(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の羽根の回転により遠心方向に流体を流出する遠心羽根車であって、前記複数の羽根は、
その前縁からスロート位置までの羽根厚さを一定とし、前記スロート位置から後縁までの羽根厚さを後縁に向かって厚みを増した主羽根と、
前記主羽根と交互に設けられ、その前縁が前記スロート位置より下流に設けられ、前記主羽根より長さが短い中間羽根と、
から成り、
前記主羽根と前記中間羽根は、羽根車ハブと前記羽根車ハブに対向するシュラウドとの間に、周方向に配置され、
前記主羽根は、前記羽根車ハブと前記シュラウドに一体接合し、
前記中間羽根は、前記羽根車ハブと前記シュラウドのいずれか一方に一体接合している
ことを特徴とする遠心羽根車。
【請求項２】
請求項１に記載の遠心羽根車において、
前記中間羽根の高さは、前記主羽根の高さより所定量低い
ことを特徴とする遠心羽根車。
【請求項３】
ひとつの回転軸に複数の遠心羽根車を直列に配置し、流体を順次昇圧する一軸多段形遠心圧縮機において、
請求項１または２に記載の遠心羽根車が、少なくとも最下流段に配置されている
ことを特徴とする一軸多段形遠心圧縮機。
【請求項４】
請求項１に記載の遠心羽根車の製造方法であって、
羽根車ハブを切削加工して、前記主羽根と前記中間羽根を削りだすステップと、
羽根車シュラウドに、前記主羽根のみを溶接により接合するステップと、
を有することを特徴とする遠心羽根車の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一軸多段形遠心圧縮機の遠心羽根車の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロセス用として使用される遠心圧縮機は、高効率でかつ広作動範囲が要求される。遠心圧縮機を一定回転速度で運転すると、図１０の圧縮機の特性カーブを説明する図に示すように、その作動範囲は、小流量側はサージ発生、大流量側はチョーク発生によって定まる。このとき、設計点流量に対する小流量側の運転範囲はサージマージン、大流量側の運転範囲はチョークマージンと呼ばれる。
このサージ発生する流量（以下、サージ点と称す）より小さい流量で運転しようとすると、遠心圧縮機内部で失速・剥離に起因する逆流を生じ、安定した圧縮機運転が困難になり、圧縮機が損傷する可能性も生じる。
また吐出圧力を下げて、チョーク発生する流量（以下、チョーク点と称する）を超える流量増加を図ろうとしても、圧縮機内部の流路で流れが音速に達する（チョーク現象）と、それ以上の流量に増やすことはできない。
【０００３】
このサージマージンやチョークマージンを拡大する技術がいくつか考案されている。
例えば、特許文献１に開示される技術では、羽根入口から出口までの羽根角度分布、言い換えれば羽根の負荷分布を工夫することにより、羽根車のサージマージンを拡大し、同時に羽根車の効率向上を狙っている。この技術によれば、小流量側のサージマージン拡大効果が期待できる。しかし、大流量側のチョークマージン拡大については考慮されていない。
【０００４】
羽根車のチョークマージンを拡大するためには、羽根車流路の中で最も流路断面が狭い部分の面積、すなわちスロート面積を広くすることが知られている。詳しくは、羽根角度を工夫してスロート面積を大きくすると、チョークマージンを拡大することができる。
しかし、サージマージンを拡大するための羽根角度分布と、逆にチョークマージンを拡大する角度分布はトレードオフの関係になると考えられるので、この方法でチョークマージンを大幅に拡大することは難しい。
【０００５】
チョークマージンを拡大する他の方法として、特許文献２にも開示されている中間羽根の採用が挙げられる。この技術は、羽根車の羽根を、羽根長さの長い主羽根と相対的に羽根長さの短い中間羽根で構成し、それを後縁に揃えて周方向に交互に配置するものである。これにより、全て主羽根で構成した場合のスロート位置に対して、中間羽根の前縁はその位置よりも下流になるので、スロート位置の羽根数が半分になり、スロート面積を広くすることができる。
【０００６】
また、特許文献３には、ポンプ水車において、互いに隣接する主羽根の間に、主羽根のキャンバラインに沿う長さＬ０に対して所定比で短い、キャンバラインに沿う長さＬ１の羽根をもつ中間羽根を少なくとも１つ設けて、主羽根の一枚あたり負荷を減少させるとともに、翼面近傍での流速の減少をおさえて境界層の成長や流れの剥離を抑制する羽根車が開示され、これにより水位変動が大きな場合でも効率向上を図ることができ、キャビテーション特性を改善することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１５１１２６号公報
【特許文献２】特開２０１１−１１７３４６号公報
【特許文献３】特開２０００−５４９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の特許文献１に開示される技術によれば、サージマージンを拡大でき、特許文献２に開示される技術により、チョークマージンを拡大することができる。しかし、それぞれの技術だけでは、小流量側と大流量側の両方のマージンを拡大して、広作動範囲の遠心圧縮機を得ることができない。
【０００９】
また、特許文献２の中間羽根を用いたタイプの羽根車は、羽根車のシュラウドのついていないオープン羽根車に用いられることが多い。一軸多段形遠心圧縮機では、羽根先端隙間の管理が難しいという問題があり、オープン羽根車はほとんど適用されていない。
さらに、一軸多段形遠心圧縮機に適用可能な中間羽根をもったシュラウド付きの羽根車には、以下の製造上の課題がある。
【００１０】
羽根車の加工にはいくつかの方法がある。最も広く用いられているのは溶接製法で、その他にも鋳物、拡散接合、ロウ付け、あるいは放電加工などの製法がある。
例えば、溶接製法で行う場合、中間羽根の前縁付近は、溶接が容易でない。シュラウドに溝を加工して外部から溶接するスロット溶接を用いた場合でも、その前縁付近の溶接そのものの他に、その溶接ビードの仕上げは難しい。これは物理的に加工工具が挿入できないためである。
【００１１】
ロウ付けは、溶接ビードなしで接合するので、その仕上げの問題は無いが、ロウ付けそのものの接合強度が弱い上に、応力集中が生じやすいので、高速回転する圧縮機に適用するにはリスクが大きい。放電加工は、任意の形状に加工可能であるが、加工時間・加工コストの面で、課題がある。
鋳物で製作する場合は、中間羽根を備えた羽根車の製作は比較的容易である。したがって非圧縮性流体を取り扱うポンプなどでは１種類の鋳型で複数の羽根車を製作できるため、この製法が採用できるが、多段の圧縮機の場合、ガスの圧縮性のため、羽根車形状は各段で異なり、全ての羽根車を鋳物で作るのはコスト面で現実的でない。
【００１２】
本発明の目的は、サージマージンとチョークマージの両方を拡大し、広作動範囲の遠心羽根車を提供するとともに、一軸多段形遠心圧縮機に好適な遠心羽根車を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するため、本発明の複数の羽根の回転により遠心方向に流体を流出する遠心羽根車であって、前記複数の羽根は、その前縁からスロート位置までの羽根厚さを一定とし、前記スロート位置から後縁までの羽根厚さを下流に向かって厚みを増した主羽根と、前記主羽根と交互に設けられ、その前縁が前記スロート位置より下流に設けられ、前記主羽根より長さが短い中間羽根と、から成り、前記主羽根と前記中間羽根は、羽根車ハブと前記羽根車ハブに対向するシュラウドとの間に、周方向に配置され、前記主羽根は、前記羽根車ハブと前記シュラウドに一体接合し、前記中間羽根は、前記羽根車ハブと前記シュラウドのいずれか一方に一体接合するようにした。
【００１４】
また、本発明のひとつの回転軸に複数の異形の遠心羽根車を直列に配置し、流体を順次昇圧する一軸多段形遠心圧縮機は、前記遠心羽根車を、少なくとも最下流段に配置するようにした。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高性能で広作動範囲の遠心羽根車を実現でき、また、一軸多段形遠心圧縮機の高性能化・高信頼化・低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例の一軸多段形遠心圧縮機の断面構成をしめす図である。
【図２】実施例の羽根車の子午面形状をしめす図である。
【図３】実施例の羽根車の３次元斜視図（ワイヤーフレーム）である。
【図４】羽根車の羽根の負荷分布をしめす図である。
【図５】実施例の主羽根と中間羽根の接合構造の一例をしめす図である。
【図６】実施例の羽根車の羽根厚さをしめす３次元斜視図（ワイヤーフレーム）である。
【図７】主羽根と中間羽根の羽根厚さ分布をしめす図である。
【図８】主羽根と中間羽根の羽根厚さ分布の他例をしめす図である。
【図９Ａ】一軸多段遠心圧縮機の初段の圧縮機の特性を説明する図である。
【図９Ｂ】一軸多段遠心圧縮機の最終段の圧縮機の特性を説明する図である。
【図１０】圧縮機の特性カーブを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
《一軸多段形遠心圧縮機の構成》
まず、一軸多段形遠心圧縮機の構成を説明する。図１は、実施例の一軸多段形遠心圧縮機の断面構成図である。
【００１８】
実施例の一軸多段形遠心圧縮機は、一つの回転軸１０に５つの羽根車２０−１〜２０−５を備えた５段機の例である。圧縮流体は、吸込みノズル１２から流入し、初段の羽根車２０−１、ディフューザ１ｃ、リターンチャネル１ｄを通過して２段目羽根車２０−２へ流入する。以下、同様に、圧縮流体は、ディフューザ２ｃ、３ｃ、４ｃ、リターンチャネル２ｄ、３ｄ、４ｄを通過して３段目羽根車２０−３、４段目羽根車２０−４、５段目羽根車２０−５へ流入し、ディフューザ５ｃを経由して、吐出ノズル１３から流出する。この間、羽根車２０−１〜２０−５で、圧縮流体は順次昇圧される。図の符号８は、圧縮流体の流れ方向をしめしている。
【００１９】
羽根車２０−１〜２０−５は、符号１１の方向に回転する一軸の回転軸１０により駆動され、圧縮流体を圧縮している。
回転軸１０は、その両側をラジアル軸受６ａ、６ｂで支持され、また軸方向はスラスト軸受７で支持されている。また、回転軸１０は、軸端ラビリンス９ａ、９ｂによりシールされている。
羽根車２０−１〜２０−５は、図に示すようなシュラウド付きの羽根車であり、回転部と静止部の間には、マウスラビリンス１ｂ〜５ｂと段間ラビリンス１ｅ〜４ｅが設けられ、段間の圧力漏れをシールしている。
【００２０】
回転軸１０の回転とともに圧縮流体は昇圧され、同時に圧縮流体の温度も上昇するので、下流段ほど流体温度が高くなる。この温度上昇により、回転軸１０は、熱膨張して、軸方向に所定の長さ伸びるが、マウスラビリンス１ｂ〜５ｂと段間ラビリンス１ｅ〜４ｅは、回転軸が軸方向に伸びても十分吸収できるので、漏れは変わらない。
【００２１】
回転軸１０は、前段側のスラスト軸受７で軸方向が固定されているので、後段の羽根車の軸方向の変位量が大きくなる。もし羽根車にシュラウドのないオープン羽根車を使おうとすると、軸の伸びに相当する羽根先端隙間が生じるため、性能低下が大きくなる。
このため、一軸多段形の圧縮機においては、強度上の都合から例えば初段のみ、あるいは初段と２段目のみと限定してオープン羽根車を使うケースはありうるが、全段にオープンは羽根車を適用するケースは見られない。
【００２２】
《シュラウド付き羽根車の構造》
以下、本実施例の一軸多段形遠心圧縮機に適用されるシュラウド付き羽根車の構造を図２、図３により説明する。なお、詳細は後述するが、少なくとも、図１にしめした一軸多段形遠心圧縮機の羽根車２０−５が以下の構造を有している。
図２は、シュラウド付きの羽根車２０の子午面断面形状をしめす図である。また、図３は、羽根形状を見やすくするためにシュラウドを省いた状態の羽根車２０の３次元斜視図（ワイヤーフレーム）である。
【００２３】
図２にしめした羽根車２０は、符号１１にしめされる方向に回転する回転軸１０（図示せず）と一体回転するとともに、フランジ状に形成された羽根車ハブ２０ａ上に、主羽根２０ｃと中間羽根２０ｄが交互に形成され、さらに、主羽根２０ｃと中間羽根２０ｄを羽根車ハブ２０ａで挟むように羽根車シュラウド２０ｂが形成されている。符号２０ｆは、中間羽根２０ｄを主羽根２０ａと同じ形状にしたときの、羽根のスロート位置をしめしている。
【００２４】
《チョークマージの拡大》
そして、実施例の中間羽根２０ｄは、前記スロート位置２０ｆより下流に、中間羽根２０ｄの前縁が位置するように形成さている。また、中間羽根２０ｄの後縁は、主羽根２０ａの後縁と同じ、符号２０eの羽根後縁に位置するように形成されている。
【００２５】
図３の羽根車２０の３次元斜視図からも明らかなように、主羽根２０ａと中間羽根２０ｄの前縁の位置を、上述の位置にすることで、スロート位置２０ｆでの羽根枚数が半分になり、羽根の厚み分のスロート面積を広くすることができる。
なお、中間羽根前縁より下流側において、その中間羽根のスロート（中間羽根と主羽根の間の最小面積）も当然存在するが、このスロートは主羽根のスロートよりも半径が大きい位置に形成されるので、スロート位置２０ｆのスロート面積よりも大きくなり、作動範囲への影響はない。
【００２６】
本実施例では、詳細を後述する製造方法により、上述の主羽根２０ａと中間羽根２０ｄをもつシュラウド付きの羽根車２０を形成することで、チョークマージンを拡大できる。
【００２７】
《サージマージの拡大》
つぎに、サージマージの拡大方法について説明する。
実施例の羽根車２０は、羽根車の主羽根２０ａと中間羽根２０ｄの負荷が、羽根の前縁で最小値になるとともに、前記最小値からキャンバー線に沿って増大して最大値になり、前記最大値からキャンバー線に沿って前記後縁向かって減少するように、かつ前記羽根の負荷の最小値が、前記前縁における前記圧縮流体の逆流を抑える大きさになるように、前記主羽根２０ａと中間羽根２０ｄの翼角度を分布させている。
【００２８】
図４は、実施例の羽根の負荷分布をしめす図である。図４の横軸は、キャンバー線長さをシュラウド曲線の長さ（全長）で除した無次元数であらわしている。
詳細には、羽根の負荷は、羽根の両側を流れる圧縮流体の流速差や圧力差を示す指標であり、羽根の負荷が大きいほど、羽根車の内部を流れる圧縮流体の減速率が増加する。このため、サージの発生を遅らせるためには、羽根の前縁部での相対速度の減速を緩和し、逆流を抑えることが好適である。
【００２９】
そこで、本実施例では、図４にしめすように、羽根の負荷分布の屈曲点Ｐ１を、羽根のスロート位置の近傍に設けるようにした。すなわち、スロート位置より前縁部側で羽根の負荷を小さく抑え、スロート位置よりも後縁部側で羽根の負荷を急激に増加させる分布とする翼角度をもつ羽根とした。このような構成によってサージ発生に関与する、羽根車における主羽根の流入口での圧縮流体の減速を抑え、スロート位置より下流では、急激圧縮流体を減速させる理想的な相対速度分布を得ることができる。
【００３０】
図２や図３にしめすように、中間羽根２０ｄの前縁部は、チョークマージンの拡大のため、スロート位置２０ｆよりも下流に位置しており、中間羽根２０ｄの負荷分布は、図４の屈曲点Ｐ１より下流の羽根の負荷分布をもつようにする。
【００３１】
本実施例の主羽根２０ｃと中間羽根２０ｄは、図４にしめしたシュラウド曲線に沿った羽根の負荷分布を満足するように、逆解法の手法によって、シュラウド曲線の形状を決定する。
この逆解法は、例えば、所望する羽根負荷の分布を先に求め、その分布に基づいて羽根の形状を決定する手法であり、羽根の形状を先に決定する順解法より、所望する羽根負荷の分布を実現しやすい。
【００３２】
キャンバー線方向の負荷分布は、羽根のどの位置で羽根に仕事をさせるか、つまり、ヘッドをあげるかを示す分布となり、次式（数式１）で表すことができる。（数式１）は、半径がｒ、圧縮流体の周方向平均絶対速度がＣθ、キャンバー線長さがｘのとき、羽根負荷λは、キャンバー線長さｘの変化量に対する、周方向平均絶対速度Ｃθと半径ｒの積「ｒ・Ｃθ」の変化量となる。
【００３３】
【数１】
0006411118.tif 000002
【００３４】
したがって、羽根負荷が決定すると、圧縮流体の周方向平均絶対速度Ｃθに対応した、キャンバー線長さｘと半径ｒの関係を算出することができる。そして、例えば、つぎの（数式２）に基づいて翼角度βを設定できる。すなわち、羽根負荷が決定すると、逆解法によって翼角度βを設定することができ、さらにシュラウド曲線に沿って連続的に翼角度βを設定することで、シュラウド曲線の形状を決定できる。
【００３５】
【数２】
0006411118.tif 000003
（数式２）は、シュラウド曲線の任意の点と軸中心５ａの距離を半径ｒ、半径ｒが水平方向となす角度を周方向位置θ、シュラウド曲線の前縁部から点までを子午面に投影したときの長さをｍとしたときの、翼角度βをしめしている。
【００３６】
羽根のシュラウド曲線の形状は、前縁部から後縁部までのシュラウド曲線側の翼角度βを連続的に設定して決定される。同様に、ハブ曲線の形状は、前縁部から後縁部までのハブ曲線の翼角度βを連続的に設定して決定される。
そして、シュラウド曲線とハブ曲線を滑らかに、例えば直線的に接続して、羽根が形成される。
【００３７】
上述により羽根の形状が決定された主羽根２０ｃは、その羽根前縁からスロート部までの負荷を小さくして、入口部軽負荷にしたので、羽根車の流量が小さくなった時、この部分での流れの失速や剥離が抑えられ、サージマージンを大きくすることができる。
【００３８】
そして本実施例では、シュラウド付きの羽根車２０において、中間羽根を採用したので、スロート面積を大きくすることができ、それによりチョークマージンを増加でき、全体の作動範囲が拡大する。主羽根の入口軽負荷は、特許文献１の開示内容と同様であるが、この特許文献１との違いは、中間羽根を有する構成にすることによりサージマージンだけでなくチョークマージンを増加させたことにある。
【００３９】
また、上述の主羽根２０ｃと中間羽根２０ｄの構成・形状の特徴は、羽根車回転の遠心方向に圧縮流体の流れをもつ斜流羽根車にも適用することができる。
【００４０】
ところで、シュラウド付きの羽根車に中間羽根を適用しようとすると、その前縁付近の溶接ビードの仕上げが難しいなどの製作上の問題があるが、つぎにその解決方法を説明する。
【００４１】
《羽根車の製造方法》
図５の主羽根２０ｃと中間羽根２０ｄの接合構造の一例をしめす図により、シュラウド付き羽根車２０の製造方法を説明する。
最初に、羽根車ハブ２０ａを切削加工により、上述のように決定した形状に、主羽根２０ｃと中間羽根２０ｄを削りだす。
次に、別途製作した羽根車シュラウド２０ｂを溶接により接合する。このとき、接合するのは主羽根２０ｃのみとし、中間羽根２０ｄは溶接しないようにする。
【００４２】
詳しくは、主羽根２０ｃに対して、中間羽根２０ｄの高さをδだけ低くしている。これは主羽根２０ｃを溶接し冷却される際に羽根が縮むため、その縮み代を考慮して、溶接前は若干の隙間を設けている。溶接終了後は、この隙間はほぼ０になるように、予め主羽根２０ｃと中間羽根２０ｄの間に隙間δを与えることにより、溶接後の主羽根２０ｃの縮みによる残留応力を緩和する。
【００４３】
これにより次のようなメリットが生じる。
まず１つは、半数の羽根（中間羽根２０ｄ）を溶接しないので、溶接作業および溶接後のビードの仕上げ作業時間が大幅に短縮される。
次に、羽根車入口部分は主羽根２０ｃのみとなるので、羽根が全部主羽根２０ｃの場合に比べて、空間が広く主羽根２０ｃの前縁の溶接及び溶接ビード仕上げの作業性が向上する。
【００４４】
またこの例では、溶接方法は出入口からの溶接でも、あるいはシュラウド２０ｂの外側からのスロット溶接でも構わない。さらにこの例では、羽根車ハブ２０ａに主羽根２０ｃと中間羽根２０ｄを削りだし、シュラウド２０ｂを溶接しているが、逆にシュラウド２０ｂ側に主羽根２０ｃと中間羽根２０ｄを削りだして、あるいはシュラウド側に先に溶接で主羽根２０ｃおよび中間羽根２０ｄを接合した後、主羽根２０ｃのみを羽根車ハブハブ２０ａに接合する方法でも構わない。
【００４５】
また、羽根車ハブ側に主羽根を削りだし、シュラウド側に中間羽根を削りだして、主羽根とシュラウドを溶接接合してもよい。この場合、羽根車ハブ側に中間羽根を削りだし、シュラウド側に主羽根を削りだしもよい。いずれの場合も、主羽根を溶接接合することにより、羽根車ハブとシュラウドを一体化する。
【００４６】
上記のとおり、中間羽根を接合しないので、中間羽根を採用する際の問題であった中間羽根前縁付近の溶接および溶接ビードの仕上げは不要となり、容易に羽根車を製作することができ、高い強度信頼性を確保できると同時に製作コストも低減できる。
【００４７】
《羽根の厚み》
つぎに、図６により、実施例の羽根車２０の羽根の厚さを説明する。
図６は、実施例の羽根車の羽根厚さをしめす３次元斜視図（ワイヤーフレーム）である。シュラウド２０ｂは省略しているが、上述のとおり、主羽根２０ｃがシュラウド２０ｂへ接合される。
【００４８】
本実施例では主羽根２０ｃ、中間羽根２０ｄともその羽根厚さを下流（後縁）に向かって厚くしている。
このようにすることにより、羽根に生じる応力を緩和し、主羽根２０ｃだけの接合で、羽根一枚あたりにかかる力が大きくても、羽根の強度を十分確保することが可能になる。
【００４９】
また、特に取り扱い流量の小さい低比速度段では、羽根の厚さを厚くすることにより、同一流量を流す流路において、流路の高さと幅の比、すなわちアスペクト比を１に近づけることができる。低比速度段では、摩擦損失が支配的になるので、これにより摩擦損失の低減が可能になり、効率が向上する。つまり羽根応力の緩和と摩擦損失の低減を同時に満足し、信頼性が高く、かつ高効率で、従来に比べて作動範囲の広い羽根車を提供することが出来る。
【００５０】
つぎに、図７と図８により、主羽根２０ｃと中間羽根２０ｄの羽根厚さの分布をしめす。
図７にしめす例では、主羽根２０ｃは、その前縁からスロート位置２０ｆまでは羽根厚さ一定（羽根厚さ小）とし、スロート位置２０ｆ以降では後縁に向かって直線的に羽根厚さを増している。
中間羽根２０ｄは、上述のとおり、その前縁がスロート位置２０ｆより下流に位置するように形成され、後縁で主羽根２０ｃと同じ厚みになるように、後縁に向かって直線的に羽根を厚くしている。
このようにすることにより、スロート面積をより広く確保し、チョーク流量を大きくすることができる。
【００５１】
図８にしめす例では、主羽根２０ｃは、図７と同様に、その前縁からスロート位置２０ｆまでは羽根厚さ一定（羽根厚さ小）とするが、スロート位置２０ｆ以降では、図７に比べて、主羽根の厚さを上流側でより厚くしている。
中間羽根２０ｄは、図７と同様に、その前縁がスロート位置２０ｆより下流に、前縁が位置するように形成され、後縁で主羽根２０ｃと同じ厚みになるように、後縁に向かって直線的に羽根厚さを増している。
【００５２】
これは羽根の応力低減を狙ったもので、回転速度が高く、強度的に厳しい場合、図８にしめす羽根厚さ分布にすることにより、半径の大きい部分の羽根の応力を低減できるので、より高速小型の設計をすることができ、圧縮機の性能向上・コスト低減に寄与することができる。
【００５３】
また、主羽根２０ｃのみの接合とした場合、シュラウド２０ｂを支える羽根の強度的負担が増加する点については、従来よりも主羽根２０ｃの羽根厚さを下流に向けて厚くすることにより、羽根応力を緩和し、またこれにより、取り扱い流量の小さい羽根車２０、すなわち低比速度羽根車については、羽根車流路の濡れぶち面積を小さくし、摩擦損失を低減できるので、流体性能も向上する。
【００５４】
《多段構成》
つぎに、本実施例の一軸多段形遠心圧縮機に上述の羽根車２０を適用する場合に有効な適用段数について説明する。図１には、４段目と５段目の羽根車２０−４、２０−５に上述の羽根車２０を適用した一軸多段形遠心圧縮機をしめした。詳細は後述するが、実施例の一軸多段形遠心圧縮機では、少なくとも、最後段の羽根車２０−５に上述の羽根車２０を適用する。以下、その理由を説明する。
【００５５】
一軸多段形遠心圧縮機には所定の作動範囲が要求されるが，仕様点流量で設計した各段は，流量が仕様点から離れた点で運転する場合，各段の流れのマッチングにずれが生じる。このマッチングのずれについて、図９Ａの初段圧縮機の特性線図と図９Ｂの最終段圧縮機の特性線図を用いて説明する。
【００５６】
上述のとおり、圧縮機の小流量側の運転限界は、サージングの発生により決定される。一方、大流量側の運転限界は、チョークの発生で決定される。
【００５７】
サージングを発生する点をサージ点Ｐｓ、そのときの流量をＱｓ、チョークを発生する点をチョーク点Ｐｃ、そのときの流量をＱｃとしたときに、このＱｓからＱｃまでの流量範囲を作動範囲として、圧縮機は運転をおこなう。
この作動範囲の中間には、設計点でもある仕様点ＰＤｅｓがある。この仕様点ＰＤｅｓの流量ＱＤｅｓを境に、サージ流量Ｑｓから仕様点流量ＱＤｅｓまでの流量範囲をサージマージン、チョーク流量Ｑｃから仕様点流量ＱＤｅｓまでの流量範囲をチョークマージンと呼んでいる。
この作動範囲の中間に設計点でもある仕様点ＰＤｅｓがあり、初段圧縮機を、仕様点流量ＱＤｅｓ（体積流量比＝１．０）で運転している場合は、最終段圧縮機も仕様点流量ＱＤｅｓで運転される。
【００５８】
これに対して、図９Ａで、流量を増やすために初段圧縮機の流量を大流量側運転点Ａの流量まで増加させると、初段圧縮機のヘッドＨはＨＡとなり、仕様点ＰＤｅｓのヘッドＨＤｅｓに比べて低くなる。つまり仕様点ＰＤｅｓでの運転時に比べて圧縮流体が圧縮されないので、下流段の羽根車にとっては、より体積流量比の大きいところで運転することになる。
その結果、最終段圧縮機は、図９Ｂに示すように初段圧縮機よりも体積流量比では大流量側の運転点Ａ’で運転することになる。つまり、仕様点流量ＱＤｅｓからのずれが大きいところでの運転となる。
【００５９】
これとは逆に、図９Ａで、初段圧縮機が仕様点ＰＤｅｓよりも小流量側の運転点Ｂで運転されると、仕様点ＰＤｅｓのヘッドＨＤｅｓよりもヘッドＨが高くなる（ＨＢ）のでガスはより圧縮され、次段以降の圧縮機では体積流量比がより小さい運転点で運転される。例えば最終段では、サージ点Ｐｓに近い小流量側の運転点Ｂ’で運転されることになる。
【００６０】
以上説明したように、一軸多段形圧縮機の作動範囲は、構成する圧縮機のうちの下流段の圧縮機、特に最終段の圧縮機の作動範囲に大きく依存する。したがって作動範囲の広い一軸多段圧縮機を得るには、圧縮機の下流段側ほど作動範囲を広くすることが必要である。
【００６１】
図１の一軸多段圧縮機は，後段側（このケースでは４段目と５段目）に本発明の作動範囲の広い羽根車を適用する。これによって，圧縮機全体として作動範囲を拡大することが可能になる。
【００６２】
また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明で分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。
【符号の説明】
【００６３】
８  流れの方向
２０（２０−１、２０−２、２０−３、２０−４、２０−５）  羽根車
２０ａ  羽根車ハブ
２０ｂ  羽根車シュラウド
２０ｃ  主羽根
２０ｄ  中間羽根
２０ｅ  羽根後縁
２０ｆ  スロート位置
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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