(57)【要約】【課題】斜流型遷音速圧縮機の作動範囲を拡大し、斜流型遷音速圧縮機の動作を安定させること。【解決手段】斜流型遷音速圧縮機１は、斜流羽根車１０２の前縁１０２ａｆと対向する部位よりも圧縮対象流体の流れの下流側かつ、斜流羽根車１０２のＢｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２と対向する部位よりも圧縮対象流体の流れの上流側のケーシングの内壁面１００ａに周方向に沿って設けられる第１溝１０と、第２溝１１と、を備える。これにより、パッセージ内に流入しようとする主流の流れを阻害する逆流を抑制できる。よって、ストールが発生する流量が小さくなるので、斜流型遷音速圧縮機１の作動範囲が拡大し、斜流型遷音速圧縮機１の動作が安定する。 【選択図】        図４
2009052476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の羽根を有し、前記羽根の前縁から後縁へ流体が流れる羽根車と、
前記羽根車を内部に格納するケーシングと、
前記羽根と前記羽根に隣接する羽根との間であるパッセージと、
前記前縁と対向する前記ケーシングの部位よりも前記後縁側、かつ、前記羽根と前記ケーシングの内壁面との空隙を流動する前記流体の流れが前記前縁側から前記パッセージへ導入される前記流体の流れと干渉し合うことで生じるＢｌｏｃｋａｇｅ領域に対向する前記ケーシングの部位よりも前記前縁側における前記ケーシングの内壁面に周方向に沿って設けられる溝と、
を備えることを特徴とする遷音速圧縮機。
【請求項２】
前記羽根車の回転軸方向における前記溝の寸法は、前記前縁から前記後縁までの寸法のうち、前記羽根車の回転軸と平行な方向の寸法である回転軸方向コード寸法の２％以上５％以下の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の遷音速圧縮機。
【請求項３】
前記溝の前記ケーシングの径方向における寸法は、前記羽根車と前記ケーシングの前記内壁面との空隙の寸法の１００％以上２５０％以下の範囲であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の遷音速圧縮機。
【請求項４】
前記溝に開口する吐出側開口部と、前記Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域内の前記流体よりも高圧な前記流体を有する部位に開口する導入側開口部とを有する連通通路を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の遷音速圧縮機。
【請求項５】
前記導入側開口部は、前記羽根車よりも前記流体の流れの下流側に開口することを特徴とする請求項４に記載の遷音速圧縮機。
【請求項６】
前記導入側開口部は、前記流体の動圧を静圧に変換するディフューザよりも前記流体の流れの下流側に開口することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の遷音速圧縮機。
【請求項７】
前記流体を溜める空洞部と、
前記ディフューザが存在する通路のスロート部に設けられ、前記空洞部と前記通路とを連通するスリットと、
を備え、前記導入側開口部は前記空洞部に開口することを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の遷音速圧縮機。
【請求項８】
前記吐出側開口部が開口する溝は、前記Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域の方向に向けて開口することを特徴とする請求項４から請求項７のいずれか一項に記載の遷音速圧縮機。
【請求項９】
前記溝は、第１溝と前記第１溝よりも前記流体の流れの下流側に配置される第２溝とで構成されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の遷音速圧縮機。
【請求項１０】
前記第１溝は、前記前縁と対向する部位から前記コード回転軸方向寸法の０％より大きく５％以下の範囲に設けられることを特徴とする請求項９に記載の遷音速圧縮機。
【請求項１１】
前記第１溝と前記第２溝との前記回転軸方向の間隔は、０％より大きく２％以下の範囲であることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の遷音速圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、流体を加圧する圧縮機に関し、特に、圧縮機羽根車入口の翼端領域あるいは全領域にて、羽根車との相対速度を遷音速以上とし衝撃波を発生させ流体を吸い込む遷音速圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体を圧縮する圧縮機の１つの形式として、斜流型遷音速圧縮機がある。斜流型遷音速圧縮機は、ケーシング内に複数の羽根を有する斜流羽根車が回転することによって、ケーシング内の流体を圧縮する。このような圧縮機に関して、例えば、特許文献１には、羽根車が存在するケーシング領域に、溝を形成し、改善された揚程−流量特性を有し、かつ効率低下と振動及び騒音の増大とを抑制する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２６３２９６号公報（段落番号００１９、００２１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、羽根車入口にて遷音速以上の羽根車との相対速度にて流体を吸い込む遷音速圧縮機に関しては、上述の技術を適用しても、必ずしも圧縮機の安定性の低下を抑制できるとは限らない。圧縮機のケーシング内壁面に設ける溝の設置位置や溝の深さの設定を誤ると、圧縮機の作動範囲が縮小するおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、羽根車入口にて遷音速以上の羽根車との相対速度にて流体を吸い込む圧縮機において、前記圧縮機の作動範囲を拡大することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る遷音速圧縮機は、複数の羽根を有し、前記羽根の前縁から後縁へ流体が流れる羽根車と、前記羽根車を内部に格納するケーシングと、前記羽根と前記羽根に隣接する羽根との間であるパッセージと、前記前縁と対向する前記ケーシングの部位よりも前記後縁側、かつ、前記羽根と前記ケーシングの内壁面との空隙を流動する前記流体の流れが前記前縁側から前記パッセージへ導入される前記流体の流れと干渉し合うことで生じるＢｌｏｃｋａｇｅ領域に対向する前記ケーシングの部位よりも前記前縁側における前記ケーシングの内壁面に周方向に沿って設けられる溝と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
上記構成により、本発明に係る遷音速圧縮機は、羽根車の羽根と羽根との間の空間に流入し、下流側に向かって流れる主流の流れを阻害する逆流を抑制できる。これにより、ストールが発生する流量が小さくなる。すなわち、斜流型遷音速圧縮機の作動範囲が拡大し、斜流型遷音速圧縮機の動作が安定する。
【０００８】
本発明の好ましい態様としては、前記羽根車の回転軸方向における前記溝の寸法は、前記前縁から前記後縁までの寸法のうち、前記羽根車の回転軸と平行な方向の寸法である回転軸方向コード寸法の２％以上５％以下の範囲であることが望ましい。これにより、遷音速圧縮機の作動範囲を拡大できる。また、遷音速圧縮機の圧縮効率の低下を抑制できる。
【０００９】
本発明の好ましい態様としては、前記溝の前記ケーシングの径方向における寸法は、前記羽根車と前記ケーシングの前記内壁面との空隙の寸法の１００％以上２５０％以下の範囲であることが望ましい。これにより、遷音速圧縮機の作動範囲を拡大できる。また遷音速圧縮機の圧縮効率の低下を抑制できる。
【００１０】
本発明の好ましい態様としては、前記溝に開口する吐出側開口部と、前記Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域内の前記流体よりも高圧な前記流体を有する部位に開口する導入側開口部とを有する連通通路を備えることが望ましい。これにより、前記高圧な流体は、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域を下流側に移動させる。よって、遷音速圧縮機の作動範囲を拡大できる。
【００１１】
本発明の好ましい態様としては、前記導入側開口部は、前記羽根車よりも前記流体の流れの下流側に開口することが望ましい。これにより、前記羽根車よりも前記流体の流れの下流側から導入された前記高圧な流体は、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域を下流側に移動させる。よって、遷音速圧縮機の作動範囲を拡大できる。
【００１２】
本発明の好ましい態様としては、前記導入側開口部は、前記流体の動圧を静圧に変換するディフューザよりも前記流体の流れの下流側に開口することが望ましい。これにより、前記ディフューザよりも前記流体の流れの下流側から導入された前記高圧な流体は、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域を下流側に移動させる。よって、遷音速圧縮機の作動範囲を拡大できる。
【００１３】
本発明の好ましい態様としては、前記流体を溜める空洞部と、前記ディフューザが存在する通路のスロート部に設けられ、前記空洞部と前記通路とを連通するスリットと、を備え、前記導入側開口部は前記空洞部に開口することが望ましい。これにより、前記スロート部から導入された前記高圧な流体は、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域を下流側に移動させる。よって、遷音速圧縮機の作動範囲を拡大できる。また、空洞部がバッファとしての機能を果たし、遷音速圧縮機の作動範囲を拡大できる。
【００１４】
本発明の好ましい態様としては、前記吐出側開口部が開口する溝は、前記Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域の方向に向けて開口することが望ましい。これにより、前記高圧な流体により、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域を下流側に移動させることができる。よって、遷音速圧縮機の作動範囲を拡大できる。
【００１５】
本発明の好ましい態様としては、前記溝は、第１溝と前記第１溝よりも前記流体の流れの下流側に配置される第２溝とで構成されることが望ましい。これにより、遷音速圧縮機の圧縮効率の低下を抑制しつつ、遷音速圧縮機の作動範囲を拡大できる。
【００１６】
本発明の好ましい態様としては、前記第１溝は、前記前縁と対向する部位から前記コード回転軸方向寸法の０％より大きく５％以下の範囲に設けられることが望ましい。これにより、第１溝はＢｌｏｃｋａｇｅ領域よりも上流側に設けられる。よって、遷音速圧縮機の作動範囲を拡大できる。
【００１７】
本発明の好ましい態様としては、前記第１溝と前記第２溝との前記回転軸方向の間隔は、０％より大きく２％以下の範囲であることが望ましい。これにより、第１溝と第２溝とは所定の間隔を有して設けられる。よって、第２溝で抑制しきれなかった逆流を第１溝によって抑制できる。これにより、遷音速圧縮機の作動範囲を拡大できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る遷音速圧縮機は、前記遷音速圧縮機の作動範囲を拡大し、遷音速圧縮機の動作が安定する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。
【００２０】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る斜流型遷音速圧縮機の要部を模式的に示す断面図である。なお、本実施形態に係る遷音速圧縮機は、斜流型遷音速圧縮機として説明するが、本実施形態はこれに限定されず、例えば軸流型遷音速圧縮機であってもよい。なお、以下の説明において、圧縮対象流体の流れの上流側を単に「上流側」、圧縮対象流体の流れの下流側を単に「下流側」という。なお、圧縮対象流体とは、斜流型遷音速圧縮機１が加圧する対象となる流体のことである。
【００２１】
本実施形態に係る斜流型遷音速圧縮機１は、図１に示すように、ケーシング１００と、通路１０１と、斜流羽根車１０２と、ディフューザ１０３とを備える。通路１０１は、ケーシング１００内の圧縮対象流体が流れる通路である。斜流羽根車１０２は、ケーシング１００内に回転軸ＲＬを軸に回転可能に支持され、回転することにより圧縮対象流体を加圧する。ディフューザ１０３は、斜流羽根車１０２よりも下流側の通路１０１に設けられ、斜流羽根車１０２から送り出された圧縮対象流体の動圧を静圧に変換する。
【００２２】
斜流羽根車１０２は、ハブ１０４と、羽根１０２ａとから構成される。ハブ１０４は、回転軸ＲＬを軸に回転する。羽根１０２ａは、ハブ１０４の外周部にハブの周方向に沿って設けられる。
【００２３】
通路１０１は、吸入通路１０１ａと、圧縮通路１０１ｂと、吐出通路１０１ｃとによって構成される。吸入通路１０１ａは、内壁面１００ａと隔壁部材１０５ａとによって区画される。また、吸入通路１０１ａは、斜流羽根車１０２よりも上流側に設けられ、斜流羽根車１０２に圧縮対象流体を導入する。圧縮通路１０１ｂは、内壁面１００ａとハブ１０４とによって区画される。また、圧縮通路１０１ｂには、複数の羽根１０２ａが存在する。圧縮対象流体は、圧縮通路１０１ｂ内で回転する斜流羽根車１０２により加圧され、吐出通路１０１ｃに吐出される。吐出通路１０１ｃは、斜流羽根車１０２よりも下流側に内壁面１００ａとハブ１０４側の隔壁部材１０５ｂにより区画される。吐出通路１０１ｃは、圧縮通路１０１ｂから吐出された圧縮対象流体をディフューザ１０３へ導入する。
【００２４】
ディフューザ１０３は、圧縮対象流体の吐出通路１０１ｃ内に設けられる。また、ディフューザ１０３は、内壁面１００ａと隔壁部材１０５ｂとを連結するように、複数のディフューザ羽根１０３ａが設けられて構成される。
【００２５】
本実施形態に係る斜流型遷音速圧縮機１は、さらに第１溝１０と、第２溝１１とを備える。ここで、内壁面１００ａにおいて、斜流羽根車１０２と対向する範囲、すなわち斜流羽根車１０２が存在する範囲を、羽根車対向領域ＡＲ０１とする。第１溝１０及び第２溝１１は、ケーシング１００の周方向に沿って内壁面１００ａの羽根車対向領域ＡＲ０１の所定の範囲に凹部状に形成される。なお、第１溝１０及び第２溝１１は、内壁面１００ａの全周に渡って設けられており、リング状に形成される。
【００２６】
図２は、従来の斜流型遷音速圧縮機の要部を模式的に示す断面図、図３は、従来の羽根近傍を回転軸から径方向外側に向かって見た模式図である。ここで、図２及び図３を用いて第１溝１０及び第２溝１１を備えない斜流型遷音速圧縮機５の問題点を説明する。斜流型遷音速圧縮機５は、同形状に形成される複数の羽根５０２ａを斜流羽根車５０２に有する。なお、羽根５０２ａと、前記羽根５０２ａに隣接する羽根５０２ａとの間の空間を、パッセージ５０６とする。
【００２７】
斜流羽根車５０２がケーシング５００内で回転すると、図３に示すように、パッセージ５０６を下流側に向かって流れる圧縮対象流体の流れである主流ＦＬ０１が生じる。また、主流ＦＬ０１と略直交し、羽根５０２ａのチップ側から流れ込む圧縮対象流体の流れである翼端漏流ＦＬ０２が生じる。
【００２８】
斜流羽根車５０２が回転すると、圧縮通路５０１ｂ内の圧縮対象流体は、パッセージ５０６を上流側から下流側へ流れると共に加圧される。この時、パッセージ５０６において、下流側は上流側より圧縮対象流体が高圧な状態となる。これにより、パッセージ５０６内に、下流側から上流側に流動しようとする圧縮対象流体の流れである逆流ＦＬ０３が生じる。
【００２９】
ここで、圧縮通路５０１ｂ内を流れる圧縮対象流体が遷音速以上に加速されると、図３に示すように、羽根５０２ａの回転軸ＲＬ方向における圧縮対象流体の吸入側最端縁である前縁５０２ａｆに衝撃波ＳＷが発生する。この衝撃波ＳＷは、パッセージ５０６へ流入する主流ＦＬ０１の流れを阻害する。
【００３０】
衝撃波ＳＷによって流れを阻害された主流ＦＬ０１は、翼端漏流ＦＬ０２と干渉し合う。これにより、パッセージ５０６において前縁側の範囲に、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２が生じる。なお、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２の圧縮対象流体の流れの速度は、圧縮通路５０１ｂ内において相対的に小さい。
【００３１】
圧縮対象流体は、低速領域であるＢｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２を避けて流れる。よって、主流ＦＬ０１も、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２を避けて流動しようとするため、パッセージ５０６へ流入する圧縮対象流体の流量が小さくなる。ここで、斜流型遷音速圧縮機５に導入される圧縮対象流体の流量が小さくなるにともない、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２及び逆流ＦＬ０３が、主流ＦＬ０１の流れを阻害する。これにより、パッセージ５０６へ流入する圧縮対象流体の流量がさらに小さくなる。斜流型遷音速圧縮機５に導入される圧縮対象流体の流量が一定の流量以下になると、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２及び逆流ＦＬ０３の主流ＦＬ０１に対する阻害が深刻になり、最終的に主流ＦＬ０１がパッセージ５０６内に流入できなくなり、いわゆるストールが発生する。
【００３２】
なお、従来の斜流型遷音速圧縮機として、内壁面５００ａに溝を設けない斜流型遷音速圧縮機５を説明したが、例えば、ケーシング５００の内壁面５００ａの任意な部位に溝を設けても、溝を設ける部位によっては溝を備えない斜流型遷音速圧縮機５と同様の問題が発生する。
【００３３】
図４は、実施形態１に係る第１溝及び第２溝近傍を拡大して模式的に示す断面図である。図４に示すように、第１溝１０及び第２溝１１は、溝形成範囲ＡＲ０３の範囲内に設けられる。溝形成範囲ＡＲ０３は、内壁面１００ａにおいてＢｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２と対向する部位と、羽根１０２ａの前縁１０２ａｆと対向する部位との間の範囲である。すなわち、第１溝１０は、前縁１０２ａｆと対向する部位よりも下流側に設けられ、第２溝１１はＢｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２と対向する部位よりも上流側に設けられる。
【００３４】
図５は、実施形態１に係る羽根近傍を回転軸から径方向外側に向かって見た模式図である。図５に示すように、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２よりも上流側に第１溝１０及び第２溝１１を設けることにより、逆流ＦＬ０３は、まず第２溝１１に流入し、その流れの方向をケーシング１００の周方向に転じる。流れの方向を転じられた逆流ＦＬ０３は、最終的にそのエネルギーを失い、逆流してきたパッセージ１０６とは異なるパッセージ１０６に流出し、下流側に向かって流される。
【００３５】
また、第２溝１１に流入しなかった逆流ＦＬ０３は、第２溝１１よりも上流側の第１溝１０に流入し、第２溝１１に流入した圧縮対象流体と同様、その流れの方向をケーシング１００の周方向に転じる。第１溝１０に流入した逆流ＦＬ０３は、最終的にそのエネルギーを失い、逆流してきたパッセージ１０６とは異なるパッセージ１０６に流出し、下流側に向かって流される。
【００３６】
上記構成により、本実施形態に係る斜流型遷音速圧縮機１は、主流ＦＬ０１の下流側に向かう流れを阻害する逆流ＦＬ０３を抑制できる。よって、ストールが発生する流量が小さくなる。すなわち、斜流型遷音速圧縮機１の作動範囲が拡大し、斜流型遷音速圧縮機１の動作が安定する。
【００３７】
次に、図４及び図５を用いて、第１溝１０及び第２溝１１の設置位置及び寸法を詳細に説明する。ここで、前縁１０２ａｆから羽根１０２ａの回転軸ＲＬ方向における圧縮対象流体の吐出側最端縁である後縁１０２ａｒまで距離のうち回転軸ＲＬ方向の寸法をコード回転軸方向寸法Ｄ０１とする。
【００３８】
第１溝１０及び第２溝１１の回転軸ＲＬ方向の寸法である溝の幅、すなわち第１溝１０の溝幅さである第１溝幅Ｄ０３及び第２溝１１の溝幅である第２溝幅Ｄ０５は、例えばコード回転軸方向寸法Ｄ０１の２％の寸法に設定される。なお、第１溝幅Ｄ０３及び第２溝幅Ｄ０５はこれに限定されず、コード回転軸方向寸法Ｄ０１の２％以上５％以下の範囲内で設定されればよい。また、第１溝幅Ｄ０３及び第２溝幅Ｄ０５は、２％以上３％以下の範囲内に設定されると、斜流型遷音速圧縮機１の作動範囲の拡大と圧縮効率の低下の抑制とをより確実に両立できる。
【００３９】
第１溝幅Ｄ０３及び第２溝幅Ｄ０５が大きくなるにともなって、斜流型遷音速圧縮機１が作動できる流量の範囲は向上する。しかしながら、第１溝幅Ｄ０３及び第２溝幅Ｄ０５が大きくなるにともなって、斜流型遷音速圧縮機１の圧縮効率が低下する傾向がある。よって、第１溝幅Ｄ０３及び第２溝幅Ｄ０５が、コード回転軸方向寸法Ｄ０１の２％以上５％以下の範囲内に設定されることにより、斜流型遷音速圧縮機１の作動範囲の拡大及び斜流型遷音速圧縮機１の圧縮効率の低下の抑制を両立できる。
【００４０】
また、第１溝幅Ｄ０３及び第２溝幅Ｄ０５が、２％以上３％以下の範囲内で設定されることにより、斜流型遷音速圧縮機１の作動範囲の拡大及び斜流型遷音速圧縮機１の圧縮効率の低下の抑制をより確実に両立できる。なお、本実施形態では、第１溝幅Ｄ０３及び第２溝幅Ｄ０５は、ともにコード回転軸方向寸法Ｄ０１の２％の寸法に設定されると説明したが、第１溝幅Ｄ０３と第２溝幅Ｄ０５とは、別個の寸法に設定されてもよい。例えば、逆流ＦＬ０３が最初に流入する第２溝１１の第２溝幅Ｄ０５を第１溝幅Ｄ０３よりも大きくしてもよい。
【００４１】
第１溝１０及び第２溝１１のケーシング１００の径方向における寸法である溝の深さ、すなわち第１溝１０の溝深さである第１溝深Ｄ０６及び第２溝１１の溝深さである第２溝深Ｄ０７は、例えば、羽根１０２ａにおいて斜流羽根車１０２の径方向外側における羽根１０２ａの縁、いわゆるチップ１０２ａｃと内壁面１００ａとの空隙の寸法と同等の寸法に設定される。ここで、第１溝深Ｄ０６及び第２溝深Ｄ０７はこれに限定されず、チップ１０２ａｃと内壁面１００ａとの空隙の寸法の１００％以上２５０％以下の範囲内に設定されればよい。
【００４２】
第１溝１０及び第２溝１１内の容積が増加するにともなって、斜流型遷音速圧縮機１が作動できる流量の範囲は向上する。しかしながら、第１溝１０及び第２溝１１の容積が増加するにともなって、斜流型遷音速圧縮機１の圧縮効率が低下する傾向がある。よって、第１溝深Ｄ０６及び第２溝深Ｄ０７が、チップ１０２ａｃと内壁面１００ａとの空隙の寸法の１００％以上２５０％以下の範囲内に設定されることにより、斜流型遷音速圧縮機１の作動範囲の拡大及び斜流型遷音速圧縮機１の圧縮効率の低下の抑制を両立できる。
【００４３】
第１溝１０は、例えば、前縁１０２ａｆからコード回転軸方向寸法Ｄ０１の４％の位置に設けられる。すなわち、前縁１０２ａｆと第１溝１０との設置距離Ｄ０２は、コード回転軸方向寸法Ｄ０１の４％の寸法に設定される。ここで、設置距離Ｄ０２はこれに限定されず、コード回転軸方向寸法Ｄ０１の０％より大きく５％以下の範囲内に設定されればよい。また、設置距離Ｄ０２は、コード回転軸方向寸法Ｄ０１の３％以上５％以下の範囲内に設定されると、斜流型遷音速圧縮機１の作動範囲がより拡大する。
【００４４】
第１溝１０が、前縁１０２ａｆ側に位置するほど、逆流ＦＬ０３はパッセージ１０６の上流側まで流れる。よって、逆流ＦＬ０３が主流ＦＬ０１の流れを阻害するおそれがある。よって、設置距離Ｄ０２が、コード回転軸方向寸法Ｄ０１の０％以上５％以下の範囲内に設定されることにより、主流ＦＬ０１の流れを阻害する逆流ＦＬ０３を抑制できる。また、設置距離Ｄ０２が、コード回転軸方向寸法Ｄ０１の３％以上５％以下の範囲内に設定されることにより、主流ＦＬ０１の流れを阻害する逆流ＦＬ０３をより確実に抑制できる。
【００４５】
羽根車１０２の回転軸ＲＬ方向における第１溝１０と第２溝１１の間隔である溝間隔Ｄ０４は、例えば、コード回転軸方向寸法Ｄ０１の２％に設定される。ここで、溝間隔Ｄ０４はこれに限定されず、溝間隔Ｄ０４は、０％より大きく２％以下の範囲内に設定されればよい。例えば、第１溝幅Ｄ０３と第２溝幅Ｄ０５とを加算した溝幅の溝を溝形成範囲ＡＲ０３に１個設けると、第１溝１０と第２溝１１とを設けた斜流型遷音速圧縮機１よりも圧縮効率が低下する。よって、第１溝１０と第２溝１１とは、溝間隔Ｄ０４を有するように設けられると、斜流型遷音速圧縮機１の作動範囲の拡大及び斜流型遷音速圧縮機１の圧縮効率の低下の抑制をより確実に両立できる。
【００４６】
第１溝１０及び第２溝１１は、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２と対向する内壁面１００ａの部位と、前縁１０２ａｆと対向する内壁面１００ａの部位との間に設けられる必要がある。Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２の発生位置は、斜流型遷音速圧縮機１の運転状況によって変化するが、概ね前縁１０２ａｆからコード回転軸方向寸法Ｄ０１の１５％近傍である。よって、第２溝１１が前縁１０２ａｆからコード回転軸方向寸法Ｄ０１の１５％の部位よりも上流側に配置されるように、上記した各寸法、すなわち設置距離Ｄ０２、第１溝幅Ｄ０３、溝間隔Ｄ０４、第２溝幅Ｄ０５は、上記の各範囲内で適宜設定される。
【００４７】
本実施形態に係る斜流型遷音速圧縮機１は、溝形成範囲ＡＲ０３内に第１溝１０と第２溝１１とを備えるが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、溝は溝形成範囲ＡＲ０３内であれば１個でもよく、また２個以上設けられてもよい。また、溝を螺旋状に１個形成し、内壁面１００ａの周方向に２周にわたって設けても、上記構成の斜流型遷音速圧縮機１と同様の効果を奏する。
【００４８】
また、斜流型遷音速圧縮機１は、内壁面１００ａの全周にわたって第１溝１０及び第２溝１１が設けられるが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、部分的に第１溝１０及び第２溝１１を設けてもよいし、不連続部が形成されていてもよい。ただし、第１溝１０及び第２溝１１は、内壁面１００ａの全周にわたって設けられると、斜流型遷音速圧縮機１の作動範囲がより拡大する。
【００４９】
以上、本実施形態に係る斜流型遷音速圧縮機１は、複数の羽根１０２ａを有し、前記羽根１０２ａの前縁１０２ａｆから後縁１０２ａｒへ流体が流れる間に前記流体を圧縮する羽根車１０２と、前記羽根車１０２を内部に格納するケーシング１００と、前記羽根１０２ａと前記羽根１０２ａに隣接する羽根１０２ａとの間であるパッセージ１０６と、前記前縁１０２ａｆと対向する前記ケーシング１００の部位よりも前記後縁１０２ａｒ側、かつ、前記羽根１０２ａと前記ケーシング１００の内壁面１００ａとの空隙を流動する前記流体の流れが前記前縁１０２ａｆ側から前記パッセージ１０６へ導入される前記流体の流れと干渉し合うことで生じるＢｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２に対向する前記ケーシング１００の部位よりも前記前縁１０２ａｆ側における前記ケーシング１００の内壁面１００ａに周方向に沿って設けられる溝と、を備える。
【００５０】
上記構成により、本発明に係る斜流型遷音速圧縮機１は、斜流羽根車１０２の羽根１０２ａと羽根１０２ａとの間の空間に流入し、下流側に向かって流れる主流ＦＬ０１の流れを阻害する逆流ＦＬ０３を抑制できる。これにより、遷音速圧縮機が圧縮できる圧縮対象流体の最小流量、いわゆるストールが発生する流量が小さくなる。すなわち、斜流型遷音速圧縮機１の作動範囲が拡大し、斜流型遷音速圧縮機１の動作が安定する。
【００５１】
本実施形態に係る斜流型遷音速圧縮機１は、溝は第１溝１０と第１溝１０よりも圧縮対象流体の流れの下流側に配置される第２溝１１とで構成される。
【００５２】
上記構成により、第２溝１１によって抑制しきれなかった逆流ＦＬ０３を、第１溝１０により抑制できる。また、それぞれの溝幅を小さく設定しても、斜流型遷音速圧縮機１の動作の安定性を向上できると共に、圧縮効率の低下を抑制できる。
【００５３】
（実施形態２）
図６は、実施形態２に係る斜流型遷音速圧縮機の要部を模式的に示す断面図である。本実施形態に係る斜流型遷音速圧縮機２は、斜流羽根車１０２とディフューザ１０３との間の吐出通路１０１ｃから第２溝２１へ圧縮対象流体を導く連通通路２２を備える点で、上述の実施形態とは異なる。なお、上述の実施形態と同一の構成には、同一の符号を付す。
【００５４】
本実施形態に係る斜流型遷音速圧縮機２は、第２溝２１と、連通通路２２と、を備える。第２溝２１は、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２に開口部が向くように形成される。換言すると、第２溝２１の溝幅の中心を通り第２溝２１の深さ方向に沿う線の延長線が、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２と交わるように形成される。
【００５５】
連通通路２２は、吐出側開口部２２ａと、導入側開口部２２ｂとを有する。吐出側開口部２２ａは、第２溝２１に開口する。また、導入側開口部２２ｂは、斜流羽根車１０２とディフューザ１０３との間の吐出通路１０１ｃに開口する。これにより、第２溝２１は、連通通路２２を介して斜流羽根車１０２とディフューザ１０３との間の吐出通路１０１ｃと連通する。
【００５６】
上述したように、通路１０１を流れる圧縮対象流体は、圧縮通路１０１ｂを流動中に斜流羽根車１０２によって加圧される。よって、第２溝２１よりも下流側にある導入側開口部２２ｂ近傍の圧縮対象流体は、第２溝２１近傍の圧縮対象流体よりも高圧な状態となっている。よって、導入側開口部２２ｂ近傍の圧縮対象流体は、導入側開口部２２ｂに導入される。導入側開口部２２ｂに導入された圧縮対象流体は、連通通路２２を第２溝２１に向かって流動し、吐出側開口部２２ａを介して第２溝２１に吐出される。
【００５７】
ここで、第２溝２１は、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２に向けて開口するので、吐出側開口部２２ａを介して第２溝２１に吐出された圧縮対象流体は、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２に向けて吐出される。Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２に向けて吐出された圧縮対象流体は、Ｂｌｏｃｋａｇｅ、すなわち相対的に低速な圧縮対象流体と衝突する。これにより、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２は、下流側に移動する。
【００５８】
図５に示す主流ＦＬ０１の流れを阻害するＢｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２が、下流側に移動することにより、主流ＦＬ０１は、パッセージ１０６へ流入しやすくなる。上記構成により、ストールが発生する流量が小さくなる。すなわち、斜流型遷音速圧縮機２の作動範囲が拡大し、斜流型遷音速圧縮機２の動作が安定する。
【００５９】
なお、本実施形態に係る斜流型遷音速圧縮機２の第２溝２１は、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２に向けて開口するとしたが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、第２溝２１は、第１溝１０と同様に、内壁面１００ａに対して垂直な方向に溝の深さ方向が沿うように形成されてもよい。上記構成のように第２溝２１を構成すれば、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２よりも上流側の圧縮通路１０１ｂ内の圧縮対象流体が、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２内の圧縮対象流体よりも高圧となる。よって、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２は、下流側に移動する。これにより、斜流型遷音速圧縮機２の作動範囲が拡大し、斜流型遷音速圧縮機２の動作が安定する。
【００６０】
また、連通通路２２の吐出側開口部２２ａは、第２溝２１に設けられるとしたが、本実施形態はこれに限定されない。吐出側開口部２２ａは、第１溝１０に設けられてもよい。また、溝を１個のみ設けた場合であっても、前記溝に吐出側開口部２２ａを設けて、高圧な圧縮対象流体を吐出側開口部２２ａから吐出させてもよい。さらに、吐出側開口部２２ａは、第１溝１０及び第２溝２１以外の溝形成範囲ＡＲ０３内の内壁面１００ａに設けられてもよい。つまり、導入側開口部２２ｂがＢｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２よりも下流側の流路１０１に開口し、吐出側開口部２２ａが、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２よりも上流側の圧縮通路１０１ｂに開口すればよい。
【００６１】
このように斜流型遷音速圧縮機２を構成することにより、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２よりも上流側の圧縮通路１０１ｂ内の圧縮対象流体が、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２内の圧縮対象流体よりも高圧となる。よって、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２は、吐出側開口部２２ａから吐出された圧縮対象流体により、下流側に移動する。これにより、斜流型遷音速圧縮機２の作動範囲が拡大し、斜流型遷音速圧縮機２の動作が安定する。
【００６２】
また、本実施形態に係る斜流型遷音速圧縮機２は、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２内の圧縮対象流体よりも高圧な圧縮対象流体、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２よりも下流側の通路１０１から導入したが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、他の圧縮機から高圧な圧縮対象流体を吐出側開口部２２ａから吐出してもよい。
【００６３】
以上、本実施形態に係る斜流型遷音速圧縮機２は、第１溝１０及び第２溝２１のうち少なくとも一方に開口する吐出側開口部２２ａと、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２内の圧縮対象流体よりも高圧な圧縮対象流体を有する部位に開口する導入側開口部２２ｂとを有する連通通路２２を備える。また、本実施形態に係る斜流型遷音速圧縮機２の導入側開口部２２ｂは、斜流羽根車１０２よりも圧縮対象流体の流れの下流側に開口する。上記構成により、斜流型遷音速圧縮機２の作動範囲が拡大し、斜流型遷音速圧縮機２の動作が安定する。
【００６４】
（変形例）
図７は、変形例に係る斜流型遷音速圧縮機の要部を模式的に示す断面図である。本実施形態に係る斜流型遷音速圧縮機３は、ディフューザ１０３よりも下流側の吐出通路１０１ｃから第２溝２１へ圧縮対象流体を導く連通通路３２を備える点で、上述の実施形態１とは異なる。なお、上述の実施形態と同一の構成には、同一の符号を付す。
【００６５】
上述の実施形態に係る斜流型遷音速圧縮機２は、斜流羽根車１０２とディフューザ１０３との間の吐出通路１０１ｃから第２溝２１へ圧縮対象流体を導いたが、例えば、ディフューザ１０３よりも下流側の吐出通路１０１ｃから第２溝２１へ圧縮対象流体を導くように構成してもよい。
【００６６】
本変形例に係る斜流型遷音速圧縮機３は、吐出側開口部３２ａと、導入側開口部３２ｂとを有する連通通路３２を備える。吐出側開口部３２ａは、例えば、第２溝２１に開口する。また、導入側開口部３２ｂは、例えば、ディフューザ１０３よりも下流側の吐出通路１０１ｃの内壁面１００ａに開口する。すなわち、本変形例に係る連通通路３２は、ディフューザ１０３よりも下流側の吐出通路１０１ｃと第２溝２１とを連通する。
【００６７】
ディフューザ１０３よりも下流側の吐出通路１０１ｃ内の圧縮対象流体は、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２内の圧縮対象流体よりも高圧となる。よって、導入側開口部３２ｂ近傍の圧縮対象流体は、導入側開口部３２ｂに導入される。導入側開口部３２ｂに導入された圧縮対象流体は、連通通路３２を第２溝２１に向かって流動し、吐出側開口部３２ａを介して第２溝２１に吐出される。第２溝２１に吐出された圧縮対象流体は、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２に向けて吐出され、Ｂｌｏｃｋａｇｅを下流側に移動させる。これにより、斜流型遷音速圧縮機３の作動範囲が拡大し、斜流型遷音速圧縮機３の動作が安定する。
【００６８】
（実施形態３）
図８は、実施形態３に係る斜流型遷音速圧縮機の要部を模式的に示す断面図である。本実施形態に係る斜流型遷音速圧縮機４は、ディフューザ１０３が存在する通路１０１において、断面積が一番狭いスロート部４５から空洞部４３を介して第２溝２１へ圧縮対象流体を導く連通通路４２を備える点で、上述の実施形態２とは異なる。なお、上述の実施形態と同一の構成には、同一の符号を付す。
【００６９】
本実施形態に係る斜流型遷音速圧縮機４は、連通通路４２と、空洞部４３と、スリット４４とを備える。連通通路４２は、吐出側開口部４２ａと、導入側開口部４２ｂとを有する。吐出側開口部４２ａは、例えば、第２溝２１に開口する。また、導入側開口部４２ｂは、空洞部４３に開口する。空洞部４３は、ケーシング１００に設けられ、圧縮対象流体を一時的に留める。スリット４４は、スロート部４５に設けられ、ディフューザ１０３が存在する通路１０１と空洞部４３とを連通する。すなわち、連通通路４２は、スリット４４及び空洞部４３を介してディフューザ１０３が存在する通路１０１と第２溝２１とを連通する。
【００７０】
ディフューザ１０３が存在する通路１０１内の圧縮対象流体は、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２内の圧縮対象流体よりも高圧となる。よって、スリット４４近傍の圧縮対象流体は、スリット４４を介して空洞部４３に導入される。空洞部４３に導入された圧縮対象流体は、空洞部４３に一時的に溜められ、導入側開口部４２ｂを介して連通通路４２に導入される。連通通路４２に導入された圧縮対象流体は、連通通路４２を第２溝２１に向かって流動し、吐出側開口部４２ａを介して第２溝２１に吐出される。第２溝２１に吐出された圧縮対象流体は、Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域ＡＲ０２に向けて吐出され、Ｂｌｏｃｋａｇｅを下流側に移動させる。これにより、斜流型遷音速圧縮機４の作動範囲が拡大し、斜流型遷音速圧縮機４の動作が安定する。
【００７１】
ここで、一般的に、斜流型遷音速圧縮機において、斜流羽根車１０２以外にもディフューザ１０３に起因してストールが発生する場合もある。しかしながら、本実施形態に係る斜流型遷音速圧縮機４は、スロート部４５にスリット４４が設けられ、スリット４４から導入された圧縮対象流体を一時的に溜める空洞部４３を備える。空洞部４３は、バッファとして機能する。これにより、ディフューザ１０３に起因するストールを抑制できる。よって、斜流型遷音速圧縮機４は、斜流型遷音速圧縮機４の作動範囲が拡大し、斜流型遷音速圧縮機４の動作がより安定する。
【００７２】
以上、本実施形態に係る斜流型遷音速圧縮機４は、圧縮対象流体を溜める空洞部４３と、ディフューザ１０３が存在する通路１０１において最も断面積が小さいスロート部４５に設けられ、空洞部４３と通路１０１とを連通するスリット４４と、を備え、導入側開口部４２ｂは空洞部４３に開口する。上記構成により、斜流型遷音速圧縮機４は、斜流型遷音速圧縮機４の作動範囲が拡大し、斜流型遷音速圧縮機４の動作がより安定する。
【００７３】
（評価例）
図９は、実施形態１に係る斜流型遷音速圧縮機と従来の斜流型遷音速圧縮機との圧縮性能及び作動範囲を比較する図、図１０は、実施形態１に係る斜流型遷音速圧縮機と従来の斜流型遷音速圧縮機との断熱効率及び作動範囲を比較する図である。図９及び図１０において、実施形態１に係る斜流型遷音速圧縮機１の評価結果を実線で結果を示し、従来の斜流型遷音速圧縮機５の評価結果を比較例として破線で結果を示す。また、１Ａは斜流型圧縮機１の作動範囲を示し、５Ａは斜流型圧縮機５の作動範囲を示す。
【００７４】
Ｐ１１は、本実施形態に係る斜流型遷音速圧縮機１において、ストールが発生する流量である。Ｐ１２は本実施形態に係る斜流型遷音速圧縮機１において、チョークが発生する流量である。なお、チョークとはその流量以上では斜流型遷音速圧縮機１が、作動できない流量のことである。Ｐ５１は、従来の斜流型遷音速圧縮機５において、ストールが発生する点である。Ｐ５２は従来の斜流型遷音速圧縮機５において、チョークが発生する流量である。なお、ストール発生流量Ｐ１１は、小さくなるほど斜流型遷音速圧縮機の作動範囲が拡大する。
【００７５】
図９において、本実施形態に係る斜流型遷音速圧縮機１のストール発生流量Ｐ１１は、従来の斜流型遷音速圧縮機５のストール発生流量Ｐ５１と比較して、小さい値となった。すなわち、本実施形態に係る斜流型遷音速圧縮機１の作動範囲は、従来の斜流型遷音速圧縮機５よりも大きい。つまり、従来の斜流型遷音速圧縮機５よりも、本実施形態に係る斜流型遷音速圧縮機１は、より小さい流量まで圧縮対象流体を圧縮できる。
【００７６】
また、本実施形態に係る斜流型遷音速圧縮機１の圧縮比は、従来の斜流型遷音速圧縮機５の圧縮比よりも高い。ここで、圧縮比とは、斜流型遷音速圧縮機１による圧縮前の圧縮対象流体の圧力と、斜流型遷音速圧縮機１による圧縮後の圧縮対象流体の圧力との比である。すなわち、本実施形態に係る斜流型遷音速圧縮機１は、従来の斜流型遷音速圧縮機５よりも圧縮性能の面で優れる。
【００７７】
図１０においても、図９と同様に、本実施形態に係る斜流型遷音速圧縮機１は、従来の斜流型遷音速圧縮機５よりもより大きい流量からより小さい流量の圧縮対象流体を圧縮できることが分かる。また、本実施形態に係る斜流型遷音速圧縮機１の最大断熱効率は、従来の斜流型遷音速圧縮機５の最大断熱効率と比較して低下していない。すなわち、本実施形態に係る斜流型遷音速圧縮機１は、従来の斜流型遷音速圧縮機５と比較して、最大断熱効率を低下させることなく、作動範囲を拡大できる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上のように、本発明に係る遷音速圧縮機は、斜流圧縮機や軸流圧縮機等に有用であり、特に、作動範囲を拡大させることに適している。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】実施形態１に係る斜流型遷音速圧縮機の要部を模式的に示す断面図である。
【図２】従来の斜流型遷音速圧縮機の要部を模式的に示す断面図である。
【図３】従来の羽根近傍を回転軸から径方向外側に向かって見た模式図である。
【図４】実施形態１に係る第１溝及び第２溝近傍を拡大して模式的に示す断面図である。
【図５】実施形態１に係る羽根近傍を回転軸から径方向外側に向かって見た模式図である。
【図６】実施形態２に係る斜流型遷音速圧縮機の要部を模式的に示す断面図である。
【図７】変形例に係る斜流型遷音速圧縮機の要部を模式的に示す断面図である。
【図８】実施形態３に係る斜流型遷音速圧縮機の要部を模式的に示す断面図である。
【図９】実施形態１に係る斜流型遷音速圧縮機と従来の斜流型遷音速圧縮機との圧縮性能及び作動範囲を比較する図である。
【図１０】実施形態１に係る斜流型遷音速圧縮機と従来の斜流型遷音速圧縮機との断熱効率及び作動範囲を比較する図である。
【符号の説明】
【００８０】
１、２、３、４、５  斜流型遷音速圧縮機
１００、５００  ケーシング
１００ａ、５００ａ  内壁面
１０１  通路
１０１ａ  吸入通路
１０１ｂ、５０１ｂ  圧縮通路
１０１ｃ  吐出通路
１０２、５０２  斜流羽根車
１０２ａ、５０２ａ  羽根
１０２ａｃ  チップ
１０２ａｆ、５０２ａｆ  前縁
１０２ａｒ  後縁
１０３  ディフューザ
１０３ａ  ディフューザ羽根
１０４  ハブ
１０５ａ、１０５ｂ  隔壁部材
１０６、５０６  パッセージ
１０  第１溝
１１、２１  第２溝
２２、３２、４２  連通通路
２２ａ、３２ａ、４２ａ  吐出側開口部
２２ｂ、３２ｂ、４２ｂ  導入側開口部
４３  空洞部
４４  スリット
４５  スロート部
ＡＲ０１  羽根車対向領域
ＡＲ０２  Ｂｌｏｃｋａｇｅ領域
ＡＲ０３  溝形成範囲
Ｄ０１  コード回転軸方向寸法
Ｄ０２  設置距離
Ｄ０３  第１溝幅
Ｄ０４  溝間隔
Ｄ０５  第２溝幅
Ｄ０６  第１溝深
Ｄ０７  第２溝深
ＦＬ０１  主流
ＦＬ０２  翼端漏流
ＦＬ０３  逆流
Ｐ１１、Ｐ５１  ストール発生流量
Ｐ１２、Ｐ５２  チョーク発生流量
ＲＬ  回転軸
ＳＷ  衝撃波
【図１】
2009052476.tif 000003
【図２】
2009052476.tif 000004
【図３】
2009052476.tif 000005
【図４】
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【図５】
2009052476.tif 000007
【図６】
2009052476.tif 000008
【図７】
2009052476.tif 000009
【図８】
2009052476.tif 000010
【図９】
2009052476.tif 000011
【図１０】
2009052476.tif 000012