JPS5893986A - 多段遠心圧縮機 - 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】 本発明は空気その他の気体の圧縮機にかかわり、さらに
詳しくは回転羽根が、出口端に向かって直径を増加する
流路の中に置かれた遠心すなわち半径流圧縮機にかかわ
る。

回転羽根を有する圧縮機は、空気の流路の形状によシ二
つの種類に分けられる。第一の種類である遠心、すなわ
ち半径流圧縮機は、空気の流れの方向に直径を増加する
流路を有している。軸流圧縮機は第二の種類であシ、そ
して一定またはほぼ一定の直径の流路を有している。

遠心圧縮機は、軸流型よシ基本的に簡単でこじんまりし
ており、そして安価である。これらの特徴はガスタービ
ン機関、機関のターボ過給機その他の場合のような多く
の圧縮機の使用に非常に望ましい。従来、これらの利益
を得るために比較的低い等エントロピー効率を許容する
ことが必要であった。もし圧縮機が機関の構成部分であ
れば、低い効率は機関の効率全体に悪影響を与える。

ただ一つの圧縮機の段は、固定の、または逆に回転する
デイフユーデ羽根の少なくとも一つの組すなわち羽根の
列によって続かれる回転する圧縮機羽根の一つの組すな
わち羽根の列から成っている。回転する圧縮機羽根によ
って、はいって来る空気に与えられるエネルギのかなシ
大きな割合は、最初には空気の流れの運動の接線エネル
ギである。

圧縮過程を完全なものにするには、空気の流れは次いで
、接線速度エネルギを静圧水頭に変えるために、圧縮機
羽根と異なる角度に向けられたデイフユーデ羽根を通ら
ねばならない。

回転圧縮機で行なわれる圧縮の程度は、出口と入口の圧
力の比である圧力比によって表わされる。

ただ一つの圧縮機の段を横切る高い圧力比は、圧縮機羽
根に高い負荷をかける必要があり、羽根の負荷は拡散係
数によって量的に表わされる。かなり大きな圧力比がた
だ一つの段で達成されるべき場合、拡散係数は必ず高く
なければならない。拡散係数の逆関数である等エントロ
ピー効率は、したがって必ず低い。

軸流圧縮機の場合、高い効率は、一定または一定に近い
直径の流路に溢って一連の圧縮−拡散段を備え、そして
各段の羽根の組を、拡散係数を臨界限度より小さくＬ、
ｌ’ウホーラー数を臨界限度よシ大きくするように形づ
くることによって実現されることがわかった。この種の
複数段の軸流圧縮機の全体の圧力比は、一連の個々の段
の低い圧力比の集積である。各段が個々に低い圧力比を
有するので、各段は高い効率で作動し、そして軸流圧縮
機全体の効率も高い。

この技術は、おそらく細流圧縮機の不利な長さの過去の
連想により、または一定半径の流路のために設計された
羽根の形状と他のパラメータは、半径の大きくなる流路
に適合するとは思われないという直観的認識により、今
まで遠心圧縮機に高い効率の多くの段を使用できること
を認識しなかった。いずれにしても、先行遠心圧縮機は
、ただ１段のもの、または集合的に望ましく高い効率に
しない複数の段を有するもののいずれかである。

他の例では、一連の本質的に分離したただ１段の遠心圧
縮機が、一つの段から出る流れを半径方向内方へ次のあ
との段のよシ小さい直径の入口に通すために、太きくて
複雑な空気ダクトを経て縦並びにいっしょに接続された
。これは、細流圧縮機に見られるような長い、複雑で高
価な構造にする。

先行遠心圧縮機にはまた、高い圧力比が実現されるべき
場合に望ましくない低い効率にすることのほかに問題が
ある。ただ１段の圧縮機の中の高い圧力比のためめ設計
は、ただ１組の長い圧縮機羽根の後ろの接線空気速度を
きわめて高くする。

これは次いで、長いディフユーデ羽根と大きな拡散室を
含む大きくて重い拡散構造物を出口に備えねばならない
ようにする。

先行遠心圧縮機のもう一つの実際的問題は、異なる圧縮
機の使用には、異なる圧力比と流動能力を必要とすると
とから生ずる。もし異なる圧力比と能力の圧縮機の一群
の各圧縮機モデルが、一つの特定のモデルにのみ使用で
きる多数の異なる部品で製作されねばならないとすれば
、全体として一群の圧縮機の製作費は増加する。

本発明は、上記問題の一つ以上を解決しようとするもの
である。

本発明の一面で、圧縮機は環状流路を形成する相対的に
回転可能の内方と外方の機素を有し、流路は、はぼ軸線
方向に向けられた流れの入口端と、それよシ大きい直径
の流れの出口端、および流れの出口端に近づくにつれて
しだいに大きく半径方向に向けられる、流れの入口端と
流れの出口端の間に延びる湾曲部分を含んでいる。一連
の圧縮−拡散段は流路の中に備えられ、段のおのおのは
、一連の圧縮機羽根の列の少なくとも一つと一連のヂイ
フユーデ羽根の列の少なくとも一つを含み、圧縮機羽根
の列は内方と外方の機素の一つに結合され、そしてデイ
フユーデ羽根の列は流路に清って圧縮機羽根の列と交互
に置かれて、内方と外方の機素のもう一つに結合されて
いる。

複数個の圧縮機羽根の列と複数個のデイフユーデ羽根の
列を含む複数個の圧縮−拡散段は、流路の湾曲部分に置
かれ、羽根の列のおのおのには、羽根の列の入口側と羽
根の列の出口側の間に約１５４よシ小さい平均半径増加
がある。

本発明のもう一つの面で、複数個の段のおのおのの羽根
の列は、約０．５５よシ小さい計算された設計点拡散係
数と約０．７０よ如大きいＶウ　ホーラー数を与える羽
根装置を有している。

本発明は、先行遠心圧縮機のこじんまりした点を保ち、
そして構造の簡単さをも多く保ちながら、遠心圧縮機の
効率を太きく増加する。遠心効果は圧縮作用を助けるの
で、効率利得は実際、同様の圧力比と流動能力の軸流圧
縮機で得られるものを超える。したがって、与えられた
エネルギ入力で与えられた圧力比を得るために、内部の
段をよシ少なくできる。拡散は主として内部で行なわれ
るので、圧縮機の出口に大きいディフユーデは必ずしも
必要でない。こうして本発明は、先行遠心圧縮機に比べ
て直径方向にこじんまりしている。好ましい形では、多
段の構造はまた、各モデルに多数の異なる構造機素を必
要とせずに異なる圧力比および／または流動能力の遠心
圧縮機の一群を製作できるようにする。もし多段遠心圧
縮機がガスタービン機関、機関のターボ過給機などの構
成部分であれば、圧縮機の高い効率はそのような装置全
体の動力損失を著しく減らす。

まず第１図について述べると、半径流すなわち遠心圧縮
機１１は、環状固定子部材１３の中に回転するように置
かれた羽根車１２を有し、それらは共同で環状流路１４
を形成する相対的に回転可能の内方と外方の機素を構成
している。

羽根車１２は、流路１４の空気入口端１６がら空気出口
端１７に向かってしだいに直径が増加している。固定子
部材１３は、固定子と羽根車の間隔が流路の出口端１７
に向かって減少するように、羽根車より少ない割合でこ
れも流路１４に溢ってしだいに内径が増加している。流
路１４に清う固定子１３と羽根車１２の減少する間隔は
、さもなげれば流路の横断面積をしだいに大きくする、
出口端に向かってしだいに増加する流路の直径を補正す
る。間隔の減少はまた、流路１４に溢って行なわれそし
て進路に清って進むにつれ空気の単位質量によって占め
られる容積をしだいに減らす空気の圧縮を補正する。

第１図に示す本発明の実施例では、圧縮機１１はガスタ
ービン機関１８の空気吸い込み部分を構成し、そしてこ
の特殊の圧縮機１１のある構造上の特徴は、この文脈の
ために限定されている。例えば羽根車１２はガスタービ
ン機関１８の主軸１５の前方延長部によって、支えられ
て駆動され、そして内方固定子部材１３は、ガスタービ
ンの主ハウジング２１に堅く取り付けられてそれによっ
て支えられる外方固定子部材１９に堅く取シ付けられて
いる。

圧縮機１１によって形成される空気吸い込み部分を除き
、ガスタービン機関１８は先行の米国特許第４，０３０
，２８８号に述べられたような既知の設計であシ、シた
がって圧縮機の機素に直接協働する特定の構成部分のほ
かはさらに説明しない。

本発明を実施した圧縮機の使用は、ガスタービン機関に
限られないものと理解されたい。本発明が他の目的に使
用されるとき、羽根車１２はこの技術に既知の適当な軸
受構造物によって固定子部材１３と１９の中に支えられ
、そして種々な既知の外部の原動機のいかなるものによ
っても駆動されることができる。同様に１固定子は種々
な形のいかなる適当な支持装置をも備えることができる
。

内方と外方の固定子部材１３と１９は、圧縮機の流路１
４の出口端１７がら空気を受ける環状拡散室２２を共同
で形成している。圧縮機の半径方向の大きさを最小にす
るため、外方固定子部材１９は、拡散室２２の容積の大
部分を内方固定子部材１３の直径の小さい前方部分に隣
接して置くように形づくられている。多くの在来のただ
１段の遠心圧縮機の中の流路の出口端に必要な長い、半
径方向に延びるディフユーデ羽根は本発明には必ずしも
必要でないから、これは実用的形状である。

拡散室２２は、この例では、機関の排気からの熱をはい
って来る圧縮空気に移す熱交換器モジュール２６を通し
て、圧縮空気をガスタービン機関１８の燃焼器２４に供
給する圧縮空気出口管２３に通じている。圧縮機１１が
ガスタービン機関以外の目的に使用される場合、出口管
２３は、圧縮空気を利用する装置に接続するに適するホ
ースその他の導管装置と置き換えることができる。

流路１４の中の空気の圧縮は、第２図に拡大して示す羽
根装置２７によって行なわれ、それは流路１４の中に低
い羽根の負荷すなわち拡散係数へ複数個の内部の圧縮−
拡散段（３０ａから３０ｆまで）を形成している。

次に第２図と第６図について述べると、圧縮機羽根２８
の複数個の間隔を置いた組すなわち羽根の列は、羽根車
１２から流路１４の中に半径方向に延びておシ、この例
では空気入口端１６から空気出口端１７にかけて圧縮機
羽根の六つのそのような列２９ａ、２９ｂ、２９Ｃ，２
１１，２９８゜２９ｆがある。各列（２９ａから２９ｆ
まで）の個々の圧縮機羽根２８は羽根車１２０回転軸線
の回りに等角に間隔を置き、そして流路１４のしだいに
減少する厚さのために、連続する各列の羽根は羽根車か
らしだいに短く延びている。

ヂイフユーデ羽根３１の複数個の間隔を置いた固定の組
すなわち列は、内方固定子部材１３から流路１４の中に
延びておシ、この例ではディツユ−ず羽根３１の七つの
列３２ａ　、３２１）、３２０゜３２ａ　＋　３２ｅ　
、３２ｆ、３２ｇがある。デイフユーデ羽根の列（３２
ａから３２ｇまで）は、デフユーデ羽根３２ｆと３２ｇ
の両方が圧縮機羽根の最後の列２９ｆの後ろにあること
を除き、圧縮機羽根２８０列（２９ａから２９ｆまで）
と交互に置かれている。デイフユーデ羽根の各列（３２
ａから３２ｇまで）の個々の羽部３１も圧縮機の回転軸
線について等角に間隔を置き、そして連続する各列（３
２ａから３２ｇまで）は、流路１４のしだいに減少する
厚さに適応するために固定子部材からしだいに短く延び
ている。

圧縮機羽根の各列（２９ａから２９ｆまで）はヂイフユ
ーず羽根３１のそれに続く列とともに、流路１４の中に
置かれた複数個の圧縮−拡散段（３０ａから３Ｏｆまで
）の一つを構成している。

こうしてこの例では、圧縮機羽根の列２９ａとディツユ
−ず羽根の列３２ａは第一の圧縮−拡散段３０ａをつく
り、そして圧縮機羽根の列２９ｂはデイフユーデ羽根の
列３２ｂとともに第二の圧縮−拡散段３０１）をつ＜シ
、この例では六つのそのような段がある。

次に第４図について述べると、各列（２９ａから２９ｆ
まで）の個々の圧縮機羽根２８は、図面に矢３３によっ
て示す方向に羽根が回転するとき捕えた空気の流れの速
度を増加するために、羽根車の回転軸線１８′について
傾斜している。連続する各列（２９ａから２９ｆまで）
の圧縮機羽根２８は、流路に沿ってしだいに増加する自
由流れの速度に適応するために、軸線１８′についてし
だいに増加する角度を有している。ディツユ−ず羽根の
連続する列（３２ａから３２ｇまで）の羽根３１は、軸
線１８′について反対の角度を有しそれもまた、圧縮機
羽根の前の組によって空気に与えられた接線速度エネル
ギを静圧水頭エネルギに変えるために、デイフユーデ羽
根の連続する各組についてしだいに大きくなっている。

こうして、第１図と第２図について述べると、圧縮機１
１全体によって達成される圧縮は、流路１４に沿って六
つの異なる圧縮−拡散段（３０ａから３０ｆまで）で行
なわれる。したがって個々の各段（３０ａから３０ｆま
で）の圧力比は、同程度の圧縮を行なうように設計され
た、ただ１列の長いディツユ−ず羽根によって続かれる
ただ１列の長い圧縮機羽根を有する在来の遠心圧縮機に
比べて低い。圧縮機１１の各段（３０ａから３０ｆまで
）は低い圧力比、したがって高水準の効率で作動するの
で、組合わせた数段の総合効率そのものは、在来のただ
１段の装置に比べて高い。

多段の構造に固有の効率の利得を完全に実現するために
、各圧縮−拡散段（３０ａから３０ｆまで）は、羽根装
置１１２７の全地帯にわたって超音速より小さい自由流
れの流速を有するように、そして各羽根の列で約０．５
５より小さい拡散係数と約０．７０より大きいドウ　ホ
ーラー数を有するように設計されている。この技術に知
られているように、ただ一つの羽根の列の拡散係数とド
ウ　ホーラー数は、流路の形状と圧縮機羽根の回転速度
について圧縮機羽根とディツユ−ず羽根の形、角度およ
び数を適当に決めることによって適度に選ばれる。慣例
的に使用される拡散係数の方程式は、軸流圧縮機に適用
され、そして異なる直径の羽根の列を有する遠心圧縮機
には完全に適用されない。

自由流れの空気速度が、本発明の圧縮機の場合のように
羽根装置の地帯全体にわたって亜音速である本発明のよ
うな遠心圧縮機では、拡散係数（Ｄ。

Ｆ、　）は次の式によっていっそう正確に決められる。

ここＫＷ　＝羽根の列についての流速 Ｗｌ＝羽根の列についての入口の流速 Ｗ２＝羽根の列についての出口の流速 Ｗθ＝羽根の列についての接線流速 δ　＝羽根の列の固形性（羽根の地帯の流路の全横断面
積に対する開いた流れ空所の割合）ｒｌ　＝＝＝羽根列
の入口の平均半径 ｒ２　＝羽根の列の出口の平均半径 この技術に理解されているように、羽根の列でに等しく
、そして上記の拡散係数の方程式の成分項となっている
。

いくつかの羽根の列２８．３１のおのおので、拡散係数
を約０，５５より小さく、そしてドゥホーラー数を約０
．７０よシ大きく決めることの利益は、測定された入力
エネルギの損失、すなわち、すべてが同じ全体の圧力比
すなわち圧縮程度を達成する三つの異なる形式の回転圧
縮機の拡散係数の関数として、圧縮機の出口で圧力エネ
ルギとして利用できるようにならないエネルギを示すグ
ラフである第５図を診照することによってわかる。長方
形３４は、ただ１段で望みの圧縮程度を達成するために
必ず比較的冒い拡散係数を持たねばならない、在来のた
だ１段の遠心圧縮機の測定された損失を示す。円３６は
、個々の各段の拡散係数がはるかに低く、シたがってよ
り効率的な在来の多段軸流圧縮機の比較的低い測定され
た損失を示す。

三角形３７は、本発明を実施した多段遠心圧縮機の測定
された損失を示す。圧縮は本発明では、より長くてよシ
複雑な軸流圧縮機のものよシかなり低い各段の拡散係数
で行なわれることがわかるであろう。三角形３７によっ
て示す本発明のこのよ如大きい効率の理由は、圧縮を行
なうとき遠心力が羽根の直接効果を補足するからである
と思われる。この効果は、細流圧縮機の半径方向でない
流路では生じない。

本発明の個々の段の上限としての約０．５５の計算され
た設計点拡散係数の値の重要性も、第５図で明らかであ
る。動力損失と拡散係数の間に線形の関係がないことが
わかる。その代わシに、拡散係数が非常に低い値から増
加するとき、損失は約０．５５の値に達するまで、線３
８によって示す比較的穏やかな率で上昇する。そののち
損失は、線３９によって示すように、増加する拡散係数
とともにはるかに急に増加する。効率は動力損失の逆関
数であるから、約０．５５の拡散係数の値を過ぎたのち
効率は比較的急に下がることがわかる。

縮尺で描かれていることを別として、第２図から第４図
までに示す羽根の形と向きを含む羽根構造物は、六つの
段（３０ａから３０ｆまで）で６．５対１の圧力比にす
る本発明の一つの特定の例で上記の基準を満たす羽根装
置２７の構造を声成している。異なる設計点パラメータ
を有する他の圧縮機に適応させるために、羽根の列の数
、各列の羽根の数、および羽根の形と向きの変更は、上
記の拡散係数とドウホーラー数の拘束内で行なうことが
できる。

特に第２図について述べると、各羽根の列ノ入ロ側３５
１と出口側３５０の間の平均半径増加を約１５係より小
さくしておくために十分な数の羽根の列２９．３２を備
えることが、上記の基準を満たすこの例その他の実用的
圧縮機の特徴である。

この目的のために各羽根の列２９または３２の入口側３
５１の平均半径は、固定子部材１３と羽根車１２の中間
にあシ、そしてまた個々の羽根の列２９または３２と前
の羽根の列２９または３２の中間に置かれた点（ｒｌか
らｒ　１４まで）と回転軸線１８′の間の相離と定義さ
れる。前の羽根の列がない第一の羽根の列２９ａの点ｒ
１は、前の羽根の列があるとした位置に決められ、そし
て最後の平均半径の点ｒ　１４は、あとの羽根の列があ
るとした位置に置かれる。

各羽根の列２９．３２を横切る平均半径の増加Ｈ 根の列は一連の列の中のｎ番目のものである。その比は
、１５チの平均半径増加の限度内にあるためには、いか
なる羽根の列２９．３２についても１．１５を超えては
ならない。

第２図から第４図までに示す本発明の特殊の例では、各
羽根の列２９．３２の半径（ｒｘからｒ］４まで）の絶
対値と平均半径増加率 半径　値（センチメートル）　　羽根の列　ｒｎ＋１／
ｒｎｒ□　　　　１０．５７９１ ｒ２　　　　１０．９８４５　　　２９　ａ　　　１．
０３９１ｒ３　　　　１　１−３６７８　　　３２ａ　
　　１．０３４９ｒ４　　　　１　１．８３７７　　　
２９ｂ　　　１．０４１５ｒ５１　２．５９０８　　　
３２　ｂ　　　１．０６３６ｒ６　　　　１３．４３６
６　　　２９ｃ　　　１．０６８８ｒ７１４．７２４４
　　　３２　ｃ　　　１．０９５８ｒｅ　　　　　１６
−０４０１　　　２ｓａ　　　１．０８９４ｒ、　　　
　１７．８９６８　　　３２（１１−１１５８ｒｌｏ　
　　　１９．１１３５　　　２９θ　　１．０６８０ｒ
ｌｌ　　　　２１．１０７４　　　３２θ　　１．１０
４３ｒ１２　　　２２−０１４２　　　２９　ｆ　　　
１．０４２９ｒ１３　　　２３．８７０９　　　３２　
ｆ　　　１．０８４３ｒ１４　　　２７．１０４３　　
　３２ｇ　　１．１３５５再び第１図について述べると
、圧縮機１１の高い効率は、次いでガスタービン機関１
８自体の効率を増加する。というのは機関の圧縮機部分
の動力損失が減少するからである。いくぶん匹敵する効
率を実現するために細流圧縮機の形を利用するがスター
ビン機関に比較して、この例の機関１８ははるかにこじ
んまシしてお夛、そして圧縮機部分はよυ簡単で安価で
ある。

上記の圧縮機１１は六つの内部の圧縮−拡散段（３０ａ
から３０ｆまで）を備えているが、圧縮機羽根２８とデ
イフユーデ羽根３１の組すなわち列の数を変えることに
よって、段の数を変えることができる。そのうえその構
造は、いくつかの圧縮機モデルの同じ構成部分を利用し
ながら、流路１４の中の羽根２８と３１の列の数と配列
を変えるだけで、異なる圧力比および／または流動能力
の圧縮機の一群を容易に製作できるようにする。

例えば第６図について述べると、より低い圧力比を有す
るがより小さい空気の質量の流れを有し、したがってよ
り小さい駆動力を要する圧縮機１１′は、前記の実施例
のものと全く同じ羽根車１２、内方固定子部材１３、お
よび外方固定子部材１９のような構成部分を利用しなが
ら、第６図に破線で示す圧縮機羽根の第一列２９ａとデ
ィツユ−ず羽根の第一列３２ａを除去することによって
、簡単に製作することができる。一般に、流路１４の空
気人口１６の地帯から圧縮−拡散段の羽根装置２７を除
去することは空気の質量の流れと圧力比の両方を減らす
効果を有する一方、空気出口端１７に最も近い地帯から
羽根の段を除去することは圧力比を下げるすぐれた効果
を有する。入口端に段を増すと質量の流れと圧力比を増
す一方、出口端近くに段を増すと圧力比を著しく上げる
。

こうして、特定の羽根装置改変の限られた数を第７Ａ図
から第７Ｇ図までについて説明し、そして特定のパラメ
ータが与えられるが、そのような例は可能な改変のすべ
てではない。上記の関係により、別の質量の流れと圧力
比にするために他の改変も行なうことができる。

第７Ａ図から第７０図までは、それぞれ異なる圧力比お
よび／または空気流動能力の一連の圧縮機１１ａ、１１
ｂ、１１ｃが、全く同じ構成部分を利用しながらいかに
して、空気の流路の中の羽根の列の数を簡単に変えるこ
とによって作られるかを略図で示す。圧縮機が前記のよ
うにがスタービン機関に使用される場合、これによって
簡単に圧縮機部分の羽根装置を変えることによって異な
る出力定格と所要燃料消費量の機関１８ａ、１８゜１８
Ｃの一群を作製することができる。

ガスタービン機関１８ａ、１８１）および１８ｃは、圧
縮機１１　ａ＋　１　ｌ　ｂ、および１１０を別として
既知の構造であるが、機関の他の部分との圧縮機部分の
協働は、そのような機関のある基礎的構造物をざっと振
り返って見ることによって最もよく理解されるであろう
。例えば特に第７Ａ図について述べると、そのような機
関１８ａは、圧縮機１１ａから熱交換器２６ａを通して
圧縮空気を受ける燃料燃焼器２４ａを有している。燃焼
器２４ａから出るガスは、圧縮機１１ａの羽根車１２ａ
を回転させるガス発生機タービン４２ａを駆動する。ノ
ズル羽根４３ａは燃焼器２４ａとガス発生機タービン４
２ａからのガスの流れを機関の出力軸４６ａを回転させ
る動力タービン４４ａに向け、動力タービンからの排気
は、燃焼器に送９出される圧縮空気を予熱するために熱
交換器２６ａを通して吐き出される。

第７Ａ図の改変された圧縮機１１ａは、最初の二つの圧
縮−拡散段３ｏａ、３ｏｂが圧縮機羽根２８の最初の２
列２９ａと２９ｂ、およびデイフユーデ羽根３１の最初
の２列３２ａと３２ｂを除去されていることを除き、第
２図について前に述べたものと同様である。この簡単な
改変の結果として、第７Ａ図の圧縮機１１ａはよシ低い
空気流量と約４．５のより低い圧力比を有している。ガ
スタービン機関１８ａの出力定格は、それゆえ約０．４
ブレーキ燃料消費率（ＢＳＦＣ）よシ小さい燃料効率で
実現される典型的に約１２００馬力である。

第７Ｂ図は、かなり大きい出力定格であるが、圧縮機１
１ｂの中の羽根装置構造物のもう一つの改変を除き第７
Ａ図のものと構造的に全く同じガスタービン機関１８１
）を示す。圧縮機１１１）は、第２図の圧縮機羽根の最
初と最後の列２９ａと２９ｆ、およびデイフユーデ羽根
３１の最初の組３２ａと最後の２組３２ｆ、３２ｇが除
去されていることを除き、第２図の圧縮機１１と同様で
おる。第７Ｂ図の圧縮機１１ｂによって得られる圧力比
は第７Ａ図のものとほぼ同じであるが、第７Ｂ図の圧縮
機１１ｂを通って燃焼器２４１）に至る空気の量は、タ
ービン機関１８１）の出力が約２．０００馬力になる程
度に増加される。

第７Ｃ図は、圧縮機の羽根装置２７Ｑのみに加えられた
もう一つの改変を示し、それによって、圧縮機の中に同
様の羽根車１２Ｃと固定子部材１３Ｃの機素を含む同様
の基本的ガスタービン機関１８Ｃは、さらに高い定格出
力の機関を製作するために使用される。ガスタービン機
関１８Ｃの圧縮機１１０は、第２図の圧縮機羽根の最後
の列２９ｆが除去され、そしてデイフユーデ羽根の最後
の２列３２ｆと３２ｇが流路の中により前方に置かれて
その変えられた位置のために形づくられていることを除
き、最初に述べた第２図の実施例のものと全く同じであ
る。これは第７Ｃ図の圧縮機１１Ｃの圧力比を約６．５
にし、そして第７Ｂ図の実施例に比べて空気の体積流量
を増加する。第７０図のガスタービン機関１８０の定格
出力は、典型的に約５，５００馬力でおる。

もし圧縮機の羽根装置の改変が他の構成部分の改変をも
伴うならば、がスタービン機関の一群はさらに高い出力
定格に上げることができ、その例は第７Ｄ図、第７Ｅ図
、および第７Ｆ図に示されている。最初に第７Ｄ図につ
いて述べると、羽根車１２ｄと内方固定子部材１３ｄを
前端１６ｄで比較的長くなるようにつくることによって
、機関１８（Ｌの定格出力をさらに増加するために段３
０ｇのような追加の圧縮−拡散段を圧縮機１１ｄの空気
入口端に備えることができる。こうして第７Ｄ図の圧縮
ｆｆ１１１ｄは、空気の流路１４．１の前端にデイフユ
ーデ羽根の追加の列３２ｈによって続かれる圧縮機羽根
２９ｇの追加の列を有している。

第２図の実施例の圧縮機羽根の最後の２列２９θと２９
ｆ１およびデイフユーデ羽根の中間の列３２ｅは除去さ
れている。デイフユーデ羽根の最後の２列３２ｆと３２
ｇはここでも流路の中により前方に置かれて通路のその
部分に適する形状を有している。これらの改変で、第７
Ｄ図の改変された圧縮機１１ｄの圧力比は約６．５にと
どまるが、空気の質量の流れはかなシ増加してガスター
ビン機関１８ｄの定格出力を約５，０００馬力に増加す
る。

いくぶんもつと大きな改変を行なうことによって、さら
に大きい出力定格にすることができる。

例えば第７Ｅ図に示すように、補助圧縮機部分４７θを
主圧縮機１１ｅと熱交換器２６ｅの間に追加することが
できる。補助圧縮機部分４７ｅは、例えば補助羽根車５
０ｅの圧縮機羽根の間隔を置いた２列４８８と４９０を
有し、それらのおのおのはそれぞれデイフユーデ羽根の
列５１ｅと５２８によって続かれている。環状空気ダク
ト５３ｅは、主圧縮機部分１１８から出る流れを受けて
補助圧縮機部分４７Ｂの空気入口端に送υ出すためにそ
の流れを半径方向内方へ戻すために備えられている。主
圧縮機部分１１８自体は、前の第７Ｄ図の圧縮機１１．
１と全く同じである。第７Ｅ図の圧縮機改変の利点を最
もよく実現するために、ガスタービン機関１８ｅの他の
機素は、補助圧縮機部分４７ｅの羽根車５Ｑｅを駆動す
るために追加のガス発生機タービンの段５４θを備える
程度に改変されている。第７Ｅ図に示す改変は、圧縮機
全体の圧力比を約１２にし、そしてガスタービン機関１
８θの定格出力を約５，５００馬力に上げる。

第７Ｆ図は、がスタービン機関１８ｆのさらに別の改変
を示し、この図の実施例では、主圧縮機部分１１ｆを補
助圧縮機部分４７ｆに連絡する環状空気ダク）５３ｆが
、二つの圧縮機部分の間の通路の中の圧縮空気を冷却す
るために働く中間冷却器すなわち熱交換器５５ｆを含む
ことを除き、第７Ｆ図の構造物は、第７Ｅ図について前
に述べたものと同様である。中間冷却は圧縮機を駆動す
るに要する動力の量を減らし、そしてこの動力減少は、
ガスタービン機関１８ｆの出力軸４６ｆにおける出力増
加に；反映される。このさらに別の改変によって、ガス
タービン機関１８ｆは約６，５００馬力を出すようにさ
れる。

次に第７Ｇ図について述べると、上記のいずれのガスタ
ーぎン機関の出力、したがって燃料消費率も、圧縮機羽
根２８ｇの最初の列２９ｇの前の空気の流路１４ｇの入
口端に空気の流れを減らす固定子羽根５６ｇの１列を置
くことによって、望むように下方へ調節することができ
る。固定子羽根５６ｇは、空気の流路を狭め、それによ
っていかなる程度にも空気の質量の流れを減らすために
、空気の流路１４ｇについて角度を持っている。

前に指摘したように、本発明はガスタービン機関の空気
吸い込み構成部分として働く圧縮機に限らず、種々な空
気装置に圧縮空気を供給する独立した圧縮機、または−
構成部分として圧縮機を含む他の機構に有利に利用する
ことができる。第８図は、本発明を実施した圧縮機１１
ｈが、内燃機関５８のターメ過給機５７の空気吸い込み
部分を構成するあとの種類の例を示す。

ターざ過給機５７は、吸い込みマニホルド圧力を上げる
ことによって機関５８の燃料効率を増加し、そしてこの
目的のために機関の排気から回収したエネルギを使用す
る。さらに詳しく述べると、ターメ過給機は、機関の排
気の流れによって駆動され、そして圧縮空気を機関５８
の吸い込みマニホルげに供給する圧縮機１１ｈを駆動す
るタービン５９を含んでいる。遠心圧縮機は好ましくも
求心タービンと組合わせると、そのような圧縮機は基本
的にこしんまシしていて構造が簡単であるからターボ過
給機に有利であるが、もし在来のただ１段の遠心圧縮機
が使用されるならば、ターが過給機の断熱効率はあいに
く制限される。これは消費される単位燃料ごとの協働す
る機関５８の出力に悪影響を与える。非常に高い効率は
、軸線方向と半径方向の両方に簡単でこじんまυしたも
のにすることとともに、本発明による多段半径流圧縮機
１１ｈを使用することによってターボ過給機５７に実現
することができる。

圧縮機１１ｈとタービン５９は、圧縮機とタービンの両
方の回転軸線を決める駆動軸６２を支えるハウジング６
１の両端に堅く取）付けられている。

圧縮機１１ｈは、駆動軸６２と同軸関係にハウジング６
１の前端に堅く取シ付けられそして広い空気吸い込み通
路６４を形成する、環状の外方固定子部材１９ｈを有し
ている。固定子部材１９ｈはまた、機関５８の吸い込み
マニホルド６７に通じる渦形すなわち環状の収集室６６
をつくり、収集室は吸い込み通路６４と同軸であって、
それより直径が大きい。回転可能の羽根車１２ｈは、固
定子部材１９ｈの中で駆動軸６２０前端に支えられ、そ
して内方固定子部材１３ｈとともに、空気吸い込み通路
６４から収集室６６に通じる環状の空気流路１４ｈをつ
くっている。羽根車１２ｈと内方固定子部材１３ｈは、
空気の流路１４ｈの直径を空気の流れの方向にしだいに
増加させる一人その厚さを空気出口端に向かってしだい
に減少させる形状を有している。

前に説明した形式の多段羽根装置２７ｈは、複数個の亜
音速の内部の圧縮−拡散段３０　ｊ、３０に＋３ＯＬを
つくるために流路１４ｈの中に置かれ、各段の羽根の列
は、約０．５５より小さい計算された設計点拡散係数と
約０．７０よυ大きいドウホーラー数を有している。こ
の例では、羽根装置２７ｈは、羽根車１２ｈに堅く取シ
付けられそして固定子部材１３ｈに堅く取り付けられた
デイフユーデ羽根３１ｈの間隔を置いた３列と交互に置
かれた圧縮機羽根２８ｈの間隔を置いた６列を含んでい
る。こうして三つの圧縮−拡散段３０に＋３０．＋＋３
ＯＬがこの実施例に備えられ、それらのおのおのは、圧
縮機羽根２８ｈの１列とそれに直接続くデイフユーデ羽
根３１ｈの列によって形成されている。

多段圧縮機１１ｈは、タービン５９の種々の異なる形式
のいずれをも使用するターボ過給機に有利であり、これ
も多段構造である求心タービン５９を使用するととＫよ
って非常に高い効率が最もよく実現される。

この例のタービン５９は、ノ・ウジング６１の後端に堅
く取り付けられ、そして排気出口通路７７をつくる環状
固定子７６を有している。タービンの回転子７８は、駆
動軸６２と同軸関係にその軸の後端に堅く取シ付けられ
、そして環状の内方固定子部材７９とともに、排気入口
端８２から排気吐き出し端８３にかけてしだいに直径を
減少するがしだいに厚さを増加する、排気の流路８１を
つくっている。

固定子Ｔ６も、排気の流路８１の入口端８２に通じてい
るが機関５８の排気マニホルド８６にも通じている環状
渦形室すなわち排気骨は入れ室８４をつくっている。排
気の流れにターざ過給機５７を駆動させるため、回転子
羽根の間隔を置いた６組８７ａ１８７ｂ１８７０が回転
子７８に堅く取り付けられて流路８１の中に延び、回転
子羽根は排気の流れの方向について角度を持っている。

回転子羽根の組８７ａ、８７１）％および８７Ｃに働く
排気の流れの反動力を最大にするために、固定子羽根の
６列８Ｂ＆、８８１）％および３３ｃのおのおのは、排
気の流路に沿って回転子羽根の各列８７ａ、８７ｂ％お
よび８７Ｑのそれぞれの前にある。回転子羽根の個々の
各列８７ａ１８７１）。

８７Ｑにおける圧力低下は、全体としてタービン５９の
中の全圧力低下よシかなり低いので、羽根の各列は、長
い回転子羽根のただ１列を有するただ１段の求心タービ
ンに比べて高い効率で作動する。

上記のターボ過給機５７の構造は、羽根車１２ｈと回転
子７８を同じ速度で回転するように同じ軸６２の上に置
くことを可能にし、そして大部分の場合、二つの機素は
直径になんら大きな相違を必要としない。羽根車１２ｈ
と回転子７８の両方の回転速度と直径はほぼ同じである
から、遠心応力も、高いが許容できる水準でよくつり合
って、ターボ過給機の大きさと重量について空気と排気
の流れを最適にする。

第１図から第６図までに示す本発明の実施例の作動につ
いて述べると、圧縮機１１０羽根車１２はガスタービン
機関１８の主軸によって回転させられる。それによる圧
縮機羽根のいくつかの列（２９ａから２９ｆまで）の回
転運動は、空気を入口端１６の中に引いて流路１４に漬
って拡散室２２に送り、そこからそれは管２３と熱交換
器モジュール２６を通して機関１８の燃料燃焼器２４に
送られる。

圧縮機羽根の各１１に２９　ａから２９ｆまで）は空気
の流れに追加エネルギを与えるので、空気は流路１４を
通る間に各段の中で圧縮される。圧縮機羽根の連続する
各列（２９ａから２９ｆまで）で、加えられたエネルギ
は、一部は静圧の上昇として、一部は運動の接線速度エ
ネルギとして、またある程度熱として現われる。圧縮機
羽根の各列（２９ａから２９ｆまで）の後ろに置かれた
デイフユーデ羽根３１の列（３２ａから３２ｇまで）は
、速度エネルギのかなりな部分を追加の静圧に変える。

拡散によって続かれるこの圧縮過程は、連続する各圧縮
−拡散段（３０ａから３０ｆまで）で繰夛返され、そし
て連続する各段における圧力比は圧縮機全体の圧力比よ
りかなシ小さいので、個々の各段は高い効率で作動し、
したがって全圧縮過程は非常に効率的である。

圧縮機１１がこの例のようにガスタービン機関１８の空
気吸い込み構成部分である場合、圧縮機の作動効率の利
得はがスター♂ン機関自体の効率増加となる。圧縮機１
１の中の動力損失が減少するだけ、ガスタービン機関１
８の送り出すことのできる出力は増加する。そのうえ、
圧縮機１１は軸線方向と半径方向の両方に非常にこじん
まシしていて、がスタービン機関１８全体をも非常に望
ましい程度にこしんま）したものにすることができる。

第７Ａ図から第７Ｇ図までのガスタービン機関（１８ａ
から１８ｇまで）の圧縮機（１１ａから１１ｇまで）の
作動の重要な面は、異なる圧力比と空気の質量の流れ、
したがってガスタービン機関の異なる出力定格が前記の
ように実現されることのほか、本質的に同様である。

第８図のターボ過給機５７の作動について述べると、機
関５８からの排気はタービン５９を駆動し、それは次い
で駆動軸６２によって圧縮機１１ｈを駆動する。圧縮機
１１ｈの羽根装置２７ｈは空気を流路１４ｈの中に引き
、そしてそのような空気を、拡散室６６を経て機関５８
の吸い込みマニホルド６７に送シ出す。ここでも圧縮機
１１ｈの多段の羽根装置２７ｈは、圧縮と拡散の過程が
各段で行なわれうるようにし、各段は個々に小さい圧力
比と低い拡散係数を与え、それによって圧縮機１１ｈの
作動と、したがってターボ過給機５７全体の作動を高い
効率にする。

本発明の他の面、目的、および利点は、図面、開示、お
よび前掲特許請求の範囲を検討することによってわかる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ガスタービン機関の空気吸い込み部分を構成
する遠心圧縮機の第一の実施例の縦断面図、 第２図は、第１図の空気圧縮機の一部分の拡大縦断面図
、 第６図は、第１図と第２図の空気圧縮機の羽根車部分と
固定子部分の断面の透視図で、圧縮機の中の羽根構造物
をさらによく示し、 第４図は、第２図の湾曲した線ＩＶ−ＩＶに沼って描い
た図で、前の図面の空気圧縮機の中の連続する段の羽根
の形状と相対的傾斜を示し、第５図は、本発明の一実施
例と典型的な先行空気圧縮機の羽根の、負荷すなわち拡
散係数の関数としての入力損失を示すグラフ、 第６図は、第２図のものと基本的に同じであるが空気の
流動能力を増すために羽根構造物を改変した、空気圧縮
機の一部分の縦断面図、第７Ａ図から第７Ｇ図までは、
同じ基本的構造構成部分の多くを゛利用して、一連の異
なる圧力比および／または流動能力のいずれをも実現す
ることのできる、第１図の圧縮機の別の改変を示す概略
図、そして 第８図は、本発明の一実施例による圧縮機部分を有する
機関のターボ過給機の縦断面図である。 図面の符号１１．１１’　、１１ａ−１１ｈは［圧縮機
Ｊ、１２，１２ａ−１２ｄ、１２ｈは［羽根車Ｊ、１３
１１３ａ−１３ｄ１１３ｈ。 ７９は「内方固定子」、１４，１４ｃｌ、１４ｇ。 １４ｈは「空気の流路」、１５は「ガスタービン機関の
主軸」、１６は「空気入口端」、１７は「空気出口端」
、１８，１８ａ１８ｇは「ガスタービン機関」、１８′
は「羽根車の回転軸線」、１９．７６は「外方固定子」
、２１は［ガスタービン機関の主・・ウジング」、２２
は「拡散室」、２３は「圧縮空気出口管」、２４　、２
４　ａ　−２４ｃは［燃焼器Ｊ、２６．２６ａ−２６ｅ
は「熱交換器」、２７は「羽根装置」、２Ｂ、２８ｈは
「圧縮機羽根Ｊ、２９ａ−２９ｆｔ　２９ｇ、４８ｅ。 ４９ｅは「圧縮機羽根の列」、３０ａ−３０ｆ　。 ３０ｇ、３０ｊ−３ＯＬは「圧縮−拡散段」、３１．３
１ｈは「ディフユーデ羽根」、３２ａ−３２ｇ　＋　３
２　ｈ　、５１　ｅ＋　５２　ｅは［デイフユーデ羽根
の列Ｊ、３５１は「羽根の列の入口側」、３５０は［羽
根の列の出口側Ｊ、４２ａ−４２ｃは［ガス発生機ター
ビンＪ、４３ａ−４３ｃは［ノズル羽根Ｊ、４４ｍ、−
４４０は［動力タービンＪ、４６ａ−４６ｆは「機関）
出力軸」、４７８．４７ｆは「補助圧縮機部分」、５０
ｅは「補助羽根車Ｊ　、５３　ｅ　＋　５３　ｔは［空
気ダクＨ１５４θは「追加のガス発生機ターーンの段」
、５５ｆは「中間冷却器」、５７は［ターざ過給叫５８
は「内燃機関」５９は「ターボ過給機のタービン」、６
２は「駆動軸」、６４は「空気吸い込み通路」、６６は
「圧縮空気収集室」または「拡散室」、７７は「排気出
口通路」、７８は「タービンの回転子」、８１は「排気
の流路」、８２は「排気入口端」、８３は「排気吐き出
し端」、８４は「排気受は入れ室」、８７ａ−８７０は
「回転子羽根の列」、８８ａ−８８０は［固定子羽根の
列Ｊ　、”１−　ｒ１４は「羽根の列の中間点」を示す
。 代理人　浅　　村　　　皓 外４名

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　ＪＪ状流路を間に形成する相対的に回転可能
   の内方と外方の機素を有する圧縮機にして、前記流路は
   、はぼ軸線方向に向けられた流れの入口端と、それよシ
   大きい直径の流れの出口端、および前記流れの出口端に
   近づくにつれてしだいに大きく半径方向に向けられる、
   前記流れの入口端と前記流れの出口端の間に延びる湾曲
   部分、前記流路の中の一連の圧縮−拡散段を包含し、前
   記段のおのおのは、一連の圧縮機羽根の列の少なくとも
   一つと一連のデイフユーデ羽根の列の少なくとも一つを
   含み、前記圧縮機羽根の列は前記内方と外方の機素の一
   つに結合され、そして前記デイフユーデ羽根の列は前記
   流路に浴って前記圧縮機羽根の列と交互に置かれて、前
   記内方と外方の機素のもう一つに結合され、前記羽根の
   列のおのおのは入口側と、前記流路に沿って前記入口側
   よシ遠くに置かれた出口側を有し、 複数個の前記圧縮機羽根の列と複数個の前記デイフユー
   デ羽根の列を含む複数個の前記圧縮−拡散段は、前記流
   路の前記湾曲部分に置かれ、前記羽根の列のおのおのに
   は、その前記入口側とその前記出口側の間に約１５％よ
   ９小さい平均半径増加がある、 ことを特徴とする圧縮機。 （２、特許請求の範囲第１項記載の圧縮機において、前
   記複数個の段のおのおのの前記羽根の列は、約０．５５
   より小さい計算された設計点拡散係数と約０．７０よシ
   大きいドウ　ホーラー数を与える羽根装置を有する、こ
   とを特徴とする圧縮機。 （３）特許請求の範囲第１項記載の圧縮機において、さ
   らに前記一連の圧縮−拡散段の少なくとも一つを、前記
   流路の前記はぼ軸線方向に向けられた流れの入口端に置
   く、ことを特徴とする圧縮機。 （４）特許請求の範囲第１項記載の圧縮機において、前
   記流路の前記流れの出口端はほぼ半径方向に向けられ、
   そしてさらに前記一連の圧縮−拡散段の少なくとも一つ
   を、前記半径方向に向けられた流れの出口端に背く、こ
   とを特徴とする圧縮機。 （５）特許請求の範囲第１項記載の圧縮機において、前
   記複数個の段を含む前記流路の前記湾曲部分は、前記流
   れの出口端に近づくにつれてしだいに増加する外向き湾
   曲度を有する、ことを特徴とする圧縮機。 （６）特許請求の範囲第１項記載の圧縮機において、前
   記流路にはいる流量を制限する羽根装置をその前記流れ
   の入口端にさらに含むことを特徴とする圧縮機。 （７）　　ガスタービン機関と組合わされた特許請求の
   範囲第１項記載の圧縮機において、前記圧縮機は前記ガ
   スタービン機関の空気吸い込み機素を構成し、そして肋
   記内方と外方の機素の一つは前記機関によって駆動され
   る、ことを特徴とする圧縮翫（８）機関のターざ過給機
   のタービンと組合わされた特許請求の範囲第１項記載の
   圧縮機において、前記圧縮機は前記ターボ過給機の空気
   吸い込み機素を構成し、そしてその前記タービンによっ
   て駆（９）圧縮機にして、 環状固定子、 前記固定子の中に回転するように置かれ、そして環状空
   気流路によってそれから半径方向に隔置された羽根車を
   包含し、前記空気流路は空気入口端と、それよシ大きい
   直径の空気出口端を有し、また前記空気入口端から前記
   空気出口端に延びるしだいに増加する外向き湾曲の湾曲
   部分を有し、また 前記流路の中に冒かれて前記羽根車に結合された一連の
   圧縮機羽根の列、および前記流路の中に置かれて前記固
   定子に結合された一連のデイフユーデ羽根の列を包含し
   、前記デイフユーデ羽根の列は、前記流路に漬って前記
   圧縮機羽根の列と交互に置かれ、前記圧縮機羽根の列の
   おのおのは、前記デイフユーデ羽根の列の隣接するもの
   ととも□） に前記流路の中に一連の圧縮−拡散段の一つを構成し、 複数個の前記圧縮機羽根の列と複数個の前記デイフユー
   デ羽根の列を含む複数個の前６記圧縮−拡散段は、前記
   流路の前記湾曲部分に置かれ、前記複数個の段の前記羽
   根の列のおのおのは、約０．５５より小さい計算された
   設計点拡散係数と約０．．７Ｇより大きいげウ　ホーラ
   ー数を与える羽根装置を有し、前記圧縮機羽根の列のお
   のおのと前記ヂイフユーデ羽根の列のおのおのは、前記
   羽根の列の入口側と出口側の間に約１５％より小さく増
   加する平均半径を有する、 ことを特徴とする圧縮機。