JP2010077835A - 遠心圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】空気の旋回成分を好適に除去することができる遠心圧縮機を提供する。
【解決手段】遠心圧縮機１は、径方向外側に空気を送るインペラ２と、インペラ２の外周側に配置されたラジアルディフューザ５と、ラジアルディフューザ５の外周側に配置されたアキシャルディフューザ８とを備えている。アキシャルディフューザ８は、周方向に沿って設けられ、インペラ２からラジアルディフューザ５を介して送られた空気が通る空気流路９を形成する第１ベーン及び第２ベーンを有している。第２ベーンは、第１ベーンよりも高さが低くなっている。これにより、アキシャルディフューザ８は、径方向外側のベーン密度に比して同径方向内側のベーン密度が高くなっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インペラ、ラジアルディフューザ、及びアキシャルディフューザを備えた遠心圧縮機に関する。

従来の遠心圧縮機としては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。特許文献１に記載の遠心圧縮機は、インペラの圧縮通路に対して下流側に径方向直線通路、曲がり通路及び軸方向直線通路を形成し、径方向直線通路にラジアルディフューザを設け、軸方向直線通路にアキシャルディフューザを設けたものであり、アキシャルディフューザには、複数のベーンが周方向に配設されている。
特開２００７−２２４８６６号公報

ところで、インペラから径方向に送られた空気は、ラジアルディフューザを通過した後に、略直角に湾曲したベンド部によって軸方向に流れが変化させられる。このとき、アキシャルディフューザのハブ側とシュラウド側とでは、ベーンに流入する空気の旋回成分が異なる。これに対して、上記従来技術においては、アキシャルディフューザのベーンが一様に配設されているため、空気の旋回成分の除去結果に差異が生じ得る。その結果、アキシャルディフューザによる圧力エネルギーの変換効率を低下させてしまうおそれがある。

そこで、本発明の目的は、空気の旋回成分を好適に除去することができる遠心圧縮機を提供することである。

本発明は、径方向外側に空気を送るインペラと、インペラの外周側に配置されたラジアルディフューザと、ラジアルディフューザの外周側に配置されたアキシャルディフューザとを備えた遠心圧縮機において、アキシャルディフューザは、周方向に沿って設けられ、インペラからラジアルディフューザを介して送られた空気が通る空気流路を形成する複数のベーンを有し、複数のベーンは、径方向外側のベーン密度に比して径方向内側のベーン密度が高くなるように構成されていることを特徴とする。

本発明に係わる遠心圧縮機においては、アキシャルディフューザの周方向に沿って設けられた複数のベーンは、アキシャルディフューザの径方向外側のベーン密度に比して同径方向内側のベーン密度が高くなっている。このため、ベーンに流入する空気がラジアルディフューザとアキシャルディフューザとの間の部位（ベンド部）を通過することにより、アキシャルディフューザの径方向外側の旋回成分に比して径方向内側の旋回成分が多くなっていても、アキシャルディフューザの径方向外側及び径方向内側の双方で空気の旋回成分を効率よく圧力に変換することができる。これにより、空気の旋回成分を好適に除去することができる。

また、好ましくは、複数のベーンは、第１ベーンと、第１ベーンよりも高さの低い第２ベーンとを有する。この場合には、アキシャルディフューザの径方向外側のベーン密度に比して同径方向内側のベーン密度を確実に高くすることができる。

本発明の遠心圧縮機によれば、空気の旋回成分を好適に除去することができる。これにより、遠心圧縮機の性能を向上させることができる。

以下に、本発明に係わる遠心圧縮機の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係わる遠心圧縮機の一実施形態の要部を示す概略断面図である。同図において、本実施形態の遠心圧縮機１は、高速の空気の流れを作るインペラ２を備えている。インペラ２は、回転軸に一体に固定されたハブ３を有し、このハブ３には複数の羽根４が周方向に等間隔に設けられている。インペラ２は、高速回転しながら、空気を径方向中心側から吸い込んで径方向外側に送り出す。

インペラ２の外周側には、インペラ２で作られた高速空気を減速することで、高速空気の速度エネルギーを圧力に変換するラジアルディフューザ５が配置されている。ラジアルディフューザ５は、インペラ２から送り出された空気を径方向外側に向けて流すための空気流路６を形成する複数のラジアルベーン７を有している。

ラジアルディフューザ５の外周側には、空気流路６を通過した空気の流れ方向を軸方向に戻すと共に、ラジアルディフューザ５では除去しきれない空気の旋回成分を除去するアキシャルディフューザ（ディスワラーとも言う）８が配置されている。アキシャルディフューザ８は、空気流路６と連通された空気流路９を形成する複数のアキシャルベーン（案内翼）１０を有している。空気流路６と空気流路９との間には、略直角に湾曲したベンド部１１が設けられている。これらのインペラ２、ラジアルディフューザ５及びアキシャルディフューザ８は、図示しないケーシング内に収容されている。

図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。同図に示すように、アキシャルディフューザ８は、上記複数のアキシャルベーン１０を構成する第１ベーン１０ａ及び第２ベーン１０ｂが交互に周方向に沿って等間隔に設けられている。第２ベーン１０ｂの高さは、第１ベーン１０ａの半分程度になっている。これにより、アキシャルディフューザ８は、径方向外側（ケーシングのシュラウド側）のベーン密度に比べて、径方向内側（ハブ３側）のベーン密度が高くなっている。

図３は、アキシャルディフューザ８により空気の旋回成分を除去する様子を示す概念図である。同図において、Ａで囲った部分はアキシャルディフューザ８の流入側の空気の流れを示し、Ｂで囲った部分はアキシャルディフューザ８の吐出側の空気の流れを示している。アキシャルディフューザ８に流入する空気は、矢印ａの流れ方向に対して軸方向成分ａ１、及び旋回成分ａ２を有している。この空気がアキシャルベーン１０を通過すると、流れ方向が矢印ｂとなる。このアキシャルベーン１０を通過した空気は、軸方向成分ｂ１、旋回成分ｂ２（ａ２＞ｂ２）を有している。このように、アキシャルディフューザ８を通過することにより、空気の旋回成分が除去される。

このような遠心圧縮機１において、インペラ２が高速回転すると、インペラ２に空気が吸い込まれ、その空気がラジアルディフューザ５の空気流路６及びアキシャルディフューザ８の空気流路９を通ってアキシャルディフューザ８の出口部から吐出される。吐出された空気は、例えばガスタービンエンジンの燃焼器へと流れ込む。

このとき、アキシャルディフューザ８に流入する空気は、空気流路９に入る前にベンド部１１を通過することによって、アキシャルディフューザ８の径方向外側と同径方向内側とで旋回成分（旋回速度）が異なっている。

そのため、例えば図４に示すように、径方向内側から径方向外側まで同形状のベーン１２が周方向に等間隔で設けてある従来のアキシャルディフューザ１３を用いた場合には、径方向内側と径方向外側とで流入する空気の旋回成分の違いを考慮せずに旋回成分を除去にすることになる。これにより、以下のような不具合が生じる。

図５は、従来のアキシャルディフューザ１３内部の空気の流れを示す図である。図５（ａ）は、径方向外側（シュラウド側）における空気の流れの一例を示す図であり、図５（ｂ）は、径方向内側（ハブ側）における空気の流れの一例を示す図である。図５（ａ），（ｂ）に示すように、従来のアキシャルディフューザ１３を用いた場合には、径方向外側では入り口付近での旋回成分が小さいのに対し、径方向内側では入口付近の旋回成分が大きくなっている。このため、アキシャルディフューザ８から吐出される空気の旋回成分の除去結果に差異が生じ、アキシャルディフューザ８による圧力エネルギーの変換効率（ディスワラー性能）を低下させてしまう。

これに対し本実施形態では、アキシャルディフューザ８の周方向に沿って第１ベーン１０ａと第１ベーン１０ａよりも高さの低い第２ベーン１０ｂとが等間隔で設けられることにより、径方向外側（シュラウド側）のベーン密度に比して径方向内側（ハブ側）のベーン密度が高くなっている。つまり、翼列のソリディティ（翼列の粗密さ）が径方向外側と径方向内側とで異なる。このため、空気がベンド部１１を通過することによってアキシャルディフューザ８の径方向外側の旋回成分に比して径方向内側の旋回成分が多くなり、一様ではない旋回成分でアキシャルディフューザ８に流入した場合であっても、径方向内側の第２ベーン１０ｂにより旋回成分をより多く取り除くようになる。これにより、アキシャルディフューザ８の径方向外側及び同径方向内側の双方で空気の旋回成分を一様に取り除くことができ、空気の旋回成分を効率よく圧力に回復させることが出来ると共に、旋回成分による例えば燃焼器等への悪影響を低減させることができる。その結果、ディスワラー性能を向上させることができる。

ここで、径方向外側の旋回成分に比して径方向内側の旋回成分が大きい場合における空気の旋回成分を一様に除去するアキシャルディフューザの構成として、３次元翼（ベーン）列を用いたアキシャルディフューザを用いることができる。しかしながら、３次元翼列を用いたアキシャルディフューザは、製作が困難であると共に、加工コストが高い。これに対し、上述の構成を有する本実施形態のアキシャルディフューザ８は、３次元翼列と同様の性能を有しつつ、２次元翼列であるので製作が容易であると共に、加工コストも安くすることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、第２ベーン１０ｂが第１ベーン１０ａの間に等間隔に設けられているが、径方向内側のベーン密度が径方向外側のベーン密度よりも高くなる構成でれば、アキシャルディフューザ８に流入する空気の旋回成分に応じて、第２ベーン１０ｂの配置を変えてもよい。

本発明に係わる遠心圧縮機の一実施形態の要部を示す概略断面図である。 図２におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。 アキシャルディフィーザにより空気の旋回成分を除去する様子を示す概念図である。 従来のアキシャルディフューザを示す断面図である。 従来のアキシャルディフューザ内部の空気の流れを示す図である。

符号の説明

１…遠心圧縮機、２…インペラ、５…ラジアルディフューザ、８…アキシャルディフューザ、９…空気流路、１０…アキシャルベーン、１０ａ…第１ベーン、１０ｂ…第２ベーン。

Claims (2)

1. 径方向外側に空気を送るインペラと、前記インペラの外周側に配置されたラジアルディフューザと、前記ラジアルディフューザの外周側に配置されたアキシャルディフューザとを備えた遠心圧縮機において、
   前記アキシャルディフューザは、周方向に沿って設けられ、前記インペラから前記ラジアルディフューザを介して送られた空気が通る空気流路を形成する複数のベーンを有し、
   前記複数のベーンは、径方向外側のベーン密度に比して径方向内側のベーン密度が高くなるように構成されていることを特徴とする遠心圧縮機。
2. 前記複数のベーンは、第１ベーンと、前記第１ベーンよりも高さの低い第２ベーンと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。