JP2015137607A5 - 軸流回転機械 - Google Patents

Description

上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。
即ち、本発明の一の態様としての軸流回転機械は、軸線の方向に延びて該軸線を中心として回転する回転軸と、前記回転軸を相対回転可能に外周側から支持して前記回転軸との間に流体の流路を画成するケーシングと、前記ケーシングの下流側に設けられて前記流路に連通して前記軸線を中心とした環状をなすとともに下流側に向かって流路断面積が拡大するディフューザ流路が画成されたディフューザ部と、前記ケーシングから前記軸線の径方向内側に突出して該軸線の方向に複数列に設けられた静翼列と、前記静翼列に前記軸線の方向に隣接して複数列に設けられて前記流体の圧縮又は圧送を行う動翼列と、を備える軸流回転機械に設けられ、前記動翼列のうちの前記流体の流れの最も下流側に位置する最終動翼列を構成するとともに、互いに前記軸線の周方向に間隔をあけて複数配され、各々の転向角が翼高さ方向の中央部に比べてハブ側及びチップ側の方が大きくなっている翼部を備えた動翼を有する動翼列と、前記動翼列を固定し、前記軸線の方向に延びて該軸線を中心として回転する回転軸と、前記回転軸を相対回転可能に外周側から支持し、前記回転軸との間に流体の流路を画成するケーシングと、前記ケーシングの下流側に設けられて前記流路に連通し、前記軸線を中心とした環状をなすとともに下流側に向かって流路断面積が拡大するディフューザ流路が画成されたディフューザ部と、前記ケーシングから前記軸線の径方向内側に突出するとともに、前記動翼列に前記軸線の方向に隣接して複数列に設けられ、列毎に前記軸線の周方向に互いに離間して設けられた静翼を有する静翼列と、を備え、前記ディフューザ部は、前記最終動翼列の上流側の端部よりも下流側で、かつ、該最終動翼列よりもさらに下流側に設けられた最終静翼列の下流側の端部よりも上流側から前記ディフューザ流路が延びるように、前記ケーシングに設けられている。

このような動翼によれば、最終動翼列の動翼における翼部の転向角、即ち、翼部入口に対する流体の流通方向と翼部出口における流体の流通方向との相対角度が、翼高さ方向の中央部に比べてハブ側及びチップ側の方が大きくなっている。このため、最終動翼列を通過する流体はハブ側及びチップ側でより大きく流通方向が転向される。従って、動翼は、ハブ側及びチップ側で流体に対してより多くの仕事をすることになり、この位置で流体の圧縮量（又は圧送量）が多くなる。
ここで、仮に動翼における転向角が翼高さ方向に一律である場合には、流体とケーシングの流路の内面との間のせん断力の影響でハブ側及びチップ側で流体の流速が遅くなる。
この点、上述のように動翼の転向角を翼高さ方向に変化させることで、流路の内面近傍での流体の流速を増大させ、最終動翼列を通過した流体の速度（全圧）分布を、ディフューザ部の出口で、翼高さ方向、即ち軸線の径方向により均一とすることができる。この結果、ディフューザ流路内での流体の剥離を抑制することができる。
さらに、このような流体の剥離抑制によって、ディフューザ部の軸線の方向の寸法を短縮したとしても安定して圧力を回復させることができ、ディフューザ流路との間の摩擦によって生じる流体の摩擦損失の低減が可能となる。
また、流体の剥離抑制によって、ディフューザ流路の入口と出口との流路断面積の比を大きくすることも可能となり、圧力回復量を大きくすることができる。
また、このような軸流回転機械によれば、最終動翼列に上記の動翼を有していることで、ケーシングの流路の内面近傍での流体の流速を増大させ、最終動翼列を通過した流体の速度（全圧）分布を、ディフューザ部の出口で、翼高さ方向、即ち軸線の径方向により均一とすることができる。
また、上記のように最終動翼列の動翼の転向角が翼高さ方向に異なっていることで、流路の内面近傍で全圧が高められた流体がディフューザ流路に流れ込むことになり、ディフューザ流路での流体の剥離は生じにくい。よって、最終動翼列が設けられた位置を含んで、この位置よりも下流側で、かつ、最終静翼列よりも上流側からディフューザ流路が始まるようにしても損失は発生しにくい。よってこのようにすることで、最終静翼列による流体の減速効果を得つつ、より早い列階から圧力回復を行うことができる。この結果、ディフューザ部の軸線の方向の寸法をさらに短縮したり、ディフューザ流路の入口と出口との流路断面積比をさらに大きくしたりすることが可能となる。

このようにディフューザ流路では、径方向外側の内面とともに径方向内側の内面が下流側に向かって径方向外側に傾斜することで、例えば径方向外側に配置された機器へ圧縮又は圧送された流体を導くことができる。
また、本発明の他の態様としての軸流回転機械は、軸線の方向に延びて該軸線を中心として回転する回転軸と、前記回転軸を相対回転可能に外周側から支持して前記回転軸との間に流体の流路を画成するケーシングと、前記ケーシングの下流側に設けられて前記流路に連通して前記軸線を中心とした環状をなすとともに下流側に向かって流路断面積が拡大するディフューザ流路が画成されたディフューザ部と、前記ケーシングから前記軸線の径方向内側に突出して該軸線の方向に複数列に設けられた静翼列と、前記静翼列に前記軸線の方向に隣接して複数列に設けられて前記流体の圧縮又は圧送を行う動翼列と、を備え、前記ディフューザ部は、前記動翼列のうちの前記流体の流れの最も下流側に位置する最終動翼列の上流側の端部よりも下流側で、かつ、該最終動翼列よりもさらに下流側に設けられた最終静翼列の下流側の端部よりも上流側から前記ディフューザ流路が延びるように、前記ケーシングに設けられている。
また、前記ディフューザ部では、前記ディフューザ流路の内面の一部が前記最終静翼列における静翼の一部によって形成されていてもよい。
また、前記ディフューザ部では、前記ディフューザ流路が、前記最終静翼列の設けられた前記軸線の方向の領域に対応する第一領域と、該第一領域よりも下流側の第二領域と、該第二領域よりもさらに下流側の第三領域とに分割され、前記第一領域よりも前記第二領域の方が流路断面積の拡大量が大きくなり、前記第二領域よりも前記第三領域の方が流路断面積の拡大量が小さくなっていてもよい。
また、前記ディフューザ部では、前記ディフューザ流路が、前記最終静翼列の設けられた前記軸線の方向の領域に対応する第一領域と、該第一領域よりも下流側の第二領域とに分割され、前記第一領域よりも前記第二領域の方が流路断面積の拡大量が小さくなっていてもよい。
また、前記ディフューザ部では、前記ディフューザ流路における前記軸線の径方向外側の内面が下流側に向かって前記径方向外側に傾斜するように流路断面積が拡大してもよい。
また、前記ディフューザ部では、前記ディフューザ流路における前記軸線の径方向内側の内面が下流側に向かって前記径方向内側に傾斜するように流路断面積が拡大してもよい。
また、前記ディフューザ部では、前記ディフューザ流路における前記軸線の径方向内側の内面が下流側に向かって前記径方向外側に傾斜するように前記流路断面積が拡大してもよい。

Claims (14)

1. 軸線の方向に延びて該軸線を中心として回転する回転軸と、前記回転軸を相対回転可能に外周側から支持して前記回転軸との間に流体の流路を画成するケーシングと、前記ケーシングの下流側に設けられて前記流路に連通して前記軸線を中心とした環状をなすとともに下流側に向かって流路断面積が拡大するディフューザ流路が画成されたディフューザ部と、前記ケーシングから前記軸線の径方向内側に突出して該軸線の方向に複数列に設けられた静翼列と、前記静翼列に前記軸線の方向に隣接して複数列に設けられて前記流体の圧縮又は圧送を行う動翼列と、を備える軸流回転機械に設けられ、
   前記動翼列のうちの前記流体の流れの最も下流側に位置する最終動翼列を構成するとともに、互いに前記軸線の周方向に間隔をあけて複数配され、各々の転向角が翼高さ方向の中央部に比べてハブ側及びチップ側の方が大きくなっている翼部を備えた動翼を有する動翼列と、
   前記動翼列を固定し、前記軸線の方向に延びて該軸線を中心として回転する回転軸と前記回転軸を相対回転可能に外周側から支持し、前記回転軸との間に流体の流路を画成するケーシングと、
   前記ケーシングの下流側に設けられて前記流路に連通し、前記軸線を中心とした環状をなすとともに下流側に向かって流路断面積が拡大するディフューザ流路が画成されたディフューザ部と、
   前記ケーシングから前記軸線の径方向内側に突出するとともに、前記動翼列に前記軸線の方向に隣接して複数列に設けられ、列毎に前記軸線の周方向に互いに離間して設けられた静翼を有する静翼列と、
   を備え、
   前記ディフューザ部は、前記最終動翼列の上流側の端部よりも下流側で、かつ、該最終動翼列よりもさらに下流側に設けられた最終静翼列の下流側の端部よりも上流側から前記ディフューザ流路が延びるように、前記ケーシングに設けられている軸流回転機械。
2. 前記ディフューザ部では、前記ディフューザ流路の内面の一部が前記最終静翼列における前記静翼の一部によって形成されている請求項１に記載の軸流回転機械。
3. 前記ディフューザ部では、前記ディフューザ流路が、前記最終静翼列の設けられた前記軸線の方向の領域に対応する第一領域と、該第一領域よりも下流側の第二領域と、該第二領域よりもさらに下流側の第三領域とに分割され、
   前記第一領域よりも前記第二領域の方が流路断面積の拡大量が大きくなり、前記第二領域よりも前記第三領域の方が流路断面積の拡大量が小さくなる請求項１又は２に記載の軸流回転機械。
4. 前記ディフューザ部では、前記ディフューザ流路が、前記最終静翼列の設けられた前記軸線の方向の領域に対応する第一領域と、該第一領域よりも下流側の第二領域とに分割され、
   前記第一領域よりも前記第二領域の方が流路断面積の拡大量が小さくなる請求項１又は２に記載の軸流回転機械。
5. 前記ディフューザ部では、前記ディフューザ流路における前記軸線の径方向外側の内面が下流側に向かって前記径方向外側に傾斜するように流路断面積が拡大する請求項１から４のいずれか一項に記載の軸流回転機械。
6. 前記ディフューザ部では、前記ディフューザ流路における前記軸線の径方向内側の内面が下流側に向かって前記径方向内側に傾斜するように流路断面積が拡大する請求項５に記載の軸流回転機械。
7. 前記ディフューザ部では、前記ディフューザ流路における前記軸線の径方向内側の内面が下流側に向かって前記径方向外側に傾斜するように前記流路断面積が拡大する請求項５に記載の軸流回転機械。
8. 軸線の方向に延びて該軸線を中心として回転する回転軸と、
   前記回転軸を相対回転可能に外周側から支持して前記回転軸との間に流体の流路を画成するケーシングと、
   前記ケーシングの下流側に設けられて前記流路に連通して前記軸線を中心とした環状をなすとともに下流側に向かって流路断面積が拡大するディフューザ流路が画成されたディフューザ部と、
   前記ケーシングから前記軸線の径方向内側に突出して該軸線の方向に複数列に設けられた静翼列と、
   前記静翼列に前記軸線の方向に隣接して複数列に設けられて前記流体の圧縮又は圧送を行う動翼列と、
   を備え、
   前記ディフューザ部は、前記動翼列のうちの前記流体の流れの最も下流側に位置する最終動翼列の上流側の端部よりも下流側で、かつ、該最終動翼列よりもさらに下流側に設けられた最終静翼列の下流側の端部よりも上流側から前記ディフューザ流路が延びるように、前記ケーシングに設けられている軸流回転機械。
9. 前記ディフューザ部では、前記ディフューザ流路の内面の一部が前記最終静翼列における静翼の一部によって形成されている請求項８に記載の軸流回転機械。
10. 前記ディフューザ部では、前記ディフューザ流路が、前記最終静翼列の設けられた前記軸線の方向の領域に対応する第一領域と、該第一領域よりも下流側の第二領域と、該第二領域よりもさらに下流側の第三領域とに分割され、
    前記第一領域よりも前記第二領域の方が流路断面積の拡大量が大きくなり、前記第二領域よりも前記第三領域の方が流路断面積の拡大量が小さくなる請求項８又は９に記載の軸流回転機械。
11. 前記ディフューザ部では、前記ディフューザ流路が、前記最終静翼列の設けられた前記軸線の方向の領域に対応する第一領域と、該第一領域よりも下流側の第二領域とに分割され、
    前記第一領域よりも前記第二領域の方が流路断面積の拡大量が小さくなる請求項８又は９に記載の軸流回転機械。
12. 前記ディフューザ部では、前記ディフューザ流路における前記軸線の径方向外側の内面が下流側に向かって前記径方向外側に傾斜するように流路断面積が拡大する請求項８から１１のいずれか一項に記載の軸流回転機械。
13. 前記ディフューザ部では、前記ディフューザ流路における前記軸線の径方向内側の内面が下流側に向かって前記径方向内側に傾斜するように流路断面積が拡大する請求項１２に記載の軸流回転機械。
14. 前記ディフューザ部では、前記ディフューザ流路における前記軸線の径方向内側の内面が下流側に向かって前記径方向外側に傾斜するように前記流路断面積が拡大する請求項１２に記載の軸流回転機械。

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