(57)【要約】【課題】ディフューザ損失を低減してステージ効率向上及び作動範囲拡大が図れるベーンドディフューザ及び該ディフューザを備えた輻流ターボ機械を提供する。【解決手段】前，後段のインペラ２間を連通する断面略Ｕ字状の戻り流路３内に複数のディフューザベーン４を円形翼列状に配置したベーンドディフューザ５において、前記ディフューザベーン４は、前段のインペラ下流のストレート流路部３ａからベンド流路部３ｂを経て後段のインペラ上流のストレート流路部３ｃまで連続した長さで形成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前，後段のインペラ間を連通する断面略Ｕ字状の戻り流路内に複数のディフューザベーンを円形翼列状に配置したベーンドディフューザにおいて、前記ディフューザベーンは、前段のインペラ下流のストレート流路部からベンド流路部を経て後段のインペラ上流のストレート流路部まで連続した長さで形成されることを特徴とするベーンドディフューザ。
【請求項２】
前記ディフューザベーンの前縁位置を、インペラ外径をＤ２  とした場合、１．２〜１．７Ｄ２  の位置に設定することを特徴とする請求項１記載のベーンドディフューザ。
【請求項３】
前記ディフューザベーン間に、同ディフューザベーンよりコード長の短いスプリッタベーンを配置したことを特徴とする請求項１又は２記載のベーンドディフューザ。
【請求項４】
前記スプリッタベーンは、前記ベンド流路部に配置したことを特徴とする請求項３記載のベーンドディフューザ。
【請求項５】
前記ディフューザベーンの前縁形状を、インペラからの歪み流れに対応してハブ側に対しシュラウド側を下流側に捻った形状としたことを特徴とする請求項１，２，３又は４記載のベーンドディフューザ。
【請求項６】
前記ディフューザベーンの前縁前方のシュラウド側にフローガイドを配置したことを特徴とする請求項１，２，３又は４記載のベーンドディフューザ。
【請求項７】
前記フローガイドはディフューザベーンに一体形成されることを特徴とする請求項６記載のベーンドディフューザ。
【請求項８】
前記フローガイドはシュラウド側ケーシングに一体形成されることを特徴とする請求項６記載のベーンドディフューザ。
【請求項９】
前記ディフューザベーンの前方に小弦節比ディフューザベーンを配置したことを特徴とする請求項１，２，３又は４記載のベーンドディフューザ。
【請求項１０】
前記小弦節比ディフューザベーンをタンデムに配置したことを特徴とする請求項９記載のベーンドディフューザ。
【請求項１１】
前記ディフューザベーンの前半部のエンドウォールと接する面にベーン圧力面から負圧面への流体洩れを防ぐシール用溝を形成したことを特徴とする請求項１，２，３又は４記載のベーンドディフューザ。
【請求項１２】
前記ディフューザベーンの翼高さ方向に翼厚を変えたことを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０又は１１記載のベーンドディフューザ。
【請求項１３】
前，後段のインペラ間を連通する断面略Ｕ字状の戻り流路内に複数のディフューザベーンを円形翼列状に配置したベーンドディフューザを備える輻流ターボ機械において、前記ベーンドディフューザのディフューザベーンは、前段のインペラ下流のストレート流路部からベンド流路部を経て後段のインペラ上流のストレート流路部まで連続した長さで形成されることを特徴とする輻流ターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベーンドディフューザ及び該ディフューザを備えた輻流ターボ機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
輻流ターボ機械の一例として多段遠心圧縮機の断面形状を図９に示す（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
流体の流れは吸込み部１００  より流入し、インペラ（羽根車）１０１  で昇圧された後、断面略Ｕ字状の戻り流路１０２  内のディフューザに流入し、リターンベーン１０３  を経て次の段へ導かれる。インペラ１０１  の下流（外周）に設置されるディフューザには大きく分けて、羽根の無い羽根なしディフューザと同図中に示されるような羽根を備えたベーンドディフューザ（羽根付きディフューザ）１０４  がある。
【０００４】
一般に、ベーンドディフューザ１０４  は羽根なしディフューザにくらべて作動運転範囲は狭いが、最高効率が高く、効率が重視される場合は羽根付きディフューザ１０４  が用いられることが多い。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−３３１７９３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のベーンドディフューザ１０４  にあっては、戻り流路１０２  内に配置される羽根の長さが比較的短いことから、インペラ１０１  から吐出される流体を十分にコントロールすることが難しく、しばしば流れの剥離等に起因する圧力損失の増大を招くケースも報告されている。
【０００７】
ところで、ベーンドディフューザにあっては、高効率・広作動範囲を両立する小弦節比ディフューザの研究がなされているが、本発明は流路設計をするという思想でベーンを設計し、ディフューザ損失を低減、ステージ効率向上及び作動範囲拡大が図れるベーンドディフューザ及び該ディフューザを備えた輻流ターボ機械を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成するための本発明に係るベーンドディフューザは、前，後段のインペラ間を連通する断面略Ｕ字状の戻り流路内に複数のディフューザベーンを円形翼列状に配置したベーンドディフューザにおいて、前記ディフューザベーンは、前段のインペラ下流のストレート流路部からベンド流路部を経て後段のインペラ上流のストレート流路部まで連続した長さで形成されることを特徴とする。
【０００９】
また、前記ディフューザベーンの前縁位置を、インペラ外径をＤ２  とした場合、１．２〜１．７Ｄ２  の位置に設定することを特徴とする。
【００１０】
また、前記ディフューザベーン間に、同ディフューザベーンよりコード長の短いスプリッタベーンを配置したことを特徴とする。
【００１１】
また、前記スプリッタベーンは、前記ベンド流路部に配置したことを特徴とする。
【００１２】
また、前記ディフューザベーンの前縁形状を、インペラからの歪み流れに対応してハブ側に対しシュラウド側を下流側に捻った形状としたことを特徴とする。
【００１３】
また、前記ディフューザベーンの前縁前方のシュラウド側にフローガイドを配置したことを特徴とする。
【００１４】
また、前記フローガイドはディフューザベーンに一体形成されることを特徴とする。
【００１５】
また、前記フローガイドはシュラウド側ケーシングに一体形成されることを特徴とする。
【００１６】
また、前記ディフューザベーンの前方に小弦節比ディフューザベーンを配置したことを特徴とする。
【００１７】
また、前記小弦節比ディフューザベーンをタンデムに配置したことを特徴とする。
【００１８】
また、前記ディフューザベーンの前半部のエンドウォールと接する面にベーン圧力面から負圧面への流体洩れを防ぐシール用溝を形成したことを特徴とする。
【００１９】
また、前記ディフューザベーンの翼高さ方向に翼厚を変えたことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る輻流ターボ機械は、前，後段のインペラ間を連通する断面略Ｕ字状の戻り流路内に複数のディフューザベーンを円形翼列状に配置したベーンドディフューザを備える輻流ターボ機械において、前記ベーンドディフューザのディフューザベーンは、前段のインペラ下流のストレート流路部からベンド流路部を経て後段のインペラ上流のストレート流路部まで連続した長さで形成されることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るベーンドディフューザ及び該ディフューザを備えた輻流ターボ機械を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【００２２】
［第１実施例］
図１は本発明の第１実施例を示す多段遠心圧縮機の概略要部断面図である。
【００２３】
図１に示すように、輻流ターボ機械としての多段遠心圧縮機では、流体の流れは吸込み部１より流入し、インペラ（羽根車）２で昇圧された後、断面略Ｕ字状の戻り流路３内に複数のディフューザベーン４を円形翼列状に配置したベーンドディフューザ５を経て次の段へ導かれるようになっている。
【００２４】
そして、前記ディフューザベーン４は、前段のインペラ下流のストレート流路部３ａからベンド流路部３ｂを経て後段のインペラ上流のストレート流路部３ｃまで連続した長さで形成される。即ち、図９に示した従来のベーンドディフューザ１０４  の入口端からリターンベーン１０３  の出口端まで連続した一枚羽根の如く形成されるのである。
【００２５】
従って、本実施例では、断面略Ｕ字状の戻り流路３の略全長に亙って一連のディフューザベーン４を配したので、従来例のように羽根の長さが比較的短いベーンドディフューザと異なり、インペラ２から吐出される流体の旋回流を十分に整流することができる。
【００２６】
これにより、戻り流路３内で剥離が生じるのを未然に回避できるなどで圧力損失（ディフューザ損失）を低減でき、ステージ効率向上及び作動範囲拡大が図れる。この結果、多段遠心圧縮機の高効率化が図れる。
【００２７】
［第２実施例］
図２は本発明の第２実施例を示す多段遠心圧縮機の概略要部正面図である。
【００２８】
これは、第１実施例におけるディフューザベーン４の前縁位置を、インペラ２の外径をＤ２  とした場合、１．２〜１．７Ｄ２  の位置に設定したもので、その他の構成は図１と同様である。
【００２９】
これによれば、ディフューザベーン４の前縁部をインペラ２の出口から可及的に遠ざけることになり、この結果、ディフューザベーン４の影響を可及的に少なくし、剥離による損失増加を回避して小流量側の作動範囲を拡げられる。
【００３０】
［第３実施例］
図３は本発明の第３実施例を示すベーンドディフューザの要部斜視図である。
【００３１】
これは、第１実施例におけるディフューザベーン４間に、同ディフューザベーン４よりコード長の短いスプリッタベーン６を配置したもので、その他の構成は図１と同様である。
【００３２】
これによれば、ベーン一枚当たりの負荷を低く抑えることができると共に整流効果アップにより、ステージ効率向上及び作動範囲拡大が図れ、多段遠心圧縮機の高効率化が図れる。
【００３３】
また、前記スプリッタベーン６は、前述したベンド流路部３ｂ（図１参照）に配置すると剥離防止の上で好適である。さらに、前記スプリッタベーン６は、ディフューザベーン４間に２列配置しても良い。
【００３４】
［第４実施例］
図４は本発明の第４実施例を示すディフューザベーンの前縁形状の説明図である。
【００３５】
これは、第１実施例におけるディフューザベーン４の前縁形状を、インペラ２（図１及び図２参照）からの歪み流れに対応してハブ側に対しシュラウド側を下流側に捻った形状（図中βｍ＞βｗ参照）としたもので、その他の構成は図１と同様である。
【００３６】
これによれば、より一層の整流作用向上により、ステージ効率向上及び作動範囲拡大が図れ、多段遠心圧縮機の高効率化が図れる。
【００３７】
［第５実施例］
図５は本発明の第５実施例を示すディフューザベーンの前縁形状の説明図である。
【００３８】
これは、第１実施例におけるディフューザベーン４の前縁前方のシュラウド側にフローガイド７を配置するもので、図示例では、フローガイド７がディフューザベーン４と一体形成されている。尚、フローガイド７は図示しないシュラウド側ケーシングに一体形成しても良い。その他の構成は図１と同様である。
【００３９】
これによれば、第４実施例と同様に、強い旋回がとれるなどのより一層の整流作用向上により、ステージ効率向上及び作動範囲拡大が図れ、多段遠心圧縮機の高効率化が図れる。
【００４０】
［第６実施例］
図６は本発明の第６実施例を示すベーンドディフューザの要部斜視図である。
【００４１】
これは、第１実施例におけるディフューザベーン４の前方に小弦節比ディフューザベーン８を支持部材９を介して配置したもので、その他の構成は図１と同様である。
【００４２】
これによれば、小弦節比ディフューザベーン８の取付角度の異なる支持部材９を複数容易しておくことで、インペラ２（図１及び図２参照）の設計仕様に応じて角度差を吸収できるので、ディフューザベーン４側を固定化できる。尚、前記小弦節比ディフューザベーン８をタンデムに配置しても良い。
【００４３】
［第７実施例］
図７は本発明の第７実施例を示すディフューザベーンの構造説明図である。
【００４４】
これは、第１実施例におけるディフューザベーン４の前半部（例えば前縁からスロートＡまでの距離）のエンドウォール１０と接する面にベーン圧力面４ａから負圧面４ｂへの流体洩れをラビリンスシール作用により防ぐシール用溝１１を形成したもので、その他の構成は図１と同様である。
【００４５】
これによれば、ディフューザ損失の低減により、ステージ効率向上及び作動範囲拡大が図れ、多段遠心圧縮機の高効率化が図れる。
【００４６】
［第８実施例］
図８は本発明の第８実施例を示すディフューザベーンの構造説明図である。
【００４７】
これは、第１実施例におけるディフューザベーン４の翼高さ方向に翼厚を変えたもので、その他の構成は図１と同様である。
【００４８】
これによれば、図示例の如く、例えば中間部を円弧状に細くすることで隣接するディフューザベーン４間でパイプディフューザに近似させられ、圧力回復向上により、ステージ効率向上及び作動範囲拡大が図れ、多段遠心圧縮機の高効率化が図れる。
【００４９】
尚、本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることはいうまでもない。例えば、ディフューザベーンに入口リーン角を付けたり、入口スキューを付けても良い。
【００５０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の請求項１に係る発明は、前，後段のインペラ間を連通する断面略Ｕ字状の戻り流路内に複数のディフューザベーンを円形翼列状に配置したベーンドディフューザにおいて、前記ディフューザベーンは、前段のインペラ下流のストレート流路部からベンド流路部を経て後段のインペラ上流のストレート流路部まで連続した長さで形成されるので、戻り流路内で剥離が生じるのを未然に回避できるなどで圧力損失（ディフューザ損失）を低減でき、ステージ効率向上及び作動範囲拡大が図れる。
【００５１】
請求項２に係る発明は、前記ディフューザベーンの前縁位置を、インペラ外径をＤ２  とした場合、１．２〜１．７Ｄ２  の位置に設定するので、ディフューザベーンの前縁部をインペラの出口から可及的に遠ざけることになり、これによりディフューザベーンの影響を可及的に少なくし、剥離による損失増加を回避して小流量側の作動範囲を拡げられる。
【００５２】
請求項３に係る発明は、前記ディフューザベーン間に、同ディフューザベーンよりコード長の短いスプリッタベーンを配置したので、ベーン一枚当たりの負荷を低く抑えることができると共に整流効果アップにより、ステージ効率向上及び作動範囲拡大が図れる。
【００５３】
請求項４に係る発明は、前記スプリッタベーンは、前記ベンド流路部に配置したので、請求項３と同様の作用・効果が得られる。
【００５４】
請求項５に係る発明は、前記ディフューザベーンの前縁形状を、インペラからの歪み流れに対応してハブ側に対しシュラウド側を下流側に捻った形状としたので、より一層の整流作用向上により、ステージ効率向上及び作動範囲拡大が図れる。
【００５５】
請求項６に係る発明は、前記ディフューザベーンの前縁前方のシュラウド側にフローガイドを配置したので、きつい旋回がとれるなどのより一層の整流作用向上により、ステージ効率向上及び作動範囲拡大が図れる。
【００５６】
請求項７に係る発明は、前記フローガイドはディフューザベーンに一体形成されるので、請求項６と同様の作用・効果に加えて設計の自由度がある。
【００５７】
請求項８に係る発明は、前記フローガイドはシュラウド側ケーシングに一体形成されるので、請求項６と同様の作用・効果に加えて設計の自由度がある。
【００５８】
請求項９に係る発明は、前記ディフューザベーンの前方に小弦節比ディフューザベーンを配置したので、小弦節比ディフューザベーンの取付角度の異なる支持部材等を複数容易しておくことで、インペラの設計仕様に応じて角度差を吸収できるので、ディフューザベーン側を固定化でき、生産性向上が図れる。
【００５９】
請求項１０に係る発明は、前記小弦節比ディフューザベーンをタンデムに配置したので、請求項９と同様の作用・効果に加えて設計の自由度がある。
【００６０】
請求項１１に係る発明は、前記ディフューザベーンの前半部のエンドウォールと接する面にベーン圧力面から負圧面への流体洩れを防ぐシール用溝を形成したので、ディフューザ損失の低減により、ステージ効率向上及び作動範囲拡大が図れる。
【００６１】
請求項１２に係る発明は、前記ディフューザベーンの翼高さ方向に翼厚を変えたので、例えば中間部を円弧状に細くすることで隣接するディフューザベーン間でパイプディフューザに近似させられ、圧力回復向上により、ステージ効率向上及び作動範囲拡大が図れる。
【００６２】
請求項１３に係る発明は、前，後段のインペラ間を連通する断面略Ｕ字状の戻り流路内に複数のディフューザベーンを円形翼列状に配置したベーンドディフューザを備える輻流ターボ機械において、前記ベーンドディフューザのディフューザベーンは、前段のインペラ下流のストレート流路部からベンド流路部を経て後段のインペラ上流のストレート流路部まで連続した長さで形成されるので、戻り流路内で剥離が生じるのを未然に回避できるなどで圧力損失（ディフューザ損失）を低減でき、ベーンドディフューザにおけるステージ効率向上及び作動範囲拡大が図れるので、多段遠心圧縮機、斜流圧縮機等輻流ターボ機械の高効率化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す多段遠心圧縮機の概略要部断面図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す多段遠心圧縮機の概略要部正面図である。
【図３】本発明の第３実施例を示すベーンドディフューザの要部斜視図である。
【図４】本発明の第４実施例を示すディフューザベーンの前縁形状の説明図である。
【図５】本発明の第５実施例を示すディフューザベーンの前縁形状の説明図である。
【図６】本発明の第６実施例を示すベーンドディフューザの要部斜視図である。
【図７】本発明の第７実施例を示すディフューザベーンの構造説明図である。
【図８】本発明の第８実施例を示すディフューザベーンの構造説明図である。
【図９】従来の多段遠心圧縮機の概略要部断面図である。
【符号の説明】
１  吸込み部
２  インペラ（羽根車）
３  戻り流路
３ａ  ストレート流路部
３ｂ  ベンド流路部
３ｃ  ストレート流路部
４  ディフューザベーン
４ａ  圧力面
４ｂ  負圧面
５  ベーンドディフューザ
６  スプリッタベーン
７  フローガイド
８  小弦節比ディフューザ
９  支持部材
１０  エンドウォール
１１  シール用溝
【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】
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