JPS608359B2 - 遠心圧縮機のディフュ−ザ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 この発明は遠心圧縮機のディフューザに関するもので「
特に大流量用に設計された高比速度の遠心圧縮機に適用
して好適なものである。

〔発明の背景〕

第１図は従来の遠心圧縮機の縦断面図であり、その羽根
車１は羽根２、心板３「および側板４から成る。

また９は回転軸「 １０は前記羽根車】を回転軸９に固
定するためのナットである。羽根車１の半径方向外方に
は１対のディフューザ板５および６により限られる流路
すなわち羽根なしディフューザが設けられ、さらにその
外方にはケーシング７が設けられている。８は羽根車１
の吸込口に流体を導くための吸込管である。

流体は吸込管８を通じて吸込口より羽根車１‘こ吸込ま
れる。

羽根車内ではその流路面に境界層が発達し、また流体は
コリオリ力や流路の曲がり等の影響を受けるので、低運
動量の流体が円周方向については羽根の負圧面（回転方
向後面）に集まり、羽根の幅方向については側板側に集
まる。この結果、羽根車出口（ディフューザの入口）に
おいては第２図および第３図に示すような流れの歪（非
一様性）が生ずる。すなわち壁面付近の流れは、第２図
の矢印Ｂで示すように、流路中央付近の流れ（矢印Ａ）
に比べて円周方向となす角度（流れ角度）が小さい。羽
根の幅方向についてこの流れ角度の分布を示すと第３図
の曲線１の様になる。この第３図はある遠心圧縮機のデ
ィフューザ入口における流れ角度の測定結果を示す図で
、ディフューザの流路幅方向の各部分における流れ角度
の実測値を示すものである。このように、ディフューザ
入口の流れは流路幅方向にかなり歪んでおり、側板側の
流れ角度はかなり小さくなっている。特に大流量用に設
計された高比速度（たとえば、ｎＳが３５０以上）の羽
根車では「側板側の流れ角度が小さくなる横向が著しい
。このような羽根車出口の流れにおいては〜羽根車の回
転による円周方向速度成分が支配的でｔ絶対速度は羽綬
車出口幅にわたってほぼ同程度の大きさを有するのが普
通である。以上述べた羽根車出口すなわちディフューザ
入口の流れの非一様性はディフューザの性能に悪影響を
及ぼす。

特に「壁面近くの流れ角度の小さい流れは剥離や摩擦損
失を生じて羽根なしディフューザの低流量側特性を低下
させト羽根なしディフューザを有する遠心圧縮機の作動
範囲を狭くする。また流れの非一様性が大きいと羽根な
しディフューザの圧力回復率を低下させるので、効率低
下につながる。〔発明の目的〕 この発明は上述した事柄に基づきなされたもので「羽根
車出口すなわち羽根なしデイフューザの入口部分におけ
る歪んだ流れを強制的に一様分布流れに近ずけることに
より「羽根なしディフューザの圧力回復率を向上させて
その性能向上を計るようにした遠心圧縮機のディフュー
ザを得ることを目的とするものである。

〔発明の概要〕

この発明の特徴はｔ遠心圧縮機の羽根車の下流に設けら
れ、対向する一対の円板状のディフューザ板の間に流路
を形成した羽根なしディフューザにおいて、側板側のデ
ィフューザ板の流路表面上に「そのディフューザの入口
直後から複数枚の導流翼を円形翼列状に設け「 この導
流翼は、前記羽根車の下流の歪んだ流れを整流するもの
であって、その高さは、羽根なしディフューザ入口の流
路幅方向における設計流量時の流れ角度の実際値と、平
均流れ角度とが前記側板側で交差する値で定義された高
さと同じ高さを有し「且つ「前記導流翼のディフューザ
出口角度を前記設計流量時の前記平均流れ角度に等しく
すると共にヂィフューザ入口角度を前記ディフューザ出
口角度以下に構成したものである。

この発明は上記の様に構成することによって、ディフュ
ーザ板近くの平均流れ角度よりも４・さし、流れ角度の
流体を、導流翼によって強制的に平均流れ角度付近の流
れ角度まで大きくでき、流れをより半径方向に向けるこ
とになるので〜導流翼を設けた領域では流れの半径方向
速度成分が増大し「 この領域を通過する流量が増加す
る。

したがって〜同一の流量点では流れ角度の大きいディフ
ューザ坂間の中心付近を流れる流体の全通過流量に対す
る割合が減ずるので〜導流翼が設置されていない領域の
流れの半径方向速度成分が相対的に小さくなり、この領
域の流れ角度は平均流れ角度付近まで小さくなるから「
全体としてデイフューザ入口の歪んだ流れを導流翼によ
って強制的に一様分布流れに近ずけることができる。こ
れにより、ディフューザ入口から出口までの流れを理想
的な羽根なしディフューザの流れ「すなわち対数らせん
状の一様な２次元流れに近づけることができ、羽根なし
ディフューザの圧力回復率を向上できるから〜羽根なし
ディフューザの性能向上を図ることができるという効果
がある。〔発明の実施例〕 以下「本発明の一実施例を第３図〜第５図により説明す
る。

図においてし第１図も第２図と同一符号を付した部分は
同一若しくは相当する部分である。第亀図〜第Ｓ図にお
いて、亀川ま側板側のディフューザ板５の流路表面上に
も流れ角度の小さい領域に限って設けられた導流翼でｔ
この導流翼翼亀はディフューザの入口直後から円形翼
列状に複数枚設けられる。

この導流翼富亀の高さを第３図により更に詳しく述べる
。図において「曲線１は羽根なしディフューザ入口の流
路幅方向における流れ角度の設計流量時の実測値すなわ
ちも設計流量時の流れ角度の実際値である。また一点鎖
線ｍは設計流量に対して計算されるディフューザ入口の
平均流れ角度である。平均流れ角度とはもディフュ−ザ
流路幅に渡り一様な流れの状態を仮定した理想的な流れ
に対して２次元的に定義される設計流量時の流れ角度の
ことである。すなわち「 この平均流れ角度は「次式で
表わされるものである。平均流れ角度＝側Ｉ（ノ声帯帯
ｄｂ） である。

ここで、Ｃｍは羽根車出口の絶対速度の半径方向分速度
、Ｃｕは羽根車出口の絶対速度の周方向分速度「 ｂは
羽根車出口の流路幅長さ「である。この実施例において
、導流翼１１の高さは、前記ディフューザ流路幅方向の
流れ角度の実際値１が平均流れ角度ｍと交差する値と同
程度の高さ、すなわち流路幅の４０％程度の高さとして
いる。

このように導流翼１１の高さを構成することによって、
平均流れ角度よりも小さい流れ角度の流体を該導流翼に
よって強制的に平均流れ角度付近まで大きくでき、また
導流翼１１が直接作用しないディフューザ板５，６間の
中心付近から心板側を流れる流体の流れ角度は平均流れ
角度付近まで小さくできる。従って全体としてディフュ
ーザ入口の歪んだ流れを導流翼１１によって一様分布流
れに近づけることができる。なお、第３図によって規定
された導流翼は、ディフューザの流路幅の４０％の高さ
を有するものであるが、この値は、第７図を引用して以
下説明するディフューザ静圧回復率Ｃｐによって流路幅
方向にある程度の範囲にわたって心板側へ拡大（側板側
へは縮小）されるものであることが理解できる。第７図
は第３図の結果を得たものと同じ遠心圧縮機を使用して
５種類の高さを有する導流翼をそれぞれ設置してディフ
ューザの性能を示すＣｐ値すなわちディフューザ静圧回
復率、すなわち（ディフューザ出口静圧−デイフューザ
入口静ディフューザ入口動圧匡）を本発明者等が確認し
た実験値である。

第７図において縦軸は上記Ｃｐ値、横軸は導流翼の流路
幅方向の高さ比（ｈ／ｂ）で点ａは１０％の高さを有す
る導流翼のＣｐ値、以下同じく点ｂは２０％、一点ｃは
４０％点ｄは５０％、点ｅは６０％の高さを有する導流
翼のＣｐ値である。このことから明らかの通り、ディフ
ューザ静圧回復率は導流翼の高さが４０％の値で最高値
が得られると共に、導流翼の高さが３０％以上５０％程
度まで比較的良好なディフューザ静圧回復率が得られる
ことがわかる。すなわち、本発明の要旨の如く定義づけ
た導流翼の高さは、交差する値で定義された高さと同じ
高さから、心板側にある程度拡大された値（側板側へは
縦４・）まで含むものである。また、前記導流翼１１は
第５図に示すようにその入口角度３３を平均流れ角度よ
り小さい値とし、その出口角度８４を平均流れ角度にほ
ぼ等しくなるように構成して、羽根車１から吐出された
流体の導流翼１１への衝突損失ができるだけ小さくなる
ようにすると共にデイフューザ出口に向って羽根なしデ
ィフューザの理想的な流れとされている対数らせん状の
２次元流れに近ずけるようにしている。

従って、入口角度８３を出口角度８４に比して小さい値
に設定するように構成しているが、上記理想的な流れの
実現のためには、周知の如く入口角度Ｂ３を出口角度３
４ にほぼ等しい値に設計されることはいうまでもない
。さらに、前記導流翼１１の長さは、羽根なしディフュ
ーザの特徴を十分活用するためにディフューザ流路の前
半部までの範囲として流体摩擦損失ができるだけ小さく
なるようにしている。

前記導流翼の目的は、羽根車出口すなわちディフューザ
入口の歪んだ流れを強制的に一様分布流れに近づけて、
羽根なしデイフューザの性能向上をはかろうとするとこ
ろにあるが、その作用を参考例と比較してさらに詳しく
説明する。

例えば特許出願公告昭３６−３６２６（韓流圧縮機のデ
ィフューザの境界層板）において羽根なしディフューザ
のデイフューザ板上に境界層を仕切る「境界層板」を取
付けた例が示されているが、この発明と上記参考例とで
は導流板の位置、高さ、および作用、目的が異なってい
る。すなわち参考例ではデイフューザ入口直後には境界
層板は設けず、若干の距離をおいて入口から出口に向っ
て高さを次第に増す境界層板を設けている。またその高
さは境界層の厚さ（大体公知の排除厚さの２倍と見る）
を超えない範囲に限定している。この発明は羽根車直後
の主流がすでに大きく歪んでおり、その流れ角度が羽根
車の幅方向に大きく分布していることに着目して成され
たものであり、羽根車の出口直後からかなり高い（一般
には流路幅の１／５〜１／２）導流翼を設けたことを特
徴とする点で、その原理、形状とも前記参考例と異なる
。この実施例では導流翼を羽根車の直後からディフュー
ザ出口までの半分より小さい位置までに設けるが、前記
参考例では羽根車直後よりも幾分下流からディフューザ
出口までの範囲に境界層板を設けている。またこの発明
では羽根車の出口直後から羽根車出口流れの流れ角度の
小さい領域（実測によれば流路幅の１／５〜１／２塁度
になる）にこれとほぼ等しい高さの導流翼を設けるが、
前記参考例ではディフューザ板の流路表面上に発達する
境界層の範囲以下と限定しており、従って入口において
高さが実際上零で下流に行くに従って高くなるようにし
ている。またこのような前提から、その高さはこの発明
の導流翼の高さよりも著しく低いものとなっている。な
お案内翼等をディフューザ入口直後から設けることは騒
音の発生等の点で従来望ましくないと考えられていたが
、この導流翼はディフューザの幅全体にわたっていない
ためこのような悪影響は見られず、導流の効果の上から
も有効なことがわかつた。

第６図はこの発明の他の実施例を示すもので、先の実施
例と同様の導流翼１３を心板側のデイフューザ板の流路
表面上にも設置した場合を示す。

この導流翼１３は側板側の導流翼１１と協働し、心板側
の低流れ角度部分の流れを案内し一様流れに近付けるも
のであるが、通常心板側では第３図から明らかな如く低
流れ角度の領域は少ないので、導流翼の高さは側板側の
ものよりも低いものである。〔発明の効果〕 上述したようにこの発明は、遠心圧縮機の羽根車の下流
に設けられ、対向する一対の円板状のデイフューザ板の
間に流路を形成した羽根なしデイフューザにおいて、側
板側のディフューザ板の流路表面上に、そのディフュー
ザの入口直後から複数枚の導流翼を円形翼列状に設け、
この導流翼は、前記羽根車の下流の歪んだ流れを整流す
るものであって、その高さは、羽根なしデイフューザ入
口の流路幅方向における設計流量時の流れ角度の実際値
と、平均流れ角度とが前記側板側で交差する値で定義さ
れた高さと同じ高さを有し、且つ、前記導流翼のデイフ
ューザ出口角度を前記設計流量時の前記平均流れ角度に
等しくすると共にディフューザ入口角度を前記ディフュ
ーザ出口角度以下になるように構成したので、羽根車出
口の歪んだ主流をディフューザの入口部分から強制的に
一様分布流れに近づけることが可能となり、デイフュー
ザの圧力回復率を向上させることができる。

従って、羽根なしディフューザの性能向上を計ることが
できる。また、ディフューザ壁面付近の流れが剥離や逆
流を起こすことにより生ずる羽根なしヂィフューザの不
安定現象の発生も防止でき、羽根なしディフューザの低
流量側特性も向上できるから、遠Ｄ圧縮機の作動範囲を
拡げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の遠心圧縮機のディフューザを示す縦断面
図、第２図はその正面図、第３図はディフューザ入口（
羽根車出口）における流れ角度の幅方向分布を示す線図
、第４図はこの発明による遠心圧縮機のディフューザの
縦断面図、第５図はその正面断面図（Ｃ−Ｃ線矢視図）
、第６図はこの発明による他の実施例の縦断面図、第７
図はこの発明による遠心圧縮機のディフューザの効果を
説明するためのディフューザ静圧回復率を示した実験値
である。 １・・・・・・羽根車、２・・・・・・羽根、３・・・
・・・′０板、４…・・・側板、５，６・・…・ディフ
ューザ板、１１，１３……導流翼、１……流れ角度の実
測値（実際値）、ｍ・・・・・・平均流れ角度。 ＊ー図 群２図 ナ３図 第４図 劣５図 群ｄ図 オ７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 遠心圧縮機の羽根車の下流に設けられ、対向する一
   対の円板状のデイフユーザ板の間に流路を形成した羽根
   なしデイフユーザにおいて、側板側のデイフユーザ板の
   流路表面上に、そのデイフユーザの入口直後から複数枚
   の導流翼を円形翼列状に設け、この導流翼は、前記羽根
   車の下流の歪んだ流れを整流するものであって、その高
   さは、羽根なしデイフユーザ入口の流路幅方向における
   設計流量時の流れ角度の実際値と、平均流れ角度とが前
   記側板側で交差する値で定義された高さと同じ高さを有
   し、且つ、前記導流翼のデイフユーザ出口角度を前記平
   均流れ角度に等しくすると共にデイフユーザ入口角度を
   前記デイフユーザ出口角度以下に構成したことを特徴と
   する遠心圧縮機のデイフユーザ。