WO2014129241A1 - ディフューザの製造方法 - Google Patents

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WO2014129241A1
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wall member
grooves
manufacturing
groove
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川西月波
合田真琴
金澤直毅
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川崎重工業株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/441—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/444—Bladed diffusers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08—Centrifugal pumps
    • F04D17/10—Centrifugal pumps for compressing or evacuating
    • F04D17/12—Multi-stage pumps
    • F04D17/122—Multi-stage pumps the individual rotor discs being, one for each stage, on a common shaft and axially spaced, e.g. conventional centrifugal multi- stage compressors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/50—Inlet or outlet
    • F05D2250/52—Outlet

Definitions

  • the present invention includes the size of the diffuser when manufacturing a diffuser having a curved leading edge with a center portion in the span direction recessed downstream from both ends.
  • the present invention relates to a method of manufacturing a diffuser capable of easily forming various curved leading edges corresponding to specifications.
  • a centrifugal compressor is provided with a diffuser so as to surround the radially outer side of the impeller in order to convert the dynamic pressure obtained by the impeller into a static pressure.
  • a diffuser passage is formed by a groove between vanes, and the conversion rate from dynamic pressure to static pressure depends on the shape of the diffuser passage. That is, the air flowing out of the rotating impeller in the centrifugal compressor has a non-uniform flow velocity distribution in the span direction (coincidence with the axial direction) of the centrifugal compressor due to the effect of fluid viscosity and friction on the wall surface side of the diffuser passage.
  • the diffuser passage needs to have an optimum shape that can efficiently decelerate the air flow with respect to the angular distribution of the air flow from the impeller to obtain a sufficient static pressure recovery force.
  • the present applicant has disclosed a diffuser for a centrifugal compressor in which the diffuser user passage can have a shape in which the air inflow angle at the diffuser inlet is appropriate with respect to the angular distribution of the air flow flowing out from the impeller, and the diffuser A manufacturing method has already been proposed (see Patent Document 1).
  • a plurality of grooves are integrally formed on each of the opposing surfaces of a pair of wall members, and both wall members are joined in an arrangement in which the surfaces on which the grooves are formed are opposed to each other, thereby opposing grooves.
  • a diffuser having a diffuser passage is obtained.
  • the front edge of the vane between the two adjacent passages is curved so that the central portion in the span direction is recessed downstream. It is formed into a shape.
  • the leading edge of the curved shape of the vane is set so as to optimize the air inflow angle at the diffuser inlet with respect to the angular distribution of the air flow flowing out from the impeller.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and can easily and accurately form arc-shaped rounded portions having different radii at the corners of the groove, and have a required curved shape on the front edge of the vane portion. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a diffuser capable of easily obtaining high-precision.
  • a diffuser manufacturing method is a diffuser manufacturing method provided radially outward of an impeller of a centrifugal compressor, and is opposed to the axial direction of the centrifugal compressor.
  • a wall creating step for preparing a front wall member and a rear wall member, and a plurality of grooves extending from the radially inner periphery to the outer periphery are formed in the circumferential direction on the rear surface of the front wall member and the front surface of the rear wall member. Forming a diffuser passage between the vanes by the grooves by connecting the front wall member and the rear wall member with the vanes between the grooves so that the grooves face each other.
  • an arc-shaped rounded portion is formed by a ball end mill at the corner of the groove, so that the front edge of the vane having an acute angle is directed toward the downstream in the center portion in the span direction.
  • Concave And is curved so as to.
  • the corner of the groove is cut by the bottom blade of the ball end mill.
  • Various rounded portions having different radii can be formed easily and with high accuracy. If the rounded portion having a predetermined radius of curvature can be accurately formed at the corner of the groove in this way, the leading edge of the vane existing between two adjacent grooves is formed at the corner of the groove on both sides of the vane.
  • the span direction as used in the field of this invention is a direction which connects between both wall members, and is a direction which corresponds to an axial direction in the case of a centrifugal compressor.
  • the leading edge is formed by cutting the rounded portion with a ball end mill having a radius of curvature corresponding to an inflow angle of air into the diffuser passage.
  • a rounded portion having a radius corresponding to the inflow angle of air into the diffuser passage is formed at the corner of the groove, and the curved shape formed on the leading edge of the vane portion by this rounded portion is impeller. It is optimal for the angular distribution of the air flow flowing out of the air. Therefore, even if the air inflow angle differs depending on the model of the centrifugal compressor, the radius corresponding to various inflow angles can be selected by using a ball end mill having a radius corresponding to the inflow angle each time. It is possible to easily form a rounded portion having
  • the diffuser passage having a shape having rounded portions at four corners of a rectangular cross section is formed by the grooves facing each other of the front wall member and the rear wall member.
  • the diffuser passage formed in this way allows the air flow along the rounded corners of the four corners of the groove to be smoothly decelerated and efficiently decelerated, and the static pressure recovery rate that is the conversion efficiency from dynamic pressure to static pressure Will improve.
  • the straight portion excluding the rounded portion in the groove is processed by an end mill. Since the end mill has a cylindrical shape with cutting edges on the outer peripheral surface and the end surface, the end mill can easily cut the straight portion into the groove. Moreover, since it can process with a milling machine with the ball end mill which processes the corner part of a groove
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 1.
  • FIG. 5 is a sectional view taken along line VV in FIG. 3. It is the VI-VI sectional view taken on the line of FIG. It is a characteristic view which shows the relationship of the static pressure recovery rate of a diffuser with respect to the flow coefficient based on the experimental result in a diffuser same as the above. It is a characteristic view which shows the relationship of the heat insulation efficiency of a compressor with respect to the flow coefficient based on the experimental result in a diffuser same as the above.
  • air A is compressed by the front stage impeller 1 to increase the static pressure and velocity energy, and then decelerated by the front stage diffuser 2 to increase the static pressure.
  • the air A subsequently passes through the return channel 3 and flows into the rear stage impeller 4 and is compressed again, and then is converted into a static pressure by the rear stage diffuser 8.
  • the rear stage side diffuser 8 provided on the outer side in the radial direction R of the rear stage side impeller 4 includes a front wall member 9 and a rear wall member 10 that face each other in the axial direction C of the compressor.
  • the front wall member 9 and the rear wall member 10 are coupled to each other with the rear surface 9a and the front surface 10a in contact with each other.
  • a large number of grooves 13 having a predetermined shape extending from the inner periphery IN in the radial direction R to the outer periphery OT are formed on the rear surface 9 a that is a coupling surface with the rear wall member 10 of the front wall member 9. They are formed side by side in the circumferential direction at a predetermined angle with respect to R.
  • a groove 14 having the same shape as the groove 13 of the front wall member 9 is formed in the same manner on the front surface 10a which is a coupling surface of the rear wall member 10 to the front wall member 9.
  • RT indicates the rotation direction of the rear stage impeller 4.
  • the front wall member 9 and the rear wall member 10 are configured such that the grooves 13 and 14 are opposed to each other, and the vanes 18 and 19 between the two adjacent grooves 13 and 14 are coupled to each other.
  • a diffuser passage 20 between the vanes 18 and 19 is formed by both the grooves 13 and 14.
  • the cross-sectional shape of the diffuser passage 20 is basically rectangular up to the throat portion 21 (FIG. 3), and the corners (corner portions) of the grooves 13 and 14, that is, the transverse Arc-shaped round portions 22 and 23 having a predetermined radius of curvature are formed at the four corners of the surface rectangle.
  • the vanes 18 and 19 forming an acute angle between two adjacent diffuser passages 20 have their front edges 27 and 28 formed into a curved shape by the formation of the round portions 22 and 23, respectively.
  • This curved shape is curved so that the center portion in the span direction (matching the axial direction C) is recessed downstream.
  • the curved shape of the front edges 27 and 28 is set so that the inflow angle of the air A at the diffuser inlet is appropriate.
  • FIG. 4 shows the distribution of the air A inflow angle in the span direction between the hub 12 (rear wall member 10) and the shroud 11 (front wall member 9) at the front edges 27 and 28 of the vanes 18 and 19.
  • the characteristic curves of P1, P2, and P3 show the experimental results when the inflow angle distribution is varied.
  • the characteristic curve of Q shows the case where the inflow angle is constant.
  • the left and right ends in FIG. 4 are the bottom surfaces of the grooves 13 and 14, and in the vicinity of the bottom surfaces, the flow velocity decreases due to the influence of fluid viscosity and friction, so the inflow angle becomes small. Since the distribution of the inflow angles is not always symmetrical, the shapes of the leading edges 27 and 28 in FIG. 6 deviate from the symmetrical shape accordingly.
  • the front edges 27 and 28 are desired.
  • the shape that is, a curved shape that is optimal for the distribution of the flow angle into the diffuser 8 can be obtained. Thereby, the efficiency of the diffuser 8 can be improved.
  • the lateral section after the throat portion 21 is widened in both the radial direction R and the span direction, that is, is a three-dimensionally expanded rectangle, and as shown in FIG.
  • the rounded portions 22 and 23 having a predetermined radius of curvature are formed in the portion.
  • a front wall member 9 and a rear wall member 10 having shapes suitable for the structure and dimensions of the compressor are prepared by casting or forging.
  • a plurality of grooves 13 having a required shape extending from the inner periphery IN in the radial direction R to the outer periphery OT in FIG.
  • a vane 18 is formed between two adjacent grooves 13.
  • a reference reamer hole 39 is drilled in the rear surface 9 a, and groove processing is performed with the reamer hole 39 as a reference.
  • a through hole 48 in which a female screw that is screwed into the through hole 41 for bolt insertion and the bolts 43 and 44 (FIG. 2) inserted from the rear wall member 10 is formed at a predetermined position.
  • a reamer hole 40 is formed on the front surface 10 a coupled to the front wall member 9 in the rear wall member 10, and the groove 14 is desired at a predetermined interval on the basis of the reamer hole 40.
  • Many shapes are formed.
  • a vane 19 is formed between two adjacent grooves 14. Further, it corresponds to a through hole 42 formed with a female screw that is screwed into a bolt 50 (FIG. 2) inserted from the through hole 41, a through hole 42 corresponding to the through hole 41, and a through hole 48 formed with a female screw.
  • a through-hole 49 for inserting a bolt is formed.
  • the predetermined curvature radius shown in FIG. 5 is obtained by using the ball end mill 29 shown in FIG.
  • the arc-shaped round portions 22 and 23 are formed. Since this ball end mill 29 has a spherical bottom blade 30 and can cut a curved surface, the ball end mill 29 having a bottom blade 30 having a radius of curvature corresponding to the radius of the rounded portions 22 and 23 to be formed.
  • various rounded portions 22 and 23 having different radii can be formed easily and with high accuracy.
  • the ball end mill 29 having the bottom blade 30 with the radius of curvature corresponding to the inflow angle is selected and used each time.
  • the radii of the rounded portions 22 and 23 can be set as appropriate, and the leading edges 27 and 28 having the required curved shape shown in FIG. 6 that match various inflow angle distributions (FIG. 4) can be formed.
  • the straight portions 31, 32 excluding the round portions 22, 23 in the grooves 13, 14 shown in FIG. 5 are formed by cutting using an end mill 33 shown in FIG. Since the end mill 33 has the cutting edges 37 and 38 on the outer peripheral surface and the end surface, the straight portions 31 and 32 can be easily and accurately cut into the grooves 13 and 14.
  • a required curved shape as shown in FIG. 6 is formed. This curved shape is set so that the air inflow angle at the diffuser inlet is optimized.
  • the rounded portions 22 and 23 in FIG. 5 are cut by the ball end mill 29 in FIG. 9 having a radius of curvature corresponding to the inflow angle of air into the diffuser passage 20, the inflow of air into the diffuser passage 20.
  • the rounded portions 22 and 23 matching the corners can be formed.
  • the curved shapes formed on the front edges 27 and 28 of the vanes 18 and 19 of FIG. 6 by the rounded portions 22 and 23 are optimal for the angular distribution of the air flow flowing out from the rear stage impeller 4. It will be a thing.
  • the curved shape has a non-uniform distribution in the span direction, and is optimally matched with the air inflow angle indicated by P1 to P3 in FIG.
  • the two wall members 9 and 10 are positioned relative to each other. Then, both wall members 9 and 10 are connected to each other with bolts 43 and 50 to manufacture the rear side diffuser 8. Thereafter, the rear diffuser 8 is attached to a predetermined position of the housing of the centrifugal compressor with a bolt 44.
  • the diffuser 8 is produced by forming the diffuser passage 20 by a simple operation of forming the grooves 13 and 14 to be the diffuser passage 20 in the both wall members 9 and 10 by cutting or grinding, and then bolting them together. can do.
  • the characteristic curve S1 of FIG. 7 shows the static pressure when the leading edges 27 and 28 of the vanes 18 and 19 of the rear diffuser 8 are curved as shown in FIG. 6 and the inflow angle is matched with P2 of FIG. 4 (this case). Indicates the recovery rate.
  • the characteristic curve S2 of FIG. 7 shows the static pressure recovery rate when a rear diffuser without a rounded portion is used at the corner of the groove (without the rounded portion).
  • the characteristic curve U1 of FIG. 8 shows the compressor heat insulation efficiency of this case, and the characteristic curve U2 shows the compressor heat insulation efficiency without a rounded portion.
  • the static pressure recovery rate in FIG. 7 and the compressor adiabatic efficiency in FIG. 8 are shown as ratios to values at the design flow points of S2 and U2, respectively.
  • the rear diffuser 8 has a remarkably superior diffuser static pressure recovery rate at the design flow rate point of the compressor, as compared with a diffuser without a rounded portion.
  • the compressor heat insulation efficiency is also greatly improved.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

　遠心圧縮機のディフューザ（８）の軸方向に対向する前壁部材（９）と後壁部材（１０）とを用意する壁作成工程と、前壁部材の後面と後壁部材の前面とに、径方向の内周から外周に延びる複数の溝（１３）を周方向に並べて形成する溝形成工程と、前壁部材と後壁部材とを溝間のベーン（１８，１９）で結合することにより、溝によってベーン間のディフューザ通路（２０）を形成する結合工程とを備え、溝形成工程において、溝の隅部にボールエンドミル（２９）によって円弧状のアール部（２２，２３）を形成することにより、鋭角をなすベーン（１８，１９）の前縁を、スパン方向の中央部が下流へ向かって凹入するように湾曲させる。

Description

ディフューザの製造方法 関連出願
　この出願は、２０１３年２月２２日出願の特願２０１３－０３３１１４の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　本発明は、ディフューザ入口での流入角を最適化するためにスパン方向の中央部が両端部よりも下流側に凹入した湾曲形状の前縁を有するディフューザを製造するに際して、ティフューザの寸法を含む諸元に対応して異なる種々の湾曲形状の前縁を容易に形成することのできるディフューザの製造方法に関するものである。
　一般に、遠心圧縮機には、羽根車により得られた動圧を静圧に変換させるために、羽根車の径方向外方を取り囲む形でディフューザが設けられている。このディフューザの一種として、ベーン部間の溝によりディフューザ通路を形成したものが知られており、このディフューザ通路の形状の如何によって動圧から静圧への変換率が左右される。すなわち、遠心圧縮機における回転する羽根車から流出する空気は、ディフューザ通路の壁面側での流体の粘性と摩擦の影響によって、遠心圧縮機のスパン方向（軸方向に合致）に不均一な流速分布となり、その結果、羽根車からの空気の流出角の分布がスパン方向に不均一となる。そこで、ディフューザ通路は、羽根車からの空気の流れの角度分布に対して空気の流れを効率よく減速して十分な静圧回復力が得られる最適な形状とする必要がある。
　本件出願人は、ディフユーザ通路を、羽根車から流出する空気の流れの角度分布に対してディフューザ入口部での空気の流入角が適切となる形状とすることができる遠心圧縮機用ディフューザおよびその製造方法を既に提案している（特許文献１参照）。この技術は、一対の壁部材の各々の対向面に多数の溝を一体形成し、両壁部材を各々の溝が形成された面を相対向させた配置で接合することにより、相対向する溝からなるディフューザ通路を有するディフューザを得ている。
　また、ディフューザ通路となる溝の隅部に所定曲率半径のアールを形成することにより、隣接する２つの通路の間のベーンの前縁を、スパン方向の中央部が下流へ向かって凹入する湾曲形状に形成している。このベーンの湾曲形状の前縁は、羽根車から流出する空気の流れの角度分布に対してディフューザ入口での空気の流入角を最適化する形状になるよう設定される。
特開平８－０９３６９４号公報
　しかしながら、特許文献１のディフューザは、前述のような顕著な効果を奏するものであるが、実用化するに際しては未だ解決すべき課題がある。すなわち、ベーンの前縁に所要の湾曲形状を得るためには、前記アール部を、適宜設定された半径に高精度に形成しなければならない。しかも、ベーンの前縁に形成する湾曲形状は、圧縮機の機種の相違などによる大きさを含む諸元によって個々に異なる。そこで、ベーンの前縁に種々の異なる湾曲形状を容易、かつ高精度に得られる方法が求められている。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、溝の隅部に半径が種々に異なる円弧状のアール部を容易、かつ高精度に形成して、ベーン部の前縁に所要の湾曲形状を容易、かつ高精度に得ることができるディフューザの製造方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明に係るディフューザの製造方法は、遠心圧縮機の羽根車の径方向外方に設けられるディフューザの製造方法であって、前記遠心圧縮機の軸方向に対向する前壁部材と後壁部材とを用意する壁作成工程と、前記前壁部材の後面と前記後壁部材の前面とに、径方向の内周から外周に延びる複数の溝を周方向に並べて形成する溝形成工程と、前記前壁部材と前記後壁部材とを、それぞれの前記溝を対向させて溝間のベーンで結合することにより、前記溝によって前記ベーン間のディフューザ通路を形成する結合工程とを備え、前記溝形成工程において、前記溝の隅部にボールエンドミルによって円弧状のアール部を形成することにより、鋭角をなす前記ベーンの前縁を、スパン方向の中央部が下流へ向かって凹入するように湾曲させている。
　このディフューザの製造方法によれば、形成すべきアール部の半径に対応する曲率半径の底刃を有するボールエンドミルを選択して、そのボールエンドミルの底刃により溝の隅部を切削加工することにより、半径が異なる種々のアール部を容易、かつ高精度に形成することができる。このように溝の隅部に所定曲率半径を有するアール部を正確に形成できれば、隣接する２つの溝の間に存在するベーンの前縁には、このベーンの両側の溝の隅部に形成された両アール部によって、スパン方向の中央部が下流へ向かって凹入する湾曲形状が得られる。なお、本発明でいうスパン方向とは、両壁部材間を結ぶ方向であって、遠心圧縮機の場合には軸方向に合致する方向である。
　本発明において、前記ディフューザ通路への空気の流入角に応じた曲率半径を有するボールエンドミルによって前記アール部を切削することにより、前記前縁を形成することが好ましい。これにより、溝の隅部に、ディフューザ通路への空気の流入角に対応した半径を有するアール部が形成されるから、このアール部によってベーン部の前縁に形成される湾曲形状は、羽根車から流出する空気の流れの角度分布に対して最適なものとなる。したがって、遠心圧縮機の機種に応じて空気の流入角が相違しても、その流入角に対応する半径を有するボールエンドミルをその都度選択して使用することにより、種々の流入角に対応した半径を有するアール部を容易に形成することができる。
　本発明において、前記前壁部材と前記後壁部材の相対向する前記溝により横断面矩形の四隅にアール部を持つ形状の前記ディフューザ通路を形成することが好ましい。このように形成されたディフューザ通路は、溝の四隅のアール部に沿った空気の流れが円滑になって効率よく減速させることができ、動圧から静圧への変換効率である静圧回復率が向上する。
　横断面矩形の四隅にアール部を持つ形状のディフューザ通路を形成する溝形成工程において、前記溝における前記アール部を除いた直線部をエンドミルで加工することが好ましい。エンドミルは、外周面および端面に切れ刃を持った円柱状のものであるから、このエンドミルにより溝に直線部を容易に切削加工することができる。また、溝の隅部を加工するボールエンドミルとともに、フライス盤によって加工できるので、加工効率が向上する。
　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。
　本発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明からより明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、本発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。本発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の部品番号は、同一または相当部分を示す。
本発明の一実施形態に係る製造方法を適用したディフューザを後段側に備えた２段式遠心圧縮機を示す縦断面図である。 同上の後段側ディフューザの要部を示す拡大図である。 図１のIII―III線断面図である。 同上のディフューザにおける実験結果に基づくスパン方向距離に対する空気の流入角の関係を示す特性図である。 図３のV―V線断面図である。 図３のVI―VI線断面図である。 同上のディフューザにおける実験結果に基づく流量係数に対するディフューザの静圧回復率の関係を示す特性図である。 同上のディフューザにおける実験結果に基づく流量係数に対する圧縮機の断熱効率の関係を示す特性図である。 同上のディフューザの溝の隅部にアール部を形成するのに用いられるボールエンドミルを示す側面図である。 同上のディフューザの溝に直線部を形成するのに用いられるエンドミルを示す側面図である。
　以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
　図１において、空気Ａは、前段側羽根車１で圧縮されて静圧および速度エネルギが高められたのち、前段側ディフューザ２により減速されて静圧が上昇する。この空気Ａは、つづいてリターンチャンネル３を通り後段側羽根車４に流入して再び圧縮されたのち、後段側ディフューザ８で静圧に変換される。後段側羽根車４の径方向Ｒの外方に設けられた後段側ディフューザ８は、圧縮機の軸方向Ｃに対向する前壁部材９と後壁部材１０とを備えている。共に径方向Ｒに延びるリング状の薄板である前壁部材９および後壁部材１０はそれぞれ、後段側羽根車４を覆うシュラウド１１の外周、および後段側羽根車４のハブ１２の外周に配設されている。
　前壁部材９と後壁部材１０とは各々の後面９ａおよび前面１０ａを接触させて互いに結合されている。図３に示すように、前壁部材９の後壁部材１０との結合面である後面９ａには、径方向Ｒの内周ＩＮから外周ＯＴに延びる所定形状の多数の溝１３が、径方向Ｒに対して所定角度をなして周方向に並べて形成されている。また、後壁部材１０の前壁部材９との結合面である前面１０ａにも同様に、前壁部材９の溝１３と同形状の溝１４が同様の配置で形成されている。すなわち、この実施形態では、両壁部材９、１０の互いに結合される後面９ａおよび前面１０ａが、後段側ディフューザ８の左右対称位置となる場合を例示している。また、ＲＴは後段側羽根車４の回転方向を示す。
　前記前壁部材９と後壁部材１０は、それぞれの溝１３、１４を互いに対向させて、各々の隣接する２つの溝１３、１４の間のべーン１８、１９を互いに結合することにより、双方の溝１３、１４によってベーン１８、１９間のディフューザ通路２０が形成されている。このディフューザ通路２０の横断面形状は、図５に示すように、スロート部２１（図３）までは基本的に矩形とされるとともに、各溝１３，１４の隅部（角部）、つまり横断面矩形の四隅に所定曲率半径を有する円弧状のアール部２２，２３が形成されている。
　また、隣接する２つのディフューザ通路２０間の鋭角をなすベーン１８，１９は、図６に示すように、その前縁２７、２８が、前記アール部２２，２３の形成によって湾曲形状となる。この湾曲形状は、スパン方向（軸方向Ｃに合致する）の中央部が下流へ向かって凹入するように湾曲する。この前縁２７、２８の湾曲形状によってディフューザ入口部での空気Ａの流入角が適切となるように設定されている。
　図４はベーン１８，１９の前縁２７、２８におけるハブ１２（後壁部材１０）からシュラウド１１（前壁部材９）間のスパン方向の空気Ａの流入角の分布を示したものである。Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の各特性曲線は、流入角分布を異ならせた場合の実験結果を示したものである。Ｑの特性曲線は流入角を一定とした場合を示したものである。図４の左右両端は、溝１３、１４の底面であり、底面近傍は、流体の粘性と摩擦の影響により、流速が低下するために、流入角が小さくなる。流入角の分布は左右対称とは限らないので、それに応じて、図６の前縁２７、２８の形状も対称形から外れる。
　前記アール部２２，２３の半径および図３に示すウェッジ角δ（ベーン部１８，１９の前縁２７、２８の両側面がなす角度）を適宜選定することにより、前記前縁２７、２８を所望形状、すなわち、ディフューザ８への流入角分布に対して最適な湾曲形状とすることができる。それにより、ディフューザ８の効率の向上を図ることができる。
　また、ディフューザ通路２０において、スロート部２１以降の横方向断面は、径方向Ｒおよびスパン方向ともに末広がりし、すなわち３次元的に拡大した矩形とされるとともに、図５に示したように、その隅部に所定曲率半径のアール部２２，２３が形成されている。これにより、ディフューザ通路２０の断面形状を最適なものとすることができ、このディフューザ通路２０に沿って効率よく減速させるとともに隅部の流れを円滑化して、動圧を効率よく静圧に変換させることができる。
　つぎに、図２の後段側ディフューザ８の製造工程について説明する。圧縮機の構造、寸法などに適応する形状の前壁部材９および後壁部材１０を、鋳造または鍛造により用意する。つづいて、前壁部材９の後面９ａに、切削加工機により図３の径方向Ｒの内周ＩＮから外周ＯＴに延びる所要形状の複数の溝１３を周方向に並べて形成する。これにより、隣接する２つの溝１３の間にベーン１８が形成される。ここで、形成される溝１３の位置精度を確保するために、後面９ａに基準用リーマ孔３９を穿孔して、このリーマ孔３９を基準として溝加工を行う。また、ボルト挿通用の貫通孔４１および後壁部材１０から挿通されるボルト４３，４４（図２）に螺合する雌ねじが形成された貫通孔４８を所定位置に形成する。
　つづいて、後壁部材１０における前壁部材９に結合する前面１０ａにも前壁部材９と同様に、リーマ孔４０を形成し、このリーマ孔４０を基準にして、溝１４を所定間隔で所望形状に多数形成する。これにより、隣接する２つの溝１４の間にベーン１９が形成される。また、前記貫通孔４１から挿通されるボルト５０（図２）に螺合する雌ねじが形成された貫通孔４２、前記貫通孔４１に対応した貫通孔４２および雌ねじが形成された貫通孔４８に対応するボルト挿通用の貫通孔４９を形成する。
　前壁部材９および後壁部材１０にそれぞれ溝１３，１４を切削加工する際に、溝１３，１４の隅部に、図９に示すボールエンドミル２９を用いて、図５に示す所定曲率半径を有する円弧状のアール部２２、２３を形成する。このボールエンドミル２９は、球状の底刃３０を有して曲面を切削加工できるものであるから、形成すべきアール部２２，２３の半径に対応する曲率半径の底刃３０を有するボールエンドミル２９を選択して、溝１３，１４の隅部を切削加工することにより、半径が異なる種々のアール部２２、２３を容易、かつ高精度に形成することができる。
　したがって、遠心圧縮機の機種に応じて空気の流入角のスパン方向の分布が相違しても、その流入角に対応する曲率半径の底刃３０を有するボールエンドミル２９をその都度選択して使用することにより、アール部２２，２３の半径を適宜設定して、種々の流入角分布（図４）に合致する、図６に示す所要の湾曲形状を持つ前縁２７，２８を形成できる。
　図５に示す溝１３，１４におけるアール部２２，２３を除く直線部３１，３２は、図１０に示すエンドミル３３を用いた切削加工により形成する。このエンドミル３３は、外周面および端面に切れ刃３７，３８を持っているので、溝１３，１４に直線部３１，３２を容易に、かつ高精度に切削加工することができる。
　上述のように溝１３，１４の隅部に所定曲率半径を有するアール部２２，２３を正確に形成できれば、図６に示すような所要の湾曲形状が形成される。この湾曲形状は、ディフューザ入口での空気の流入角が最適となるように設定されるものである。
　さらに詳述すると、ディフューザ通路２０への空気の流入角に応じた曲率半径を有する図９のボールエンドミル２９によって図５のアール部２２，２３を切削加工すれば、ディフューザ通路２０への空気の流入角に合致するアール部２２，２３を形成できる。これにより、このアール部２２，２３によって図６のベーン１８，１９の前縁２７、２８に形成される湾曲形状は、後段側羽根車４から流出する空気の流れの角度分布に対して最適なものとなる。つまり、湾曲形状が、スパン方向に不均一な分布となって、図４のＰ１～Ｐ３で示された空気の流入角に合致した最適なものとなる。
　上述のように形成した図３の前壁部材９の後面９ａおよび後壁部材１０の前面１０ａのリーマ孔３９、４０にノックピンを圧入して両壁部材9,10の相互の位置決めを行ったのち、ボルト４３，５０で両壁部材９、１０を互いに結合して後段側ディフューザ８を製作する。しかるのち、この後段側ディフューザ８を遠心圧縮機のハウジングの所定位置に、ボルト４４により取り付ける。
　このように、このディフューザ８は、切削または研削により両壁部材９，１０にディフューザ通路２０となる溝１３，１４を各々形成し、ついで両者をボルト結合するという簡単な作業によりディフューザ通路２０を作製することができる。
　つぎに、このようにして作製された後段側ディフューザ８を使用した場合の静圧回復率（羽根車出口での動圧分がディフューザ８で静圧に変換される割合）および圧縮機断熱効率を実験により測定した結果を、設計流量点に対する流量係数の比を横軸として、図７および図８にそれぞれ示す。
　図７の特性曲線Ｓ１は、後段側ディフューザ８のベーン１８，１９の前縁２７，２８を図６に示す湾曲形状として、流入角を図４のＰ２に合致させた場合（本件）の静圧回復率を示す。一方、図７の特性曲線Ｓ２は、溝の隅部にアール部を設けない後段側ディフューザを用いた場合（アール部なし）の静圧回復率を示す。図８の特性曲線Ｕ１は本件の圧縮機断熱効率を示し、特性曲線Ｕ２はアール部なしの圧縮機断熱効率を示す。
　ここで、図７の静圧回復率と図８の圧縮機断熱効率はそれぞれ、Ｓ２、Ｕ２の設計流量点での値に対する比で示す。図７に示すように、この後段側ディフューザ８は、アール部を設けないディフューザに比較して、圧縮機の設計流量点においてディフューザ静圧回復率が格段に優れていることがわかる。これに伴って、図８に示すように、圧縮機断熱効率も格段に向上している。
　なお、本発明は上述した実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能であり、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
４　羽根車
８　ディフューザ
９　前壁部材
９ａ　後面
１０　後壁部材
１０ａ　前面
１３，１４　溝
１８，１９　ベーン
２０　ディフューザ通路
２２，２３　アール部
２７，２８　前縁
２９　ボールエンドミル
３１，３２　直線部
３３　エンドミル

Claims (4)

  1. 　遠心圧縮機の羽根車の径方向外方に設けられるディフューザの製造方法であって、
    　前記遠心圧縮機の軸方向に対向する前壁部材と後壁部材とを用意する壁作成工程と、
    　前記前壁部材の後面と前記後壁部材の前面とに、径方向の内周から外周に延びる複数の溝を周方向に並べて形成する溝形成工程と、
    　前記前壁部材と前記後壁部材とを、それぞれの前記溝を対向させて溝間のベーンで結合することにより、前記溝によって前記ベーン間のディフューザ通路を形成する結合工程とを備え、
    　前記溝形成工程において、前記溝の隅部にボールエンドミルによって円弧状のアール部を形成することにより、鋭角をなす前記ベーンの前縁を、スパン方向の中央部が下流へ向かって凹入するように湾曲させたディフューザの製造方法。
  2. 　請求項１に記載のディフューザの製造方法において、
    　前記ディフューザ通路への空気の流入角に応じた曲率半径を有するボールエンドミルによって前記アール部を切削することにより、前記前縁を形成するディフューザの製造方法。
  3. 　請求項１または２に記載のディフューザの製造方法において、
    　前記前壁部材と前記後壁部材の相対向する前記溝により横断面矩形の四隅にアール部を持つ形状の前記ディフューザ通路を形成するディフューザの製造方法。
  4. 　請求項３に記載のディフューザの製造方法において、
    　横断面矩形の四隅にアール部を持つ形状のディフューザ通路を形成する溝形成工程において、
    　前記溝における前記アール部を除いた直線部をエンドミルで加工するディフューザの製造方法。
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