JP7005393B2 - ディフューザベーン及び遠心圧縮機 - Google Patents
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Description
しかしながら、ディフューザベーンで流体を減速させ過ぎると、特に小流量時にディフューザベーンで剥離が生じ易くなってしまう。その結果、遠心圧縮機における小流量側での作動範囲が小さくなってしまうという問題があった。
即ち、本発明の第一態様に係るディフューザベーンは、軸線回りに回転するインペラによって軸線方向一方側から吸い込まれて径方向外側に圧送された流体が流通するディフューザ流路に、前記軸線の周方向に間隔をあけて複数設けられるディフューザベーンであって、前記軸線方向を翼高さ方向とし、該翼高さ方向に直交する断面形状が翼型をなすとともに、径方向内側の端部である前縁から径方向外側に向かうに従って前記インペラの回転方向前方側に向かって延びて、前記径方向外側の端部である後縁に至るベーン本体を有し、前記ベーン本体における前記軸線方向一方側であるシュラウド側の端面の翼型であるシュラウド側翼形状の転向角と、前記ベーン本体における前記軸線方向他方側であるハブ側の端面の翼型であるハブ側翼形状の転向角とが互いに異なるとともに、前記ベーン本体の翼型が前記シュラウド側翼形状と前記ハブ側翼形状との間で、前記シュラウド側翼形状から前記ハブ側翼形状に向かうにしたがって一方向に捩れるように連続的に遷移する。
本態様では、ハブ側翼形状の転向角がシュラウド側翼形状の転向角より小さいため、ハブ側の流れの減速を緩めることができる。即ち、ハブ側の流れの過減速を抑制することができるため、当該流れの剥離を回避できる。そのため、特に流量が小さくなった場合であっても、ディフューザベーンの形成範囲内で剥離が生じることを抑制できる。
を備える。
図1に示すように、遠心圧縮機100は、軸線回りに回転する回転軸1と、この回転軸1の周囲を覆うことで流路2を形成するケーシング3と、回転軸1に設けられた複数のインペラ4と、ケーシング3内に設けられたリターンベーン50及びディフューザベーン60と、を備えている。
1段目のインペラ4では、吸込流路21は上記の吸気口7と直接接続されている。この吸込流路21によって、外部の空気が流路2上の各流路に作動流体Gとして取り込まれる。より具体的には、この吸込流路21は、上流側から下流側に向かうにしたがって、軸線O方向から径方向外側に向かって次第に湾曲している。
ディフューザベーン60の径方向内側の端部は、該ディフューザベーン60の翼型の前縁61とされている。ディフューザベーン60の径方向外側の端部は後縁62とされている。即ち、ディフューザベーン60は、前縁61から後縁62に向かうに従って、径方向外側かつインペラ4の回転方向R前方側に向かって延びている。
軸線O方向から見た軸線O方向視で、シュラウド側翼形状Sの前縁61sとハブ側翼形状Hの前縁61hとは、軸線Oを中心とした同一の第一仮想円C1上に位置している。ハブ側翼形状Hの前縁61hはシュラウド側翼形状Sの前縁61sよりもインペラ4の回転方向R後方側に位置している。
シュラウド側翼形状Sの前縁61sとハブ側翼形状Hの前縁61hとの距離は、シュラウド側形状Sの後縁62sとハブ側翼形状Hの後縁62hとの距離と同一であることが好ましい。即ち、前縁61h,61s及び後縁62h,62bのそれぞれの周方向へのシフト量は、同一であることが好ましい。
また、シュラウド側翼形状Sからハブ側翼形状Hへの遷移は、翼型のコード長の中央付近を通る中心線回りに捩じれるようになされている。
図7に示すように、ハブ側翼形状Hの後縁羽根角βhは、シュラウド側翼形状Sの後縁羽根角βsよりも小さい。後縁羽根角とは、第二仮想円C2における後縁62が位置する点での接線L2と、翼型の中心線の後縁62での接線P2とがなす鋭角である。
上記構成のディフューザベーン60を備えた遠心圧縮機100によれば、ハブ側翼形状Hとシュラウド側翼形状Sとの転向角が異なるため、いずれか一方の転向角が他方の転向角よりも小さくなる。転向角が小さくなることで作動流体Gを減速させながらも剥離の発生を抑制することができる。そのため、ディフューザ流路23を流れる流体の速度分布に応じてハブ側翼形状Hとシュラウド側翼形状Sとを互いに異なるものとすることによって、ディフューザベーン60全体としての剥離の発生を抑制することができる。
第二実施形態のディフューザベーン160では、第一実施形態において図4で示した三次元翼型部60Bがシュラウド側に位置しており、二次元翼型部60Aがハブ側に位置している。三次元翼型部60Bの翼高さ方向の範囲は、シュラウド側壁面23aを基準として翼高さの50%以下、10%以上、好ましくは30%以上の領域とされている。
2 流路
3 ケーシング
4 インペラ
5 ジャーナル軸受
6 スラスト軸受
7 吸気口
8 排気口
21 吸込流路
22 圧縮流路
23 ディフューザ流路
23a シュラウド側壁面
23b ハブ側壁面
24 リターンベンド部
25 案内流路
30 リターン流路
41 ディスク
42 ブレード
43 カバー
50 リターンベーン
60 ディフューザベーン
61 前縁
61h 前縁
61s 前縁
62 後縁
62h 後縁
62s 後縁
63 圧力面
64 負圧面
60A 二次元翼型部
60B 三次元翼型部
67 シュラウド側端面
68 ハブ側端面
100 遠心圧縮機
160 ディフューザベーン
161h 前縁
161s 前縁
162h 後縁
162s 後縁
260 ディフューザベーン
R 回転方向
G 作動流体
S シュラウド側翼形状
H ハブ側翼形状
C1 第一仮想円
L1 接線
P1 接線
C2 第二仮想円
L2 接線
P1 接線
αs シュラウド側翼形状の前縁羽根角
αh ハブ側翼形状の前縁羽根角
βs シュラウド側翼形状の後縁羽根角
βh ハブ側翼形状の後縁羽根角
Claims (7)
- 軸線回りに回転するインペラによって軸線方向一方側から吸い込まれて径方向外側に圧送された流体が流通するディフューザ流路に、前記軸線の周方向に間隔をあけて複数設けられるディフューザベーンであって、
前記軸線方向を翼高さ方向とし、該翼高さ方向に直交する断面形状が翼型をなすとともに、径方向内側の端部である前縁から径方向外側に向かうに従って前記インペラの回転方向前方側に向かって延びて、前記径方向外側の端部である後縁に至るベーン本体を有し、
前記ベーン本体における前記軸線方向一方側であるシュラウド側の端面の翼型であるシュラウド側翼形状の転向角と、前記ベーン本体における前記軸線方向他方側であるハブ側の端面の翼型であるハブ側翼形状の転向角とが互いに異なるとともに、前記ベーン本体の翼型が前記シュラウド側翼形状と前記ハブ側翼形状との間で、前記シュラウド側翼形状から前記ハブ側翼形状に向かうにしたがって一方向に捩れるように連続的に遷移するディフューザベーン。 - 前記ハブ側翼形状の転向角が、前記シュラウド側翼形状の転向角よりも小さい請求項1に記載のディフューザベーン。
- 前記ハブ側翼形状のコード長が、前記シュラウド側翼形状のコード長よりも大きい請求項2に記載のディフューザベーン。
- 前記ハブ側翼形状の前縁羽根角が、前記シュラウド側翼形状の前縁羽根角よりも小さい請求項2又は3に記載のディフューザベーン。
- 前記軸線方向から見た軸線方向視にて、
前記ハブ側翼形状の前縁と前記シュラウド側翼形状の前縁とは、前記軸線を中心とする同一の第一仮想円上に位置しており、前記ハブ側翼形状の前縁は前記シュラウド側翼形状の前縁よりも前記インペラの回転方向後方側に位置しており、
前記ハブ側翼形状の後縁と前記シュラウド側翼形状の後縁とは、前記軸線を中心とする同一の第二仮想円上に位置しており、前記ハブ側翼形状の後縁は前記シュラウド側翼形状の後縁よりも前記インペラの回転方向前方側に位置している請求項2から4のいずれか一項に記載のディフューザベーン。 - 前記ベーン本体は、
前記シュラウド側の端面からから前記ハブ側に向かって前記シュラウド側翼形状を維持しながら延びる二次元翼型部と、
該二次元翼型部のハブ側に接続されて、前記ハブ側の端面まで翼型が変化するように連続して延びることで前記ハブ側翼形状に遷移する三次元翼型部と、
を有し、
前記三次元翼型部は、前記ベーン本体の翼高さの50%以下の範囲にわたっている請求項2から5のいずれか一項に記載のディフューザベーン。 - 前記インペラと、
該インペラを収容するケーシングであって、前記インペラの出口から径方向外側に向かって延びる前記ディフューザ流路、及び、該ディフューザ流路の径方向外側の端部に接続されて径方向内側に向かって転向するリターン流路を有するケーシングと、
請求項1から6のいずれか一項に記載のディフューザベーンと、
を備える遠心圧縮機。
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