JPS6230320B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は遠心圧縮機のデイフユーザに関する
もので、特に大流量用に設計された高比速度の遠
心圧縮機に適用して好適なものである。

［従来の技術］ 従来の遠心圧縮機に用いられている羽根なしデ
イフユーザを第１図により説明する。羽根１、側
板２、および心板３から成る遠心形の羽根車４は
回転せしめられ、これによりガスを吸込管６から
吸込み、羽根車４内で仕事を与えて高速の流れと
した後、デイフユーザ７に導く。デイフユーザ
は、一対の対向する２枚の円板（デイフユーザ
板）８，９により構成され、その間に流路を形成
している。デイフユーザ７において羽根車から流
出した高速の流れはその速度エネルギーを圧力エ
ネルギーに変換され、さらに下流のスクロールケ
ーシング１０において引続き圧力を回復しつつ集
められ、吐出口（図示せず）より吐出される。大
流量を取扱ういわゆる高比速度の羽根車において
は、第２図および第３図に示すように羽根車出口
の流れの流れ角度α_２および絶対速度の半径方向
成分Ｃ_2nが側板から心板側にかけて著しく非一様
な（歪んだ）分布を示すのが普通である。流れが
デイフユーザの入口においてこのように歪んでい
ると、デイフユーザの性能は第４図に示されるよ
うに著しく低下する。第４図は２次元デイフユー
ザに関する実験結果を引用したもので、Cpは
（静圧回復）／（デイフユーザ入口動圧）、Bfは
１−（流路有効断面積）／（流路の幾何学的断面
積）を表す（添付refは基準値を表す）。遠心圧縮
機で用いられるラジアル形のデイフユーザにおい
ても、第４図と同様の結果になることは容易に考
えられる。

このように従来の遠心圧縮機用のデイフユーザ
では、羽根車直後の流れの非一様性のために性能
が著しく低下するという欠点があつた。

上記欠点を改善するために発明者等は先に特願
昭54−97273号を提案している。上記特願昭54−
97273号ではデイフユーザ板の流路表面上に、そ
のデイフユーザの入口直後から複数枚の案内羽根
を円形翼列状に設け、その羽根の高さはデイフユ
ーザ入口の流路幅方向における設計流量時の流れ
角度の実際値と平均流れ角度とが側板側で交差す
る値で定義された高さと同じ高さにし、羽根車出
口すなわち羽根なしデイフユーザの入口部分にお
ける歪んだ流れを強制的に一様分布流れに近づけ
ることにより、羽根なしデイフユーザの圧力回復
率を向上させてその性能向上をはかるようにして
いる。この先願の発明はデイフユーザ入口部にお
ける歪んだ流れを一様分布流れに近づけることに
ついては考慮されているが、デイフユーザの下流
側におけるデイフユーザの性能向上については十
分に考慮されていない。

なお、他の従来の技術として、ソ連特許発明第
419639号明細書に開示されたものもある。これに
はリブ付デイフユーザを備える遠心圧縮機が開示
されているが、そのリブの高さはかなり低いもの
であつて、デイフユーザ板上の２次流れを防止す
るだけのものであり、デイフユーザ入口における
歪んだ流れを整流して羽根なしデイフユーザの性
能向上を計ることに関して全く考慮されていな
い。

［発明が解決しようとする問題点］ 発明者らは上記特願昭54−97273号の発明、例
えば、流れを整流するための案内羽根をデイフユ
ーザの入口部分にのみ設けた場合には、デイフユ
ーザ入口流れをかなり整流することができ、従来
のものより大幅な性能向上を得ることができるも
のの、デイフユーザの前半部だけに設けた案内羽
根ではほぼ完全な一様分布流れを得ることはでき
ない。また、前記案内羽根をデイフユーザの出口
部まで設けた場合には、ほぼ完全な一様分布流れ
を得ることはできるものの、羽根の長さが長くな
つた分だけ流路表面積が増えるため流体摩擦損失
が増える。このため、案内羽根を単純に入口から
出口まで設けたのでは、デイフユーザの後半部
（下流側）での流れの一様化による性能向上が、
案内羽根による流体摩擦損失によつて打ち消され
た形となり全体としてみるデイフユーザの性能
は、案内羽根をデイフユーザが前半部に設けた場
合に比較して同程度になつてしまう。

本発明の目的は、羽根なしデイフユーザにおい
て、羽根車出口からの歪んだ流れを、デイフユー
ザの入口直後から整流し、デイフユーザの出口側
ではほぼ完全な一様分布流れにすると共に、デイ
フユーザ内の流体摩擦損失を最小限に抑えて大幅
な性能向上を計ることができる遠心圧縮機のデイ
フユーザを得ることにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の特徴は、遠心圧縮機の羽根車の下流に
設けられ、対向する一対のデイフユーザ板の間に
流路を形成した羽根なしデイフユーザにおいて、
側板側のデイフユーザ板の流路表面上に、そのデ
イフユーザの入口直後から出口まで複数枚の案内
羽根を円形翼列状に設け、この案内羽根は、前記
羽根車の下流の歪んだ流れを整流するものであつ
て、その高さは、デイフユーザの入口部において
最大高さを有しかつデイフユーザの出口部に向か
つて漸減する構成にすると共に、該案内羽根のデ
イフユーザ入口部における高さはデイフユーザ流
路幅の半分より小さく、かつ低流れ角度の領域の
流体の全体を案内できる高さとし、さらに前記案
内羽根はデイフユーザ流路内の流れ方向に沿つて
設けられている遠心圧縮機のデイフユーザにあ
る。

上記案内羽根は、羽根車の下流の歪んだ流れを
デイフユーザの入口直後から整流するものであ
り、デイフユーザの入口直後における流れは大き
く歪んでいるから、案内羽根の高さはデイフユー
ザの入口直後ではかなりの高さになる。すなわ
ち、歪んだ流れを一様分布流れとするためには、
流れ角度が流れ全体の平均流れ角度より小さい低
流れ角度の部分を案内して強制的に平均流れ角度
に近づけてやれば、流れ角度が平均流れ角度より
も大きい部分の流れ角度は平均流れ角度に近づい
ていく。したがつて、流れ全体が一様化される。
このように本発明においては、デイフユーザ入口
部における案内羽根の高さは、流れ全体の平均流
れ角度よりも低流れ角度の領域のほぼ全体を案内
できる高さとしなければならない。

また、デイフユーザ内の流れは、デイフユーザ
の入口直後から案内羽根によつて一様化され、デ
イフユーザの出口に向かつて次第に歪の程度は小
さくなるから、平均流れ角度よりも低流れ角度の
範囲はデイフユーザ出口に向かつて次第に小さく
なる。したがつて、本発明においては案内羽根の
高さはデイフユーザの入口部において最大高さを
有し、かつデイフユーザの出口部に向かつて漸減
させ、案内羽根による流体摩擦損失をできるだけ
小さくしている。

［作用］ 本発明によれば、デイフユーザの入口直後から
羽根車下流の歪んだ流れを整流するための案内羽
根を設けたことにより、デイフユーザの入口部か
ら歪んだ流れを一様分布流れに近づけることがで
きる。すなわち、デイフユーザ板近くの平均流れ
角度よりも小さい流れ角度の流体を、案内羽根に
よつて強制的に平均流れ角度付近の流れ角度まで
大きくでき、流れを半径方向に向けることになる
ので、案内羽根を設けた領域では流れの半径方向
速度成分が増大し、この領域を通過する流量が増
加する。これに伴つて、流れ角度の大きい領域の
流量は減少するので、案内羽根が設置されていな
い領域の流れの半径方向速度成分は減少し、この
領域の流れ角度は平均流れ角度付近まで小さくな
る。したがつて、全体としてデイフユーザ入口の
歪んだ流れを案内羽根によつて強制的に一様分布
流れに近づけることができる。

また、本発明では、デイフユーザの入口直後か
ら出口まで案内羽根を設けたことにより、羽根車
出口からの歪んだ流れは、その低流れ角度部分が
デイフユーザの入口直後から出口まで案内される
から、デイフユーザの後半部（出口側）ではほぼ
完全な一様分布流れとすることができる。さら
に、本発明の案内羽根は、その高さがデイフユー
ザの入口部において最大高さを有し、かつデイフ
ユーザの出口部に向かつて漸減させるようにして
いるから、案内羽根を設けたことによる流体摩擦
損失を最小限に抑えることができる。しかもデイ
フユーザ内の流れは案内羽根によつて入口から出
口に向かつて低流れ角度の領域が次第に減少する
から、本発明のように高さが漸減する案内羽根で
あつても、低流れ角度の領域のほぼ全体をデイフ
ユーザ出口まで案内できるから、デイフユーザ内
の流れをほぼ完全な一様分布流れにできるという
本発明における前記作用は損なわれない。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を第５図〜第８図に示
す。図において、第１図と同一符号を付した部分
は同一部分を示す。第５図の実施例では遠心圧縮
機の側板側のデイフユーザ板９の流路表面上に、
デイフユーザの入口直後から出口まで複数枚の案
内羽根１１が設けられている。案内羽根の入口角
度β_３は羽根車出口流れ全体の平均流れ角度（第
３図のα_２の幅方向平均値）より小さい値とし、
出口角度β_４は平均流れ角度にほぼ等しくなるよ
うに定める。中間部においては角度β_３から角度
β_４まで案内羽根の角度が滑らかに変化するよ
う、放物線その他の曲線で案内羽根を形成してい
る。また、案内羽根の高さはデイフユーザの流路
幅すなわちデイフユーザ板の間隔の半分より小さ
いものとし、デイフユーザ入口において最大とし
て出口にかけて次第に減少させ、デイフユーザ出
口においては高さを零または入口における高さの
１／４〜１／２とする。

この案内羽根は、羽根車出口すなわちデイフユ
ーザ入口の歪んだ流れを強制的に一様分布流れに
近付けて、羽根なしデイフユーザの性能向上を計
るものである。したがつて、デイフユーザ入口部
における案内羽根１１の高さは、流れ全体の平均
流れ角度よりも低流れ角度の部分のほぼ全体を案
内できる高さとしている。

また、デイフユーザ内の流れは、デイフユーザ
の入口直後から案内羽根によつて一様化され、デ
イフユーザの出口に向かつて次第に歪の程度は小
さくなるから、平均流れ角度よりも低流れ角度の
範囲はデイフユーザ出口に向かつて次第に小さく
なる。したがつて、案内羽根の高さはデイフユー
ザの入口部において最大高さを有し、かつデイフ
ユーザの出口部に向かつて漸減させ、案内羽根に
よる流体摩擦損失をできるだけ小さくしている。

次にその作用を参考例と比較してさらに詳しく
説明する。例えば特許出願公告昭36−6326（輻流
圧縮機のデイフユーザの境界層板）において羽根
なしデイフユーザのデイフユーザ板上に境界層を
仕切る「境界層板」を取付けた例が示されている
が、この発明と上記参考例とでは案内羽根（境界
層板）の位置、高さ、および作用、目的が異なつ
ている。すなわち参考例ではデイフユーザ入口直
後には境界層板を設けず、若干の距離をおいて入
口から出口に向かつて高さを次第に増す境界層板
を設けている。またその高さは境界層の厚さ（大
体公知の排除厚さの２倍と見る）を超えない範囲
に限定している。この発明は羽根車直後の主流が
すでに大きく歪んでおり、その流れ角度が羽根車
の幅方向に大きく分布していることに着目して成
されたものであり、羽根車の直後からかなり高い
（流路幅の1/5〜1/2）案内羽根を設けたことを特
徴とする点で、その原理、形状とも前記参考例と
異なる。また参考例ではデイフユーザの入口から
出口に向けて境界層板の高さを次第に大きくする
ところに特徴があるが、この発明では全く逆に入
口から出口に向けて高さを減じていることが特徴
であり、その理由は前記の通りである。

なお、案内羽根等をデイフユーザ入口直後から
設けることは騒音の発生等の点で従来望ましくな
いと考えられていたが、この案内羽根はデイフユ
ーザの幅全体にわたつていないためこのような悪
影響は見られず、導流の効果の上からも有効なこ
とがわかつた。

前記のように、この発明では、デイフユーザ板
の流路表面上に入口において高く出口へかけて低
くなる案内羽根を設置することにより、羽根車出
口の歪んだ流れをデイフユーザの入口部で強制的
に一様分布流れに近付けると共に、下流部では高
さの漸減する案内羽根の作用により、最小限の流
体摩擦損失でほぼ完全な一様分布流れが得られる
ので羽根なしデイフユーザの性能を向上し、高性
能の遠心圧縮機を得ることができる。

第６図はこの発明の第２の実施例を示すもの
で、先の実施例と同様の案内羽根１１を心板側の
デイフユーザ板８の流路表面上にも設置した場合
を示す。この案内羽根は側板側の案内羽根と協働
し、心板側の低流れ角度の流れを案内して一様分
布流れに近付けるものであるが、通常心板側では
低流れ角度の領域は小さいので、案内羽根の高さ
は側板側のものより中低くてよい。

第７図は上記案内羽根１１と同様の考えで、デ
イフユーザ板の表面に複数枚の溝を穿ち案内羽根
１２はデイフユーザ入口において流路表面にその
流路幅の半分以下の深さの溝を出口にかけて漸減
するように穿つて構成されている。デイフユーザ
板８，９で形成される流路の子午面断面形状は入
口部で広く、出口部で挟くなつている。これによ
つて、平行なデイフユーザ板に上記案内羽根１１
を取付けた場合に比べ、デイフユーザ内の流れの
半径方向成分は大きくなり、流れがより半径方向
に向くからより安定な流れが得られる。すなわ
ち、溝によつて形成される案内羽根による整流効
果とデイフユーザ流路の子午面断面形状の絞り効
果を合せた効果が期待できる。

第８図は前記の案内羽根または案内溝の形を定
める方法を示す説明図であり、デイフユーザの入
口における羽根角度β_３と出口における羽根角度
β_４（β_４＞β_３）をみたし、中間部では両端を
滑らかに接続する具体的な例を示している。すな
わちこの例ではデイフユーザの入口径（R₃）、出
口径（R₄）の平均値（Rm）の位置における羽根
角度を出口角度β_４に等しくし、この平均半径よ
り外側において羽根角度一定（β_４）、すなわち
対数らせん形状としたものである。平均半径より
内側の部分では、放物線、円弧その他適当な曲線
を用いることができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、以下の効果が得られる。

(1) デイフユーザの入口直後から、羽根車下流の
歪んだ流れを整流するための案内羽根を設けた
ことにより、デイフユーザの入口部から歪んだ
流れを一様分布流れに近づけることができる。

(2) デイフユーザの入口直後から出口まで案内羽
根を設けたことにより、羽根車出口からの歪ん
だ流れは、その低流れ角度部分がデイフユーザ
の入口直後から出口まで案内されるから、デイ
フユーザの後半部（出口側）ではほぼ完全な一
様分布流れとすることができる。

(3) 案内羽根は、その高さがデイフユーザの入口
部において最大高さを有し、かつデイフユーザ
の出口部に向かつて漸減させるようにしている
から、案内羽根を設けたことによる流体摩擦損
失を最小限に抑えることができる。しかもデイ
フユーザ内の流れには案内羽根によつてその入
口から出口に向かつて低流れ角度の流域が次第
に減少するから、本発明のように高さが漸減す
る案内羽根であつても、低流れ角度の領域のほ
ぼ全体をデイフユーザ出口まで案内できるか
ら、デイフユーザ内の流れをほぼ完全な一様分
布流れにできるという本発明における前記作用
は損なわれない。

以上述べたように、本発明によれば、羽根なし
デイフユーザにおいて、羽根車出口からの歪んだ
流れを、デイフユーザの入口直後から整流でき、
デイフユーザの出口側においてはほぼ完全な一様
分布流れを得ることができ、しかもデイフユーザ
内の流体摩擦損失を最小限に抑えることもできる
から、羽根なしデイフユーザの圧力回復率を大幅
に向上でき、これによつて羽根なしデイフユーザ
の大幅な性能向上を計ることができるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の遠心圧縮機の縦断面図、第２図
は羽根車出口の流れの説明図（正面図）、第３図
は羽根車出口の流れの分布図、第４図は２次元デ
イフユーザの性能に及ぼす入口速度分布の非一様
性の影響の説明図（実験結果）、第５図はこの発
明の実施例を示すもので、イは縦断面図、ロは正
面図、第６図はこの発明の他の実施例を示す縦断
面図、第７図はこの発明のさらに異なる実施例を
示す縦断面図、第８図はこの発明の案内羽根また
は案内溝の形状例を示す正面図である。 ２……側板、３……心板、４……羽根車、７…
…デイフユーザ、８，９……デイフユーザ板、１
０……スクロールケーシング、１１……案内羽
根、１２……案内溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 遠心圧縮機の羽根車の下流に設けられ、対向
   する一対のデイフユーザ板の間に流路を形成した
   羽根なしデイフユーザにおいて、側板側のデイフ
   ユーザ板の流路表面上に、そのデイフユーザの入
   口直後から出口まで複数枚の案内羽根を円形翼列
   状に設け、この案内羽根は、前記羽根車の下流の
   歪んだ流れを整流するものであつて、その高さ
   は、デイフユーザの入口部において最大高さを有
   しかつデイフユーザの出口部に向かつて漸減する
   構成にすると共に、該案内羽根のデイフユーザ入
   口部における高さは、デイフユーザ流路幅の半分
   より小さく、かつ低流れ角度の領域の流体の全体
   を案内できる高さとし、さらに前記案内羽根はデ
   イフユーザ流路内の流れ方向に沿つて設けられて
   いることを特徴とする遠心圧縮機のデイフユー
   ザ。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記案内羽
   根は前記デイフユーザ入口において前記流路表面
   にその流路幅の半分以下の深さの溝を、かつ出口
   にかけて漸減するように穿つて構成したことを特
   徴とする遠心圧縮機のデイフユーザ。