JP5039673B2 - ターボ型圧縮機のストラット構造 - Google Patents

Description

本発明は、輻流型排気ターボ過給機等に適用され、回転軸心を中心に回転駆動される羽根車と循環通路付きの環状筒部と該環状筒部の外周部から固定ハウジングの内周部との間に設けられ該環状筒部を支持する複数のストラットを備えたターボ型圧縮機のストラット構造に係り、特に前記ストラットが回転軸心を中心に周方向に複数個配設されたターボ型圧縮機に関する。

排気ターボ過給機の遠心圧縮機に用いられるターボ型圧縮機においては、タービンロータの回転はタービンシャフトを介してターボ型圧縮機の羽根車を回転させ、コンプレッサハウジングの空気入口通路を通って、吸入された空気を該羽根車で加圧して、空気通路を通してエンジンに供給される。即ち、空気はターボ型圧縮機の遠心力によって加圧され、エンジンに供給されることとなる。

かかる排気ターボ過給機の遠心圧縮機つまりターボ型圧縮機においては、作動範囲の拡大の要求が強まっている。そのため、従来は特許文献１（特開２００４−２７９３１号公報）に示されるように、圧縮機の回転軸心に沿って延びて羽根車を収納し、気体を羽根車の羽根に導く気体入口通路が形成された固定ハウジングと、該固定ハウジングの気体入口通路の外周部位に回転軸心を中心とした円周上に配置され気体入口通路から分岐されてシュラウド部とを連通する循環通路を外周側に区画形成する環状筒部を設け、該循環通路のシュラウド部側の開口位置を、羽根の前縁から子午線に沿って２〜２１％の位置とすることで、排気ターボ過給機のターボ型圧縮機の作業範囲の拡大を図る手段が提供されている。
特開２００４−２７９３１号公報

しかしながら、特許文献１（特開２００４−２７９３１号公報）に示された技術のように、気体を圧縮するための羽根の回転により発生し、羽根の回転数及び羽根の枚数に基づいて決まる騒音周波数が、循環通路の長さによって決まる軸方向の共鳴と一致すると、共鳴が発生する可能性がある。
かかる騒音は、前記循環通路を外周側に区画形成する環状筒部とこれを支持するストラットの数等によって影響されることが多い。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、気体を圧縮するための羽根の回転により発生する騒音の周波数が、循環通路の軸方向の共鳴周波数等と一致しないような、ストラットと環状筒部との組み合せを求めて、かかる共鳴振動を低減するターボ型圧縮機のストラット構造を提供することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するもので、回転軸心を中心に回転駆動される羽根及び該羽根内周側を支持するハブ部及び該羽根の径方向外側部分を構成するシュラウド部を備えた羽根車と、前記回転軸心に沿って延びて前記羽根車を収納し気体を前記羽根に導く気体入口通路が形成された固定ハウジングと、該固定ハウジングの前記気体入口通路の外周部位に前記回転軸心を中心とした円周上に配置され前記気体入口通路から分岐されて前記シュラウド部とを連通する循環通路を外周側に区画形成する環状筒部と、前記回転軸心を中心とした半径方向の放射状に延びて前記循環通路を円周方向に分割するために前記環状筒部の外周部から前記循環通路を貫通して前記固定ハウジングの内周部との間に複数のストラットとを備えたターボ型圧縮機において、ストラット形成予定部を、回転軸心を中心として４個以上円周方向等間隔に形成するとともに、該ストラット形成予定部の１個を円周方向に沿って一定角度ずらして形成し、対応する夫々のストラット形成予定部にストラットを配置したことを特徴とする。また、本発明は、１個のストラット形成予定部のずらし量を、（３６０°／Ｔ）（Ｔはストラット形成予定部の数）とすれば一個のストラット形成予定部が除去されることなる。

従って本発明は、前記ターボ型圧縮機において、前記ストラット形成予定部を、前記回転軸心を中心とした円周方向に等間隔に形成するとともに、該ストラット形成予定部の１個を除いて他のストラット形成予定部にストラットを配置したことを規定する。

前記ストラットは、具体的は、次のように構成する。
（１）前記ストラット形成予定部の数を４個とし、１個のストラット形成予定部のずらし量を、（（１８０°／Ｔ）×（１／２〜１／３））°（Ｔはストラット形成予定部の数）として該ストラット形成予定部にストラットを配置するのがよい。
特に、前記により配置したストラット形成予定部の数を４個とし、１個のストラット形成予定部のずらし量を１８°として該ストラット形成予定部にストラットを配置することが好ましい。
（２）前記により配置したストラット形成予定部の数を５個〜６個とし、１個のずらし量を、（（１８０°／Ｔ）×（１／２））°（Ｔはストラット形成予定部の数）として該ストラット形成予定部にストラットを配置することが好ましい。
（３）前記により配置したストラット形成予定部の数を７個以上とし、１個のストラット形成予定部のずらし量を、（１８０°／Ｔ）（Ｔはストラット形成予定部の数）として、該ストラット形成予定部にストラットを配置する（（３６０°／Ｔの場合は）一個のストラット形成予定部が除去されるのでストラットはＴ−１となる）。

本発明によれば、前記ストラット形成予定部を、回転軸心を中心として４個以上円周方向等間隔に配置するとともに、該ストラット形成予定部の１個を円周方向に沿って一定角度ずらして形成するか、前記ストラット形成予定部を、回転軸心を中心とした円周方向等間隔に配置するとともに、該ストラット形成予定部の１個を除去してストラットを配置（ストラットの数はＴ-１）したので、円周方向におけるストラットの配置をアンバランスにしたことにより、ストラット本数の整数倍の励振力成分を１割程度低減することが可能となる。これにより、ストラット本数の整数倍以外の励振力成分の増加を最低限に抑えることができる。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は本発明の第１実施例にかかる排気ターボ過給機の遠心圧縮機の要部断面図、図２は遠心圧縮機を空気入口通路側から見た図である。図３は前記ストラット形成予定部の数及び配置を示す骨格図である。
図１〜３において、８は羽根車で、ハブ８ｃ上に円周方向に沿って複数枚の羽根８ａ、及び該羽根８ａの径方向外側部分を構成するシュラウド部８ｂを備えている。
７は羽根車８が収納されるコンプレッサハウジング、７ｄは該コンプレッサハウジング７の空気入口通路、４はディフューザであり、これらにより、遠心圧縮機１００を構成する。また１００ａは該排気ターボ過給機の回転軸心である。

前記コンプレッサハウジング７の空気入口通路７ｄのハウジング周壁３に接して、長円形状の断面を有する環状筒部２を形成している。
該環状筒部２は、前記コンプレッサハウジング７の前記空気入口通路７ｄの外周部位に前記回転軸心１００ａを中心とした円周上に配置され、前記空気入口通路７ｄから分岐されて前記シュラウド部８ｂとを連通する循環通路７ｂを外周側に区画形成している。
１はストラット形成予定部で、前記回転軸心１００ａを中心とした半径方向の放射状に延びて前記循環通路７ｂを円周方向に分割するために前記環状筒部２の外周部から前記循環通路７ｂを貫通して前記コンプレッサハウジング７の内周部７ａとの間に、複数形成されている。

前記ストラット形成予定部１は、この第１実施例においては、図２及び図３に示すように、回転軸心１００ａを中心とした円周方向等間隔に配置する、この例では円周方向等間隔に８個配置し、かかる該ストラット形成予定部のうちの１個（１ａは削除ストラット形成予定部）を除去し、円周方向に不等間隔の構成としている。

従って、かかる第１実施例によれば、実験により次の効果が得られた。
即ち、円周方向等間隔に配置されたストラット形成予定部１Ａの１個を除去して円周方向におけるストラット１の配置をアンバランス（不等間隔）にしたことにより、ストラット形成予定部１の本数の整数倍の励振力成分を１割程度低減することが可能となる。これにより、ストラット１の本数の整数倍以外の励振力成分の増加を最低限に抑えることができる。

そして、前記ストラット形成予定部１を、回転軸心１００ａを中心として４個以上円周方向等間隔に配置するとともに、該ストラット形成予定部１Ａの１個を円周方向に沿って一定角度ずらして配置し、配置態様を第２〜第４実施例のように限定することにより、実験により次の効果が得られた。

図４は、前記第２実施例によるストラットおよびその形成予定部の数及び配置を示す骨格図である。
この第２実施例においては、円周方向等間隔に配置されたストラット形成予定部１Ａの数を４個とし、１個のずらし量を、（（１８０°／Ｔ）×（１／２〜１／３））°（Ｔはストラット及び形成予定部の数＝４本）としている。
これにより、前記ストラット１を円周方向等間隔から、円周方向に１個のストラット１をずらすことにより１のストラット配置間隔が不等間隔とすることによって、励振力成分を５割弱程度、低減できた。

図５は、前記第３実施例によるストラットおよびその形成予定部の数及び配置を示す骨格図である。
この第３実施例においては、円周方向等間隔に配置されたストラット形成予定部１Ａの数を５個〜６個とし、１個のストラット形成予定部１Ａのずらし量を、（（１８０°／Ｔ）×（１／２））°（Ｔはストラット形成予定部の数＝５または６）としている。
これにより、前記ストラット配置間隔を等間隔５〜６個から、円周方向に１個ずらした不等間隔とすることよって、励振力成分を４割弱程度、低減できた。
この実施例での実験例を、図８に示す。図８において、Ａが円周方向等間隔の場合、Ｂが円周方向に１個ずらした場合（この第３実施例）を示す。

この実施例での実験例を、図８に示す。図８において、Ａが円周方向等間隔の場合、Ｂが円周方向に１個ずらした場合（この第３実施例）を示す。（図８は、図５の実施例でストラットが５本の場合である。）図８において縦軸は励振力を表し、等ピッチすなわち図５記載のα２が０度の時の励振力を基準の１としたもので、横軸は、ストラットのずれ量α２を表している。図８は、ストラットのずれ量α２を変化させたときの励振力の変化を示すものであり、ストラットのずれ量α２が１８度と５４度で最も励振力が小さくなることを示している。
そして図５においてストラットが５本で等ピッチの場合ストラット間隔は、７２度となるが、５本ストラットでは、１本のストラットのずれ量α２は、１８度あるいは５４度に設定する方が励振力が最も小さいことが理解できる。
図８で右側のBで１本抜くと記載されたものは、ずれ量α２が７２度の場合、すなわち隣のストラット位置に来たことを示しており、このことは、ストラットを１本抜いたことと同意であるので「１本抜く」と記載している。

図６は、前記第４実施例によるストラット及びその形成予定部の数及び配置を示す骨格図である。
この第４実施例においては、円周方向等間隔に配置されたストラット形成予定部１の数を７個以上とし、ストラット形成予定部の１個のずらし量を、（１８０°／Ｔ）（Ｔはストラット形成予定部の数＝７本以上）としている。
これにより、前記ストラット形成予定部１の数を等間隔の７個以上とし、円周方向にストラット形成予定部を１個ずらして不等間隔とすることよって、励振力成分を３割弱程度、低減できた。

図７は、前記第５実施例によるストラット及びその形成予定部の数及び配置を示す骨格図である。
この第５実施例においては、円周方向等間隔に配置されたストラット形成予定部１の数を４個とし、１個のずらし量を１８°に限定している。
このようにすると、前記ストラット形成予定部１の数を等間隔の４個とし、円周方向に１個ずらすことにより不等間隔とすることよって、励振力成分を５割弱程度、低減できた。
実験例を、図９に示す。図９において、Ａが円周方向等間隔の場合、Ｂが円周方向に１個ずらした場合（この第５実施例）を示す。

図９は、ストラットが４本の場合である。このときのストラット間隔は、等ピッチの場合９０度である。等ピッチの場合（すなわち図９で０度の位置）を基準にした励振力の変化を示している。先の５本ストラットの場合、ストラットのずれ量α２の変化つれてサイン波的に変化するが４本ではそうなっていない。１８度と７２度で最も励振力が小さくなっている。４５度を境に対称な励振力である。９０度の「１本抜く」は、図８と同様に隣のストラット位置に来たとき、すなわち「ストラットを１本抜いた」時に相当する励振力である。「１本挿入」は、等ピッチのストラット（９０度間隔）に１本追加し５本にしたときである。「B実施例５」とは、図７の４本配置での励振力で、励振力の値からするとストラットのずれ量α３が、１８度または７２度近くであることを示している。

本発明によれば、気体を圧縮するための羽根の回転により発生する騒音の周波数が、循環通路の軸方向の共鳴周波数等と一致しないような、ストラット形成予定部と環状筒部との組み合せを求めて、かかる共鳴振動を低減するターボ型圧縮機のストラット形成予定部構造を提供できる。

本発明の第１実施例における排気ターボ過給機の遠心圧縮機の要部断面図で ある。 第１実施例にかかる遠心圧縮機を空気入口通路側から見た図である。 前記第１実施例における前記ストラットの数及び配置を示す骨格図である。 本発明の第２実施例によるストラットの数及び配置を示す骨格図である。 本発明の第３実施例によるストラットの数及び配置を示す骨格図である。 本発明の第４実施例によるストラットの数及び配置を示す骨格図である。 本発明の第５実施例によるストラットの数及び配置を示す骨格図である。 前記第３実施例による励振力の実験結果である。 前記第５実施例による励振力の実験結果である。

符号の説明

１ ストラット
１ａ 削除ストラット
２ 環状筒部
３ ハウジングの周壁
７ コンプレッサハウジング（固定ハウジング）
７ｂ 循環通路
７ｄ 空気入口通路
８ 羽根車
８ａ 羽根
８ｂ シュラウド部
８ｃ ハブ８ｃ
１００ 遠心圧縮機
１００ａ 排気ターボ過給機の回転軸心

Claims (6)

1. 回転軸心を中心に回転駆動される羽根及び該羽根内周側を支持するハブ部及び該羽根の径方向外側部分を構成するシュラウド部を備えた羽根車と、前記回転軸心に沿って延びて前記羽根車を収納し気体を前記羽根に導く気体入口通路が形成された固定ハウジングと、該固定ハウジングの前記気体入口通路の外周部位に前記回転軸心を中心とした円周上に配置され前記気体入口通路から分岐されて前記シュラウド部とを連通する循環通路を外周側に区画形成する環状筒部と、前記回転軸心を中心とした半径方向の放射状に延びて前記循環通路を円周方向に分割するために前記環状筒部の外周部から前記循環通路を貫通して前記固定ハウジングの内周部との間に複数のストラットとを備えたターボ型圧縮機において、
   ストラット形成予定部を、回転軸心を中心として４個以上円周方向等間隔に形成するとともに、該ストラット形成予定部の１個を円周方向に沿って一定角度ずらして形成し、対応する夫々のストラット形成予定部にストラットを配置したことを特徴とするターボ型圧縮機。
2. 請求項１記載のターボ型圧縮機において、前記ストラット形成予定部を、前記回転軸心を中心とした円周方向に等間隔に形成するとともに、該ストラット形成予定部の１個を除いて他のストラット形成予定部にストラットを配置したことを特徴とするターボ型圧縮機。
3. 前記ストラットの数を４個とし、１個のストラットのずらし量を、（（１８０°／Ｔ）×（１／２〜１／３））°（Ｔはストラットの数）としたことを特徴とする請求項１記載のターボ型圧縮機のストラット構造。
4. 前記ストラットの数を４個とし、１個のストラットのずらし量を１８°としたことを特徴とする請求項１記載のターボ型圧縮機のストラット構造。
5. 前記ストラットの数を５若しくは６個とし、１個のストラットのずらし量を、（（１８０°／Ｔ）×（１／２））°（Ｔはストラットの数）としたことを特徴とする請求項１記載のターボ型圧縮機のストラット構造。
6. 前記ストラットの数を７個以上とし、１個のストラットずらし量を、（１８０°／Ｔ）（Ｔはストラットの数）としたことを特徴とする請求項１記載のターボ型圧縮機のストラット構造。

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