JP6559401B2 - Compressor impeller, centrifugal compressor, and supercharger - Google Patents
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Description
本発明は、遠心力を利用して空気等の流体を圧縮する遠心圧縮機、及びこの遠心圧縮機に用いられる圧縮機インペラ等に関する。 The present invention relates to a centrifugal compressor that compresses a fluid such as air using centrifugal force, a compressor impeller used in the centrifugal compressor, and the like.
近年、過給機、産業機械、ガスタービン等に用いられる遠心圧縮機について種々の研究開発がなされており、一般的な遠心圧縮機の構成について簡単に説明すると、次のようになる（特許文献１及び特許文献２等参照）。 In recent years, various research and development have been conducted on centrifugal compressors used in superchargers, industrial machines, gas turbines, etc. The configuration of a general centrifugal compressor will be briefly described as follows (Patent Literature). 1 and Patent Document 2).
一般的な遠心圧縮機は、圧縮機ハウジングを具備しており、この圧縮機ハウジングは、内側に、シュラウドを有している。そして、圧縮機ハウジング内には、圧縮機インペラがその軸心（圧縮機インペラの軸心）周りに回転可能に設けられている。また、圧縮機インペラは、圧縮機ディスクを備えており、この圧縮機ディスクのハブ面は、軸方向一方側（圧縮機インペラの軸方向の一方側）から半径方向外側（圧縮機インペラの半径方向の外側）に向かって延びている。更に、圧縮機ディスクのハブ面には、複数の圧縮機ブレードが周方向（ハブ面の周方向）に間隔を置いて一体的に設けられている。ここで、各圧縮機ブレードの先端縁（チップ）は、圧縮機ハウジングのシュラウドに沿うように延びており、各圧縮機ブレードの後縁は、子午面において圧縮機インペラの軸方向に平行になっており、換言すれば、各圧縮機ブレードの後縁は、ハブ端からチップ端にかけて同じ半径方向位置に位置している。 A typical centrifugal compressor includes a compressor housing, and the compressor housing has a shroud inside. A compressor impeller is provided in the compressor housing so as to be rotatable around its axis (axis of the compressor impeller). The compressor impeller includes a compressor disk, and the hub surface of the compressor disk is radially outward from one axial side (one axial side of the compressor impeller) (radial direction of the compressor impeller). The outside). Furthermore, a plurality of compressor blades are integrally provided on the hub surface of the compressor disk at intervals in the circumferential direction (circumferential direction of the hub surface). Here, the leading edge (tip) of each compressor blade extends along the shroud of the compressor housing, and the trailing edge of each compressor blade is parallel to the axial direction of the compressor impeller on the meridian surface. In other words, the trailing edge of each compressor blade is located at the same radial position from the hub end to the tip end.
ところで、近年、遠心圧縮機の高圧力比化の要請が強くなっており、その要請に応えるには、圧縮機インペラの外径を拡大する必要がある。一方、圧縮機インペラの外径を拡大すると、遠心圧縮機の運転中に、圧縮機ディスクの中心側（圧縮機ディスクの中心側でかつ最大径部に対応する側）に過大な遠心応力が発生して、圧縮機インペラの耐久性、換言すれば、遠心圧縮機の耐久性の低下を招くことになる。つまり、遠心圧縮機の耐久性を維持しつつ、遠心圧縮機の高圧力比化を促進することは容易でないという問題がある。 Incidentally, in recent years, there has been a strong demand for a high pressure ratio of a centrifugal compressor, and in order to meet the demand, it is necessary to increase the outer diameter of the compressor impeller. On the other hand, when the outer diameter of the compressor impeller is increased, excessive centrifugal stress is generated on the center side of the compressor disk (the side corresponding to the maximum diameter portion of the compressor disk) during operation of the centrifugal compressor. Thus, the durability of the compressor impeller, in other words, the durability of the centrifugal compressor is lowered. That is, there is a problem that it is not easy to promote the high pressure ratio of the centrifugal compressor while maintaining the durability of the centrifugal compressor.
そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成からなる圧縮機インペラ及び遠心圧縮機等を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a compressor impeller, a centrifugal compressor, and the like having a novel configuration that can solve the above-described problems.
本発明の発明者は、前述の問題を解決するために、試行錯誤を繰り返した結果、各圧縮機ブレードの後縁のハブ端からチップ端にかけて、圧縮機ディスクの最大径部に対して半径方向外側へ向かって凸形状になるように湾曲して突出した所定の突出部を形成することにより、従来の圧縮機インペラの外径を突出部の突出長さ分だけ全体的に拡大した場合に比べて、圧力比を同等以上に向上させつつ、圧縮機ディスクの中心側における遠心応力の大きい領域を縮小できるという、新規な知見を得ることができ（後述の実施例参照）、本発明を完成するに至った。ここで、所定の突出部とは、突出長さが圧縮機ディスクの最大径部の半径方向長さの１０％以下に設定された突出部のことである。 As a result of repeated trial and error, the inventor of the present invention, as a result of repeated trial and error, results in a radial direction relative to the maximum diameter portion of the compressor disk from the hub end to the tip end of the trailing edge of each compressor blade. by forming a predetermined protrusion protruding curved so as to be convex toward the outside, compared with the case of an enlarged outer diameter of a conventional compressor impeller only wholly projecting length of the projecting portion Thus, it is possible to obtain a new finding that the region where the centrifugal stress is large on the center side of the compressor disk can be reduced while improving the pressure ratio to the same level or more (see the examples described later), and the present invention is completed. It came to. Here, the predetermined protrusion is a protrusion whose protrusion length is set to 10% or less of the radial length of the maximum diameter portion of the compressor disk.
本発明の第１の態様は、遠心力を利用して流体を圧縮する遠心圧縮機に用いられる圧縮機インペラにおいて、ハブ面が軸方向一方側から半径方向外側に向かって延びた圧縮機ディスクと、前記圧縮機ディスクのハブ面にその周方向（ハブ面の周方向）に間隔を置いて設けられた複数の圧縮機ブレードと、を具備し、各圧縮機ブレードの後縁は、前記圧縮機ブレードが前記圧縮機ディスクのハブ面に接している範囲での端部であるハブ端と、前記圧縮機ブレードの先端縁の範囲での端部であるチップ端とを有し、各圧縮機ブレードの後縁のハブ端及びチップ端は、前記圧縮機ディスクの最大径部と同じ半径方向位置に位置し、各圧縮機ブレードの後縁のハブ端からチップ端にかけて、前記圧縮機ディスクの最大径部（外縁部）に対して半径方向外側へ向かって凸形状になるように湾曲して突出した突出部が形成され、各圧縮機ブレードの前記突出部の突出長さは、前記圧縮機ディスクの最大径部の半径方向長さの１０％以下に設定されていることである。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a compressor impeller for use in a centrifugal compressor that compresses a fluid by utilizing centrifugal force, a compressor disk having a hub surface extending radially outward from one side in the axial direction; A plurality of compressor blades provided on the hub surface of the compressor disk at intervals in the circumferential direction (circumferential direction of the hub surface), and the trailing edge of each compressor blade is the compressor Each compressor blade has a hub end that is an end portion in a range where the blade is in contact with a hub surface of the compressor disk, and a tip end that is an end portion in a range of a tip edge of the compressor blade. The hub end and tip end of the trailing edge are located at the same radial position as the maximum diameter portion of the compressor disk, and the maximum diameter of the compressor disk extends from the hub end to the tip end of the trailing edge of each compressor blade. Radial direction with respect to part (outer edge) Protrusion protruding curved so as to be convex toward the side is formed, the protruding length of the protruding portion of the compressor blades 10 of the radial length of the maximum diameter portion of the compressor disk % Or less.
ここで、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「流体」とは、空気等のガスを含む意であって、「遠心圧縮機」とは、車両用過給機等の過給機に用いられる遠心圧縮機だけでなく、産業用遠心圧縮機、ガスタービン用遠心圧縮機等を含む意である。また、「軸方向一方側」とは、軸方向の一方側のことをいい、「軸方向」とは、特に断らない限り、圧縮機インペラの軸方向のことをいい、「半径方向外側」とは、半径方向の外側のことをいい、「半径方向」とは、特に断らない限り、圧縮機インペラの半径方向のことをいう。更に、「一体的に設けられ」とは、一体形成されたことを含む意であって、「後縁」とは、流体の主流方向の下流側の端縁のことをいい、「前縁」とは、流体の主流方向の上流側の端縁のことをいう。「半径方向長さ」とは、圧縮機インペラの軸心を基準とした半径方向の長さのことをいう。なお、「ハブ端」とは、圧縮機ディスクのハブ面側の端のことをいい、「チップ端」とは、ハブ端の反対側の端のことをいう。 Here, in the specification and claims of the present application, “fluid” means that gas such as air is included, and “centrifugal compressor” is a supercharger such as a supercharger for vehicles. It is intended to include not only the centrifugal compressors used but also industrial centrifugal compressors, gas turbine centrifugal compressors, and the like. Further, “one axial direction” means one axial direction, and “axial direction” means the axial direction of the compressor impeller unless otherwise specified, and “radially outward”. Means the outside in the radial direction, and “radial direction” means the radial direction of the compressor impeller unless otherwise specified. Furthermore, “provided integrally” means including being integrally formed, and “rear edge” refers to an edge on the downstream side in the main flow direction of the fluid, and refers to “front edge”. The term “edge” refers to the upstream edge in the main flow direction of the fluid. The “radial length” refers to a radial length with respect to the axis of the compressor impeller. The “hub end” refers to the end on the hub surface side of the compressor disk, and the “chip end” refers to the end opposite to the hub end.
本発明の第１の態様によると、各圧縮機ブレードの後縁に前記圧縮機ディスクの最大径部に対して半径方向外側へ向かって凸形状になるように湾曲して突出した突出部がハブ端からチップ端にかけて形成され、各圧縮機ブレードの前記突出部の突出長さが前記圧縮機ディスクの最大径部の半径方向長さの１０％以下に設定されているため、前記遠心圧縮機に前述の新規な知見を適用することができる。従って、本発明によれば、従来の圧縮機インペラ（前記突出部を省略した圧縮機インペラ）の外径を前記突出部の突出長さ分だけ全体的に拡大した場合に比べて、圧力比を同等以上に向上させつつ、前記圧縮機ディスクの中心側における遠心応力の大きい領域を縮小することができる。 According to a first aspect of the present invention, the protruding portion protruding curved to be a convex shape with respect to the maximum diameter of the compressor disk the trailing edge of each compressor blade toward the radially outer hub is formed toward the tip end from the end, the projecting length of the projecting portion of the compressor blade is set to less than 10% of the radial length of the maximum diameter portion of the compressor disk, in the centrifugal compressor The novel findings described above can be applied. Therefore, according to the present invention, compared with the case where the outer diameter of the conventional compressor impeller (the compressor impeller from which the protruding portion is omitted) is increased as a whole by the protruding length of the protruding portion, the pressure ratio is increased. It is possible to reduce the region where the centrifugal stress is large on the center side of the compressor disk while improving the same or better.
本発明の第２の態様は、遠心力を利用して流体を圧縮する遠心圧縮機において、内側にシュラウドを有した圧縮機ハウジングと、前記圧縮機ハウジング内に回転可能に設けられ、第１の特徴からなる圧縮機インペラと、を具備したことである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a centrifugal compressor that compresses a fluid using centrifugal force, a compressor housing having a shroud on the inside, a rotary housing provided in the compressor housing so as to be rotatable, Ru der that includes a compressor impeller consisting of wherein, the.
第２の態様によると、第１の態様による作用と同様の作用を奏する他に、前記インペラをその軸心（前記インペラの軸心）周りに回転させることにより、前記圧縮機ハウジング内に取入れた流体を圧縮することができる。一方、圧縮した流体（圧縮流体）は、前記圧縮機ハウジングの外側へ排出される。 According to the second aspect , in addition to the same action as the action according to the first aspect , the impeller is rotated around its axis (axis of the impeller) to be taken into the compressor housing. The fluid can be compressed. On the other hand, the compressed fluid (compressed fluid) is discharged to the outside of the compressor housing.
本発明の第３の態様は、エンジンからの排気ガスの圧力エネルギーを利用して、前記エンジン側に供給される空気を過給する過給機において、第２の態様からなる遠心圧縮機を具備したことである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a supercharger that supercharges air supplied to the engine side using pressure energy of exhaust gas from the engine, and includes the centrifugal compressor according to the second aspect. Ru der that you have.
本発明の第３の態様によると、第２の態様による作用と同様の作用を奏する。 According to the 3rd aspect of this invention, there exists an effect | action similar to the effect | action by a 2nd aspect .
本発明によれば、従来の圧縮機インペラの外径を前記突出部の突出長さ分だけ全体的に拡大した場合に比べて、同等以上に圧力比を向上させつつ、前記圧縮機ディスクの中心側における遠心応力の大きい領域を縮小できるため、前記圧縮機インペラの耐久性、換言すれば、前記遠心圧縮機の耐久性を維持しつつ、前記遠心圧縮機の高圧力比化を促進することができる。 According to the present invention, the center of the compressor disk is improved while improving the pressure ratio more than or equal to the case where the outer diameter of the conventional compressor impeller is enlarged as a whole by the protrusion length of the protrusion. Since the region where the centrifugal stress is large on the side can be reduced, it is possible to promote the high pressure ratio of the centrifugal compressor while maintaining the durability of the compressor impeller, in other words, the durability of the centrifugal compressor. it can.
本発明の実施形態及び実施例について図１から図７Ｂを参照して説明する。なお、図面に示すとおり、「Ｆ」は、前方向、「Ｒ」は、後方向、「ＡＤ」は、軸方向、「ＢＤ」は、半径方向、「ＢＤｉ」は、半径方向内側、「ＢＤｏ」は、半径方向外側、「ＣＤ」は、圧縮機インペラの回転方向である。 Embodiments and examples of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7B. As shown in the drawings, “F” is the forward direction, “R” is the backward direction, “AD” is the axial direction, “BD” is the radial direction, “BDi” is the radially inner side, “BDo” "Is radially outward, and" CD "is the direction of rotation of the compressor impeller.
（本発明の実施形態）
図４に示すように、本発明の実施形態に係る車両用過給機（過給機の一例）１は、エンジン（図示省略）からの排気ガス（ガスの一例）の圧力エネルギーを利用して、エンジンに供給される空気を過給（圧縮）するものである。そして、車両用過給機１の具体的な構成等は、以下のようになる。
(Embodiment of the present invention)
As shown in FIG. 4, a vehicle supercharger (an example of a supercharger) 1 according to an embodiment of the present invention utilizes pressure energy of exhaust gas (an example of gas) from an engine (not shown). The air supplied to the engine is supercharged (compressed). And the specific structure of the supercharger 1 for vehicles is as follows.
車両用過給機１は、軸受ハウジング３を具備しており、軸受ハウジング３内には、一対のラジアル軸受５及び一対のスラスト軸受７が設けられている。また、複数の軸受５，７には、前後方向へ延びたロータ軸（回転軸）９が回転可能に設けられており、換言すれば、軸受ハウジング３には、ロータ軸９が複数の軸受５，７を介して回転可能に設けられている。
The vehicle supercharger 1 includes a bearing
軸受ハウジング３の後側には、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させるラジアルタービン１１が配設されており、このラジアルタービン１１の構成は、次のようになる。
A
軸受ハウジング３の後側には、タービンハウジング１３が設けられており、このタービンハウジング１３は、内側に、シュラウド１３ｓを有している。また、タービンハウジング１３内には、タービンインペラ１５がその軸心（タービンインペラ１５の軸心、換言すれば、ロータ軸９の軸心）Ｃ周りに回転可能に設けられており、このタービンインペラ１５は、ロータ軸９の後端部に同心上に一体的に連結されている。そして、タービンインペラ１５は、タービンディスク１７を備えており、このタービンディスク１７のハブ面１７ｈは、後側から半径方向外側（タービンインペラ１５の半径方向の外側）へ延びている。更に、タービンディスク１７のハブ面１７ｈには、複数のタービンブレード１９が周方向（ハブ面１７ｈの周方向）に等間隔に一体形成されており、各タービンブレード１９の先端縁（チップ）１９ｔは、タービンハウジング１３のシュラウド１３ｓに沿うように延びている。
A
タービンハウジング１３の適宜位置には、排気ガスをタービンハウジング１３内に取入れるための排気取入口２１が形成されており、この排気取入口２１は、エンジンの排気マニホールド（図示省略）に接続可能である。また、タービンハウジング１３の内部におけるタービンインペラ１５の入口側（排気ガスの主流方向の上流側）には、渦巻き状のタービンスクロール流路２３が形成されており、このタービンスクロール流路２３は、排気取入口２１に連通してある。更に、タービンハウジング１３におけるタービンインペラ１５の出口側（排気ガスの主流方向の下流側）には、排気ガスを排出するための排気排出口２５が形成されており、この排気排出口２５は、接続管（図示省略）を介して排気ガス浄化装置（図示省略）に接続可能である。
An
なお、軸受ハウジング３の後側面には、タービンインペラ１５側からの熱を遮蔽する環状の遮熱板２７が設けられており、この遮熱板２７の外縁部２７ｏは、軸受ハウジング３とタービンハウジング１３によって挟持されている。
An annular
軸受ハウジング３の前側には、遠心力を利用して空気を圧縮する遠心圧縮機２９が配設されており、この遠心圧縮機２９の構成は、次のようになる。
A
図２及び図４に示すように、軸受ハウジング３の前側には、圧縮機ハウジング３１が設けられている。また、圧縮機ハウジング３１は、内側にシュラウド３３ｓを有したハウジング本体３３と、このハウジング本体３３の後側に設けられかつ軸受ハウジング３の前側部に一体的に連結された環状のシールプレート３５とを備えている。
As shown in FIGS. 2 and 4, a
圧縮機ハウジング３１内には、圧縮機インペラ３７がその軸心（圧縮機インペラ３７の軸心、換言すれば、ロータ軸９の軸心）Ｃ周りに回転可能に設けられており、この圧縮機インペラ３７は、ロータ軸９の前端部に同心上に一体的に連結されている。また、圧縮機インペラ３７は、ロータ軸９の前端部に一体的に連結した圧縮機ディスク３９を備えており、この圧縮機ディスク３９のハブ面３９ｈは、前側（圧縮機インペラ３７の軸方向の一方側）から半径方向外側（圧縮機インペラ３７の半径方向の外側）へ延びている。更に、圧縮機ディスク３９の中心部には、ロータ軸９を挿通させるためのボア４１が軸方向（圧縮機インペラ３７の軸方向）に沿って貫通形成されている。
A
図１に示すように、圧縮機ディスク３９のハブ面３９ｈには、複数のフルブレード（圧縮機ブレード）４３が周方向（ハブ面３９ｈの周方向）に等間隔に一体形成されている。また、圧縮機ディスク３９のハブ面３９ｈにおける各隣接する２つのフルブレード４３間には、フルブレード４３よりも短いコード長のスプリッタブレード（別の圧縮機ブレード）４５が一体形成されている。換言すれば、圧縮機ディスク３９のハブ面３９ｈには、コード長の異なる２種類の圧縮機ブレード４３，４５（フルブレード４３とスプリッタブレード４５）が周方向に間隔を置いて交互に一体形成されている。ここで、各フルブレード４３の先端縁（チップ）４３ｔ及び各スプリッタブレード４５の先端縁４５ｔは、ハウジング本体３３のシュラウド３３ｓに沿うように延びている。各スプリッタブレード４５の前縁４５ａは、フルブレード４３の前縁４３ａよりも空気の主流方向の下流側に位置している。なお、コード長の異なる２種類の圧縮機ブレード４３，４５に代えて、コード長の同じ１種類の圧縮機ブレード（図示省略）を用いても構わない。
As shown in FIG. 1, a plurality of full blades (compressor blades) 43 are integrally formed on the
図２に示すように、圧縮機ハウジング３１における圧縮機インペラ３７の入口側（空気の主流方向の上流側）には、空気を圧縮機ハウジング３１内に取入れるための流体取入口としての空気取入口４７が形成されており、この空気取入口４７は、空気を浄化するエアクリーナ（図示省略）に接続可能である。また、圧縮機ハウジング３１内における圧縮機インペラ３７の出口側（空気の主流方向の下流側）には、圧縮された空気を昇圧する環状のディフューザ流路４９が形成されている。更に、圧縮機ハウジング３１の内部には、渦巻き状の圧縮機スクロール流路５１が形成されており、この圧縮機スクロール流路５１は、ディフューザ流路４９に連通してある。そして、圧縮機ハウジング３１の適宜位置には、圧縮された空気を圧縮機ハウジング３１の外側へ排出するための空気排出口５３が形成されており、この空気排出口５３は、圧縮機スクロール流路５１に連通しかつエンジンの吸気マニホールド（図示省略）に接続可能である。
As shown in FIG. 2, on the inlet side of the
続いて、本発明の実施形態に係る圧縮機インペラ３７の特徴部分について説明する。
Then, the characteristic part of the
図１に示すように、各フルブレード（各圧縮機ブレード）４３の後縁４３ｂのハブ端４３ｂｈ及びチップ端４３ｂｔは、圧縮機ディスク３９の最大径部（外縁部）３９ｏと同じ半径方向位置に位置している。また、各フルブレード４３の後縁４３ｂには、圧縮機ディスク３９の最大径部３９ｏに対して半径方向外側（圧縮機インペラ３７の半径方向の外側）へ突出した突出部５５がハブ端４３ｂｈからチップ端４３ｂｔにかけて形成されており、この突出部５５は、湾曲形状（円弧形状を含む）を呈している。
As shown in FIG. 1, the hub end 43bh and the tip end 43bt of the
同様に、各スプリッタブレード（各圧縮機ブレード）４５の後縁４５ｂのハブ端４５ｂｈ及びチップ端４５ｂｔは、圧縮機ディスク３９の最大径部３９ｏと同じ半径方向位置に位置している。また、各スプリッタブレード４５の後縁４５ｂには、圧縮機ディスク３９の最大径部３９ｏに対して半径方向外側へ突出した突出部５７がハブ端４５ｂｈからチップ端４５ｂｔにかけて形成されており、この突出部５７は、湾曲形状を呈している。
Similarly, the
各圧縮機ブレード４３（４５）の突出部５５（５７）の突出長さＬ１は、圧縮機ディスク３９の最大径部３９ｏの半径方向長さＬ２の１０％以下、好ましくは、３〜１０％に設定されている。圧縮機ディスク３９の最大径部３９ｏの半径方向長さＬ２の１０％以下に設定されるようにしたのは、１０％を超えて設定されると、各圧縮機ブレード４３（４５）の突出部５５（５７）に大きな振動応力が発生するおそれがあるからである。なお、好ましくは、圧縮機ディスク３９の最大径部３９ｏの半径方向長さＬ２の３％以上に設定されるようにしたのは、遠心圧縮機２９の圧力比をより十分に向上させるためである。
The protrusion length L1 of the protrusion 55 (57) of each compressor blade 43 (45) is 10% or less, preferably 3 to 10% of the radial length L2 of the maximum diameter portion 39o of the
各圧縮機ブレード４３（４５）の後縁４３ｂ（４５ｂ）のハブ端４３ｂｈ（４５ｂｈ）からチップ端４３ｂｔ（４５ｂｔ）までの軸方向の長さに対する、各圧縮機ブレード４３（４５）の後縁４３ｂ（４５ｂ）のハブ端４３ｂｈ（４５ｂｈ）から突出部５５（５７）の頂点（頂部分）５５ｐ（５７ｐ）までの軸方向の長さの割合であるスパン位置は、後縁４３ｂ（４５ｂ）のハブ端４３ｂｈ（４５ｂｈ）を基準とする１０〜９０％スパン位置、好ましくは、３０〜７０％スパン位置に設定されている。１０〜９０％スパン位置に設定されるようにしたのは、遠心圧縮機２９の圧力比を安定的に向上させるためであり、好ましくは、３０〜７０％スパン位置に設定されるようにしたのは、遠心圧縮機２９の圧力比をより安定的に向上させるためである。そして、各圧縮機ブレード４３（４５）の突出部５５（５７）の頂点５５ｐ（５７ｐ）のスパン位置が１０〜９０％スパン位置であれば、図３Ａ（ａ）に示すように、各圧縮機ブレード４３（４５）の突出部５５（５７）の頂点５５ｐ（５７ｐ）がミッドスパン側よりもチップ端４３ｂｔ（４５ｂｔ）側に位置しても構わない。また、図３Ａ（ｂ）に示すように、各圧縮機ブレード４３（４５）の突出部５５（５７）の頂点５５ｐ（５７ｐ）がミッドスパン側よりもハブ端４３ｂｈ（４５ｂｈ）側に位置しても構わない。
With respect to the axial direction of the length from the hub end 43bh (45bh)
図３Ｂ（ａ）に示すように、突出部５５（５７）が圧縮機ブレード４３（４５）の後縁４３ｂ（４５ｂ）に形成されていれば、圧縮機ブレード４３（４５）の後縁４３ｂ（４５ｂ）のハブ端４３ｂｈ（４５ｂｈ）からチップ端４３ｂｔ（４５ｂｔ）にかけて形成されていなくても構わない。また、図３Ｂ（ｂ）に示すように、子午面において、各圧縮機ブレード４３（４５）の突出部５５（５７）の最も突出した部分が軸方向に平行であっても構わなく、この場合には、各圧縮機ブレード４３（４５）の突出部５５（５７）の最も突出した部分の中央が頂点部分５５ｐ（５７ｐ）になる。
As shown in FIG. 3B (a), if the protrusion 55 (57) is formed on the
続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。 Then, the effect | action and effect of embodiment of this invention are demonstrated.
排気取入口２１からタービンハウジング１３内に取入れた排気ガスがタービンスクロール流路２３を経由してタービンインペラ１５の入口側から出口側へ流通する。すると、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させて、圧縮機インペラ３７をその軸心（圧縮機インペラ３７の軸心）Ｃ周りにタービンインペラ１５と一体的に回転させることができる。これにより、空気取入口４７から圧縮機ハウジング３１内に取入れた空気を圧縮して、ディフューザ流路４９及び圧縮機スクロール流路５１を経由して空気排出口５３から排出して、エンジンに供給される空気を過給することができる。なお、タービンインペラ１５の出口側へ流通した排気ガスは、排気排出口２５からタービンハウジング１３の外側へ排出される（車両用過給機１の通常の作用）。
Exhaust gas taken into the
各圧縮機ブレード４３（４５）の後縁４３ｂ（４５ｂ）に圧縮機ディスク３９の最大径部３９ｏに対して半径方向外側へ突出した突出部５５（５７）が形成され、各圧縮機ブレード４３（４５）の突出部５５（５７）の突出長さＬ１が圧縮機ディスク３９の最大径部３９ｏの半径方向長さＬ２の１０％以下に設定されているため、遠心圧縮機２９に前述の新規な知見を適用することができる。従って、本発明の実施形態によれば、従来の圧縮機インペラ（図５（ａ）参照）の外径を突出部５５（５７）の突出長さ分だけ全体的に拡大した場合に比べて、圧力比を同等以上に向上させつつ、圧縮機ディスク３９の中心側（圧縮機ディスク３９の中心側でかつ最大径部３９ｏに対応する側）における遠心応力の大きい領域を縮小することができる。特に、各圧縮機ブレード４３（４５）の突出部５５（５７）の頂点５５ｐのスパン位置が１０〜９０％スパン位置に設定されているため、遠心圧縮機２９の圧力比を安定的に向上させることができる（車両用過給機１の特有の作用）。
Projection portions 55 (57) projecting radially outward with respect to the maximum diameter portion 39o of the
よって、本発明の実施形態によれば、従来の圧縮機インペラの外径を突出部５５（５７）の突出長さ分だけ全体的に拡大した場合に比べて、圧力比を同等以上に安定的に向上させつつ、圧縮機ディスク３９の中心側における遠心応力の大きい領域を縮小できるため、圧縮機インペラ３７の耐久性、換言すれば、車両用過給機１の耐久性を維持しつつ、遠心圧縮機２９の高圧力比化、換言すれば、車両用過給機１の高圧力比化を促進することができる。特に、各圧縮機ブレード４３（４５）の突出部５５（５７）の突出長さＬ１が圧縮機ディスク３９の最大径部３９ｏの半径方向長さＬ２の３％以上に設定された場合には、車両用過給機１の高圧力比化をより促進することができる。
Therefore, according to the embodiment of the present invention, the pressure ratio is more stable than the case where the outer diameter of the conventional compressor impeller is enlarged as a whole by the protrusion length of the protrusion 55 (57). Therefore, it is possible to reduce the region where the centrifugal stress is large on the center side of the
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、例えば、車両用過給機１の遠心圧縮機２９に適用した技術的思想を産業用遠心圧縮機（図示省略）又はガスタービン用遠心圧縮機（図示省略）に適用しても構わない。そして、本発明に包含される権利範囲は、前述の実施形態に限定されないものである。
The present invention is not limited to the description of the above-described embodiment. For example, the technical idea applied to the
（本発明の実施例）
図１及び図５（ａ）（ｂ）に示すように、本発明の実施形態に係る圧縮機インペラ３７を発明例に係る圧縮機インペラとし、発明例に係る圧縮機インペラ３７から突出部５５（５７）を省略した圧縮機インペラ１００を従来例に係る圧縮機インペラとする。また、従来例に係る圧縮機インペラ１００を突出部５５（５７）の突出長さ分だけ全体的に拡大した圧縮機インペラ２００を比較例に係る圧縮機インペラとする。なお、従来例に係る圧縮機インペラ１００及び比較例に係る圧縮機インペラ２００における複数の構成要素のうち、発明例に係る圧縮機インペラ３７における構成要素と対応するものについては、図面中に同一符号を付してある。
(Example of the present invention)
As shown in FIGS. 1 and 5 (a) (b), the
そして、発明例に係る圧縮機インペラ３７を用いた遠心圧縮機（図示省略）を運転する場合（発明例の場合）、従来例に係る圧縮機インペラ１００を用いた遠心圧縮機（図示省略）を運転する場合（従来例の場合）、及び比較例に係る圧縮機インペラ２００を用いた遠心圧縮機（図示省略）を運転する場合（比較例の場合）に、流量と圧力比との関係について数値流体解析（ＣＦＤ：Computational Fluid Dynamics解析）を行い、その解析結果をまとめると、図６に示すようになる。即ち、発明例の場合には、比較例の場合と同等以上に、圧力比を向上（具体的には、従来例の場合よりも３％向上）させることが判明した。なお、図６中におけるＮ１、Ｎ２、及びＮ３は、遠心圧縮機の回転数を示しており、Ｎ１からＮ３の間には、Ｎ１＜Ｎ２＜Ｎ３の関係がある。
When operating a centrifugal compressor (not shown) using the
また、発明例の場合、従来例の場合、及び比較例の場合に、圧縮機ディスク３９の発生する遠心応力の分布について有限要素法解析（ＦＥＭ：Finite Element Method解析）を行い、その解析結果として、圧縮機ディスク３９の中心側における遠心応力の大きい領域についてまとめると、図７Ａ（ａ）（ｂ）及び図７Ｂに示すようになる。即ち、発明例の場合には、比較例の場合に比べて、圧縮機ディスク３９の中心側における遠心応力の大きい領域を縮小できることが判明した。また、発明例の場合には、従来例の場合に比べて、圧縮機ディスク３９の中心側における遠心応力の大きい領域が拡大しないことが判明した。
Further, in the case of the invention example, in the case of the conventional example, and in the case of the comparative example, a finite element method analysis (FEM: Finite Element Method analysis) is performed on the distribution of the centrifugal stress generated by the
つまり、本発明の発明者は、２つの解析結果から、各圧縮機ブレード４３（４５）の後縁４３ｂ（４５ｂ）に圧縮機ディスク３９の最大径部３９ｏに対して半径方向外側へ突出した突出部５５（５７）を形成することにより、従来例に係る圧縮機インペラ１００の外径を比較例に係る圧縮機インペラ２００のように突出部５５（５７）の突出長さ分だけ全体的に拡大した場合に比べて、圧力比を同等以上に向上させつつ、圧縮機ディスク３９の中心側における遠心応力の大きい領域を縮小できるという、新規な知見を得ることができた。
That is, the inventor of the present invention, based on the two analysis results, the protrusion that protrudes radially outward from the maximum diameter portion 39o of the
１：車両用過給機（過給機）、３：軸受ハウジング、９：ロータ軸、１１：ラジアルタービン、１３：タービンハウジング、１５：タービンインペラ、２９：遠心圧縮機、３１：圧縮機ハウジング、３３：ハウジング本体、３３ｓ：シュラウド、３７：圧縮機インペラ、３９：圧縮機ディスク、３９ｈ：ハブ面、３９ｏ：最大径部、４３：フルブレード（圧縮機ブレード）、４３ａ：前縁、４３ｂ：後縁、４３ｂｈ：後縁のハブ端、４３ｂｔ：後縁のチップ端、４３ｔ：先端縁、４５：スプリッタブレード（圧縮機ブレード）、４５ａ：前縁、４５ｂ：後縁、４５ｂｈ：後縁のハブ端、４５ｂｔ：後縁のチップ端、４５ｔ：先端縁、４７：空気取入口、４９：ディフューザ流路、５１：圧縮機スクロール流路、５３：空気排出口、５５：突出部、５５ｐ：頂点、５７：突出部、５７ｐ：頂点、１００：従来例に係る圧縮機インペラ、２００：比較例に係る圧縮機インペラ 1: vehicle supercharger (supercharger), 3: bearing housing, 9: rotor shaft, 11: radial turbine, 13: turbine housing, 15: turbine impeller, 29: centrifugal compressor, 31: compressor housing, 33: housing body, 33s: shroud, 37: compressor impeller, 39: compressor disk, 39h: hub surface, 39o: maximum diameter portion, 43: full blade (compressor blade), 43a: leading edge, 43b: rear Edge, 43bh: trailing edge hub end, 43bt: trailing edge tip end, 43t: tip edge, 45: splitter blade (compressor blade), 45a: leading edge, 45b: trailing edge, 45bh: hub edge on trailing edge , 45 bt: tip edge of the trailing edge, 45 t: leading edge, 47: air intake, 49: diffuser flow path, 51: compressor scroll flow path, 53: air outlet, 55: protrusion , 55p: apex, 57: protruding portion, 57p: apex, 100: compressor impeller according to the conventional example, 200: compressor impeller of a comparative example
Claims (4)
ハブ面が軸方向一方側から半径方向外側に向かって延びた圧縮機ディスクと、
前記圧縮機ディスクのハブ面にその周方向に間隔を置いて設けられた複数の圧縮機ブレードと、を具備し、
各圧縮機ブレードの後縁は、前記圧縮機ブレードが前記圧縮機ディスクのハブ面に接している範囲での端部であるハブ端と、前記圧縮機ブレードの先端縁の範囲での端部であるチップ端とを有し、各圧縮機ブレードの後縁のハブ端及びチップ端は、前記圧縮機ディスクの最大径部と同じ半径方向位置に位置し、
各圧縮機ブレードの後縁のハブ端からチップ端にかけて、前記圧縮機ディスクの最大径部に対して半径方向外側へ向かって凸形状になるように湾曲して突出した突出部が形成され、各圧縮機ブレードの前記突出部の突出長さは、前記圧縮機ディスクの最大径部の半径方向長さの１０％以下に設定されている、圧縮機インペラ。 In a compressor impeller used in a centrifugal compressor that compresses a fluid using centrifugal force,
A compressor disk with a hub surface extending radially outward from one axial side;
A plurality of compressor blades provided at intervals in the circumferential direction on the hub surface of the compressor disk,
The trailing edge of each compressor blade is a hub end that is an end portion in a range where the compressor blade is in contact with a hub surface of the compressor disk, and an end portion in a range of a tip edge of the compressor blade. A tip end, the hub end and tip end of the trailing edge of each compressor blade are located at the same radial position as the largest diameter portion of the compressor disk;
From the hub end to the tip end of the rear edge of each compressor blade, a projecting portion that is curved and protrudes toward the radially outer side with respect to the maximum diameter portion of the compressor disk is formed, The compressor impeller, wherein a protruding length of the protruding portion of the compressor blade is set to 10% or less of a radial length of the maximum diameter portion of the compressor disk.
内側にシュラウドを有した圧縮機ハウジングと、
前記圧縮機ハウジング内に回転可能に設けられ、請求項１又は請求項２に記載の圧縮機インペラと、を具備した、遠心圧縮機。 In a centrifugal compressor that compresses fluid using centrifugal force,
A compressor housing having a shroud on the inside;
A centrifugal compressor that is rotatably provided in the compressor housing and includes the compressor impeller according to claim 1.
請求項３に記載の遠心圧縮機を具備した、過給機。 In the supercharger that supercharges the air supplied to the engine side using the pressure energy of the exhaust gas from the engine,
A turbocharger comprising the centrifugal compressor according to claim 3.
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