(57)【要約】【課題】遠心圧縮機及びインペラの製造方法において、運転効率を向上して適応可能な流量範囲を拡大することで、性能の向上を可能とする。【解決手段】インペラ１１におけるブレード１６の負圧面側にて、径方向におけるほぼ中央部に、前縁部Ａからスロート部Ｂにかけて曲線をなすように凸部１７を形成し、この凸部１７はスロート部Ｂから後縁部に向けて曲線をなして平面状になるように形成することで、この凸部１７をインペラ１１への流体の相対流入速度がマッハ数Ｍａ≒１となる位置に形成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングの内部に、ハブの外周部に複数のブレードが放射状に装着されたインペラが回転可能に配設され、前記ケーシング内に導入された流体を前記インペラの回転により昇圧して吐出する遠心圧縮機において、前記ブレードにおける負圧面側のスロート部が相対的に翼高さ方向に凸状に形成されたことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
請求項１記載の遠心圧縮機において、前記ブレードにおける負圧面側のスロート部が翼高さ方向の断面にて凸状に形成されたことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項３】
請求項１または２記載の遠心圧縮機において、前記ブレードにおける負圧面側にて、前記インペラへの流体の相対流入速度がマッハ１となる翼高さ位置近傍が凸状に形成されたことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項４】
請求項１または２記載の遠心圧縮機において、前記ブレードにおける負圧面側のスロート部にて、該ブレードの径方向におけるほぼ中間部が凸状に形成されたことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項５】
請求項４記載の遠心圧縮機において、前記ブレードにおける負圧面側のスロート部にて、該ブレードの径方向におけるほぼ中間部が曲線をなすように凸状に形成されたことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項６】
請求項４記載の遠心圧縮機において、前記ブレードにおける負圧面側のスロート部にて、該ブレードの径方向におけるほぼ中間部が峰状をなすように凸状に形成されたことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項７】
請求項１または２記載の遠心圧縮機において、前記ブレードの負圧面側は、前縁部から前記スロート部に向けて漸次凸状になるように形成されたことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項８】
請求項７記載の遠心圧縮機において、前記ブレードの負圧面側は、凸状に形成された前記スロート部から下流に向けて漸次平面状になるように形成されたことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項９】
請求項７記載の遠心圧縮機において、前記ブレードの負圧面側は、凸状に形成された前記スロート部から下流に向けて漸次平坦に、さらに凹状になるように形成されたことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項１０】
請求項１または２記載の遠心圧縮機において、前記ブレードにおける負圧面側のスロート部にて、前記ハブ側が凹状に形成されたことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項１１】
ケーシングの内部に、ハブの外周部に複数のブレードが放射状に装着されたインペラが回転可能に配設され、前記ケーシング内に導入された流体を前記インペラの回転により昇圧して吐出する遠心圧縮機において、切削刃物をその回転軸が前記ブレードの後縁側に所定角度傾斜した状態で、前記ブレードの前縁部側から該ブレードにおける負圧面側を切削加工し、スロート部を相対的に凸状に形成することを特徴とするインペラの製造方法。
【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遠心圧縮機に関し、特に、流体を昇圧するためのインペラ並びにインペラの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２０は、従来の遠心圧縮機におけるインペラの断面図、図２１は、図２０のXXI−XXI断面図、図２２は、従来のインペラのブレードにおける各位置での形状を表す概略図、図２３は、従来の遠心圧縮機における流体の相対流入速度に対する単位面積あたりの流量を表すグラフである。
【０００３】
一般的な遠心圧縮機は、ケーシング内に複数のブレードを有するインペラが回転自在に支持され、このインペラに対して軸方向に沿った吸込通路が形成されると共に、径方向に沿ったディフューザが形成されて構成されている。従って、図示しないモータによりインペラを回転すると、流体が吸込通路を通してケーシング内に吸い込まれ、インペラを流過する過程で昇圧された後にディフューザに吐出され、ここで圧縮流体の動圧が静圧に変換される。
【０００４】
このような遠心圧縮機において、図２０及び図２１に示すように、インペラ００１は、回転軸００２に固定されたハブ００３と、このハブ００３の外周部に放射状に固定された複数のブレード００４とから構成されている。通常、このインペラ００１のブレード００４を設計する場合、ブレード００４における外周側形状（シュラウド側ブレード形状）と、内周側形状（ハブ側ブレード形状）とを決定し、両者を直線で結ぶことでブレード全体形状を決定する手法がとられている。
【０００５】
上述した遠心圧縮機を高圧力比の遠心圧縮機として適用した場合、インペラ００１に吸入される流体の流速が音速を超えるものとなり、例えば、図２０に示すように、ハブ側（Ｈ）でマッハ数Ｍａ≒０．７、中央部（Ｍ）でマッハ数Ｍａ≒１．０、シュラウド側（Ｓ）でマッハ数Ｍａ≒１．３となる。そのため、ハブ側で亜音速、シュラウド側で超音速となる遷音速インペラを構成することとなり、特に、中央部からシュラウド側にかけて衝撃波が発生する。そして、この衝撃波が大きい場合には、ブレード表面の流れが剥離してインペラが失速し、効率や性能が低下してしまうという問題がある。
【０００６】
そこで、このような問題を解決するものとして、例えば、下記特許文献１がある。この特許文献１に記載された技術では、インペラブレードの子午面形状を、リーディングエッジの端部の外周側の角部を、リーディングエッジに対して、吸い込まれる気流のうちのブレードに垂直に流入する速度成分の大きさが衝撃波の発生する速度よりも小さくなるように、斜めに切断した形状とすることで、気流の相対流入速度を衝撃波が発生する限界速度未満に抑制し、衝撃波の発生を防止している。
【０００７】
【特許文献１】特開平０８−０４９６９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述した従来の遠心圧縮機のインペラ００１を、高圧力比の遠心圧縮機として適用した場合、隣接するブレード００４のスロート幅は、シュラウド側（Ｓ）とハブ側（Ｈ）との間で直線的に変化するようにその中央部（Ｍ）が設定されることとなり、ブレード００４の曲がりは、シュラウド側とハブ側とで同じ圧力上昇を得るために、シュラウド側に比べてハブ側の転向角が大きくなるように設計される。その結果、図２２に示すように、インペラ００４にて、前縁部Ａでのブレード仮想流路幅ＷS，ＷM，ＷHに対してスロート部Ｂでのスロート幅ＷSth，ＷMth，ＷHthが大きくなり、また、前縁部Ａからスロート部Ｂに至る流路面積の変化の比は、ハブ側で大きく、シュラウド側で小さくなっている。
【０００９】
そのため、上述した特許文献１のように、インペラブレードの子午面形状を、リーディングエッジの端部の外周側の角部が斜めに切断された形状としても、流路面積の変化に伴って発生する衝撃波を低減することはできない。
【００１０】
即ち、ブレードの転向により流路面積が増加するとき、マッハ数Ｍａ≒１．０を超える超音速領域にあるブレードの中間部Ｍとシュラウド側Ｓではマッハ数が増加し、マッハ数Ｍａ≒１．０より小さい亜音速領域にあるブレードのハブ側Ｈではマッハ数が減少する。そして、流路面積は単位面積あたりの流量に関係することから、マッハ数と流量との関係は、図２３のグラフに表すような放物線の関係となる。
【００１１】
従って、図２３に示すように、流体が吸入されるとき、前縁部Ａ（●）からスロート部Ｂ（△）に至る際に流路面積が増大するため、そのときの単位面積あたりの流量Ｑは、ハブ側（Ｈ）で変化量ΔＱHだけ減少し、マッハ数Ｍａは、ハブ側（Ｈ）でＭａHAからＭａHBに減少する。一方、中央部（Ｍ）で変化量ΔＱM、シュラウド側（Ｓ）で変化量ΔＱSだけ減少し、中央部（Ｍ）でＭａMAからＭａMBに、シュラウド側（Ｓ）でＭａSAからＭａSBに増加してしまう。この場合、単位面積あたりの流量の変化量ΔＱMは変化量ΔＱSより大きいので、中間部でのマッハ数の増加量ΔＭａMは、シュラウド側でのマッハ数の増加量ΔＭａSよりも大きくなってしまうことが理解できる。
【００１２】
このように高圧力比の遠心圧縮機にて、流体が前縁部Ａからスロート部Ｂに流入するとき、流路面積の増大に伴って単位面積あたりの流量が減少するため、特に、ブレードの径方向における中央部にて、マッハ数が大きく増加してしまうこととなる。そのため、ここで大きな衝撃波が発生することとなり、インペラの効率や性能が低下し、圧縮機自体の効率が低下してしまい、安定して作動できる流量範囲が減少してしまう。
【００１３】
本発明はこのような問題を解決するものであって、運転効率を向上して適応可能な流量範囲を拡大することで、性能の向上を可能とした遠心圧縮機及びインペラの製造方法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】
【００１４】
上述の目的を達成するための請求項１の発明の遠心圧縮機は、ケーシングの内部に、ハブの外周部に複数のブレードが放射状に装着されたインペラが回転可能に配設され、前記ケーシング内に導入された流体を前記インペラの回転により昇圧して吐出する遠心圧縮機において、前記ブレードにおける負圧面側のスロート部が相対的に翼高さ方向に凸状に形成されたことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項２の発明の遠心圧縮機では、前記ブレードにおける負圧面側のスロート部が翼高さ方向の断面にて凸状に形成されたことを特徴としている。
【００１６】
請求項３の発明の遠心圧縮機では、前記ブレードにおける負圧面側にて、前記インペラへの流体の相対流入速度がマッハ１となる翼高さ位置近傍が凸状に形成されたことを特徴としている。
【００１７】
請求項４の発明の遠心圧縮機では、前記ブレードにおける負圧面側のスロート部にて、該ブレードの径方向におけるほぼ中間部が凸状に形成されたことを特徴としている。
【００１８】
請求項５の発明の遠心圧縮機では、前記ブレードにおける負圧面側のスロート部にて、該ブレードの径方向におけるほぼ中間部が曲線をなすように凸状に形成されたことを特徴としている。
【００１９】
請求項６の発明の遠心圧縮機では、前記ブレードにおける負圧面側のスロート部にて、該ブレードの径方向におけるほぼ中間部が峰状をなすように凸状に形成されたことを特徴としている。
【００２０】
請求項７の発明の遠心圧縮機では、前記ブレードの負圧面側は、前縁部から前記スロート部に向けて漸次凸状になるように形成されたことを特徴としている。
【００２１】
請求項８の発明の遠心圧縮機では、前記ブレードの負圧面側は、凸状に形成された前記スロート部から下流に向けて漸次平面状になるように形成されたことを特徴としている。
【００２２】
請求項９の発明の遠心圧縮機では、前記ブレードの負圧面側は、凸状に形成された前記スロート部から下流に向けて漸次平坦に、さらに凹状になるように形成されたことを特徴としている。
【００２３】
請求項１０の発明の遠心圧縮機では、前記ブレードにおける負圧面側のスロート部にて、前記ハブ側が凹状に形成されたことを特徴としている。
【００２４】
請求項１１の発明のインペラの製造方法は、ケーシングの内部に、ハブの外周部に複数のブレードが放射状に装着されたインペラが回転可能に配設され、前記ケーシング内に導入された流体を前記インペラの回転により昇圧して吐出する遠心圧縮機において、切削刃物をその回転軸が前記ブレードの後縁側に所定角度傾斜した状態で、前記ブレードの前縁部側から該ブレードにおける負圧面側を切削加工し、スロート部を相対的に凸状に形成することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１の発明の遠心圧縮機によれば、ケーシングの内部に複数のブレードが放射状に装着されたインペラを回転可能に配設し、各ブレードにおける負圧面側のスロート部を相対的に翼高さ方向に凸状に形成したので、スロート幅が小さくなり、流体の流れ方向における流路面積の変化が減少して流量変化も減少するため、マッハ数の増加が抑制されて発生する衝撃波の大きさも抑制されることとなり、流体の剥離や歪が減少してインペラの効率や性能の低下が防止され、その結果、運転効率が向上することで、適応可能な流量範囲を拡大することで性能を向上することができる。
【００２６】
請求項２の発明の遠心圧縮機によれば、ブレードにおける負圧面側のスロート部を翼高さ方向の断面にて凸状に形成したので、ブレードの翼高さ方向における中央部が凸状となってこの位置で発生する衝撃波の大きさを確実に抑制することができる。
【００２７】
請求項３の発明の遠心圧縮機によれば、ブレードにおける負圧面側をインペラへの流体の相対流入速度がマッハ１となる翼高さ位置近傍が凸状になるように形成したので、ブレードの径方向における中央部が凸状に形成されることとなり、この位置で発生する衝撃波の大きさを確実に抑制することができる。
【００２８】
請求項４の発明の遠心圧縮機によれば、ブレードにおける負圧面側のスロート部をブレードの径方向におけるほぼ中間部が凸状になるように形成したので、衝撃波が発生しやすい部位を凸状とすることで、確実に衝撃波の大きさを減少することができる。
【００２９】
請求項５の発明の遠心圧縮機によれば、ブレードにおける負圧面側のスロート部をブレードの径方向におけるほぼ中間部が曲線をなすように凸状に形成したので、ブレードの負圧面側を曲線をなす凸状としたことで、流体の流れを阻害することなくスロート幅を狭くすることができる。
【００３０】
請求項６の発明の遠心圧縮機によれば、ブレードにおける負圧面側のスロート部をブレードの径方向におけるほぼ中間部が峰状をなすように凸状に形成したので、ブレードの負圧面側を峰状をなす凸状としたことで、流体の流れを阻害することなくスロート幅を狭くすることができるとともに、面の切削加工が容易となって加工性を向上することができる。
【００３１】
請求項７の発明の遠心圧縮機によれば、ブレードの負圧面側を前縁部からスロート部に向けて漸次凸状になるように形成したので、流体の流れを阻害することなくスロート幅を狭くすることができる。
【００３２】
請求項８の発明の遠心圧縮機によれば、ブレードの負圧面側をスロート部から後縁部に向けて漸次平面状になるように形成したので、流体の流れを阻害することなくスロート幅を狭くすることができる。
【００３３】
請求項９の発明の遠心圧縮機によれば、ブレードの負圧面側を、凸状に形成されたスロート部から後縁部に向けて漸次平坦に、さらに凹状になるように形成したので、流体の流れを阻害することなく流体を効率よく圧縮することができる。
【００３４】
請求項１０の発明の遠心圧縮機によれば、ブレードにおける負圧面側のスロート部をハブ側が凹状になるように形成したので、流体の流れをスムースとして性能を向上することができる。
【００３５】
請求項１１の発明のインペラの製造方法によれば、ケーシングの内部に複数のブレードが放射状に装着されたインペラが回転可能に配設された遠心圧縮機にて、切削刃物をその回転軸がブレードの後縁側に所定角度傾斜した状態で、ブレードの前縁部側からブレードにおける負圧面側を切削加工し、スロート部を相対的に凸状に形成するようにしたので、ブレード面の加工を容易に短時間で行うことができ、加工性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】
【００３６】
以下に、本発明に係る遠心圧縮機及びインペラの製造方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００３７】
図１は、本発明の実施例１に係る遠心圧縮機の要部断面図、図２は、図１のII−II断面図、図３は、図１のIII−III断面図、図４は、実施例１の遠心圧縮機におけるインペラの概略図、図５は、実施例１の遠心圧縮機におけるインペラの製造方法を表す概略図、図６は、インペラの加工手順を表す概略図、図７は、実施例１のインペラのブレードにおける中央部での形状を表す概略図、図８は、実施例１の遠心圧縮機における流体の相対流入速度に対する単位面積あたりの流量を表すグラフである。
【００３８】
本実施例の遠心圧縮機は、図１乃至図４に示すように、図示しないケーシング内にインペラ１１が回転軸１２により回転自在に支持され、このインペラ１１に対して軸方向に沿った吸込通路１３が形成されると共に、径方向に沿ったディフューザ１４が形成されて構成されている。従って、図示しないモータによりインペラ１１を回転すると、流体が吸込通路１３を通してケーシング内に吸い込まれ、インペラ１１を流過する過程で昇圧された後にディフューザ１４に吐出され、ここで圧縮流体の動圧が静圧に変換される。
【００３９】
このような遠心圧縮機において、インペラ１１は、回転軸１２に固定されたハブ１５の外周部に、複数のブレード１６が放射状に固定されて構成されており、このブレード１６の全体形状は、外周側形状（シュラウド側ブレード形状）と、内周側形状（ハブ側ブレード形状）とが決定され、両者を直線で結ぶことで中央部形状が決定される。
【００４０】
そして、本実施例の遠心圧縮機は高圧力比対応の遠心圧縮機であり、インペラ１１に吸入される流体の流速は音速を超えるものとなる。即ち、インペラ１１のブレード１６にて、ハブ側（Ｈ）でマッハ数Ｍａ≒０．７、中央部（Ｍ）でマッハ数Ｍａ≒１．０、シュラウド側（Ｓ）でマッハ数Ｍａ≒１．３と推測される。そのため、ハブ側で亜音速、シュラウド側で超音速となる遷音速インペラ１１を構成することとなる。そして、このような遷音速インペラ１１では、一般に、ブレード１６の転向により、前縁部Ａの仮想流路幅に対してスロート部Ｂのブレード幅（スロート幅）が増加して流路面積が増加することから、流量が減少してマッハ数が増加し、特に、中央部からシュラウド側にかけて衝撃波が発生してしまい、効率や性能が低下するという問題がある。
【００４１】
そこで、本実施例では、このように構成された遠心圧縮機にて、各ブレード１６にて、負圧面側のスロート部が翼高さ方向（翼径方向）の断面にて相対的に凸状になるように形成されている。即ち、ブレード１６における負圧面（回転方向後面）は、前縁部Ａからスロート部Ｂにかけて曲線（弧状）をなして漸次凸状になるように凸部１７が形成され、この凸部１７はスロート部Ｂから後縁部に向けて漸次平面状になるように形成されている。そして、この凸部１７は、ブレード１６の径方向におけるほぼ中間部、つまり、インペラ１１への流体の相対流入速度がマッハ数Ｍａ≒１となる近傍に形成されている。
【００４２】
この場合、ブレード１６は、前縁部Ａで、図２に詳細に示すように、径方向に沿った直線形状をなし、圧力面側も負圧面側も平坦面となっているが、スロート部Ｂでは、図３に詳細に示すように、回転方向前方に湾曲した曲線形状をなし、圧力面側は凹部形状に、負圧面側は凸部形状になっている。
【００４３】
ところで、負圧面側のスロート部Ｂに凸部１７を有するブレード１６は、下記に説明する方法で製造する。図５及び図６に示すように、先端部細く形成された切削刃物２１を用い、その回転軸Ｏがブレード１６の後縁側に所定角度傾斜した状態で、ブレード１６の前縁部Ａからブレード１６における負圧面側を切削加工し、スロート部Ｂを凸状（凸部１７）に形成し、後縁側に加工していく。即ち、切削刃物２１を所定速度で回転した状態で、図６に示すように、その回転軸ＯをＯ1，Ｏ2，・・・Ｏ10と移行させながら、また、図５に示すように、面厚方向に連続して揺動させながら表面を切削加工することで、スロート部Ｂを凸状に形成する。
【００４４】
このように本実施例のインペラ１１にて、ブレード１６における負圧面側のスロート部Ｂに凸部１７を形成することで、図７に示すように、スロート部Ｂの中央部でのスロート幅ＷMthは、従来のスロート幅ＷMth´に対して小さくなり、前縁部Ａからスロート部Ｂに至る流路面積の変化量（増加量）は小さくなっている。
【００４５】
従って、図８に示すように、流体が吸入されるとき、前縁部Ａ（●）からスロート部Ｂ（△）に至る際に流路面積が増大するため、そのときの流量Ｑは、ハブ側（Ｈ）で変化量ΔＱH、中央部（Ｍ）で変化量ΔＱM、シュラウド側（Ｓ）で変化量ΔＱSだけ減少する。すると、マッハ数Ｍａは、ハブ側（Ｈ）でＭａHAからＭａHBに減少し、中央部（Ｍ）でＭａMAからＭａMBに、シュラウド側（Ｓ）でＭａSAからＭａSBで増加する。この場合、中央部（Ｍ）にて、スロート部Ｂに凸部１７が形成されているため、前縁部Ａからスロート部Ｂに至る流路面積の変化量（増加量）は小さく、流量Ｑの変化量（低下量）ΔＱMも小さい。その結果、中央部（Ｍ）でのマッハ数の増加量ΔＭａMは、従来（図２３）に比べて著しく減少している。
【００４６】
このように実施例１の遠心圧縮機にあっては、インペラ１１におけるブレード１６の負圧面側にて、径方向におけるほぼ中央部に、前縁部Ａからスロート部Ｂにかけて曲線をなすように凸部１７を形成し、この凸部１７はスロート部Ｂから後縁部に向けて曲線をなして平面状になるように形成することで、この凸部１７をインペラ１１への流体の相対流入速度がマッハ数Ｍａ≒１となる位置に形成している。
【００４７】
従って、インペラ１１の中央部でのスロート幅が小さくなり、流体の流れ方向における流路面積の変化が減少して流量変化も減少するため、マッハ数の増加が抑制されて発生する衝撃波の大きさも抑制されることとなり、流体の流れの剥離や歪が減少してインペラ１１の効率や性能の低下が防止される。その結果、運転効率が向上することで、適応可能な流量範囲を拡大することで性能を向上することができる。
【００４８】
また、先端部細く形成された切削刃物２１を適用し、その回転軸Ｏがブレード１６の後縁側に所定角度傾斜した状態で、ブレード１６の負圧面を前縁部Ａからスロート部Ｂに向けて切削加工することで、スロート部Ｂを凸状（凸部１７）に形成している。従って、ブレード１６の負圧面の加工を容易に、且つ、短時間で行うことができ、加工性を向上することができる。
【実施例２】
【００４９】
図９は、本発明の実施例２に係る遠心圧縮機の要部断面図、図１０は、図９のＸ−Ｘ断面図、図１１は、実施例２の遠心圧縮機におけるインペラの概略図、図１２は、実施例２の遠心圧縮機におけるインペラの製造方法を表す概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００５０】
実施例２の遠心圧縮機において、図９乃至図１１に示すように、インペラ３１は、回転軸３２に固定されたハブ３３の外周部に、複数のブレード３４が放射状に固定されて構成されている。このインペラ３１のブレード３４における負圧面にて、前縁部Ａからスロート部Ｂにかけて曲線（弧状）をなして漸次凸状になるように凸部３５が形成され、この凸部３５はスロート部Ｂから後縁部に向けて漸次平面状になるように形成されている。そして、この凸部３５は、ブレード３４の径方向におけるほぼ中間部、つまり、インペラ３１への流体の相対流入速度がマッハ数Ｍａ≒１となる線上に沿って峰となるように形成されている。
【００５１】
この場合、ブレード３４は、前縁部Ａで、径方向に沿った直線形状をなし、圧力面側も負圧面側も平坦面となっているが、スロート部Ｂでは、図１０に詳細に示すように、回転方向前方に屈曲した形状をなし、圧力面側は凹部形状に、負圧面側は凸部形状になっている。
【００５２】
ところで、負圧面側のスロート部Ｂに凸部３５を有するブレード３４は、下記に説明する方法で製造する。図１２に示すように、先端部細く形成された切削刃物２１を用い、ブレード３４の前縁部Ａからブレード３４における負圧面側を切削加工し、スロート部Ｂを凸状（凸部３５）に形成し、後縁側に加工していく。この場合、切削刃物２１を所定速度で回転した状態で、その回転軸Ｏを移行させながら、且つ、面厚方向に２段階で表面を切削加工することで、スロート部Ｂを峰状に形成する。
【００５３】
このように実施例２の遠心圧縮機にあっては、インペラ３１におけるブレード３４の負圧面側にて、前縁部Ａからスロート部Ｂにかけて曲線をなし、且つ、径方向におけるほぼ中央部が峰状になるように凸部３５を形成することで、この凸部３５をインペラ１１への流体の相対流入速度がマッハ数Ｍａ≒１となる位置に形成している。
【００５４】
従って、インペラ３１の中央部でのスロート幅が小さくなり、流体の流れ方向における流路面積の変化が減少して流量変化も減少するため、マッハ数の増加が抑制されて発生する衝撃波の大きさも抑制されることとなり、流体の流れの剥離や歪が減少し、インペラ３１の効率や性能の低下を防止することができる。
【００５５】
また、先端部細く形成された切削刃物２１を適用し、ブレード３４の負圧面を前縁部Ａからスロート部Ｂに向けて切削加工することで、スロート部Ｂを峰状の凸部３５に形成している。
【実施例３】
【００５６】
図１３は、本発明の実施例３に係る遠心圧縮機におけるインペラの断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００５７】
本実施例の遠心圧縮機では、図１３に示すように、前述した実施例１のインペラ１１における凸部１７、または、実施例２のインペラ３１における峰状の凸部３５のいずれかを使用した場合のハブ側を凹状に形成してインペラ４１を構成している。即ち、本実施例のインペラ４１にて、ブレード１６における負圧面に前縁部からスロート部にかけて漸次凸状になるように凸部１７が形成され、または、ブレード３４における負圧面に、前縁部からスロート部にかけて漸次凸状になるように凸部３５が形成され、この凸部１７，３５は、ブレード１６の径方向におけるほぼ中間部、つまり、インペラ１１への流体の相対流入速度がマッハ数Ｍａ≒１となる線上に沿って形成されている。そして、このブレード３４の負圧面にて、ハブ側スロート幅が拡大するように、圧力面側に向かって凹状となる凹部４２が形成されている。
【００５８】
このように実施例３の遠心圧縮機にあっては、インペラ４１におけるブレード１６または３４の負圧面側にて、前縁部Ａからスロート部Ｂにかけて曲線をなし、且つ、径方向におけるほぼ中央部が峰状になるように凸部１７または３５を形成し、そのハブ側にスロート幅が拡大する凹部４２を形成している。従って、インペラ４１の中央部でのスロート幅が小さくなる一方、ハブ側ではスロート幅が拡大することで、流体の流れ方向における流路面積の変化が減少して流量変化も減少するため、マッハ数の増加が抑制されて発生する衝撃波の大きさも抑制されることとなり、流体の流れの剥離や歪が減少し、インペラ１１または３１の効率及び性能を向上することができる。
【実施例４】
【００５９】
図１４は、本発明の実施例４に係る遠心圧縮機の概略図、図１５、図１６、図１７は、実施例４のインペラのスロート直上流部での断面図、図１８は、実施例４のブレードの平面図、図１９は、ブレードの断面形状変化を表す概略図である。
【００６０】
本実施例の遠心圧縮機では、図１４乃至図１７に示すように、前述した実施例１のインペラ１１の凸部１７と同様に凸状に形成されたスロート部３５から後縁部に向けて漸次平坦になるように形成してインペラ５１を構成している。即ち、本実施例のインペラ５１にて、ブレード３４における負圧面に、前縁部５３からスロート部５４にかけて漸次凸状になるように凸部３５が形成され、この凸部３５は、ブレード３４の径方向におけるほぼ中間部、つまり、インペラ５１への流体の相対流入速度がマッハ数Ｍａ≒１となる線上に沿って頂部となるように形成されている。そして、このブレード３４の負圧面にて、スロート部の凸部３５から後縁部にかけて平坦部５２が形成されて従来と同様の平坦な形状となっている。
【００６１】
この場合、図１７及び図１８に示すように、インペラ５１のブレード３４は、負圧面側の中央部が、前縁部５３からスロート部５４にかけて漸次膨張するように突出して凸部３５を形成（ａ−ｄ）し、その後、この凸部３５をえぐるように平坦部５２を形成（ｄ−ｆ）し、再び平坦面となっている。
【００６２】
このように実施例４の遠心圧縮機にあっては、インペラ５１におけるブレード３４の負圧面側にて、前縁部Ａからスロート部Ｂにかけて径方向におけるほぼ中央部に凸部３５を形成し、このスロート部の凸部３５から後縁部にかけて平坦部５２が形成されて平坦な形状に移行するようにしている。その結果、インペラ５１の中央部でのスロート幅が広くなり、第１から第３実施例に比べてスロート面積を大きくできる。したがって、第４実施例においては、負圧面の凸部の効果によりマッハ数の増加が抑制されて発生する衝撃波の大きさも抑制されることになり、流体の流れの剥離や歪が減少し、インペラ５１の効率及び性能を向上することができる、と同時にスロートを通過する流量の低下を防止できる。また、マッハ数の増加が抑制されて発生する衝撃波の大きさも抑制されることとなり、流体の流れの剥離や歪が減少し、インペラ５１の効率及び性能を向上することができる。
【００６３】
なお、上述した各実施例では、ブレードにおける負圧面側のスロート部を凸状として圧力面側を凹状としたが、本発明では、ブレードにおける負圧面側のスロート部を相対的に凸状に形成するものであればよい。即ち、負圧面側のスロート部を、圧力面側及び前縁部に対して凸状であればよく、圧力面側を平坦面としたり、凸状としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明に係る遠心圧縮機は、インペラのブレードにおける負圧面側のスロート部を凸状としてスロート幅を小さくしたものであり、この遠心圧縮機を適用した船舶用過給機、自動車用過給機、産業用圧縮機、航空用小型ガスタービンに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施例１に係る遠心圧縮機の要部断面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】図１のIII−III断面図である。
【図４】実施例１の遠心圧縮機におけるインペラの概略図である。
【図５】実施例１の遠心圧縮機におけるインペラの製造方法を表す概略図である。
【図６】インペラの加工手順を表す概略図である。
【図７】実施例１のインペラのブレードにおける中央部での形状を表す概略図である。
【図８】実施例１の遠心圧縮機における流体の相対流入速度に対する単位面積あたりの流量を表すグラフである。
【図９】本発明の実施例２に係る遠心圧縮機の要部断面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ断面図である。
【図１１】実施例２の遠心圧縮機におけるインペラの概略図である。
【図１２】実施例２の遠心圧縮機におけるインペラの製造方法を表す概略図である。
【図１３】本発明の実施例３に係る遠心圧縮機におけるインペラの断面図である。
【図１４】本発明の実施例４に係る遠心圧縮機の概略図である。
【図１５】実施例４のインペラのスロート直上流部での断面図である。
【図１６】実施例４のインペラのスロート直上流部での断面図である。
【図１７】実施例４のインペラのスロート直上流部での断面図である。
【図１８】実施例４のブレードの平面図である。
【図１９】実施例４のブレードの断面形状変化を表す概略図である。
【図２０】従来の遠心圧縮機におけるインペラの断面図である。
【図２１】図２０のXXI−XXI断面図である。
【図２２】従来のインペラのブレードにおける各位置での形状を表す概略図である。
【図２３】従来の遠心圧縮機における流体の相対流入速度に対する単位面積あたりの流量を表すグラフである。
【符号の説明】
【００６６】
１１，３１，４１，５１  インペラ
１２，３２  回転軸
１５，３３  ハブ
１６，３４  ブレード
１７，３５  凸部
２１  切削刃物
４２  凹部
５２  平坦部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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