(57)【要約】従来使用されている二次元翼形状のディフューザ翼の負圧面のすくなくともスロート部をボールエンドミルで切削して、凹面状とする。スロート部においては、凹面の底に向かうほど気体の圧力は高圧となるので、凹面底からハブ端及びシェラウド端に向かって気体が流動し、ハブ端及びシェラウド端に形成される境界層は薄くなる。
2004051091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流れ方向に直角な断面の負圧面が、圧力面に向う凹形であるディフューザ翼を具備する遠心圧縮機用ディフューザ。
【請求項２】
流体の流れ方向に直角な断面の負圧面と、シェラウド面及びハブ面と成す角度の少なくとも一方が鋭角であるディフューザ翼を具備する遠心圧縮機用ディフューザ。
【請求項３】
少なくともスロート部及びその上流の流体の流れ方向に直角な断面の負圧面が、圧力面に向う凹形であるディフューザ翼を具備する遠心圧縮機用ディフューザ。
【請求項４】
少なくともスロート部及びその上流の流体の流れ方向に直角な断面の負圧面と、シェラウド面及びハブ面と成す角度の少なくとも一方が鋭角であるディフューザ翼を具備する遠心圧縮機用ディフューザ。
【請求項５】
二次元翼形状のディフューザ翼を製造するディフューザ翼製造段階と、前記ディフューザ翼製造段階で製造されたディフューザ翼の一方の側面をボールエンドミルで凹形に切削する切削段階を具備する遠心圧縮機用ディフューザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、遠心圧縮機用ディフューザ及びその製造方法に係り、特にインシデンス損失を低減可能で、かつ、スロート部の減速損失を低減可能な遠心圧縮機用ディフューザ及びその製造方法に関する。
【背景技術】  気体を圧縮して昇圧する圧縮機の一形式として、遠心圧縮機が公知である。
図１は遠心圧縮機の断面図であって、回転軸１１に取り付けられたインペラ１２とケーシング１３から構成される。ケーシング１３の内部にはインペラ格納部、ディフューザ部及び渦巻き状のスクロールが形成されている。
インペラ１２には羽根１４が取り付けられており、矢印１５方向に流入した気体はインペラ１２によって加速され、遠心圧縮機の半径方向１６に流出する。インペラ１２外周のディフューザ部には、半径方向１６に流出した流体の動圧を靜圧に変換するディフューザ翼１７が配置されている。即ち、ディフューザ翼１７はケーシング１３のディフューザ部の前方内壁に嵌めこまれた輪状円盤１８上に取り付けられており、ディフューザ翼１７はケーシング内ディフューザ部の後方内壁に向かって（高さ方向に）伸延する。
図２は従来使用されているディフューザの斜視図であって、輪状円盤１８に翼形状の二次元ディフューザ翼１７が複数枚取り付けられている。なお、ディフューザ１７翼のＡ−Ａ断面は矩形である。ディフューザ翼１７と輪状円盤１８の接続部を円弧状面とするとともに、この円弧状面の曲率半径の中心を結ぶ曲線がディフューザ翼１７に沿う滑らかな曲線となって、ディフューザ翼１７の上流側で交差し、交差点により峰線を形成することにより失速さらにはサージングを防止できるディフューザ翼も提案されており、例えば特開平１０−７７９９７号公報に開示されている。
インペラ１２から流出した気体は矢印２０方向からディフューザ部に流入するが、この気体の速度ベクトルが輪状円盤１８の円周に沿う軸となす角度を流れ角αと称する。流れ角αはディフューザ翼１７の輪状円盤１８への取り付け側（シュラウド端Ｓ）とケーシング後方内壁側（ハブ端Ｈ）においてはほぼ零であり、中間領域において正となる放物線状の高さ方向分布を有する。
図３は流れ角のディフューザ翼高さ方向の分布を示すグラフであって、横軸はディフューザ翼高さを、縦軸は流れ角αを表す。ディフューザ翼１７はディフューザ設置部のインペラからスクロールに向かう方向（長さ方向）に斜めに輪状円盤１８に取り付けられているが、ディフューザ１７に流入する気体が衝突する面を負圧面、負圧面の裏面を圧力面と呼ぶ。負圧面及び圧力面が輪状円盤１８の円周に沿う軸となす角度をそれぞれ負圧面翼角αｋｓｕｃ及び圧力面翼角αｋｐｒｅと呼ぶが、負圧面翼角αｋｓｕｃ及び圧力面翼角αｋｐｒｅはディフューザ翼１７の高さ方向でほぼ一定である。
ここで、流れ角αと負圧面翼角αｋｓｕｃの差（α−αｋｓｕｃ）をインシデンスＩｎと定義すると、ディフューザ翼１７のハブ端Ｈ及びシェラウド端Ｓ近傍（図３の斜線部）でインシデンスＩｎは負となる。このため、ディフューザ翼１７のハブ端Ｈ及びシェラウド端Ｓ近傍の負圧面で境界層厚さが増し、損失が増大する。
【発明の開示】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、ディフューザ翼のハブ端及びシェラウド端近傍での負圧面の境界層の生成を抑制し、圧損を低減することの可能な遠心圧縮機用ディフューザ及びその製作方法を提供することを目的とする。
第一の発明に係る遠心圧縮機用ディフューザは、流体の流れ方向に直角な断面形状の負圧面が、圧力面に向う凹形であるディフューザ翼を具備する。
第二の発明に係る遠心圧縮機用ディフューザは、流体の流れ方向に直角な断面形状の負圧面と、シェラウド面及びハブ面と成す角度の少なくとも一方が鋭角であるディフューザ翼を具備する。
第三の発明に係る遠心圧縮機用ディフューザは、少なくともスロート部及びその上流の流体の流れ方向に直角な断面形状の負圧面が、圧力面に向う凹形であるディフューザ翼を具備する。
第四の発明に係る遠心圧縮機用ディフューザは、少なくともスロート部及びその上流の流体の流れ方向に直角な断面形状の負圧面と、シェラウド面及びハブ面と成す角度の少なくとも一方が鋭角であるディフューザ翼を具備する。
第一から第四の発明にあっては、少なくともスロート部の負圧面が凹面に形成され、シェラウド端及びハブ端近傍の負圧面における境界層の生成が抑制される。
第五の遠心圧縮機用ディフューザの製造方法は、二次元翼形状のディフューザ翼を製造するディフューザ翼製造段階と、ディフューザ翼製造段階で製造されたディフューザ翼の一方の側面をボールエンドミルで凹形に切削する切削段階を具備する。
第五の発明にあっては、ディフューザ翼は二次元翼形状のディフューザ翼の一方の側面をボールエンドミルで切削することにより製造される。
【図面の簡単な説明】  図１は、遠心圧縮機の断面図である。
図２は、遠従来使用されているディフューザの斜視図である。
図３は、遠流れ角のディフューザ翼高さ方向の分布を示すグラフである。
図４Ａは、遠本発明に係るディフューザで使用されるディフューザ翼の斜視図である。
図４Ｂは、図４Ａの矢視線１に沿うディフューザ翼の断面図である。
図４Ｃは、図４Ａの矢視線ＩＩに沿うディフューザ翼の断面図である。
図４Ｄは、図４Ａの矢視線ＩＩＩに沿うディフューザ翼の断面図である。
図４Ｅは、図４Ａの矢視線ＩＶに沿うディフューザ翼の断面図である。
図４Ｆは、図４Ａの矢視線Ｖに沿うディフューザ翼の断面図である。
図５は、遠本発明における流れ角のディフューザ翼高さ方向の分布を示すグラフである。
図６は、遠本発明に係るディフューザで使用される第二のディフューザ翼の断面図である。
図７Ａは、遠本発明に係るディフューザの上面図である。
図７Ｂは、図７Ａの矢視線Ｂ−Ｂに沿うディフューザ翼の断面図である。
図８Ａ〜図８Ｃは、遠本発明に係るディフューザで使用されるディフューザ翼の製作手順を示した図である。
図８Ｄは、図８ＣにおいてＩＩＩで示す部分の断面図である。
図８Ｅは、図８ＣにおいてＩＩ、ＩＶで示す部分の断面図である。
図８Ｆは、図８ＣにおいてＩ、Ｖで示す部分の断面図である。
発明を実施する最良の態様
図４Ａは、本発明に係るディフューザで使用されるディフューザ翼の斜視図であり、図４Ｂ〜図４Ｆはディフューザ翼４０の長さ方向に上流側からＩ〜Ｖにおける断面を表す。ディフューザ翼４の負圧面４０１は背面の圧力面４０２に向かってへこんだ凹面となっている。即ち、ディフューザ翼４のハブ端Ｈ近傍において負圧面とケーシング内壁の成す角度δＨ及びシェラウド端Ｓ近傍において負圧面と輪状円盤の成す角度δＳの少なくとも一方が鋭角に形成されている。
なお図４Ａ〜図４Ｆにおいては、負圧面が滑らかな曲面で構成されているものとしている。
図５は、本発明における流れ角のディフューザ翼高さ方向の分布を示すグラフであって、負圧面角αｋｓｕｃはディフューザ翼４のハブ端Ｈ及びシェラウド端Ｓ近傍で小さくなり、ディフューザ翼４の高さ方向の中央部で大きくなる。従って、本発明に係るディフューザで使用されるディフューザ翼のインシデンスＩｎ＝（αｋｓｕｃ−α）は、ディフューザ翼４のハブ端Ｈ及びシェラウド端Ｓ近傍で負になるもののその絶対値は従来のディフューザ翼より小さくなる。
これは、ディフューザ翼４のハブ端Ｈ及びシェラウド端Ｓ近傍の負圧面の境界層の厚さが薄くなることを意味し、従来のディフューザ翼に比してインシデンス損失は低減する。
図６は本発明に係るディフューザで使用される第二のディフューザ翼の断面図であって、曲面でなく折り曲げ平面で構成されている。
図７Ａは本発明に係るディフューザの上面図であり、図７Ｂは、図７Ａにおいて矢視線Ｂ−Ｂに沿うディフューザ翼の断面図である。図７Ａには二枚のディフューザ翼４１、４２および翼間流路の気体の等圧線が示されている。第二のディフューザ翼４２の上流端から第一のディフューザ翼４１の長さ方向中心線に引いた垂線と第一のディフューザ翼４１の上流端までのＣ−Ｃの領域をスロート、第一のディフューザ翼４１の上流端からスロートＣ−Ｃまでの長さをスロートまでの長さＸＴというが、第一のディフューザ翼４１の上流端からスロートＣ−Ｃまでのスロート領域では第二のディフューザ翼４２の上流端を中心とした扇型の圧力分布となり、翼上流端を結ぶ領域ａの圧力は低圧であり、第二のディフューザ翼４２の上流端と第一のディフューザ翼４２のスロート領域中央を結ぶ領域ｂは高圧となる。
図７Ｂはスロート領域で第一のディフューザ翼４１の長さ方向中心線に直角な線Ｂ−Ｂに沿う断面を示しているが、気体の圧力分布は第一のディフューザ翼４１に近づくほど圧力は高くなる。従って、気体には第一のディフューザ翼４１の負圧面から第二のディフューザ翼４２の圧力面に向かう２次流れ４３が生じ、第一のディフューザ翼４１の負圧面のハブ端Ｈ及びシェラウド端Ｓ近傍の負圧面に形成される境界層を薄くし、かつ、第一のディフューザ翼４１の上流端からスロートＣ−Ｃまでのスロート領域での圧力情報に伴う減速損失が低減する。
なお、スロート領域下流の第一のディフューザ翼４１と第二のディフューザ翼４２が重なり合う領域では、等圧線は第一のディフューザ翼４１と第二のディフューザ翼４２の長さ方向中心線と直角となるので、気体には第一のディフューザ翼４１の負圧面から第二のディフューザ翼４２の圧力面に向かう流れは生じない。従って、スロート部及びその上流の負圧面を凹面に形成することが特に重要であって、スロート部下流は特に凹面に形成しなくてもよい。
図８Ａ〜図８Ｆは、本発明に係るディフューザで使用されるディフューザ翼の製作手順の説明図であって、まず断面が矩形の二次元ディフューザ翼を製作する（図８Ａ）。
次にボールエンドミルで二次元ディフューザ翼の負圧面を切削し、負圧面を凹面に形成する。二次元ディフューザ翼の一端に沿って切削した（図８Ｂ）後に、他端に沿って切削すれば負圧面は凹面となり（図８Ｃ）、負圧面がディフューザ翼のハブ面及びシェラウド面と成す角度δＨ及びδＳは鋭角となる。
ボールエンドミルの切削深さを一定とすれば、本発明に係るディフューザ翼の製作課程は簡単となる。
通常二次元ディフューザ翼は長さ方向の中央で最大厚さとなるので、本発明に係るディフューザ翼の断面は、中央部（ＩＩＩ）に関して長さ方向に対称となる。即ち、中央部（ＩＩＩ）の断面形状は図８Ｄに示すようになり、部分（ＩＩ）及び（ＩＶ）の断面形状は図８Ｅに示すようになり、部分（Ｉ）及び（Ｖ）の断面形状は図８Ｆに示すような形状となる。
上記実施形態においては、本発明に係るディフューザが遠心圧縮機に適用される場合について説明したが、本発明に係るディフューザは遠心ブロアあるいは遠心ポンプに適用可能であることは明らかである。
本発明に係る遠心圧縮機用ディフューザによれば、ディフューザ翼のシェラウド端及びハブ端近傍の負圧面に生成される境界層は薄くなり、インシデンス損失を低減すると共に、減速損失を低減可能となる。
本発明に係る遠心圧縮機用ディフューザの製造方法によれば、二次元翼形状のディフューザ翼をボールエンドミルで切削することにより、ディフューザ翼を容易に製造することが可能となる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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