JPH03264796A - 斜流圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、斜流圧縮機に係り、特に性能向上。

小形化に好適な斜流圧縮機に関する。

〔従来の技術〕

従来、斜流圧縮機においては、プロシーデングス　オブ
　ザ　シックスス　ターボマシーナリーシンポジウム（
１９７７年１０月）、第６１頁から第６２頁（Ｐｒｏｃ
ｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＳｉｘｔｈＴｕｒｂｏ
ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ）に論じられ
ているように、斜流ディフューザ（ディフューザが子午
面において流出方向が半径方向から傾いているもの）は
流路に案内羽根を備えておらず、又、例え備えていても
（実公昭５６−３８２４０号）小板側に設けられていた
。更に、ディフューザを半径方向（回転軸に対して直角
の方向）に向けたものも知られているが（日本機械学会
誌、昭和６２年３月号の第１６頁から第２０頁）、案内
羽根を備えたものはない。

〔発明が解決しようとする課題〕

一般に、次式で示す比速度ｎｓが高くなると、羽根車入
口先端径と出口先端径との比が大きくなり、遠心羽根車
を用いた場合には曲率が大きくなるので羽根車性能が低
下する。更に１曲率の増加・により羽根車内の２次流れ
が強くなり、羽根車出口の流れは小板側に片寄り下流の
ディフューザ性能の低下を招く。

ｎ　ｓ　＝　Ｎ−ＪＣ／　Ｈ’ａ°；５ここで、Ｎ：回
転数（ｒｐ＋ｍ）　ｔ　Ｑ　：気体の体積流量（ｒｎ’
／ｗｉｎ）　、　Ｈａｄ：断熱ヘッド（ｍ）これを回避
するために、一般には羽根車出口を半径方向から傾けた
斜流羽根車が用いられる。斜流羽根車では子午面流路の
曲率が小さくなるので羽根車出口、すなわちディフュー
ザ入口において流れは幅方向にほぼ一様となり、前述の
小板側に片寄った流れは防止できるという効果はあるも
のの、旋回酸分をもった流れが斜流ディフューザに流入
すると、流路に垂直方向の曲率のため、ディフューザの
中間部から出口部までの区間では流れは側板側に片寄っ
てしまう。極端な場合には、小板側で逆流が発生しディ
フューザ損失が大幅し：増加する。又、このような羽根
なしディフューザを用いた斜流圧縮機では軸方向の長さ
が長くなるので圧縮機が大形化し、流路における摩擦損
失も増加する。

更に回転軸も長くなるので軸系の危険速度が低下する。

そこでこれらの問題を解決する目的で、ディフューザの
小板側に子午面流路幅の１０％〜５０％の高さの案内羽
根を設けるものであるがその効果は不十分であり、依然
として、小形化に対する問題、摩擦損失の増加、危険速
度の低下などに関する問題が解決されていない。

本発明の目的は上述の問題点を解決し、小形でかつ高性
能な斜流圧縮機を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、斜流羽根車の出口、すなわちディフューザ
をその入口部近傍において半径方向に曲げ、その側板側
流路表面の曲がり部に入口及び出口の羽根角が羽根車出
口の設計平均流れ角にほぼ等しい部分高さの案内羽根を
円形翼列状に設けることにより、達成される。

また、上記目的は、ディフューザ流路を羽根車出口直後
で半径方向に折り曲げ、側板側流路表面に入口直後から
入口及び出口の羽根角が羽根車出口の設計平均流れ角に
ほぼ等しい部分高さの案内羽根を円形翼列状に設けるこ
とにより、達成される。

〔作用〕

斜流羽根車出口近傍で半径方向に曲げた側板側のディフ
ューザ板流路表面の曲がり部に部分高さの案内羽根を設
け、入口角度と出口角度を羽根車出口の設計点の平均流
れ角に等しくしたので、斜流羽根車出口の側板側の流れ
は案内羽根にほぼ無衝突で流入する。そして、案内羽根
に流入した流体は案内羽根により強制的に導かれるので
、側板側壁面から剥離することなく流れ、案内羽根出口
部に到る。案内羽根出口つまり曲がり終り部では羽根角
度は設計点の平均流れ角に等しいので、案内羽根により
導かれた流体の流れ角は案内羽根のない部分の流れ角と
等しくなる。また、曲がり終り部では子午面流路の曲率
は小さいので子午流速も幅方向にほぼ一様になり、結局
、流れは幅方向に一様化される。

また、羽根車出口直後で半径方向に折り曲げた側板側の
ディフューザ板流路表面に部分高さの案内羽根を設け、
入口角度と出口角度を羽根車出口の平均流れ角に等しく
したので、斜流羽根車出口の側板側の流体は案内羽根に
ほぼ無衝突で流入する。そして、案内羽根に流入した流
体は案内羽根により強制的に導かれるので、側板側壁面
から剥離すること無く流れ、案内羽根出口部に到る。案
内羽根出口部では羽根角度は設計点の平均流れ角に等し
いので、案内羽根により導かれた流体の流れ角は案内羽
根のない部分の流れ角と等しくなる。

また、案内羽根出口部では子午面流路の曲率は小さいの
で子午面流速も幅方向にほぼ一様になり、結局、流れは
幅方向に一様化される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面によって説明する。

第１図は斜流圧縮機の一実施例の縦断面図、第２図は第
↓図のＣ−Ｃに沿う断面図で、子午面流路において曲率
の小さい斜流羽根車１は、回転軸２にナツト３によって
固定されている。前記羽根車１の外方には羽根車１の出
口近傍において曲率を有する一対のディフューザ板４，
５が設けられ、このディフューザ板４，５が羽根車１の
出口の近傍において曲率を有する流路すなわちディフュ
ーザ６を形成している。一方のディフューザ板４は一般
に呼称されるところの側板側に位置し、他方、ディフュ
ーザ板５は６板側に位置しており、ディフューザ板４の
流路表面にはその曲がり部に円形翼列状に配置した案内
羽根７が設けられる。この案内羽根７は流路の幅方向に
部分的に設けられ、その高さは流路幅の２０％から５０
％の範囲にすることか好ましく、かつ入口羽根角度αｌ
と出口羽根角度α２は斜流羽根車１の出口の設計点の平
均流れ角（設計流量点において羽根車出口の絶対速度が
接線（周）方向となす角度の平均値）に等しくなってい
る。案内羽根の高さを２０％から５０％の範囲にする理
由は、高さが２０％以下では曲がり部での逆流防止作用
がなくなるし、５０％以上（例えば、流路幅と同し）で
は、設計点以外の流量点で入射損失（流れ角と羽根角度
との差により生ずる損失）が増加し、圧縮機の性能向上
を妨げるためである。

また、案内羽根７に最小入口半径ｒａは、羽根車１の出
口最大半径ｒ、よりも大きくなっている。

ケーシング８は、前記ディフューザ板４，５０半径方向
外方に設けられ、吐出流路９を形成する。

又、ディフューザ板４の気体吸込側には、吸込管１０を
固定している。

次に、上記構成による斜流圧縮機によって気体を圧縮し
た場合の作用について説明する。

気体は吸込管１０を通って羽根車１に吸込まれ、昇圧さ
れた後羽根車ｌから吐出されディフューザ６に入る。デ
ィフューザ６内で流れは減速されケーシング８に入る。

一般に、斜流羽根車１の子午面流路の曲率は小さいから
羽根車出口の流れは幅方向にほぼ一様になる。従って、
設計点における羽根車出口のディフューザ板４側の流体
の流れ角は幅方向の平均流れ角とほぼ等しくなり、ディ
フューザ板４側の流体は案内羽根７にほぼ無衝突で流入
する。流入した流体は、案内羽根７により強制的に導か
れるのでディフューザ板４の壁面から剥離することなく
流れ、案内羽根７の出口部に到る。案内羽根７の出口部
即ち曲がりの終わり部では子午面流路の曲率は小さいた
めに、流れは案内羽根７（高さはディフューザ６の流路
幅の４０％）によって強制的に導かれ第３図に示すよう
に、幅方向にほぼ一様になる。

第４図は、本実施例による具体的な効果を示した図であ
り、従来の半径方向移行形羽根なしディフューザを用い
た斜流圧縮機と本実施例による斜流圧縮機の断熱効率比
を示すものである。曲線Ｆが従来の斜流圧縮機の各吸込
流量時における断熱効率比、曲線Ｅが本実施例による斜
流圧縮機の各吸込流量時における断熱効率比である。基
準値は本実施例による斜流圧縮機の断熱効率の最高値を
１．０　　とした。図から明らかなように、従来の羽根
なしディフューザを備える斜流圧縮機に比較して断熱効
率比が大幅に改善される。

このように、本実施例によればディフューザ曲がり部で
の流れの剥離を防止できるので、曲がり部の損失が大幅
に減少するとともに、案内羽根出口部における流れが幅
方向に一様化されるので、案内羽根出口部以降のディフ
ューザ性能が大幅に向上する。さらに、ディフューザの
子午面流路を半径方向に曲げているので、従来の斜流デ
ィフューザに比べて流路長さも短くなり、摩擦損失も減
少する。その結果、斜流圧縮機の性能を従来より大幅に
向上し、更に圧縮機の回転軸を短くできるので軸系の危
険速度を上げられるという効果もある。

第５図は第１図の実施例の圧縮機の組立説明図である。

まず、斜流羽根車１を矢印Ａで示すように軸方向に移動
して回転軸２にはめこみ、次にナツト３により羽根車１
を回転軸２に固定する。そして、案内羽根７を取付けた
ディフューザ板４と一体であるケーシング８を矢印Ｂで
示すように軸方向に移動し、回転軸２と軸受を介して結
合されているディフューザ板５のはめ合い部１２に組み
込む。本実施例では、案内羽根７の入口最小半径を羽根
車１の出口最大半径よりも大きくしたので。

圧縮機の組み立てが容易になるという効果もある。

第６図は他の実施例の縦断面図である。この実施例では
、ディフューザ６は第１図と同様、子午面で曲率のある
一対のディフューザ板４，５と、ディフューザ板４の流
路表面上の曲がり部に円形翼列状に設けられた案内羽根
７により構成される。

案内羽根７の入口角度と出口角度は羽根車出口の設計点
平均流れ角にほぼ等しい。また、案内羽根７の高さは第
１図の場合と同じ理由から流路幅の２０％から５０％の
範囲である。そして、案内羽根７の入口半径ｒａは、羽
根車１の出口最大半径ｒ、よりも大きく幅方向に一定に
なっている。

この斜流圧縮機においても、第１図の場合と同様、斜流
羽根車１の出口のディフューザ板４側の流体は、案内羽
根７により剥離することなく導かれ、曲がり部出口に到
り１曲がり部出口では流れは幅方向にほぼ一様化される
。従って、第１図の場合と同様、ディフューザ６の性能
は大幅に向上する。さらに、ディフューザ６の子午面流
路を半径方向に曲げているので、圧縮機の軸方向長さは
短くなる。従って、やはりこの実施例でも斜流圧縮機の
小形化が可能であるとともに、軸系の危険速度を上げる
ことも可能である。

さらに、案内羽根７の入口半径を羽根車１の出口最大半
径よりも大きくし幅方向に一定にしたので、圧縮機の組
み立てが容易になるとともに、第１図の場合よりもディ
フューザの製作が簡単になるという効果もある。

第７図は他の実施例の縦断面図で、第８図は第７図のＣ
−Ｃ線に沿う断面図である。この実施例では、ディフュ
ーザ６は第１図と同様、子午面で曲率のある一対のディ
フューザ板４，５と、ディフューザ板４の流路表面上に
円形翼列状に設けられた案内羽根１１により構成される
。案内羽根１１はディフューザ板４の流路表面の曲がり
部だけでなく、下流の平行部にも設けられて、入口角度
と出口角度は羽根車１の出口の設計点平均流れ角にほぼ
等しい。また、案内羽根上１の高さは第１図の場合と同
じ理由から流路幅の２０％から５０％の範囲にある。案
内羽根１１の入口半径ｒａは、羽根車１の出口最大半径
ｒｂよりも大きく幅方向に一定になっている。

この斜流圧縮機においても、第１図の場合と同様、斜流
羽根車１の出口のディフューザ板４側の流体は、案内羽
根↓（により剥離することなく導かれ、曲がり部出口に
到る。曲がり部出口では流れは幅方向にほぼ一様化され
るが１曲がり部下流の平行部では案内羽根１１がない場
合、入口流れの歪が下流に向かって拡大する傾向がある
。従って、この平行部まで案内羽根１１を延長して設け
ることにより平行部の流れを一様に保つことができるの
で、第１図の場合よりディフューザ性能つまり斜流圧縮
機の性能が向上する。

なお、この実施例ではディフューザ６の子午面流路が半
径方向に曲げられているので、圧縮機の軸方向長さは短
くなる。従って、やはりこの実施例でも斜流圧縮機の小
形化が可能であるとともに、軸系の危険速度を上げるこ
とも可能である。

さらに、第６図と同様、案内羽根１１の入口半径を羽根
重工の出口最大半径よりも大きくし幅方向に一定にした
ので、この実施例では圧縮機の組み立てが容易になると
ともに、第１図の場合よりもディフューザの製作が簡単
になるという効果もある。

第９図は他の実施例の縦断面図である。この実施例では
、ディフューザ６は、子午面で曲率のあるディフューザ
板５、入口直後から半径方向に折り曲げられたディフュ
ーザ板４とディフューザ板４の流路表面上に円形翼列状
に設けられた案内羽根１１により構成される。案内羽根
１１はディフューザ６の入口から出口の区間に設けられ
、入口角度と出口角度は羽根車出口の設計点平均流れ角
にほぼ等しい。また、案内羽根１１の高さは第１図の場
合と同じ理由から流路幅の２０％から５０％の範囲にあ
る。そして、案内羽根１１の入口半径ｒａは１羽根車１
の出口最大半径ｒｂよりも大きく幅方向に一定になって
いる。

この斜流圧縮機においても、第１図の場合と同様、斜流
羽根車１の出口のディフューザ板４例の流体は、案内羽
根１１により剥離することなく導かれるので、ディフュ
ーザ内の流れは幅方向にほぼ一様に保たれる。従って、
ディフューザ６の性能は大幅に向上する。さらに、ディ
フューザ６の子午面流路を入口直後から半径方向に折り
曲げているので、圧縮機の軸方向長さは第１図の場合よ
り更に短くなる。従って、この実施例では更に斜流圧縮
機を小形化することや軸系の危険速度を上げることが可
能となる。

さらに、案内羽根１１の入口半径を羽根車１の出口最大
半径よりも大きくし幅方向に一定にしたので、圧縮機の
組み立てが容易になるとともに、第１図の場合よりもデ
ィフューザの製作が簡単になるという効果もある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ディフューザ内の流れを一様に保つこ
とができるので、斜流圧縮機の性能を大幅に向上できる
ばかりでなく、軸方向長さも短くできるので斜流圧縮機
の小形化が図れるという効果がある。さらに、圧縮機の
製作や組み立てが容易になるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の縦断面図、第２図は第１図
のＣ−Ｃ線に沿う断面図、第３図は第１図のディフュー
ザ曲がり終り部の幅方向の子午面速度分布図、第４図は
、第工図の実施例による斜流圧縮機と従来の斜流圧縮機
の断熱効率比の比較図、第５図は第１図の圧縮機の組立
説明図、第６図は本発明の他の実施例の縦断面図、第７
図は本発明による他の実施例の縦断面図、第８図は第７
図のＣ−Ｃ線に沿う断面図、第９図は本発明による他の
実施例の縦断面図である。 １ ・・斜流羽根車。 回転軸、 ４゜ デイツユ ーザ板、 ディフューザ、 ７゜ １１・・・案内羽根、 ケーシング、 １０・・吸込管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、羽根車の子午面における流出方向が半径方向から傾
   いた斜流羽根車と、この斜流羽根車の下流に設けられた
   一対のディフューザ板を有し、流路が入口部で前記斜流
   羽根車の流出方向と一致し、出口部で半径方向を向いた
   ディフューザを備える斜流圧縮機において、ディフュー
   ザ流路を前記斜流羽根車の出口近傍で半径方向に曲げ、
   側板側ディフューザ板の流路表面の曲がり部に最小入口
   半径が前記斜流羽根車出口最大半径より大きい部分高さ
   の案内羽根を円形翼列状に配置することを特徴とする斜
   流圧縮機。 ２、請求項１記載のものにおいて、案内羽根の入口角度
   と出口角度は斜流羽根車の出口の設計点平均流れ角に等
   しいことを特徴とする斜流圧縮機。 ３、請求項１もしくは２記載のものにおいて、案内羽根
   の高さを流路幅の２０％から５０％の範囲に設けること
   を特徴とする斜流圧縮機。 ４、請求項１、２もしくは３記載のものにおいて、案内
   羽根の入口半径を一定にしたことを特徴とする斜流圧縮
   機。 ５、羽根車の子午面における流出方向が半径方向から傾
   いた斜流羽根車と、この斜流羽根車の下流に設けられた
   一対のディフューザ板を有し、流路が入口部で前記斜流
   羽根車の流出方向と一致し、出口部で半径方向を向いた
   ディフューザを備える斜流圧縮機において、ディフュー
   ザ流路を前記斜流羽根車の出口近傍で半径方向に曲げ、
   側板側ディフューザ板の流路表面全体に最小入口半径が
   前記斜流羽根車の出口最大半径より大きい部分高さの案
   内羽根を円形翼列状に配置することを特徴とする斜流圧
   縮機。 ６、請求項５記載のものにおいて、案内羽根の入口角度
   と出口角度は斜流羽根車の出口の設計点平均流れ角に等
   しいことを特徴とする斜流圧縮機。 ７、請求項５もしくは６記載のものにおいて、案内羽根
   の高さを流路幅の２０％から５０％の範囲に設けること
   を特徴とする斜流圧縮機。 ８、請求項５、６もしくは７記載のものにおいて、案内
   羽根の入口半径を一定にしたことを特徴とする斜流圧縮
   機。 ９、羽根車の子午面における流出方向が半径方向から傾
   いた斜流羽根車と、この斜流羽根車の下流に設けられた
   一対のディフューザ板を有し、側板側ディフューザ板が
   入口直後で半径方向を向いたディフューザを備える斜流
   圧縮機において、側板側ディフューザ板の流路表面全体
   に最小入口半径が前記斜流羽根車の出口最大半径より大
   きい部分高さの案内羽根を円形翼列状に配置することを
   特徴とする斜流圧縮機。 １０、請求項９記載のものにおいて、案内羽根の入口角
   度と出口角度は斜流羽根車の出口の設計点平均流れ角に
   等しいことを特徴とする斜流圧縮機。 １１、請求項９もしくは１０記載のものにおいて、案内
   羽根の高さを流路幅の２０％から５０％の範囲に設ける
   ことを特徴とする斜流圧縮機。 １２、請求項９、１０もしくは１１記載のものにおいて
   、案内羽根の入口半径を一定にしたことを特徴とする斜
   流圧縮機。