JP4627856B2

JP4627856B2 - 遠心型圧縮機のディフューザ

Info

Publication number: JP4627856B2
Application number: JP2000292017A
Authority: JP
Inventors: 征彦泉; 栄一広瀬
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2020-09-26
Also published as: US20030059301A1; US6537028B1; JP2002098093A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心型圧縮機のインペラを囲繞し、このインペラからの流体を減速する通路が、断面を略円形状として周方向に一定間隔をおいて複数開設されたディフューザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
遠心型圧縮機のインペラからの流れを減速して動圧を静圧に回復させるために、インペラを囲繞する態様でディフューザが設けられるが、このディフューザには、設計流量付近の効率を高めるため、内周側と外周側とを連通する通路を周方向に複数設けた構成のものが広く利用されている。
【０００３】
前記の通路は、一対の壁材間に周方向に一定間隔をおいた複数の羽根材を挟み込んで画成することが一般的であるが、この他に、特公平８−６７１１号公報に開示されているように、略円形断面をなす孔を穿設して通路とする、いわゆるパイプディフューザが知られている。この種のパイプディフューザでは、図８及び図９に示すように、隣り合う通路２３を鋭角に交差させた部分に弓形状をなすリーディングエッジ（前縁）２６が形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記従来構成のディフューザでは、通路２３の中心線２４が接点Ｂ’においてインペラ２２の外周円２８に接するように通路２３が設けられているため、正面視で通路２３の両中心線２４同士の交点Ａ’と重なり合うリーディングエッジ２６のシュラウド側及びハブ側の端部２６ａ・２６ｂが、インペラ２２の外周円２８から離れた状態になり、この離間距離は通路の配設数を減らすのに応じて拡大する。このため、通路の配設数の少ない構成では、流体の入射角とリーディングエッジの配置角度とが大きくずれた状態となり、リーディングエッジ付近でインシデンスミスマッチ（入射角のずれ）が顕著になり、通路２３のスロート部でのブロッケージ（封鎖）を招くことから、静圧回復率を低下させる要因となる。
【０００５】
また、通路２３を穿孔加工により形成する際に、リーディングエッジ２６の端部２６ａ・２６ｂとディフューザ２１の内周縁との間の部分が切削されずに突出部３０が残り（図９参照）、これを別途取り除く工程が必要となるため、製造工程が煩雑化する不都合が生じる。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その第１の目的は、通路の配設数の少ない構成でも、静圧回復率の低下を抑え得るように構成された遠心型圧縮機のディフューザを提供することにある。また、本発明の第２の目的は、穿孔加工により通路を形成する場合の後加工を簡略化して製造コストを削減可能なように構成することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を果たすために、本発明においては、遠心型圧縮機のインペラ２を囲繞し、このインペラからの流体を減速する通路３が、断面を略円形状として周方向に一定間隔をおいて複数開設されたディフューザにおいて、各通路を、内周側から外周側の全体に渡ってその中心線４が１つの直線をなすと共に、その中心線がインペラと同心の基準円５に接するように設け、その基準円を、通路の配設数に応じてインペラの外径よりも小径に設定して、隣り合う通路相互の交差部に形成されるリーディングエッジ（前縁）６をインペラの外周に近接させたものとした。
【０００８】
これによると、通路壁側のリーディングエッジが概ねインペラの接線方向、すなわち実際の流体の流れに沿う向きに配置される。このため、リーディングエッジ付近でのインシデンスミスマッチを低減することができ、スロート部でのブロッケージが抑制されるため、静圧回復率を高めることができる。
【０００９】
その上、リーディングエッジをインペラの外周に近接させ、特にリーディングエッジのシュラウド側及びハブ側の端部をディフューザの内周縁に配置させることにより、穿孔により通路を形成する場合にも、従来のようにディフューザの内周縁部に突出部が残留しないため、これを穿孔加工後に取り除く工程が不要となり、製造コストを削減することができる。
【００１０】
特に、本発明は前記通路の配設数が１０以上２２以下の構成に適用するのが好ましい。通路の配設数が１０を下回ると、ディフューザの入口に形成される波形の振り幅が大きくなることからインペラとの間にミスマッチが発生し、所期の効果が得られない。他方、通路の配設数が２２を越えると、基準円の小径化の割合が１％を下回り、修正による効果を期待することができない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明の構成を詳細に説明する。
【００１２】
図１及び図２は、本発明に基づき構成された遠心型圧縮機のディフューザを示している。このディフューザ１は、遠心型圧縮機のインペラ２を囲繞するように設けられ、内周側と外周側とを連通する態様でインペラ２からの流体を減速する通路３が、断面を略円形状として周方向に一定間隔をおいて複数開設されたものであり、各通路３は全て、その中心線４がインペラ２と同心の基準円５に接するように設けられ、その基準円５は、通路３の配設数に応じてインペラ２の外径よりも小径に設定され、隣り合う通路３相互の交差部に形成されるリーディングエッジ（前縁）６をインペラ２の外周に近接させている。
【００１３】
通路３は、所要の広がり角をもって外周側が拡径され、その中心線４は直線をなしており、ドリルなどの切削手段により孔を穿設することで得られる。隣り合う通路３同士の交差部に形成されるリーディングエッジ６は、同径の通路３が交差することにより正面視で直線状になり（図１参照）、側面視で弓形状をなしている（図２参照）。
【００１４】
インペラ２の外周円８は、図３に詳しく示すように、隣り合う通路３の両中心線同士の交点Ａを通り、この交点Ａは、正面視でリーディングエッジ６のシュラウド側及びハブ側の端部６ａ・６ｂに重なり合う（図２参照）。そして、正面視でリーディングエッジ６の描く直線がインペラ２の外周円８の接線となり、立体的には、弓形状をなすリーディングエッジ６と交点Ａとを含む平面が、インペラ２の外周円８を含む円筒面に接する状態となる。
【００１５】
隣り合う通路３の両中心線４は、通路３の総数をＮとすると、交点Ａにおいて２π／Ｎの角度をもって交差する。また、正面視でリーディングエッジ６の描く直線、すなわち交点Ａにおけるインペラ２の外周円８の接線と、通路３の中心線４、すなわち接点Ｂにおける基準円５の接線とが、交点Ａにおいてπ／Ｎの角度をもって交差する。
【００１６】
ここで、インペラ２の半径をＲ_IMPとし、径ＯＡと径ＯＢとのなす角度をαとすると、通路３の中心線４が接する基準円５の半径Ｒ_tanは、
Ｒ_tan＝Ｒ_IMP×ｃｏｓα
で示され、角度αは、
α＝π／Ｎ
となることから、基準円５の半径Ｒ_tanは、
Ｒ_tan＝Ｒ_IMP×ｃｏｓ（π／Ｎ）
で示される。
【００１７】
ここでは、正面視でリーディングエッジ６の描く直線がインペラ２の外周円に接するものとしたが、構造上の必要からインペラ２とリーディングエッジ６との間の間隙δを考慮すると、基準円の半径Ｒ_tanは、
Ｒ_tan＝Ｒ_IMP×ｃｏｓ（π／Ｎ）＋δ
で示される。
【００１８】
また、ディフューザ１の内周円が、隣り合う通路３の両中心線４同士の交点Ａを通るものとすると、正面視で交点Ａと重なるリーディングエッジ６の端部６ａ・６ｂが、ディフューザ１の内周円上に位置する。これを立体的に考察すると、図４に示すように、リーディングエッジ６の端部６ａ・６ｂが、ディフューザ１の内周縁にくる。このため、通路３の穿孔加工において前記の図９に示した突出部３０は形成されず、これを切除する工程は不要である。
【００１９】
なお、ディフューザ１の内周は、インペラ２の外周との間に所要の間隙が形成されるようにインペラ２より僅かに大径に形成されるが、ディフューザ１の内周円が交点Ａを通る円より大径であっても前記と同様に突出部３０は形成されない。
【００２０】
図１に示す実施例では、通路３の配設数を１３としている。インペラ２の外周円８に対する基準円５の小径化の割合、すなわちインペラ２の外径Ｒ_IMPと基準円５の径Ｒ_tanとの差のインペラ２の外径Ｒ_IMPに対する割合（Ｒ_IMP−Ｒ_tan）／Ｒ_IMPは、図５に示すように通路配設数が増加するに従って減少する。通路配設数が２２を上回ると、基準円の小径化の割合が１％を下回り、インペラ２とディフューザ１とのクリアランスと同レベルになり、明瞭な効果を期待し得ない。
【００２１】
圧縮機を小径化して高比速度化を図ると、図６に示すように通路配設数が減少する。ここで、通路配設数が１０を下回ると、ディフューザ１の入口幅Ｂ_DIFがインペラ２の出口幅Ｂ_INPより小さくなり、両者がミスマッチを起こすため、所期の効果が得られない。図６中に破線で示す曲線は、ディフューザ１の入口幅Ｂ_DIFとインペラの出口幅Ｂ_INPとが一致するラインを示し、この曲線の下側の領域ではＢ_INP＞Ｂ_DIFとなる。なお、図６では、圧縮機の反動度を一定（０．６６）として示している。
【００２２】
具体的には、図７に示すように、ディフューザ１の入口の開口縁は通路３の穿孔により波形に形成され、通路３の中心線４同士の交点Ａの位置で入口幅Ｂ_DIFが通路３の直径に等しく、最大となる。通路３の配設数が少ないと、入口の波形の振り幅が大きくなり、その影響でディフューザ１の入口幅Ｂ_DIFがインペラ２の出口幅Ｂ_INPより小さくなり、ディフューザ１の入口とインペラ２の出口との間でミスマッチが生じる。
【００２３】
【発明の効果】
このように本発明によれば、通路のリーディングエッジ（前縁）が概ねインペラの接線方向、すなわち実際の流体の流れに沿う向きに配置されるため、リーディングエッジ付近でのインシデンスミスマッチを低減することができ、通路のスロート部でのブロッケージが抑制されるので、静圧回復率を高める上で大きな効果が得られる。その上、穿孔により通路を形成する場合に、従来のようにディフューザの内周縁部に突出部が残留しないため、これを穿孔加工後に取り除く工程が不要となり、製造コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による遠心型圧縮機のディフューザを示す断面図。
【図２】図１に示したディフューザを中心線に沿う方向で分断した断面図。
【図３】図１に示したディフューザの要部拡大断面図。
【図４】図１に示したディフューザの要部斜視図。
【図５】通路配設数と基準円の小径化の割合との関係を示すグラフ。
【図６】比速度と通路配設数との関係を示すグラフ。
【図７】ディフューザの周方向に沿った入口形状を示す側面図。
【図８】従来のディフューザを示す要部拡大断面図。
【図９】図８に示したディフューザの要部斜視図。
【符号の説明】
１ディフューザ
２インペラ
３通路
４通路の中心線
５基準円
６リーディングエッジ
８インペラの外周円

Claims

遠心型圧縮機のインペラを囲繞し、該インペラからの流体を減速する通路が、断面を略円形状として周方向に一定間隔をおいて複数開設されたディフューザであって、
前記各通路は、内周側から外周側の全体に渡ってその中心線が１つの直線をなすと共に、前記中心線が前記インペラと同心の基準円に接するように配設され、該基準円は、前記通路の配設数に応じて前記インペラの外径よりも小径に設定され、隣り合う前記通路相互の交差部に形成されるリーディングエッジを前記インペラの外周に近接させたことを特徴とするディフューザ。
前記通路の配設数を１０以上、２２以下としたことを特徴とする請求項１に記載のディフューザ。