JP3746740B2 - 遠心圧縮機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過給機、ガスタービン、産業用圧縮機等に用いられる遠心圧縮機に係り、一層詳細には、翼付きディフューザを具備する遠心圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種遠心圧縮機の１例が図６に示され、同図（ａ）は略示的縦断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、同図（ｃ）は翼の部分的斜視図、同図（ｄ）は同図（ｂ）及び同図（ｃ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【０００３】
回転軸１を駆動すると、羽根車２が回転し、ガスが羽根車２に吸い込まれて付勢されることによってその圧力及び速度エネルギーが増大する。このガスはディフューザ３及びスクロール４を流過する過程でその速度エネルギーが圧力に変換されることにより更に昇圧して図示しない吐出口から吐出される。
【０００４】
ディフューザ３は円板状のシュラウド側壁面３１、これに平行するハブ側壁面３２と、これらの間に架設された複数の翼３３とからなる。これら翼３３は所謂２次元翼で、その断面形状は、図６の（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように、翼３３の全翼高さＨに亙って一定で、翼形又は楔形をなしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のディフューザ３における翼３３の入口角αB と流れ角α（流体の流線が翼列線となす角）の翼高さＨ方向に沿う変化が図７に示されている。図７から明らかなように、入口角αB は全翼高さＨに亙って一定であるのに対し、流れ角αはシュラウド側壁面３１に近付くに従って小さくなるとともに小さい領域が広い。
【０００６】
従って、流れ角αと翼入口角αB との差、即ち、入射角ｉが大きい領域が広いため、入口の衝突損失や前縁でのはく離により、効率が低下するという問題があった。また、ディフューザ３を流過するガス流量が減少すると、入射角ｉが更に増大し、ディフューザ３の失速ひいてはサージングを惹起するおそれがあり、作動範囲も減少するという問題もあった。
【０００７】
この対策として、パイプディフューザなどが用いられるが、製作コストが高い等の欠点があり、簡便な対策が求められている。そこで、本出願人により、特願平８−２５０８９５号で容易に製作が可能なディフューザを提案していいるが、本発明はこれと手段を異にして新たに提案するものである。
【０００８】
本発明はこのような実情に鑑み提案されたもので、ディフューザの高効率化と作動範囲の拡大が図れる遠心圧縮機を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成するための本発明に係る遠心圧縮機は、シュラウド側壁面とハブ側壁面とこれらの間に架設された複数の翼とからなるディフューザを具備する遠心圧縮機において、
前記翼の入口角を、同入口角の異なる２次元翼を翼高さ方向に組み合わせて、シュラウド側とハブ側で異ならせたことを特徴とする。
【００１１】
また、前記シュラウド側の入口角をハブ側の入口角より５〜２５°小さくしたことを特徴とする。
【００１２】
また、前記翼高さの４０％を越えるシュラウド側のみ前記入口角を異ならせることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る遠心圧縮機を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【００１４】
［第１実施例］
図１は本発明の第１実施例を示すもので、同図（ａ）は遠心圧縮機のディフューザ部の断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＣ−Ｃ矢視図、図２は異なった翼形状の説明図である。
【００１５】
図１に示すように、羽根車２のガス出口部にはディフューザ４が設けられ、このディフューザ４はシュラウド側壁面４１と、ハブ側壁面４２と、これらの間に架設された複数の翼４３とによって構成されている。
【００１６】
そして、前記翼４３の入口角をシュラウド側とハブ側で異ならせている。図示例では、前記シュラウド側の入口角αisをハブ側の入口角αihより５〜２５°小さく設定している（αih−αis＝５〜２５°）。
【００１７】
また、前記シュラウド側の翼弦長をハブ側の翼弦長より長く設定している。図示例では、前記シュラウド側の翼弦長（Ｒo −Ｒis）はハブ側の翼弦長（Ｒo −Ｒih）の１．１〜１．４倍に設定している（Ｒo −Ｒis／Ｒo −Ｒih＝１．１〜１．４）。
【００１８】
また、前記翼４３の側面視形状は、図２の（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すような形状が適宜選択される。
【００１９】
このように構成されるため、羽根車２が回転し、ガスが羽根車２に吸い込まれて付勢されることによってその圧力及び速度エネルギーが増大する。このガスはディフューザ４を流過する過程でその速度エネルギーが圧力に変換されることにより更に昇圧して図示しない吐出口から吐出される。
【００２０】
この際、本実施例では、ディフューザ４の翼４３において、前記シュラウド側の入口角αisをハブ側の入口角αihより５〜２５°小さく設定しているので、図５に示すように、ディフューザ４に流入する羽根車出口の流れとディフューザ入口角の偏差を小さくして入口の衝突損失や前縁でのはく離を抑制することができ、ディフューザ４の高効率化と作動範囲の拡大が図れる。
【００２１】
また、前記シュラウド側の翼弦長（Ｒo −Ｒis）をハブ側の翼弦長（Ｒo −Ｒih）の１．１〜１．４倍に設定しているので、翼４３の転向角が大きいシュラウド側の翼強度を十分に持たせることができる。
【００２２】
［第２実施例］
図３は本発明の第２実施例を示すディフューザ部の断面図である。
【００２３】
これは、第１実施例における翼４３の翼高さｂの４０％を越えるシュラウド側のみ入口角を第１実施例と同様に異ならせ、４０％以下（図中網目の範囲）では角度を一定とした２次元翼で形成した例である。
【００２４】
これによれば、図５に示すように、ディフューザ４に流入する羽根車出口の流れとディフューザ入口角の偏差を小さくして入口の衝突損失や前縁でのはく離を抑制することができ、ディフューザ４の高効率化と作動範囲の拡大が図れる一方で、必要最小限度の翼形状変更で済むという利点がある。
【００２５】
［第３実施例］
図４は本発明の第３実施例を示すディフューザ部の断面図である。
【００２６】
これは、第１実施例における翼４３を入口角の異なる２次元翼４３ａ，４３ｂを翼高さ方向に組み合わせた（突き合わせた）例である。尚、図示例では２次元翼４３ａ，４３ｂの翼弦長が異なるが、シュラウド側の２次元翼４３ｂの翼弦長を等しく形成しても良い。
【００２７】
これによれば、図５に示すように、ディフューザ４に流入する羽根車出口の流れとディフューザ入口角の偏差を小さくして入口の衝突損失や前縁でのはく離を抑制することができ、ディフューザ４の高効率化と作動範囲の拡大が図れる一方で、２次元翼４３ａ，４３ｂの製作が容易であるという利点がある。
【００２８】
尚、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、各種変更が可能であることはいうまでもない。
【００２９】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて詳細に説明したように、本発明の請求項１に係る発明は、シュラウド側壁面とハブ側壁面とこれらの間に架設された複数の翼とからなるディフューザを具備する遠心圧縮機において、前記翼の入口角を、同入口角の異なる２次元翼を翼高さ方向に組み合わせて、シュラウド側とハブ側で異ならせるので、ディフューザに流入する羽根車出口の流れとディフューザ入口角の偏差を小さくすることができ、ディフューザの高効率化と作動範囲の拡大が図れる一方、入口角の異なる２次元翼を翼高さ方向に組み合わせたので、製作が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例を示すもので、同図（ａ）は遠心圧縮機のディフューザ部の断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＣ−Ｃ矢視図である。
【図２】 異なった翼形状の説明図である。
【図３】 本発明の第２実施例を示すディフューザ部の断面図である。
【図４】 本発明の第３実施例を示すディフューザ部の断面図である。
【図５】 本発明の遠心圧縮機における翼入口角と流れ角の変化を示す線図である。
【図６】 従来の遠心圧縮機を示し、同図（ａ）は略示的縦断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、同図（ｃ）は翼の部分的斜視図、同図（ｄ）は同図（ｂ）及び同図（ｃ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【図７】 従来の遠心圧縮機における翼入口角と流れ角の変化を示す線図である。
【符号の説明】
１ 羽根車
４ ディフューザ
４１ シュラウド側壁面
４２ ハブ側壁面
４３ 翼
αis シュラウド側の入口角
αih ハブ側の入口角
Ｒo −Ｒis シュラウド側の翼弦長
Ｒo −Ｒih ハブ側の翼弦長

Claims (1)

1. シュラウド側壁面とハブ側壁面とこれらの間に架設された複数の翼とからなるディフューザを具備する遠心圧縮機において、
   前記翼の入口角を、同入口角の異なる２次元翼を翼高さ方向に組み合わせて、シュラウド側とハブ側で異ならせたことを特徴とする遠心圧縮機。

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