(57)【要約】【課題】遠心圧縮機において、性能を維持し、ディフューザにおける圧力回復率を高めることができ、かつ、案内翼の加工精度の悪化及び組付精度の悪化を防止する。【解決手段】ディフューザ７は、流路高さがラジアルインペラ２の羽根高さよりも低く設定された入口流路７ａと、入口流路７ａよりも流路高さが大きく、平行に対峙する一対の平面状の流路壁面７ｂ１，７ｂ２間に形成される案内翼設置流路７ｂと、案内翼設置流路７ｂに設置される案内翼７ｃとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体に速度エネルギを付与して半径方向に送り出すラジアルインペラと、前記ラジアルインペラから送り出された前記流体を減速させて昇圧するディフューザとを備える遠心圧縮機であって、
前記ディフューザは、
流路高さが前記ラジアルインペラの羽根高さよりも低く設定された入口流路と、
前記入口流路よりも流路高さが大きく、平行に対峙する一対の平面状の流路壁面間に形成される案内翼設置流路と、
前記案内翼設置流路に設置される案内翼と
を備えることを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
前記案内翼設置流路を形成する一対の流路壁面のうち、前記ラジアルインペラの羽根の後縁におけるチップ側に位置する流路壁面が前記入口流路の流路壁面よりも窪むことにより、前記案内翼設置流路の流路高さが前記入口流路よりも大きくされていることを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
前記案内翼設置流路を形成する一対の流路壁面のうち、前記ラジアルインペラの羽根の後縁におけるハブ側に位置する流路壁面は、前記入口流路の流路壁面と同じ高さに設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
遠心圧縮機では、ラジアルインペラによって空気等の流体に速度エネルギを付与し、速度エネルギが付与された流体をディフューザにて減速させて昇圧させることによって流体を圧縮している。
【０００３】
このような遠心圧縮機では、ディフューザに流体を案内する案内翼が設置されている。この案内翼は、ラジアルインペラから送り出された流体が、ディフューザの外側に設けられたスクロール流路にスムーズに流れ込むように、ラジアルインペラの半径方向に送り出された流体をスクロール流路の流れ方向に向けて案内する。
【０００４】
ところで、例えば特許文献１には、ディフューザの流路高さをラジアルインペラの半径方向の外側に向けて拡張することにより圧力回復率を高め、ディフューザの流路長が短くても所望の圧力まで流体を圧縮可能とする遠心圧縮機が開示されている。このような遠心圧縮機によれば、ディフューザの流路長が短くなることによって遠心圧縮機の外形サイズを小さくすることができ、遠心圧縮機の小型軽量化が可能となる。
【０００５】
このような特許文献１に開示された遠心圧縮機では、ディフューザの流路壁面がテーパ面となることから、ディフューザに設置される案内翼の流路壁面との突合面もテーパ面とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５８−１８３８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、案内翼の突合面をテーパ面とすると、案内翼の形状が複雑となることから加工精度を維持することが難しく、案内翼の歩留まりが悪化し、遠心圧縮機の製造コストの増加に繋がる。また、案内翼の突合面をテーパ面とすると、案内翼の組付精度も悪化することになり、流体の案内機能が低下することにも繋がる。
【０００８】
例えば、ディフューザの流路高さを入口側から十分に高くし、流路壁面をディフューザの入口から出口まで平面とすることも考えられる。しかしながら、ディフューザの入口の流路高さが、ラジアルインペラの羽根高さに対して大きいと、ラジアルインペラから送り出された流体の流れが乱れ、ディフューザへの流体の流れ込みが阻害される。このため、圧力損失が高まり、遠心圧縮機の性能が低下する可能性がある。
【０００９】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、遠心圧縮機において、性能を維持し、ディフューザにおける圧力回復率を高めることができ、かつ、案内翼の加工精度の悪化及び組付精度の悪化を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【００１１】
第１の発明は、流体に速度エネルギを付与して半径方向に送り出すラジアルインペラと、上記ラジアルインペラから送り出された上記流体を減速させて昇圧するディフューザとを備える遠心圧縮機であって、上記ディフューザが、流路高さが上記ラジアルインペラの羽根高さよりも低く設定された入口流路と、上記入口流路よりも流路高さが大きく、平行に対峙する一対の平面状の流路壁面間に形成される案内翼設置流路と、上記案内翼設置流路に設置される案内翼とを備えるという構成を採用する。
【００１２】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記案内翼設置流路を形成する一対の流路壁面のうち、上記ラジアルインペラの羽根の後縁におけるチップ側に位置する流路壁面が上記入口流路の流路壁面よりも窪むことにより、上記案内翼設置流路の流路高さが上記入口流路よりも大きくされているという構成を採用する。
【００１３】
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記案内翼設置流路を形成する一対の流路壁面のうち、上記ラジアルインペラの羽根の後縁におけるハブ側に位置する流路壁面が、上記入口流路の流路壁面と同じ高さに設定されているという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ディフューザの入口流路の流路高さがラジアルインペラの羽根高さよりも低く設定されている。このため、ラジアルインペラから送り出された流体の流れを乱すことなく流体をディフューザに流れ込まされることができる。したがって、遠心圧縮機の機能性を維持することができる。
【００１５】
また、本発明によれば、入口流路の半径方向外側に設置される案内翼設置流路の流路高さが入口流路の流路高さよりも大きく設定されている。流路高さが大きく設定されることによって案内翼設置流路の空間容積が増大し、案内翼設置流路における圧力回復率が流路高さを入口流路と同一にした場合よりも大きくなる。
【００１６】
また、本発明によれば、案内翼が、平行に平面状の流路壁面が対峙されて形成される案内翼設置流路に設置されている。このため、案内翼の流路壁面との突合面は、両方共にテーパ面でなく平面となる。したがって、本発明によれば、案内翼の加工精度の悪化及び組付精度の悪化を防止することが可能となる。
【００１７】
したがって、本発明によれば、遠心圧縮機において、ディフューザにおける圧力回復率を高めると共に機能性を維持することができ、かつ、案内翼の加工精度の悪化及び組付精度の悪化を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）が、本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機の概略構成を示す縦断面図であり、（ｂ）が本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機が備えるディフューザを含む要部拡大図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機が備える第１案内翼と、第２案内翼と、ハウジングの一部を示した図であり、図１（ａ）の右側から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明に係る遠心圧縮機の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。また、以下の説明では、本発明に係る遠心圧縮機として、圧縮空気を生成する遠心圧縮機に適用した例について説明する。
【００２０】
図１（ａ）は、本実施形態の遠心圧縮機１の概略構成を示す縦断面図であり、図１（ｂ）は、本実施形態の遠心圧縮機１が備えるディフューザ７を含む要部拡大図である。図１（ａ）に示すように、本実施形態の遠心圧縮機１は、ラジアルインペラ２と、シャフト３と、シールプレート４、ハウジング５と、ボルト６と、ディフューザ７とを備えている。
【００２１】
ラジアルインペラ２は、基部２ａに対して固定される羽根２ｂを複数備えている。このラジアルインペラ２は、回転駆動されることにより、軸方向から吸引した空気Ｘ（流体）に速度エネルギを付与して半径方向に送り出す。シャフト３は、ラジアルインペラ２の空気Ｘの吸入方向から見て、ラジアルインペラ２の中央に固定されており、不図示の駆動源（モータやタービン等）で生成された回転動力をラジアルインペラ２に伝達する。
【００２２】
シールプレート４は、ラジアルインペラ２の背面に対向配置されており、中央部にシャフト３を挿通するための貫通孔が設けられている。ハウジング５は、ボルト６でシールプレート４と締結されることによって、空気Ｘの吸入側からラジアルインペラ２を覆うケーシングである。このハウジング５は、図１（ａ）に示すように、空気Ｘを吸入するための吸入口５ａと、空気Ｘを吐出する吐出口５ｂと、ラジアルインペラ２から送り出された空気Ｘを吐出口５ｂに導くスクロール流路５ｃとを備えている。このスクロール流路５ｃは、空気Ｘの吸入方向から見て、ラジアルインペラ２を囲うようにしてラジアルインペラ２の外側に形成されており、同方向から見た場合に、ラジアルインペラ２を中央とする周方向に空気Ｘを導く。すなわち、スクロール流路５ｃにおける空気Ｘの流れ方向は、ラジアルインペラ２の回転軸を中心とする周方向に設定されている。ボルト６は、シールプレート４とハウジング５とを締結しており、ラジアルインペラ２の回転軸を中心とする周方向に離散的に複数設けられている。
【００２３】
ディフューザ７は、ラジアルインペラ２とスクロール流路５ｃとの間に設けられており、図１（ｂ）に示すように、入口流路７ａと、案内翼設置流路７ｂと、案内翼７ｃとを備えている。
【００２４】
入口流路７ａは、案内翼設置流路７ｂよりもラジアルインペラ２寄りに設けられており、ラジアルインペラ２を囲う環状の流路である。この入口流路７ａの流路高さＨ１（ラジアルインペラ２の軸方向の大きさ）は、ラジアルインペラ２の羽根２ｂの後縁の高さより小さく設定されている。
【００２５】
案内翼設置流路７ｂは、入口流路７ａの外側に設けられており、入口流路７ａに接続され、当該入口流路７ａを囲う環状の流路である。この案内翼設置流路７ｂは、図１（ｂ）に示すように、平行に対峙する一対の流路壁面７ｂ１と流路壁面７ｂ２との間に形成されている。なお、流路壁面７ｂ１は、シールプレート４の表面の一部からなる平面状の壁面である。また、流路壁面７ｂ２は、ハウジング５の表面の一部からなる平面状の壁面である。
【００２６】
図１（ｂ）に示すように、案内翼設置流路７ｂの流路高さＨ２は、入口流路７ａの流路高さＨ１よりも大きくなっている。なお、図１（ｂ）に示すように、本実施形態においては、ハウジング５の表面の一部が窪んで段差が設けられており、流路壁面７ｂ２が流路壁面７ａ２よりもシールプレート４から遠い位置に設けられることによって、流路高さＨ２が流路高さＨ１よりも大きくなるようにしている。すなわち、案内翼設置流路７ｂを形成する一対の流路壁面（流路壁面７ｂ１及び流路壁面７ｂ２）のうち、ラジアルインペラ２の羽根２ｂの後縁におけるチップ（先端）側に位置する流路壁面７ｂ２が入口流路７ａの流路壁面よりも窪むことにより、案内翼設置流路７ｂの流路高さＨ２が入口流路７ａよりも大きくされている。
【００２７】
また、流路壁面７ｂ１は、入口流路７ａの流路壁面と同じ高さに設けられており、入口流路７ａの流路壁面と面一とされている。すなわち、案内翼設置流路７ｂを形成する一対の流路壁面（流路壁面７ｂ１及び流路壁面７ｂ２）のうち、ラジアルインペラ２の羽根の後縁におけるハブ（根元）側に位置する流路壁面７ｂ１は、入口流路７ａの流路壁面と同じ高さに設定されている。
【００２８】
案内翼７ｃは、案内翼設置流路７ｂに設けられている。この案内翼７ｃの翼高さＨ３は、案内翼設置流路７ｂの流路高さＨ２と同一の大きさとされている。また、案内翼７ｃの両端面が、案内翼設置流路７ｂを形成する壁面（流路壁面７ｂ１及び流路壁面７ｂ２）との突合面となっている。なお、例えば案内翼７ｃは、両端面から突出する不図示のピンを備えており、このピンが流路壁（本実施形態ではシールプレート４及びハウジング５）に形成された嵌合穴に差し込まれることによって位置決め及び支持されている。
【００２９】
図２は、ハウジング５及び案内翼７ｃの一部を示した図であり、図１（ａ）の右側から見た図である。この図に示すように、案内翼７ｃは、前縁をラジアルインペラ２側に向け、後縁をスクロール流路５ｃの流れ方向の下流側に向けるように配置されており、ラジアルインペラ２から送り出された空気Ｘをスクロール流路５ｃの流れ方向に向けて案内する。このような案内翼７ｃは、図２に示すように、等間隔で複数設置されており、ラジアルインペラ２を中央にして環状に配列されている。このような案内翼７ｃは、ラジアルインペラ２から送り出された空気Ｘをスクロール流路５ｃの流れ方向に向けて案内する。
【００３０】
このように構成された本実施形態の遠心圧縮機１では、シャフト３を介してラジアルインペラ２に回転動力が伝達され、ラジアルインペラ２が回転駆動されると、吸入口５ａからハウジング５内に空気Ｘが流れ込む。吸入口５ａから流れ込んだ空気Ｘは、ラジアルインペラ２にて速度エネルギが付与され、ラジアルインペラ２の半径方向に送り出される。このようにしてラジアルインペラ２から送り出された空気Ｘは、ディフューザ７にて減速されることで昇圧され、スクロール流路５ｃを介して吐出口５ｂから圧縮空気として吐出される。
【００３１】
以上のような本実施形態の遠心圧縮機１の作用及び効果について説明する。本実施形態の遠心圧縮機１によれば、ディフューザ７の入口流路７ａの流路高さＨ１がラジアルインペラ２の羽根高さより僅かに低く設定されている。このため、流路７aでの空気Ｘの剥離を抑制し、圧力回復率の減少を防止することができる。したがって、遠心圧縮機１の機能性を維持することができる。
【００３２】
また、本実施形態の遠心圧縮機１によれば、入口流路７ａに対してラジアルインペラ２の半径方向外側に設置される案内翼設置流路７ｂの流路高さＨ２が入口流路７ａの流路高さＨ１よりも大きく設定されている。流路高さが大きく設定されることによって案内翼設置流路７ｂの空間容積が増大し、案内翼設置流路７ｂにおける圧力回復率が流路高さを入口流路７ａと同一にした場合よりも大きくなる。
【００３３】
また、本実施形態の遠心圧縮機１によれば、案内翼７ｃが、平面状の流路壁面７ｂ１及び流路壁面７ｂ２が平行に対峙されて形成される案内翼設置流路７ｂに設置されている。このため、案内翼７ｃの流路壁面（流路壁面７ｂ１及び流路壁面７ｂ２）との突合面は、両方共にテーパ面でなく平面となる。したがって、本実施形態の遠心圧縮機１によれば、案内翼７ｃの加工精度の悪化及び組付精度の悪化を防止することが可能となる。
【００３４】
したがって、本実施形態の遠心圧縮機１によれば、性能を維持し、ディフューザ７における圧力回復率を高めることができ、かつ、案内翼７ｃの加工精度の悪化及び組付精度の悪化を防止することが可能となる。
【００３５】
また、遠心圧縮機１においては、インペラ２の羽根２ｂの後縁から流出するハブ側の空気Ｘは壁面摩擦により急減速するため剥離が生じやすい。これに対して、本実施形態の遠心圧縮機１では、案内翼設置流路７ｂを形成する一対の流路壁面（流路壁面７ｂ１及び流路壁面７ｂ２）のうち、ラジアルインペラ２の羽根２ｂの後縁におけるチップ（先端）側に位置する流路壁面７ｂ２が入口流路７ａの流路壁面よりも窪むことにより、案内翼設置流路７ｂの流路高さＨ２が入口流路７ａよりも大きくされている。また、案内翼設置流路７ｂを形成する一対の流路壁面（流路壁面７ｂ１及び流路壁面７ｂ２）のうち、ラジアルインペラ２の羽根２ｂの後縁におけるハブ（根元）側に位置する流路壁面７ｂ１は、入口流路７ａの流路壁面と同じ高さに設定されている。このため、シールプレート４の表面に段差が設けられることがないため、空気Ｘが剥離し難い。よって、圧力損失が高まることを防止することができる。
【００３６】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３７】
例えば、上記実施形態においては、案内翼設置流路７ｂを形成する一対の流路壁面（流路壁面７ｂ１及び流路壁面７ｂ２）のうち、ラジアルインペラ２の羽根２ｂの後縁におけるチップ（先端）側に位置する流路壁面７ｂ２が入口流路７ａの流路壁面よりも窪むことにより、案内翼設置流路７ｂの流路高さＨ２が入口流路７ａよりも大きくされている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、ラジアルインペラ２の羽根２ｂの後縁におけるハブ側に位置する流路壁面７ｂ１が入口流路７ａの流路壁面よりも窪むことにより、案内翼設置流路７ｂの流路高さＨ２を入口流路７ａよりも大きくすることも可能である。
【００３８】
また、上記実施形態においては、圧縮空気を生成する遠心圧縮機について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、他の流体を圧縮する遠心圧縮機に適用することも可能である。
【００３９】
また、上記実施形態においては、流路壁面７ａ１及び流路壁面７ｂ１がシールプレート４の表面の一部からなり、流路壁面７ａ２及び流路壁面７ｂ２がハウジング５の表面の一部からなる構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、案内翼７ｃをベーンプレートに固定し、このベーンプレートをシールプレート４やハウジング５に固定する場合には、流路壁面７ａ１、流路壁面７ｂ１、流路壁面７ａ２及び流路壁面７ｂ２がベーンプレートの表面の一部からなる構成を採用することもできる。また、ハウジング５側にラジアルインペラ２との隙間を調節するためのシュラウドを設ける場合がある。このような場合には、流路壁面７ａ２及び流路壁面７ｂ２がシュラウドの表面の一部からなる構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００４０】
１……遠心圧縮機、２……ラジアルインペラ、２ａ……基部、２ｂ……羽根、３……シャフト、４……シールプレート、５……ハウジング、５ａ……吸入口、５ｂ……吐出口、５ｃ……スクロール流路、６……ボルト、７……ディフューザ、７ａ……入口流路、７ａ１……流路壁面、７ａ２……流路壁面、７ｂ……案内翼設置流路、７ｂ１……流路壁面、７ｂ２……流路壁面、７ｃ……案内翼、Ｘ……空気（流体）
【図１】
2014074391.tif 000003
【図２】
2014074391.tif 000004