(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根車に旋回流を付与する旋回流発生装置を任意の段の羽根車直前に少なくとも一つ有する多段遠心送風機において、
旋回流発生装置の直後の段の羽根車の仕様点入射角及び／又は減速比のみ、それ以外の段の羽根車よりも小さく設定したことを特徴とする多段遠心送風機。
【請求項２】
請求項１記載の多段遠心送風機において、
前記旋回流発生装置の直後の段の羽根車の羽根入口角のみ、それ以外の段の羽根車の羽根入口角よりも小さく設定したことを特徴とする多段遠心送風機。
【請求項３】
請求項１記載の多段遠心送風機において、
前記旋回流発生装置の直後の段の羽根車の羽根出口角のみ、それ以外の段の羽根車の羽根出口角よりも小さく設定したことを特徴とする多段遠心送風機。
【請求項４】
請求項１記載の多段遠心送風機において、
連続する２つの段における羽根車直径D２と羽根出口流路高さb２の比b２/D２の変化率WRの値が、旋回流発生装置の直後の段を含む場合のみ、それ以外の段のWRの平均値と３％以上異なり、かつ旋回流発生装置の直後の段が上流側にある場合のWRが最大、旋回流発生装置の直後の段が下流側にある場合のWRが最小となることを特徴とする多段遠心送風機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体機械の一つである遠心送風機に係り、特に旋回流発生装置を有する多段遠心送風機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の旋回流発生装置を有する遠心送風機の例を、図８を用いて以下に説明する。  
図８は、従来の多段遠心送風機の羽根車回転軸に平行な面における断面図である。
【０００３】
図８において、従来の旋回流発生装置を有する多段遠心送風機は、流体の上流側に吸込ケーシング１が設けられている。この吸込みケーシング１の下流側には、初段羽根車４aへの流入流れに任意の旋回速度を付与して容量制御を行うためのインレットガイドベーン２（以下、IGV２というが、請求項では旋回流発生装置と称した）が設けられている。このIGV２は回転軸３を取り囲むように複数取り付けられ、更にそれぞれのベーンは回転角度が任意に変更出来るように可動機構８が備えられている。このIGV２の下流側で回転軸３の軸方向にはケーシング１からの流体を昇圧するための複数の羽根車４a〜４dが装着されている。
【０００４】
この各羽根車４a〜４dの半径方向外側には羽根車出口から流入する流体の動圧を静圧へと変換するディフューザ５a〜５dと、このディフューザ５a〜５dの下流には次段羽根車入口へと流体を導くリターンチャネル６a〜６c、及び吐出ケーシング７が設けられている。９は羽根車上流側流路幅を指している。
【０００５】
ここで、多段遠心送風機の性能特性に関して図９、図１０を使って説明する。  
図９はＩＧＶ出口から初段ディフューザ出口における各位置での速度三角形を示した図であり、図９（ａ）は初段羽根車に対して予旋回を与えない場合の速度三角形を示す図である。図９（ｂ）初段羽根車に対して予旋回を与えた場合の速度三角形を示す図である。
【０００６】
また図１０は、一般的なIGV付き多段遠心送風機の全段圧力特性曲線、並びに全段効率特性曲線を示す図である。  
尚、全段圧力特性曲線についてはIGV回転角度の異なる２本の特性曲線を、全段効率特性曲線についてはIGV取付角を変更せずに初段羽根車流入流れに旋回速度を与えない場合の１本の特性曲線のみを、それぞれ示す。
【０００７】
まず、初段羽根車４ａに旋回速度を与えない場合（IGV角度αIGV=０°の場合）の性能特性について、図９を用いて説明する。  
図９（ａ）において、吸込ケーシング１とIGV２を通過した流れは、旋回速度成分の無い状態で初段羽根車４ａへと流入する。初段羽根車４ａ内部においては、（式１）で表される羽根車軸動力分に相当する圧力上昇（理論ヘッドHth）が与えられる。ここで、Uは羽根車周速、Cuは羽根車絶対速度の周方向成分を、gは重力加速度を表す。添え字１は羽根車入口、２は羽根車出口を表す。
Hth = （U２・Cu２ - U１・Cu１）/ｇ … (式１)
予旋回を与えない場合には、右辺第二項U１・Cu１が０となる。また（式１）から、理論ヘッドは基本的に流量低下（羽根車出口子午面速度Cm２の低下）と共に直線的に増大する事が導かれる。
【０００８】
一方、各流量点において、Hthから羽根車、ディフューザ、リターンチャネル各部の全圧損失を差し引いた値が、実際の初段の圧力上昇となる。ここで、各流量点における全圧損失の大きさは、図９（ａ）に示す羽根車やディフューザにおける入射角i１、i３の値や、減速比W１/W２、C３/C４などの値によって変化する。
【０００９】
入射角は、流量減少に伴い徐々に増大する。入射角が０付近となる流量で、全圧損失は最も小さい。そして、入射角が０からずれるにつれて翼入口角β１bやβ３bと流入角β１、α３との差が大きくなって損失が増大し、ついには失速する。
【００１０】
一方減速比も、流量減少に伴い徐々に増大する。減速比が大きければ、基本的には流路壁面摩擦の減少によって損失が減少する。しかし、流量の減少とともに減速比が過大になると、流路壁面境界層の厚みが増して損失が増大し、ついには失速する。
【００１１】
以上から初段では、ある流量点において損失が最小となり（最高効率点）、これより大流量側でも小流量側でも効率が低下する。特に小流量側では、前記の通り流量低減に伴い損失が増大して圧力特性曲線の勾配が徐々に平坦になり、ついには右上がり勾配部が現れる。
【００１２】
多段遠心送風機では、２段目以降においても同様の圧力特性曲線、効率特性曲線を有する。各段特性の和が全段特性となる。従って全段特性においても、ある流量において最高効率を有すると共に、低流量側において圧力特性曲線の勾配が徐々に平坦となり、ついには右上がり勾配部が現れる。圧力特性曲線の右上がり勾配部は、微少な流量変動に対して自励振動を起こし、送風機全体が順流・逆流を繰り返して運転不可能となる、サージング発生条件である事が知られている。従ってこの流量点が、αIGV=０°の場合の多段遠心送風機の作動限界となる（図１０のαIGV=０°の特性曲線参照）。
【００１３】
次に、初段羽根車に旋回速度を与えた場合（IGV角度αIGV≠０°の場合）の性能特性について、図９（ｂ）を用いて説明する。  
図９（ｂ）において、吸込ケーシングとIGVを通過した流れは、IGV角度に応じた旋回速度成分を与えられた状態で初段羽根車へと流入する。この時、初段羽根車の理論ヘッドが、式（１）右辺第二項 U１Cu１≠０となって減少するため、初段圧力上昇は低下する。初段圧力上昇の低下によって２段目以降の段の入口圧力も低下し、２段目以降の段の入口体積流量が増大して、これらの段の圧力上昇も低下する。従って、全段圧力上昇も低下する事になる。
【００１４】
また図９（ｂ）に示すように、αIGV≠０°の場合には、初段羽根車の入射角i１が回復すると共に減速比W１/W２も小さくなる。従って、初段羽根車の失速流量点は小流量側へ移動する。またこの時、初段羽根車より下流に位置するどの羽根車、ディフューザ、リターンチャネルにおいても、前記の通り各要素入口の体積流量が増大するため、これら要素においても失速発生点が小流量側へと移動する。以上の効果により、全段圧力特性曲線に右上がり勾配部が現れる流量点は、αIGV=０°の場合と比較して小流量側へと移動する。従ってこの時、サージング発生点も小流量側へと移動する。
【００１５】
実製品を運転する場合には、IGV角度を変化させながら、仕様圧力を維持しつつ運転流量を変化させる。従って、仕様圧力を満足する最小運転流量が広ければ広いほど、広範囲な運転流量に対応出来る事となる。この、最小の作動限界流量点から仕様流量点までが、送風機の作動範囲である（図１０のαIGV≠０°の特性曲線参照）。
【００１６】
多段遠心送風機では、一般に仕様点効率向上と作動範囲拡大が技術的課題となる。通常、ターボ機械では、仕様点効率向上と作動範囲拡大はトレードオフとなる。これは、前記の通り、仕様点効率向上のためには各要素の仕様点入射角を０°とする、あるいは仕様点減速比を増大する事が効果的だが、同時に失速を早めてしまうためである。
【００１７】
仕様点効率を維持しつつ作動範囲を拡大するため、様々な作動範囲拡大デバイスが提案されている。上記のIGVも、その１つであり、例えば下記特許文献１に記載例がある。  
また他にも、オープン形羽根車では、下記特許文献２の様に、インデューサ部シュラウド側に環状のブリード流路を設け、羽根車失速流量点を小流量側へと移動させた例がある。  
さらに、下記特許文献３の様に、ディフューザ翼を可変にする事で、仕様点効率向上と作動範囲拡大を狙った例がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００２−５０９２号公報
【特許文献２】特開平１１−２０１０９４号公報
【特許文献３】特開昭６３−３６０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
IGV付き多段遠心送風機では、特に小流量側作動範囲に対する要求仕様が厳しい事が多い（例えば、下水曝気用の多段遠心送風機など）。その場合、多段となった各羽根車ごとにIGVを取り付けることが理想である。しかしこれでは、構造の複雑化やコスト大幅増大を招いてしまう。
【００２０】
従って、１つ程度のなるべく少ない個数のIGVで、十分な小流量側作動範囲を満足する必要がある。このため従来は、全段の羽根車の仕様点入射角や減速比を小流量側特性が向上するよう設定しており、仕様点効率向上が困難であるという課題があった。
【００２１】
本発明の目的は、多段遠心送風機における各段性能特性曲線の特徴、並びにサージングに突入する時の条件を考慮し、なるべく簡単な構成で、仕様点効率向上と小流量側作動範囲拡大を両立させることが可能な多段遠心送風機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するために本発明は、羽根車に旋回流を付与する旋回流発生装置を任意の段の羽根車直前に少なくとも一つ有する多段遠心送風機において、旋回流発生装置の直後の段の羽根車の仕様点入射角や減速比のみ、それ以外の段の羽根車よりも小さく設定したものである。
【００２３】
また上記目的を達成するために本発明は好ましくは、前記旋回流発生装置の直後の段の羽根車の羽根入口角のみ、それ以外の段の羽根車の羽根入口角よりも小さく設定すると良い。
【００２４】
また上記目的を達成するために本発明は好ましくは、前記旋回流発生装置の直後の段の羽根車の羽根出口角のみ、それ以外の段の羽根車の羽根出口角よりも小さく設定すると良い。
【００２５】
また上記目的を達成するために本発明は好ましくは、連続する２つの段における羽根車直径D２と羽根出口流路高さb２の比b２/D２の変化率WRの値が、旋回流発生装置の直後の段を含む場合のみ、それ以外の段のWRの平均値と３％以上異なり、かつ旋回流発生装置の直後の段が上流側にある場合のWRが最大、旋回流発生装置の直後の段が下流側にある場合のWRが最小となるようにすると良い。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、多段遠心送風機における各段性能特性曲線の特徴、並びにサージングに突入する時の条件を考慮し、なるべく簡単な構成で、仕様点効率向上と小流量側作動範囲拡大を両立させることが可能な多段遠心送風機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例１に係る予旋回発生装置直後の段、並びにそれ以外の段の、羽根車入射角と出入口相対速度を示す図である。
【図２】従来の旋回流発生装置直後の段の羽根車流入流れに旋回速度のない場合、並びに旋回速度を付与した場合の各段の静圧上昇の流量変化を示す図である。
【図３】本発明の実施例１に係る多段遠心送風機の全段圧力特性曲線、並びに全段効率特性曲線を示す図である。
【図４】本発明の実施例２に係る羽根車羽根の前縁付近を羽根車回転軸延長線上から見た図である。
【図５】本発明の実施例３に係る羽根車羽根の後縁付近を羽根車回転軸と平行な方向から見た図である。
【図６】本発明の実施例４に係る連続する２つの段の羽根車子午面形状を重ねて描いた図である。
【図７】従来の多段遠心送風機において、全段の羽根車内部流れを相似にする事を狙った場合の、WR（羽根車直径D２と羽根出口流路高さb２の比b２/D２の連続する２つの段間の比）全段平均値に対する、WR各段値の比を示した図である。
【図８】従来の多段遠心送風機の概略構成を示す断面図である。
【図９（ａ）】初段羽根車に対して予旋回を与えない場合の速度三角形を示す図である。
【図９（ｂ）】初段羽根車に対して予旋回を与えた場合の速度三角形を示す図である。
【図１０】一般的な旋回流発生装置付き多段遠心送風機の全段圧力特性曲線、並びに全段効率特性曲線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２９】
本実施例の遠心送風機は、羽根車に旋回流を付与する旋回流発生装置を任意の段の羽根車直前に少なくとも一つ有する多段遠心送風機であり、基本的には従来例である図８と同様の構成要素を有する。但し、図１に示すように、旋回流発生装置であるIGV直後の段の羽根車の入射角や減速比のみ、それ以外の段の羽根車よりも小さく設定している点で、従来とは異なる。
【００３０】
本構成とする事による効果を、図２を使用して説明する。  
図２は、従来のIGV付き多段遠心送風機において、IGV直後段の羽根車流入流れに旋回速度のないαIGV=０°の場合、並びに旋回速度を付与したαIGV≠０°の場合の、各段の静圧上昇の流量変化を示したものである。尚、本例の段数は８段であり、初段の直前にIGVが設けられた構造となっている。
【００３１】
図２において、まず旋回速度のないαIGV=０°の場合に着目する。  
この場合の各段の静圧上昇の流量変化の勾配は、前記で説明した図１０と同様、大流量側で右下がりを維持している。しかしながら、流量低下と共に徐々に緩やかとなり、サージング発生点付近でほぼ０となっている。
【００３２】
次に、旋回速度を付与したαIGV≠０°の場合の、各段の静圧上昇の流量変化の勾配に着目する。  
この場合には、IGV直後の段（初段）のみ急峻な右下がりを現している。そして初段の勾配は、サージング発生点付近で急激に緩やかとなり、サージング発生点ではついにほぼ０となっている。一方初段以外では、このIGV角度において測定された最大流量点において既に勾配が０となっており、流量を低減してもほぼ勾配０のまま推移している事が分かる。
【００３３】
以上のことからαIGV≠０°の場合には、流入流れに旋回速度を直接与えられていない初段羽根車以外の構成要素は常に失速しており、送風機が安定に運転される条件である圧力特性の右下がり勾配を維持する能力は全くない。これら段の圧力特性曲線の勾配は、流量変化に対してほぼフラットとなる。しかし、旋回速度を与えられ急峻な右下がり勾配を維持する初段羽根車により、全段の圧力特性曲線は右下がり勾配を維持するため、送風機全体としてはサージングを生じずに運転出来る。そして更に流量が低下し、ついに初段羽根車も失速すると、全段の圧力特性曲線の勾配が平坦となり、サージングが発生する事が分かる。
【００３４】
本結果から多段遠心送風機では、αIGV≠０°の場合、IGV直後の段の羽根車のみ失速発生流量点を小風量側へと移動出来れば、それ以外の段の失速が大流量側で生じたとしても、送風機全体の作動範囲を拡大する事が出来る。
【００３５】
図１に示す各段羽根車形状を有する多段遠心送風機では、IGV直後の段の羽根車の入射角や減速比を小さく設定しているために、送風機全体のサージング発生流量を小流量側へと移動する事が出来る。但し、これでは初段の仕様点効率は低下する。
【００３６】
一方、それ以外の段では、羽根車の入射角や減速比を初段より大きく設定しており、仕様点効率が向上する。多段遠心送風機の全段効率は各段効率の平均値となるため、初段の効率低下分よりも他の段の効率上昇分の和が大きければ、仕様点における全段効率は向上する。つまり、図１に示す各段羽根車形状を有する多段遠心送風機では、仕様点における全段効率向上と、作動範囲拡大を両立する事が可能となる。
【００３７】
初段羽根車の仕様点入射角や減速比は、目標とする作動範囲の大きさに応じて設定する。一方、それ以外の段の羽根車の仕様点入射角、減速比の値は、少なくとも初段の値よりは大きく、また効率最大となる値（入射角については０。減速比については、摩擦損失と減速損失の関係から求まる最適値となり、１次元の簡易計算により導出可能）よりも小さい範囲となる。
【００３８】
図３は、従来設計の多段遠心送風機設計例、並びに実施例１に記載の多段遠心送風機設計例の性能予測結果の比較を示した図である。  
尚、本実施例では、IGV直後段とそれ以外の段とで羽根車入射角を変化させた例である。
【００３９】
図３において、実施例１に記載の設計例では、従来設計例に対して仕様点効率が向上している。一方、実施例１に記載の設計例では、小流量側の圧力上昇は従来設計例より小さくなるが、仕様以上の圧力を満足しており、運転上の問題はない。更にこの時、IGV直後段の羽根車流入流れに旋回速度を与えた時のサージング発生流量点が、狙い通り従来設計例よりも小流量側へと移動する。従って、結果的に作動範囲が、従来同等以上となっている。
【００４０】
尚、本実施例においては、遠心送風機の段数は複数段であれば何段でも良いが、段数が多ければ多いほど仕様点効率向上幅を大きくする事が出来るため有利となる。またIGVは、最大で段数個分、どの段の羽根車の上流側に設置しても良いが、１個のIGVを初段の上流側に取り付けるのが最も構造が簡単になる。
【００４１】
更にαIGV≠０°の場合に、IGV直後以外の段での圧力特性曲線の勾配が流量変化に対してほぼフラットとなる事が、本実施例において非常に重要である。遠心送風機より圧力比の高い遠心圧縮機などでは、失速後の圧力特性曲線の勾配が急な右上がりとなる場合が多い。従って本発明は、特に多段遠心送風機において効果を発揮する。
【実施例２】
【００４２】
以下に、本発明における多段遠心送風機の別の実施例を示す。  
図４は、羽根車羽根の前縁付近を羽根車回転軸延長線上から見た図である。
【００４３】
図４において、本実施例の遠心送風機は、羽根車に旋回流を付与する旋回流発生装置を任意の段の羽根車直前に少なくとも一つ有する多段遠心送風機であって、仕様点入射角や減速比に関して上記実施例１と同じ特徴を有しており、更に図４のように旋回流発生装置の直後の段の羽根車の羽根入口角のみ、それ以外の段の羽根車の羽根入口角よりも小さく設定した事を特徴とする。尚、この場合、図９に示す羽根車入口における相対流れ角β１が各段で同等となるようにする。
【００４４】
本実施例に記載の構成とする事で、IGV直後の段の羽根車の仕様点入射角i１が小さくなり、送風機全体のサージング発生流量を小流量側へと移動する事が出来る。一方それ以外の段では、羽根車のi１を初段より大きくしてなるべく０に近い値に設定する事で、仕様点における全段効率を向上させる事が出来る。
【００４５】
送風機全体のサージング発生流量を低流量側へ移動するため、IGV直後の段のi１を小さくするためには、図９に示すように、羽根車入口相対流れ角β１を大きくするか、若しくは羽根車羽根入口角β１bを小さくする必要がある。
【００４６】
ここで図９に示すように、β１は羽根車入口周速U１と羽根車入口絶対速度C１とで定まる。αIGV=０°の場合には、β１はU１と羽根車入口絶対速度の子午面方向成分Cm１とで決定される事となる。U１とCm１は、羽根車前縁における羽根厚みによるブロッケージ分を無視すれば、以下の（式２)、(式３)で表される。またβ１は、以下の（式４)で表される。ここで、R１は羽根車羽根前縁半径、ωは羽根車回転角速度、Q１は羽根車入口における体積流量、b１は羽根車入口の流路高さを示す。
U１ = R１・ω … (式２)
Cm１ = Q１ / (２・π・R１・b１) … (式３)
β１ = tan-１（Cm１ / U１）… (式４)
（式２)〜(式４)から、i１を小さくするためβ１を大きくするには、U１を小さくするか、Cm１を大きくすれば良い。
【００４７】
回転数を変えずにU１を小さくするには、羽根車前縁半径R１を小さくする必要がある。しかし回転軸径は変更出来ないため、R１のみを小さくしようとすると、図８に示す羽根車上流側流路幅９が極端に狭まって損失が増大してしまう。一方、Cm１を大きくしてしまうと、基本的には羽根車入口部における流速が増大してしまい、摩擦損失が増大する。従ってU１を小さくする場合もCm１を大きくする場合も、i１低減による損失増大に加えて更に損失が増加し、IGV直後の段の効率を必要以上に落としてしまう。
【００４８】
以上の理由から、IGV直後の段のi１を小さくするにはβ１bを小さくするのが良い。従って本実施例では、IGV直後の段とそれ以外の段とでβ１bを変化させる事で、i１を調整している。
【実施例３】
【００４９】
以下に、本発明における多段遠心送風機の別の実施例を示す。  
図５は、羽根車羽根の後縁付近を羽根車回転軸と平行な方向から見た図である。
【００５０】
図５において、本実施例の遠心送風機は、羽根車に旋回流を付与する旋回流発生装置を任意の段の羽根車直前に少なくとも一つ有する多段遠心送風機である。この多段遠心送風機にあっては、仕様点入射角や減速比に関して上記実施例１と同じ特徴を有しており、更に図５のように旋回流発生装置の直後の段の羽根車の羽根出口角のみ、それ以外の段の羽根車の羽根出口角よりも小さく設定した事を特徴としている。
【００５１】
本実施例に記載の構成とする事で、図９の羽根車出口速度三角形が変化してIGV直後の段の羽根車の出口相対速度W２が大きくなり、結果としてIGV直後の段の羽根車の減速比W１/W２が小さくなるため、送風機全体のサージング発生流量を小流量側へと移動する事が出来る。一方それ以外の段では、W１/W２を初段より大きく設定する事で、仕様点における全段効率を向上させる事が出来る。
【００５２】
多段遠心送風機では、基本的には各段の羽根車外径D２を全て同一とした設計を行う事で、送風機全体の外径を最小化出来る。これは、全段での仕様圧力を満足させる時に、段毎にD２を変化させてしまうと、D２を全段同一とした場合の羽根車外径よりも、羽根車外径が大きな段や小さな段が生じてしまうためである。送風機全体の外径は、この中で最大D２をとる段の大きさに支配されてしまう。従って、全段のD２を同一として設計するのが有効であるが、これは各段圧力上昇を全段同一にする事と同義である。
【００５３】
全段のD２が同一という条件の下、IGV直後の段とそれ以外の段の羽根車とでW１/W２を変化させるためには、図９から分かる通り、羽根車羽根出口角β２bを変化させるか、羽根出口流路高さb２（羽根車出口絶対速度の子午面方向成分Cm２）変化させる必要がある。本実施例はこの内、β２bをIGV直後の段とそれ以外の段の羽根車とで変化させた形状に相当する。
【実施例４】
【００５４】
以下に、本発明における多段遠心送風機の別の実施例を示す。  
図６は、本実施例における多段遠心送風機において、連続する２つの段の羽根車子午面形状を重ねて描いた図である。  
図６の(a)は、連続する２つの段がIGV直後の段を含まない場合である。  
一方、図６の(b)は、連続する２つの段がIGV直後の段を含む場合を示す。
【００５５】
図６において、本実施例の遠心送風機は、羽根車に旋回流を付与する旋回流発生装置を任意の段の羽根車直前に少なくとも一つ有する多段遠心送風機である。この多段遠心送風機にあっては、仕様点入射角や減速比に関して上記実施例１と同じ特徴を有している。更に図６のように、連続する２つの段における羽根車直径D２と羽根出口流路高さb２の比b２/D２の変化率WRの値が、旋回流発生装置の直後の段を含む場合のみ、それ以外の段のWRの平均値と３％以上異なり、かつ旋回流発生装置の直後の段が上流側にある場合のWRが最大、旋回流発生装置の直後の段が下流側にある場合のWRが最小となる事を特徴としている。
【００５６】
本実施例に記載の構成とする事で、IGV直後の段の羽根車の減速比W１/W２が小さくなり、送風機全体のサージング発生流量を小流量側へ移動する事が出来る。一方それ以外の段では、W１/W２を初段より大きく設定する事で、仕様点における全段効率を向上させる事が出来る。
【００５７】
多段遠心送風機では、各段で作動流体が徐々に昇圧されるため、各段入口の流体密度も徐々に増大して各段入口の体積流量は徐々に減少する。この時、初段から最終段にかけて、連続する２つの段入口間の体積流量比だけ流路高さを徐々に減少させ、かつ羽根角度分布を一致させれば、全段の羽根車内部流れを相似にする事が出来て、全段で同等の性能を達成出来る。
【００５８】
実施例３において、多段遠心送風機では基本的に各段の羽根車外径D２を全て同一とし、各段圧力上昇を全段同一にする設計をする事が有効であると述べた。従って、連続する２つの段（初段〜２段目、２段目〜３段目、…(N-１)段目〜N段目、N：全段数）の入口間の密度比つまり体積流量比は、これら全てで等しくなる。従って、全段の羽根車内部流れが相似である場合、以下の（式５）で示される、羽根車直径D２と羽根出口流路高さb２の比b２/D２の連続する２つの段間における変化率WRも、これら全てで１より小さい、ほぼ等しい値となる。
WR = （ｋ段目におけるb２/D２）／（（ｋ-１）段目におけるb２/D２） ＜ １   … (式５)
実際の製品においては、製作精度等の問題があり、全段の羽根車内部流れを完全に相似にする事は出来ない。
【００５９】
図７は、従来多段遠心送風機において、全段の羽根車内部流れを相似にする事を狙った場合の、全段WR平均値に対する各段のWRの比を示す図である。  
図７において、本例から分かる通り、各段のWR はWR平均値に対して最大でも３%程度のずれとなる。一方本実施例では、WRの値が、旋回流発生装置の直後の段を含む場合のみ、それ以外の段のWRの平均値と３％以上異なり、かつIGV直後の段が上流側にある時のWRが全段で最大で、IGV直後の段が下流側にある時のWRが全段で最小としている。
【００６０】
これはつまり、IGV直後の段では、その他の段と比べ、体積流量に対する羽根出口流路面積が狭まっている事を表している。図９からこの場合、IGV直後の段の羽根車出口子午面方向速度成分Cm２が、それ以外の段の羽根車よりも大きくなる。従って、IGV直後の段の羽根車出口相対速度W２が小さくなり、結果としてIGV直後の段の羽根車の減速比W１/W２が、それ以外の段よりも小さくなる。
【００６１】
全段のD２が同一という条件の下、IGV直後の段とそれ以外の段の羽根車とでW１/W２を変化させるためには、図９から分かる通り、羽根車羽根出口角β２bを変化させるか、羽根出口流路幅b２（羽根車出口絶対速度の子午面方向成分Cm２）変化させる必要がある。本実施例ではこの内、羽根出口幅b２をIGV直後の段とそれ以外の段の羽根車とで相対的に変化させた形状に相当する。
【００６２】
以上のごとく本発明によれば、羽根車に旋回流を付与する旋回流発生装置を任意の段の羽根車直前に少なくとも一つ有する多段遠心送風機において、なるべく簡単な構成で、多段遠心送風機の仕様点効率向上と小流量側作動範囲拡大を両立する手段を提供することができるものである。
【符号の説明】
【００６３】
１…吸込ケーシング、２…旋回流発生装置、３…羽根車回転軸、４a、４b、４c、４d…羽根車、５a、５b、５c、５d…ディフューザ、６a、６b、６c、６d…リターンチャネル、７…吐出ケーシング、８…旋回流発生装置の可動機構、９…羽根車上流側流路幅。
＜記号に関する説明＞
C…絶対速度、Cm…絶対速度の子午面方向成分、Cu…絶対速度の周方向成分、D…直径、DRi…羽根車減速比、DRi…ディフューザ減速比、Hth…理論ヘッド、Hth…理論ヘッド、Q…体積流量、R…半径、U…羽根車周速、W…相対速度、WR…羽根車直径と羽根出口流路高さの比の、連続する２つの段間における変化率、b…羽根車流路高さ、g…重力加速度、i…入射角、α…絶対流れ角、αIGV…旋回流発生装置回転角度、β…相対流れ角、βb…羽根車羽根角度、ω…羽根車回転角速度。
＜記号の添え字に関する説明＞
１…羽根車入口、２…羽根車出口、３…ディフューザ入口、４…ディフューザ出口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９（ａ）】
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【図９（ｂ）】
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【図１０】
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