上述した「子午面の逆流」が発生し、インペラの径方向内側の第2先端縁に向けて逆流による局所的な内向きの流れが生じる。一方、第2前縁を通過した流れは、翼によりインペラ回転方向に力を受けてその周方向の速度が大きくなり、その周方向の速度に起因する遠心力により下流に向かって流れながら径方向外向きに流れる。第1前縁のうち第1先端縁側の部分の近傍で上流に向かって逆流した後の径方向内側への流れは、第2前縁を通過後の径方向外向きの流れにより進行を妨げられるため、それ以上径方向内側へ流れない。その結果、「子午面の逆流」は、発達を抑制されて第1前縁と第1先端縁の近傍の領域に閉じ込められ、安定した循環流となる。 In the centrifugal compressor according to (1) above, when the flow rate decreases, the flow near the first leading edge side portion of the first leading edge separates from the blade surface, and the above-mentioned “backflow of meridian surface” occurs. , A local inward flow due to the backflow is generated toward the radially inner second tip edge of the impeller. On the other hand, the flow passing through the second leading edge is subjected to a force in the impeller rotation direction by the blades to increase the speed in the circumferential direction, and the centrifugal force resulting from the speed in the circumferential direction causes the flow to flow downstream while flowing. It flows outward. The radially inward flow after backflowing upstream in the vicinity of the first leading edge side portion of the first leading edge is hindered from proceeding by the radially outward flow after passing through the second leading edge. Therefore, it does not flow further inward in the radial direction. As a result, the "backflow of the meridional plane" is suppressed in development and is confined in the region near the first leading edge and the first leading edge, and becomes a stable circulating flow.

この安定した循環流によって、第1前縁の位置で流路が閉塞されるため、第1前縁から流れがインペラにほとんど流入せず、第2前縁からの流れが主にインペラに流入する。また、安定した循環流と第2前縁からインペラに流入した流れとの境界に滑らかな境界面が形成されるため、第2前縁を通過した流れは、後縁まで滑らかに流れることができる。その結果、前述した翼の失速と逆流に伴う圧力低下や損失増加が抑制され、流量の低下に伴う圧力及び効率の低下を抑制することができる。
また、特許文献1に係る遠心圧縮機と比較して、多孔板等からなる複雑な構成の抵抗体を設ける必要がないため、簡素な構成で上記効果を得ることができる。
Due to this stable circulation flow, the flow path is blocked at the position of the first front edge, so that the flow from the first front edge hardly flows into the impeller, and the flow from the second front edge mainly flows into the impeller. .. Further, since a smooth boundary surface is formed at the boundary between the stable circulation flow and the flow flowing into the impeller from the second leading edge, the flow passing through the second leading edge can flow smoothly to the trailing edge. .. As a result, the pressure drop and loss increase due to the blade stall and backflow described above are suppressed, and the pressure and efficiency decrease due to the flow rate decrease can be suppressed.
Further, as compared with the centrifugal compressor according to Patent Document 1, it is not necessary to provide a resistor having a complicated structure such as a perforated plate, so that the above effect can be obtained with a simple structure.

(2)幾つかの実施形態では、上記(1)に記載の遠心圧縮機において、前記第1シュラウドケーシングの内周面の内側に設けられた第2シュラウドケーシングを更に備え、前記第2シュラウドケーシングは、第1前縁の上流側に位置し、前記第1シュラウドケーシングの内周面との間に第1流路を形成するとともに、前記第2シュラウドケーシングの内周面の内側に第2流路を形成するよう構成される。 (2) In some embodiments, the centrifugal compressor according to (1) above further includes a second shroud casing provided inside an inner peripheral surface of the first shroud casing, and the second shroud casing. Is located upstream of the first front edge, forms a first flow path with the inner peripheral surface of the first shroud casing, and has a second flow inside the inner peripheral surface of the second shroud casing. Configured to form a passage.

上記(2)に記載の遠心圧縮機において、流量が低下すると第1前縁のうち第1先端縁側の部分の近傍の流れが翼面から剥離し、上述した「子午面の逆流」が発生し、インペラの径方向内側の第2先端縁に向けて逆流による局所的な内向きの流れが生じる。一方、第2前縁を通過した流れは、翼によりインペラ回転方向に力を受けてその周方向の速度が大きくなり、その周方向の速度に起因する遠心力により下流に向かって流れながら径方向外向きに流れる。第1前縁のうち第1先端縁側の部分の近傍で上流に向かって逆流した後の径方向内側への流れは、第2シュラウドケーシングの外周面により進行を妨げられるため、それ以上径方向内側へ流れない。その結果、「子午面の逆流」は、発達を抑制されて第1前縁と第1先端縁の近傍の領域に閉じ込められ、安定した循環流となる。 In the centrifugal compressor according to (2) above, when the flow rate decreases, the flow near the first leading edge side portion of the first leading edge separates from the blade surface, and the above-mentioned “backflow of meridian surface” occurs. , A local inward flow due to the backflow is generated toward the radially inner second tip edge of the impeller. On the other hand, the flow passing through the second leading edge is subjected to a force in the impeller rotation direction by the blades to increase the speed in the circumferential direction, and the centrifugal force resulting from the speed in the circumferential direction causes the flow to flow downstream while flowing. It flows outward. The flow inward in the radial direction after backflowing upstream in the vicinity of the first leading edge side portion of the first front edge is prevented from proceeding by the outer peripheral surface of the second shroud casing, and therefore further inward in the radial direction. It doesn't flow to. As a result, the "backflow of the meridional plane" is suppressed in development and is confined in the region near the first leading edge and the first leading edge, and becomes a stable circulating flow.

この安定した循環流によって、第1前縁の位置で流路が閉塞されるため、第1前縁から流れがインペラにほとんど流入せず、第2前縁からの流れが主にインペラに流入する。また、安定した循環流と第2前縁からインペラに流入した流れとの境界に滑らかな境界面が形成されるため、第2前縁を通過した流れは、後縁まで滑らかに流れることができる。その結果、前述した翼の失速と逆流に伴う圧力低下や損失増加が抑制され、流量の低下に伴う圧力及び効率の低下を抑制することができる。
また、特許文献1に係る遠心圧縮機と比較して、多孔板等からなる複雑な構成の抵抗体を設ける必要がないため、簡素な構成で上記効果を得ることができる。
Due to this stable circulation flow, the flow path is blocked at the position of the first leading edge, so that the flow from the first leading edge hardly flows into the impeller, and the flow from the second leading edge mainly flows into the impeller. .. Further, since a smooth boundary surface is formed at the boundary between the stable circulation flow and the flow flowing into the impeller from the second leading edge, the flow passing through the second leading edge can flow smoothly to the trailing edge. .. As a result, it is possible to suppress the pressure decrease and the loss increase due to the blade stall and the backflow described above, and it is possible to suppress the pressure and efficiency decrease due to the flow rate decrease.
Further, as compared with the centrifugal compressor according to Patent Document 1, it is not necessary to provide a resistor having a complicated structure such as a perforated plate, so that the above effect can be obtained with a simple structure.

(3)幾つかの実施形態では、上記(1)又は(2)に記載の遠心圧縮機において、前記第2先端縁に固定された環状の第2先端縁シュラウドを更に備える。 (3) In some embodiments, the centrifugal compressor according to (1) or (2) further includes an annular second tip edge shroud fixed to the second tip edge.

上記(3)に記載の遠心圧縮機によれば、流量の低下に伴う圧力及び効率の低下を抑制することができる。 According to the centrifugal compressor described in (3) above, it is possible to suppress a decrease in pressure and efficiency due to a decrease in flow rate.

(4)幾つかの実施形態では、上記(1)に記載の遠心圧縮機において、前記第2先端縁に固定された環状の第2先端縁シュラウドと、前記第1シュラウドケーシングの内周面の内側に設けられた第2シュラウドケーシングと、を更に備え、前記第2シュラウドケーシングは、第1前縁の上流側に位置し、前記第1シュラウドケーシングの内周面との間に第1流路を形成するとともに、前記第2シュラウドケーシングの内周面の内側に第2流路を形成するよう構成され、前記第2先端縁シュラウドの上流端は、前記第2シュラウドケーシングの下流端よりも上流側に位置する。 (4) In some embodiments, in the centrifugal compressor according to (1), an annular second tip edge shroud fixed to the second tip edge and an inner peripheral surface of the first shroud casing are provided. A second shroud casing provided inside, the second shroud casing being located upstream of the first front edge, and having a first flow path between the second shroud casing and an inner peripheral surface of the first shroud casing. And forming a second flow path inside the inner peripheral surface of the second shroud casing, wherein the upstream end of the second tip edge shroud is upstream of the downstream end of the second shroud casing. Located on the side.

上記(4)に記載の遠心圧縮機によれば、流量の低下に伴う圧力及び効率の低下を抑制することができる。 According to the centrifugal compressor described in (4) above, it is possible to suppress a decrease in pressure and efficiency due to a decrease in flow rate.

(5)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(4)の何れか1項に記載の遠心圧縮機において、前記第1先端縁に固定された環状の第1先端縁シュラウドを更に備える。 (5) In some embodiments, the centrifugal compressor according to any one of (1) to (4) above, further comprising an annular first tip edge shroud fixed to the first tip edge. ..

上記(5)に記載の遠心圧縮機によれば、流量の低下に伴う圧力及び効率の低下を抑制することができる。 According to the centrifugal compressor described in (5) above, it is possible to suppress a decrease in pressure and efficiency due to a decrease in flow rate.

(6)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(5)の何れか1項に記載の遠心圧縮機において、前記第2シュラウドケーシングの下流端は、前記径方向において、前記第2先端縁より外側に位置する。 (6) In some embodiments, in the centrifugal compressor according to any one of (1) to (5), a downstream end of the second shroud casing has the second tip in the radial direction. Located outside the rim.

上記(6)に記載の遠心圧縮機によれば、「子午面の逆流」における径方向内側に向かう流れの進行を第2先端縁よりも径方向外側で妨げることができるため、「子午面の逆流」の発達を効果的に抑制することができる。これにより、流量の低下に伴う圧力及び効率の低下を簡素な構成で効果的に抑制することができる。 According to the centrifugal compressor described in (6) above, it is possible to prevent the flow of the "backflow of the meridian surface" inward in the radial direction from outside the second tip edge in the radial direction. The development of "reflux" can be effectively suppressed. As a result, it is possible to effectively suppress the decrease in pressure and efficiency due to the decrease in flow rate with a simple configuration.

(7)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(6)の何れか1項に記載の遠心圧縮機において、前記第2シュラウドケーシングの下流端は、前記インペラの軸方向において、前記第2先端縁の上流端より下流側に位置する。 (7) In some embodiments, in the centrifugal compressor according to any one of (1) to (6) above, a downstream end of the second shroud casing has the first end in the axial direction of the impeller. 2 Located downstream from the upstream end of the leading edge.

上記(7)に記載の遠心圧縮機によれば、「子午面の逆流」における径方向内側に向かう流れの進行を第2先端縁よりも径方向外側且つ第1前縁に近い位置で妨げることができるため、「子午面の逆流」の発達を効果的に抑制することができる。これにより、流量の低下に伴う圧力及び効率の低下を簡素な構成で効果的に抑制することができる。 According to the centrifugal compressor described in (7) above, the progress of the flow inward in the "backflow of the meridional plane" in the radial direction is prevented at a position radially outward of the second leading edge and close to the first front edge. Therefore, it is possible to effectively suppress the development of “backflow of the meridian plane”. As a result, it is possible to effectively suppress the decrease in pressure and efficiency due to the decrease in flow rate with a simple configuration.

(8)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(7)の何れか1項に記載の遠心圧縮機において、前記第2前縁は、前記径方向における前記第2前縁の外側端が前記径方向における前記第2前縁の内側端より上流側に位置するように、前記径方向に対して傾斜している。 (8) In some embodiments, in the centrifugal compressor according to any one of (1) to (7), the second front edge is an outer end of the second front edge in the radial direction. Is inclined with respect to the radial direction so as to be positioned upstream of the inner end of the second front edge in the radial direction.

上記(8)に記載の遠心圧縮機によれば、第2前縁がこのように傾斜していることにより、第2前縁近傍における翼の圧力面がインペラの出口方向(径方向外側)を向くこととなる。インペラに流入する流れには翼の圧力面に垂直な方向の力が作用するため、流れを軸方向から径方向外側に転向する作用が大きくなる。 According to the centrifugal compressor described in (8) above, since the second leading edge is inclined in this manner, the pressure surface of the blade near the second leading edge moves in the outlet direction (radially outward) of the impeller. It will turn. A force in the direction perpendicular to the pressure surface of the blade acts on the flow flowing into the impeller, so that the action of turning the flow radially outward from the axial direction becomes large.

このため、第2流路からインペラに流入する流れを、第2前縁近傍で半径方向外側に転向させる作用を強めることができる。これにより、第1シュラウドケーシングの内周面近傍における境界層の拡大を抑制し、翼の後縁における先端側での流速の分布を一様な分布に近づけることができる。 Therefore, it is possible to enhance the action of turning the flow flowing into the impeller from the second flow path to the radial outside in the vicinity of the second front edge. As a result, the expansion of the boundary layer in the vicinity of the inner peripheral surface of the first shroud casing can be suppressed, and the distribution of the flow velocity on the tip side at the trailing edge of the blade can be approximated to a uniform distribution.

その結果、インペラ効率が向上し、ディフューザの圧力回復率が向上するため、遠心圧縮機の高効率化が可能となる。 As a result, the impeller efficiency is improved and the pressure recovery rate of the diffuser is improved, so that the centrifugal compressor can be made highly efficient.

(9)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(8)の何れか1項に記載の遠心圧縮機において、前記第1前縁は、前記径方向における前記第1前縁の外側端が前記径方向における前記第1前縁の内側端より上流側に位置するように、前記径方向に対して傾斜している。 (9) In some embodiments, in the centrifugal compressor according to any one of (1) to (8), the first front edge is an outer end of the first front edge in the radial direction. Is inclined with respect to the radial direction so as to be located upstream of the inner end of the first front edge in the radial direction.

上記(9)に記載の遠心圧縮機によれば、第1前縁がこのように傾斜していることにより、第2前縁を傾斜させた場合と同様の理由により、第1流路からインペラに流入する流れを、第1前縁近傍で半径方向外側に転向させる作用を強めることができる。これにより、第1シュラウドケーシングの内周面近傍における境界層の拡大を抑制し、翼の後縁における先端側での流速の分布を一様な分布に近づけることができる。 According to the centrifugal compressor described in (9) above, since the first leading edge is thus inclined, the impeller is removed from the impeller from the first flow path for the same reason as when the second leading edge is inclined. It is possible to enhance the action of turning the flow that flows in to the outside in the radial direction near the first front edge. As a result, the expansion of the boundary layer in the vicinity of the inner peripheral surface of the first shroud casing can be suppressed, and the distribution of the flow velocity on the tip side at the trailing edge of the blade can be approximated to a uniform distribution.

その結果、インペラ効率が向上し、ディフューザの圧力回復率が向上するため、遠心圧縮機2の高効率化が可能となる。 As a result, the impeller efficiency is improved and the pressure recovery rate of the diffuser is improved, so that the centrifugal compressor 2 can be made highly efficient.

(10)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(9)の何れか1項に記載の遠心圧縮機において、前記第1前縁は、前記径方向における前記第1前縁の外側端が前記径方向における前記第1前縁の内側端より下流側に位置するように、前記径方向に対して傾斜している。 (10) In some embodiments, in the centrifugal compressor according to any one of (1) to (9), the first leading edge is an outer end of the first leading edge in the radial direction. Is inclined with respect to the radial direction so as to be located downstream of the inner end of the first front edge in the radial direction.

上記(6)に記載の遠心圧縮機によれば、翼の振動強度を高くすることが可能となる。 According to the centrifugal compressor described in (6) above, it is possible to increase the vibration strength of the blade.

(11)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(10)の何れか1項に記載の遠心圧縮機において、前記第2シュラウドケーシングは、前記インペラの子午面において翼形状を有する。 (11) In some embodiments, in the centrifugal compressor according to any one of (1) to (10), the second shroud casing has a blade shape on a meridional surface of the impeller.

上記(11)に記載の遠心圧縮機によれば、第2シュラウドケーシング自体の抵抗に起因する圧力損失を抑制することができる。 According to the centrifugal compressor described in (11) above, it is possible to suppress the pressure loss due to the resistance of the second shroud casing itself.

(12)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(11)の何れか1項に記載の遠心圧縮機において、前記第2シュラウドケーシングの内周面は、上流側に向かうにつれて半径が大きくなるベルマウス形状を有する。 (12) In some embodiments, in the centrifugal compressor according to any one of (1) to (11), the inner peripheral surface of the second shroud casing has a radius that increases toward the upstream side. It has a bell mouth shape.

上記(12)に記載の遠心圧縮機によれば、下流側に向かうにつれて第2流路の流路断面積を小さくすることができるため、第2流路の流れを軸方向に加速することができる。 According to the centrifugal compressor described in (12) above, since the flow passage cross-sectional area of the second flow passage can be reduced toward the downstream side, the flow of the second flow passage can be accelerated in the axial direction. it can.

(13)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(12)に記載の遠心圧縮機において、前記第2シュラウドケーシングの外周面は、上流側に向かうにつれて半径が大きくなる曲面状の拡径面と、前記拡径面の上流側にて前記拡径面と前記第2シュラウドケーシングの内周面とを接続する曲面状の接続面とを含む。 (13) In some embodiments, in the centrifugal compressor according to any one of (1) to (12), the outer peripheral surface of the second shroud casing has a curved diameter expansion whose radius increases toward the upstream side. A surface and a curved connection surface that connects the diameter expansion surface and the inner peripheral surface of the second shroud casing on the upstream side of the diameter expansion surface.

上記(13)に記載の遠心圧縮機によれば、接続面及び拡径面に沿って滑らかに第1前縁に流れを導くことができる。 According to the centrifugal compressor described in (13) above, the flow can be smoothly guided to the first front edge along the connection surface and the expanded diameter surface.

(14)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(13)の何れか1項に記載の遠心圧縮機において、前記第1流路は、ベルマウス形状の入口を有し且つ下流側に向かうにつれて流路断面積が小さくなる絞り流路部を有する。 (14) In some embodiments, in the centrifugal compressor according to any one of (1) to (13), the first flow path has a bellmouth-shaped inlet and is provided on a downstream side. It has a throttle channel portion whose channel cross-sectional area becomes smaller as it goes.

上記(14)に記載の遠心圧縮機によれば、絞り流路部の流路断面積が下流側に向かうにつれて小さくなるため、第1流路の流れを軸方向に加速することができる。 According to the centrifugal compressor described in (14) above, since the flow passage cross-sectional area of the throttle flow passage portion becomes smaller toward the downstream side, the flow in the first flow passage can be accelerated in the axial direction.

(15)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(14)の何れか1項に記載の遠心圧縮機において、前記インペラケーシングは、前記第2シュラウドケーシングを支持するように前記第1流路に設けられた支柱を含み、前記支柱は、前記インペラの径方向に直交する断面において翼形状を有する。 (15) In some embodiments, in the centrifugal compressor according to any one of (1) to (14), the impeller casing supports the first flow so as to support the second shroud casing. The support includes a support provided in the passage, and the support has a blade shape in a cross section orthogonal to the radial direction of the impeller.

上記(15)に記載の遠心圧縮機によれば、支柱の断面形状に損失の小さい断面形状を使用するため、支柱自体の抵抗に起因する圧力損失を低減することができる。 According to the centrifugal compressor described in (15) above, since the cross-sectional shape of the support column has a small loss, the pressure loss due to the resistance of the support column itself can be reduced.

(16)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(15)の何れか1項に記載の遠心圧縮機において、前記インペラケーシングは、前記第2シュラウドケーシングを支持するように前記第1流路に設けられた支柱と、前記径方向における前記第1流路の外側から前記支柱を支持するように設けられた環状支持部と、を含み、前記第2シュラウドケーシング、前記支柱、及び前記環状支持部は、一体化されており、前記環状支持部は、前記第1シュラウドケーシングに対して着脱可能に構成される。 (16) In some embodiments, in the centrifugal compressor according to any one of (1) to (15), the impeller casing supports the first flow so as to support the second shroud casing. A second shroud casing, the support pillar, and the annular support member, each of which includes a support pillar provided in the passage, and an annular support portion provided to support the support pillar from the outside of the first flow path in the radial direction. The support part is integrated, and the annular support part is configured to be attachable to and detachable from the first shroud casing.

上記(16)に記載の遠心圧縮機によれば、第2シュラウドケーシングを第1シュラウドケーシングの別の部品とし、同軸に組み上げることができるようにすれば、インペラの第2先端縁の高さを鋳造で設定又は機械加工により調整した上で、その高さに応じて第2シュラウドケーシング、支柱及び環状支持部により構成される部品を製造することができる。このため、遠心圧縮機の性能設計の自由度及び構造設計の自由度を高くすることができる。 According to the centrifugal compressor described in (16) above, if the second shroud casing is formed as another component of the first shroud casing and can be assembled coaxially, the height of the second tip edge of the impeller can be increased. After being set by casting or adjusted by machining, it is possible to manufacture a component constituted by the second shroud casing, the pillar and the annular supporting portion depending on the height. Therefore, the degree of freedom in performance design and the degree of freedom in structure design of the centrifugal compressor can be increased.

(17)本発明の少なくとも一実施形態に係るターボチャージャは、上記(1)乃至(16)の何れか1項に記載の遠心圧縮機を備える。 (17) A turbocharger according to at least one embodiment of the present invention includes the centrifugal compressor according to any one of (1) to (16) above.

上記(17)に記載のターボチャージャによれば、流量の低下に伴う圧力及び効率の低下を簡素な構成で抑制可能な遠心圧縮機を備えるため、簡素且つ高性能なターボチャージャを提供することができる。 According to the turbocharger described in (17) above, since the centrifugal compressor that can suppress the decrease in pressure and efficiency due to the decrease in flow rate with a simple configuration is provided, a simple and high-performance turbocharger can be provided. it can.

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、流量の低下に伴う圧力及び効率の低下を簡素な構成で抑制可能な遠心圧縮機及びこれを備えるターボチャージャが提供される。 According to at least one embodiment of the present invention, there is provided a centrifugal compressor and a turbocharger including the centrifugal compressor, which can suppress the pressure and the efficiency from being reduced due to the reduction in the flow rate with a simple configuration.

一実施形態に係るターボチャージャ100における遠心圧縮機2の一部を概略的に示す子午面図である。It is a meridional view which shows schematically a part of centrifugal compressor 2 in the turbocharger 100 which concerns on one Embodiment. 図1におけるインペラ4の一部を概略的に示す正面図である。It is a front view which shows schematically some impellers 4 in FIG. 遠心圧縮機2における最高効率点近傍の大流量時(以下、「流量A時」という。)における子午面上の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow on the meridional surface at the time of a large flow rate near the maximum efficiency point in the centrifugal compressor 2 (henceforth "flow rate A time"). 遠心圧縮機2における流量Aよりも流量が小さい小流量時(以下、「流量B時」という。)における子午面上の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow on a meridian surface at the time of a small flow volume (henceforth "flow volume B time") whose flow volume is smaller than the flow volume A in the centrifugal compressor 2. 遠心圧縮機2の流量B時における第1先端縁24近傍の翼間流面の流れ(図4におけるB−B矢視図)と、遠心圧縮機2の流量B時における第2先端縁28近傍の翼間流面の流れ(図4におけるC−C矢視図)とを重ねて示す図である。Flow of the inter-blade flow surface in the vicinity of the first tip edge 24 when the flow rate B of the centrifugal compressor 2 is B (arrow B-B view in FIG. 4) and in the vicinity of the second tip edge 28 when the flow rate B of the centrifugal compressor 2 is B. FIG. 5 is a diagram showing the flow on the flow surface between blades of FIG. 遠心圧縮機2の流量−圧力比特性曲線C1を示す図である。It is a figure which shows the flow volume-pressure ratio characteristic curve C1 of the centrifugal compressor 2. 遠心圧縮機2の流量−効率特性曲線C2を示す図である。It is a figure which shows the flow volume-efficiency characteristic curve C2 of the centrifugal compressor 2. ターボチャージャ100におけるエンジン回転数の増加にほぼ比例して増加するインペラ回転数毎の遠心圧縮機2の流量−圧力比特性曲線C1a,C1b,C1cと、それらに対応するインペラ回転数毎の従来の遠心圧縮機の流量−圧力比特性曲線C0a,C0b,C0cを示す図である。The flow rate-pressure ratio characteristic curves C1a, C1b, C1c of the centrifugal compressor 2 for each impeller rotation speed, which increase substantially in proportion to the increase in the engine rotation speed in the turbocharger 100, and the corresponding conventional impeller rotation speeds for each impeller rotation speed. It is a figure which shows the flow volume-pressure ratio characteristic curve C0a, C0b, C0c of a centrifugal compressor. 従来の遠心圧縮機における流量−圧力比特性曲線C0a,C0b,C0cとエンジン作動特性との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the flow rate-pressure ratio characteristic curve C0a, C0b, C0c in a conventional centrifugal compressor, and an engine operating characteristic. 遠心圧縮機2における流量−圧力比特性曲線C1a,C1b,C1cとエンジン作動特性との関係を示す図である。It is a figure which shows the flow volume-pressure ratio characteristic curve C1a, C1b, C1c in the centrifugal compressor 2, and the relationship of an engine operating characteristic. 一実施形態に係るターボチャージャ100における遠心圧縮機2の子午面の一部を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly a part of meridional surface of the centrifugal compressor 2 in the turbocharger 100 which concerns on one Embodiment. 図11におけるインペラ4の一部を概略的に示す正面図である。FIG. 12 is a front view schematically showing a part of the impeller 4 in FIG. 11. 一実施形態に係るターボチャージャ100における遠心圧縮機2の子午面の一部を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly a part of meridional surface of the centrifugal compressor 2 in the turbocharger 100 which concerns on one Embodiment. 図13におけるインペラ4の一部を概略的に示す正面図である。FIG. 14 is a front view schematically showing a part of the impeller 4 in FIG. 13. 環状支持部54は、第1シュラウドケーシング14に対して着脱される様子を示す図である。The annular support portion 54 is a diagram showing how the annular support portion 54 is attached to and detached from the first shroud casing 14. 一実施形態に係るターボチャージャ100における遠心圧縮機2の子午面の一部を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly a part of meridional surface of the centrifugal compressor 2 in the turbocharger 100 which concerns on one Embodiment. 図16におけるインペラ4の一部を概略的に示す正面図である。FIG. 17 is a front view schematically showing a part of the impeller 4 in FIG. 16. 第1流路16にバルブ62が設けられた構成を示す子午面図である。FIG. 7 is a meridional view showing a configuration in which a valve 62 is provided in the first flow path 16. 一実施形態に係るターボチャージャ100における遠心圧縮機2の一部を概略的に示す子午面図である。It is a meridional view which shows schematically a part of centrifugal compressor 2 in the turbocharger 100 which concerns on one Embodiment. 図19に示す遠心圧縮機2における流量Aよりも流量が小さい小流量時(以下、「流量B時」という。)における子午面上の流れを示す図である。FIG. 20 is a diagram showing a flow on a meridional surface at a small flow rate (hereinafter, referred to as “flow rate B”) in which the flow rate is smaller than the flow rate A in the centrifugal compressor 2 shown in FIG. 19. 一実施形態に係るターボチャージャ100における遠心圧縮機2の一部を概略的に示す子午面図である。It is a meridional view which shows schematically a part of centrifugal compressor 2 in the turbocharger 100 which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係るターボチャージャ100における遠心圧縮機2の一部を概略的に示す子午面図である。It is a meridional view which shows schematically a part of centrifugal compressor 2 in the turbocharger 100 which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係るターボチャージャ100における遠心圧縮機2の一部を概略的に示す子午面図である。It is a meridional view which shows schematically a part of centrifugal compressor 2 in the turbocharger 100 which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係るターボチャージャ100における遠心圧縮機2の一部を概略的に示す子午面図である。It is a meridional view which shows schematically a part of centrifugal compressor 2 in the turbocharger 100 which concerns on one Embodiment. 第1前縁の内側端36の定義及び第2先端縁28の下流端70の定義を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the definition of the inner side edge 36 of the 1st front edge, and the definition of the downstream end 70 of the 2nd front edge 28. 従来の遠心圧縮機における最高効率近傍での子午面上の流線を示す図である。It is a figure which shows the streamline on the meridional surface in the vicinity of the maximum efficiency in the conventional centrifugal compressor. 図19におけるA−A矢視図であり、回転流面上における翼間の流線を示す図である。FIG. 20 is a view taken along the arrow AA in FIG. 19 and is a diagram showing streamlines between blades on a rotating flow surface. 図20に示す状態から流量が減少して衝突角を持って流れが流入する場合における、回転流面上の翼間の流線を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing streamlines between blades on a rotating flow surface in the case where the flow rate decreases from the state shown in FIG. 20 and the flow enters with a collision angle. 図19に示す状態から流量が減少して衝突角を持って流れが流入する場合における、子午面上の流線を示す図である。It is a figure which shows the streamline on a meridian surface when the flow volume decreases from the state shown in FIG. 19 and a flow inflows with a collision angle. 従来の遠心圧縮機における、流量−圧力比特性曲線C0を示す図である。It is a figure which shows the flow volume-pressure ratio characteristic curve C0 in the conventional centrifugal compressor.

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described as the embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention thereto, but are merely illustrative examples. Absent.
For example, the expression "relative or absolute" such as "in a certain direction", "along a certain direction", "parallel", "orthogonal", "center", "concentric", or "coaxial" is strict. In addition to representing such an arrangement, it also represents a state in which the components are relatively displaced by a tolerance or an angle or a distance at which the same function can be obtained.
For example, expressions such as "identical", "equal", and "homogeneous" that indicate that they are in the same state are not limited to a state in which they are exactly equal. It also represents the existing state.
For example, the representation of a shape such as a quadrangle or a cylinder does not only represent the shape of a quadrangle or a cylinder in a geometrically strict sense, but also an uneven portion or a chamfer within a range in which the same effect can be obtained. The shape including parts and the like is also shown.
On the other hand, the expressions “comprising”, “comprising”, “comprising”, “including”, or “having” one element are not exclusive expressions excluding the existence of other elements.

図1は、本発明の一実施形態に係るターボチャージャ100における遠心圧縮機2の一部を概略的に示す子午面図である。図2は、一実施形態に係る遠心圧縮機2におけるインペラ4の一部を概略的に示す正面図である。 FIG. 1 is a meridional view schematically showing a part of a centrifugal compressor 2 in a turbocharger 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a front view schematically showing a part of the impeller 4 in the centrifugal compressor 2 according to the embodiment.

図1に示すように、遠心圧縮機2は、インペラ4及びインペラ4を収容するインペラケーシング6を備える。インペラ4は、不図示のエンジンの排ガスの流れを利用して回転する不図示のタービンのロータと同軸上に設けられており、タービンのロータによって回転駆動されて、エンジンへ供給する空気を圧縮するように構成されている。インペラ4を通過した空気は、ディフューザ5及び不図示のスクロール室を通った後、エンジンへ供給される。 As shown in FIG. 1, the centrifugal compressor 2 includes an impeller 4 and an impeller casing 6 that houses the impeller 4. The impeller 4 is provided coaxially with a rotor of a turbine (not shown) that rotates by utilizing a flow of exhaust gas of the engine (not shown), and is rotationally driven by the rotor of the turbine to compress air supplied to the engine. Is configured. The air that has passed through the impeller 4 is supplied to the engine after passing through the diffuser 5 and a scroll chamber (not shown).

インペラ4は、ハブ8と、ハブ8の外周面10に立設された複数の翼12と、を含む。以下では、インペラ4の径方向を単に「径方向」、インペラ4の軸方向を単に「軸方向」、インペラ4の周方向を単に「周方向」という。また、以下では、軸方向における空気流れの上流側を単に「上流側」、軸方向における空気流れの下流側を単に「下流側」という。 The impeller 4 includes a hub 8 and a plurality of blades 12 provided upright on an outer peripheral surface 10 of the hub 8. In the following, the radial direction of the impeller 4 is simply referred to as “radial direction”, the axial direction of the impeller 4 is simply referred to as “axial direction”, and the circumferential direction of the impeller 4 is simply referred to as “circumferential direction”. Further, hereinafter, the upstream side of the air flow in the axial direction is simply referred to as “upstream side”, and the downstream side of the air flow in the axial direction is simply referred to as “downstream side”.

インペラケーシング6は、第1シュラウドケーシング14と、第1シュラウドケーシング14の内側に設けられ、第1シュラウドケーシング14との間に環状の第1流路16を形成するとともに、内側に第2流路18を形成する第2シュラウドケーシング20と、第2シュラウドケーシング20を支持するように第1流路16の流路長さにおいて上流部分に設けられた支柱52と、径方向における第1流路16の外側から支柱52を支持するように設けられた円環状支持部54と、を含む。第2シュラウドケーシング20は、インペラ4の上流側に設けられている。 The impeller casing 6 is provided inside the first shroud casing 14 and the first shroud casing 14, forms an annular first flow passage 16 between the impeller casing 6 and the second shroud casing 14, and 18, a second shroud casing 20 forming the first shroud 18, a column 52 provided at an upstream portion in the flow path length of the first flow path 16 so as to support the second shroud casing 20, and the first flow path 16 in the radial direction. An annular support portion 54 provided so as to support the column 52 from the outside. The second shroud casing 20 is provided on the upstream side of the impeller 4.

図1及び図2に示すように、翼12の各々は、後縁22、第1先端縁24、第1前縁26、第2先端縁28、第2前縁30を含む。 As shown in FIGS. 1 and 2, each of the wings 12 includes a trailing edge 22, a first leading edge 24, a first leading edge 26, a second leading edge 28, and a second leading edge 30.

図1に示すように、第1先端縁24は、後縁22の先端32から第1シュラウドケーシング14の内周面66に沿って曲線状に延在する。第1先端縁24は、第1シュラウドケーシング14の内周面66との間には、わずかな隙間が設けられている。 As shown in FIG. 1, the first tip edge 24 extends in a curved shape from the tip 32 of the trailing edge 22 along the inner peripheral surface 66 of the first shroud casing 14. A slight gap is provided between the first tip edge 24 and the inner peripheral surface 66 of the first shroud casing 14.

第1前縁26は、第2シュラウドケーシング20の下流端48に軸方向に隙間を介して対向するように第2シュラウドケーシング20の下流側に設けられる。第1前縁26は、第1先端縁24の上流端34から径方向における内側へ延在し、第2先端縁28の下流端70と第1先端縁24の上流端34とを接続する。第1前縁26は、第1流路16に対向するように径方向に延在し、第2シュラウドケーシング20の下流端48の下流側に下流端48に隣接して設けられる。図1に示す例示的形態では、第1前縁26は、軸方向と直交する方向に沿って直線状に延在する。 The first front edge 26 is provided on the downstream side of the second shroud casing 20 so as to face the downstream end 48 of the second shroud casing 20 with a gap in the axial direction. The first front edge 26 extends inward in the radial direction from the upstream end 34 of the first tip edge 24, and connects the downstream end 70 of the second tip edge 28 and the upstream end 34 of the first tip edge 24. The first front edge 26 extends in the radial direction so as to face the first flow path 16, and is provided on the downstream side of the downstream end 48 of the second shroud casing 20 and adjacent to the downstream end 48. In the exemplary form shown in FIG. 1, the first leading edge 26 extends linearly along a direction orthogonal to the axial direction.

第2先端縁28は、第2シュラウドケーシング20の内周面40のうち上記下流端48の近傍部分に隙間を介して対向するように内周面40に沿って延在し、径方向における第2シュラウドケーシング20の内側に設けられる。第2先端縁28は、径方向における第1前縁26の内側端36から上流側へ直線状又は曲線状に延在しており、第1先端縁24よりも上流側に位置する。また、第1先端縁24と第2先端縁28との間に第1前縁26を介しているため、第1先端縁24の前縁半径が第2先端縁28の下流端70の半径よりも大きい(すなわち、第2先端縁28の下流端70と回転軸線Oとの距離は、第1先端縁24の上流端34と回転軸線Oとの距離よりも大きい。)。図示する例示的形態では、第2先端縁28は、軸方向に沿って、第1先端縁24の上流側への仮想的な延長線にほぼ平行に、直線状に延在する。 The second tip edge 28 extends along the inner peripheral surface 40 so as to face a portion of the inner peripheral surface 40 of the second shroud casing 20 in the vicinity of the downstream end 48 with a gap, and extends in the radial direction. It is provided inside the two-shroud casing 20. The second tip edge 28 extends linearly or in a curved shape from the inner end 36 of the first front edge 26 in the radial direction toward the upstream side, and is located upstream of the first tip edge 24. Further, since the first leading edge 26 is interposed between the first tip edge 24 and the second tip edge 28, the leading edge radius of the first tip edge 24 is smaller than the radius of the downstream end 70 of the second tip edge 28. Is large (that is, the distance between the downstream end 70 of the second tip edge 28 and the rotation axis O is larger than the distance between the upstream end 34 of the first tip edge 24 and the rotation axis O). In the illustrated exemplary embodiment, the second tip edge 28 extends linearly along the axial direction substantially parallel to an imaginary extension line to the upstream side of the first tip edge 24.

なお、第2先端縁28と第2シュラウドケーシング20とが軸方向にオーバーラップする長さは、第1前縁26の径方向長の半分以上であることが望ましい。また、第2シュラウドケーシング20の下流端48は、径方向において第1前縁26の中央よりも内側に位置することが望ましい。また、第2シュラウドケーシング20の下流端48と第2シュラウドケーシング20の内周面40はインペラ4の第2先端縁28と第1前縁26とほぼ一定の隙間を介して対向する曲線で構成されていても良い。 The length by which the second tip edge 28 and the second shroud casing 20 overlap in the axial direction is preferably at least half the radial length of the first front edge 26. Further, the downstream end 48 of the second shroud casing 20 is preferably located inside the center of the first front edge 26 in the radial direction. Further, the downstream end 48 of the second shroud casing 20 and the inner peripheral surface 40 of the second shroud casing 20 are formed by curved lines that face the second tip edge 28 and the first front edge 26 of the impeller 4 with a substantially constant gap therebetween. It may be done.

なお、図1等に示す例示的形態では、第1前縁26と第2先端縁28とは互いにほぼ直角に交わるよう構成されており、第1前縁26の内側端36と第2先端縁28の下流端70は一致する。ただし、実際の構造において、図25に破線で示すように、第1前縁26と第2先端縁28とは滑らかな曲線で繋がっていても良い。この場合、直線状の第1前縁26の径方向内側への仮想的な延長線と直線状の第2先端縁28の下流側への仮想的な延長線との交点を、第1前縁26の内側端36及び第2先端縁28の下流端70と定義することとする。 In addition, in the exemplary embodiment shown in FIG. 1 and the like, the first front edge 26 and the second tip edge 28 are configured to intersect each other at substantially right angles, and the inner end 36 and the second tip edge of the first front edge 26 are configured. The downstream ends 70 of 28 coincide. However, in an actual structure, the first front edge 26 and the second tip edge 28 may be connected by a smooth curve, as shown by the broken line in FIG. In this case, the intersection point between the virtual extension line of the linear first front edge 26 toward the inner side in the radial direction and the virtual extension line of the linear second front edge 28 toward the downstream side is defined as the first front edge. It is defined as an inner end 36 of 26 and a downstream end 70 of the second tip edge 28.

第2前縁30は、軸方向において第1前縁26の上流側に位置し、第2先端縁28の上流端38から径方向における内側へ直線状又は曲線状に延在し、ハブ8の外周面10に接続する。第2前縁30は、第2流路18に対向して設けられる。図示する例示的形態では、第2前縁30は、軸方向に直交する方向に沿って直線状に延在する。 The second front edge 30 is located on the upstream side of the first front edge 26 in the axial direction, extends linearly or curvedly inward in the radial direction from the upstream end 38 of the second tip edge 28, and Connect to the outer peripheral surface 10. The second front edge 30 is provided so as to face the second flow path 18. In the illustrated exemplary form, the second leading edge 30 extends linearly along a direction orthogonal to the axial direction.

第2シュラウドケーシング20は、環状に構成されており、第1シュラウドケーシング14の内周面66の半径方向内側に設けられ、第1シュラウドケーシング14の内周面66のうち第1前縁26より上流側の内壁面67と第2シュラウドケーシング20の外周面42との間に上述の第1流路16が形成される。また、上述の第2流路18は、第2シュラウドケーシング20の内周面40の内側に円管状又は環状に形成される。第2シュラウドケーシング20は、子午面において翼形状(翼断面形状)を有している。第2シュラウドケーシング20の内周面40は、上流側に向かうにつれて半径が大きくなるベルマウス形状を有する。第2シュラウドケーシング20の外周面42は、上流側に向かうにつれて半径が大きくなる曲面状の拡径面44と、拡径面44の上流側にて拡径面44と第2シュラウドケーシング20の内周面40とを接続する曲面状の接続面46とを含む。また、第2シュラウドケーシング20の下流端48は、径方向において、第2先端縁28より外側に位置するとともに、軸方向において、第2先端縁28の上流端38より下流側に位置する。 The second shroud casing 20 is configured in an annular shape, is provided on the inner side in the radial direction of the inner peripheral surface 66 of the first shroud casing 14, and is closer to the inner peripheral surface 66 of the first shroud casing 14 than the first front edge 26. The above-described first flow path 16 is formed between the inner wall surface 67 on the upstream side and the outer peripheral surface 42 of the second shroud casing 20. Further, the above-mentioned second flow path 18 is formed in a circular tube shape or an annular shape inside the inner peripheral surface 40 of the second shroud casing 20. The second shroud casing 20 has a blade shape (wing cross-sectional shape) on the meridian surface. The inner peripheral surface 40 of the second shroud casing 20 has a bell mouth shape whose radius increases toward the upstream side. The outer peripheral surface 42 of the second shroud casing 20 has a curved surface-shaped expanding surface 44 whose radius increases toward the upstream side, and the expanding surface 44 and the inside of the second shroud casing 20 on the upstream side of the expanding surface 44. A curved connecting surface 46 that connects the peripheral surface 40 is included. Further, the downstream end 48 of the second shroud casing 20 is located outside the second tip edge 28 in the radial direction, and is located downstream of the upstream end 38 of the second tip edge 28 in the axial direction.

第1シュラウドケーシング14のうち第1前縁26より上流側の内壁面67はベルマウス形状の入口を有しており、また、第1流路16は、下流側に向かうにつれて流路断面積が小さくなる絞り流路部50を有する。第1シュラウドケーシング14のうち第1前縁26より下流側の内壁面68は、第1先端縁24に沿って下流側に向かうにつれて径方向外側へ湾曲している。支柱52は、第1流路16におけるベルマウス形状の入口の上流端近傍に設置されるとともに、径方向に直交する断面において翼形状を有している。 The inner wall surface 67 of the first shroud casing 14 on the upstream side of the first front edge 26 has a bellmouth-shaped inlet, and the first flow passage 16 has a flow passage cross-sectional area that increases toward the downstream side. It has a narrowed throttle channel section 50. An inner wall surface 68 of the first shroud casing 14 on the downstream side of the first front edge 26 is curved outward in the radial direction toward the downstream side along the first tip edge 24. The support column 52 is installed near the upstream end of the bellmouth-shaped inlet in the first flow path 16, and has a wing shape in a cross section orthogonal to the radial direction.

かかる構成では、第2シュラウドケーシング20を支持する支柱52の周辺の流速が第1前縁26近傍の流速に比べて遅く、且つ、支柱52の断面形状に損失の小さい断面形状を使用するため、支柱52自体の抵抗に起因する圧力損失を低減することができる。他の実施形態では、支柱52は、インペラ4の径方向に直交する断面においてその前縁及び後縁に円弧のある平板や円柱等によって構成されていてもよい。 In such a configuration, the flow velocity around the support column 52 that supports the second shroud casing 20 is slower than the flow velocity near the first front edge 26, and the cross-sectional shape of the support column 52 uses a small loss cross-sectional shape. The pressure loss due to the resistance of the column 52 itself can be reduced. In another embodiment, the support column 52 may be formed of a flat plate, a cylinder or the like having arcs at its front and rear edges in a cross section orthogonal to the radial direction of the impeller 4.

また、流量が減少していくと、安定した循環流Fcが生じる領域が拡大するので、第2シュラウドケーシング20が第2前縁30に対して上流側に延在することにより、拡大した循環流Fcが第2前縁30近傍の流れに影響を及ぼし第2前縁30近傍の流れが剥離することを抑制できる。 Further, as the flow rate decreases, the region in which the stable circulation flow Fc is generated expands, so that the second shroud casing 20 extends upstream with respect to the second front edge 30 to expand the circulation flow Fc. It is possible to prevent Fc from affecting the flow near the second front edge 30 and separating the flow near the second front edge 30.

また、第2シュラウドケーシング20においてその上流端が第2前縁30に対して上流側へ延在する長さは、第1先端縁24の上流端34と、第2前縁30とハブ8との接続位置との径方向距離相当、又は当該径方向距離以上であることが望ましい。これにより、第2シュラウドケーシング20の上流端の半径を大きくすることができ、第1流路16の断面積を大きくすることができ、支柱52周辺の流速を十分低くすることができる。このため、支柱52自体の抵抗に起因する圧力損失を低減できるとともに、安定した循環流Fcの拡大による第2前縁30近傍の流れの剥離を効果的に抑制することができる。 Further, the length in which the upstream end of the second shroud casing 20 extends upstream of the second front edge 30 is the upstream end 34 of the first tip edge 24, the second front edge 30, and the hub 8. It is desirable that the distance be equal to or greater than the radial distance from the connection position. Accordingly, the radius of the upstream end of the second shroud casing 20 can be increased, the cross-sectional area of the first flow path 16 can be increased, and the flow velocity around the support column 52 can be sufficiently reduced. Therefore, the pressure loss due to the resistance of the support column 52 itself can be reduced, and the separation of the flow in the vicinity of the second front edge 30 due to the stable expansion of the circulation flow Fc can be effectively suppressed.

図示する例示的形態では、インペラ4の入口位置における半径(第1先端縁24の上流端34とインペラ4の回転軸線Oとの距離)で、インペラ4の出口位置における半径(翼12の後縁22とインペラ4の回転軸線Oとの距離)を除した値は、1.1〜1.3程度である。また、インペラ4の出口位置においてハブ8の外周面10が径方向に対してなす角度θは、5°≦θ≦15°に設定されている。 In the illustrated exemplary embodiment, the radius at the inlet position of the impeller 4 (the distance between the upstream end 34 of the first tip edge 24 and the rotation axis O of the impeller 4) at the outlet position of the impeller 4 (the trailing edge of the blade 12). A value obtained by dividing the distance 22 between the impeller 4 and the rotation axis O of the impeller 4 is about 1.1 to 1.3. Further, the angle θ formed by the outer peripheral surface 10 of the hub 8 with respect to the radial direction at the outlet position of the impeller 4 is set to 5°≦θ≦15°.

図3は、遠心圧縮機2における最高効率点近傍の大流量時(以下、「流量A時」という。)における子午面上の流れを示す図である。図4は、遠心圧縮機2における流量Aよりも流量が小さい小流量時(以下、「流量B時」という。)における子午面上の流れを示す図である。図5は、遠心圧縮機2の流量B時における第1先端縁24近傍の翼間流面の流れ(図4におけるB−B矢視図)と、遠心圧縮機2の流量B時における第2先端縁28近傍の翼間流面の流れ(図4におけるC−C矢視図)とを重ねて示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing a flow on the meridian plane at a large flow rate (hereinafter, referred to as “flow rate A time”) near the maximum efficiency point in the centrifugal compressor 2. FIG. 4 is a diagram showing a flow on the meridian plane when the flow rate is smaller than the flow rate A in the centrifugal compressor 2 (hereinafter referred to as “flow rate B”). FIG. 5 shows the flow of the inter-blade flow surface in the vicinity of the first tip edge 24 when the flow rate B of the centrifugal compressor 2 is B (the arrow B-B in FIG. 4), and the second flow rate of the centrifugal compressor 2 when the flow rate B is B. It is a figure which overlaps and shows the flow (CC arrow line view in FIG. 4) of the flow surface between blades near the front edge 28.

図3に示す最高効率点近傍の流量A時には、インペラ4の上流の流れは、第1前縁26及び第2前縁30の各々で軸流速度が略一定となるように第1流路16及び第2流路18に流入する。最高効率点近傍の流量A時には、第1前縁26及び第2前縁30に対して無衝突な流れ(翼断面の中心線すなわちキャンバーラインに沿う方向の流れ)が形成されるため、高効率且つ高圧力で遠心圧縮機2の運転を行うことができる。 When the flow rate A is in the vicinity of the maximum efficiency point shown in FIG. 3, the flow upstream of the impeller 4 has a first flow path 16 such that the axial flow velocity is substantially constant at each of the first leading edge 26 and the second leading edge 30. And flows into the second flow path 18. At a flow rate A in the vicinity of the maximum efficiency point, a collision-free flow (flow in the direction along the center line of the blade cross section, that is, the camber line) is formed with respect to the first leading edge 26 and the second leading edge 30, so that high efficiency is achieved. In addition, the centrifugal compressor 2 can be operated at high pressure.

一方、最高効率近傍の流量Aが、第1流路16の流路断面積S1と第2流路18の流路断面積S2との和に対する第2流路18の流路断面積S2の比S2/(S1+S2)程度の流量Bまで減少すると、図4に示すように、第1流路16に流れがほとんど流入せず、第2流路18のみに流れが流入するようになる。 On the other hand, the flow rate A near the maximum efficiency is the ratio of the flow passage cross-sectional area S2 of the second flow passage 18 to the sum of the flow passage cross-sectional area S1 of the first flow passage 16 and the flow passage cross-sectional area S2 of the second flow passage 18. When the flow rate B is reduced to about S2/(S1+S2), almost no flow flows into the first flow path 16 and only the second flow path 18 flows, as shown in FIG.

この現象について以下で説明する。
図4に示すように、遠心圧縮機2においても、上述した「子午面の逆流」が発生するが、翼入口側の第1先端縁24近傍で上流に向かって逆流した後の径方向内側への流れは、第2シュラウドケーシング20の外周面42で進行を妨げられるため、それ以上径方向内側へ流れない。その結果、「子午面の逆流」は、発達を抑制されて第1前縁26と第1先端縁24の間の領域に閉じ込められ、安定した循環流Fcとなる。
This phenomenon will be described below.
As shown in FIG. 4, in the centrifugal compressor 2 also, the above-mentioned “backflow of the meridian plane” occurs, but in the vicinity of the first tip edge 24 on the blade inlet side, the backflow toward the upstream side is followed by the inward radial direction. The flow is blocked by the outer peripheral surface 42 of the second shroud casing 20, and therefore does not flow further inward in the radial direction. As a result, the "meridian backflow" is restrained from developing and is confined in the region between the first leading edge 26 and the first tip edge 24, and becomes a stable circulating flow Fc.

この安定した循環流Fcによって、第1前縁26の位置で流路が閉塞されるため、第1流路16から流れがインペラ4にほとんど流入せず、第2流路18からのみ流れがインペラ4に流入する。また、安定した循環流Fcと第2前縁30からインペラ4に流入した流れとの境界に滑らかな境界面が形成されるため、第2前縁30を通過した流れは、後縁22まで滑らかに流れることができる。その結果、図21及び図22等を用いて説明した翼の失速と逆流に伴う圧力低下や損失増加が抑制され、流量の低下に伴う圧力及び効率の低下を抑制することができる。 Due to this stable circulation flow Fc, the flow passage is closed at the position of the first leading edge 26, so that the flow from the first flow passage 16 hardly flows into the impeller 4, and the flow from the second flow passage 18 only. Inflow to 4. Further, since a smooth boundary surface is formed at the boundary between the stable circulation flow Fc and the flow flowing into the impeller 4 from the second front edge 30, the flow passing through the second front edge 30 is smooth to the rear edge 22. Can flow to. As a result, the pressure drop and the loss increase due to the blade stall and backflow described with reference to FIGS. 21 and 22 and the like can be suppressed, and the pressure and the efficiency decrease due to the flow rate decrease can be suppressed.

また、上記のように第1前縁26の位置における流路が閉塞されるため、インペラ4の入口面積が実質的に第2前縁30の径方向範囲に対応する流路面積のみになる。このため、流量Aから流量Bに減少しても、第2流路18の流量低下が抑制され、第2前縁30に対する無衝突な流れを維持することができる。すなわち、図5において、第2前縁30に対する流れの衝突角(第2前縁30に流入する流線と翼断面の中心線すなわちキャンバーラインとのなす角)が略0に維持され、その流れが高効率でインペラ4の出口に達することができる。 Further, since the flow passage at the position of the first front edge 26 is closed as described above, the inlet area of the impeller 4 is substantially only the flow passage area corresponding to the radial range of the second front edge 30. Therefore, even if the flow rate A is decreased to the flow rate B, the decrease in the flow rate of the second flow path 18 is suppressed, and the flow without collision with the second front edge 30 can be maintained. That is, in FIG. 5, the collision angle of the flow with respect to the second leading edge 30 (the angle between the streamline flowing into the second leading edge 30 and the center line of the blade cross section, that is, the camber line) is maintained at approximately 0, and the flow thereof is maintained. Can reach the exit of the impeller 4 with high efficiency.

また、図4に示すように、インペラ4の入口面積が実質的に第2前縁30の位置に対応する流路断面積S2のみになっても、インペラ4の出口面積S3は変わらないため、インペラ4の入口から出口までの減速量及び仕事量が大きくなり、吐出圧力が高くなる。 Further, as shown in FIG. 4, even if the inlet area of the impeller 4 is substantially only the flow passage cross-sectional area S2 corresponding to the position of the second front edge 30, the outlet area S3 of the impeller 4 does not change. The amount of deceleration and the amount of work from the inlet to the outlet of the impeller 4 increase, and the discharge pressure increases.

図6は、遠心圧縮機2の流量−圧力比特性曲線C1を示す図である。図7は、遠心圧縮機2の流量−効率特性曲線C2を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing a flow rate-pressure ratio characteristic curve C1 of the centrifugal compressor 2. FIG. 7 is a diagram showing a flow rate-efficiency characteristic curve C2 of the centrifugal compressor 2.

図6に示すように、遠心圧縮機2の流量−圧力比特性曲線C1は、ある程度大きい流量域WLでは、第1流路16と第2流路18の両方に流れが流れるため、図19〜図23を用いて説明した従来の遠心圧縮機の流量−圧力比特性曲線C0と概ね同等の特性を有する。 As shown in FIG. 6, the flow rate-pressure ratio characteristic curve C1 of the centrifugal compressor 2 has a relatively large flow rate range WL, and therefore flows in both the first flow path 16 and the second flow path 18, so that FIG. It has substantially the same characteristics as the flow rate-pressure ratio characteristic curve C0 of the conventional centrifugal compressor described with reference to FIG.

また、遠心圧縮機2の流量−圧力比特性曲線C1は、ある程度小さい流量域WSでは、第2流路18のみに流れが流れるため、第2流路18のチョーク流量とサージ流量とからなる仮想の流量−圧力比特性曲線C3(第2流路18だけから流れがインペラ4に流入する仮想の遠心圧縮機における流量−圧力比特性曲線)と概ね同等の特性を有する。このため、小流量域WSにおいて、矢印P1に示すように従来の遠心圧縮機よりも圧力比が高くなる。また、第2流路18のサージ流量を、従来の遠心圧縮機のサージ流量よりも小さくすることができ、矢印P2に示すように、サージマージンを拡大することができる。 Further, the flow rate-pressure ratio characteristic curve C1 of the centrifugal compressor 2 is a virtual flow chart including a choke flow rate and a surge flow rate in the second flow path 18 because the flow flows only in the second flow path 18 in the flow rate range WS that is relatively small. Has substantially the same characteristics as the flow rate-pressure ratio characteristic curve C3 (flow rate-pressure ratio characteristic curve in a virtual centrifugal compressor in which the flow flows from only the second flow path 18 into the impeller 4). Therefore, in the small flow rate range WS, the pressure ratio becomes higher than that of the conventional centrifugal compressor as shown by the arrow P1. Further, the surge flow rate of the second flow path 18 can be made smaller than the surge flow rate of the conventional centrifugal compressor, and the surge margin can be expanded as shown by the arrow P2.

このように、遠心圧縮機2の流量−圧力比特性曲線C1は、従来の遠心圧縮機の流量−圧力比特性曲線C0と、第2流路18のチョーク流量とサージ流量とからなる仮想の流量−圧力比特性曲線C3とを合体したような特性を有する。 As described above, the flow rate-pressure ratio characteristic curve C1 of the centrifugal compressor 2 is a virtual flow rate including the flow rate-pressure ratio characteristic curve C0 of the conventional centrifugal compressor and the choke flow rate and the surge flow rate of the second flow path 18. -It has a characteristic that it is combined with the pressure ratio characteristic curve C3.

また、図7に示すように、遠心圧縮機2の流量−効率特性曲線C2も同様に、従来の遠心圧縮機の流量−効率特性曲線C4と、第2流路18のチョーク流量とサージ流量とからなる仮想の効率−圧力比特性曲線C5とを合体したような特性を有する。 Further, as shown in FIG. 7, the flow rate-efficiency characteristic curve C2 of the centrifugal compressor 2 similarly shows the flow rate-efficiency characteristic curve C4 of the conventional centrifugal compressor, the choke flow rate and the surge flow rate of the second flow path 18. It has a characteristic as if it were combined with a virtual efficiency-pressure ratio characteristic curve C5.

このため、遠心圧縮機2の流量−効率特性曲線C2では、第2流路18のみに流れが流れる仮想の遠心圧縮機の流量−圧力比特性曲線C5に対応するように従来の遠心圧縮機より小流量側に効率ピーク点が生じ、矢印P3に示すように、従来の遠心圧縮機の流量−効率特性曲線C4に比べて小流量まで高効率を得ることができる。 For this reason, in the flow rate-efficiency characteristic curve C2 of the centrifugal compressor 2, the flow rate-efficiency characteristic curve C2 of the conventional centrifugal compressor is made to correspond to the flow rate-pressure ratio characteristic curve C5 of the virtual centrifugal compressor in which the flow flows only in the second flow path 18. An efficiency peak point occurs on the small flow rate side, and as shown by an arrow P3, high efficiency can be obtained up to a small flow rate as compared with the flow rate-efficiency characteristic curve C4 of the conventional centrifugal compressor.

以上のように、遠心圧縮機2によれば、従来の遠心圧縮機と比較して、サージマージンを拡大させることが可能となり、小流量域における圧力比を上昇するとともに小流量域における効率を向上することが可能となる。また、特許文献1に係る遠心圧縮機と比較して、多孔板等からなる複雑な構成の抵抗体を設ける必要がない。このため、流量の低下に伴う圧力及び効率の低下を簡素な構成で抑制することができる。 As described above, according to the centrifugal compressor 2, it is possible to increase the surge margin as compared with the conventional centrifugal compressor, increase the pressure ratio in the small flow rate region and improve the efficiency in the small flow rate region. It becomes possible to do. Further, as compared with the centrifugal compressor according to Patent Document 1, there is no need to provide a resistor having a complicated structure including a perforated plate or the like. Therefore, it is possible to suppress a decrease in pressure and efficiency due to a decrease in flow rate with a simple configuration.

図8は、ターボチャージャ100におけるエンジン回転数毎の遠心圧縮機2の流量−圧力比特性曲線C1a,C1b,C1cと、それらに対応するエンジン回転数毎の従来の遠心圧縮機の流量−圧力比特性曲線C0a,C0b,C0cを示す図である。図8では、特性曲線C1a,C1b,C1cの順に、対応するエンジン回転数が大きくなる。 FIG. 8 is a flow rate-pressure ratio characteristic curve C1a, C1b, C1c of the centrifugal compressor 2 for each engine speed in the turbocharger 100, and a corresponding flow rate-pressure ratio of the conventional centrifugal compressor for each engine speed corresponding thereto. It is a figure which shows characteristic curve C0a, C0b, C0c. In FIG. 8, the corresponding engine speed increases in the order of the characteristic curves C1a, C1b, C1c.

遠心圧縮機2によれば、矢印P4に示すように、低回転数で高圧力比に達することができる。また、従来の遠心圧縮機よりもサージ流量を小さくすることができるため、従来と同様のエンジン作動線L0上で作動する場合にはサージマージンを拡大することができる。また、サージマージンを従来と同様に設定した場合には、矢印P5に示すように、圧力一定の流量領域を広くすることができ、エンジンが要求する広い流量範囲に対応することができる。 According to the centrifugal compressor 2, as shown by an arrow P4, it is possible to reach a high pressure ratio at a low rotation speed. Further, since the surge flow rate can be made smaller than that of the conventional centrifugal compressor, the surge margin can be expanded when operating on the same engine operating line L0 as the conventional one. Further, when the surge margin is set as in the conventional case, as shown by an arrow P5, it is possible to widen the flow rate region where the pressure is constant, and it is possible to cope with a wide flow rate range required by the engine.

図9は、従来の遠心圧縮機における流量−圧力比特性曲線C0a,C0b,C0cとエンジン作動特性との関係を示す図である。図10は、遠心圧縮機2における流量−圧力比特性曲線C1a,C1b,C1cとエンジン作動特性との関係を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing a relationship between flow rate-pressure ratio characteristic curves C0a, C0b, C0c and engine operating characteristics in a conventional centrifugal compressor. FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the flow rate-pressure ratio characteristic curves C1a, C1b, C1c and the engine operating characteristics in the centrifugal compressor 2.

図9に示すように、従来、遠心圧縮機をエンジン作動線L0上で作動する場合、起動時や低速からの加速時に相当する小流量時にはサージマージン近傍の領域での作動となるため、効率ピークに対して効率が低下した領域での使用にならざるを得なかった。 As shown in FIG. 9, conventionally, when the centrifugal compressor is operated on the engine operating line L0, the operation is performed in the region near the surge margin at a small flow rate corresponding to the time of start-up or acceleration from a low speed, so that the efficiency peak is reached. However, it had to be used in areas where efficiency was low.

これに対し、遠心圧縮機2によれば、図10に示すように、小流量域に高効率領域が生じるため、小流量でも高効率作動点を使用でき、低回転数で従来の圧力を達成できる。このため、加速時には速やかに流量と圧力比を高くでき、流量と圧力比の上昇についてレスポンスを向上することができる。 On the other hand, according to the centrifugal compressor 2, as shown in FIG. 10, a high-efficiency region is generated in a small flow rate region, so that a high-efficiency operating point can be used even at a small flow rate, and a conventional pressure can be achieved at a low rotation speed. it can. Therefore, the flow rate and the pressure ratio can be quickly increased during acceleration, and the response can be improved with respect to the increase in the flow rate and the pressure ratio.

また、翼12の前縁部分が第1前縁26及び第2先端縁28からなる切り欠き形状を有することにより、翼12の入口側の先端部分の重量が低減されるため、翼12の振動固有値を高くすることが可能となる。このため、振動に対する強度を高くすることができ、翼12に作用する遠心力を低減して翼12に生ずる応力を低減することができる。また、強度や振動固有値を従来相当に設定する場合には、翼12を薄くできるので、ピーク効率を向上することが可能となる。 Further, since the leading edge portion of the blade 12 has a notched shape composed of the first leading edge 26 and the second leading edge 28, the weight of the leading end portion of the blade 12 on the inlet side is reduced, so that the vibration of the blade 12 is reduced. It is possible to increase the eigenvalue. Therefore, the strength against vibration can be increased, the centrifugal force acting on the blade 12 can be reduced, and the stress generated in the blade 12 can be reduced. Further, when the strength and the vibration eigenvalue are set to the conventional values, the blade 12 can be made thin, so that the peak efficiency can be improved.

一実施形態では、図11及び図12に示すように、遠心圧縮機2における第2前縁30は、径方向における第2前縁30の外側端39(38)が径方向における第2前縁30の内側端56より上流側に位置するように、径方向に対して傾斜していてもよい。 In one embodiment, as shown in FIGS. 11 and 12, the second front edge 30 of the centrifugal compressor 2 has the outer end 39 (38) of the second front edge 30 in the radial direction being the second front edge in the radial direction. It may be inclined with respect to the radial direction so as to be located upstream of the inner end 56 of 30.

第2前縁30がこのように傾斜していることにより、第2前縁30近傍における翼12の圧力面がインペラ4の出口方向(径方向外側)を向くこととなる。インペラ4に流入する流れには翼12の圧力面に垂直な方向の力が作用するため、流れを軸方向から径方向外側に転向する作用が大きくなる。 Since the second leading edge 30 is inclined in this way, the pressure surface of the blade 12 near the second leading edge 30 faces the outlet direction (radially outward) of the impeller 4. Since a force in a direction perpendicular to the pressure surface of the blade 12 acts on the flow flowing into the impeller 4, the action of diverting the flow from the axial direction to the radially outer side becomes large.

このため、第2流路18からインペラ4に流入する流れを、矢印P6に示すように、第2前縁30近傍で半径方向外側に転向させる作用を強めることができる。これにより、第1シュラウドケーシング14の内周面58近傍における境界層の拡大を抑制し、翼12の後縁22における先端側での流速の分布を一様な分布に近づけることができる。 Therefore, it is possible to enhance the action of turning the flow flowing into the impeller 4 from the second flow path 18 outward in the radial direction in the vicinity of the second front edge 30 as shown by the arrow P6. As a result, the expansion of the boundary layer in the vicinity of the inner peripheral surface 58 of the first shroud casing 14 can be suppressed, and the distribution of the flow velocity on the tip side at the trailing edge 22 of the blade 12 can be made close to a uniform distribution.

その結果、インペラ効率が向上し、ディフューザ5の圧力回復率が向上するため、遠心圧縮機2の高効率化が可能となる。 As a result, the impeller efficiency is improved and the pressure recovery rate of the diffuser 5 is improved, so that the centrifugal compressor 2 can be made highly efficient.

一実施形態では、図13及び図14に示すように、第1前縁26は、径方向における第1前縁26の外側端35(34)が径方向における第1前縁26の内側端36より上流側に位置するように、径方向に対して傾斜していてもよい。 In one embodiment, as shown in FIGS. 13 and 14, the first leading edge 26 has a radially outer edge 35 (34) of the first leading edge 26 that is radially inner edge 36 of the first leading edge 26. It may be inclined with respect to the radial direction so as to be located on the more upstream side.

第1前縁26がこのように傾斜していることにより、第2前縁30を傾斜させた場合と同様の理由により、第1流路16からインペラ4に流入する流れを、矢印P7に示すように、第1前縁26近傍で半径方向外側に転向させる作用を強めることができる。これにより、第1シュラウドケーシング14の内周面58近傍における境界層の拡大を抑制し、翼12の後縁22における先端側での流速の分布を一様な分布に近づけることができる。 The inclination of the first front edge 26 in this way indicates the flow flowing from the first flow path 16 into the impeller 4 for the same reason as when the second front edge 30 is inclined, as indicated by an arrow P7. As described above, it is possible to enhance the action of turning outward in the radial direction in the vicinity of the first front edge 26. As a result, the expansion of the boundary layer in the vicinity of the inner peripheral surface 58 of the first shroud casing 14 can be suppressed, and the distribution of the flow velocity on the tip side at the trailing edge 22 of the blade 12 can be made close to a uniform distribution.

その結果、インペラ効率が向上し、ディフューザ5の圧力回復率が向上するため、遠心圧縮機2の高効率化が可能となる。 As a result, the impeller efficiency is improved and the pressure recovery rate of the diffuser 5 is improved, so that the centrifugal compressor 2 can be made highly efficient.

なお、第1前縁26は、径方向における第1前縁26の外側端35(34)が径方向における第1前縁26の内側端36より下流側に位置するように、径方向に対して傾斜していてもよい。これにより、翼12の振動強度を高くすることが可能となる。 The first front edge 26 is arranged in the radial direction such that the outer end 35 (34) of the first front edge 26 in the radial direction is located downstream of the inner end 36 of the first front edge 26 in the radial direction. May be inclined. As a result, the vibration strength of the blade 12 can be increased.

一実施形態では、図15に示すように、第2シュラウドケーシング20、支柱52、及び円環状支持部54は、一体化されており(一部品として構成されており)、円環状支持部54は、第1シュラウドケーシング14に対して着脱可能に構成されていてもよい。この場合、円環状支持部54は、例えば不図示のボルトによって第1シュラウドケーシング14に取り付けられていてもよい。 In one embodiment, as shown in FIG. 15, the second shroud casing 20, the column 52, and the annular support portion 54 are integrated (configured as one component), and the annular support portion 54 is The first shroud casing 14 may be detachably attached to the first shroud casing 14. In this case, the annular support portion 54 may be attached to the first shroud casing 14 by, for example, a bolt (not shown).

このように、第2シュラウドケーシング20を第1シュラウドケーシング14の別の部品とし、第2シュラウドケーシング20と第1シュラウドケーシング14とを同軸に組み上げることができるようにすれば、インペラ4の第2先端縁28の高さを鋳造で設定又は機械加工により調整した上で、その高さに応じて第2シュラウドケーシング20、支柱52及び円環状支持部54により構成される部品を製造することができる。このため、遠心圧縮機2の性能設計の自由度及び構造設計の自由度を高くすることができる。 In this way, if the second shroud casing 20 is used as another component of the first shroud casing 14 so that the second shroud casing 20 and the first shroud casing 14 can be assembled coaxially, the second shroud casing 20 After the height of the tip edge 28 is set by casting or adjusted by machining, a component constituted by the second shroud casing 20, the support column 52 and the annular support portion 54 can be manufactured according to the height. .. Therefore, the degree of freedom in the performance design of the centrifugal compressor 2 and the degree of freedom in the structural design can be increased.

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。以下で説明する形態において、既出の構成と同様の機能を有する構成については、同一の符号を付して説明を省略する。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes a modified form of the above-described embodiment and a combination of these forms as appropriate. In the embodiment described below, configurations having the same functions as those already described are given the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

例えば図1に示す形態において、第2シュラウドケーシング20と第2先端縁28とは軸方向においてオーバーラップしていなくてもよい。第2シュラウドケーシング20の下流端48は、第2先端縁28に対して径方向外側にあっても内側にあってもよい。第2シュラウドケーシング20の下流端48が第2先端縁28に対して径方向内側にある場合には、第2シュラウドケーシング20の下流端48は、第2前縁30の上流側に位置する。 For example, in the form shown in FIG. 1, the second shroud casing 20 and the second tip edge 28 do not have to overlap in the axial direction. The downstream end 48 of the second shroud casing 20 may be radially outside or inside the second tip edge 28. When the downstream end 48 of the second shroud casing 20 is radially inward of the second tip edge 28, the downstream end 48 of the second shroud casing 20 is located upstream of the second front edge 30.

例えば、図16及び図17に示すように、インペラ4は、上述の翼12(主羽根)に加えて、隣接する翼12の間に設けられたスプリッタ翼60を備えていてもよい。スプリッタ翼60は翼12よりも短く、スプリッタ翼60の前縁位置は翼12の前縁位置よりも下流側に設定されている。この場合、本発明は、主羽根としての翼12とスプリッタ翼60の何れか一方又は両方に適用することができ、特に主羽根としての翼12に適用することで、流量の低下に伴う圧力及び効率の低下を効果的に抑制することができる。 For example, as shown in FIGS. 16 and 17, the impeller 4 may include a splitter blade 60 provided between adjacent blades 12 in addition to the blade 12 (main blade) described above. The splitter blade 60 is shorter than the blade 12, and the leading edge position of the splitter blade 60 is set downstream of the leading edge position of the blade 12. In this case, the present invention can be applied to either or both of the blade 12 as the main blade and the splitter blade 60, and in particular, by being applied to the blade 12 as the main blade, the pressure and The decrease in efficiency can be effectively suppressed.

また、一実施形態では、図18に示すように、遠心圧縮機2は、第1流路16を開閉可能に構成されたバルブ62を更に備えていてもよい。この場合、バルブ62はアクチュエータ64によって開閉されるように構成されてもよいし、手動で開閉されるように構成されてもよい。かかる構成では、大流量時にバルブ62を開状態にし、小流量時にバルブ62を閉状態にすることで、流量の低下に伴う圧力及び効率の低下を抑制することができる。 Further, in one embodiment, as shown in FIG. 18, the centrifugal compressor 2 may further include a valve 62 configured to be able to open and close the first flow path 16. In this case, the valve 62 may be configured to be opened/closed by the actuator 64 or may be configured to be opened/closed manually. With such a configuration, the valve 62 is opened when the flow rate is large, and the valve 62 is closed when the flow rate is small, so that it is possible to suppress a decrease in pressure and efficiency due to a decrease in flow rate.

また、一実施形態では、例えば図19に示すように、遠心圧縮機2は、第2シュラウドケーシング20を備えていなくてもよい。 Further, in one embodiment, as shown in FIG. 19, for example, the centrifugal compressor 2 may not include the second shroud casing 20.

この場合、流量が低下すると第1前縁26のうち第1先端縁24側の部分の近傍の流れが翼面から剥離し、上述した「子午面の逆流」が発生し、インペラ4の径方向内側の第2先端縁28に向けて逆流による局所的な内向きの流れが生じる(図20参照)。一方、第2前縁30を通過した流れは、翼12によりインペラ4の回転方向に力を受けてその周方向の速度が大きくなり、その周方向の速度に起因する遠心力により下流に向かって流れながら径方向外向きに流れる。第1前縁26のうち第1先端縁24側部分の近傍で上流に向かって逆流した後の径方向内側への流れは、第2前縁30を通過した後の径方向外向きの流れFoにより進行を妨げられるため、それ以上径方向内側へ流れない。その結果、「子午面の逆流」は、発達を抑制されて第1前縁26と第1先端縁24の近傍の領域に閉じ込められ、安定した循環流Fcとなる。 In this case, when the flow rate decreases, the flow in the vicinity of the first leading edge 24 side of the first leading edge 26 separates from the blade surface, and the above-mentioned “backflow of the meridional surface” occurs and the radial direction of the impeller 4 is generated. A local inward flow due to backflow occurs toward the inner second tip edge 28 (see FIG. 20 ). On the other hand, the flow passing through the second front edge 30 receives a force in the rotation direction of the impeller 4 by the blades 12 to increase the speed in the circumferential direction, and the centrifugal force due to the speed in the circumferential direction causes the flow to flow downstream. Flows radially outward while flowing. The radially inward flow after backflowing upstream in the vicinity of the first tip edge 24 side portion of the first front edge 26 is the radially outward flow Fo after passing through the second front edge 30. Therefore, it does not flow further inward in the radial direction because the movement is hindered by. As a result, the "meridian backflow" is restrained from developing and is confined in the region near the first leading edge 26 and the first tip edge 24, and becomes a stable circulating flow Fc.

この安定した循環流Fcによって、第1前縁26の位置で流路が閉塞されるため、第1前縁26から流れがインペラ4にほとんど流入せず、主に第2前縁30からの流れがインペラ4に流入する。また、安定した循環流Fcと第2前縁30からインペラ4に流入した流れとの境界に滑らかな境界面が形成されるため、第2前縁30を通過した流れは、後縁22まで滑らかに流れることができる。その結果、前述した翼12の失速と逆流に伴う圧力低下や損失増加が抑制され、流量の低下に伴う圧力及び効率の低下を抑制することができる。また、特許文献1に係る遠心圧縮機と比較して、多孔板等からなる複雑な構成の抵抗体を設ける必要がないため、簡素な構成で上記効果を得ることができる。 Due to the stable circulation flow Fc, the flow path is blocked at the position of the first leading edge 26, so that the flow from the first leading edge 26 hardly flows into the impeller 4, and the flow mainly from the second leading edge 30. Flows into the impeller 4. Further, since a smooth boundary surface is formed at the boundary between the stable circulation flow Fc and the flow flowing into the impeller 4 from the second front edge 30, the flow passing through the second front edge 30 is smooth to the rear edge 22. Can flow to. As a result, the decrease in pressure and the increase in loss due to the stall of the blade 12 and the backflow described above are suppressed, and the decrease in pressure and efficiency due to the decrease in flow rate can be suppressed. Further, as compared with the centrifugal compressor according to Patent Document 1, it is not necessary to provide a resistor having a complicated structure, such as a perforated plate, so that the above effect can be obtained with a simple structure.

一実施形態では、例えば図20において、第2先端縁28は、f24を上流側に延長した仮想延長線に対して、径方向外側に10度以内、又は径方向内側に20度以内の角度を成しているか、当該仮想延長線に対して平行に延在していることが望ましい。 In one embodiment, for example, in FIG. 20, the second leading edge 28 forms an angle within 10 degrees radially outward or within 20 degrees radially inward with respect to an imaginary extension line that extends f24 upstream. It is desirable that it is formed or extends parallel to the virtual extension line.

一実施形態では、例えば図21に示すように、第2シュラウドケーシング20は、環状構造を有しており、第1シュラウドケーシング14の内周面66の内側に設けられ、第1前縁26より上流側且つ第2先端縁28より径方向外側に配置される。この第2シュラウドケーシング20は、第1シュラウドケーシング14の内周面66のうち第1前縁26より上流側の壁面67との間に第1流路16を形成するとともに、第2シュラウドケーシング20の内周面の内側に第2流路18を形成する。 In one embodiment, as shown in, for example, FIG. 21, the second shroud casing 20 has an annular structure, is provided inside the inner peripheral surface 66 of the first shroud casing 14, and is closer to the first front edge 26. It is arranged on the upstream side and radially outside of the second tip edge 28. The second shroud casing 20 forms the first flow passage 16 between the inner peripheral surface 66 of the first shroud casing 14 and the wall surface 67 on the upstream side of the first front edge 26, and at the same time, the second shroud casing 20. The second flow path 18 is formed inside the inner peripheral surface of the.

図21に示す形態では、第2シュラウドケーシング20は、第1流路16の流れと第2流路18の流れをそれぞれ第1前縁26及び第2前縁30に滑らかに導くように、板状の子午断面形状を有している。また、第2シュラウドケーシング20を支持する支柱52は、板状又は翼型形状の断面形状を有しており、第1流路16の流れを妨げないようにその断面形状の中心線がほぼ回転軸方向に沿うように形成される。支柱52は、第1シュラウドケーシング14の壁面67から径方向における内側へ延在し、第2シュラウドケーシング20の外周面に接続するよう構成されている。なお、かかる形態に関し、第2シュラウドケーシング20は、翼型形状の断面形状を有していてもよい。 In the configuration shown in FIG. 21, the second shroud casing 20 is a plate that smoothly guides the flow of the first flow path 16 and the flow of the second flow path 18 to the first front edge 26 and the second front edge 30, respectively. It has a meridional cross section. Further, the column 52 that supports the second shroud casing 20 has a plate-shaped or blade-shaped cross-sectional shape, and the center line of the cross-sectional shape is substantially rotated so as not to obstruct the flow of the first flow path 16. It is formed along the axial direction. The column 52 extends inward in the radial direction from the wall surface 67 of the first shroud casing 14 and is connected to the outer peripheral surface of the second shroud casing 20. In addition, regarding such a form, the second shroud casing 20 may have a blade-shaped cross-sectional shape.

なお、図21に示す形態において、支柱52の断面形状の中心線は、第1流路16の流れが第1前縁26に流入するときにインシデンスがほぼ0になるように、回転軸方向に対して傾斜を有していてもよい。また、第2シュラウドケーシング20の下流端48は、第2前縁30より下流で且つ第1前縁26より上流に、第2先端縁28と隙間を介して配置されることが望ましい。 In addition, in the form shown in FIG. 21, the center line of the cross-sectional shape of the support column 52 is arranged in the rotational axis direction so that the incident becomes almost 0 when the flow of the first flow path 16 flows into the first front edge 26. It may have an inclination with respect to it. Further, it is desirable that the downstream end 48 of the second shroud casing 20 be disposed downstream of the second front edge 30 and upstream of the first front edge 26 with a gap from the second tip edge 28.

一実施形態では、例えば図22に示すように、第2先端縁28に固定された環状の第2先端縁シュラウド72を備える。図示する形態では、第2先端縁シュラウド72は、第2前縁30よりも上流側に突出するように、第2先端縁28よりも長い軸方向長を有する。第2先端縁シュラウド72は、例えば矩形や翼形状の子午断面形状を有する。 In one embodiment, as shown in FIG. 22, for example, an annular second leading edge shroud 72 fixed to the second leading edge 28 is provided. In the illustrated form, the second leading edge shroud 72 has a longer axial length than the second leading edge 28 so as to project upstream of the second front edge 30. The second tip edge shroud 72 has a meridional cross-sectional shape that is, for example, a rectangle or a wing shape.

一実施形態では、例えば図23に示すように、第2先端縁28に固定された環状の第2先端縁シュラウド72と、第2先端縁シュラウド72の軸方向上流側に設置された第2シュラウドケーシング20とを備える。図23に示す形態では、第2シュラウドケーシング20と第2先端縁シュラウド72とは、第1流路16側の壁面が滑らかに連続するように、且つ第2流路18側の壁面が滑らかに連続するように構成されている。すなわち、第2シュラウドケーシング20の外周面42と第2先端縁シュラウド72の外周面82とは隙間を介して滑らかに繋がり、第2シュラウドケーシング20の内周面40と第2先端縁シュラウド72の内周面84とは隙間を介して滑らかに繋がるように構成されている。また、第2シュラウドケーシング20の下流端部74と第2先端縁シュラウド72の上流端部76とは、軸方向及び径方向にわずかな隙間を介して、インペラ4の回転に支障がないように対向配置されている。図示する形態では、第2シュラウドケーシング20の下流端部74は、その内周側に切欠き形状を有しており、第2先端縁シュラウド72の上流端部76がその切欠き形状内の空間に侵入している。また、第2先端縁シュラウド72の上流端78は、第2シュラウドケーシング20の下流端48よりも上流側に位置する。 In one embodiment, for example, as shown in FIG. 23, an annular second tip edge shroud 72 fixed to the second tip edge 28 and a second shroud installed axially upstream of the second tip edge shroud 72. And a casing 20. In the embodiment shown in FIG. 23, the second shroud casing 20 and the second tip edge shroud 72 have smooth wall surfaces on the first flow path 16 side and smooth wall surfaces on the second flow path 18 side. It is configured to be continuous. That is, the outer peripheral surface 42 of the second shroud casing 20 and the outer peripheral surface 82 of the second tip edge shroud 72 are smoothly connected through a gap, and the inner peripheral surface 40 of the second shroud casing 20 and the second tip edge shroud 72 are connected. It is configured to be smoothly connected to the inner peripheral surface 84 via a gap. Further, the downstream end portion 74 of the second shroud casing 20 and the upstream end portion 76 of the second tip edge shroud 72 are prevented from interfering with the rotation of the impeller 4 through a slight gap in the axial direction and the radial direction. It is arranged opposite. In the illustrated embodiment, the downstream end portion 74 of the second shroud casing 20 has a cutout shape on the inner peripheral side thereof, and the upstream end portion 76 of the second tip edge shroud 72 has a space within the cutout shape. Have invaded. Further, the upstream end 78 of the second leading edge shroud 72 is located upstream of the downstream end 48 of the second shroud casing 20.

一実施形態では、例えば図24に示すように、第1先端縁24に固定された環状の第1先端縁シュラウド80を備える。第1先端縁シュラウド80の断面形状の内面は、第1先端縁24の子午面形状を有する。 In one embodiment, for example, as shown in FIG. 24, an annular first leading edge shroud 80 secured to the first leading edge 24 is provided. The inner surface of the cross section of the first tip edge shroud 80 has the meridional surface shape of the first tip edge 24.

2 遠心圧縮機
4 インペラ
6 インペラケーシング
8 ハブ
10 外周面
12 翼
14 第1シュラウドケーシング
16 第1流路
18 第2流路
20 第2シュラウドケーシング
22 後縁
24 第1先端縁
26 第1前縁
28 第2先端縁
30 第2前縁
32 先端
34 上流端
35 外側端
36 内側端
38 上流端
39 外側端
40 内周面
42 外周面
44 拡径面
46 接続面
48 下流端
50 絞り流路部
52 支柱
54 円環状支持部
56 内側端
58 内周面
60 スプリッタ翼
62 バルブ
64 アクチュエータ
66 内周面
67 壁面
68 壁面
70 下流端
72 第2先端縁シュラウド
74 下流端部
76 上流端部
78 上流端
80 第1先端縁シュラウド
82 外周面
84 内周面
100 ターボチャージャ
2 Centrifugal Compressor 4 Impeller 6 Impeller Casing 8 Hub 10 Outer Surface 12 Blade 14 First Shroud Casing 16 First Flow Path 18 Second Flow Path 20 Second Shroud Casing 22 Trailing Edge 24 First Tip Edge 26 First Leading Edge 28 Second tip edge 30 Second front edge 32 Tip 34 Upstream end 35 Outer end 36 Outer end 36 Inner end 38 Upstream end 39 Outer end 40 Inner peripheral surface 42 Outer peripheral surface 44 Expanded surface 46 Connection surface 48 Downstream end 50 Throttling flow path portion 52 Strut 54 annular support portion 56 inner end 58 inner peripheral surface 60 splitter blade 62 valve 64 actuator 66 inner peripheral surface 67 wall surface 68 wall surface 70 downstream end 72 second tip edge shroud 74 downstream end 76 upstream end 78 upstream end 80 first Tip edge shroud 82 Outer peripheral surface 84 Inner peripheral surface 100 Turbocharger

Claims (13)

インペラ及び前記インペラを収容する第1シュラウドケーシングを備える遠心圧縮機であって、
前記インペラは、ハブと、前記ハブの外周面に立設された複数の翼とを含み、
前記複数の翼のうち少なくとも一つの翼は、
前記第1シュラウドケーシングに沿って延在する第1先端縁と、
前記第1先端縁の上流端から前記インペラの径方向における内側へ延在する第1前縁と、
前記径方向における前記第1前縁の内側端から上流側へ延在する第2先端縁と、
前記第2先端縁の上流端から前記径方向における内側へ延在する第2前縁と、
を含み、
前記第1シュラウドケーシングの内周面の内側に設けられた第2シュラウドケーシングを更に備え、
前記第2シュラウドケーシングは、第1前縁の上流側に位置し、前記第1シュラウドケーシングの内周面との間に第1流路を形成するとともに、前記第2シュラウドケーシングの内周面の内側に第2流路を形成するよう構成され、
前記第2シュラウドケーシングの内周面は、前記第2シュラウドケーシングの下流端から上流側に向かって前記インペラの回転軸線に対して平行に延在する平行面と、前記平行面の上流端から上流側に向かうにつれて半径が大きくなるベルマウス形状を有するベルマウス面と、前記ベルマウス面の上流端と前記第2シュラウドケーシングの外周面とを接続する曲面状の接続面と、を含む、遠心圧縮機。
A centrifugal compressor comprising an impeller and a first shroud casing containing the impeller,
The impeller includes a hub and a plurality of blades erected on the outer peripheral surface of the hub,
At least one wing of the plurality of wings,
A first tip edge extending along the first shroud casing;
A first front edge extending inward in the radial direction of the impeller from an upstream end of the first tip edge;
A second tip edge extending from the inner end of the first front edge in the radial direction to the upstream side;
A second front edge extending inward in the radial direction from an upstream end of the second tip edge;
Including
Further comprising a second shroud casing provided inside the inner peripheral surface of the first shroud casing,
The second shroud casing is located on the upstream side of the first front edge, forms a first flow path between the second shroud casing and the inner peripheral surface of the first shroud casing, and forms an inner peripheral surface of the second shroud casing. Configured to form a second flow path inside,
The inner peripheral surface of the second shroud casing has a parallel surface extending from the downstream end of the second shroud casing toward the upstream side in parallel to the rotation axis of the impeller, and an upstream side of the parallel surface. Centrifugal compression, including a bell mouth surface having a bell mouth shape whose radius increases toward the side, and a curved connecting surface connecting the upstream end of the bell mouth surface and the outer peripheral surface of the second shroud casing. Machine.
インペラ及び前記インペラを収容する第1シュラウドケーシングを備える遠心圧縮機であって、
前記インペラは、ハブと、前記ハブの外周面に立設された複数の翼とを含み、
前記複数の翼のうち少なくとも一つの翼は、
前記第1シュラウドケーシングに沿って延在する第1先端縁と、
前記第1先端縁の上流端から前記インペラの径方向における内側へ延在する第1前縁と、
前記径方向における前記第1前縁の内側端から上流側へ延在する第2先端縁と、
前記第2先端縁の上流端から前記径方向における内側へ延在する第2前縁と、
を含み、
前記第1シュラウドケーシングの内周面の内側に設けられた第2シュラウドケーシングを更に備え、
前記第2シュラウドケーシングは、第1前縁の上流側に位置し、前記第1シュラウドケーシングの内周面との間に第1流路を形成するとともに、前記第2シュラウドケーシングの内周面の内側に第2流路を形成するよう構成され、
前記第2シュラウドケーシングの外周面は、前記第2シュラウドケーシングの下流端から上流側に向かって上流側に向かうにつれて半径が大きくなる曲面状の拡径面であって径方向の内側に向かって凹となるように形成された拡径面と、前記拡径面の上流端と前記第2シュラウドケーシングの内周面とを接続する曲面状の接続面と、を含む、遠心圧縮機。
A centrifugal compressor comprising an impeller and a first shroud casing containing the impeller,
The impeller includes a hub and a plurality of blades erected on the outer peripheral surface of the hub,
At least one wing of the plurality of wings,
A first tip edge extending along the first shroud casing;
A first front edge extending inward in the radial direction of the impeller from an upstream end of the first tip edge;
A second tip edge extending from the inner end of the first front edge in the radial direction to the upstream side;
A second front edge extending inward in the radial direction from an upstream end of the second tip edge;
Including
Further comprising a second shroud casing provided inside the inner peripheral surface of the first shroud casing,
The second shroud casing is located on the upstream side of the first front edge, forms a first flow path between the second shroud casing and the inner peripheral surface of the first shroud casing, and forms an inner peripheral surface of the second shroud casing. Configured to form a second flow path inside,
The outer peripheral surface of the second shroud casing is a curved surface-shaped expanded surface whose radius increases from the downstream end of the second shroud casing toward the upstream side toward the upstream side, and is concave toward the inner side in the radial direction. A centrifugal compressor, comprising: a diameter-expanded surface formed so as to have a curved surface;
前記第2シュラウドケーシングの下流端は、前記径方向において、前記第2先端縁より外側に位置する、請求項1又は2に記載の遠心圧縮機。 The centrifugal compressor according to claim 1 or 2, wherein a downstream end of the second shroud casing is located outside the second tip edge in the radial direction. 前記第2シュラウドケーシングの下流端は、前記インペラの軸方向において、前記第2先端縁の上流端より下流側に位置する、請求項1乃至3の何れか1項に記載の遠心圧縮機。 The centrifugal compressor according to any one of claims 1 to 3, wherein a downstream end of the second shroud casing is located downstream of an upstream end of the second tip edge in the axial direction of the impeller. 前記第2シュラウドケーシングの上流端と前記第2前縁との前記インペラの回転軸線の延在方向に沿った長さは、前記第1先端縁の前記上流端と前記第2前縁と前記ハブとの接続位置との径方向に沿った長さよりも大きい、
請求項1乃至4の何れか1項に記載の遠心圧縮機。
The lengths of the upstream end of the second shroud casing and the second front edge along the extending direction of the rotation axis of the impeller are the upstream end of the first tip edge, the second front edge, and the hub. Greater than the length along the radial direction with the connection position with
The centrifugal compressor according to any one of claims 1 to 4.
前記インペラの回転軸線の延在方向に沿って進退することで前記第1流路を開閉可能に構成されたバルブをさらに備える、
請求項1乃至5の何れか1項に記載の遠心圧縮機。
Further comprising a valve configured to open and close the first flow path by advancing and retracting along an extending direction of a rotation axis of the impeller,
The centrifugal compressor according to any one of claims 1 to 5.
前記第2シュラウドケーシングは、前記インペラの子午面において翼形状を有する、請求項1乃至6の何れか1項に記載の遠心圧縮機。 The centrifugal compressor according to any one of claims 1 to 6, wherein the second shroud casing has a blade shape on a meridional surface of the impeller. 前記第2シュラウドケーシングの内周面は、前記第2シュラウドケーシングの下流端から上流側に向かって前記インペラの回転軸線に対して平行に延在する平行面と、前記平行面の上流端から上流側に向かうにつれて半径が大きくなるベルマウス形状を有するベルマウス面と、前記ベルマウス面の上流端と前記第2シュラウドケーシングの外周面とを接続する曲面状の接続面と、を含む、
請求項2に記載の遠心圧縮機。
An inner peripheral surface of the second shroud casing has a parallel surface extending from a downstream end of the second shroud casing toward an upstream side in parallel to a rotation axis of the impeller, and an upstream end of the parallel surface. A bell mouth surface having a bell mouth shape whose radius increases toward the side, and a curved connecting surface connecting the upstream end of the bell mouth surface and the outer peripheral surface of the second shroud casing,
The centrifugal compressor according to claim 2.
前記第2シュラウドケーシングの外周面は、前記第2シュラウドケーシングの下流端から上流側に向かって上流側に向かうにつれて半径が大きくなる曲面状の拡径面であって径方向の内側に向かって凹となるように形成された拡径面と、前記拡径面の上流端と前記第2シュラウドケーシングの内周面とを接続する曲面状の接続面と、を含む、
請求項1に記載の遠心圧縮機。
The outer peripheral surface of the second shroud casing is a curved surface-shaped expanded surface whose radius increases from the downstream end of the second shroud casing toward the upstream side toward the upstream side, and is concave toward the inner side in the radial direction. And a curved connecting surface that connects the upstream end of the expanded surface and the inner peripheral surface of the second shroud casing.
The centrifugal compressor according to claim 1.
前記第1流路は、下流側に向かうにつれて流路断面積が小さくなる絞り流路部を有する、請求項1乃至9の何れか1項に記載の遠心圧縮機。 The centrifugal compressor according to any one of claims 1 to 9, wherein the first flow passage includes a throttle flow passage portion having a flow passage cross-sectional area that decreases toward a downstream side. 前記第2シュラウドケーシングを支持するように前記第1流路に設けられた支柱を更に含み、
前記支柱は、前記インペラの径方向に直交する断面において翼形状を有する、請求項1乃至10の何れか1項に記載の遠心圧縮機。
Further comprising a column provided in the first flow path so as to support the second shroud casing,
The centrifugal compressor according to any one of claims 1 to 10, wherein the support column has a blade shape in a cross section orthogonal to a radial direction of the impeller.
前記第2シュラウドケーシングを支持するように前記第1流路に設けられた支柱と、
前記径方向における前記第1流路の外側から前記支柱を支持するように設けられた環状支持部と、
を含み、
前記第2シュラウドケーシング、前記支柱、及び前記環状支持部は、一体化されており、
前記環状支持部は、前記第1シュラウドケーシングに対して着脱可能に構成された、請求項1乃至11の何れか1項に記載の遠心圧縮機。
A pillar provided in the first flow path so as to support the second shroud casing,
An annular support portion provided to support the pillar from the outside of the first flow path in the radial direction,
Including
The second shroud casing, the pillar, and the annular support portion are integrated,
The centrifugal compressor according to any one of claims 1 to 11, wherein the annular support portion is configured to be attachable to and detachable from the first shroud casing.
請求項1乃至12の何れか1項に記載の遠心圧縮機を備えるターボチャージャ。 A turbocharger comprising the centrifugal compressor according to claim 1.
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