KR102276503B1 - 원심 압축기 및 터보차저 - Google Patents

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Abstract

원심 압축기는, 임펠러와, 상기 임펠러보다 직경 방향 외측에 있어서 둘레 방향에 배열되는 복수의 디퓨저 베인과, 상기 복수의 디퓨저 베인보다 직경 방향 외측에 위치하는 스크롤 유로를 형성하는 스크롤부를 포함하는 하우징을 구비하고, 상기 복수의 디퓨저 베인은, 둘레 방향에 있어서, 상기 스크롤부의 설부와, 상기 스크롤부의 감김 끝부분과의 사이의 각도 범위에 적어도 부분적으로 위치하는 적어도 1 장의 제 1 디퓨저 베인과, 상기 각도 범위 밖에 위치하는 제 2 디퓨저 베인을 포함하고, 상기 복수의 디퓨저 베인의 각각의 압력면의 후연에 있어서의 접선이 직경 방향에 대해 이루는 베인 출구 각도는, 상기 제 1 디퓨저 베인의 상기 베인 출구 각도를 β1 로 하고, 상기 제 2 디퓨저 베인의 상기 베인 출구 각도를 β2 로 했을 때, β1 ＜ β2 를 만족한다.

Description

원심 압축기 및 터보차저
본 개시는 원심 압축기 및 터보차저에 관한 것이다.
터보차저 등에 적용되는 원심 압축기로서, 유체에 원심력을 부여하기 위한 임펠러의 하류측에, 유체를 감속 및 승압하기 위한 디퓨저 베인이 형성된 원심 압축기가 사용되는 경우가 있다.
예를 들어, 특허문헌 1 에는, 날개차 (임펠러) 로부터의 유체의 흐름의 속도를 압력으로 변환하도록 구성된 복수의 디퓨저 날개 (디퓨저 베인) 와, 디퓨저 날개로부터의 유체의 흐름을 외부로 유도하기 위한 스크롤을 구비하는 원심 가스 압축기가 개시되어 있다. 이 원심 가스 압축기에서는, 디퓨저의 효율을 향상시키기 위해, 복수의 디퓨저 날개는, 스크롤 내의 유체의 둘레 방향에 있어서의 압력 분포를 고려하여, 둘레 방향에 있어서 비대칭 패턴으로서 배열되어 있다. 즉, 둘레 방향에 배열되는 복수의 디퓨저 날개의 형상, 방향, 또는 위치가 균등하지 않다.
일본 공표특허공보 2013-519036호
그런데, 디퓨저 베인을 구비한 원심 압축기에서는, 스크롤 유로의 출구 근방에 있어서, 유로 형상이 소용돌이상에서 직선상으로 변화하기 때문에, 둘레 방향에 있어서 스크롤 유로의 출구 근방의 각도 범위에서는, 다른 각도 범위에 비해 유속의 둘레 방향 성분이 감소한다. 이 때문에, 디퓨저 베인의 압력면에 있어서 흐름이 실속 (失速) 하여 (부 (負) 의 실속), 박리가 발생하는 경우가 있다.
이 점, 특허문헌 1 에 기재된 원심 가스 압축기에서는, 둘레 방향에 있어서의 압력 분포를 고려하여 복수의 디퓨저 베인을 비대칭 패턴으로서 배열하고 있지만, 스크롤 유로의 출구 근방에 있어서 디퓨저 베인에 있어서의 흐름의 박리를 억제하기 위한 구체적 구성은 특허문헌 1 에는 개시되어 있지 않다.
상기 서술한 사정을 감안하여, 본 발명의 적어도 일 실시형태는, 스크롤 유로의 출구 근방의 각도 범위에서 디퓨저 베인에 있어서의 흐름의 박리를 억제 가능한 원심 압축기 및 이것을 구비한 터보차저를 제공하는 것을 목적으로 한다.
(1) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 관련된 원심 압축기는,
임펠러와,
상기 임펠러보다 직경 방향 외측에 있어서 둘레 방향에 배열되는 복수의 디퓨저 베인과,
상기 복수의 디퓨저 베인보다 직경 방향 외측에 위치하는 스크롤 유로를 형성하는 스크롤부를 포함하는 하우징을 구비하고,
상기 복수의 디퓨저 베인은,
둘레 방향에 있어서, 상기 스크롤부의 설부 (舌部) 와, 상기 스크롤부의 감김 끝부분과의 사이의 각도 범위에 적어도 부분적으로 위치하는 적어도 1 장의 제 1 디퓨저 베인과,
상기 각도 범위 밖에 위치하는 제 2 디퓨저 베인을 포함하고,
상기 복수의 디퓨저 베인의 각각의 압력면의 후연 (後緣) 에 있어서의 접선이 직경 방향에 대해 이루는 베인 출구 각도는, 상기 제 1 디퓨저 베인의 상기 베인 출구 각도를 β1 로 하고, 상기 제 2 디퓨저 베인의 상기 베인 출구 각도를 β2 로 했을 때, β1 ＜ β2 를 만족한다.
상기 서술한 바와 같이, 둘레 방향에 있어서 스크롤부의 설부와 스크롤부의 감김 끝부분과의 사이의 각도 범위 (즉 스크롤 유로의 출구 근방의 각도 범위) 에서는, 디퓨저 베인의 압력면에 있어서 흐름이 실속하여 (부의 실속), 박리가 발생하는 경우가 있다. 이는, 스크롤 유로의 출구 근방의 각도 범위에서는, 유체의 흐름의 방향이 전향 (轉向) 되어 다른 각도 범위에 비해 유속의 둘레 방향 성분이 감소하기 때문에, 디퓨저 베인 근방의 흐름을 압력면으로 누르는 효과가 작기 때문으로 생각된다.
이 점, 상기 (1) 의 구성에 의하면, 유속의 둘레 방향 성분이 감소하는 스크롤 유로의 출구 근방의 각도 범위에 위치하는 제 1 디퓨저 베인의 베인 출구 각도 (β1) 를, 당해 각도 범위 밖에 위치하는 제 2 디퓨저 베인의 베인 출구 각도 (β2) 보다 작게 하였기 때문에, 제 2 디퓨저 베인과의 비교에 있어서, 제 1 디퓨저 베인의 후연 근방에 있어서의 압력면이 임펠러의 회전 방향의 상류측에 위치하게 되어, 제 1 디퓨저 베인의 압력면측에 있어서의 박리를 억제할 수 있다.
(2) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 (1) 의 구성에 있어서,
상기 복수의 디퓨저 베인의 직선익렬 사상 (寫像) 상에 있어서, 상기 제 1 디퓨저 베인의 캠버각 (α1) 과, 상기 제 2 디퓨저 베인의 캠버각 (α2) 은, α1 ＞ α2 를 만족한다.
여기서, 디퓨저 베인의 캠버각이란, 디퓨저 베인의 캠버 라인의 전연에 있어서의 접선과, 후연에 있어서의 접선이 이루는 각도이다.
상기 (2) 의 구성에 의하면, 제 1 디퓨저 베인의 캠버각 (α1) 을, 제 2 디퓨저 베인의 캠버각 (α2) 보다 크게 하였기 때문에, 전연을 기준으로 하여, 제 1 디퓨저 베인의 압력면이, 제 2 디퓨저 베인과 비교하여 임펠러 회전 방향 상류측으로 어긋난다. 이로써, 상기 (1) 의 구성을 실현할 수 있다.
(3) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 (1) 또는 (2) 의 구성에 있어서,
상기 제 1 디퓨저 베인의 상기 후연에 있어서의 날개 두께 (t1) 와, 상기 제 2 디퓨저 베인의 상기 후연에 있어서의 날개 두께 (t2) 는, t1 ＞ t2 를 만족한다.
상기 (3) 의 구성에 의하면, 제 1 디퓨저 베인의 후연에 있어서의 날개 두께 (t1) 를, 제 2 디퓨저 베인의 후연에 있어서의 날개 두께 (t2) 보다 크게 하였기 때문에, 제 2 디퓨저 베인과의 비교에 있어서 제 1 디퓨저 베인의 부압면의 위치를 크게 변경하지 않고서, 제 1 디퓨저 베인의 압력면을 임펠러 회전 방향 상류측으로 비켜 놓는 것이 가능해진다. 이로써, 상기 (1) 의 구성을 실현할 수 있다.
(4) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
상기 복수의 디퓨저 베인의 각각의 코드 방향이 상기 직경 방향에 대해 이루는 스태거각은, 상기 제 1 디퓨저 베인의 상기 스태거각을 γ1 로 하고, 상기 제 2 디퓨저 베인의 상기 스태거각을 γ2 로 했을 때, γ1 ＜ γ2 를 만족한다.
또한, 상기 서술한 스태거각은, 디퓨저 베인의 전연 또는 후연에 있어서의 스태거각이어도 된다.
상기 (4) 의 구성에 의하면, 제 1 디퓨저 베인의 스태거각 (γ1) 을, 제 2 디퓨저 베인의 스태거각 (γ2) 보다 작게 하였기 때문에, 전연을 기준으로 하여, 제 1 디퓨저 베인의 압력면이, 제 2 디퓨저 베인과 비교하여 임펠러 회전 방향 상류측으로 어긋난다. 이로써, 상기 (1) 의 구성을 실현할 수 있다.
(5) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 (4) 의 구성에 있어서,
축방향과 직교하는 단면에 있어서, 상기 제 1 디퓨저 베인의 단면 형상은, 상기 제 2 디퓨저 베인의 단면 형상과 동일하다.
상기 (4) 에서 서술한 스태거각 γ1 및 γ2 의 대소 관계를 만족함으로써, 상기 (5) 의 구성과 같이, 제 2 디퓨저 베인과 단면 형상이 공통인 제 1 디퓨저 베인을 채용해도, 상기 (1) 의 구성을 실현할 수 있다.
(6) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 관련된 터보차저는, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 원심 압축기를 구비한다.
상기 (6) 의 구성에 의하면, 유속의 둘레 방향 성분이 감소하는 스크롤 유로의 출구 근방의 각도 범위에 위치하는 제 1 디퓨저 베인의 베인 출구 각도 (β1) 를, 당해 각도 범위 밖에 위치하는 제 2 디퓨저 베인의 베인 출구 각도 (β2) 보다 작게 하였기 때문에, 제 2 디퓨저 베인과의 비교에 있어서, 제 1 디퓨저 베인의 후연 근방에 있어서의 압력면이 임펠러의 회전 방향의 상류측에 위치하게 되어, 제 1 디퓨저 베인의 압력면측에 있어서의 박리를 억제할 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시형태에 의하면, 스크롤 유로의 출구 근방의 각도 범위에서 디퓨저 베인에 있어서의 흐름의 박리를 억제 가능한 원심 압축기 및 이것을 구비한 터보차저가 제공된다.
도 1 은 일 실시형태에 관련된 원심 압축기의 축방향을 따른 개략 단면도이다.
도 2A 는 도 1 에 나타내는 원심 압축기의 내부를 축방향에서 본 도면이다.
도 2B 는 도 2A 의 부분적인 확대도이다.
도 3 은 일 실시형태에 관련된 원심 압축기에 있어서의 디퓨저 베인의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4 는 일 실시형태에 관련된 원심 압축기에 있어서의 디퓨저 베인의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5 는 일 실시형태에 관련된 원심 압축기에 있어서의 디퓨저 베인의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6 은 전형적인 원심 압축기 (100) 의 구성을 나타내는 개략도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 몇 가지 실시형태에 대해 설명한다. 단, 실시형태로서 기재되어 있거나 또는 도면에 나타나 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은, 본 발명의 범위를 이것으로 한정하는 취지는 아니며, 단순한 설명예에 지나지 않는다.
이하에 설명하는 실시형태에 관련된 원심 압축기는, 예를 들어 터보차저에 적용할 수 있지만, 적용처는 터보차저로 한정되지 않는다.
도 1 은, 일 실시형태에 관련된 원심 압축기의 축방향을 따른 개략 단면도이고, 도 2A 및 도 2B 는, 도 1 에 나타내는 원심 압축기의 구성 부품의 배치를 설명하기 위한 도면이다. 도 2A 는 도 1 에 나타내는 원심 압축기의 내부를 축방향에서 본 도면이고, 도 2B 는, 도 2A 의 부분적인 확대도이다. 단, 도 2A 에 있어서, 각 구성 부품의 위치 관계를 명료하게 하기 위해서, 각 구성 부품을 실선으로 나타내고 있다.
도 1 및 도 2A 에 나타내는 바와 같이, 일 실시형태에 관련된 원심 압축기 (1) 는, 복수의 회전 날개 (5) 를 갖고, 회전 샤프트 (2) 와 함께 회전축 (O) 의 주위를 회전 가능한 임펠러 (4) 와, 임펠러 (4) 및 후술하는 복수의 디퓨저 베인 (10) 을 수용하는 하우징 (6) 을 포함한다.
임펠러 (4) 보다 원심 압축기 (1) 의 직경 방향 (이하, 간단히 「직경 방향」이라고도 한다) 외측에는, 하우징 (6) 의 스크롤부 (8) 에 의해 형성되는 스크롤 유로 (7) 가 형성되어 있다. 도 2A 에 나타내는 바와 같이, 스크롤 유로 (7) 는, 스크롤부 (8) 의 감김 시작 (8a) 에서부터 감김 끝부분 (8b) 에 걸쳐서, 임펠러 (4) 의 회전 방향의 상류측에서부터 하류측을 향함에 따라서 (즉, 유체의 흐름 방향의 상류측에서부터 하류측을 향함에 따라서) 유로 단면적이 서서히 증가하도록 되어 있다.
스크롤 유로 (7) 는, 하우징 (6) 의 출구부 (16) 에 의해 형성되는 출구 유로 (17) 와 연통되어 있다. 하우징 (6) 에 있어서, 스크롤부 (8) 와 출구부 (16) 는 서로 접속되어 있고, 스크롤부 (8) 의 감김 시작 (8a) 부분과, 그 감김 시작 (8a) 부분에 접속되는 출구부 (16) 에 의해, 설부 (22) 가 형성된다.
임펠러 (4) 보다 직경 방향 외측이면서 또한 스크롤 유로 (7) 보다 직경 방향 내측에는, 하우징 (6) 의 허브측 벽면 (18) 및 슈라우드측 벽면 (20) 에 의해 디퓨저 통로 (9) 가 형성되고, 이 디퓨저 통로 (9) 에는, 복수의 디퓨저 베인 (10) 이 원심 압축기 (1) 의 둘레 방향 (이하, 간단히 「둘레 방향」이라고도 한다) 에 배열되어 있다. 즉, 스크롤 유로 (7) 는, 디퓨저 통로 (9) 및 복수의 디퓨저 베인 (10) 보다 직경 방향 외측에 위치하고 있다.
복수의 디퓨저 베인 (10) 의 각각은, 전연 (24) 과, 전연 (24) 보다 직경 방향 외측에 위치하는 후연 (26) 과, 전연 (24) 과 후연 (26) 의 사이로 연장되는 압력면 (28) 및 부압면 (30) 을 갖는다.
디퓨저 베인 (10) 은, 원반상의 장착판 (14) 의 표면에 고정된 상태로 상기 서술한 디퓨저 통로 (9) 에 설치되어 있다. 디퓨저 베인 (10) 은, 용접에 의해 장착판 (14) 에 접합되어 있어도 되고, 혹은, 디퓨저 베인 (10) 과 장착판 (14) 은, 예를 들어 절삭 가공 등에 의해, 일체적으로 형성되어 있어도 된다.
또한, 도시하는 예에 있어서는, 장착판 (14) 은, 디퓨저 통로 (9) 를 형성하는 슈라우드측 벽면 (20) 에 설치되어 있지만, 다른 실시형태에서는, 장착판 (14) 은 허브측 벽면 (18) 에 설치되어 있어도 된다.
원심 압축기 (1) 에 있어서, 임펠러 (4) 에 대해 원심 압축기 (1) 의 축방향 (이하, 간단히 「축방향」이라고도 한다) 으로 유입된 유체 (가스 등) 는, 임펠러 (4) 의 회전에 의해 둘레 방향 및 직경 방향으로 가속됨과 함께 밀려 나온다. 임펠러 (4) 에 의해 가속된 유체는, 디퓨저 통로 (9) 에 형성된 디퓨저 베인 (10) 사이를 통과하고, 이 때, 유체 흐름의 운동 에너지가 압력 에너지로 변환된다 (즉, 유체가 감속됨과 함께 승압된다). 그리고, 디퓨저 베인 (10) 을 통과해서 직경 방향의 속도 성분을 갖는 흐름은, 스크롤 유로 (7) 로 유입되고, 그 하류측의 출구 유로 (17) 로 유도된다. 이와 같이 하여, 원심 압축기 (1) 는, 고압의 유체를 생성한다.
몇 가지 실시형태에 관련된 원심 압축기 (1) 에 있어서, 복수의 디퓨저 베인 (10) 은, 베인 출구 각도 β 가 상이한 제 1 디퓨저 베인 (11) 과 제 2 디퓨저 베인 (12) 을 포함한다.
도 2B 는, 도 2A 에 나타내는 원심 압축기 (1) 의 스크롤 유로 (7) 의 출구 근방의 디퓨저 베인 (10) 을 나타내는 도면이다. 디퓨저 베인 (10) 의 베인 출구 각도 β 란, 디퓨저 베인 (10) 의 압력면 (28) 의 후연 (26) 에 있어서의 접선 (LT) (도 2B 참조) 이 직경 방향에 대해 이루는 각도 (단, 0°≤ β ≤ 90°) (즉, 전술한 접선 (LT) 이, 후연 (26) 을 통과하는 직경 방향의 직선 (LRTE) 에 대해 이루는 각도) 이다.
보다 구체적으로는, 도 2A 및 도 2B 에 나타내는 바와 같이, 복수의 디퓨저 베인 (10) 은, 둘레 방향에 있어서, 스크롤부 (8) 의 설부 (22) 와, 스크롤부 (8) 의 감김 끝부분 (8b) 과의 사이의 각도 범위 (A1) (도 2A 참조) 에 적어도 부분적으로 위치하는 제 1 디퓨저 베인 (11) 을 적어도 1 장 포함함과 함께, 각도 범위 (A1) 이외의 각도 범위에 위치하는 제 2 디퓨저 베인 (12) 을 포함한다.
그리고, 제 1 디퓨저 베인 (11) 의 베인 출구 각도 (β1) (도 2B 참조) 와, 제 2 디퓨저 베인 (12) 의 베인 출구 각도 (β2) (도 2B 참조) 는, β1 ＜ β2 의 관계를 만족한다.
여기서, 도 6 은, 전형적인 원심 압축기 (100) 의 구성을 나타내는 개략도이고, 복수의 디퓨저 베인 (10) 중, 상기 서술한 각도 범위 (A1) (즉, 스크롤부 (8) 의 설부 (22) 와 감김 끝부분 (8b) 과의 사이의 각도 범위) 및 그 근방에 위치하는 디퓨저 베인 (10) 의 직선익렬 사상과, 이 직선익렬 사상에 대응하는 스크롤 유로 (7) 및 출구 유로 (17) 를 나타내는 도면이다.
도 6 에 나타내는 전형적인 원심 압축기 (100) 에서는, 복수의 디퓨저 베인 (10) 은, 각각이 동일한 형상을 가지고 있음과 함께, 둘레 방향으로 간격을 두고 균등하게 배열되어 있다. 즉, 복수의 디퓨저 베인 (10) 의 각각에 대해, 상기 서술한 베인 출구 각도 (β) 나, 코드 방향이 직경 방향에 대해 이루는 각도 (스태거각 : γ) 는 동일하다.
둘레 방향에 있어서 스크롤 유로 (7) 의 출구 근방의 각도 범위 (A1) 에서는, 다른 각도 범위에 비해, 디퓨저 베인 (10) 의 압력면 (28) 에 있어서 (도 6 의 영역 32 에 있어서) 흐름이 실속하여 (부의 실속), 박리가 발생하기 쉽다.
이것은, 이하의 이유에 따른 것으로 생각된다. 즉, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 임펠러 (4) (도 6 에 있어서 도시 생략) 에 의해 가속된 유체는, 입사각 (I) 으로 디퓨저 통로 (9) 에 유입되고, 디퓨저 베인 (10) 사이를 통과하여, 스크롤 유로 (7) 에 유입된다. 스크롤 유로 (7) 에 있어서의 유속 벡터 (V1) 는 기본적으로 둘레 방향의 벡터이지만, 스크롤 유로 (7) 의 출구 근방의 각도 범위 (A1) 에 있어서는, 유체의 흐름이 스크롤 유로 (7) 로부터 출구 유로 (17) 로 유도되기 때문에, 유체의 흐름의 방향이 전향되어 다른 각도 범위에 비해 유속의 둘레 방향 성분 (Vc) 이 감소한다. 따라서, 스크롤 유로의 출구 근방의 각도 범위 (A1) 에서는, 디퓨저 베인 (10) 근방의 흐름을, 스크롤 유로 (7) 에 있어서의 둘레 방향의 흐름에 의해서 압력면 (28) 으로 누르는 효과가 다른 각도 범위에 비해 작기 때문에, 압력면 (28) 에 있어서의 흐름의 박리가 발생하기 쉽다.
이 점, 상기 서술한 실시형태에서는, 스크롤 유로 (7) 의 출구 근방의 각도 범위 (A1) 에 위치하는 제 1 디퓨저 베인 (11) 의 베인 출구 각도 (β1) 를, 각도 범위 (A1) 밖에 위치하는 제 2 디퓨저 베인 (12) 의 베인 출구 각도 (β2) 보다 작게 하였기 때문에, 제 2 디퓨저 베인 (12) (도 2B 에 있어서 파선으로 나타내는 제 2 디퓨저 베인 (12') 참조) 과의 비교에 있어서, 제 1 디퓨저 베인 (11) 의 후연 (26) 근방에 있어서의 압력면 (28) 이 임펠러 (4) 의 회전 방향의 상류측에 위치하게 된다. 따라서, 제 1 디퓨저 베인 (11) 의 압력면 (28) 측에 있어서의 박리를 억제할 수 있다.
단, 도 2B 에 나타내는 제 2 디퓨저 베인 (12') 은, 제 1 디퓨저 베인 (11) 과의 형상 등의 비교를 위해서 도시하는 가상적인 디퓨저 베인으로, 각도 범위 (A1) 밖에 위치하는 제 2 디퓨저 베인 (12) 을, 전연 (24) 의 위치가 제 1 디퓨저 베인 (11) 과 겹치도록, 원심 압축기 (1) 의 회전축 (O) 을 중심으로 하여 회전 이동시켜 나타낸 것이다.
또한, 상기 서술한 각도 범위 (A1) 에 적어도 부분적으로 위치하는 디퓨저 베인 (10) 이 복수 장 존재하는 경우, 그 중의 일부만이 제 1 디퓨저 베인 (11) (즉, 상기 서술한 β1 ＜ β2 의 관계를 만족하는 베인 출구 각도 (β1) 를 갖는 디퓨저 베인) 이어도 된다.
이하, 제 1 디퓨저 베인 (11) 의 베인 출구 각도 (β1) 와, 제 2 디퓨저 베인 (12) 의 베인 출구 각도 (β2) 가 β1 ＜ β2 의 관계를 만족하는 원심 압축기의 몇 가지 실시형태에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 3 ∼ 도 5 는, 각각, 일 실시형태에 관련된 원심 압축기에 있어서의 디퓨저 베인 (10) 의 구성을 나타내는 도면이다. 이 중 도 3 은, 일 실시형태에 관련된 원심 압축기 (100) 의 복수의 디퓨저 베인 (10) (제 1 디퓨저 베인 (11) 및 제 2 디퓨저 베인 (12) 을 포함한다) 중, 상기 서술한 각도 범위 (A1) (즉, 스크롤부 (8) 의 설부 (22) 와 감김 끝부분 (8b) 과의 사이의 각도 범위) 및 그 근방에 위치하는 디퓨저 베인 (10) 의 직선익렬 사상을 나타내는 도면이다. 또, 도 4 및 도 5 는, 각각, 일 실시형태에 관련된 원심 압축기에 있어서의 상기 서술한 각도 범위 (A1) 및 그 근방에 위치하는 디퓨저 베인 (10) 을 축방향에서 본 도면이다.
또한, 도 3 ∼ 도 5 에 있어서, 디퓨저 베인 (10) 및 장착판 (14) 이외의 구성 부품의 도시를 생략하고 있다. 또, 도 3 ∼ 도 5 에 나타내는 제 2 디퓨저 베인 (12') 은, 제 1 디퓨저 베인 (11) 과의 형상 등의 비교를 위해서 도시하는 가상적인 디퓨저 베인으로, 각도 범위 (A1) 밖에 위치하는 제 2 디퓨저 베인 (12) 을, 전연 (24) 의 위치가 제 1 디퓨저 베인 (11) 과 겹치도록, 회전축 (O) 을 중심으로 하여 회전 이동시켜 나타낸 것이다.
일 실시형태에서는, 예를 들어 도 3 에 나타내는 바와 같이, 복수의 디퓨저 베인 (10) 의 직선익렬 사상 상에 있어서, 각도 범위 (A1) 에 적어도 부분적으로 위치하는 제 1 디퓨저 베인 (11) 의 캠버각 (α1) 과, 각도 범위 (A1) 밖에 위치하는 제 2 디퓨저 베인 (12) 의 캠버각 (α2) 은, α1 ＞ α2 를 만족한다.
여기서, 디퓨저 베인 (10) 의 캠버각 (α) 이란, 디퓨저 베인 (10) 의 캠버 라인 (LF) 의 전연 (24) 에 있어서의 접선 (LG) 과, 후연 (26) 에 있어서의 접선 (LH) 사이에 형성되는 각도로서, 상기 서술한 전연 (24) 에 있어서의 접선 (LG) 과, 후연 (26) 에 있어서의 접선 (LH) 의 교점을 P1 로 했을 때, 전연 (24) 에서부터 교점 (P1) 을 향하는 방향의 벡터와, 교점 (P1) 에서부터 후연 (26) 을 향하는 방향의 벡터가 이루는 각도 (단, 0°≤ α ≤ 180°) 이다 (도 3 참조).
이와 같이, 제 1 디퓨저 베인 (11) 의 캠버각 (α1) 을, 제 2 디퓨저 베인 (12) 의 캠버각 (α2) 보다 크게 함으로써, 전연 (24) 을 기준으로 하여, 제 1 디퓨저 베인 (11) 의 압력면 (28) 이, 제 2 디퓨저 베인 (12) (도 3 에 있어서 파선으로 나타내는 제 2 디퓨저 베인 (12') 참조) 과 비교하여 임펠러 회전 방향의 상류측으로 어긋난다. 따라서, 제 1 디퓨저 베인 (11) 의 베인 출구 각도 (β1) 와, 제 2 디퓨저 베인 (12) 의 베인 출구 각도 (β2) 가, β1 ＜ β2 를 만족하는 구성을 실현할 수 있다.
또한, 도 3 에 있어서는, 직선익렬 사상에 있어서의 제 1 디퓨저 베인 (11) 의 베인 출구 각도 (β1'), 및 제 2 디퓨저 베인 (12) 의 베인 출구 각도 (β2') 를 나타내고 있지만, 직선익렬 사상에 있어서의 베인 출구 각도 (β1') 와 베인 출구 각도 (β2') 의 대소 관계는, 베인 출구 각도 (β1) 와 베인 출구 각도 (β2) 의 대소 관계와 동일하다. 즉, 디퓨저 베인의 직선익렬 사상에 있어서, β1' ＜ β2' 이면, β1 ＜ β2 의 관계도 만족된다.
일 실시형태에서는, 예를 들어 도 4 에 나타내는 바와 같이, 제 1 디퓨저 베인 (11) 의 후연 (26) 에 있어서의 날개 두께 (t1) 와, 제 2 디퓨저 베인 (12) 의 후연 (26) 에 있어서의 날개 두께 (t2) 는, t1 ＞ t2 를 만족한다.
도 4 에 나타내는 예시적인 실시형태에서는, 제 1 디퓨저 베인 (11) 의 부압면 (30) 은, 제 2 디퓨저 베인 (12) 의 부압면 (30) 과 동일 형상을 가지고 있는 데 반해, 제 1 디퓨저 베인 (11) 의 압력면 (28) 은, 제 2 디퓨저 베인 (12) 과 비교하여, 임펠러 회전 방향의 상류측으로 어긋나게 되어 있다. 즉, 제 1 디퓨저 베인 (11) 의 압력면 (28) 과 부압면 (30) 의 사이에 거리 (날개 두께 (t)) 는, 전연 (24) 측에서부터 후연 (26) 측을 향함에 따라서 증가하는 특수한 날개 두께 분포를 갖는다.
이와 같이, 제 1 디퓨저 베인 (11) 의 후연 (26) 에 있어서의 날개 두께 (t1) 를, 제 2 디퓨저 베인 (12) 의 후연 (26) 에 있어서의 날개 두께 (t2) 보다 크게 함으로써, 제 2 디퓨저 베인 (12) (도 4 에 있어서 파선으로 나타내는 제 2 디퓨저 베인 (12') 참조) 과의 비교에 있어서 제 1 디퓨저 베인 (11) 의 부압면 (30) 의 위치를 크게 변경하지 않고서, 제 1 디퓨저 베인 (11) 의 압력면 (28) 을 임펠러 회전 방향 상류측으로 비켜 놓는 것이 가능해진다. 따라서, 제 1 디퓨저 베인 (11) 의 베인 출구 각도 (β1) 와, 제 2 디퓨저 베인 (12) 의 베인 출구 각도 (β2) 가, β1 ＜ β2 를 만족하는 구성을 실현할 수 있다.
일 실시형태에서는, 예를 들어 도 5 에 나타내는 바와 같이, 복수의 디퓨저 베인 (10) 의 각각의 코드 방향이 직경 방향에 대해 이루는 스태거각 (γ) 은, 제 1 디퓨저 베인 (11) 의 스태거각을 γ1 로 하고, 제 2 디퓨저 베인 (12) 의 스태거각을 γ2 로 했을 때, γ1 ＜ γ2 를 만족한다.
여기서, 스태거각 (γ) 은, 디퓨저 베인 (10) 의 코드 방향 (전연 (24) 및 후연 (26) 을 통과하는 직선의 방향) 이 직경 방향에 대해 이루는 각도 (단, 0°≤ γ ≤ 90°) 이다.
상기 서술한 스태거각 (γ) 은, 디퓨저 베인 (10) 의 전연 (24) 을 기준으로 하는 스태거각 (γA) 또는 후연 (26) 을 기준으로 하는 스태거각 (γB) 이어도 된다. 디퓨저 베인 (10) 의 전연 (24) 을 기준으로 하는 스태거각 (γA) 이란, 디퓨저 베인 (10) 의 코드 방향의 직선 (Lc) 과, 그 디퓨저 베인 (10) 의 전연 (24) 을 통과하는 직경 방향의 직선이 이루는 각도이다 (도 5 참조). 또, 디퓨저 베인 (10) 의 후연 (26) 을 기준으로 하는 스태거각 (γB) 이란, 디퓨저 베인 (10) 의 코드 방향의 직선 (Lc) 과, 그 디퓨저 베인 (10) 의 후연 (26) 을 통과하는 직경 방향의 직선이 이루는 각도이다 (도 5 참조).
도 5 에 나타내는 예시적인 실시형태에서는, 제 1 디퓨저 베인 (11) 의 전연 (24) 을 기준으로 하는 스태거각 (γA1) 은, 제 2 디퓨저 베인 (12) 의 전연 (24) 을 기준으로 하는 스태거각 (γA2) 보다 작다 (즉, γA1 ＜ γA2 를 만족한다).
또, 도 5 에 나타내는 예시적인 실시형태에서는, 제 1 디퓨저 베인 (11) 의 후연 (26) 을 기준으로 하는 스태거각 (γB1) 은, 제 2 디퓨저 베인 (12) 의 후연 (26) 을 기준으로 하는 스태거각 (γB2) 보다 작다 (즉, γB1 ＜ γB2 를 만족한다).
이와 같이, 제 1 디퓨저 베인 (11) 의 스태거각 (γ1) (γA1 또는 γB1) 을, 제 2 디퓨저 베인 (12) 의 스태거각 (γ2) (γA2 또는 γB2) 보다 작게 함으로써, 전연 (24) 을 기준으로 하여, 제 1 디퓨저 베인 (11) 의 압력면 (28) 이, 제 2 디퓨저 베인 (12) (도 5 에 있어서 파선으로 나타내는 제 2 디퓨저 베인 (12') 참조) 과 비교하여 임펠러 회전 방향 상류측으로 이동한다. 따라서, 제 1 디퓨저 베인 (11) 의 베인 출구 각도 (β1) 와, 제 2 디퓨저 베인 (12) 의 베인 출구 각도 (β2) 가, β1 ＜ β2 를 만족하는 구성을 실현할 수 있다.
또한, 도 5 에 나타내는 예시적인 실시형태에서는, 축방향과 직교하는 단면에 있어서, 제 1 디퓨저 베인 (11) 의 단면 형상은, 제 2 디퓨저 베인 (12) 의 단면 형상과 동일하다.
제 1 디퓨저 베인 (11) 의 스태거각 (γ1) 과, 제 2 디퓨저 베인의 스태거각 (γ2) 이 γ1 ＜ γ2 의 관계를 만족함으로써, 도 5 에 나타내는 예시적인 실시형태와 같이, 제 2 디퓨저 베인 (12) 과 단면 형상이 공통인 제 1 디퓨저 베인 (11) 을 채용해도, 제 1 디퓨저 베인 (11) 의 베인 출구 각도 (β1) 와, 제 2 디퓨저 베인 (12) 의 베인 출구 각도 (β2) 가, β1 ＜ β2 를 만족하는 구성을 실현할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 서술한 실시형태로 한정되지 않고, 상기 서술한 실시형태에 변형을 더한 형태나, 이들 형태를 적절히 조합한 형태도 포함한다.
본 명세서에 있어서, 「어느 방향으로」, 「어느 방향을 따라서」, 「평행」, 「직교」, 「중심」, 「동심」 혹은 「동축」 등의 상대적 혹은 절대적인 배치를 나타내는 표현은, 엄밀하게 그러한 배치를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은, 동일 기능이 얻어질 정도의 각도나 거리를 가지고 상대적으로 변위되어 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.
예를 들어, 「동일」, 「동등한」 및 「균질」등의 사물이 동등한 상태인 것을 나타내는 표현은, 엄밀하게 동등한 상태를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은, 동일 기능이 얻어질 정도의 차이가 존재하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.
또, 본 명세서에 있어서, 사각 형상이나 원통 형상 등의 형상을 나타내는 표현은, 기하학적으로 엄밀한 의미로의 사각 형상이나 원통 형상 등의 형상을 나타낼 뿐만 아니라, 동일 효과가 얻어지는 범위에서, 요철부나 모따기부 등을 포함하는 형상도 나타내는 것으로 한다.
또, 본 명세서에 있어서, 하나의 구성 요소를 「구비한다」, 「포함한다」, 또는, 「갖는다」라는 표현은, 다른 구성 요소의 존재를 제외시키는 배타적인 표현은 아니다.
1 : 원심 압축기
2 : 회전 샤프트
4 : 임펠러
5 : 회전 날개
6 : 하우징
7 : 스크롤 유로
8 : 스크롤부
9 : 디퓨저 통로
10 : 디퓨저 베인
11 : 제 1 디퓨저 베인
12 : 제 2 디퓨저 베인
14 : 장착판
16 : 출구부
17 : 출구 유로
18 : 허브측 벽면
20 : 슈라우드측 벽면
22 : 설부
24 : 전연
26 : 후연
28 : 압력면
30 : 부압면
32 : 영역
O : 회전축
t1, t2 : 후연에 있어서의 날개 두께
α1, α2 : 캠버각
β1, β1' : 베인 출구 각도
γ1, γ2 : 스태거각
γA1, γA2 : 전연을 기준으로 하는 스태거각
γB1, γB2 : 후연을 기준으로 하는 스태거각

Claims (9)

  1. 임펠러와,
    상기 임펠러보다 직경 방향 외측에 있어서 둘레 방향에 배열되는 복수의 디퓨저 베인과,
    상기 복수의 디퓨저 베인보다 직경 방향 외측에 위치하는 스크롤 유로를 형성하는 스크롤부를 포함하는 하우징을 구비하고,
    상기 복수의 디퓨저 베인은,
    둘레 방향에 있어서, 상기 스크롤부의 설부와, 상기 스크롤부의 감김 끝부분과의 사이의 각도 범위에 적어도 부분적으로 위치하는 적어도 1 장의 제 1 디퓨저 베인과,
    상기 각도 범위 밖에 위치하는 제 2 디퓨저 베인을 포함하고,
    상기 복수의 디퓨저 베인의 각각의 압력면의 후연에 있어서의 접선이 직경 방향에 대해 이루는 베인 출구 각도는, 상기 제 1 디퓨저 베인의 상기 베인 출구 각도를 β1 로 하고, 상기 제 2 디퓨저 베인의 상기 베인 출구 각도를 β2 로 했을 때, β1 ＜ β2 를 만족하고,
    상기 복수의 디퓨저 베인의 직선익렬 사상 상에 있어서, 상기 제 1 디퓨저 베인의 캠버각 (α1) 과, 상기 제 2 디퓨저 베인의 캠버각 (α2) 은, α1 ＞ α2 를 만족하는 것을 특징으로 하는 원심 압축기.
  2. 임펠러와,
    상기 임펠러보다 직경 방향 외측에 있어서 둘레 방향에 배열되는 복수의 디퓨저 베인과,
    상기 복수의 디퓨저 베인보다 직경 방향 외측에 위치하는 스크롤 유로를 형성하는 스크롤부를 포함하는 하우징을 구비하고,
    상기 복수의 디퓨저 베인은,
    둘레 방향에 있어서, 상기 스크롤부의 설부와, 상기 스크롤부의 감김 끝부분과의 사이의 각도 범위에 적어도 부분적으로 위치하는 적어도 1 장의 제 1 디퓨저 베인과,
    상기 각도 범위 밖에 위치하는 제 2 디퓨저 베인을 포함하고,
    상기 복수의 디퓨저 베인의 각각의 압력면의 후연에 있어서의 접선이 직경 방향에 대해 이루는 베인 출구 각도는, 상기 제 1 디퓨저 베인의 상기 베인 출구 각도를 β1 로 하고, 상기 제 2 디퓨저 베인의 상기 베인 출구 각도를 β2 로 했을 때, β1 ＜ β2 를 만족하고,
    상기 제 1 디퓨저 베인의 상기 후연에 있어서의 날개 두께 (t1) 와, 상기 제 2 디퓨저 베인의 상기 후연에 있어서의 날개 두께 (t2) 는, t1 ＞ t2 를 만족하는 것을 특징으로 하는 원심 압축기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 디퓨저 베인 중, 상기 제 1 디퓨저 베인의 코드 방향에 있어서의 후연측의 적어도 일부의 영역에 있어서, 상기 제 1 디퓨저 베인의 날개 두께는, 전연측에서부터 후연측을 향함에 따라서 증가하는 것을 특징으로 하는 원심 압축기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    각각의 상기 제 1 디퓨저 베인의 상기 베인 출구 각도 (β1) 는, 상기 각도 범위 밖에 위치하는 모든 상기 제 2 디퓨저 베인의 각각의 상기 베인 출구 각도 (β2) 보다 작은, 원심 압축기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 디퓨저 베인의 각각의 코드 방향이 상기 직경 방향에 대해 이루는 스태거각은, 상기 제 1 디퓨저 베인의 상기 스태거각을 γ1 로 하고, 상기 제 2 디퓨저 베인의 상기 스태거각을 γ2 로 했을 때, γ1 ＜ γ2 를 만족하는 것을 특징으로 하는 원심 압축기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 디퓨저 베인의 배열 중심은, 상기 임펠러의 회전 중심과 일치하고 있는 것을 특징으로 하는, 원심 압축기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 디퓨저 베인의 각각의 압력면의 후연에 있어서의 접선이, 상기 복수의 디퓨저 베인의 배열 중심으로부터 각각의 상기 디퓨저 베인의 상기 후연까지 연장시킨 직선에 대해 이루는 각도는, 상기 제 1 디퓨저 베인보다 상기 제 2 디퓨저 베인쪽이 큰 것을 특징으로 하는, 원심 압축기.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 원심 압축기를 구비하는 것을 특징으로 하는 터보차저.
  9. 삭제
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