JPS60135697A - 遠心形流体機械の羽根付きデイフユ−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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、遠心形成体機械の羽根付きディフューザに係
シ、特に大流量用に設計される高比速度の遠心圧縮機や
遠心ポンプなどに適用して好適な遠心形成体機械の羽根
付きディフューザに関するものである。

〔発明の背景〕

まず、従来の遠心形成体機械の羽根付きディフューザを
第１図ないし第３図を参照して説明する。

第１図は、従来の遠心圧縮機を示すもので、（ａ）は縦
断面図、（ｂ）は、そのＡ−Ａ断面図、第２図は、その
ディフューザ入口（羽根車出口）部の流れの速度線図、
第３図は、同じくディフューザ入口部における流れ角度
と半径方向成分との流ｗｒ＠方向の分析を示す線図であ
る。

第１図において、２は羽根、３は心根、４は側板で遠心
羽根車１（以下羽根車という）を構成している。５は回
転軸、６は、羽根車１に流体を導くための吸込管である
。

１Ｏは、羽根車１の外周に設けられたディフューザで、
対向する一対の円板状のディフューザ板７．８と複数の
案内羽根９とで構成され、ディフューザ板７．８間を案
内羽根９で仕切られた流路を形成している。複数の案内
羽根９は流路の流れ方向に沿うように設けられたもので
ある。

１１（ｌ：ｊスクロールケーシングでろる。白い矢印は
流体の流れを示している。

遠心圧縮機の羽根車１は、回転軸５によシ駆動され、ガ
スを吸込管６から吸込み、羽根車１内で仕事を与えて高
速の流れとしたのち、ディフューザ１０に４＜。ディフ
ューザ１０においては、羽根車１から流出した両速の流
れの速度エネルギーが圧力エネルギーに変換され、ディ
フューザ１０の下流のスクロールケーシング１１におい
て引続き圧力を回復しつつ集められ、吐出口（図示せず
）から吐出される。

ディフューザ１Ｏは遠心圧縮機の静止＃ｔ、路では最も
流速の速い部分で必るため、遠心圧縮機の圧力回復を効
率良く行うために最も重要な要素でるる。このディフュ
ーザ１０は案内羽根９を設けることによシ、一対のディ
フューザ板７．８間の旋回流れの周方向速度成分をよシ
効果的に減速して、同一の半径比を有するディフューザ
の圧力回復率ｔａめる工夫がなされている。

このような羽根付きディフューザは、従来から用いられ
ているが、次のような欠点があった。

すなわち、大流量用に設計される高比速度の羽根車では
、第２図、第３図に示すように、羽根車１出口の流れの
流れ角度α２および絶対速度の半径方向成分Ｃ２＋＋＋
が、側板４側から６板３側にかけて著しく非一様な歪ん
だ分布となるものでわる。

第２図は、羽根車１の出口、すなわちディフューザ１０
の入口部における流れ速度を示しており、Ｕ、は周速度
、Ｃ２は流れ角度、Ｃ８は絶対流入（出）速度ご３は相
対流入（出）速度、Ｃ２，は半径方向速度である。その
流れ角度α２と半径方向第３図は、横軸にディフユーザ
１０入口（羽根車１出口）部の側板４から心根３までの
流路幅をとシ、縦軸に流れ角度α２および半径方向速度
Ｃ！、をとっている。一点鎖線α３−は設計流量に対し
て計算されるディフユーザ１０入口部の設計流れ角度で
ある。なお、設計流れ角度とは、ディフューザ流路幅に
わたシ一様な流れの状態を仮定した理想的な流れに対し
て２次元的に定義される設計流量時の流れ角度でアシ、
計算によ請求められるものである。

第３図から明らかなように、従来のディフューザ１０の
人口部では流れ角度α！は歪んだ分布となっておシ、特
に側板４側で著しく小さくなシ心根３側でも設計減れ角
度αｍ−を割っている。

ディフユーザ１０入口部の絶対流入速度Ｃ７の半径方向
成分である半径方向速度Ｃ！、も非一様な歪んだ分布で
、やは多側板側が遅く、流路幅の中ほどでは速くなって
いる。流れがディフューザ１０の入口部でこのように歪
んでいると、ディフューザ１Ｏの性能は著しく低下する
。

このように従来の遠心圧縮機用の羽根付ディフューザ１
Ｏでは、羽根車１の出口直後、すなわちディフューザ１
０の入口部における流れの非一様性のために性能が著し
く低下するという欠点があった。また、これを防止する
ために案内羽根を３次元的にひねった形状とし歪んだ入
口流れに沿うよう工夫した羽根付ディフューザが報告さ
れているが、これは倫造が複雑で実用上は問題がめった
。

〔発明の目的〕

本発明は、上述の問題点を解決するためになされたもの
で、ディフューザ入口部の流れを一様化するとともに、
ディフューザ下流部では、−株化された流れをよシ効率
良く減速して圧力回復できるように、案内羽根が円周方
向となす角度を下流に向って太きくシ、同一半径のディ
フューザで得られる性能を大幅に向上することを目的と
したものである。

〔発明の概要〕

本発明に係る遠心形流体機械の羽根付きディフューザの
構成は、遠心圧縮機用の羽根車の外周に設けられ、対向
する一対の円板状のディ７−Ｌ−ザ板の間に流路を形成
し、流路の流れ方向に沿う複数の案内羽根を備えた遠心
形流体機械の羽根付きディフューザにおいて、前記複数
の案内羽根を、ディフューザの入口部で流路幅の半分以
下の羽根側さを有し、ディフューザの少なくとも後半部
で流路幅に等しい羽根冒さを有するものとし、当該案内
羽根が円周方向となす角度を、ディフューザの入口側か
ら出口側に漸増させるように構成したものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の各実施例を第４図ないし第８図を参照し
て説明する。

まず、第４図は、本発明の一実施例に係る遠心圧縮機の
羽根付きディフューザの流路部を示すもので、（ａ）は
縦断面図、（ｂ）は、そのＢ−Ｂ断面図であり、図中、
第１図と同一符号のものは従来技術と同等部分であるか
ら、その説明を省略する。

第４図において、１０Ａはディフューザ、１２は案内羽
根で、対向する一対の円板状のディフューザ板７，８の
間に、流路に沿う複数の案内羽根１２’に備えてディフ
ューザＩＯＡを構成している。

複数の案内羽根１２は、遠心圧縮機の羽根車１の側板４
側にあるディフューザ板７の流路表面上の入口部で、羽
根高さが流路幅にくらべて低いものとなっている。すな
わち、案内羽根１２の入口先端部１２Ｈの羽根高さは、
ディフューザＩＯＡの流路幅の１／２以下になっている
。１２ｂは、案内羽根１２が流路幅と等しい羽根高さと
なる部分の始点で、１２ｂからディフューザ出口部１２
Ｃまで、羽根高さは流路幅に等しい高さを有するように
なっている。

複数の案内羽根１２は、流路幅の半分以下の羽根高さを
有する入口先端部１２ａと、流路幅に等しい羽根高さを
有する前記案内羽根の後半部の始点１２ｂとの間の羽根
高さが、ディフューザｌ０ＡＯ流路の下流方向に漸増す
るように形成されている。

複数の案内羽根１２の入口先端部１２ａは、各羽根とも
羽根車１の中心から半径ｉ：Ｌ＋の円周上にあり、羽根
高さが流路幅と等しくなる始点１２ｂは、各羽根とも羽
根車１の中心から半径比２の円周上にあシ、また、ディ
フューザ出口部、すなわち案内羽根終端１２Ｃは、各羽
根とも羽根車１の中心から半径比３の円周上にある。

案内羽根１２の円周方向となす角度は入口先端部１２ａ
でβ１、下流部１２ｂでβ雪、ディフューザ出口部１２
Ｃでβ３とすると、βｌは設計流れ角度（第３図のα鵞
ｄ）よシ小さいか等しい値とし、β２は／’ｔ　とほぼ
等しく設定する。すなわち１２ａから１２ｂの中間部で
は案内羽根は対数らせんにほぼ等しくなる。β３はβ２
に比べて太きくシ、案内羽根の１２ｂから１２０の中間
部ではβ鵞から次第に漸増してβ３となるように設定す
る。

このように構成した遠心圧縮機の羽根つきディフューザ
ＩＯＡでは、ディフューザ板７の流路表面上の入口部で
、その羽根先端局さが流路幅の半分以下で始まる案内羽
根１２によシ、羽根車１出口の特に側板４側の歪んだ流
れをディフューザーＯＡの入口部で強制的に一様分布流
れに近付けるとともに、下流部では、入口部の案内羽根
で強制的に一様化された流れを、流路幅に等しい高さを
もち、かつその羽根角度を下流に向かって大きくするこ
とにした案内羽根１２によシ、流路自流れの周方向成分
を効率良く減速させ、同一の径のディフューザとしてよ
シ大きな圧力回復が侍られるので、高性能なディフュー
ザを提供することができる。

なお、ディフューザＩＯＡの下流部において、） 案内羽根１２が円周方向となす角度を次第に大きくする
のは、流れが入口部において積極的に一様化されるので
、下流部ではいわゆる羽根付きディフューザの効果、す
なわち圧力回復率ヲ尚める効果が、よシ一層期待できる
ためである。このようにして、羽根車１から出る高速流
は、ディフューザＩＯＡ内で効率良く圧力回復するとと
もに、ディフューザ出口流れも減速されて流出するので
、さらに下流に設けられるスクロールケーシング等での
圧力損失が大幅に減少され、高性能な遠心圧縮機を得る
ことができる。

次に、本発明の他の実施例を第５図を参照して説明する
。

第５図は、本発明の他の実施例に係る遠心圧縮機の羽根
付きディフューザの流路部の断面図であシ、図中、第４
図と同一符号のものは、第４図の例と同等部分であるか
ら、その説明を省略する。

第５図の例では、複数の案内羽根１３は、羽根車１の６
板３側にあるディフューザ板８の流路表面上の入口部で
、羽根高さが流路幅にくらべて低いものとなっている。

すなわち、案内羽根１３の入口先端部１３ａの羽根高さ
は、ディフューザ１０Ｂの流路幅の１／２以下になって
いる。１３ｂは、案内羽根１３が流路幅と等しい羽根高
さとなる部分の始点で、１３ｂからディフューザ出口部
１３ｃまで、羽根高さは流路幅に等しい高さを有するよ
うになっている。

本例は、このように案内羽根１３を６板３側のディフュ
ーザ板８の流路表面上に設置した以外は、第４図の例と
同じであシ、この案内羽根１３は、通常とは逆に６板３
側に流れ角度α２の小さい領域が存在する場合に適用さ
れ、先に説明したと同様の効果を得るものである。

次に、本発明のさらに他の実施例を第６図を参照して説
明する。

第６図は、本発明のさらに他の実施例に係る遠心圧縮機
の羽根付きディフューザの流路部の断面図であシ、図中
、第４図と同一符号のものは、第４図の例と同等部分で
あるから、その説明全省略する。

第６図の例では、複数の案内羽根１２′の羽根＾さが流
路幅と等しくなる部分の始点１２′ｂが、第４図の例に
くらべてディフューザ１０’人のより下流、すなわち出
口部に近い位置におる例を示してゝ勢第４図の例と同様
の効果が期待される・次に、１本発明のさらに他の実施
例を第７図を参照して説明する。

第７図は、本発明のさらに他の実施例に係る遠心圧縮機
の羽根付きディフューザの流路部の断面図でめシ、図中
、先の第４，５図と同一符号のものは、それらの例と同
等部分であるから、その説明を省略する。

第７図の例では、前述の第４図に示した羽根車１の側板
４側にあるディフューザ板７の流路表面上の入口部で、
流路幅の半分以下の羽根＾さを有する複数の案内羽根１
２と、前述の第５図に示した羽根車１の６板３側にある
ディフューザ板８の流路表面上の入口部で、流路幅の半
分以下の羽根高さを有する複数の案内羽根１３とを、対
向する一対の円板状のディフューザ板７．８の間に交互
に設けてディフューザＩＯＣを構成したものである。

このように構成すると、これら案内羽根１２゜１３は互
いにその効果を補いめって、ディフューザ１０Ｃの流路
内の流れをよシ一様化することができるものである。

次に、本発明のさらに他の実施例を第８図を参照して説
明する。

第８図は、本発明のさらに他の実施例に係る遠心圧縮機
の羽根付きディフューザの流路部の断面図であシ、図中
、第７図と同一符号のものは第７図の例と同等部分であ
るから、その説明ケ省略する。

第８図の例は、第７図の例と同様、羽根車１の側板４側
にあるディフューザ板７の流路表面上の入口部で、流路
幅の半分以下の羽根高さを肩し、ディフューザＩＯＤの
後半部で流路幅ＩＣＩＦしい羽根高さを有する複数の案
内羽根１４と、羽根車１の石板３側にあるディフューザ
板８の流路表面上の入口部で、流路幅の半分以下の羽根
高さを有し、ディフューザＩＯＤの後半部で流路幅に等
しい羽根高さを有する複数の案内羽根１５とを、対向す
る一対の円板状のディフューザ板７，８の間に交互に設
けてディフューザＩＯＤを構成したものである。

複数の案内羽根１４．１５は、案内羽根１４の人口先端
１４ａと、羽根高さが流路幅と等しくなる部分の始点１
４ｂとを結ぶ中間部、および案内羽根１５の入口先端１
５ａと、羽根高さが流路幅と等しくなる部分の始点１５
ｂとを結ぶ中間部は、それぞれほぼ等しい羽根＾さに構
成するとともに、その間の案内羽根が円周方向となす角
度をほぼ同一としている。

羽根高さが低い部分から流路幅に等しい部分になった位
置の側板８における点１４ｄと、側板７における点１５
ｄとを結ぶ位置から下流の案内羽根１４．１５は、先の
各例と同様、円周方向となす角度をディフューザＩＯＤ
の出口側に向って漸増させるように構成している。

このように構成すれば、前述の第７図の例と同様の効果
をあげることができる。

なお、前記の各実施例では、遠心圧縮機の羽根付きディ
フューザの例を説明したが、本発明は、遠心圧縮機のみ
に限らず、同等の効果が期待できる遠心形流体機械に係
る羽根付きディフューザの範囲で汎用的なものである。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、ディフューザ入口
部の流れを一様化するとともに、ディフューザ下流部で
は、−株化された流れｒよシ効率良く減速して圧力回復
できるように、案内羽根が円周方向となす角度を下流に
向って太きくシ、同一半径のディフューザで得られる性
能を大幅に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の遠心圧ａ機を示すもので、（ａ）は縦
断面図、（ｂ）は、そのＡ−Ａ断面図、第２図は、その
ディフューザ入口（羽根車出口）部の流れの速度線図、
第３図は、同じくディフューザ人口部における流れ角度
と半径方向速度との流路幅方向の分布を示す線図、第４
図は、本発明の一実′ＪＭ例に係る遠心圧縮機の羽根付
きディフューザの流路部を示すもので（ａ）は縦断面図
、６）は、そのＢ−Ｂ断面図、第５図は、本発明の他の
実施例に係る遠心圧縮機の羽根付きディフューザの流路
部の断面図、第６図は、本発明のさらに他の実施例に係
る遠心圧縮機の羽根付きディフューザの流路部の断面図
、第７図、第８図は、いずれも本発明のさらに他の実施
例に係る遠心圧縮機の羽根付きディフューザの流路部の
断面図である。 １・・・羽根車、３・・・６板、４・・・側板、７．８
・・・ディフューザ板、ＩＯＡ、１０’Ａ、ＩＯＢ、Ｉ
ＯＣ。 １０Ｄ・・・ディフューザ、１２．１２’　、１３゜１
４．１５・・・案内羽根、１２ａ、１２’ａ、１３ａ。 １４ａ、１５ａ・・・入口先端部、１２ｂ、１２’ｂ。 １３ｂ、１４ｂ、１５ｂ・・・後半部の始点（案内羽根
が流路幅と等しい羽根高さとなる部分の始点）。 阜　１０ （久） ろ 第２ｍ　第３０ 茅今口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、遠心形流体機械の羽根車の外周に設けられ、対向す
   る一対の円板状のディフューザ板の間に流路を形成し、
   流路の流れ方向に沿う複数の案内羽根を備えた遠心形流
   体機械の羽根付きディフューザにおいて、前記複数の案
   内羽根を、ディフューザの入口部で流路幅の半分以下の
   羽根高さを有し、ディフューザの少なくとも後半部で流
   路幅に等しい羽根高さを有するものとし、当該案内羽根
   が円周方向となす角度を、ディフューザの入口側から出
   口側に漸増式せるように構成したことを特徴とする遠心
   形流体機械の羽根付きディフューザ。 ２、特許請求の範囲第２項記載のものにおいて、流路幅
   の半分以下の羽根高さを有する複数の案内羽根の入口先
   端部と、流路幅に等しい羽根部さを石する前記案内羽根
   の後半部の始点との間の羽根高さを、ディフューザの流
   路の下流方向に漸増させるように構成したものである遠
   心形光体機械の羽根付きディフューザ。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項記載のもののい
   ずれかにおいて、複数の案内羽根を、羽根車の側板側に
   あるディ７−Ｌ−ザ板の流路表面上の入口部で、流路幅
   の半分以下の羽根高さを有するものとしたものでおる遠
   心形流体機械の羽根付きディフューザ。 ４、特許請求の範囲第１項または第２項記載のもののい
   ずれかにおいて、複数の案内羽根を、羽根車の石板側に
   あるディフューザ板の流路表面上の入口部で、流路幅の
   半分以下の羽根高さを有するものとしたものである遠心
   形流体機械の羽根付きディフューザ。 ５、特許請求の範囲第１項または第２項記載のもののい
   ずれにおいて、羽根車の側板側にあるディフューザ板の
   流路表面上の入口部で、流路幅の半分以下の羽根高さｔ
   有する複数の案内羽根と、羽根車の石板側にあるディフ
   ューザ板の流ｗ＆表面上の入口部で、流路幅の半分以下
   の羽根高さを有する複数の案内羽根と全交互に設けたも
   のである遠心形成体機械の羽根付きディフューザ。