(57)【要約】【課題】遠心圧縮機１の効率及び遠心圧縮機１の耐久性の向上を図ること。【解決手段】各ブレード１９の正圧面１９ｐ及び負圧面１９ｎに段差部３１がそれぞれ形成され、段差部３１は各ブレード１９の前縁１９ａにおけるチップ端側の部位を起点とし主流の流れ方向に沿ってブレード１９の後縁１９ｂにおけるチップ端側の部位まで同一スパン上に延び、各短ブレード２１の正圧面２１ｐ及び負圧面２１ｎに段差部３３がそれぞれ形成され、段差部３３は各短ブレード２１の前縁２１ａにおけるチップ端側の部位を起点とし主流の流れ方向に沿って短ブレード２１の後縁２１ｂにおけるチップ端側の部位まで同一スパン上に延びている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心力を利用して流体を圧縮する遠心圧縮機において、
内側にシュラウドを有したハウジングと、
前記ハウジング内に回転可能に設けられ、ハブ面が軸方向一方側から径方向外側に向かって延びたディスク、及び前記ディスクのハブ面に周方向に間隔を置いて設けられかつ先端縁がハウジングの前記シュラウドに沿うように延びた複数のブレードを備えたインペラと、を具備し、
各ブレードの正圧面及び負圧面のうちの少なくともいずれかの面に段差部がチップ端側を薄くするように形成され、前記段差部が各ブレードの前縁におけるチップ端側の部位を起点とし主流の流れ方向に沿って延びていることを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
前記段差部が主流の流れ方向に沿って前記ブレードの後縁におけるチップ端側の部位までに延びていることを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
遠心力を利用して流体を圧縮する遠心圧縮機において、
内側にシュラウドを有したハウジングと、
前記ハウジング内に回転可能に設けられ、ハブ面が軸方向一方側から径方向外側に向かって延びたディスク、及び前記ディスクのハブ面に周方向に間隔を置いて設けられかつ先端縁がハウジングの前記シュラウドに沿うように延びた複数のブレードを備えたインペラと、を具備し、
各ブレードの正圧面及び負圧面のうちの少なくともいずれかの面に段差部がチップ端側を薄くするように形成され、前記段差部が各ブレードの後縁におけるチップ端側の部位を起点として主流の流れ方向の反対方向に沿って延びていることを特徴とする遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心力を利用して流体（空気等のガスを含む）を圧縮する遠心圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、過給機、ガスタービン、産業用空気設備等に用いられる遠心圧縮機について種々の研究開発がなされており、遠心圧縮機の一般的な構成について簡単に説明すると、次のようになる（特許文献１から特許文献３等参照）。
【０００３】
遠心圧縮機は、ハウジングを具備しており、このハウジングは、内側に、シュラウドを有している。そして、ハウジング内には、インペラがその軸心周りに回転可能に設けられている。また、インペラは、ディスクを備えており、このディスクのハブ面は、インペラの軸方向一方側から径方向外側に向かって延びている。更に、ディスクのハブ面には、複数のブレードが周方向に間隔を置いて一体的に設けられており、各ブレードの先端縁は、ハウジングのシュラウドに沿うように延びている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−８２６８９号公報
【特許文献２】特開２００８−４５４２５号公報
【特許文献３】特開２００５−２４０６８０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、流体がインペラ内に流入する際に、ブレードの前縁が流体の抵抗になって、流体とブレードの前縁との衝突損失（衝突によるエネルギー損失）が生じることはよく知られている。また、ブレードの後縁の直下流側には主流の流れを妨げる後流（ウェーク）が発生して、後流損失（後流によるエネルギー損失）が生じることもよく知られている。一方、近年、遠心圧縮機の高効率化の要請が強く、流体とブレードの前縁との衝突損失及びブレードの後縁の直下流側における後流損失を低減することが急務になっている。
【０００６】
そこで、本発明は、流体とブレードの前縁との衝突損失又はブレードの後縁の直下流側における後流損失を低減することができる、新規な構成の遠心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】
本発明の第１の特徴は、遠心力を利用して流体（空気等のガスを含む）を圧縮する遠心圧縮機において、内側にシュラウドを有したハウジングと、前記ハウジング内に回転可能に設けられ、ハブ面が軸方向一方側から径方向外側に向かって延びたディスク、及び前記ディスクのハブ面に周方向に間隔を置いて設けられかつ先端縁がハウジングの前記シュラウドに沿うように延びた複数のブレードを備えたインペラと、を具備し、各ブレードの正圧面（圧力面）及び負圧面のうちの少なくともいずれかの面に段差部がチップ端側を薄くするように形成され、前記段差部が各ブレードの前縁におけるチップ端側の部位を起点とし主流の流れ方向に沿って延びていることを要旨とする。
【０００８】
ここで、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「設けられ」とは、直接的に設けられたことの他に、別部材を介して間接的に設けられたことを含む意であって、「一体的に設けられ」とは、一体形成されたことを含む意である。また、「軸方向」とは、インペラの軸方向のことをいい、「径方向」とは、インペラの径方向のことをいう。更に、「チップ端側」とは、ミッドスパンよりも先端縁側のことをいい、「チップ端側の部位」とは、ミッドスパンよりも先端縁側に位置する部位のことをいう。
【０００９】
第１の特徴によると、前記インペラをその軸心周りに回転させることにより、前記インペラ側に取入れた流体を圧縮することができる。そして、圧縮した流体（圧縮流体）は、前記ハウジングの外側へ排出される（前記遠心圧縮機の通常の作用）。
【００１０】
各ブレードの前記いずれかの面に前記段差部が形成され、前記段差部が各ブレードの前縁におけるチップ端側の部位を起点とし主流の流れ方向に沿って延びているため、各ブレードの前縁を含む前縁付近のチップ端側を薄くして、流体が前記インペラ内に流入する際における流体と前記ブレードの前縁との衝突損失を低減することができる。
【００１１】
本発明の第２の特徴は、遠心力を利用して流体（空気等のガスを含む）を圧縮する遠心圧縮機において、内側にシュラウドを有したハウジングと、前記ハウジング内に回転可能に設けられ、ハブ面が軸方向一方側から径方向外側に向かって延びたディスク、及び前記ディスクのハブ面に周方向に間隔を置いて設けられかつ先端縁がハウジングの前記シュラウドに沿うように延びた複数のブレードを備えたインペラと、を具備し、各ブレードの正圧面（圧力面）及び負圧面のうちの少なくともいずれかの面に段差部がチップ端側を薄くするように形成され、前記段差部が各ブレードの後縁におけるチップ端側の部位を起点として主流の流れ方向の反対方向に沿って延びていることを要旨とする。
【００１２】
前述の前記遠心圧縮機の通常の作用と同様の作用を奏する他に、各ブレードの前記いずれかの面に前記段差部が形成され、前記段差部が各ブレードの後縁におけるチップ端側の部位を起点として主流の流れ方向の反対方向に沿って延びているため、各ブレードの後縁を含む後縁付近のチップ端側を薄くして、前記ブレードの後縁の直下流側に発生する後流（ウェーク）を小さくして、後流損失を低減することができると共に、各ブレードの後縁付近のチップ端側の重量を減らすことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の第１の特徴によれば、流体が前記インペラ内に流入する際における流体と前記ブレードの前縁との衝突損失を低減できるため、前記遠心圧縮機の効率（圧縮機効率）の向上を図ることができる。
【００１４】
本発明の第２の特徴によれば、前記ブレードの後縁の直下流側における後流損失を低減できるため、前記遠心圧縮機の効率の向上を図ることができる。特に、各ブレードの後縁付近のチップ端側の重量を減らことができるため、前記ディスクの中心部に発生する遠心応力を低減して、前記インペラの耐久性、換言すれば、前記遠心圧縮機の耐久性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機の正断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係るインペラの斜視図である。
【図３】図３（ａ）（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るインペラにおけるブレードを形成する様子を示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の第２実施形態に係る遠心圧縮機の正断面図である。
【図５】図５は、本発明の第２実施形態に係るインペラの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（本発明の第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１から図３を参照して説明する。なお、図面に示すとおり、「Ｒ」は、右方向、「Ｌ」は、左方向である。
【００１７】
図１及び図２に示すように、本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機１は、過給機、ガスタービン、又は産業用空気設備等に用いられ、遠心力を利用して空気Ａを圧縮するものである。そして、本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機１の具体的な構成は、以下のようになる。
【００１８】
本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機１は、ハウジング３を具備しており、このハウジング３は、内側にシュラウド５ｓを有したハウジング本体５と、このハウジング本体５の右側に設けられた環状のシールプレート７とを備えている。なお、シールプレート７は、過給機、ガスタービン、又は産業用空気設備等における別のハウジング９に一体的に連結されている。
【００１９】
ハウジング３内には、インペラ１１がその軸心Ｃ周りに回転可能に設けられており、このインペラ１１は、別のハウジング９に回転可能に設けた回転軸１３の左端部に固定ナット１５を介して一体的に連結されている。また、インペラ１１は、ディスク１７を備えており、このディスク１７のハブ面１７ｈは、左方向（インペラ１１の軸方向一方側）からの径方向外側（インペラ１１の径方向外側）へ延び、かつディスク１７の背面１７ｄは、シールプレート７に対向してある。そして、ディスク１７のハブ面１７ｈには、複数のブレード１９が周方向に間隔を置いて一体形成されており、各ブレード１９の先端縁１９ｔは、ハウジング本体５のシュラウド５ｓに沿うように延びている。更に、ディスク１７のハブ面１７ｈにおける周方向に隣接する各ブレード１９間には、ブレード１９よりも軸長の短い短ブレード２１が一体的に設けられており、各短ブレード２１の先端縁２１ｔは、ハウジング本体５のシュラウド５ｓに沿うように延びている。
【００２０】
ハウジング３（ハウジング本体５）におけるインペラ１１の入口側（主流の流れ方向から見て上流側）には、空気Ａをインペラ１１側に取入れるための取入口２３が形成されている。また、ハウジング３内におけるインペラ１１の出口側（主流の流れ方向から見て下流側）には、圧縮した空気（圧縮空気）Ａを減速させて昇圧する環状のディフューザ流路２５が形成されている。
【００２１】
ハウジング３内におけるディフューザ流路２５の出口側には、渦巻き状のスクロール流路２７が形成されており、スクロール流路２７は、ディフューザ流路２５に連通してある。また、スクロール流路２７の断面積は、主流の流れ方向（巻き始め側から巻き終わり側）に沿って漸次大きくなるように構成されている。更に、ハウジング３の適宜位置には、圧縮された空気をハウジング３の外側へ排出するための排出口２９が形成されている。
【００２２】
続いて、本発明の第１実施形態に係るインペラ１１の特徴部分について説明する。
【００２３】
各ブレード１９の正圧面（圧力面）１９ｐ及び負圧面１９ｎには、段差部３１がチップ端側を薄くするようにそれぞれ形成されている。また、段差部３１は、各ブレード１９の前縁１９ａにおけるチップ端側の部位を起点とし主流の流れ方向に沿ってブレード１９の後縁１９ｂにおけるチップ端側の部位まで同一スパン上に延びている。
【００２４】
同様に、各短ブレード２１の正圧面２１ｐ及び負圧面２１ｎには、段差部３３がチップ端側を薄くするようにそれぞれ形成されている。また、段差部３３は、各短ブレード２１の前縁２１ａにおけるチップ端側の部位を起点とし主流の流れ方向に沿って短ブレード２１の後縁２１ｂにおけるチップ端側の部位まで同一スパン上に延びている。
【００２５】
ここで、図３（ａ）（ｂ）に示すように、エンドミル３５を用いて被加工材３７に対して機械加工を施してブレード１９を形成する場合には、ブレード１９の段差部３１からチップ端側を先に形成し、その後に、ブレード１９の段差部３１からハブ端側（ハブ面１７ｈ側）を形成する。なお、エンドミル３５を用いて被加工材３７に対して機械加工を施して短ブレード２１を形成する場合も、同様に行う。
【００２６】
続いて、本発明の第１実施形態の作用及び効果について説明する。
【００２７】
遠心圧縮機１の運転を開始して、インペラ１１を回転軸１３と一体的に回転させることにより、取入口２３からインペラ１１側に取入れた空気Ａを遠心力を利用して圧縮することができる。なお、圧縮された空気Ａは、ディフューザ流路２５によって昇圧され、スクロール流路２７を経由して排出口２９からハウジング３の外側へ排出される（遠心圧縮機１の通常の作用）。
【００２８】
各ブレード１９の正圧面１９ｐ及び負圧面１９ｎに段差部３１がそれぞれ形成され、段差部３１が各ブレード１９の前縁１９ａにおけるチップ端側の部位を起点とし主流の流れ方向に沿ってブレード１９の後縁１９ｂにおけるチップ端側の部位まで同一スパン上に延びているため、各ブレード１９の前縁１９ａを含む前縁１９ａ付近のチップ端側を薄くして、空気Ａがインペラ１１内に流入する際における空気Ａとブレード１９の前縁１９ａとの衝突損失を低減することができる。また、同じ理由により、各ブレード１９の後縁１９ｂを含む後縁１９ｂ付近のチップ端側を薄くして、ブレード１９の後縁１９ｂの直下流側に発生する後流（ウェーク）を小さくして、後流損失を低減することができると共に、各ブレード１９の後縁１９ｂ付近のチップ端側の重量を減らすことができる。
【００２９】
同様に、各短ブレード２１の正圧面２１ｐ及び負圧面２１ｎに段差部３３がそれぞれ形成され、段差部３３が各短ブレード２１の前縁２１ａにおけるチップ端側の部位を起点とし主流の流れ方向に沿って短ブレード２１の後縁２１ｂにおけるチップ端側の部位まで同一スパン上に延びているため、各短ブレード２１の前縁２１ａ付近のチップ端側を薄くして、空気Ａがインペラ１１内に流入する際における空気Ａと短ブレード２１の前縁２１ａとの衝突損失を低減することができる。また、同じ理由により、各短ブレード２１の後縁２１ｂ付近のチップ端側を薄くして、短ブレード２１の後縁２１ｂの直下流側に発生する後流を小さくして、後流損失を低減することができると共に、各短ブレード２１の後縁２１ｂ付近のチップ端側の重量を減らすことができる。
【００３０】
従って、本発明の第１実施形態によれば、空気Ａとブレード１９の前縁１９ａとの衝突損失、ブレード１９の後縁１９ｂの直下流側における後流損失、空気Ａと短ブレード２１の前縁２１ａとの衝突損失、及び短ブレード２１の後縁２１ｂの直下流側における後流損失を低減できるため、遠心圧縮機１の効率（圧縮機効率）の向上を図ることができる。また、各ブレード１９の後縁１９ｂ付近のチップ端側の重量及び各短ブレード２１の後縁２１ｂ付近のチップ端側の重量を減らすことができるため、ディスク１７の中心部に発生する遠心応力を低減して、インペラ１１の耐久性、換言すれば、遠心圧縮機１の耐久性の向上を図ることができる。
【００３１】
（本発明の第２実施形態）
本発明の第２実施形態について図４及び図５を参照して説明する。なお、図面に示すとおり、「Ｒ」は、右方向、「Ｌ」は、左方向である。
【００３２】
図４に示すように、本発明の第２実施形態に係る遠心圧縮機３９は、本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機１（図１参照）と同様の構成を有しており、遠心圧縮機３９の構成のうち、遠心圧縮機１の構成と異なる部分についてのみ説明する。なお、遠心圧縮機３９における複数の構成要素のうち、遠心圧縮機１における構成要素と対応するものについては、図面中に同一符号を付してある。
【００３３】
図４及び図５に示すように、各ブレード１９の正圧面１９ｐ及び負圧面１９ｎには、一対の段差部４１，４３がチップ端側を薄くするようにそれぞれ形成されている。また、段差部４１は、各ブレード１９の前縁１９ａにおけるチップ端側の部位を起点として主流の流れ方向に沿って同一スパン上に延びている。更に、段差部４３は、各ブレード１９の後縁１９ｂにおけるチップ端側の部位を起点として主流の流れ方向の反対方向に沿って同一スパン上に延びている。
【００３４】
同様に、各短ブレード２１の正圧面２１ｐ及び負圧面２１ｎには、一対の段差部４５がチップ端側を薄くするようにそれぞれ形成されている。また、段差部４５は、各短ブレード２１の後縁２１ｂにおけるチップ端側の部位を起点として主流の流れ方向の反対方向に沿って同一スパン上に延びている。
【００３５】
続いて、本発明の第２実施形態の作用及び効果について説明する。
【００３６】
各ブレード１９の正圧面１９ｐ及び負圧面１９ｎに段差部４１が形成され、段差部４１が各ブレード１９の前縁１９ａにおけるチップ端側の部位を起点として主流の流れ方向に沿って同一スパン上に延びているため、各ブレード１９の前縁１９ａ付近のチップ端側を薄くして、空気Ａがインペラ１１内に流入する際における空気Ａとブレード１９の前縁１９ａとの衝突損失を低減することができる。また、各ブレード１９の正圧面１９ｐ及び負圧面１９ｎに段差部４３が形成され、段差部４３が各ブレード１９の後縁１９ｂにおけるチップ端側の部位を起点として主流の流れ方向の反対方向に沿って同一スパン上に延びているため、各ブレード１９の後縁１９ｂ付近のチップ端側を薄くして、ブレード１９の後縁１９ｂの直下流側に発生する後流（ウェーク）を小さくして、後流損失を低減することができると共に、各ブレード１９の後縁１９ｂ付近のチップ端側の重量を減らすことができる。
【００３７】
同様に、各短ブレード２１の正圧面２１ｐ及び負圧面２１ｎに段差部４５が形成され、段差部４５が各短ブレード２１の後縁２１ｂにおけるチップ端側の部位を起点として主流の流れ方向の反対方向に沿って同一スパン上に延びているため、各短ブレード２１の後縁２１ｂ付近のチップ端側を薄くして、短ブレード２１の後縁２１ｂの直下流側に発生する後流を小さくして、後流損失を低減することができると共に、各短ブレード２１の後縁２１ｂ付近のチップ端側の重量を減らすことができる。
【００３８】
従って、本発明の第２実施形態によれば、前述の本発明の第１実施形態と同様の効果を奏するものである。
【００３９】
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、例えば、次のように種々の態様で実施可能である。
【００４０】
本発明の第１実施形態及び第２実施形態において、各ブレード１９の正圧面１９ｐ及び負圧面１９ｎに段差部３１（４１，４３）がそれぞれ形成される代わりに、各ブレード１９の正圧面１９ｐ及び負圧面１９ｎのうちのいずれかの面にのみ段差部３１（４１，４３）が形成されるようにしても構わない。同様に、各短ブレード２１の正圧面２１ｐ及び負圧面２１ｎに段差部３３（４５）がそれぞれ形成される代わりに、各短ブレード２１の正圧面２１ｐ及び負圧面２１ｎのいずれかの面にのみ段差部３３（４５）が形成されるようにしても構わない。
【００４１】
本発明の第２実施形態において、各ブレード１９の正圧面１９ｐ及び負圧面１９ｎに一対の段差部４１，４３がそれぞれ形成される代わりに、各ブレード１９の正圧面１９ｐ及び負圧面１９ｎに１つの段差部４１（又は４３）がそれぞれ形成されるようにしても構わない。
【００４２】
そして、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。
【符号の説明】
【００４３】
Ａ：空気、１：遠心圧縮機、３：ハウジング、５：ハウジング本体、５ｓ：シュラウド、７：シールプレート、１１：インペラ、１３：回転軸、１７：ディスク、１７ｈ：ハブ面、１９：ブレード、１９ａ：前縁、１９ｂ：後縁、１９ｎ：負圧面、１９ｐ：正圧面（圧力面）、１９ｔ：先端縁、２１：短ブレード、２１：前縁、２１ｂ：後縁、２１ｎ：負圧面、２１ｐ：正圧面、２１ｔ：先端縁、２３：取入口、２５：ディフューザ流路、２７：スクロール流路、２９：排出口、３１：段差部、３３：段差部、３９：遠心圧縮機、４１：段差部、４３：段差部、４５：段差部
【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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