(57)【要約】【課題】インペラ内部の剥離や二次流れが低減するように最適化されたブレードの翼形状を変更することなく１ピース化することができる遠心圧縮機用インペラを提供すること。【解決手段】複数枚のブレード１４と、これら複数枚のブレード１４の根元部に配置される本体１５と、前記複数枚のブレード１４の先端部に配置されるシュラウド１６とが１ピース化された遠心圧縮機用インペラ１１であって、前記シュラウド１６に、周方向に沿ってシュラウド１６の板厚方向に貫通する少なくとも一本のスリット２４、または周方向に沿ってシュラウド１６の板厚方向に貫通する複数個の穴が形成されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚のブレードと、これら複数枚のブレードの根元部に配置される本体と、前記複数枚のブレードの先端部に配置されるシュラウドとが１ピース化された遠心圧縮機用インペラであって、
前記シュラウドに、周方向に沿ってシュラウドの板厚方向に貫通する少なくとも一本のスリット、または周方向に沿ってシュラウドの板厚方向に貫通する複数個の穴が形成されていることを特徴とする遠心圧縮機用インペラ。
【請求項２】
請求項１に記載の遠心圧縮機用インペラを備えてなることを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項３】
前記スリットまたは前記穴を介して遠心圧縮機用インペラ内における流れの途中から抽出された後、遠心圧縮機用インペラ内に再び流入する作動流体に最適な予旋回を与える予旋回付与手段が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の遠心圧縮機。
【請求項４】
複数枚のブレードと、これら複数枚のブレードの根元部に配置される本体と、前記複数枚のブレードの先端部に配置されるシュラウドとを１ピースで製造する遠心圧縮機用インペラの製造方法であって、
前記ブレード、前記本体、および前記シュラウドを一つの塊となった材料から削り出した後、前記ブレードの先端部で、かつ、前記ブレードの圧力面に残った削り残し部分を、前記シュラウドの表面側から切削加工によって取り除くようにしたことを特徴とする遠心圧縮機用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、過給機、ガスタービン、産業用圧縮機等に用いられる遠心圧縮機のインペラに関するものであり、特に、Ｈ２Ｓ等の腐食性ガスを作動流体とする化学プロセス用の遠心圧縮機に用いられるインペラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、Ｈ２Ｓ等の腐食性ガスを作動流体とする化学プロセス用の遠心圧縮機の分野では、作動流体の流量増加および作動流体による腐食防止の観点から、溶接部を有しないインペラの１ピース化（一体構造化、すなわち、一つの塊となった材料を、加工バイトで削り出す機械加工によって作製すること）が要求されている。
１ピース化されたインペラを開示する文献としては、例えば、特許文献１がある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−９２６５０号公報
【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、上記特許文献１に開示された製造方法により１ピース化されたインペラを製造しようとした場合、ブレードの先端部で、かつ、ブレードの圧力面に削り残し部分が生じないようにブレードの翼形状を変更しなければならず、これにより、インペラ内部の剥離や二次流れが強くなり、遠心圧縮機の性能が低下してしまうといった問題点があった。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、インペラ内部の剥離や二次流れが低減するように最適化されたブレードの翼形状を変更することなく１ピース化することができる遠心圧縮機用インペラ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】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る遠心圧縮機用インペラは、複数枚のブレードと、これら複数枚のブレードの根元部に配置される本体と、前記複数枚のブレードの先端部に配置されるシュラウドとが１ピース化された遠心圧縮機用インペラであって、前記シュラウドに、周方向に沿ってシュラウドの板厚方向に貫通する少なくとも一本のスリット、または周方向に沿ってシュラウドの板厚方向に貫通する複数個の穴が形成されている。
【０００７】
本発明に係る遠心圧縮機用インペラによれば、シュラウドに形成されたスリットまたは穴を介して、ブレードの先端部で、かつ、ブレードの圧力面に残った削り残し部分を削り落とすことができるので、インペラ内部の剥離や二次流れが低減するように最適化されたブレードの翼形状を変更することなく１ピース化することができる。
【０００８】
本発明に係る遠心圧縮機は、複数枚のブレードと、これら複数枚のブレードの根元部に配置される本体と、前記複数枚のブレードの先端部に配置されるシュラウドとが１ピース化され、前記シュラウドに、周方向に沿ってシュラウドの板厚方向に貫通する少なくとも一本のスリット、または周方向に沿ってシュラウドの板厚方向に貫通する複数個の穴が形成された遠心圧縮機用インペラを備えている。
【０００９】
本発明に係る遠心圧縮機によれば、スリットまたは穴を介して、サージング時には遠心圧縮機用インペラ内における流れの途中から作動流体が抽出されることにより不安定な流量域が下がり、また、チョーク時には遠心圧縮機用インペラ内における流れの途中へ作動流体が注入されることにより最大流量が増加することとなるので、サージング現象が起こる流量域を小流量側へ移動させることができるとともに、特に高回転時においてチョーク状態となる流量域を大流量側へ移動させることができて、作動範囲を拡大させることができる。
【００１０】
上記遠心圧縮機において、前記スリットまたは前記穴を介して遠心圧縮機用インペラ内における流れの途中から抽出された後、遠心圧縮機用インペラ内に再び流入する作動流体に最適な予旋回を与える予旋回付与手段が設けられているとさらに好適である。
【００１１】
このような遠心圧縮機によれば、予旋回付与手段により、スリットまたは穴を介して遠心圧縮機用インペラ内における流れの途中から抽出された後、遠心圧縮機用インペラ内に再び流入する作動流体に最適な予旋回が与えられ、作動流体が遠心圧縮機用インペラ内へより円滑に流入することとなるので、不安定な流量域がさらに下がり、サージング現象が起こる流量域を小流量側へさらに移動させることができて、作動範囲をさらに拡大させることができる。
【００１２】
本発明に係る遠心圧縮機用インペラの製造方法によれば、複数枚のブレードと、これら複数枚のブレードの根元部に配置される本体と、前記複数枚のブレードの先端部に配置されるシュラウドとを１ピースで製造する遠心圧縮機用インペラの製造方法であって、前記ブレード、前記本体、および前記シュラウドを一つの塊となった材料から削り出した後、前記ブレードの先端部で、かつ、前記ブレードの圧力面に残った削り残し部分を、前記シュラウドの表面側から切削加工によって取り除くようにした。
【００１３】
本発明に係る遠心圧縮機用インペラの製造方法によれば、ブレードの先端部で、かつ、ブレードの圧力面に残った削り残し部分を削り落とすことができるので、インペラ内部の剥離や二次流れが低減するように最適化されたブレードの翼形状を変更することなく１ピース化することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、インペラ内部の剥離や二次流れが低減するように最適化されたブレードの翼形状を変更することなく１ピース化することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る遠心圧縮機用インペラの第１実施形態について、図１から図３を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る遠心圧縮機用インペラを備えた遠心圧縮機の要部縦断面図、図２は本実施形態に係る遠心圧縮機用インペラの全体斜視図、図３は本実施形態に係る遠心圧縮機用インペラの作用効果を説明するための図である。
【００１６】
図１に示すように、遠心圧縮機１０は、遠心圧縮機用インペラ（以下、「インペラ」という。）１１と、ディフューザ１２と、これらインペラ１１およびディフューザ１２を収容するケーシング１３とを主たる要素として構成されたものである。
インペラ１１は、複数枚のブレード１４と、これらブレード１４の根元部Ｒに配置されるハブ（本体）１５と、ブレード１４の先端部Ｔに配置されるシュラウド１６とを備えている。また、このインペラ１１は、ブレード１４、ハブ１５、およびシュラウド１６が１ピース化されたもの（一体構造となったもの）、すなわち、一つの塊となった材料（例えば、ＳＵＳ）を、図示しない加工バイトで削り出す機械加工によって作製されたものである。
【００１７】
ディフューザ１２は、インペラ１１の下流側に設けられるとともに、対向するシュラウド側壁面１７およびハブ側壁面１８との間に複数枚のベーン１９を有するものであり、インペラ１１を通過した作動流体（例えば、化学プロセス用のガス（例えば、Ｈ２Ｓ））の有する運動エネルギーを圧力エネルギーに変換するものである。
また、シュラウド１６の前縁部（上流側の端部）に位置する表面（外周面）１６ａと、ケーシング１３の壁面１３ａとの間には、第１の流路２０が形成されており、シュラウド１６の前縁側の端面（上流側の端面）１６ｂと、ケーシング１３の壁面１３ａとの間には、第２の流路２１が形成されている。
なお、図１中の符号２２、２３、Ｃはそれぞれ、インペラ１１が取り付けられた（固定された）回転軸、シール部材、回転軸２２の回転軸線を示しており、図１中の白抜き矢印は作動流体の流れ方向を示している。
【００１８】
さて、図１および図２に示すように、本実施形態に係るインペラ１１のシュラウド１６には、周方向に沿ってシュラウド１６の板厚方向に貫通する一本のスリット（穴）２４が形成されている（設けられている）。このスリット２４は、削り出しによってインペラ１１を作製した際に、ブレード１４の先端部Ｔで、かつ、ブレード１４の圧力面に残った削り残し部分（最も効率のよい翼形状でブレード１４を削り出した場合に、直線状の加工バイトを使用したのでは削ることのできない部分）を、加工バイトを使用して、シュラウド１６の表面側（外周面側）から切削加工によって取り除いた（削り落とした）ことによってできた平面視環状の連続した一つの貫通穴である。
【００１９】
本実施形態に係るインペラ１１によれば、インペラ内部の剥離や二次流れが低減するように最適化されたブレード１４の翼形状を変更することなく１ピース化することができる。
【００２０】
また、本実施形態に係るインペラ１１を備えた遠心圧縮機１０によれば、スリット２４を介して、サージング時にはインペラ１１内における流れの途中から作動流体が抽出されることにより不安定な流量域が下がり、また、チョーク時にはインペラ１１内における流れの途中へ作動流体が注入されることにより最大流量が増加することとなるので、図３に示すように、サージング現象が起こる流量域を小流量側へ移動させることができるとともに、特に高回転時においてチョーク状態となる流量域を大流量側へ移動させることができて、作動範囲を拡大させることができる。
【００２１】
本発明に係るインペラの第２実施形態を図４に基づいて説明する。
図４は本実施形態に係るインペラの全体斜視図であり、図２と同様の図である。図１は本実施形態に係る遠心圧縮機用インペラを備えた遠心圧縮機の要部縦断面図
本実施形態に係るインペラ２５は、スリット２４の代わりに、複数個の丸穴２６が設けられているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。
なお、上述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
【００２２】
これら丸穴２６は、削り出しによってインペラ２５を作製した際に、ブレード１４の先端部Ｔで、かつ、ブレード１４の圧力面に残った削り残し部分（最も効率のよい翼形状でブレード１４を削り出した場合に、直線状の加工バイトを使用したのでは削ることのできない部分）を、加工バイトを使用して、シュラウド１６の表面側（外周面側）から取り除いた（削り落とした）ことによってできた貫通穴であり、一枚のブレード１４に対して一つずつ設けられている。
【００２３】
本実施形態に係るインペラ２５による作用効果、および本実施形態に係るインペラ２５を備えた遠心圧縮機による作用効果は、上述した実施形態に係るインペラ１１による作用効果、および上述した実施形態に係るインペラ１１を備えた遠心圧縮機１０の作用効果と略同じであるので、ここではその説明を省略する。
【００２４】
つぎに、上述した第１実施形態に係るインペラ１１または第２実施形態に係るインペラ２５を備えた遠心圧縮機の他の実施形態を図５に基づいて説明する。
図５は上述した第１実施形態に係るインペラを備えた遠心圧縮機の要部縦断面図である。
【００２５】
本実施形態に係る遠心圧縮機３０は、シュラウド１６の前縁端（上流側の端）近傍から回転軸線Ｃに沿って上流側に延びる中空円筒状のリング部材３１と、ケーシング１３の壁面１３ａとリング部材３１の外周面３１ａとを連結する複数枚の第１の案内板（予旋回付与手段）３２とを備えている。
また、シュラウド１６の上流側にリング部材３１を配置することにより、リング部材３１の外周面３１ａとケーシング１３の壁面１３ａとの間には、第３の流路３３が形成され、リング部材３１の前縁側の端面（上流側の端面）３１ｂと、ケーシング１３の壁面１３ａとの間には、第４の流路３４が形成されることとなって、第１の案内板３２は第２の流路３３内に配置されることとなる。
【００２６】
本実施形態に係る遠心圧縮機３０によれば、第１の案内板３２により、スリット２４を介してインペラ１１内における流れの途中から抽出された後、インペラ１１内に再び流入する作動流体に最適な予旋回（インペラ１１の回転方向と同方向の順旋回）が与えられ、作動流体がインペラ１１内へより円滑に流入することとなるので、不安定な流量域がさらに下がり、サージング現象が起こる流量域を小流量側へさらに移動させることができて、作動範囲をさらに拡大させることができる。
【００２７】
つづいて、上述した第１実施形態に係るインペラ１１または第２実施形態に係るインペラ２５を備えた遠心圧縮機の別の実施形態を図６に基づいて説明する。
図６は上述した第１実施形態に係るインペラを備えた遠心圧縮機の要部縦断面図である。
【００２８】
本実施形態に係る遠心圧縮機４０は、シュラウド１６の前縁部（上流側の端部）に位置する表面（外周面）１６ａと、ケーシング１３の壁面１３ａとの間に形成された第１の流路２０内に、複数枚の第２の案内板（予旋回付与手段）４１が設けられている（配置されている）という点で図１を用いて説明した遠心圧縮機１０と異なる。
【００２９】
本実施形態に係る遠心圧縮機４０によれば、第２の案内板４１により、スリット２４を介してインペラ１１内における流れの途中から抽出された後、インペラ１１内に再び流入する作動流体に最適な予旋回（インペラ１１の回転方向と同方向の順旋回）が与えられ、作動流体がインペラ１１内へより円滑に流入することとなるので、不安定な流量域がさらに下がり、サージング現象が起こる流量域を小流量側へさらに移動させることができて、作動範囲をさらに拡大させることができる。
【００３０】
上述した第１実施形態に係るインペラ１１または第２実施形態に係るインペラ２５を備えた遠心圧縮機のさらに別の実施形態を図７に基づいて説明する。
図７は上述した第１実施形態に係るインペラを備えた遠心圧縮機の要部縦断面図である。
【００３１】
本実施形態に係る遠心圧縮機５０は、シュラウド１６の前縁端（上流側の端）近傍から回転軸線Ｃに沿って上流側に延びる中空円筒状のリング部材３１と、ケーシング１３の壁面１３ａとリング部材３１の前縁側の端面３１ｂとを連結する複数枚の第３の案内板（予旋回付与手段）５１とを備えている。
また、シュラウド１６の上流側にリング部材３１を配置することにより、リング部材３１の外周面３１ａとケーシング１３の壁面１３ａとの間には、第３の流路３３が形成され、リング部材３１の前縁側の端面（上流側の端面）３１ｂと、ケーシング１３の壁面１３ａとの間には、第４の流路３４が形成されることとなって、第３の案内板５１は第４の流路３４内に配置されることとなる。
【００３２】
本実施形態に係る遠心圧縮機５０によれば、第３の案内板５１により、スリット２４を介してインペラ１１内における流れの途中から抽出された後、インペラ１１内に再び流入する作動流体に最適な予旋回（インペラ１１の回転方向と同方向の順旋回）が与えられ、作動流体がインペラ１１内へより円滑に流入することとなるので、不安定な流量域がさらに下がり、サージング現象が起こる流量域を小流量側へさらに移動させることができて、作動範囲をさらに拡大させることができる。
【００３３】
上述した第１実施形態に係るインペラ１１または第２実施形態に係るインペラ２５を備えた遠心圧縮機のさらに別の実施形態を図８に基づいて説明する。
図８は上述した第１実施形態に係るインペラを備えた遠心圧縮機の要部縦断面図である。
【００３４】
本実施形態に係る遠心圧縮機６０は、シュラウド１６の前縁端（上流側の端）近傍から回転軸線Ｃに沿って上流側に延びる中空円筒状のリング部材３１と、ケーシング１３の壁面１３ａとリング部材３１の外周面３１ａとを連結する複数枚の第４の案内板（予旋回付与手段）６１とを備えている。
また、シュラウド１６の上流側にリング部材３１を配置することにより、リング部材３１の外周面３１ａとケーシング１３の壁面１３ａとの間には、第３の流路３３が形成され、リング部材３１の前縁側の端面（上流側の端面）３１ｂと、ケーシング１３の壁面１３ａとの間には、第４の流路３４が形成されることとなって、第４の案内板６１は、第１の流路２０および第２の流路３３内に配置されることとなる。
【００３５】
本実施形態に係る遠心圧縮機６０によれば、第４の案内板６１により、スリット２４を介してインペラ１１内における流れの途中から抽出された後、インペラ１１内に再び流入する作動流体に最適な予旋回（インペラ１１の回転方向と同方向の順旋回）が与えられ、作動流体がインペラ１１内へより円滑に流入することとなるので、不安定な流量域がさらに下がり、サージング現象が起こる流量域を小流量側へさらに移動させることができて、作動範囲をさらに拡大させることができる。
【００３６】
上述した第１実施形態に係るインペラ１１または第２実施形態に係るインペラ２５を備えた遠心圧縮機のさらに別の実施形態を図９に基づいて説明する。
図９は上述した第１実施形態に係るインペラを備えた遠心圧縮機の要部縦断面図である。
【００３７】
本実施形態に係る遠心圧縮機７０は、シュラウド１６の前縁端（上流側の端）近傍から回転軸線Ｃに沿って上流側に延びる中空円筒状のリング部材３１と、ケーシング１３の壁面１３ａとリング部材３１の外周面３１ａとを連結する複数枚の第１の案内板３２と、ケーシング１３の壁面１３ａとリング部材３１の前縁側の端面３１ｂとを連結する複数枚の第３の案内板５１とを備えている。
また、シュラウド１６の上流側にリング部材３１を配置することにより、リング部材３１の外周面３１ａとケーシング１３の壁面１３ａとの間には、第３の流路３３が形成され、リング部材３１の前縁側の端面（上流側の端面）３１ｂと、ケーシング１３の壁面１３ａとの間には、第４の流路３４が形成されることとなって、第１の案内板３２は第３の流路３３内に配置され、第３の案内板５１は第４の流路３４内に配置されることとなる。
【００３８】
本実施形態に係る遠心圧縮機７０によれば、第１の案内板３２および第３の案内板５１により、スリット２４を介してインペラ１１内における流れの途中から抽出された後、インペラ１１内に再び流入する作動流体に最適な予旋回（インペラ１１の回転方向と同方向の順旋回）が与えられ、作動流体がインペラ１１内へより円滑に流入することとなるので、不安定な流量域がさらに下がり、サージング現象が起こる流量域を小流量側へさらに移動させることができて、作動範囲をさらに拡大させることができる。
【００３９】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で適宜必要に応じて変形実施、変更実施、および組合せ実施可能である。
【００４０】
また、本発明は、ベーン１９を有するディフューザ１２を備えた遠心圧縮機のみに適用され得るものではなく、半径方向の面積変化を利用して運動エネルギーを圧力エネルギーに変換する、ベーン１９を有しないベーンレスタイプのディフューザを備えた遠心圧縮機にも適用可能である。
【００４１】
さらに、上述した実施形態では、ブレード１４と、ハブ１５と、シュラウド１６とが１ピース化された遠心圧縮機用インペラについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ブレード１４とハブ１５とが溶接接合されたインペラや、ハブ１５と、シュラウド１６とが溶接接合されたインペラ等にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機用インペラを備えた遠心圧縮機の要部縦断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機用インペラの全体斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機用インペラの作用効果を説明するための図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る遠心圧縮機用インペラの全体斜視図である。
【図５】本発明に係る遠心圧縮機用インペラを備えた遠心圧縮機の他の実施形態を示す要部縦断面図である。
【図６】本発明に係る遠心圧縮機用インペラを備えた遠心圧縮機の別の実施形態を示す要部縦断面図である。
【図７】本発明に係る遠心圧縮機用インペラを備えた遠心圧縮機のさらに別の実施形態を示す要部縦断面図である。
【図８】本発明に係る遠心圧縮機用インペラを備えた遠心圧縮機のさらに別の実施形態を示す要部縦断面図である。
【図９】本発明に係る遠心圧縮機用インペラを備えた遠心圧縮機のさらに別の実施形態を示す要部縦断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  遠心圧縮機
１１  遠心圧縮機用インペラ
１４  ブレード
１５  ハブ（本体）
１６  シュラウド
２４  スリット
２５  遠心圧縮機用インペラ
２６  丸穴
３０  遠心圧縮機
３２  第１の案内板（予旋回付与手段）
４０  遠心圧縮機
４１  第２の案内板（予旋回付与手段）
５０  遠心圧縮機
５１  第３の案内板（予旋回付与手段）
６０  遠心圧縮機
６１  第４の案内板（予旋回付与手段）
７０  遠心圧縮機
Ｒ  根元部
Ｔ  先端部
【図１】
2009156122.tif 000003
【図２】
2009156122.tif 000004
【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】
2009156122.tif 000009
【図８】
2009156122.tif 000010
【図９】
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