JP2010255609A - 遠心圧縮機 - Google Patents

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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
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Abstract

【課題】衝撃波との干渉による境界層の剥離を抑制できる遠心圧縮機を提供する。
【解決手段】 遠心圧縮機１は、空気の運動エネルギを圧力エネルギに変換するディフューザ３を備える。ディフューザ３は、空気流路を形成する複数のディフューザベーン４を有する。サージ発生時にディフューザベーン４の入口部に発生する衝撃波Ｓの前方には、複数の境界層吸引孔５が設けられている。境界層吸引孔５は、ベーンレス部１１とディフューザベーン４との境界線１２上に位置し、対応したシュラウド６の壁面６ａに配置されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ディフューザを備える遠心圧縮機に関するものである。
従来、ディフューザを備える遠心圧縮機として、例えば特開平９−１１９３９６号公報に記載されるように、ディフューザのスロート部に複数のバイパス孔を形成し、バイパス孔とインペラの外周と対向する入口部とを連通するバイパス流路を設けるものが知られている。この遠心圧縮機によれば、圧縮機の吐出流量を小さくしてもバイパスさせた流体でディフューザを流れる流量を確保することができ、サージング防止等の流量特性を改善できる。
特開平９−１１９３９６号公報
しかしながら、高圧力遠心圧縮機に適用した場合には、上述のバイパス孔の位置であると、ディフューザ入口の流れが超音速となり、ディフューザベーン入口で発生する衝撃波と境界層との干渉により発生する剥離に対応できない問題点があった。
本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、衝撃波との干渉による境界層の剥離を抑制できる遠心圧縮機を提供することを目的とする。
本発明に係る遠心圧縮機は、ディフューザを備えた遠心圧縮機において、ディフューザは、空気流路を形成する複数のディフューザベーンを有し、ディフューザ入口のディフューザベーンよりシュラウドの内周側には、境界層吸引孔が設けられている。
この発明に係る遠心圧縮機によれば、境界層吸引孔が、ディフューザ入口のディフューザベーンよりシュラウドの内周側に設けられているので、ディフューザベーン入口での衝撃波発生位置よりも前方になる。従って、衝撃波発生位置での境界層の厚みを薄くし、衝撃波との干渉による境界層の剥離を抑制することができる。
本発明に係る遠心圧縮機において、境界層吸引孔は、ベーンレス部と前記ディフューザベーンとの境界線上に設けられていることが好適である。このようにすれば、境界層吸引孔の配置位置が衝撃波の発生位置よりも前方になるので、衝撃波発生位置での境界層の厚みを薄くし、衝撃波との干渉による境界層の剥離を抑制することができる。
本発明に係る遠心圧縮機において、境界層吸引孔は、ベーンレス部に設けられていることが好適である。このようにすれば、境界層吸引孔の配置位置が衝撃波の発生位置よりも前方になるので、衝撃波発生位置での境界層の厚みを薄くし、衝撃波との干渉による境界層の剥離を抑制することができる。
本発明によれば、衝撃波との干渉による境界層の剥離を抑制できる遠心圧縮機を提供する。
実施形態に係る遠心圧縮機の要部を示す概略断面図である。 図１における矢印Ａに沿った断面図である。 サージラインの変化を示す図である。 境界層吸引孔の配置位置を示す断面図である。 高圧力比の遠心圧縮機における境界層剥離のメカニズムを説明する図である。 従来のディフューザを示す断面図である。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
実施形態の説明に先立って、図５及び図６を参照して本発明に至った経緯について説明する。図５は高圧力比の遠心圧縮機における境界層剥離のメカニズムを説明する図である。従来のディフューザの概略構成図である。圧力比が約４以上の高圧力比の遠心圧縮機２０のディフューザ２１では、ディフューザ２１の入口部の流れが超音速となり、ディフューザベーン２２入口部で発生する衝撃波Ｓと境界層Ｔとの干渉によって、境界層Ｔの剥離が発生する。
図６は従来のディフューザを示す断面図である。図６に示すように、ディフューザベーン２２のスロート部２３には、境界層吸引用のバイパス孔２４が複数形成されている。しかし、高圧力比におけるサージ時の衝撃波Ｓは、ディフューザベーン２２の入口直後で発生する。すなわち、境界層吸引用のバイパス孔２４が衝撃波Ｓの後方に配置されているため、衝撃波Ｓと境界層とが干渉して剥離が発生した後に剥離対策をとることになり、サージング防止等の流量特性の改善効果は極めて小さい。
本願発明者は、鋭意研究を重ねた結果、境界層吸引孔の配置位置と境界層の剥離との関係に着目し、本発明に至った。
図１は実施形態に係る遠心圧縮機の要部を示す概略断面図であり、図２は図１における矢印Ａに沿った断面図である。遠心圧縮機１は、高速の空気流れを作るインペラ２を備えている。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により、高速空気の運動エネルギを圧力エネルギに変換するディフューザ３が配置されている。
ディフューザ３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を形成する複数のディフューザベーン４を有する。ディフューザベーン４は、周方向に沿って等間隔に配置されている。そして、サージ発生時にディフューザベーン４の入口部に発生する衝撃波Ｓの前方には、複数の境界層吸引孔５が設けられている。具体的には、これらの境界層吸引孔５は、ベーンレス部１１とディフューザベーン４との境界線１２上に位置し、対応したシュラウド６の壁面６ａに配置されている。
また、境界層吸引孔５は、バイパス流路７を介して吐出孔１０に連通されている。吐出孔１０は、インテーク９に接したシュラウド６、もしくはインペラ２の外周に対向するシュラウド６に形成されている。ディフューザ３とインテーク９あるいはインペラ２との間には圧力差があるため、境界層吸引孔５から吐出孔１０に向かって流れが生じて、境界層が吸引される。また、バイパス流路７には、流量を調整するためのバルブ８が設置されている。吸引流量はバルブ８により調整できる。
このように構成された遠心圧縮機１によれば、境界層吸引孔５が、ディフューザ３入口のディフューザベーン４よりシュラウド６の内周側に設けられているので、ディフューザベーン４入口での衝撃波Ｓの発生位置よりも前方になる。従って、境界層を吸引することにより、衝撃波Ｓ発生位置での境界層の厚みを薄くし、衝撃波Ｓとの干渉による境界層の剥離を抑制することができる。
図３はサージラインの変化を示す図である。図３において、横軸を流量とし、縦軸を圧力比としている。ラインＬ１は従来のサージラインであり、ラインＬ２は本実施形態に係る遠心圧縮機１のサージラインである。図示のように、ラインＬ２がラインＬ１よりも底流量側に位置している。すなわち、本実施形態に係る遠心圧縮機１によれば、サージ発生を低流量側に移動させることができ、高圧力比においても作動域の増大を可能にする。
なお、境界層吸引孔５の配置位置は上述に限らない。例えば、図４に示すように、実験等でサージ発生時の衝撃波Ｓの発生位置が分かっていれば、性能向上（サージ流量低減効果向上）に際し、衝撃波Ｓの前方のディフューザベーン領域（図中ハッチングで示す領域）１３、あるいはベーンレス部（図中ドットで示す領域）１１に設けてもよい。この場合、境界層吸引孔５の配置位置が衝撃波Ｓの発生位置よりも前方になるので、衝撃波Ｓ発生位置での境界層の厚みを薄くし、衝撃波Ｓとの干渉による境界層の剥離を抑制することができる。
上述した実施形態は本発明に係る遠心圧縮機の一例を説明したものであり、本発明に係る遠心圧縮機は実施形態に記載したものに限定されるものではない。本発明に遠心圧縮機は、各請求項に記載した要旨を変更しないように実施形態に係る遠心圧縮機を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
１…遠心圧縮機、３…ディフューザ、４…ディフューザベーン、５…境界層吸引孔、６…シュラウド、１１…ベーンレス部。

Claims (3)

  1. ディフューザを備える遠心圧縮機において、
    前記ディフューザは、空気流路を形成する複数のディフューザベーンを有し、
    前記ディフューザ入口の前記ディフューザベーンよりシュラウドの内周側には、境界層吸引孔が設けられていることを特徴とする遠心圧縮機。
  2. 前記境界層吸引孔は、ベーンレス部と前記ディフューザベーンとの境界線上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
  3. 前記境界層吸引孔は、ベーンレス部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
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