JP6768628B2 - 遠心圧縮機及びターボチャージャ - Google Patents
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Description
この点、特許文献1に記載の遠心ガス圧縮機では、周方向における圧力分布を考慮して複数のディフューザベーンを非対称なパターンとして配列しているものの、スクロール流路の出口近傍においてディフューザベーンにおける流れの剥離を抑制するための具体的構成は特許文献1には開示されていない。
インペラと、
前記インペラよりも径方向外側において周方向に配列される複数のディフューザベーンと、
前記複数のディフューザベーンよりも径方向外側に位置するスクロール流路を形成するスクロール部を含むハウジングと、を備え、
前記複数のディフューザベーンは、
周方向において、前記スクロール部の舌部と、前記スクロール部の巻き終わりとの間の角度範囲に少なくとも部分的に位置する少なくとも1枚の第1ディフューザベーンと、
前記角度範囲外に位置する第2ディフューザベーンと、
を含み、
前記複数のディフューザベーンの各々の圧力面の後縁における接線が径方向に対してなすベーン出口角度は、前記第1ディフューザベーンの前記ベーン出口角度をβ1とし、前記第2ディフューザベーンの前記ベーン出口角度をβ2としたとき、β1<β2を満たす。
この点、上記(1)の構成によれば、流速の周方向成分が減少するスクロール流路の出口近傍の角度範囲に位置する第1ディフューザベーンのベーン出口角度β1を、当該角度範囲外に位置する第2ディフューザベーンのベーン出口角度β2よりも小さくしたので、第2ディフューザベーンとの比較において、第1ディフューザベーンの後縁近傍における圧力面がインペラの回転方向の上流側に位置することになり、第1ディフューザベーンの圧力面側における剥離を抑制できる。
前記複数のディフューザベーンの直線翼列写像上において、前記第1ディフューザベーンのキャンバ角α1と、前記第2ディフューザベーンのキャンバ角α2とは、α1>α2を満たす。
ここで、ディフューザベーンのキャンバ角とは、ディフューザベーンのキャンバラインの前縁における接線と、後縁における接線とがなす角度である。
前記第1ディフューザベーンの前記後縁における翼厚t1と、前記第2ディフューザベーンの前記後縁における翼厚t2とは、t1>t2を満たす。
前記複数のディフューザベーンの各々のコード方向が前記径方向に対してなすスタッガ角は、前記第1ディフューザベーンの前記スタッガ角をγ1とし、前記第2ディフューザベーンの前記スタッガ角をγ2としたとき、γ1<γ2を満たす。
なお、上述のスタッガ角は、ディフューザベーンの前縁又は後縁におけるスタッガ角であってもよい。
軸方向に直交する断面において、前記第1ディフューザベーンの断面形状は、前記第2ディフューザベーンの断面形状と同じである。
ディフューザベーン10は、円盤状の取付板14の表面に固定された状態で上述のディフューザ通路9に設置されている。ディフューザベーン10は、溶接により取付板14に接合されていてもよく、あるいは、ディフューザベーン10と取付板14とは、例えば切削加工等により、一体的に形成されていてもよい。
なお、図示する例においては、取付板14は、ディフューザ通路9を形成するシュラウド側壁面20に設置されているが、他の実施形態では、取付板14はハブ側壁面18に設置されていてもよい。
図2Bは、図2Aに示す遠心圧縮機1のスクロール流路7の出口近傍のディフューザベーン10を示す図である。ディフューザベーン10のベーン出口角度βとは、ディフューザベーン10の圧力面28の後縁26における接線LT(図2B参照)が径方向に対してなす角度(ただし、0°≦β≦90°)(即ち、前述の接線LTが、後縁26を通る径方向の直線LRTEに対してなす角度)である。
より具体的には、図2A及び図2Bに示すように、複数のディフューザベーン10は、周方向において、スクロール部8の舌部22と、スクロール部8の巻き終わり8bとの間の角度範囲A1(図2A参照)に少なくとも部分的に位置する第1ディフューザベーン11を少なくとも1枚含むとともに、角度範囲A1以外の角度範囲に位置する第2ディフューザベーン12を含む。
そして、第1ディフューザベーン11のベーン出口角度β1(図2B参照)と、第2ディフューザベーン12のベーン出口角度β2(図2B参照)とは、β1<β2の関係を満たす。
これは、以下の理由によると考えられる。すなわち、図6に示すように、インペラ4(図6において不図示)で加速された流体は、入射角Iでディフューザ通路9に流入し、ディフューザベーン10の間を通過して、スクロール流路7に流入する。スクロール流路7における流速ベクトルV1は基本的に周方向のベクトルであるが、スクロール流路7の出口近傍の角度範囲A1においては、流体の流れがスクロール流路7から出口流路17に導かれるため、流体の流れの方向が転向されて他の角度範囲に比べて流速の周方向成分Vcが減少する。したがって、スクロール流路の出口近傍の角度範囲A1では、ディフューザベーン10近傍の流れを、スクロール流路7における周方向の流れによって圧力面28に押し付ける効果が他の角度範囲に比べて小さいため、圧力面28における流れの剥離が生じやすい。
ただし、図2Bに示す第2ディフューザベーン12’は、第1ディフューザベーン11との形状等の比較のために図示する仮想的なディフューザベーンであり、角度範囲A1外に位置する第2ディフューザベーン12を、前縁24の位置が第1ディフューザベーン11と重なるように、遠心圧縮機1の回転軸Oを中心として回転移動して示したものである。
なお、図3〜図5において、ディフューザベーン10及び取付板14以外の構成部品の図示を省略している。また、図3〜図5に示す第2ディフューザベーン12’は、第1ディフューザベーン11との形状等の比較のために図示する仮想的なディフューザベーンであり、角度範囲A1外に位置する第2ディフューザベーン12を、前縁24の位置が第1ディフューザベーン11と重なるように、回転軸Oを中心として回転移動して示したものである。
ここで、ディフューザベーン10のキャンバ角αとは、ディフューザベーン10のキャンバラインLFの前縁24における接線LGと、後縁26における接線LHとの間に形成される角度であって、上述の前縁24における接線LGと、後縁26における接線LHとの交点をP1としたとき、前縁24から交点P1に向かう方向のベクトルと、交点P1から後縁26に向かう方向のベクトルとがなす角度(ただし、0°≦α≦180°)である(図3参照)。
図4に示す例示的な実施形態では、第1ディフューザベーン11の負圧面30は、第2ディフューザベーン12の負圧面30と同一形状を有しているのに対し、第1ディフューザベーン11の圧力面28は、第2ディフューザベーン12と比較して、インペラ回転方向の上流側にずれている。即ち、第1ディフューザベーン11の圧力面28と負圧面30との間に距離(翼厚t)は、前縁24側から後縁26側に向かうにつれて増加する特殊な翼厚分布を有する。
上述のスタッガ角γは、ディフューザベーン10の前縁24を基準とするスタッガ角γA又は後縁26を基準とするスタッガ角γBであってもよい。ディフューザベーン10の前縁24を基準とするスタッガ角γAとは、ディフューザベーン10のコード方向の直線Lcと、該ディフューザベーン10の前縁24を通る径方向の直線とがなす角度である(図5参照)。また、ディフューザベーン10の後縁26を基準とするスタッガ角γBとは、ディフューザベーン10のコード方向の直線Lcと、該ディフューザベーン10の後縁26を通る径方向の直線とがなす角度である(図5参照)。
また、図5に示す例示的な実施形態では、第1ディフューザベーン11の後縁26を基準とするスタッガ角γB1は、第2ディフューザベーン12の後縁26を基準とするスタッガ角γB2よりも小さい(すなわち、γB1<γB2を満たす)。
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。
また、本明細書において、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。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「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。
2 回転シャフト
4 インペラ
5 回転翼
6 ハウジング
7 スクロール流路
8 スクロール部
9 ディフューザ通路
10 ディフューザベーン
11 第1ディフューザベーン
12 第2ディフューザベーン
14 取付板
16 出口部
17 出口流路
18 ハブ側壁面
20 シュラウド側壁面
22 舌部
24 前縁
26 後縁
28 圧力面
30 負圧面
32 領域
O 回転軸
t1,t2 後縁における翼厚
α1,α2 キャンバ角
β1,β1’ ベーン出口角度
γ1,γ2 スタッガ角
γA1,γA2 前縁を基準とするスタッガ角
γB1,γB2 後縁を基準とするスタッガ角
Claims (8)
- インペラと、
前記インペラよりも径方向外側において周方向に配列される複数のディフューザベーンと、
前記複数のディフューザベーンよりも径方向外側に位置するスクロール流路を形成するスクロール部を含むハウジングと、を備え、
前記複数のディフューザベーンは、
周方向において、前記スクロール部の舌部と、前記スクロール部の巻き終わりとの間の角度範囲に少なくとも部分的に位置する少なくとも1枚の第1ディフューザベーンと、
前記角度範囲外に位置する第2ディフューザベーンと、
を含み、
前記複数のディフューザベーンの各々の圧力面の後縁における接線が径方向に対してなすベーン出口角度は、前記第1ディフューザベーンの前記ベーン出口角度をβ1とし、前記第2ディフューザベーンの前記ベーン出口角度をβ2としたとき、β1<β2を満たし、
前記複数のディフューザベーンの直線翼列写像上において、前記第1ディフューザベーンのキャンバ角α1と、前記第2ディフューザベーンのキャンバ角α2とは、α1>α2を満たす
ことを特徴とする遠心圧縮機。 - インペラと、
前記インペラよりも径方向外側において周方向に配列される複数のディフューザベーンと、
前記複数のディフューザベーンよりも径方向外側に位置するスクロール流路を形成するスクロール部を含むハウジングと、を備え、
前記複数のディフューザベーンは、
周方向において、前記スクロール部の舌部と、前記スクロール部の巻き終わりとの間の角度範囲に少なくとも部分的に位置する少なくとも1枚の第1ディフューザベーンと、
前記角度範囲外に位置する第2ディフューザベーンと、
を含み、
前記複数のディフューザベーンの各々の圧力面の後縁における接線が径方向に対してなすベーン出口角度は、前記第1ディフューザベーンの前記ベーン出口角度をβ1とし、前記第2ディフューザベーンの前記ベーン出口角度をβ2としたとき、β1<β2を満たし、
前記第1ディフューザベーンの前記後縁における翼厚t1と、前記第2ディフューザベーンの前記後縁における翼厚t2とは、t1>t2を満たす
ことを特徴とする遠心圧縮機。 - 前記第1ディフューザベーンのうち、前記第1ディフューザベーンのコード方向における後縁側の少なくとも一部の領域において、前記第1ディフューザベーンの翼厚は、前縁側から後縁側に向かうにつれて増加する
ことを特徴とする請求項2に記載の遠心圧縮機。 - 各々の前記第1ディフューザベーンの前記ベーン出口角度β1は、前記角度範囲外に位置する全ての前記第2ディフューザベーンの各々の前記ベーン出口角度β2よりも小さい
請求項1乃至3の何れか一項に記載の遠心圧縮機。 - 前記複数のディフューザベーンの各々のコード方向が前記径方向に対してなすスタッガ角は、前記第1ディフューザベーンの前記スタッガ角をγ1とし、前記第2ディフューザベーンの前記スタッガ角をγ2としたとき、γ1<γ2を満たす
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の遠心圧縮機。 - 前記複数のディフューザベーンの配列中心は、前記インペラの回転中心と一致している
ことを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の遠心圧縮機。 - 前記複数のディフューザベーンの各々の圧力面の後縁における接線が、前記複数のディフューザベーンの配列中心から各々の前記ディフューザベーンの前記後縁まで延ばした直線に対してなす角度は、前記第1ディフューザベーンよりも前記第2ディフューザベーンの方が大きい
ことを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の遠心圧縮機。 - 請求項1乃至7の何れか一項に記載の遠心圧縮機を備える
ことを特徴とするターボチャージャ。
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