JP2003184789A - 中間高流量係数を有する遠心圧縮機用のロータブレード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 中間高流量係数を有する遠心圧縮機の純ラジ
アル形のロータのための円筒形のブレードを提供する。 【解決手段】 この円筒形のブレードは、ロータの回転
軸線（Ｚ）に平行な母線を有する等しい曲率の正圧側面
の第１の表面（３）及び負圧側面の第２の表面（５）を
含み、該表面（３、５）の曲率線は、デカルト座標系
（Ｙ、Ｘ、Ｚ）において、該曲率線に属する個々の組の
点（１０）の座標値とロータ（２０）の外側半径（Ｒ）
との間の比率により定められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中間高流量係数を
有する遠心圧縮機用のロータブレードに関する。

【０００２】より正確に言えば、本発明は、中間高流量
係数を有する多段式圧縮機の遠心ロータのための円筒形
のブレードに関する。

【０００３】

【従来の技術】遠心圧縮機の分野においては、流量係数
は、Φ＝（４^*ｑ）／（π^*ｄ^2*ｕ”）と定義され、ここ
において、ｑは体積流量であり、ｄはロータの外径であ
り、ｕ”はロータの周速度である。

【０００４】この無次元係数は、圧縮機の動作特性を定
義するのに用いることでき、また設計段階において異な
る形式の圧縮機を分類するのに用いることができる。

【０００５】従って、圧縮機は、異なる流量を処理する
ように、換言すればその圧縮機が向けられる用途に応じ
て流量係数の異なる値で作動するように作られる。

【０００６】従って、例えば、中間流量係数を有する圧
縮機は、Φが０．０４近傍の値を有する圧縮機として定
義され、また中間高流量係数を有する圧縮機は、Φがほ
ぼ０．０６である圧縮機として定義される。

【０００７】しかしながら、全ての圧縮機に共通の主な
要件の１つは、殆どの段において達成されなければなら
ない高い空力効率に関する。

【０００８】ロータのブレード配列の幾何学的形状構成
は、ブレードの幾何学的特性がロータに沿う流体の相対
速度の分布を決定するという事実によって、空力効率に
著しく影響し、従って、壁面に沿う境界層の分布、及び
最終分析では摩擦損失に影響を及ぼす。

【０００９】空力効率は、二次元ブレードを有する段を
備えて作られたロータ、言い換えればブレードが平坦で
あるか又は母線が回転軸線に平行になった円筒形である
純ラジアル形のロータにとって特に重要である。

【００１０】通常、製造における経済的な理由から、こ
の形式のロータに用いられるブレードは、比較的簡単な
幾何学形状を有し、その形状においては、セクションの
中線が円弧から成り、半円形のすみ肉が形成されるか又
は特別の場合には厚さが漸減されている前縁の領域を除
いて、ブレードに沿って厚さが一定である。

【００１１】二次元ブレードは、比較的簡単な機械加工
により作られ、従って非常に広く用いられているが、そ
の幾何学形状では、ロータの高い空力効率を達成するこ
とができない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の第１
の目的は、適当な形状構成にすることによって高い空力
効率が得られるようにするブレードを提供することであ
る。

【００１３】本発明の別の目的は、自動化工程により大
規模に経済的に製造することができるブレードを提供す
ることである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のこれらの及び他
の目的は、請求項１の内容に従った中間高流量係数を有
する遠心圧縮機用のロータブレードにより達成される。

【００１５】本発明の他の特徴及び利点は、後続の請求
項に記載されている。

【００１６】本発明による遠心圧縮機用のロータブレー
ドの特徴及び利点は、実施例によりまた限定的な意図な
く、添付の図面を参照してなされる、以下の説明により
一層明確になるであろう。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１及び図２を参照すると、中間
高流量係数を有する遠心圧縮機に属する、外側半径Ｒを
備える純ラジアル形のロータ２０は、ディスク２１と対
向ディスク２２の間に配置される複数の円筒形のブレー
ド１を含む。

【００１８】ブレード１は、確立した技術により、前記
ディスク２１及び／又は対向ディスク２２と一体に作ら
れるか又はディスク２１に取り付けられる。

【００１９】各ブレード１は、図１に矢印Ｆにより示さ
れるロータの回転の方向に対して前方に面する正圧側面
の第１の表面３と該第１の表面と対向する負圧側面の第
２の表面５とを含む。

【００２０】表面３及び５は、円筒形であり、実質的に
等しい曲率とロータ２０の回転軸線Ｚに平行な母線とを
備えて作られる。

【００２１】この２つの表面３及び５は、一端におい
て、ロータの吸入口に設置され、ブレード１の厚さを漸
減させることにより形成される前縁４により互いに結合
される。

【００２２】ロータの出口端において、上記の表面３及
び５は、ディスク２１と対向ディスク２２の外周と同一
平面の側端縁２で終わる。

【００２３】図３と図４に一層明確に示すように、ブレ
ード１は、ディスク２１とのその接合部において、平坦
であり、横座標軸Ｙ、縦座標軸Ｘ、及びロータの回転軸
線に一致すると共に機械の内部に向けて配向された軸Ｚ
を有する右手デカルト座標系の平面Ｙ、Ｘ上にある第１
のセクション９を有する。

【００２４】この基準座標系の原点Ｏは、接合セクショ
ン９が含まれる平面Ｙ、Ｘのロータ回転軸線との交差部
分に位置する。

【００２５】ブレード１は、第２のセクション７におい
て対向ディスク２２に結合され、該第２のセクション７
は、公知技術に従って前縁４の近傍において、ロータの
出口における対向ディスク２２の曲率に沿うように湾曲
している。

【００２６】前にも述べたように、ブレード１は、円筒
形の形式であるので、セクション７及び９の平面Ｙ、Ｘ
上への投影は本質的に一致する。

【００２７】従って、ブレード１の輪郭、従ってその曲
率は、上記の表面３及び５の平面Ｙ、Xとの交差部分に
よって特定される。

【００２８】しかしながら、ブレード１の曲率を十分に
定めるためには、ブレードの前縁４近傍でのロータの入
口方向におけるセクション７の曲率に言及することも必
要である。

【００２９】従って、このセクション７は、三次元空間
において前述のデカルト基準座標系Ｙ、Ｘ、Ｚを用いて
特定された時、ブレード１が定められる。

【００３０】具体的には、表面３及び５のセクション７
との交差部分は、２つの曲線、即ち正圧側面上の第１の
端縁線６と負圧側面上の第２の端縁線８とを形成し、該
第１の端縁線６及び第２の端縁線８は、３つの軸Ｙ、
Ｘ、Ｚに関するその座標ｘ、ｙ、ｚがロータ２０の外側
半径Ｒの関数として都合よく表わされる、それらの曲線
に属する個々の組の点１０により定められる。

【００３１】対応する方法で、表面３及び５のセクショ
ン９との交差部分は、２つの曲線、即ち正圧側面上の第
３の端縁線６’と負圧側面上の第４の端縁線８’とを形
成する。

【００３２】ブレード１は円筒形であり、またデカルト
基準座標系Ｙ、Ｘ、Ｚが採用されるので、端縁線６’及
び８’は、対応する線６及び８の座標値と同一のｘ及び
ｙ座標値により定められるが、その時、各線は、該線上
にある全ての点についてｚ座標値はゼロである。

【００３３】表面３及び５、従って実質的にブレード１
は、自動化機械、例えば数値制御式等の機械により都合
よく形成することができる。

【００３４】また、ロータ２０と対応するブレード１
は、それらが向けられる運転条件に応じて、様々な寸法
で作ることができる。

【００３５】公知の相似法則により、ロータの特性は、
特定の制限の範囲内で、実質的にブレードの曲率に依存
し、従って、第１次近似として、相似のロータについて
は等しい。

【００３６】相似法則を適用することによって、ブレー
ドの絶対寸法を無視して、例えば、点１０の座標値のロ
ータの外側半径の値に対する比率ｘ／Ｒ、ｙ／Ｒ、ｚ／
Ｒを用いてその幾何学形状を定めることが可能である。

【００３７】表面３及び５、従って線６、６’、８、
８’の曲率のばらつきが、点１０の座標値ｙ、ｘ、ｚの
±０．６００mmに等しいばらつきの範囲内に維持される
場合には、そのばらつきによって、効率は僅かだけ変化
することも分かった。

【００３８】各々の場合においてロータの外側半径Ｒの
関数として、各点１０の座標値と該半径Ｒの値との間の
比率ｙ／Ｒ、ｘ／Ｒ、ｚ／Ｒの形で表わされる、本発明
によるブレード１の線６及び８は、線６については、下
記の値：

【００３９】

【表５】

【００４０】線８については、下記の値：

【００４１】

【表６】

【００４２】により定められる。

【００４３】実施形態の例 ２００mmの外側半径を備え、かつ正圧側面上の表面３及
び負圧側面上の表面５が等しい曲率を有する１９個の円
筒形のブレード１を備えた、中間高流量係数を有する圧
縮機のためのロータ２０が作られた。

【００４４】これらの表面３及び５は、横座標軸Ｙ、縦
座標軸Ｘ、及びロータの回転軸線に一致しかつ機械の内
部に向けて配向された軸Ｚを有する右手デカルト座標軸
系Ｙ、Ｘ、Ｚにおいて、ロータの対向ディスク２２と接
触する、ブレード１のセクション７との交差部分で表面
３及び５によりそれぞれ作り出される端縁線６及び８に
属する個々の組の点１０の下記の座標値ｘ、ｙ、ｚによ
り定められる。

【００４５】線６は、下記の座標値：

【００４６】

【表７】

【００４７】を有する点１０により定められる。

【００４８】線８は、下記の座標値：

【００４９】

【表８】

【００５０】を有する点１０により定められる。

【００５１】ロータ２０に対して流体力学試験を行った
ところ、そのポリトロープ段効率は、従来技術のロータ
のポリトロープ段効率よりも著しく高いということが分
かった。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理
解を助けるためのものであって実施例に限定する意図で
はない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるブレードを有するロータの部分
断面正面図。

【図２】 図１の線ＩＩ―ＩＩによるロータの部分断面
図。

【図３】 本発明によるブレードの概略斜視図。

【図４】 図３のブレードの輪郭を示す図。

【符号の説明】

１ ブレード ２ ブレードの側端縁 ３ 正圧側面の第１の表面 ４ ブレードの前縁 ５ 負圧側面の第２の表面 ２０ ロータ ２１ ディスク ２２ 対向ディスク Ｆ ロータの回転方向 Ｘ 縦座標軸 Ｙ 横座標軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H033 AA02 BB03 BB06 CC01 DD03 DD27 EE19

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータを形成するディスク（２１）と対
   向ディスク（２２）との間に配置され、双方が前記ロー
   タの回転軸線（Ｚ）に平行な母線を有する等しい曲率を
   持つ正圧側面の第１の表面（３）及び負圧側面の第２の
   表面（５）を含み、該表面（３、５）の曲率線は、前記
   軸線（Ｚ）の方向において、前記対向ディスク（２２）
   と接触するブレードの第１のセクション（７）により、
   また前記ディスク（２１）と接触するブレード（１）の
   第２のセクション（９）により形成されている、中間高
   流量係数を有する遠心圧縮機の純ラジアル形のロータの
   ための円筒形のブレードであって、縦座標軸（Ｘ）及び
   横座標軸（Ｙ）を有し、平面（Ｙ、Ｘ）が前記第２の接
   触セクション（９）と一致し、かつ軸（Ｚ）が前記ロー
   タの回転軸線と一致すると共に前記機械の内部に向けて
   配向されている右手デカルト基準座標系（Ｙ、Ｘ、Ｚ）
   において、前記表面（３、５）の各々の前記セクション
   （７）との交差部分は、２つの曲線、即ち前記正圧側面
   の第１の端縁線（６）と前記負圧側面の第２の端縁線
   （８）とを形成し、該第１の端縁線（６）及び第２の端
   縁線（８）は、前記３つの軸（Ｙ、Ｘ、Ｚ）に関するそ
   の座標（ｙ、ｘ、ｚ）が前記ロータ（２０）の外側半径
   （Ｒ）の関数、即ち比率ｙ／Ｒ、ｘ／Ｒ、ｚ／Ｒとして
   表され、±０．６００ｍｍの範囲内でばらつくことが可
   能である、該線（６、８）に属する個々の組の点（１
   ０）により定められ、前記線（６）が、下記の比率： 【表１】 により定められ、前記線（８）が、下記の比率： 【表２】 により定められることを特徴とする円筒形のブレード。
2. 【請求項２】 前記線（６、８）は、該線（６、８）に
   属する個々の組の点（１０）の下記の座標値（ｙ、ｘ、
   ｚ）により定められ、ここでは、前記ロータ（２０）は
   ２００mmの外側半径（Ｒ）を有しており、前記線（６）
   が、下記の座標値： 【表３】 を有する点（１０）により定められ、前記線（８）が、
   下記の座標値： 【表４】 を有する点（１０）により定められることを特徴とす
   る、請求項１に記載の円筒形のブレード。
3. 【請求項３】 前記表面（３）及び（５）の前記セクシ
   ョン（９）との交差部分は、２つの曲線、即ち前記正圧
   側面上の第３の端縁線（６’）と前記負圧側面上の第４
   の端縁線（８’）とを形成し、該第３の端縁線（６’）
   及び第４の端縁線（８’）は、前記対応する線（６）及
   び（８）と同一の（ｘ）及び（ｙ）座標値とゼロ（ｚ）
   座標値とにより定められることを特徴とする、請求項１
   及び請求項２のいずれか１項に記載の円筒形のブレー
   ド。
4. 【請求項４】 中間高流量係数を有する遠心圧縮機の純
   ラジアル形のロータであって、請求項１から請求項３ま
   でのいずれか１項に記載の複数のブレード（１）を組み
   込まれたことを特徴とするロータ。
5. 【請求項５】 ２００mmの外側半径を有し、１９個のブ
   レード（１）を組み込まれたこととを特徴とする、請求
   項４に記載のロータ。