JP2001329995A

JP2001329995A - 可変ディフューザ付き遠心圧縮機

Info

Publication number: JP2001329995A
Application number: JP2000152489A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Iketani; 信之池谷; Tadaaki Watanabe; 忠昭渡邊; Hiroshi Tange; 浩史丹下; Yoshiaki Hirai; 芳明平井
Original assignee: Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2000-05-24
Filing date: 2000-05-24
Publication date: 2001-11-30

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】案内羽根をディフューザ部に完全に出没で
き、案内羽根とディフューザ壁の隙間からの加圧流体の
漏れを完全に防止でき、効率低下を抑制することができ
る可変ディフューザ付き遠心圧縮機を提供する。【解決手段】ディフューザ壁１１から出没可能な案内
羽根１２と、中空の気室１３と、気室を気密に分割し軸
方向に移動可能な弾性仕切り部材１４と、弾性仕切り部
材に差圧を発生させて弾性仕切り部材を流体圧により軸
方向に移動させる流体駆動機構とを備える。案内羽根の
一部は弾性仕切り部材に取り付けられている。更に、案
内羽根を収容するディフューザ壁と案内羽根の間を流れ
る隙間流れを低減する隙間流低減装置を備える。この隙
間流低減装置は、羽根基部１２ａの隣接する羽根部１２
ｂの固定部を連結する複数の凸部２１と、案内羽根を収
容するディフューザ壁に設けられ複数の凸部を接触する
ことなく収容する複数の凹溝２２とからなる

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、案内羽根をディフ
ューザ部に出没できる可変ディフューザ付き遠心圧縮機
に関する。

【０００２】

【従来の技術】遠心圧縮機の羽根車とスクロール部との
間には、リング状の流路であるディフューザ部が設けら
れている。このディフューザ部は、羽根車から吐出され
る流体の運動エネルギを圧力に変換する役割を有してい
る。

【０００３】また、このディフューザ部に流体の流れを
制御する案内羽根が設けられた遠心圧縮機も広く知られ
ている。かかる案内羽根を設けることにより、「羽根な
し」の場合より一般的に効率は高まるが、使用可能な流
量範囲は羽根なしの場合より狭くなる。そのため、車両
用過給機に適用する遠心圧縮機のように、流量範囲が非
常に広い場合には、ディフューザ部の特性を変化させ
て、常に最適に近い特性を得る必要がある。

【０００４】この要望に応え、ディフューザ部の特性を
変化させる手段として、従来から、（１）ディフューザ
羽根の取付角を変える手段（いわゆる可変ピッチ機構）
や、（２）ディフューザ壁面の幅を変える手段（例え
ば、特開平４−４７１９９号）が提案され、一部で実施
されている。しかし、可変ピッチ機構は構造が複雑であ
るため、小型の遠心圧縮機（例えば乗用車用の過給機）
には適用が困難であった。また、ディフューザ壁面の幅
を変える手段（特開平４−４７１９９号）では、流路の
段差が不可避であり、性能低下が大きい問題があった。

【０００５】一方、これらの問題が少なく、比較的簡単
な構造で性能上のメリットも大きい手段として、ディフ
ューザ部の羽根を出没させる手段が提案されている（例
えば、特開平５−９９１９９号、特開平８−２５４１２
７号等）。

【０００６】特開平５−９９１９９号の「遠心圧縮機」
は、図６に示すように、静止羽根１の内周側に弦長が大
なる羽根２と小なる羽根３とで構成される羽根装置を配
置し、圧縮機の運転流量に応じて大なる羽根２又は小な
る羽根３をディフューザ流路内に突出させるものであ
る。また、特開平８−２５４１２７号の「過給装置」
は、図７に示すように、ディフューザ部に突出・引き込
み可能に設けられた案内羽根４、案内羽根をディフュー
ザ部に突出させ又は引き込ませるアクチュエータ５、及
びエンジンの作動状態に応答してアクチュエータを作動
するコントローラを有するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図６に示した遠心圧縮
機では、ディフューザ部に静止羽根１が常にあるため、
大小の羽根２又３を突出させても、広範囲の流量範囲に
適応できる「羽根なし」の特性は得られない問題点があ
った。また、図７に示した過給装置では、原理的には案
内羽根をディフューザ部に完全に突出・引き込みできる
が、（１）案内羽根とディフューザ部の間を気密に保持
することが困難又は不可能であり、加圧流体の漏れを完
全には防止できない、（２）アクチュエータ５はディフ
ューザ部の加圧された内圧に抗して作動するため、アク
チュエータが大型となる、等の問題点があった。

【０００８】更に、案内羽根を出没可能にした場合、羽
根を出した場合に、羽根先端が対向する壁に完全に接触
することが効率向上の点から必要である。その場合、製
品の加工精度及び組立精度を考慮すると、羽根の基部と
ディフューザ壁面との間にわずかな隙間が必要となる。
しかしこの隙間が存在すると圧力の高いディフューザの
出口側からこの隙間を通してディフューザの入口側に流
れる隙間流れが発生し、効率が低下する問題点が生じ
る。

【０００９】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、案内
羽根をディフューザ部に完全に出没でき、案内羽根とデ
ィフューザ壁の隙間からの加圧流体の漏れを完全に防止
でき、かつ案内羽根の突出し時に案内羽根を反対側のデ
ィフューザ壁面に密着させて翼端隙間損失を低減でき、
同時に案内羽根の基部とディフューザ壁面との間の隙間
を通してディフューザの入口側に流れる隙間流れを低減
し、効率低下を抑制することができる可変ディフューザ
付き遠心圧縮機を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、対向す
るディフューザ壁（１１）の少なくとも一方から出没可
能な案内羽根（１２）と、該案内羽根を収容するディフ
ューザ壁側に設けられた中空の気室（１３）と、該気室
をディフューザ側と反ディフューザ側とに気密に分割し
かつ軸方向に移動可能な弾性仕切り部材（１４）と、弾
性仕切り部材のディフューザ側と反ディフューザ側に差
圧を発生させて弾性仕切り部材を流体圧により軸方向に
移動させる流体駆動機構とを備え、前記案内羽根の一部
が弾性仕切り部材に取り付けられており、更に、案内羽
根を収容するディフューザ壁と案内羽根の間を流れる隙
間流れを低減する隙間流低減装置を備えた、ことを特徴
とする可変ディフューザ付き遠心圧縮機が提供される。

【００１１】上述した本発明の構成によれば、案内羽根
（１２）を収容する中空の気室（１３）をディフューザ
側と反ディフューザ側とに気密に分割する弾性仕切り部
材（１４）を備えているので、案内羽根とディフューザ
壁の隙間からの加圧流体の漏れを完全に防止できる。ま
た、流体駆動機構により、弾性仕切り部材を流体圧によ
り軸方向に移動させるので、案内羽根の突出し時に案内
羽根を反対側のディフューザ壁面に密着させて翼端隙間
損失を低減できる。

【００１２】また、案内羽根を収容するディフューザ壁
と案内羽根の間を流れる隙間流れを低減する隙間流低減
装置を備えているので、羽根の基部とディフューザ壁面
との間の隙間を通して、圧力の高いディフューザの出口
側からディフューザの入口側に流れる隙間流れを低減し
効率の低下を抑制することができる。

【００１３】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
案内羽根（１２）は、円板状の羽根基部（１２ａ）と、
この羽根基部に一端が固定され周方向に間隔を隔てて配
置された複数の羽根部（１２ｂ）とからなり、前記隙間
流低減装置は、前記羽根基部（１２ａ）の隣接する羽根
部の固定部を連結する複数の凸部（２１）と、該案内羽
根を収容するディフューザ壁に設けられ前記複数の凸部
を接触することなく収容する複数の凹溝（２２）とから
なる。この構成により、羽根基部（１２ａ）の凸部（２
１）とディフューザ壁の凹溝（２２）とでいわゆるラビ
リンスシールを構成することができ、互いに接触させる
ことなく隙間流れを低減することができる。

【００１４】また、前記凸部（２１）及び凹溝（２２）
は、周方向又は周方向に対して斜めに延びてもよい。こ
のいずれの構成によっても、圧力の高いディフューザの
出口側からディフューザの入口側に流れる隙間流れにほ
ぼ直交してラビリンスシールを構成することができ、効
果的に隙間流れを低減することができる。

【００１５】更に、前記隙間流低減装置は、案内羽根と
案内羽根を収容するディフューザ壁の貫通孔との間に設
けられたブラシシール又は弾性シールであってもよい。
かかるブラシシール又は弾性シールを併用することによ
り、上記ラビリンスシール部に流入する流体流量を更に
低減することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略す
る。図１は、本発明の可変ディフューザ付き遠心圧縮機
を示す全体構成図である。この図に示すように、本発明
の可変ディフューザ付き遠心圧縮機１０は、対向するデ
ィフューザ壁１１の少なくとも一方（この図では、反シ
ュラウド側）から出没可能な案内羽根１２と、案内羽根
１２を収容するディフューザ壁側に設けられた中空の気
室１３と、気室１３をディフューザ側と反ディフューザ
側とに気密に分割しかつ軸方向に移動可能な弾性仕切り
部材１４とを備えている。なお、この図において、６は
羽根車、７はスクロールケーシング、８はシールプレー
トである。シールプレート８は、この例ではシールプレ
ートカバー８ａ、ダイヤフラムカバー８ｂ及び本体８ｃ
からなる。

【００１７】図２は、図１のＡ−Ａ矢視図である。この
図において、羽根車６及びスクロールケーシング７は、
図面の明瞭化のため省略して示している。

【００１８】図１及び図２に示すように案内羽根１２
は、この例では、円板状の羽根基部１２ａと、この羽根
基部１２ａに一端が固定され周方向に間隔を隔てて配置
された複数の羽根部１２ｂとからなる。反シュラウド側
のディフューザ壁１１（すなわちシールプレートカバー
８ａ）には、各羽根部１２ｂが貫通する貫通孔が設けら
れ、羽根部１２ｂが反シュラウド側のディフューザ壁１
１内に面一に引っ込む位置から、羽根部１２ｂが反対側
のディフューザ壁１１に当接する突き出し位置まで、羽
根部１２ｂが羽根車６の軸方向に移動できるようになっ
ている。

【００１９】中空の気室１３は、この例では、反シュラ
ウド側のディフューザ壁１１の内部、すなわちシールプ
レート８内に設けられた中空円筒形の空間である。ま
た、弾性仕切り部材１４は、リング状のダイヤフラムま
たはベローズであり、その外縁部と内縁部が気室１３に
気密に固定され、この空間（気室１３）をディフューザ
側と反ディフューザ側とに分割している。更に、このダ
イヤフラム（またはベローズ）は、気密を保持したまま
軸方向に変形可能であり、その中間部分に案内羽根１２
の一部（この例では羽根基部１２ａの左端部）が取り付
けられている。

【００２０】本発明の可変ディフューザ付き遠心圧縮機
１０では、更に、弾性仕切り部材１４を流体圧により軸
方向に移動させる流体駆動機構を備える。この流体駆動
機構は、弾性仕切り部材１４を軸方向に付勢する付勢手
段１６と、気室１３の反ディフューザ側を減圧又は加圧
する配管ライン１７ａ及びこれを外部の負圧源（又は正
圧源）と連通する図示しない開閉弁とからなり、弾性仕
切り部材１４のディフューザ側と反ディフューザ側に差
圧を発生させて弾性仕切り部材１４を流体圧により軸方
向に移動させるようになっている。なお、１７ｂは、デ
ィフューザ部の静圧を抽気するための別の配管ラインで
ある。

【００２１】付勢手段１６は、この例では、気室１３の
反ディフューザ側（図で左側）に圧縮状態で収容された
圧縮バネであり、弾性仕切り部材１４及びこれを介して
案内羽根１２をディフューザ部の反対側のディフューザ
壁に向けて付勢している。

【００２２】上述した構成により、例えば、遠心圧縮機
の流量が少なく、効率を高める必要がある場合に、気室
１３のディフューザ側と反ディフューザ側を連通して同
圧とすることにより、付勢手段１６の付勢力により、案
内羽根１２を反対側のディフューザ壁に向けて移動し、
案内羽根１２の先端（図で右端）が反対側のディフュー
ザ壁に隙間なく当接した状態とすることができる。

【００２３】また、逆に、遠心圧縮機の流量が多く、効
率よりもその安定作動が要求される場合に、気室１３の
反ディフューザ側を外部の負圧源（例えば、ブレーキ用
真空源）に連通して負圧とすることにより、弾性仕切り
部材１４のディフューザ側（図で右側）の圧力が反ディ
フューザ側（左側）の圧力より高くなり、付勢手段１６
の付勢力に抗して弾性仕切り部材１４及びこれに取り付
けられた案内羽根１２を反対方向（図で左側）に移動さ
せ、案内羽根１２が引っ込み、その先端（図で右端）を
ディフューザ壁１１と面一とすることができる。

【００２４】図３は、図１のＢ部の模式的構成図であ
る。この図に示すように、本発明の可変ディフューザ付
き遠心圧縮機１０は、更に、案内羽根１２を収容するデ
ィフューザ壁１１（すなわちこの例ではシールプレート
カバー８ａ）と案内羽根１２の間を流れる隙間流れを低
減する隙間流低減装置を備えている。隙間流低減装置
は、図３の例では、羽根基部１２ａの隣接する羽根部の
固定部を連結する複数の凸部２１と、案内羽根１２を収
容するディフューザ壁１１（シールプレートカバー８
ａ）に設けられた複数の凹溝２２とからなる。凸部２１
と凹溝２２は、互いに接触することなく嵌合しており、
この間にいわゆるラビリンスシールを形成している。

【００２５】図４は、図１のＣ−Ｃ矢視図である。この
図において、羽根車６及びスクロールケーシング７の他
に、ディフューザ壁１１（シールプレートカバー８ａ）
を省略し、円板状の羽根基部１２ａと複数の羽根部１２
ｂのみを示している。この図に示すように、この実施形
態では、凸部２１及び（図示しない凹溝２２）は、周方
向に羽根車６と同心に形成されている。

【００２６】図５は、図４と同様の別の実施形態であ
る。この実施形態では、図４と相違し、凸部２１及び
（図示しない凹溝２２）は、羽根車６と同心の周方向に
対して斜めに延びている。

【００２７】上述した本発明の構成によれば、案内羽根
１２を収容する中空の気室１３をディフューザ側と反デ
ィフューザ側とに気密に分割する弾性仕切り部材１４を
備えているので、案内羽根とディフューザ壁の隙間から
の加圧流体の漏れを完全に防止できる。また、流体駆動
機構により、弾性仕切り部材を流体圧により軸方向に移
動させるので、案内羽根の突出し時に案内羽根を反対側
のディフューザ壁面に密着させて翼端隙間損失を低減で
きる。

【００２８】また、案内羽根を収容するディフューザ壁
と案内羽根の間を流れる隙間流れを低減する隙間流低減
装置を備えているので、羽根の基部とディフューザ壁面
との間の隙間を通して、圧力の高いディフューザの出口
側からディフューザの入口側に流れる隙間流れを低減し
効率の低下を抑制することができる。

【００２９】特に、羽根基部１２ａの凸部２１とディフ
ューザ壁の凹溝２２とでいわゆるラビリンスシールを構
成することにより、互いに接触させることなく隙間流れ
を低減することができる。

【００３０】また、隙間流低減装置として、案内羽根と
案内羽根を収容するディフューザ壁の貫通孔との間にブ
ラシシール又は弾性シールを設けてもよい。このような
ブラシシール又は弾性シールを併用することにより、ラ
ビリンスシール部に流入する流体流量を更に低減するこ
とができる。

【００３１】

【発明の効果】上述した本発明の可変ディフューザ付き
遠心圧縮機によれば、羽根が出た状態において空間１３
のディフューザ側を通り、図３のＢ側からＡ側に流れる
隙間流れを最小にすることができる。すなわち、凸部２
１と凹溝２２とでいわゆるラビリンスシールを構成する
ことにより、隙間を流れる空気に対する流路抵抗を増
し、逆流する隙間流れ（図３でＢ→Ｃ→Ａ）を減らし、
ディフューザの効率を向上させることができる。

【００３２】従って、本発明の可変ディフューザ付き遠
心圧縮機は、案内羽根をディフューザ部に完全に出没で
き、案内羽根とディフューザ壁の隙間からの加圧流体の
漏れを完全に防止でき、かつ案内羽根の突出し時に案内
羽根を反対側のディフューザ壁面に密着させて翼端隙間
損失を低減でき、同時に案内羽根の基部とディフューザ
壁面との間の隙間を通してディフューザの入口側に流れ
る隙間流れを低減し、効率低下を抑制することができる
等の優れた効果を有する。

【００３３】なお、本発明は上述した実施例に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない限りで自由に変更するこ
とができることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の可変ディフューザ付き遠心圧縮機を示
す全体構成図である。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視図である。

【図３】図１のＢ部の模式的構成図である。

【図４】図１のＣ−Ｃ矢視図である。

【図５】図４と同様の別の実施形態である。

【図６】従来の可変ディフューザ付き遠心圧縮機の模式
図である。

【図７】従来の可変ディフューザ付き遠心圧縮機の別の
模式図である。

【符号の説明】

１静止羽根、２，３羽根、４案内羽根、５アク
チュエータ、６羽根車、７スクロールケーシング、
８シールプレート、８ａシールプレートカバー、８
ｂダイヤフラムカバー、８ｃ本体１０可変ディフューザ付き遠心圧縮機、１１ディフ
ューザ壁、１２案内羽根、１２ａ羽根基部、１２ｂ
羽根部、１３気室、１４弾性仕切り部材（ダイヤ
フラムまたはベローズ）、１６付勢手段（圧縮バ
ネ）、１７ａ，１７ｂ配管ライン、２１凸部、２２
凹溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者丹下浩史東京都江東区豊洲３丁目１番15号石川島播磨重工業株式会社東京エンジニアリングセンター内 (72)発明者平井芳明東京都江東区豊洲３丁目１番15号石川島播磨重工業株式会社東京エンジニアリングセンター内Ｆターム(参考） 3H034 AA02 BB03 BB06 DD07 DD08 DD26 EE08 EE13 EE18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向するディフューザ壁（１１）の少な
くとも一方から出没可能な案内羽根（１２）と、該案内
羽根を収容するディフューザ壁側に設けられた中空の気
室（１３）と、該気室をディフューザ側と反ディフュー
ザ側とに気密に分割しかつ軸方向に移動可能な弾性仕切
り部材（１４）と、弾性仕切り部材のディフューザ側と
反ディフューザ側に差圧を発生させて弾性仕切り部材を
流体圧により軸方向に移動させる流体駆動機構とを備
え、前記案内羽根の一部が弾性仕切り部材に取り付けら
れており、更に、案内羽根を収容するディフューザ壁と案内羽根の
間を流れる隙間流れを低減する隙間流低減装置を備え
た、ことを特徴とする可変ディフューザ付き遠心圧縮
機。
【請求項２】前記案内羽根（１２）は、円板状の羽根
基部（１２ａ）と、この羽根基部に一端が固定され周方
向に間隔を隔てて配置された複数の羽根部（１２ｂ）と
からなり、前記隙間流低減装置は、前記羽根基部（１２ａ）の隣接
する羽根部の固定部を連結する複数の凸部（２１）と、
該案内羽根を収容するディフューザ壁に設けられ前記複
数の凸部を接触することなく収容する複数の凹溝（２
２）とからなる、ことを特徴とする請求項１に記載の可
変ディフューザ付き遠心圧縮機。
【請求項３】前記凸部（２１）及び凹溝（２２）は、
周方向又は周方向に対して斜めに延びている、ことを特
徴とする請求項２に記載の可変ディフューザ付き遠心圧
縮機。
【請求項４】前記隙間流低減装置は、案内羽根と案内
羽根を収容するディフューザ壁の貫通孔との間に設けら
れたブラシシール又は弾性シールである、ことを特徴と
する請求項１に記載の可変ディフューザ付き遠心圧縮
機。