(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心圧縮機において、案内羽根による拡大通路によって流体の運動エネルギーを圧力エネルギーに変換する羽根付きのディフューザーであって、
拡大通路を形成する回転軸方向の平行側壁面間にスロートを形成して前記案内羽根を配置し、拡大通路を形成する回転軸方向の少なくとも一方の側壁面が、スロートから下流側に離れた位置から前記案内羽根の外周端までの通路厚さを縮小する側に傾斜形成されていることを特徴とする遠心圧縮機のディフューザー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心圧縮機において、案内羽根による拡大通路によって流体の運動エネルギーを圧力エネルギーに変換するディフューザーの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
遠心圧縮機では、羽根車の外周側周囲に拡大通路によるディフューザーが形成され、羽根車の回転によって付与された流体の運動エネルギーをディフューザーによって圧力エネルギーに変換するように構成される。
【０００３】
このようなディフューザーとして、拡大通路に案内羽根を備えたものがある。
【０００４】
羽根付きディフューザーは、図５に遠心圧縮機のディフューザー部位の部分概略断面図、図６にそのＤ−Ｄ断面図を示すように、羽根車３０の外周側に形成された回転軸方向前後の側壁１０Ｈ，１０Ｓ（羽根車のハブ側と対応するハブ側側壁１０Ｈ，羽根車のシュラウド側と対応するシュラウド側側壁１０Ｓ）によって挟まれた通路空間（ハブ側側壁１０Ｈの内面２０Ｈとシュラウド側側壁１０Ｓの内面２０Ｓの間の空間）が、周方向に複数配設された案内羽根２１（２１′）…によって仕切られ、案内羽根２１と隣接する案内羽根２１′の間に所定の広がり角の拡大通路を形成するように構成されている。
【０００５】
案内羽根２１は、高さ方向（通路の厚さ方向）で断面形状一定の二次元翼であってその形状は羽根車３０からの流体の流出角に基づいて設定されるが、羽根車３０からの流出角は、羽根車３０の形状に起因して通路の厚さ方向（羽根車３０の回転軸と平行する方向）で異なって図８に示すように羽根車３０のシュラウド側で大きくハブ側で小さくなり、また、その流量も厚さ方向の位置によって分布を有するため、これら流出角分布及び流量分布を勘案して平均的に高い効率が得られるように設定される。
【０００６】
尚、羽根付ディフューザーの案内羽根部分の通路の厚さは通常は一定に設定されるが、希に外周側が広がるように形成して圧縮機全体の外形を小さく構成するようにしたものもある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、羽根車３０の形状に起因する流出角の差異は２０〜３０゜にも及び、上記従来のごとく案内羽根２１の形状を平均的に設定した場合、特に流出角が小さい羽根車のハブ側と対応する案内羽根２１の圧力面２１Ａに流体剥離が発生するという問題があった。即ち、図６及びそのＥ矢視図に相当する通路出口図である図７中に低速領域を示すように、案内羽根２１の後端部のハブ側内面２０Ｈの近傍に剥離が発生する低速部位がある。
【０００８】
このような剥離が生ずると、ディフューザーの全圧損失が増加し、性能低下を来す。
【０００９】
本発明は、上記解決課題に鑑みて成されたものであって、流出角の小さなハブ側においても案内羽根の圧力面側に剥離を生ずることがなく、ディフューザーの全圧損失の増加を防いで効率向上を可能とする遠心圧縮機のディフューザーを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明に係る遠心圧縮機のディフューザーは、遠心圧縮機において、案内羽根による拡大通路によって流体の運動エネルギーを圧力エネルギーに変換する羽根付きのディフューザーであって、拡大通路を形成する回転軸方向の平行側壁面間にスロートを形成して前記案内羽根を配置し、拡大通路を形成する回転軸方向の少なくとも一方の側壁面が、スロートから下流側に離れた位置から前記案内羽根の外周端までの通路厚さを縮小する側に傾斜形成されていることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る遠心圧縮機のディフューザーの一構成例を適用した圧縮機のディフューザー部位の部分概略断面図であり、図２はそのＡ−Ａ断面図、図３は図２のＢ−Ｂ断面図である。
【００１２】
図示圧縮機１は、ケーシング１０によって、羽根車室１１とその外周側の渦形室１２の間にディフューザー２０が形成されており、羽根車室１１内に配設された羽根車３０が図示しない回転駆動手段によって回転駆動されて、吸気口１３から吸入した流体に径方向の運動エネルギーを与えると共にディフューザー２０で圧力エネルギーに変換して渦形室１２に吐出するようになっている。
【００１３】
ディフューザー２０は、羽根車３０の外周側に、ケーシング１０の側壁（羽根車１３のハブ側と対応するハブ側側壁１０Ｈ，羽根車１３のシュラウド側と対応するシュラウド側側壁１０Ｓ）に挟まれた通路空間（ハブ側側壁１０Ｈの内面２０Ｈとシュラウド側側壁１０Ｓの内面２０Ｓの間の空間）が周方向に複数配設された案内羽根２１（２１′）…によって仕切られ、案内羽根２１と隣接する案内羽根２１′の間にスロートから下流が半径方向に所定の広がり角で拡大通路を形成している。
【００１４】
ここで、ハブ側側壁１０Ｈの内面２０Ｈは、スロートより下流側の所定位置：Ｓから、通路厚さを縮小させる側に傾斜形成されている。
【００１５】
このように、ハブ側側壁１０Ｈの内面２０Ｈがスロートより下流側の位置：Ｓから通路面積を縮小させる側に傾斜形成されていることにより、案内羽根２１の後端に発達する剥離を抑制することが可能となる。
【００１６】
即ち、隣接する案内羽根２１によって形成された拡大通路内では、案内羽根２１の圧力面側２１Ａに流体剥離を生じ易いが、羽根車３０の形状に起因する通路厚さ方向の流出分布により、流出角の大きいシュラウド側側壁１０Ｓの内面２０Ｓの境界層内に案内羽根２１の負圧面２１Ｂ側から圧力面２１Ａ側へ流れる二次流れが生じ、この二次流れが圧力面２１Ａに衝突した後圧力面２１Ａに沿ってハブ側側壁１０Ｈ（内面２０Ｈ）に向かうためにこれによって剥離が押さえられ、二次流れの大きい案内羽根２１の先端部位では剥離が小さく、案内羽根２１の後端のハブ側側壁１０Ｈの内面２０Ｈ近傍に剥離領域が形成される。
【００１７】
一方、拡大通路は、案内羽根２１の先端部と隣接する案内羽根２１の負圧面１２Ｂとの間に形成されるスロート面積を最小として所定角度で拡大するため、流体の流入量はこのスロート面積によって決まる。
【００１８】
従って、流体剥離が発生する案内羽根２１の後端と対応するスロートより下流側の側壁１０Ｈ（又は１０Ｓ）の内面２０Ｈ（又は２０Ｓ）を傾斜させて通路厚さを縮小することで、流量は変わらず下流側の通路面積が通常の案内羽根高さ一定の通路面積よりも絞られることとなり、その結果、剥離の生ずる低速領域を減少させることができるものである。
【００１９】
通路幅の縮小率（１−ｂｏ／ｂｉ）は、主流域の流速の増大を伴うことなく低速領域が消滅する程度に設定する。図２のＣ矢視図に相当する通路出口図である図４中に低速領域（剥離部位）を示すように、略０．２程度とすることで剥離抑制効果が最大となって最も好ましく、それ以上では主流の流速が増大して効率が低下する。尚、図中（Ａ）は縮小率：０．０５，（Ｂ）は縮小率：０．１，（Ｃ）は縮小率：０．２の例である。
【００２０】
上記のごとく、スロートより下流側の所定位置から側壁内面２０Ｈを傾斜させて通路厚さを縮小させることにより、案内羽根２１の圧力面２１Ａの後端近傍での流体剥離を抑制することができ、ディフューザーの全圧損失の増加を防いで効率を向上させることができる。また、スロート面積は縮小されることはないために圧縮機の流量特性の変化を考慮する必要がなく、従来と同様にして案内羽根形状を設定可能なものである。
【００２１】
尚、上記構成例は、通路厚さを縮小させるためにハブ側の側壁内面２０Ｈを傾斜させたものであるが、傾斜させる側壁内面はハブ側に限るものではなく、シュラウド側であっても良く、ハブ側及びシュラウド側の両側とも傾斜させても良いものである。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による遠心圧縮機のディフューザーによれば、羽根付きのディフューザーで、拡大通路を形成する回転軸方向の平行側壁面間にスロートを形成して前記案内羽根を配置し、拡大通路を形成する回転軸方向の少なくとも一方の側壁面が、スロートから下流側に離れた位置から前記案内羽根の外周端までの通路厚さを縮小する側に傾斜形成されていることにより、案内羽根の圧力面後端近傍での流体剥離を抑制することができ、ディフューザーの全圧損失の増加を防いで効率を向上させることができる。更に、スロート面積が縮小されることはないために圧縮機の流量特性の変化を考慮する必要がなく、従来と同様にして案内羽根形状を設定可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る遠心圧縮機のディフューザーの一構成例を適用した圧縮機のディフューザー部位の部分概略断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図２のＣ矢視図に相当する通路出口の低速領域を示し、（Ａ）は縮小率：０．０５，（Ｂ）は縮小率：０．１，（Ｃ）は縮小率：０．２の例である。
【図５】従来例としての圧縮機のディフューザー部位の部分概略断面図である。
【図６】図５のＤ−Ｄ断面図である。
【図７】図６のＥ矢視図に相当する通路出口の低速領域を示す図である。
【図８】通路の厚さ方向における流出角分布を示す図である。
【符号の説明】
１  圧縮機（遠心圧縮機）
１０Ｈ  ハブ側側壁
１０Ｓ  シュラウド側側壁
２０  ディフューザー
２０Ｈ  ハブ側側壁内面（羽根車のハブ側と対応する側壁面）
２０Ｓ  シュラウド側側壁内面（側壁面）
２１  案内羽根
【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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