WO2021210164A1 - スクロールケーシングおよび遠心圧縮機 - Google Patents

スクロールケーシングおよび遠心圧縮機 Download PDF

Info

Publication number
WO2021210164A1
WO2021210164A1 PCT/JP2020/016871 JP2020016871W WO2021210164A1 WO 2021210164 A1 WO2021210164 A1 WO 2021210164A1 JP 2020016871 W JP2020016871 W JP 2020016871W WO 2021210164 A1 WO2021210164 A1 WO 2021210164A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
scroll
arc portion
curvature
flow path
section
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/016871
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
健一郎 岩切
Original Assignee
三菱重工エンジン&ターボチャージャ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱重工エンジン&ターボチャージャ株式会社 filed Critical 三菱重工エンジン&ターボチャージャ株式会社
Priority to PCT/JP2020/016871 priority Critical patent/WO2021210164A1/ja
Priority to DE112020005576.0T priority patent/DE112020005576T5/de
Priority to US17/794,118 priority patent/US20230049412A1/en
Priority to CN202080096631.1A priority patent/CN115135884A/zh
Priority to JP2022515165A priority patent/JP7413514B2/ja
Publication of WO2021210164A1 publication Critical patent/WO2021210164A1/ja

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/4206Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08Centrifugal pumps
    • F04D17/10Centrifugal pumps for compressing or evacuating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/441Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for elastic fluid pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/4206Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/4226Fan casings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/40Application in turbochargers

Definitions

  • the present disclosure relates to a scroll casing and a centrifugal compressor provided with the scroll casing.
  • Centrifugal compressors used in the compressor section of turbochargers for vehicles or ships give kinetic energy to the fluid by the rotation of the impeller and discharge the fluid to the outside in the radial direction, and the pressure of the fluid rises using centrifugal force. To get.
  • Such a centrifugal compressor is required to have a high pressure ratio and high efficiency in a wide operating range, and various measures have been taken.
  • a centrifugal compressor includes a scroll casing having a scroll portion that forms a spiral scroll flow path, and the cross-sectional shape (scroll cross section) of the scroll flow path covers the entire circumference of the scroll flow path. It is formed in a near-circular shape.
  • a conventional centrifugal compressor one having a scroll cross section including a first arc portion having a first radius of curvature and a second arc portion having a second radius of curvature different from the first radius of curvature is known. Has been done.
  • the scroll cross section is distorted, pressure loss may occur in the scroll flow path, so the scroll cross section is made closer to a perfect circle.
  • most of the scroll cross section is formed by the first arc portion and the remaining portion of the scroll cross section is formed by the second arc portion.
  • the second arc portion connects one end of the first arc portion with the chip-side flow path surface of the diffuser flow path. In this case, an extreme change in curvature occurs between the first arc portion and the second arc portion, which may cause pressure loss in the scroll flow path.
  • Patent Document 1 includes a scroll including a first arc portion having a first radius of curvature, a second arc portion having a second radius of curvature, and a third arc portion having a third radius of curvature.
  • a scroll portion of a centrifugal compressor having a cross section is disclosed.
  • the scroll portion of Patent Document 1 scrolls by making the second arc portion flatter than the first arc portion and the third arc portion, as compared with the case where the cross-sectional shape of the scroll flow path is a near circle shape. It makes it easier to guide the fluid introduced into the flow path to the inner peripheral side of the scroll flow path.
  • the scroll portion of Patent Document 1 intentionally makes the cross-sectional shape of the scroll flow path different from the circular shape. Therefore, Patent Document 1 has low relevance to the present disclosure.
  • an object of at least one embodiment of the present disclosure is to provide a scroll casing capable of suppressing the occurrence of pressure loss in the scroll flow path, and a centrifugal compressor provided with the scroll casing.
  • the scroll casing according to the present disclosure is The scroll casing of a centrifugal compressor
  • a scroll portion that forms a scroll flow path of the centrifugal compressor is provided.
  • the first position is the connection position of the diffuser flow path of the centrifugal compressor with the hub side flow path surface.
  • the outermost end in the radial direction of the centrifugal compressor is the second position.
  • the foremost end in the axial direction of the centrifugal compressor is the third position.
  • the innermost end in the radial direction is the fourth position
  • the scroll part is A first arc portion extending from the first position to the one direction side, A second arc portion formed on the one-way side of the first arc portion, the second arc portion formed so as to include at least a part of a region between the second position and the fourth position.
  • a third arc portion formed on the one-way side of the second arc portion including at least a third arc portion formed so as to include at least the fifth position, and at least
  • R2 the radius of curvature of the second arc portion
  • R3 the radius of curvature of the third arc portion
  • the centrifugal compressor according to the present disclosure includes the scroll casing.
  • a scroll casing capable of suppressing the occurrence of pressure loss in the scroll flow path, and a centrifugal compressor provided with the scroll casing.
  • FIG 3 is a comparative diagram for comparing the shape of the scroll portion according to the embodiment shown in FIGS. 3 and 4 with the shape of the scroll portion according to the comparative example shown in FIG. It is explanatory drawing for demonstrating the shape of the scroll part of the scroll casing which concerns on one Embodiment. It is explanatory drawing for demonstrating the shape of the scroll part of the scroll casing which concerns on one Embodiment. It is the schematic of the scroll flow path in the axial direction view of the centrifugal compressor which concerns on one Embodiment.
  • expressions such as “same”, “equal”, and “homogeneous” that indicate that things are in the same state not only represent exactly the same state, but also have tolerances or differences to the extent that the same function can be obtained. It shall also represent the existing state.
  • an expression representing a shape such as a quadrangular shape or a cylindrical shape not only represents a shape such as a quadrangular shape or a cylindrical shape in a geometrically strict sense, but also an uneven portion or chamfering within a range in which the same effect can be obtained.
  • the shape including the part and the like shall also be represented.
  • the expression “includes”, “includes”, or “has” one component is not an exclusive expression that excludes the existence of another component.
  • the same reference numerals may be given to the same configurations, and the description thereof may be omitted.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining a configuration of a turbocharger including a centrifugal compressor according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view schematically showing a compressor side of a turbocharger including a centrifugal compressor according to an embodiment, and is a schematic cross-sectional view including an axis of the centrifugal compressor.
  • the centrifugal compressor 1 according to some embodiments of the present disclosure includes an impeller 2 and a scroll casing 3 as shown in FIGS. 1 and 2. As shown in FIG. 2, the scroll casing 3 has at least a scroll portion 32 that forms a spiral scroll flow path 31 arranged around the impeller 2.
  • the centrifugal compressor 1 can be applied to, for example, a turbocharger 10 for automobiles, marine or power generation, other industrial centrifugal compressors, blowers, and the like.
  • the centrifugal compressor 1 is mounted on the turbocharger 10.
  • the turbocharger 10 includes a centrifugal compressor 1, a turbine 11, and a rotating shaft 12.
  • the turbine 11 includes a turbine rotor 13 mechanically connected to the impeller 2 via a rotary shaft 12 and a turbine casing 14 that rotatably accommodates the turbine rotor 13.
  • the turbocharger 10 further includes a bearing 15 that rotatably supports the rotary shaft 12 and a bearing casing 16 configured to accommodate the bearing 15, as shown in FIG. Be prepared.
  • the bearing casing 16 is arranged between the scroll casing 3 and the turbine casing 14, and is mechanically connected to the scroll casing 3 and the turbine casing 14 by a fastening member such as a fastening bolt.
  • the axis of the centrifugal compressor 1 that is, the direction in which the axis CA of the impeller 2 extends is defined as the axial direction X
  • the direction orthogonal to the axis CA is defined as the radial direction Y.
  • the upstream side in the suction direction of the centrifugal compressor 1, that is, the side where the fluid introduction port 33 is located with respect to the impeller 2 (left side in the figure) is referred to as the front side XF.
  • the downstream side in the suction direction of the centrifugal compressor 1, that is, the side where the impeller 2 is located with respect to the fluid introduction port 33 (right side in the figure) is referred to as the rear side XR.
  • the scroll casing 3 has a fluid introduction port 33 for introducing a fluid (for example, air) from the outside of the scroll casing 3, an impeller 2 and a scroll flow path 31.
  • a fluid discharge port 34 for discharging the fluid that has passed through the scroll casing 3 to the outside is formed.
  • the turbine casing 14 is formed with an exhaust gas introduction port 141 for introducing exhaust gas into the inside of the turbine casing 14 and an exhaust gas discharge port 142 for discharging the exhaust gas that has passed through the turbine rotor 13 to the outside of the turbine casing 14. ..
  • the rotating shaft 12 has a longitudinal direction along the axial direction X.
  • the impeller 2 is mechanically connected to one side (front side XF) of the rotary shaft 12 in the longitudinal direction
  • the turbine rotor 13 is mechanically connected to the other side (rear side XR) in the longitudinal direction thereof. ..
  • "along a certain direction” includes not only a certain direction but also a direction inclined with respect to a certain direction.
  • the turbocharger 10 rotates the turbine rotor 13 by the exhaust gas introduced into the turbine casing 14 from an exhaust gas generator (for example, an internal combustion engine such as an engine) (for example, an internal combustion engine such as an engine) through the exhaust gas introduction port 141. Since the impeller 2 is mechanically connected to the turbine rotor 13 via the rotating shaft 12, it rotates in conjunction with the rotation of the turbine rotor 13. By rotating the impeller 2, the turbocharger 10 compresses the fluid introduced into the scroll casing 3 through the fluid introduction port 33, and supplies the fluid through the fluid discharge port 34 (for example, an engine or the like). It is designed to be sent to the internal combustion engine).
  • an exhaust gas generator for example, an internal combustion engine such as an engine
  • an internal combustion engine for example, an engine
  • the impeller 2 includes a hub 21 and a plurality of impeller blades 23 provided on the outer surface 22 of the hub 21, as shown in FIG. Since the hub 21 is mechanically fixed to one side of the rotating shaft 12, the hub 21 and the plurality of impeller blades 23 are provided so as to be rotatable integrally with the rotating shaft 12 around the axis CA of the impeller 2. ing.
  • the impeller 2 is configured to guide the fluid introduced from the front side XF in the axial direction X to the outside in the radial direction Y.
  • the plurality of impeller blades 23 are arranged so as to be spaced apart from each other in the circumferential direction around the axis CA.
  • a gap (clearance) is formed between the chip side edges 24 of the plurality of impeller blades 23 and the shroud surface 35 that is convexly curved so as to face the chip side edges 24.
  • the scroll casing 3 has an intake flow path portion 37 forming an intake flow path 36 for guiding a fluid from the outside of the scroll casing 3 to the impeller 2 and a shroud surface. It has a shroud portion 38 having 35, and a scroll portion 32 that forms the scroll flow path 31 described above for guiding the fluid that has passed through the impeller 2 to the outside of the scroll casing 3.
  • Each of the scroll flow path 31 and the intake flow path 36 is formed inside the scroll casing 3.
  • the intake flow path portion 37 has an inner wall surface 370 forming the intake flow path 36.
  • the inner wall surface 370 extends along the axial direction X, and the above-mentioned fluid introduction port 33 is formed at the front XF end thereof.
  • the scroll portion 32 has an inner peripheral surface 320 that forms the scroll flow path 31.
  • the scroll casing 3 is a space for rotatably accommodating the impeller 2 by being combined with another member (for example, a bearing casing 16).
  • An impeller chamber 39 and a diffuser flow path 40 for guiding the fluid from the impeller 2 to the scroll flow path 31 are formed.
  • the shroud portion 38 described above is provided between the intake flow path portion 37 and the scroll portion 32.
  • the shroud surface 35 of the shroud portion 38 forms the front XF portion of the impeller chamber 39.
  • the shroud portion 38 is a chip-side flow path surface 41 forming the front XF portion of the diffuser flow path 40, and is a chip-side flow path surface 41 connecting the shroud surface 35 and one end of the inner peripheral surface 320 of the scroll portion 32.
  • the bearing casing 16 is located at the rear XR with respect to the shroud surface 35, and is formed from the impeller chamber forming surface 161 forming the rear XR portion of the impeller chamber 39 and the chip side flow path surface 41.
  • each of the chip-side flow path surface 41 and the hub-side flow path surface 162 extends along a direction intersecting the axis CA (orthogonal in the illustrated example). ..
  • the fluid introduced into the scroll casing 3 flows through the intake flow path 36 toward the rear XR, and then is sent to the impeller 2.
  • the fluid sent to the impeller 2 flows through the diffuser flow path 40 and the scroll flow path 31 in this order, and then is discharged from the fluid discharge port 34 to the outside of the scroll casing 3.
  • FIGS. 3 and 4 are explanatory views for explaining the shape of the scroll portion of the scroll casing according to the embodiment. 3 and 4 schematically show a cross section of the scroll casing 3 along the axis CA.
  • the connection position of the diffuser flow path 40 of the centrifugal compressor 1 with the hub side flow path surface 162 is set to the first position P1 and centrifugal compression.
  • the outermost end in the radial direction Y of the machine 1 is the second position P2, the frontmost end in the axial direction X of the centrifugal compressor 1 is the third position P3, the innermost end in the radial direction Y is the fourth position P4, and the scroll portion 32.
  • the end position on the unidirectional UD side which is the side from the first position P1 to the fourth position P4 along the inner peripheral surface 320 of the above, is defined as the fifth position P5.
  • the first position P1 is a rear end in the axial direction X on the inner peripheral surface 320, and is a position where the radius of curvature changes from infinite (straight line) to a finite one.
  • the one-way UD is a counterclockwise direction centered on the center SC of the scroll flow path 31 in the cross section along the axis CA of the scroll casing 3, and the one-way UD side is the downstream side thereof.
  • the scroll casing 3 includes scroll portions 32 (32A, 32B) forming the scroll flow path 31 of the centrifugal compressor 1.
  • the scroll portion 32 (32A, 32B) has a first arc portion 5 extending from the first position P1 to the UD side in one direction and one direction from the first arc portion 5. It has a near-circular scroll cross section 42 including at least a second arc portion 6 formed on the UD side and a third arc portion 7 formed on the UD side in one direction from the second arc portion 6.
  • the second arc portion 6 is formed so as to include at least a part of the region between the second position P2 and the fourth position P4.
  • the third arc portion 7 is formed so as to include at least the fifth position P5.
  • the first arc portion 5 is indicated by a alternate long and short dash line
  • the second arc portion 6 is indicated by a dotted line
  • the third arc portion 7 is indicated by a alternate long and short dash line.
  • the radius of curvature of the first arc portion 5 is defined as R1
  • the radius of curvature of the second arc portion 6 is defined as R2
  • the radius of curvature of the third arc portion 7 is defined as R3.
  • the radius of curvature R1 to R3 of each of the first arc portion 5, the second arc portion 6, and the third arc portion 7 is constant from the upstream end to the downstream end, respectively. It is formed to be.
  • the first arc portion 5 is smoothly continuous with the hub side flow path surface 162 and the second arc portion 6. Further, it is preferable that the third arc portion 7 is smoothly continuous with the second arc portion 6. Further, the near-circular scroll cross section 42 preferably has a shape close to a perfect circle.
  • upstream end in the one-way UD may be simply referred to as the "upstream end”
  • downstream end in the one-way UD may be simply referred to as the "downstream end”.
  • the first arc portion 5 of the scroll portion 32 (32A) extends from the first position P1 to the second position P2 on the inner peripheral surface 320.
  • the second arc portion 6 extends from the second position P2 to the third position P3 on the inner peripheral surface 320.
  • the third arc portion 7 extends from the third position P3 to the fifth position P5 on the inner peripheral surface 320.
  • the upstream end 51 of the first arc portion 5 of the scroll portion 32 (32A) is connected to the hub side flow path surface 162 at the first position P1, and the downstream end 52 thereof is upstream of the second arc portion 6 at the second position P2. It is connected to the end 61.
  • the upstream end 71 of the third arc portion 7 is connected to the downstream end 62 of the second arc portion 6 at the third position P3, and the downstream end 72 is located at the fifth position P5.
  • the near-circular scroll cross section 42 of the scroll portion 32 (32B) further includes a first straight line portion 8 connecting the first arc portion 5 and the second arc portion 6.
  • the first straight line portion 8 extends along the axial direction X.
  • the first arc portion 5 of the scroll portion 32 (32B) extends from the first position P1 on the inner peripheral surface 320 to the position P6 on the upstream side in the unidirectional UD from the second position P2.
  • the second arc portion 6 extends from the second position P2 to the fourth position P4 on the inner peripheral surface 320.
  • the third arc portion 7 extends from the fourth position P4 to the fifth position P5 on the inner peripheral surface 320.
  • the upstream end 51 of the first arc portion 5 of the scroll portion 32 (32B) is connected to the hub side flow path surface 162 at the first position P1, and the downstream end 52 thereof is upstream of the second position P2 in one direction UD. At position P6, it is connected to the upstream end (rear end) 81 of the first straight line portion 8.
  • the upstream end 61 of the second arc portion 6 is connected to the downstream end (front end) of the first straight line portion 8 at the second position P2, and the downstream end 62 thereof is upstream of the third arc portion 7 at the fourth position P4. It is connected to the end 71.
  • the downstream end 72 of the third arc portion 7 is located at the fifth position P5.
  • the near-circular scroll cross section 42 of the scroll portion 32 (32A, 32B) has a second straight line portion (not shown) connecting the second arc portion 6 and the third arc portion 7. It may be further included.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the shape of the scroll portion of the scroll casing according to the comparative example.
  • FIG. 6 is a comparative diagram for comparing the shape of the scroll portion according to the embodiment shown in FIGS. 3 and 4 with the shape of the scroll portion according to the comparative example shown in FIG.
  • FIG. 6 shows the relationship between the position of the scroll portion 32 (32A, 32B, 32C) on the inner peripheral surface 320 and the radius of curvature.
  • the scroll casing 30 according to the comparative example includes a scroll portion 32C forming the scroll flow path 31.
  • the scroll portion 32C is a first arc portion 5A extending from the first position P1 to the UD side in one direction, and a second arc portion 6A formed on the UD side in one direction from the first arc portion 5A, and is at least. It has a second arc portion 6A formed to include the fifth position P5, and a near-circular scroll cross section 42A including the second arc portion 6A.
  • the radius of curvature of the first arc portion 5A is defined as R4, and the radius of curvature of the second arc portion 6A is defined as R5.
  • Each of the first arc portion 5A and the second arc portion 6A is formed so that the radii of curvature R4 and R5 are constant from the upstream end to the downstream end, respectively.
  • the first arc portion 5A is indicated by a alternate long and short dash line
  • the second arc portion 6A is indicated by a alternate long and short dash line.
  • the upstream end 51A of the first arc portion 5A is connected to the hub-side flow path surface 162 at the first position P1, and the downstream end 52A is connected to the upstream end 61A of the second arc portion 6A.
  • the downstream end 62A of the second arc portion 6A is located at the fifth position P5.
  • the near-circular scroll cross section 42 of the scroll portion 32 (32A, 32B) includes three arc portions (first arc portion 5, second arc portion 6 and third arc portion 7).
  • the arc is located on the UD side in one direction from the second position P2 as compared with the near-circular scroll cross section 42A (comparative example) including the two arc portions (first arc portion 5A and second arc portion 6A).
  • the difference in radius of curvature between the parts can be suppressed to a small size.
  • the difference in the radius of curvature between the second arc portion 6 and the third arc portion 7 in the scroll portion 32 is determined by the difference between the first arc portion 5A and the second arc portion 5A of the scroll portion 32C according to the comparative example. It can be smaller than the difference in radius of curvature between 6A.
  • the fluid flowing from the diffuser flow path 40 into the scroll flow path 31 since the fluid flowing from the diffuser flow path 40 into the scroll flow path 31 has a swirling velocity component, it is along the inner peripheral surface 320 on the UD side in one direction from the second position P2.
  • a swirling flow SF that flows toward the UD side in one direction is formed.
  • the pressure loss of the swirling flow SF can be suppressed.
  • the centrifugal compressor 1 When the centrifugal compressor 1 is operated at a high flow rate, the swirling speed component of the swirling flow SF becomes large, so that the degree of pressure loss of the swirling flow SF in the scroll flow path 31 becomes large. On the other hand, by reducing the amount of change in curvature of the inner peripheral surface 320, a high pressure loss reduction effect can be obtained. As a result, the efficiency of the centrifugal compressor 1 during high flow rate operation can be effectively improved.
  • the scroll portion 32 (32A, 32B) is formed on the first arc portion 5 including at least the first position P1 and on the UD side in one direction from the first arc portion 5, and the second position P2.
  • a second arc portion 6 including at least a part of the region between the fourth arc portion P4 and a third arc portion 7 formed on the UD side in one direction from the second arc portion 6 and including at least the fifth position P5.
  • It has a near-circular scroll cross section 42 including.
  • the near-circular scroll cross section 42 includes three arc portions (first arc portion 5, second arc portion 6 and third arc portion 7), two arc portions (for example, the first arc portion).
  • the difference in the radius of curvature between the arc portions can be suppressed to be small.
  • the inner peripheral surface 320 of the scroll portion 32 (32A, 32B) described above extends from at least the second position P2 to the fifth position P5 (preferably the first position).
  • the radius of curvature is formed so as to decrease monotonically toward the UD side in one direction.
  • the change in curvature in the near-circular scroll cross section 42 can be made gentle, it is possible to suppress the occurrence of pressure loss due to the sudden change in curvature in the scroll flow path 31.
  • the near-circular scroll cross section 42 of the scroll portion 32 (32A, 32B) described above satisfies the relationship of R2> R3.
  • R2 radius of curvature
  • R3 radius of curvature
  • the radius of curvature of the inner peripheral surface 320 can be monotonically reduced toward the UD side in one direction in the range from the second position P2 to the fifth position P5 on the inner peripheral surface 320.
  • the near-circular scroll cross section 42 of the scroll portion 32 (32A) described above satisfies the relationship of R1> R2.
  • the near-circular scroll cross section 42 of the scroll portion 32 (32B) described above satisfies the relationship of R2> R1.
  • R2 the radius of curvature
  • the scroll casing 30 can be downsized, and the centrifugal compressor 1 can be downsized.
  • the region 31A of the scroll flow path 31 facing the first arc portion 5 is a region in which the flow from the diffuser flow path 40 enters, and the swirling flow SF formed in the scroll flow path 31 is from the above region 31A. Is also formed on the downstream side (one-way UD side). Therefore, even if the radius of curvature R1 of the first arc portion 5 is smaller than the radius of curvature R2 of the second arc portion 6, the scroll flow path is suppressed by suppressing the occurrence of pressure loss on the downstream side of the region 31A. The occurrence of pressure loss in the above can be sufficiently suppressed.
  • the radius of curvature R1 of the first arc portion 5 may be smaller than the radius of curvature R3 of the third arc portion 7.
  • the near-circular scroll cross section 42 of the scroll portion 32 (32B) described above satisfies the relationship R2> R1. Further, the near-circular scroll cross section 42 described above includes a first straight line portion 8 connecting the first arc portion 5 and the second arc portion 6.
  • the first straight line portion 8 connecting the first arc portion 5 and the second arc portion 6 easily establishes a shape in which the first arc portion 5 and the second arc portion 6 are connected. be able to. If the first straight line portion 8 is long, the pressure loss in the scroll flow path 31 may increase. Therefore, it is preferable to make the first straight line portion 8 as short as possible.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the shape of the scroll portion of the scroll casing according to the embodiment.
  • FIG. 7 shows the relationship between the position of the scroll portion 32 (32A) on the inner peripheral surface 320 and the radius of curvature. Further, FIG. 7 also shows a scroll portion 32D including an infinite number of arc portions configured so that the curvature of the inner peripheral surface 320 is continuously reduced toward the UD side in one direction.
  • the near-circular scroll cross section 42 of the scroll portion 32 (32A) described above has a relationship of R2 / R1 ⁇ 0.8 and R3 / R2 ⁇ 0.8. Meet.
  • the near-circular scroll cross section 42 satisfies the relationship of R2 / R1 ⁇ 0.9 and R3 / R2 ⁇ 0.9.
  • the near-circular scroll cross section 42 satisfies the relationship of R2 / R1 ⁇ 0.8.
  • the radius of curvature R2 of the second arc portion 6 has a reduction rate of the radius of curvature of the first arc portion 5 with respect to the radius of curvature R1 of 20% or less.
  • pressure loss occurs due to a sudden change in curvature between the first arc portion 5 and the second arc portion 6.
  • the near-circular scroll cross section 42 satisfies the relationship of R3 / R2 ⁇ 0.8.
  • the radius of curvature R3 of the third arc portion 7 has a reduction rate of the radius of curvature of the second arc portion 6 with respect to the radius of curvature R2 of 20% or less.
  • pressure loss occurs due to a sudden change in curvature between the second arc portion 6 and the third arc portion 7.
  • the near-circular scroll cross section 42 satisfies the relationship of R2 / R1 ⁇ 0.9 and R3 / R2 ⁇ 0.9
  • the curvature of the inner peripheral surface 320 in the near-circular scroll cross section 42 is UD in one direction. It is possible to obtain a pressure loss reduction effect that is almost comparable to the case where the pressure loss is continuously reduced toward the side (scroll portion 32D).
  • FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining the shape of the scroll portion of the scroll casing according to the embodiment.
  • FIG. 8 shows the relationship between the position of the scroll portion 32 (32B) on the inner peripheral surface 320 and the radius of curvature. Further, FIG. 8 also shows a reduced scroll portion 32E including an infinite number of arc portions configured so that the curvature of the inner peripheral surface 320 is continuously reduced toward the UD side in one direction. ..
  • the near-circular scroll cross section 42 of the scroll portion 32 (32B) described above satisfies the relationship of R3 / R2 ⁇ 0.8.
  • the near-circular scroll cross section 42 satisfies the relationship of R3 / R2 ⁇ 0.9.
  • the near-circular scroll cross section 42 satisfies the relationship of R3 / R2 ⁇ 0.8.
  • the radius of curvature R3 of the third arc portion 7 has a reduction rate of the radius of curvature of the second arc portion 6 with respect to the radius of curvature R2 of 20% or less.
  • the above-mentioned near-circular scroll cross section 42 has three arc portions (first arc portion 5, second arc portion 6 and third arc portion 7) each having a constant radius of curvature.
  • the near-circular scroll cross section 42 is at least from the second position P2 to the fifth position P5 on the inner peripheral surface 320, for example, as shown in FIGS. 7 and 8. (Preferably, the range from the first position P1 to the fifth position P5) is formed so that the curvature of the inner peripheral surface 320 is continuously reduced toward the UD side in one direction.
  • the pressure loss in the scroll flow path 31 can be effectively suppressed, but it is difficult to form the shape of the inner peripheral surface 320, which may lead to an increase in the manufacturing cost of the scroll casing 3.
  • the shape of the inner peripheral surface 320 can be easily formed, and an increase in the manufacturing cost of the scroll casing 3 can be suppressed.
  • FIG. 9 is a schematic view of the scroll flow path in the axial direction of the centrifugal compressor according to the embodiment.
  • the merging position of the winding start 311 and the winding end 312 of the scroll flow path 31 is set to 60 degrees, and the scroll flow starts from the merging position.
  • the angle position ⁇ is defined so that the angle gradually increases toward the downstream side of the road 31 (clockwise direction around the scroll center O in the figure).
  • the near-circular scroll cross section 42 described above is formed in a range S in which the angular position ⁇ ranges from 120 degrees to 360 degrees.
  • the pressure in the scroll flow path 31 is formed by forming the near-circular scroll cross section 42 in the range S in which the angle position ⁇ ranges from 120 degrees to 360 degrees, which facilitates the formation of the near-circular scroll cross section 42.
  • the occurrence of loss can be sufficiently suppressed.
  • the near-circular scroll cross section 42 may also be formed in a range T in which the angle position ⁇ ranges from 0 degrees to 120 degrees.
  • the near-circular scroll cross section 42 is preferably formed in the range S and the range T.
  • the third arc portion 7 in the scroll portion 32 described above is formed to include at least a third position P3, a fourth position P4, and a fifth position P5. .
  • the radius of curvature R3 of the third arc portion 7 is constant from the third position P3 to the fifth position P5. According to the above configuration, since the third arc portion 7 includes the third position P3, the fourth position P4, and the fifth position P5, the near-circular scroll cross section 42 is the swirling flow SF formed in the scroll cross section 42.
  • the change in curvature can be made gentle, and the pressure loss due to the sudden change in curvature in the above range can be made. Occurrence can be effectively suppressed.
  • the radius of curvature R3 constant in the range from the third position P3 to the fifth position P5, it is possible to more effectively suppress the occurrence of pressure loss due to a sudden change in curvature in the above range.
  • the centrifugal compressor 1 includes the scroll casing 3 described above, as shown in FIG. In this case, the occurrence of pressure loss in the scroll flow path 31 can be suppressed, so that the efficiency of the centrifugal compressor 1 can be improved. In particular, the efficiency of the centrifugal compressor 1 can be effectively improved during high flow rate operation.
  • the present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and includes a modified form of the above-described embodiment and a combination of these embodiments as appropriate.
  • the scroll casing (3) is The scroll casing (3) of the centrifugal compressor (1).
  • the scroll portion (32) forming the scroll flow path (31) of the centrifugal compressor is provided.
  • the connection position of the diffuser flow path (40) of the centrifugal compressor with the hub side flow path surface (162) is set to the first position (P1).
  • the outermost end of the centrifugal compressor in the radial direction is the second position (P2).
  • the foremost end in the axial direction of the centrifugal compressor is at the third position (P3).
  • the innermost end in the radial direction is the fourth position (P4)
  • the end position on the one-way (UD) side which is the side from the first position (P1) to the fourth position (P4) along the inner peripheral surface of the scroll portion, is defined as the fifth position (P5).
  • the scroll portion (32) is A first arc portion (5) extending in one direction from the first position (P1) and A second arc portion (6) formed on the one-way side of the first arc portion (5), at least a part between the second position (P2) and the fourth position (P4).
  • the second arc portion (6) formed so as to include the region of A third arc portion (7) formed on the one-way side of the second arc portion (6) and formed so as to include at least the fifth position (P5). ), And at least When the radius of curvature of the second arc portion (6) is defined as R2 and the radius of curvature of the third arc portion (7) is defined as R3, it has a near-circular scroll cross section (42) that satisfies the relationship of R2> R3.
  • the scroll portion (32) is located on the first arc portion (5) including at least the first position (P1) and one direction (UD) side of the first arc portion (5). It is formed and is formed on the second arc portion (6) including at least a part of the region between the second position (P2) and the fourth position (P4) and on the one-way side of the second arc portion (6). It has a third arc portion (7) including at least a fifth position (P5) and a near-circular scroll cross section (42) including.
  • the near-circular scroll cross section (42) includes three arc portions (first arc portion 5, second arc portion 6 and third arc portion 7), compared with the case where two arc portions are included.
  • the radius of curvature R2 of the second arc portion (6) is larger than the radius of curvature R3 of the third arc portion (7).
  • the change in curvature between the second arc portion (6) and the third arc portion (7) in the near-circular scroll cross section (42) can be made gentle.
  • the scroll casing (3) according to 1) above.
  • the near-circular scroll cross section (42) satisfies the relationship of R1> R2 when the radius of curvature of the first arc portion (5) is defined as R1.
  • the radius of curvature R1 of the first arc portion (5) is larger than the radius of curvature R2 of the second arc portion (6).
  • the change in curvature between the first arc portion (5) and the second arc portion (6) in the near-circular scroll cross section (42) can be made gentle.
  • the scroll casing (3) according to 1) above.
  • the near-circular scroll cross section (42) satisfies the relationship of R2> R1 when the radius of curvature of the first arc portion (5) is defined as R1.
  • the radius of curvature R1 of the first arc portion (5) is smaller than the radius of curvature R2 of the second arc portion (6).
  • the distance of the outermost end (second position P2) of the scroll flow path (31) in the radial direction from the axial line (CA) of the centrifugal compressor can be shortened, so that the scroll casing (30) can be used.
  • the size of the centrifugal compressor (1) can be reduced.
  • the region (31A) facing the first arc portion (5) in the scroll flow path (31) is a region in which the flow from the diffuser flow path (40) enters, and is formed in the scroll flow path (31).
  • the swirling flow (SF) is formed on the downstream side (one-way UD side) of the above region (31A). Therefore, even if the radius of curvature R1 of the first arc portion (5) is smaller than the radius of curvature R2 of the second arc portion (6), the occurrence of pressure loss on the downstream side of the above region (31A) is suppressed. As a result, the occurrence of pressure loss in the scroll flow path (31) can be sufficiently suppressed.
  • the near-circular scroll cross section (42) further includes a first straight line portion (8) connecting the first arc portion (5) and the second arc portion (5).
  • the first arc portion (5) and the first arc portion (5) 2 It may be difficult to directly connect the arc portion (6).
  • the first arc portion (5) and the second arc portion (5) are formed by the first straight portion (8) connecting the first arc portion (5) and the second arc portion (6).
  • the shape connected to 6) can be easily established.
  • the near-circular scroll cross section (42) satisfies the relationship of R2 / R1 ⁇ 0.8 and R3 / R2 ⁇ 0.8.
  • the near-circular scroll cross section (42) satisfies the relationship of R2 / R1 ⁇ 0.8.
  • the radius of curvature R2 of the second arc portion (6) has a reduction rate of the radius of curvature of the first arc portion (5) with respect to the radius of curvature R1 of 20% or less.
  • the radius of curvature R3 of the third arc portion (7) has a reduction rate of the radius of curvature of the second arc portion (6) with respect to the radius of curvature R2 of 20% or less.
  • the near-circular scroll cross section (42) satisfies the relationship of R3 / R2 ⁇ 0.8.
  • the near-circular scroll cross section (42) satisfies the relationship of R3 / R2 ⁇ 0.8.
  • the radius of curvature R3 of the third arc portion (7) has a reduction rate of the radius of curvature of the second arc portion (6) with respect to the radius of curvature R2 of 20% or less.
  • the scroll casing (3) according to any one of 1) to 6) above.
  • the confluence position of the winding start (311) and winding end (312) of the scroll flow path (31) is set to 60 degrees.
  • the near-circular scroll cross section (42) is formed in a range (S) in which the angular position ( ⁇ ) ranges from 120 degrees to 360 degrees.
  • the scroll cross-sectional area of the scroll flow path (31) becomes smaller as it is closer to the winding start (311) side. Therefore, it may be difficult to form the near-circular scroll cross section (42) on the winding start side.
  • the near-circular scroll cross section (42) is formed in the range (S) where the angular position ( ⁇ ) ranges from 120 degrees to 360 degrees, which facilitates the formation of the near-circular scroll cross section (42). By doing so, the occurrence of pressure loss in the scroll flow path (31) can be sufficiently suppressed.
  • the scroll casing (3) according to any one of 1) to 7) above.
  • the third arc portion (7) is formed so as to include at least the third position (P3), the fourth position (P4), and the fifth position (P5).
  • the third arc portion (7) includes the third position (P3), the fourth position (P4), and the fifth position (P5), so that the near-circular scroll cross section (42) is ,
  • the centrifugal compressor (1) according to at least one embodiment of the present disclosure is The scroll casing (3) according to any one of 1) to 8) above is provided.
  • the occurrence of pressure loss in the scroll flow path (31) can be suppressed, so that the efficiency of the centrifugal compressor (1) can be improved.
  • the efficiency of the centrifugal compressor (1) can be effectively improved during high flow rate operation.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

遠心圧縮機のスクロール流路を形成するスクロール部を備えるスクロールケーシングであって、スクロール部は、遠心圧縮機のディフューザ流路のハブ側流路面との接続位置(第1位置)から一方向側(第4位置に向かう側)に延在する第1円弧部と、第1円弧部よりも一方向側に形成され、径方向における最外側端(第2位置)から径方向における最内側端(第4位置)の間における少なくとも一部の領域を含む第2円弧部と、第2円弧部よりも一方向側に形成され、スクロール部の一方向側の端位置(第5位置)を含む第3円弧部と、を含み、第2円弧部の曲率半径をR2、第3円弧部の曲率半径をR3と定義した場合に、R2>R3の関係を満たす近円形スクロール断面を有する。

Description

スクロールケーシングおよび遠心圧縮機
 本開示は、スクロールケーシングおよび該スクロールケーシングを備える遠心圧縮機に関する。
 車両用又は舶用のターボチャージャのコンプレッサ部などに用いられる遠心圧縮機は、インペラの回転によって流体に運動エネルギを与えて径方向の外側に流体を吐出し、遠心力を利用して流体の圧力上昇を得るものである。かかる遠心圧縮機には、広い運転範囲において高圧力比と高効率化が求められており、種々の工夫が施されている。
 一般的には、遠心圧縮機は、渦巻状のスクロール流路を形成するスクロール部を有するスクロールケーシングを備え、スクロール流路の断面形状(スクロール断面)は、スクロール流路の全周に亘るような近円形状に形成される。従来の遠心圧縮機として、第1の曲率半径を有する第1円弧部と、第1の曲率半径とは異なる第2の曲率半径を有する第2円弧部と、を含むスクロール断面を有するものが知られている。
 スクロール断面に歪さが生じるとスクロール流路における圧力損失の発生を招く虞があるため、スクロール断面を真円に近づけることが行なわれる。スクロール断面を真円に近づける方策の一つとして、スクロール断面の大部分を第1円弧部により形成し、スクロール断面の残りの部分を第2円弧部により形成することが考えられる。第2円弧部は、第1円弧部の一端とディフューザ流路のチップ側流路面とを繋いでいる。この場合には、第1円弧部と第2円弧部との間に極端な曲率変化が生じるため、スクロール流路における圧力損失の発生を招く虞がある。
特許第6053993号公報
 また、スクロール断面を真円に近づける方策の一つとして、スクロール断面が全体として円形に近い形状となるように、第1の曲率半径と第2の曲率半径との差を小さなものにすることが考えられる。この場合には、第1円弧部と第2円弧部との間における曲率の変化を緩やかなものにできるため、上記の方策に比べて、スクロール流路における圧力損失の発生を抑制でき、遠心圧縮機の効率を向上させることができる。遠心圧縮機の更なる効率化を図るため、この方策よりも効果的にスクロール流路における圧力損失の発生を抑制することが求められる。
 なお、特許文献1には、第1の曲率半径を有する第1円弧部と、第2の曲率半径を有する第2円弧部と、第3の曲率半径を有する第3円弧部と、を含むスクロール断面を有する遠心圧縮機のスクロール部が開示されている。特許文献1のスクロール部は、第2円弧部を第1円弧部や第3円弧部よりもフラットな形状にすることで、スクロール流路の断面形状が近円形状である場合に比べて、スクロール流路に導入された流体をスクロール流路における内周側に導きやすくしている。このように特許文献1のスクロール部は、スクロール流路の断面形状を、意図的に円形状から離れた形状にしている。このため、特許文献1は、本開示との関連性が低い。
 上述した事情に鑑みて、本開示の少なくとも一実施形態の目的は、スクロール流路における圧力損失の発生を抑制できるスクロールケーシング、および該スクロールケーシングを備える遠心圧縮機を提供することにある。
 本開示にかかるスクロールケーシングは、
 遠心圧縮機のスクロールケーシングであって、
 前記遠心圧縮機のスクロール流路を形成するスクロール部を備え、
 前記スクロール部の内周面において、
  前記遠心圧縮機のディフューザ流路のハブ側流路面との接続位置を第1位置、
  前記遠心圧縮機の径方向における最外側端を第2位置、
  前記遠心圧縮機の軸方向における最前側端を第3位置、
  前記径方向における最内側端を第4位置、
  前記スクロール部の前記内周面に沿って前記第1位置から前記第4位置に向かう側である一方向側の端位置を第5位置、と定義した場合に、
 前記スクロール部は、
  前記第1位置から前記一方向側に延在する第1円弧部と、
  前記第1円弧部よりも前記一方向側に形成された第2円弧部であって、前記第2位置から前記第4位置の間における少なくとも一部の領域を含むように形成された第2円弧部と、
  前記第2円弧部よりも前記一方向側に形成された第3円弧部であって、少なくとも前記第5位置を含むように形成された第3円弧部と、を少なくとも含むとともに、
  前記第2円弧部の曲率半径をR2、前記第3円弧部の曲率半径をR3と定義した場合に、R2>R3の関係を満たす近円形スクロール断面を有する。
 本開示にかかる遠心圧縮機は、前記スクロールケーシングを備える。
 本開示の少なくとも一実施形態によれば、スクロール流路における圧力損失の発生を抑制できるスクロールケーシング、および該スクロールケーシングを備える遠心圧縮機が提供される。
一実施形態にかかる遠心圧縮機を備えるターボチャージャの構成を説明するための説明図である。 一実施形態にかかる遠心圧縮機を備えるターボチャージャのコンプレッサ側を概略的に示す概略断面図であって、遠心圧縮機の軸線を含む概略断面図である。 一実施形態にかかるスクロールケーシングのスクロール部の形状を説明するための説明図である。 一実施形態にかかるスクロールケーシングのスクロール部の形状を説明するための説明図である。 比較例にかかるスクロールケーシングのスクロール部の形状を説明するための説明図である。 図3、図4に示される一実施形態にかかるスクロール部の形状と、図5に示される比較例にかかるスクロール部の形状と、を比較するための比較図である。 一実施形態にかかるスクロールケーシングのスクロール部の形状を説明するための説明図である。 一実施形態にかかるスクロールケーシングのスクロール部の形状を説明するための説明図である。 一実施形態にかかる遠心圧縮機の軸方向視におけるスクロール流路の概略図である。
 以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
 例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
 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。
 例えば、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。
 一方、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。
 なお、同様の構成については同じ符号を付し説明を省略することがある。
(遠心圧縮機、ターボチャージャ)
 図1は、一実施形態にかかる遠心圧縮機を備えるターボチャージャの構成を説明するための説明図である。図2は、一実施形態にかかる遠心圧縮機を備えるターボチャージャのコンプレッサ側を概略的に示す概略断面図であって、遠心圧縮機の軸線を含む概略断面図である。
 本開示の幾つかの実施形態にかかる遠心圧縮機1は、図1、2に示されるように、インペラ2と、スクロールケーシング3と、を備える。スクロールケーシング3は、図2に示されるように、インペラ2の周囲に配置された渦巻状のスクロール流路31を形成するスクロール部32を少なくとも有する。
 遠心圧縮機1は、例えば、自動車用、舶用又は発電用のターボチャージャ10や、その他産業用遠心圧縮機、送風機などに適用可能である。図示される実施形態では、遠心圧縮機1は、ターボチャージャ10に搭載される。ターボチャージャ10は、図1に示されるように、遠心圧縮機1と、タービン11と、回転シャフト12と、を備える。タービン11は、回転シャフト12を介してインペラ2に機械的に連結されたタービンロータ13と、タービンロータ13を回転可能に収容するタービンケーシング14と、を備える。
 図示される実施形態では、ターボチャージャ10は、図1に示されるように、回転シャフト12を回転可能に支持する軸受15と、軸受15を収容するように構成された軸受ケーシング16と、をさらに備える。軸受ケーシング16は、スクロールケーシング3とタービンケーシング14との間に配置され、例えば締結ボルトなどの締結部材により、スクロールケーシング3やタービンケーシング14に機械的に連結されている。
 以下、例えば図1に示されるように、遠心圧縮機1の軸線、すなわち、インペラ2の軸線CAが延在する方向を軸方向Xとし、軸線CAに直交する方向を径方向Yとする。軸方向Xのうち、遠心圧縮機1の吸入方向における上流側、すなわち、インペラ2に対して流体導入口33が位置する側(図中左側)を前側XFとする。また、軸方向Xのうち、遠心圧縮機1の吸入方向における下流側、すなわち、流体導入口33に対してインペラ2が位置する側(図中右側)を後側XRとする。
 図示される実施形態では、図1に示されるように、スクロールケーシング3は、スクロールケーシング3の外部から流体(例えば、空気)を導入するための流体導入口33と、インペラ2およびスクロール流路31を通過した流体をスクロールケーシング3の外部に排出するための流体排出口34と、が形成されている。タービンケーシング14は、タービンケーシング14の内部に排ガスを導入する排ガス導入口141と、タービンロータ13を通過した排ガスをタービンケーシング14の外部に排出するための排ガス排出口142と、が形成されている。
 回転シャフト12は、図1に示されるように、軸方向Xに沿って長手方向を有する。回転シャフト12は、その長手方向の一方側(前側XF)にインペラ2が機械的に連結されており、その長手方向の他方側(後側XR)にタービンロータ13が機械的に連結されている。なお、本開示における「或る方向に沿って」とは、或る方向だけでなく、或る方向に対して傾斜する方向をも含むものである。
 ターボチャージャ10は、不図示の排ガス発生装置(例えば、エンジンなどの内燃機関)から排ガス導入口141を通って、タービンケーシング14の内部に導入された排ガスにより、タービンロータ13を回転させる。インペラ2は、回転シャフト12を介してタービンロータ13に機械的に連結されているので、タービンロータ13の回転に連動して回転する。ターボチャージャ10は、インペラ2を回転させることにより、流体導入口33を通って、スクロールケーシング3の内部に導入された流体を圧縮し、流体排出口34を通じて流体の供給先(例えば、エンジンなどの内燃機関)に送るようになっている。
(インペラ)
 インペラ2は、図2に示されるように、ハブ21と、ハブ21の外面22に設けられた複数のインペラ翼23と、を含む。ハブ21は、回転シャフト12の一方側に機械的に固定されているため、ハブ21や複数のインペラ翼23は、インペラ2の軸線CAを中心として回転シャフト12と一体的に回転可能に設けられている。インペラ2は、軸方向Xの前側XFから導入される流体を径方向Yにおける外側に導くように構成されている。図示される実施形態では、複数のインペラ翼23の夫々は、軸線CA周りの周方向に互いに間隔を開けて配置されている。複数のインペラ翼23のチップ側縁24は、チップ側縁24に対向するように凸状に湾曲するシュラウド面35との間に隙間(クリアランス)が形成されている。
(スクロールケーシング)
 図示される実施形態では、スクロールケーシング3は、図2に示されるように、スクロールケーシング3の外部からインペラ2に流体を導くための吸気流路36を形成する吸気流路部37と、シュラウド面35を有するシュラウド部38と、インペラ2を通過した流体をスクロールケーシング3の外部へ導くための上述したスクロール流路31を形成するスクロール部32と、を有する。スクロール流路31および吸気流路36の夫々は、スクロールケーシング3の内部に形成されている。
 吸気流路部37は、吸気流路36を形成する内壁面370を有する。内壁面370は、軸方向Xに沿って延在し、その前側XF端には、上述した流体導入口33が形成されている。スクロール部32は、スクロール流路31を形成する内周面320を有する。
 また、図示される実施形態では、スクロールケーシング3は、図2に示されるように、他の部材(例えば、軸受ケーシング16など)と組み合わされることで、インペラ2を回転可能に収容する空間であるインペラ室39と、インペラ2からの流体をスクロール流路31に導くためのディフューザ流路40と、が形成される。
 上述したシュラウド部38は、吸気流路部37とスクロール部32との間に設けられる。シュラウド部38のシュラウド面35は、インペラ室39の前側XF部分を形成している。また、シュラウド部38は、ディフューザ流路40の前側XF部分を形成するチップ側流路面41であって、シュラウド面35とスクロール部32の内周面320の一端とを繋ぐチップ側流路面41をさらに有する。図示される実施形態では、軸受ケーシング16は、シュラウド面35に対して後側XRに位置し、且つインペラ室39の後側XR部分を形成するインペラ室形成面161と、チップ側流路面41よりも後側XRにチップ側流路面41に対向して設けられるハブ側流路面162であって、インペラ室形成面161とスクロール部32の内周面320の他端(後述する第1位置P1)とを繋ぐハブ側流路面162と、を有する。図2に示されるような軸線CAに沿った断面において、チップ側流路面41およびハブ側流路面162の夫々は、軸線CAに交差(図示例では直交)する方向に沿って延在している。
 スクロールケーシング3の内部に導入された流体は、吸気流路36を後側XRに向かって流れた後に、インペラ2に送られる。インペラ2に送られた流体は、ディフューザ流路40およびスクロール流路31をこの順に流れた後に、流体排出口34からスクロールケーシング3の外部に排出される。
(スクロール断面)
 図3および図4の夫々は、一実施形態にかかるスクロールケーシングのスクロール部の形状を説明するための説明図である。図3、図4では、スクロールケーシング3の軸線CAに沿った断面を概略的に示している。
 以下、図3、図4に示されるように、スクロール部32の内周面320において、遠心圧縮機1のディフューザ流路40のハブ側流路面162との接続位置を第1位置P1、遠心圧縮機1の径方向Yにおける最外側端を第2位置P2、遠心圧縮機1の軸方向Xにおける最前側端を第3位置P3、径方向Yにおける最内側端を第4位置P4、スクロール部32の内周面320に沿って第1位置P1から第4位置P4に向かう側である一方向UD側の端位置を第5位置P5と定義する。なお、第1位置P1は、内周面320において、軸方向Xにおける後側端であって、曲率半径が無限大(直線)から有限のものに変化する位置である。また、一方向UDは、スクロールケーシング3の軸線CAに沿った断面における、スクロール流路31の中心SCを中心とする反時計回り方向であり、一方向UD側は、その下流側である。
 幾つかの実施形態にかかるスクロールケーシング3は、図3、図4に示されるように、遠心圧縮機1のスクロール流路31を形成するスクロール部32(32A、32B)を備える。スクロール部32(32A、32B)は、図3、図4に示されるように、第1位置P1から一方向UD側に延在する第1円弧部5と、第1円弧部5よりも一方向UD側に形成された第2円弧部6と、第2円弧部6よりも一方向UD側に形成された第3円弧部7と、を少なくとも含む近円形スクロール断面42を有する。第2円弧部6は、第2位置P2から第4位置P4の間における少なくとも一部の領域を含むように形成されている。第3円弧部7は、少なくとも第5位置P5を含むように形成されている。なお、図3、図4では、第1円弧部5を一点鎖線で示し、第2円弧部6を点線で示し、第3円弧部7を二点鎖線で示している。
 第1円弧部5の曲率半径をR1、第2円弧部6の曲率半径をR2、第3円弧部7の曲率半径をR3と定義する。図3および図4に示される実施形態では、第1円弧部5、第2円弧部6および第3円弧部7の夫々は、各々の上流端から下流端までに亘り曲率半径R1~R3が一定になるように形成されている。
 図3、図4に示されるように、第1円弧部5は、ハブ側流路面162や第2円弧部6に滑らかに連続していることが好ましい。また、第3円弧部7は、第2円弧部6に滑らかに連続していることが好ましい。また、近円形スクロール断面42は、真円に近い形状が好ましい。
 以下、一方向UDにおける上流端を単に「上流端」と表記し、一方向UDにおける下流端を単に「下流端」と表記することがある。
 図3に示される実施形態では、スクロール部32(32A)の第1円弧部5は、内周面320における第1位置P1から第2位置P2までに亘り延在している。第2円弧部6は、内周面320における第2位置P2から第3位置P3までに亘り延在している。第3円弧部7は、内周面320における第3位置P3から第5位置P5までに亘り延在している。
 スクロール部32(32A)の第1円弧部5は、その上流端51が第1位置P1においてハブ側流路面162に接続され、その下流端52が第2位置P2において第2円弧部6の上流端61に接続されている。第3円弧部7は、その上流端71が第3位置P3において第2円弧部6の下流端62に接続され、その下流端72が第5位置P5に位置している。
 図4に示される実施形態では、スクロール部32(32B)の近円形スクロール断面42は、第1円弧部5と第2円弧部6とを接続する第1直線部8をさらに含む。第1直線部8は、軸方向Xに沿って延在している。スクロール部32(32B)の第1円弧部5は、内周面320における第1位置P1から、第2位置P2よりも一方向UDにおける上流側の位置P6までに亘り延在している。第2円弧部6は、内周面320における第2位置P2から第4位置P4までに亘り延在している。第3円弧部7は、内周面320における第4位置P4から第5位置P5までに亘り延在している。
 スクロール部32(32B)の第1円弧部5は、その上流端51が第1位置P1においてハブ側流路面162に接続され、その下流端52が第2位置P2よりも一方向UDにおける上流側の位置P6において第1直線部8の上流端(後側端)81に接続されている。第2円弧部6は、その上流端61が第2位置P2において第1直線部8の下流端(前側端)に接続され、その下流端62が第4位置P4において第3円弧部7の上流端71に接続されている。第3円弧部7の下流端72は、第5位置P5に位置している。
 なお、他の幾つかの実施形態では、スクロール部32(32A、32B)の近円形スクロール断面42は、第2円弧部6と第3円弧部7とを接続する不図示の第2直線部をさらに含んでいてもよい。
 図5は、比較例にかかるスクロールケーシングのスクロール部の形状を説明するための説明図である。図6は、図3、図4に示される一実施形態にかかるスクロール部の形状と、図5に示される比較例にかかるスクロール部の形状と、を比較するための比較図である。図6では、スクロール部32(32A、32B、32C)の内周面320における位置と曲率半径との関係を示している。
 比較例にかかるスクロールケーシング30は、図5に示されるように、スクロール流路31を形成するスクロール部32Cを備える。スクロール部32Cは、第1位置P1から一方向UD側に延在する第1円弧部5Aと、第1円弧部5Aよりも一方向UD側に形成された第2円弧部6Aであって、少なくとも第5位置P5を含むように形成された第2円弧部6Aと、を含む近円形スクロール断面42Aを有する。第1円弧部5Aの曲率半径をR4とし、第2円弧部6Aの曲率半径をR5と定義する。第1円弧部5Aおよび第2円弧部6Aの夫々は、各々の上流端から下流端までに亘り曲率半径R4、R5が一定になるように形成されている。なお、図5では、第1円弧部5Aを一点鎖線で示し、第2円弧部6Aを二点鎖線で示している。
 第1円弧部5Aは、その上流端51Aが第1位置P1においてハブ側流路面162に接続され、その下流端52Aが第2円弧部6Aの上流端61Aに接続されている。第2円弧部6Aの下流端62Aは、第5位置P5に位置している。
 図6に示されるように、スクロール部32(32A、32B)の近円形スクロール断面42は、三つの円弧部(第1円弧部5、第2円弧部6および第3円弧部7)を含む。この場合には、二つの円弧部(第1円弧部5Aおよび第2円弧部6A)を含む近円形スクロール断面42A(比較例)に比べて、第2位置P2よりも一方向UD側において、円弧部間の曲率半径の差を小さく抑えることができる。例えば、スクロール部32(32A、32B)における第2円弧部6と第3円弧部7との間の曲率半径の差を、比較例にかかるスクロール部32Cの第1円弧部5Aと第2円弧部6Aとの間の曲率半径の差よりも小さなものにできる。
 例えば図3に示されるように、ディフューザ流路40からスクロール流路31内に流れ込んだ流体は、旋回速度成分を有するので、第2位置P2よりも一方向UD側において、内周面320に沿って一方向UD側に向かって流れる旋回流SFを形成する。内周面320における第2位置P2よりも一方向UD側において、円弧部間の曲率半径の差を小さく抑え、内周面320の曲率変化量を小さなものにすることで、スクロール流路31内の旋回流SFの圧力損失を抑制できる。遠心圧縮機1の高流量運転時には、旋回流SFの旋回速度成分が大きなものになるので、スクロール流路31内の旋回流SFの圧力損失度合いが大きくなる。これに対して、内周面320の曲率変化量を小さなものにすることで、高い圧力損失低減効果を得ることができる。これにより、遠心圧縮機1の高流量運転時における効率を効果的に向上させることができる。
 上記の構成によれば、スクロール部32(32A、32B)は、少なくとも第1位置P1を含む第1円弧部5と、第1円弧部5よりも一方向UD側に形成され、第2位置P2から第4位置P4の間の少なくとも一部の領域を含む第2円弧部6と、第2円弧部6よりも一方向UD側に形成され、少なくとも第5位置P5を含む第3円弧部7と、を含む近円形スクロール断面42を有する。この場合には、近円形スクロール断面42は、三つの円弧部(第1円弧部5、第2円弧部6および第3円弧部7)を含むので、二つの円弧部(例えば、第1円弧部5A、第2円弧部6A)を含む場合に比べて、円弧部間の曲率半径の差を小さく抑えることができる。これにより、近円形スクロール断面42の第1円弧部5から第3円弧部7までに亘り、曲率の急変に伴う圧力損失の発生を効果的に抑制できる。
 幾つかの実施形態では、図6に示されるように、上述したスクロール部32(32A、32B)の内周面320は、少なくとも第2位置P2から第5位置P5に亘る範囲(好ましくは、第1位置P1から第5位置P5に亘る範囲)において、その曲率半径が一方向UD側に向かうにつれて単調減少するように形成されている。この場合には、近円形スクロール断面42における曲率の変化を緩やかなものにできるので、スクロール流路31における曲率の急変に伴う圧力損失の発生を抑制できる。
 幾つかの実施形態では、図3、図4、図6に示されるように、上述したスクロール部32(32A、32B)の近円形スクロール断面42は、R2>R3の関係を満たす。第2円弧部6の曲率半径R2を、第3円弧部7の曲率半径R3よりも大きなものにすることで、近円形スクロール断面42における第2円弧部6と第3円弧部7との間の曲率の変化を緩やかなものにできる。第2円弧部6と第3円弧部7との間の曲率の変化を緩やかにすることで、第2円弧部6と第3円弧部7との間における曲率の急変に伴う圧力損失の発生を抑制できる。また、上記の構成によれば、内周面320における第2位置P2から第5位置P5に亘る範囲において、内周面320の曲率半径を一方向UD側に向かうにつれて単調減少させることができる。
 幾つかの実施形態では、図3、6に示されるように、上述したスクロール部32(32A)の近円形スクロール断面42は、R1>R2の関係を満たす。第1円弧部5の曲率半径R1を、第2円弧部6の曲率半径R2よりも大きなものにすることで、近円形スクロール断面42における第1円弧部5と第2円弧部6との間の曲率の変化を緩やかなものにできる。これにより、第1円弧部5と第2円弧部6との間の曲率の急変に伴う圧力損失の発生を効果的に抑制できる。また、上記の構成によれば、内周面320における第1位置P1から第5位置P5に亘る範囲において、内周面320の曲率半径を一方向UD側に向かうにつれて単調減少させることができる。
 幾つかの実施形態では、図4、図6に示されるように、上述したスクロール部32(32B)の近円形スクロール断面42は、R2>R1の関係を満たす。第1円弧部5の曲率半径R1を、第2円弧部6の曲率半径R2よりも小さなものにすることで、スクロール流路31の径方向における最外側端(第2位置P2)の、遠心圧縮機1の軸線CAからの距離を短いものにできるため、スクロールケーシング30の小型化、ひいては遠心圧縮機1の小型化が図れる。また、スクロール流路31における第1円弧部5に面する領域31Aは、ディフューザ流路40からの流れが入り込む領域であり、スクロール流路31内に形成される旋回流SFは、上記領域31Aよりも下流側(一方向UD側)に形成される。このため、第1円弧部5の曲率半径R1が、第2円弧部6の曲率半径R2よりも小さくても、上記領域31Aよりも下流側における圧力損失の発生を抑制することで、スクロール流路における圧力損失の発生を十分に抑制できる。なお、第1円弧部5の曲率半径R1は、第3円弧部7の曲率半径R3よりも小さくしてもよい。
 幾つかの実施形態では、図4に示されるように、上述したスクロール部32(32B)の近円形スクロール断面42は、R2>R1の関係を満たす。また、上述した近円形スクロール断面42は、第1円弧部5と第2円弧部6とを接続する第1直線部8を含む。
 スクロール流路31の径方向における最外側端(第2位置P2)の、遠心圧縮機1の軸線CAからの距離を短くしたときに、第1円弧部5と第2円弧部6とを直接接続させることが困難となる虞がある。上記の構成によれば、第1円弧部5と第2円弧部6とを接続する第1直線部8により、第1円弧部5と第2円弧部6とが接続する形状を容易に成立させることができる。なお、第1直線部8が長いと、スクロール流路31における圧力損失の増加を招く虞があるため、第1直線部8はできる限り短いものにすることが好ましい。
 図7は、一実施形態にかかるスクロールケーシングのスクロール部の形状を説明するための説明図である。図7では、上述したスクロール部32(32A)の内周面320における位置と曲率半径との関係を示している。また、図7には、内周面320の曲率を一方向UD側に向かうにつれて連続的に小さくなるように構成された無限数の円弧部を含むスクロール部32Dを併せて示している。
 幾つかの実施形態では、図7に示されるように、上述したスクロール部32(32A)の近円形スクロール断面42は、R2/R1≧0.8、且つ、R3/R2≧0.8の関係を満たす。好ましくは、近円形スクロール断面42は、R2/R1≧0.9、且つ、R3/R2≧0.9の関係を満たす。
 上記の構成によれば、近円形スクロール断面42は、R2/R1≧0.8の関係を満たす。換言すると、第2円弧部6の曲率半径R2は、第1円弧部5の曲率半径R1に対する曲率半径の低減率が20%以下である。第1円弧部5と第2円弧部6との間の曲率変化量を小さなものにすることで、第1円弧部5と第2円弧部6との間における曲率の急変に伴う圧力損失の発生を効果的に抑制できる。また、近円形スクロール断面42は、R3/R2≧0.8の関係を満たす。換言すると、第3円弧部7の曲率半径R3は、第2円弧部6の曲率半径R2に対する曲率半径の低減率が20%以下である。第2円弧部6と第3円弧部7との間の曲率変化量を小さなものにすることで、第2円弧部6と第3円弧部7との間における曲率の急変に伴う圧力損失の発生を効果的に抑制できる。
 特に、近円形スクロール断面42が、R2/R1≧0.9、且つ、R3/R2≧0.9の関係を満たす場合には、近円形スクロール断面42における内周面320の曲率を一方向UD側に向かうにつれて連続的に減少させた場合(スクロール部32D)と殆ど遜色のない圧力損失の低減効果を得ることができる。
 図8は、一実施形態にかかるスクロールケーシングのスクロール部の形状を説明するための説明図である。図8では、上述したスクロール部32(32B)の内周面320における位置と曲率半径との関係を示している。また、図8には、内周面320の曲率を一方向UD側に向かうにつれて連続的に小さくなるように構成された無限数の円弧部を含む減少させたスクロール部32Eを併せて示している。
 幾つかの実施形態では、図8に示されるように、上述したスクロール部32(32B)の近円形スクロール断面42は、R3/R2≧0.8の関係を満たす。好ましくは、近円形スクロール断面42は、R3/R2≧0.9の関係を満たす。
 上記の構成によれば、近円形スクロール断面42は、R3/R2≧0.8の関係を満たす。換言すると、第3円弧部7の曲率半径R3は、第2円弧部6の曲率半径R2に対する曲率半径の低減率が20%以下である。第2円弧部6と第3円弧部7との間の曲率変化量を小さなものにすることで、第2円弧部6と第3円弧部7との間における曲率の急変に伴う圧力損失の発生を効果的に抑制できる。
 特に、近円形スクロール断面42が、R3/R2≧0.9の関係を満たす場合には、近円形スクロール断面42における内周面320の曲率を一方向UD側に向かうにつれて連続的に減少させた場合(スクロール部32E)と殆ど遜色のない圧力損失の低減効果を得ることができる。
 上述した幾つかの実施形態では、上述した近円形スクロール断面42は、各々が一定の曲率半径を有する三つの円弧部(第1円弧部5、第2円弧部6および第3円弧部7)を含んでいたが、他の幾つかの実施形態では、近円形スクロール断面42は、例えば、図7、図8に示されるような、内周面320における少なくとも第2位置P2から第5位置P5までに亘る範囲(好ましくは第1位置P1から第5位置P5までに亘る範囲)において、内周面320の曲率を一方向UD側に向かうにつれて連続的に減少させるように形成されている。この場合には、スクロール流路31における圧力損失を効果的に抑制できるが、内周面320の形状の形成が困難であり、スクロールケーシング3の製造コストの増大化を招く虞がある。これに対して、上述した三つの円弧部を含む近円形スクロール断面42は、内周面320の形状の形成が容易であり、スクロールケーシング3の製造コストの増大化を抑制できる。
 図9は、一実施形態にかかる遠心圧縮機の軸方向視におけるスクロール流路の概略図である。
 図9に示されるように、上述したスクロール流路31におけるスクロール中心O周りの角度位置θについて、スクロール流路31の巻き始め311と巻き終わり312の合流位置を60度とし、合流位置からスクロール流路31の下流側(図中スクロール中心O周りの時計回り方向)に向かって徐々に角度が大きくなるように角度位置θを定義する。
 幾つかの実施形態では、図9に示されるように、上述した近円形スクロール断面42は、角度位置θが120度から360度に亘る範囲Sに形成される。
 スクロール流路31は、巻き始め側に近いほどスクロール断面積が小さくなる。このため、巻き始め側では、上記近円形スクロール断面42の形成が困難となる虞がある。上記の構成によれば、近円形スクロール断面42の形成が容易である、角度位置θが120度から360度に亘る範囲Sに近円形スクロール断面42を形成することにより、スクロール流路31における圧力損失の発生を十分に抑制できる。なお、近円形スクロール断面42を、角度位置θが0度から120度に亘る範囲Tにも形成してもよい。近円形スクロール断面42は、上記範囲Sおよび範囲Tに形成されることが好ましい。
 幾つかの実施形態では、図3に示されるように、上述したスクロール部32における第3円弧部7は、少なくとも第3位置P3、第4位置P4及び第5位置P5を含むように形成される。図示される実施形態では、第3円弧部7は、第3位置P3から第5位置P5までに亘り、その曲率半径R3が一定になっている。上記の構成によれば、第3円弧部7は、第3位置P3、第4位置P4及び第5位置P5を含むので、近円形スクロール断面42は、スクロール断面42内に形成される旋回流SFの旋回状態を決定するために需要な範囲である、第3位置P3から第5位置P5までに亘る範囲において、曲率の変化を緩やかなものにでき、上記範囲における曲率の急変に伴う圧力損失の発生を効果的に抑制できる。特に、第3位置P3から第5位置P5までに亘る範囲において曲率半径R3を一定にすることで、上記範囲における曲率の急変に伴う圧力損失の発生をより効果的に抑制できる。
 幾つかの実施形態にかかる遠心圧縮機1は、図2に示されるように、上述したスクロールケーシング3を備える。この場合には、スクロール流路31における圧力損失の発生を抑制できるため、遠心圧縮機1の効率を向上できる。特に、高流量運転時に遠心圧縮機1の効率を効果的に向上できる。
 本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
 上述した幾つかの実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握されるものである。
1)本開示の少なくとも一実施形態にかかるスクロールケーシング(3)は、
 遠心圧縮機(1)のスクロールケーシング(3)であって、
 前記遠心圧縮機のスクロール流路(31)を形成するスクロール部(32)を備え、
 前記スクロール部の内周面(320)において、
  前記遠心圧縮機のディフューザ流路(40)のハブ側流路面(162)との接続位置を第1位置(P1)、
  前記遠心圧縮機の径方向における最外側端を第2位置(P2)、
  前記遠心圧縮機の軸方向における最前側端を第3位置(P3)、
  前記径方向における最内側端を第4位置(P4)、
  前記スクロール部の前記内周面に沿って前記第1位置(P1)から前記第4位置(P4)に向かう側である一方向(UD)側の端位置を第5位置(P5)、と定義した場合に、
 前記スクロール部(32)は、
  前記第1位置(P1)から前記一方向側に延在する第1円弧部(5)と、
  前記第1円弧部(5)よりも前記一方向側に形成された第2円弧部(6)であって、前記第2位置(P2)から前記第4位置(P4)の間における少なくとも一部の領域を含むように形成された第2円弧部(6)と、
  前記第2円弧部(6)よりも前記一方向側に形成された第3円弧部(7)であって、少なくとも前記第5位置(P5)を含むように形成された第3円弧部(7)と、を少なくとも含むとともに、
  前記第2円弧部(6)の曲率半径をR2、前記第3円弧部(7)の曲率半径をR3と定義した場合に、R2>R3の関係を満たす近円形スクロール断面(42)を有する。
 上記1)の構成によれば、スクロール部(32)は、少なくとも第1位置(P1)を含む第1円弧部(5)と、第1円弧部(5)よりも一方向(UD)側に形成され、第2位置(P2)から第4位置(P4)の間の少なくとも一部の領域を含む第2円弧部(6)と、第2円弧部(6)よりも上記一方向側に形成され、少なくとも第5位置(P5)を含む第3円弧部(7)と、を含む近円形スクロール断面(42)を有する。この場合には、近円形スクロール断面(42)は、三つの円弧部(第1円弧部5、第2円弧部6および第3円弧部7)を含むので、二つの円弧部を含む場合に比べて、円弧部間の曲率半径の差を小さく抑えることができる。これにより、近円形スクロール断面(42)の第1円弧部(5)から第3円弧部(7)までに亘り、曲率の急変に伴う圧力損失の発生を効果的に抑制できる。
 また、上記1)の構成によれば、第2円弧部(6)の曲率半径R2は、第3円弧部(7)の曲率半径R3よりも大きい。この場合には、近円形スクロール断面(42)における第2円弧部(6)と第3円弧部(7)との間の曲率の変化を緩やかなものにできる。第2円弧部(6)と第3円弧部(7)との間の曲率の変化を緩やかにすることで、第2円弧部(6)と第3円弧部(7)との間における曲率の急変に伴う圧力損失の発生を抑制できる。
2)幾つかの実施形態では、上記1)に記載のスクロールケーシング(3)であって、
 前記近円形スクロール断面(42)は、前記第1円弧部(5)の曲率半径をR1と定義した場合に、R1>R2の関係を満たす。
 上記2)の構成によれば、近円形スクロール断面(42)において、第1円弧部(5)の曲率半径R1は、第2円弧部(6)の曲率半径R2よりも大きい。この場合には、近円形スクロール断面(42)における第1円弧部(5)と第2円弧部(6)との間の曲率の変化を緩やかなものにできる。これにより、第1円弧部(5)と第2円弧部(6)との間の曲率の急変に伴う圧力損失の発生を効果的に抑制できる。
3)幾つかの実施形態では、上記1)に記載のスクロールケーシング(3)であって、
 前記近円形スクロール断面(42)は、前記第1円弧部(5)の曲率半径をR1と定義した場合に、R2>R1の関係を満たす。
 上記3)の構成によれば、近円形スクロール断面(42)において、第1円弧部(5)の曲率半径R1は、第2円弧部(6)の曲率半径R2よりも小さい。この場合には、スクロール流路(31)の径方向における最外側端(第2位置P2)の、遠心圧縮機の軸線(CA)からの距離を短いものにできるため、スクロールケーシング(30)の小型化、ひいては遠心圧縮機(1)の小型化が図れる。また、スクロール流路(31)における第1円弧部(5)に面する領域(31A)は、ディフューザ流路(40)からの流れが入り込む領域であり、スクロール流路(31)内に形成される旋回流(SF)は、上記領域(31A)よりも下流側(一方向UD側)に形成される。このため、第1円弧部(5)の曲率半径R1が、第2円弧部(6)の曲率半径R2よりも小さくても、上記領域(31A)よりも下流側における圧力損失の発生を抑制することで、スクロール流路(31)における圧力損失の発生を十分に抑制できる。
4)幾つかの実施形態では、上記3)に記載のスクロールケーシング(3)であって、
 前記近円形スクロール断面(42)は、前記第1円弧部(5)と前記第2円弧部(5)とを接続する第1直線部(8)をさらに含む。
 スクロール流路(31)の径方向における最外側端(第2位置P2)の、遠心圧縮機(1)の軸線(CA)からの距離を短くしたときに、第1円弧部(5)と第2円弧部(6)とを直接接続させることが困難となる虞がある。上記4)の構成によれば、第1円弧部(5)と第2円弧部(6)とを接続する第1直線部(8)により、第1円弧部(5)と第2円弧部(6)とが接続する形状を容易に成立させることができる。
5)幾つかの実施形態では、上記2)に記載のスクロールケーシング(3)であって、
 前記近円形スクロール断面(42)は、R2/R1≧0.8、且つ、R3/R2≧0.8の関係を満たす。
 上記5)の構成によれば、近円形スクロール断面(42)は、R2/R1≧0.8の関係を満たす。換言すると、第2円弧部(6)の曲率半径R2は、第1円弧部(5)の曲率半径R1に対する曲率半径の低減率が20%以下である。第1円弧部(5)と第2円弧部(6)との間の曲率変化量を小さなものにすることで、第1円弧部(5)と第2円弧部(6)との間における曲率の急変に伴う圧力損失の発生を効果的に抑制できる。また、近円形スクロール断面(42)は、R3/R2≧0.8の関係を満たす。換言すると、第3円弧部(7)の曲率半径R3は、第2円弧部(6)の曲率半径R2に対する曲率半径の低減率が20%以下である。第2円弧部(6)と第3円弧部(7)との間の曲率変化量を小さなものにすることで、第2円弧部(6)と第3円弧部(7)との間における曲率の急変に伴う圧力損失の発生を効果的に抑制できる。
6)幾つかの実施形態では、上記3)又は4)に記載のスクロールケーシング(3)であって、
 前記近円形スクロール断面(42)は、R3/R2≧0.8の関係を満たす。
 上記6)の構成によれば、近円形スクロール断面(42)は、R3/R2≧0.8の関係を満たす。換言すると、第3円弧部(7)の曲率半径R3は、第2円弧部(6)の曲率半径R2に対する曲率半径の低減率が20%以下である。第2円弧部(6)と第3円弧部(7)との間の曲率変化量を小さなものにすることで、第2円弧部(6)と第3円弧部(7)との間における曲率の急変に伴う圧力損失の発生を効果的に抑制できる。
7)幾つかの実施形態では、上記1)~6)の何れかに記載のスクロールケーシング(3)であって、
 前記スクロール流路(31)におけるスクロール中心(O)周りの角度位置(θ)について、前記スクロール流路(31)の巻き始め(311)と巻き終わり(312)の合流位置を60度とし、前記合流位置から前記スクロール流路(31)の下流側に向かって徐々に角度が大きくなるように角度位置(θ)を定義した場合に、
 前記近円形スクロール断面(42)は、前記角度位置(θ)が120度から360度に亘る範囲(S)に形成される。
 スクロール流路(31)は、巻き始め(311)側に近いほどスクロール断面積が小さくなる。このため、巻き始め側では、上記近円形スクロール断面(42)の形成が困難となる虞がある。上記7)の構成によれば、近円形スクロール断面(42)の形成が容易である、角度位置(θ)が120度から360度に亘る範囲(S)に近円形スクロール断面(42)を形成することにより、スクロール流路(31)における圧力損失の発生を十分に抑制できる。
8)幾つかの実施形態では、上記1)~7)の何れかに記載のスクロールケーシング(3)であって、
 前記第3円弧部(7)は、少なくとも前記第3位置(P3)、前記第4位置(P4)、及び前記第5位置(P5)を含むように形成される。
 上記8)の構成によれば、第3円弧部(7)は、第3位置(P3)、第4位置(P4)及び第5位置(P5)を含むので、近円形スクロール断面(42)は、スクロール断面(42)内に形成される旋回流(SF)の旋回状態を決定するために需要な範囲である、第3位置から第5位置までに亘る範囲において、曲率の変化を緩やかなものにでき、上記範囲における曲率の急変に伴う圧力損失の発生を効果的に抑制できる。
9)本開示の少なくとも一実施形態にかかる遠心圧縮機(1)は、
 上記1)~8)の何れかに記載のスクロールケーシング(3)を備える。
 上記9)の構成によれば、スクロール流路(31)における圧力損失の発生を抑制できるため、遠心圧縮機(1)の効率を向上できる。特に、高流量運転時に遠心圧縮機(1)の効率を効果的に向上できる。
1      遠心圧縮機
2      インペラ
21     ハブ
22     外面
23     インペラ翼
24     チップ側縁
3,30   スクロールケーシング
31     スクロール流路
31A    領域
32,32A~32E スクロール部
320    内周面
33     流体導入口
34     流体排出口
35     シュラウド面
36     吸気流路
37     吸気流路部
370    内壁面
38     シュラウド部
39     インペラ室
40     ディフューザ流路
41     チップ側流路面
42,42A 近円形スクロール断面
5,5A   第1円弧部
51,51A 上流端
52,52A 下流端
6,6A   第2円弧部
61,61A 上流端
62,62A 下流端
7      第3円弧部
71     上流端
72     下流端
8      第1直線部
10     ターボチャージャ
11     タービン
12     回転シャフト
13     タービンロータ
14     タービンケーシング
141    排ガス導入口
142    排ガス排出口
15     軸受
16     軸受ハウジング
161    インペラ室形成面
162    ハブ側流路面
CA     軸線
P1     第1位置
P2     第2位置
P3     第3位置
P4     第4位置
P5     第5位置
P6     位置
R1~R5  曲率半径
S,T    範囲
SF     旋回流
UD     一方向
X      軸方向
XF     (軸方向の)前側
XR     (軸方向の)後側
Y      径方向

Claims (9)

  1.  遠心圧縮機のスクロールケーシングであって、
     前記遠心圧縮機のスクロール流路を形成するスクロール部を備え、
     前記スクロール部の内周面において、
      前記遠心圧縮機のディフューザ流路のハブ側流路面との接続位置を第1位置、
      前記遠心圧縮機の径方向における最外側端を第2位置、
      前記遠心圧縮機の軸方向における最前側端を第3位置、
      前記径方向における最内側端を第4位置、
      前記スクロール部の前記内周面に沿って前記第1位置から前記第4位置に向かう側である一方向側の端位置を第5位置、と定義した場合に、
     前記スクロール部は、
      前記第1位置から前記一方向側に延在する第1円弧部と、
      前記第1円弧部よりも前記一方向側に形成された第2円弧部であって、前記第2位置から前記第4位置の間における少なくとも一部の領域を含むように形成された第2円弧部と、
      前記第2円弧部よりも前記一方向側に形成された第3円弧部であって、少なくとも前記第5位置を含むように形成された第3円弧部と、を少なくとも含むとともに、
      前記第2円弧部の曲率半径をR2、前記第3円弧部の曲率半径をR3と定義した場合に、R2>R3の関係を満たす近円形スクロール断面を有する、
    スクロールケーシング。
  2.  前記近円形スクロール断面は、前記第1円弧部の曲率半径をR1と定義した場合に、R1>R2の関係を満たす、
    請求項1に記載のスクロールケーシング。
  3.  前記近円形スクロール断面は、前記第1円弧部の曲率半径をR1と定義した場合に、R2>R1の関係を満たす、
    請求項1に記載のスクロールケーシング。
  4.  前記近円形スクロール断面は、前記第1円弧部と前記第2円弧部とを接続する第1直線部をさらに含む、
    請求項3に記載のスクロールケーシング。
  5.  前記近円形スクロール断面は、R2/R1≧0.8、且つ、R3/R2≧0.8の関係を満たす、
    請求項2に記載のスクロールケーシング。
  6.  前記近円形スクロール断面は、R3/R2≧0.8の関係を満たす、
    請求項3又は4に記載のスクロールケーシング。
  7.  前記スクロール流路におけるスクロール中心周りの角度位置について、前記スクロール流路の巻き始めと巻き終わりの合流位置を60度とし、前記合流位置から前記スクロール流路の下流側に向かって徐々に角度が大きくなるように角度位置を定義した場合に、
     前記近円形スクロール断面は、前記角度位置が120度から360度に亘る範囲に形成される、
    請求項1乃至6の何れか1項に記載のスクロールケーシング。
  8.  前記第3円弧部は、少なくとも前記第3位置、前記第4位置、及び前記第5位置を含むように形成される、
    請求項1乃至7の何れか1項に記載のスクロールケーシング。
  9.  請求項1乃至8の何れか1項に記載のスクロールケーシングを備える遠心圧縮機。
PCT/JP2020/016871 2020-04-17 2020-04-17 スクロールケーシングおよび遠心圧縮機 WO2021210164A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2020/016871 WO2021210164A1 (ja) 2020-04-17 2020-04-17 スクロールケーシングおよび遠心圧縮機
DE112020005576.0T DE112020005576T5 (de) 2020-04-17 2020-04-17 Spiralgehäuse und zentrifugalverdichter
US17/794,118 US20230049412A1 (en) 2020-04-17 2020-04-17 Scroll casing and centrifugal compressor
CN202080096631.1A CN115135884A (zh) 2020-04-17 2020-04-17 涡旋壳体以及离心压缩机
JP2022515165A JP7413514B2 (ja) 2020-04-17 2020-04-17 スクロールケーシングおよび遠心圧縮機

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2020/016871 WO2021210164A1 (ja) 2020-04-17 2020-04-17 スクロールケーシングおよび遠心圧縮機

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021210164A1 true WO2021210164A1 (ja) 2021-10-21

Family

ID=78083865

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/016871 WO2021210164A1 (ja) 2020-04-17 2020-04-17 スクロールケーシングおよび遠心圧縮機

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230049412A1 (ja)
JP (1) JP7413514B2 (ja)
CN (1) CN115135884A (ja)
DE (1) DE112020005576T5 (ja)
WO (1) WO2021210164A1 (ja)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017072899A1 (ja) * 2015-10-29 2017-05-04 三菱重工業株式会社 スクロールケーシング及び遠心圧縮機
WO2018174166A1 (ja) * 2017-03-24 2018-09-27 株式会社Ihi 遠心圧縮機

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4492045B2 (ja) * 2003-06-13 2010-06-30 株式会社Ihi 遠心圧縮機
JP5517914B2 (ja) * 2010-12-27 2014-06-11 三菱重工業株式会社 遠心圧縮機のスクロール構造
JP5479316B2 (ja) * 2010-12-28 2014-04-23 三菱重工業株式会社 遠心圧縮機のスクロール構造
JP5517981B2 (ja) * 2011-03-17 2014-06-11 三菱重工業株式会社 遠心圧縮機のスクロール構造
JP5439423B2 (ja) * 2011-03-25 2014-03-12 三菱重工業株式会社 遠心圧縮機のスクロール形状
DE102014206114A1 (de) * 2014-04-01 2015-10-01 Mahle International Gmbh Gehäuse eines Radialgebläses
KR102240314B1 (ko) * 2015-02-16 2021-04-14 삼성전자주식회사 공기조화기용 스크롤 및 이를 구비하는 공기조화기
JP6347457B2 (ja) * 2015-10-29 2018-06-27 三菱重工エンジン&ターボチャージャ株式会社 スクロールケーシング及び遠心圧縮機
JP6470853B2 (ja) * 2015-12-25 2019-02-13 三菱重工エンジン&ターボチャージャ株式会社 遠心圧縮機及びターボチャージャ
US11067094B2 (en) * 2016-03-30 2021-07-20 Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd. Compressor scroll and centrifugal compressor
JP6642711B2 (ja) * 2016-07-01 2020-02-12 株式会社Ihi 遠心圧縮機
SG11202003770XA (en) * 2017-10-31 2020-05-28 Mitsubishi Electric Corp Centrifugal fan, air-sending device, air-conditioning apparatus, and refrigeration cycle apparatus
JP6842564B2 (ja) * 2017-11-06 2021-03-17 三菱重工エンジン&ターボチャージャ株式会社 遠心圧縮機及びこの遠心圧縮機を備えたターボチャージャ

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017072899A1 (ja) * 2015-10-29 2017-05-04 三菱重工業株式会社 スクロールケーシング及び遠心圧縮機
WO2018174166A1 (ja) * 2017-03-24 2018-09-27 株式会社Ihi 遠心圧縮機

Also Published As

Publication number Publication date
JP7413514B2 (ja) 2024-01-15
DE112020005576T5 (de) 2022-10-06
US20230049412A1 (en) 2023-02-16
JPWO2021210164A1 (ja) 2021-10-21
CN115135884A (zh) 2022-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2960528B1 (en) Centrifugal compressor
US9657573B2 (en) Mixed flow turbine
EP2994647B1 (en) Centrifugal compressor with inlet duct having swirl generators
US9745859B2 (en) Radial-inflow type axial flow turbine and turbocharger
JP6801009B2 (ja) タービンホイール、タービン及びターボチャージャ
CN111911455A (zh) 离心压缩机的叶轮、离心压缩机以及涡轮增压器
WO2021210164A1 (ja) スクロールケーシングおよび遠心圧縮機
WO2022054561A1 (ja) タービンホイール、タービン及びターボチャージャ
US20180163731A1 (en) Centrifugal compressor and turbocharger
US11982292B2 (en) Scroll casing and centrifugal compressor
WO2021234886A1 (ja) コンプレッサハウジングおよび遠心圧縮機
US11835057B2 (en) Impeller of centrifugal compressor, centrifugal compressor, and turbocharger
US11988227B2 (en) Compressor housing and centrifugal compressor
US20230272805A1 (en) Compressor housing and centrifugal compressor
WO2023248534A1 (ja) 遠心圧縮機のインペラ、遠心圧縮機及びターボチャージャ
US11821339B2 (en) Turbocharger
WO2023187913A1 (ja) 斜流タービン及びターボチャージャ
WO2024116411A1 (ja) タービンハウジング、タービン及びターボチャージャ
CN116066412A (zh) 有叶扩散器以及离心压缩机
CN113423929A (zh) 喷嘴叶片

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20931627

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022515165

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20931627

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1