JP5495700B2

JP5495700B2 - 遠心圧縮機のインペラ

Info

Publication number: JP5495700B2
Application number: JP2009233183A
Authority: JP
Inventors: 健一郎岩切; 勲冨田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-10-07
Filing date: 2009-10-07
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2029-10-07
Also published as: KR20110106946A; WO2011043125A1; EP2392830A1; US20120189454A1; US9033667B2; CN102333961B; CN102333961A; EP2392830A4; JP2011080411A; EP3495666A1; EP2392830B1; KR101347469B1; EP3495666B1

Description

本発明は、車両用、舶用ターボチャージャ等に用いられる遠心圧縮機のインペラ（羽根車）に関するものであり、特に、互いに隣り合うフルブレード（全翼）の間に設けられるスプリッタブレード（短翼）の翼形状であって、流体の入口部の翼形状に関する。

車両用、舶用ターボチャージャのコンプレッサ部等に用いられる遠心圧縮機は、インペラの回転を介して流体に運動エネルギーを与えるとともに、径方向外側に流体を吐出することで遠心力による圧力上昇を得るものである。この遠心圧縮機は広い運転範囲において高圧力比と高効率化が要求されるため、図９に示すような互いに隣り合うフルブレード（全翼）０１の間にスプリッタブレード（短翼）０３を設けたインペラ０５がよく用いられるとともに、その翼形状について様々な工夫がなされている。

このスプリッタブレード０３を有するインペラ０５は、図９、図１０（図９の径方向の部分断面図）に示すように、フルブレード０１とスプリッタブレード０３がハブ０７面上に交互に設置されるが、一般的なスプリッタブレード０３は、フルブレード０１の上流側を単に切除した形状とされている。
この一般的なスプリッタブレード０３の場合は、図１１（図１０のＡ−Ａ線断面図）のように、フルブレード０１の入口端縁（ＬＥ１）より一定距離下流側にスプリッタブレード０３の入口端縁（ＬＥ２）が位置され、出口端縁（ＴＥ）は一致して設けられ、スプリッタブレード０３の前縁翼角θ（前縁の方向とインペラ０５の軸方向Ｇとの成す角度として示す）は、フルブレード０１間の流路を流れる流体の流れ方向Ｆと同一に設定されている。

しかし、図１１のように、単にフルブレード０１の上流側を切除した形状では、フルブレード０１の圧力面側Ｓａのスロート面積Ａ１と、負圧面側Ｓｂのスロート面積Ａ２に、Ａ１＜Ａ２の差が生じることから、各流路の流量に不均一が生じ、流体を均等分配することができず、翼負荷が不均等となり流路損失も増えて、インペラ効率の向上が妨げられる問題があった。

そこで、特許文献１（特開平１０−２１３０９４号公報）に開示されている技術が知られおり、この特許文献1は、図１２のように、スプリッタブレード０９の前縁翼角を、θ＋Δθと大きく取る（流体の流れ方向Ｆに対してΔθ大きく設定する）ことで、すなわち、フルブレード０１の負圧面側Ｓｂに寄せることで、スプリッタブレード０９の両側通路のスロート面積を同一（Ａ１＝Ａ２）とする工夫がなされている。
また、スプリッタブレードの入口端部を、フルブレードの負圧面側に傾けたものとして特許文献２（特許３８７６１９５号公報）も知られている。

しかし、前記特許文献１（図１２）のように、スプリッタブレード０９の前縁翼角を、θ＋Δθと大きく取ることによって、スプリッタブレード０９の傾斜が大きくなった前縁部分やフルブレード０１の負圧面側Ｓｂからの剥離流の発生が懸念されるとともに、スプリッタブレード０９の圧力面側および負圧面側の両側通路でスロート面積を同一（Ａ１＝Ａ２）としても、該両通路で流速が相違することによって流量の均一化を図ることができなくなる問題があった。

すなわち、スプリッタブレード０９の両側、つまりフルブレード０１の圧力面側と負圧面側とで流速が異なることから、フルブレード０１の間に入ってきた流体は、主に負圧面側に速い流れが集まる分布となるため、スプリッタブレード０９の両側通路の流路断面積を幾何学的に等しくしても、負圧面側が圧力面側に比べて流速が速い分、流量が増え各流路の流量に不均一が生じ、流体を均等分配することができず、翼負荷が不均等となり流路損失も増えて、インペラ効率の向上が妨げられる問題があった。

そこで、さらに特許文献３（特開２００２−３３２９９２号公報）に開示されている技術が知られている。この特許文献３では、図１３に示すように、スプリッタブレード０１１の前縁翼角をθのままとして、前縁を敢えてフルブレード０１の負圧面側に偏倚させてＡ１＞Ａ２としている。これによって、スプリッタブレード０１１の両側通路における流量の均一化を図っている。

特開平１０−２１３０９４号公報特許３８７６１９５号公報特開２００２−３３２９９２号公報

しかしながら、前記特許文献１〜３のいずれも、ブレード（翼）間の流れがフルブレードに沿って流れるとの仮定の基に、スプリッタブレードにより分割される流路の流量配分に着目して、翼形状の改良がなされているものであり、スプリッタブレードの翼高さ方向に沿っての流れの分布に着目して翼形状の改良はなされていない。
また、遠心圧縮機は複雑な三次元幾何形状を有することから、コリオリ力や遠心力や、流線曲率に起因した強い二次流れを生じ、特に、翼間隙間を有するオープン型インペラの場合には、翼端漏れ流れや、ケーシング面とインペラの相対運動による影響が現われ、流れ場は一層複雑になる。
従って、これらの複雑な内部流動に適合しない従来型の翼形状では、流量および翼負荷の不均一を想定通りに解消することができず、結果として十分なインペラ性能が得られていなかった。

そこで、本発明は、これら問題に鑑みてなされたもので、流体の入口部から出口部にかけて互いに隣り合わせて設けられるフルブレードと、該フルブレードの間に流路の途中から出口部にかけて設けられるスプリッタブレードとを備えた遠心圧縮機のインペラにおいて、遠心圧縮機の複雑な内部流動に適合させて、流量配分の均一化と、高圧力比、高効率化とを達成するスプリッタブレードの入口部形状を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本出願の第１発明は、ハブ面上に流体の入口部から出口部にかけて複数設けられるフルブレードと、互いに隣り合わせて設けられる前記フルブレードの間に形成される流路の途中から出口部にかけて設けられるスプリッタブレードとを備えた遠心圧縮機のインペラにおいて、前記スプリッタブレードの入口端部における前縁翼角を、ハブ面からの高さ方向で異ならせるとともに、先端部分をその他部分より大きい傾斜角度をもって前記フルブレードの負圧面側に傾斜させ、前記高さ方向の先端部分が全高の略７０％以上であり、該略７０％の位置を起点として先端に向かって一定角度まで徐々に傾斜角度を増加させたことを特徴とする。

かかる第１発明によれば、スプリッタブレードの入口端部の前縁翼角について、ハブ面からの高さ方向で異ならせるとともに、高さ方向の先端部分をその他部分より大きい傾斜角度をもって前記フルブレードの負圧面側に傾斜させたことによって、具体的には全高の略７０％以上の部分を、フルブレードの負圧面側に傾斜させて寄せることによって、次のような作用効果を有する。

第１点目は、翼端漏れ流れに対する適合である。図５の数値解析結果の流れ線に示すように、フルブレードのハブ面からの高さ方向における先端とケーシングとの間に翼端隙間を有するオープン型インペラの場合には、フルブレードの流体入口端部の翼の先端部分とケーシングとの隙間部分Ｂを通って隣の流体通路のフルブレードの圧力面側の流体が当該フルブレードの負圧面側に漏れる翼端漏れ流れＷが生じる。この漏れ流れは、強い渦流（翼端漏れ渦）を伴い、スプリッタブレードの入口端部の先端部近傍では、流れはフルブレードに沿った流れとはならず偏流Ｍが生じる問題があった。

本発明では、スプリッタブレードの入口端部におけるハブ面からの高さ方向の先端部分Ｐ（図５参照）をフルブレードの負圧面側Ｓｂに傾斜させたことによって、スプリッタブレードの入口端部の先端部近傍に生じる翼端漏れ渦による偏流Ｍに対し、該偏流に沿った形状とすることが可能になり、これによって、偏流を滑らかに出口側に導くことができるようになり、高圧力比および高効率化することができる。

また、第２点目は、翼端漏れ渦に対する干渉回避である。翼端漏れ渦は低ネルギー流体の集積域であり、このような渦流れがスプリッタブレードの入口端部の先端部分に向かってスプリッタブレードの入口端部の先端部に干渉すると、剥離やさらなる渦構造の発生によって流れの損出生成が増大して効率低下につながる問題があった。

本発明においては、この翼端漏れ渦がスプリッタブレードの入口端部の先端部分と干渉することを避けるために、スプリッタブレードの入口端部の先端部分を、好ましくは高さ方向の７０％以上の部分を、フルブレードの負圧面側に傾斜させて、翼端漏れ渦の渦中心線から遠ざけることで干渉によるインペラの効率低下を防止して、高圧力比および高効率化することができる。

また、第３点目は、逆圧力勾配の変更によるサージングの抑制である。遠心圧縮機内では、遠心力やコリオリ力の影響で、低エネルギー流体は翼先端側、すなわち、ハブ面からの高さ方向における先端側に堆積しやすい。また、この低エネルギー流体は、インペラ内の逆圧力勾配、つまり、流体の出口側から入口側に向かう圧力勾配（出口側の高圧力から入口側の低圧力への圧力勾配）によって容易に逆流してサージングに至る要因となっていた。

本発明においては、図３に示すように、スプリッタブレードの入口端部について、ハブ面からの高さ方向の先端部分を、フルブレードの負圧面側に傾斜させて寄せたため、流路内の逆圧力勾配の方向が、通常の場合（スプリッタブレードの前端翼角がフルブレードと同じ場合）の方向Ｘよりも周方向Ｙに向くことになり、ハブ面からの高さ方向における先端側、つまりケーシング面近傍での逆流が抑制され、出口側から入口側に向かう圧力勾配によって生じやすいサージングを防止して、圧縮機をワイドレンジ化できる。

また、第１発明は、前記高さ方向の先端部分が全高の略７０％以上であり、該略７０％の位置を起点として先端に向かって一定角度まで徐々に傾斜角度を増加させる。

一定角度まで徐々に傾斜角度を増加させるため、急変による剥離の発生を防止できる。また、略７０％の位置は、翼端漏れ渦による偏流の数値解析に基づいてスプリッタブレードの入口端部に生じる流れ状態の結果より設定したものであり、翼端漏れ渦の影響を効果的に低減できる。

次に、本出願の第２発明は、ハブ面上に流体の入口部から出口部にかけて複数設けられるフルブレードと、互いに隣り合わせて設けられる前記フルブレードの間に形成される流路の途中から出口部にかけて設けられるスプリッタブレードとを備えた遠心圧縮機のインペラにおいて、前記スプリッタブレードの入口端部における前縁翼角を、ハブ面からの高さ方向で異ならせるとともに、ハブ面側部分をその他部分より大きい傾斜角度をもって前記フルブレードの圧力面側に傾斜させ、前記ハブ面側部分が全高の略７０％以下であり、該略７０％の位置を起点としてハブ面に向かって一定角度まで徐々に傾斜角度を増加させたことを特徴とする。

かかる第２発明によれば、ハブ面近傍に形成される境界層内の低エネルギー流体は、フルブレード間の圧力勾配に負けて、図６の数値解析結果の流れ線に示すように、フルブレードの圧力面側Ｓａから負圧面側Ｓｂへと向かう二次流れＺが形成される。この二次流れＺに適合させるようにスプリッタブレードの入口端部におけるハブ面からの高さ方向のハブ面側部分Ｑをフルブレードの圧力面側に傾斜させることで、ハブ面近傍に形成される二次流れＺに対して滑らかに流体を出口側に導くことができるようになり、高圧力比および高効率化することができる。

また、第２発明は、前記ハブ面側部分が全高の略７０％以下であり、該略７０％の位置を起点としてハブ面に向かって一定角度まで徐々に傾斜角度を増加させる。

一定角度まで徐々に傾斜角度を増加させるため、急変による剥離の発生を防止できる。また、略７０％の位置は、翼端漏れ渦による偏流、さらにハブ面近傍の二次流れの数値解析に基づいてスプリッタブレードの入口端部に生じる流れ状態の結果より設定したものであり、ハブ面近傍の二次流れに効果的に適合できる。

次に、本出願の第３発明は、ハブ面上に流体の入口部から出口部にかけて複数設けられるフルブレードと、互いに隣り合わせて設けられる前記フルブレードの間に形成される流路の途中から出口部にかけて設けられるスプリッタブレードとを備えた遠心圧縮機のインペラにおいて、前記スプリッタブレードの入口端部における前縁翼角を、ハブ面からの高さ方向で異ならせるとともに、ハブ面からの高さ方向の上端部分をフルブレードの負圧面側に傾斜させ、高さ方向のハブ面側部分をフルブレードの圧力面側に傾斜させたことを特徴とする。

かかる第３発明によれば、前記した第１発明よる作用効果および第２発明による作用効果を有するとともに、さらに加えて、スプリッタブレードによって分割されるフルブレード間内の各通路の流量配分の均一化が図れる。
すなわち、スプリッタブレードの入口端部について、ハブ面からの高さ方向の先端部分をフルブレードの負圧面側に傾斜させて寄せ、さらに、ハブ面からの高さ方向のハブ面側部分をフルブレードの圧力面側に傾斜させて寄せるため、それぞれ単独の場合には、スプリッタブレードで分割される流路のスロート幅に偏りが生じ、流量の不均一を生じる原因となるが、ハブ面からの高さ方向において先端側とハブ面側とを同時に実施することでこれら流量の偏りがキャンセルされて流量配分を均一化できる。
なお、高さ方向の前記上端部分と前記ハブ面側とはハブ面からの全高の略７０％より上部と下部によって区分するとよい。

第１発明によれば、前記スプリッタブレードの入口端部における前縁翼角をハブ面からの高さ方向で異ならせるとともに、先端部分をその他部分より大きい傾斜角度をもって前記フルブレードの負圧面側に傾斜させたので、翼端漏れ流れに適合した形状とすることが可能となり、偏流を滑らかに出口側に導くとともに、翼端漏れ渦に対する干渉を回避でき、高圧力比および高効率化を達成できる。
さらに、流路内の出口側から入口側への逆圧力勾配の方向が、図３に示すように、通常の場合の方向Ｘよりも周方向Ｙに向くことになり、ハブ面からの高さ方向における先端側、つまりケーシング面近傍での逆流が抑制され、出口側から入口側に向かう圧力勾配によって生じやすいサージングを防止して、圧縮機をワイドレンジ化できる。

また、第２発明によれば、前記スプリッタブレードの入口端部における前縁翼角を、ハブ面からの高さ方向で異ならせるとともに、ハブ面側部分をその他部分より大きい傾斜角度をもって前記フルブレードの圧力面側に傾斜させたので、ハブ面近傍に形成される二次流れに適合した形状とすることができ、ハブ面近傍に形成される二次流れを、滑らかに流体を出口側に導くことができ、高圧力比および高効率化できる。

また、第３発明によれば、前記スプリッタブレードの入口端部における前縁翼角を、ハブ面からの高さ方向で異ならせるとともに、ハブ面からの高さ方向の上端部分をフルブレードの負圧面側に傾斜させ、高さ方向のハブ面側部分をフルブレードの圧力面側に傾斜させたので、第１発明および第２発明の作用効果に加えてスプリッタブレードによって分割される両側の各通路の流量配分を均一化できる。

以上のように本発明によれば、遠心圧縮機の複雑な内部流動に適合させて、高圧力比、高効率化の達成と、流量配分の均一化を達成するスプリッタブレードの入口部形状を提供できる。

本発明のスプリッタブレードが設けられた遠心圧縮機のインペラの要部を示す斜視図である。第１実施形態のフルブレードとスプリッタブレードとの関係を示す断面説明図である。第１実施形態における圧力勾配の変化を示す説明図である。第２実施形態のフルブレードとスプリッタブレードとの関係を示す断面説明図である。スプリッタブレードの入口端部の先端部に形成されるフルブレード先端部からの翼端漏れ流れを示す数値解析結果である。スプリッタブレードの入口端部のハブ面近傍に形成される二次流れを示す数値解析結果である。スプリッタブレードの入口端部位置におけるハブ面からの高さ（％）と前縁翼角（θ）および流入角の数値解析結果との関係を示す説明図である。フルブレードおよびスプリッタブレードのコード方向（長手方向）位置と翼角（β）との関係を示す説明図である。従来技術の説明図である。従来技術の説明図である。従来技術の説明図である。従来技術の説明図である。従来技術の説明図である。

（第１実施形態）
図１は本発明のスプリッタブレードが適用される遠心圧縮機のインペラの要部を示す斜視図である。インペラ１は、図示しないローター軸に嵌着されたハブ３の上面に複数の互いに隣り合うフルブレード（全翼）５と、そのフルブレード５の間に設けられるスプリッタブレード（短翼）７とが、周方向に等ピッチで交互に立設されている。そして、スプリッタブレード７は、フルブレード５よりも流体の流れ方向に対して長さが短く、フルブレード５、５の間に形成される流路９の途中から出口部にかけて設けられている。

図２には、スプリッタブレード７とフルブレード５との関係を、ブレードの長手方向に沿った断面形状を示す（図１０のＡ−Ａ線断面図に相当）。ここでの形状は径方向外側位置、すなわち、ケーシング側位置における関係を示す。また、インペラ１は矢印方向に回転するものとする。

スプリッタブレード７の入口側端部であるリーディングエッジ７ａは、フルブレード５の入口側端部のリーディングエッジ５ａより流れ方向下流側に位置して、スプリッタブレード７の出口側端縁のトレーリングエッジ７ｂと、フルブレード５の出口側端縁のトレーリングエッジ５ｂとの位置は一致している。
また、フルブレード５の圧力面側Ｓａとフルブレード５の負圧面側Ｓｂとの間に形成される流路９をスプリッタブレード７によって二分割され、スプリッタブレード７とフルブレード５の圧力面側Ｓａの壁面との間に圧力面側流路１１が形成され、負圧面側Ｓｂの壁面との間に負圧面側流路１３が形成されている。

このように構成されたインペラ１は、フルブレード５およびスプリッタブレード７を覆う図示しないケーシングとの間に翼端隙間を有するオープン型インペラとして構成される。従って、フルブレード５の入口端部の先端部分とケーシングとの隙間部分を通って隣の流体通路のフルブレード５の圧力面側の流体がフルブレード５の負圧面側に漏れる翼端漏れ流れＷが生じる。

この翼端漏れ流れＷはスプリッタブレード７の入口端部の流れに影響を与えるため、この翼端漏れ流れＷの状態について数値解析を行った。その数値解析結果の流れ線図を図５に示す。フルブレード５のリーディングエッジ５ａ部の先端の隙間部Ｂを通って翼端漏れ流れが生じる。この翼端漏れ流れＷは、図５のように、強い渦流（翼端漏れ渦）を伴っており、フルブレード５に沿う流れに対して強いブロック作用を有するため、スプリッタブレード７の入口端部の先端部近傍では、流れはフルブレード５に沿った流れとはならず、前記渦を核としてスプリッタブレード７の入口端部に向かう偏流Ｍを生じる問題があった。

この翼端漏れ流れＷの状態をさらに調べるために、スプリッタブレード７のリーディングエッジ７ａ部分の流路９内を流れる流体の流入角を、数値解析を行って求め、その結果を図７に白丸点で示す。この図７は、横軸にスプリッタブレードの前縁翼角θと数値解析結果の流入角（白丸）をとり、縦軸にハブ面からの高さ（スパン）をとっている。

図７における直線Ｈ１は、スプリッタブレード７の前縁翼角θが、フルブレード５間の流路９を流れる流体の流れ方向Ｆと同じ、またはフルブレード５の傾斜と同じとした場合である従来を示し、高さ方向の中央部においては数値解析結果と近似しているが、略７０％以上の高さの範囲においては、白丸点で示す数値解析結果が左右に変化（流入角が大小に変化）していることが分かる。これは翼端漏れ流れの渦運動の影響が現れたものであり、また翼端漏れ流れによる偏流の影響によって、翼端部近傍では流れ角は平均的に直線Ｈ１よりも大きくなる側に偏っている。

この略７０％以上の範囲については、翼端漏れ流れＷがスプリッタブレード７の先端部のどの範囲まで影響するかに基づくため、フルブレード５に対するスプリッタブレード７の配置の位置関係で変わるものであるが、スプリッタブレード７の機能からフルブレード５との位置関係は略一定の関係となる（スプリッタブレード７がフルブレード５に対して短すぎる場合、同等の長さの場合にはスプリッタブレード７としての機能が発揮されない）ことから、他のオープン型インペラを解析しても、略７０％以上の範囲において傾斜させることが効果的であることが言える。

そこで、図７のスパンが略７０％以上の範囲における数値解析結果のポイントに基づいて、解析ポイントの変動傾向に沿うように、スパンの略７０％位置から徐々に前縁翼角θを直線Ｈ１の関係より増大させてθ＋Δθ（ｈ）として、Δθ（ｈ）がスパンの高さに応じて変化するように設定し、スプリッタブレード７の先端において、図７のＲ点よりも略１５°以上傾斜させることがよいことを見出し、曲線Ｈ２をスプリッタブレード７の前縁翼角θの特性として設定している。

スプリッタブレード７とフルブレード５とのコード方向、すなわち、ブレードの長手方向の所定位置におれる翼角βの分布を図８に示す。
この図８は、縦軸に翼角βをとり、横軸にブレードの全長を１として各位置を正規化した位置として示し、該横軸のゼロ点が、フルブレード５の入口側端部のリーディングエッジ５ａの位置を示す。

また、図８中のラインＬ１がスプリッタブレード７の上端形状を示し、ラインＬ２がスプリッタブレード７のハブ面上の形状を示す。従って、スプリッタブレード７の上端部分は従来のフルブレード５と同様の形状を有していた場合に比べて、１５°以上プラス側に傾斜し、ハブ面側においては、１５°以上マイナス側に傾斜し、その後、出口に向かって従来の形状に収束するように翼角βの分布が急変しないように、滑らかに減少してスプリッタブレード７の出口側においては、フルブレード５の形状（傾斜）と同様になるとともに、出口側端縁のトレーリングエッジ７ｂは、フルブレード５およびスプリッタブレード７ともに同一位置になるように設定されている。

このようにスプリッタブレード７の入口端部について、ハブ３面からの高さ方向の略７０％以上の部分を、フルブレード５の負圧面側Ｓｂに傾斜させ、略７０％位置から徐々に前縁翼角θを増大させて、スプリッタブレード７の先端において、図７のＲ点よりも略１５°以上傾斜させることによって、次のような作用効果を有する。

第１点目は、翼端漏れ流れＷに対する適合性である。スプリッタブレード７の入口端部の先端部近傍に生じる翼端漏れ渦による偏流Ｍに対し、該偏流Ｍに沿った形状とすることが可能になり、これによって、偏流Ｍを滑らかに出口側に導くことができるようになり、高圧力比および高効率化できる。

また、第２点目は、翼端漏れ渦に対する干渉回避である。翼端漏れ渦がスプリッタブレード７の入口端部の先端部分と干渉することを避けることができるため、干渉による剥離やさらなる渦流の発生によるインペラの効率低下を防止して、高圧力比および高効率化できる。

また、第３点目は、逆圧力勾配の変更によるサージングの抑制である。遠心圧縮機内では、遠心力やコリオリ力の影響で、低エネルギー流体は翼先端側、すなわち、ハブ面からの高さ方向における先端側に堆積しやすい。
この低エネルギー流体は、インペラ内の逆圧力勾配、つまり、流体の出口側から入口側に向かう圧力勾配（出口側の高圧力から入口側の低圧力への圧力勾配）によって容易に逆流してサージングに至る要因となっていたが、図３に示すように、スプリッタブレード７の入口端部について、ハブ面からの高さ方向の先端部分を、フルブレードの負圧面側に傾斜させて寄せたため、流路内の逆圧力勾配の方向が、通常の場合（スプリッタブレードの前端翼角が流体の流れ方向と同じ、またはフルブレードと同じ場合）の方向Ｘよりも周方向Ｙに向くことになり、ハブ面からの高さ方向における先端側、つまりケーシング面近傍での逆流が抑制され、出口側から入口側に向かう圧力勾配によって生じやすいサージングを防止して、圧縮機のワイドレンジ化を達成できる。

（第２実施形態）
次に、スプリッタブレード７の入口端部のハブ面側における前縁翼角θについて説明する。
図４には、スプリッタブレード７とフルブレード５との関係を、ブレードの長手方向に沿った断面形状を示す（図１０のＡ−Ａ線断面図に相当）。ここでの形状はハブ３側位置における関係を示す。また、インペラ１は矢印方向に回転するものとする。
ハブ３の近傍の流体は境界層内の低エネルギー流体を形成するため、フルブレード５、５間の流路９内では、圧力勾配負けて、フルブレード５の圧力面側Ｓａから負圧面側Ｓｂと向かう二次流れＺが形成される。

この二次流れの状態を数値解析した結果を図６の流れ線、および前記第１実施形態で示した図７、図８に示す。図６のように、フルブレード５、５の間の流れは、圧力面側Ｓａから負圧面側Ｓｂへと向かう二次流れＺが形成される。本実施形態では、この二次流れＺに適合させるようにスプリッタブレード７の入口端部におけるハブ面からの高さ方向のハブ面側部分Ｑの領域をフルブレード５の圧力面側Ｓａに傾斜させることで、ハブ面近傍に形成される二次流れＺに対して滑らかに流体を出口側に導くようにするものである。
これによって、スプリッタブレード７のハブ面近傍における流体の流れが、スプリッタブレード７によって妨げられることなくスムーズに出口に向かい、高圧力比および高効率化が達成できる。

また、前記第１実施形態で示した図７に白丸点で示す数値解析結果において、スパンが略７０％以下の範囲で、スパンの略７０％位置から徐々に前縁翼角θを直線Ｈ１の関係より減少させてマイナス側に傾く傾向が表れて、前記二次流れの影響が発生していることが示されている。

そこで、図７のスパンが略７０％以下の範囲では、スプリッタブレード７の前縁翼角θを数値解析結果に沿うように、スパンの略７０％の位置から徐々に前縁翼角θを直線Ｈ１より減少させてθ−Δθ（ｈ）として、Δθ（ｈ）がスパンの高さに応じて変化するように設定し、スプリッタブレード７のハブ面において、図７のＳ点よりも略−１５°以上傾斜させることがよいことを見出し、曲線状の実線Ｈ２をスプリッタブレード７の前縁翼角θの特性として設定している。

このように第２実施形態によれば、ハブ面近傍に形成される二次流れＺに対して滑らかに流体を出口側に導くことができるようになり、高圧力比および高効率化に結び付けることができる。
また、スパンが略７０％以下で、−１５°以上の傾斜角へと徐々に傾斜角度を増加させるため、急変による剥離の発生を防止できる。

（第３実施形態）
第３実施形態は、スプリッタブレード７の入口端部の先端部分およびハブ面側における前縁翼角θについて、前記第１実施形態および第２実施形態をともに備えたものである。

図７に示すように、スプリッタブレード７の入口端部におけるハブ面からの高さ方向の上端部分においては、スパンの略７０％位置から徐々に前縁翼角θを、フルブレード５の負圧面側Ｓｂに向けて傾斜させて、スプリッタブレード７の先端位置では、図７のＲ点位置よりも略１５°以上傾斜させる。このＲ点はフルブレード５間の流路９を流れる流体の流れ方向Ｆと同じ、またはフルブレード５と同じ前縁翼角θを有した関係を示す直線Ｈ１の上端を示す点であり、この位置を基準として略１５°以上傾斜させる。

さらに、スパンの略７０％位置から下では、徐々に前縁翼角θを、フルブレード５の圧力面側Ｓａに向けて傾斜させて、スプリッタブレード７のハブ面上においては、図７のＳ点位置よりも略１５°以上傾斜させる。このＳ点は直線Ｈ１の下端のＳ点であり、この位置を基準として略１５°以上傾斜させる。すなわち、第1実施形態と第２実施形態との互いに逆方向に傾斜したスプリッタブレード７の前縁翼角の特性を併せ持つ形状となっている。

以上の第３実施形によれば、前記した第１実施形態による作用効果および第２実施形態による作用効果を有するとともに、さらに加えて、スプリッタブレード７によって分割される各通路１１、１３の流量配分の均一化が図れる。

すなわち、スプリッタブレード７の入口端部について、ハブ面からの高さ方向の先端部分をフルブレード５の負圧面側Ｓｂに傾斜させて寄せ、さらに、ハブ面からの高さ方向のハブ面側部分をフルブレード５の圧力面側に傾斜させてそれぞれ寄せるため、単独の場合には、スプリッタブレード７で分割される圧力面側流路１１および負圧面側流路１３のスロート幅に偏りが生じ、流量の不均一を生じる原因となるが、ハブ面からの高さ方向において先端側とハブ面側とにおいて、互いに逆方向に傾斜さることでこれら流量の偏りがキャンセルされて流量配分を均一化することができる。

本発明は、流体の入口部から出口部にかけて互いに隣り合わせて設けられるフルブレードと、該フルブレードの間に流路の途中から出口部にかけて設けられるスプリッタブレードとを備えた遠心圧縮機のインペラにおいて、遠心圧縮機の複雑な内部流動に適合させて、高圧力比、高効率化の達成と、流量配分の均一化を達成するスプリッタブレードの入口部形状を提供できるので、遠心圧縮機のインペラへの利用に適している。
また、上記ではフルブレード間流路に１つのシングルスプリッタブレードを有する場合について述べたが、シングルスプリッタブレード間流路に設けられた、シングルスプリッタブレードよりも更に短いダブルスプリッタブレードについて本発明を適用してももちろん良い。

１インペラ
３ハブ
５フルブレード
５ａフルブレードのリーディングエッジ
５ｂフルブレードのトレーリングエッジ
７スプリッタブレード
７ａスプリッタブレードのリーディングエッジ
７ｂスプリッタブレードのトレーリングエッジ
９流路
Ｂフルブレードの先端隙間
Ｆ流路を流れる流体の流れ方向
Ｍ偏流
Ｐスプリッタブレードの先端部分
Ｑスプリッタブレードのハブ面側部分
Ｗ翼端漏れ流れ
Ｚハブ面近傍の二次流れ
θ 前縁翼角
Ｓａフルブレードの圧力面側
Ｓｂフルブレードの負圧面側

Claims

ハブ面上に流体の入口部から出口部にかけて複数設けられるフルブレードと、互いに隣り合わせて設けられる前記フルブレードの間に形成される流路の途中から出口部にかけて設けられるスプリッタブレードとを備えた遠心圧縮機のインペラにおいて、
前記スプリッタブレードの入口端部における前縁翼角を、ハブ面からの高さ方向で異ならせるとともに、先端部分をその他部分より大きい傾斜角度をもって前記フルブレードの負圧面側に傾斜させ、前記高さ方向の先端部分が全高の略７０％以上であり、該略７０％の位置を起点として先端に向かって一定角度まで徐々に傾斜角度を増加させたことを特徴とする遠心圧縮機のインペラ。
ハブ面上に流体の入口部から出口部にかけて複数設けられるフルブレードと、互いに隣り合わせて設けられる前記フルブレードの間に形成される流路の途中から出口部にかけて設けられるスプリッタブレードとを備えた遠心圧縮機のインペラにおいて、
前記スプリッタブレードの入口端部における前縁翼角を、ハブ面からの高さ方向で異ならせるとともに、ハブ面側部分をその他部分より大きい傾斜角度をもって前記フルブレードの圧力面側に傾斜させ、前記ハブ面側部分が全高の略７０％以下であり、該略７０％の位置を起点としてハブ面に向かって一定角度まで徐々に傾斜角度を増加させたことを特徴とする遠心圧縮機のインペラ。
ハブ面上に流体の入口部から出口部にかけて複数設けられるフルブレードと、互いに隣り合わせて設けられる前記フルブレードの間に形成される流路の途中から出口部にかけて設けられるスプリッタブレードとを備えた遠心圧縮機のインペラにおいて、
前記スプリッタブレードの入口端部における前縁翼角を、ハブ面からの高さ方向で異ならせるとともに、ハブ面からの高さ方向の上端部分をフルブレードの負圧面側に傾斜させ、高さ方向のハブ面側部分をフルブレードの圧力面側に傾斜させたことを特徴とする遠心圧縮機のインペラ。
高さ方向の前記上端部分と前記ハブ面側部分とはハブ面からの全高の略７０％より上部と下部によって区分することを特徴とする請求項３記載の遠心圧縮機のインペラ。