JP4952463B2 - 遠心圧縮機 - Google Patents

Description

本発明はディフューザが静止翼を有する遠心圧縮機に関するものである。

遠心圧縮機は、高速で回転するインペラにより圧縮性流体、例えば空気に速度エネルギを与えると共に圧縮し、ディフューザを経ることで速度エネルギ（動圧）が更に圧力（静圧）に変換される。

図５は、従来の遠心圧縮機の要部を示しており、ハウジング１はインペラ２を収納するインペラ収納部３、該インペラ収納部３の周囲に形成されたスクロール４を有し、前記インペラ収納部３には前記インペラ２と同軸の吸入口５が開口しており、前記インペラ収納部３と前記スクロール４との間にはディフューザ６が形成される。

通常、該ディフューザ６には、動圧が静圧に効果的に変換される様、半径に対して所要の角度を有する静止翼７が所要の間隔で設けられる。

前記インペラ２が、モータ或はガスタービン等の駆動源によって回転されることで、空気が前記吸入口５より吸入され、前記インペラ２によって圧縮されると共に動圧が与えられる。

圧縮された空気は、前記ディフューザ６を通過することで、又前記静止翼７によって動圧が静圧に変換され、昇圧し、前記スクロール４に入流する。該スクロール４を経て図示しない吐出口より圧縮流体として吐出される。

ここで、前記インペラ２から前記スクロール４に至る流体の挙動を考察すると、前記吸入口５から吸引された空気は、前記インペラ２の回転により回転されつつ、即ち前記インペラ２によって仕事が与えられつつ、前記ディフューザ６を経て前記スクロール４へ流出する。又、吸引された空気の一部は、前記ハウジング１の前記インペラ２に臨接する部分（シュラウド８）に沿って前記ディフューザ６に流入する。

前記インペラ２が高速で回転しているのに対し、前記シュラウド８は静止しているので、該シュラウド８に沿って流れる空気は大きな圧力損失を伴い、高損失流体９の層を形成する。

該高損失流体９は、前記インペラ２から吐出される高速の圧縮空気と共に前記静止翼７部分に流入する。この為、前記高損失流体９の流れが多い場合、前記静止翼７を流れる圧縮流体に乱れを生じさせ、前記静止翼７に対する流れについて剥離現象を生じさせる。

前記ディフューザ６を通過する圧縮空気の流れが乱れ、流体の剥離現象が生じると、圧縮機の効率低下を招くという問題がある。

特開平１０−７７９９７号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、シュラウドに沿って流れる高損失流体による、ディフューザでの流れの乱れ、剥離現象を抑制して遠心圧縮機の効率を向上させるものである。

本発明は、ディフューザが静止翼を有する遠心圧縮機であって、シュラウドの壁面の延長上に前記ディフューザと分離されたリング状の空隙が形成され、該空隙に連通し、前記ディフューザに向って開口する噴出孔が設けられ、前記空隙、前記噴出孔によりディフューザバイパス流路が形成された遠心圧縮機に係るものである。

又本発明は、前記空隙は、前記ディフューザの前記シュラウド側の壁面の一部を構成し、前記シュラウドの壁面と対峙する分離プレートによって形成される遠心圧縮機に係るものである。

又本発明は、前記噴出孔は前記分離プレートに穿設され、前記静止翼の表面に隣接して開口する遠心圧縮機に係り、又前記噴出孔の少なくとも一部は前記静止翼の内部に形成され、該静止翼の表面に開口する遠心圧縮機に係るものである。

又本発明は、前記噴出孔は、少なくとも前記静止翼の一面に対して少なくとも１つ設けられる遠心圧縮機に係り、更に又前記噴出孔の開口位置は、前記静止翼を通過する流体が表面剥離を生じ易い位置である遠心圧縮機に係るものである。

本発明によれば、ディフューザが静止翼を有する遠心圧縮機であって、シュラウドの壁面の延長上に前記ディフューザと分離されたリング状の空隙が形成され、該空隙に連通し、前記ディフューザに向って開口する噴出孔が設けられ、前記空隙、前記噴出孔によりディフューザバイパス流路が形成されたので、シュラウド壁面に形成される高損失流体が本流から分離されるので本流の乱れを防止し、更にその後前記静止翼の表面に沿って噴出されるので、本流の流速の低下を補い、流量を補充するので、静止翼に対する流体剥離を防止し、遠心圧縮機の効率の向上が図れ、又遠心圧縮機の稼働範囲が拡大するという優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

先ず、図１に於いて、遠心圧縮機の一例を概略説明する。

軸箱１１に駆動軸１２、従動軸１３が回転自在に設けられ、前記駆動軸１２には駆動ギア１４が嵌着され、前記従動軸１３には従動ギア１５が嵌着され、該従動ギア１５と前記駆動ギア１４とは噛合している。前記駆動軸１２にはモータ等の駆動源（図示せず）が連結され、該駆動源によって前記駆動軸１２が回転され、該駆動軸１２の回転は前記駆動ギア１４、前記従動ギア１５により増速されて前記従動軸１３に伝達される。

該従動軸１３の一端部には、圧縮部１６が設けられる。尚、図示していないが多段に圧縮する場合は、前記従動軸１３の他端にも圧縮部が設けられ、或は複数の従動軸が設けられ、複数の従動軸の端部にそれぞれ圧縮部が設けられる。

前記圧縮部１６の基本的な構造は、図５で示された構造と同等であり、図５中で示したものと同等のものには同符号を付してあり、以下は説明を省略する。

前記従動軸１３と同心に配置したハウジング１が前記軸箱１１に取付けられる。前記従動軸１３の一端にインペラ２が嵌着され、該インペラ２は前記ハウジング１に収納される。

ディフューザ６は、シュラウド８と該シュラウド８に対向するハブ１７との間に形成される。

図２、図３により前記ディフューザ６について説明する。

前記シュラウド８の前記ディフューザ６に臨接する部分にドーナツ円板状の分離プレート１８が前記シュラウド８の壁面に対峙して設けられ、前記分離プレート１８と前記シュラウド８との間にドーナツ円板状の空隙１９が形成される。該空隙１９は、前記シュラウド８壁面の延長上にあり、前記ディフューザ６とは分離され、外周端が閉塞され、内周端に開口されている。

前記分離プレート１８の表面と前記シュラウド８の表面の一部は、連続する平坦面となっており、前記ディフューザ６に臨接するシュラウド側の壁面２２を構成している。

前記分離プレート１８の内周端部のシュラウド８側は、テーパ加工、面取加工等の加工がされ、前記空隙１９の内周開口部は中心に向って隙間が拡大する形状となっている。

前記分離プレート１８には、噴出孔２１が前記空隙１９の外周端に連通する様に穿設され、又前記噴出孔２１は静止翼７の表面７ａ，７ｂに隣接して開口し、又開孔位置は前記静止翼７の中央より外周側となっている。又、前記噴出孔２１の中心線は、外周側に向って傾斜すると共に前記表面７ａ，７ｂの接線方向に傾斜している。

前記分離プレート１８は、前記ディフューザ６とは分離した空間である空隙１９を形成し、又該空隙１９、前記噴出孔２１によって、ディフューザバイパス流路が形成される。

尚、図３では、前記噴出孔２１は前記表面７ａ，７ｂに各１つ宛設けたが、複数設けてもよく、或は表面７ａと表面７ｂで数が異なっていてもよい。又、前記表面７ａ，７ｂのいずれか一方が設けられてもよく、いずれが一方が設けられる場合は、前記静止翼７に対して流体の剥離が起り易い表面７ａに対して設けられることが好ましい（図３参照）。

前記静止翼７は、前記ハブ１７に固定してもよく、或は前記分離プレート１８と一体に形成してもよい。

前記ディフューザ６に於ける流体の作動について説明する。尚、前記インペラ２が回転により、前記吸入口５より空気が吸入され、吸入された空気に動圧、静圧のエネルギが与えられること、前記シュラウド８の壁面に沿って高損失流体９が形成されることについては上記したと同様である。

前記インペラ２によってエネルギが与えられた空気の殆ど（以下本流）は前記ディフューザ６に流入し、前記静止翼７によって昇圧される。又、空気の一部でシュラウド８の壁面に沿って形成された高損失流体９は、前記空隙１９に流入し、更に前記噴出孔２１により外周側に向って噴出する。

前記高損失流体９は、前記空隙１９に流入する。該空隙１９の内周部は間隙が拡大しているので、前記高損失流体９の前記空隙１９への分離は効果的に行われる。前記高損失流体９は本流に対して前記分離プレート１８によって本流から分離され、エネルギの低い流体となっているが、前記空隙１９へ流入した高損失流体９は、前記空隙１９で堰止められることで昇圧し、前記噴出孔２１から噴出する際の流速は増大する。増速された高損失流体９は、前記静止翼７の表面に沿って噴出される。

一方、本流は前記静止翼７によって昇圧されることで、速度が低下する。従って、遠心圧縮機が低負荷で稼働している等、流体流量が少ない状態では、前記静止翼７に対して流体の剥離が発生し易くなり、特に外周側では流体の剥離傾向が大きくなる。

増速された前記高損失流体９が、前記静止翼７の外周部から噴出されることで、本流の速度低下を抑制すると共に流量の補充がなされ、前記静止翼７に対する流体剥離が抑制される。従って、圧縮効率が向上する。特に低負荷側での圧縮効率が向上すると共に低負荷側での稼働可能な範囲が拡大する。

尚、前記噴出孔２１の開口位置については、遠心圧縮機が稼働される状態に対応させて選択すればよく、効率を上昇させたい稼働状態で、前記静止翼７に対し流体剥離が生じ易い位置が選択される。

図４は第２の実施の形態を示している。

該第２の実施の形態では、噴出孔２１の一部２１ａを静止翼７の内部に形成し、該静止翼７の表面に開口させたものである。尚、前記噴出孔２１については、開口位置が、前記静止翼７の中央より外周側となっている等、第１の実施の形態と同様である。

本発明が実施される遠心圧縮機の一例を示す概略断面図である。 本発明に係る遠心圧縮機の要部を示す部分断面図である。 図２のＡ−Ａ矢視図である。 本発明の第２の実施の形態を示す説明図である。 従来の遠心圧縮機を示す部分断面図である。

符号の説明

１ ハウジング
２ インペラ
５ 吸入口
７ 静止翼
６ ディフューザ
８ シュラウド
９ 高損失流体
１６ 圧縮部
１７ ハブ
１８ 分離プレート
１９ 空隙
２１ 噴出孔

Claims (6)

1. ディフューザが静止翼を有する遠心圧縮機であって、シュラウドの壁面の延長上に前記ディフューザと分離されたリング状の空隙が形成され、該空隙に連通し、前記ディフューザに向って開口する噴出孔が設けられ、前記空隙、前記噴出孔によりディフューザバイパス流路が形成されたことを特徴とする遠心圧縮機。
2. 前記空隙は、前記ディフューザの前記シュラウド側の壁面の一部を構成し、前記シュラウドの壁面と対峙する分離プレートによって形成される請求項１の遠心圧縮機。
3. 前記噴出孔は前記分離プレートに穿設され、前記静止翼の表面に隣接して開口する請求項２の遠心圧縮機。
4. 前記噴出孔の少なくとも一部は前記静止翼の内部に形成され、該静止翼の表面に開口する請求項１の遠心圧縮機。
5. 前記噴出孔は、少なくとも前記静止翼の一面に対して少なくとも１つ設けられる請求項１〜請求項４のいずれか１つの遠心圧縮機。
6. 前記噴出孔の開口位置は、前記静止翼を通過する流体が表面剥離を生じ易い位置である請求項１〜請求項５のいずれか１つの遠心圧縮機。

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