JPH0988893A - 遠心流体機械 - Google Patents

遠心流体機械

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JPH0988893A
JPH0988893A JP8179604A JP17960496A JPH0988893A JP H0988893 A JPH0988893 A JP H0988893A JP 8179604 A JP8179604 A JP 8179604A JP 17960496 A JP17960496 A JP 17960496A JP H0988893 A JPH0988893 A JP H0988893A
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彰 後藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 受動的手段と能動的手段の欠点を除去し、遠
心流体機械揚程曲線の右上がり特性の発生を防止し、ひ
いてはサージングの発生をも抑止することのできる遠心
流体機械を提供すること。 【解決手段】 ケーシング３内を回転する羽根車１を具
備し、該ケーシング３の壁に周方向或いは軸方向に溝或
いは流路４を設けた構成の遠心流体機械において、ケー
シング３に設けた溝或いは流路４内にノズル５から高圧
流体を噴射させる高圧流体噴射手段を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は遠心流体機械（遠心
圧縮機、軸斜流圧縮機、送風機及びポンプ）に関し、そ
の最大劾率を低下させることなく、そのサージマージン
を拡大させることを可能とした遠心流体機械に関するも
のである。
【０００２】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】図１７
（ａ）は従来の遠心流体機械の入口近傍を示す断面図
で、１７（ｂ）は羽根車のＢーＢ断面図を示す。図示す
るようにケーシング３の内部で羽根車１が回転軸２を中
心として回転することにより、流体が吸い込み口（図示
せず）からケーシング３内に吸い込まれ、吐き出し口
（図示せず）から吐き出すようになっている。
【０００３】従来のこの種の遠心流体機械では、羽根先
端のもれ流れに起因する先端もれ渦３０と、羽根負圧面
と羽根圧力面との圧力勾配に起因して発生する流路渦３
１の２次流れが生じる。羽根車１の内部で発生した高損
失流体は、上記２次流れの干渉する領域３２に集積す
る。部分流領域では、上記流路渦３１の２次流れの作用
が強くなり、羽根車１の負圧面とケーシング３との間の
コーナー部３３に高損失流体が集積しやすい。
【０００４】上記羽根車１面上やケーシング３上の不安
定な高損失流体、即ち低運動流体が原因となって流れの
大規模な剥離が発生し、その結果部分流量域で図１８の
Ａ部分に示すような右上がり勾配を持つ揚程曲線が生じ
る。こうした揚程曲線の右上がり特性は失速現象とも呼
ばれ、遠心流体機械配管系の自励振動であるサージング
を誘起する恐れがあり、振動、騒音、装置破損の原因と
なるなど速心流体機械の安定運転上著しく不都合であ
る。
【０００５】こうした問題を改善する公知手段は、遠心
流体機械外部からエネルギー供給を伴わない受動的手段
と外部からの何らかのエネルギーを供給する能動的手段
とに大別できる。
【０００６】受動的手段としては，ケーシング内壁にケ
ーシングトリートメントと呼ばれる溝を設ける手段や，
羽根車入口部のケーシング内部に整流フィン付き環状流
路を設けるエアーセパレータあるいはリセスベーンと呼
ばれる手段が知られている（日本機械学会関西支部第１
８１回講習会教材ｐ４５〜５６）。ケーシングトリート
メントについては，軸流コンプレッサーにおいて多くの
研究が行われており，軸方向溝形（Axial Slot），周方
向溝形（Circumferential Groove），ハニカム形（Hone
ycomb Treatment) など様々な形状が提案されている（C
umpasty N.A.,1989,Compressor Aerodynamics,Longman
Scientific & Technical）。Fujita, H.and Takata, H.
（1984, Bulletin of JSME, Vol.27, No.230, pp.1675-
1681）は各種のケーシングトリートメントが軸流コンプ
レッサーの性能特性に及ぼす影響を系統的に検討した。
その結果をまとめた付図（後述する図１０）から明らか
なように，従来のケーシングトリートメントでは失速マ
ージン改善効果が高い程，不可避的に最高効率の大幅な
低下を生じる。ケーシングトリートメントを遠心羽根車
に適用した公知例としては，US Patent No.3893787 や
US Patent No.4063848がある。
【０００７】また、部分流量時に吐き出し側から入口側
に向かって流体をバイパスする手段が広く用いられてい
るが、これは遠心流体機械内を流れる実質的な流量を増
大する手段で、必然的に遠心流体機械の揚程が大幅に低
下し且つバイパスを通じて大量の流体が還流するため多
くの動力が消費されるという欠点がある。
【０００８】一方、従来の能動的手段は全て下記の４種
類に大別できる。 （１）翼面上やケーシング上、或いはシュラウド上の低
運動量流体に外部からエネルギーを供給する手段。 （２）これら低運動量流体を除去する手段。 （３）ケーシング近傍の入口流れに羽根車回転方向の予
旋回を与えて翼の失速を防ぐ手段。 （４）失速前に現われる流れ場の微弱な不安定波動を打
ち消すような波動を外部から強制的に加える手段。
【０００９】上記手段（１）の例としては、特開昭５５
−３５１７３号公報に、圧縮機のサージマージン拡大法
として、羽根車のチップ部位及び／又は翼間に、高圧側
の流体の一部を導入し、高速度噴流にして噴射する手段
が示されている。噴流の方向としては、半径方向、羽根
車回転方向、羽根車反回転方向のいずれの方向でも同等
に効果的であるとしている。この時の噴流の作用として
は、翼面上の不安定な低運動量流体にエネルギーを供給
し、境界層の剥離を防止することであるから、噴射方向
については特に特定する必要がない。
【００１０】その他の公知例としては、特開昭４５ー１
４９２１号公報に、遠心圧縮機の吐き出し側から高圧空
気を取り出し、羽根車後半部のケーシングに設けたノズ
ルから噴出し、部分流量時の運転を安定化する手段が示
されている。ここでの噴流の作用としては、羽根後方側
（翼負圧面側）の低圧部への圧力供給を行なうタービン
効果と、羽根車出口の有効流幅をせばめるジェットフラ
ップ効果がある。従って噴流は羽根車回転方向の周方向
速度成分を有し且つケーシング壁面に直角方向の速度成
分を有する必要がある。
【００１１】手段（２）の例としては、特開昭３９ー１
３７００号公報に、軸流圧縮機の高圧段側から低圧段側
へ流体を還流し、高圧段側でケーシング壁に沿って存在
する境界層内部の低運動量流体を吸い取り流れを安定す
る手段が開示されている。ここでは、低圧段にて還流流
体が噴流として壁面近傍の流体に運動量の供給を行なう
ことにより上記手段（１）の作用も持たせている。
【００１２】手段（３）の例としては、特開昭５６−１
６７８１３号公報に、ターボチャージャのサージング防
止装置として、羽根入口部において回転接線方向に向い
た開口部から空気を吹き込む装置が開示されている。こ
の吹き込み空気の作用としては、流れに予旋回を与えて
翼に対する流れの迎え角を小さくして翼面上での剥離を
防止することである旨が記述されており、従って空気の
吹き出し方向は、羽根車の回転方向と同一で接線方向に
特定される。この手段では、より部分流量域まで失速を
防止するには羽根高さの比較的広い範囲において予旋回
を与える必要があり、必然的に揚程の低下を伴うという
欠点がある。
【００１３】手段（４）の例としては、英国特許公開公
報（ＵＫ Ｐａｔｅｎｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｌｏｎ Ｇ
Ｂ２１９１６０６Ａ）に、流れ場の不安定な変動波形を
計測しつつ波動の振幅、位相、周波数等を分析し、振動
翼、振動壁、間欠噴流等をアクチュエータとして使用し
て、上記不安定波動を打ち消すような波動を流体に対し
て能動的に与え、旋回失速、サージング、圧力動脈等を
防止する手段が示されている。この手段では、失速やサ
ージングの前兆現象である不安定波動の存在を前提とし
ており、こうした波動が存在しない遠心流体機械には適
用できないという欠点がある。
【００１４】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、上記受動的手段と能動的手段の欠点を除去し、遠心
流体機械揚程曲線の右上がり特性の発生を防止し、ひい
てはサージングの発生をも抑止することのできる上記公
知例のものとは根本的に相違する遠心流体機械を提供す
ることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１に記載の発明は、ケーシング内を回転する羽根
車を具備し、該ケーシング壁の羽根車上流部分と下流部
分との間に周方向或いは軸方向の溝或いは流路を設けた
構成の遠心流体機械において、前記ケーシングに設けた
溝或いは流路内に高圧流体を噴射させる高圧流体噴射手
段を設けたことを特徴とする。
【００１６】また、請求項２に記載の発明は請求項１に
記載の発明において、前記溝或いは流路は羽根車の上流
部分と下流部分との間の全域或いは一部の範囲に設けら
れ、前記高圧流体噴射手段は該溝或いは流路の全て或い
は一部に高圧流体を噴射することを特徴とする。
【００１７】また、請求項３に記載の発明は請求項２に
記載の発明において、前記羽根車の上流部分と下流部分
とはそれぞれ羽根車の直前部分および直後部分を含むこ
とを特徴とする。
【００１８】また、請求項４に記載の発明は請求項１乃
至３に記載のいずれかの発明において、前記高圧流体噴
射手段は前記羽根車の軸方向中央位置より上流側に位置
する溝或いは流路に設けられていることを特徴とする。
【００１９】また、請求項５に記載の発明は請求項１乃
至４に記載のいずれかの発明において、前記高圧流体噴
射手段は必要に応じて高圧流体の噴射及びその停止が可
能な噴射停止手段を具備することを特徴とする。
【００２０】また、請求項６に記載の発明は請求項１乃
至５に記載のいずれかの発明において、前記高圧流体噴
射手段は前記ケーシングに設けた溝或いは流路内に前記
羽根車の回転方向と逆向きの速度成分を持った高圧流体
を噴射することを特徴とする。
【００２１】また、請求項７に記載の発明は請求項１乃
至６に記載のいずれか発明において、前記高圧流体噴射
手段はその高圧流体として外部の高圧流体又は当該遠心
流体機械内の高圧側の高圧流体を使用することを特徴と
する。
【００２２】また、請求項８に記載の発明は請求項１乃
至７に記載のいずれか発明において、前記遠心流体機械
は多段ターボ機械であり、前記高圧流体噴射手段を設け
た溝或いは流路は第一段或いは複数段に設けられている
ことを特徴とする。
【００２３】また、請求項９に記載の発明は請求項１乃
至８に記載のいずれか発明において、前記溝或いは流路
は軸方向溝或いは流路からなり、該溝或いは流路が羽根
車の反回転方向に周方向に傾斜していることを特徴とす
る。
【００２４】また、請求項１０に記載の発明は請求項１
乃至８記載のいずれか発明において、前記溝或いは流路
が周方向溝或いは流路からなり、該溝或いは流路は羽根
車の軸方向に流体の出口方向に傾斜していることを特徴
とする。
【００２５】また、請求項１１に記載の発明は請求項１
乃至８および１０記載のいずかの発明において、前記溝
或いは流路が周方向溝或いは流路からなり、前記高圧流
体噴射手段は該溝或いは流路内に該溝或いは流路の接線
方向を向くようにケーシング壁に開口されたノズル、ま
たは該ケーシング壁とは別体に形成され先端開口が溝或
いは流路内に突出して該溝或いは流路の接線方向に向け
られたノズルよりなることを特徴とする。
【００２６】また、請求項１２に記載の発明は請求項１
乃至８、１０および１１に記載のいずれかの発明におい
て、前記溝或いは流路が複数の周方向溝或いは流路から
なり、各溝或いは流路が軸方向に伸びるチャンバにより
相互に連係されていることを特徴とする。
【００２７】図１９（ａ）はこの種の遠心流体機械の入
口近傍を示す断面図で、図１９（ｂ）、（ｃ）は羽根車
のＡ−Ａ断面図を示す。この種の遠心流体機械において
は、羽根車１の ω 方向への回転により、遠心流体機械
の入口から流入した流体は図１９（ｂ）の実線の矢印
ａ、ｂに示すように流れる。流量Ｑの減少と共に、ケー
シング３の近傍で二次流れである矢印ａの流れが羽根車
１の回転方向 ω の方向へ向くようになり、ついには図
１９（ｃ）の実線の矢印ｃに示すように入口側へ逆流
し、図１８のＢ点のように揚程曲線の低下を招く。
【００２８】そこで、本発明では図１に示すように、ケ
ーシング３に設けた溝４内にノズル５から高圧流体のジ
ェット６を羽根車１の回転方向 ω と反対方向に噴射さ
せることにより、流量Ｑの減少とともに周方向に向おう
とする図１９の矢印ａに示す流れに対向する図１９の破
線矢印に示す流れをケーシング３の内壁面に沿って誘起
させ、矢印ｃのように入口方向に向かおうとする流れの
発達を抑止し、ひいては図１８の一点鎖線Ｄ或いは二点
鎖線Ｅに示すように揚程曲線の右上がりの不安定特性の
発生を遅延或いは防止する。ちなみにケーシング３に溝
４のみを設けた場合は、揚程曲線は図１８の一点鎖線Ｃ
に示すようになる。
【００２９】ケーシング３の内壁面に設けるケーシング
トリートメント形状（溝４の形状）としては、例えば図
１、図２或いは図３に示す様な、さまざまの形状が提案
されている。
【００３０】図１の回転する羽根車１の圧力面側３９と
負圧面側３３との間には圧力差が生じる。従って、ケー
シング３の内壁面の周方向に溝４だけを設けジェット６
を噴射する構造を備えない従来技術の場合でも、回転す
る羽根車１の圧力面側３９と負圧面側３３との間の圧力
差により溝４を通過して羽根車１の回転方向 ω と反対
方向に漏れ流れが生じる。しかしながら、こうした流れ
は主として羽根車１の羽根先端が通過するときに発生
し、また圧力差も比較的小さいので流速も遅くなり、図
１９の矢印ｃの入口方向に向かう流れを十分に抑止する
ことはできない。従って、ケーシング３の内壁面の周方
向に溝４だけを設ける従来の技術は、失速限界の改善率
が少ないという欠点を有する。その反面、溝４を通過し
て負圧面側３３へ漏れ出る流体の量も少ないので、設計
点での効率低下は少ないという長所を有している。
【００３１】図３のケーシング３の内壁面の軸方向に溝
４だけを設けジェット６を噴射する構造を備えない従来
技術の場合、軸方向の溝から漏れ出る流体は、羽根出口
側と入口側との間のより大きな圧力差により生じるの
で、上記周方向の溝の場合よりも漏れ出る流体の量が多
くなり、それが周方向に傾斜した図３の溝４から早い周
方向速度成分を有する流れを生じるので、失速限界の改
善率が高いという長所を有する。その反面で漏れ流れも
多く、設計点での効率低下が大きいという欠点を有して
いる。
【００３２】これら従来技術に対して本発明では、図１
のケーシング３の内壁面の周方向に設ける溝４内にノズ
ル５から高圧流体のジェット６を噴射し積極的に周方向
の流れを作り出すことにより、失速限界の改善率が高く
なり、且つ設計点流量などでは高圧流体のジェット６の
噴射を中止できるので効率低下もほとんと生じないか最
小とすることが可能になるという特色を有している。
【００３３】また、本発明を図３のケーシング３の内壁
面に設けた軸方向溝４に適用しジェット６を噴射する場
合には、設計点なとにおいては軸方向溝だけの従来技術
と同程度の効率低下で、部分流量域において一層の失速
限界の改善が実現できるという長所を有している。
【００３４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図１は本発明の遠心流体機械の入口近
傍を示す図で、同図〔ａ）は縦断面図、同図（ｂ）はＡ
−Ａ断面図、同図（ｃ）はＢーＢ断面図である。同図に
おいて、１は回転軸２に取り付けた羽根車であり、回転
軸２を中心に ω 方向に回転するようになっている。
【００３５】ケーシング３の内壁面の周方向には溝（ケ
ーシングトリートメント）４が設けられ、該溝４の底面
にはノズル５の先端が開口しており、該ノズル５から溝
４内にその底面の接線方向で且つ羽根車１の回転方向と
反対方向に高圧流体のジェット６を噴射するようになっ
ている。
【００３６】上記のように流量Ｑの減少と共にケーシン
グ３の近傍で二次流れの作用により羽根車１の回転方向
ω の方向へ向くようになる流れを、上記ノズル５から
高圧流体のジェット６を噴射することによりケーシング
３の内壁面に沿い反回転方向へ向かう流れに矯正し、入
口方向に向かう逆流の発生とこれに起因する揚程の急低
下を抑止する作用を奏する（図１９参照）。
【００３７】図２は本発明の遠心流体機械の入口近傍の
他の例を示す縦断面図である。本遠心流体機械では、図
１に示す遠心流体機械において、周方向の溝４を回転軸
２の軸心方向に垂直な方向に対して角度θだけ傾けた構
造である。このように周方向の溝４を傾けることによ
り、図１９（ｂ）における矢印ｂの方向に向かう速度成
分を導入することができるから、矢印ａの方向に向かう
流れが、図１９（ｃ）の矢印Ｃの方向に変化するのを抑
制し、入口方向に向かう流れの発生をより効果的に抑止
する作用を奏する。
【００３８】図３は本発明の遠心流体機械の入口近傍の
他の例を示す図で、同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）
はＢ−Ｂ断面図である。本遠心流体機械では、ケーシン
グ３の内壁面に設ける溝４を軸方向に設け、さらにＢー
Ｂ断面上の溝形状をジェット６が反回転方向に向かうよ
うに周方向に傾斜させ、且つ該溝４内に高圧流体のジェ
ット６を噴射する手段を設けたものである。先に記述し
たように、軸方向の溝を周方向に傾斜させて設けるケー
シングトリートメント形状では、効率低下は大きいが失
速マージンの改善も大きくなることが知られている。本
発明では、更に溝４内に高圧流体のジェット６を吹き込
むことにより、より大きな周方向速度成分を有する流れ
が溝４から流出するため、一層の失速マージンの改善が
可能となる。
【００３９】なお、図示は省略するが、ノズル５から高
圧流体のジェット６を噴射する手段はバルブ及びポンプ
等を具備し、必要に応じて（例えば失速流量の近傍）ジ
ェット６を噴射し、停止できるように噴射停止手段を設
けることができる。該噴射停止手段は各ノズルごとに設
けてもよく、また全ノズルに高圧流体を供給する導管に
設けてもよい（後述する図６参照）。
【００４０】図４（ａ），（ｂ）はそれぞれそ図１およ
び図３の変形例を示すもので、これらの変形例では溝４
が羽根車１の範囲を越えてその上流側にまで若干伸長し
ている。また、図示を省略するが溝４は羽根車１の下流
側に若干伸長していてもよい。このように溝が羽根車の
上流部付近およびまたは下流部付近に設けられている場
合であっても図１および図３の場合と同様な作用効果を
得ることができる。
【００４１】図５は図１のさらに他の変形例を示すもの
で、該変形例のものはノズル８をケーシング３とは別体
に構成し、ノズル先端の吹き出し開口が溝４内にて溝の
接線方向を向くようにケーシングに取り付けたものであ
る。このような構造とすることにより、ノズル８の作製
が容易となり製造コストを低減できるばかりではなく、
高圧流体の吹き出し方向の制御が容易となる。
【００４２】図６は図１〜図３に示す構造を多段ターボ
機械に適用した例を示す縦断面図である。本多段ターボ
機械においては、下流の高圧段側から上流の低圧段側へ
と高圧流体を導き、溝４内にノズル５からジェットとし
て吹き込むように構成したものである。このように構成
することにより、外部に高圧流体を発生する手段を設け
る必要がない。図中９，９’は高圧流体の噴射停止手段
としてのバルブを示し、噴射停止手段は図示のように各
ノズル５ごとに設けてもよく、また全ノズルに高圧流体
を供給する導管に設けてもよい。なお、図示の例では溝
４を第一段の羽根車１の位置にのみ設けているが、第二
段、第三段、或いは全段に設けることもできる。
【００４３】図７は本発明の遠心流体機械の入口近傍の
他の例を示す縦断面図である。本遠心流体機械では、図
示するように、周方向の溝４を連結するチャンバー７を
設け、下流側の高圧流体を該チャンバー７を通して上流
側の溝４に導き、ノズル５からジェットとして吹き込む
ように構成したものである。このように溝４をチャンバ
ー７にて連結することにより、後述するように失速マー
ジン改善効果を増大することができる。
【００４４】（実験例）次に、本発明の実験例を公知の
ケーシングトリートメントと対比しながら述べる。図８
および図９はそれぞれ軸流ファンのケーシングに形成さ
れた公知の軸方向傾斜溝および周方向溝形ケーシングト
リートメントを示す。図１０はこれらの公知のケーシン
グトリートメントの溝寸法や形状、本数等を変えて失速
マージン改善効果を変化させた場合の、失速マージン改
善効果と最高効率の低下との関係を求めたグラフであ
る。なお、図１０では上記のケーシングトリートメント
形状の他に、図８の溝を周方向に傾斜させない、いわゆ
る軸方向溝形トリートメントのデータも含む。図から明
らかなように、公知のケーシングトリートメントでは周
方向溝形、軸方向溝形、軸方向傾斜溝形のいずれの場合
においても、失速マージン改善効果を大きくすると必然
的に最高効率の低下も大きくなることがわかる（傾向を
矢印で示す）。前述したように軸方向溝形トリートメン
トでは大きな失速マージン改善効果が得られるが、最高
効率の低下も大きい。また、周方向溝形トリートメント
では最高効率の低下は小さいが、失速マージン改善効果
も相応して小さい。このように公知のケーシングトリー
トメントでは、最高効率の低下を押さえて失速マージン
改善率を向上させることはできなかった。
【００４５】図１１は本発明の実験に用いられたケーシ
ングトリートメントの一実施例を示すもので、該実施例
のものは軸流ファンのケーシング内面に６本の周方向溝
形トリートメントを設け、各溝に羽根車の回転方向と逆
向きに高圧流体（空気）を吹き込む場合の例を示す。図
１２は本発明の噴流付きケーシングトリートメントの効
果を示すグラフであって、ケーシングトリートメントを
設けない場合の性能曲線（みぞなし）と、上記実施例の
ケーシングトリートメント（６本の周方向溝）に高圧流
体を吹き込んだ場合の性能曲線（ｊｅｔ１５００）とを
示す。吹き込んだ高圧流体の流量は設計流量の約１．０
％であった。同図から明らかなようにケーシングトリー
トメントに高圧流体を吹き込むことにより、失速マージ
ン改善効果が増大することがわかる。
【００４６】図１３は高圧流体（空気）の吹き込み流量
の違いによる失速マージン改善効果の違いを示すグラフ
であって、実験に用いられたケーシングトリートメント
は同図（ｂ）に示すように、羽根入口側に設けた２本の
周方向溝であって、この溝に吹き込む高圧流体の流量を
種々に変化させた場合の性能曲線を求めた。図において
曲線 air=0 は高圧流体を吹き込まない場合、曲線 air=
1500 は設計流量の約１．０％、曲線 air=3000 は設計
流量の約２．０％、曲線 air=4000 は設計流量の約２．
７％の高圧流体を羽根車の回転方向と逆向きにそれぞれ
吹き込んだ場合の性能曲線を示す。同図から明らかなよ
うに、吹き込み流量を増大することにより、失速マージ
ン改善効果がより大きくなることがわかる。なお、曲線
air=4000 に見られるくぼみは、周方向溝内部の噴流が
溝に沿わなくなったために生じたものと考えられるが、
これは高圧流体の吹き込み位置を増やして、溝内部の全
周に噴流を均等に吹き込むことにより解消できるものと
考えられる。
【００４７】図１４は高圧流体の吹き込み位置の違いに
よる失速マージン改善効果の違いを示すグラフであっ
て、実験に用いられたケーシングトリートメントは同図
（ｂ）に示すように、２本の周方向溝であって、この２
本の周方向溝の位置を羽根入口側から出口側にイ、ウ、
エ、オ、カの順に順次変化させた場合の性能曲線を表
す。同図から明らかなように、羽根入口側の溝に噴流を
吹き込んだ場合の方が羽根出口側に吹き込んだ場合より
も失速マージン改善効果が大きいことがわかる。それ故
溝の本数を減らしても、溝を羽根の入口側に設けること
により良好な失速マージン改善効果を得ることができ、
しかも溝本数を減らすことにより製作コストを低減させ
ることができる。
【００４８】図１５は本発明による噴流付きケーシング
トリートメントの効果を示すグラフであって、比較のた
め本発明のデータを上記図１０のデータとともに示す。
図において「２本溝１％ジェット」は２本の周方向溝形
トリートメントに設計流量の１．０％の高圧流体（空
気）を吹き込んだ場合、「６本溝ジェットなし」は６本
の周方向溝形トリートメントに高圧流体を吹き込まない
場合、「６本溝１％ジェット」は６本の周方向溝形トリ
ートメントに設計流量の１．０％の高圧流体を吹き込ん
だ場合、「２本溝２％ジェット」は２本の周方向溝形ト
リートメントに設計流量の２．０％の高圧流体を吹き込
んだ場合のデータをそれぞれ示す。
【００４９】このグラフよりわかるように、本発明によ
る噴流付きケーシングトリートメントを用いた場合は、
最高効率の低下を増大させることなく失速マージン改善
効果を増大させることができ、しかも少ない溝本数で大
きい失速マージン改善効果を得ることができる。また、
２本の周方向溝であっても高圧流体の吹き込み流量を増
大させることにより従来の６本の周方向溝形トリートメ
ントよりも大幅に失速マージン改善効果を増大できるこ
とがわかる。
【００５０】図１６はチャンバーによる溝の連係効果を
示す性能曲線のグラフであって、同図において曲線「み
ぞなし」は溝なし、つまりトリートメントなしのケーシ
ング、曲線「トリートメントＡ」は同図トリートメント
Ａに示す従来の周方向溝（６本）形トリートメントを備
えたケーシング、曲線「トリートメントＢ」は同図トリ
ートメントＢに示すようにこれらの６本の周方向溝をチ
ャンバーで連係したトリートメントを備えたケーシン
グ、曲線「トリートメントＣ」は同図トリートメントＣ
に示す２本の周方向溝をチャンバーで連係したトリート
メントを備えたケーシングの性能曲線をそれぞれ示す。
同図からわかるように、高圧流体の吹き込みが無くとも
溝をチャンバーで連係させると失速マージン改善効果が
増大する。また、チャンバーによる連係効果を用いれ
ば、溝２本でも従来の６本の溝をもつトリートメントと
同等の効果が得られることがわかる。このチャンバーに
よる溝の連係効果を上記の高圧流体の吹き込みによる効
果と組み合わせることにより、失速マージン改善効果を
より一層増大することができる。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ケ
ーシング壁に周方向或いは軸方向に設けた溝或いは流路
内に高圧流体を噴射させるので、該高圧流体は揚程の急
低下の原因である逆流の発生を誘起する流体の２次流れ
を抑制するから、該溝或いは流路の効果、即ちケーシン
グトリートメントの効果と相まって、設計点での効率低
下も少なく、且つ失速限界の効率も高くすることができ
るという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の遠心流体機械の入口近傍を示す図で、
同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ断面図、同
図（ｃ）はＢーＢ断面図である。
【図２】本発明の遠心流体機械の入口近傍の他の例を示
す縦断面図である。
【図３】本発明の遠心流体機械の入口近傍の他の例を示
す図で、同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）はＢーＢ断
面図である。
【図４】本発明の遠心流体機械の入口近傍の他の例を示
す縦断面図で、同図（ａ）は図１の遠心流体機械の変形
例、同図（ｂ）は図３の遠心流体機械の変形例である。
【図５】本発明の遠心流体機械の入口近傍のさらに他の
例を示す図で、同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）はＢ
−Ｂ断面図である。
【図６】本発明を多段ターボ機械に適用した例を示す縦
断面図である。
【図７】本発明の遠心流体機械の入口近傍の他の例を示
す縦断面図である。
【図８】公知の軸方向傾斜溝形ケーシングトリートメン
トを示す図で、同図（ａ）はケーシングの内側平面図、
同図（ｂ）はＣ−Ｃ断面図である。
【図９】公知の周方向溝形ケーシングトリートメントを
示す図で、同図（ａ）はケーシングの内側平面図、同図
（ｂ）はＣ−Ｃ断面図である。
【図１０】公知のケーシングトリートメントの失速マー
ジン改善効果と最高効率の低下との関係を示すグラフで
ある。
【図１１】本発明の噴流付き周方向溝形ケーシングトリ
ートメントを示す図で、同図（ａ）はケーシングの内側
平面図、同図（ｂ）はＣーＣ断面図である。
【図１２】本発明の噴流付き周方向溝形ケーシングトリ
ートメントを有する軸流ファンの性能曲線を示す図であ
る。
【図１３】本発明のケーシングトリートメントの高圧流
体の吹き込み流量の違いによる性能の違いを示すグラフ
である。
【図１４】本発明のケーシングトリートメントの高圧流
体の吹き込み位置の違いによる性能の違いを示すグラフ
である。
【図１５】本発明のケーシングトリートメントの失速マ
ージン改善効果と最高効率の低下との関係を従来データ
とともに示すグラフである。
【図１６】チャンバによる溝の連係効果を示すグラフで
ある。
【図１７】従来の遠心流体機械の入口近傍を示す図で、
同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）はＢーＢ断面図であ
る。
【図１８】遠心流体機械の揚程曲線を示す図である。
【図１９】遠心流体機械の入口近傍の流体の流れを示す
図で、同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）はＡーＡ断面
図、同図（ｃ）はＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１ 羽根車 ２ 回転軸 ３ ケーシング ４ 溝 ５、８ ノズル ６ 高圧流体のジェット ７ チャンバー ９，９’ バルブ

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ケーシング内を回転する羽根車を具備
    し、該ケーシング壁の羽根車上流部分と下流部分との間
    に周方向或いは軸方向の溝或いは流路を設けた構成の遠
    心流体機械において、 前記ケーシングに設けた溝或いは流路内に高圧流体を噴
    射させる高圧流体噴射手段を設けたことを特徴とする遠
    心流体機械。
  2. 【請求項２】 前記溝或いは流路は羽根車の上流部分と
    下流部分との間の全域或いは一部の範囲に設けられ、前
    記高圧流体噴射手段は該溝或いは流路の全て或いは一部
    に高圧流体を噴射することを特徴とする請求項１の遠心
    流体機械。
  3. 【請求項３】 前記羽根車の上流部分と下流部分とはそ
    れぞれ羽根車の直前部分および直後部分を含む請求項２
    の遠心流体機械。
  4. 【請求項４】 前記高圧流体噴射手段は前記羽根車の軸
    方向中央位置より上流側に位置する溝或いは流路に設け
    られていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
    一項による遠心流体機械。
  5. 【請求項５】 前記高圧流体噴射手段は必要に応じて高
    圧流体の噴射及びその停止が可能な噴射停止手段を具備
    することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に
    よる遠心流体機械。
  6. 【請求項６】 前記高圧流体噴射手段は前記ケーシング
    に設けた溝或いは流路内に前記羽根車の回転方向と逆向
    きの速度成分を持った高圧流体を噴射することを特徴と
    する請求項１乃至５のいずれか一項による遠心流体機
    械。
  7. 【請求項７】 前記高圧流体噴射手段はその高圧流体と
    して外部の高圧流体又は当該遠心流体機械内の高圧側の
    高圧流体を使用することを特徴とする請求項１乃至６の
    いずれか一項による遠心流体機械。
  8. 【請求項８】 前記遠心流体機械は多段ターボ機械であ
    り、前記高圧流体噴射手段を設けた溝或いは流路は第一
    段或いは複数段に設けられていることを特徴とする請求
    項１乃至７のいずれか一項による遠心流体機械。
  9. 【請求項９】 前記溝或いは流路は軸方向溝或いは流路
    からなり、該溝或いは流路が羽根車の反回転方向に周方
    向に傾斜していることを特徴とする請求項１乃至８のい
    ずれか一項による遠心流体機械。
  10. 【請求項１０】前記溝或いは流路が周方向溝或いは流路
    からなり、該溝或いは流路は羽根車の軸方向に流体の出
    口方向に傾斜していることを特徴とする請求項１乃至８
    のいずれか一項による遠心流体機械。
  11. 【請求項１１】前記溝或いは流路が周方向溝或いは流路
    からなり、前記高圧流体噴射手段は該溝或いは流路内に
    該溝或いは流路の接線方向を向くようにケーシング壁に
    開口されたノズル、または該ケーシング壁とは別体に形
    成され先端開口が溝或いは流路内に突出して該溝或いは
    流路の接線方向に向けられたノズルよりなる請求項１乃
    至８、１０のいずれか一項による遠心流体機械。
  12. 【請求項１２】前記溝或いは流路が複数の周方向溝或い
    は流路からなり、各溝或いは流路が軸方向に伸びるチャ
    ンバにより相互に連係されていることを特徴とする請求
    項１乃至８、１０、１１のいずれか一項による遠心流体
    機械。
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