ターボチャージャー用遠心圧縮機の高性能化設計（ケーシングトリートメントの最適化と圧縮機効率）

摘要

ターボチャージャーなどに用いられる遠心圧縮機には，単段当たりの高い圧力比および運転流量範囲拡大が求められている．しかし，高い圧力比を目指し羽根車周速度を増加させた場合，チョーク流量とサージ流量が近接し，運転範囲が極端に狭くなってしまうという問題がある．特にエンジンの中間負荷では，圧縮機がサージライン近傍で運転され，吐出流量が少ない流量域での過大な相対速度の減速に基づく剥離，および主羽根に流入する流れが限界入射角を越えて前縁剥離することにより不安定流動を生じる．羽根車内の剥離を抑制する方法として，図1に示すような循環流型ケーシングトリートメントが有効である．羽根車入口喉部と吸込み管に環状溝を設け，バイパス通路で連結することで，両溝間の静圧差により喉部近傍の低エネルギ流体を吸出すことができる．さらに，吸出した低エネルギ流体を上流溝より主流へ戻すことにより，前縁における流入流量を局所的に増やすことができ，過大な入射角を低減できる．しかし，循環する流れは，ケーシングトリートメント内部での混合損失や摩擦損失などの不可逆的損失を生じ，圧縮機断熱効率の低下を招くことが懸念され，損失を最小限に抑えっっ循環流による失速抑制効果を最大限に引き出すためには，環状溝幅，溝位置および環状通路幅など設計パラメータを最適設計する必要がある．そこで，本研究では，人工神経回路網（ANN：Artificial Neural Network）をメタモデルとし，遺伝的アルゴリズム（GA：Genetic Algorithm）により全方位最適形状探索を行い，循環流型ケーシングトリートメントの多目的最適化設計を行う．循環流型ケーシングトリートメントの最適形状を提案するとともに，断熱効率改善に有効な設計パラメータおよび流れ場の特徴を明らかにする．