JP2019100342A

JP2019100342A - 遠心圧縮機

Info

Publication number: JP2019100342A
Application number: JP2018225285A
Authority: JP
Inventors: ハンネス・ベネトシク; Benetschik Hannes; セバスティアン・シュペングラー; Spengler Sebastian; マティアス・ケーラー; Koehler Matthias
Original assignee: MAN Energy Solutions SE
Current assignee: Everllence SE
Priority date: 2017-12-01
Filing date: 2018-11-30
Publication date: 2019-06-24
Also published as: US10947990B2; KR20190065127A; CH714432A2; CH714432B1; US20190170156A1; DE102017221717A1; CN110017303A

Abstract

【課題】特性マップ安定性および動作挙動がさらに改善された遠心圧縮機を提供すること。【解決手段】主要流れ通路（１７）と、輪郭壁部（１９）により主要流れ通路（１７）から分離され、羽根車（１１）の領域において二次流れ開口（２１）を介して主要流れ通路（１７）に連結される、二次流れチャンバ（１８）と、二次流れチャンバ（１８）内に延在するストラット（２２）であって、輪郭壁部（１９）が該ストラット（２２）を介してハウジング（１３）に連結される、ストラット（２２）とを備える、遠心圧縮機（１０）。ストラット（２２）は、子午断面においてみた場合に、輪郭壁部（１９）上の各ストラット（２２）の第１の連結セクション（２３）が、径方向または主に径方向に延在し、ハウジング（１３）上の各ストラット（２２）の第２の連結セクション（２４）が、軸方向または主に軸方向に延在するように、湾曲状である。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前文に記載の遠心圧縮機に関する。

特許文献１により、請求項１の前文に記載の排気ターボチャージャの遠心圧縮機が知られている。したがって、特許文献２は、回転羽根車および固定ハウジングを有する遠心圧縮機を示す。ハウジングは、圧縮されることとなる媒体を羽根車の方向へと誘導するための主要流れ通路を画定する。主要流通路の外部には、二次流れチャンバが配置され、これは、輪郭壁部により主要流れ通路から分離される。特許文献１によれば、二次流れチャンバは、主要流れ通路の吸引領域から起始して、羽根車の領域内の二次流れ開口まで延在する。羽根車の領域では、二次流れチャンバは、二次流れ開口を介して主要流れ通路に連結される。二次流れチャンバ内には、ストラットが延在して、二次流れチャンバから主要流れ通路を分離させる輪郭壁部をハウジングに連結する。特許文献２によれば、これらのストラットは、子午断面においてみた場合に径方向に延在する。したがって、ハウジングに対するストラットの連結セクションとさらに輪郭壁部に対するストラットの連結セクションは共に、径方向に延在する。

欧州特許出願公開第２１９４２７７号明細書欧州特許出願公開第２１９４２７２号明細書

本発明は、遠心圧縮機の特性マップ安定性および動作挙動をさらに改善する必要性に基づく。

ここを端緒として、本発明の目的は、新しいタイプの遠心圧縮機を生み出すことである。この目的は、請求項１に記載の遠心圧縮機により達成される。

本発明によれば、ストラットは、子午断面においてみた場合に、輪郭壁部上の各ストラットの第１の連結セクションが、径方向または主に径方向に延在し、ハウジング上の各ストラットの第２の連結セクションが、軸方向または主に軸方向に延在するように、湾曲状である。

子午断面においてみた場合にそれぞれ異なる方向に延在する連結セクションを有するストラットの湾曲状実施形態により、二次流れチャンバを通る最適な低損失流が可能となる。これにより、遠心圧縮機の特性マップ安定性が改善され得る。さらに、遠心圧縮機の構造安定性が改善され、遠心圧縮機の振動励起のリスクが低減される。

有利なさらなる展開例によれば、軸方向断面においてみた場合に、各ストラットの第１の連結セクションおよび第２の連結セクションは、周方向において相互に対してオフセットされる。これにより、特性マップ安定性、特にポンプ安定性がさらに改善され得る。さらに、遠心圧縮機の構造安定性がさらに改善され、特に振動に対する脆弱性が低減される。

有利なさらなる展開例によれば、軸方向断面においてみた場合に、ストラットは、周方向において不均等に分布する、すなわち螺旋ハウジングの舌部に対面する周方向セクションにおいて、螺旋ハウジングの舌部から離れる方向を向く周方向セクションよりも少数のストラットが形成されるようになる。また、これらの特徴は、遠心圧縮機の振動に対する脆弱性を低減させ、構造安定性を改善するのに有効である。

有利なさらなる展開例によれば、軸方向断面においてみた場合にいずれの場合でも隣接し合うストラットを含む各角度が、３６０°に対して非整数因数を有する。遠心圧縮機の構造安定性がさらに改善され、特に振動に対する脆弱性が低減される。

本発明の好ましいさらなる展開例は、従属請求項および以下の説明から得られる。本発明の例示の実施形態が、非限定的な図面を用いてさらに詳細に説明される。

本発明による遠心圧縮機の概略子午断面図である。図１の断面方向ＩＩ−ＩＩに沿った本発明による遠心圧縮機の概略軸方向断面図である。

図１および図２は、本発明による遠心圧縮機１０の好ましい例示の一実施形態の抜粋形態におけるそれぞれ異なる概略断面図を示す。

遠心圧縮機１０は、複数の動翼１２を有する回転羽根車１１を備える。さらに、遠心圧縮機１０は、固定ハウジング１３を備える。図１では、固定ハウジング１３の中から、圧縮されることとなる媒体の流れ方向にみた場合に回転羽根車１１の上流に配置された吸引セクション１４と、羽根車１１の領域に位置決めされた挿入ピースセクション１５と、羽根車１１の下流に配置された螺旋ハウジングセクション１６とが図示され、これらは、図１の例示の実施形態では別個のアセンブリにより共に形成される。

したがって、図１では、ハウジング１３は、複数のパーツにおいて具現化され、別個の吸引セクション１４、別個の挿入ピースセクション１５、および別個の螺旋ハウジングセクション１６を備え、これらが相互に連結される。

図示する例示の実施形態とは対照的に、吸引セクション１４および挿入ピースセクション１５が単体として形成され、したがってモノリシックアセンブリにより実現されることが可能であることが指摘される。さらに、螺旋ハウジングセクション１６もまた、挿入ピースセクション１５および吸引セクション１４と共に単体としておよびしたがってモノリシックに形成されることが可能である。

遠心圧縮機１０のハウジング１３は、圧縮されることとなる媒体のための主要流れ通路１７を画定することにより、圧縮されることとなる媒体を羽根車１１の方向へと主要流れ通路１７を経由して誘導する。主要流れ通路１７の外部において、ハウジング１３は二次流れチャンバ１８を画定する。環状ウェブとも呼ばれる輪郭壁部１９が、二次流れチャンバ１８から主要流れ通路１７を分離させる。

二次流れチャンバ１８は、羽根車１１の上流のセクションから羽根車１１の領域内まで延在する。したがって、図１は、ハウジング１３の吸引セクション１４と輪郭壁部１９との間に第１の二次流れ開口２０が形成され、二次流れチャンバ１８が、この第１の二次流れ開口２０を介して、圧縮されることとなる媒体の流れ方向においてみた場合に羽根車１１の上流の主要流れ通路１７に連結されることを示している。第２の二次流れ開口２１が、羽根車１１の領域に形成され、二次流れチャンバ１８は、この第２の二次流れ開口２１を介して、羽根車１１の領域において主要流れ通路１７に連結される。二次流れチャンバ１８内において、ストラット２２が延在する。ストラット２２により、ハウジング１３の輪郭壁部１９が連結され、すなわち図示する例示の実施形態ではハウジング１３の吸引セクション１４に対して連結される。

ストラット２２は湾曲状であり、すなわち、子午断面においてみた場合に、ストラット２２の第１の連結セクション２３は、輪郭壁部１９上において径方向へとまたは主に径方向へと延在し、対向側に位置するストラット２２の第２の連結セクション２４は、ハウジング１３上において、図示する例示の実施形態においては吸引セクション１４上において、軸方向へとまたは主に軸方向へと（すなわちいずれの場合においても子午断面においてみた場合に）延在する。

輪郭壁部１９上においてストラット２２の第１の連結セクション２３が主に径方向へと延在することは、この第１の連結セクション２３の長手方向中心軸２５が、径方向に対して最大で２０°、好ましくは最大で１０°、特に好ましくは最大で５°の角度を有することを意味する。主に軸方向へと各ストラット２２の第２の連結セクション２４が延在することは、子午断面においてみた場合に、各ストラット２２の各第２の連結セクション２４の長手方向中心軸２６が、軸方向に対して２０°、好ましくは最大で１０°、特に好ましくは最大で５°の角度を有することを意味する。

このように湾曲状であるストラット２２が二次流れチャンバ１８内に延在することにより、二次流れチャンバ１８を通る流れが阻害されず、したがって特性マップ安定性、特に遠心圧縮機のポンプ安定性が改善されることが確保される。さらに、このストラット２２により、遠心圧縮機の構造安定性が改善され、それにより圧縮機はより低い振動励起にさらされ、したがって振動リスクを低下させる。

軸方向断面においてみた場合に（図２を参照）、各ストラット２２の連結セクション２３および２４、すなわちそれぞれのストラット２２の第１の連結セクション２３および第２の連結セクション２４は、周方向において相互に対してオフセットされる。また、これは、特性マップ安定性、特にポンプ安定性の改善と構造安定性の上昇とをもたらす。

第１の連結セクション２３および第２の連結セクション２４の周方向におけるこのオフセットは、好ましいが、各ストラット２２の領域において軸方向断面においてみた場合に、これらの連結セクション２３および２４は同一の周方向位置に位置決めされることも可能である点が指摘される。

同様に図２から明らかであるように、ストラット２２は、軸方向断面においてみた場合に周方向において不均等に分布する。ここでは、ストラット２２は、ハウジング１３の舌部２５すなわち螺旋ハウジング１６の舌部に対面する周方向セクションで軸方向断面においてみた場合に、舌部２５から離れる方向に向いた周方向セクションよりも少数のストラット２２が形成されるように、軸方向断面においてみた場合に周方向において不均等に分布する。螺旋ハウジングセクション１６の舌部は、ハウジング１３の出口側流れ通路から入口側流れ通路を分離させる。図２に示す例示の実施形態では、２つのストラットが、舌部２５に対面する周方向セクションに位置決めされる一方で、それに対して４つのストラット２２が、舌部２５から離れる方向に向いた周方向セクションに位置決めされる。この周方向セクションにおけるストラット２２の不均等な分布により、遠心圧縮機の構造安定性がさらに改善され、特に遠心圧縮機の振動に対する脆弱性が低減され得る。

軸方向断面においてみた場合に周方向に不均等であるストラット２２の分布により、直接隣接し合うストラット２２の中の少なくともいくつかが、他の直接的に隣接し合うストラット２２とは異なる角度を有する。いずれの場合においても、軸方向断面においてみた場合にいずれの場合においても隣接し合うストラットを含む角度が、３６０°に対して非整数因数を有することが真となる。したがって、整数倍が３６０°になるような、直接的に隣接し合うストラット間の角度は形成されない。これにより、構造安定性もまた改善され、特に遠心圧縮機に対する振動励起のリスクが低減され得る。

したがって、特性マップ安定性が改善されおよびしたがって動作挙動が最適化された遠心圧縮機が、本発明によって提供される。特に、ポンプ安定性が上昇し、遠心圧縮機の振動に対する脆弱性が低減し得る。二次流れチャンバは、低損失での流通が可能となる。ストラット２２は、連結セクション２３、２４が輪郭壁部１９上においておよびハウジング１３上において、特にハウジング１３の吸引セクション１４上においてそれぞれ異なる方向に延在する状態で、湾曲状に輪郭設定される。

１０遠心圧縮機
１１羽根車
１２動翼
１３ハウジング
１４吸引セクション
１５挿入ピースセクション
１６螺旋ハウジング
１７主要流れ通路
１８二次流れチャンバ
１９輪郭壁部
２０二次流れ開口
２１二次流れ開口
２２ストラット
２３連結セクション
２４連結セクション
２５長手方向中心軸
２６長手方向中心軸

Claims

遠心圧縮機（１０）であって、
回転羽根車（１１）と、
固定ハウジング（１３）と、
圧縮されることとなる媒体を前記羽根車（１１）の方向へと送給するために前記ハウジング（１３）により画定された主要流れ通路（１７）と、
前記主要流れ通路（１７）の径方向外部に配置された二次流れチャンバ（１８）であって、輪郭壁部（１９）により前記主要流れ通路（１７）から分離され、前記羽根車（１１）の領域において二次流れ開口（２１）を介して前記主要流れ通路（１７）に連結される、二次流れチャンバ（１８）と、
前記二次流れチャンバ（１８）内に延在するストラット（２２）であって、前記輪郭壁部（１９）が該ストラット（２２）を介して前記ハウジング（１３）に連結される、ストラット（２２）と
を備える、遠心圧縮機（１０）において、
前記ストラット（２２）は、子午断面においてみた場合に、前記輪郭壁部（１９）上の各ストラット（２２）の第１の連結セクション（２３）が、径方向または主に径方向に延在し、前記ハウジング（１３）上の前記各ストラット（２２）の第２の連結セクション（２４）が、軸方向または主に軸方向に延在するように、湾曲状であることを特徴とする、遠心圧縮機（１０）。
前記子午断面においてみた場合に、前記第１の連結セクション（２３）の長手方向中心軸が、径方向に対して最大で２０°、好ましくは最大で１０°、特に好ましくは最大で５°の角度を有することを特徴とする、請求項１に記載の遠心圧縮機。
前記子午断面においてみた場合に、前記第２の連結セクション（２４）の長手方向中心軸が、軸方向に対して最大で２０°、好ましくは最大で１０°、特に好ましくは最大で５°の角度を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の遠心圧縮機。
軸方向断面においてみた場合に、前記各ストラット（２２）の前記第１の連結セクション（２３）および前記第２の連結セクション（２４）は、周方向において相互に対してオフセットされることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
軸方向断面においてみた場合にいずれの場合でも隣接し合うストラット（２２）を含む角度が、３６０°に対して非整数因数を有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
軸方向断面においてみた場合に、前記ストラット（２２）は、周方向において不均等に分布する、すなわち螺旋ハウジングの舌部に対面する周方向セクションにおいて、前記螺旋ハウジングの前記舌部から離れる方向を向く周方向セクションよりも少数のストラット（２２）が形成されるようになることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
前記ハウジング（１３）は、圧縮されることとなる前記媒体の流れ方向にみた場合に前記羽根車（１１）の上流に配置された吸引セクション（１４）と、前記羽根車（１１）の領域に延在する挿入ピースセクション（１５）と、前記羽根車（１１）の下流に配置された螺旋ハウジングセクション（１６）とを備えることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
少なくとも前記螺旋ハウジングセクション（１６）が、前記ハウジング（１３）の別個のアセンブリとして形成されることを特徴とする、請求項７に記載の遠心圧縮機。
前記吸引セクション（１４）および前記挿入ピースセクション（１５）は、前記ハウジング（１３）の別個のアセンブリとしてそれぞれ同様に形成されることを特徴とする、請求項７または８に記載の遠心圧縮機。
前記第２の連結セクション（２４）を有する前記ストラット（２２）は、前記ハウジング（１３）の前記吸引セクション（１４）に対して作用することを特徴とする、請求項７から９のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。