(57)【要約】  【課題】本発明の目的は、気体の流量が低流量であっても、インデューサ部の負圧面に対する気体の境界層の剥離を防止又は抑制することができる遠心圧縮機の提供にある。  【解決手段】ハウジング１３に軸支したインペラ２１を備え、該インペラ２１の回転により前記ハウジング１３へ吸込みした気体を少なくとも遠心力により圧縮する遠心圧縮機であって、前記インペラ２１は正圧面ｍと負圧面ｎが形成されたインデューサ部２３ａを備え、前記正圧面ｍと前記負圧面ｎを連通する通孔２４を設けた。  【選択図】  図１
2006194238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに軸支したインペラを備え、該インペラの回転により前記ハウジングへ吸込みした気体を少なくとも遠心力により圧縮する遠心圧縮機であって、前記インペラは正圧面と負圧面が形成されたインデューサ部を備え、前記正圧面と前記負圧面を連通する通孔を設けたことを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
前記インデューサ部の上流側翼端寄りに前記通孔を設けたことを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
前記通孔を複数個設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の遠心圧縮機。
【請求項４】
複数の前記通孔を前記インペラの略半径方向に配列することを特徴とする請求項３記載の遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はインペラ（羽根車）を備えた遠心圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
気体を圧縮するための圧縮機の一つとして遠心圧縮機が知られている。
従来の遠心圧縮機は、例えば、図４に示すように、インペラ１１（羽根車）が取り付けられた回転軸１２とハウジング１３とを備える。
ハウジング１３は、回転軸１２を軸支するハウジング本体１４とシュラウドハウジング１５を有する。
ハウジング本体１４は、回転軸１２に接続された駆動手段（図示せず）を収容する。
シュラウドハウジング１５は、インペラ１１に通じる吸込み口１６と、ボリュート１７（渦形室）を形成する。
ハウジング本体１４とシュラウドハウジング１５はインペラ１１の外周にディフューザ１８を形成している。
ディフューザ１８は、吐出口（図示せず）に通じるボリュート１７と連通されている。
インペラ１１は放射状に取り付けられた回転翼１９を備えている。
回転翼１９の上流側はインデューサ部１９ａが形成され、残りの部分はブレード部１９ｂとして形成されている。
インデューサ部１９ａとブレード部１９ｂの境界は明確ではないが、インデューサ部１９ａは回転翼１９において吸込み口１６側の一定領域を占める部位であり、残りの部位がブレード部１９ｂに相当する。
【０００３】
この遠心圧縮機は、インペラ１１の回転により気体をハウジング１３へ吸込む。
吸込まれた気体はインペラ１１を通じてディフューザ１８に送られ、少なくとも遠心力により圧縮される。
インペラ１１により圧縮された気体は半径方向と周方向の速度成分を含む旋回流となり、ディフューザ１８からボリュート１７へ圧送される。
【０００４】
図５は、回転翼１９の断面形状を示す図である。
回転翼１９の上流側翼端Ｐ（図５（ａ）、（ｂ）においてインデューサ部１９ａの左側端）と下流側翼端Ｑ（図５（ａ）、（ｂ）においてブレード部１９ｂの右側端）を結ぶ直線を翼弦線Ｓとしている。
図５（ａ）、（ｂ）では、回転翼１９における上面の翼弦は下面の翼弦と比較して長く設定されている。
上流側翼端Ｐを始点として下流側翼端Ｑへ向かう気体は、インデューサ部１９ａの上面と下面に沿って分かれて流れる。
上流側翼端Ｐにおいて同時に分かれた気体の流れは連続の条件により下流側翼端Ｑにおいて同時に合流することから、上面を流れる気体は下面を流れる気体より早い速度を有し、上面側では下面側よりも低圧となる。
つまり、図５（ａ）、（ｂ）では回転翼１９の下面は正圧面ｍであり、上面は負圧面ｎとなる。
【０００５】
通常、インデューサ部１９ａの上流側翼端Ｐを基準とした気体流の向き（図５における矢印Ｔ）とインデューサ部１９ａの翼弦線Ｓとの角度は、インシデンス（この角度は「入射角」とも呼ばれる）と呼ばれる。
インシデンスは、インペラ１１が回転することと相俟って、インデューサ部１９ａにおける上流側翼端Ｐの周速度と気体の流入速度の合成により定まる。
従って、インペラ１１の回転数が一定の条件では、インシデンスは気体の流量の多寡により変動する。
【０００６】
例えば、インペラ１１の回転数を一定とするとき、気体の流量が増大すると、図５（ａ）に示すように、インシデンスは小さくなる。
インシデンスが小さい場合には、正圧面ｍと負圧面ｎとの圧力差が比較的小さく、気体の境界層ＢＬ（図５（ａ）では図示されず）は正圧面ｍ及び負圧面ｎに対して剥がれる状態にない。
気体の流量が減少すると、図５（ｂ）に示すようにインシデンスは増大する。
インシデンスが大きい場合には、正圧面ｍの負圧面ｎとの圧力差が大きく、負圧面ｎにおける気体の境界層ＢＬが負圧面ｎから剥離する場合がある。
負圧面ｎに対する境界層ＢＬの剥離は、インシデンスが増大するほど生じ易くなる。
遠心圧縮機では、図５（ａ）に示す高流量運転は負圧面ｎに対する境界層ＢＬの剥離の心配はないが、低流量運転は負圧面ｎに対する境界層ＢＬの剥離のおそれが高い。
負圧面ｎにおける境界層ＢＬの剥離は、逆流の原因となる。
このようにして、境界層ＢＬの剥離は、インデューサストールやサージング（自励振動）を招く等、圧縮機の性能を低下させる要因である。
【０００７】
特許文献１には、インデューサブリード穴よりも上流に流体導入孔を穿設した遠心圧縮機が開示されている。
しかしながら、この技術は、遠心圧縮機の外から気体を導入し、インデューサ-スロート部の直下流で発生するチョーク現象を緩和する技術であり、インデューサブリードのインペラの効率向上を維持しながら、遠心圧縮機全体の効率を図るための技術である。
【特許文献１】特開平８−２９１８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の遠心圧縮機では、インデューサ部における負圧面の境界層が、低流量運転時に負圧面に対して剥離するという問題がある。
因みに、こうした境界層の剥離を防止する方法として、例えば、遠心圧縮機の回転数を気体の流量に応じて減少させ、インシデンスを小さくする方法も考えられる。
しかしながら、遠心圧縮機は要求される性能により基本的仕様はほぼ固定される。
従って、基本的仕様に基づく運転条件から逸脱するようなインペラの低速回転は、遠心圧縮機として必要とする性能を実現することはできず、現実的ではない。
特許文献１に記載された遠心圧縮機は上記の問題を依然として解決することはできない。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、気体の流量が低流量であっても、インデューサ部の負圧面に対する気体の境界層の剥離を防止したり抑制することができる遠心圧縮機の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を達成するため、本発明は、ハウジングに軸支したインペラを備え、該インペラの回転により前記ハウジングへ吸込みした気体を少なくとも遠心力により圧縮する遠心圧縮機であって、前記インペラは正圧面と負圧面が形成されたインデューサ部を備え、前記正圧面と前記負圧面を連通する通孔を設けたことを特徴とする。
本発明によれば、気体の流量が低流量運転時には、インデューサ部の正圧面側の一部の気体が通孔を通り負圧面へ流れる。
正圧面から負圧面に流れる一部の気体は負圧面における境界層の剥離を妨げる。
また、本発明では前記インデューサ部の上流側翼端寄りに前記通孔を設けてもよい。
さらに、本発明では前記通孔を複数個設けてもよく、例えば、複数の前記通孔を前記インペラの略半径方向に配列してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、気体の流量が低流量であっても、インデューサ部の負圧面に対する気体の境界層の剥離を防止したり抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る遠心圧縮機の実施形態について、図１〜図３に基づいて説明する。
なお、従来技術と共通又は類似する要素については同一の符号を用いるほか、従来技術の説明の一部を援用する。
この実施形態の遠心圧縮機は、インペラ２１（羽根車）が取り付けられた回転軸１２とハウジング１３を備えている。
図１は遠心圧縮機の概要を破断して示す側面図である。図２はインペラ２１の吸込み口１６を示す正面図である。図３は、回転翼２３の断面形状を示し、高流量運転と低流量運転の気体の状態を説明する図である。
【００１２】
この実施形態に係る遠心圧縮機は、図４に示す従来技術のインペラと構造が異なる点を除き、残りの要素は同一である。
図１及び図２に示すインペラ２１は、回転軸１２用の軸孔２２ａを有するディスク２２と、ディスク２２に放射状に形成された２種類の回転翼２３、２５とを有する。
インペラ２１は、ハウジング本体１４とシュラウドハウジング１５の間に配置され、ハウジング１３に対して回転自在である。
インペラ２１は、回転により気体を吸込み口１６から吸込み、少なくとも遠心力により気体を圧縮してディフューザ１８に送り込む機能を有する。
【００１３】
インペラ２１のディスク２２は公知のものを採用することができる。
この実施形態では、ディスク２２には、図１に示すように長形翼２３と短形翼２５という２種類の回転翼が形成されている。
長形翼２３と短形翼２５は、図２に示されるように夫々６枚であり、両者２３、２５はいずれも薄板である。
長形翼２３と短形翼２５はディスク２２において交互に配置されるとともに、互いに同角度を保つ関係にある。
このため、長形翼２３の隣は短形翼２５が位置し、短形翼２５の隣は長形翼２３が位置する。
長形翼２３はインデューサ部２３ａとブレード部２３ｂを備え、短形翼２５は実質的に長形翼２３のブレード部２３ｂにほぼ相当する部分のみを備える。
長形翼２３は、軸孔２２ａの縁を始点としてディスク２２の回転方向と反対方向へ後退しつつディスク２２の外周縁２２ｂに達している。
短形翼は、ディスク２２において軸孔２２ａよりも離れた点を始点（図示せず）として後退しつつディスク２２の外周縁２２ｂに達している。
【００１４】
長形翼２３の軸孔２２ａ側（上流側）はインデューサ部２３ａであり、残りの部分（インデューサ部２３ａより下流側）はブレード部２３ｂとして形成されている。
図２では長形翼２３における両者２３ａ、２３ｂを境界を便宜的に点線にて示したが、実際は両者２３ａ、２３ｂの境界は明確となっていない。
インデューサ部２３ａの翼幅は、ブレード部２３ｂと比較して広く設定されており、インデューサ部２３ａの上流側翼端Ｐはディスク２２の半径方向と略一致する。
ブレード部２３ｂの翼幅は、インデューサ部２３ａの翼幅よりも狭く、かつ、ディスク２２の外周縁２２ｂへ至るにまでさらに狭くなる。
インデューサ部２３ａは、インペラ２１が吸込む気体の向きを変えてブレード部２３ｂの方へ案内する機能を有する。
インデューサ部２３ａにおける吸込み口１６側の翼面は負圧面ｎであり、ディスク２２側を臨む翼面が正圧面ｍである。
この実施形態では、インデューサ部２３ａ及びブレード部２３ｂを有する長形翼２３と、短形翼２５とを備えたインペラ２１としたが、長形翼２３のみ設けたインペラとしてもよい。
あるいは、ブレード部２３ｂと独立して設けたインデューサ部２３ａを有するインペラとしてもよく、少なくとも、インデューサ部２３ａを有するインペラであればよい。
さらに、回転翼２３、２５の数も６枚に限定されず、適宜の数の回転翼２３、２５を設定してもよい。
【００１５】
インデューサ部２３ａは正圧面ｍと負圧面ｎを連通する円孔２４を有する。
すなわち、円孔２４はインデューサ部２３ａの両翼面を貫通する通孔である。
この実施形態では、各インデューサ部２３ａに３個の円孔２４が夫々形成されているほか、これらの円孔２４は、各インデューサ部２３ａの上流端翼端Ｐ付近において、略半径方向に配列されている。
つまり、これらの円孔２４はインデューサ部２３における気体の流れ方向に対して略直角方向に配列されている。
円孔２４は正圧面ｍから負圧面ｎへ気体が通過することができる通孔である。
この円孔２４は、遠心圧縮機の低流量運転時、、負圧面ｎに対する気体の境界層ＢＬの剥離を防止するために設けられている。
つまり、この円孔２４は、正圧面ｍから負圧面ｎへ気体を通過させることにより、負圧面ｎの負荷を軽減するための通孔である。
【００１６】
この実施形態の通孔は円孔２４としたが、通孔は円孔２４に限らず、楕円孔、長孔、多角形孔、不定形孔、スリット等としてよく、通孔の形状や寸法は特に限定されない。
通孔の数も限定されず、少なくとも１以上の適宜の数の通孔を設ければよい。
複数の通孔が設けられる場合、異なる形状の通孔を組み合わせてもよく、複数の通孔の配置も流れの方向の略直角方向（インデューサ部２３ａの略半径方向）に限らず、適宜の位置に配置すればよい。
通孔の位置は、基本的に低流量運転時において負圧面ｎにおける剥離を解消することができる位置にあればよく、遠心圧縮機に要求される能力やインデューサ部２３ａの断面形状等の諸条件を考慮して適宜設定すればよい。
例えば、長形翼２３の上流側翼端Ｐ側（インデューサ部２３ａの上流側半分）に設けることが好ましい。
つまり、負圧面ｎにおける剥離の開始点の上流側に通孔が存在すればよい。
ただし、剥離の開始点の下流側に通孔を設けることを妨げる趣旨ではない。
このように、通孔は適当な形状、位置で適当な数を設けることにより、正圧面ｍ側の気体を負圧面ｎ側に導く。
そして、孔の形状、位置、個数等は、インデューサ部２３ａにおける剥離の状況等により剥離の防止のために最適な条件を設定すればよい。
【００１７】
図３（ａ）は遠心圧縮機の高流量運転の状態を示している。
遠心圧縮機が高流量運転するとき、インデューサ部２３ａに対する気体のインシデンスは低流量運転のときよりも小さくなる。
インシデンスが十分に小さく設定される高流量運転のとき、インデューサ部２３ａの負圧面ｎにおける気体の境界層ＢＬ（図３（ａ）において図示されず）は負圧面ｎから剥離しにくい。
つまり、インシデンスが小さい程、インデューサ部２３ａの周りでは不安定な空気の流れが生じるおそれは少ない。
高流量運転のとき、負圧面ｎ側は正圧面ｍ側よりも圧力が低いため、一部の気体は円孔２４を通過して正圧面ｍから負圧面ｎへ流れる。
このときに円孔２４を通過する気体の一部は、高流量運転中の遠心圧縮機に大きな影響を及ぼすことはない。
【００１８】
図３（ｂ）は遠心圧縮機の低流量運転の状態を示している。
遠心圧縮機が低流量運転するとき、インデューサ部２３ａに対するインシデンスは高流量運転よりも大きく設定される。
インシデンスが大きくなる低流量運転のとき、インデューサ部２３ａの負圧面ｎにおける気体の境界層は負圧面から剥離し易くなる。
このとき、円孔２４は正圧面ｍ側の気体を一部を通過させて負圧面ｎへ気体を流す。
負圧面ｎ側は、正圧面ｍ側からの気体の供給を受けることにより、気体の境界層ＢＬ（図３（ｂ）において図示されず）は剥離しにくくなる。
つまり、低流量運転時において円孔２４を通過する気体の一部（図３（ｂ）において破線矢印で示す）は、負圧面ｎと境界層ＢＬとの剥離を防止または抑制する。
【００１９】
この実施形態に係る遠心圧縮機は以上の構成を備え、上記のように作動するから以下の作用効果を奏する。
（１）インペラ２１は正圧面ｍと負圧面ｎが形成されたインデューサ部２３ａを備え、正圧面ｍと負圧面ｎを連通する通孔（円孔２４）を設けたため、低流量運転であっても、気体の一部が正圧面ｍ側から負圧面ｎ側へ通孔を通過し、従来の遠心圧縮機と比較して、負圧面ｎと境界層ＢＬの剥離を防止したり抑制することができる。このため、インデューサストールやサージングを防止したり抑制することができる。つまり、遠心圧縮機の安定した運転を達成することができる。
（２）複数個の通孔（円孔２４）を設けたことから、インデューサ部２３ａに要求される機能を損なうおそれが少なくなる。つまり、複数個の通孔（円孔２４）を設けることで、単一の通孔を設ける場合と比較して、負圧面ｎと境界層ＢＬの剥離を防止又は抑制に対する自由度が高くなる。
（３）複数の通孔（円孔２４）をインペラ２１の略半径方向に配列したから、流れの直角方向（翼面の幅方向）にわたって境界層の剥離を防止したり抑制したりすることができ、インデューサ部２３ａにおける境界層ＢＬの剥離を防止することも可能となる。
（４）インデューサ部２３ａに設けた通孔（円孔２４）は、高流量運転においてインデューサ部２３ａの機能に著しい影響を与えることはない。このため、遠心圧縮機の性能は従来の遠心圧縮機と同様に維持される。
（５）インデューサ部２３ａに通孔（円孔２４）を設けるだけで、負圧面ｎと境界層ＢＬの剥離を防止したり抑制することができる。このため、従来の遠心圧縮機のインデューサ部２３ａに通孔（円孔２４）を設けることで、負圧面ｎと境界層ＢＬの剥離を防止したり抑制することができる遠心圧縮機に改造できる。
【００２０】
なお、上記の実施形態に係る遠心圧縮機は本発明の一実施形態を示すものであり、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能である。
また、インデューサ部を除く構成要素は、公知の構成要素や手段を適宜採用することことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施形態に係る遠心圧縮機の概要を破断して示す側面図である。
【図２】この発明の実施形態に係る遠心圧縮機におけるインペラを示す正面図である。
【図３】インデューサ部における気体の流れを説明する説明図である。
【図４】従来の遠心圧縮機の概要を破断して示す側面図である。
【図５】従来技術に係るインデューサ部における気体の流れを説明する説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
１１、２１  インペラ
１２  回転軸
１３  ハウジング
１４  ハウジング本体
１５  シュラウドハウジング
１６  吸込み口
１７  ボリュート
１８  デフューザ
１９  回転翼
２２  ディスク
２２ａ  軸孔
２２ｂ  外周縁
２３  長形翼
２３ａ  インデューサ部
２３ｂ  ブレード部
２４  円孔（通孔）
２５  短形翼
【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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