JP7251093B2 - centrifugal compressor - Google Patents
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Description
本開示は、遠心圧縮機に関する。 The present disclosure relates to centrifugal compressors.
特許文献1の遠心圧縮機は、コンプレッサハウジングと、コンプレッサインペラとを備える。コンプレッサハウジングには、コンプレッサインペラが回転自在に収容される。コンプレッサハウジングには、主流路と、副流路が形成される。コンプレッサインペラは、主流路に配される。主流路の径方向外側には、副流路が配される。 The centrifugal compressor of Patent Document 1 includes a compressor housing and a compressor impeller. A compressor impeller is rotatably accommodated in the compressor housing. A main flow path and a sub-flow path are formed in the compressor housing. A compressor impeller is arranged in the main flow path. A secondary flow path is arranged radially outside the main flow path.
副流路は、コンプレッサインペラの前縁端(リーディングエッジ)より上流側で主流路に開口する上流側開口部を有する。副流路は、上流側開口部よりもコンプレッサインペラの前縁端に近い位置で主流路に開口する下流側開口部を有する。コンプレッサインペラを通過する空気の流量が所定流量より小さいとき、コンプレッサインペラで圧縮された空気は、下流側開口部を介して副流路内に流入し、上流側開口部を介して主流路に流出する。つまり、コンプレッサインペラで圧縮された空気は、副流路内を逆流し、主流路に還流する。 The secondary flowpath has an upstream opening that opens into the main flowpath upstream of the leading edge of the compressor impeller. The secondary flowpath has a downstream opening that opens into the primary flowpath at a location closer to the leading edge of the compressor impeller than the upstream opening. When the flow rate of air passing through the compressor impeller is smaller than a predetermined flow rate, the air compressed by the compressor impeller flows into the secondary flow path through the downstream opening and flows out into the main flow path through the upstream opening. do. That is, the air compressed by the compressor impeller flows backward in the sub-flow path and returns to the main flow path.
副流路には、ガイドベーンが配される。ガイドベーンは、外径端が内径端よりもコンプレッサインペラの回転方向前方側に位置する。ガイドベーンは、副流路内を逆流する空気にコンプレッサインペラの逆回転方向の旋回成分を与える。 A guide vane is arranged in the secondary channel. The guide vane has an outer diameter end positioned forward in the rotational direction of the compressor impeller relative to an inner diameter end. The guide vanes impart a swirl component in the reverse rotation direction of the compressor impeller to the air flowing back in the secondary flow path.
特許文献1では、副流路内を逆流する空気にコンプレッサインペラの逆回転方向の旋回成分を与えることで、遠心圧縮機の小流量側の作動領域を拡大している。しかし、遠心圧縮機の小流量側の作動領域のさらなる拡大が希求されている。 In Patent Literature 1, the operating range of the centrifugal compressor on the small flow rate side is expanded by giving a swirl component in the reverse rotation direction of the compressor impeller to the air flowing backward in the sub-flow path. However, there is a demand for further expansion of the operating range on the small flow rate side of the centrifugal compressor.
本開示の目的は、小流量側の作動領域を拡大することが可能な遠心圧縮機を提供することである。 An object of the present disclosure is to provide a centrifugal compressor capable of expanding the operating area on the small flow rate side.
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る遠心圧縮機は、インペラが配される主流路が形成されたハウジングと、主流路よりインペラの径方向外側に設けられ、インペラの前縁端より上流側で主流路に開口する上流側開口部から、上流側開口部よりも前縁端に近い位置で主流路に開口する下流側開口部まで延在する副流路と、インペラの径方向に延在する第1壁部、および、第1壁部からインペラ側に延在する第2壁部を有し、第1壁部および第2壁部のすべてが副流路内に位置する退避位置と、第1壁部および第2壁部が退避位置よりも主流路内に突出した突出位置とに移動可能にハウジングに設けられ、インペラの回転軸とずれた位置にある回転中心の軸回りに回転移動するフィン部材と、を備える。
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る遠心圧縮機は、インペラが配される主流路が形成されたハウジングと、主流路よりインペラの径方向外側に設けられ、インペラの前縁端より上流側で主流路に開口する上流側開口部から、上流側開口部よりも前縁端に近い位置で主流路に開口する下流側開口部まで延在する副流路と、インペラの径方向に延在する第1壁部、および、第1壁部からインペラ側に延在する第2壁部を有し、第1壁部および第2壁部のすべてが副流路内に位置する退避位置と、第1壁部および第2壁部が退避位置よりも主流路内に突出した突出位置とに移動可能にハウジングに設けられるフィン部材と、を備え、第1壁部は、突出位置において、少なくとも一部が、インペラの前縁端よりも径方向の内側に位置する。
In order to solve the above problems, a centrifugal compressor according to an aspect of the present disclosure includes a housing in which a main flow path in which an impeller is disposed, and a front edge of the impeller provided radially outside the main flow path. a secondary flow path extending from an upstream opening that opens into the main flow path upstream of the end to a downstream opening that opens into the main flow path at a position closer to the leading edge than the upstream opening; and a second wall extending from the first wall toward the impeller, the first wall and the second wall being all located within the sub-flow path. A rotation center axis that is provided in the housing so as to be movable between a retracted position and a protruding position where the first wall portion and the second wall portion protrude into the main flow path from the retracted position, and that is offset from the rotation axis of the impeller. and a fin member for rotational movement about .
In order to solve the above problems, a centrifugal compressor according to an aspect of the present disclosure includes a housing in which a main flow path in which an impeller is disposed, and a front edge of the impeller provided radially outside the main flow path. a secondary flow path extending from an upstream opening that opens into the main flow path upstream of the end to a downstream opening that opens into the main flow path at a position closer to the leading edge than the upstream opening; and a second wall extending from the first wall toward the impeller, the first wall and the second wall being all located within the sub-flow path. a fin member provided on the housing so as to be movable between a retracted position and a protruding position where the first wall and the second wall protrude into the main flow path from the retracted position, wherein the first wall is at the protruding position; At least a portion of the impeller is positioned radially inward of the leading edge of the impeller.
フィン部材の回転方向は、インペラの回転方向と逆方向であり、フィン部材が、退避位置よりも突出位置側であって、かつ、第2壁部の少なくとも一部が副流路内に位置する場合、第2壁部のうち径方向の外側の外側面は、フィン部材の回転方向の後方側の端部が、フィン部材の回転方向の前方側の端部よりも、インペラの回転軸からの離隔距離が大きくてもよい。 The direction of rotation of the fin member is opposite to the direction of rotation of the impeller, the fin member is on the projecting position side of the retracted position, and at least a portion of the second wall portion is positioned within the secondary flow path. In this case, on the radially outer side surface of the second wall portion, the rear end portion of the fin member in the rotational direction is positioned farther from the rotational axis of the impeller than the forward end portion of the fin member in the rotational direction. The separation distance may be large.
副流路に設けられ、退避位置にある第2壁部の少なくとも一部が収容される収容部をさらに備えてもよい。 A storage portion may be provided in the sub-flow path and accommodates at least a portion of the second wall portion in the retracted position.
本開示によれば、小流量側の作動領域を拡大することが可能となる。 According to the present disclosure, it is possible to expand the operating range on the small flow rate side.
以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。 Embodiments of the present disclosure will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. Dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating understanding, and do not limit the present disclosure unless otherwise specified. In this specification and the drawings, elements having substantially the same functions and configurations are denoted by the same reference numerals, thereby omitting redundant description. Illustrations of elements that are not directly related to the present disclosure are omitted.
図1は、過給機TCの概略断面図である。図1に示す矢印L方向を過給機TCの左側として説明する。図1に示す矢印R方向を過給機TCの右側として説明する。過給機TCのうち、後述するコンプレッサハウジング7側は、遠心圧縮機CCとして機能する。以下では、遠心圧縮機CCの一例として、過給機TCについて説明する。ただし、遠心圧縮機CCは、過給機TCに限られない。遠心圧縮機CCは、過給機TC以外の装置に組み込まれてもよいし、単体であってもよい。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the supercharger TC. The direction of the arrow L shown in FIG. 1 will be described as the left side of the supercharger TC. The direction of the arrow R shown in FIG. 1 will be described as the right side of the supercharger TC. Of the supercharger TC, the side of the
図1に示すように、過給機TCは、過給機本体1を備える。過給機本体1は、ベアリングハウジング3と、タービンハウジング5と、コンプレッサハウジング(ハウジング)7とを備える。ベアリングハウジング3の左側には、締結ボルト9によってタービンハウジング5が連結される。ベアリングハウジング3の右側には、締結ボルト11によってコンプレッサハウジング7が連結される。
As shown in FIG. 1 , the supercharger TC includes a supercharger body 1 . The turbocharger main body 1 includes a bearing
ベアリングハウジング3には、軸受孔3aが形成されている。軸受孔3aは、過給機TCの左右方向に貫通する。軸受孔3aには、軸受13が設けられる。図1では、軸受13の一例としてフルフローティング軸受を示す。ただし、軸受13は、セミフローティング軸受や転がり軸受など、他のラジアル軸受であってもよい。軸受13には、シャフト15が挿通される。軸受13は、シャフト15を回転自在に軸支する。シャフト15の左端部には、タービンインペラ17が設けられる。タービンインペラ17は、タービンハウジング5内に回転自在に収容されている。シャフト15の右端部には、コンプレッサインペラ(インペラ)19が設けられる。コンプレッサインペラ19は、コンプレッサハウジング7内に回転自在に収容されている。
A
コンプレッサハウジング7には、ハウジング穴7aが形成される。ハウジング穴7aは、過給機TCの右側に開口する。ハウジング穴7aには、取付部材21が取り付けられる。コンプレッサハウジング7には、外壁部7bと、内壁部7cと、シュラウド部7dとが形成される。外壁部7bは、ハウジング穴7aの内周面より、コンプレッサインペラ19の径方向(以下、単に径方向と称す)外側に形成される。外壁部7bは、コンプレッサハウジング7の外部に露出し、コンプレッサハウジング7の外形を形成する。
A
内壁部7cは、ハウジング穴7aの内周面より径方向内側に形成される。内壁部7cは、外壁部7bから径方向内側に離隔して形成される。シュラウド部7dは、コンプレッサインペラ19と径方向に対向して形成される。シュラウド部7dは、コンプレッサインペラ19を収容する収容室を形成する。シュラウド部7dの内周面は、コンプレッサインペラ19の外形に沿った形状を有する。シュラウド部7dの内径は、コンプレッサインペラ19の外径より僅かに大きい。
The
コンプレッサインペラ19の外径は、コンプレッサインペラ19の前縁端(リーディングエッジ)から離隔するほど大きくなる。したがって、シュラウド部7dの内径は、コンプレッサインペラ19の前縁端から離隔するほど大きくなる。なお、内壁部7cの一部は、後述するようにコンプレッサインペラ19と径方向に対向する。コンプレッサインペラ19と径方向に対向する内壁部7cは、シュラウド部としても機能する。
The outer diameter of the
取付部材21、内壁部7c、および、シュラウド部7dの内周面によって、主流路23が形成される。主流路23は、遠心圧縮機CCの右側に開口する。主流路23は、コンプレッサインペラ19の軸方向(以下、単に軸方向と称す)に延在する。主流路23は、不図示のエアクリーナに接続される。コンプレッサインペラ19は、主流路23に配される。
A
ベアリングハウジング3とコンプレッサハウジング7の間には、ディフューザ流路25が形成される。ディフューザ流路25は、ベアリングハウジング3とコンプレッサハウジング7の対向面によって形成される。ディフューザ流路25は、コンプレッサインペラ19を通過した空気を昇圧する。ディフューザ流路25は、環状に形成されている。ディフューザ流路25は、径方向内側において主流路23に連通している。
A
コンプレッサハウジング7には、コンプレッサスクロール流路27が設けられている。コンプレッサスクロール流路27は、環状形状である。コンプレッサスクロール流路27は、例えばディフューザ流路25よりもシャフト15の径方向外側に位置する。コンプレッサスクロール流路27は、不図示のエンジンの吸気口と連通する。コンプレッサスクロール流路27は、ディフューザ流路25に連通している。コンプレッサインペラ19が回転すると、主流路23からコンプレッサハウジング7内に空気が吸気される。吸気された空気は、コンプレッサハウジング7(主流路23)内を上流側(図1中、右側)から下流側(図1中、左側)に向かって流通する。コンプレッサハウジング7内を流通する空気は、コンプレッサインペラ19の翼間を流通する過程において、加圧加速される。加圧加速された空気は、ディフューザ流路25およびコンプレッサスクロール流路27で昇圧される。昇圧された空気は、エンジンの吸気口に導かれる。
A compressor
タービンハウジング5には、吐出口29が形成されている。吐出口29は、過給機TCの左側に開口する。吐出口29は、不図示の排気ガス浄化装置に接続される。また、タービンハウジング5には、タービンスクロール流路31と、連通流路33とが形成される。タービンスクロール流路31は、環状形状である。タービンスクロール流路31は、例えば連通流路33よりもタービンインペラ17の径方向外側に位置する。タービンスクロール流路31は、不図示のガス流入口と連通する。ガス流入口には、不図示のエンジンの排気マニホールドから排出される排気ガスが導かれる。
A
タービンスクロール流路31には、ガス流入口から排気ガスが導入される。連通流路33は、タービンスクロール流路31と吐出口29とを連通させる。タービンスクロール流路31に導入された排気ガスは、連通流路33およびタービンインペラ17の翼間を介して吐出口29に導かれる。排気ガスは、タービンインペラ17の翼間を流通する過程においてタービンインペラ17を回転させる。
Exhaust gas is introduced into the
タービンインペラ17の回転力は、シャフト15を介してコンプレッサインペラ19に伝達される。空気は、コンプレッサインペラ19の回転力によって昇圧されて、エンジンの吸気口に導かれる。
The rotational force of
図2は、図1の破線部分の抽出図である。図2に示すように、内壁部7cは、軸方向に延在する。内壁部7cは、環状形状である。内壁部7cは、ハウジング穴7aの内周面から径方向内側に離隔する。内壁部7cの外周面は、外壁部7bの内周面と径方向に対向する。内壁部7cと外壁部7bとの間には、空隙S1が形成される。外壁部7b(ハウジング穴7a)の内周面および内壁部7cの外周面は、軸方向に平行である。ただし、外壁部7bの内周面および内壁部7cの外周面は、軸方向に対して傾斜していてもよいし、互いに平行でなくともよい。
FIG. 2 is an extraction diagram of the dashed line portion of FIG. As shown in FIG. 2, the
ハウジング穴7aには、不図示のリブが形成される。リブは、外壁部7bと内壁部7cとを接続する。リブは、内壁部7cの外周面の周方向(コンプレッサインペラ19の回転方向)に離隔して複数配される。内壁部7cは、リブを介して外壁部7bに保持される。リブは、外壁部7bおよび内壁部7cと一体成形される。すなわち、内壁部7cは、コンプレッサハウジング7に一体成形される。ただし、内壁部7cは、コンプレッサハウジング7と別体で形成されてもよい。その場合、内壁部7cは、コンプレッサハウジング7に取り付けられてもよい。
A rib (not shown) is formed in the
内壁部7cには、貫通孔7eが形成される。貫通孔7eは、内壁部7cを軸方向に貫通する。貫通孔7eは、大径部7fと、縮径部7gと、小径部7hとを有する。大径部7fは、内壁部7cのうち、図2中、右側の端面に開口する。大径部7fは、貫通孔7eのうち最も大きい内径を有する。縮径部7gは、大径部7fに対し、図2中、左側に連続する。縮径部7gは、図2中、左側に向かって(大径部7fから小径部7hに向かって)、内径が小さくなる。縮径部7gの内径は、大径部7fの内径以下である。
A through
小径部7hは、縮径部7gに対し、図2中、左側に連続する。小径部7hは、貫通孔7eのうち最も小さい内径を有する。小径部7hの内径は、縮径部7gの内径以下である。小径部7hは、コンプレッサインペラ19と径方向に対向する。小径部7hは、コンプレッサインペラ19を収容する収容室を形成する。小径部7hの内周面は、コンプレッサインペラ19の外形に沿った形状を有する。小径部7hの内径は、コンプレッサインペラ19の外径より僅かに大きい。ここでは、内壁部7cに大径部7f、縮径部7g、小径部7hが形成される場合について説明した。しかし、貫通孔7eが形成されていれば、内壁部7cの内周面の形状は問わない。
The
小径部7hより下流側には、シュラウド部7dが形成される。小径部7hおよびシュラウド部7dは、コンプレッサインペラ19を収容する収容室を形成する。内壁部7cの小径部7h側(図2中、左側)の端部は、シュラウド部7dに対し軸方向に離隔する。内壁部7cは、シュラウド部7dと軸方向に対向する。内壁部7cとシュラウド部7dとの間には、空隙S2が形成される。
A
ハウジング穴7aには、内壁部7cより上流側(図2中、右側)に段差部7aaが形成される。ハウジング穴7aの内径は、段差部7aaより上流側(取付部材21に近接する側)が、段差部7aaより下流側(コンプレッサインペラ19に近接する側)より大きい。ハウジング穴7aは、段差部7aaより上流側が、径方向外側に窪んでいる。
A step portion 7aa is formed in the
取付部材21は、ハウジング穴7aのうち段差部7aaより上流側(図2中、右側)に取り付けられる。取付部材21は、本体部21aを備える。本体部21aは、例えば、環状形状である。ただし、本体部21aは、環状形状に限らず、例えば、周方向の一部が切り欠かれている形状であってもよい。本体部21aは、ハウジング穴7aに圧入される。本体部21aがハウジング穴7aに圧入されることで、取付部材21は、コンプレッサハウジング7に取り付けられる。ただし、取付部材21は、ボルトなどの締結部材でコンプレッサハウジング7に取り付けられてもよい。取付部材21は、コンプレッサハウジング7に接合されてもよい。
The mounting
本体部21aには、取付孔21bが形成される。取付孔21bは、本体部21aを軸方向に貫通する。取付孔21bは、縮径部21cと、平行部21dとを有する。縮径部21cは、図2中、左側(コンプレッサインペラ19に近接する側)に向って、内径が小さくなる。平行部21dは、縮径部21cよりも、図2中、左側(コンプレッサインペラ19に近接する側)に位置する。平行部21dは、軸方向に亘って内径が大凡一定である。平行部21dの内径は、貫通孔7eの大径部7fの内径と大凡等しい。ここでは、本体部21aに縮径部21cおよび平行部21dが形成される場合について説明した。ただし、取付孔21bが形成されていれば、本体部21aの内周面の形状は問わない。
A mounting
取付孔21bは、取付部材21のうちコンプレッサインペラ19から離隔する側の端面21eに開口する。取付部材21の端面21eは、コンプレッサハウジング7のうちコンプレッサインペラ19から離隔する側の端面7iと面一である。ただし、コンプレッサハウジング7の端面7iは、取付部材21の端面21eよりも、図2中、左側(コンプレッサインペラ19に近接する側)に位置してもよい。すなわち、取付部材21は、ハウジング穴7aから、図2中、右側(コンプレッサインペラ19から離隔する側)に突出してもよい。また、取付部材21の端面21eは、コンプレッサハウジング7の端面7iよりも、図2中、左側(コンプレッサインペラ19に近接する側)に位置してもよい。
The mounting
取付部材21のうちコンプレッサインペラ19に近接する側の端面21fは、軸方向と直交する面となっている。ただし、取付部材21の端面21fは、軸方向と直交する面に対し傾斜する面であってもよい。取付部材21の端面21fは、内壁部7cの大径部7fから軸方向に離隔する。取付部材21の端面21fは、内壁部7cの大径部7fと軸方向に対向する。取付部材21の端面21fと内壁部7cの大径部7fとの間には、空隙S3が形成される。
An
本体部21aの取付孔21bおよび内壁部7cの貫通孔7eは、主流路23を形成する。主流路23よりコンプレッサインペラ19の径方向外側には、副流路35が形成される。副流路35は、空隙S1、S2、S3により形成される。副流路35は、上流側開口部35aと、下流側開口部35bとを有する。上流側開口部35aは、コンプレッサインペラ19の前縁端(リーディングエッジ)より上流側(図2中、右側)で主流路23に開口する。下流側開口部35bは、上流側開口部35aよりもコンプレッサインペラ19の前縁端に近い位置で主流路23に開口する。具体的に、下流側開口部35bは、コンプレッサインペラ19の前縁端より下流側(図2中、左側)で主流路23に開口する。副流路35は、上流側開口部35aから下流側開口部35bまで延在する。
The
取付部材21と、内壁部7cおよび段差部7aaとの間には、フィン部材37および駆動機構39の一部が配される。フィン部材37は、第1壁部37aと、第2壁部37bを有する。第1壁部37aは、コンプレッサインペラ19の径方向に延在する。第2壁部37bは、第1壁部37aからコンプレッサインペラ19側(図2中、左側)に延在する。第2壁部37bは、第1壁部37aと一体的に形成される。ただし、第2壁部37bは、第1壁部37aと別体に形成され、第1壁部37aに接合されてもよい。
A part of the
フィン部材37は、退避位置と、突出位置とに移動可能にコンプレッサハウジング7に設けられる。ここで、退避位置は、第1壁部37aおよび第2壁部37bが副流路35内に位置する位置である。突出位置は、第1壁部37aおよび第2壁部37bが退避位置よりも主流路23内に突出した位置である。図2では、フィン部材37が退避位置に位置する状態を示している。
The
図3は、図2に示すフィン部材37をコンプレッサインペラ19側から見た正面図である。図3に示すように、フィン部材37は、コンプレッサハウジング7に複数(ここでは、8つ)設けられている。複数のフィン部材37は、コンプレッサインペラ19の回転中心軸(回転軸)RC回り(以下、単に回転方向と称す)に並んで配される。複数のフィン部材37は、軸方向に重複して配される。つまり、複数のフィン部材37は、回転方向に隣接するフィン部材37と対向して配される。
FIG. 3 is a front view of the
図4は、フィン部材37の正面側斜視図である。図4に示すように、フィン部材37の第1壁部37aは、略三角形状である。第1壁部37aには、第1切り欠き部37aaと、第2切り欠き部37abとが形成される。第1切り欠き部37aaは、第1壁部37aの基端P側に形成される。第1切り欠き部37aaは、第1壁部37aの正面側(コンプレッサインペラ19に近接する側)に形成される。第1切り欠き部37aaにより、第1壁部37aの基端P側の正面(コンプレッサインペラ19側の面)は、コンプレッサインペラ19から離隔する側に窪んでいる。
4 is a front perspective view of the
第2切り欠き部37abは、第1壁部37aの先端T側に形成される。第2切り欠き部37abは、第1壁部37aの背面側(コンプレッサインペラ19から離隔する側)に形成される。第2切り欠き部37abにより、第1壁部37aの先端T側の背面(コンプレッサインペラ19側と反対側の面)は、コンプレッサインペラ19に近接する側に窪んでいる。第1切り欠き部37aaおよび第2切り欠き部37abの厚みは、第1壁部37aのうち第1切り欠き部37aaおよび第2切り欠き部37abが形成されていない部分の厚みより小さい。
The second cutout portion 37ab is formed on the tip T side of the
第1壁部37aの内径端には、第1円弧面37acと、第2円弧面37adとが形成される。第1円弧面37acは、第1壁部37aの先端T側に形成される。第2円弧面37adは、第1円弧面37acから基端P側に連続する。第1円弧面37acの曲率は、第2円弧面37adの曲率より大きい。ただし、第1円弧面37acの曲率は、第2円弧面37adの曲率と等しくてもよく、第2円弧面37adの曲率より小さくてもよい。
A first arcuate surface 37ac and a second arcuate surface 37ad are formed at the inner diameter end of the
フィン部材37の第2壁部37bは、略円弧形状である。第2壁部37bは、第1壁部37aの正面側に形成される。第2壁部37bは、第1壁部37aの外径端側に形成される。第2壁部37bは、第1壁部37aの正面と直交する方向(コンプレッサインペラ19の軸方向)に延在する。ただし、第2壁部37bは、コンプレッサインペラ19の軸方向に対し傾斜する方向に延在してもよい。
The
第2壁部37bは、内側面37baと、外側面37bbとを有する。内側面37baおよび外側面37bbは、円弧面である。外側面37bbは、内側面37baより径方向外側に形成される。内側面37baの曲率中心は、外側面37bbの曲率中心と大凡等しい。内側面37baおよび外側面37bbの曲率中心は、コンプレッサインペラ19の回転中心軸RC(図3参照)と大凡等しい。ただし、内側面37baおよび外側面37bbは、円弧面に限定されない。内側面37baおよび外側面37bbは、例えば、平面であってもよい。
The
第2壁部37bには、切り欠き部37bcが形成される。切り欠き部37bcは、第2壁部37bの基端P側に形成される。切り欠き部37bcは、第1切り欠き部37aaと軸方向に連続して形成される。第2壁部37bは、先端T側に円弧面37bdが形成される。円弧面37bdは、第1壁部37aの第1円弧面37acと軸方向に連続する。円弧面37bdの曲率は、第1円弧面37acの曲率と大凡等しい。
A notch portion 37bc is formed in the
図5は、フィン部材37の背面側斜視図である。図5に示すように、第1壁部37aの基端P側の背面には、ロッド37cが設けられている。ロッド37cは、円柱部37caと、円弧突起部37cbとを有する。円柱部37caは、略円柱形状である。円柱部37caは、一端が第1壁部37aの背面に接続され、他端が円弧突起部37cbに接続される。円柱部37caは、第1壁部37aの背面と直交する方向(コンプレッサインペラ19の軸方向)に延在する。円弧突起部37cbは、略円弧形状である。円弧突起部37cbは、円柱部37caと軸方向に接続される。円弧突起部37cbは、円柱部37caの一部を、円柱部37caの中心軸からずれた位置を回転中心とした円弧方向に延在した形状である。
FIG. 5 is a rear perspective view of the
図2に戻り、駆動機構39は、フィン部材37を退避位置と突出位置とに回転移動させる。駆動機構39は、第1リング部材39aと、第2リング部材39bと、アクチュエータ39c(図1参照)とを備える。取付部材21の本体部21aには、端面21fから端面21e側に窪む窪み部21gが形成される。窪み部21gは、環状形状である。窪み部21gには、第1リング部材39aおよび第2リング部材39bが収容される。第1リング部材39aは、フィン部材37と第2リング部材39bとの間に配される。第1リング部材39aは、フィン部材37の第1壁部37aの背面と軸方向に対向して配される。第1リング部材39aは、フィン部材37よりコンプレッサインペラ19から離隔する側に配される。第1リング部材39aは、窪み部21gに回転自在に収容される。第1リング部材39aは、コンプレッサインペラ19の回転中心軸回りに回転自在に設けられる。
Returning to FIG. 2, the
第2リング部材39bは、第1リング部材39aと取付部材21との間に配される。第2リング部材39bは、第1リング部材39aと軸方向に対向して配される。第2リング部材39bは、第1リング部材39aよりコンプレッサインペラ19から離隔する側に配される。第2リング部材39bは、窪み部21gの内壁に取り付けられる。つまり、第2リング部材39bは、窪み部21gに回転不能に収容される。アクチュエータ39cは、図1に示すように、コンプレッサハウジング7の外部に配される。アクチュエータ39cは、第1リング部材39aと接続され、第1リング部材39aをコンプレッサインペラ19の回転中心軸回りに回転駆動させる。
The
図6は、図2に示す第1リング部材39aをコンプレッサインペラ19側から見た正面図である。図6に示すように、第1リング部材39aには、複数(ここでは、8つ)の直線溝39aaが形成される。直線溝39aaは、コンプレッサインペラ19の回転中心軸RCから放射状(径方向)に延在する。
FIG. 6 is a front view of the
図7は、図2に示す第2リング部材39bをコンプレッサインペラ19側から見た正面図である。図7に示すように、第2リング部材39bには、複数(ここでは、8つ)の円弧溝39baが形成される。円弧溝39baの曲率中心RCaは、コンプレッサインペラ19の回転中心軸RCとずれた位置に形成される。円弧溝39baは、第2リング部材39bの径方向外側に一端39baaが形成され、径方向内側に他端39babが形成される。円弧溝39baは、他端39babが一端39baaよりもコンプレッサインペラ19の回転方向RDの後方側に位置する。換言すれば、円弧溝39baは、一端39baaから他端39babに向かってコンプレッサインペラ19の回転方向RDと逆方向(以下、逆回転方向BRDと称す)に延在する。
FIG. 7 is a front view of the
図2に戻り、フィン部材37のロッド37cは、第1リング部材39aの直線溝39aa(図6参照)および第2リング部材39bの円弧溝39ba(図7参照)に挿通される。具体的に、ロッド37cの円柱部37ca(図5参照)は、第1リング部材39aの直線溝39aaに挿通される。また、ロッド37cの円弧突起部37cb(図5参照)は、第2リング部材39bの円弧溝39baに挿通される。
Returning to FIG. 2, the
図8は、ロッド37cが直線溝39aaおよび円弧溝39baに挿通された状態を示す図である。図8では、第2リング部材39bおよび円弧溝39baを一点鎖線で示している。また、図8では、ロッド37cの円弧突起部37cbを破線で示している。図8に示すように、第1リング部材39aの直線溝39aaは、第2リング部材39bの円弧溝39baの一部と軸方向に重複する。ロッド37cの円柱部37caは、直線溝39aaのうち円弧溝39baと軸方向に重複する領域内に配される。また、ロッド37cの円弧突起部37cbは、円弧溝39baのうち直線溝39aaと軸方向に重複する領域内に一部が配される。
FIG. 8 is a diagram showing a state in which the
円柱部37caの外径は、直線溝39aaの短手方向(第1リング部材39aの周方向)の幅と大凡等しい。円柱部37caは、直線溝39aaの長手方向(径方向)に沿って移動可能に構成される。円弧突起部37cbの外形形状は、円弧溝39baの内形形状を長手方向(曲率中心RCa回り)に沿って短縮した形状と大凡等しい。円弧突起部37cbの短手方向の幅は、円弧溝39baの短手方向の幅と大凡等しい。円弧突起部37cbは、円弧溝39baの長手方向に沿って移動可能に構成される。
The outer diameter of the cylindrical portion 37ca is approximately equal to the width of the linear groove 39aa in the lateral direction (the circumferential direction of the
第1リング部材39aは、アクチュエータ39c(図1参照)によりコンプレッサインペラ19の回転中心軸RC回りに回転駆動される。第1リング部材39aが回転中心軸RC回りに回転することで、円弧突起部37cbは、円弧溝39baの長手方向(曲率中心RCa回り)に沿って移動することができる。また、円柱部37caは、円弧突起部37cbが円弧溝39baの長手方向に沿って移動することで、直線溝39aaの長手方向(径方向)に沿って移動することができる。したがって、第1リング部材39aおよび第2リング部材39bは、フィン部材37(図3参照)を径方向および曲率中心RCa回りに移動させることができる。
The
一方、第1リング部材39aが回転駆動されないとき、円柱部37caは、直線溝39aaにより回転中心軸RC回りの移動が規制される。円柱部37caの回転中心軸RC回りの移動が規制されると、円弧突起部37cbは、円弧溝39baの長手方向(曲率中心RCa回り)への移動が規制される。また、円弧突起部37cbが円弧溝39baの長手方向への移動が規制されると、円柱部37caは、直線溝39aaの長手方向(径方向)への移動が規制される。
On the other hand, when the
したがって、第1リング部材39aおよび第2リング部材39bは、フィン部材37の径方向および曲率中心RCa回りの移動を規制することができる。換言すれば、第1リング部材39aおよび第2リング部材39bは、フィン部材37の径方向の位置を位置決めすることができる。また、第1リング部材39aおよび第2リング部材39bは、フィン部材37の曲率中心RCa回りの回転姿勢を維持(保持)することができる。
Therefore, the
図2に戻り、副流路35には、収容部35cが設けられている。収容部35cは、段差部7aaと第1リング部材39aとの間に形成される。収容部35cは、退避位置にある第2壁部37bの少なくとも一部を収容する。例えば、第2壁部37bのうち少なくとも外側面37bb(図4参照)は、収容部35c内に収容されている。第2壁部37bの外側面37bbは、ハウジング穴7aの内壁と当接している。本実施形態では、第2壁部37bの内側面37ba(図4参照)は、内壁部7cの外周面と対向する外壁部7bの内周面と大凡面一である。つまり、収容部35cは、第2壁部37bの全体を収容している。したがって、第2壁部37bは、内壁部7cの外周面と対向する外壁部7bの内周面から径方向内側に突出していない。
Returning to FIG. 2, the sub-channel 35 is provided with a
駆動機構39は、遠心圧縮機CCの大流量側の作動領域において、フィン部材37を図2に示す退避位置に移動させる。フィン部材37を退避位置に移動させることで、収容部35c内に第2壁部37bが収容される。その結果、遠心圧縮機CCの大流量側の作動領域において、副流路35内を上流側(図2中、右側)から下流側(図2中、左側)に向かって流通する空気の圧力損失を小さくすることができる。
The
図9は、フィン部材37を図2に示す状態から回転移動させた状態を示す概略断面図である。図9では、フィン部材37が図2に示す退避位置よりも突出位置側に位置する。また、第2壁部37bの外側面37bbの少なくとも一部が副流路35内に位置する。図9では、フィン部材37の第2壁部37bの外側面37bbを破線で表している。図9に示すように、外側面37bbの少なくとも一部は、収容部35c外に突出している。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the
図10は、図9に示すフィン部材37をコンプレッサインペラ19側から見た正面図である。図10に示すように、フィン部材37における第1壁部37aの第2切り欠き部37abは、回転方向に隣接する他のフィン部材37における第1壁部37aの第1切り欠き部37aaと軸方向に重複(対向)している。第1壁部37aに第1切り欠き部37aaおよび第2切り欠き部37abが形成されることにより、フィン部材37は、回転方向に隣接するフィン部材37と衝突し難くなる。これにより、フィン部材37は、図3に示す状態から図10に示す状態に回転移動することができる。
10 is a front view of the
図9に示すように、第2壁部37bの外側面37bbのうち径方向内側の端部は、内壁部7cの大径部7fの内周面よりも径方向外側に位置する。また、外側面37bbのうち径方向内側の端部は、取付部材21の平行部21dの内周面よりも径方向外側に位置する。つまり、図9では、フィン部材37は、副流路35内に位置する。フィン部材37は、副流路35内から主流路23内に突出していない。その結果、遠心圧縮機CCの小流量側の作動領域において、主流路23内を上流側(図2中、右側)から下流側(図2中、左側)に向かって流通する空気の圧力損失を小さくすることができる。
As shown in FIG. 9, the radially inner end portion of the outer side surface 37bb of the
図11は、図9に示す第1リング部材39aおよび第2リング部材39bをコンプレッサインペラ19側から見た正面図である。図11に示すように、第1リング部材39aは、アクチュエータ39c(図1参照)により、図8に示す状態からコンプレッサインペラ19の回転方向RDに対し、逆回転方向BRDに回転される。第1リング部材39aの逆回転方向BRDへの回転に伴い、円柱部37caは、逆回転方向BRDに移動する。円柱部37caが逆回転方向BRDに移動すると、円弧突起部37cbは、円弧溝39baの長手方向(曲率中心RCa回り)に沿って逆回転方向BRDおよび径方向内側に移動する。円弧突起部37cbが径方向内側に移動すると、円柱部37caは、直線溝39aaの長手方向に沿って径方向に移動する。
FIG. 11 is a front view of the
これにより、フィン部材37は、曲率中心RCa回りをコンプレッサインペラ19の回転方向RDと逆方向の逆回転方向BRDに回転移動する。フィン部材37は、コンプレッサインペラ19の回転中心軸RCとずれた位置にある曲率中心(回転中心)RCaの軸回りに回転移動する。このとき、第2壁部37bの外側面37bbは、図10に示すように、フィン部材37の回転方向(逆回転方向BRD)の後方側の端部が、フィン部材37の回転方向の前方側の端部よりも、回転中心軸RCからの離隔距離が大きくなる。
As a result, the
ここで、コンプレッサインペラ19を通過する空気の流量が所定の第1流量未満であるとき、コンプレッサインペラ19で圧縮された空気は、下流側開口部35bを介して副流路35内に流入し、上流側開口部35aを介して主流路23に流出する。つまり、遠心圧縮機CCの小流量側の作動領域において、コンプレッサインペラ19で圧縮された空気は、副流路35内を逆流し、主流路23に還流する。
Here, when the flow rate of the air passing through the
駆動機構39は、遠心圧縮機CCの小流量(所定の第1流量未満)側の作動領域において、フィン部材37を図9に示す位置に回転移動させる。このとき、副流路35内には、図9に示すように第2壁部37bの外側面37bbが配される。外側面37bbは、図10に示すように、逆回転方向BRDの後方側の端部が前方側の端部より回転中心軸RCから離隔している。これにより、外側面37bbは、副流路35内を逆流する空気にコンプレッサインペラ19の逆回転方向BRDの旋回成分(逆旋回成分)を与えることができる。つまり、第2壁部37b(外側面37bb)は、副流路35内を逆流する空気に逆旋回成分を与える機能を有する。遠心圧縮機CCは、副流路35内を逆流する空気に逆旋回成分が与えられることで、コンプレッサインペラ19入り口での圧力上昇が促進され、循環流量を増加させることができるので、コンプレッサインペラ19を通過する空気の流量が所定の第1流量未満であっても作動することができる。このように、フィン部材37の第2壁部37bは、遠心圧縮機CCの小流量側の作動領域を拡大することができる。
The
図12は、フィン部材37を図9に示す状態から回転移動させた状態を示す概略断面図である。図12では、フィン部材37の第1壁部37aおよび第2壁部37bが主流路23内に突出した突出位置に位置する。図12では、フィン部材37の第2壁部37bの外側面37bbを破線で表している。図12に示すように、第2壁部37bの外側面37bbおよび第1壁部37aの第1円弧面37acは、副流路35内から主流路23内に突出している。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the
図13は、図12に示すフィン部材37をコンプレッサインペラ19側から見た正面図である。図13に示すように、フィン部材37の第1壁部37aの複数(ここでは、8つ)の第1円弧面37acは、回転中心軸RCを中心とした略円形の開口Oを形成している。上流側開口部35aにおける主流路23の内径は、開口Oの内径より大きい。換言すれば、開口Oの内径は、上流側開口部35aにおける主流路23の内径より小さい。つまり、主流路23は、第1壁部37aの第1円弧面37acが形成する開口Oに絞られる。換言すれば、第1壁部37aは、主流路23を絞る絞り機能を有する。
13 is a front view of the
また、開口Oの内径は、コンプレッサインペラ19の前縁端の外径より小さい。つまり、第1壁部37aの少なくとも一部は、コンプレッサインペラ19の前縁端よりも径方向の内側に位置している。ここで、コンプレッサインペラ19を通過する空気の流量が所定の第1流量より小さい第2流量未満であるとき、コンプレッサインペラ19で圧縮された空気は、副流路35内および主流路23内の双方を逆流する場合がある。
Also, the inner diameter of the opening O is smaller than the outer diameter of the front edge of the
駆動機構39は、遠心圧縮機CCの小流量(所定の第2流量未満)側の作動領域において、フィン部材37を図12に示す位置に回転移動させる。図12に示すように、第1壁部37aの第1円弧面37acは、コンプレッサインペラ19の前縁端よりも径方向内側に位置する。これにより、第1壁部37aは、主流路23内を逆流する空気を抑制することができる。遠心圧縮機CCは、剥離等を起こす流れの乱れの原因となる主流路23内を逆流する空気が抑制されることで、コンプレッサインペラ19を通過する空気の流量が所定の第2流量未満であっても作動することができる。このように、フィン部材37の第1壁部37aは、遠心圧縮機CCの小流量側の作動領域を拡大することができる。
The
図14は、図12に示す第1リング部材39aおよび第2リング部材39bをコンプレッサインペラ19側から見た正面図である。図14に示すように、第1リング部材39aは、アクチュエータ39c(図1参照)により、図11に示す状態からコンプレッサインペラ19の回転方向RDに対し、逆回転方向BRDに回転される。第1リング部材39aの逆回転方向BRDへの回転に伴い、円柱部37caは、逆回転方向BRDに移動する。円柱部37caが逆回転方向BRDに移動すると、円弧突起部37cbは、円弧溝39baの長手方向(曲率中心RCa回り)に沿って逆回転方向BRDおよび径方向内側に移動する。円弧突起部37cbが径方向内側に移動すると、円柱部37caは、直線溝39aaの長手方向に沿って径方向に移動する。
14 is a front view of the
これにより、フィン部材37は、曲率中心RCa回りをコンプレッサインペラ19の回転方向RDと逆方向の逆回転方向BRDに回転する。このとき、第2壁部37bの外側面37bbは、図13に示すように、第1壁部37aの第2円弧面37adに沿って移動する。つまり、外側面37bbは、第2円弧面37adに案内(ガイド)される。これにより、第1円弧面37acは、開口Oを容易に形成することができる。
As a result, the
本実施形態によれば、フィン部材37は、第1壁部37aおよび第2壁部37bを備える。フィン部材37は、副流路35内に位置する退避位置と、主流路23内に突出する突出位置とに移動可能にコンプレッサハウジング7に設けられる。遠心圧縮機CCの大流量側の作動領域では、フィン部材37は、図2に示される位置に配される。これにより、遠心圧縮機CCの大流量側の作動領域において、副流路35内を流通する空気の圧力損失を小さくすることができる。また、遠心圧縮機CCの小流量(所定の第1流量未満)側の作動では、フィン部材37は、図9に示される位置に配される。これにより、遠心圧縮機CCの小流量(所定の第1流量未満)側の作動領域を拡大することができる。また、遠心圧縮機CCの小流量(所定の第2流量未満)側の作動領域では、フィン部材37は、図12に示される位置に配される。これにより、遠心圧縮機CCの小流量(所定の第2流量未満)側の作動領域を拡大することができる。
According to this embodiment, the
また、本実施形態によれば、フィン部材37は、絞り機能を有する第1壁部37aと、逆旋回成分を与える機能を有する第2壁部37bとを備える。ここで、絞り機能を有する部材が逆旋回成分を与える機能を有する部材と別体で構成される場合、遠心圧縮機CCのスペースの制約から各部材の配置が困難になる場合がある。フィン部材37が第1壁部37aおよび第2壁部37bを備えることで、遠心圧縮機CCを大型化させずに、絞り機能を有する部材および逆旋回成分を与える機能を有する部材を容易に配置することができる。
Further, according to the present embodiment, the
以上、添付図面を参照しながら本開示の実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the embodiments of the present disclosure have been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present disclosure is not limited to such embodiments. It is clear that a person skilled in the art can conceive of various modifications or modifications within the scope of the claims, and it is understood that these also belong to the technical scope of the present disclosure. be done.
上記実施形態では、フィン部材37が曲率中心RCa回りに回転する例について説明した。しかし、これに限定されず、フィン部材37は、曲率中心RCaとずれた位置にある回転中心の軸回りに回転移動してもよい。ただし、フィン部材37は、コンプレッサインペラ19の回転中心軸RCとずれた位置にある回転中心の軸回りに回転移動する。
In the above embodiment, an example in which the
上記実施形態では、フィン部材37が逆回転方向BRDに回転する例について説明した。しかし、これに限定されず、フィン部材37は、副流路35内を逆流する空気に逆旋回成分を与えられれば、回転方向RDに回転してもよい。
In the above embodiment, an example in which the
上記実施形態では、副流路35内に収容部35cが設けられる例について説明した。しかし、これに限定されず、副流路35内に収容部35cが設けられなくてもよい。
In the above-described embodiment, an example in which the
上記実施形態では、突出位置において第1壁部37aがコンプレッサインペラ19の前縁端より径方向内側に位置する例について説明した。しかし、第1壁部37aは、突出位置において主流路23内に突出していれば、コンプレッサインペラ19の前縁端より径方向内側に位置しなくてもよい。
In the above-described embodiment, an example in which the
本開示は、遠心圧縮機に利用することができる。 The present disclosure can be utilized for centrifugal compressors.
CC 遠心圧縮機
7 コンプレッサハウジング(ハウジング)
19 コンプレッサインペラ(インペラ)
23 主流路
35 副流路
35a 上流側開口部
35b 下流側開口部
35c 収容部
37 フィン部材
37a 第1壁部
37b 第2壁部
19 compressor impeller (impeller)
23
Claims (4)
前記主流路より前記インペラの径方向外側に設けられ、前記インペラの前縁端より上流側で前記主流路に開口する上流側開口部から、前記上流側開口部よりも前記前縁端に近い位置で前記主流路に開口する下流側開口部まで延在する副流路と、
前記インペラの径方向に延在する第1壁部、および、前記第1壁部から前記インペラ側に延在する第2壁部を有し、前記第1壁部および前記第2壁部のすべてが前記副流路内に位置する退避位置と、前記第1壁部および前記第2壁部が前記退避位置よりも前記主流路内に突出した突出位置とに移動可能に前記ハウジングに設けられ、前記インペラの回転軸とずれた位置にある回転中心の軸回りに回転移動するフィン部材と、
を備える遠心圧縮機。 a housing formed with a main flow path in which the impeller is arranged;
A position closer to the front edge than the upstream opening from an upstream opening that is provided radially outward of the impeller from the main flow path and that opens into the main flow path on the upstream side of the front edge of the impeller. a sub-channel extending to a downstream opening that opens into the main channel at;
A first wall portion extending in a radial direction of the impeller and a second wall portion extending from the first wall portion toward the impeller, and all of the first wall portion and the second wall portion is provided in the housing movably between a retracted position located within the sub-channel and a protruding position where the first wall portion and the second wall portion protrude further into the main channel than the retracted position ; a fin member that rotates around a rotation center that is displaced from the rotation axis of the impeller ;
A centrifugal compressor with
前記主流路より前記インペラの径方向外側に設けられ、前記インペラの前縁端より上流側で前記主流路に開口する上流側開口部から、前記上流側開口部よりも前記前縁端に近い位置で前記主流路に開口する下流側開口部まで延在する副流路と、A position closer to the front edge than the upstream opening from an upstream opening that is provided radially outward of the impeller from the main flow path and that opens into the main flow path on the upstream side of the front edge of the impeller. a sub-channel that extends to a downstream opening that opens into the main channel at;
前記インペラの径方向に延在する第1壁部、および、前記第1壁部から前記インペラ側に延在する第2壁部を有し、前記第1壁部および前記第2壁部のすべてが前記副流路内に位置する退避位置と、前記第1壁部および前記第2壁部が前記退避位置よりも前記主流路内に突出した突出位置とに移動可能に前記ハウジングに設けられるフィン部材と、A first wall portion extending in a radial direction of the impeller and a second wall portion extending from the first wall portion toward the impeller, and all of the first wall portion and the second wall portion is located in the sub-flow path, and a protruding position in which the first wall portion and the second wall portion protrude into the main flow path beyond the retracted position. a member;
を備え、with
前記第1壁部は、前記突出位置において、少なくとも一部が、前記インペラの前縁端よりも前記径方向の内側に位置する遠心圧縮機。The centrifugal compressor, wherein at least a portion of the first wall portion is positioned radially inward of a front edge of the impeller at the projecting position.
前記フィン部材が、前記退避位置よりも前記突出位置側であって、かつ、前記第2壁部の少なくとも一部が前記副流路内に位置する場合、前記第2壁部のうち前記径方向の外側の外側面は、前記フィン部材の回転方向の後方側の端部が、前記フィン部材の回転方向の前方側の端部よりも、前記インペラの回転軸からの離隔距離が大きい請求項1に記載の遠心圧縮機。 the direction of rotation of the fin member is opposite to the direction of rotation of the impeller;
When the fin member is closer to the protruding position than the retracted position and at least a portion of the second wall portion is positioned within the secondary flow path, the radial direction of the second wall portion is 2. In the outer surface of the outer side of claim 1 , the rear end in the rotational direction of the fin member is separated from the rotational axis of the impeller more than the forward end in the rotational direction of the fin member. The centrifugal compressor described in .
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