JP2730268B2 - Centrifugal impeller - Google Patents

Centrifugal impeller

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JP2730268B2
JP2730268B2 JP2136082A JP13608290A JP2730268B2 JP 2730268 B2 JP2730268 B2 JP 2730268B2 JP 2136082 A JP2136082 A JP 2136082A JP 13608290 A JP13608290 A JP 13608290A JP 2730268 B2 JP2730268 B2 JP 2730268B2
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mach number
shroud
relative mach
impeller
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潔 板東
安功 足立
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> この発明は、回転によって流体を圧送する遠心式圧縮
機や遠心式送風機に用いられる羽根車の改良に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an improvement in an impeller used for a centrifugal compressor or a centrifugal blower that pumps a fluid by rotation.

<従来の技術> 従来、遠心式羽根車として、第11図に示すように、回
転軸91に取り付けられたハブ(心板)92と、これに対向
させて設けられたシュラウド(側板)93との間に、二次
元形状又は三次元形状の羽根94を複数枚配列しているも
のが提供されている。
<Prior Art> Conventionally, as a centrifugal impeller, as shown in FIG. 11, a hub (core plate) 92 attached to a rotating shaft 91 and a shroud (side plate) 93 provided opposite thereto are provided. Between them, an arrangement in which a plurality of two-dimensional or three-dimensional blades 94 are arranged is provided.

上記羽根車の各構成要素の形状は、インペラー効率に
重要な影響を及ぼすことから、当該各要素での損失の発
生を最少限にすべく、種々の設計法が提唱されている。
しかし、上記羽根車においては、多くの要因が複雑にか
らまりあって、インペラー効率に影響を及ぼしているこ
とから、設計通りの性能を得ることは困難であり、試験
と解析を積み重ねることにより、所望の性能を確保して
いるのが実状である。
Since the shape of each component of the impeller has a significant effect on the impeller efficiency, various design methods have been proposed to minimize the occurrence of loss in each component.
However, in the above-mentioned impeller, it is difficult to obtain the performance as designed because many factors are intricately entangled and affect the impeller efficiency. The reality is that the desired performance is ensured.

従来提供されている羽根車においては、例えば特開昭
55−134797号公報に示されているように、羽根94のシュ
ラウド面93aに沿った長さLsが、ハブ面92aに沿った長さ
Lhに対して短くなるように設定されている。
In conventional impellers provided, for example,
As shown in JP-A-55-134797, the length Ls of the blade 94 along the shroud surface 93a is equal to the length along the hub surface 92a.
It is set to be shorter than Lh.

また、羽根出口角度は、通常45゜〜60゜に設定されて
いる。
Further, the blade outlet angle is usually set at 45 ° to 60 °.

<発明が解決しようとする課題> ところが、上記従来の遠心式羽根車によれば、低流量
域において、羽根94の前縁94a近傍のシュラウド面93a側
領域Eで、流体の旋回失速や逆流が生じ易いこと、羽根
出口のマッハ数が大きくなること、上記前縁94a付近の
シュラウド面93a側における羽根94の相対マッハ数が大
きくなること等から、効率が悪いという問題があった。
<Problems to be Solved by the Invention> However, according to the above-mentioned conventional centrifugal impeller, in a low flow rate region, swirling stall or backflow of fluid occurs in a region E on the shroud surface 93a near the leading edge 94a of the blade 94. However, there is a problem that efficiency is poor because the Mach number at the blade outlet increases, the relative Mach number of the blade 94 on the shroud surface 93a side near the leading edge 94a increases, and the like.

特に、フロンを用いるターボ圧縮機においては、音速
が数百十mと低く、マッハ数が1を超える領域が多くな
り、効率改善を図る上でネックとなっていた。また、使
用点風量範囲が広いことから、広い風量域に亘って高い
効率を発揮することが要請されるが、かかる要請を満足
するものは提供されていないのが実状である。
In particular, in a turbocompressor using Freon, the speed of sound is as low as several hundred tens of meters, and the area where the Mach number exceeds 1 is increased, which has been a bottleneck in improving efficiency. Further, since the range of airflow at the point of use is wide, it is required to exhibit high efficiency over a wide airflow range. However, in reality, there has not been provided anything satisfying such a demand.

この発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、
広範囲の流量域に亘って良好な効率を確保することがで
きる遠心式羽根車を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems,
An object of the present invention is to provide a centrifugal impeller that can ensure good efficiency over a wide flow rate range.

<課題を解決するための手段> 上記目的を達成するためのこの発明に係る遠心式羽根
車は、冷媒ガスを用いたターボ圧縮機に適用され、シュ
ラウド面3aとハブ面2aとの間に、三次元形状の羽根4を
複数枚配列している遠心式羽根車において、シュラウド
面3aの吸込側Bに、羽根車の回転軸線と平行な平行部3b
が形成されており、羽根形状が下記の条件,及び
を満たすように設定されることによって、相対マッハ数
が下記,及びになるようにされていることを特徴
とするものである。
<Means for Solving the Problems> A centrifugal impeller according to the present invention for achieving the above object is applied to a turbo compressor using a refrigerant gas, and is provided between a shroud surface 3a and a hub surface 2a. In a centrifugal impeller in which a plurality of three-dimensional blades 4 are arranged, a parallel portion 3b parallel to the rotation axis of the impeller is provided on a suction side B of a shroud surface 3a.
Is formed, and the relative Mach number is set to the following and by setting the blade shape so as to satisfy the following conditions and the following conditions.

羽根4のシュラウド側先端が流入側へ張り出し、且つ
シュラウド面3aに沿った羽根長さLsがハブ面2aに沿った
羽根長さLhに対して、Ls/Lh=1.05〜1.1の関係を持つ。
The tip of the blade 4 on the shroud side protrudes toward the inflow side, and the blade length Ls along the shroud surface 3a has a relationship of Ls / Lh = 1.05 to 1.1 with respect to the blade length Lh along the hub surface 2a.

羽根4の前縁4aが上記平行部3bを起点にハブ面2a側に
延びており、羽根4の前縁4aとシュラウド面3aとの交点
C1と、羽根4の前縁4aとハブ面2aとの交点A1とを結ぶ線
lの、回転軸1に対する傾斜角度αが25〜30゜である。
The leading edge 4a of the blade 4 extends toward the hub surface 2a starting from the parallel portion 3b, and the intersection between the leading edge 4a of the blade 4 and the shroud surface 3a.
The inclination angle α of the line 1 connecting C1 and the intersection A1 between the leading edge 4a of the blade 4 and the hub surface 2a with respect to the rotation axis 1 is 25 to 30 °.

羽根出口角度βが30゜〜40゜である。The blade outlet angle β is 30 ° to 40 °.

羽根入口における相対マッハ数Mwが1以下の値をとり
ながらハブ側からシュラウド側に向かって増加する。
The relative Mach number Mw at the blade inlet increases from the hub side toward the shroud side while taking a value of 1 or less.

羽根入口での圧力面及び負圧面の相対マッハ数Mwの平
均値を、羽根入口と出口の中間位置での圧力面及び負圧
面の相対マッハ数Mwの平均値で除した値が、1.6以下に
なる。
The value obtained by dividing the average value of the relative Mach number Mw of the pressure surface and the suction surface at the blade inlet by the average value of the relative Mach number Mw of the pressure surface and the suction surface at an intermediate position between the blade inlet and the outlet is 1.6 or less. Become.

圧力面と負圧面の相対マッハ数Mwの差は、圧力面と負
圧面の相対マッハ数のMwの平均値よりも小さい。
The difference between the relative Mach number Mw of the pressure surface and the suction surface is smaller than the average value of the relative Mach number Mw of the pressure surface and the suction surface.

<作用> 本願発明者は、羽根表面における相対マッハ数の分布
状態に基づいて羽根形状を設定することが、効率の向上
に結びつくのではないかという知見を得た。本願発明
は、上記知見に基づいてなされたものであり、上記条件
〜を満たすように羽根形状を調整することを通じ
て、上記条件〜を満たす相対マッハ数分布を達成す
ることにより、全体として、羽根車の効率を効果的に高
めることができた。この効率は、現在市販されている同
種の羽根車に対しても格段に優れている。
<Operation> The inventor of the present application has found that setting the blade shape based on the distribution state of the relative Mach number on the blade surface may lead to an improvement in efficiency. The present invention has been made based on the above findings, and by adjusting the blade shape to satisfy the above condition, to achieve a relative Mach number distribution that satisfies the above condition, as a whole, an impeller Was able to effectively increase the efficiency. This efficiency is much better than similar impellers currently on the market.

そして、各条件は、それぞれ下記の理由により効率の
向上に寄与するものと考察される。すなわち、 上記条件及びにより、回転半径が大きい側である
シュラウド側の流れに大きな運動エネルギを与えること
ができる結果、旋回失速の発生を遅らせることができる
と共に効率の向上に寄与することができる。
Each condition is considered to contribute to an improvement in efficiency for the following reasons. That is, under the above conditions and conditions, a large kinetic energy can be given to the flow on the shroud side where the radius of rotation is large, so that the occurrence of turning stall can be delayed and the efficiency can be improved.

上記条件により、羽根出口での絶対マッハ数を1以
下にすることができ、衝撃波の発生を確実に抑えること
ができる結果、衝撃波発生に起因した効率低下を防止す
ることができる。
Under the above conditions, the absolute Mach number at the blade outlet can be reduced to 1 or less, and the generation of a shock wave can be reliably suppressed. As a result, a decrease in efficiency due to the generation of a shock wave can be prevented.

上記条件により、入口部での衝撃失速等の発生を防
止することができる結果、効率の向上に寄与することが
できる。
Under the above conditions, it is possible to prevent the occurrence of an impact stall or the like at the inlet portion, thereby contributing to an improvement in efficiency.

上記条件により、入口から出口にいたる羽根各部の
負荷割合を最適化することができる結果、効率の向上に
寄与することができる。
Under the above conditions, the load ratio of each part of the blade from the inlet to the outlet can be optimized, which can contribute to improvement in efficiency.

上記条件により、羽根に対する負荷を所定レベル以
下に抑えることができ、羽根車内の流れの剥離を防止す
ることができる結果、効率の向上に寄与することができ
る。
Under the above conditions, the load on the blade can be suppressed to a predetermined level or less, and separation of the flow in the impeller can be prevented. As a result, efficiency can be improved.

なお、条件のみの設定では、一般の冷媒ガス使用の
ターボ圧縮機と比較して、出口角度が小さくなり、昇圧
が悪くなるおそれがある。これに対して、〜の条件
の組み合せによって上記〜の相対マッハ数分布が達
成されるので、羽根内の損失の低減を通じて、昇圧も図
ることができる。したがって、効率とヘッドの双方を高
くすることができる。
When only the conditions are set, there is a possibility that the outlet angle becomes smaller and the pressure rise becomes worse as compared with a general turbo compressor using refrigerant gas. On the other hand, since the relative Mach number distribution described above is achieved by a combination of the conditions described above, it is possible to increase the pressure by reducing the loss in the blade. Therefore, both the efficiency and the head can be increased.

<実施例> 以下実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。<Example> Hereinafter, an example will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

第1図はこの発明に係る遠心式羽根車の一実施例を示
す要部断面図である。同図において、羽根車は、回転軸
1に固定されたハブ2と、このハブ2に対向させて配置
されたシュラウド3との間に、複数枚の羽根4が形成さ
れているものであり、上記回転軸1は、図示しない増速
機構を介して回転駆動される。
FIG. 1 is a sectional view of a main part showing an embodiment of a centrifugal impeller according to the present invention. In FIG. 1, the impeller has a plurality of blades 4 formed between a hub 2 fixed to a rotating shaft 1 and a shroud 3 arranged to face the hub 2. The rotating shaft 1 is driven to rotate via a speed increasing mechanism (not shown).

上記シュラウド3の内面側であるシュラウド面3aは、
吸込側B(上流側)に、羽根車の回転軸線と平行な平行
部3bを有し、この平行部3bの下流側の端部から羽根出口
Oにかけて、なだらかな曲線で以て立ち上げられてい
る。
The shroud surface 3a on the inner surface side of the shroud 3 is:
On the suction side B (upstream side), there is provided a parallel portion 3b parallel to the rotation axis of the impeller. The parallel portion 3b rises along a gentle curve from the downstream end to the blade outlet O. I have.

第2図も参照して、上記羽根4は、形状が羽根幅方向
へ変化する三次元形状のものであり、その吸込側の端縁
である前縁4aが、上記平行部3bの上流側端部近傍を起点
C1として、ハブ面2a側に直線的に延びていると共に、シ
ュラウド面3aに沿った羽根長さLsと、ハブ面2aに沿った
羽根長さLhが、 Ls/Lh≧1 より好ましくは、 Ls/Lh=1.05〜1.1 の関係を満足するように形成されている。即ち、上記羽
根4は、シュラウド面3aに沿った羽根長さLsが、ハブ面
2aに沿った羽根長さLhと等しいか、それよりも長くなる
ように設定されている。この結果、羽根4は、上記起点
C1と、前縁4aとハブ面2aとの交点A1とを結ぶ線lの、回
転軸1に対する傾斜角度αが、例えば25〜30゜程度ぐら
いまで緩やかになると共に、羽根4の前縁4aのシュラウ
ド面3a側が、吸込側Bに大きく張り出すことになる。そ
して、上記羽根4の出口角度β(第3図参照)は、30゜
〜40゜に設定されている。なお、羽根出口付近の少なく
とも数十mmは、当該出口角度βと同じ角度に設定されて
いるのが、要求ヘッドの増減に応じて外径を縮小又は拡
大する場合に、インペラーの特性を相似的に変化させる
ことができることから好ましい。また、上記羽根4の出
口幅Wは、設計風量に応じて適宜調整される。
Referring to FIG. 2 as well, the blade 4 is of a three-dimensional shape whose shape changes in the blade width direction, and the leading edge 4a, which is the suction-side edge, is the upstream end of the parallel portion 3b. Starting near the part
As C1, the blade length Ls extending linearly to the hub surface 2a side and along the shroud surface 3a and the blade length Lh along the hub surface 2a are: Ls / Lh ≧ 1, more preferably Ls /Lh=1.05 to 1.1. That is, the blade 4 has a blade length Ls along the shroud surface 3a,
It is set to be equal to or longer than the blade length Lh along 2a. As a result, the blades 4
The inclination angle α of the line 1 connecting C1 and the intersection A1 between the leading edge 4a and the hub surface 2a with respect to the rotation axis 1 becomes gentle, for example, about 25 to 30 °, and the leading edge 4a of the blade 4 The shroud surface 3a side protrudes greatly to the suction side B. The exit angle β of the blade 4 (see FIG. 3) is set to 30 ° to 40 °. Note that at least several tens of mm near the blade outlet is set to the same angle as the outlet angle β, but when the outer diameter is reduced or expanded according to the increase or decrease of the required head, the characteristics of the impeller are similar. It is preferable because it can be changed to. Further, the outlet width W of the blade 4 is appropriately adjusted according to the design air volume.

以上の構成であれば、羽根4の前縁4aの傾斜角度αが
かなり緩やかになっていると共に、羽根4のシュラウド
面3a側が、吸込側Bへ大きく張り出していることから、
上記前縁4aの近傍のシュラウド3側領域Eにおいて、流
体の旋回失速や逆流が生じるのを抑制することができ
る。また、シュラウド面3aに沿った羽根長さLsが従来よ
りも長くなること、及び上記起点C1部の直径D2が最小と
なり、羽根4の前縁4aにおける相対マッハ数を小さくす
ることができことから、低流量域におけるインペラー内
流れを改善することができる。さらに、上記羽根4の主
としてシュラウド面3a側の形状調整に加えて、羽根出口
角度βを30゜〜40゜に設定することにより、羽根出口O
の相対及び絶対マッハ数を1以下にすることができ、さ
らにハブ面2a、中央流面、シュラウド面3aにおいて翼面
上相対マッハ数を前縁4aのごとく一部を除いて1以下に
することができる。したがって、全体として、羽根車の
効率を効果的に高めることができる。
With the above configuration, the inclination angle α of the front edge 4a of the blade 4 is considerably gentle, and the shroud surface 3a side of the blade 4 projects greatly to the suction side B.
In the shroud 3 side region E near the front edge 4a, it is possible to suppress the occurrence of the rotating stall and the backflow of the fluid. Further, the blade length Ls along the shroud surface 3a is longer than before, and the diameter D2 of the starting point C1 is minimized, and the relative Mach number at the leading edge 4a of the blade 4 can be reduced. The flow in the impeller in the low flow rate region can be improved. Further, in addition to adjusting the shape of the blade 4 mainly on the shroud surface 3a side, by setting the blade outlet angle β to 30 ° to 40 °, the blade outlet O
The relative and absolute Mach numbers of the wings can be reduced to 1 or less, and the relative Mach numbers on the wing surface of the hub surface 2a, the central flow surface and the shroud surface 3a are reduced to 1 or less except for a part such as the leading edge 4a. Can be. Therefore, as a whole, the efficiency of the impeller can be effectively increased.

[試験I] 本件発明に係る羽根車(試験例1)と従来の羽根車
(比較例1)とを、同一のターボ圧縮機に装着して、各
風量域における断熱効率の比較試験を行なった。但し、
作業流体は、フロン11を用いた。また、試験例1及び比
較例1の子午線面における羽根形状を第4図に示す。同
図において試験例1、比較例1のそれぞれの羽根入り口
径D2は216mmであり、羽根出口径D1は410mmであり、さら
に、羽根出口角度βは試験例1が30゜であり比較例1が
45゜である。
[Test I] The impeller according to the present invention (Test Example 1) and the conventional impeller (Comparative Example 1) were mounted on the same turbo compressor, and a comparison test of adiabatic efficiency in each air volume range was performed. . However,
As the working fluid, Freon 11 was used. In addition, FIG. 4 shows the blade shapes of the test example 1 and the comparative example 1 on the meridian plane. In this figure, the blade entrance diameter D2 of each of Test Example 1 and Comparative Example 1 is 216 mm, the blade exit diameter D1 is 410 mm, and the blade exit angle β is 30 ° in Test Example 1 and Comparative Example 1 is
45 ゜.

この比較試験結果を第5図に示す。同図から明らかな
ように、試験例1は、各風量域において比較例1よりも
断熱効率が向上している。なお、同図において断熱効率
は、試験例1の最大断熱効率を100%としている(以下
同様)。
FIG. 5 shows the results of this comparative test. As is clear from the figure, the adiabatic efficiency of the test example 1 is higher than that of the comparative example 1 in each air volume range. In this figure, the maximum heat insulation efficiency of Test Example 1 is set to 100% (the same applies hereinafter).

[試験II] 試験例1の羽根前縁4aとシュラウド面3aとの交点を、
シュラウド面3aの平行部3bよりも羽根出口O寄りに設定
したもの、即ち、前縁4aのシュラウド面3a側が吸込側B
に張り出さないと形状のものを作成し(比較例2)、こ
れと試験例1との断熱効率を比較する試験を、それぞれ
同一の試験条件で行なった。
[Test II] The intersection of the blade leading edge 4a and the shroud surface 3a in Test Example 1 was
The shroud surface 3a is set closer to the blade outlet O than the parallel portion 3b, that is, the shroud surface 3a side of the leading edge 4a is on the suction side B.
A test was performed under the same test conditions to compare the heat insulation efficiency of Test Example 1 with that of Test Example 1 (Comparative Example 2).

この比較試験結果を第6図に示す。同図から明らかな
ように、比較例2は、各風量域において試験例1よりも
圧縮機の効率が低下している。
FIG. 6 shows the results of the comparative test. As is clear from the figure, the efficiency of the compressor of Comparative Example 2 is lower than that of Test Example 1 in each air volume range.

[試験III] 試験例1の羽根出口角度βを40゜にした試験例2と、
45゜にした比較例3とを作成し、これらと試験例1の各
風量域における断熱効率を比較する試験を、それぞれ同
一の試験条件で行なった。また、これらの、羽根4の負
圧面及び圧力面における羽根前縁4aから羽根出口Oに至
る相対マッハ数Mwを調べた。
[Test III] Test Example 2 in which the blade outlet angle β of Test Example 1 was 40 °,
Comparative Example 3 having 45 ° was prepared, and a test for comparing the adiabatic efficiency in each air volume range of Test Example 1 with these was performed under the same test conditions. Further, the relative Mach number Mw from the leading edge 4a of the blade to the outlet O of the blade on the negative pressure surface and the pressure surface of the blade 4 was examined.

各風量域における断熱効率を第7図に示す。また、試
験例1の相対マッハ数Mwを第8図に、試験例2の相対マ
ッハ数Mwを第9図に、比較例3の相対マッハ数Mwを第10
図にそれぞれ示す。但し、各図において、(c)図は羽
根4のシュラウド面3a側における相対マッハ数Mwを示
し、(b)図はシュラウド面3aとハブ面2aとの中間部に
おける相対マッハ数Mwを示し、(a)図はハブ面2a側に
おける相対マッハ数Mwを示す。また、同図において、横
軸は、羽根全長に対する相対位置を示し、その左側が羽
根前縁4a側であり、右側が羽根出口側である。
FIG. 7 shows the adiabatic efficiency in each air volume range. The relative Mach number Mw of Test Example 1 is shown in FIG. 8, the relative Mach number Mw of Test Example 2 is shown in FIG. 9, and the relative Mach number Mw of Comparative Example 3 is shown in FIG.
Each is shown in the figure. However, in each of the figures, (c) shows the relative Mach number Mw on the shroud surface 3a side of the blade 4, and (b) shows the relative Mach number Mw in the middle part between the shroud surface 3a and the hub surface 2a. (A) shows the relative Mach number Mw on the hub surface 2a side. Also, in the figure, the horizontal axis indicates the relative position with respect to the entire length of the blade, the left side is the blade front edge 4a side, and the right side is the blade outlet side.

第7図から明らかなように、試験例1及び試験例2
は、各風量域において比較例3よりも断熱効率が向上し
ている。また、第8図及び第9図より明らかなように、
試験例1及び試験例2については、羽根4の何れの部分
らにおいても相対マッハ数Mwが1以下であるのに対し
て、比較例3は、シュラウド面3a側において、相対マッ
ハ数Mwが1を超える部分が存在する。しかも、シュラウ
ド面3a側において、負圧面と圧力面との相対マッハ数Mw
が逆転する部分が生じている。したがって、効率を高め
るには、羽根出口角度βを30゜〜40゜の範囲に設定し、
かつ負圧面と圧力面との相対マッハ数Mwがどの位置でも
逆転しないように羽根形状を決めることが必要である。
As is clear from FIG. 7, Test Example 1 and Test Example 2
In each of the air volume ranges, the adiabatic efficiency is improved as compared with Comparative Example 3. Also, as is clear from FIGS. 8 and 9,
In Test Example 1 and Test Example 2, the relative Mach number Mw was 1 or less in any part of the blade 4, whereas in Comparative Example 3, the relative Mach number Mw was 1 on the shroud surface 3a side. Exists. Moreover, on the shroud surface 3a side, the relative Mach number Mw between the negative pressure surface and the pressure surface
Are reversed. Therefore, in order to increase the efficiency, the blade outlet angle β is set in the range of 30 ° to 40 °,
It is necessary to determine the blade shape so that the relative Mach number Mw between the negative pressure surface and the pressure surface does not reverse at any position.

第8図及び第9図の相対マッハ数に関してさらなる考
察を行うと、まず、羽根入口における相対マッハ数Mwが
1以下の値をとりながらハブ面2a側からシュラウド面3a
側に向かって増加している。これにより、入口部での衝
撃失速等の発生を防止することができる結果、効率の向
上に寄与できたものと考察される。
8 and 9, the relative Mach number Mw at the blade inlet takes a value of 1 or less from the hub surface 2a side to the shroud surface 3a.
Increasing towards the side. As a result, it is considered that the occurrence of impact stall or the like at the inlet portion can be prevented, thereby contributing to an improvement in efficiency.

また、羽根入口での圧力面及び負圧面の相対マッハ数
Mwの平均値を、羽根入口と出口の中間位置での圧力面及
び負圧面の相対マッハ数Mwの平均値で除した値が、1.6
以下になっている(第8図(a),(b),(c)にお
いて、それぞれ、略1.2、略1.2及び略1.3であり、第9
図(a),(b),(c)において、それぞれ、略1.
3、略1.3及び略1.6である。)。これにより、入口から
出口にいたる羽根各部の負荷割合を最適化することがで
きる結果、効率の向上に寄与できたものと考察される。
Also, the relative Mach number of the pressure surface and suction surface at the blade inlet
The value obtained by dividing the average value of Mw by the average value of the relative Mach numbers Mw of the pressure surface and the suction surface at an intermediate position between the blade inlet and the outlet is 1.6.
(In FIGS. 8 (a), (b), and (c), they are approximately 1.2, approximately 1.2, and approximately 1.3, respectively.
In the figures (a), (b), and (c), approximately 1.
3, approximately 1.3 and approximately 1.6. ). As a result, it is considered that the load ratio of each portion of the blade from the inlet to the outlet can be optimized, thereby contributing to an improvement in efficiency.

また、圧力面と負圧面の相対マッハ数Mwの差は、圧力
面と負圧面の相対マッハ数Mwの平均値よりも小さい。こ
れにより、羽根4に対する負荷を所定レベル以下に抑え
ることを規定しており、これにより、羽根車内の流れの
剥離を防止することができる結果、効率の向上に寄与で
きたものと考察される。
Further, the difference between the relative Mach number Mw of the pressure surface and the suction surface is smaller than the average value of the relative Mach number Mw of the pressure surface and the suction surface. This specifies that the load on the blades 4 is suppressed to a predetermined level or less, whereby it is considered that the separation of the flow in the impeller can be prevented, thereby contributing to an improvement in efficiency.

なお、羽根出口角度を30゜〜40゜とすることにより、
羽根出口での絶対マッハ数を1以下にすることができ、
衝撃波の発生を確実に抑えることができる結果、衝撃波
発生に起因した効率低下を防止することができたものと
推察される。しかし、出口角度30゜〜40゜というのは、
冷媒ガス使用のターボ圧縮機に適用される一般の羽根車
の出口角度(45゜〜70゜)と比較して、小さいので、昇
圧が悪くなるおそれがある。これに対して、上記の相対
マッハ数分布とすることにより、羽根4内の損失の低減
を通じて、昇圧も図ることができる結果、効率とヘッド
の双方を高くすることができたものと考察される。
In addition, by setting the blade exit angle to 30 ° to 40 °,
The absolute Mach number at the blade exit can be reduced to 1 or less,
It is presumed that as a result of reliably suppressing the generation of shock waves, it was possible to prevent a decrease in efficiency due to the generation of shock waves. However, the exit angle of 30-40 °
Since it is smaller than the exit angle (45 ° to 70 °) of a general impeller applied to a turbo compressor using refrigerant gas, there is a possibility that the pressure rise may be deteriorated. On the other hand, by setting the relative Mach number distribution as described above, it is considered that the boosting can be achieved through the reduction of the loss in the blade 4, so that both the efficiency and the head can be increased. .

なお、羽根4の前縁4aとしては、図示した直線形状の
もののほか、中央部が下流側へ凹入する湾曲形状のもの
であってもよい。また、上記前縁4aとシュラウド面3aと
の交点(起点C1)は、図示したものよりもさらに吸込側
B側へ設定してもよい。
The leading edge 4a of the blade 4 may have a curved shape whose central portion is recessed downstream in addition to the straight shape shown in the figure. Further, the intersection (starting point C1) between the front edge 4a and the shroud surface 3a may be set further on the suction side B side than that shown in the figure.

<発明の効果> 以上のように、この発明の遠心式羽根車によれば、羽
根の入口から出口にわたって所定の相対マッハ数分布を
達成することにより、入口部での旋回失速等の発生を防
止し、また、入口から出口にいたる羽根各部の負荷割合
を最適化し、また、羽根に対する負荷を抑えて流れの剥
離を防止した。これにより、効率を向上することができ
る。
<Effects of the Invention> As described above, according to the centrifugal impeller of the present invention, by achieving a predetermined relative Mach number distribution from the inlet to the outlet of the blade, the occurrence of turning stall or the like at the inlet is prevented. In addition, the load ratio of each part of the blade from the inlet to the outlet was optimized, and the load on the blade was suppressed to prevent flow separation. Thereby, efficiency can be improved.

また、冷媒ガスを使用するターボ圧縮機に適用される
一般の羽根車に比較して、出口角度を小さく設定した。
これにより、羽根出口での絶対マッハ数を1以下にする
ことができ、衝撃波の発生を確実に抑えることができる
結果、衝撃波発生に起因した効率低下を防止することが
できる。一方、出口角度が小さいことにより、昇圧が不
十分となるおそれがあるが、これに対して、羽根の入口
から出口にわたって所定の相対マッハ数分布を達成する
ことを通じて、ヘッドを向上させることができるので、
効率とヘッドの双方の向上を図ることができるという特
有の効果を奏する。
Further, the outlet angle is set smaller than that of a general impeller applied to a turbo compressor using a refrigerant gas.
Thus, the absolute Mach number at the blade outlet can be reduced to 1 or less, and the generation of a shock wave can be reliably suppressed. As a result, a decrease in efficiency due to the generation of a shock wave can be prevented. On the other hand, although the pressure may be insufficient due to the small exit angle, the head can be improved by achieving a predetermined relative Mach number distribution from the entrance to the exit of the blade. So
There is a unique effect that both the efficiency and the head can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はこの発明の遠心式羽根車の一実施例示す要部断
面図、 第2図は羽根の子午面形状を示す模式図。 第3図は羽根の正面図、 第4図は試験例1に係る羽根と、比較例1に係る羽根の
平面円形翼列を示す模式図、 第5図は試験例1と比較例1の断熱効率を示すグラフ
図。 第6図は試験例1と比較例2の断熱効率を示すグラフ
図。 第7図は試験例1、試験例2、および比較例3の断熱効
率を示すグラフ図、 第8図、第9図、および第10図は、それぞれ試験例1、
試験例2、および比較例3についての羽根の相対マッハ
数を示すグラフ図であって、そのうち(c)図は羽根の
シュラウド面側における相対マッハ数を示すグラフ図、
(b)図はシュラウド面とハブ面との中間部における相
対マッハ数を示すグラフ図、(a)図はハブ面側におけ
る相対マッハ数を示すグラフ図、 第11図は従来例を示す要部断面図。 1……回転軸、2a……ハブ面、 3a……シュラウド面、4……羽根、 4a……前縁、β……羽根出口角度、 C1……起点、B……吸込側、 Ls……シュラウド面に沿って羽根長さ、 Lh……ハブ面に沿った羽根長さ。
FIG. 1 is a sectional view of an essential part showing an embodiment of a centrifugal impeller of the present invention, and FIG. 2 is a schematic view showing a meridional shape of the impeller. FIG. 3 is a front view of the blade, FIG. 4 is a schematic diagram showing a blade according to Test Example 1 and a plane circular cascade of blades according to Comparative Example 1, and FIG. 5 is thermal insulation of Test Example 1 and Comparative Example 1. The graph which shows efficiency. FIG. 6 is a graph showing the heat insulation efficiency of Test Example 1 and Comparative Example 2. FIG. 7 is a graph showing the adiabatic efficiencies of Test Example 1, Test Example 2, and Comparative Example 3. FIGS. 8, 9, and 10 are Test Examples 1, 2, and 3, respectively.
It is a graph which shows the relative Mach number of a blade about the test example 2 and the comparative example 3, Among them, the figure (c) is a graph which shows the relative Mach number on the shroud surface side of a blade,
(B) is a graph showing a relative Mach number at an intermediate portion between a shroud surface and a hub surface, (a) is a graph showing a relative Mach number on a hub surface side, and FIG. 11 is a main part showing a conventional example. Sectional view. 1 ... rotating shaft, 2a ... hub surface, 3a ... shroud surface, 4 ... blade, 4a ... leading edge, β ... blade outlet angle, C1 ... starting point, B ... suction side, Ls ... Blade length along shroud surface, Lh… Blade length along hub surface.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】冷媒ガスを用いたターボ圧縮機に適用さ
れ、シュラウド面(3a)とハブ面(2a)との間に、三次
元形状の羽根(4)を複数枚配列している遠心式羽根車
において、 シュラウド面(3a)の吸込側(B)に、羽根車の回転軸
線と平行な平行部(3b)が形成されており、 羽根形状が下記の条件,及びを満たすように設定
されることによって、相対マッハ数が下記,及び
になるようにされていることを特徴とする遠心式羽根
車。 羽根(4)のシュラウド側先端が流入側へ張り出し、
且つシュラウド面(3a)に沿った羽根長さ(Ls)がハブ
面(2a)に沿った羽根長さ(Lh)に対して、Ls/Lh=1.0
5〜1.1の関係を持つ。 羽根(4)の前縁(4a)が上記平行部(3b)を起点に
ハブ面(2a)側に延びており、羽根(4)の前縁(4a)
とシュラウド面(3a)との交点(C1)と、羽根(4)の
前縁(4a)とハブ面(2a)との交点(A1)とを結ぶ線
(l)の、回転軸(1)に対する傾斜角度(α)が25〜
30゜である。 羽根出口角度(β)が30゜〜40゜である。 羽根入口における相対マッハ数(Mw)が1以下の値を
とりながらハブ側からシュラウド側に向かって増加す
る。 羽根入口での圧力面及び負圧面の相対マッハ数(Mw)
の平均値を、羽根入口と出口の中間位置での圧力面及び
負圧面の相対マッハ数(Mw)の平均値で除した値が、1.
6以下になる。 圧力面と負圧面の相対マッハ数(Mw)の差は、圧力面
と負圧面の相対マッハ数の(Mw)の平均値よりも小さ
い。
1. A centrifugal compressor applied to a turbo compressor using refrigerant gas and having a plurality of three-dimensional blades (4) arranged between a shroud surface (3a) and a hub surface (2a). In the impeller, a parallel portion (3b) parallel to the rotation axis of the impeller is formed on the suction side (B) of the shroud surface (3a), and the shape of the impeller is set so as to satisfy the following conditions. The centrifugal impeller is characterized in that the relative Mach number is as follows: The tip of the shroud side of the blade (4) projects toward the inflow side,
And the blade length (Ls) along the shroud surface (3a) is Ls / Lh = 1.0 with respect to the blade length (Lh) along the hub surface (2a).
It has a relationship of 5 to 1.1. The leading edge (4a) of the blade (4) extends toward the hub surface (2a) starting from the parallel portion (3b), and the leading edge (4a) of the blade (4)
(1) of the line (l) connecting the intersection (C1) of the blade and the shroud surface (3a) and the intersection (A1) of the leading edge (4a) of the blade (4) and the hub surface (2a). Angle (α) to 25
30 ゜. The blade outlet angle (β) is 30 ° to 40 °. The relative Mach number (Mw) at the blade inlet increases from the hub side to the shroud side while taking a value of 1 or less. Relative Mach number of pressure surface and suction surface at blade inlet (Mw)
Divided by the average value of the relative Mach number (Mw) of the pressure surface and the suction surface at an intermediate position between the blade inlet and the outlet is 1.
6 or less. The difference between the relative Mach number (Mw) of the pressure surface and the suction surface is smaller than the average value of the relative Mach number (Mw) of the pressure surface and the suction surface.
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