JP2019007425A - Centrifugal compressor and turbocharger - Google Patents
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Abstract
【課題】簡略な構成で、遠心圧縮機の性能を損なわずにサージングを抑制する遠心圧縮機、及びターボチャージャを提供する。【解決手段】遠心圧縮機14における圧縮空気の流量が小さくなると、インペラ44と流入流路46の対向部58との間から圧縮空気が上流側に逆流する。この逆流空気は、流入流路46に設けられた段差部56によって流れが抑制されると共に、径方向内側に流れを変更される。これにより、流入流路46からインペラ44内に流入する空気の流れが径方向内側に集められる。この結果、遠心圧縮機14の入口側と出口側との圧力比が低下して、圧縮空気の逆流が抑制される。すなわち、サージングの発生が抑制される。【選択図】図1A centrifugal compressor and a turbocharger that suppress surging without impairing the performance of the centrifugal compressor with a simple configuration. When the flow rate of the compressed air in the centrifugal compressor is reduced, the compressed air flows backward from the space between the impeller and the facing portion of the inflow passage. The flow of the backflow air is suppressed by the step portion 56 provided in the inflow channel 46, and the flow is changed radially inward. Thereby, the flow of air flowing into the impeller 44 from the inflow passage 46 is collected radially inward. As a result, the pressure ratio between the inlet side and the outlet side of the centrifugal compressor 14 is reduced, and the backflow of compressed air is suppressed. That is, the occurrence of surging is suppressed. [Selection] Figure 1
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.
ターボチャージャ用の遠心圧縮機では、同一回転数で流入空気の流量が小さくなると、遠心圧縮機の上流側の入口圧力に対する下流側の出口圧力の比が大きくなる。この結果、圧縮空気の一部が、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。逆流する空気流量が増加すると、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、インペラ流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, when the flow rate of inflow air is reduced at the same rotation speed, the ratio of the downstream outlet pressure to the upstream inlet pressure of the centrifugal compressor increases. As a result, a part of the compressed 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. This 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 air flowing back increases, 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. If the flow angle of the main flow becomes small, the angle of attack at the impeller inlet becomes large, separation occurs in the flow flowing into the impeller, and surge is likely to occur.
このサージングを防止するために、インペラの流入口に絞りを設け流入空気の流速を高め、インペラに対する流入角度を減少させてサージングを抑制するものが提案されている。 In order to prevent this surging, it has been proposed to suppress the surging by providing a throttle at the inlet of the impeller to increase the flow velocity of the incoming air and reduce the inflow angle with respect to the impeller.
しかし、サージング抑制のために絞りを設けると、サージングを生じない条件下では、流路抵抗の増加により遠心圧縮機の性能が低下するという問題を生ずる。そこで、流入吸気量が低流量時にのみ内周抵抗体を翼のハブ側に突出させて吸気流路を絞り、サージングを抑制する一方、通常流量(高流量)時には内周抵抗体の突出させないことにより圧縮機が所定の性能を発揮できるようにしたものが提案されている。(特許文献1参照)。 However, when a throttle is provided to suppress surging, there arises a problem that the performance of the centrifugal compressor deteriorates due to an increase in flow path resistance under conditions where surging does not occur. Therefore, only when the inflowing intake air amount is low, the inner peripheral resistor protrudes toward the hub side of the blade to restrict the intake flow path and suppress surging, while the inner peripheral resistor does not protrude at normal flow (high flow). Therefore, a compressor that can exhibit a predetermined performance has been proposed. (See Patent Document 1).
上記特許文献1記載の技術の場合、遠心圧縮機に絞り(内周抵抗体)を可動する機構を設けなくてはならない。このような絞りの可動機構等を設けることなく、簡略な構成で遠心圧縮機の性能を損なわずにサージングを抑制する点で改善の余地がある。 In the case of the technique described in Patent Document 1, a mechanism for moving the throttle (inner peripheral resistor) must be provided in the centrifugal compressor. There is room for improvement in terms of suppressing surging without impairing the performance of the centrifugal compressor with a simple configuration without providing such a movable diaphragm mechanism.
本願発明の課題は、簡略な構成で、遠心圧縮機の性能を損なわずにサージングを抑制する遠心圧縮機、及びターボチャージャを提供することである。 The subject of this invention is providing the centrifugal compressor and turbocharger which suppress a surging by a simple structure, without impairing the performance of a centrifugal compressor.
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、前記流入流路の壁面には、前記回転翼の軸方向上流側に軸方向下流側に向かって拡径する段差部が形成されており、前記段差部の径方向高さをh、前記回転翼の上流側縁と前記流入流路の壁面との径方向距離をd、前記段差部の径方向内側端部と前記回転翼との軸方向距離をsとした場合、0<h/d<10、かつ、0<s/d<10である。 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. A step portion that expands toward the downstream side in the axial direction on the upstream side in the axial direction of the rotor blade is formed on the wall surface of the inflow passage. , The height in the radial direction of the stepped portion is h, the radial distance between the upstream edge of the rotor blade and the wall surface of the inflow channel is d, the axis between the radially inner end of the stepped portion and the rotor blade When the directional distance is s, 0 <h / d <10 and 0 <s / d <10.
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、遠心圧縮機に流入する空気流量が小さい場合には、回転翼の上流側と下流側の圧力差が増大する。これにより、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)。この逆流の流量が大きい場合には、サージングが発生し、圧縮機が正常に動作しなくなる。 Here, when the flow rate of air flowing into the centrifugal compressor is small, the pressure difference between the upstream side and the downstream side of the rotor blades increases. Thereby, a part of the air compressed in the radial direction and compressed by the rotating rotor blades is folded in the reverse direction and flows (reverses) to the inflow channel side. When the flow rate of the reverse flow is large, surging occurs and the compressor does not operate normally.
この圧縮機には、流入流路の壁面において、回転翼の軸方向上流側に軸方向下流側に向かって拡径する段差部が設けられている。したがって、流入流路の壁面に沿って回転翼の上流側に逆流してきた空気は段差部で方向を変え、径方向内側(回転翼の軸中心側)に流れる。 This compressor is provided with a stepped portion that increases in diameter toward the downstream side in the axial direction on the upstream side in the axial direction of the rotor blade on the wall surface of the inflow passage. Therefore, the air that has flowed back to the upstream side of the rotor blade along the wall surface of the inflow channel changes direction at the stepped portion and flows radially inward (axial center side of the rotor blade).
これによって、流入流路から回転翼側に流れる空気は、回転翼の回転(軸)中心側に押され(寄せられ)、回転翼側へ流れる空気の圧力が高くなる。すなわち、回転翼の上流側と下流側の圧力差が抑制される。この結果、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が抑制される。これにより、サージングの発生を抑制することができる。 As a result, the air flowing from the inflow passage toward the rotor blade is pushed (approached) to the rotation (shaft) center side of the rotor blade, and the pressure of the air flowing toward the rotor blade increases. That is, the pressure difference between the upstream side and the downstream side of the rotor blade is suppressed. As a result, the backflow of the air compressed by the rotating rotor blade and flowing in the radial direction is suppressed. Thereby, generation | occurrence | production of surging can be suppressed.
一方、段差部の径方向高さは高いほどサージングの抑制効果は高いが、遠心圧縮機に流入する空気流量が大きい場合に、流路抵抗の増大により圧縮機性能を低下させるおそれがある。 On the other hand, the higher the height in the radial direction of the stepped portion, the higher the effect of suppressing surging.
そこで、段差部の径方向高さをh、回転翼の上流側縁と流入流路の壁面との径方向距離をd、段差部の径方向内側頂点と回転翼との軸方向距離をsとした場合、0<h/d<10かつ、0<s/d<10としているため、遠心圧縮機に対する流入流量が小さい場合にサージングを確実に抑制しつつ、遠心圧縮機に対する流入流量が大きい場合に所定の圧縮機性能を確保することができる。 Therefore, the radial height of the step portion is h, the radial distance between the upstream edge of the rotor blade and the wall surface of the inflow channel is d, and the axial distance between the radially inner vertex of the step portion and the rotor blade is s. In this case, 0 <h / d <10 and 0 <s / d <10, so when the inflow flow rate to the centrifugal compressor is small, surging is reliably suppressed and the inflow flow rate to the centrifugal compressor is large. In addition, a predetermined compressor performance can be ensured.
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、前記段差部が前記軸方向となす傾斜角度は、段差部の上流側に位置する前記流入流路の壁面が前記軸方向となす傾斜角度よりも大きい。 A centrifugal compressor according to a second aspect of the present invention is the centrifugal compressor according to the first aspect, wherein an inclination angle formed by the stepped portion and the axial direction of the inflow channel located on the upstream side of the stepped portion. The wall surface is larger than the inclination angle formed with the axial direction.
上記構成によれば、流入流路において、段差部の軸方向となす傾斜角度が段差部の上流側に位置する流入流路の壁面が軸方向となす角度よりも大きく設定されている。流入流路の段差部の上流側の壁面は、軸方向と平行か下流側に向かって縮径する構造とされている。この壁面と軸方向との傾斜角度が大きい場合には、遠心圧縮機に対する流入流量が大きいと、流路抵抗の増大により圧縮機が所定の性能を発揮できないおそれがある。一方、段差部は下流側に向かって拡径しているが、その傾斜角度が大きいほど回転翼の下流側から上流側に向かう空気の逆流を効果的に抑制する。 According to the above configuration, in the inflow channel, the inclination angle formed with the axial direction of the stepped portion is set to be larger than the angle formed with the wall surface of the inflow channel positioned on the upstream side of the stepped portion with the axial direction. The wall surface on the upstream side of the step portion of the inflow channel is configured to be reduced in diameter toward the downstream side or parallel to the axial direction. When the inclination angle between the wall surface and the axial direction is large, if the inflow flow rate to the centrifugal compressor is large, the compressor may not exhibit predetermined performance due to an increase in flow path resistance. On the other hand, the stepped portion has a diameter that increases toward the downstream side, but as the inclination angle increases, the backflow of air from the downstream side to the upstream side of the rotor blade is effectively suppressed.
本構成では、段差部が軸方向となす傾斜角度を段差部の上流側の流入流路壁面が軸方向となす傾斜角度よりも大きく設定することで、サージング(逆流)を効果的に抑制しつつ、所定の圧縮機性能を確保することができる。 In this configuration, by setting the inclination angle formed by the stepped portion in the axial direction to be larger than the inclination angle formed by the inflow channel wall upstream of the stepped portion in the axial direction, surging (backflow) is effectively suppressed. The predetermined compressor performance can be ensured.
本発明の請求項3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又は2に記載の遠心圧縮機と、を備えている。 A turbocharger according to a third aspect of the present invention is a turbine unit having a turbine rotor that is rotated by a force through which exhaust gas discharged from an engine flows, and the rotational force is transmitted from the turbine rotor to the rotor blades and supplied to the engine. And a centrifugal compressor according to claim 1 or 2 for compressing air to be compressed.
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、簡略な構成で、遠心圧縮機の性能を損なわずに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 with a simple configuration without impairing the performance of the centrifugal compressor.
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について図1〜図12を参照して説明する。 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1に示すように、タービンユニット12と、遠心圧縮機14と、タービンユニット12と遠心圧縮機14とを連結する連結ユニット16とを備えている。そして、タービンユニット12は、自動車のエンジン(図示省略)の排気通路18の途中に配置され、遠心圧縮機14は、このエンジンの吸気通路20の途中に配置されている。
(overall structure)
As shown in FIG. 1, the turbocharger 10 according to the present embodiment includes a turbine unit 12, a centrifugal compressor 14, and a connecting unit 16 that connects the turbine unit 12 and the centrifugal compressor 14. The turbine unit 12 is disposed in the middle of an exhaust passage 18 of an automobile engine (not shown), and the centrifugal compressor 14 is disposed in the middle of an intake passage 20 of the engine.
タービンユニット12と遠心圧縮機14は、それぞれハウジング22とハウジング24を備え、連結ユニット16は、ハウジング22とハウジング24とを連結するハウジング26を備えている。ハウジング22、ハウジング26、及びハウジング24は、図示せぬ固定具で互いに固定されている。 The turbine unit 12 and the centrifugal compressor 14 each include a housing 22 and a housing 24, and the connection unit 16 includes a housing 26 that connects the housing 22 and the housing 24. The housing 22, the housing 26, and the housing 24 are fixed to each other with a fixing tool (not shown).
さらに、ターボチャージャ10には、ハウジング22、ハウジング26、及びハウジング24の内部に回転自在に配設された回転軸28を備えている。この回転軸28の軸方向(図1、矢印E方向参照)を、以下、「軸方向」という。また、回転軸28の軸心を中心とした径方向(図1、矢印D方向参照)を、以下、「径方向」という。 Further, the turbocharger 10 includes a housing 22, a housing 26, and a rotation shaft 28 that is rotatably disposed inside the housing 24. Hereinafter, the axial direction of the rotary shaft 28 (refer to the arrow E direction in FIG. 1) is referred to as “axial direction”. Further, the radial direction centered on the axis of the rotating shaft 28 (refer to the direction of arrow D in FIG. 1) is hereinafter referred to as “radial direction”.
〔タービンユニット〕
タービンユニット12は、図1に示すように、ハウジング22と、タービンロータ30とを備えている。
[Turbine unit]
As shown in FIG. 1, the turbine unit 12 includes a housing 22 and a turbine rotor 30.
ハウジング22の内部には、軸方向に延在し軸方向一端側(図1、矢印E1方向参照)が開口された排出流路36と、排出流路36の軸方向他端側(図1、矢印E2方向参照)から径方向外側に渦巻き状に形成された渦巻き流路38とが形成されている。渦巻き流路38は、排気通路18を流れる排気ガスをハウジング22の内部へ流入させるものであり、排出流路36は排気ガスをハウジング22の外部(排気通路18)に排出させるものである。 Inside the housing 22, there are a discharge passage 36 extending in the axial direction and having one end in the axial direction (see the direction of arrow E1 in FIG. 1) opened, and the other end in the axial direction of the discharge passage 36 (see FIG. 1, A spiral flow path 38 formed in a spiral shape is formed radially outward from the arrow E2 direction). The spiral flow path 38 allows exhaust gas flowing through the exhaust passage 18 to flow into the housing 22, and the discharge flow path 36 discharges exhaust gas to the outside of the housing 22 (exhaust passage 18).
このハウジング22の内部(排出流路36)に、タービンロータ30が配置されている。そして、タービンロータ30は、回転軸28の軸方向一端側に固定されているロータ軸部32と、ロータ軸部32から延出した複数のタービン翼34とを有している。 The turbine rotor 30 is disposed inside the housing 22 (discharge channel 36). The turbine rotor 30 includes a rotor shaft portion 32 fixed to one end side in the axial direction of the rotating shaft 28 and a plurality of turbine blades 34 extending from the rotor shaft portion 32.
すなわち、渦巻き流路38からハウジング22の内部へ流入した排気ガス(流体の一例)が隣り合うタービン翼34の間に流れ込み、複数のタービン翼34を押すことで、タービンロータ30を回転させ構成である。タービンロータ30を回転させた排気ガスは、排出流路36から排気通路18に排出されるようになっている。すなわち、タービンロータ30は、所謂ラジアルタービンロータとされている。 That is, exhaust gas (an example of fluid) that has flowed into the housing 22 from the spiral flow path 38 flows between adjacent turbine blades 34 and pushes the plurality of turbine blades 34 to rotate the turbine rotor 30. is there. The exhaust gas that has rotated the turbine rotor 30 is discharged from the discharge passage 36 to the exhaust passage 18. That is, the turbine rotor 30 is a so-called radial turbine rotor.
〔連結ユニット〕
連結ユニット16は、図1に示すように、ハウジング26を備えている。このハウジング26には、回転軸28が挿通される孔部40が軸方向に貫通して形成されている。また、孔部40(内周壁)における軸方向の二箇所には、径方向内側に突出形成され、回転軸28を回転可能に支持する支持部42を有している。
[Connecting unit]
As shown in FIG. 1, the connection unit 16 includes a housing 26. The housing 26 is formed with a hole 40 through which the rotary shaft 28 is inserted, penetrating in the axial direction. In addition, at two locations in the axial direction of the hole 40 (inner peripheral wall), there are support portions 42 that are formed so as to protrude radially inward and support the rotary shaft 28 rotatably.
さらに、ハウジング26は、循環しながら支持部42へ供給されるエンジンオイルをハウジング26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26の内部から排出させる排出口(図示省略)とを有している。 Further, the housing 26 circulates an inlet (not shown) through which engine oil supplied to the support portion 42 is circulated and flows into the housing 26, and an outlet (not shown) through which the engine oil is discharged from the inside of the housing 26. And have.
この構成において、ハウジング26の内部へ流入したエンジンオイルは、支持部42に供給され、回転軸28を滑らかに周方向に回転可能とさせている。 In this configuration, the engine oil that has flowed into the housing 26 is supplied to the support portion 42, and the rotating shaft 28 can be smoothly rotated in the circumferential direction.
〔遠心圧縮機〕
遠心圧縮機14は、図1に示すように、ハウジング24と、回転翼の一例としてのインペラ44とを備えている。
(Centrifuge compressor)
As shown in FIG. 1, the centrifugal compressor 14 includes a housing 24 and an impeller 44 as an example of a rotor blade.
ハウジング24の内部には、軸方向に延在し軸方向他端側が開口された流入流路46と、流入流路46の軸方向一端側から径方向外側に延在する拡散流路47と、拡散流路47に連通し拡散流路47の径方向外側で渦巻き状に形成された渦巻き流路48(所謂スクロール流路)とが形成されている。流入流路46は、吸気通路20を流れる空気をハウジング24の内部へ流入させるものであり、渦巻き流路48は空気をハウジング24の外部に排出させて吸気通路20に流出させるものである。 Inside the housing 24, there are an inflow channel 46 extending in the axial direction and opened at the other end side in the axial direction, a diffusion channel 47 extending radially outward from one axial end side of the inflow channel 46, A spiral channel 48 (so-called scroll channel) formed in a spiral shape on the outer side in the radial direction of the diffusion channel 47 is formed in communication with the diffusion channel 47. The inflow passage 46 allows air flowing through the intake passage 20 to flow into the housing 24, and the spiral passage 48 discharges air out of the housing 24 and outflows into the intake passage 20.
このハウジング24の内部(流入流路46)に、インペラ44が配置されている。インペラ44は、回転軸28の軸方向他端側に固定されている回転軸部50と、回転軸部50から延出する複数のインペラ翼52とを有している。 An impeller 44 is disposed inside the housing 24 (inflow channel 46). The impeller 44 includes a rotation shaft portion 50 fixed to the other axial end of the rotation shaft 28 and a plurality of impeller blades 52 extending from the rotation shaft portion 50.
なお、遠心圧縮機14については詳細を後述する。 Details of the centrifugal compressor 14 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34は、渦巻き流路38からハウジング22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30が回転する。この結果、タービンロータ30の回転力が、回転軸28を介してインペラ44に伝達される。なお、ハウジング22の内部でタービンロータ30を回転させた排気ガスは、排出流路36から流出する。 The turbine blade 34 is pushed by the exhaust gas flowing into the housing 22 from the spiral flow path 38. Thereby, the turbine rotor 30 rotates. As a result, the rotational force of the turbine rotor 30 is transmitted to the impeller 44 through the rotating shaft 28. The exhaust gas that has rotated the turbine rotor 30 inside the housing 22 flows out from the discharge passage 36.
インペラ44は、回転軸28を介してタービンロータ30の回転力が伝達されることで回転する。回転するインペラ44は、流入流路46からハウジング24の内部へ流入した空気を圧縮する。さらに、圧縮された空気(圧縮空気)は、渦巻き流路48から吸気通路20に流出し、燃焼用の圧縮空気としてエンジンに供給される。 The impeller 44 rotates when the rotational force of the turbine rotor 30 is transmitted via the rotary shaft 28. The rotating impeller 44 compresses the air that flows into the housing 24 from the inflow channel 46. Further, the compressed air (compressed air) flows out from the spiral flow path 48 to the intake passage 20 and is supplied to the engine as compressed air for combustion.
(要部構成)
次に、遠心圧縮機14について説明する。
遠心圧縮機14は、図1に示すように、導入部の一例であるハウジング24と、ハウジング24の内部に配置されるインペラ44とを備えている。
(Main part configuration)
Next, the centrifugal compressor 14 will be described.
As illustrated in FIG. 1, the centrifugal compressor 14 includes a housing 24 that is an example of an introduction portion, and an impeller 44 that is disposed inside the housing 24.
〔インペラ〕
インペラ44は、前述したように、回転軸28の軸方向他端側に固定されている回転軸部50と、回転軸部50から延出する複数のインペラ翼52とを有している。
[Impeller]
As described above, the impeller 44 includes the rotary shaft portion 50 fixed to the other axial end of the rotary shaft 28 and the plurality of impeller blades 52 extending from the rotary shaft portion 50.
回転軸部50は、軸方向他端側に向かうに従って徐々に細くなっている。また、それぞれのインペラ翼52は、図1に示すように、軸方向から見て、回転軸部50から湾曲しながら径方向外側へ延出している。それぞれのインペラ翼52は、図1に示すように、軸方向他端側で径方向に延びる先端縁52Aと、先端縁52Aの径方向外側端部に接続されて湾曲しながら軸方向一端側へ延びる湾曲縁52Bとを有している。さらに、それぞれのインペラ翼52は、湾曲縁52Bの端部に接続されて軸方向に延びる基端縁52Cを有している。 The rotating shaft portion 50 is gradually narrowed toward the other end in the axial direction. Further, as shown in FIG. 1, each impeller blade 52 extends outward in the radial direction while being curved from the rotary shaft portion 50 when viewed from the axial direction. As shown in FIG. 1, each impeller blade 52 is connected to a distal end edge 52 </ b> A that extends in the radial direction on the other end side in the axial direction and a radially outer end portion of the front end edge 52 </ b> A and is curved toward one end side in the axial direction. The curved edge 52B extends. Further, each impeller blade 52 has a base end edge 52C connected to the end of the curved edge 52B and extending in the axial direction.
この構成において、回転するインペラ44は、インペラ翼52の先端縁52A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52の基端縁52Cから径方向外側へ流すようになっている。 In this configuration, the rotating impeller 44 compresses the air flowing from the tip edge 52A of the impeller blade 52, and flows the compressed air (compressed air) from the base end edge 52C of the impeller blade 52 to the outside in the radial direction. ing.
〔ハウジング〕
ハウジング24には、吸気通路20を流れる空気をインペラ44へ導く流入流路46と、インペラ44によって圧縮された圧縮空気が流れる拡散流路47(所謂ディフューザ流路)と、吸気通路20に圧縮空気を排出する渦巻き流路48とが形成されている。
〔housing〕
In the housing 24, an inflow passage 46 that guides air flowing through the intake passage 20 to the impeller 44, a diffusion passage 47 (so-called diffuser passage) through which compressed air compressed by the impeller 44 flows, and compressed air in the intake passage 20 And a spiral flow path 48 for discharging the water.
この流入流路46は、ハウジング24の内部に軸方向に延在して形成されており、軸方向他端側から軸方向一端側に向けて縮径する流入部54と、流入部54の軸方向一端側で径方向外側へ拡径した段差部56と、段差部56の径方向外側端部から軸方向一端側に延在し、インペラ44の湾曲縁52Bに対向する形状とされた対向部58とが形成されている。 The inflow channel 46 extends in the axial direction inside the housing 24, and has an inflow portion 54 that is reduced in diameter from the other axial end side toward the one axial end side, and the shaft of the inflow portion 54. A stepped portion 56 having a diameter expanded radially outward at one end in the direction, and a facing portion extending from the radially outer end of the stepped portion 56 to one end in the axial direction and facing the curved edge 52B of the impeller 44 58 is formed.
この段差部56は、インペラ翼52の軸方向一端側に形成されている。「インペラ翼52の軸方向一端側」には、段差部56の一部がインペラ翼52の径方向外側に位置する場合を含むものとする。 The step portion 56 is formed on one end side in the axial direction of the impeller blade 52. The “one axial end side of the impeller blade 52” includes a case where a part of the stepped portion 56 is located on the radially outer side of the impeller blade 52.
ところで、図2に示すように、流入部54が軸方向となす傾斜角度θ1(θ1≦90°)は、段差部56が軸方向となす傾斜角度θ2よりも小さくなる(θ1<θ2)ように設定されている。傾斜角度θ1は、図3に示すように、段差部56の最も径方向内側の点Q3から上流側に向かう軸方向の線と流入部54とのなす角度である。傾斜角度θ2は、図3に示すように、段差部56の最も径方向内側の点Q3から下流側に向かう軸方向の線と段差部56とのなす角度である。なお、流入部54や段差部56が、図3において一本の直線形状でない場合、例えば、曲線や複数の直線等の組み合わせの場合には、平均角度を傾斜角度θ1、θ2とする。 As shown in FIG. 2, the inclination angle θ1 (θ1 ≦ 90 °) that the inflow portion 54 makes with the axial direction is smaller than the inclination angle θ2 that the step portion 56 makes with the axial direction (θ1 <θ2). Is set. As shown in FIG. 3, the inclination angle θ <b> 1 is an angle formed between the inflow portion 54 and the axial line extending upstream from the point Q <b> 3 on the innermost radial direction of the stepped portion 56. As shown in FIG. 3, the inclination angle θ <b> 2 is an angle formed by the stepped portion 56 and a line in the axial direction from the point Q <b> 3 on the innermost radial direction of the stepped portion 56 toward the downstream side. In addition, when the inflow part 54 and the level | step-difference part 56 are not one linear shape in FIG. 3, for example, in the case of the combination of a curve, a some straight line, etc., let an average angle be inclination-angle (theta) 1 and (theta) 2.
また、図3に示すように、段差部56とインペラ44との位置関係は、段差部56の径方向高さをh、段差部56とインペラ44との軸方向距離をs、インペラ44と対向部58との径方向距離をdとすると、
0<h/d<10
かつ、
0<s/d<10
となるように設定してある。本実施形態では、例えば、h/d=3、s/d=3としている。
As shown in FIG. 3, the positional relationship between the stepped portion 56 and the impeller 44 is such that the radial height of the stepped portion 56 is h, the axial distance between the stepped portion 56 and the impeller 44 is s, and the impeller 44 is opposed. If the radial distance from the portion 58 is d,
0 <h / d <10
And,
0 <s / d <10
It is set to become. In this embodiment, for example, h / d = 3 and s / d = 3.
ここで、径方向距離dとは、図3に示すように、インペラ翼52の上流側縁(先端縁52A)で最も径方向外側の点Q1と、点Q1の径方向外側に位置する対向部58上の点Q2との径方向距離を意味する。 Here, as shown in FIG. 3, the radial distance d is a point Q1 that is the radially outermost point on the upstream edge (tip edge 52A) of the impeller blade 52 and a facing part that is located radially outward of the point Q1. 58 means a radial distance from the point Q2 on 58.
また、径方向高さhとは、流入流路46を軸方向一端側から軸方向に視て(段差部56の)最も径方向内側の点Q3と点Q2との径方向距離を意味する。なお、図3に示すように、本実施形態では、対向部58の点Q2と段差部56の径方向外側端部の点Q4の径方向位置が同一なので、径方向高さhは点Q3と点Q4との径方向距離とも一致している。 Further, the radial height h means a radial distance between the point Q3 and the point Q2 on the innermost radial side (of the stepped portion 56) when the inflow channel 46 is viewed in the axial direction from one axial end side. As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the radial position h is equal to the point Q3 because the point Q2 of the facing part 58 and the point Q4 of the radially outer end part of the step part 56 are the same in the radial direction. It also coincides with the radial distance from the point Q4.
しかし、図4に示すように、対向部58が軸方向一端側に向かって拡径するように形成されている場合には、段差部56の径方向外側端部が必ずしも明確ではない。そこで、段差部56の径方向高さhを、点Q2と点Q3との径方向距離で規定している。 However, as shown in FIG. 4, when the facing portion 58 is formed so as to increase in diameter toward one end in the axial direction, the radially outer end of the stepped portion 56 is not always clear. Therefore, the radial height h of the stepped portion 56 is defined by the radial distance between the point Q2 and the point Q3.
さらに、軸方向距離sとは、図3及び図4に示すように、段差部56において最も径方向内側に位置する点Q3と、インペラ翼52の先端縁52Aとの軸方向距離を意味する。 Further, the axial distance s means an axial distance between a point Q3 located on the innermost radial direction in the stepped portion 56 and the tip edge 52A of the impeller blade 52, as shown in FIGS.
(作用)
次に、本実施形態に係る遠心圧縮機14の作用について、比較例に係る遠心圧縮機114と比較しつつ説明する。なお、比較例に係る遠心圧縮機114で遠心圧縮機14と同様の構成要素には、遠心圧縮機14の参照符号と同一の参照符号に100を足した参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
(Function)
Next, the operation of the centrifugal compressor 14 according to the present embodiment will be described in comparison with the centrifugal compressor 114 according to the comparative example. In the centrifugal compressor 114 according to the comparative example, the same components as those of the centrifugal compressor 14 are denoted by the same reference numerals as the reference numerals of the centrifugal compressor 14 plus 100, and detailed description thereof will be given. Is omitted.
比較例に係る遠心圧縮機114には、図5に示すように、本実施形態の段差部56に相当する段差部が形成されていない。なお、遠心圧縮機114の他の構成については、遠心圧縮機14と同様である。 As shown in FIG. 5, the stepped portion corresponding to the stepped portion 56 of the present embodiment is not formed in the centrifugal compressor 114 according to the comparative example. Other configurations of the centrifugal compressor 114 are the same as those of the centrifugal compressor 14.
この構成において、先ず、遠心圧縮機114に流入する空気流量が小さい場合について説明する。回転するインペラ144は、流入流路146を軸方向に沿ってインペラ144側へ流れインペラ翼152の先端縁152Aから流入する空気(矢印L1参照)を圧縮し、インペラ翼152の基端縁152Cから径方向外側の拡散流路147へ流す。ここで、遠心圧縮機114に流入する空気流量が小さい場合には、遠心圧縮機114の圧力比(遠心圧縮機114の出口圧力P2と入口圧力P1との比P2/P1)が、遠心圧縮機114に流入する空気流量が大きい場合と比して増大する。 In this configuration, first, a case where the flow rate of air flowing into the centrifugal compressor 114 is small will be described. The rotating impeller 144 flows in the inflow passage 146 along the axial direction toward the impeller 144 and compresses the air (see arrow L1) flowing in from the leading edge 152A of the impeller blade 152, from the base end edge 152C of the impeller blade 152. It flows to the diffusion channel 147 on the radially outer side. Here, when the flow rate of air flowing into the centrifugal compressor 114 is small, the pressure ratio of the centrifugal compressor 114 (the ratio P2 / P1 between the outlet pressure P2 and the inlet pressure P1 of the centrifugal compressor 114) is the centrifugal compressor. It increases compared with the case where the flow rate of air flowing into 114 is large.
このため、インペラ翼152の基端縁152Cから径方向外側の拡散流路147へ流れた空気は、渦巻き流路148側へ流れる空気(矢印L2参照)と、逆方向に折り返してインペラ翼152とハウジング124との隙間160を通って流入流路46側へ流れる空気(矢印L3参照)とに分かれる(剥離する)。 For this reason, the air flowing from the base end edge 152C of the impeller blade 152 to the radially outer diffusion flow path 147 is folded back in the opposite direction to the air flowing toward the spiral flow path 148 (see arrow L2) and the impeller blade 152 It is separated (peeled) into air (see arrow L3) that flows to the inflow channel 46 side through the gap 160 with the housing 124.
さらに、流入流路146側へ逆流した空気は、図5に示すように、流入流路146の内周面に沿ってインペラ144の回転方向に回って螺旋状に流れ、隙間160から軸方向他端側へ流出する(矢印L4参照)。この流入流路146の内周面に沿って上流側に流れる空気の流れ(逆流)の流量が大きくなると、遠心圧縮機114にサージングが発生する。 Further, as shown in FIG. 5, the air that has flowed back to the inflow channel 146 flows spirally around the inner peripheral surface of the inflow channel 146 in the rotational direction of the impeller 144, and from the gap 160 in the axial direction. It flows out to the end side (see arrow L4). When the flow rate of the air flow (back flow) flowing upstream along the inner peripheral surface of the inflow channel 146 increases, surging occurs in the centrifugal compressor 114.
なお、遠心圧縮機114に流入する空気流量が大きい場合には、遠心圧縮機114の圧力比は、遠心圧縮機114に流入する空気流量が小さい場合と比して減少する。このため、インペラ翼152の基端縁152Cから径方向外側の拡散流路147へ流れた空気の逆流が抑制される。 In addition, when the air flow rate flowing into the centrifugal compressor 114 is large, the pressure ratio of the centrifugal compressor 114 is reduced as compared with the case where the air flow rate flowing into the centrifugal compressor 114 is small. For this reason, the backflow of the air which flowed from the base end edge 152C of the impeller blades 152 to the diffusion channel 147 on the radially outer side is suppressed.
次に、本実施形態の遠心圧縮機14において、遠心圧縮機14に流入する空気流量が小さい場合について説明する。回転するインペラ44は、図2に示すように、流入流路46を軸方向に沿ってインペラ44側へ流れインペラ翼52の先端縁52Aから流入する空気(矢印M1参照)を圧縮し、インペラ翼52の基端縁52Cから径方向外側の拡散流路47へ流す。ここで、遠心圧縮機14に流入する空気流量が小さい場合には、遠心圧縮機14に流入する空気流量が大きい場合と比して、遠心圧縮機14の圧力比(出口圧力P4/入口圧力P3)が増加する。 Next, in the centrifugal compressor 14 of the present embodiment, a case where the flow rate of air flowing into the centrifugal compressor 14 is small will be described. As shown in FIG. 2, the rotating impeller 44 flows in the inflow passage 46 along the axial direction toward the impeller 44 and compresses the air (see arrow M <b> 1) flowing in from the tip edge 52 </ b> A of the impeller blade 52. The gas flows from the base end edge 52 </ b> C of 52 to the diffusion channel 47 on the radially outer side. Here, when the flow rate of air flowing into the centrifugal compressor 14 is small, the pressure ratio of the centrifugal compressor 14 (exit pressure P4 / inlet pressure P3) is compared to when the flow rate of air flowing into the centrifugal compressor 14 is large. ) Will increase.
このため、インペラ翼52の基端縁52Cから径方向外側の拡散流路47へ流れた空気は、渦巻き流路48側へ流れる空気(矢印M2参照)と、逆方向に折り返してインペラ翼52とハウジング24との隙間60を通って流入流路46側へ流れる空気(矢印M3参照)とに分かれる(剥離する)。 For this reason, the air that has flowed from the base end edge 52C of the impeller blade 52 to the radially outer diffusion flow path 47 returns to the spiral flow path 48 side (see arrow M2) and is folded in the opposite direction to the impeller blade 52 It is separated (peeled) into air (see arrow M3) that flows to the inflow channel 46 side through the gap 60 with the housing 24.
さらに、流入流路46側へ逆流した空気(以下、「逆流空気」という)は、図2に示すように、流入流路46をインペラ44の回転方向に回りながら螺旋状に流れる。 Further, the air that has flowed back to the inflow channel 46 side (hereinafter referred to as “backflow air”) flows in a spiral manner while rotating through the inflow channel 46 in the rotation direction of the impeller 44, as shown in FIG. 2.
流入流路46の対向部58の内周面に沿って軸方向他端側に移動してきた逆流空気は、段差部56に突き当たることによって径方向内側に流れを変え、流入流路46の径方向内側に向かう(矢印M4参照)。 The backflow air that has moved to the other axial end along the inner peripheral surface of the facing portion 58 of the inflow channel 46 changes its flow radially inward by hitting the stepped portion 56, and the radial direction of the inflow channel 46. Inward (see arrow M4).
これにより、流入流路46から流入してインペラ44側に流れる空気(矢印M1)は、軸方向から見て、インペラ44の回転中心側に押される(寄せられる)。このため、インペラ44側へ流れる空気の圧力は、遠心圧縮機114を用いる場合と比較して相対的に高くなり、サージングの発生を抑制することができる。 Thereby, the air (arrow M1) flowing in from the inflow channel 46 and flowing toward the impeller 44 is pushed (approached) to the rotation center side of the impeller 44 when viewed from the axial direction. For this reason, the pressure of the air flowing to the impeller 44 side becomes relatively higher than the case where the centrifugal compressor 114 is used, and the occurrence of surging can be suppressed.
また、逆流空気が流入流路46の流入部54に沿ってさらに軸方向上流側に到達することによって、流入空気に強く予旋回を与え、サージングが発生しやすくなるおそれがある。しかしながら、遠心圧縮機14では、段差部56によって逆流空気が段差部56よりも上流側に到達することが防止又は抑制され、サージングの発生が抑制される。 Moreover, when the backflow air reaches the upstream side in the axial direction along the inflow portion 54 of the inflow passage 46, the inflow air is strongly swirled and surging is likely to occur. However, in the centrifugal compressor 14, the backflow air is prevented or suppressed from reaching the upstream side of the stepped portion 56 by the stepped portion 56, and the occurrence of surging is suppressed.
なお、遠心圧縮機14に流入する空気流量が大きい場合には、遠心圧縮機14の圧力比は、遠心圧縮機14に流入する空気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52の基端縁52Cから径方向外側の拡散流路47へ流れた空気が逆方向に折り返すことはない。 When the air flow rate flowing into the centrifugal compressor 14 is large, the pressure ratio of the centrifugal compressor 14 is smaller than when the air flow rate flowing into the centrifugal compressor 14 is small. For this reason, the air that has flowed from the base end edge 52C of the impeller blade 52 to the radially outer diffusion flow path 47 does not return in the reverse direction.
続いて、遠心圧縮機14の段差部56の寸法と、遠心圧縮機14、114の圧力変動量との関係について数値解析を行った。図6、図7を参照して説明する。 Subsequently, numerical analysis was performed on the relationship between the size of the stepped portion 56 of the centrifugal compressor 14 and the amount of pressure fluctuation of the centrifugal compressors 14 and 114. This will be described with reference to FIGS.
なお、数値解析において、遠心圧縮機14の段差部56の径方向高さhが1mm、インペラ44と対向部58との径方向距離dが0.33mm、段差部56とインペラ44との軸方向距離sが1mmとされている。また、流入流路46の点Q2における直径は、36.6mm、インペラ44の入口直径が36mmであり、出口直径が48mmである。 In the numerical analysis, the radial height h of the stepped portion 56 of the centrifugal compressor 14 is 1 mm, the radial distance d between the impeller 44 and the facing portion 58 is 0.33 mm, and the axial direction between the stepped portion 56 and the impeller 44. The distance s is 1 mm. The diameter of the inflow channel 46 at the point Q2 is 36.6 mm, the inlet diameter of the impeller 44 is 36 mm, and the outlet diameter is 48 mm.
先ず、図6に示すグラフについて説明する。図6に示すグラフの縦軸は、遠心圧縮機114におけるサージング発生時の圧力変動量に対する遠心圧縮機14の圧力変動量の比を示し、横軸は遠心圧縮機14における径方向高さhと径方向距離dとの比を示している。 First, the graph shown in FIG. 6 will be described. The vertical axis of the graph shown in FIG. 6 indicates the ratio of the pressure fluctuation amount of the centrifugal compressor 14 to the pressure fluctuation amount when surging occurs in the centrifugal compressor 114, and the horizontal axis represents the radial height h in the centrifugal compressor 14. The ratio with the radial distance d is shown.
図6に示すグラフ中のプロットは、先ず、遠心圧縮機114においてインペラ144の回転数を一定にし、遠心圧縮機114に流入する空気流量を変えていった場合のサージング発生時(以下、この場合の流入空気流量を「サージング発生流量」という)における遠心圧縮機114の出口側の圧力変動量を1とする。なお、サージングについては、ハウジング124の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。 The plot in the graph shown in FIG. 6 shows that when the surging occurs when the rotational speed of the impeller 144 is constant in the centrifugal compressor 114 and the air flow rate flowing into the centrifugal compressor 114 is changed (hereinafter, this case). The amount of pressure fluctuation on the outlet side of the centrifugal compressor 114 in the case of “the flow rate of inflow air” is referred to as “surging generation flow rate” is 1. As for surging, it is determined that surging occurs when the amplitude of the housing 124 reaches a predetermined threshold.
図6は、遠心圧縮機14における段差部56とインペラ44との軸方向距離sとインペラ44と対向部58との径方向距離dとの比(s/d)を3とした場合に、段差部56の径方向高さhとインペラ44と対向部58との径方向距離dとの比(h/d)を変更して、遠心圧縮機14の流入空気流量をサージ発生流量とした場合の遠心圧縮機14の出口側の圧力変動量を算出した。グラフには、遠心圧縮機114の圧力変動量に対する比としてプロットしたものである。 FIG. 6 shows a step when the ratio (s / d) between the axial distance s between the stepped portion 56 and the impeller 44 and the radial distance d between the impeller 44 and the facing portion 58 in the centrifugal compressor 14 is 3. When the ratio (h / d) between the radial height h of the portion 56 and the radial distance d between the impeller 44 and the facing portion 58 is changed, the inflow air flow rate of the centrifugal compressor 14 is set as the surge generation flow rate. The amount of pressure fluctuation on the outlet side of the centrifugal compressor 14 was calculated. The graph is plotted as a ratio with respect to the pressure fluctuation amount of the centrifugal compressor 114.
次に、図7に示すグラフについて説明する。図7に示すグラフの縦軸は、遠心圧縮機114におけるサージング発生時の圧力変動量に対する遠心圧縮機14の圧力変動量の比を示し、横軸は遠心圧縮機14における径方向高さhと軸方向距離sとの比を示している。 Next, the graph shown in FIG. 7 will be described. The vertical axis of the graph shown in FIG. 7 indicates the ratio of the pressure fluctuation amount of the centrifugal compressor 14 to the pressure fluctuation amount when surging occurs in the centrifugal compressor 114, and the horizontal axis represents the radial height h in the centrifugal compressor 14. The ratio with the axial distance s is shown.
図7は、段差部56の径方向高さhとインペラ44と対向部58との径方向距離dとの比(h/d)が3とされた場合に、軸方向距離sとインペラ44と対向部58との径方向距離dとの比(s/d)を変更して、遠心圧縮機14の流入空気流量をサージ発生流量とした場合の遠心圧縮機14の出口側の圧力変動量を算出した。グラフには、遠心圧縮機114の圧力変動量に対する比としてプロットしたものである。 FIG. 7 shows that when the ratio (h / d) between the radial height h of the step portion 56 and the radial distance d between the impeller 44 and the facing portion 58 is 3, the axial distance s and the impeller 44 By changing the ratio (s / d) with the radial distance d to the facing portion 58, the pressure fluctuation amount on the outlet side of the centrifugal compressor 14 when the inflow air flow rate of the centrifugal compressor 14 is set as the surge generation flow rate. Calculated. The graph is plotted as a ratio with respect to the pressure fluctuation amount of the centrifugal compressor 114.
図6に示すように、s/d=3の場合において、h/dが増加するに従って比較例と比較して圧力変動量が抑制されることが確認された。詳細には、h/dが3で圧力変動量が比較例の0.3程度に抑制されると共に、h/dが10を超えると圧力変動量が略一定(比較例の0.25程度)となることがわかる。一方、一般的に段差部56の径方向高さhが高くなると、遠心圧縮機14の流入空気流量が大きい場合に、流路抵抗の増加により遠心圧縮機14の性能が低下する。したがって、0<h/d<10であれば、流入空気の流量が大きい場合に遠心圧縮機14の性能を大きく低下させることなく、遠心圧縮機14の流入空気流量が小さい場合の逆流空気を抑制してサージングの発生を抑制することができると考えられる。 As shown in FIG. 6, in the case of s / d = 3, it was confirmed that the amount of pressure fluctuation was suppressed as compared with the comparative example as h / d increased. Specifically, when h / d is 3, the pressure fluctuation amount is suppressed to about 0.3 of the comparative example, and when h / d exceeds 10, the pressure fluctuation amount is substantially constant (about 0.25 of the comparative example). It turns out that it becomes. On the other hand, generally, when the radial height h of the stepped portion 56 increases, the performance of the centrifugal compressor 14 decreases due to an increase in flow path resistance when the flow rate of air flowing into the centrifugal compressor 14 is large. Therefore, if 0 <h / d <10, the backflow air when the inflow air flow rate of the centrifugal compressor 14 is small is suppressed without greatly reducing the performance of the centrifugal compressor 14 when the inflow air flow rate is large. Therefore, it is considered that the occurrence of surging can be suppressed.
また、図7に示すように、h/d=3の場合において、s/dが3まで増加するに従って比較例と比較した圧力変動量が減少され、s/dを3を超えると10まで比較例の0.5程度に抑制されることが確認された。一方、一般的に段差部56がインペラ44から離間するほど、逆流の抑制効果が低下すると考えられる。したがって、0<s/d<10であれば、遠心圧縮機14に流入する空気流量が大きい場合に遠心圧縮機14の性能を大きく低下させることなく、遠心圧縮機14に流入する空気流量が小さい場合に逆流空気を抑制してサージングの発生を抑制することができると考えられる。 Further, as shown in FIG. 7, in the case of h / d = 3, the pressure fluctuation amount compared with the comparative example is decreased as s / d increases to 3, and when s / d exceeds 3, it is compared with 10. It was confirmed to be suppressed to about 0.5 of the example. On the other hand, it is generally considered that as the stepped portion 56 is separated from the impeller 44, the effect of suppressing the backflow decreases. Therefore, if 0 <s / d <10, the flow rate of air flowing into the centrifugal compressor 14 is small without greatly degrading the performance of the centrifugal compressor 14 when the flow rate of air flowing into the centrifugal compressor 14 is large. In this case, it is considered that the occurrence of surging can be suppressed by suppressing the backflow air.
なお、本数値計算結果は、それぞれs/d=3、h/d=3の場合の圧力変動量比を求めたものであったが、s/d、h/dが10以下で異なる数値の場合でも、同様の数値計算結果となるものと考えられる。 In addition, although this numerical calculation result calculated | required the pressure fluctuation amount ratio in the case of s / d = 3 and h / d = 3, respectively, s / d and h / d are 10 or less, and are different numerical values. Even in this case, it is considered that the same numerical calculation result is obtained.
すなわち、遠心圧縮機14において、0<h/d<10、かつ0<s/d<10となるように段差部56、対向部58およびインペラ44を配置することによって、可変機構のない固定の段差部56で遠心圧縮機14の性能を大きく低下させることなくサージングの発生を抑制することができる。 That is, in the centrifugal compressor 14, the stepped portion 56, the facing portion 58 and the impeller 44 are arranged so that 0 <h / d <10 and 0 <s / d <10, so that a fixed mechanism without a variable mechanism can be obtained. The generation of surging can be suppressed without greatly reducing the performance of the centrifugal compressor 14 at the stepped portion 56.
また、流入部54は、軸方向他端側(下流側)に向かって縮径するようにテーパが形成とされているが、この流入部54が軸方向となす傾斜角度θ1は、段差部56が軸方向となす傾斜角度θ2よりも小さくなるように設定されている。これは、流入部54にテーパをつける(絞りを設ける)ことによって、流入空気の流入速度を増加させることによりサージングを抑制する効果があるが、傾斜角度θ1が大きすぎると流路抵抗の増加により圧縮機性能を低下させてしまう。一方、段差部56の傾斜角度θ2は大きいほど逆流抑制効果が増加する。そこで、流入部54の傾斜角度θ1よりも段差部の傾斜角度θ2を大きく設定することにより、圧縮機性能の低下を抑制しつつサージングを一層効果的に抑制している。 In addition, the inflow portion 54 is tapered so as to reduce in diameter toward the other end side (downstream side) in the axial direction. The inclination angle θ1 that the inflow portion 54 forms in the axial direction is a stepped portion 56. Is set to be smaller than the inclination angle θ2 formed with the axial direction. This has the effect of suppressing surging by increasing the inflow speed of inflow air by tapering the inflow portion 54 (providing a throttle). However, if the inclination angle θ1 is too large, the flow resistance increases. It will reduce the compressor performance. On the other hand, the backflow suppression effect increases as the inclination angle θ2 of the step portion 56 increases. Therefore, by setting the inclination angle θ2 of the stepped portion larger than the inclination angle θ1 of the inflow portion 54, surging is more effectively suppressed while suppressing a decrease in compressor performance.
また、ターボチャージャ10においては、遠心圧縮機14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, by suppressing the occurrence of surging in the centrifugal compressor 14, compressed air can be efficiently supplied to the engine.
[その他]
なお、ハウジング24の流入流路46の形状については、本実施形態に限定されるものではない。例えば、図8に示すように、流入部54は、段差部56の直前だけ径方向内側に湾曲して突出する形状でも良い。また、図9に示すように、流入部54は、軸方向一端部側(インペラ44側)に縮径する形状であったが、円筒形状(軸方向に直交する断面形状が一定)であっても良い。さらに、図10に示すように、流入部54の軸方向に対する傾斜角度θ1を一層大きくしたものでも良い。
[Others]
The shape of the inflow channel 46 of the housing 24 is not limited to this embodiment. For example, as shown in FIG. 8, the inflow portion 54 may have a shape that curves and protrudes inward in the radial direction only immediately before the stepped portion 56. Further, as shown in FIG. 9, the inflow portion 54 has a shape that is reduced in diameter toward one end in the axial direction (impeller 44 side), but has a cylindrical shape (a constant cross-sectional shape perpendicular to the axial direction) Also good. Furthermore, as shown in FIG. 10, the inclination angle θ1 with respect to the axial direction of the inflow portion 54 may be further increased.
一方、本実施形態(図3参照)では、段差部56は径方向外側に延在する面であったが、図11に示すように、段差部56が径方向外側から軸方向一端部側に向かって傾斜した傾斜面であっても良い。あるいは、図12に示すように、段差部56は、径方向内側端部が流入部54に連続したR形状の面でも良い。この場合、段差部56は、R形状のうち最も径方向内側に突出した部分(点Q3)が径方向内側端部となる。 On the other hand, in the present embodiment (see FIG. 3), the stepped portion 56 is a surface extending radially outward, but as shown in FIG. 11, the stepped portion 56 extends from the radially outer side to the one axial end side. An inclined surface inclined toward the surface may be used. Alternatively, as shown in FIG. 12, the stepped portion 56 may be an R-shaped surface in which the radially inner end portion is continuous with the inflow portion 54. In this case, in the stepped portion 56, a portion (point Q3) that protrudes most radially inward in the R shape is a radially inner end portion.
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。 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.
また、上記実施形態では、遠心圧縮機14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 14 was used for the turbocharger 10, you may use for another air conditioning apparatus etc.
さらに、遠心圧縮機14において、流入部54の傾斜角度θ1が段差部56の傾斜角度θ2よりも小さいものに限定するものではない。 Furthermore, in the centrifugal compressor 14, the inclination angle θ1 of the inflow portion 54 is not limited to be smaller than the inclination angle θ2 of the step portion 56.
10 ターボチャージャ
12 タービンユニット
14 遠心圧縮機
24 ハウジング(導入部)
30 タービンロータ
44 インペラ(回転翼)
46 流入流路
56 段差部
d インペラと対向部の径方向距離
h 段差部の径方向高さ
s 段差部とインペラの軸方向距離
10 Turbocharger 12 Turbine unit 14 Centrifugal compressor 24 Housing (introduction part)
30 Turbine rotor 44 impeller (rotary blade)
46 Inflow channel 56 Stepped portion d Radial distance h between impeller and opposing portion Radial height s of stepped portion Axial distance between stepped portion and impeller
Claims (3)
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、
前記流入流路の壁面には、前記回転翼の軸方向上流側に軸方向下流側に向かって拡径する段差部が形成されており、前記段差部の径方向高さをh、前記回転翼の上流側縁と前記流入流路の壁面との径方向距離をd、前記段差部の径方向内側端部と前記回転翼との軸方向距離をsとした場合、
0<h/d<10
かつ、
0<s/d<10
である遠心圧縮機。 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
On the wall surface of the inflow channel, a stepped portion is formed on the upstream side in the axial direction of the rotor blade and the diameter of the stepped portion is increased toward the downstream side in the axial direction. When the radial distance between the upstream edge of the inlet and the wall surface of the inflow channel is d, and the axial distance between the radially inner end of the stepped portion and the rotor blade is s,
0 <h / d <10
And,
0 <s / d <10
Is a centrifugal compressor.
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又は2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 claim 1 or 2, wherein a rotational force is transmitted from the turbine rotor to the rotor blades to compress the air supplied to the engine;
Turbocharger with
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2017
- 2017-06-26 JP JP2017124276A patent/JP2019007425A/en active Pending
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