(57)【要約】【課題】圧縮機の性能の低下を抑える。【解決手段】インレットガイドベーンは、互いに異なる方向を向く第一翼面７１及び第二翼面７２が前縁端７３及び後縁端７４で互いに接続され、翼高さ方向に延びるベーン本体６２を備える。ベーン本体６２は、前記翼高さ方向と直交する翼断面において、前縁端７３と後縁端７４とを結ぶ直線であるコードラインＣＬに対して直交する方向へのコードラインＣＬから第一翼面７１までの距離である第一距離Ｔｐとし、コードラインＣＬに対して直交する方向へのコードラインＣＬから第二翼面７２までの距離である第二距離Ｔｚとした場合に、第一距離Ｔｐに対する第二距離Ｔｓの比である厚み比Ｔｓ／Ｔｐが１．０２〜１．３３の範囲内となる形状である。厚み比Ｔｓ／Ｔｐは、コードラインＣＬの延びる翼コード方向Ｄ２のいずれの位置においても一定である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる方向を向く第一翼面及び第二翼面が前縁端及び後縁端で互いに接続され、翼高さ方向に延びるベーン本体を備え、
前記ベーン本体は、前記翼高さ方向と直交する断面において、前記前縁端と前記後縁端とを結ぶ直線であるコードラインに対して直交する方向への前記コードラインから前記第一翼面までの距離を第一距離とし、前記コードラインに対して直交する方向への前記コードラインから前記第二翼面までの距離を第二距離とした場合に、前記第一距離に対する前記第二距離の比である厚み比が１．０２〜１．３３の範囲内となる形状とされ、
前記厚み比は、前記コードラインの延びる翼コード方向のいずれの位置においても一定とされているインレットガイドベーン。
【請求項２】
前記ベーン本体では、前記厚み比が１．０２〜１．１５の範囲内となる形状とされている請求項１に記載のインレットガイドベーン。
【請求項３】
前記第一翼面及び前記第二翼面は、前記コードラインに対して凸形状をなしている請求項１又は２に記載のインレットガイドベーン。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のインレットガイドベーンと、
前記インレットガイドベーンが設けられる吸込口が形成されたケーシングと、
前記吸込口から吸いこんだ流体を圧縮するインペラと、を備える圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インレットガイドベーン及び圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばターボ冷凍機に用いられる圧縮機では、冷媒を吸い込むための吸込口に、インレットガイドベーン（可動式案内羽根）が設置されたものがある。インレットガイドベーンは、周方向に間隔をあけて配置され、吸込口内に複数設けられている。インレットガイドベーンは、吸込口の内壁から吸込口の中心まで延びるような形状を有している。インレットガイドベーンは、流入してくる冷媒に対する角度が可変とされている。インレットガイドベーンの角度が調整されることで、下流側に配置されたインペラへ供給される冷媒の量が調整される。
【０００３】
このようなインレットガイドベーンとしては、例えば、特許文献１には、性能を維持しつつ、組み立て性を向上させるために、ベーン本体の一部を薄肉にする構造が記載されている。この構造では、組み立て性を確保するために薄肉とした部分を除く他の部分が仮想翼型の表面に沿う翼型面を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−８２６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、圧縮機では、性能を向上させるために最大流量を増加させる必要がある。最大流量を増加させた場合、インレットガイドベーンに流入する冷媒の流入速度が大きくなり、インレットガイドべーンでの圧力損失が増加してしまう。その結果、インレットガイドベーンによって圧縮機の性能の低下を招いてしまう可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記要望に応えるためになされたものであって、圧縮機の性能の低下を抑えることが可能なインレットガイドベーン及び圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明の第一態様に係るインレットガイドベーンは、互いに異なる方向を向く第一翼面及び第二翼面が前縁端及び後縁端で互いに接続され、翼高さ方向に延びるベーン本体を備え、前記ベーン本体は、前記翼高さ方向と直交する断面において、前記前縁端と前記後縁端とを結ぶ直線であるコードラインに対して直交する方向への前記コードラインから前記第一翼面までの距離を第一距離とし、前記コードラインに対して直交する方向への前記コードラインから前記第二翼面までの距離を第二距離とした場合に、前記第一距離に対する前記第二距離の比である厚み比が１．０２〜１．３３の範囲内となる形状とされ、前記厚み比は、前記コードラインの延びる翼コード方向のいずれの位置においても一定とされている。
【０００８】
このような構成によれば、第二翼面が負圧面となった場合に、第二翼面側での流れの剥離を抑え、圧力損失を低下させることができる。そのため、第二翼面が負圧面となるようにベーン本体を回転させた際のピーク効率の低下を抑えることができる。これにより、インレットガイドべーンが設けられた圧縮機のピーク効率の低下を防ぐことができる。
【０００９】
また、本発明の第二態様に係るインレットガイドベーンでは、第一態様において、前記ベーン本体では、前記厚み比が１．０２〜１．１５の範囲内となる形状とされていてもよい。
【００１０】
このような構成とすることで、第二翼面が負圧面とした場合だけでなく、第一翼面が負圧面となるようにベーン本体を回転させた際の効率の低下をほとんどさせることなく圧縮機を運転できる。つまり、第一翼面が負圧面となるようにベーン本体を回転させた際の圧縮機のピーク効率の低下を抑えることができる。
【００１１】
また、本発明の第三態様に係るインレットガイドベーンでは、第一又は第二態様において、前記第一翼面及び前記第二翼面は、前記コードラインに対して凸形状をなしていてもよい。
【００１２】
また、本発明の第四態様に係る圧縮機は、第一から第三態様のいずれか一つのインレットガイドベーンと、前記インレットガイドベーンが設けられる吸込口が形成されたケーシングと、前記吸込口から吸いこんだ流体を圧縮するインペラと、を備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、圧縮機の性能の低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る圧縮機の構成を示す断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線における矢視断面図である。
【図３】ベーン本体の厚み比と圧縮機のピーク効率比との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態に係る圧縮機１は、ターボ冷凍機に用いられる一軸多段（本実施形態では２段）の遠心圧縮機である。圧縮機１は、図１に示すように、回転軸１０と、複数（本実施形態では２つ）のインペラ２０と、ケーシング３０と、インレットガイドベーン６０と、を備えている。
【００１６】
回転軸１０は、中心軸線Ａｓを中心として延び、中心軸線Ａｓ周りに回転する。
【００１７】
ケーシング３０は、回転軸１０の径方向Ｄｒの外周側からインペラ２０を覆っている。ケーシング３０の内部には、冷媒（流体）Ｆを流通させるための流路が形成されている。ケーシング３０は、ケーシング本体３０Ａと、吸込ケーシング３０Ｂと、を有している。吸込ケーシング３０Ｂは、ケーシング本体３０Ａに対して、軸線Ａｒの延びる軸線方向Ｄａの一方側に設けられている。吸込ケーシング３０Ｂ内には、冷媒Ｆを外部から流入させる吸込口３１が形成されている。詳しくは後述するが、吸込口３１の内周側には、運転状況に応じて角度を変更することが可能なインレットガイドベーン（第一段ＩＧＶ）６０が取り付けられている。ケーシング本体３０Ａ内の軸線方向Ｄａの他方側には、冷媒Ｆを排出する吐出スクロール３２が設けられている。ケーシング本体３０Ａ内には、吸込口３１と吐出スクロール３２とを連通させる内部空間３３が形成されている。
【００１８】
インペラ２０は、回転軸１０の外周面に一体に取り付けられ、回転軸１０とともに回転する。本実施形態のインペラ２０は、例えば、カバーを有していないオープンタイプのインペラである。本実施形態のインペラ２０としては、第一インペラ２１と、第二インペラ２２とが内部空間３３に設けられている。第一インペラ２１は、第一圧縮段を形成している。第二インペラ２２は、第二圧縮段を形成している。第一インペラ２１及び第二インペラ２２の内部には、冷媒Ｆが流通可能なインペラ流路２５が形成されている。インペラ流路２５は、軸線方向Ｄａの一方側から他方側に向かうに従って、径方向Ｄｒの内側から外側に向かうように湾曲している。
【００１９】
内部空間３３は、第一インペラ２１のインペラ流路２５及び第二インペラ２２のインペラ流路２５を繋ぐケーシング流路３４と、第二インペラ２２のインペラ流路２５及び吐出スクロール３２を繋ぐ出口ディフューザ流路３８とを有している。
【００２０】
ケーシング流路３４は、中間ディフューザ流路３５と、リターン流路３６と、戻り流路３７と、を有している。
【００２１】
中間ディフューザ流路３５では、第一インペラ２１から排出された冷媒Ｆが流通する。中間ディフューザ流路３５は、第一インペラ２１の径方向Ｄｒの外側で第一インペラ２１のインペラ流路２５の出口と連通している。出口ディフューザ流路３８は、インペラ流路２５の出口から径方向Ｄｒの外側に向けて延びるように形成されている。
【００２２】
リターン流路３６は、中間ディフューザ流路３５を流通してきた冷媒Ｆの流通方向を１８０度反転させている。リターン流路３６は、中間ディフューザ流路３５の径方向Ｄｒの外側と連続して形成されている。リターン流路３６は、中間ディフューザ流路３５の径方向Ｄｒの外側から軸線方向Ｄａの他方側に向かうように断面視Ｕ字状に回り込み、径方向Ｄｒの内側に向けて延びるように形成されている。リターン流路３６の径方向Ｄｒの内側に向けて延びる部分には、複数のリターンベーン３６Ａが中心軸線Ａｓを中心として放射状に配列されている。
【００２３】
さらに、ケーシング本体３０Ａには、外部から導かれた冷媒Ｆを第一インペラ２１から吐出された冷媒Ｆに合流させて第二インペラ２２に供給する中間吸込チャンバー４０が設けられている。中間吸込チャンバー４０は、第二インペラ２２の入口部分の周囲を囲む円環状の空間である。中間吸込チャンバー４０の径方向Ｄｒの内側には、スリット状の中間吸込口４１が設けられている。この中間吸込口４１は、中間吸込チャンバー４０の内部と、リターン流路３６の径方向Ｄｒの内側に向かって延びる部分とを接続している。
【００２４】
戻り流路３７は、リターン流路３６を流通した冷媒Ｆを第二インペラ２２に導入させている。戻り流路３７は、リターン流路３６の径方向Ｄｒの内側と連続して形成されている。戻り流路３７の径方向Ｄｒの内側部分は、第二インペラ２２のインペラ流路２５の入口に向けて湾曲している。
【００２５】
戻り流路３７には、運転状況に応じて角度を変更することが可能な可動ベーン（第二段ＩＧＶ）５０が設けられている。可動ベーン５０は、中心軸線Ａｓに対する周方向Ｄｃに間隔をあけて複数配列されている。これら複数の可動ベーン５０は、駆動部５１によって駆動されて、その角度が変更される。
【００２６】
出口ディフューザ流路３８は、第二インペラ２２から排出された冷媒Ｆを吐出スクロール３２まで流通させている。出口ディフューザ流路３８は、第二インペラ２２の径方向Ｄｒの外側で第二インペラ２２のインペラ流路２５の出口と連通している。出口ディフューザ流路３８は、インペラ流路２５の出口から径方向Ｄｒの外側に向かって延び、吐出スクロール３２と連続するように形成されている。
【００２７】
インレットガイドベーン６０は、ケーシング３０内で第一インペラ２１に対して軸線方向Ｄａの一方側（上流側）に配置されるように、吸込口３１に設けられている。インレットガイドベーン６０は、吸込口３１を流通する冷媒Ｆの流れ方向に対する角度が調整されることで、第一インペラ２１に流入する冷媒Ｆの流量を調整している。インレットガイドベーン６０は、軸線方向Ｄａから見て円形の断面をなす吸込口３１の内周面に沿って、中心軸線Ａｓを中心とする周方向Ｄｃに均等に間隔をあけて複数配列されている。本実施形態のインレットガイドベーン６０は、軸部６１と、ベーン本体６２と、を有している。
【００２８】
軸部６１は、吸込口３１の内周面に形成された取付孔３１Ａに挿入されている。取付孔３１Ａは、中心軸線Ａｓに対して径方向Ｄｒに延びる軸線Ａｒを中心とする円形状の孔である。軸部６１は、取付孔３１Ａに挿入された状態で、不図示の駆動装置によって軸線Ａｒを中心として回転可能とされている。軸部６１は、ベーン本体６２を軸線Ａｒ回りに回動するための軸となる部材である。軸部６１は、ベーン本体６２と一体に形成されている。
【００２９】
ベーン本体６２は、軸線Ａｒの延びる方向（径方向Ｄｒ）である翼高さ方向Ｄ１に延びている。ベーン本体６２の径方向Ｄｒの外側の端部（翼高さ方向Ｄ１の一端）に軸部６１が設けられている。したがって、軸部６１は、ベーン本体６２から突出している。ベーン本体６２は、径方向Ｄｒから見た際に、互いに異なる方向を向く第一翼面７１及び第二翼面７２を有している。ベーン本体６２は、第一翼面７１及び第二翼面７２が前縁端７３及び後縁端７４で互いに接続されることで、軸線Ａｒと直交する翼断面（径方向Ｄｒから見た断面）が翼形をなしている。
【００３０】
図２に示すように、第一翼面７１及び第二翼面７２は、コードラインＣＬに対して凸形状をなすように湾曲した湾曲面である。コードラインＣＬは、ベーン本体６２の翼断面での前縁端７３と後縁端７４とを結ぶ直線である。また、コードラインＣＬの延びる方向は、翼高さ方向Ｄ１と直交する方向であり、翼コード方向Ｄ２と称する。
【００３１】
冷媒Ｆの流れ方向に対してコードラインＣＬが平行（コードラインＣＬと中心軸線Ａｓとが平行）となるよう配置されている状態が、ベーン本体６２の基準位置となる。ベーン本体６２は、第一インペラ２１に流入する冷媒Ｆの流量を増やす場合には、基準位置から第一翼面７１を上流側に向けるように回転される。基準位置に対して、第一翼面７１を上流側に向けるようにベーン本体６２が回転される側を、過開度側と称する。ベーン本体６２を過開度側に回転させた場合には、第一翼面７１が負圧面となり、第二翼面７２が圧力面となる。
【００３２】
ベーン本体６２は、第一インペラ２１に流入する冷媒Ｆの流量を減らす場合には、基準位置から第二翼面７２を上流側に向けるように回転される。基準位置に対して、第二翼面７２を上流側に向けるようにベーン本体６２が回転される側を、絞り側と称する。ベーン本体６２を絞り側に回転させた場合には、第一翼面７１が圧力面となり、第二翼面７２が負圧面となる。
【００３３】
ここで、翼高さ方向Ｄ１及び翼コード方向Ｄ２と直交する方向であって、コードラインＣＬに対して直交する方向を翼厚方向Ｄ３と称する。また、ベーン本体６２の翼断面において、翼厚方向Ｄ３へのコードラインＣＬから第一翼面７１までの距離を第一距離Ｔｐと称する。また、ベーン本体６２の翼断面において、翼厚方向Ｄ３へのコードラインＣＬから第二翼面７２までの距離を第二距離Ｔｓと称する。つまり、第一距離Ｔｐ及び第二距離Ｔｓの和が、ベーン本体６２の翼厚方向Ｄ３の長さである。
【００３４】
ベーン本体６２は、第一距離Ｔｐに対する第二距離Ｔｓの比である厚み比Ｔｓ／Ｔｐが１．０２〜１．１５の範囲内となる形状をなしている。厚み比Ｔｓ／Ｔｐは、１．０２〜１．１５の範囲内となる形状であることが好ましく、１．０２〜１．３３の範囲内となる形状であることがより好ましい。厚み比Ｔｓ／Ｔｐは、翼コード方向Ｄ２のいずれの位置においても一定となっている。したがって、ベーン本体６２の翼断面は、コードラインＣＬよりも第一翼面７１側の領域に対して、コードラインＣＬよりも第二翼面７２側の領域がわずかに大きくなるように、コードラインＣＬを基準とした相似形をなしている。また、厚み比Ｔｓ／Ｔｐは、圧縮機１の回転数（定格運転時）によらず、上記範囲内に定められる。
【００３５】
上記のようなインレットガイドベーン６０によれば、厚み比Ｔｓ／Ｔｐが１．０２〜１．３３の範囲内となるようにベーン本体６２が形成されていることで、ベーン本体６２を絞り側に回転させた際に負圧面となる第二翼面７２側での流れの剥離を抑え、圧力損失を低下させることができる。具体的には、図２に示すように、インレットガイドベーン６０では、冷媒Ｆの流れ方向に対してコードラインＣＬが平行となるようにベーン本体６２が配置されている状態を開度１００％とする。図３に示すように、開度１００％の場合、圧縮機１のピーク効率比は、厚み比Ｔｓ／Ｔｐが大きくなることでわずかに低下する傾向を示すが、ほとんど厚み比Ｔｓ／Ｔｐの影響を受けないことがわかる。一方、ベーン本体６２を絞り側に回転させた場合（例えば、開度４０％とした場合）、厚み比Ｔｓ／Ｔｐが１．０２を下回ることで、圧縮機１のピーク効率比は１以下となり、大きく低下し始める。また、厚み比Ｔｓ／Ｔｐが１．３３を超えることで、圧縮機１のピーク効率比は１以下となってしまう。したがって、厚み比Ｔｓ／Ｔｐが１．０２〜１．３３の範囲内であることで、開度１００％の場合での圧縮機１のピーク効率に影響をほとんど与えることなく、第二翼面７２が負圧面となるようにベーン本体６２を絞り側に回転させた際のピーク効率の低下を抑えることができる。これにより、インレットガイドべーンが設けられた圧縮機１のピーク効率の低下を防ぎ、性能を低下を抑えることができる。
【００３６】
また、厚み比Ｔｓ／Ｔｐが１．０２〜１．１５の範囲内となるようにベーン本体６２が形成されていることで、絞り側だけでなく、過開度側にベーン本体６２を回転させた際の効率の低下をほとんどさせることなく圧縮機１を運転できる。具体的には、図３に示すように、ベーン本体６２を過開度側に回転させた場合（例えば、開度１３０％とした場合）、厚み比Ｔｓ／Ｔｐが１．１５を超えることで、圧縮機１のピーク効率比は１以下となり、低下し始める。また、厚み比Ｔｓ／Ｔｐが１．０２を下回ることで、圧縮機１のピーク効率比は１以下となる。したがって、厚み比Ｔｓ／Ｔｐが１．０２〜１．１５の範囲内であることで、第一翼面７１が負圧面となるようにベーン本体６２に過開度側に回転させた際のピーク効率の低下を抑えることができる。これにより、インレットガイドべーンが設けられた圧縮機１の性能を低下をより抑えることができる。
【００３７】
また、図３からわかるように、厚み比Ｔｓ／Ｔｐを１．１５近傍とすることで、ベーン本体６２を絞り側に回転させた際の圧縮機１のピーク効率比を最大にしつつ、ベーン本体６２を過開度側に回転させた際のピーク効率比の大きな低下も抑えることができる。
【００３８】
（実施形態の他の変形例）
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【００３９】
なお、上記の実施形態では、インレットガイドベーン６０が設けられた圧縮機１として、２つのインペラ２０を備える２段圧縮式の圧縮機１について説明した。しかしながら、インレットガイドベーン６０が設けられる圧縮機１の段数はこれに限定されず、例えば、３段や４段以上であってもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１…圧縮機  Ｆ…冷媒  １０…回転軸  Ａｓ…中心軸線  Ｄａ…軸線方向  Ｄｒ…径方向  Ｄｃ…周方向  ２０…インペラ  ２１…第一インペラ  ２２…第二インペラ  ２５…インペラ流路  ３０…ケーシング  ３０Ａ…ケーシング本体  ３０Ｂ…吸込ケーシング  ３１…吸込口  ３１Ａ…取付孔  ３２…吐出スクロール  ３３…内部空間  ３４…ケーシング流路  ３５…中間ディフューザ流路  ３６…リターン流路  ３６Ａ…リターンベーン  ３７…戻り流路  ３８…出口ディフューザ流路  ４０…中間吸込チャンバー  ４１…中間吸込口  ５０…可動ベーン  ５１…駆動部  ６０…インレットガイドベーン  ６１…軸部  Ａｒ…軸線  ６２…ベーン本体  ７１…第一翼面  ７２…第二翼面  ７３…前縁端  ７４…後縁端  ＣＬ…コードライン  Ｄ１…翼高さ方向  Ｔｐ…第一距離  Ｔｓ…第二距離  Ｄ２…翼コード方向  Ｄ３…翼厚方向  Ｔｓ／Ｔｐ…厚み比
【図１】
2019173617.tif 000003
【図２】
2019173617.tif 000004
【図３】
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