JP6926550B2 - Centrifugal compressor - Google Patents
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Description
本発明は、遠心圧縮機に関する。 The present invention relates to a centrifugal compressor.
インペラの外周に複数のベーンを有するディフューザを配置した遠心圧縮機が知られている。ディフューザは、遠心圧縮機のインペラを出た後の流れの静圧を回復させる。このような遠心圧縮機は、回転数を一定とし、圧力比が最大となる流量において運転されることがある。この流量と最大圧力比とで示される点は仕様点と呼ばれる。最大圧力比となる流量に対して流量が減少又は増加すると、圧力比は減少する傾向にある。すなわち、遠心圧縮機の作動効率が低下してしまう。特定の条件に対して高い効率(圧力比)を得るようにディフューザベーンを設計すると、わずかな流量の変動に対して圧力比が減少してしまう傾向にある。逆に、流量が変動しても圧力比が変化し難いようにディフューザベーンを設計すると、最大圧力比が低くなってしまう傾向にある。 A centrifugal compressor in which a diffuser having a plurality of vanes is arranged on the outer circumference of an impeller is known. The diffuser restores the static pressure of the flow after leaving the impeller of the centrifugal compressor. Such a centrifugal compressor may be operated at a flow rate at which the rotation speed is constant and the pressure ratio is maximized. The point indicated by this flow rate and the maximum pressure ratio is called a specification point. When the flow rate decreases or increases with respect to the flow rate that becomes the maximum pressure ratio, the pressure ratio tends to decrease. That is, the operating efficiency of the centrifugal compressor is reduced. If the diffuser vane is designed to obtain high efficiency (pressure ratio) for a specific condition, the pressure ratio tends to decrease with respect to a slight fluctuation in flow rate. On the contrary, if the diffuser vane is designed so that the pressure ratio does not change easily even if the flow rate fluctuates, the maximum pressure ratio tends to be low.
例えば、特許文献1,2には、遠心圧縮機に提供される流体の流量が変化した場合において、圧力比の減少を抑制する技術が開示されている。特許文献1の技術では、複数のベーンのそれぞれは2個のベーン体により構成される。そして、流量に応じてベーン体同士の相対的な位置関係をそれぞれ変更する。
For example,
特許文献1,2に開示された遠心圧縮機は、複数のベーンのそれぞれを駆動する機構を備えている。すなわち、ベーンの数だけベーン体を駆動する駆動機構を有する。従って、駆動機構の数が多くなるので、全体として遠心圧縮機の構造が複雑になる傾向があった。
The centrifugal compressor disclosed in
そこで、本発明は、簡易な構成によって流量の変動に伴う圧力比の低下を抑制可能な遠心圧縮機を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a centrifugal compressor capable of suppressing a decrease in the pressure ratio due to a fluctuation in the flow rate by a simple configuration.
本発明の一形態である遠心圧縮機は、インペラと、インペラの周囲に配置された複数のベーンを有するベーンドディフューザと、を備え、ベーンドディフューザは、インペラの回転軸線を中心軸線とするようにインペラの周囲に形成された環状の第1基部と、インペラの回転軸線を中心軸線とするように第1基部の周囲に形成された環状の第2基部と、第1羽根角を有するように第1基部に固定された第1ベーンと、第2羽根角を有するように第2基部に固定された第2ベーンと、第1基部及び第2基部は、回転軸線のまわりにおける相対位置が変化するよう駆動される。 A centrifugal compressor according to an embodiment of the present invention includes an impeller and a vaned diffuser having a plurality of vanes arranged around the impeller, and the vaned diffuser has a rotation axis of the impeller as a central axis. It has a first annular base formed around the impeller, a second annular base formed around the first base so that the rotation axis of the impeller is the central axis, and a first blade angle. The relative positions of the first vane fixed to the first base, the second vane fixed to the second base so as to have the second blade angle, and the first and second bases change around the rotation axis. Driven to.
この構成によれば、ベーンが周方向に分割されており、遠心圧縮機の運転状態に応じて、第1ベーンと第2ベーンとの相対的な位置を変更する。従って、流量の変動に伴う圧力比の低下を抑制できる。そして、第1及び第2ベーンは、ひとつの中心軸線を共有し、当該中心軸線の周りに相対的に位置を変化させることができる。従って、駆動機構が単純化されるので、遠心圧縮機の構成を簡易にすることができる。 According to this configuration, the vanes are divided in the circumferential direction, and the relative positions of the first vane and the second vane are changed according to the operating state of the centrifugal compressor. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the pressure ratio due to fluctuations in the flow rate. Then, the first and second vanes share one central axis and can change their positions relative to the central axis. Therefore, since the drive mechanism is simplified, the configuration of the centrifugal compressor can be simplified.
一形態において、第1基部及び第2基部は、第1ベーンの後縁に第2ベーンの前縁が合わさった第1形態と、第1ベーンの後縁に対して第2ベーンの前縁を回転軸線における周方向にずらした第2形態と、を切り替えるよう駆動されてもよい。この構成によれば、流量が増加したときと流量が低下したときとのそれぞれに対応するように、第1ベーンと第2ベーンとの位置関係を調整することができる。従って、仕様点からの流量の変化に伴い圧力比が低下することを抑制できる。 In one form, the first and second bases have a first form in which the trailing edge of the first vane is combined with the leading edge of the second vane, and the trailing edge of the first vane with the leading edge of the second vane. It may be driven to switch between the second form shifted in the circumferential direction on the rotation axis. According to this configuration, the positional relationship between the first vane and the second vane can be adjusted so as to correspond to each time when the flow rate increases and when the flow rate decreases. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the pressure ratio due to a change in the flow rate from the specification point.
一形態において、第1ベーンの翼弦長さと第1ベーンのピッチとの比は、1以下であってもよい。この構成によれば、流量の低下に伴いベーン間に生じる二次流れが主流の剥離を抑制する。従って、流れの剥離に起因する圧力比の低下を抑制することができる。 In one form, the ratio of the chord length of the first vane to the pitch of the first vane may be 1 or less. According to this configuration, the secondary flow generated between the vanes as the flow rate decreases suppresses the mainstream separation. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the pressure ratio due to the separation of the flow.
一形態において、第1形態では、第1ベーンの後縁と第2ベーンの前縁とが重複することにより構成された第3ベーンにより第1流路が形成され、第2形態では、第1形態における第2ベーンの位置に関する仮想線と第2ベーンとにより第2流路が形成されると共に、第1ベーンに隣接する別の第1ベーンと第2ベーンとにより第3流路が形成され、第1流路における第1スロート長(r1)は、第2流路における第2スロート長(r2)と第3流路における第3スロート長(r3)との和である合計スロート長(r2+r3)よりも小さくてもよい(r1<r2+r3)。この構成によれば、第1形態よりも第2形態のスロート長を大きくすることができる。従って、ベーン間に流すことができる流量が増加する。従って、流量の増加に伴って閉塞状態に向かう傾向が抑制されるので、圧力比の低下を抑制することができる。 In one form, in the first form, the first flow path is formed by the third vane formed by overlapping the trailing edge of the first vane and the leading edge of the second vane, and in the second form, the first A second flow path is formed by the virtual line regarding the position of the second vane in the form and the second vane, and a third flow path is formed by another first vane and the second vane adjacent to the first vane. The first throat length (r1) in the first flow path is the total throat length (r2 + r3) which is the sum of the second throat length (r2) in the second flow path and the third throat length (r3) in the third flow path. ) May be smaller (r1 <r2 + r3). According to this configuration, the throat length of the second form can be made larger than that of the first form. Therefore, the flow rate that can flow between the vanes increases. Therefore, since the tendency toward the blocked state is suppressed as the flow rate increases, the decrease in the pressure ratio can be suppressed.
本発明によれば、簡易な構成によって流量の変動に伴う圧力比の低下を抑制な遠心圧縮機が提供される。 According to the present invention, there is provided a centrifugal compressor that suppresses a decrease in pressure ratio due to fluctuations in flow rate by a simple configuration.
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
図1に示されるように、過給機1は、例えば、船舶や車両の内燃機関100に適用されるものである。過給機1は、タービン2とコンプレッサ3(遠心圧縮機)とを備えている。タービン2は、タービンハウジング4と、タービンハウジング4に収納されたタービン翼車6と、を備えている。コンプレッサ3は、コンプレッサハウジング7と、コンプレッサハウジング7に収納されたコンプレッサ翼車8(インペラ)と、を備えている。タービン翼車6は回転軸9の一端に設けられており、コンプレッサ翼車8は回転軸9の他端に設けられている。タービンハウジング4とコンプレッサハウジング7との間には、軸受ハウジング13が設けられている。回転軸9は、軸受を介して軸受ハウジング13に回転可能に支持されており、回転軸9、タービン翼車6及びコンプレッサ翼車8が一体の回転体14として回転軸線Xを中心に回転する。
As shown in FIG. 1, the
タービンハウジング4には、排気ガス流入口(図示省略)及び排気ガス流出口16が設けられている。内燃機関100から排出された排気ガスが、排気ガス流入口を通じてタービンハウジング4内に流入し、タービン翼車6を回転させ、その後、排気ガス流出口16を通じてタービンハウジング4外に流出する。
The turbine housing 4 is provided with an exhaust gas inlet (not shown) and an
コンプレッサハウジング7には、吸入部17及び排出部(図示省略)が設けられている。タービン翼車6が回転すると、回転軸9を介してコンプレッサ翼車8が回転する。回転するコンプレッサ翼車8は、吸入部17を通じて空気等の外部の流体を吸入し、圧縮して吐出部から吐出(圧送)する。排出部から排出された圧縮流体は、前述の内燃機関100に供給される。
The
図2に示されるように、コンプレッサ3は、ベーンドディフューザ18をさらに有する。図2は、コンプレッサ3のコンプレッサ翼車8とベーンドディフューザ18とを回転軸線Xの方向からみた模式図である。ベーンドディフューザ18は、コンプレッサ翼車8の周囲に配置される。ベーンドディフューザ18は、複数のベーン19を有する。これら複数のベーン19は、スロートを有する条件を満たす。この内容については後の段落で詳細に説明する。複数のベーン19は、回転軸線Xの周りに等間隔に配置され、回転軸線Xを中心とする円の内側から外側へ延びている。例えば、ベーン19Aは、互いに隣り合う別のベーン19Bと協働して、第3流路FP3を構成する。
As shown in FIG. 2, the
ベーンドディフューザ18は、複数のベーン19が固定されるベース21を有する。ベース21は、内ベース22(第1基部)と外ベース23(第2基部)とを有する。内ベース22は、コンプレッサ翼車8の周囲に形成される。内ベース22は、コンプレッサ翼車8の回転軸線Xを中心軸線とする環状の形状を有する。内ベース22は、コンプレッサハウジング7の一部に設定された領域である。
The
外ベース23は、内ベース22の周囲に形成される。外ベース23も、内ベース22と同様に、コンプレッサ翼車8の回転軸線Xを中心軸線とする環状の形状を有する。ここで、外ベース23は、内ベース22とは異なり、コンプレッサハウジング7に取り付けられる円環形状を有する部品である。すなわち、外ベース23は、コンプレッサハウジング7と別の部品である。外ベース23は、内周縁23aと外周縁23bとを有する。そして、外ベース23の内周縁23aは、内ベース22の外周縁22bに接触する。このような構成によれば、外ベース23は、コンプレッサ翼車8の回転軸線Xを回転軸線として回動することができる。
The
ベーン19(第3ベーン)は、円周方向に分割され、内ベーン24(第1ベーン)と、外ベーン26(第2ベーン)とを有する。 The vane 19 (third vane) is divided in the circumferential direction and has an inner vane 24 (first vane) and an outer vane 26 (second vane).
内ベーン24は、回転軸線Xの側に配置される。つまり、内ベーン24は、内ベース22に固定されている。より具体的には、内ベーン24は、第1羽根角を有するように内ベース22と一体に形成される。内ベーン24は、コンプレッサハウジング7の一部分であるので、内ベーン24は、回転軸線Xのまわりに回転しない。内ベーン24の前縁24aは内ベース22の内周縁22aに重複する。また、内ベーン24の後縁24bは内ベース22の外周縁22bに重複する。なお、内ベーン24は、低ソリディティの条件を満たす。この内容については後の段落で詳細に説明する。
The
外ベーン26は、内ベーン24よりも外側に配置される。つまり、外ベーン26は、外ベース23に固定されている。より具体的には、外ベーン26は、第2羽根角を有するように外ベース23と一体に形成される。上述したように、外ベース23は、コンプレッサ翼車8の回転軸線Xのまわりに回動可能であるので、外ベーン26も回転軸線Xのまわりに回動することができる。外ベーン26の前縁26aは外ベース23の内周縁23aと重複する。従って、外ベーン26の前縁26aは、内ベーン24の後縁24bと合わさっている。具体的には、前縁26aは、後縁24bに接触する。あるいは、前縁26aは、僅かな隙間を介して後縁24bに対面する。また、外ベーン26の後縁26bは外ベース23の外周縁23bと重複する。
The
このような構成によれば、ベーンドディフューザ18は、図2に示されるように、内ベース22及び外ベース23は、回転軸線Xのまわりにおける相対位置が変化する。この相対位置の変化によれば、内ベーン24及び外ベーン26により一枚のベーン19を形成する形態(第1形態)と、図3に示されるように内ベーン24及び外ベーン26を独立したベーンとして扱う形態(第2形態)と、をとり得る。つまり、内ベース22及び外ベース23は、第1形態と、第2形態とを切り替えるように駆動される。
According to such a configuration, as shown in FIG. 2, the
第1形態(図2参照)では、内ベーン24の後縁24bと外ベーン26の前縁26aとを当接させて、一枚のベーン19Aを形成する。そして、ベーン19Aと当該ベーン19Aに隣接するベーン19Bとの間に一つの第3流路FP3が形成される。この第3流路FP3は、内ベーン24の間に形成される部分と、外ベーン26の間に形成される部分とを有する。
In the first form (see FIG. 2), the trailing
第2形態(図3参照)では、第1形態から外ベース23を時計方向CWに回動させて、内ベーン24の後縁24bから、外ベーン26の前縁26aを離間させる。この第2形態によれば、互いに異なる性質を有する第1流路FP1及び第2流路FP2が形成される。第1流路FP1は、内ベーン24と、当該内ベーン24に接していた外ベーン26とにより形成される。第2流路FP2は、内ベーン24に隣接する別の内ベーン24と、外ベーン26とにより形成される。なお、第2形態は、上述したように、内ベーン24及び外ベーン26とで一枚のベーン19を形成しない形態であるので、外ベース23の回転角度に応じて複数の形態をとり得る(図5参照)。
In the second form (see FIG. 3), the
この第1形態と第2形態とは、外ベース23に取り付けられる駆動機構27(図1参照)によって相互に切り替えられる。駆動機構27は、外ベース23に所定の機構(例えばリンク機構)によりトルクを与えて、外ベース23を回転させる。また、駆動機構27は、外ベース23の位置を保持する。つまり、第1形態とする外ベース23の位置を保持する。また、第2形態とする外ベース23の位置を保持する。駆動機構27は、コントローラ28から第1制御信号を受けて第1形態から第2形態へ切り替えた後に、第2形態を維持する。逆に、駆動機構27は、コントローラ28から第2制御信号を受けて第2形態から第1形態へ切り替えた後に、第1形態を維持する。
The first form and the second form are switched between each other by a drive mechanism 27 (see FIG. 1) attached to the
ここで、内ベーン24及び外ベーン26の構成に詳細に説明する。
Here, the configuration of the
図4の(a)部は、コンプレッサ3の特性を示す線図である。具体的には、コンプレッサ翼車8の回転数を一定とし、コンプレッサ3に所定の流量の流体を導入した場合に得られる圧力比を示す。一般に、コンプレッサ3は、圧力比が最大となる流量が導入された状態で運転させる。この最大圧力比と、圧力比を最大とする流量とにより示される点を仕様点P1と呼ぶ。
Part (a) of FIG. 4 is a diagram showing the characteristics of the
グラフG1は、内ベーン24と外ベーン26とを一枚のベーン19としたとき、つまり第1形態(図2参照)であるときの特性を示す。グラフG1からわかるように、コンプレッサ3に導入される流量が仕様点P1における流量よりも増加すると、圧力比が低下する。
The graph G1 shows the characteristics when the
第1形態におけるベーンドディフューザ18の構成をさらに詳細に説明する。図2に示されるように、第1形態におけるベーンドディフューザ18は、ベーン19間にスロートを有する。「スロートを有する」とは、ベーン19Bの内ベーン24に第1接点を有し、ベーン19Aの外ベーン26に第2接点を有する複数の内接円Cが定義できる形状であることをいう。これら内接円Cの中心の軌跡は、流線ということもできる。そして、内接円Cの直径によれば、流線に交差する断面積を示すことができる。そうすると、図4の(b)部に示されるように、流線に沿った流路の断面積を示すと、断面積が最も小さくなる位置PSが存在する。この位置は、スロートが形成された位置である。
The configuration of the
スロートにおける流路の断面積が決まると、当該流路が円滑に流体を流通させ得る流量が決まる。従って、コンプレッサ3に提供される空気の流量が当該流量よりも多くなると、吸い込んだ空気を円滑に排出し難くなる。従って、コンプレッサ3が空気を吸い込み難くなっているともいえる。つまり、コンプレッサ3が閉塞状態に向かっているといえる。つまり、コンプレッサ3に空気を吸い込み難くなっている。
Once the cross-sectional area of the flow path in the throat is determined, the flow rate at which the flow path can smoothly flow the fluid is determined. Therefore, when the flow rate of the air provided to the
上記のような状態を改善するためには、流路の断面積を大きくすればよい。流路の断面積は、上述した内接円Cの直径と流路の高さを用いて得ることができる。断面積が最小となるスロートにおける内接円C1の直径を、スロート長r1(第1スロート長)と呼ぶことにする。従って、閉塞状態を解消するためには、ベーンドディフューザ18のスロート長r1が第1形態よりも大きくなる形態にすればよい。そこで、第2形態のように外ベース23を回動させる。
In order to improve the above-mentioned state, the cross-sectional area of the flow path may be increased. The cross-sectional area of the flow path can be obtained by using the diameter of the inscribed circle C and the height of the flow path described above. The diameter of the inscribed circle C1 in the throat that minimizes the cross-sectional area is referred to as the throat length r1 (first throat length). Therefore, in order to eliminate the blocked state, the throat length r1 of the
図5の(a)部は、ベーンドディフューザ18の第2形態の構成を示す。具体的には、流量が増加した場合における第2形態である。第2形態においては、第1流路FP1及び第2流路FP2が形成されることを既に述べた。これらの第1流路FP1及び第2流路FP2に対して、それぞれ対応する内接円C2,C3を定義することができる。
Part (a) of FIG. 5 shows the configuration of the second form of the
まず、第1流路FP1には、仮想線VL上に接点を有し、ベーン19Aの外ベーン26にも接点を有する内接円C2を定義する。この内接円C2によれば、スロート長r2(第2スロート長)が示される。なお、仮想線VLは、第1形態において内ベーン24に接する外ベーン26の外形線である。
First, in the first flow path FP1, an inscribed circle C2 having a contact on the virtual line VL and also having a contact with the
一方、第2流路FP2は、ベーン19Bの内ベーン24上に接点を有し、ベーン19Aの外ベーン26上に接点を有する内接円C3を定義する。この内接円C3によれば、スロート長r3(第3スロート長)が示される。
On the other hand, the second flow path FP2 defines an inscribed circle C3 having a contact point on the
第2形態における合計スロート長(r2+r3)は、第1流路FP1のスロート長r2と第2流路FP2のスロート長r2との和である。この和(r2+r3)が、第1形態におけるスロート長r1より大きければよい。つまり、流量が増加した場合におけるベーンドディフューザ18の第2形態は、r1<r2+r3の関係を満たす形態である。
The total throat length (r2 + r3) in the second form is the sum of the throat length r2 of the first flow path FP1 and the throat length r2 of the second flow path FP2. The sum (r2 + r3) may be larger than the throat length r1 in the first form. That is, the second form of the
図5の(a)部は、上記スロート長の関係を満たす第2形態の一例である。この例示においては、内ベーン24の配置角度をピッチt1とし、外ベーン26の回転角度を角度t2とすると、t2は3/4×t1として示すことができる。この構成によれば、外ベース23(すなわち外ベーン26)の回転角度がベーンドディフューザ18への空気の流入方向(ディフューザ流入流れ方向)に対する内ベーン24及び外ベーン26の投影面積Dが最も小さくなる(図5の(b)部参照)。図5の(b)部に示されるように、流量が増加する(つまり、流量に対応する第1成分V1aが延びる)と、ディフューザへの流入方向を示すベクトルVaが円周方向から半径方向に近づく。この傾きに対応するように、内ベーン24及び外ベーン26の配置に重なりを設けることにより、スロートを大きくすると共に流体損失を低減する。
Part (a) of FIG. 5 is an example of the second form satisfying the above-mentioned throat length relationship. In this example, if the arrangement angle of the
コンプレッサ3に導入される流量が仕様点P1(作動点ともいう)における流量よりも減少しても、圧力比が低下する。しかし、その原因は、流量が増加した場合とは異なると考えられる。
Even if the flow rate introduced into the
図6の(a)部は、ベーンドディフューザ18に流れ込む流体の速度ベクトルV(ディフューザ流入速度ベクトル)を示す。速度ベクトルVは、流量に比例する第1成分V1(半径方向速度ベクトル)と回転軸線Xまわりの円周方向の第2成分V2(周方向速度ベクトル)とのベクトル和である。ベーン19の羽根角は、この速度ベクトルVの向きに対応するように設定されている。つまり、仕様点P1(図4の(a)部参照)を示す流量であるときの速度ベクトルVの向きに対応する。
Part (a) of FIG. 6 shows the velocity vector V (diffuser inflow velocity vector) of the fluid flowing into the
速度ベクトルVは流量に比例する第1成分V1を含んでいる。そうすると、流量が減少すると、第1成分V1の長さが短くなるので、速度ベクトルVの向きが変わってしまう。速度ベクトルVの向きが変わると、流路における主流とは別に、二次流れFSと呼ばれる副次的な流れが生じる(図2参照)。この二次流れFSに起因して、圧力比が低下してしまう。 The velocity vector V contains a first component V1 that is proportional to the flow rate. Then, when the flow rate decreases, the length of the first component V1 becomes shorter, so that the direction of the velocity vector V changes. When the direction of the velocity vector V changes, a secondary flow called a secondary flow FS is generated in addition to the main flow in the flow path (see FIG. 2). Due to this secondary flow FS, the pressure ratio drops.
この二次流れFSは、ベーン19の構成が低ソリディティの条件を満たすベーン19において低減される。低ソリディティの条件を満たすベーン19は、失速抑制効果を奏し得るためである。ここで、ソリディティとは、ベーンの翼弦長さ(c)とピッチ(t)との比率(c/t)により示される値である。そして、低ソリディティとは、当該比率が1より小さい(c/t<1)ことをいう。この条件によれば、ベーン間にスロートを有することがない。具体的には、ベーン19Aの内ベーン24とベーン19Bの内ベーン24との間には、それぞれの内ベーン24に接する内接円を定義することができない。
This secondary flow FS is reduced in the
内ベーン24がベーンドディフューザ18における流れを支配するように、外ベーン26を内ベーン24からできるだけ離間させる。換言すると、図6の(b)部に示されるように、第1形態の状態を基準として、外ベース23の回転角度t3を1/2×t1に設定する。この設定によれば、内ベーン24の後縁24bと外ベーン26の前縁26aとの距離が最も離間する。従って、内ベーン24の流れ場に対して外ベーン26の干渉(影響)を抑制することができる。
The
次に、コンプレッサ3の動作について説明する。初期状態において、コンプレッサ3のベーンドディフューザ18は、第1形態とされる(図2参照)。この第1形態は、仕様点P1(図4の(a)部参照)での運転に適合させた形態である。コンプレッサ3の運転中において、コンプレッサ3は、吸入部17に設けられた入口センサS1と排出口に設けられた出口センサS2とを用いて、流量と圧力比とを計測する。流量及び圧力比の測定値は、コントローラ28に送信される。コントローラ28は、流量及び圧力比に基づき、必要に応じて第1制御信号又は第2制御信号を駆動機構27に出力する。第1制御信号は、流量が増加すると共に圧力比が低下した場合に対応する第2形態への命令を含む。第2制御信号は、流量が減少すると共に圧力比が低下した場合に対応する第2形態への命令を含む。
Next, the operation of the
例えば、流量が増加し圧力比が所定値よりも小さくなった場合、コントローラ28は、第1制御信号を駆動機構27に出力する。第1制御信号を受けた駆動機構27は、外ベース23を時計方向CWに3/4ピッチだけ回転させて、その位置を維持する。このときのコンプレッサ3の流量―圧力比特性は、図4におけるグラフG2に示される。グラフG1,G2を用いて、動作を説明すると、まず流量が流量FB1まで増加することによりグラフG1における点P2まで圧力比(PR1)が低下する。そこで、第2形態に切り替えることによりコンプレッサ3の特性がグラフG2に示される特性に変化する。そうすると、流量FB1であるとき、コンプレッサ3の特性は点P2から点P3に変化する。点P3における圧力比はPR2である。グラフG2の圧力比(PR2)はグラフG1の圧力比(PR1)よりも大きい。従って、圧力比が回復する。
For example, when the flow rate increases and the pressure ratio becomes smaller than a predetermined value, the
一方、流量が減少し圧力比が所定値よりも小さくなった場合、コントローラ28は、第2制御信号を駆動機構27に出力する。第2制御信号を受けた駆動機構27は、外ベース23を時計方向CWに1/2ピッチだけ回転させて、その位置を維持する。このときのコンプレッサ3の流量―圧力比特性は、図4におけるグラフG3に示される。グラフG1,G3を用いて、動作を説明すると、まず流量が流量FB2まで減少することによりグラフG1における点P4まで圧力比(PR3)が低下する。そこで、第2形態に切り替えることによりコンプレッサ3の特性がグラフG3に示される特性に変化する。そうすると、流量FB2であるとき、グラフG3における圧力比はPR4である。グラフG3の圧力比(PR4)はグラフG1の圧力比(PR3)よりも大きい。従って、圧力比が回復する。
On the other hand, when the flow rate decreases and the pressure ratio becomes smaller than the predetermined value, the
要するに、コンプレッサ3は、その運転期間中において、上記のとおり、流量及び圧力比の計測し、流量及び圧力比が条件を満たすか否かの判断を行い、条件を満たす場合には第1形態を維持し、条件を満たさない場合には第1制御信号又は第2制御信号を出力する。
In short, the
このようなベーンドディフューザ18を設計する場合には、まず、効率を最大化したい仕様点P1を決める。次に、第1形態におけるベーン19の形状を決定する。つまり、ベーン19間にスロートを有するようにベーン19を設計する。次に、ベーン19の分割位置を決める。分割位置は、内ベーン24が低ソリディティの条件を満たすと共に、外ベーン26をずらしたときに合計スロート長(r2+r3)が第1形態におけるスロート長(r1)よりも大きくなるという条件を満たす位置に設定する。つまり、流量の減少に対応するために、内ベーン24が低ソリディティの条件を満たすように設定する。さらに、流量の増加に対応するために、合計スロート長(r2+r3)が第1形態におけるスロート長(r1)よりも大きくなるという条件を満たすように設定する。
When designing such a
以下、コンプレッサ3の作用効果について説明する。
Hereinafter, the action and effect of the
コンプレッサ3は、ベーン19のそれぞれが周方向に分割されており、コンプレッサ3の運転状態に応じて、内ベーン24と外ベーン26との相対的な位置を変更する。従って、流量の変動に伴う圧力比の低下を抑制できる。そして、内ベーン24と外ベーン26とは、ひとつの中心軸線を共有し、当該中心軸線の周りに相対的に位置を変化させることができる。従って、駆動機構27が単純化されるので、コンプレッサ3の構成を簡易にすることができる。
In the
ベーンドディフューザ18によれば、流量が増加したときと流量が低下したときとのそれぞれに対応するように、内ベーン24と外ベーン26との位置関係を調整することができる。従って、仕様点P1からの流量の変化に伴い圧力比が低下することを抑制できる。
According to the
ベーンドディフューザ18の第2形態は、内ベーン24の翼弦長さと内ベーン24のピッチとの比が1以下である。すなわち、内ベーン24は、低ソリディティの条件を満たす。この構成によれば、流量の低下に伴いベーン19間に生じる二次流れFSを低減することができる。従って、二次流れFSに起因する圧力比の低下を抑制することができる。
In the second form of the
ベーンドディフューザ18の第2形態によれば、第1形態のスロート長r1よりも第2形態の合計スロート長(r2+r3)を大きくすることができる。従って、ベーン19間に流すことができる流量が増加する。従って、流量の増加に伴って閉塞状態に向かう傾向が抑制されるので、圧力比の低下を抑制することができる。
According to the second form of the
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。 The present invention has been described in detail above based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be modified in various ways without departing from the gist thereof.
第2形態において、内ベーン24及び外ベーン26は、相対位置がずれていればよい。上記実施形態では、外ベーン26を回転させる構成を例に説明した。しかし、外ベーン26(つまり外ベース23)を固定して、内ベーン24(つまり内ベース22)を回転させる構成としてもよい。また、内ベーン24及び外ベーン26の両方を回転させ得る構成としてもよい。
In the second form, the
また、第1形態から第2形態へ移行するにあたって、上記実施形態では外ベース23を時計方向CWに回転させた。しかし、この回転方向には特に制限はない。第1形態から第2形態へ移行するにあたって、外ベース23を反時計方向に回転させてもよい。
Further, in the transition from the first form to the second form, in the above embodiment, the
1 過給機
2 タービン
3 コンプレッサ
4 タービンハウジング
6 タービン翼車
7 コンプレッサハウジング
8 コンプレッサ翼車
9 回転軸
13 軸受ハウジング
14 回転体
16 排気ガス流出口
17 吸入部
18 ベーンドディフューザ
19,19A,19B ベーン(第3ベーン)
21 ベース
22 内ベース(第1基部)
23 外ベース(第2基部)
22a,23a 内周縁
22b,23b 外周縁
24 内ベーン(第1ベーン)
26 外ベーン(第2ベーン)
24a,26a 前縁
24b,26b 後縁
27 駆動機構
28 コントローラ
100 内燃機関
C,C1,C2,C3 内接円
CW 時計方向
D 投影面積
FP1 第1流路
FP2 第2流路
FP3 第3流路
FS 二次流れ
G1,G2,G3 グラフ
P1 仕様点
PS 位置
r1,r2,r3 スロート長
S1 入口センサ
S2 出口センサ
t1 ピッチ
t2 角度
t3 回転角度
V 速度ベクトル
V1 第1成分
V2 第2成分
VL 仮想線
X 回転軸線
1
21
23 Outer base (2nd base)
22a, 23a Inner
26 Outer vane (second vane)
24a,
Claims (3)
前記インペラの周囲に配置された複数のベーンを有するベーンドディフューザと、を備え、
前記ベーンドディフューザは、
前記インペラの回転軸線を中心軸線とするように前記インペラの周囲に形成された環状の第1基部と、
前記インペラの回転軸線を中心軸線とするように前記第1基部の周囲に形成された環状の第2基部と、
第1羽根角を有するように第1基部に固定された第1ベーンと、
第2羽根角を有するように第2基部に固定された第2ベーンと、
前記第1基部及び前記第2基部は、前記回転軸線のまわりにおける相対位置が変化するよう駆動され、
前記第1基部及び前記第2基部は、前記第1ベーンの後縁に前記第2ベーンの前縁が当接した第1形態と、前記第1ベーンの後縁に対して前記第2ベーンの前縁を前記回転軸線における周方向にずらした第2形態と、を切り替えるよう駆動される、遠心圧縮機。 With an impeller
A vaned diffuser having a plurality of vanes arranged around the impeller.
The vaned diffuser is
An annular first base formed around the impeller so that the rotation axis of the impeller is the central axis, and
An annular second base formed around the first base so that the rotation axis of the impeller is the central axis, and
A first vane fixed to the first base so as to have a first blade angle,
A second vane fixed to the second base so as to have a second blade angle,
The first base and the second base are driven so that their relative positions around the rotation axis change.
The first base and the second base, a first embodiment the front edge of the second vane to the trailing edge of the first vane is contact, of the second vane with respect to the trailing edge of the first vane A centrifugal compressor driven to switch between a second form in which the leading edge is shifted in the circumferential direction on the rotation axis.
前記第2形態では、前記第1形態における前記第2ベーンの位置に関する仮想線と前記第2ベーンとにより第1流路が形成されると共に、前記第1ベーンに隣接する別の第1ベーンと前記第2ベーンとにより第2流路が形成され、
前記第3流路における第1スロート長(r1)は、前記第1流路における第2スロート長(r2)と前記第2流路における第3スロート長(r3)との和である合計スロート長(r2+r3)よりも小さい(r1<r2+r3)、請求項1に記載の遠心圧縮機。 In the first form, a third flow path is formed by a third vane formed by abutting the trailing edge of the first vane and the leading edge of the second vane.
In the second form, the first flow path is formed by the virtual line regarding the position of the second vane in the first form and the second vane, and at the same time, with another first vane adjacent to the first vane. A second flow path is formed by the second vane.
The first throat length (r1) in the third flow path is the total throat length which is the sum of the second throat length (r2) in the first flow path and the third throat length (r3) in the second flow path. The centrifugal compressor according to claim 1, which is smaller than (r2 + r3) (r1 <r2 + r3).
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