(57)【要約】【課題】動作領域の圧縮効率の低下の抑制。【解決手段】ケーシング（１）の内側に形成される遠心圧縮流路（３）に配列される動翼群（５）と、動翼群（５）の上流側としてケーシング（１）の内側に形成される主流路（２）と、主流路（２）の外側領域で動翼群（５）の上流側に形成される迂回流路（１４）とから構成されている。迂回流路（１４）の下流側口（１５）は、動翼群（５）の上流側端より上流側に位置している。このような位置関係は、動翼端に対する流量の補充による動作範囲の拡大し、且つ、圧縮効率の低下を抑制することができる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、
前記ケーシングの内側に形成される遠心圧縮流路に配列される動翼群と、
前記動翼群の上流側として前記ケーシングの内側に形成される主流路と、
前記主流路の外側領域で前記動翼群の上流側に形成される迂回流路とを具え、
前記迂回流路は、
前記主流路の下流側で前記主流路に連通する下流側口と、
前記主流路の上流側で前記主流路に連通する上流側口とを備え、
前記下流側口は、前記動翼群の上流側端より上流側に位置している
圧縮機。
【請求項２】
前記下流側口の下流側端と前記動翼群の上流側端との間の回転軸心線方向距離はＤで表され、前記上流側端に位置的に対応する圧縮流路の直径は２Ｒで表され、前記回転軸心線方向距離Ｄと前記直径２Ｒとは、下記関係：
０＜Ｄ＜０．３×２Ｒ
により規定される
請求項１の圧縮機。
【請求項３】
０＜Ｄ＜０．１×２Ｒ
である
請求項２の圧縮機。
【請求項４】
前記迂回流路の内側周面の直径は２Ｒ１で表され、Ｒ＜Ｒ１である
請求項２の圧縮機。
【請求項５】
前記迂回回路は開閉自在であり、前記主流路の流量が規定量以上である際に前記迂回流路は閉じられる
請求項１の圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機に関し、特に、サージングを抑制して動作範囲拡大する圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
過給機、ガスタービン、産業用機械に用いられる圧縮機には、高効率化とともに、動作範囲の拡大化が求められる。
【０００３】
規定される回転数の回転動翼群は、ガス量の低下に伴って、サージ現象が生じることが知られている。回転動翼群が回転する環状空間に向かって流入するガスの量が規定以下になれば、その流域のガスに自励振動が生じる。このような自励現象は、サージ現象と呼ばれている。サージ現象は、流量と圧力比の関係を示すサージ曲線により定量的に表される。サージ曲線上の点は、運転が許容される最低流量を示す。このような最低流量を低減化することによるワイドレンジ化が求められる。
【０００４】
ワイドレンジ化は、最近の重要な課題である。そのような課題の解決に向かう技術は、後掲特許文献１，２で知られている。公知の技術は、上流側のガス導入流路と圧縮流路との間でガス流が循環する循環流路を設けることによりワイドレンジ化を実現している。翼前縁（動翼上流側端）より下流側に循環流路の始端口が配置される公知技術では、還流流路の入り口から導入して上流側に戻すガス流の流量をより多くするように、還流流路の入り口を高圧化するために翼前縁より下流側に配置することが試みられている。ワイドレンジ化を優先的に考える公知のそのような技術には、圧縮効率の問題がある。還流流路の入り口の近傍で圧縮されるガス流が還流され上流側に戻ることは、ワイドレンジ化に寄与するが、圧縮効率の低下を招く。このように、公知の圧縮機は、動作範囲を拡大することができるが、圧縮効率の低下を招くという問題が残存している。
【０００５】
動作領域で圧縮効率を低下させないことが望まれる。その環流路の動作特性の積極的改善が更に求められる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１０６２９３号
【特許文献２】特開２００３−１０６２９９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、動作領域で圧縮効率を低下させない圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による圧縮機は、ケーシング（１）と、ケーシング（１）の内側に形成される遠心圧縮流路（３）に配列される動翼群（６）と、動翼群（６）の上流側としてケーシング（１）の内側に形成される主流路（２）と、主流路（２）の外側領域で動翼群（６）の上流側に形成される迂回流路（１４）とから構成されている。迂回流路（１４）は、主流路（２）の下流側で主流路（２）に連通する下流側口（１５）と、主流路（２）の上流側で主流路（２）に連通する上流側口（１６）とから形成されている。下流側口（１５）は、動翼群（６）の上流側端より上流側に位置している。
【０００９】
下流側口（１５）が遠心圧縮流路（３）に流れ方向に重合すれば、高圧流が迂回流路に逃げて圧縮効率が低下する。下流側口（１５）は遠心圧縮流路（３）より適正に上流側に位置しているから、圧縮効率の低減が抑制される。迂回流路（１４）の存在がサージを抑制して動作領域を拡大する効果は、公知の圧縮機の効果を概ねそのままに踏襲している。
【００１０】
下流側口（１５）の下流側端と動翼群（６）の上流側端（７）との間の回転軸心線方向距離はＤで表され、上流側端（７）に位置的に対応する圧縮流路（３）の直径は２Ｒで表され、回転軸心線方向距離Ｄと直径２Ｒとは、下記関係：０＜Ｄ＜０．３×２Ｒにより規定される。Ｄが０．３×２Ｒより大きくなれば、動作範囲の拡大は、実用的に有意義でなくなる。離隔距離Ｄは、実用的に適正である範囲が実験的に確認される。０＜Ｄ＜０．１×２Ｒであることは実用的に更に好ましい。流路（１４）の内側周面の直径は２Ｒ１で表され、Ｒ＜Ｒ１であることは公知の圧縮機の通りに有意義である。
【００１１】
迂回流路（１４）は開閉自在であり、主流路（２）の流量が規定量以上である際に迂回流路（１４）は閉じられる。下流側口（１５）の下流側端と動翼群（６）の上流側端（７）との間の回転軸心線方向距離はＤで表され、下記関係：０＜Ｄ＜０．３×２Ｒにより規定される点は、既述の発明に同じである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による圧縮機は、動作領域で圧縮効率を低下させない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明による圧縮機の実現態は、図に対応して、詳細に記述される。圧縮機１０は、図１に示されるように、ケーシング１の中に導入側の主流路２と、遠心圧縮流路３と、吐出口（図示されず）に連通する概環状圧縮室４とを形成している。環状に配列される複数の動翼から形成される動翼群６は、遠心圧縮流路３に相当する環状空間の中に配列されている。動翼群６は、回転軸心線Ｌのまわりに回転する。主流２は、回転軸心線の方向にケーシング１の中に導入され概軸流を形成している。主流２を形成するガス流は、動翼群６により遠心方向に流れ方向を変えられ、概環状圧縮室４に送り込まれる。このように、ガス流は動翼群６により圧縮されて概環状圧縮室４に送られる。
【００１４】
ケーシング１の内周面は、動翼群６の前端縁（上流側端縁）７より上流側に位置する前縁近傍領域面８と、迂回流路形成領域面９と、主流形成領域面１１として区別される複数の流路形成内周面として形成されている。迂回流路形成領域面９は、前縁近傍領域面８より上流側に位置している。主流形成領域面１１は、迂回流路形成領域面９より上流側に配置されている。迂回流路形成領域面９の内側に環状迂回流路形成環１２が固定的に配置される。環状迂回流路形成環１２は、迂回流路形成領域面９に固定される複数の支持体（図示されず）により支持されている。そのような複数の支持体は、回転軸心線Ｌのまわりに配置され、ケーシング１の内周面と環状迂回流路形成環１２の環状迂回流路形成面１３との間に固定的に介設されている。迂回流路形成領域面９と環状迂回流路形成面１３の間の環状空間は、環状迂回流路１４として形成されている。
【００１５】
前縁近傍領域面８の有効直径は、２Ｒ１に設計されている。前縁近傍領域面８は、概ね円筒面であることが好ましい。迂回流路形成領域面９の有効直径は、２Ｒ２に設計されている。迂回流路形成領域面９は、概ね円筒面であることが好ましい。環状迂回流路形成面１３の有効直径は、２Ｒ３に設計されている。環状迂回流路形成面１３は、概ね円筒面であることが好ましい。主流形成領域面１１の有効直径は、２Ｒ４に設計されている。主流形成領域面１１は、概ね円筒面であることが好ましい。４つの半径Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の間の関係は、下記のように設定される。
Ｒ１＜Ｒ２，Ｒ３＜Ｒ２
であり、下記であることが好ましい。
Ｒ１＝＜Ｒ４
本実現態では、環状迂回流路形成環１２の内周面の直径は、前縁近傍領域面８の直径Ｒ１に概ね等しく設計されている。環状迂回流路１４の下流側口１５は、環状迂回流路１４の内周側に相当する環状迂回流路形成面１３より内側（回転軸心線側）に位置づけられ、且つ、環状迂回流路１４の上流側口１６は環状迂回流路形成面１３より内側に位置づけられている。
【００１６】
下流側口１５の後端縁（下流側端縁）と動翼群６の前端縁７との間の回転軸心線方向距離Ｄは、下記条件で規定されている。
０＜Ｄ＜０．３・２Ｒ１
このように、下流側口１５の下流側端縁位置は、図２に示されるように、動翼群６の前端縁７より上流側に位置し、動翼群６の前端縁７の最大直径に概ね等しい前縁近傍領域面８の直径２Ｒ１の３０％より小さい距離で動翼群６の前端縁７より上流側に離隔している。
【００１７】
主流２のガス流の一部は、図３に示されるように、動翼群６の前端縁７より下流側の圧縮開始点Ｐ１で急速に高圧化する。圧縮開始点Ｐ１の圧力は、動翼群６の前端縁７より僅かに上流側の圧縮開始直前点Ｐ２の圧力に対して増大している。下流側口１５の近傍点Ｐ３の圧力は、圧縮開始直前点Ｐ２の圧力よりも更に低いが、動翼群６の前端近傍による圧縮開始の影響を受けていて、主流２の側の有効主流点Ｐ４の圧力より高い。有効主流点Ｐ４の圧力は、概ね上流側口１６の近傍の圧力に近い。主流２の流量がサージング発生領域に近づく程度に低下する際に、点Ｐ３の下流側近傍位置は前縁近傍領域面８の直径２Ｒ１の３０％より大きい距離に点Ｐ２から離隔していないので、点Ｐ３の圧力は点Ｐ４の圧力より適正に高く維持されている。このような適正圧力が点Ｐ３で維持されているので、点Ｐ３のガス流の一部分１８は、図３に示されるように、下流側口１５から環状迂回流路１４の中に吸い込まれ、図２に示されるように、上流側口１６から主流路２に還流し、更に、遠心圧縮流路３に向かって順方向に（下流側に）向かい、遠心圧縮流路３の圧縮流に補充される。このような補充により、サージング現象が有効に回避される。
【００１８】
図４は、性能比較試験を示している。縦軸は圧力比（圧縮率）を示し、横軸は流量を示している。サージ線（サージ発生境界線）Ｃ２は、還流迂回流路が設けられていない公知のサージ線を示している。サージ線Ｃ３は、還流迂回流路１４が設けられている本発明のサージ線を示している。サージ線Ｃ３は、還流迂回流路が設けられている公知のサージ線に概ね同形であるが、本発明の圧力比曲線Ｋ（例示：Ｋ１）に見られるように、Ｂ１で示す圧力比が公知の還流迂回流路付き圧縮機のＢ１’に比べて高く、効率低下が抑制されている。
【００１９】
図５は、本発明による圧縮機の他の実現態を示している。本実現態では、ケーシング１と環状迂回流路形成環１２とにより形成される環状迂回流路１４が開閉動作制御レバー２１により開閉自在である。下流側口１５は、開閉動作制御レバー２１により開閉自在である。減少する流量がサージ限界に近づけば、閉じていた環状迂回流路形成環１２が後退し（逆軸流方向に移動し）、下流側口１５が開く。サージングが発生しやすい小流量側の下流側口１５のみを開く制御は有効である。
【００２０】
図４は、性能試験結果を示している。Ｃ１で示される線を境にして、それより小流量側で還流迂回流路を開き、Ｃ１より大流量側で迂回流路１４を閉じることにより、サージ流量を低減して作動範囲を拡大し、大流量側では高効率な作動が実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明による圧縮機の実現態を示す断面図である。
【図２】図２は、図１の一部を示す断面図である。
【図３】図３は、図２の一部を示す断面図である。
【図４】図４は、性能比較試験を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明による圧縮機の更に他の実現態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１…ケーシング
２…主流路
３…遠心圧縮流路
６…動翼群
７…上流側端
１４…迂回流路
１５…下流側口
１６…上流側口
１９…旋回羽根
【図１】
2005240696.tif 000003
【図２】
2005240696.tif 000004
【図３】
2005240696.tif 000005
【図４】
2005240696.tif 000006
【図５】
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