JPWO2008129953A1

JPWO2008129953A1 - 遠心圧縮機

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Publication number: JPWO2008129953A1
Application number: JP2009510830A
Authority: JP
Inventors: 茨木　誠一; 誠一茨木; 勲冨田; 陣内　靖明; 靖明陣内; 白石　隆; 白石　　隆; 杉本　浩一; 浩一杉本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2007-04-20
Filing date: 2008-04-10
Publication date: 2010-07-22
Anticipated expiration: 2028-04-10
Also published as: KR101021827B1; CN101542128A; CN101542128B; JP4909405B2; US8147186B2; RU2419731C2; EP2055964B1; WO2008129953A1; US20100166539A1; KR20090007771A; BRPI0804476A2; EP2055964A4; EP2055964A1

Abstract

作動範囲を広くするとともに、経済性が高く、安定運転への信頼性が高い遠心圧縮機を提供する。ハブ側流路（Ａ）およびシュラウド側流路（Ｂ）を形成するように、ディフューザ部（１５）およびボリュート部（１６）の流路を流体の流通方向に複数に分割する隔壁（３７）と、羽根車（１３）により圧縮された流体の流量が小さいときにはシュラウド側流路（Ｂ）に流れる流量を減じてハブ側流路（Ａ）に多くの流量を流し、羽根車（１３）により圧縮された流体の流量が大きいときにはシュラウド側流路（Ｂ）に流れる流量を減じずにシュラウド流路（Ｂ）およびハブ側流路（Ａ）に流体を流すように流量を調整する流量調整弁（３６）と、を備える遠心圧縮機（１０）を採用する。

Description

本発明は、ターボチャージャ等に用いられる遠心圧縮機に関する。

従来、たとえば自動車用の内燃機関のターボチャージャ等に用いられる遠心圧縮機が知られている。
図１３は、従来の遠心圧縮機の要部の正面図である。図１４は、従来の遠心圧縮機の要部の縦断面図である。図示の遠心圧縮機１０は、ケーシング１１内で多数のブレード１２を備えた羽根車１３を回転させることにより、ケーシング１１の外部から導入したガスや空気等の流体を圧縮する。こうして形成された流体の流れ（気流）は、羽根車１３の外周端となる羽根車出口（以下では、「ディフューザ部入口」とも呼ぶ）１４、ディフューザ部１５及びボリュート部１６を通って外部へ送出される。なお、図中の符号１７は、羽根車１３が回転する回転軸線を示している。

上述したディフューザ部１５は、羽根車出口１４とボリュート部１６との間に設けられており、羽根車出口１４から吐出される気流を減速させることで、静圧を回復させるための通路である。また、ディフューザ部１５には、必要に応じて翼が設けられている。ディフューザ部１５に翼を設けることにより、図１５に示すように、遠心圧縮機の作動範囲を変えることが可能となる。すなわち、ディフューザ１５に設けた翼によって、サージングの発生を示すサージ線を高圧力比かつ小流量側に移動させることができる。ここで、サージングとは、遠心圧縮機が、一種の自励振動を起こし、特有の周期で圧縮空気を吐出することによって圧力及び流量が変動する現象であり、小流量側の作動限界を決定するものである。

ところで、自動車用ターボチャージャ等に用いられる遠心圧縮機は、様々な回転数で運転されるので、広い作動範囲が要求される。しかし、遠心圧縮機は流量が減少するとディフューザ部１５内で上述のサージングが発生する。一方で、流量が増加すると羽根車またはディフューザ部でチョーキングと呼ばれる流体の閉塞が発生し、大流量側の流量範囲が制限される。

従来、遠心圧縮機の作動範囲を拡大するために、図１６に示すように、ケーシング２１に溝２５や循環通路２６を設ける技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、遠心圧縮機に入口可変案内翼や可変ディフューザ等の可変機構を適用して、作動範囲を拡大する技術が知られている（例えば、特許文献２、３、４、および５参照）。具体的には、可変ディフューザは、図１７Ａ、図１７Ｂに示すように、ディフューザ翼２８を回動またはスライドさせることによって通路面積を可変とし、遠心圧縮機の作動範囲を拡大することが可能となっている。特に、図１７Ｂの可変ディフューザでは、羽根車１３から吐出されるガスの流速に応じてディフューザの角度を変化させることにより、作動範囲を拡大することが可能となっている。
特開平１０−１７６６９９号公報特開平１１−１７３３００号公報特開２００１−３２９９９５号公報特開２００１−３２９９９６号公報特許第３０３８３９８号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、図１８に示すように、ケーシングトリートメントにより遠心圧縮機の作動範囲は多少拡大するものの、大幅な改善は望めないという課題があった。また、特許文献２、３、４、および５に開示されている技術では、可変ディフューザは複雑な駆動機構を必要とするため、経済性が低いという課題があった。さらに、ディフューザ翼２８とディフューザ部１５壁部との間に摺動部を有するため、安定運転に対する信頼性が低く、また、摺動部の隙間からガス漏れが発生して性能低下を引き起こす等の課題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、作動範囲を広くするとともに、経済性が高く、安定運転に対する信頼性が高い遠心圧縮機を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る遠心圧縮機は、回転軸と、該回転軸に取り付けられた羽根車と、該羽根車を収容するケーシングと、該羽根車の下流に接続されたディフューザ部と、該ディフューザ部の下流に接続されたボリュート部とを具備し、前記羽根車を回転駆動することにより、流体に遠心力を与えて該流体を圧縮する遠心圧縮機であって、ハブ側流路およびシュラウド側流路を形成するように、前記ディフューザ部および前記ボリュート部の流路を前記流体の流通方向に複数に分割する分割部と、前記羽根車により圧縮された流体の流量が小さいときには前記シュラウド側流路に流れる流量を減じて前記ハブ側流路に多くの流量を流し、前記羽根車により圧縮された流体の流量が大きいときには前記シュラウド側流路に流れる流量を減じずに前記シュラウド流路および前記ハブ側流路に流体を流すように流量を調整する流量調整部と、を備えている。

遠心圧縮機では、羽根車によって圧縮された流体は、羽根車出口においてハブ側に大きな流速分布を有するようになる。この流速分布は、小流量のときに顕著である。そこで、羽根車により圧縮された流体の流量が小さいときには、シュラウド側流路に流れる流量を減じて前記ハブ側流路に多くの流量を流す流量調整部を設ける。これにより、小さな出口流路を形成して、小流量時には多くの流体をハブ側流路に導き、小流量側の作動限界を示すサージングの発生を防止する。一方、羽根車により圧縮された流体の流量が大きいときには、流量調整部によってシュラウド流路およびハブ側流路の両方に流体を流す。これにより、大きな出口流路を形成して、大流量側の作動限界を示すチョーキングの発生を防止する。このように、サージングおよびチョーキングの発生を防止することにより、広い作動範囲を確保することが可能となる。
また、本発明の遠心圧縮機によれば、複雑な駆動機構を必要とする可変ディフューザと比較して、安価に広い作動範囲を達成することが可能である。さらに、駆動部を構成する部品点数を減少させることができるので、信頼性の高い運転が可能となる。また、可変ディフューザのように、摺動部の隙間からガス漏れが発生しないため、ガス漏れに伴う性能低下を防止することができる。

上記の遠心圧縮機において、前記分割部は、前記ディフューザ部および前記ボリュート部の内部に設けられた隔壁であるとしてもよい。

このような遠心圧縮機によれば、隔壁によって流路を分割するだけで済むので、安価かつ容易にディフューザ部およびボリュート部の流路を分割することが可能となる。

上記の遠心圧縮機において、前記流量調整部は、前記ボリュート部の出口部近傍に設けられた流量調整弁であるとしてもよい。

このような遠心圧縮機によれば、各流路を流通する流体の流量を安定的に調整することができるので、サージングおよびチョーキングの発生を防止しつつ、広い作動範囲を確保することが可能となる。
流量調整弁は、シュラウド側流路に設けることが好ましい。この場合には、小流量時には流量調整弁を全閉とし、大流量時には全開とする。また、小流量と大流量との間の中間流量のときには、全閉と全開との間の中間開度としても良い。

上記の遠心圧縮機は、少なくとも１つの前記ディフューザ部の入口部の径は、前記羽根車の径の１．０２から１．２倍とされていることとしてもよい。

ディフューザ部の入口部の径が羽根車の径の１．０２倍を下回ると、隔壁と羽根車出口の流れが干渉し性能が低下する。また、ディフューザ部の入口部の径が羽根車の径の１．２倍を上回ると、ディフューザによる圧力回復が小さくなる。したがって、ディフューザ部の入口部の径を羽根車の径の１．０２から１．２倍とする。

上記の遠心圧縮機は、前記隔壁の上流側の端面が、ハブ側からシュラウド側に向かって傾斜していることとしてもよい。

羽根車から吐出する際の流速分布は、シュラウド側とハブ側とにおいて対象な流れでなくハブ側に傾いた流速分布を有している。そこで、隔壁の上流側の端面は、ハブ側からシュラウド側に向かって傾斜した形状とする。これにより、隔壁端面での剥離を防止して、スムーズな流れを確保することが可能となる。

上記の遠心圧縮機は、少なくとも１つの前記ディフューザ部には、翼が設けられていることとしてもよい。

このような遠心圧縮機によれば、流体の流量が少ない場合には、翼が設けられた翼付きディフューザ部を流通させることによって高い圧力比を得ることができ、サージングの発生を防止することができる。また、流体の流量が多い場合には、流量調整部を動作させ、翼無しディフューザ部にも流体を流通させることによってチョーキングの発生を防止することができる。したがって、このような構成とすることにより、サージングやチョーキングを発生させることなく、広い作動範囲を確保することが可能となる。なお、翼付きディフューザ部には摺動部がなく、隙間からのガス漏れが発生しないため、ガス漏れに伴う性能低下を引き起こすことがない。

上記の遠心圧縮機は、前記翼が設けられた前記ディフューザ部の流路断面積は、他の前記ディフューザ部の流路断面積よりも小さく設定されていることとしてもよい。

このような遠心圧縮機によれば、流体の流量が少ない場合には、翼付きディフューザ部を流通させることによって高い圧力比を得ることができるので、作動範囲を拡大することが可能となる。

本発明の遠心圧縮機によれば、ディフューザ部およびボリュート部の流路をハブ側流路およびシュラウド側流路に分け、羽根車から吐出される流体の流量に応じて各流路を使い分けることができることとしたので、安価で広い作動範囲を達成することが可能である。また、可変ディフューザに比べて可動部分を少なくできるので、信頼性の高い遠心圧縮機を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る遠心圧縮機の縦断面図である。図１Ａに示す遠心圧縮機の羽根車出口の部分拡大図である。図１Ａに示す遠心圧縮機の要部を示した縦断面図である。図２に示す遠心圧縮機の隔壁部分の部分拡大図である。図２に示す遠心圧縮機の流動状況を説明する図である。従来の遠心圧縮機の流動状況を説明する図である。図２に示す遠心圧縮機における小流量時の流れの状態を示した縦断面図である。図２に示す遠心圧縮機における大流量時の流れの状態を示した縦断面図である。図２に示す遠心圧縮機の圧力比と流量の関係を示したグラフである。図２に示す遠心圧縮機の変形例を示す縦断面図である。図２に示す遠心圧縮機の変形例を示す縦断面図である。本発明の第２の実施形態に係る遠心圧縮機の縦断面図である。図７に示す遠心圧縮機における小流量時の流れの状態を示した縦断面図である。図７に示す遠心圧縮機における大流量時の流れの状態を示した縦断面図である。図７に示す遠心圧縮機の圧力比と流量の関係を示したグラフである。本発明の第３の実施形態に係る遠心圧縮機の縦断面図である。図１０に示す遠心圧縮機における小流量時の流れの状態を示した縦断面図である。図１０に示す遠心圧縮機における大流量時の流れの状態を示した縦断面図である。図１０に示す遠心圧縮機の圧力比と流量の関係を示したグラフである。従来の遠心圧縮機の要部を示した正面図である。従来の遠心圧縮機の縦断面図である。従来の遠心圧縮機の圧力比と流量の関係を示したグラフである。従来の遠心圧縮機の縦断面図である。従来の遠心圧縮機の縦断面図である。従来の遠心圧縮機の縦断面図である。従来の遠心圧縮機における圧力比と流量の関係を示したグラフ図である。

符号の説明

１０，３０，４０，５０遠心圧縮機
１１ケーシング
１３羽根車
１５，１５Ａ，１５Ｂディフューザ部
１６，１６Ａ，１６Ｂボリュート部
１７回転軸線
３５翼
３６流量調整弁
３７隔壁
Ａハブ側流路
Ｂシュラウド側流路

［第１の実施形態］
以下に、本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１Ａに、本実施形態に係る遠心圧縮機３０の縦断面図を示す。また、図１Ｂに羽根車からの吐出時の流速分布を示す。
図１Ａにおいて、遠心圧縮機３０は、複数のブレード１２を備えた羽根車１３と、羽根車１３を収容するケーシング１１とを具備している。
羽根車１３は、図示しないモータまたはタービンなどの駆動装置により回転軸線１７回りに回転する。羽根車１３の吐出側には、ディフューザ部１５とボリュート部１６が連続して設けられている。
ディフューザ部１５は、ケーシング１１内で回転する羽根車１３の外周端から吐出される気流を減速させ、静圧を回復させる。
ボリュート部１６は、ディフューザ部１５の下流側に接続されており、渦巻き状の流路を備えている。ボリュート部１６の下流側には、ボリュート部１６を通過した流体が流れる出口管３８が設けられている。

ディフューザ部１５、ボリュート部１６、および出口管３８の内部には、流路を流体の流通方向に二分割する隔壁３７（分割部）が設けられ、ハブ側流路（流路Ａ）およびシュラウド側流路（流路Ｂ）を形成している。ハブ側流路には、羽根車１３からハブ側（図において右側）に吐出される流体が導かれるようになっており、シュラウド側流路には、羽根車１３からシュラウド側（図において左側）に吐出される流体が導かれるようになっている。
隔壁３７は、薄板で形成されており、ディフューザ部１５の流路断面積は隔壁３７の厚みの分だけ拡張されている。このような隔壁３７を採用することにより、安価かつ容易にディフューザ部１５およびボリュート部１６の流路を分割することが可能である。

ハブ側のディフューザ部１５Ａには翼３５が設けられている。翼３５は、円周方向に所定間隔を有した状態で複数設けられており、ケーシングに対して固定されている。すなわち、流体に対する翼３５の角度は固定となっている。シュラウド側のディフューザ部１５Ｂの流路断面積は、ハブ側のディフューザ部１５Ａの流路断面積(スロート面積)よりも大きく設定されている。これは、大流量時の作動範囲を大きくするためである。具体的には、ハブ側のボリュート部１６Ａの横断面の面積をＳ_Ａ、ハブ側のボリュート部１６Ａの中心（横断面の図心）から回転軸１７までの距離をＲ_Ａ、シュラウド側のボリュート部１６Ｂの横断面の面積をＳ_Ｂ、シュラウド側のボリュート部１６Ｂの中心（横断面の図心）から回転軸１７までの距離をＲ_Ｂとした場合に、Ｓ_Ａ／Ｒ_ＡをＳ_Ｂ／Ｒ_Ｂよりも小さく設定することが好ましい。

シュラウド側の出口管３８Ｂには、各流路の流量を調整する流量調整弁（流量調整部）３６が設けられている。本実施形態では、流量調整弁３６としてバタフライ弁が採用されている。流量調整部として流量調整弁３６を採用することによって、安定的に、かつ精度良く各流路の流量を調整することが可能となる。なお、流量調整弁３６は、死容積を減らすために可能な限りボリュート部１６に近い位置に設置することが望ましい。

また、図２に示すように、ディフューザ部入口１４の径は、羽根車１３の外径の１．０２から１．２倍とされている。
また、図３Ａに示すように、隔壁３７の上流側の端面は、ハブ側からシュラウド側に向かって傾斜した形状とされている。これは、大流量時にハブ側流路A及びシュラウド側流路Bに均等に導く為である。
ここで、隔壁の傾斜方向の違いによる流動状況をＣＦＤにより確認した結果を、図３Ｂ、図３Ｃに示す。図３Ｂは、図３Ａのように、ハブ側からシュラウド側に向かって傾斜した形状の場合であり、流体がハブ側流路Ａ及びシュラウド側流路Ｂに均等に配分されている。一方、図３Ｃのように、シュラウド側からハブ側に傾斜した形状の場合には、ハブ側に流体が偏っている。したがって、本実施形態では、図３Ａのような隔壁先端の形状とする。

上記構成を有する遠心圧縮機３０の動作について以下に説明する。
遠心圧縮機３０は、図示しないモータあるいはタービン等の駆動装置によって、羽根車１３を回転軸線１７回りに回転駆動させる。羽根車１３が回転することによって、図示しない給気口から取り込まれた流体がケーシング１１内に導入される。ケーシング１１内に導入された流体は、羽根車１３の回転によって遠心力が与られて圧縮され、ディフューザ部入口１４、ディフューザ部１５、ボリュート部１６、出口管３８の順番にて流通し、図示しない吐出口より圧縮流体として吐出される。

上記動作時において、流量調整弁３６を動作させることによって、各流路の流量を調整する。
羽根車１３により圧縮された流体の流量が小さいときには、流量調整弁３６の開度を絞ることによって、図４Ａに示すように、シュラウド側流路Ｂに流れる流量を減じて、ハブ側流路Ａに多くの流量を流す。つまり、圧縮された流体は、ディフューザ部入口１４、翼３５が設けられたディフューザ部１５Ａ、ボリュート部１６Ａの順番にて流通する。
一方、羽根車１３により圧縮された流体の流量が大きいときには、流量調整弁３６の開度を大きくすることによって、図４Ｂに示すように、シュラウド側流路Ｂに流れる流量を減じずにシュラウド流路Ｂおよびハブ側流路Ａに流体を流す。つまり、圧縮された流体は、ディフューザ部入口１４にて分岐し、翼３５が設けられたディフューザ部１５Ａからボリュート部１６Ａまでの流路、および、翼の設けられていないディフューザ部１５Ｂからボリュート部１６Ｂまでの流路を流通する。
なお、この際、流量調整弁３６の開度は全開または全閉だけでなく、中途開度として、圧縮された流体の流量に対して高い圧力比が得られるようにすることが望ましい。

図５に、本実施形態に係る遠心圧縮機の流量と圧力比の関係を示す。
図５から、圧縮流体の流量が小さいときには、シュラウド側流路Ｂに流れる流量を減じて、ハブ側流路Ａに多くの流量を流すことによって、高い圧力比を確保することが可能なことがわかる。つまり、サージ線が小流量・高圧力比側に移動する。また、圧縮流体の流量が大きいときには、シュラウド側流路Ｂに流れる流量を減じずに、シュラウド流路Ｂおよびハブ側流路Ａに流体を流すことによって、大きな流量にも対応することが可能であることがわかる。

遠心圧縮機では、羽根車によって圧縮された流体は、遠心力によって羽根車出口にてハブ側に大きな流速分布を有するようになる。そこで、本実施形態に係る遠心圧縮機３０において、シュラウド側流路Ｂに流量調整弁３６を設け、流量調整弁３６の動作によって、羽根車１３により圧縮された流体の流量が小さいときには、シュラウド側流路Ｂに流れる流量を減じてハブ側流路Ａに多くの流量を流す。これにより、小さな出口流路を形成することができ、小流量時には多くの流体をハブ側流路Ａに導き、サージングの発生を防止することができる。
一方、羽根車１３により圧縮された流体の流量が大きいときには、流量調整弁３６の動作によって、シュラウド側流路Ｂに流れる流量を減じずにシュラウド流路Ｂおよびハブ側流路Ａに流体を流す。これにより、大きな出口流路を形成することができ、チョーキングの発生を防止することができる。
このように、小流量時にはハブ流路Ａのみを用い、大流量時にはハブ流路Ａ及びシュラウド側流路Ｂを用いることにより、サージングおよびチョーキングの発生を防止することで、広い作動範囲を確保することが可能となる。

以上のように、本実施形態に係る遠心圧縮機によれば、複雑な駆動機構を必要とする可変ディフューザと比較して容易にサージングおよびチョーキングの発生を防止し、広い作動範囲を達成することが可能である。さらに、駆動部の部品点数を減少させることができるので、信頼性の高い運転が可能となる。また、摺動部の隙間からのガス漏れによる性能低下を防止することができる。

なお、図６Ａ、図６Ｂに示すように、ディフューザ部１５およびボリュート部１６を二分割する隔壁３７は、回転軸線１７に対して傾斜した方向に設けられていても、直角方向に設けられていてもよい。
また、流量調整弁３６の代わりに、例えばディフューザ部１５Ｂに抜き差し可能な壁体（図示せず）を設け、シュラウド流路Ｂおよびハブ側流路Ａの流量を調整できるようにしてもよい。
また、本実施形態において、ハブ側のディフューザ部１５Ａのみに翼３５が設けられている構成を例示して説明したが、シュラウド側のディフューザ部１５Ｂのみに翼を設けることとしてもよい。このようにしても、遠心圧縮機の作動範囲を広げることが可能である。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について、図７を用いて説明する。
本実施形態の遠心圧縮機が第１の実施形態と異なる点は、ハブ側のディフューザ部１５Ａとシュラウド側のディフューザ部１５Ｂの両方に翼を設けた点である。以下、本実施形態の遠心圧縮機について、第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。

図７に示すように、ハブ側のディフューザ部１５Ａおよびシュラウド側のディフューザ部１５Ｂには翼３５が設けられている。翼３５は、円周方向に所定間隔を有して設けられており、ケーシング１１に対して固定されている。
ハブ側のディフューザ部１５Ａに設置された翼３５Ａは、シュラウド側のディフューザ部１５Ｂに設置された翼３５Ｂに比べて、翼枚数を多く備えている。これにより、ハブ側のディフューザ部１５Ａの流路断面積は、シュラウド側のディフューザ部１５Ｂの流路断面積よりも小さく設定されている。なお、ハブ側のディフューザ部１５Ａに設置された翼３５Ａが、シュラウド側のディフューザ部１５Ｂに設置された翼３５Ｂに比べて、翼高さまたは翼角度が小さく設定されていることとしてもよい。これにより、上記と同様にハブ側のディフューザ部１５Ａの流路断面積を、シュラウド側のディフューザ部１５Ｂの流路断面積よりも小さく設定することができる。
また、シュラウド側の出口管３８Ｂには、各流路の流量を調整する流量調整弁（流量調整部）３６が設けられている。

上記構成を有する遠心圧縮機４０において、流量調整弁３６を動作させることによって、各流路の流量を調整する。
羽根車１３により圧縮された流体の流量が小さいときには、流量調整弁３６の開度を絞ることによって、図８Ａに示すように、シュラウド側流路Ｂに流れる流量を減じて、ハブ側流路Ａに多くの流量を流す。つまり、圧縮された流体は、ディフューザ部入口１４、流路断面積の小さなディフューザ部１５Ａ、ボリュート部１６Ａの順番にて流通する。
一方、羽根車１３により圧縮された流体の流量が大きいときには、流量調整弁３６の開度を開くことによって、図８Ｂに示すように、シュラウド側流路Ｂに流れる流量を減じずに、シュラウド流路Ｂおよびハブ側流路Ａに流体を流す。つまり、圧縮された流体は、ディフューザ部入口１４にて分岐し、流路断面積の小さなディフューザ部１５Ａからボリュート部１６Ａまでの流路と、流路断面積の大きなディフューザ部１５Ｂからボリュート部１６Ｂまでの流路とを流通する。

図９に、本実施形態に係る遠心圧縮機の流量と圧力比の関係を示す。
図９から、圧縮流体の流量が小さいときには、シュラウド側流路Ｂに流れる流量を減じて、ハブ側流路Ａに多くの流量を流すことによって、高い圧力比を確保することが可能なことがわかる。また、圧縮流体の流量が大きいときには、シュラウド側流路Ｂに流れる流量を減じずに、シュラウド流路Ｂおよびハブ側流路Ａに流体を流すことによって、対応できる流量範囲を広げつつ高い圧力比を確保することが可能なことがわかる。

以上のように、本実施形態に係る遠心圧縮機によれば、複雑な駆動機構を必要とする入口可変案内翼や可変ディフューザと比較して安価にて、高い圧力比を確保しつつ流量範囲を広げることが可能となる。

なお、本実施形態において、ハブ側のディフューザ部１５Ａの流路断面積は、シュラウド側のディフューザ部１５Ｂの流路断面積よりも小さく設定されているとして説明したが、ハブ側のディフューザ部１５Ａの流路断面積を、シュラウド側のディフューザ部１５Ｂの流路断面積よりも大きく設定してもよい。このようにしても、遠心圧縮機の作動範囲を広げることが可能である。

〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について、図１０を用いて説明する。
本実施形態の遠心圧縮機が上記の各実施形態と異なる点は、ハブ側のディフューザ部１５Ａおよびシュラウド側のディフューザ部１５Ｂのいずれにも翼を設けていない点である。以下、本実施形態の遠心圧縮機について、上記の各実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。

図１０に示すように、ハブ側のディフューザ部１５Ａおよびシュラウド側のディフューザ部１５Ｂには翼が設けられていない。また、ハブ側のディフューザ部１５Ａの流路断面積は、シュラウド側のディフューザ部１５Ｂの流路断面積よりも小さく設定されている。
また、シュラウド側の出口管３８Ｂには、各流路の流量を調整する流量調整弁（流量調整部）３６が設けられている。

上記構成を有する遠心圧縮機５０において、流量調整弁３６を動作させることによって、各流路の流量を調整する。
羽根車１３により圧縮された流体の流量が小さいときには、流量調整弁３６の開度を絞ることによって、図１１Ａに示すように、シュラウド側流路Ｂに流れる流量を減じて、ハブ側流路Ａに多くの流量を流す。つまり、圧縮された流体は、ディフューザ部入口１４、流路断面積の小さなディフューザ部１５Ａ、ボリュート部１６Ａの順番にて流通する。
一方、羽根車１３により圧縮された流体の流量が大きいときには、流量調整弁３６の開度を開くことによって、図１１Ｂに示すように、シュラウド側流路Ｂに流れる流量を減じずにシュラウド流路Ｂおよびハブ側流路Ａに流体を流す。つまり、圧縮された流体は、ディフューザ部入口１４にて分岐し、流路断面積の小さなディフューザ部１５Ａからボリュート部１６Ａまでの流路、および、流路断面積の大きなディフューザ部１５Ｂからボリュート部１６Ｂまでの流路を流通する。

図１２に、本実施形態に係る遠心圧縮機の流量と圧力比の関係を示す。
図１２から、圧縮流体の流量が小さいときには、シュラウド側流路Ｂに流れる流量を減じて、ハブ側流路Ａに多くの流量を流すことによって、高い圧力比を確保することが可能なことがわかる。また、圧縮流体の流量が大きいときには、シュラウド側流路Ｂに流れる流量を減じずに、シュラウド流路Ｂおよびハブ側流路Ａに流体を流すことによって、対応できる流量範囲を広げることが可能なことがわかる。

以上のように、本実施形態に係る遠心圧縮機によれば、複雑な駆動機構を必要とする入口可変案内翼や可変ディフューザと比較して安価にて、作動範囲を広げることが可能となる。また、各流路ともに翼を設けていないので、前述の各実施形態よりも経済性に優れている。

なお、本実施形態において、ハブ側のディフューザ部１５Ａの流路断面積は、シュラウド側のディフューザ部１５Ｂの流路断面積よりも小さく設定されているとして説明したが、ハブ側のディフューザ部１５Ａの流路断面積をシュラウド側のディフューザ部１５Ｂの流路断面積よりも大きく設定してもよい。このようにしても、遠心圧縮機の作動範囲を広げることが可能である。

Claims

回転軸と、該回転軸に取り付けられた羽根車と、該羽根車を収容するケーシングと、該羽根車の下流に接続されたディフューザ部と、該ディフューザ部の下流に接続されたボリュート部とを具備し、
前記羽根車を回転駆動することにより、流体に遠心力を与えて該流体を圧縮する遠心圧縮機であって、
ハブ側流路およびシュラウド側流路を形成するように、前記ディフューザ部および前記ボリュート部の流路を前記流体の流通方向に複数に分割する分割部と、
前記羽根車により圧縮された流体の流量が小さいときには前記シュラウド側流路に流れる流量を減じて前記ハブ側流路に多くの流量を流し、前記羽根車により圧縮された流体の流量が大きいときには前記シュラウド側流路に流れる流量を減じずに前記シュラウド流路および前記ハブ側流路に流体を流すように流量を調整する流量調整部と、
を備えた遠心圧縮機。
前記分割部は、前記ディフューザ部および前記ボリュート部の内部に設けられた隔壁である請求項１に記載の遠心圧縮機。
前記流量調整部は、前記ボリュート部の出口部近傍に設けられた流量調整弁である請求項１または２に記載の遠心圧縮機。
少なくとも１つの前記ディフューザ部の入口部の径は、前記羽根車の径の１．０２から１．２倍とされている請求項１から３のいずれかに記載の遠心圧縮機。
前記隔壁の上流側の端面が、ハブ側からシュラウド側に向かって傾斜している請求項２から４のいずれかに記載の遠心圧縮機。
少なくとも１つの前記ディフューザ部には、翼が設けられている請求項１から５のいずれかに記載の遠心圧縮機。
前記翼が設けられた前記ディフューザ部の流路断面積は、他の前記ディフューザ部の流路断面積よりも小さく設定されている請求項６に記載の遠心圧縮機。