JP2010025041A - 遠心流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 羽根付きのディフューザを備えた遠心流体機械，特に小弦節比翼列のディフューザＬＳＤを備えた遠心流体機械において、ディフューザの両側板に近い箇所に生じる境界層流の羽根車への逆流を防止して騒音の低減を図る。
【解決手段】 回転駆動される羽根車１と、その外周部に設けられるディフューザ４と、これらを収容するケーシング２とを備える。ディフューザ４は、一対の円環状の側板１７，１７間に、複数の翼１８，１８，…が周方向に等間隔で設けられている。ディフューザ４の各翼１８の前縁部１９において、翼幅方向両端部に切欠き２１，２１が形成されている。その結果、各側板１７の表面に生じる境界層流は、隣接する翼１８，１８の前縁部に集積することなく、外周側圧力面２２から内周側負圧面２３へ向かう圧力降下によって、各切欠き２１を通過して活性化され、円周方向に流れるので、羽根車３への逆流が防止され、騒音が抑制される。
【選択図】 図４

Description

この発明は、遠心送風機、遠心圧縮機および遠心ポンプを含む遠心流体機械に関するものである。特に、遠心流体機械の低騒音化に関するものである。

図７は、従来の一般的な遠心流体機械の主要部を示す図である。この遠心流体機械は、羽根車（インペラ）１０１と、一対の環状側板１０２，１０２で形成された羽根無しディフューザ１０３と、これらを収容するケーシング１０４とを備える。ケーシング１０４には、羽根車１０１への吸込口と、外部配管への吐出口とが形成されている。吸込口からの流体は、回転する羽根車の羽根１０５，１０５，…によって旋回を与えられ、羽根車１０１の中央部からディフューザ１０３へ向けて径方向外側へ送り出される。

羽根車１０１の出口では、入口よりも圧力が高くなっている上に、流速が速くなっている。ここより下流では、流速が低下すれば、動圧と呼ばれる流れの運動エネルギの減少分だけ、圧力（静圧）が増加するのが建前である。但し、流れは壁面摩擦や乱れによって圧力損失を伴うので、なるべく速やかに少ない圧力損失で減速することが望ましい。そのために、羽根車１０１の出口以後において、流路断面を広げて流速を適正に落として、圧力の増加が図られる。

このような動圧から静圧への変換を効率よく行うために、羽根車１０１の出口に一対の環状円板を備えるディフューザ１０３が設けられる。ディフューザ１０３を設けることにより、流速は半径に反比例して減速され、動圧の一部が静圧へ変換（圧力回復）される。この際、減速される流速の主要部分は、旋回速度（円周方向の成分）であるから、流れの方向をなるべく半径方向へ向けることによって強く減速し、圧力上昇させることができる。

図８は、図７における羽根無しディフューザを羽根付きディフューザとした図であり、図９は、そのIX−IX断面図である。従来のディフューザ１０３には、図７に示される羽根無しディフューザと、図８および図９に示される羽根付きディフューザとがある。従来の一般的な羽根付きディフューザ１０３は、図８および図９に示すように、一対の側板１０２，１０２間に複数の案内羽根１０６，１０６，…が周方向等間隔に配置されている。この際、隣接する案内羽根１０６，１０６に重なりが生じる程度に、大きな弦節比で各案内羽根１０６を配置している。

ここで、弦節比とは、案内羽根１０６の翼弦長（弦）Ｃと、隣接する案内羽根１０６，１０６の前縁１０７，１０７間の円周距離（節）Ｐとの比Ｃ／Ｐをいう。また、各案内羽根１０６について、前縁１０７とは、ディフューザ１０３の径方向内側に配置された端縁をいい、後縁１０８とは、ディフューザ１０３の径方向外側に配置された端縁をいう。そして、前述したように、案内羽根１０６の前縁１０７と後縁１０８との間の直線距離は、弦長Ｃとして定義される。

従来の羽根付きディフューザ１０３では、図９に示すように、案内羽根１０６，１０６間の広がり流路に対して、羽根車１０１からの流体が所定の方向で流入する場合には、損失を最小限に抑えて減速され、大きな圧力回復ができる。但し、流量の変化に伴い流入方向が変化するので、案内羽根１０６がむしろ邪魔になる場合があり、安定に運転できる流量範囲は狭い。

これに対し、本願発明者らの一人でもある妹尾は、ＬＳＤ（Low Solidity Diffuser）と呼ばれる小弦節比円形翼列ディフューザをかねてより提案しており、現在では広く知られている（下記の非特許文献１の他、特許文献１および特許文献２など）。このＬＳＤでは、図１０に示すように、隣接する案内羽根１０６，１０６の重なりが生じない程度に、小さな弦節比で各案内羽根１０６が配置されている。ＬＳＤにおいては、案内羽根１０６は短い上、流入方向が変化しても有効に働くことを期待して、薄板よりも翼形を用いることが望まれる。従って、もはや「羽根」というよりは「翼」ということができる。ＬＳＤの場合、流量が広い範囲に変化して流入方向が変化しても、それぞれの翼１０６が単独に働くし、翼１０６の後縁１０８と隣接翼１０６の前縁１０７の翼間にできる喉部は十分に広いことから、大流量でも流れが制限されることはない。このように、ＬＳＤによれば、特に幅広い流量範囲で安定した運転が可能となり、しかも高い圧力回復率が得られる。
特開昭５３−１１９４１１号公報 特許第３７２０２１７号公報 妹尾泰利、他２名，「小弦節比円形翼列ディフューザ」，日本機械学会論文集，昭和５４年８月，第４５巻，第３９６号，ｐ．１０９９−１１０７

しかしながら、ＬＳＤにも課題が残されていた。それは、特に小流量で運転する場合に生じる騒音の問題である。そこで、本願発明者らは、鋭意研究に努めた結果、以下に述べるように、騒音の発生原因を解明し、その解決手法を模索して、本願発明を完成するに至ったものである。

図１０は、ＬＳＤにおける壁面近傍の境界層流の流れを示す図である。ＬＳＤの場合、流入方向が広範囲に変化しても、壁面付近を除く大部分の流れ（主流）は、翼に沿って流れる。この際、図１０において、翼の上面は圧力が高まり、下面は圧力が低下した状態となる。一方、側板の壁面近傍の流れ（境界層流）は、壁面摩擦によって減速され、両翼間における圧力分布の差１０９と、半径方向の圧力勾配１１０とによって、羽根車へ向かって押し戻されるように次第に逆流を始める。そして、逆流を始めた境界層流は、隣の翼の前縁へと流され、隣の翼の前縁付近に集積し、一部は主流と共に翼の下面に沿って流れるが、大部分は圧力の低い羽根車へと流れ込む。この羽根車へ戻ってきた流体は、回転する羽根車の羽根が接近するごとに、突然強い旋回を与えられて、再び出口へ向けて主流と共に流れていく。そのために、羽根車の羽根がＬＳＤの各翼の前縁に接近するごとに圧力が変動して騒音が発生する。

以上のように、ＬＳＤにおける騒音は、側板の面上に生じる境界層流の「羽根車への逆流域」を、回転する羽根車の羽根が通過するごとに圧力変化が生じることに起因する。そうであれば、「羽根車への逆流」を防止するのが騒音対策に有効となる。つまり、前述した翼前縁部における境界層流の羽根車への逆流を回避すればよい。

この発明が解決しようとする課題は、ディフューザの側板面上の境界層流が羽根車へ逆流するのを防止して、騒音の低減を図ることにある。

ディフューザの側板近傍の境界層流では、前述したように、壁面摩擦のために減速されて、内向き流れが生じている部分がある。そして、図１０に示すように、内向きに逆流した流体が、隣接する翼の前縁部を迂回すると、その一部は回転する羽根車に衝突して騒音が発生することになる。

ディフューザの翼間の圧力分布は主流によって支配されており、常に、翼の外側面（２２）は圧力が高く、内側面（２３）は圧力が低い。翼の前縁部の両側部において、側板近傍の境界層流の厚さ程度を削って隙間を設ければ、逆流するはずの境界層流は、大きな圧力差によって、この隙間を通って翼の外側面（２２）から内側面（２３）へ向かって流れ、羽根車への到達を防止することができる。さらに具体的な課題解決手段は、以下のとおりである。

すなわち、まず請求項１に記載の発明は、羽根車の外周に配置されるディフューザは、一対の側板間に複数の翼がそれぞれ円周上に間隔を保って配置されており、前記両側板の面上に生じる境界層流を、前記各翼の外周側の圧力面から内周側の負圧面へ通過させる連通路が、前記各翼の前縁部の翼幅方向両端部に設けられていることを特徴とする遠心流体機械である。

請求項１に記載の発明によれば、各翼の圧力面から負圧面へ通過させる連通路が、各翼の前縁部の翼幅方向両端部に設けられている。この連通路を介して、側壁面境界層流の一部は、圧力面から負圧面へ逃がされる。これにより、境界層流の羽根車への逆流が防止され、騒音が抑制される。

請求項２に記載の発明は、前記各翼の前縁部の翼幅方向両端部において、前記各翼および／または前記各側板に切欠きを形成して前記連通路が構成されたことを特徴とする請求項１に記載の遠心流体機械である。

請求項２に記載の発明によれば、翼幅方向両端部において、翼および／または側板に切欠きが形成されることで、側板と翼との間に隙間が形成されるか、あるいは側板間距離の増加が図られる。これにより、境界層流の羽根車への逆流が防止され、騒音が抑制される。

請求項３に記載の発明は、回転駆動される羽根車と、この羽根車の外周に配置され、一対の円環状の側板間に複数の翼が円周方向に小弦節比で設けられ、前記各翼の前縁部の翼幅方向両端部に切欠きが形成されたディフューザとを備えることを特徴とする遠心流体機械である。

請求項３に記載の発明によれば、ディフューザの各翼には、前縁部の翼幅方向両端部に、切欠きが形成されている。この切欠きを介して、側板上の境界層流の一部または大部分は、翼の圧力面から負圧面へ逃がされる。これにより、境界層流の羽根車への逆流が防止され、騒音が抑制される。

請求項４に記載の発明は、前記各翼の前縁部では、それより後縁側の箇所よりも翼幅寸法が小さく形成されることで、翼幅方向両端部に前記切欠きが形成されており、前記各切欠きの底面は、前記ディフューザの周方向へ沿って形成されるか、あるいは前記翼の後縁側へ傾斜して形成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の遠心流体機械である。

請求項４に記載の発明によれば、翼自体の幅方向両端部に切欠きが形成されている。そして、この切欠きは、ディフューザの周方向へ沿って形成されるか、あるいは負圧面に近づくほど翼の後縁側へ向かって傾斜して形成されるので、羽根車側への逆流を確実に防止することができる。

請求項５に記載の発明は、前記各側板には、前記各翼の前縁部に対応する箇所および／またはそれよりも径方向内側の箇所に、側板間距離を広げる溝が周方向へ沿って環状に形成されるか、前記翼ごとに前記翼の後縁側へ傾斜して形成されることで、翼幅方向両端部に前記切欠きが形成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の遠心流体機械である。

請求項５に記載の発明によれば、ディフューザの両側板の内面には、それぞれ互いに離隔する方向へ凹んで、連続的ないし局所的に溝が形成される。逆流する境界層流は、この溝に受け入れられ、圧力面と負圧面とを連通すると共に、円周方向に圧力の均一化が図られる。これにより、境界層流の羽根車への逆流が防止され、騒音が抑制される。

さらに、請求項６に記載の発明は、前記ディフューザを構成する翼列は、弦節比が０．９以下で、径方向に対する前記翼の傾斜角度が約４５〜７５度、前記羽根車の半径ｒ１と前記ディフューザの各翼前縁の半径位置ｒ３との比ｒ３／ｒ１が約１．１とされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の遠心流体機械である。

請求項６に記載の発明によれば、低騒音化だけでなく、高効率化をも図ることができる。

この発明の遠心流体機械によれば、ディフューザの側板面上に生じる境界層流の一部が羽根車へ逆流するのを防止して、翼の存在に基づく騒音の低減を図ることができる。

つぎに、この発明の実施の形態について説明する。
本実施形態の遠心流体機械は、遠心式のブロワ、圧縮機またはポンプとして構成される。本実施形態の遠心流体機械は、羽根車、ディフューザおよびケーシングを備える。ケーシングは、羽根車とディフューザとを収容する中空構造とされ、流体の吸込口と吐出口とを有する。ケーシング内には、羽根車とディフューザが、同心に設けられる。

羽根車は、主板と側板との間に、複数の羽根を周方向等間隔に設けたクローズド型でもよいし、側板がなく主板の片面に複数の羽根を周方向等間隔に設けた半オープン型のいずれでもよい。また、羽根車の羽根は、典型的には後向き羽根であるが、場合により径向き羽根でもよい。更にまた、羽根の半数が流入部を割愛した中間羽根であってもよい。羽根車は、駆動軸により回転される。羽根車の回転により、吸込口からの流体は、羽根車の中央部から径方向外側へ送り出される。

ディフューザは、羽根車の外周部に、羽根車に近接して設けられる。本発明では、羽根付きディフューザが用いられる。特に、ＬＳＤと呼ばれる小弦節比円形翼列ディフューザが用いられる。このディフューザは、広い流量範囲で運転が可能であり、しかも圧力回復率が高い。

小弦節比円形翼列ディフューザの具体的構成について説明すると、このディフューザは、一対の円環状の側板間に、複数の翼（案内羽根）が周方向に小弦節比で設けられている。一方または双方の側板は、ケーシングの一部として構成でき、ケーシングと一体形成してもよい。小弦節比とは、隣接する翼同士の重なりが生じない程度に小さな弦節比をいう。具体的には、弦節比は、１未満に設定され、通常は０．９以下に設定され、好ましくは約０．７に設定される。また、ディフューザの各翼は、径方向に対する傾斜角度が、典型的には約４５〜７５度に設定され、好ましくは約６０度に設定される。さらに、羽根車の半径ｒ１とディフューザの翼前縁の半径位置ｒ３との比ｒ３／ｒ１は、約１．１（たとえば１．０５〜１．１５、好ましくは１．０７〜１．１２）とするのが好ましい。

ディフューザの側板面上に生じる境界層流は、図１０に基づき説明したように、各翼間において一旦出口へ向けて流れるが、壁面摩擦による減速と、半径方向の圧力勾配とによって押し戻されて、その一部は羽根車の回転方向に位置する隣の翼の前縁部に集積する。そして、その一部は、翼の前縁部と羽根車の外周部との間を通って次の翼間流路へ流入するが、その大部分は、羽根車まで到達して、羽根車の回転羽根によって旋回が与えられ、主流の一部となってディフューザへ再流入する。側板近傍に生ずる境界層流がこのように再活性化されることが、ＬＳＤの優れた特性でもあるが、翼間で一様でない逆流が羽根車の回転羽根へ突入することで、周期的な圧力変動による騒音が生じる。

騒音対策として、本発明では、側壁面に沿って境界層流が逆流しても、その影響が羽根車まで達するのを防止する。本実施形態では、各翼の前縁部の翼幅方向両端部に、翼の外周側圧力面から内周側負圧面へ境界層流を通過させる連通路を設ける。この連通路は、側壁面に沿って逆流する境界層流を受け入れて、ディフューザ内での周方向の流れとし、羽根車への逆流を防止するものである。

いずれにしても、連通路は、各翼の前縁部の翼幅方向両端部において、各翼および／または各側板に切欠きを形成して構成するのが簡易である。すなわち、翼の前縁部の翼幅方向両端部に、切欠きが形成されたディフューザを用いる。この切欠きの形成の仕方により、二つの実施形態に分けることができる。

第一の実施形態では、各翼自体に切欠きが形成される。すなわち、各翼の前縁部は、それより後縁側の箇所よりも翼幅寸法が小さく形成される。これにより、各翼の前縁部には、翼幅方向両端部にそれぞれ切欠きが形成される。

各切欠きは、翼幅方向の寸法が、境界層の厚さ程度に設定される。これにより、主流の圧力分布が乱されることは殆どない。また、境界層流の羽根車への逆流を確実に防止するために、各切欠きは、ディフューザの周方向へ沿って形成されるか、翼の後縁側へ傾斜して形成されるのが望ましい。特に、各切欠きを翼の後縁側へ傾斜して形成した場合には、各切欠きをディフューザの周方向へ沿って形成した場合に比べ、より幅広い流量範囲において境界層流の羽根車への逆流を防止することが可能になる。さらに、ＬＳＤの場合には、翼前縁部の側面に作る切欠きの深さは、取り付けられた翼の羽根車半径方向の高さのたとえば０．１５〜０．２５倍に設定される。

このような構成であるから、境界層流の一部は連通路を通って、翼の圧力面から負圧面へ直接に流れ込むことになる。従って、境界層流が翼の前縁部をまわり込んで、羽根車まで逆流することが防止される。翼の外周側は圧力面となり内周側は負圧面となるので、翼の前縁付近の連通路は、翼幅方向の寸法が小さくても、かなりの量の境界層流を加速しながら隣の翼間流路へ流入させることができる。

第一実施形態の変形例として、各翼自体の翼幅方向両端部を切り欠くことに代えてまたはそれに加えて、側板の一部を彫り込むことによって同様の連通路を作製してもよい。すなわち、各翼の前縁部の翼幅方向両端部と対応する位置の付近において、側板間距離を翼幅よりも増すように側板の内面に、翼の内外面を連通する切欠きを形成してもよい。なお、この切欠きは、径方向内側へ行くに従って側板間距離を増すような傾斜面に形成してもよい。このような構成を採用する場合には、次に述べる第二の実施形態のように、その切欠きを周方向に形成するのが好ましい。

第二の実施形態は、側板自体に切欠きが形成される。すなわち、ディフューザの各側板には、翼の前縁部に対応する箇所、および／または、それよりも径方向内側の箇所に、側板間距離を広げる溝が形成される。この切欠きは、周方向へ連続して環状に形成されていてもよいし、翼ごとに翼の後縁側へ傾斜して形成されていてもよい。特に、溝を翼ごとに翼の後縁側へ傾斜して形成した場合には、溝を周方向へ環状に形成した場合に比べ、より幅広い流量範囲において境界層流の羽根車への逆流を防止することが可能になる。これらの構成により、側板に沿って逆流する境界層流は、この切欠きと翼との隙間を通って隣接する翼間通路に吸引されて、ディフューザの周方向に流れの均一化が図られる。

いずれの実施形態の場合も、ディフューザの側板の壁面付近に生じるはずの境界層流の逆流は、各翼の前縁部の翼幅方向両端部に設けた連通路（切欠き）を介して、各翼の圧力面から負圧面へ逃がされるので、羽根車まで到達することが防止される。これにより、ＬＳＤとしての機能を害することなく、その騒音の低減を図ることができる。

以下、この発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１および図２は、本発明の遠心流体機械の実施例１を示す概略図であり、図１は軸に平行な縦断面図、図２は図１におけるII−II断面図である。

本実施例の遠心流体機械１は、遠心式ブロワである。
本実施例の遠心流体機械１は、ケーシング２、羽根車３およびディフューザ４を主要部として備える。

ケーシング２は、羽根車３とディフューザ４とを収容する中空構造とされ、流体の吸込口５と吐出口６とを有する。吸込口５は、ケーシング２の左側壁７の中央部に形成されている。一方、吐出口６は、ケーシング２の外周部に設けられている。具体的には、ケーシング２の外周部は、一重の渦巻き状の湾曲円筒部８に形成されており、この湾曲円筒部８の先端部が、外方へ延出して開口されることで、吐出口６が形成されている。

湾曲円筒部８は、吐出口６に近づくに従って大径となるよう形成されている。ケーシング２は、左右両側壁７，９間に形成される中空部が、外周部において湾曲円筒部８の中空部と連通される。このような構成のケーシング２内には、羽根車３およびディフューザ４が、ケーシング２と偏心して設けられる。

羽根車３は、ケーシング２の左右両側壁７，９間に形成される中空部に、回転可能に保持される。ケーシング２内には、その右側壁９の中央部を貫通して駆動軸１０が差し込まれ、この駆動軸１０の先端部に羽根車３が固定される。駆動軸１０は、モータ（図示省略）により回転駆動されるので、ケーシング２内において羽根車３を回転させることができる。ケーシング２の右側壁９に形成した駆動軸挿通穴１１と、駆動軸１０の外周面との隙間は、適宜のパッキン１２を介して封止される。

本実施例の羽根車３は、いわゆるクローズド型に形成されている。すなわち、羽根車３は、円板状の主板１３と側板１４との間に、複数の羽根１５，１５，…が周方向等間隔に設けられて構成される。主板１３は、駆動軸１０の先端部から径方向外側へ延出して設けられ、ケーシング２の右側壁９と対面して配置される。主板１３の中央部には、吸込口５側へ山形に突出して膨出部１６が設けられている。

主板１３には、膨出部１６の外周側に、周方向等間隔に複数の羽根１５，１５，…が設けられる。各羽根１５は、主板１３と側板１４とに挟まれて設けられる。側板１４は、ドーナツ円板状に形成されており、その内周部は吸込口５の奥部と連続するよう配置される。また、側板１４は、径方向外側へ行くに従って主板１３側へ傾斜して形成される。従って、本実施例の羽根車３の各羽根１５は、径方向外側へ行くに従って幅寸法が短くなるよう形成される。

羽根車３の各羽根１５は、後向き羽根とするのが好ましい。すなわち、羽根車３は、図２において時計方向へ回転される。羽根車３の回転により、吸込口５からの流体は、羽根車３の中央部から径方向外側へ送り出される。ところで、典型的には、羽根車３の半径ｒ１は、主板１３や側板１４の半径ｒ２と同一とされるが、場合により、主板１３や側板１４の半径ｒ２を、羽根車３の半径ｒ１より若干大径としてもよい。

ディフューザ４は、羽根車３の外周部に、羽根車３に近接して設けられる。しかも、ディフューザ４は、ケーシング２の左右両側壁７，９と湾曲円筒部８との接続部に配置される。ディフューザ４として、本発明では羽根付きディフューザが用いられる。特に、ＬＳＤと呼ばれる小弦節比円形翼列ディフューザが用いられる。このディフューザ４は、広い流量範囲で運転が可能であり、しかも圧力回復率が高い。

具体的構成について説明すると、ディフューザ４は、ドーナツ円板状の一対の側板１７，１７間に、複数の翼（案内羽根）１８，１８，…が周方向等間隔に小弦節比で設けられている。左右の各側板１７は、通常平板で同一の形状および大きさであるが、一方あるいは両側板の内面の一部が円錐面や湾曲面で、出入口の通路幅が異なる場合もある。また各翼１８は、互いに同一の形状および大きさである。双方の側板１７は、ケーシング２の一部として構成でき、ケーシング２と一体形成してもよい。

ここで、小弦節比とは、隣接する翼１８，１８同士の重なりが生じない程度に小さな弦節比をいう。具体的には、弦節比は、１未満に設定され、通常は０．９以下に設定され、好ましくは約０．７に設定される。また、弦節比とは、翼弦長（弦）Ｃと、隣接する翼１８，１８の前縁１９，１９間の円周距離（節）Ｐとの比Ｃ／Ｐをいう。さらに、各翼１８について、前縁１９とは、翼１８の厚み分布の中点を結ぶ線（反り線）の径方向内側に配置された端縁をいい、後縁２０とは、反り線の径方向外側に配置された端縁をいう。そして、前述したように、翼１８の前縁１９と後縁２０との間の直線距離は、弦Ｃとして定義される。

各翼１８は、ディフューザ４の径方向に対する傾斜角度αが、典型的には約４５〜７０度に設定され、好ましくは約６０度に設定される。また、本実施例では、各翼１８の前縁部（特に限定されないが、一例として、翼の先端から弦長の約１／４の範囲）は、左右両側板１７，１７の内周縁よりも径方向外側に離隔して配置される。但し、羽根車３の半径ｒ１とディフューザ４の翼前縁の半径位置ｒ３との比ｒ３／ｒ１は、１．１程度（具体的には１．０５〜１．１５、好ましくは１．０７〜１．１２）とするのがよい。

図３は、本実施例のディフューザ４を外周側から見た図であり、一枚の翼１８のみを拡大して示している。また、図４は、そのIV−IV断面図である。これらの図に示すように、本実施例のディフューザ４は、各翼１８の前縁部の翼幅方向両端部に、それぞれ切欠き２１，２１が形成されている。すなわち、各翼１８の前縁部１９は、それより後縁２０側の箇所よりも翼幅寸法が小さく形成されている。

各切欠き２１は、翼幅方向の幅寸法Ｗが、ディフューザ４の側板１７に沿って生じる境界層流の厚さ程度に設定される。また、各切欠き２１は、翼１８の外周側圧力面２２から内周側負圧面２３へほぼ円周方向に貫通して形成されている。すなわち、本実施例では、図４に示すように、各切欠き２１の底面は、概ねディフューザ４の周方向へ沿って形成されている。また、翼１８の前縁部外面に作る切欠き２１の半径方向の削込み寸法Ｈは、翼の厚さや取付角によって異なるが、概ね翼１８が占める半径方向の拡がりＫの０．１５〜０．２５倍、あるいは円周方向の翼間距離の数パーセントである。

さらに、図５に示すように、負圧面２３側へ行くに従って、各切欠き２１の底面を径方向外側へ傾斜して形成するのも好ましい。各切欠き２１の底面を翼１８の後縁２０側へ傾斜して形成することにより、境界層流の逆流を確実に防止しつつ、より広い流量範囲で遠心流体機械１を使用することが可能になる。

本実施例では、ディフューザ４の各翼１８の前縁部の翼幅方向両端部に切欠き２１，２１を形成したので、各切欠き２１を介して境界層流を翼１８の圧力面２２から負圧面２３へ逃がすことができる。これにより、境界層流が羽根車３まで逆流することが防止され、騒音が抑制される。しかも、ＬＳＤとしての機能を害するおそれはない。

図６は、本発明の遠心流体機械の実施例２を示す概略縦断面図であり、羽根車３の外周部とディフューザ４とを拡大して示している。本実施例２の遠心流体機械１も、基本的には前記実施例１と同様の構成である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。

本実施例２の遠心流体機械１も、前記実施例１と同様に遠心式ブロワである。ディフューザ４に形成される各切欠き２１の構成において、本実施例２は前記実施例１と異なる。すなわち、前記実施例１では、翼１８自体の前縁部の翼幅方向両端部に切欠き２１，２１を形成したが、本実施例２では、ディフューザ４の両側板１７，１７に切欠き２１，２１を形成している。

図示例では、ディフューザ４の各側板１７には、翼１８の前縁部と対応する箇所から、各側板１７の内周縁に至るまでの箇所に、側板間距離を広げるように溝状の切欠き２１が形成されている。各切欠き２１の上端部は、上方へ行くに従って側板間距離を狭めるように傾斜面２４に形成されている。この傾斜面２４と対応する位置において、各翼１８の翼幅方向両端部は各側板１７と離隔されている。このような切欠き２１は、各側板１７の周方向へ沿って環状に形成されている。また、各切欠き２１は、各側板１７の内周縁に達しない形状としてもよい。

前記実施例１と同様に、各翼１８の圧力面側と負圧面側とが切欠き２１によって連通すれば、必ずしも連続的な環状に形成する必要はなく、翼１８の前縁部と対応する箇所に局所的に切欠き２１を形成してもよい。この場合、各切欠き２１を翼１８ごとに翼の後縁２０側へ傾斜して形成するのが好ましく、このように形成することにより、境界層流の逆流を確実に防止しつつ、より広い流量範囲で遠心流体機械１を使用することが可能になる。

ところで、ディフューザ４に設けた切欠き２１が、各側板１７の内周縁に達して形成されると共に、全周に亘って環状に形成される場合には、ディフューザ４入口の通路幅は、羽根車３出口の通路幅と等しいか、やや狭くするのが好ましい。具体的には、図６において、切欠き２１が全周に亘って環状に形成される場合には、羽根車３の主板１３と側板１４とは実線の位置にあり、切欠き２１が各翼１８の内外面を連通するように周方向へ沿って断続的に形成される場合には、羽根車３の主板１３と側板１４とは二点鎖線の位置にある。

本実施例では、ディフューザ４の各側板１７には、各翼１８の前縁１９側の翼幅方向両端部に切欠き２１，２１を環状ないし局所的に形成したので、この各切欠き２１内に、従来構造では羽根車３へ逆流する境界層流が受け入れられ、強い旋回流となって隣の翼間に流入するので、ディフューザ４の入口では周方向に均一に近い流れを形成することができる。これにより、境界層流が羽根車３まで逆流することが防止され、騒音が抑制される。しかも、ＬＳＤとしての機能を害するおそれはない。

本発明の遠心流体機械１は、前記各実施例の構成に限らず適宜変更可能である。たとえば、前記各実施例では、ブロワに適用した例について説明したが、多段にして段ごとに徐々に通路幅寸法を狭めることで、圧縮機とすることもできる。さらに、気体ではなく液体を取り扱う遠心ポンプとすることもできる。

また、羽根車３の羽根１５の形状や枚数、ディフューザ４の翼１８の形状や枚数などは、一例であって適宜変更可能であることは言うまでもない。たとえば、ディフューザ４の翼１８の枚数、大きさ、傾斜角度および弦節比などは、適宜に変更可能である。羽根車３の羽根１５についても同様に変更可能である。また、ディフューザ４に形成する切欠き２１は、翼１８の前縁１９側に形成されて、境界層流の羽根車３までの逆流を防止する構成であれば、形成箇所や大きさおよび形状は適宜に変更可能である。

さらに、前記各実施例では、羽根車３の外周部に一つの翼列のみを設けたが、所望により二重に翼列を設けてもよい。すなわち、ディフューザ４には、周方向に翼１８を配置して構成される翼列を、径方向内外に離隔して二重に設けてもよい。

さらに、前記「翼」は、文字通りの翼形である必要はなく、板状の羽根をも含む概念である。また、本発明は、ディフューザの側板面上に生じる境界層流（遅い流れの層）が、羽根車まで逆流することによる騒音を防止するものであり、特にＬＳＤに好適に適用されるものであるが、弦節比の大小に拘わらず、ＬＳＤ以外の羽根付きディフューザを備える各種遠心流体機械にも同様の作用効果が期待される。

本発明の遠心流体機械の実施例１を示し、軸に平行な概略縦断面図である。 軸方向から見た正面視の概略断面図で、図１におけるII−II断面図である。 実施例１のディフューザを外周側から見た図であり、一枚の翼のみを拡大して示している。 図３のIV−IV断面図である。 図４の変形例を示す図である。 本発明の遠心流体機械の実施例２を示す概略縦断面図であり、羽根車の外周部とディフューザとを拡大して示している。 羽根無しディフューザを備える従来の一般的な遠心流体機械の主要部を示す図である。 羽根付きディフューザを備える従来の一般的な遠心流体機械の主要部を示す図である。 図８におけるIX−IX断面図である。 ＬＳＤにおける壁面近傍の境界層流の流れを示す図である。

符号の説明

１ 遠心流体機械
２ ケーシング
３ 羽根車
４ ディフューザ
１７ 側板
１８ 翼
１９ 前縁
２０ 後縁
２１ 切欠き（連通路）
２２ 圧力面
２３ 負圧面

Claims (6)

1. 羽根車の外周に配置されるディフューザは、一対の側板間に複数の翼がそれぞれ円周上に間隔を保って配置されており、
   前記両側板の面上に生じる境界層流を、前記各翼の外周側の圧力面から内周側の負圧面へ通過させる連通路が、前記各翼の前縁部の翼幅方向両端部に設けられている
   ことを特徴とする遠心流体機械。
2. 前記各翼の前縁部の翼幅方向両端部において、前記各翼および／または前記各側板に切欠きを形成して前記連通路が構成された
   ことを特徴とする請求項１に記載の遠心流体機械。
3. 回転駆動される羽根車と、
   この羽根車の外周に配置され、一対の円環状の側板間に複数の翼が円周方向に小弦節比で設けられ、前記各翼の前縁部の翼幅方向両端部に切欠きが形成されたディフューザと
   を備えることを特徴とする遠心流体機械。
4. 前記各翼の前縁部では、それより後縁側の箇所よりも翼幅寸法が小さく形成されることで、翼幅方向両端部に前記切欠きが形成されており、
   前記各切欠きの底面は、前記ディフューザの周方向へ沿って形成されるか、前記翼の後縁側へ傾斜して形成されている
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の遠心流体機械。
5. 前記各側板には、前記各翼の前縁部に対応する箇所および／またはそれよりも径方向内側の箇所に、側板間距離を広げる溝が周方向へ沿って環状に形成されるか、前記翼ごとに前記翼の後縁側へ傾斜して形成されることで、翼幅方向両端部に前記切欠きが形成されている
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の遠心流体機械。
6. 前記ディフューザを構成する翼列は、弦節比が０．９以下で、径方向に対する前記翼の傾斜角度が約４５〜７５度、前記羽根車の半径ｒ１と前記ディフューザの各翼前縁の半径位置ｒ３との比ｒ３／ｒ１が約１．１とされている
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の遠心流体機械。

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