JP2012184751A - Turbocompressor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インペラを回転させることでガスを圧縮するターボ圧縮機に関する。 The present invention relates to a turbo compressor that compresses gas by rotating an impeller.
従来技術に係るターボ圧縮機として、車両用エンジンに用いられる過給器を構成する圧縮機には遠心圧縮機が広く用いられている。過給器を構成する圧縮機としては、低流量域から作動することが求められているが、遠心圧縮機においては、空気流量が減少してくると、インペラとハウジングとの間の隙間から圧縮された空気が逆流する現象が発生することが確認されている。また、この逆流流れが、インペラに吸込まれる主流を乱し、サージを引き起こす一因にもなっていることも確認されている。 As a conventional turbo compressor, a centrifugal compressor is widely used as a compressor constituting a supercharger used for a vehicle engine. The compressor constituting the supercharger is required to operate from a low flow rate range, but in a centrifugal compressor, when the air flow rate decreases, the compressor is compressed from the gap between the impeller and the housing. It has been confirmed that a phenomenon occurs in which the generated air flows backward. It has also been confirmed that this backflow flow disturbs the main flow sucked into the impeller and causes a surge.
そこで、サージの発生を抑制するとともに、圧縮機の作動領域を拡げるため、特許文献1〜特許文献3に示すように、インペラに吸込まれた空気の一部をインペラの上流側に戻し、循環させることが行なわれている。つまり、インペラに吸込まれた空気の一部を上流側に戻し、循環させることによって、圧縮機に吸込まれる空気量よりも、循環する分だけインペラに吸込まれる空気量を増やすことができる。その結果として、循環する空気流量分だけ、サージ発生の限界域を低流量側へ移動させ、遠心圧縮機の作動領域を拡大している。
Therefore, in order to suppress the occurrence of surge and expand the operating range of the compressor, as shown in
ところが、上記従来の遠心圧縮機のように、吸入空気の一部を循環させる構成に対しても、さらに低流量側へ圧縮機の作動領域を拡げることが望まれている。しかしながら、吸入空気の一部を循環させる手法は、循環する空気流量分だけ圧縮機から吐出される空気流量が減少し、損失となるため、循環させる流量をできるだけ抑えなければならない。 However, it is desired that the operating area of the compressor be further expanded to the low flow rate side even in a configuration in which a part of the intake air is circulated as in the conventional centrifugal compressor. However, in the method of circulating a part of the intake air, the flow rate of air discharged from the compressor is reduced by the amount of the circulating air flow, resulting in a loss. Therefore, the flow rate of circulation must be suppressed as much as possible.
そこで、本発明は、循環する空気流量を増大させることなく、低流量側へ作動領域を拡げることができるターボ圧縮機を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the turbo compressor which can expand an operation area | region to the low flow rate side, without increasing the air flow rate to circulate.
上記目的を達成するため、請求項1に記載した本発明のターボ圧縮機は、回転軸周りに回転可能に配置されたインペラと、
該回転軸に沿った略筒形状を有し、内部に該インペラが軸支されたハウジングと、
該ハウジングの筒壁内に周方向に沿って連通する環状のキャビティ部と、
該キャビティ部の上流側に連通する上流側連通部を介して、該インペラの上流に開口する上流側開口部と、
該キャビティ部の該上流側連通部よりも下流側に連通する下流側連通部を介して、該インペラの側方に開口する下流側開口部とを備えたターボ圧縮機であって、
前記上流側開口部に、前記回転軸方向に沿って、且つ内径側に突出する板状の整流板を周方向に等間隔に備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the turbo compressor according to the first aspect of the present invention includes an impeller arranged to be rotatable about a rotation axis;
A housing having a substantially cylindrical shape along the rotation axis, in which the impeller is pivotally supported;
An annular cavity communicating in the circumferential direction within the cylindrical wall of the housing;
An upstream opening opening upstream of the impeller via an upstream communication portion communicating with the upstream side of the cavity portion;
A turbo compressor provided with a downstream side opening that opens to the side of the impeller via a downstream side communication part that communicates with the downstream side of the upstream side communication part of the cavity part,
The upstream opening is provided with plate-like rectifying plates that protrude along the rotation axis direction and toward the inner diameter side at equal intervals in the circumferential direction.
請求項1に記載した本発明のターボ圧縮機によれば、上流側開口部に整流板を設けることによって、上流側開口部から流出し、インペラの回転方向に旋回しつつ、ハウジングの内周壁に沿って逆流する流れの旋回を止めつつ、逆流を弱めることができる。これによって、サージ発生の限界域が低流量側へ移動し、作動領域を拡大することができる。
According to the turbo compressor of the present invention described in
請求項2に記載した本発明のターボ圧縮機は、請求項1に記載のターボ圧縮機において、
前記上流側連通部内に、周方向に等間隔に、且つ外径側から内径側に向けて板状の導流板を備え、
前記整流板が該導流板の内径側端部に延設されたことを特徴とする。
The turbo compressor of the present invention described in
In the upstream communication portion, provided with a plate-shaped flow guide plate at equal intervals in the circumferential direction and from the outer diameter side toward the inner diameter side,
The rectifying plate is extended at an inner diameter side end portion of the flow guide plate.
請求項2に記載した本発明のターボ圧縮機よれば、上流側連通部内に導流板が立設され、導流板の内径側端部に整流板を一体に形成したことによって、
インペラの回転方向と逆回転方向の流れが、ハウジングの内周壁に沿って流出するため、インペラの回転方向に旋回しつつ、ハウジングの内周壁に沿って逆流する流れをより効果的に抑制することができる。これによって、サージ発生の限界域がさらに低流量側へ移動し、作動領域を拡大することができる。
According to the turbo compressor of the present invention described in
Since the flow in the direction opposite to the rotation direction of the impeller flows out along the inner peripheral wall of the housing, the flow flowing back along the inner peripheral wall of the housing is more effectively suppressed while turning in the rotation direction of the impeller. Can do. As a result, the limit region of surge generation is further moved to the low flow rate side, and the operation region can be expanded.
請求項3に記載した本発明のターボ圧縮機は、請求項1に記載のターボ圧縮機において、
前記整流板が前記上流側開口部よりも上流側へ延設されたことを特徴とする。
The turbo compressor of the present invention described in claim 3 is the turbo compressor according to
The rectifying plate is extended upstream from the upstream opening.
請求項3に記載した本発明のターボ圧縮機よれば、整流板が上流側開口部よりも上流側へ延設されたことによって、インペラの回転方向に旋回しつつ、ハウジングの内周壁に沿って逆流する流れを広い範囲で抑制することができる。これによって、サージ発生の限界域をさらに低流量側へ移動し、作動領域を拡大することができる。 According to the turbo compressor of the present invention as set forth in claim 3, the rectifying plate extends upstream from the upstream opening, thereby turning along the inner peripheral wall of the housing while turning in the rotation direction of the impeller. The reverse flow can be suppressed in a wide range. As a result, the surge generation limit region can be further moved to the low flow rate side, and the operation region can be expanded.
請求項4に記載した本発明のターボ圧縮機は、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のターボ圧縮機において、
前記上流側開口部の内径側に、前記ハウジングの内周面から所定の間隔を空けて同心円状に配置される円筒状の筒状体を備え、
該筒状体が前記整流板によって支持されたことを特徴とする。
The turbo compressor of the present invention described in claim 4 is the turbo compressor according to any one of
Provided on the inner diameter side of the upstream opening, a cylindrical tubular body arranged concentrically with a predetermined interval from the inner peripheral surface of the housing,
The cylindrical body is supported by the current plate.
請求項4に記載した本発明のターボ圧縮機よれば、上流側開口部の内径側に、ハウジングの内周面から所定の間隔を空けて同心円状に配置される円筒状の筒状体を備えたことによって、ハウジングの内周壁に沿って逆流する流れは、ハウジングの内周壁と筒状体との間に留まり、回転軸方向へ拡がることを抑制される。これにより、インペラには安定した流れが供給され、サージ発生を抑制することができる。 According to the turbo compressor of the present invention as set forth in claim 4, the cylindrical tubular body disposed concentrically at a predetermined interval from the inner peripheral surface of the housing is provided on the inner diameter side of the upstream opening. As a result, the flow flowing backward along the inner peripheral wall of the housing stays between the inner peripheral wall of the housing and the cylindrical body, and is prevented from spreading in the direction of the rotation axis. As a result, a stable flow is supplied to the impeller, and the occurrence of surge can be suppressed.
請求項5に記載した本発明のターボ圧縮機は、請求項4に記載のターボ圧縮機において、
前記筒状体が前記上流側開口部よりも上流側へ延設されたことを特徴とする。
The turbo compressor of the present invention described in claim 5 is the turbo compressor according to claim 4,
The cylindrical body is characterized by extending upstream from the upstream opening.
請求項5に記載した本発明のターボ圧縮機よれば、筒状体が上流側開口部よりも上流側へ延設されたことによって、ハウジングの内周壁に沿って逆流する流れを、回転軸方向へ拡がることを広い範囲に渡って抑制することができる。これにより、インペラにはさらに安定した流れが供給され、サージ発生をより一層抑制することができる。 According to the turbo compressor of the present invention as set forth in claim 5, when the cylindrical body is extended to the upstream side from the upstream side opening, the flow that flows backward along the inner peripheral wall of the housing is caused in the direction of the rotation axis. It can be suppressed over a wide range. Thereby, a more stable flow is supplied to the impeller, and the occurrence of surge can be further suppressed.
本発明のターボ圧縮機では、循環する空気流量を増大させることなく、サージ発生の限界域を低流量側へ移動し、作動領域を拡大することができる。 In the turbo compressor of the present invention, the operating range can be expanded by moving the surge generation limit region to the low flow rate side without increasing the circulating air flow rate.
本発明の第1実施形態について、図1を参照して説明する。本実施形態のターボ圧縮機は、車両用エンジン(図示せず)の過給器を構成し、回転軸方向に沿って導入する空気を圧縮しつつ、放射状に吐出する遠心圧縮機1である。この遠心圧縮機1は、主にインペラ11と、ハウジング21とで構成されている。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The turbo compressor of the present embodiment is a
インペラ11は、回転軸L周りに回転可能に軸支され、上流側から下流側に向かって拡径する末広がりの略円錐台形状を備えたハブ12と、ハブ12の回転軸Lに対して傾斜する傾斜側面13に所定の間隔で配置されたブレード14とで構成されている。
The
ハウジング21は、ハウジング21の最上流側に位置し、円筒形状を有し、筒内に導入された空気が流れる主流路50が形成され、環状の入口縁22からブレード14の上流端15に向けて主流路50が徐々に縮径する導入部23と、導入部23の下流側に位置し、上流側から下流側に向かってインペラ11の外形形状に沿って徐々に拡径する円筒形状を有し、筒内にインペラ11を回転可能に収容する圧縮部24と、圧縮部24の下流側に位置し、インペラ11から放射状に排出された圧縮空気を機外に吐出する渦巻き状の導出部25と、導出部25の中心に位置し、インペラ11を軸支する基部26と、で構成されている。
The
ハウジング21の導入部23から圧縮部24に移行する部位には、筒壁内に周方向に沿って連通する環状のキャビティ部34と、キャビティ部34の上流側に連通する上流側連通部33を介して、インペラ11の上流に開口する上流側開口部32と、キャビティ部34の上流側連通部33よりも下流側に連通する下流側連通部35を介して、インペラ11の側方に開口する下流側開口部36とからなる循環路31が設けられている。
An
また、上流側開口部32には、回転軸方向に沿って、且つ内径側に突出する板状の整流板42が、周方向に等間隔に設けられている。各整流板42は、上流側開口部32の上流側に突設されつつ、上流側開口部32上に重なるように延びている。整流板42の導入部23内面からの径方向高さは、回転軸Lの上流側からインペラ11を見た際に、整流板42がインペラ11に重ならないように設定されている。
The
上記構成において、インペラ11が回転すると、入口縁22から回転軸L方向に沿って導入部23に導入された空気は、インペラ11に吸込まれる。そして、吸込まれた空気は、ハブ12の傾斜側面13に沿いつつ、インペラ11のブレード14によって旋回しながら圧縮され、導出部25から吐出される。
In the above configuration, when the
また、インペラ11に吸込まれた空気の一部は、下流側開口部36から循環路31を通じて上流側開口部32から導入部23内へ流出する。上流側開口部32から導入部23内へ流出した空気は、上流の入口縁22から導入された空気と合流し、インペラ11に吸込まれる。
Further, a part of the air sucked into the
そして、上記構成において、サージ発生の限界域付近まで空気流量が減少した場合には、上流側開口部32から導入部23内に流出した循環流の一部が、導入部23内面に沿ってインペラ11の回転方向に旋回しながら入口縁22に向かって逆流を始めようとするが、逆流しようとする流れは、上流側開口部32に設けられた整流板42によって、旋回が妨げられて不安定になり、逆流が弱められ、あるいは消される。これによって、インペラ11に吸込まれる空気の流れが安定して、サージ発生の限界域が低流量側へ移動し、遠心圧縮機1の作動領域を拡大することができる。
In the above configuration, when the air flow rate decreases to the vicinity of the surge generation limit region, a part of the circulating flow flowing out from the
次に、本発明の第2実施形態について図2、図3を参照して説明する。本実施形態の構成と上記第1実施形態の構成とで大きく異なるのは、循環路31a、および整流板42aの構成である。その他の構成は第1実施形態と同様であり、同様の構成については同一の符号を付すとともに、詳細な説明を省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. What is greatly different between the configuration of the present embodiment and the configuration of the first embodiment is the configuration of the
本実施形態の循環路31aには、図3に示すように、上流側連通部33内に、周方向に等間隔に、且つ外径側から内径側に向けて板状の導流板41aを備えている。各導流板41aは、回転軸Lを中心とする半径方向に対して斜めに配置されている。各導流板41aの半径方向に対する角度は、上流側開口部32から導入部23内に流出する循環流が、インペラ11の回転方向と逆向きに旋回するように設定されている。また、整流板42aが、導流板41aの内径側端部に上流側開口部32から導入部23内へ突出するように延設されている。なお、整流板42aの導入部23内面からの径方向高さは、上記第1実施形態と同様に、回転軸Lの上流側からインペラ11を見た際に、整流板42aがインペラ11に重ならないように設定されている。
In the
上記構成において、インペラ11が回転した際に、インペラ11に吸込まれた空気の一部は、循環路31内の導流板41a、および整流板42aによって、インペラ11の回転方向と逆向きに旋回しつつ、上流側開口部32から導入部23内へ流出する。
In the above configuration, when the
そして、上記構成において、サージ発生の限界域付近まで空気流量が減少した場合には、上流側開口部32から導入部23内に流出した循環流の一部が、導入部23内面に沿ってインペラ11の回転方向に旋回しながら入口縁22に向かって逆流を始めようとするが、逆流しようとする流れは、循環流がインペラ11に対して逆旋回していることによって、旋回が妨げられて不安定になり、逆流が弱められ、あるいは消される。これによって、インペラ11に吸込まれる空気の流れが安定して、サージ発生の限界域が低流量側へ移動し、遠心圧縮機1の作動領域を拡大することができる。
In the above configuration, when the air flow rate decreases to the vicinity of the surge generation limit region, a part of the circulating flow flowing out from the
第2実施形態の別態様として、図4に示すように、上流側開口部32から導入部23内に突出する整流板42aを、上流側開口部32からの突出寸法はそのままに、上流側に延長したものがある。
As another aspect of the second embodiment, as shown in FIG. 4, the rectifying
このような態様では、整流板42aが上流側へ延長されたことによって、逆流しようとする流れの発生を広い範囲で防ぐことができるので、インペラ11に吸込まれる空気の流れがさらに安定して、サージ発生の限界域が低流量側へ移動し、遠心圧縮機1の作動領域を拡大することができる。
In such an embodiment, since the
次に、本発明の第3実施形態について図5を参照して説明する。本実施形態の構成と上記第1実施形態の構成とで大きく異なるのは、整流板42bで筒状体を支持している点である。その他の構成は第1実施形態と同様であり、同様の構成については同一の符号を付すとともに、詳細な説明を省略する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A significant difference between the configuration of the present embodiment and the configuration of the first embodiment is that the cylindrical body is supported by the rectifying
本実施形態の循環路31内には、第1実施形態と同様に、導流板41aは配置されておらず、回転軸方向に沿って、且つ内径側に突出する板状の整流板42bが、周方向に等間隔に設けられている。各整流板42bは、上流側開口部32の上流側に突設されつつ、上流側開口部32上に重なるように延びている。
As in the first embodiment, the
そして、整流板42bの内径側端縁には、導入部23と同心円状に配置される円筒状の筒状体43bが配置されている。筒状体43bの半径は、回転軸Lの上流側からインペラ11を見た際に、筒状体43bがインペラ11に重ならないように設定されている。つまり、上流側開口部32の内径側に、筒状体43bが整流板42bによって支持されている。
A cylindrical
上記構成において、インペラ11が回転した際に、インペラ11に吸込まれた空気の一部は、循環路31を通じて、インペラ11の回転方向に旋回しつつ、上流側開口部32から循環流として導入部23内へ流出する。導入部23内に流出した循環流は、筒状体43bの外周面と、整流板42bと導入部内面とで囲まれた筒状流路51bを通じて、インペラ11に吸込まれる。
In the above configuration, when the
そして、上記構成において、サージ発生の限界域付近まで空気流量が減少した場合には、上流側開口部32から導入部23内に流出した循環流の一部が、導入部23内面に沿ってインペラ11の回転方向に旋回しながら入口縁22に向かって逆流を始めようとするが、逆流しようとする流れは、上流側開口部32に設けられた整流板42bと筒状体43bとによって、旋回が妨げられるとともに、内径側へ拡がることが妨げられて不安定になり、逆流が弱められ、あるいは消される。これによって、インペラ11に吸込まれる空気の流れがより一層安定して、サージ発生の限界域が低流量側へ移動し、遠心圧縮機1の作動領域を拡大することができる。
In the above configuration, when the air flow rate decreases to the vicinity of the surge generation limit region, a part of the circulating flow flowing out from the
次に、本発明の第4実施形態について図6、図7を参照して説明する。本実施形態の構成と上記第2実施形態の構成とで大きく異なるのは、整流板42cで筒状体を支持している点である。その他の構成は第2実施形態と同様であり、同様の構成については同一の符号を付すとともに、詳細な説明を省略する。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The main difference between the configuration of the present embodiment and the configuration of the second embodiment is that the rectifying
本実施形態の循環路31c内には、第2実施形態と同様に、循環路31c内に導流板41cが配置され、導流板41cの内径側端部には、上流側開口部32から導入部23内へ突出するように整流板42cが延設されている。
In the
そして、整流板42cの内径側端縁には、導入部23と同心円状に配置される円筒状の筒状体43cが配置されている。筒状体43cの半径は、回転軸Lの上流側からインペラ11を見た際に、筒状体43cがインペラ11に重ならないように設定されている。
A cylindrical
上記構成において、インペラ11が回転した際に、インペラ11に吸込まれた空気の一部は、循環路31cを通じて、インペラ11の回転方向と逆向きに旋回しつつ、上流側開口部32から循環流として導入部23内へ流出する。導入部23内に流出した循環流は、筒状体43cの外周面と、整流板42cと導入部内面とで囲まれた筒状流路51cを通じて、インペラ11に吸込まれる。
In the above configuration, when the
そして、上記構成において、サージ発生の限界域付近まで空気流量が減少した場合には、上流側開口部32から導入部23内に流出した循環流の一部が、導入部23内面に沿ってインペラ11の回転方向に旋回しながら入口縁22に向かって逆流を始めようとするが、逆流しようとする流れは、上流側開口部32に設けられた整流板42cと筒状体43cとによって、旋回が妨げられるとともに、内径側へ拡がることが妨げられて不安定になり、逆流が弱められ、あるいは消される。これによって、インペラ11に吸込まれる空気の流れがより一層安定して、サージ発生の限界域が低流量側へ移動し、遠心圧縮機1の作動領域を拡大することができる。
In the above configuration, when the air flow rate decreases to the vicinity of the surge generation limit region, a part of the circulating flow flowing out from the
第4実施形態の別態様として、図8に示すように、上流側開口部32から導入部23内に突出する整流板42cと筒状体43cとを、上流側に延長したものがある。
As another aspect of the fourth embodiment, as shown in FIG. 8, there is one in which a rectifying
このような態様では、整流板42cと筒状体43cとが上流側へ延長されたことによって、逆流しようとする流れの発生を広い範囲で防ぐことができるので、インペラ11に吸込まれる空気の流れがさらに安定して、サージ発生の限界域が低流量側へ移動し、遠心圧縮機1の作動領域を拡大することができる。
In such an embodiment, since the
1…遠心圧縮機(ターボ圧縮機)
21…ハウジング
32…上流側開口部
33…上流側連通部
34…キャビティ部
41a,41c…導流板
42,42a,42b,42c…整流板
43b,43c…筒状体
1 ... Centrifugal compressor (turbo compressor)
DESCRIPTION OF
Claims (5)
該回転軸に沿った略筒形状を有し、内部に該インペラが軸支されたハウジングと、
該ハウジングの筒壁内に周方向に沿って連通する環状のキャビティ部と、
該キャビティ部の上流側に連通する上流側連通部を介して、該インペラの上流に開口する上流側開口部と、
該キャビティ部の該上流側連通部よりも下流側に連通する下流側連通部を介して、該インペラの側方に開口する下流側開口部とを備えたターボ圧縮機であって、
前記上流側開口部に、前記回転軸方向に沿って、且つ内径側に突出する板状の整流板を周方向に等間隔に備えたことを特徴とするターボ圧縮機。 An impeller arranged to be rotatable around a rotation axis;
A housing having a substantially cylindrical shape along the rotation axis, in which the impeller is pivotally supported;
An annular cavity communicating in the circumferential direction within the cylindrical wall of the housing;
An upstream opening opening upstream of the impeller via an upstream communication portion communicating with the upstream side of the cavity portion;
A turbo compressor provided with a downstream side opening that opens to the side of the impeller via a downstream side communication part that communicates with the downstream side of the upstream side communication part of the cavity part,
A turbo compressor characterized in that a plate-like rectifying plate projecting toward the inner diameter side along the rotational axis direction is provided at equal intervals in the circumferential direction in the upstream opening.
前記上流側連通部内に、周方向に等間隔に、且つ外径側から内径側に向けて板状の導流板が立設され、
前記整流板が該導流板の内径側端部に延設されたことを特徴とするターボ圧縮機。 The turbo compressor according to claim 1, wherein
In the upstream communication portion, a plate-shaped flow guide plate is erected from the outer diameter side toward the inner diameter side at equal intervals in the circumferential direction,
A turbo compressor characterized in that the flow straightening plate is extended to an inner diameter side end portion of the flow guide plate.
前記整流板が前記上流側開口部よりも上流側へ延設されたことを特徴とするターボ圧縮機。 The turbo compressor according to claim 1, wherein
The turbo compressor characterized in that the flow straightening plate extends upstream from the upstream opening.
前記上流側開口部の内径側に、前記ハウジングの内周面から所定の間隔を空けて同心円状に配置される円筒状の筒状体を備え、
該筒状体が前記整流板によって支持されたことを特徴とするターボ圧縮機。 The turbo compressor according to any one of claims 1 to 3,
Provided on the inner diameter side of the upstream opening, a cylindrical tubular body arranged concentrically with a predetermined interval from the inner peripheral surface of the housing,
A turbo compressor characterized in that the cylindrical body is supported by the current plate.
前記筒状体が前記上流側開口部よりも上流側へ延設されたことを特徴とするターボ圧縮機。 The turbo compressor according to claim 4, wherein
The turbo compressor characterized in that the cylindrical body extends upstream from the upstream opening.
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