JPS62267597A - 遠心羽根車 - 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〕 本発明は斜流羽根車も含む遠心羽根車に関するものであ
る。

なお本明細書において入口翼角度（Ｒ８，βＨ）とは、
羽根人口における展開面において、羽根が軸方向に対し
てなす角を指す。

〔従来技術〕

高圧縮比用の遠心羽根車においては吸込性能の向上を図
るために羽根と連続して、或いは分翻して入口側にイン
デューサを設ける。第２図、第３図は羽根１にインデュ
ーサ２が連続して設けられている例であり、３はガイド
ヘーン、４は吸込口、５は主軸、６はディフューザ、７
はスクロール、８はケーソング、９は増速機のケーシン
グ、１０は軸受である。インデューサ２の入口において
ＲＩＩは羽根入口のハブ側半径、Ｒ３は羽根入口のシュ
ラウド側半径、Ｒは羽根の入口縁上の任意の点の半径を
示す。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような遠心羽根車において、吸込風量を増大させる
ために、例えばシュラウド側半径Ｒ１を大きくするとシ
ュラウド側の相対マツハ数Ｍニーｗ／ａ０　（但し、Ｗ
：相対速度、ａｏ　：吸込音速）が増加し、入口で衝撃
波を発生し、羽根車の性能を［員う、一方、ハブ側半径
Ｒ８を小とすれば相対マツハ数Ｍ、の増大を避けること
はできるが、Ｒｓを増大する場合と同様、インデューサ
２の入口翼高さくＲ３−ＲＨ）が高くなり固有振動数Ｎ
が低下し、起動時又は運転時に共振を生ずるおそれがあ
る。特にガイドベーン枚数Ｚと羽根車の回転数ｎとの積
Ｚｎに基づく振動と共振を起こす場合は強い振動を生じ
インデューサの破損を生ずることがある。

これを防ぐために、インデューサの翼を厚くして固有振
動数Ｎを増大せしめると、その厚みのために羽根車入口
の吸込面積が減少し、入口でのブロック現象によりチョ
ーク風量が減少し、吸込性能を著しく低下せしめる。

また、人口の翼角度については、シュラウド側入口翼角
度β３は入口相対速ｒｔ　ｗ　ｓを最小にするように選
ばれ、通常は５５〜６５６程度の範囲に選ばれている。

第４図は人口における速度三角形を示し、ｕ５＋　　ｕ
Ｈは羽根入口におけるそれぞれシェラウド側周速度、ハ
ブ側周速度を示し、ｃ。

は子牛面速度を示す。

ここでハブ側入口翼角度β８を選定するに当たり、従来
は第４図の速度三角形において、ハブ側の子午面速度を
シェラウド側と等しくｃｍとして得られる関係式、 ｕ　ＩＩｔａｎβ１１０ 及びｕ１＋”ＩＩはそれぞれＲｓ、Ｒｎに比例すること
から求められた式である、 βＭＯ−ｔａｎ−’　　（（Ｒｏ　　／　Ｒ１）ｔａｎ
βｓ）［２１により得られた角度βＨ。をハブ側翼入口
角としてハブ側の翼の形状を定めていた。

この場合例えばＲ，／Ｒ１＝０．４．　　β５＝６０”
とするとβＨ。はほぼ３５″程度となる。

シェラウド側翼大口角βＨは前述の如（５５〜６５６程
度の範囲であり、軸方向に対してはかなり傾斜しており
、従って隣り合う羽根間の距離（２πＲｓ　／　Ｚｂ　
）　ｃ　ｏ　Ｓβ−Ｔ８但し、Ｚｂ＋羽根車の羽根数 Ｔ、！羽根車の羽根人口厚さ はかなり狭くなっている。その上ハブ側翼大口角β８゜
も３５°程度であって角度はβＨより小さいとはいうも
のの半径が小となっているので隣り合う羽根間の距離は
やはり狭く、従って入口スロート面積が狭く、チョーク
風量が少量であり、良好な吸込性能が得られなかった。

このような従来の遠心羽根車は、−例を第５図に示すよ
うにハブ側入口翼角度βＨ。が大きく、上記の如き問題
点を有するものであった。

発明者は、上記の問題を解決するために実験と研究を重
ね、その折に得た知見に基づき、本発明をなすに至った
。

即ち、発明者は、インデューサ入口部における吸込性能
を改善するために、ハブ側入口翼角度βＨを従来のもの
より小さく選び、スロート面積を広げてチョーク風量を
増大せしめることに着目し、この場合の問題点について
も実験及び研究を行ない、その際に、ハブ側入口翼角度
β□を従来よりも小なる値に選べば、スロート面積が広
くなりチョーク風量が増大するのみならず、羽根車ハブ
の先端部の回転により生ずる旋回流の影ツ、或いは圧縮
機は全負荷で運転される時間より、部分負荷で運転され
る時間、Ｓちガイドベーンが全開でな（閉じぎみであっ
て旋回流が与えられる時間の方が長いことなどに鑑み、
入口羽根の方向はむしろ実際の人口の流れの方向に近づ
（ことを確かめた。

さらに、ハブ側入口翼角度βＨを小さくとると、羽根の
固有振動数が低下して悪影苦を及ぼすので、固有振動数
を高めるために羽根面をわん曲させることに着想し、羽
根面を、羽根の回転方向に対して凸状にわん曲させれば
固有振動数が増大するばかりでなく、スロート面積も増
大することを確かめ、本発明をなすに至ったのである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、従来のものの上記の問題点を解決する手段と
して、吸込ガイドベーンで容量を制御する圧縮機に用い
るインデューサ付き遠心羽根車において、前記インデュ
ーサの入口部の羽根のハ　ブ　側　半　径を　　　Ｒ８ シュラウド側半径を　　　　ＲＳ ハブ側入口翼角度を　　　　Ｒ８ シュラウド側入口翼角度を　β。

とするとき、ハブ側入口翼角度βＨが、ｔａｎ−’　（
（ＲＭ／　Ｒｓ）　ｔａｎβ３）　−２０°≦βＨかつ
、 βＨ≦ｔａｎ−’　（（Ｒｘ／Ｒｓ）ｔａｎβｓ）ｓ’
の範囲にあり、前記インデューサの羽根面が、ハブ側の
羽根縁とシェラウド側の羽根縁に対して、回転方向に向
かって凸状にわん曲していることを特徴とする遠心羽根
車を提供せんとするものである。

〔作　用〕

本発明は、上記の如く構成することにより、次の如く作
用する。

第２回に示す如き遠心羽根車においてハブの先端部の回
転により流入気流に旋回運動が与えられ、インデューサ
に流入する気流は回転方向に向は接線方向に、第６図に
Ｃ１にて示す速度成分が与えられ、旋回流れ角δを伴な
い相対速度はＷｌの如くなり、この旋回流れ角δは特開
昭５２−１２４２０６号公報に示される如く３〜５＠程
度とみられる。

第６図において６１＃δであるから、ハブ側人口翼角度
βＨを、 βＨ＝βＨ、−βＨ。−δｌ＃β８゜−δ　　　　（３
）程度とすれば、ハブ側入口翼の向きは、流入する流体
の向きに対し従来のβ□。における場合よりも合うので
損失が少なくなるばかりでな（、ハブ側人口翼角度βＨ
が小となることにより隣り合う翼の間のチョーク面積が
大きくなりチョーク風量が増大する。

チョーク風量は、ハブ側入口翼角度βＨが小なる程入口
面積が大きくなり、増大するので、ハブ側入口翼角度β
Ｈは（３）式のβＨ１より小なることが望ましい。δ＝
３〜５°程度であるからδ、＝６゜として、 βＨ≦β□−δ１　＃βＨ１−６゜ 即ち、 βＨ　≦ｔａｎ−’　　（（ＲＭ／　Ｒｓ）ｔａｎβＨ
〕　−６°　　　　　（４）なる如く選ぶことが好まし
い。

ただし、βＨが小さくなり過ぎると入射角ｉが大きくな
り、大賀圧面ではく離を生じる。ハブ側の相対マツハ数
Ｍｗは試算した結果通常０．５〜０．７よりも小となる
ので、日本機械学会論文集第４５巻第３９０号第１５６
〜１６３頁の資料などによれば、はく離の生ずる入射角
ｉは１０〜１５＠程度となる。

従ってはく離によるサージング風量を上昇せしめないた
めには、 β工≧βＨ、−１０＠−β工。−１５゜即ち、。

βＨ≧ｔａｎ−’　（（ＲＭ／　Ｒｓ）ｔａｎβｓ）　
　　１５＠（５１なることが好ましい。

また、圧縮機は、全負荷運転を行なっている時間に比べ
部分負荷運転を行なっている時間の方が多い。部分負荷
の場合はガイドベーンが成る程度閉じられ、ガイドベー
ンの傾きにより旋回流が与えられて接線方向の速度成分
Ｃ７が大となり、δ１は一層大となりδ２となる。これ
らの影響は数度程度あるので、ハブ側入口翼角度βＨは
（５）式に示された範囲よりもさらに小さな範囲を適用
して、β□≧ｔａｎ−’　（（Ｒ）Ｉ／　Ｒｓ）　ｔａ
ｎβＳ〕−２０’＋６＋とするのが好ましい。

即ち、ハブ側入口翼角度β８は（４）式及び（６）式に
示される範囲内に選択するのが好ましく、このように構
成することにより、大人口の開口面積を拡大し、チョー
ク風量を増大し、吸込性能を向上せしめ、かつ、サージ
ング風量の増大を避けることができる。

このようにハブ側入口翼角度βＨを従来よりも小さく選
ぶことにより、上記の如き効果を奏することができるが
、一方羽根の固有振動数が低下してしまうことが確かめ
られた。

即ち、本発明による遠心羽根車は第１図に示す如く、ハ
ブ側人口翼角度β８は第５図における従来のＲ８よりも
小であり、羽根のハブ側の端縁の、羽根入口から羽根出
口までの長さは、従来のものよりも本発明のものの方が
短くなる。羽根の一部を平面上に展開した状態を第７図
に示す。ここでＨは羽根の高さ、ｑ＋＋Ｑｚはそれぞれ
成る卓面交線、ｂ、はシュラウド側の端縁長さであり、
β。

が大きい従来のものも、β□が小さい本発明のものも長
さは変らない。しかし、ハブ側の端縁長ｂＫは、本発明
のものの方が従来のものよりも短かくなっており、厚さ
Ｔ、４が同しならば固有振動数が低下してしまい、起動
時や運転時に共振を起こし支障を来たすおそれがある。

このように新たに明らかとなった障害を排除するために
発明者らは研究を重ね、羽根面をわん曲させて固有振動
数を高めることに着想し、検討を重ねた結果、わん曲の
向きを、羽根車の回転方向に向かって凸状にわん曲せし
めれば、わん曲していないものに比べ、固有振動数を上
昇せしめるのみならず、その上に翼の間のスロート面積
が増大し、チョーク風量の増大にも役立つことが確かめ
られ、本発明がなされた。

〔実施例〕 羽根の形状につき、模型的に、従来の嘲笑８図と本発明
の実施例第９図とを比較する。

第８図の従来の例においては、ハブ側人口翼角度βＮｏ
はかなり大きく、また、人口縁ｑ０は直線であり、羽根
面はシュラウド側羽根縁Ｓとハブ何羽ｍ縁Ｈとを結ぶ直
線の卓面交線ｑ１、ｑｚ、・・・ｑｎなどにより形成さ
れている。

一方第９図の本発明の実施例では、ハブ側人口翼角度β
８はβＨ。よりも小となっており、入口縁ｐ０は回転方
向へに対し凸状にわん曲した曲線であり、羽根面は回転
方向に対し凸状にわん曲した卓面交線ｐｔ＋　９２＋・
・・ｐｎなどにより形成され、シェラウド側の羽根縁Ｓ
とハブ側の羽１縁Ｈに対し。

て回転方向Ａに対して凸状にわん曲した曲面となってい
る。

本発明の実施例と従来のものの例とを第１表に示すケー
スにおいて比較して説明する。

また何れのケースにおいても 半径比　　　Ｒ８／Ｒｓ＝０．３ シュラウド側人口翼角度　βＨ＝５５゜羽根の数　　　
　　　　　Ｚ＝１５枚 羽根の厚さ　　　　　　　Ｔ。＝４■璽とする。

上記第１表において、ケース■及び■におけるハブ側入
口翼角度β１１．は、次の如き式（７）、βｎｔ＝　（
Ｒｎ　／Ｒｓ　）　　・βＨ（７）によるものであり、
これは、弐（４）と式（６）にて示される範囲の中に入
る角度となる。

また、翼面のわん曲については、成る應直交線上におい
て、任意の半径Ｒの点における翼角度をβえとじ、その
卓面交線の両端のハブ側半径をＲＩＩＫ−シェラウド側
半径をＲ１いハブ側翼角度をβ□、シュラウド側翼角度
をβＨとするとき、ケース■及び■に対しては、 ｔａｎ　Ｂ　＊　＝　ｔａｎ　βｓ＋＋−（（！ｌ５ｉ
−Ｒ）／（Ｒｓｉ−ＲｎＪ〕−（ｔａｎβＢ−ｔａｎβ
ｕ　ｔ　）　　　　　　　（８１としてわん曲のない翼
面を与え、ケース・■〜■に対しては、 βＨ−βｓ＋＋−（（Ｒｓｍ−Ｒ）／（Ｒｏｔ−Ｒｏｔ
））　（β□−βＨ）としてわん曲した翼面を与える。

（９）式によれば、羽根車の回転方向に向かって凸状に
わん曲した羽根面が得られる。

また、（９）弐の代りに、 β８＝βｓｎ−（（Ｒｏｔ−Ｒ）／（Ｒｏｔ−Ｒｏｔ）
）　’・（β□−β□）　　　　　　　　　　　　Ｑｌ
を用いても同様に凸状にわん曲した羽根面が得られる。

ここにｎは、ｎ＞ｌなる、整数以外のものも含む任意の
数である。

このような従来例■、参考例■、■、本発明の実施例■
、■、■につきインデューサ翼入口面積（スロート面積
）を比較すると次の如くなる。

ケース　　　スロート面積　　　面積比■　　　　　０
．２６７５　　　　　１．００■　　　　　０．２７６
５　　　　　１．０３４■　　　　　０．２８０１　　
　　　１．０４７■　　　　　０．２９０９　　　　　
１．０８７■　　　　　　　０．２９２１　　　　　　
　１．０９２■　　　　　　　　０．３１１９　　　　
　　　１．１６６■→■の差によりβ８が小になればス
ロート面積が増大し、■−■の差により羽根面が回転方
向に凸状にわん曲すればスロート面積が増大することが
わかる。本発明の実施例は、βＨを小とし、かつ羽根面
が回転方向に凸状にわん曲しているので、スロート面積
は一層増大し、■−■、■、■の如くなる。

また、羽根の固有振動数について従来例と本発明の実施
例との比較を第２表に示す。

第　　　　２　　　　表 〔発明の効果〕 本発明により、スロート面積の増大をはかり、チョーク
風量を増大せしめて吸込性能を向上せしめ、かつサージ
ング風量の増大を避けて運転領域を拡大し、しかも固有
振動数を高めて起動時或いは運転時の共振を防ぎ、振動
や騒音の発生や損傷を防止する遠心式羽根車を提供する
ことができ、実用上極めて大なる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の斜視図、第２図は圧縮機の縦
断面図、第３図はそのＩ−１線から見た展開図、第４図
は従来の羽根車の入口速度三角形、第５図は従来例の斜
視図、第６図は本発明の実施例の人口速度三角形、第７
図は羽根の一部の説明用斜視図、第８図は従来例の羽根
の形状を示す斜視図、第９図は本発明の実施例の羽根の
形状を示す斜視図である。 １・・・羽根、２・・・インデューサ、３・・・ガイド
ベーン、４・・・吸込口、５・・・主軸、６・・・ディ
フューザ、７・・・スクロール、８・・・ケーシング、
９・・・ケーシング、１０・・・軸受。 特許出願人　株式会社荏原製作所 特許出願人　株式会社荏原総合研究所 代理人　弁理士　薬　　師　　　　　　稔代理人　弁理
士　依　　１）　孝次部 代理人　弁理士　高　　木　　正　　行第２図 箇３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、吸込ガイドベーンで容量を制御する圧縮機に用いる
   インデューサ付き遠心羽根車において、 前記インデューサの入口部の羽根の ハブ側半径をＲ＿Ｈ シュラウド側半径をＲ＿Ｓ ハブ側入口翼角度をβ＿Ｈ シュラウド側入口翼角度をβ＿Ｓ とするとき、 ハブ側入口翼角度β＿Ｈが、 ｔａｎ＾−＾１〔（Ｒ＿Ｈ／Ｒ＿Ｓ）ｔａｎβ＿Ｓ〕−
   ２０°≦β＿Ｈかつ、 β＿Ｈ≦ｔａｎ＾−＾１〔（Ｒ＿Ｈ／Ｒ＿Ｓ）ｔａｎβ
   ＿Ｓ〕−６°の範囲にあり、 前記インデューサの羽根面が、ハブ側の羽 根縁とシュラウド側の羽根縁に対して、回転方向に向か
   って凸状にわん曲している ことを特徴とする遠心羽根車。