(57)【要約】【課題】低圧力比、低流量でのサージング抑制作用を有し、作動領域を拡大した遠心圧縮機を提供する。【解決手段】インペラ６とインペラ６を回転自在に収納するケーシング２とを有する遠心圧縮機１である。ケーシング２にはインペラ６を収納するインペラ収納室４と、環洞流路８と、ケーシング２と同心に形成されてインペラ収納室４に連通する吸入空気導入部１２とが設けられている。インペラ収納室４の入口の上流側には絞り部１１が形成されている。絞り部１１の外周側には絞り部１１をバイパスし、絞り部１１の上流側と下流側とを連通させる二次流路１３が形成されている。二次流路１３内にはインペラ６からの逆流を案内するリブ１４が配置されている。リブ１４の逆流に対向する側の面は、インペラ６からの逆流の旋回方向に沿うようにインペラ６の軸方向に対して傾いて配置されている。【選択図】図１
2014202103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インペラと、該インペラを回転自在に収納するケーシングとを有し、
前記ケーシングには、前記インペラを収納するインペラ収納室と、該インペラ収納室の周囲に配置された環洞流路と、前記ケーシングと同心に形成されて前記インペラ収納室に連通する吸入空気導入部と、が設けられ、
前記インペラ収納室入口の上流側には絞り部が形成され、
前記絞り部の外周側には、該絞り部をバイパスし、該絞り部の上流側と下流側とを連通させる二次流路が形成され、
前記二次流路内には、インペラからの逆流を案内するリブが配置され、
前記リブの前記逆流に対向する側の面の少なくとも一部は、前記インペラからの逆流の旋回方向に沿うように、該インペラの軸方向に対して傾いて配置されていることを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
前記リブは、前記インペラ側の端部の面が、該インペラからの逆流の旋回方向に沿うように、該インペラの軸方向に対して傾いて配置されていることを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
前記リブは、前記二次流路の流れ方向において複数に分割されて形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮性流体を昇圧する遠心圧縮機の作動領域を制限するものとして、低流量時に於ける流体の逆流によるサージングの発生がある。サージングが発生すると遠心圧縮機の運転が不能になるので、サージングの発生を抑制することが遠心圧縮機の小流量側における作動領域拡大につながる。
【０００３】
そこで、従来の遠心圧縮機ではインペラ翼の先端側（上流側）に様々な形状のスリットを設け、該スリットから低エネルギー流体の抽気および循環を行うことにより、サージングの発生を抑制し、遠心圧縮機の小流量側の作動域を拡大している。例えば、サージングの発生を抑制する手段の１つとしてケーシングトリートメント（エアートリートメント機構）があり、特許文献１に示される遠心圧縮機ではケーシングトリートメントにより、サージング抑制による遠心圧縮機の作動領域拡大を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２５７１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、過給機に用いられる遠心圧縮機では、圧縮機単体で広い作動域を確保するため、インペラの翼形状が比較的小流量側に最適化された形状となっている。例えば、入口羽根角を寝かせたり、出口羽根角を寝かせた形状となっている。しかしながら、このような翼形状の遠心圧縮機では、場合によっては前述したケーシングトリートメント（空気循環型）による作動域拡大の効果が得られず、逆に作動域が減少してしまうことがある。
【０００６】
すなわち、ケーシングトリートメントによるサージング抑制は、圧力比の高い場合には効果があるものの、圧力比が低くなるとその効果が少なくなるからである。一方現在では、遠心圧縮機のより広い作動領域での使用が求められており、このため、低圧力比、低流量でのサージング抑制が強く求められている。
【０００７】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、低圧力比、低流量でのサージング抑制作用を有し、作動領域を拡大した遠心圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の遠心圧縮機は、インペラと、該インペラを回転自在に収納するケーシングとを有し、前記ケーシングには、前記インペラを収納するインペラ収納室と、該インペラ収納室の周囲に配置された環洞流路と、前記ケーシングと同心に形成されて前記インペラ収納室に連通する吸入空気導入部と、が設けられ、前記インペラ収納室入口の上流側には絞り部が形成され、前記絞り部の外周側には、該絞り部をバイパスし、該絞り部の上流側と下流側とを連通させる二次流路が形成され、前記二次流路内には、インペラからの逆流を案内するリブが配置され、前記リブの前記逆流に対向する側の面の少なくとも一部は、前記インペラからの逆流の旋回方向に沿うように、該インペラの軸方向に対して傾いて配置されていることを特徴とする。
【０００９】
また、前記遠心圧縮機において、前記リブは、前記インペラ側の端部の面が、該インペラからの逆流の旋回方向に沿うように、該インペラの軸方向に対して傾いて配置されていることが好ましい。
【００１０】
また、前記遠心圧縮機において、前記リブは、前記二次流路の流れ方向において複数に分割されて形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の遠心圧縮機によれば、インペラ収納室入口の上流側に絞り部を形成し、さらに絞り部の外周側に二次流路を形成したので、低圧力比、低流量の作動条件下において、インペラ翼先端部からの絞り部側への流体の逆流を抑制することができる。よって、サージングを抑制することができ、遠心圧縮機の作動領域を拡大させることができる。
また、二次流路内に、インペラからの逆流を案内するリブを、インペラからの逆流の旋回方向に沿うように該インペラの軸方向に対して傾けて配置したので、二次流路内を逆流する流体の旋回成分を低減しつつ、その圧力損失を低減することができ、したがって遠心圧縮機の作動域を拡大させつつ、小流量側での圧力比の右上がり特性を改善することができる。よって、遠心圧縮機の広い作動域を確保しつつ、小流量側での安定的な作動を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る遠心圧縮機の半断面図である。
【図２】（ａ）は一実施形態のリブの形態を示す横断面図、（ｂ）〜（ｄ）はリブの変形例を示す横断面図である。
【図３】遠心圧縮機の作動特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の遠心圧縮機を詳しく説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に係る遠心圧縮機の一実施形態の概略構成を示す半断面図である。
【００１４】
図１中符号１は遠心圧縮機であり、この遠心圧縮機１はケーシング２を有して構成されている。なお、図１中符号３はケーシング２の中心線を示している。ケーシング２は、インペラ収納室４と、前記中心線３と同心上に設けられた吸入口５と、を有している。インペラ収納室４にはインペラ６が収納されており、このインペラ６は回転軸７を介して回転自在に支持されている。また、インペラ６の周囲には環洞流路（スクロール流路）８が形成されており、該環洞流路８と前記インペラ収納室４とはディフューザ流路９によって連通している。
【００１５】
インペラ収納室４の上流側（図１中左側）には、中心に向って壁面を隆起させ縮径した絞り部１１が形成されている。絞り部１１は、その直径（内径）Ｄ１が前記インペラ収納室４の入口の直径（内径）Ｄ２より小さくなっている。また、前記絞り部１１から上流側に向って漸次拡径し、吸入空気導入部１２（直径（内径）Ｄ３）に至り、さらに前記吸入口５へと連続している。ここで、これら各直径（内径）Ｄ１〜Ｄ３の関係は、Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３となっている。
【００１６】
また、絞り部１１の外周側には、該絞り部１１をバイパスし、該絞り部１１の上流側と下流側とを連通させる二次流路１３が形成されている。二次流路１３は、インペラ６の入口部（絞り部１１の下流側）に開口するとともに、吸入空気導入部１２（絞り部１１の上流側）に開口ことにより、絞り部１１の上流側と下流側とを連通させ、これによって絞り部１１をバイパスしている。
【００１７】
この二次流路１３は、中心線３を中心とする略円筒状の空間（流路）である。この二次流路１３の開口面積Ａ２は、前記絞り部１１における開口面積Ａ１とインペラ収納室４の入口の開口面積Ａ３との間で、以下の関係を満たすように設定されている。
Ａ１＋Ａ２≧Ａ３
【００１８】
また、この二次流路１３内には、その吸入空気導入部１２側の開口側に、絞り部１１側をケーシング２に保持するためのリブ１４が設けられている。リブ１４は、横断面円環状に形成された二次流路１３の、周方向に所定ピッチで等間隔に複数（例えば６つ）配置されている。
ここで、二次流路１３には、遠心圧縮機１を運転した際、特に絞り部１１によって該絞り部１１内を通る逆流が抑制されているため、インペラ６によって逆流した流体は主に二次流路１３内を通る。その際、この逆流した流体は、インペラ６の回転により旋回流となって二次流路１３内に流入する。
【００１９】
このような旋回流が二次流路１３内のリブ１４の面に真正面から衝突すると、圧力損失が大きくなり、この逆流した流体を再度インペラ６に循環させる際の効率が低下してしまう。
そこで、本実施形態ではリブ１４として、インペラ６からの逆流を、大きな圧力損失を発生させることなく案内する構成のものが用いられている。具体的には、遠心圧縮機１の外側から中心線３側に向かって半径方向内方に見た、二次流路１３内の横断面図である図２（ａ）に示すように、リブ１４は、インペラ６の軸方向（中心線３）に対して傾いて配置されている。
【００２０】
すなわち、リブ１４は、インペラ６側の端部１４ａが、図２（ａ）中に矢印で示す該インペラ６からの逆流の旋回方向に沿うように、該インペラ６の軸方向（中心線３）に対して所定角度で傾いた略円弧状に形成配置されている。また、本実施形態では、インペラ６側の端部１４ａより吸入空気導入部１２（図１参照）側においても、インペラ６の軸方向（中心線３）に対して所定角度で傾いて形成配置されている。これにより、リブ１４は特にインペラ６からの逆流の旋回流を受ける側の面（旋回流に対向する側の面）１５が、逆流の旋回方向に沿うようにインペラ６の軸方向（中心線３）に対して傾いて配置されたものとなり、これによってインペラ６からの逆流を、その旋回成分を低減しつつ、大きな圧力損失を生じることなく吸入空気導入部１２側に案内するようになっている。
【００２１】
図１に示したようにこのような構成からなる遠心圧縮機１は、前記回転軸７を介して排気タービン（図示せず）等に連結される。排気タービンは、内燃機関の排気ガスによって駆動される。したがって、排気タービンの駆動により、前記回転軸７を介して前記インペラ６が回転され、前記吸入口５より空気が吸引される。吸引された空気は、前記インペラ６内に吸引されるとともに該インペラ６の回転による遠心力で圧縮され、前記ディフューザ流路９、前記環洞流路８を経て図示しない吐出口より吐出される。
【００２２】
また、吸引された空気は、前記インペラ６に吸引される前に前記絞り部１１を通過することで絞られる。この絞り部１１は、遠心圧縮機１の吐出量が減少した場合に発生する、前記インペラ６入口部で発生する逆流現象が上流に波及するのを抑止するようになっている。
【００２３】
すなわち、絞り部１１が形成されておらず、また、二次流路１３も形成されていない場合、サージングが発生する直前では、前記インペラ６の入口部に局部的な高圧部が発生し、流路壁面に沿って逆流を生じる。この逆流現象は、流量が減少するとともに成長して上流側に伝播し、ついにはサージングを発生する。
【００２４】
一方、絞り部１１を形成した本実施形態では、前記インペラ６の入口部に局部的な高圧部が発生し、逆流現象が発生した場合でも、前記絞り部１１が逆流現象の上流側への成長を阻止する。すなわち、吸入口５から流入し、前記絞り部１１で絞られて速度が増加した流体が、前記絞り部１１の壁面に沿って流れ、前記絞り部１１を乗越えようとする逆流を押し戻す。したがって、サージングの発生が抑制される。
【００２５】
このように絞り部１１によって該絞り部１１内を通る逆流が抑制されているため、本実施形態では、インペラ６によって逆流した流体は主に二次流路１３内を通る。その際、この逆流した流体はインペラ６の回転により旋回流となって二次流路１３内に流入する。このようにして流入した逆流は、図２（ａ）に示したようにその旋回方向に沿うようにリブ１４の面１５によって案内されるので、その旋回成分を低減しつつ、大きな圧力損失を生じることなく吸入空気導入部１２側に流出する。そして、吸入口５から流入してきた流体に同伴され、再度インペラ６に向かって循環させられる。
【００２６】
図３は、前記遠心圧縮機１の作動領域を、圧力比と流量との関係で示したものであり、実線は本実施形態における作動領域を示している。また、比較のため、絞り部１１及び二次流路１３を形成しない従来の遠心圧縮機の作動領域を、破線で示す。
図３中、各曲線Ａ〜Ｅは圧力比の小さい場合から大きい場合の動作特性曲線を示しており、圧力比はＡ＜Ｂ＜Ｃ＜Ｄ＜Ｅとなっている。
【００２７】
本実施形態では、絞り部１１によってインペラ６の入口部からの逆流が上流側に成長していくのを抑制しつつ、この逆流を二次流路１３内に誘導する。二次流路１３内に誘導され流入した逆流は、その旋回成分がリブ１４によって低減されつつ、大きな圧力損失を生じることなく吸入空気導入部１２側に流出し、循環させられる。したがって、図３中に実線で示したように本実施形態では、破線で示した従来例に比較して、小流量側での圧力比を回復しつつ、作動域を拡大することができる。
【００２８】
このように本実施形態の遠心圧縮機１によれば、二次流路１３内に、インペラ６からの逆流を案内するリブ１４を、インペラ６からの逆流の旋回方向に沿うように該インペラ６の軸方向（中心線３）に対して傾けて配置したので、二次流路１３内を逆流する流体の旋回成分を低減しつつ、その圧力損失を低減することができ、したがって遠心圧縮機１の作動域を拡大させつつ、図３に示したように小流量側での圧力比の右上がり特性を改善することができる。よって、遠心圧縮機の広い作動域を確保しつつ、小流量側での安定的な作動を可能にすることができる。
【００２９】
また、インペラ収納室４入口の上流側に絞り部１１を形成し、さらに絞り部１１の外周側に二次流路１３を形成したので、低圧力比、低流量の作動条件下において、インペラ６の翼先端部からの絞り部１１側への流体の逆流を抑制することができる。よって、サージングを抑制することができ、遠心圧縮機の作動領域を拡大させることができる。
【００３０】
また、図２（ａ）に示すようにリブ１４のインペラ６側の端部１４ａを、インペラ６からの逆流の旋回方向に沿うように、該インペラ６の軸方向（中心線３）に対して所定角度で傾いた略円弧状に形成配置しているので、二次流路１３内に流入してきた逆流を端部１４ａによってその旋回方向に円滑に案内することができ、したがって生じる圧力損失を充分に低く抑えることができる。
【００３１】
また、端部１４ａより吸入空気導入部１２（図１参照）側においても、インペラ６の軸方向（中心線３）に対してリブ１４を所定角度で傾けて形成配置しているので、これによっても、逆流の旋回成分を低減しつつ、大きな圧力損失を生じさせることなく逆流の流体を吸入空気導入部１２側に案内することができる。
【００３２】
なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
例えば、リブ１４の形状については、図２（ａ）に示した形状に限定されることなく、例えば図２（ｂ）に示すようにリブ１４全体を、インペラ６の軸方向（中心線３）に対して所定角度で傾けて直線状に形成配置してもよい。このように構成しても、逆流の旋回成分を低減しつつ、大きな圧力損失を生じさせることなく逆流してきた流体を吸入空気導入部１２側に案内することができる。
【００３３】
また、図２（ｃ）に示すように、図２（ａ）の形状に対して吸入空気導入部１２側の端部１４ｂを、逆流の旋回方向とは反対側に向かうように略円弧状に形成配置してもよい。
このようにリブ１４を構成しても、インペラ６側の端部１４ａやこれに続く部位により、図２（ａ）に示したリブ１４と同等の効果を得ることができる。また、端部１４ｂによって逆流の旋回方向を逆転させることにより、これが再度インペラ６に流入することで、インペラ６の圧縮比を高めることができる。よって、遠心圧縮機の作動領域を小流量側に拡大することができる。
【００３４】
また、図２（ａ）〜（ｃ）では、各リブ１４を一つのパーツで形成したが、図２（ｄ）に示すように二次流路１３の流れ方向において、リブ１４を二つのパーツで形成してもよい。図２（ｄ）では、図２（ａ）に示したリブ１４と同様のものを二つのパーツで形成した例を示している。このように二つ（複数）のパーツでリブ１４を形成しても、一つのパーツで形成したリブ１４と同等の効果を得ることができる。
【００３５】
なお、リブ１４は絞り部１１側をケーシング２に保持するためのものであるため、図２（ａ）に示したように特に同一パーツ内で傾きが異なる部位を有するように形成するのは、加工が難しくなり、その分コストが高くなる可能性が高い。これに対して、図２（ｄ）に示すように傾きが異なる部位毎に別パーツとして形成することにより、加工を容易にしてコストを低減することができる。
【００３６】
なお、リブ１４については、より複雑な形状である場合などでは、三つ以上のパーツで形成することもできる。例えば、図２（ｃ）に示した形状のリブ１４については、端部１４ａ及び端部１４ｂと、これら端部１４ａ、１４ｂ間の三つのパーツで形成するようにしてもよい。
【００３７】
また、前記実施形態では、リブ１４を、二次流路１３内の吸入空気導入部１２側の開口側に配置したが、本発明はこれに限定されることなく、二次流路１３内のインペラ６側の開口側に配置してもよく、吸入空気導入部１２側の開口とインペラ６側の開口との中間部に配置してもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１…遠心圧縮機、２…ケーシング、３…中心線（インペラの軸方向）、４…インペラ収納室、６…インペラ、７…回転軸、８…環洞流路、１１…絞り部、１２…吸入空気導入部、１３…二次流路、１４…リブ、１４ａ…端部、１４ｂ…端部、１５…面
【図１】
2014202103.tif 000003
【図２】
2014202103.tif 000004
【図３】
2014202103.tif 000005