JP2005163640A - 圧縮機のインペラ - Google Patents

Abstract

【課題】 ハブの表面に発生する境界層の拡大あるいは流れの剥離を防止し、圧縮機の高効率化を図ることのできるインペラを提供することを目的とする。
【解決手段】 複数枚のブレード１１と、これら複数枚のブレード１１の根元部Ｒに配置されるハブ１２とを有し、流体が流れる前記ハブの少なくとも一部が回転軸線に対して傾斜した圧縮機のインペラ１０であって、前記ハブ１２の表面１２ｃに、流体の流れにより生じる境界層の拡大を防止する境界層拡大防止手段１３が設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は遠心圧縮機や斜流圧縮機のインペラ、たとえば航空用ガスタービン、舶用過給機、自動車用過給機などに用いられる遠心圧縮機や斜流圧縮機のインペラに関するものである。

従来、遠心圧縮機や斜流圧縮機に用いられるインペラのハブ表面における流体流れの挙動についてはあまり注目して研究がなされておらず、インペラのハブ表面上に工夫が施されるというようなことは今までなかった（たとえば、特許文献１参照）。
特開昭５５−３５１７３号公報

そこで、本出願の発明者らは、回転するインペラのハブ面に注目して研究を進めることとし、その結果、ハブ面上で次のような現象が起きていることがわかってきた。
たとえば、図１０（ａ）に示す遠心圧縮機のインペラ１００では、インペラ入口部１０１から流入した流れに、インペラ１００のブレード１１により回転軸線Ｃ周りの旋回速度が与えられる際、この流れに遠心力Ｆ１が作用することとなる。この遠心力Ｆ１はハブ面１２ｃに対して垂直な方向およびこの垂直な方向と直交する方向に分けることができ、ハブ面１２ｃに対して垂直な方向に作用する力Ｆ２は、流れをハブ面１２ｃから剥がす方向に作用しており、これにより、流れの境界層が拡大して（あるいはひどい場合にはハブ面近傍で流れが逆流したり、流れがハブ面１２ｃから剥離して）、インペラ内部の損失が増加し、遠心圧縮機１００の効率の低下を招いているということがわかってきた。
なお、インペラ出口部１０２では遠心力Ｆ１の方向とハブ面１２ｃ接線の方向とが一致する（すなわち、ハブ面に対して垂直な方向に作用する力Ｆ２は０（零）となる）ので、流れをハブ面１２ｃから剥がす方向に作用する力はなくなる。
また、図において符号１２，１２ａ，１２ｂ，ＬＥ，ＴＥ，およびＢはそれぞれ、ハブ、ハブの小径部、ハブの大径部、ブレード１１の前縁、ブレード１１の後縁、および境界層の拡大が特に著しい領域（すなわち、境界層の厚みが著しく増加する領域）を示している。

また、図１０（ｂ）に示す斜流圧縮機のインペラ２００でも同様の現象が起きており、特に斜流圧縮機では、流れをハブ面１２ｃから剥がそうとする力Ｆ２が、ハブ面１２ｃが傾斜するインペラ出口部１０２まで作用するため、インペラ出口部１０２まで境界層拡大による流速歪みが残り、インペラ出口部１０２での損失が増加し、斜流圧縮機２００の効率の低下を招いているということがわかってきた。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、ハブの表面に発生する境界層の拡大あるいは流れの剥離を防止し、圧縮機の高効率化を図ることのできるインペラを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載の圧縮機のインペラは、複数枚のブレードと、これら複数枚のブレードの根元部に配置されるハブとを有し、流体が流れる前記ハブの表面の少なくとも一部が回転軸線に対して傾斜した圧縮機のインペラであって、前記ハブの表面に、流体の流れにより生じる境界層の拡大を防止する境界層拡大防止手段が設けられていることを特徴とする。
このような圧縮機のインペラによれば、ハブの表面（ハブ面）に設けられた境界層拡大防止手段によりハブの表面に形成される境界層の拡大が防止され、境界層拡大防止手段を有していないインペラよりも境界層の厚みが減少することとなる。
なお、流体が流れるハブの表面の少なくとも一部が回転軸線に対して傾斜したインペラを具備する圧縮機としては、遠心圧縮機および斜流圧縮機がある。

請求項２に記載の圧縮機のインペラは、前記境界層拡大防止手段が、流体の流れに作用する遠心力が流体の流れを前記ハブの表面から剥がす方向に作用する部位に設けられていることを特徴とする。
このような圧縮機のインペラによれば、比較的大きな遠心力が作用するとともに、インペラの回転軸線に対して傾斜角を有するハブの表面、すなわち、インペラの回転軸線からある程度の距離を有する傾斜したハブの表面上に境界層拡大防止手段が設けられている。

請求項３に記載の圧縮機のインペラは、前記境界層拡大防止手段が、当該インペラの入口端から出口端までの長さの、インペラの入口端から約１／４の位置よりも下流側に設けられていることを特徴とする。
このような圧縮機のインペラによれば、インペラの入口端から所定距離離間した位置に境界層拡大防止手段の始点が位置することとなる。すなわち、インペラの入口端から下流側にかけて暫くの間、境界層拡大防止手段は設けられていないことになる。

請求項４に記載の圧縮機のインペラは、前記境界層低減手段は、複数本の溝からなることを特徴とする。
このような圧縮機のインペラによれば、ハブ面近くをハブ面に沿って流れる流れが溝の山部を越えて隣接する溝の谷部に流れ込んだり、あるいは溝の山部を越えて隣接する溝の上方に向けて斜めに進んでいったりすることとなり、ハブ面近くの流れが乱されることとなる。

請求項５に記載の圧縮機のインペラは、前記複数本の溝が、前記ブレード間において前記ブレードの翼面に沿って直線状に形成されていることを特徴とする。
このような圧縮機のインペラによれば、ハブ面近くをハブ面に沿って流れる流れが溝の山部を越えて隣接する溝の谷部に流れ込んだり、あるいは溝の山部を越えて隣接する溝の上方に向けて斜めに進んでいったりすることとなり、ハブ面近くをハブ面に沿って流れる流れに乱れが生じ、境界層の拡大または流れの剥離が防止される。

請求項６に記載の圧縮機のインペラは、前記直線状の溝が、上流側から下流側にかけて複数の領域に分割されていることを特徴とする。
このような圧縮機のインペラによれば、ハブ面近くをハブ面に沿って流れる流れが溝の山部を越えて隣接する溝の谷部に流れ込んだり、あるいは溝の山部を越えて隣接する溝の上方に向けて斜めに進んでいったりすることとなり、ハブ面近くをハブ面に沿って流れる流れに乱れが生じ、境界層の拡大または流れの剥離が防止される。

請求項７に記載の圧縮機のインペラは、前記複数本の溝が、前記ブレード間において平面視波形に形成されていることを特徴とする。
このような圧縮機のインペラによれば、溝の山部を越えて隣接する溝の谷部に流れ込んだり、あるいは溝の山部を越えて隣接する溝の上方に向けて斜めに進む流れの方向と、溝の山部とのなす角が請求項５あるいは請求項６のものよりも大きくなる部分ができるため、その部分ではハブ面近くをハブ面に沿って流れる流れにより強い乱れが生じて、境界層の拡大または流れの剥離がより防止されることとなる。

請求項８に記載の圧縮機のインペラは、前記複数本の溝が、前記ブレード間において平面鋸歯形に形成されていることを特徴とする。
このような圧縮機のインペラによれば、溝の山部を越えて隣接する溝の谷部に流れ込んだり、あるいは溝の山部を越えて隣接する溝の上方に向けて斜めに進む流れの方向と、溝の山部とのなす角が請求項５または請求項６のものよりも大きくなる部分ができるとともに、このような部分を請求項７のものよりも多く形成させることができるので、ハブ面近くをハブ面に沿って流れる流れにより強い乱れが生じて、境界層の拡大または流れの剥離がより一層防止されることとなる。

請求項９に記載の圧縮機のインペラは、前記複数本の溝が、前記ブレード間において一側のブレードから他側のブレードにかけて流路を斜めに横切るように形成された複数本の溝と、これら溝と交差するように形成されるとともに、他側のブレードから一側のブレードにかけて流路を斜めに横切るように形成された複数本の溝とからなることを特徴とする。
このような圧縮機のインペラによれば、複数個の突起が形成されることとなり、ハブ面近くをハブ面に沿って流れる流れがこれら突起に衝突したり、あるいはこれら突起を越えて隣接する溝の谷部に流れ込んだり、あるいはこれら突起を越えて隣接する溝の上方に向けて斜めに進んでいったりすることとなり、ハブ面近くをハブ面に沿って流れる流れに乱れが生じ、境界層の拡大または流れの剥離が防止される。

請求項１０に記載の圧縮機のインペラは、前記複数本の溝が、前記ブレード間において当該インペラの回転軸線を中心とする同心円上に形成されていることを特徴とする。
このような圧縮機のインペラによれば、ハブ面近くをハブ面に沿って流れる流れのすべてが溝の山部を越えて隣接する溝の谷部に流れ込んだり、あるいは溝の山部を越えて隣接する溝の上方に向けて斜めに進んでいったりすることとなり、ハブ面近くをハブ面に沿って流れる流れにより強い乱れが生じて、境界層の拡大または流れの剥離が防止される。

請求項１１に記載の圧縮機のインペラは、前記境界層低減手段は、複数個の凹凸からなることを特徴とする。
このような圧縮機のインペラによれば、ハブ面近くをハブ面に沿って流れる流れがこれら凸部に衝突したり、あるいはこれら凸部を越えて隣接する凹部に流れ込んだり、あるいはこれら凸部を越えて隣接する凸部や凹部の上方に向けて斜めに進んでいったりすることとなり、ハブ面近くをハブ面に沿って流れる流れに乱れが生じ、境界層の拡大または流れの剥離が防止される。

請求項１２に記載の圧縮機のインペラは、前記複数個の凹凸はそれぞれ、平面視円形に形成されていることを特徴とする。
このような圧縮機のインペラによれば、ハブ面に容易に加工することのできる半球状の凹凸が形成されている。

請求項１３に記載の圧縮機のインペラは、前記溝又は凹凸の最大深さが、当該インペラの外径の０．３％以上２．０％以下、好ましくは０．５％以上２．０％以下であることを特徴とする。
このような圧縮機のインペラによれば、たとえば、インペラの外径が１００ｍｍのものであれば、溝の最大深さが０．３ｍｍ〜２．０ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ〜２．０ｍｍで形成されることとなり、削り加工によって作り出されたインペラのハブ面に残る加工跡の溝（一般的にインペラの外径の０．２％程度の幅と最大深さを有するもの）よりも深くかつ幅の広い溝が形成される。

請求項１４に記載の圧縮機のインペラは、遠心圧縮機のインペラであり、前記境界層拡大防止手段が、前記ハブ面に対して垂直な方向に作用する力がゼロとなる位置まで設けられていることを特徴とする。
このような圧縮機のインペラによれば、境界層拡大防止手段が、流体の流れに作用する遠心力が流体の流れを前記ハブの表面から剥がす方向に作用する部位、すなわち、当該インペラの入口端から出口端までの長さの、インペラの入口端から約１／４の位置から、ハブ面に対して垂直な方向に作用する力がゼロとなる位置まで設けられており、これによりハブ面近くをハブ面に沿って流れる流れに乱れが生じ、境界層の拡大または流れの剥離がハブ面の全体にわたって防止される。

請求項１５に記載の圧縮機のインペラは、斜流圧縮機のインペラであり、前記境界層拡大防止手段が、当該インペラの出口端まで設けられていることを特徴とする。
このような圧縮機のインペラによれば、境界層拡大防止手段が、流体の流れに作用する遠心力が流体の流れを前記ハブの表面から剥がす方向に作用する部位、すなわち、当該インペラの入口端から出口端までの長さの、インペラの入口端から約１／４の位置から、出口端まで設けられており、これによりハブ面近くをハブ面に沿って流れる流れに乱れが生じ、境界層の拡大または流れの剥離がハブ面の全体にわたって防止される。

請求項１６に記載の圧縮機は、請求項１から１５のいずれか一項に記載のインペラを具備してなることを特徴とする。
このような圧縮機によれば、ハブの表面に形成される境界層の拡大を防止する境界層拡大防止手段を有するインペラが具備されている。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
境界層拡大防止手段によりハブ面近くをハブ面に沿って流れる流れに乱れが生じ、境界層の拡大または流れの剥離を防止することができる。
また、境界層拡大防止手段が設けられたインペラを採用することにより、インペラ内部の損失を低減させることができ、圧縮機の圧縮効率の向上を図ることができる。

以下、本発明による圧縮機のインペラの第１実施形態について、図１および図２を参照しながら説明する。なお、以下に述べる実施形態のインペラは遠心圧縮機に適用されるものである。
図１は本実施形態に係るインペラ１０の要部斜視図であって、インペラの入口端からインペラの出口端までのうち、入口側の約１／４を省略した図である。また、図２（ａ）は図１のａ−ａ矢視断面図であり、図２（ｂ）は図１のｂ−ｂ矢視断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係るインペラ１０は、複数枚のブレード１１と、これらブレード１１の根元部Ｒに配置されるハブ１２とを主たる要素として構成されたものである。
ブレード１１はそれぞれ、ハブ１２の小径側端部１２ａにその前縁ＬＥが位置するとともに、ハブ１２の大径側端部１２ｂにその後縁ＴＥが位置するようにハブ１２の表面上に設けられている（図１０参照）。

ハブ面（ハブの表面）１２ｃの、遠心力Ｆ１（図１０参照）がハブ面１２ｃに対して垂直に作用する領域、たとえば、インペラ入口端から出口端までの長さのうち、入口側の約１／４の位置（図１においてハッチングで示す位置）からハブ面１２ｃに対して垂直な方向に作用する力Ｆ２が０となる位置までの領域で、かつブレード１１とブレード１１との間に位置する領域に、ブレード１１の翼面（あるいはブレード１１の根本部Ｒ）に沿って直線状の溝（境界層拡大防止手段）１３が複数本（図１には５本図示している）設けられている。
なお、図１の符号１４は、インペラ１０をボールエンドミルによる削り加工で作製した場合の加工跡で、ハブ面１２ｃの、ハブ面１２ｃに対して垂直な方向に作用する力Ｆ２が０となる領域に設けられた１２本の小さい溝を示している。この溝の最大深さおよび幅はそれぞれ、前述したように一般的にインペラの外径の０．２％程度である。したがって、インペラ直径が１００ｍｍのものであれば、その最大深さと幅はそれぞれ、０．２ｍｍ程度となる。

図２に示したように、境界層拡大防止手段として設けられた溝１３は、インペラ作製時にできた機械加工跡の溝１４よりも深く形成されているものである。すなわちＨ＞ｈとなるように形成されている。ここで、Ｈは溝１３の最大深さであり、ｈはハブ面１２ｃを削り加工するときについた加工跡の深さである。
溝１３の最大深さＨはハブ面境界層の排除厚さ程度に設定することが好ましく、具体的にはインペラ外径の０．３％以上２．０％以下であることが好ましく、０．５％以上２．０％以下であることが最も好ましい。すなわち、インペラの外径が１００ｍｍのものであれば、溝１３の最大深さＨは０．３ｍｍ〜２．０ｍｍであることが好ましく、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍであることが最も好ましい。

このように、ハブ面１２ｃの、遠心力Ｆ１がハブ面１２ｃに対して垂直に作用する領域に、ブレード１１の翼面に沿って複数本の直線状の溝１３を設けることにより、ハブ面１２ｃ近くをハブ面１２ｃに沿って流れる流れが溝１３の山部を越えて隣接する溝１３の谷部に流れ込んだり、あるいは溝１３の山部を越えて隣接する溝１３の上方に向けて斜めに進んでいったりすることとなり、ハブ面１２ｃ近くをハブ面１２ｃに沿って流れる流れに乱れが生じ、境界層の拡大または流れの剥離を防止することができる。
また、溝１３が直線状に形成されているので、溝１３の加工を容易に行うことができるとともに、製造コストを抑制することができる。

つぎに、図３を用いて本発明による圧縮機のインペラの第２実施形態について説明する。図３は前述した図１と同様の図で、インペラの入口端からインペラの出口端までの長さのうち、入口側の約１／４を省略した要部斜視図である。
本実施形態におけるインペラ２０は、境界層拡大防止手段としての溝２３の平面視形状が波形に形成されているという点で第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略し、溝２３の平面視形状についてのみ説明することにする。
なお、第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

本実施形態における境界層拡大防止手段としての溝２３は、その平面視形状が波形を有するもの、すなわち、平面視における山部と谷部がそれぞれなめらかな曲線で形成されているとともに、これら山部と谷部とが連続するように形成されたものである。溝２３の深さについては前述した第１実施形態の溝１３と同じであるので、ここではその説明を省略する。

このように、境界層拡大防止手段としての溝２３の平面視形状を波形とすることにより、溝２３の山部を越えて隣接する溝２３の谷部に流れ込んだり、あるいは溝２３の山部を越えて隣接する溝２３の上方に向けて斜めに進む流れの方向と、溝２３の山部とのなす角が第１実施形態のものよりも大きくなる部分ができるため、その部分ではハブ面１２ｃ近くをハブ面１２ｃに沿って流れる流れにより強い乱れが生じて、境界層の拡大または流れの剥離を防止することができる。

図４を用いて本発明による圧縮機のインペラの第３実施形態について説明する。図４（ａ）は前述した図１および図３と同様の図で、インペラの入口端からインペラの出口端までの長さのうち、入口側の約１／４を省略した要部斜視図である。
本実施形態におけるインペラ３０は、境界層拡大防止手段としての溝３３の平面視形状が鋸歯形に形成されているという点で前述した実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略し、溝３３の平面視形状についてのみ説明することにする。
なお、前述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

図４（ｂ）に示すように、本実施形態における境界層拡大防止手段としての溝３３は、その平面視形状が鋸歯形、すなわち、平面視における山部と谷部がそれぞれ２本の直線で形成されているとともに、これら山部と谷部とが連続し、かつこれら山部と谷部とが直線で結ばれるように形成されたものである。溝３３の幅および深さについては前述した実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

このように、境界層拡大防止手段としての溝３３の平面視形状を鋸歯形とすることにより、溝３３の山部を越えて隣接する溝３３の谷部に流れ込んだり、あるいは溝３３の山部を越えて隣接する溝３３の上方に向けて斜めに進む流れの方向と、溝３３の山部とのなす角が第１実施形態のものよりも大きくなる部分ができるとともに、このような部分を第２実施形態のものよりも多く形成させることができるので、ハブ面１２ｃ近くをハブ面１２ｃに沿って流れる流れにより強い乱れが生じて、境界層の拡大または流れの剥離を防止することができる。

図５を用いて本発明による圧縮機のインペラの第４実施形態について説明する。図５（ａ）は前述した図１、図３、および図４（ａ）と同様の図で、インペラの入口端からインペラの出口端までの長さのうち、入口側の約１／４を省略した要部斜視図である。
本実施形態におけるインペラ４０は、境界層拡大防止手段としての溝４３が互いに交差するように形成されているという点で上述した実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略し、溝４３についてのみ説明することにする。
なお、前述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

図５（ｂ）に示すように、本実施形態における境界層拡大防止手段としての溝４３は、一側から他側にかけてブレード１１とブレード１１との間に形成された流路を斜めに横切るように形成された複数本の溝４３ａと、これら溝４３ａと交差するように形成されるとともに、他側から一側にかけてブレード１１とブレード１１との間に形成された流路を斜めに横切るように形成された複数本の溝４３ｂとから形成されたものである。すなわち、図において左下から右上に延びる溝４３ａと右下から左上に延びる溝４３ｂとが互いに交差するように形成されたものである。
なお、図５において溝４３ａ，４３ｂを示す実線は、溝の最も深い部分が形成する線を示している。
また、符号４３ｃは、溝４３ａ，４３ｂを彫った後に残った部分、すなわち、インペラ作製時にできた機械加工跡が頂部表面に残る突起を示している。
溝４３ａ，４３ｂの幅および深さについては前述した実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

このように、境界層拡大防止手段としての溝４３を互いに交差させて形成することにより、複数個の突起４３ｃが形成されることとなり、ハブ面１２ｃ近くをハブ面１２ｃに沿って流れる流れがこれら突起４３ｃに衝突したり、あるいはこれら突起４３ｃを越えて隣接する溝４３ａ，４３ｂの谷部に流れ込んだり、あるいはこれら突起４３ｃを越えて隣接する溝４３ａ，４３ｂの上方に向けて斜めに進んでいったりすることとなり、ハブ面１２ｃ近くをハブ面１２ｃに沿って流れる流れに乱れが生じ、境界層の拡大または流れの剥離を防止することができる。

図６を用いて本発明による圧縮機のインペラの第５実施形態について説明する。図６（ａ）は前述した図１、図３、図４（ａ）、および図５（ａ）と同様の図で、インペラの入口端からインペラの出口端までの長さのうち、入口側の約１／４を省略した要部斜視図である。
本実施形態におけるインペラ５０は、境界層拡大防止手段としての溝５３がインペラ５０の回転軸線を中心とする同心円上に形成されているという点で上述した実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略し、溝５３についてのみ説明することにする。
なお、前述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

図６（ａ）に示すように、本実施形態における境界層拡大防止手段としての溝５３は、インペラ５０の回転軸線を中心とする同心円上、すなわち、インペラ５０の回転軸線からインペラ５０の外周縁に向かって延びる放射線に対して直交するように形成されたものである。また、図６（ｂ）は図６（ａ）のｃ−ｃ矢視断面図である。
溝５３の幅および深さについては前述した実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

このように、境界層拡大防止手段としての溝５３をインペラ５０の回転軸線を中心とする同心円上に形成することにより、ハブ面１２ｃ近くをハブ面１２ｃに沿って流れる流れのすべてが溝５３の山部を越えて隣接する溝５３の谷部に流れ込んだり、あるいは溝５３の山部を越えて隣接する溝５３の上方に向けて斜めに進んでいったりすることとなり、ハブ面１２ｃ近くをハブ面１２ｃに沿って流れる流れにより強い乱れが生じて、境界層の拡大または流れの剥離を防止することができる。
また、溝５３が直線状に形成されているので、溝５３の加工を容易に行うことができるとともに、製造コストを抑制することができる。
また、この同心円上の溝が、第２実施形態と同様に波形に形成されても、第３実施形態と同様に鋸歯形に形成されても良い。

図７を用いて本発明による圧縮機のインペラの第６実施形態について説明する。図７は前述した図１、図３、図４（ａ）、図５（ａ）、および図６（ａ）と同様の図で、インペラの入口端からインペラの出口端までの長さのうち、入口側の約１／４を省略した要部斜視図である。
本実施形態におけるインペラ６０は、境界層拡大防止手段としての溝６３が複数の領域（本実施形態では３つの領域６３ａ，６３ｂ，６３ｃ）に分けて形成されているという点で上述した実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略し、溝６３についてのみ説明することにする。
なお、前述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

図７に示すように、本実施形態における境界層拡大防止手段としての溝６３は、基本的に図１に示した第１実施形態のものと同じであるが、溝６３が上流側から下流側にかけて３つの領域６３ａ，６３ｂ，６３ｃに分割されているという点で第１実施形態のものと異なる。すなわち、ハブ面１２ｃの、遠心力がハブ面１２ｃに対して垂直に作用する領域、たとえば、インペラの入口端から出口端までの長さのうち、入口側の約１／４の位置（図１においてハッチングで示す位置）からハブ面１２ｃに対して垂直な方向に作用する力Ｆ２が０となる位置までの領域が３つの領域６３ａ，６３ｂ，６３ｃに分割され、かつ各領域のブレード１１とブレード１１との間に、ブレード１１の表面に沿って直線状の溝６３が複数本（図７には領域６３ａに４本、領域６３ｂに４本、および領域６３ｃに５本図示している）ずつ設けられている。
溝６３の幅および深さについては前述した実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
また、作用効果についても前述した第１実施形態のものと同様であるので、ここではその説明を省略する。

図８を用いて本発明による圧縮機のインペラの第７実施形態について説明する。図８（ａ）は前述した図１、図３、図４（ａ）、図５（ａ）、図６（ａ）、および図７と同様の図で、インペラの入口端からインペラの出口端までの長さのうち、入口側の約１／４を省略した要部斜視図である。
本実施形態におけるインペラ７０は、境界層拡大防止手段として今まで述べてきた溝の代わりに複数個の凸部７３ａおよび複数個の凹部（ディンプル）７３ｂが設けられているという点で上述した実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略し、凸部７３ａおよび凹部７３ｂについてのみ説明することにする。
なお、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

図８（ａ）に示すように、本実施形態における境界層拡大防止手段としての凸部７３ａおよび凹部７３ｂはそれぞれ平面視円形を呈するとともに、図８（ｂ）に示すように、断面視半円形を呈するものである。
凸部７３ａおよび凹部７３ｂの直径および深さは前述した実施形態のものと同様、インペラ外径の０．３％以上２．０％以下であることが好ましく、０．５％以上２．０％以下であることが最も好ましい。

このように、境界層拡大防止手段を複数個の凸部７３ａと複数個の凹部７３ｂとで構成することにより、ハブ面１２ｃ近くをハブ面１２ｃに沿って流れる流れがこれら凸部７３ａに衝突したり、あるいはこれら凸部７３ａを越えて隣接する凹部７３ｂに流れ込んだり、あるいはこれら凸部７３ａを越えて隣接する凸部７３ａや凹部７３ｂの上方に向けて斜めに進んでいったりすることとなり、ハブ面１２ｃ近くをハブ面１２ｃに沿って流れる流れに乱れが生じ、境界層の拡大または流れの剥離を防止することができる。

なお、本発明は遠心圧縮機のみに適用されるものではなく、斜流圧縮機にも適用され得るものである。ただし、斜流圧縮機では遠心圧縮機と異なり、インペラの出口端まで遠心力Ｆ１がハブ面１２ｃに対して垂直に作用するため、斜流圧縮機に本発明を適用する場合には、上述した境界層拡大防止手段を設ける領域はインペラの出口端までを対象とする。すなわち、図１、図３、図４（ａ）、図５（ａ）、図６（ａ）、図７、および図８（ａ）に示した溝１４の部分もこれら図面に示した境界層拡大防止手段を設ける対象領域である。

今まで述べてきたインペラを具備した遠心圧縮機あるいは斜流圧縮機では、境界層の拡大または流れの剥離が防止されることとなるので、インペラ内部の損失を低減させることができるとともに、圧縮効率の向上を図ることができる。

また、溝１３，２３，３３，４３ａ，４３ｂ，５３，６３の断面形状は図２（ｂ）のようなものに限定されるものではなく、たとえば、図９に示すような断面形状とすることもできる。
すなわち、図９（ａ）のように、溝の谷部を曲線で形成するとともに、溝の谷と山の頂点とを直線で結んだ鋸歯のような断面形状とすることもできるし、あるいは図９（ｂ）のように、溝の頂部にインペラ作製当初につけられた加工跡１４が残ったままの状態とすることもできる。

さらに、本発明は削り加工によって作製されたインペラのみに適用されるものではなく、鋳造によって作製される鋳物インペラにも適用することができる。この場合には、予め鋳型の表面に前述した境界層拡大防止手段を形作るための工夫を施しておけばよい。

さらにまた、本発明による境界層拡大防止手段は、前述した溝や凸部あるいは凹部などに限定されるものではなく、通常用いられているハブ面よりも粗い面とするだけでも、前述した効果と同様の効果を得ることができる。

本発明によるインペラの第１実施形態を示す要部斜視図である。 本発明によるインペラの第１実施形態を示す図であって、（ａ）は図１のａ−ａ矢視断面図、（ｂ）は図１のｂ−ｂ矢視断面図である。 本発明によるインペラの第２実施形態を示す要部斜視図である。 本発明によるインペラの第３実施形態を示す図であって、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は境界層拡大防止手段の平面図である。 本発明によるインペラの第４実施形態を示す図であって、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は境界層拡大防止手段の平面図である。 本発明によるインペラの第５実施形態を示す図であって、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は（ａ）のｃ−ｃ矢視断面図である。 本発明によるインペラの第６実施形態を示す要部斜視図である。 本発明によるインペラの第７実施形態を示す図であって、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は（ａ）のｄ−ｄ矢視断面図である。 図２（ｂ）と同様の図であって、境界層拡大防止手段である溝の他の断面形状を示す図である。 従来のインペラの問題点を説明するための図であって、（ａ）は遠心圧縮機のインペラの断面図、（ｂ）は斜流圧縮機のインペラの断面図である。

符号の説明

１０ インペラ
１１ ブレード
１２ ハブ
１２ｃ ハブ面（ハブの表面）
１３ 溝（境界層拡大防止手段）
２０ インペラ
２３ 溝（境界層拡大防止手段）
３０ インペラ
３３ 溝（境界層拡大防止手段）
４０ インペラ
４３ａ 溝（境界層拡大防止手段）
４３ｂ 溝（境界層拡大防止手段）
５０ インペラ
５３ 溝（境界層拡大防止手段）
６０ インペラ
６３ 溝（境界層拡大防止手段）
７０ インペラ
７３ａ 凸部（境界層拡大防止手段）
７３ｂ 凹部（境界層拡大防止手段）
Ｆ１ 遠心力
Ｒ 根元部

Claims (16)

1. 複数枚のブレードと、これら複数枚のブレードの根元部に配置されるハブとを有し、流体が流れる前記ハブの表面の少なくとも一部が回転軸線に対して傾斜した圧縮機のインペラであって、
   前記ハブの表面に、流体の流れにより生じる境界層の拡大を防止する境界層拡大防止手段が設けられていることを特徴とする圧縮機のインペラ。
2. 前記境界層拡大防止手段が、流体の流れに作用する遠心力が流体の流れを前記ハブの表面から剥がす方向に作用する部位に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機のインペラ。
3. 前記境界層拡大防止手段が、当該インペラの入口端から出口端までの長さの、インペラの入口端から約１／４の位置よりも下流側に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮機のインペラ。
4. 前記境界層低減手段は、複数本の溝からなることを特徴とする請求項３に記載の圧縮機のインペラ。
5. 前記複数本の溝が、前記ブレード間において前記ブレードの翼面に沿って直線状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の圧縮機のインペラ。
6. 前記直線状の溝が、上流側から下流側にかけて複数の領域に分割されていることを特徴とする請求項５に記載の圧縮機のインペラ。
7. 前記複数本の溝が、前記ブレード間において平面視波形に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の圧縮機のインペラ。
8. 前記複数本の溝が、前記ブレード間において平面鋸歯形に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の圧縮機のインペラ。
9. 前記複数本の溝が、前記ブレード間において一側のブレードから他側のブレードにかけて流路を斜めに横切るように形成された複数本の溝と、これら溝と交差するように形成されるとともに、他側のブレードから一側のブレードにかけて流路を斜めに横切るように形成された複数本の溝とからなることを特徴とする請求項４に記載の圧縮機のインペラ。
10. 前記複数本の溝が、前記ブレード間において当該インペラの回転軸線を中心とする同心円上に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の圧縮機のインペラ。
11. 前記境界層低減手段は、複数個の凹凸からなることを特徴とする請求項３に記載の圧縮機のインペラ。
12. 前記複数個の凹凸はそれぞれ、平面視円形に形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の圧縮機のインペラ。
13. 前記溝又は凹凸の最大深さが、当該インペラの外径の０．３％以上２．０％以下、好ましくは０．５％以上２．０％以下であることを特徴とする請求項４から１２のいずれか一項に記載の圧縮機のインペラ。
14. 前記圧縮機のインペラは遠心圧縮機のインペラであり、前記境界層拡大防止手段が、前記ハブ面に対して垂直な方向に作用する力がゼロとなる位置まで設けられていることを特徴とする請求項４から１３のいずれか一項に記載の圧縮機のインペラ。
15. 前記圧縮機のインペラは斜流圧縮機のインペラであり、前記境界層拡大防止手段が、当該インペラの出口端まで設けられていることを特徴とする請求項４から１３のいずれか一項に記載の圧縮機のインペラ。
16. 請求項１から１５のいずれか一項に記載のインペラを具備してなることを特徴とする圧縮機。

Images