JP2012172573A - 流体機械 - Google Patents
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Abstract
【課題】流路壁面に隅肉部を介して羽根を設けても、流体抵抗の増大を抑制して圧力損失を低減し、効率を向上できる流体機械を提供する。
【解決手段】ガス(流体)の流路を構成するシュラウドディスク16の内径側壁面16a(流路壁面)と、内径側壁面16aに、周囲の隅肉部31を介して設けられた羽根14と、を備えた流体機械であって、羽根14の前縁部15は、ガスの流路の下流側から上流側へ向かって曲率半径が漸減する曲面形状をなし、羽根14の周囲の隅肉部31における羽根14の法線方向への寸法を、下流側から上流側へ向かって漸次大きく形成したことを特徴としている。
【選択図】図5
【解決手段】ガス(流体)の流路を構成するシュラウドディスク16の内径側壁面16a(流路壁面)と、内径側壁面16aに、周囲の隅肉部31を介して設けられた羽根14と、を備えた流体機械であって、羽根14の前縁部15は、ガスの流路の下流側から上流側へ向かって曲率半径が漸減する曲面形状をなし、羽根14の周囲の隅肉部31における羽根14の法線方向への寸法を、下流側から上流側へ向かって漸次大きく形成したことを特徴としている。
【選択図】図5
Description
この発明は、流体機械に関するものである。
産業用圧縮機やターボ冷凍機、小型ガスタービンなどの流体機械に用いられる遠心圧縮機は、シャフトに固定されたディスクに、複数の羽根を設けてなるインペラを備えている。遠心圧縮機は、インペラを回転させて、ガスに圧力エネルギー及び速度エネルギーを与えている。
例えば、特許文献1に記載の遠心圧縮機は、ケーシング内に、軸心を中心として回転可能なハブと、ハブの外周面に周方向に間隔を置いて設けられた複数の羽根と、を備えたインペラを有している。また、ケーシングの下流側には、シュラウド側壁面とハブ側壁面(本願請求項の「流路壁面」に相当。)とによって形成される環状のディフューザ流路内に、周方向へ間隔を置いて配設された複数のディフューザベーンを備えている。なお、ここで上流側とは、流体であるガスの流れ方向から見て上流側のことをいい、下流側とは、ガスの流れ方向から見て下流側のことをいう。
図7は、特許文献1におけるディフューザベーンの上流側縁部の翼(本発明の「羽根」に相当、以下「羽根」という。)断面形状を示す図である。
図7に示すように、特許文献1におけるディフューザベーン130の上流側縁部の羽根断面形状は、曲率半径が先端側に向かって漸次に小さくなるような曲線形状に形成されている。具体的には、この曲線形状は、長軸方向Leに対して直交する方向を短軸方向Lsとして規定される楕円である。
図7に示すように、特許文献1におけるディフューザベーン130の上流側縁部の羽根断面形状は、曲率半径が先端側に向かって漸次に小さくなるような曲線形状に形成されている。具体的には、この曲線形状は、長軸方向Leに対して直交する方向を短軸方向Lsとして規定される楕円である。
特許文献1によれば、ディフューザベーン130の上流側縁部の羽根断面形状を楕円形状に形成することにより、流体(ガス)がディフューザベーン130の上流側縁部に衝突しても、ディフューザベーン130の羽根面に沿う境界層の発達を抑制し、流体抵抗の増大を抑制して圧力損失を低減できるとされている。
このように、特許文献1では、ディフューザベーン130の上流側縁部の羽根断面形状を楕円形状に形成することにより、遠心圧縮機の圧力損失を低減して圧縮機効率を向上できることが示唆されている(特許文献1の図4参照)。
このように、特許文献1では、ディフューザベーン130の上流側縁部の羽根断面形状を楕円形状に形成することにより、遠心圧縮機の圧力損失を低減して圧縮機効率を向上できることが示唆されている(特許文献1の図4参照)。
なお、特許文献1では、ディフューザベーン130の上流側縁部の羽根断面形状を楕円形状に形成することで圧力損失を低減できる旨が記載されているが、この理は、インペラのディスクに設けられた複数の羽根の上流側縁部における羽根断面形状を楕円に形成した場合も同様である。
ところで、ディスクやケーシングの羽根は、例えば、ディスクやケーシングにおける流体の流路壁面に羽根の周面を溶接することで設けられる。通常、流路壁面に対する羽根の溶接接続部には、所定の脚長を持った隅肉部が形成される。
また、機械加工により、ディスクやケーシングの一部に羽根を形成する場合にも、切削工具の回転軌跡に応じた寸法の隅肉部が形成される。
また、機械加工により、ディスクやケーシングの一部に羽根を形成する場合にも、切削工具の回転軌跡に応じた寸法の隅肉部が形成される。
ここで、楕円形状に形成された上流側縁部の羽根断面形状は、隅肉部の脚長の影響を受けて、長軸方向Leの長径Reと、短軸方向Lsの短径Rsとの比Re/Rsが1に近づく。このため、羽根断面形状が真円形状に近くなってしまい、流体抵抗を考慮して楕円断面を採用した効果を十分に発揮することができない。特にこの傾向は、損失低減を目的として羽根の幅を薄く形成した場合や、羽根基端部の強度向上を目的として隅肉部の幅を広く確保した場合に顕著となる。
このように、Re/Rsが1に近づき、上流側縁部の羽根断面形状が真円形状に近づくと、上流側縁部の羽根断面形状を楕円形状に形成した場合と比較して流体抵抗が増大し、ベーンの羽根面に沿う流れが減少する。これにより、圧力損失が大きくなり遠心圧縮機の効率が低下するおそれがある。
そこで、本発明は、流路壁面に隅肉部を介して羽根を設けても、流体抵抗の増大を抑制して圧力損失を低減し、効率を向上できる流体機械の提供を課題とする。
上記の課題を解決するため、本発明の流体機械は、流体の流路を構成する流路壁面と、前記流路壁面に、周囲の隅肉部を介して設けられた羽根と、を備えた流体機械であって、前記羽根の前縁部は、前記流体の流路の下流側から上流側へ向かって曲率半径が漸減する曲面形状をなし、前記羽根の周囲の前記隅肉部における前記羽根の法線方向への寸法を、前記下流側から上流側へ向かって漸次大きく形成したことを特徴としている。
本発明によれば、羽根の周囲の隅肉部における羽根の法線方向への寸法を、下流側から上流側へ向かって漸次大きく形成しているので、隅肉部の前縁部の断面形状を羽根の前縁部の断面形状と同様に、曲率半径が漸減する曲面形状に形成できる。これにより、羽根の前縁部と同様に、隅肉部の前縁部においても流体抵抗の増大を抑制して圧力損失を低減できる。したがって、流路壁面に隅肉部を介して羽根を設けても、隅肉部を設けない場合と同様に、流体抵抗の増大を抑制して圧力損失を低減し、流体機械の効率を向上できる。特に、強度向上を目的として隅肉部の幅を広く確保した場合に効果的である。
また、本発明の流体機械は、前記隅肉部が、前記流路に沿う前記羽根の側面と前記流路壁面との間に設けられた第1隅肉部と、前記羽根の前記前縁部と前記流路壁面との間に設けられた第2隅肉部と、により構成されており、前記第2隅肉部は、前記羽根の法線方向における断面が半楕円形状に形成され、前記羽根の前記前縁部における短軸方向の短径をaとし、前記羽根の前記前縁部における長軸方向の長径をbとし、前記第2隅肉部における前記短軸方向に沿う方向の短軸幅寸法をr1とし、前記第2隅肉部における前記長軸方向に沿う方向の長軸幅寸法をr2とすると、前記長軸幅寸法r2は、
r2≧r1×b/a
を満たすように設定され、さらに、前記短径a、前記長径b、前記短軸幅寸法r1および前記長軸幅寸法r2は、
(r2+b)/(r1+a)≧b/a
を満たすように設定されていることを特徴としている。
r2≧r1×b/a
を満たすように設定され、さらに、前記短径a、前記長径b、前記短軸幅寸法r1および前記長軸幅寸法r2は、
(r2+b)/(r1+a)≧b/a
を満たすように設定されていることを特徴としている。
本発明によれば、r2≧r1×b/aを満たすように第2隅肉部が形成されているので、短軸方向に沿う方向の第2隅肉部の短軸幅寸法r1と、長軸方向に沿う方向の第2隅肉部の長軸幅寸法r2との比率は、羽根の短径aおよび長径bの比率以上に設定される。
さらに(r2+b)/(r1+a)≧b/a、r2≧r1×b/aを満たすように形成されているので、第2隅肉部の短径(r1+a)および第2隅肉部の長径(r2+b)の比率が、羽根の前縁部における短径aおよび長径bの比率と同等以上となるように形成される。
すなわち、隅肉部の前縁部における第2隅肉部の断面形状は、羽根の前縁部の断面形状と同等以上の先細り形状を有する半楕円形状に形成できる。これにより、羽根の前縁部と同等以上に、隅肉部の前縁部においても流体抵抗の増大を抑制して圧力損失を低減できる。したがって、流路壁面に隅肉部を介して羽根を設けても、隅肉部を設けない場合と同等以上に流体抵抗の増大を抑制して圧力損失を低減し、流体機械の効率を向上できる。
さらに(r2+b)/(r1+a)≧b/a、r2≧r1×b/aを満たすように形成されているので、第2隅肉部の短径(r1+a)および第2隅肉部の長径(r2+b)の比率が、羽根の前縁部における短径aおよび長径bの比率と同等以上となるように形成される。
すなわち、隅肉部の前縁部における第2隅肉部の断面形状は、羽根の前縁部の断面形状と同等以上の先細り形状を有する半楕円形状に形成できる。これにより、羽根の前縁部と同等以上に、隅肉部の前縁部においても流体抵抗の増大を抑制して圧力損失を低減できる。したがって、流路壁面に隅肉部を介して羽根を設けても、隅肉部を設けない場合と同等以上に流体抵抗の増大を抑制して圧力損失を低減し、流体機械の効率を向上できる。
本発明によれば、羽根の周囲の隅肉部における羽根の法線方向への寸法を、下流側から上流側へ向かって漸次大きく形成しているので、隅肉部の前縁部の断面形状を羽根の前縁部の断面形状と同様に、曲率半径が漸減する曲面形状に形成できる。これにより、羽根の前縁部と同様に、隅肉部の前縁部においても流体抵抗の増大を抑制して圧力損失を低減できる。したがって、流路壁面に隅肉部を介して羽根を設けても、隅肉部を設けない場合と同様に、流体抵抗の増大を抑制して圧力損失を低減し、流体機械の効率を向上できる。特に、強度向上を目的として隅肉部の幅を広く確保した場合に効果的である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
以下の説明では、流体機械として遠心圧縮機を例に説明する。
(遠心圧縮機)
図1は、本実施形態の遠心圧縮機100の説明図である。
遠心圧縮機100は、主として、軸線O周りに回転するシャフト5と、シャフト5に取り付けられ、遠心力を利用してガス(気体)Gを圧縮するインペラ10と、シャフト5を回転可能に支持すると共にガスGを上流側から下流側に流す流路104を形成したケーシング105と、によって構成されている。なお、図示例ではシャフト5にインペラ10が直列に6個設けられているが、シャフト5にインペラ10は少なくとも1個設けられていればよい。
以下の説明では、流体機械として遠心圧縮機を例に説明する。
(遠心圧縮機)
図1は、本実施形態の遠心圧縮機100の説明図である。
遠心圧縮機100は、主として、軸線O周りに回転するシャフト5と、シャフト5に取り付けられ、遠心力を利用してガス(気体)Gを圧縮するインペラ10と、シャフト5を回転可能に支持すると共にガスGを上流側から下流側に流す流路104を形成したケーシング105と、によって構成されている。なお、図示例ではシャフト5にインペラ10が直列に6個設けられているが、シャフト5にインペラ10は少なくとも1個設けられていればよい。
ケーシング105は、外形が略円柱状に形成されたもので、中心を貫くようにしてシャフト5を配置している。ケーシング105のうちシャフト5の軸方向の両端には、ジャーナル軸受105aが設けられている。また、シャフト5の一端には、スラスト軸受105bが設けられている。これらジャーナル軸受105a及びスラスト軸受105bには、シャフト5が回転可能に支持されている。これにより、シャフト5は、ジャーナル軸受105a及びスラスト軸受105bを介してケーシング105に支持されている。
ケーシング105のうち軸方向の一方側(図1における左側)には、ガスGを外部から流入させる吸込口105cが設けられている。また、軸方向の他方側(図1における右側)には、ガスGを外部に流出させる排出口105dが設けられている。
ケーシング105内には、これら吸込口105c及び排出口105dにそれぞれ連通し、縮径及び拡径を繰り返す内部空間が設けられている。この内部空間は、インペラ10を収容する空間として機能すると共に、ガスGの流路104としても機能する。
ケーシング105内には、これら吸込口105c及び排出口105dにそれぞれ連通し、縮径及び拡径を繰り返す内部空間が設けられている。この内部空間は、インペラ10を収容する空間として機能すると共に、ガスGの流路104としても機能する。
(インペラ)
図2は、回転軸方向視におけるインペラ10の説明図である。
なお、以下の説明では、説明を簡単にするために、シャフト5に設けられた複数のインペラ10のうち1個のインペラ10について説明する。また、上流側とは、ガスGの流れ方向から見て上流側のことをいい、下流側とは、ガスGの流れ方向から見て下流側のことをいう。
図2は、回転軸方向視におけるインペラ10の説明図である。
なお、以下の説明では、説明を簡単にするために、シャフト5に設けられた複数のインペラ10のうち1個のインペラ10について説明する。また、上流側とは、ガスGの流れ方向から見て上流側のことをいい、下流側とは、ガスGの流れ方向から見て下流側のことをいう。
図2に示すように、インペラ10は、いわゆるクローズドインペラと称されるものであって、遠心力を利用してガスGを圧縮するものである。
インペラ10は、シャフト5に対して同軸上に取り付けられた円盤状のハブディスク12と、ハブディスク12に設けられた複数の羽根14と、ハブディスク12から所定距離だけ離間して配置され、ハブディスク12および複数の羽根14を覆うシュラウドディスク16と、を備えている。
インペラ10は、シャフト5に対して同軸上に取り付けられた円盤状のハブディスク12と、ハブディスク12に設けられた複数の羽根14と、ハブディスク12から所定距離だけ離間して配置され、ハブディスク12および複数の羽根14を覆うシュラウドディスク16と、を備えている。
このように構成されるインペラ10は、ケーシング105の内部に収容され、ハブディスク12を貫通して形成されたシャフト挿通孔13に対し、シャフト5が挿通されて固定されている。これにより、インペラ10は、シャフト5の回転に伴ってこれと一体的に回転するようになっている。
インペラ10を構成する複数の羽根14とハブディスク12とシュラウドディスク16とにより囲まれたスペースは、インペラ10におけるガスGの流路11となっている。インペラ10のガスGの流路11は、ケーシング105に形成されたガスGの流路104と連通している。これにより、ケーシング105の吸込口105cと排出口105dとは、インペラ10のガスGの流路11およびケーシング105のガスGの流路104を介して連通するように形成されている(図1参照)。
(ハブディスク)
図3は、図2のA−A線に沿った断面図である。
ハブディスク12は、例えば析出硬化型ステンレス鋼により形成される軸方向視略円形状をした円盤状の部材である。
図3に示すように、ハブディスク12は、上流側から下流側(図3における左側から右側)に向かって外径が漸次拡径しており、ハブディスク12の外径側壁面12a(本願請求項の流路壁面に相当。)は、径方向断面視で湾曲した状態に形成されている。ハブディスク12は、内径側から外形側に向かって、また下流側から上流側に向かって、厚みが徐々に薄くなることにより、断面略三角形状となっている。
湾曲状態に形成された外径側壁面12aは、径方向外側が径方向に沿うように形成されており、径方向内側に向かうにつれて軸線Oに沿うように形成されている。すなわち、ハブディスク12の中心部は上流側(図3における左側)に向かって突出形成されている。また、ハブディスク12の裏側壁面12bは、平坦に形成されている。
図3は、図2のA−A線に沿った断面図である。
ハブディスク12は、例えば析出硬化型ステンレス鋼により形成される軸方向視略円形状をした円盤状の部材である。
図3に示すように、ハブディスク12は、上流側から下流側(図3における左側から右側)に向かって外径が漸次拡径しており、ハブディスク12の外径側壁面12a(本願請求項の流路壁面に相当。)は、径方向断面視で湾曲した状態に形成されている。ハブディスク12は、内径側から外形側に向かって、また下流側から上流側に向かって、厚みが徐々に薄くなることにより、断面略三角形状となっている。
湾曲状態に形成された外径側壁面12aは、径方向外側が径方向に沿うように形成されており、径方向内側に向かうにつれて軸線Oに沿うように形成されている。すなわち、ハブディスク12の中心部は上流側(図3における左側)に向かって突出形成されている。また、ハブディスク12の裏側壁面12bは、平坦に形成されている。
(羽根)
図4は、図3のB−B線に沿った断面図である。
図4に示すように、ハブディスク12の外径側壁面12aと、後述するシュラウドディスク16の内径側壁面16a(本願請求項の流路壁面に相当。)との間には、羽根14が設けられている。羽根14は、例えばハブディスク12と同じ析出硬化型ステンレス鋼からなる板状の部材であり、ハブディスク12の周方向に沿って、軸方向視で略放射状に複数枚設けられている(図2参照)。
図4は、図3のB−B線に沿った断面図である。
図4に示すように、ハブディスク12の外径側壁面12aと、後述するシュラウドディスク16の内径側壁面16a(本願請求項の流路壁面に相当。)との間には、羽根14が設けられている。羽根14は、例えばハブディスク12と同じ析出硬化型ステンレス鋼からなる板状の部材であり、ハブディスク12の周方向に沿って、軸方向視で略放射状に複数枚設けられている(図2参照)。
図5は、図3のC−C線に沿った断面図である。
図5に示すように、羽根14の上流側(図5における左側)には、下流側から上流側(図5における右側から左側)に向かって、曲率半径が漸減する先細りの前縁部15が形成されている。前縁部15は、羽根14の側面14aに対する法線方向の断面が略半楕円形状に形成されている。
前縁部15の短径の長さはaとなっており(以下「短径a」という)、前縁部15の長径の長さはbとなっている(以下「長径b」という)。短径aおよび長径bの長さの比率b/aは、流路11(図2参照)を流れるガスGの流量等に応じて、効果的に流体抵抗の増大を抑制して圧力損失を低減できるように適宜設定される設計事項である。
なお、一般に、羽根14の上流側の前縁部15を略半楕円形状に形成することで、ガスGが羽根14の前縁部15に衝突しても、羽根の側面14aに沿うようにして境界層の発達を抑制でき、流体抵抗の増大を抑制して圧力損失を低減し、遠心圧縮機100の効率を向上できることが知られている。
図5に示すように、羽根14の上流側(図5における左側)には、下流側から上流側(図5における右側から左側)に向かって、曲率半径が漸減する先細りの前縁部15が形成されている。前縁部15は、羽根14の側面14aに対する法線方向の断面が略半楕円形状に形成されている。
前縁部15の短径の長さはaとなっており(以下「短径a」という)、前縁部15の長径の長さはbとなっている(以下「長径b」という)。短径aおよび長径bの長さの比率b/aは、流路11(図2参照)を流れるガスGの流量等に応じて、効果的に流体抵抗の増大を抑制して圧力損失を低減できるように適宜設定される設計事項である。
なお、一般に、羽根14の上流側の前縁部15を略半楕円形状に形成することで、ガスGが羽根14の前縁部15に衝突しても、羽根の側面14aに沿うようにして境界層の発達を抑制でき、流体抵抗の増大を抑制して圧力損失を低減し、遠心圧縮機100の効率を向上できることが知られている。
図4に示すように、羽根14は、ハブディスク12の外径側壁面12aに羽根14の一方端面14bを面接触させ、ハブディスク12の外径側壁面12aに対して略垂直になるように立設されている。羽根14とハブディスク12との固定は、羽根14の側面14aとハブディスク12の外径側壁面12aとで形成される隅部、および羽根14の前縁部15とハブディスクの外径側壁面12aとで形成される隅部を、例えば隅肉溶接することにより行われる。
図4に示すように、羽根14の側面14aとハブディスク12の外径側壁面12aとの間には、隅肉溶接により第1隅肉部21aが形成される。また、図3に示すように、羽根14の前縁部15とハブディスクの外径側壁面12aとの間には、隅肉溶接により第2隅肉部21bが形成される。すなわち、羽根14は、隅肉部21(第1隅肉部21aおよび第2隅肉部21b)を介してハブディスク12の外径側壁面12aに設けられる。隅肉部21の断面形状は、半径Rの略円弧形状に形成される。なお、本実施形態では、隅肉部21の断面形状を半径Rの略円弧形状に形成しているが、これに限られず、隅肉部21の断面形状を例えば直角三角形状に形成してもよい。
(シュラウドディスク)
図3に示すように、羽根14の外径側には、シュラウドディスク16が設けられている。シュラウドディスク16は、平面視略円形をした、例えばハブディスク12と同じ析出硬化型ステンレス鋼からなる板状部材である。シュラウドディスク16は、径方向断面視で、羽根14の他方端面14cおよびハブディスク12の外径側壁面12aに沿うように、湾曲して形成されている。
図3に示すように、羽根14の外径側には、シュラウドディスク16が設けられている。シュラウドディスク16は、平面視略円形をした、例えばハブディスク12と同じ析出硬化型ステンレス鋼からなる板状部材である。シュラウドディスク16は、径方向断面視で、羽根14の他方端面14cおよびハブディスク12の外径側壁面12aに沿うように、湾曲して形成されている。
シュラウドディスク16は、羽根14の他方端面14cにシュラウドディスク16の内径側壁面16aを面接触させ、ハブディスク12および複数の羽根14を覆うようにシュラウドディスク16と羽根14とを固定している。
シュラウドディスク16と羽根14との固定は、シュラウドディスク16の内径側壁面16aと羽根14の側面14aとで形成される隅部、およびシュラウドディスク16の内径側壁面16aと羽根14の前縁部15とで形成される隅部を、例えば隅肉溶接することにより行われる。
シュラウドディスク16と羽根14との固定は、シュラウドディスク16の内径側壁面16aと羽根14の側面14aとで形成される隅部、およびシュラウドディスク16の内径側壁面16aと羽根14の前縁部15とで形成される隅部を、例えば隅肉溶接することにより行われる。
図4に示すように、シュラウドディスク16の内径側壁面16aと羽根14の側面14aとの間には、隅肉溶接により第1隅肉部31aが形成される。また、図3に示すように、シュラウドディスク16の内径側壁面16aと羽根14の前縁部15との間には、隅肉溶接により第2隅肉部31bが形成される。すなわち、羽根14は、隅肉部31(第1隅肉部31aおよび第2隅肉部31b)を介してシュラウドディスク16の内径側壁面16aに設けられる。隅肉部31の断面形状は、羽根14とハブディスク12との間の隅肉部21と同様に、半径Rの略円弧形状に形成される。なお、本実施形態では、隅肉部31の断面形状を半径Rの略円弧形状に形成しているが、これに限られず、隅肉部31の断面形状を例えば直角三角形状に形成してもよい。
(隅肉部)
以下に、隅肉部31について詳述する。なお、本実施形態はクローズドインペラであり、シュラウドディスク16と羽根14との間の隅肉部31、および羽根14とハブディスク12との間の隅肉部21が形成されるが、隅肉部31と隅肉部21とは同様の構成、作用および効果を有している。したがって、以下では、シュラウドディスク16と羽根14との間の隅肉部31について説明をし、羽根14とハブディスク12との間の隅肉部21については説明を省略する。
以下に、隅肉部31について詳述する。なお、本実施形態はクローズドインペラであり、シュラウドディスク16と羽根14との間の隅肉部31、および羽根14とハブディスク12との間の隅肉部21が形成されるが、隅肉部31と隅肉部21とは同様の構成、作用および効果を有している。したがって、以下では、シュラウドディスク16と羽根14との間の隅肉部31について説明をし、羽根14とハブディスク12との間の隅肉部21については説明を省略する。
図5に示すように、隅肉部31は、シュラウドディスク16の内径側壁面16aと羽根14の側面14aとの間に設けられた第1隅肉部31aと、シュラウドディスク16の内径側壁面16aと羽根14の前縁部15との間に設けられた第2隅肉部31bと、により構成される。第1隅肉部31aと第2隅肉部31bとは連続的に形成されている。
第1隅肉部31aは、羽根14の前縁部15の短軸方向に沿う方向における幅寸法がr1に形成されている。第1隅肉部31aは、羽根14に沿うように、上流側から下流側に向かって延在している。
第2隅肉部31bは、羽根14の法線方向における断面形状が、羽根14の断面形状と同様に、下流側から上流側へ向かって曲率半径が漸減する半楕円形状に形成されている。第2隅肉部31bの短軸方向に沿う方向の短軸幅寸法は、第1隅肉部31aの幅寸法と同寸法のr1に形成されている。また、羽根14の前縁部15の長軸方向に沿う方向の長軸幅寸法はr2に形成されている。
第2隅肉部31bは、羽根14の法線方向における断面形状が、羽根14の断面形状と同様に、下流側から上流側へ向かって曲率半径が漸減する半楕円形状に形成されている。第2隅肉部31bの短軸方向に沿う方向の短軸幅寸法は、第1隅肉部31aの幅寸法と同寸法のr1に形成されている。また、羽根14の前縁部15の長軸方向に沿う方向の長軸幅寸法はr2に形成されている。
ここで、第2隅肉部31bの長軸幅寸法r2は、
r2≧r1×b/a・・・(1)
を満たすように設定されている。
さらに、前記短径a、前記長径b、短軸幅寸法r1および長軸幅寸法r2は、
(r2+b)/(r1+a)≧b/a・・・(2)
を満たすように設定されている。
r2≧r1×b/a・・・(1)
を満たすように設定されている。
さらに、前記短径a、前記長径b、短軸幅寸法r1および長軸幅寸法r2は、
(r2+b)/(r1+a)≧b/a・・・(2)
を満たすように設定されている。
なお、(2)式において、第2隅肉部31bの短軸幅寸法r1と羽根14の前縁部15の短径aとの合計(r1+a)は、半楕円形状に形成された第2隅肉部31bの短径(以下「隅肉部短径(r1+a)」という。)に相当する。また、第2隅肉部31bの長軸幅寸法r2と羽根14の前縁部15の長径bとの合計(r2+b)は、半楕円形状に形成された第2隅肉部31bの長径(以下「隅肉部長径(r2+b)」という。)に相当する。
ところで、羽根14の前縁部15における短径aおよび長径bの長さの比率b/aは、前述のとおり、流路11(図2参照)を流れるガスGの流量等に応じて、流体抵抗の増大を抑制して圧力損失を低減できるように設定される。
(1)式を満たすことにより、羽根14の前縁部15における短軸方向に沿う方向の第1隅肉部31aの短軸幅寸法r1および羽根14の前縁部15における長軸方向に沿う方向の第2隅肉部31bの長軸幅寸法r2との比率が、羽根14の短径aおよび長径bの比率以上に設定される。
また、(2)式を満たすことにより、第2隅肉部31bの隅肉部短径(r1+a)および第2隅肉部31bの隅肉部長径(r2+b)の比率が、羽根14の前縁部15における短径aおよび長径bの比率と同等以上となるように形成される。
換言すれば、隅肉部31の前縁部32に形成された第2隅肉部31bの断面形状は、羽根14の前縁部15の断面形状と同等以上の先細り形状を有する半楕円形状に形成されている。
(1)式を満たすことにより、羽根14の前縁部15における短軸方向に沿う方向の第1隅肉部31aの短軸幅寸法r1および羽根14の前縁部15における長軸方向に沿う方向の第2隅肉部31bの長軸幅寸法r2との比率が、羽根14の短径aおよび長径bの比率以上に設定される。
また、(2)式を満たすことにより、第2隅肉部31bの隅肉部短径(r1+a)および第2隅肉部31bの隅肉部長径(r2+b)の比率が、羽根14の前縁部15における短径aおよび長径bの比率と同等以上となるように形成される。
換言すれば、隅肉部31の前縁部32に形成された第2隅肉部31bの断面形状は、羽根14の前縁部15の断面形状と同等以上の先細り形状を有する半楕円形状に形成されている。
(第2隅肉部の作用)
図6は、遠心圧縮機100の効率Eのデータである。
図6の縦軸は遠心圧縮機100の効率Eを示し、横軸は遠心圧縮機100の流路104(図1参照)を流れるガスGの流量Qを示している。
また、データD1は、羽根14の上流側の前縁部15を略半楕円形状に形成したときに得られる、理想的な効率を示している。データD2は、従来形状の隅肉部を形成したときに得られる効率を示している。データD3は、本実施形態の第2隅肉部31bを形成したときに得られる効率を示している。
図6は、遠心圧縮機100の効率Eのデータである。
図6の縦軸は遠心圧縮機100の効率Eを示し、横軸は遠心圧縮機100の流路104(図1参照)を流れるガスGの流量Qを示している。
また、データD1は、羽根14の上流側の前縁部15を略半楕円形状に形成したときに得られる、理想的な効率を示している。データD2は、従来形状の隅肉部を形成したときに得られる効率を示している。データD3は、本実施形態の第2隅肉部31bを形成したときに得られる効率を示している。
羽根14とシュラウドディスク16との間に従来形状の隅肉部を形成すると、下流側から上流側に向かって曲率半径の減少率が低下し、断面形状が真円形状に近づく。このため、境界層が発達して圧力損失が大きくなる。したがって、データD2に示すように、理想的な遠心圧縮機100の効率を示すデータD1に対して、遠心圧縮機100の効率が低下する。
しかし、羽根14とシュラウドディスク16との間に、本実施形態の(1)式および(2)式を満たす第2隅肉部31bを形成することで、隅肉部31の前縁部32の断面形状は、羽根14の前縁部15の断面形状と同等以上の先細り形状を有する半楕円形状に形成される。これにより、羽根14の前縁部15と同様に、第2隅肉部31bは、羽根の側面14aに形成された第1隅肉部31aに沿うようにして境界層の発達を抑制し、流体抵抗の増大を抑制して圧力損失を低減している。したがって、データD3に示すように、理想的な遠心圧縮機100の効率を示すデータD1と同等の遠心圧縮機100の効率が得られる。
(効果)
本実施形態によれば、羽根14の周囲の隅肉部31における羽根14の法線方向への寸法を、下流側から上流側へ向かって漸次大きく形成しているので、隅肉部31の前縁部32の断面形状を、羽根14の前縁部15の断面形状と同様に、曲率半径が漸減する曲面形状に形成できる。これにより、羽根14の前縁部15と同様に、隅肉部31の前縁部32においても、流体抵抗の増大を抑制して圧力損失を低減できる。したがって、シュラウドディスク16の内径側壁面16aに隅肉部31を介して羽根14を設けても、隅肉部31を設けない場合と同様に、流体抵抗の増大を抑制して圧力損失を低減し、遠心圧縮機100の効率を向上できる。特に、強度向上を目的として隅肉部31の幅を広く確保した場合に効果的である。
本実施形態によれば、羽根14の周囲の隅肉部31における羽根14の法線方向への寸法を、下流側から上流側へ向かって漸次大きく形成しているので、隅肉部31の前縁部32の断面形状を、羽根14の前縁部15の断面形状と同様に、曲率半径が漸減する曲面形状に形成できる。これにより、羽根14の前縁部15と同様に、隅肉部31の前縁部32においても、流体抵抗の増大を抑制して圧力損失を低減できる。したがって、シュラウドディスク16の内径側壁面16aに隅肉部31を介して羽根14を設けても、隅肉部31を設けない場合と同様に、流体抵抗の増大を抑制して圧力損失を低減し、遠心圧縮機100の効率を向上できる。特に、強度向上を目的として隅肉部31の幅を広く確保した場合に効果的である。
また、本実施形態によれば、(1)式を満たすように第2隅肉部31bが形成されているので、羽根14の前縁部15における短軸方向に沿う方向の第2隅肉部31bの短軸幅寸法r1と、長軸方向に沿う方向の第2隅肉部31bの長軸幅寸法r2との比率は、羽根の短径aおよび長径bの比率以上に設定される。
さらに(2)式を満たすように第2隅肉部31bが形成されているので、第2隅肉部31bの短径(r1+a)および第2隅肉部31bの長径(r2+b)の比率が、羽根14の前縁部15における短径aおよび長径bの比率と同等以上となるように形成される。
すなわち、隅肉部31の前縁部32の断面形状は、羽根14の前縁部15の断面形状と同等以上の先細り形状を有する半楕円形状に形成できる。これにより、羽根14の前縁部15と同等以上に、隅肉部31の前縁部32においても、流体抵抗の増大を抑制して圧力損失を低減できる。したがって、シュラウドディスク16の内径側壁面16aに隅肉部31を介して羽根14を設けても、隅肉部31を設けない場合と同等以上に流体抵抗の増大を抑制して圧力損失を低減し、遠心圧縮機100の効率を向上できる。
さらに(2)式を満たすように第2隅肉部31bが形成されているので、第2隅肉部31bの短径(r1+a)および第2隅肉部31bの長径(r2+b)の比率が、羽根14の前縁部15における短径aおよび長径bの比率と同等以上となるように形成される。
すなわち、隅肉部31の前縁部32の断面形状は、羽根14の前縁部15の断面形状と同等以上の先細り形状を有する半楕円形状に形成できる。これにより、羽根14の前縁部15と同等以上に、隅肉部31の前縁部32においても、流体抵抗の増大を抑制して圧力損失を低減できる。したがって、シュラウドディスク16の内径側壁面16aに隅肉部31を介して羽根14を設けても、隅肉部31を設けない場合と同等以上に流体抵抗の増大を抑制して圧力損失を低減し、遠心圧縮機100の効率を向上できる。
なお、この発明は上述した実施の形態に限られるものではない。
本実施形態では、遠心圧縮機100を例にして本発明の隅肉部31の説明をした。しかし、本発明の隅肉部31の適用は遠心圧縮機100に限定されることはなく、例えば、斜流型の圧縮機に本発明の隅肉部31を適用することもできる。また、本発明の隅肉部31を有する流体機械は、遠心圧縮機100に限定されることなく、例えば、送風機であってもよい。
本実施形態では、遠心圧縮機100を例にして本発明の隅肉部31の説明をした。しかし、本発明の隅肉部31の適用は遠心圧縮機100に限定されることはなく、例えば、斜流型の圧縮機に本発明の隅肉部31を適用することもできる。また、本発明の隅肉部31を有する流体機械は、遠心圧縮機100に限定されることなく、例えば、送風機であってもよい。
また、本実施形態では、羽根14の外径側にシュラウドディスク16が設けられた、いわゆるクローズドインペラに、本発明の隅肉部31を適用している。しかし、本発明の適用はクローズドインペラに限定されることはなく、羽根14の外径側にシュラウドディスク16が設けられていない、いわゆるオープンインペラに本発明を適用してもよい。この場合は、羽根14とハブディスク12の外径側壁面12aとの間に、隅肉部21を介してハブディスク12の外径側壁面12aに羽根14を設け、隅肉部21に本発明の隅肉部形状を適用する。
また、本実施形態では、隅肉部21および隅肉部31が隅肉溶接により形成された場合を例にして説明しているが、隅肉部21および隅肉部31は隅肉溶接により形成される場合に限られず、例えば、ろう付け接合により形成されてもよい。また、例えば、隅肉部21および隅肉部31は、バルク体を切削加工して流路壁面および羽根を形成する際に、切削工具の先端丸み形状により、流路壁面と羽根との間に形成される隅肉であってもよい。
また、本実施形態では、インペラに形成されたいわゆる動翼である羽根と、シュラウドディスク16の内径側壁面16a(流路壁面)との間に本発明の隅肉部31を形成した。しかし、例えば、ケーシングに形成されるディフューザベーン等のいわゆる静翼と、流路壁面との間に、本発明の隅肉部を形成しても同様の効果が得られる。
また、本実施形態では、隅肉部31の前縁部32の断面形状を半楕円形状に形成していたが、隅肉部31の前縁部32の断面形状は半楕円形状に限定されることはない。例えば、隅肉部31の前縁部32の断面形状が、下流側から上流側に向かって先細る曲面形状であれば、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
11・・・流路
12a・・・ハブディスクの外径側壁面(流路壁面)
14・・・羽根
15・・・羽根の前縁部
16a・・・シュラウドディスクの内径側壁面(流路壁面)
21・・・隅肉部
21a・・・第1隅肉部
21b・・・第2隅肉部
31・・・隅肉部
31a・・・第1隅肉部
31b・・・第2隅肉部
100・・・遠心圧縮機(流体機械)
a・・・短径
b・・・長径
r1・・・短軸幅寸法
r2・・・長軸幅寸法
12a・・・ハブディスクの外径側壁面(流路壁面)
14・・・羽根
15・・・羽根の前縁部
16a・・・シュラウドディスクの内径側壁面(流路壁面)
21・・・隅肉部
21a・・・第1隅肉部
21b・・・第2隅肉部
31・・・隅肉部
31a・・・第1隅肉部
31b・・・第2隅肉部
100・・・遠心圧縮機(流体機械)
a・・・短径
b・・・長径
r1・・・短軸幅寸法
r2・・・長軸幅寸法
Claims (2)
- 流体の流路を構成する流路壁面と、
前記流路壁面に、周囲の隅肉部を介して設けられた羽根と、
を備えた流体機械であって、
前記羽根の前縁部は、前記流体の流路の下流側から上流側へ向かって曲率半径が漸減する曲面形状をなし、
前記羽根の周囲の前記隅肉部における前記羽根の法線方向への寸法を、前記下流側から上流側へ向かって漸次大きく形成したことを特徴とする流体機械。 - 請求項1に記載の流体機械であって、
前記隅肉部は、
前記流路に沿う前記羽根の側面と前記流路壁面との間に設けられた第1隅肉部と、
前記羽根の前記前縁部と前記流路壁面との間に設けられた第2隅肉部と、
により構成されており、
前記第2隅肉部は、前記羽根の法線方向における断面が半楕円形状に形成され、
前記羽根の前記前縁部における短軸方向の短径をaとし、
前記羽根の前記前縁部における長軸方向の長径をbとし、
前記第2隅肉部における前記短軸方向に沿う方向の短軸幅寸法をr1とし、
前記第2隅肉部における前記長軸方向に沿う方向の長軸幅寸法をr2とすると、
前記長軸幅寸法r2は、
r2≧r1×b/a
を満たすように設定され、
さらに、前記短径a、前記長径b、前記短軸幅寸法r1および前記長軸幅寸法r2は、
(r2+b)/(r1+a)≧b/a
を満たすように設定されていることを特徴とする流体機械。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011034497A JP2012172573A (ja) | 2011-02-21 | 2011-02-21 | 流体機械 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011034497A JP2012172573A (ja) | 2011-02-21 | 2011-02-21 | 流体機械 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012172573A true JP2012172573A (ja) | 2012-09-10 |
Family
ID=46975710
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011034497A Withdrawn JP2012172573A (ja) | 2011-02-21 | 2011-02-21 | 流体機械 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2012172573A (ja) |
-
2011
- 2011-02-21 JP JP2011034497A patent/JP2012172573A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20140513 |