JPH04334798A - 遠心形流体機械のディフューザ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は遠心圧縮機や遠心ブロワ
などの遠心形流体機械の性能向上と騒音低減に関する。

【０００２】

【従来の技術】遠心形流体機械の一例として遠心圧縮機
の断面形状を図１１に示す。流れは吸込ケーシング７よ
り流入し、羽根車１で昇圧された後ディフューザに流入
し、吐出ケーシング６を経て吐出配管へ導かれる。羽根
車の下流（外周）に設置されるディフューザには大きく
分けて、羽根の無い羽根なしディフューザと同図中に示
されるような羽根を備えた羽根付きディフューザ２があ
る。一般に羽根付きディフューザは羽根なしディフュー
ザにくらべて作動運転範囲は狭いが、最高効率が高く、
効率が重視される場合は羽根付きディフューザが用いら
れることが多い。

【０００３】しかし、従来形の羽根付きディフューザは
図１２に示されるように、羽根の前縁半径は周方向に一
定で、また前縁半径ｒｉ　と羽根車外半径Ｒの比、ｒｉ
　／Ｒは１．１　前後であり、羽根前縁２ａは羽根車出
口に近接している。

【０００４】一方、羽根車を出た流れは図１３に示され
るように、流路内の流れ分布、即ち、ジェットとウェー
クの影響や、羽根車の羽根後縁の羽根厚さによる影響の
ために、羽根車出口直後では周方向に非一様な分布とな
っている。このような非一様流れ分布は、下流に進むに
つれて一様化されるが、図１２のように羽根前縁が羽根
車出口に近接している場合、流れは充分に一様化される
前に羽根付きディフューザ部に流入する。

【０００５】従って、従来形羽根付きディフューザでは
、羽根車を出た直後の高速で、非一様な流れが羽根付き
ディフューザに衝突・流入し、しかも、ある瞬間に羽根
車の各流路から流出した流れは同時にディフューザの羽
根前縁に達して音を発生するので、羽根車の羽根数Ｚと
回転周波数ｎの積、ｎ・Ｚ（Ｈｚ）の周波数の騒音が支
配的な流体騒音が大きくなる。

【０００６】特開昭５１−９１００６　号公報では羽根
付きディフューザに相当するボリュート壁の前縁を斜め
に削り、流路高さ方向に前縁の半径を変えるスキュー形
状を採用している。このようにすることにより、羽根車
の各流路を流出した非一様分布の流れが同時にボリュー
ト壁の前縁に衝突・流入しないようにして、ｎ・Ｚ（Ｈ
ｚ）の周波数成分の騒音の低減を図っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】流体機械の騒音は機械
騒音と流体騒音に分けられ、さらに流体騒音は広帯域周
波数騒音（乱流騒音）と離散周波数騒音に分類される。 従来技術で問題となるのはこの離散周波数騒音である。

【０００８】図１２の従来例ではｎ・Ｚ（Ｈｚ）の周波
数成分が支配的な流体騒音が大きくなるが、この場合で
も、例えば、前縁半径ｒｉ　を大きく設計すれば、羽根
車１を出た流れは羽根前縁２ａに達するまでに周方向に
一様化され、また流れもその間に減速して運動エネルギ
も小さくなるので、ｎ・Ｚ（Ｈｚ）の周波数成分の騒音
レベルは低くなる。ちなみに文献によれば、ｒｉ　／Ｒ
＝１．２　付近で周方向分布はほぼ一様化すると報告さ
れている。

【０００９】しかし、単にディフューザの前縁半径を大
きくすると、ディフューザ入口部分における羽根付きデ
ィフューザによる流れの減速効果がないので、前縁半径
が小さい場合にくらべて効率が低下する。また、前縁半
径を大きくした場合、ディフューザの出入り口半径比を
同じにするとディフューザ外径が大きくなり、圧縮機が
大形化する欠点もある。

【００１０】また特開昭５１−９１００６　号公報のス
キュー形状では上記のようにｎ・Ｚ（Ｈｚ）の周波数成
分の騒音レベル低減の効果はあるが、その効果を顕著に
するためにはスキュー形状の部分を長くとる必要がある
。しかし、スキュー形状部を長くするには次の二つの問
題がある。

【００１１】一つはスキュー形状の場合、前縁における
羽根角度と流れ角の差、即ち迎角が局所的に大きくなる
ので剥離やより強い二次流れの発生などによる乱流騒音
が大きくなることである。例えば、図１４，図１５に示
すようなスキュー形状の羽根の場合について、ディフュ
ーザ壁５ａに近い点Ａ，流路中間点Ｂ，ディフューザ壁
５ｂに近い点Ｃの流れを考えてみる。図１５の破線１０
は羽根車を出た時間平均流れの方向を示しており、ほぼ
、対数螺旋の軌跡となる。この流れに対してＡ点で迎角
が０度になるように羽根２を設計すると、図より明らか
なようにＢ，Ｃ点では迎角が大きくなる。

【００１２】もう一つの問題はディフューザの羽根によ
る流れの減速効果が小さくなり、また上記剥離などによ
り損失が増えるため、効率が低下することである。

【００１３】本発明の目的は性能（効率）をあまり犠牲
にしないので、このようなｎ・Ｚ（Ｈｚ）の周波数成分
による離散周波数騒音を低減し、圧縮機全体の騒音を小
さくすることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的は羽根付きディ
フューザの羽根平均前縁半径を周方向に変化させること
によって達成される。羽根前縁半径が流路高さ方向に変
化するスキュー形状の羽根付きディフューザは、そのス
キュー形状部分の羽根キャンバー線を対数螺旋形状とす
ることにより、更に効果的にこの目的を達成することが
できる。

【００１５】

【作用】本発明では羽根前縁の平均半径を周方向にかえ
たので、羽根車の各羽根間から流出した流れが、同時に
羽根付きディフューザの羽根前縁に衝突・流入しない。 つまり、ある瞬間Ｚ個の羽根間から流出した流れは、そ
れらの流れがディフューザの羽根前縁に到達するまでの
時間が変わるので、音の発生に時間差が生じ、ｎ・Ｚ（
Ｈｚ）の周波数成分による離散周波数騒音を低減する。

【００１６】このスキュー形状の羽根付きディフューザ
では羽根の高さ方向に羽根前縁半径が変化し、それによ
り音の発生に時間差を生じさせているが、前述のように
、ｎ・Ｚ（Ｈｚ）の周波数成分による騒音が低減しても
、スキュー形状部を長くすると乱流騒音の増加や効率低
下により、ディフューザに羽根をもうける意味がなくな
る。

【００１７】これに対して本発明では前縁半径の大きく
なる部分では、羽根による減速効果がやや小さくなるが
、各々の羽根の平均前縁半径に応じたディフューザの羽
根の設計をすれば、損失も小さくすることができる。 これらのことから、スキュー形状部を長くしないので、
本発明のように各々の羽根前縁の平均半径を周方向に変
えれば、さらにｎ・Ｚ（Ｈｚ）の周波数成分による騒音
の低減効果は高められる。

【００１８】また、スキュー形状部を対数螺旋形状とす
ることにより、その部分の損失を低減でき、この騒音低
減の効果が達成される。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１はデ
ィフューザの羽根２の形状とその周方向の配置を表わし
ている。この図では羽根車１を省略しているが、羽根車
１から流出した流れ４はディフューザの羽根２の間を内
側から外側に向かって流れる。各ディフューザの羽根２
の前縁２ａは、その半径が羽根高さ方向に変化するスキ
ュー形状で、その平均半径は図中ｒｉ，１〜ｒｉ，４で
示されるように、周方向に変化している。

【００２０】図２は図１の前縁半径ｒｉ　について全周
上の分布を示したもので、この例ではｒｉ，１　は、ほ
ぼ、従来形の前縁半径に相当し、その位置からｒｉ　は
徐々に大きくなり、ｒｉ，４　で最大となり、次は逆に
小さくなりｒｉ，１　に戻る。図２ではまた各羽根の前
縁の周方向位置は周方向に等分ではなく、羽根の短いと
ころ、即ちｒｉの大きいところは密に、長いところでは
粗になるように配置した。全体としてはこのような前縁
位置の変化を周方向に三回繰り返しているが、各々の周
方向位置は厳密には周期性を持たない方がよい。

【００２１】本発明はある瞬間に羽根車を出た流れが同
時にディフューザの羽根前縁２ａに到達し、そして同時
に音を発生することを防止しようとしているので、その
タイミングをすこし変えることで、さらにｎ・Ｚ（Ｈｚ
）の周波数成分による騒音の低減効果は高められる。

【００２２】図３は図２と同様に前縁の周方向分布を示
したもので、図２のｒｉ，１〜ｒｉ，４がほぼ等間隔で
あるのに対して、この例ではその間隔を不等間隔にした
例である。

【００２３】図４は図２と同様に前縁の周方向分布を示
したものであるが、周方向，半径方向ともにランダムに
配置した例で、さらにｎ・Ｚ（Ｈｚ）の周波数成分によ
る騒音の低減効果は高めことを狙っている。

【００２４】このようにランダムに配置した場合、流体
の密度が大きい場合は流体力による半径方向のスラスト
が問題になることも考えられる。このような場合は図５
のように、周期的あるいは軸対称の分布にすべきであろ
う。

【００２５】図１から図２で示した前縁形状および位置
を、子午面形状で比較したのが図６である。ディフュー
ザの羽根前縁２ａのスキュー形状は各羽根とも同じで、
平均前縁半径のみをかえている。なお、この例では羽根
２の後縁２ｂの半径は一定としている。図１ないし図５
に示した実施例では、ある瞬間に羽根車から流出した流
れはディフューザの羽根前縁２ａに達するまでの時間に
、前縁半径の差による時間差を生じる。また各々の羽根
についてはスキュー形状の効果により、ある瞬間に羽根
車から流出した流れはディフューザ前縁２ａの最も内側
から徐々に外側に達するが、その到達時間は連続的に変
化する。

【００２６】このように、前縁半径の差による流れの到
達時間差と、スキュー形状による羽根高さ方向の流れの
到達時間差により、羽根車を出た流れが同時にディフュ
ーザの羽根前縁２ａに達するのを防止している。また半
径がｒｉ，１　の羽根にくらべて、ｒｉ，２〜ｒｉ，４
の羽根は前縁半径が大きいので、全ての羽根の前縁半径
がｒｉ，１の場合にくらべて騒音の発生エネルギが小さ
くなる。

【００２７】これらの結果、羽根車を出た流れが羽根付
きディフューザに流入する際のｎ・Ｚ（Ｈｚ）の周波数
成分による離散周波数騒音は低減し、圧縮機の騒音を小
さくすることができる。尚、ディフューザ前縁２ａの平
均半径が大きい部分では、半径一定の従来形にくらべて
減速効果が若干低下するが、各々の羽根の平均前縁半径
位置の流れにマッチングするように羽根入口角を設計す
れば損失は小さく、従って効率低下も小さい。

【００２８】図７は図６と同様であるが、スキュー形状
部があまり長くならない範囲で、スキュー形状、即ち前
縁の傾斜角を変えることによって、平均前縁半径を変え
たもので、上述の例と同じ効果が得られる。

【００２９】図８は単に前縁半径のみを周方向に変えた
もので、音の低減効果は上述の例にくらべてやや小さい
が、羽根２の加工が簡単である。

【００３０】図９は羽根付きディフューザの羽根後縁の
半径も周方向に変化させたもので、図６の例よりも羽根
による流れの減速効果がより大きくなることが期待でき
る。ただし、ディフューザ出口径が大きくなるのでその
部分の寸法に余裕のある場合に使用すべきである。

【００３１】図１０はスキュー形状の前縁部２ａのキャ
ンバー線を対数螺旋形状にした例で、羽根車から出た流
れ１０はほぼ対数螺旋の軌跡を描いてディフューザへ流
入するので、スキュー形状の前縁部２ａでは図１５に見
られるような局所的な迎角の増大はなく、この部分の損
失もより小さくなる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、性能（効率）をほとん
ど犠牲にすることなく、羽根車を出た流れが羽根付きデ
ィフューザに流入・衝突する際に発生するｎ・Ｚ（Ｈｚ
）の周波数成分による離散周波数騒音が低減するので、
その結果、羽根付きディフューザを備えた圧縮機全体の
騒音を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１に対応する各羽根の平均前縁半径の周方向
分布図。

【図２】図１に対応する各羽根の平均前縁半径の周方向
分布図。

【図３】図１に対応する各羽根の平均前縁半径の周方向
分布図。

【図４】図１に対応する各羽根の平均前縁半径の周方向
分布図。

【図５】図１に対応する各羽根の平均前縁半径の周方向
分布図。

【図６】図１，図２に対応するディフューザの羽根の子
午面形状の説明図。

【図７】図６と同様に本発明の実施例で、ディフューザ
の羽根の子午面形状の説明図。

【図８】図６と同様に本発明の実施例で、ディフューザ
の羽根の子午面形状の説明図。

【図９】図６と同様に本発明の実施例で、ディフューザ
の羽根の子午面形状の説明図。

【図１０】本発明の実施例で、羽根車出口部分と羽根付
きディフューザ形状を表わす平面図。

【図１１】一般的な圧縮機の断面形状の説明図。

【図１２】従来型圧縮機の羽根車出口部分と羽根付きデ
ィフューザ形状を表わす平面図。

【図１３】羽根車出口流れを表わす平面図。

【図１４】従来形圧縮機のディフューザ部子午面形状の
説明図。

【図１５】図１４に対応する平面図。

【符号の説明】

１…羽根車、１ａ…羽根車の羽根、２…羽根付きディフ
ューザの羽根、２ａ…羽根付きディフューザの羽根前縁
、２ｂ…羽根付きディフューザの羽根後縁、４…主流の
方向、５ａ…ディフューザ壁、５ｂ…ディフューザ壁、
６…吐出ケーシング、７…吸込ケーシング、８…回転軸
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】遠心羽根車下流の、対向する二つの面で構
   成される流路、即ち、遠心形流体機械のディフューザ部
   に複数の羽根を備えた羽根付きディフューザにおいて、
   前記羽根の前縁半径が周方向に変化することを特徴とす
   る遠心形流体機械のディフューザ。