(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根車（３）の周部に配設したケーシング（５）と、ケーシング（５）の前端に連結して気体を軸心方向から吸引する吸込ケーシング（６）と、羽根車（３）の回転により圧縮した気体を遠心方向外方に導くデイフューザー（７）とからなる圧縮機において、円錐状のハブ（１）に巻き掛けた複数枚の羽根（１０…）の始端部を回転軸心に沿って配設し、羽根（１０）の始端側の外周先端部（１０ａ）を吸込ケーシング（６）の方向に突設させて、その内側に広い吸込口を形成したことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
上記羽根（１０）の始端部を旋回方向にさらに折り曲げてインデューサー（１１）とし、このインデューサー（１１）の外周先端部（１１ａ）を吸込ケーシング（６）の方向に突設させたことを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
上記ディフューザー（７）に連設したリタンチャンネル（１２）を後部ケーシング（１３）に連結して、圧縮された気体を後部ケーシング（１３）の軸心に沿って導くと共に、後部ケーシング（１３）の内部に延設した回転軸（４）にハブ（１４）を嵌着し、このハブ（１４）に巻き掛けた羽根（１５）の始端部を回転軸心に沿って配設し、その外周先端部（１５ａ）を突設させたことを特徴とする請求項１または２記載の遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、分散型発電機あるいは自動車用エンジンまたは船舶の推進機などに用いる圧縮機であって、特に、比較的小型のガスタービンに適用できる遠心圧縮機の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の遠心圧縮機は、図６に示すように、円錐状のハブ１に多数の羽根２を止着した羽根車３が回転軸４の先端部に嵌着してあり、羽根２の始端部が回転軸４の軸線方向に沿って止着され、その後方部を回転方向後方に緩やかに湾曲させて後端部を遠心方向に向って止着してある。そして、羽根２の周部には羽根２の外周端に接近させてケーシング５が設けてあり、ケーシング５の前段部には先端部を拡開した吸込ケーシング６が連結してある。ケーシング５の後方部は羽根２の外周端に沿って末広がり状に形成してあり、ケーシング５の後端部をデイフューザー７に連結してある。デイフューザー７の内部には、圧縮された旋回流を直線流に案内するガイドベーン８が設けてあり、整流となった圧縮気体を渦巻室９に送り出す構造となっている。図７に示す従来の遠心圧縮機は、ポンプの吸込性能を向上させるために、羽根２の始端部を旋回方向に折り曲げてインデューサー２ａとしてある。
【０００３】
これらの圧縮機は羽根車を囲繞するケーシングの先端部の形状と、羽根車の入口部の面積が性能に重要な影響を与えている。そして、羽根間に流入した風量が圧縮されて限界値以下の流量に減少してくると、圧縮気体の流れが羽根から剥離して、圧力上昇量が不連続的に低下して激しい圧力変動と騒音が起こり、流れの脈動を伴う圧縮機全体の不安定現象であるサージングの原因となっていた。このサージング対策として、吸込ケーシングの前方に入口案内羽根を設け、入口案内羽根の角度と羽根車の回転数を制御して流れの剥離を防止する装置としては、例えば、特開平９−１３３０９３号公報に記載してあるように公知である。また、羽根の先端のインデューサーを回転方向に折り曲げてインデューサーに沿って気体流を羽根間に流入させる装置は、例えば、送風機の特開平８−１９３５９８号公報に記載してあるように公知である。
【０００４】
【発明が解決しょうとする課題】
しかしながら、前段の入口案内羽根を設けた装置にあっては、羽根車の吸込口に流入する流体の過渡的な変動が軽減できるものであるが、圧力、温度、風量の変動要素が多く構造も複雑となっていた。また、後段の羽根車の先端にインデューサーを設けた装置にあっては、吸込性能がよくなるものであるが、軸心方向から流入した気体を遠心方向に急激に方向転換させるので気体の乱流が起こり、効率が低下するため圧縮機での適用が困難であった。この発明は、羽根車の形状を工夫することにより、吸込性能とバランス効率を向上させた圧縮機を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明の要旨とするところは、羽根車の周部に配設したケーシングと、ケーシングの前端に連結して気体を軸心方向から吸引する吸込ケーシングと、羽根車の回転により圧縮した気体を遠心方向外方に導くデイフューザーとからなる圧縮機において、円錐状のハブに巻き掛けた複数枚の羽根の始端部を回転軸心に沿って配設し、羽根の始端側の外周先端部を吸込ケーシングの方向に突設させて、羽根の吸込口の内周部を大きく拡開して羽根の先端部で気体の流入を案内させるもので、吸込性能と容積効率が向上しハブに巻き掛けた複数の羽根でバランス効率がよくなるもので、圧縮された気体の局部剥れが防止され、サージングに起因する振動と騒音がなくなるものである。そして、羽根の始端部を旋回方向にさらに折り曲げてインデューサーとし、このインデューサーの外周先端部を吸込ケーシングの方向に突設させれば、気体が案内されて吸込性能が高められるものである。また、上記ディフューザーに連設したリタンチャンネルを後部ケーシングに連結して、圧縮された気体を後部ケーシングの軸心に沿って導くと共に、後部ケーシングの内部に延設した回転軸にハブを嵌着し、このハブに巻き掛けた羽根の始端部を回転軸心に沿って配設し、その外周先端部を突設させれば、気体の高圧縮が可能となり流体エネルギーを圧力エネルギーに変換して、タービン等の高速回転が可能となるものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
この発明に係る圧縮機は、回転軸心に沿って配設した羽根の始端側の外周先端部を吸込ケーシングの方向に突設したので、広い吸込口が形成されて口径も大きくなり、吸込風量が増加して吸込口近傍での吸引効率を高めることが出来るものである。そして、駆動軸に垂直な全ての面において軸対称に羽根がバランスよく配設されて気体にエネルギーを与えるので、体積効率とバランス効率がよいもので、口径を大きくした吸込口から吸引した気体が羽根面から剥れることもなく、吸込性能と吐出し量が増加され、サージングに基づく振動と騒音が防止できるものである。
【０００７】
【実施例】
この発明の実施例を図面に基づき詳述すると、まず、図１において、円錐状のハブ１に複数枚の羽根１０が等間隔に巻き掛けてあり、羽根１０、１０間の吸込側の開口が回転軸心に沿って配設され、その吐出側の開口が遠心方向外方に向って配設してある。ハブ１に巻き掛けた羽根１０は、回転軸４に垂直な全ての面において軸対称に羽根１０がバランスよく配設されて気体にエネルギーを与えるようにしてあり、体積効率とバランス効率が得られるようにしてある。羽根１０の始端側の外周先端部１０ａが吸込ケーシング６の方向に突設させてあり、羽根１０の外周先端部１０ａの内側に広い吸込口が形成されて吸込風量が増加されるようにしてあり、羽根１０、１０間に流入して圧縮された気体が不連続的に低下することもなく、圧縮された気体が羽根１０からの局部剥れが防止され、激しい圧力変動と騒音が防止されるものである。そして、突設させた羽根１０の外周先端部１０ａを設けることにより、回転軸心方向の気体の流れを効率よく羽根１０、１０間に導入し、終端部の放射状の羽根１０が遠心力により流れを外周に送りだすもので、流れの脈動を伴う圧縮機全体の不安定現象であるサージングがなくなるものである。
【０００８】
図２に示す遠心圧縮機は、円錐状のハブ１に巻き掛けた羽根１０の始端部を旋回方向にさらに折り曲げてインデューサー１１とし、その外周先端部１１ａを吸込ケーシング６の方向に突設してあり、広い吸込口と吸込性能をさらに向上させるようにしてある。図３に示す二段圧縮機は、図１に示す遠心圧縮機の後段に高圧用の遠心圧縮機を設けたものであって、図１に示すディフューザー７に連設したリタンチャンネル１２を後部ケーシング１３に連結して、圧縮された気体を回転軸４の軸心に沿って導くようにしてある。後部ケーシング１３には、後方に延設した回転軸４に嵌着したハブ１４に羽根１５が巻き掛けて内設してあり、この羽根１５の始端側の外周先端部１５ａが圧縮気体の流入方向に突設してあり、回転軸４の軸心方向から前段で圧縮された気体を高圧側の圧縮機に導くようにしたものである。そして、吸込方向に延設した前段の羽根１０の外周先端部１０ａと後段の羽根１５の外周先端部１５ａがその内側に広い吸込口を形成して吸込風量を増加させるようにしてあり、前段の羽根１０、１０と後段の羽根１５、１５間とに流入する気体が圧縮されて、不連続的に低下することがないように吸込性能を向上させて、サージングに基づく振動と騒音が防止できるようにしてある。
【０００９】
また、図４に示す二段圧縮機は他の実施例の遠心圧縮機であって、羽根１０の始端部にインデューサー１１を設けた図２に示す遠心圧縮機と、図３に示す二段圧縮機の高圧側の遠心圧縮機を連結したものである。そして、吸込方向に延設した前段のインデューサー１１の外周先端部１１ａと後段の羽根１５の外周先端部１５ａがその内側に広い吸込口を形成してあり、前段の羽根１０、１０と後段の羽根１５、１５間に流入した気体が圧縮されて、不連続的に低下することがないように吸込風量を増加させるようにしてある。なお、符号１６はリタンチャンネル１２の内部に設けた整流用のガイドベーン、符号１７は高圧側のデイフューザー、符号１８はデイフューザー１７の内部に設けたガイドベーン、符号１９は圧縮気体を送り出す渦巻室である。
【００１０】
図５は、この発明に係る遠心圧縮機と従来の遠心、斜流、軸流圧縮機との比速度（ｎｓ）と効率（η）の関係をあらわす図表であって、この発明は吸込性能向上に有効で、低比速度（ｎｓ）側すなわち高速回転側あるいは高圧縮比側の効率向上に効果が大きく、特に遠心圧縮機の場合にその効果が顕著となることを表している。遠心の適用範囲を広げることによって、軸流と遠心の大きな隔たりを狭めたとも見ることができる。即ち、この発明は、遠心圧縮機の大流量化の一助となるもので、分散型発電機あるいは自動車用エンジンとして開発が進められている遠心あるいは斜流圧縮機を用いた比較的小型のガスタービンの小型、軽量化に寄与できるものである。
【００１１】
【発明の効果】
この発明に係る遠心圧縮機は上記のように構成してあり、失速の原因となる羽根面からの流れの剥れが吸込み端部と羽根の先端側から発生するものであるが、この発明にあっては、羽根の始端側の外周先端部を吸込ケーシングの方向に突設させて、羽根の吸込口の内周部を大きく拡開して羽根の先端部で気体の流入を案内させるので、吸込風量が増加して羽根間に流入した風量が圧縮されても限界値以下の流量に減少することがなく、羽根面からの気体の局部剥れが防止され、サージングに起因する振動と騒音がなくなるものである。また、羽根の始端部を旋回方向にさらに折り曲げたインデューサーを設ければ、吸込性能が向上するとともに、流れが整いスムーズな流れとなり、旋回失速が発生し難い状態となるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明に係る羽根の始端側の先端部を突設させた遠心圧縮機の一部縦断側面図である。
【図２】  同じく、羽根の始端側にインデューサーを設けた他の実施例の一部縦断側面図である。
【図３】  同じく、遠心圧縮機を二段に連設した実施例の一部縦断側面図である。
【図４】  同じく、遠心圧縮機を二段に連設した他の実施例の一部縦断側面図である。
【図５】  この発明に係る遠心圧縮機と従来型の圧縮機の比速度と効率の関係を比較する図表である。
【図６】  従来の遠心圧縮機の一部縦断側面図である。
【図７】  羽根の先端にディフューザー部を設けた従来の遠心圧縮機の一部縦断側面図である。
【符号の説明】
１、１４  ハブ
３  羽根車
４  回転軸
５  ケーシング
６  吸込ケーシング
７  デイフューザー
１０、１５  羽根
１０ａ、１５ａ  外周先端部
１１  インデューサー
１１ａ  外周先端部
１２  リタンチャンネル
１３  後部ケーシング
【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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