(57)【要約】【課題】斜流圧縮機において、作動範囲を拡大する。【解決手段】回転駆動されて作動流体に動圧を与える斜流インペラ１１と、この斜流インペラ１１から送出された作動流体の流路に配置されて作動流体の動圧を静圧に変換する第１ディフューザ静翼１２と、斜流インペラ１１から送出された作動流体の流路における第１ディフューザ静翼１２より下流側に配置されて作動流体の動圧を静圧に変換する第２ディフューザ静翼１３とを設けて構成し、第２ディフューザ静翼１３における羽根４２の枚数を第１ディフューザ静翼１２における羽根４１の枚数より多く設ける。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動されて作動流体に動圧を与える斜流インペラと、該斜流インペラから送出された作動流体の流路に配置されて作動流体の動圧を静圧に変換する第１ディフューザ静翼と、前記斜流インペラから送出された作動流体の流路における前記第１ディフューザ静翼より下流側に配置されて作動流体の動圧を静圧に変換する第２ディフューザ静翼とを具えた斜流圧縮機において、前記第２ディフューザ静翼における羽根の枚数は、前記第１ディフューザ静翼における羽根の枚数より多く設けられることを特徴とする斜流圧縮機。
【請求項２】
請求項１に記載の斜流圧縮機において、前記第２ディフューザ静翼における羽根の枚数は、前記第１ディフューザ静翼における羽根の枚数の整数倍に設定されることを特徴とする斜流圧縮機。
【請求項３】
請求項２に記載の斜流圧縮機において、前記第２ディフューザ静翼における羽根の枚数は、前記第１ディフューザ静翼における羽根の枚数の２倍に設定され、前記第２ディフューザ静翼の羽根に対して前記第１ディフューザ静翼の羽根が周方向における負圧面側にずれて配置されると共に、前記第２ディフューザ静翼の羽根同士の周方向における距離を１．０にするとき、前記第１ディフューザ静翼の羽根と前記第２ディフューザ静翼の羽根の周方向における距離を０．０５〜０．２５に設定することを特徴とする斜流圧縮機。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の斜流圧縮機において、前記第２ディフューザ静翼にチョーク部が形成されたことを特徴とする斜流圧縮機。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載の斜流圧縮機において、前記第１ディフューザ静翼は、小弦節比に設定されることを特徴とする斜流圧縮機。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載の斜流圧縮機において、前記斜流インペラと前記第１ディフューザ静翼との距離は、該第１ディフューザ静翼の羽根の高さの０．８〜１．２倍に設定されることを特徴とする斜流圧縮機。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一つに記載の斜流圧縮機において、前記第１ディフューザ静翼は、作動流体の流路の最大外径部に配置されることを特徴とする斜流圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を昇圧して圧縮流体とする斜流圧縮機に関し、特に、インペラから送出される作動流体の動圧を静圧に変換するディフューザに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
気体を圧縮する圧縮機としては、斜流圧縮機が知られている。一般的な斜流圧縮機は、ケーシング内に複数の羽根を有する斜流インペラが回転自在に支持され、この斜流インペラに対してその上流側に軸方向に沿って吸込流路が形成される一方、下流側に径方向に傾斜した吐出流路が形成され、この吐出流路にディフューザ静翼が設けられて構成されている。従って、モータにより斜流インペラを回転すると、作動流体が吸込流路を通してケーシング内に吸い込まれ、この斜流インペラを通過する過程で動圧が付与され、圧縮流体が吐出流路に吐出され、ディフューザ静翼で圧縮流体の動圧が静圧に変換される。
【０００３】
なお、上述した圧縮機としては、下記特許文献１に記載されたものがある。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１７３２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した斜流圧縮機では、所定の回転速度にて、作動流体の流量が基準流量より少なくなればサージング現象（以下、サージと称する）が発生して運転不能に陥る一方、作動流体の流量が基準流量より多くなればチョーキング現象（以下、チョークと称する。）が発生してその流量より多い流量を実現することができない。そのため、このサージからチョーク手前の設計点までの領域が、斜流圧縮機を効率良く運転することができる作動範囲として設定されている。
【０００６】
従来、斜流圧縮機におけるサージ流量を減少させたり、チョーク流量を増大させることで作動範囲を拡大し、性能を向上させる場合、付加的な流路や装置を設けることが考えられているが、構造の複雑化、大型化、高コスト化を招いてしまうという問題がある。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するものであって、作動範囲を拡大することができる斜流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】
【０００８】
上述の目的を達成するための請求項１の発明の斜流圧縮機は、回転駆動されて作動流体に動圧を与える斜流インペラと、該斜流インペラから送出された作動流体の流路に配置されて作動流体の動圧を静圧に変換する第１ディフューザ静翼と、前記斜流インペラから送出された作動流体の流路における前記第１ディフューザ静翼より下流側に配置されて作動流体の動圧を静圧に変換する第２ディフューザ静翼とを具えた斜流圧縮機において、前記第２ディフューザ静翼における羽根の枚数は、前記第１ディフューザ静翼における羽根の枚数より多く設けられることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の発明の斜流圧縮機では、前記第２ディフューザ静翼における羽根の枚数は、前記第１ディフューザ静翼における羽根の枚数の整数倍に設定されることを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明の斜流圧縮機では、前記第２ディフューザ静翼における羽根の枚数は、前記第１ディフューザ静翼における羽根の枚数の２倍に設定され、前記第２ディフューザ静翼の羽根に対して前記第１ディフューザ静翼の羽根が周方向における負圧面側にずれて配置されると共に、前記第２ディフューザ静翼の羽根同士の周方向における距離を１．０にするとき、前記第１ディフューザ静翼の羽根と前記第２ディフューザ静翼の羽根の周方向における距離を０．０５〜０．２５に設定することを特徴としている。
【００１１】
請求項４の発明の斜流圧縮機では、前記第２ディフューザ静翼にチョーク部が形成されたことを特徴としている。
【００１２】
請求項５の発明の斜流圧縮機では、前記第１ディフューザ静翼は、小弦節比に設定されることを特徴としている。
【００１３】
請求項６の発明の斜流圧縮機では、前記斜流インペラと前記第１ディフューザ静翼との距離は、該第１ディフューザ静翼の羽根の高さの０．８〜１．２倍に設定されることを特徴としている。
【００１４】
請求項７の発明の斜流圧縮機では、前記第１ディフューザ静翼は、作動流体の流路の最大外径部に配置されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明の斜流圧縮機によれば、回転駆動されて作動流体に動圧を与える斜流インペラと、斜流インペラから送出された作動流体の流路に配置されて作動流体の動圧を静圧に変換する第１ディフューザ静翼と、斜流インペラから送出された作動流体の流路における第１ディフューザ静翼より下流側に配置されて作動流体の動圧を静圧に変換する第２ディフューザ静翼とを設けて構成し、第２ディフューザ静翼における羽根の枚数を第１ディフューザ静翼における羽根の枚数より多く設けたので、斜流インペラで動圧が付与された作動流体が第１ディフューザ静翼から第２ディフューザ静翼に流れ込んで動圧が静圧に変換されるとき、第２ディフューザ静翼にて、羽根の圧力面側から負圧面側への作動流体の流れが発生するが、圧力面側と負圧面側との距離が短いため、作動流体が負圧面に沿ってスムースに流れることとなり、作動流体の流れが剥離しにくくなり、大流量となっても安定した流れを確保することができ、作動範囲を拡大することができる。
【００１６】
請求項２の発明の斜流圧縮機によれば、第２ディフューザ静翼における羽根の枚数を第１ディフューザ静翼における羽根の枚数の整数倍に設定するので、第１ディフューザ静翼から第２ディフューザ静翼に流れ込んだ作動流体が、この第２ディフューザ静翼における複数の羽根の間を通過するときに、適正に動圧から静圧に変換されることとなり、作動流体の剥離を抑制して安定した流れを確保することができる。
【００１７】
請求項３の発明の斜流圧縮機によれば、第２ディフューザ静翼における羽根の枚数を第１ディフューザ静翼における羽根の枚数の２倍に設定し、第２ディフューザ静翼の羽根に対して第１ディフューザ静翼の羽根を周方向における負圧面側にずれて配置すると共に、第２ディフューザ静翼の羽根同士の周方向における距離を１．０にするとき、第１ディフューザ静翼の羽根と第２ディフューザ静翼の羽根の周方向における距離を０．０５〜０．２５に設定するので、第１ディフューザ静翼から第２ディフューザ静翼に流れ込んだ作動流体が、この第２ディフューザ静翼における複数の羽根の間を通過するときに、適正に動圧から静圧に変換することができる。
【００１８】
請求項４の発明の斜流圧縮機によれば、第２ディフューザ静翼にチョーク部を形成するので、サージ流量が低減され、作動流体が小流量となっても、安定した流れを確保することができ、作動範囲を拡大することができる。
【００１９】
請求項５の発明の斜流圧縮機によれば、第１ディフューザ静翼を小弦節比に設定するので、第１ディフューザ静翼における羽根の枚数が減少することとなり、斜流インペラの出口における作動流体の流れ角度が鈍角に違うものとなり、作動流体が小流量となっても、安定した流れを確保することができる。
【００２０】
請求項６の発明の斜流圧縮機によれば、斜流インペラと第１ディフューザ静翼との距離をこの第１ディフューザ静翼の羽根の高さの０．８〜１．２倍に設定するので、斜流インペラと第１ディフューザ静翼とが所定の距離だけ離間することで、斜流インペラと第１ディフューザ静翼の相互干渉が緩和され、斜流インペラから第１ディフューザ静翼に流れ込む作動流体における圧力分布を均一化することができ、小流量となっても安定した流れを確保することができる。
【００２１】
請求項７の発明の斜流圧縮機によれば、第１ディフューザ静翼を作動流体の流路の最大外径部に配置するので、斜流インペラで動圧が付与された作動流体を第１ディフューザ静翼及び第２ディフューザ静翼にて適正に静圧に変換することができ、効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明に係る斜流圧縮機の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００２３】
図１は、本発明の一実施例に係る斜流圧縮機の要部断面図、図２は、本実施例の斜流圧縮機における斜流インペラ及びディフューザ静翼を表す概略図、図３は、本実施例の斜流圧縮機における作動範囲を表すグラフである。
【００２４】
本実施例の斜流圧縮機は、図１及び図２に示すように、回転駆動されて作動流体に動圧を与える斜流インペラ１１と、この斜流インペラ１１から送出された作動流体の流路に配置されて作動流体の動圧を静圧に変換する第１ディフューザ静翼１２と、斜流インペラ１１から送出された作動流体の流路における第１ディフューザ静翼１２より下流側に配置されて作動流体の動圧を静圧に変換する第２ディフューザ静翼とを有している。
【００２５】
即ち、ケーシング２１内には、斜流インペラ１１が図示しない回転軸により回転自在に支持されており、このインペラ１１に対して、吸込流路２２と、圧縮流路２３と、吐出流路２４が形成されている。
【００２６】
この斜流インペラ１１は、回転軸に一体に固定されたハブ３１と、このハブ３１の外周部に周方向に均等間隔で固定された複数の羽根３２とから構成されている。吸込流路２２は、ケーシング２１のシュラウド２５により区画されている。圧縮流路２３は、このシュラウド２５の壁面とハブ３１の外周面により区画されており、複数の羽根３２が位置している。吐出流路２４は、シュラウド２５の壁面とハブ３１側の隔壁部材２６により区画されている。
【００２７】
第１ディフューザ静翼１２は、作動流体の吐出流路２４における最大外径部に配置されており、シュラウド２５と隔壁部材２６とを連結するように、周方向に均等間隔で複数の羽根４１が設けられている。第２ディフューザ静翼１３は、作動流体の吐出流路２４における最大外径部より下流側に配置されており、シュラウド２５と隔壁部材２６とを連結するように、周方向に均等間隔で複数の羽根４２が設けられている。
【００２８】
そして、本実施例では、第１ディフューザ静翼１２が小弦節比に設定されている。即ち、第１ディフューザ静翼１２にて、羽根４１の長さ（弦）をＣ、ピッチ（節）をＰとするとき、弦節比Ｃ／Ｐを０．６〜１．０の範囲に設定しており、弦節比Ｃ／Ｐ＝０．９に設定することが望ましい。
【００２９】
従って、第１ディフューザ静翼１２を小弦節比に設定することで、第１ディフューザ静翼１２における羽根４１の枚数が減少することとなり、斜流インペラ１１の出口における作動流体の流れ角度が鈍角に違いものとなり、作動流体が小流量となっても、安定した流れが確保される。
【００３０】
また、本実施例では、第２ディフューザ静翼１３における羽根４２の枚数は、第１ディフューザ静翼１２における羽根４１の枚数より多く設けられている。具体的には、第２ディフューザ静翼１３における羽根４２の枚数が、第１ディフューザ静翼１２における羽根４１の枚数の整数倍に設定されることが望ましい。
【００３１】
本実施例では、第２ディフューザ静翼１３における羽根４２の枚数が、第１ディフューザ静翼１２における羽根４１の枚数の２倍に設定されている。そして、第２ディフューザ静翼１３の羽根４２に対して、第１ディフューザ静翼１２の羽根４２が周方向における負圧面側にずれて配置すると共に、第２ディフューザ静翼の羽根同士の周方向における距離Ｌ1を１．０にするとき、第１ディフューザ静翼１２の羽根４１と第２ディフューザ静翼１３の羽根４２の周方向における距離Ｌ2を０．０５〜０．２５に設定することが望ましい。
【００３２】
一般に、斜流インペラ１１で圧縮された作動流体が第１ディフューザ静翼１２から第２ディフューザ静翼１３に流れ込んで、動圧が静圧に変換されるとき、第２ディフューザ静翼１３では、羽根４２の圧力面側から負圧面側への作動流体の流れが発生し、負圧面側の下流側で作動流体の流れが剥離してしまう。一方、本実施例では、第２ディフューザ静翼１３における羽根４２の枚数を第１ディフューザ静翼１２における羽根４１の枚数より多く設けていることで、第２ディフューザ静翼１３にて、羽根４２の圧力面側から負圧面側への作動流体の流れが発生するとき、圧力面側と負圧面側との距離が短いため、作動流体が負圧面に沿ってスムースに流れることとなり、作動流体の流れが剥離しにくくなり、大流量となっても、安定した流れが確保される。
【００３３】
そして、第２ディフューザ静翼１３の羽根４２に対して第１ディフューザ静翼１２の羽根４２が所定量だけ負圧面側にずれて配置されているため、第１ディフューザ静翼１２から第２ディフューザ静翼１３に流れ込んだ作動流体が、この第２ディフューザ静翼１３における複数の羽根４２の間を通過するときに、適正に動圧から静圧に変換されることとなり、作動流体の剥離を抑制して安定した流れが確保される。
【００３４】
また、本実施例では、第２ディフューザ静翼１３にチョーク部を形成している。即ち、この第２ディフューザ静翼１３における羽根４２の枚数を増加することで、周方向におけるピッチを狭くし、この第２ディフューザ静翼１３（羽根４２）の入口で最大吐出流量を規定するようにしている。
【００３５】
従って、第２ディフューザ静翼１３にチョーク部を形成することで、サージ流量が低減され、この第２ディフューザ静翼１３における作動流体が小流量となっても、安定した流れが確保される。
【００３６】
更に、斜流インペラ１１と第１ディフューザ静翼１２との距離Ｓを、第１ディフューザ静翼１２における羽根４１の高さの０．８〜１．２倍に設定している。従って、斜流インペラ１１と第１ディフューザ静翼１２とが距離Ｓだけ離間することで、斜流インペラ１１と第１ディフューザ静翼１２の相互干渉が緩和され、斜流インペラ１１から第１ディフューザ静翼１２に流れ込む作動流体における圧力分布を均一化し、小流量となっても安定した流れが確保される。
【００３７】
上述した本実施例の斜流圧縮機における作動範囲について説明する。図３に示すグラスは、流量に対する効率（圧縮比）を表すものであり、下からディフューザ静翼、斜流インペラ、斜流圧縮機全体のものを表している。このグラフからわかるように、実線で表す本実施例のディフューザ静翼におけるチョーク流量Ｇ3が、斜流インペラと同様で、且つ、一点鎖線で示す従来のディフューザ静翼におけるチョーク流量Ｇ03よりも低流量に設定されると共に、サージ流量Ｇ1が、一点鎖線で示す従来のディフューザ静翼におけるサージ流量Ｇ01よりも低流量に設定されている。
【００３８】
そのため、従来の斜流圧縮機では、ディフューザ静翼におけるサージ流量Ｇ01と斜流インペラにおける設計流量Ｇ2（チョーク流量Ｇ03）で作動範囲Ａ0が設定されるが、本実施例の斜流圧縮機では、ディフューザ静翼におけるサージ流量Ｇ1と斜流インペラにおける設計流量Ｇ2（チョーク流量Ｇ03）で作動範囲Ａ1が設定される。従って、本実施例の斜流圧縮機における作動範囲Ａ1を従来の斜流圧縮機における作動範囲Ａ0に比べて拡大することができる。
【００３９】
このように本実施例の斜流圧縮機にあっては、回転駆動されて作動流体に動圧を与える斜流インペラ１１と、この斜流インペラ１１から送出された作動流体の流路に配置されて作動流体の動圧を静圧に変換する第１ディフューザ静翼１２と、斜流インペラ１１から送出された作動流体の流路における第１ディフューザ静翼１２より下流側に配置されて作動流体の動圧を静圧に変換する第２ディフューザ静翼１３とを設けて構成し、第２ディフューザ静翼１３における羽根４２の枚数を第１ディフューザ静翼１２における羽根４１の枚数より多く設けている。
【００４０】
従って、斜流インペラ１１で動圧が付与された作動流体が第１ディフューザ静翼１２から第２ディフューザ静翼１３に流れ込んで動圧が静圧に変換されるとき、第２ディフューザ静翼１３にて、羽根４２の圧力面側から負圧面側への作動流体の流れが発生するが、圧力面側と負圧面側との距離が短いため、作動流体が負圧面に沿ってスムースに流れることとなり、作動流体の流れが剥離しにくくなり、大流量となっても安定した流れを確保することができ、作動範囲を拡大することができる。
【００４１】
また、本実施例では、第２ディフューザ静翼１３における羽根４２の枚数を第１ディフューザ静翼１２における羽根４１の枚数の整数倍に設定している。従って、第１ディフューザ静翼１２から第２ディフューザ静翼１３に流れ込んだ作動流体が、この第２ディフューザ静翼１３における複数の羽根４１の間を通過するときに、適正に動圧から静圧に変換されることとなり、作動流体の剥離を抑制して安定した流れを確保することができる。
【００４２】
この場合、第２ディフューザ静翼１３における羽根４２の枚数を第１ディフューザ静翼１２における羽根４１の枚数の２倍に設定し、第２ディフューザ静翼１３の羽根４２に対して第１ディフューザ静翼１２の羽根４１を周方向における負圧面側にずれて配置すると共に、第２ディフューザ静翼１３の羽根４２同士の周方向における距離を１．０にするとき、第１ディフューザ静翼１２の羽根４１と第２ディフューザ静翼１３の羽根４２の周方向における距離を０．０５〜０．２５に設定している。従って、第１ディフューザ静翼１２から第２ディフューザ静翼１３に流れ込んだ作動流体が、この第２ディフューザ静翼１３における複数の羽根４２の間を通過するときに、適正に動圧から静圧に変換することができる。
【００４３】
また、本実施例の斜流圧縮機では、第２ディフューザ静翼１３にチョーク部を形成しており、サージ流量を低減することができ、作動流体が小流量となっても安定した流れを確保することができ、作動範囲を拡大することができる。
【００４４】
更に、第１ディフューザ静翼１２を小弦節比に設定しており、第１ディフューザ静翼１２における羽根４１の枚数が減少することとなり、斜流インペラ１１の出口における作動流体の流れ角度が鈍角に違いものとなり、作動流体が小流量となっても安定した流れを確保することができる。
【００４５】
また、斜流インペラ１１と第１ディフューザ静翼１２との距離をこの第１ディフューザ静翼１２の羽根４１の高さの０．８〜１．２倍に設定しており、斜流インペラ１１と第１ディフューザ静翼１２とが所定の距離だけ離間することで、斜流インペラ１１と第１ディフューザ静翼１２の相互干渉が緩和され、斜流インペラ１１から第１ディフューザ静翼１２に流れ込む作動流体における圧力分布を均一化することができ、小流量となっても安定した流れを確保することができる。
【００４６】
そして、本実施例では、第１ディフューザ静翼１２を作動流体の流路の最大外径部に配置しており、斜流インペラ１１で動圧が付与された作動流体をこの第１ディフューザ静翼１２及び第２ディフューザ静翼１３にて適正に静圧に変換することができ、効率を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明に係る斜流圧縮機は、作動範囲を拡大して効率を向上するものであり、この斜流圧縮機を適用した航空用ジェットエンジン、ガスタービン、船舶用または自動車用過給機、産業用圧縮機などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施例に係る斜流圧縮機の要部断面図である。
【図２】本実施例の斜流圧縮機における斜流インペラ及びディフューザ静翼を表す概略図である。
【図３】本実施例の斜流圧縮機における作動範囲を表すグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
１１  斜流インペラ
１２  第１ディフューザ静翼
１３  第１ディフューザ静翼
２１  ケーシング
２２  吸込流路
２３  圧縮流路
２４  吐出流路
２５  シュラウド
２６  隔壁部材
３１  ハブ
３２  羽根
４１，４２  羽根
【図１】
2008095638.tif 000003
【図２】
2008095638.tif 000004
【図３】
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