JP2017210902A - Centrifugal compressor and turbocharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、遠心圧縮機、及びターボチャージャに関する。 The present invention relates to a centrifugal compressor and a turbocharger.
特許文献１に記載の遠心圧縮機では、遠心圧縮機から排出される圧縮空気の流量が小さくなると、遠心圧縮機の空気入口に設けられた案内羽根の傾斜角度を大きくすることで、空気の流れ方向が変えられるようになっている。 In the centrifugal compressor described in Patent Document 1, when the flow rate of the compressed air discharged from the centrifugal compressor is reduced, the air flow is increased by increasing the inclination angle of the guide vanes provided at the air inlet of the centrifugal compressor. The direction can be changed.
ターボチャージャ用の遠心圧縮機では、同一回転数で圧縮空気の流量が小さくなると、出口圧力が高くなる。これにより、空気の一部が、インペラ出口からシュラウド側の隙間を通って、インペラ入口に逆流する。この逆流は、回転方向に旋回するらせん状の流れとなって、遠心圧縮機の入口外周面に沿って流出する。この逆流によって遠心圧縮機側に流れる主流に旋回速度が与えられ、入口流れは、旋回流となる。圧縮空気の流量が小さくなるほど逆流する流量は増加するので、螺旋状の旋回流れの角度は小さくなる。それにより主流の予旋回が強くなり、インペラの過給仕事が減少し、圧力比も低下する。主流の流れ角が小さくなると、インペラ入口の迎え角が大きくなり、インペラに流入した流れに剥離が生じ、サージジングが発生しやすくなる。 In a centrifugal compressor for a turbocharger, the outlet pressure increases when the flow rate of compressed air decreases at the same number of rotations. Thereby, a part of the air flows backward from the impeller outlet through the shroud side gap to the impeller inlet. This reverse flow becomes a spiral flow swirling in the rotation direction and flows out along the outer peripheral surface of the inlet of the centrifugal compressor. The reverse flow gives a swirl speed to the main flow flowing toward the centrifugal compressor, and the inlet flow becomes a swirl flow. As the flow rate of compressed air decreases, the flow rate of reverse flow increases, so the angle of the spiral swirl flow decreases. As a result, the mainstream pre-turn is strengthened, the work of supercharging the impeller is reduced, and the pressure ratio is also lowered. When the mainstream flow angle is reduced, the angle of attack at the impeller inlet is increased, separation occurs in the flow flowing into the impeller, and surge is likely to occur.
本願発明の課題は、サージングの発生を抑制することである。 The subject of this invention is suppressing generation | occurrence | production of surging.
本発明の請求項１に係る遠心圧縮機は、軸周りに回転し、軸方向から流入する空気を圧縮して径方向へ流す回転翼と、前記回転翼へ空気を導く流入流路が前記軸方向に延びて形成されている導入部と、を備え、前記流入流路は、前記軸方向に延びる円柱状の第一流路と、前記軸方向から見て、前記第一流路の周囲に設けられた凹部とを含んで形成されていることを特徴とする。 The centrifugal compressor according to claim 1 of the present invention includes a rotating blade that rotates around an axis, compresses air flowing in from the axial direction and flows the air in a radial direction, and an inflow channel that guides air to the rotating blade. An inflow portion formed extending in the direction, and the inflow passage is provided around the first passage when viewed from the axial direction, and a cylindrical first passage extending in the axial direction. And a concave portion.
上記構成によれば、回転する回転翼は、導入部に形成された軸方向に延びる流入流路から流入する空気を圧縮して径方向へ流す。 According to the above configuration, the rotating rotor blades compress the air flowing in from the inflow passage formed in the introduction portion and extending in the axial direction, and flow in the radial direction.
ここで、遠心圧縮機から排出される圧縮空気の流量が小さい場合には、回転する回転翼によって圧縮されて径方向へ流された空気の一部は、逆方向に折り返して流入流路側へ流れる（逆流する）。 Here, when the flow rate of the compressed air discharged from the centrifugal compressor is small, a part of the air compressed in the radial direction by the rotating rotor blades is folded in the reverse direction and flows to the inflow channel side. (Backflow).
そして、流入流路側へ逆流した空気は、流入流路を螺旋状に流れる。流入流路を螺旋状に流れる空気において径方向の外側の部分の空気は、凹部の壁面に沿って流れる。さらに、凹部の壁面に沿って流れた空気は、凹部によって流れ方向が変えられ、軸方向から見て、回転翼の回転中心側に流れる。また、流入流路を螺旋状に流れる空気において径方向の内側の部分の空気は、回転翼の回転中心側に流れる空気によって、回転翼の回転中心側に押される（寄せられる）。 And the air which flowed back to the inflow channel side flows spirally in the inflow channel. In the air flowing spirally through the inflow channel, the air in the radially outer portion flows along the wall surface of the recess. Furthermore, the flow direction of the air flowing along the wall surface of the concave portion is changed by the concave portion, and flows toward the rotation center side of the rotor blade as viewed from the axial direction. Further, in the air flowing spirally in the inflow channel, the air in the radially inner portion is pushed (approached) to the rotation center side of the rotor blade by the air flowing toward the rotation center side of the rotor blade.
これによって、流入流路から流入して回転翼側に流れる空気は、軸方向から見て、回転翼の回転中心側に押され、回転翼側へ流れる空気の圧力が高くなる。このため、回転する回転翼によって圧縮されて径方向へ流された空気の逆流は、抑制される。 As a result, the air flowing in from the inflow passage and flowing to the rotor blade side is pushed toward the rotation center side of the rotor blade as viewed from the axial direction, and the pressure of the air flowing to the rotor blade side increases. For this reason, the backflow of the air compressed by the rotating rotor blade and flowing in the radial direction is suppressed.
このように空気の逆流が抑制されることで、サージングの発生を抑制することができる。 Thus, the occurrence of surging can be suppressed by suppressing the backflow of air.
本発明の請求項２に係る遠心圧縮機は、請求項１に記載の遠心圧縮機において、前記凹部は、前記軸方向から見て、一端が前記第一流路の周縁に接する接線である直線部と、前記直線部に対して前記回転翼の回転方向の下流側に位置し、一端が前記直線部と接し他端が前記第一流路の周縁に達している湾曲状の湾曲部とで形成されていることを特徴とする。 The centrifugal compressor according to a second aspect of the present invention is the centrifugal compressor according to the first aspect, wherein the concave portion is a straight portion whose one end is a tangent line contacting the peripheral edge of the first flow path when viewed from the axial direction. And a curved curved portion that is located downstream in the rotational direction of the rotor blade with respect to the straight portion, and that has one end in contact with the straight portion and the other end reaching the periphery of the first flow path. It is characterized by.
上記構成によれば、凹部は、直線部と湾曲部とを含んで形成されている。このため、第一流路の周縁に接する接線である直線部に沿って流れる空気は、壁面と剥離することなく流れ、湾曲部に達する。そして、湾曲部に達した空気は、湾曲部によって流れ方向が変えられ、軸方向から見て、回転翼の回転中心側に流れる。このように凹部が直線部と湾曲部とを含んで形成されることで、凹部が直線部と湾曲部とを含んで形成されていない場合と比して、凹部の壁面に沿って流れる空気を、軸方向から見て、回転翼の回転中心側に流すことができる。 According to the said structure, the recessed part is formed including the linear part and the curved part. For this reason, the air which flows along the linear part which is a tangent which touches the periphery of the 1st flow path flows without peeling with a wall surface, and reaches a curved part. The flow direction of the air that has reached the bending portion is changed by the bending portion, and flows toward the rotation center of the rotor blade as viewed from the axial direction. As described above, since the concave portion is formed including the straight portion and the curved portion, the air flowing along the wall surface of the concave portion is compared with the case where the concave portion is not formed including the straight portion and the curved portion. As seen from the axial direction, it can flow to the rotation center side of the rotor blade.
本発明の請求項３に係る遠心圧縮機は、請求項１又は２に記載の遠心圧縮機において、前記凹部は、前記第一流路の周方向に複数形成されていることを特徴とする。 A centrifugal compressor according to a third aspect of the present invention is the centrifugal compressor according to the first or second aspect, wherein a plurality of the concave portions are formed in a circumferential direction of the first flow path.
上記構成によれば、凹部は、第一流路の周方向に複数形成されている。これにより、凹部が１個の場合と比して、軸方向から見て、流入流路から流入して回転翼側に流れる空気を、回転翼の回転中心側に押すことで回転翼側へ流れる空気の圧力を高くすることができる。 According to the above configuration, the plurality of recesses are formed in the circumferential direction of the first flow path. As a result, as compared with the case where there is only one recess, the air flowing into the rotor blade by pushing the air flowing in from the inflow passage and flowing toward the rotor blade toward the rotor center side as viewed from the axial direction is reduced. The pressure can be increased.
本発明の請求項４に係る遠心圧縮機は、請求項３に記載の遠心圧縮機において、前記凹部は、前記第一流路の周方向に同様のピッチで形成されていることを特徴とする。 A centrifugal compressor according to a fourth aspect of the present invention is the centrifugal compressor according to the third aspect, wherein the recesses are formed at a similar pitch in the circumferential direction of the first flow path.
上記構成によれば、凹部は第一流路の周方向に同様のピッチで形成されている。これにより、凹部が第一流路の周方向に同様のピッチで形成されていない場合と比して、軸方向から見て、流入流路から流入して回転翼側に流れる空気を、回転翼の回転中心側に押すことができる。 According to the said structure, the recessed part is formed in the circumferential direction of the 1st flow path with the same pitch. As a result, as compared with the case where the recesses are not formed at the same pitch in the circumferential direction of the first flow path, the air flowing from the inflow flow path and flowing to the rotor blade side as viewed from the axial direction is rotated by the rotor blades. Can be pushed to the center side.
本発明の請求項５に係るターボチャージャは、エンジンから排出される排気ガスが流れる力によって回転するタービンロータを有するタービンユニットと、前記タービンロータから回転力が回転翼に伝達され、前記エンジンに供給する空気を圧縮する請求項１〜４の何れか１項に記載の遠心圧縮機と、を備えたことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, a turbocharger includes a turbine unit having a turbine rotor that is rotated by a force of exhaust gas discharged from the engine, and a rotational force transmitted from the turbine rotor to the rotor blades to be supplied to the engine. The centrifugal compressor of any one of Claims 1-4 which compresses the air to perform, It is characterized by the above-mentioned.
上記構成によれば、遠心圧縮機におけるサージングの発生が抑制されることで、圧縮空気をエンジンに効率よく供給することができる。 According to the said structure, generation | occurrence | production of the surging in a centrifugal compressor is suppressed, and compressed air can be efficiently supplied to an engine.
本発明によれば、サージングの発生を抑制することができる。 According to the present invention, the occurrence of surging can be suppressed.
本発明の実施形態に係る遠心圧縮機、及びターボチャージャの一例について図１〜図７を用いて説明する。 An example of a centrifugal compressor and a turbocharger according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
（全体構成）
本実施形態に係るターボチャージャ１０は、図５に示されるように、タービンユニット２０、遠心圧縮機３０、及びタービンユニット２０と遠心圧縮機３０とを連結する連結ユニット４０を備えている。そして、タービンユニット２０は、自動車のエンジン（図示省略）の排気通路１２の途中に配置され、遠心圧縮機３０は、このエンジンの吸気通路１４の途中に配置されている。
(overall structure)
As shown in FIG. 5, the turbocharger 10 according to the present embodiment includes a turbine unit 20, a centrifugal compressor 30, and a connecting unit 40 that connects the turbine unit 20 and the centrifugal compressor 30. The turbine unit 20 is disposed in the middle of the exhaust passage 12 of an automobile engine (not shown), and the centrifugal compressor 30 is disposed in the middle of the intake passage 14 of the engine.
タービンユニット２０は、ハウジング２４を備え、遠心圧縮機３０は、ハウジング５０を備え、連結ユニット４０は、ハウジング２４とハウジング５０とを連結するハウジング４４を備えている。 The turbine unit 20 includes a housing 24, the centrifugal compressor 30 includes a housing 50, and the connection unit 40 includes a housing 44 that connects the housing 24 and the housing 50.
さらに、ターボチャージャ１０は、ハウジング２４、ハウジング４４、及び ハウジング５０の内部を通る回転軸４２を備えている、そして、この回転軸４２の軸方向（図中矢印Ｅ方向：以下単に「軸方向」）の一端側（図中右側）から他端側（図中左側）へ、ハウジング２４、ハウジング４４、及び ハウジング５０は、図示せぬ固定具で互いに固定され、この順番で並んでいる。 Further, the turbocharger 10 includes a housing 24, a housing 44, and a rotating shaft 42 passing through the inside of the housing 50, and the axial direction of the rotating shaft 42 (the direction of arrow E in the figure: hereinafter simply “axial direction”). ) From one end side (right side in the figure) to the other end side (left side in the figure), the housing 24, the housing 44, and the housing 50 are fixed to each other by a fixture (not shown) and are arranged in this order.
〔タービンユニット〕
タービンユニット２０は、図５に示されるように、ハウジング２４と、タービンロータ２２とを備えている。ハウジング２４は、内部が空洞とされ、このハウジング２４の内部に、タービンロータ２２が配置されている。そして、タービンロータ２２は、回転軸４２の軸方向の一端側の部分に固定されているロータ軸部２８と、ロータ軸部２８から延出する複数のタービン翼２６とを有している。
[Turbine unit]
As shown in FIG. 5, the turbine unit 20 includes a housing 24 and a turbine rotor 22. The housing 24 has a hollow inside, and the turbine rotor 22 is disposed inside the housing 24. The turbine rotor 22 includes a rotor shaft portion 28 fixed to a portion on one end side in the axial direction of the rotating shaft 42, and a plurality of turbine blades 26 extending from the rotor shaft portion 28.
また、ハウジング２４においてタービンロータ２２に対して回転軸４２の径方向（図中矢印Ｋ方向：以下単に「径方向」）の外側の部分には、排気通路１２を流れる排気ガスをハウジング２４の内部へ流入させる渦巻き状の渦巻き流路２４Ａが形成されている。さらに、ハウジング２４においてタービンロータ２２に対して軸方向の外側（図中右側）の部分には、排気ガスをハウジング２４の外部に排出させて排気通路１２に流出させる排出流路２４Ｂが形成されている。 Further, in the housing 24, the exhaust gas flowing through the exhaust passage 12 is placed inside the housing 24 in a portion outside the radial direction of the rotating shaft 42 (in the direction of arrow K in the figure: hereinafter simply “radial direction”) with respect to the turbine rotor 22. A spiral spiral flow path 24A is formed to flow in. Further, a discharge flow path 24 </ b> B that discharges exhaust gas to the outside of the housing 24 and flows out to the exhaust passage 12 is formed in a portion of the housing 24 that is axially outer (right side in the drawing) with respect to the turbine rotor 22. Yes.
この構成において、渦巻き流路２４Ａからハウジング２４の内部へ流入した排気ガス（流体の一例）は、隣り合うタービン翼２６の間に流れ込むようになっている。そして、排気ガスは、複数のタービン翼２６を押すことで、タービンロータ２２を回転させるようになっている。さらに、タービンロータ２２を回転させた排気ガスは、排出流路２４Ｂから排出されるようになっている。つまり、タービンロータ２２は、所謂ラジアルタービンロータとされている。 In this configuration, exhaust gas (an example of fluid) that has flowed into the housing 24 from the spiral flow path 24 </ b> A flows between the adjacent turbine blades 26. The exhaust gas rotates the turbine rotor 22 by pushing a plurality of turbine blades 26. Further, the exhaust gas that has rotated the turbine rotor 22 is discharged from the discharge passage 24B. That is, the turbine rotor 22 is a so-called radial turbine rotor.
〔連結ユニット〕
連結ユニット４０は、図５に示されるように、ハウジング４４を備えている。そして、このハウジング４４は、回転軸４２を回転可能に支持する支持部４４Ａを有している。
[Connecting unit]
As shown in FIG. 5, the connection unit 40 includes a housing 44. And this housing 44 has the support part 44A which supports the rotating shaft 42 rotatably.
さらに、ハウジング４４は、循環しながら支持部４４Ａへ供給されるエンジンオイルをハウジング４４の内部へ流入させる流入口（図示省略）と、エンジンオイルをハウジング４４の内部から排出させる排出口（図示省略）とを有している。 In addition, the housing 44 is circulated so that the engine oil supplied to the support portion 44A flows into the housing 44 (not shown), and the exhaust port (not shown) discharges the engine oil from the housing 44. And have.
この構成において、ハウジング４４の内部へ流入したエンジンオイルは、支持部４４Ａに供給され、回転軸４２が滑らかに回転軸４２の周方向に回転するようになっている。 In this configuration, the engine oil that has flowed into the housing 44 is supplied to the support portion 44 </ b> A so that the rotating shaft 42 rotates smoothly in the circumferential direction of the rotating shaft 42.
〔遠心圧縮機〕
遠心圧縮機３０は、図５に示されるように、ハウジング５０と、回転翼の一例としてのインペラ３２とを備えている。ハウジング５０は、内部が空洞とされ、このハウジング５０の内部に、インペラ３２が配置されている。そして、インペラ３２は、回転軸４２の軸方向の他端側の部分に固定されている回転軸部３４と、回転軸部３４から延出する複数のインペラ翼３６とを有している。
(Centrifuge compressor)
As shown in FIG. 5, the centrifugal compressor 30 includes a housing 50 and an impeller 32 as an example of a rotor blade. The housing 50 has a hollow inside, and the impeller 32 is disposed inside the housing 50. The impeller 32 includes a rotation shaft portion 34 fixed to a portion on the other end side in the axial direction of the rotation shaft 42, and a plurality of impeller blades 36 extending from the rotation shaft portion 34.
また、ハウジング５０においてインペラ３２に対して軸方向の外側（図中左側）の部分には、吸気通路１４を流れる空気をハウジング５０の内部へ流入させる流入流路５２が形成されている。さらに、ハウジング５０においてインペラ３２に対して径方向の外側の部分には、空気をハウジング５０の外部に排出させて吸気通路１４に流出させる渦巻き状の渦巻き流路５４（所謂スクロール流路）が形成されている。 In addition, an inflow passage 52 through which air flowing through the intake passage 14 flows into the housing 50 is formed on the outer side (left side in the drawing) of the housing 50 in the axial direction with respect to the impeller 32. Further, a spiral spiral flow path 54 (so-called scroll flow path) that discharges air to the outside of the housing 50 and flows out to the intake passage 14 is formed in a portion radially outside the impeller 32 in the housing 50. Has been.
なお、遠心圧縮機３０については詳細を後述する。 Details of the centrifugal compressor 30 will be described later.
（全体構成の作用）
次に、ターボチャージャ１０の作用について説明する。
(Operation of the overall configuration)
Next, the operation of the turbocharger 10 will be described.
タービン翼２６は、渦巻き流路２４Ａからハウジング２４の内部へ流入した排気ガスによって押される。これにより、タービンロータ２２は、回転する。タービンロータ２２の回転力は、回転軸４２を介してインペラ３２に伝達される。なお、ハウジング２４の内部でタービンロータ２２を回転させた排気ガスは、排出流路２４Ｂから流出する。 The turbine blades 26 are pushed by the exhaust gas flowing into the housing 24 from the spiral flow path 24A. Thereby, the turbine rotor 22 rotates. The rotational force of the turbine rotor 22 is transmitted to the impeller 32 via the rotation shaft 42. The exhaust gas that has rotated the turbine rotor 22 inside the housing 24 flows out from the discharge passage 24B.
インペラ３２は、回転軸４２を介してタービンロータ２２の回転力が伝達されることで回転する。そして、回転するインペラ３２は、流入流路５２からハウジング５０の内部へ流入した空気を圧縮する。さらに、圧縮された圧縮空気は、渦巻き流路５４を流れて吸気通路１４に流出する。渦巻き流路５４から流出した圧縮空気は、燃焼用の圧縮空気としてエンジンに供給される。 The impeller 32 rotates when the rotational force of the turbine rotor 22 is transmitted via the rotating shaft 42. The rotating impeller 32 compresses the air that flows into the housing 50 from the inflow channel 52. Further, the compressed air that has been compressed flows through the spiral flow path 54 and flows out to the intake passage 14. The compressed air that flows out of the spiral flow path 54 is supplied to the engine as compressed air for combustion.
（要部構成）
次に、遠心圧縮機３０について説明する。
(Main part configuration)
Next, the centrifugal compressor 30 will be described.
遠心圧縮機３０は、図５に示されるように、ハウジング５０と、ハウジング５０の内部に配置されるインペラ３２とを備えている。 As shown in FIG. 5, the centrifugal compressor 30 includes a housing 50 and an impeller 32 disposed inside the housing 50.
〔インペラ〕
インペラ３２は、前述したように、回転軸４２の軸方向の他端側の部分に固定されている回転軸部３４と、回転軸部３４から延出する複数のインペラ翼３６とを有している。
[Impeller]
As described above, the impeller 32 includes the rotary shaft portion 34 fixed to the portion on the other end side in the axial direction of the rotary shaft 42, and the plurality of impeller blades 36 extending from the rotary shaft portion 34. Yes.
回転軸部３４は、軸方向の外側（ハウジング４４とは反対側：図中左側）に向かうに従って徐々に細くなっている。また、夫々のインペラ翼３６は、図２に示されるように、軸方向から見て、回転軸部３４から湾曲しながら径方向の外側へ延出している。そして、夫々のインペラ翼３６は、図５に示されるように、軸方向の外側の部分で径方向に延びる先端縁３６Ａと、先端縁３６Ａの径方向の外側の端部に接続されて湾曲しながら軸方向の内側へ延びる湾曲縁３６Ｂとを有している。さらに、夫々のインペラ翼３６は、湾曲縁３６Ｂの端部に接続されて軸方向に延びる基端縁３６Ｃを有している。 The rotating shaft portion 34 is gradually narrowed toward the outside in the axial direction (on the opposite side to the housing 44: the left side in the figure). Further, as shown in FIG. 2, each impeller blade 36 extends outward in the radial direction while being curved from the rotating shaft portion 34 when viewed from the axial direction. Then, as shown in FIG. 5, each impeller blade 36 is curved by being connected to a tip edge 36A extending in the radial direction at an outer portion in the axial direction and a radially outer end portion of the tip edge 36A. However, it has a curved edge 36B extending inward in the axial direction. Further, each impeller blade 36 has a proximal end edge 36C that is connected to the end of the curved edge 36B and extends in the axial direction.
この構成において、回転するインペラ３２は、インペラ翼３６の先端縁３６Ａから流入する空気を圧縮し、圧縮した空気（圧縮空気）をインペラ翼３６の基端縁３６Ｃから径方向の外側へ流すようになっている。 In this configuration, the rotating impeller 32 compresses the air flowing from the tip edge 36A of the impeller blade 36, and flows the compressed air (compressed air) from the base end edge 36C of the impeller blade 36 to the outside in the radial direction. It has become.
〔ハウジング〕
ハウジング５０には、インペラ３２によって圧縮された圧縮空気が流れる拡散流路５６（所謂ディフューザ流路）と、吸気通路１４に圧縮空気を排出する渦巻き流路５４とが形成されている。
〔housing〕
The housing 50 is formed with a diffusion flow path 56 (so-called diffuser flow path) through which compressed air compressed by the impeller 32 flows, and a spiral flow path 54 for discharging the compressed air to the intake passage 14.
さらに、ハウジング５０においてインペラ３２に対して軸方向の外側の部分は、軸方向に延びる円柱状の導入部６０とされ、この導入部６０には、吸気通路１４を流れる空気をインペラ３２へ導く流入流路５２が形成されている。 Further, an axially outer portion of the housing 50 with respect to the impeller 32 is a cylindrical introduction portion 60 extending in the axial direction. The inflow that guides air flowing through the intake passage 14 to the impeller 32 is introduced into the introduction portion 60. A flow path 52 is formed.
拡散流路５６は、図２に示されるように、軸方向から見て、インペラ３２を囲むように形成され、図１（Ｂ）に示されるように、回転するインペラ３２によって圧縮され、インペラ翼３６の基端縁３６Ｃから径方向の外側へ流された圧縮空気が流れるようになっている。 The diffusion channel 56 is formed so as to surround the impeller 32 when viewed from the axial direction as shown in FIG. 2, and is compressed by the rotating impeller 32 as shown in FIG. Compressed air that has flowed radially outward from the base end edge 36C of 36 flows.
渦巻き流路５４は、図２に示されるように、軸方向から見て、拡散流路５６を囲むように渦巻き状に形成され、渦巻き流路５４の一端には、圧縮空気を吸気通路１４に排出するための排出口５４Ａが形成されている。この渦巻き流路５４の流路断面は、図１（Ｂ）に示されるように、おおむね円形とされている。そして、渦巻き流路５４は、拡散流路５６を流れた圧縮空気を吸気通路１４に流出させるようになっている。 As shown in FIG. 2, the spiral flow path 54 is formed in a spiral shape so as to surround the diffusion flow path 56 when viewed from the axial direction, and compressed air is supplied to the intake passage 14 at one end of the spiral flow path 54. A discharge port 54A for discharging is formed. The cross section of the spiral flow path 54 is generally circular as shown in FIG. The spiral flow channel 54 allows the compressed air that has flowed through the diffusion flow channel 56 to flow out to the intake passage 14.
流入流路５２は、図１（Ａ）（Ｂ）に示されるように、ハウジング５０においてインペラ３２に対して軸方向の外側の部分の導入部６０で、軸方向に延びる円柱状の第一流路６８と、軸方向から見て、第一流路６８の周囲に設けられた凹部７０とから形成されている。なお、図１（Ａ）においては、導入部６０の形状が容易に理解できるように、導入部６０のみ示されている。 As shown in FIGS. 1A and 1B, the inflow channel 52 is a cylindrical first channel that extends in the axial direction at the introduction portion 60 in the outer portion of the housing 50 in the axial direction with respect to the impeller 32. 68 and a recess 70 provided around the first flow path 68 when viewed in the axial direction. In FIG. 1A, only the introduction part 60 is shown so that the shape of the introduction part 60 can be easily understood.
そして、第一流路６８の直径（図１（Ａ）のＤ１）は、回転するインペラ翼３６の先端縁３６Ａが描く円の直径（図１（Ａ）のＤ２）と比して大きくされている。 The diameter of the first flow path 68 (D1 in FIG. 1A) is larger than the diameter of the circle drawn by the tip edge 36A of the rotating impeller blade 36 (D2 in FIG. 1A). .
また、導入部６０の外形は、軸方向に延びる円形とされ、導入部６０において軸方向の外側の部分には、吸気通路１４を形成するダクト８０が取り付けられる端面６０Ａが形成されている。 Further, the outer shape of the introduction portion 60 is a circular shape extending in the axial direction, and an end surface 60A to which a duct 80 that forms the intake passage 14 is attached is formed in the outer portion of the introduction portion 60 in the axial direction.
さらに、導入部６０には、端面６０Ａの内周縁から軸方向の内側に延びる内周面６０Ｂと、一端が内周面６０Ｂに接すると共に軸方向の内側に向かって縮径する漏斗状の漏斗面６０Ｃとが形成されている。そして、前述した第一流路６８は、軸方向から見て、漏斗面６０Ｃの内側に形成されている。 Furthermore, the introduction portion 60 includes an inner peripheral surface 60B extending inward in the axial direction from the inner peripheral edge of the end surface 60A, and a funnel-shaped funnel surface having one end contacting the inner peripheral surface 60B and reducing the diameter toward the inner side in the axial direction. 60C is formed. The first flow path 68 described above is formed inside the funnel surface 60C when viewed from the axial direction.
また、導入部６０には、図１（Ａ）、図２に示されるように、軸方向から見て、第一流路６８の周囲から凹む凹部７０が、第一流路６８の周方向に複数（本実施形態では５個）形成されている。そして、この凹部７０は、図１（Ｂ）に示されるように、漏斗面６０Ｃから軸方向の内側に延びて形成されている。そして、凹部７０において軸方向の外側の部分（インペラ３２側に流れる空気の流れ方向の上流側の部分）は、開放されている。 In addition, as shown in FIG. 1A and FIG. 2, the introduction portion 60 has a plurality of concave portions 70 that are recessed from the periphery of the first flow path 68 in the circumferential direction of the first flow path 68 as viewed from the axial direction ( 5 in this embodiment). And this recessed part 70 is extended and formed in the axial direction inner side from 60C of funnel surfaces, as FIG.1 (B) shows. In the recess 70, an outer portion in the axial direction (upstream portion in the flow direction of air flowing toward the impeller 32) is open.
さらに、凹部７０の軸方向の内側の部分には、軸方向の内側に向かって縮径する漏斗状の漏斗面６０Ｄが形成されている。そして、この漏斗面６０Ｄは、インペラ翼３６の先端縁３６Ａに対して軸方向の外側に位置している。 Furthermore, a funnel-shaped funnel surface 60 </ b> D that is reduced in diameter toward the inner side in the axial direction is formed on the inner side in the axial direction of the recess 70. The funnel surface 60 </ b> D is positioned outside in the axial direction with respect to the tip edge 36 </ b> A of the impeller blade 36.
夫々の凹部７０は、図１（Ａ）に示されるように、軸方向から見て、直線部７０Ａと、湾曲部７０Ｂとで形成されている。具体的には、直線部７０Ａは、一端が第一流路６８の周縁に接する接線であり、湾曲部７０Ｂは、直線部７０Ａに対してインペラ翼３６の回転方向の下流側に位置し、一端が直線部７０Ａと接し他端が第一流路６８の周縁に達している。 As shown in FIG. 1A, each concave portion 70 is formed by a straight portion 70A and a curved portion 70B when viewed from the axial direction. Specifically, the straight portion 70A is a tangent line whose one end is in contact with the peripheral edge of the first flow path 68, the curved portion 70B is located downstream of the straight portion 70A in the rotation direction of the impeller blades 36, and one end is The other end reaches the peripheral edge of the first flow path 68 in contact with the straight portion 70 </ b> A.
そして、夫々の凹部７０は、軸方向から見て、第一流路６８の周方向に同様のピッチで形成されている。さらに、一の凹部７０の湾曲部７０Ｂの他端と、一の凹部７０に対して隣の他の凹部７０の直線部７０Ａの一端とは接している。つまり、隣り合う凹部７０は、互いに接している。このため、本実施形態では、第一流路６８を形成する壁面は、仮想面とされている。 And each recessed part 70 is formed in the circumferential direction of the 1st flow path 68 with the same pitch seeing from the axial direction. Furthermore, the other end of the curved portion 70 </ b> B of one recess 70 is in contact with one end of the straight portion 70 </ b> A of another recess 70 adjacent to the one recess 70. That is, the adjacent recesses 70 are in contact with each other. For this reason, in this embodiment, the wall surface which forms the 1st flow path 68 is made into the virtual surface.
本実施形態では、一例として、第一流路６８の直径（図１（Ａ）のＤ１）は、３７〔ｍｍ〕程度とされ、凹部７０の深さ（図１（Ａ）のＦ１）は、５〔ｍｍ〕程度とされている。 In the present embodiment, as an example, the diameter of the first flow path 68 (D1 in FIG. 1A) is about 37 [mm], and the depth of the recess 70 (F1 in FIG. 1A) is 5 It is about [mm].
また、図１（Ｂ）に示されるように、インペラ翼３６の湾曲縁３６Ｂとハウジング５０との間には、隙間５８が形成されている。 Further, as shown in FIG. 1B, a gap 58 is formed between the curved edge 36 </ b> B of the impeller blade 36 and the housing 50.
（作用）
次に、本実施形態に係る遠心圧縮機３０の作用について、本実施形態に対する比較形態に係る遠心圧縮機１００と比較しつつ説明する。
(Function)
Next, the operation of the centrifugal compressor 30 according to the present embodiment will be described in comparison with the centrifugal compressor 100 according to a comparative embodiment with respect to the present embodiment.
比較形態に係る遠心圧縮機１００の導入部６０には、図６に示されるように、凹部７０は、形成されていない。なお、遠心圧縮機１００の他の構成については、遠心圧縮機３０と同様である。 As shown in FIG. 6, the recessed portion 70 is not formed in the introduction portion 60 of the centrifugal compressor 100 according to the comparative embodiment. Other configurations of the centrifugal compressor 100 are the same as those of the centrifugal compressor 30.
この構成において、先ず、遠心圧縮機１００から排出される圧縮空気の流量が小さい場合について説明する。回転するインペラ３２は、流入流路５２を軸方向に沿ってインペラ３２側へ流れインペラ翼３６の先端縁３６Ａから流入する空気（矢印Ｌ１）を圧縮し、インペラ翼３６の基端縁３６Ｃから径方向の外側の拡散流路５６へ流す。ここで、遠心圧縮機１００から排出される圧縮空気の流量が小さい場合には、遠心圧縮機１００の圧力比（遠心圧縮機１００の出口における圧力Ｐ２と入口における圧力Ｐ１との比Ｐ２/Ｐ１）は、遠心圧縮機１００から排出される圧縮空気の流量が大きい場合と比して、大きくなっている。 In this configuration, first, a case where the flow rate of the compressed air discharged from the centrifugal compressor 100 is small will be described. The rotating impeller 32 flows in the inflow passage 52 along the axial direction toward the impeller 32 and compresses the air (arrow L1) flowing in from the tip edge 36A of the impeller blade 36, and the diameter from the base end edge 36C of the impeller blade 36 is reduced. It flows to the diffusion channel 56 outside the direction. Here, when the flow rate of the compressed air discharged from the centrifugal compressor 100 is small, the pressure ratio of the centrifugal compressor 100 (ratio P2 / P1 of the pressure P2 at the outlet of the centrifugal compressor 100 and the pressure P1 at the inlet). Is larger than that when the flow rate of the compressed air discharged from the centrifugal compressor 100 is large.
このため、インペラ翼３６の基端縁３６Ｃから径方向の外側の拡散流路５６へ流れた空気は、渦巻き流路５４側へ流れる空気（矢印Ｌ２）と、逆方向に折り返してインペラ翼３６とハウジング５０との隙間５８を通って流入流路５２側へ流れる空気（矢印Ｌ３）とに分かれる（剥離する）。 Therefore, the air that has flowed from the base end edge 36C of the impeller blade 36 to the radially outer diffusion flow path 56 is folded back in the opposite direction to the air flowing to the spiral flow path 54 (arrow L2) and the impeller blade 36. The air is separated (peeled) into the air (arrow L3) flowing through the gap 58 with the housing 50 toward the inflow channel 52 side.
さらに、流入流路５２側へ逆流した空気は、図６、図７に示されるように、流入流路５２の内周面５２Ａに沿ってインペラ３２の回転方向に回って螺旋状に流れ（矢印Ｌ４）、導入部６０から軸方向の外側へ流出する。 Further, as shown in FIGS. 6 and 7, the air that has flowed back to the inflow channel 52 side spirals around the inner peripheral surface 52A of the inflow channel 52 in the rotational direction of the impeller 32 (arrow). L4), it flows out from the introduction portion 60 outward in the axial direction.
なお、遠心圧縮機１００から排出される圧縮空気の流量が大きい場合には、遠心圧縮機１００の圧力比は、遠心圧縮機１００から排出される圧縮空気の流量が小さい場合と比して、小さくなっている。このため、インペラ翼３６の基端縁３６Ｃから径方向の外側の拡散流路５６へ流れた空気の逆流が抑制されている。 When the flow rate of the compressed air discharged from the centrifugal compressor 100 is large, the pressure ratio of the centrifugal compressor 100 is smaller than when the flow rate of the compressed air discharged from the centrifugal compressor 100 is small. It has become. For this reason, the backflow of the air that has flowed from the base end edge 36C of the impeller blade 36 to the radially outer diffusion flow path 56 is suppressed.
次に、遠心圧縮機３０から排出される圧縮空気の流量が小さい場合について説明する。回転するインペラ３２は、図１（Ｂ）に示されるように、流入流路５２を軸方向に沿ってインペラ３２側へ流れインペラ翼３６の先端縁３６Ａから流入する空気（矢印Ｍ１）を圧縮し、インペラ翼３６の基端縁３６Ｃから径方向の外側の拡散流路５６へ流す。ここで、遠心圧縮機３０から排出される圧縮空気の流量が小さい場合には、遠心圧縮機３０の圧力比は、遠心圧縮機３０から排出される圧縮空気の流量が大きい場合と比して、大きくなっている。 Next, the case where the flow rate of the compressed air discharged from the centrifugal compressor 30 is small will be described. As shown in FIG. 1B, the rotating impeller 32 flows in the inflow passage 52 along the axial direction toward the impeller 32 and compresses air (arrow M1) flowing in from the tip edge 36A of the impeller blades 36. Then, the air flows from the base end edge 36 </ b> C of the impeller blade 36 to the radially outer diffusion passage 56. Here, when the flow rate of the compressed air discharged from the centrifugal compressor 30 is small, the pressure ratio of the centrifugal compressor 30 is compared with the case where the flow rate of the compressed air discharged from the centrifugal compressor 30 is large, It is getting bigger.
このため、インペラ翼３６の基端縁３６Ｃから径方向の外側の拡散流路５６へ流れた空気は、渦巻き流路５４側へ流れる空気（矢印Ｍ２）と、逆方向に折り返してインペラ翼３６とハウジング５０との隙間５８を通って流入流路５２側へ流れる空気（矢印Ｍ３）とに分かれる（剥離する）。 For this reason, the air that has flowed from the base end edge 36C of the impeller blade 36 to the radially outer diffusion flow path 56 is folded back in the opposite direction to the air flowing to the spiral flow path 54 (arrow M2) and the impeller blade 36. It is separated (peeled) into air (arrow M3) flowing through the gap 58 with the housing 50 toward the inflow channel 52 side.
さらに、流入流路５２側へ逆流した空気は、図１（Ｂ）、図２に示されるように、流入流路５２をインペラ３２の回転方向に回りながら螺旋状に流れる（矢印Ｍ４）。流入流路５２を螺旋状に流れる空気において径方向の外側の部分の空気は、第一流路６８に対して凹んだ凹部７０の壁面に沿って流れる。ここで、凹部７０は、軸方向から見て、直線部７０Ａと、湾曲部７０Ｂとで形成されている。 Further, as shown in FIGS. 1B and 2, the air that has flowed back to the inflow channel 52 flows spirally while rotating in the inflow channel 52 in the rotational direction of the impeller 32 (arrow M4). In the air flowing spirally in the inflow channel 52, the air in the radially outer portion flows along the wall surface of the recess 70 that is recessed with respect to the first channel 68. Here, the concave portion 70 is formed of a straight portion 70A and a curved portion 70B when viewed from the axial direction.
このため、直線部７０Ａに沿って流れる空気は、壁面と剥離することなく流れ、湾曲部７０Ｂに達する。そして、湾曲部７０Ｂに達した空気は、湾曲部７０Ｂによって流れ方向が変えられ、軸方向から見て、インペラ３２の回転中心側に流れる。そして、流入流路５２を螺旋状に流れる空気において径方向の内側の部分の空気は、インペラ３２の回転中心側に流れる空気によって、インペラ３２の回転中心側に押される（寄せられる）。 For this reason, the air flowing along the straight portion 70A flows without being separated from the wall surface and reaches the curved portion 70B. The flow direction of the air that has reached the bending portion 70B is changed by the bending portion 70B, and flows toward the rotation center of the impeller 32 when viewed from the axial direction. In the air flowing spirally through the inflow channel 52, the air in the radially inner portion is pushed (approached) toward the rotation center side of the impeller 32 by the air flowing toward the rotation center side of the impeller 32.
これにより、流入流路５２から流入してインペラ３２側に流れる空気（矢印Ｍ１）は、軸方向から見て、インペラ３２の回転中心側に押される。このため、インペラ３２側へ流れる空気の圧力は、遠心圧縮機１００を用いる場合と比して、高くなる。 Thereby, the air (arrow M1) which flows in from the inflow channel 52 and flows to the impeller 32 side is pushed toward the rotation center side of the impeller 32 when viewed from the axial direction. For this reason, the pressure of the air flowing to the impeller 32 side is higher than when the centrifugal compressor 100 is used.
なお、遠心圧縮機３０から排出される圧縮空気の流量が大きい場合には、遠心圧縮機３０の圧力比は、遠心圧縮機３０から排出される圧縮空気の流量が小さい場合と比して、小さくなっている。このため、インペラ翼３６の基端縁３６Ｃから径方向の外側の拡散流路５６へ流れた空気が逆方向に折り返すことはない。 When the flow rate of the compressed air discharged from the centrifugal compressor 30 is large, the pressure ratio of the centrifugal compressor 30 is smaller than when the flow rate of the compressed air discharged from the centrifugal compressor 30 is small. It has become. For this reason, the air that has flowed from the base end edge 36C of the impeller blades 36 to the radially outer diffusion flow path 56 does not return in the reverse direction.
ここで、遠心圧縮機３０、１００のサージング限界について説明する。 Here, the surging limit of the centrifugal compressors 30 and 100 will be described.
図３に示されるグラフの縦軸は遠心圧縮機３０、１００を用いた場合の圧力比を示し、横軸は遠心圧縮機３０、１００から排出される圧縮空気の流量〔ｇ／ｓｅｃ〕を示している。 The vertical axis of the graph shown in FIG. 3 indicates the pressure ratio when the centrifugal compressors 30 and 100 are used, and the horizontal axis indicates the flow rate [g / sec] of the compressed air discharged from the centrifugal compressors 30 and 100. ing.
図３に示すグラフ中の実線Ｇ１は、インペラ３２の回転数を一定にし、遠心圧縮機３０から排出される圧縮空気の流量を変えた場合の圧縮空気の流量と圧力比との関係を示している。これに対して、破線Ｊ１は、インペラ３２の回転数を実線Ｇ１と同様の回転数にし、遠心圧縮機１００から排出される圧縮空気の流量を変えた場合の圧縮空気の流量と圧力比との関係を示している。 The solid line G1 in the graph shown in FIG. 3 shows the relationship between the flow rate of compressed air and the pressure ratio when the rotational speed of the impeller 32 is kept constant and the flow rate of compressed air discharged from the centrifugal compressor 30 is changed. Yes. On the other hand, the broken line J1 represents the difference between the flow rate of compressed air and the pressure ratio when the rotational speed of the impeller 32 is set to the same rotational speed as that of the solid line G1 and the flow rate of compressed air discharged from the centrifugal compressor 100 is changed. Showing the relationship.
そして、圧縮空気の流量を徐々に小さくし、サージング（遠心圧縮機が正常に機能しなくなる現象）が発生する圧縮空気の流量と圧力比とを検出した。遠心圧縮機３０については、点ｇ１でサージングが発生し、遠心圧縮機１００については、点ｊ１でサージングが発生した。なお、サージングについては、ハウジング５０に振動計を取り付けて、振幅が予め定められた閾値に達した場合に、サージングの発生と判断した。 Then, the flow rate of compressed air was gradually reduced to detect the flow rate of compressed air and the pressure ratio at which surging (a phenomenon in which the centrifugal compressor does not function normally) occurs. For the centrifugal compressor 30, surging occurred at point g1, and for the centrifugal compressor 100, surging occurred at point j1. For surging, it was determined that surging occurred when a vibration meter was attached to the housing 50 and the amplitude reached a predetermined threshold.
実線Ｇ２は、遠心圧縮機３０を用い、実線Ｇ１と比して回転数を高くした場合を示している。そして、実線Ｇ２においては、最も圧縮空気の流量が小さい点ｇ２でサージングが発生した。これに対して、破線Ｊ２は、遠心圧縮機１００を用い、遠心圧縮機３０の実線Ｇ２と同様の回転数とした場合を示している。そして、破線Ｊ２においては、最も圧縮空気の流量が小さい点ｊ２でサージングが発生した。 A solid line G2 shows a case where the centrifugal compressor 30 is used and the rotational speed is increased as compared with the solid line G1. In the solid line G2, surging occurred at the point g2 where the flow rate of compressed air was the smallest. On the other hand, the broken line J2 shows the case where the centrifugal compressor 100 is used and the rotational speed is the same as the solid line G2 of the centrifugal compressor 30. In the broken line J2, surging occurred at the point j2 where the flow rate of compressed air was the smallest.
また、他の回転数においても実線Ｇ１、Ｇ２及び破線Ｊ１、Ｊ２と同様の作業を行い、遠心圧縮機３０、１００においてサージングが発生する圧縮空気の流量と圧力比とを求めた。 In addition, the operations similar to the solid lines G1 and G2 and the broken lines J1 and J2 were performed at other rotational speeds, and the flow rate and pressure ratio of the compressed air that generated surging in the centrifugal compressors 30 and 100 were obtained.
そして、グラフ中の破線Ｈ１が、遠心圧縮機３０を用いた場合のサージング限界線Ｈ１（以下「限界線Ｈ１」）であり、グラフ中の一点鎖線Ｈ２が、遠心圧縮機１００を用いた場合のサージング限界線Ｈ２（以下「限界線Ｈ２」）である。 A broken line H1 in the graph is a surging limit line H1 when the centrifugal compressor 30 is used (hereinafter referred to as “limit line H1”), and a one-dot chain line H2 in the graph is a case where the centrifugal compressor 100 is used. Surging limit line H2 (hereinafter, “limit line H2”).
遠心圧縮機３０では、グラフ中の限界線Ｈ１よりも右側（流量が大きい側）のエリアでサージングが発生することがない。また、遠心圧縮機１００では、グラフ中の限界線Ｈ２よりも右側（流量が大きい側）のエリアでサージングが発生することがない。 In the centrifugal compressor 30, surging does not occur in the area on the right side (the larger flow rate side) than the limit line H <b> 1 in the graph. In the centrifugal compressor 100, surging does not occur in the area on the right side (the larger flow rate) than the limit line H2 in the graph.
ここで、限界線Ｈ１と限界線Ｈ２とを比較すると、限界線Ｈ１が限界線Ｈ２と比して図中左側（空気流量が小さい側）に位置している。これにより、圧縮空気の流量が小さい場合に、遠心圧縮機３０では、遠心圧縮機１００と比して、サージングの発生が抑制されていることが分かる。 Here, when the limit line H1 and the limit line H2 are compared, the limit line H1 is located on the left side (the side where the air flow rate is small) in the figure as compared to the limit line H2. Thus, it can be seen that, when the flow rate of the compressed air is small, the centrifugal compressor 30 suppresses the occurrence of surging as compared with the centrifugal compressor 100.
次に、インペラ３２の回転数を同様にして圧縮空気の流量を小さくすると、サージングが発生する理由について説明する。 Next, the reason why surging occurs when the flow rate of the compressed air is reduced with the rotation speed of the impeller 32 being the same will be described.
圧縮空気の流量が小さくなると、前述したように、インペラ翼３６の基端縁３６Ｃから径方向の外側の拡散流路５６へ流れた空気は、渦巻き流路５４側へ流れる空気と、逆方向に折り返してインペラ翼３６の湾曲縁３６Ｂに沿って流入流路５２側へ流れる空気とに分かれる（図１（Ｂ）参照）。換言すれば、一方向に流れる空気が剥離しながら渦巻き流路５４側へ流れる空気と、流入流路５２側へ流れる空気とに分かれる。この空気の剥離に起因して、サージングが発生してしまう。 When the flow rate of the compressed air is reduced, as described above, the air flowing from the base end edge 36C of the impeller blade 36 to the radially outer diffusion flow path 56 is in the opposite direction to the air flowing to the spiral flow path 54 side. The air is folded and separated into the air flowing toward the inflow channel 52 along the curved edge 36B of the impeller blade 36 (see FIG. 1B). In other words, the air flowing in one direction is separated into air flowing toward the spiral flow channel 54 while being separated and air flowing toward the inflow flow channel 52. Surging occurs due to the separation of the air.
ここで、遠心圧縮機３０では、遠心圧縮機１００と比して、サージングの発生が抑制されている理由について考察する。 Here, the reason why the occurrence of surging is suppressed in the centrifugal compressor 30 as compared with the centrifugal compressor 100 will be considered.
前述したように、遠心圧縮機３０では、遠心圧縮機１００と比して、インペラ３２側へ流れる空気の圧力は高くなる。このように、インペラ３２側へ流れる空気の圧力が高くなることで、拡散流路５６で逆方向に折り返す空気の流量は小さくなる。このため、遠心圧縮機３０では、遠心圧縮機１００と比して、サージングの発生が抑制されている。 As described above, in the centrifugal compressor 30, the pressure of the air flowing toward the impeller 32 is higher than that in the centrifugal compressor 100. As described above, the pressure of the air flowing toward the impeller 32 increases, so that the flow rate of the air that turns back in the reverse direction in the diffusion flow path 56 decreases. For this reason, in the centrifugal compressor 30, the occurrence of surging is suppressed as compared with the centrifugal compressor 100.
ここで、遠心圧縮機３０を用いた場合と、遠心圧縮機１００を用いた場合とでＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ）解析を行った。具体的には、導入部６０内を流れる空気の圧力についてＣＦＤ解析を行った。 Here, CFD (Computational Fluid Dynamics) analysis was performed when the centrifugal compressor 30 was used and when the centrifugal compressor 100 was used. Specifically, CFD analysis was performed on the pressure of the air flowing through the introduction unit 60.
図４（Ａ）が遠心圧縮機３０を用いた場合の解析結果を示し、図４（Ｂ）が遠心圧縮機１００を用いた場合の解析結果を示している。模様を分けることで、流れる空気の圧力の高低を示している。ドットの密度が高い程、空気の圧力が高くなっている。 4A shows an analysis result when the centrifugal compressor 30 is used, and FIG. 4B shows an analysis result when the centrifugal compressor 100 is used. By dividing the pattern, the level of flowing air pressure is shown. The higher the dot density, the higher the air pressure.
図４（Ａ）（Ｂ）に示される径方向の外側の二層については、流入流路５２側へ逆流した空気の圧力を示している。 The two outer layers in the radial direction shown in FIGS. 4A and 4B show the pressure of air that has flowed back to the inflow channel 52 side.
遠心圧縮機１００では、図４（Ｂ）に示されるように、インペラ３２側へ流れる空気の圧力が高い高圧力部１０２は、流入流路５２の中央側で複数に分かれ、高圧力部１０２の総面積は小さくなっている。 In the centrifugal compressor 100, as shown in FIG. 4B, the high pressure part 102 having a high pressure of the air flowing toward the impeller 32 is divided into a plurality of parts on the center side of the inflow channel 52, and the high pressure part 102 The total area is getting smaller.
これに対して、遠心圧縮機３０では、インペラ３２側へ流れる空気は、インペラ３２の回転中心側に押されている。このため、図４（Ａ）に示されるように、インペラ３２側へ流れる空気の圧力が高い高圧力部１０２は、インペラ３２の回転軸を中心に大きく存在し、高圧力部１０２の総面積は大きくなっている。 On the other hand, in the centrifugal compressor 30, the air flowing toward the impeller 32 is pushed toward the rotation center side of the impeller 32. For this reason, as shown in FIG. 4A, the high pressure portion 102 where the pressure of the air flowing toward the impeller 32 is high exists largely around the rotation axis of the impeller 32, and the total area of the high pressure portion 102 is as follows. It is getting bigger.
このＣＦＤ解析結果から、遠心圧縮機３０の高圧力部１０２の総面積は、遠心圧縮機１００の高圧力部１０２の総面積と比して大きいことが分かる。このように、遠心圧縮機３０においてインペラ３２側へ流れる空気の圧力は、遠心圧縮機１００においてインペラ３２側へ流れる空気の圧力と比して高いことが分かる。 From this CFD analysis result, it can be seen that the total area of the high pressure part 102 of the centrifugal compressor 30 is larger than the total area of the high pressure part 102 of the centrifugal compressor 100. Thus, it can be seen that the pressure of the air flowing toward the impeller 32 in the centrifugal compressor 30 is higher than the pressure of the air flowing toward the impeller 32 in the centrifugal compressor 100.
（まとめ）
以上説明したように、凹部７０は、軸方向から見て、直線部７０Ａと、湾曲部７０Ｂとで形成されている。そして、直線部７０Ａは、一端が流入流路５２の周縁に接する接線であり、湾曲部７０Ｂは、直線部７０Ａに対してインペラ翼３６の回転方向の下流側に位置し、一端が直線部７０Ａと接し他端が第一流路６８の周縁に達している。
(Summary)
As described above, the concave portion 70 is formed by the straight portion 70A and the curved portion 70B when viewed from the axial direction. The straight portion 70A is a tangent line whose one end is in contact with the peripheral edge of the inflow channel 52, the curved portion 70B is located downstream of the straight portion 70A in the rotation direction of the impeller blades 36, and one end is the straight portion 70A. And the other end reaches the periphery of the first flow path 68.
このため、直線部７０Ａに沿って流れる空気は、湾曲部７０Ｂによって流れ方向が変えられ、インペラ３２の回転中心側に向かって流れる。これにより、遠心圧縮機３０では、凹部が直線部と湾曲部とで形成されていない場合と比して、軸方向から見て、凹部７０の壁面に沿って流れる空気を、インペラ３２の回転中心側に流すことができる。そして、遠心圧縮機３０では、サージングの発生を抑制することができる。 For this reason, the flow direction of the air flowing along the straight portion 70 </ b> A is changed by the curved portion 70 </ b> B and flows toward the rotation center side of the impeller 32. As a result, in the centrifugal compressor 30, the air flowing along the wall surface of the recess 70 as viewed from the axial direction is compared with the center of rotation of the impeller 32 as compared to the case where the recess is not formed by the straight portion and the curved portion. Can flow to the side. And in the centrifugal compressor 30, generation | occurrence | production of surging can be suppressed.
また、凹部７０は、第一流路６８の周方向に複数形成されている。このため、遠心圧縮機３０では、凹部７０が１個の場合と比して、軸方向から見て、流入流路５２から流入してインペラ３２側に流れる空気を、インペラ３２の回転中心側に押すことでインペラ３２側へ流れる空気の圧力を高くすることができる。 A plurality of recesses 70 are formed in the circumferential direction of the first flow path 68. For this reason, in the centrifugal compressor 30, air flowing from the inflow passage 52 and flowing to the impeller 32 side is seen toward the rotation center side of the impeller 32 as viewed from the axial direction, as compared with the case where there is one recess 70. By pushing, the pressure of the air flowing toward the impeller 32 can be increased.
また、凹部７０は、第一流路６８の周方向に同様のピッチで形成されている。このため、遠心圧縮機３０では、凹部７０が第一流路６８の周方向に同様のピッチで形成されていない場合と比して、軸方向から見て、流入流路５２から流入してインペラ３２側に流れる空気を、インペラ３２の回転中心側に押すことでインペラ３２側へ流れる空気の圧力を高くすることができる。 The recesses 70 are formed at the same pitch in the circumferential direction of the first flow path 68. For this reason, in the centrifugal compressor 30, the impeller 32 flows in from the inflow channel 52 as viewed from the axial direction as compared with the case where the recesses 70 are not formed at the same pitch in the circumferential direction of the first channel 68. The pressure of the air flowing toward the impeller 32 can be increased by pushing the air flowing toward the impeller 32 toward the rotation center.
また、ターボチャージャ１０においては、遠心圧縮機３０におけるサージングの発生が抑制されることで、圧縮空気をエンジンに効率よく供給することができる。 Further, in the turbocharger 10, the occurrence of surging in the centrifugal compressor 30 is suppressed, so that compressed air can be efficiently supplied to the engine.
なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態をとることが可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記実施形態では、凹部７０は、直線部７０Ａと、湾曲部７０Ｂとで形成されたが、特に凹部が直線部と湾曲部とで形成されていなくてもよい。例えば、湾曲状の凹部であってもよい。この場合には、凹部７０が直線部７０Ａと湾曲部７０Ｂとで形成されることで奏する作用は奏しない。 Although the present invention has been described in detail with respect to specific embodiments, the present invention is not limited to such embodiments, and various other embodiments can be taken within the scope of the present invention. This will be apparent to those skilled in the art. For example, in the above-described embodiment, the concave portion 70 is formed by the straight portion 70A and the curved portion 70B, but the concave portion may not be formed by the straight portion and the curved portion. For example, it may be a curved recess. In this case, the effect produced by forming the concave portion 70 by the straight portion 70A and the curved portion 70B is not achieved.
また、上記実施形態では、凹部７０は、５個形成されたが、１個でもよく、５個以外の個数であってもよい。凹部７０が１個の場合には、凹部７０が複数形成されることで奏する作用は奏しない。 Moreover, in the said embodiment, although the five recessed parts 70 were formed, one piece may be sufficient and the number other than five may be sufficient. In the case where the number of the recesses 70 is one, the effect exerted by forming a plurality of the recesses 70 is not achieved.
また、上記実施形態では、凹部７０は、第一流路６８の周方向に同様のピッチで形成されたが、同様のピッチで形成されていなくてもよい。この場合には、凹部７０が第一流路６８の周方向に同様のピッチで形成されることで奏する作用は奏しない。 Moreover, in the said embodiment, although the recessed part 70 was formed with the same pitch in the circumferential direction of the 1st flow path 68, it does not need to be formed with the same pitch. In this case, the effect | action which shows by the recessed part 70 being formed in the circumferential direction of the 1st flow path 68 with the same pitch does not show | play.
また、上記実施形態では、隣り合う凹部７０は、接していたが、特に隣り合う凹部７０が接していなくてもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the adjacent recessed part 70 touched, the adjacent recessed part 70 does not need to contact especially.
また、上記実施形態では、遠心圧縮機３０をターボチャージャ１０に用いたが、他の空調機器等に用いてもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the centrifugal compressor 30 was used for the turbocharger 10, you may use for another air conditioning apparatus etc.
１０ ターボチャージャ
２０ タービンユニット
２２ タービンロータ
３０ 遠心圧縮機
３２ インペラ（回転翼の一例）
５２ 流入流路
６０ 導入部
６８ 第一流路
７０ 凹部
７０Ａ 直線部
７０Ｂ 湾曲部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Turbocharger 20 Turbine unit 22 Turbine rotor 30 Centrifugal compressor 32 Impeller (an example of rotary blade)
52 Inflow channel 60 Introduction part 68 First channel 70 Recess 70A Straight line part 70B Curved part
Claims (5)
前記回転翼へ空気を導く流入流路が前記軸方向に延びて形成されている導入部と、を備え、
前記流入流路は、前記軸方向に延びる円柱状の第一流路と、前記軸方向から見て、前記第一流路の周囲に設けられた凹部とを含んで形成されている遠心圧縮機。 A rotating blade that rotates around an axis and compresses air flowing in from the axial direction to flow in the radial direction;
An inflow channel for guiding air to the rotor blade is formed extending in the axial direction, and
The inflow channel is a centrifugal compressor formed to include a cylindrical first channel extending in the axial direction and a recess provided around the first channel when viewed from the axial direction.
前記タービンロータから回転力が回転翼に伝達され、前記エンジンに供給する空気を圧縮する請求項１〜４の何れか１項に記載の遠心圧縮機と、
を備えたターボチャージャ。 A turbine unit having a turbine rotor that is rotated by a force through which exhaust gas discharged from the engine flows;
The centrifugal compressor according to any one of claims 1 to 4, wherein a rotational force is transmitted from the turbine rotor to the rotor blades, and compresses the air supplied to the engine.
Turbocharger with
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| KR20190074405A (en) * | 2017-12-20 | 2019-06-28 | 현대자동차주식회사 | Apparatus for air intake duct of vehicle |
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