JPH0949498A

JPH0949498A - 多段圧縮機

Info

Publication number: JPH0949498A
Application number: JP20690395A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Chiba; 薫千葉; Kenji Kobayashi; 健児小林; Tomoki Kawakubo; 知己川久保; Masayasu Saito; 正泰斎藤
Original assignee: Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1995-06-01
Filing date: 1995-08-14
Publication date: 1997-02-18

Abstract

(57)【要約】【目的】各段が高い効率を有し、かつ小型軽量で大流
量の多段圧縮機を提供する。【構成】回転駆動される単一のシャフト１２に同軸に
取り付けられた複数のインペラ１４、１６と、シャフト
を回転可能に支持し、かつ複数のインペラを囲むケーシ
ング１８と、を備えた多段圧縮機であって、複数のイン
ペラのうち、少なくとも第１段のインペラ１４は、子午
面流れが軸に対して傾斜して流出する斜流インペラであ
り、ケーシング１８は、斜流インペラの回転により遠心
圧縮された気体を隣接するインペラの半径方向内方に導
く流路１８ａ、１８ｂを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気体を圧縮する多
段圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】ヘリコプタ用エンジンや小型ガスタービ
ンなど、特に高い圧力比が要求される場合に、小型軽量
の２段遠心圧縮機が使用されている。かかる２段遠心圧
縮機は、図５に例示するように、遠心羽根車１（インペ
ラ）、ディフューザ２、スクロール３、等からなり、上
段（第１段）のディフューザ出口の流れが戻り流路４
（リターンチャンネル）により後段（第２段）の羽根車
入口に導かれるようになっている。それぞれの遠心羽根
車１は、回転軸にほぼ垂直な面で外向き旋回流を作り、
主として遠心作用により気体にエネルギーを与え、ディ
フューザ２及びスクロール３で気体の動圧を静圧に回復
するようになっている。

【０００３】図６は、かかる遠心圧縮機の比速度ｎｓと
効率ηとの関係を示す図であり、比速度ｎｓは、式１で
あらわされる。なお、ω(rad/s) は羽根車の回転角速
度、Ｑ(m³/s)は体積流量、ｇ(m/s²)は重力加速度、Ｈ_ad
(m) は、断熱ヘッドである。ｎｓ＝ω×Ｑ^1/2／（ｇＨ_ad）^3/4．．．（式１）

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した多段遠心圧縮
機（例えば２段遠心圧縮機）において、圧縮機の全体の
効率を高めるためには、１段目及び２段目の両方の効率
を高くする必要がある。しかし、例えば図６に●で例示
するように、両方の遠心羽根車は同軸に連結されている
ため、１段目の効率が高くなるように１段目の比速度を
最適領域に設定すると、２段目は体積流量Ｑが圧縮によ
り数分の１に小さくなっているため、比速度も数分の１
になり、２段目の効率は１段目に比較してかなり低くな
ってしまう問題点があった。また、この２段遠心圧縮機
を小型軽量のまま大流量化しようとすると、図６に○で
例示するように、１段目の比速度が大きくなりすぎて最
適領域から外れてしまい、効率が大幅に低下してしまう
問題点があった。

【０００５】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、各段
が高い効率を有し、かつ小型軽量で大流量の多段圧縮機
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、回転駆
動される単一のシャフトに同軸に取り付けられた複数の
インペラと、前記シャフトを回転可能に支持しかつ前記
複数のインペラを囲むケーシングと、を備えた多段圧縮
機であって、前記複数のインペラのうち、少なくとも第
１段のインペラは、子午面流れが軸に対して傾斜して流
出する斜流インペラであり、前記ケーシングは、斜流イ
ンペラの回転により遠心圧縮された気体を隣接するイン
ペラの半径方向内方に導く流路を有する、ことを特徴と
する多段圧縮機が提供される。

【０００７】本発明の好ましい実施形態によれば、第１
段のインペラは、比速度約１．０乃至４．０の斜流イン
ペラであり、第２段のインペラは、比速度約０．５乃至
１．０の遠心インペラである。また、第１段インペラ及
び第２段インペラの両方が、斜流インペラであり、第１
段インペラの比速度は、約２．０乃至４．０であり、第
２段のインペラの比速度は、約１．０乃至２．０であ
る。更に、遠心圧縮された気体を隣接するインペラの半
径方向内方に導く前記流路内に、圧縮気体を膨張させる
ディフューザを有し、かつ該ディフューザ内の流れは軸
線に対して直交しない流れである。

【０００８】本発明の発明者等は、子午面流れが軸に対
して傾斜して流出する斜流圧縮機が、遠心圧縮機よりも
高い比速度領域で高い効率を有することに着目し、この
斜流圧縮機と遠心圧縮機とを同軸に組み合わせることに
より各段の効率を高めることができることに着眼した。
本発明はかかる新規の知見に基づくものである。すなわ
ち、上述した本発明の構成によれば、複数のインペラの
うち、少なくとも第１段のインペラが、子午面流れが軸
に対して傾斜して流出する斜流インペラであり、各イン
ペラが単一のシャフトに同軸に取り付けられているの
で、従来の多段遠心圧縮機とほぼ同様の構成により、斜
流圧縮機と遠心圧縮機とを同軸に組み合わせることがで
きる。また、斜流圧縮機は、比速度約１．０乃至４．０
で高い効率を有するので、第１段のインペラをこの領域
に設定すれば、２段目は体積流量Ｑが圧縮により数分の
１に小さくなっているため、比速度も数分の１になる
が、この領域で、遠心圧縮機は高い効率を得ることがで
きる。従って、少なくとも１段目を斜流インペラとし、
２段目或いは３段目も遠心インペラにすることにより、
各段の効率を高くすることができ、小型軽量で大流量の
多段圧縮機とすることができる。

【０００９】また、第１段及び第２段の両方を斜流イン
ペラとし、それぞれの比速度を高め、第１段を比速度約
２．０乃至４．０、第２段を比速度約１．０乃至２．０
とすることにより、両方のインペラを高い比速度領域で
設定でき、一層小型軽量で大流量の多段圧縮機とするこ
とができる。更に、インペラ間の流路に、圧縮気体を膨
張させるディフューザを備え、このディフューザ内の流
れを軸線に対して直交しない流れ（例えば斜流）にする
ことにより、圧縮機の外径を小さくすることができる。

【００１０】また、上述した多段圧縮機をそのままスケ
ールダウンすることにより、従来の多段遠心圧縮機と同
じ性能のより小型の多段圧縮機とすることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付して使用する。図１は、本
発明による多段圧縮機の第１実施形態を示す全体構成図
（側面断面図）である。この図において、本発明の多段
圧縮機１０は、回転駆動される単一のシャフト１２に同
軸に取り付けられた複数のインペラ１４、１６と、シャ
フト１２を回転可能に支持し、かつ複数のインペラ１
４、１６を囲むケーシング１８と、を備えている。

【００１２】複数のインペラのうち、少なくとも第１段
のインペラ（この図においてインペラ１４）は、子午面
流れが軸に対して傾斜して流出する斜流インペラであ
る。また、この図において、斜流インペラ１４の下流側
には圧縮した空気を軸方向に流出するように静翼１５が
配置されている。また、ケーシング１８は、斜流インペ
ラ１４の回転により遠心圧縮された気体を隣接する第２
段インペラ１６の半径方向内方に導く流路１８ａを有し
ている。かかる構成の斜流圧縮機により、比速度約１．
０〜４．０の範囲で高い効率を得ることができる。

【００１３】図２は、本発明による多段圧縮機の第２実
施形態を示す全体構成図である。この図において、斜流
インペラ１４の下流側に傾斜ディフューザ１７を備えて
おり、また、斜流インペラ１４の回転により遠心圧縮さ
れた気体を隣接する第２段インペラ１６の半径方向内方
に導く流路、すなわらリターンチャンネル１８ｂを有し
ている。このリターンチャンネル１８ｂは、図１におけ
る流路１８ａと同様に斜流インペラ１４の回転により遠
心圧縮された気体を隣接する第２段インペラ１６の半径
方向内方に導く機能を有する。

【００１４】図１及び図２の実施形態において第２段イ
ンペラ１６は、子午面が軸に対してほぼ直交した遠心イ
ンペラである。かかる遠心インペラは、前述のように約
０．５乃至１．０の比速度において、高い効率を発揮す
ることができる。

【００１５】上述した本発明の構成により、複数のイン
ペラ１４、１６のうち、少なくとも第１段のインペラ１
４が、子午面流れが軸に対して傾斜して流出する斜流イ
ンペラであり、各インペラが単一のシャフト１２に同軸
に取り付けているので、従来の多段遠心圧縮機とほぼ同
様の構成により、斜流圧縮機と遠心圧縮機とを同軸に組
み合わせることができ、斜流インペラ１４を有する斜流
圧縮機により圧縮した空気を、流路１８ａ、１８ｂを介
して遠心インペラ１６の半径方向内方に導き、この遠心
インペラ１６を有する遠心圧縮機により再度圧縮するこ
とにより小型軽量の多段圧縮機により、高い圧縮比で大
流量の気体を圧縮することができる。

【００１６】図３は、本発明による多段圧縮機の性能を
示す図６と同様の図である。この図において、横軸は比
速度ｎｓ、縦軸は効率ηであり、３つの曲線は遠心圧縮
機、斜流圧縮機、及び軸流圧縮機の各効率を示してい
る。この図に○印で示すように、斜流圧縮機は、比速度
約１．０乃至４．０で高い効率を有するので、第１段の
インペラをこの領域に設定すれば、２段目は体積流量Ｑ
が圧縮により数分の１に小さくなっているため、比速度
も数分の１になるが、この領域で、遠心圧縮機は高い効
率を得ることができる。従って、少なくとも１段目を斜
流インペラとし、２段目或いは３段目も遠心インペラに
することにより、各段の効率を高くすることができ、小
型軽量で大流量の多段圧縮機とすることができる。

【００１７】図４は、本発明による多段圧縮機の第３実
施形態を示す全体構成図である。この図において、第１
段インペラ１４及び第２段インペラ１９の両方が、斜流
インペラであり、第１段インペラ１４の比速度は、約
２．０乃至４．０に設定され、第２段インペラ１９の比
速度は、約１．０乃至２．０に設定されている。この構
成により、図３の●で示すように、両方のインペラ１
４，１９を第２実施形態よりも更に高い比速度領域に設
定でき、一層小型軽量で大流量の多段圧縮機とすること
ができる。

【００１８】更に、図４において、第１段インペラ１４
の下流側に圧縮気体を膨張させる傾斜ディフューザ１７
を備えると共に、第２段インペラ１９の下流側にも同様
の傾斜ディフューザ１７を備えている。この傾斜ディフ
ューザ１７内の流れは軸線に対して直交しない流れであ
り、この構成により、圧縮機の外径を小さくすることが
できる。

【００１９】また、上述した第１乃至第３の実施形態の
多段圧縮機をそのままスケールダウンすることにより、
従来の多段遠心圧縮機と同じ性能のより小型の多段圧縮
機とすることができる。なお、上述した実施形態では２
段圧縮機について説明したが、本発明はかかる構成に限
定されず、３段以上の多段圧縮機にも同様に適用するこ
とができる。すなわち、本発明は上述した実施形態に限
定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更で
きることは勿論である。

【００２０】

【発明の効果】上述したように、本発明の多段圧縮機
は、従来の多段遠心圧縮機とほぼ同様の構成により、斜
流圧縮機と遠心圧縮機、或いは斜流圧縮機同士を同軸に
組み合わせることができ、かつ斜流圧縮機は、比速度
１．０乃至４．０で高い効率を有するので、少なくとも
第１段のインペラをこの領域に設定することにより、２
段目の遠心圧縮機も高い効率を得ることができ、全体と
して各段の効率を高くすることができ、小型軽量で大流
量の多段圧縮機とすることができる、等の優れた効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による多段圧縮機の第１実施形態の全体
構成図（側面断面図）である。

【図２】本発明による多段圧縮機の第２実施形態の全体
構成図（側面断面図）である。

【図３】本発明による多段圧縮機の性能を示す図であ
る。

【図４】本発明による多段圧縮機の第３実施形態の全体
構成図（側面断面図）である。

【図５】従来の２段遠心圧縮機の構成図である。

【図６】２段遠心圧縮機の性能を示す図である。

【符号の説明】

１遠心羽根車（インペラ）２ディフューザ３スクロール４リターンチャンネル１０多段圧縮機１２シャフト１４第１段インペラ（斜流インペラ）１５静翼１６第２段インペラ（遠心インペラ）１７傾斜ディフューザ１８ケーシング１８ａ流路１８ｂ流路（リターンチャンネル）１９第２段インペラ（斜流インペラ）ｎｓ比速度 η 効率

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者斎藤正泰東京都江東区豊洲３丁目１番15号石川島播磨重工業株式会社東二テクニカルセンター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転駆動される単一のシャフトに同軸に
取り付けられた複数のインペラと、前記シャフトを回転
可能に支持しかつ前記複数のインペラを囲むケーシング
と、を備えた多段圧縮機であって、前記複数のインペラのうち、少なくとも第１段のインペ
ラは、子午面流れが軸に対して傾斜して流出する斜流イ
ンペラであり、前記ケーシングは、斜流インペラの回転
により遠心圧縮された気体を隣接するインペラの半径方
向内方に導く流路を有する、ことを特徴とする多段圧縮
機。
【請求項２】第１段のインペラは、比速度約１．０乃
至４．０の斜流インペラであり、第２段のインペラは、
比速度約０．５乃至１．０の遠心インペラである、こと
を特徴とする請求項１に記載の多段圧縮機。
【請求項３】第１段インペラ及び第２段インペラの両
方が、斜流インペラであり、第１段インペラの比速度
は、約２．０乃至４．０であり、第２段のインペラの比
速度は、約１．０乃至２．０である、ことを特徴とする
請求項１に記載の多段圧縮機。
【請求項４】遠心圧縮された気体を隣接するインペラ
の半径方向内方に導く前記流路内に、圧縮気体を膨張さ
せるディフューザを有し、かつ該ディフューザ内の流れ
は軸線に対して直交しない流れである、ことを特徴とす
る請求項１乃至３に記載の多段圧縮機。