JPH02275097A - 遠心圧縮機用デイフューザ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、遠心圧縮機用ディフューザに係り、特に、広
い作動範囲と高い効率が求められる高速遠心圧縮機に好
適な遠心圧縮機のディフューザに関するものである。

〔従来の技術〕

一般的な遠心圧縮機について、第２１図および第２２図
を参照して説明する。

第２１図は、従来の遠心圧縮機の断面図、第２２図は、
第２１図のｘ−ｘ矢視断面図である。

一般に、遠心圧縮機は、第２１図および第２２図に示す
ような構造で、羽根車１の回転によって矢印２で示す方
向の空気流を発生させる。

羽根車１から流出する空気流２は、大きな速度エネルギ
ーを持っているので、羽根車１の下流側に当る羽根車外
周部に静止翼４を備えたディフューザを設けて、羽根車
１から吐出される流体の速度エネルギーを圧力エネルギ
ーに変換するように作られている。

ディフューザを構成する静止翼４は、第２２図に示すよ
うに、羽根車１の外周部に複数個放射状に設けられてお
り、これらの静止翼４の翼間にはディフューザ流路３が
形成されている。

一般に、遠心羽根車出口の流れは、第３図に示すように
、幅方向に歪んでいる。流れの歪の状況は、流れの方向
が側板側では羽根車め接線方向に近く、一方心板側では
側板側と比較して接線方向から離れる方向を示す。

このような圧縮機において１通過流量を増してゆくと、
ディフューザの静止翼４と側壁とにより形成される流路
の最小断面積部分において、チョークの発生、あるいは
、最小断面積部分近くにおける損失の増加によって圧縮
機の性能が急激に低下する。

また、比較的高速回転で低流量の条件では、静止翼４の
負圧面５に剥離流れ領域が発生し、充分な圧力上昇が得
られなくなるサージ現象が発生する。この問題を解決す
るために、静止翼間に補助翼を設けたディフューザが提
案されている。

補助翼を設ける場合、流路の最小断面積が減少しないよ
うに、翼はできる限り薄くすることが望ましいが、強度
上一定の厚さが必要となる。このため、静止翼の枚数を
十分な流路断面積が確保できる程度とする必要があるが
、このようにすると、静止翼の外周に近い側の流路は静
止翼の間隔が過大となる。その結果、静止翼４の後縁近
くの負圧面５では流れが翼面に沿わず大規模な剥離域が
生じることになり、流れの実質的な断面積が減少してデ
ィフューザの流路が減少するとともに剥離域内での運動
エネルギーの拡散が起る。

この種の遠心圧縮機の作動範囲は多くの場合。

ディフューザによってｆＭ限を受ける。すなわち、小流
量側ではディフューザで発生した逆流が羽根車にまで達
するようになる失速限界であり、大流量側ではディフュ
ーザにおけるチョーク限界であることが多い、したがっ
て、圧縮機の作動範囲の拡大を図るには、第１にディフ
ューザの作動範囲の拡大が必要であり、いくつかの方法
が提案されている。

現在、比較的広く採用れているものは、静止翼４を羽根
車１の回転軸と平行な支軸により回転可動に支承し、静
止翼の方向を羽根車から流出する流れの方向に応じて変
化させる方法である。

この他に、例えば、米国特許第３７８１１２８号に開示
されているように、静止翼の先端を延長して境界層板を
設けたものとか、米国特許第３９０４３１２号あるいは
実開昭５３−１６２４０５号公報記載のように。

静止翼の入口の角度を翼高さ方向に変化させるものなど
が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術における、ディフューザ翼を可動とするも
のは、構造が複雑になり、また境界層板を設けるものは
、羽根車出口流れの歪が大きい遠心圧縮機では境界層板
の効果が十分でない、さらに、静止翼の入口の角度を翼
高さ方向に変化させるものの場合、従来のものでは１作
動ＭＡ囲の拡大が少なかったり、また、作動範囲の拡大
のため静止翼の前縁を羽根車に近づけると、小流量側の
作動範囲の拡大は可能であるが、流路の最小断面積が減
少するための大流量側の作動範囲は狭くなり。

羽根車と静止翼の空力干渉による強い加振力によって、
長期間の運転後に静止翼ないし羽根車が破壊する虞れが
′ＩＰ）、Ａなどの問題があった。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたもので、簡便な構造で広い作動範囲を持ち、高い強
度を有する遠心圧縮機用ディフューザを提供することを
、その目的とするものである。

（Ｉ［Ｉｇを解決するための手段〕 上記目的を達成するために、本発明に係る遠心圧縮機用
ディフューザの構成は、羽根車の外周に複数の静止翼を
備えてディフューザを形成した遠心圧縮機用ディフュー
ザにおいて、前記ディフューザの静止翼の内周に近い側
に、前記静止翼よりも弦長が短く、かつ高さが同等以下
の補助翼を設け、この補助翼の先端側の弦長が根本側の
弦長より小さい形状をなすものである。

【作用〕

上記の技術的手段による働きは下記のとおりである。

本発明によれば、小流量の条件下での静止翼負圧面にお
ける剥離流れ領域の発生傾向が補助翼によって抑制され
るので、小流量側の作動範囲が拡大される。大流量側で
は、補助翼は抵抗として作用するが、先端側の弦長が根
本側の弦長より小さいので１弦長が根本から先端まで同
一の場合に比較して、以下の２点より抵抗が大幅に少な
く、大流量側の性能低下を極めて少なくできる。

すなわち、その第１は、流れにさらされる補助翼の表面
積が大幅に少ないことによるものであり。

第２は、壁面から離れて壁面近くに比較して流速が大き
い補助翼先端側の弦長が小さいので、表面積の減少以上
に抵抗の減少が少ないことによるものである。

以上が空力性能面の補助翼の作用であるが、強度面につ
いても補助翼先端側の弦長が根本側弦長より小さいので
片持温度である補助翼の強度は。

先端側と根本側の弦長が同一の場合に比較して格段に改
善される。

〔実施例〕

以下、本発明の各実施例を第１図ないし第２０図を参照
して説明する。

第１図は１本発明の一実施例に係る遠心圧縮機の縦断面
図、第２図は、第１図のディフューザ部の拡大図、第３
図は、第２図の静止翼、補助翼を示す立体配置図で、こ
の第３図では静止翼に流入する流れの速度ベクトルを合
わせて示している。

図において、第２１図および第２２図に示す従来例と同
一または同等部分には同一符号を付して示し、その説明
を省略する。

第１〜３図において、６は、静止翼４の内周に近い側に
設けられた補助翼で、この補助Ｘ６は、静止Ｘ４より弦
長が短く、高さが静止翼４より同等以下であ河、その補
助翼６の先端側１０の弦長が根本側９の弦長より小さい
形状をなしている。

このような補助翼を有する遠心圧縮機のディフューザの
作用を説明する。

第３図に示すように、側板側の速度ベクトル７は、羽根
車１の接線方向８に近いが、羽根車１近くまで延びてい
る補助翼６の根本側９に近い部分の長い弦長によって静
止翼４に沿う方向に強く導かれるから、羽根ポ１を流出
した流れが逆流するのが抑制され、圧縮機の少流量側の
作動範囲を拡大できる。これに対し、補助翼６の先端側
１０に近い部分の流れは、接線方向８から離れて静止翼
４に近い方向の流れとなっているので、短い弦長で静止
翼４に沿う方向に導くことができる。

圧縮機が大流量で運転される状態では、補助翼６は抵抗
として作用するが、流速が大きい先端側の弦長が小さい
ので抵抗が少なく、大流量側の性能低下を防ぐことがで
きる。また、先端側１０の弦長が小さいので強靭な片持
構造にできる。

第１〜３図の実施例によれば、補助翼の作用によって小
流量時に側板側に起る逆流を抑制することができ、小流
量側の作動範囲の拡大を図ることができる。

次に、第４図、第５図を参照して本発明の他の実施例（
第２の実施例）を説明する６ 第４図は、本発明の他の実施例に係る遠心圧縮機の横断
面図、第５図は、第４図の静止翼、補助翼を示す立体配
置図であり、第１図と同一符号のものは同一部分である
から、その説明を省略する。

第４，５図の実施例の特徴は、補助翼６Ａの前縁におけ
る側板側の羽根角βＳが各板側の羽根角βｈより大きく
なるように形成したことである。

本実施例によれば、補助翼６Ａの形状は複雑になるもの
の、補助翼の角度と流れの角度との一致が良いので、大
流量側、小流量側ともに一層の性能向上が期待できる。

次に、第６図は１本発明のさらに他の実施例（第３の実
施例）に係る遠心圧縮機のディフューザ部の拡大図、第
７図は、第６図の静止翼、補助翼を示す立体配置図であ
る０図中、先の第２，３図と同一符号のものは同一部分
であるから、その説明を省略する。

第６，７図の実施例が、先の第１〜３図の実施例と相違
するところは、補助翼６Ｂの形状を変えたことで、はぼ
台形に近い形状となっている。

第６，７図の実施例によれば、先の第１〜３１ｍの実施
例と同様の効果が期待されるほか、補助翼の剛性が一層
高められ強靭な片持構造にできるという本実施例特有の
効果がある。

第８図は１本発明の一実施例に係る遠心圧縮機にディフ
ューザ部の寸法関係を説明する拡大図で、補助Ｈｅの効
果の高い人口側半径位置および高さを説明する図面とな
っている。

第８図において、羽根車１の半径ｒ１．補助翼６の前縁
の半径位置ｒ２．静止翼４前緻の半径位’Ｉｔ　ｒ　ａ
の間に、１＜ｒｚ／ｒｚ≦１．１≦ｒｓ／ｒｚの関係が
ある場合、および補助翼６の高さｂｌと静止翼４の高さ
ｂとの間に、０．１＜ｂｉ／ｂ（０，６の関係がある場
合に、補助翼６の効果が高い。

次に、第９図は１本発明の一実施例に係る遠心圧縮機の
寸法関係を説明する横断面図で、補助翼６の効果の高い
後縁位置に関するものである。

補助翼６は、隣接する静止翼４ａおよび４ｂのうち、曲
率半径の中心側の静止［４ａの前縁から他方の静止翼４
ｂに下とした垂線１１と交叉しないように配置されてい
る。

次に、第１０図は１本発明の第４の実施例に係る遠心圧
縮機のディフューザ部の拡大図、第１１図は、第１０図
の静止翼、ディフューザを示す立体配置図である１図中
、先の第２，３図と同一符号のものは同一部分であるか
ら、その説明を省略する。

第１０．１１図の実施例は、補助翼６Ｃは高さを低くシ
、かつ、下流側から静止翼４の後縁を通過する円に達す
る仕切板１２を静止翼４に沿って配置したものである。

本実施例によれば、先の第１〜３図の実施例と同様の効
果が期待されるほか、補助翼６Ｃの剛性を一層高める本
実施例特有の効果がある。

また、上記各実施例によれば、静止翼または補助翼の前
縁の一部だけが羽根車の近くに存在するので、空力干渉
による加振力の影響が小さくなり。

相対的に静止翼、補助翼羽根車の強度が増大し、高い信
頼性が確保される。

次に、第１２図ないし第２０図は、静止翼の前縁側に補
助翼、後縁側に中間翼を設けた遠心圧縮機の実施例であ
り、これらの各図中、第２，３図と同一符号のものは同
一部分であるから、その説明を省略する。

第１２図は、本発明の第５の実施例に係る遠心圧縮機の
ディフューザ部の拡大図、第１３図は、第１２図の要部
を示す立体配置図、第１４図は、第１２図の遠心圧縮機
の横断面図である。

第１２〜１４図の実施例では、第１〜３図の実施例で説
明した補助’Ｒ６を有するディフューザにおいて、静止
翼４の後縁側に静止翼と同じ高さの中間′Ｒ１３を配設
したものである。中間翼１３は、静止翼４の外周端から
隣接する静止翼の内周側への延長線に下した垂線１４を
通過し、その中間翼１３の外周端は静止翼４の外周端を
通過する円に達し、かつ垂線１４より内側にある中間翼
の長さは該中間′Ｒ１３全長の２０％以下としている。

また、中間翼１３全体の形状は仮想的に該中間翼を羽根
車の回転軸中心を中心として回転移動した場合に静止翼
の内部に含まれるように構成されている。

ところで、内周側の補助翼６はできる限り簿くすること
が望ましいが１強度上一定の厚さが必要となる。このた
め、静止翼４の枚数を十分な流路断面積が確保できる程
度とする必要がある。

しかし、このようにすると、静止翼４の外周に近い側の
流路は静止翼の間隔が過大となり性能が低下するが、静
止翼間の外周に近い側には、中間翼１３が静止翼４の外
周端から隣接する静止翼の翼面に下した垂線１４の中点
を通過するように延在しているので、静止翼４の外周縁
付近は実質的に静止翼の間隔が適正な値となり性能低下
を防ぐことができる。

第１２〜１４図の実施例によれば、先の第１〜３図の実
施例と同様の効果が期待されるほか、中間翼を配置した
のでディフューザの効率を改善できる。

次に、第１５図、本発明の第６の実施例に係る遠心圧縮
機のディフューザ部の拡大図、第１６図は、第１５図の
要部を示す立体配置図である。

第１５．１６図に示す実施例は、補助翼６と中間Ｘ１３
との間の側板側が、補助翼６より充分低い高さの仕切板
１５によって接続されている。

第１５．１６図の実施例によれば、第１〜３図の実施例
と同様の効果が期待されるほか、補助翼６と中間翼１３
との間に仕切板１５を設けたので、翼の剛性が大きくな
り、長期にわたって安定した性能が保証される。

次に、第４７は、本発明の第７の実施例に係る遠心圧縮
機のディフューザ部の拡大図、第１８図は、第１７図の
要部を示す立体配！！！図である。

第１７．１８図に示す実施例は、第１〜３図の実施例で
説明した補助翼６を有するディフューザにおいて、静止
翼４の後縁側に静止翼４より低い高さの中間翼１３Ａが
配置されたものである。

第１７．１８図の実施例によれば、先の第１２゜１３図
の実施例と同様の効果が期待される。

次に、第１９図は、本発明の第８の実施例に係る遠心圧
縮機のディフューザ部の拡大図、第２０図は、第１９図
の要部を示す立体配置図である。

第１９．２０図に示す実施例は、第１７．１８図の実施
例で示した補助翼６と中間翼１３Ａとの間を、第１５．
１６図の実施例で示した仕切板１５によって接続したも
のである。

第１９．２０図の実施例によれば、先の第１５゜１６図
の実施例と同様の効果が期待される。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明によれば、簡便な構
造で広い作動範囲を持ち、高い強度を有する遠心圧縮機
用ディフューザを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の一実施例に係る遠心圧縮機の縦断面
図、第２図は、第１図のディフューザ部の拡大図、第３
図は、第２図の静止翼、補助翼を示す立体配置図、第４
図は、本発明の他の実施例に係る遠心圧縮機の横断面図
、第５図は、第４図の静止翼、補助翼を示す立体配置図
、第６図は、本発明のさらに他の実施例に係る遠心圧縮
機のディフューザ部の拡大図、第７図は、第６図の静止
翼、補助翼を示す立体配置図、第８図は、本発明の一実
施例に係る遠心圧縮機のディフューザ部の寸法関係を説
明する拡大図、第９図は、本発明の一実施例に係る遠心
圧縮機の寸法関係を説明する横断面図、第１０図は、本
発明の第４の実施例に係る遠心圧縮機のディフューザ部
の拡大図、第１１図は、第１０図の静止翼、補助翼を示
す立体配置図、第１２図は、本発明の第５の実施例に係
る遠心圧縮機のディフューザ部の拡大図、第１３図は、
第１２図の要部を示す立体配置図、第１４図は、第１２
図の遠心圧縮機の横断面図、第１５図は１本発明の第６
の実施例に係る遠心圧縮機のデイプユーザ部の拡大図、
第１６図は、第１５図の要部を示す立体配置図、第１７
図は、本発明の第７の実施例に係る遠心圧縮機のディフ
ューザ部の拡大図、第１８図は、第１７図の要部を示す
立体配置図１本１９図は、本発明の第８の実施例に係る
遠心圧縮機のディフューザ部の拡大図、第２０図は、第
１９図の要部を示す立体配置図、第２１図は、従来の遠
心圧縮機の断面図、第２２図は、第２１図のＸ−ｘ矢視
断面図である。 １・・・羽根車、３・・・ディフューザ通路、４・・・
静止翼、６．６Ａ、６Ｂ、６Ｇ・・・静止翼、９・・・
根本側、１０・・・先端側、１２．１５・・・仕切板、
１３．１３Ａ蔓　１　図 ノ １−−一羽躍卓 ３−デイｈ−す嬰 第 図 第 図 冨 乙 図 葛 巳 で 図 ！ 図 不 篤 ｔθ 国 １ｚ　・・−イブ＝９１シ乏、 不 遁 ／４ 因 乙 ｊ３−−一中間１゜ 第 口 冨 冨 図 第 図 Ｉ５．−−イ尤ｔ７ノシ之 慕 図 慕 ｇ 図 葛 図 冨 ２ρ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、羽根車の外周に複数の静止翼を備えてディフューザ
   を形成した遠心圧縮機用ディフューザにおいて、前記デ
   ィフューザの静止翼の内周に近い側に、前記静止翼より
   も弦長が短く、かつ高さが同等以下の補助翼を設け、こ
   の補助翼の先端側の弦長が根本側の弦長より小さい形状
   をなすことを特徴とする遠心圧縮機用ディフューザ。