JP3380897B2 - 圧縮機 - Google Patents
圧縮機Info
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- JP3380897B2 JP3380897B2 JP2000154969A JP2000154969A JP3380897B2 JP 3380897 B2 JP3380897 B2 JP 3380897B2 JP 2000154969 A JP2000154969 A JP 2000154969A JP 2000154969 A JP2000154969 A JP 2000154969A JP 3380897 B2 JP3380897 B2 JP 3380897B2
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- flow path
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮機の構造に係
り、特に、圧縮機の高性能化および小型化を図る技術に
関するものである。
り、特に、圧縮機の高性能化および小型化を図る技術に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービン、過給器等に用いる従来の
遠心圧縮機および斜流圧縮機は、図５（ａ）および図５
（ｂ）に示すように、回転駆動軸Ｄ１の周りに、複数の
動翼Ｄ２が配され、その下流には、複数の静翼Ｄ３が配
される。
遠心圧縮機および斜流圧縮機は、図５（ａ）および図５
（ｂ）に示すように、回転駆動軸Ｄ１の周りに、複数の
動翼Ｄ２が配され、その下流には、複数の静翼Ｄ３が配
される。
【０００３】動翼Ｄ２は、曲線流路Ｄ４に位置されてお
り、その下流側に静翼Ｄ３が位置されており、動翼後縁
部Ｄ２ａと静翼前縁部Ｄ３ａの間を流路Ｄ６が接続して
いる。上記動翼Ｄ２と静翼Ｄ３は、動翼後縁部Ｄ２ａの
回転駆動軸Ｄ１からの半径距離よりも、静翼Ｄ３の回転
駆動軸Ｄ１からの半径距離が大きく設定されている。
り、その下流側に静翼Ｄ３が位置されており、動翼後縁
部Ｄ２ａと静翼前縁部Ｄ３ａの間を流路Ｄ６が接続して
いる。上記動翼Ｄ２と静翼Ｄ３は、動翼後縁部Ｄ２ａの
回転駆動軸Ｄ１からの半径距離よりも、静翼Ｄ３の回転
駆動軸Ｄ１からの半径距離が大きく設定されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような遠心圧縮機
および斜流圧縮機において、図６ないし図７に示すよう
に、動翼Ｄ２が矢印Ｒで示す回転方向に速度ＶR で回転
すると、その際の動翼Ｄ２から流出する主流ＤＪの流れ
は速度ＶJ となる。ところが、各動翼Ｄ２においては、
矢印Ｒで示す回転方向の後面が負圧面となり、主流ＤＪ
の速度ＶJ よりも小さい速度ＶW を有するウェークＤＷ
が、図６（ａ）に示すように、動翼Ｄ２の曲線流路Ｄ４
の中間部で形成され、その領域は後流に行くほど大きく
なり、動翼出口部においては図６（ｂ）に示すようにウ
ェークＤＷが拡大した流れ状態になる。
および斜流圧縮機において、図６ないし図７に示すよう
に、動翼Ｄ２が矢印Ｒで示す回転方向に速度ＶR で回転
すると、その際の動翼Ｄ２から流出する主流ＤＪの流れ
は速度ＶJ となる。ところが、各動翼Ｄ２においては、
矢印Ｒで示す回転方向の後面が負圧面となり、主流ＤＪ
の速度ＶJ よりも小さい速度ＶW を有するウェークＤＷ
が、図６（ａ）に示すように、動翼Ｄ２の曲線流路Ｄ４
の中間部で形成され、その領域は後流に行くほど大きく
なり、動翼出口部においては図６（ｂ）に示すようにウ
ェークＤＷが拡大した流れ状態になる。
【０００５】ウェークＤＷ内の流体が動翼Ｄ２から流出
する速度ＶW は、図７に示すように主流の速度ＶJ に比
べて、その方向はほぼ同一であるものの、小さな速度と
なる。このような流れ状態が時間に対して変化する様子
は、図６（ｃ）に示すように速度が時間的に大きく変動
する波形となり、しかも図６（ｂ）に示す異なる半径位
置ｒ1 とｒ2 ではその波形も異なっている状態である。
する速度ＶW は、図７に示すように主流の速度ＶJ に比
べて、その方向はほぼ同一であるものの、小さな速度と
なる。このような流れ状態が時間に対して変化する様子
は、図６（ｃ）に示すように速度が時間的に大きく変動
する波形となり、しかも図６（ｂ）に示す異なる半径位
置ｒ1 とｒ2 ではその波形も異なっている状態である。
【０００６】動翼後縁部Ｄ２ａにおいて、静翼Ｄ３方向
に向かう流れの速度は、図７に示すように、動翼から流
出する速度と回転速度ＶR とで形成される平行四辺形の
対角線で示される速度となり、主流ＤＪに対しては速度
ＶJ1、ウェークＤＷに対しては速度ＶW1となる。回転速
度ＶR は同一であるが、主流の速度ＶJ とウェークの速
度ＶW の大きさが異なることから、静翼Ｄ３方向へ向か
う流れの速度ＶJ1とＶW1は、その大きさも多少異なる
が、その方向が大きく変化し、図７に示す角度差θを有
することとなる。
に向かう流れの速度は、図７に示すように、動翼から流
出する速度と回転速度ＶR とで形成される平行四辺形の
対角線で示される速度となり、主流ＤＪに対しては速度
ＶJ1、ウェークＤＷに対しては速度ＶW1となる。回転速
度ＶR は同一であるが、主流の速度ＶJ とウェークの速
度ＶW の大きさが異なることから、静翼Ｄ３方向へ向か
う流れの速度ＶJ1とＶW1は、その大きさも多少異なる
が、その方向が大きく変化し、図７に示す角度差θを有
することとなる。
【０００７】このような流れ状態は、流路Ｄ６を通過す
る間に減速するものの、同様な傾向を持って静翼に達
し、図７に示されるように、主流ＤＪ部の流れは速度Ｖ
J1’、ウエークＤＷ部の流れは速度ＶW1’となり、両者
は大略角度差θに相当するような大きな角度差θ’を待
って静翼前縁部Ｄ３ａに流入する。そのため、静翼Ｄ３
に対する入射角度が、動翼Ｄ２の通過ごとに周期的に大
きく変化し、その結果、静翼Ｄ３の作動効率が低下し、
圧縮性能が悪化するのみならず、ひどい場合には静翼Ｄ
３が失速に至り、圧縮機はサージと呼ばれる流量が停止
または逆流するような異常動作に突入してしまうような
問題があった。
る間に減速するものの、同様な傾向を持って静翼に達
し、図７に示されるように、主流ＤＪ部の流れは速度Ｖ
J1’、ウエークＤＷ部の流れは速度ＶW1’となり、両者
は大略角度差θに相当するような大きな角度差θ’を待
って静翼前縁部Ｄ３ａに流入する。そのため、静翼Ｄ３
に対する入射角度が、動翼Ｄ２の通過ごとに周期的に大
きく変化し、その結果、静翼Ｄ３の作動効率が低下し、
圧縮性能が悪化するのみならず、ひどい場合には静翼Ｄ
３が失速に至り、圧縮機はサージと呼ばれる流量が停止
または逆流するような異常動作に突入してしまうような
問題があった。
【０００８】また、従来の圧縮機においては、図５
（ａ）および図５（ｂ）に示すように、動翼後縁部Ｄ２
ａの回転駆動軸Ｄ１からの半径に対して、静翼Ｄ３の回
転駆動軸Ｄ１からの半径が大きいため、動翼後縁部Ｄ２
ａ付近における回転駆動軸Ｄ１周囲の略円周状の流路断
面積に対して、静翼前縁部Ｄ３ａ付近における回転駆動
軸Ｄ１周囲の略円周状の流路断面積が大きくなる。つま
り、動翼後縁部Ｄ２ａと静翼前縁部Ｄ３ａとの間の流路
Ｄ６において、流れ方向に向かって流路断面積が広が
り、流れが減速するとともに圧力が上昇するディフュー
ザ効果を有することになる。
（ａ）および図５（ｂ）に示すように、動翼後縁部Ｄ２
ａの回転駆動軸Ｄ１からの半径に対して、静翼Ｄ３の回
転駆動軸Ｄ１からの半径が大きいため、動翼後縁部Ｄ２
ａ付近における回転駆動軸Ｄ１周囲の略円周状の流路断
面積に対して、静翼前縁部Ｄ３ａ付近における回転駆動
軸Ｄ１周囲の略円周状の流路断面積が大きくなる。つま
り、動翼後縁部Ｄ２ａと静翼前縁部Ｄ３ａとの間の流路
Ｄ６において、流れ方向に向かって流路断面積が広が
り、流れが減速するとともに圧力が上昇するディフュー
ザ効果を有することになる。
【０００９】そのため、流路Ｄ６の内部においては、図
５に示すように、径方向内側および外側において境界層
Ｄ６ＢＬが発達し、圧縮性能の低下を招き、境界層が剥
離するような場合には、流路Ｄ６を閉塞するように作用
し、サージに突入してしまうような問題があった。ま
た、流路Ｄ６における静翼Ｄ３に向かう流れは、ディフ
ューザ効果により流れ方向に圧力が上昇しているため、
下流の高圧側の圧力に打ち勝つように流れなければなら
ない。
５に示すように、径方向内側および外側において境界層
Ｄ６ＢＬが発達し、圧縮性能の低下を招き、境界層が剥
離するような場合には、流路Ｄ６を閉塞するように作用
し、サージに突入してしまうような問題があった。ま
た、流路Ｄ６における静翼Ｄ３に向かう流れは、ディフ
ューザ効果により流れ方向に圧力が上昇しているため、
下流の高圧側の圧力に打ち勝つように流れなければなら
ない。
【００１０】図８には、動翼出口における主流ＤＪとウ
ェークＤＷの速度ＶJ1とＶW1を動翼回転方向の周速度成
分ＶJ1T とＶW1T およびそれらに直角な静翼Ｄ３に向か
う流れの方向である縦方向速度成分ＶJ1L とＶW1L に分
割した図を示してある。主流ＤＪの縦方向速度成分Ｖ
J1L に比べて、ウェークＤＷの縦方向速度成分Ｖ W1L は
小さいために、高圧側の圧力に打ち勝つことができない
場合には流路Ｄ６内において逆流等が発生することによ
り、有効流路断面積が確保できず、閉塞されるような状
態となり、圧縮性能が低下するのみならず、ひどい場合
にはサージに至ってしまような問題があった。
ェークＤＷの速度ＶJ1とＶW1を動翼回転方向の周速度成
分ＶJ1T とＶW1T およびそれらに直角な静翼Ｄ３に向か
う流れの方向である縦方向速度成分ＶJ1L とＶW1L に分
割した図を示してある。主流ＤＪの縦方向速度成分Ｖ
J1L に比べて、ウェークＤＷの縦方向速度成分Ｖ W1L は
小さいために、高圧側の圧力に打ち勝つことができない
場合には流路Ｄ６内において逆流等が発生することによ
り、有効流路断面積が確保できず、閉塞されるような状
態となり、圧縮性能が低下するのみならず、ひどい場合
にはサージに至ってしまような問題があった。
【００１１】さらに、図５（ａ）および図５（ｂ）に示
すように従来の圧縮機では、静翼Ｄ３の回転駆動軸Ｄ１
からの半径位置が動翼後縁部Ｄ２ａの位置よりも遠い半
径位置に位置し、更に静翼出口の外周部にスクロール等
の集気管を設置する必要があることから、動翼出口直径
に比べて非常に大きな圧縮機外径を必要とし、小型化が
困難な圧縮機構造となっている。
すように従来の圧縮機では、静翼Ｄ３の回転駆動軸Ｄ１
からの半径位置が動翼後縁部Ｄ２ａの位置よりも遠い半
径位置に位置し、更に静翼出口の外周部にスクロール等
の集気管を設置する必要があることから、動翼出口直径
に比べて非常に大きな圧縮機外径を必要とし、小型化が
困難な圧縮機構造となっている。
【００１２】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、以下の目的を達成しようとするものである。 （１）静翼に対する入射角の時間的変動を抑制するこ
と。 （２）動翼と静翼の間の流路において境界層の発達また
は剥離を抑制すること。 （３）上記により圧縮機の高性能化を図ること。 （４）圧縮構造の小型化を図ること。
ので、以下の目的を達成しようとするものである。 （１）静翼に対する入射角の時間的変動を抑制するこ
と。 （２）動翼と静翼の間の流路において境界層の発達また
は剥離を抑制すること。 （３）上記により圧縮機の高性能化を図ること。 （４）圧縮構造の小型化を図ること。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、回転駆動軸か
ら半径方向外側に曲げられた曲線流路を有する動翼を回
転駆動し、動翼下流において半径方向に位置する静翼か
ら半径方向に吐出させる従来の遠心圧縮機および半径方
向と回転駆動軸方向との中間の斜め方向に位置する静翼
から斜め方向に吐出させる従来の斜流圧縮機において、
動翼の出口付近の流路を軸方向に湾曲させ、動翼出口か
ら軸方向に流出させ、動翼出口とほぼ同一の半径位置に
位置する静翼からほぼ軸方向に吐出させることにより、
上記問題を解決するものである。
ら半径方向外側に曲げられた曲線流路を有する動翼を回
転駆動し、動翼下流において半径方向に位置する静翼か
ら半径方向に吐出させる従来の遠心圧縮機および半径方
向と回転駆動軸方向との中間の斜め方向に位置する静翼
から斜め方向に吐出させる従来の斜流圧縮機において、
動翼の出口付近の流路を軸方向に湾曲させ、動翼出口か
ら軸方向に流出させ、動翼出口とほぼ同一の半径位置に
位置する静翼からほぼ軸方向に吐出させることにより、
上記問題を解決するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明に係わる圧縮機は、斜流圧
縮機、遠心圧縮機、送風機およびポンプ等に適用される
が、以下、斜流圧縮機を例に取り、図面に基づいて説明
する。図１は、本発明に係わる圧縮機をターボジェット
エンジンに適応した一例を示す構成図である。図１のタ
ーボジェットエンジンは、矢印方向から導入した空気
を、回転軸（ヘ）の流線形状をなす外周に沿って、軸流
圧縮機（イ）において圧縮した後、後述する本発明に係
る圧縮機（ロ）によって圧縮し、燃焼室（ハ）に導いて
燃焼させ、タービン（ニ）を駆動させて排気ノズル
（ホ）から矢印方向に排気させる。図２ないし図４は、
本発明に係る圧縮機を示し、符号１は回転駆動軸、２は
動翼、３は静翼、４は曲線流路、５は軸方向流路、６は
動翼と静翼間の流路、Ｃはケーシングである。
縮機、遠心圧縮機、送風機およびポンプ等に適用される
が、以下、斜流圧縮機を例に取り、図面に基づいて説明
する。図１は、本発明に係わる圧縮機をターボジェット
エンジンに適応した一例を示す構成図である。図１のタ
ーボジェットエンジンは、矢印方向から導入した空気
を、回転軸（ヘ）の流線形状をなす外周に沿って、軸流
圧縮機（イ）において圧縮した後、後述する本発明に係
る圧縮機（ロ）によって圧縮し、燃焼室（ハ）に導いて
燃焼させ、タービン（ニ）を駆動させて排気ノズル
（ホ）から矢印方向に排気させる。図２ないし図４は、
本発明に係る圧縮機を示し、符号１は回転駆動軸、２は
動翼、３は静翼、４は曲線流路、５は軸方向流路、６は
動翼と静翼間の流路、Ｃはケーシングである。
【００１５】本実施例の斜流圧縮機は、図２に示すよう
に、回転駆動軸１の周りに該回転駆動軸１の回転を伝達
する回転伝達部材１ａが配されるとともに、該回転伝達
部材１ａには、複数の動翼２が配され、その下流には複
数の静翼３が回転駆動軸１にほぼ平行に配される。
に、回転駆動軸１の周りに該回転駆動軸１の回転を伝達
する回転伝達部材１ａが配されるとともに、該回転伝達
部材１ａには、複数の動翼２が配され、その下流には複
数の静翼３が回転駆動軸１にほぼ平行に配される。
【００１６】曲線流路４は、回転伝達部材１ａと動翼２
とケーシングＣとによって囲まれることで形成され、か
つ、回転駆動軸１の軸方向から半径方向外側に傾斜した
状態とされる。この曲線流路４の下流側には、湾曲部４
ａが配され、該湾曲部４ａを介して軸方向流路５に接続
される。湾曲部４ａは、曲線流路４と軸方向流路５との
間に位置し、軸方向に滑らかに湾曲し、その上流部側が
曲線流路４に接続され、その下流部側が軸方向流路５に
接続される。この軸方向流路５には、静翼３と動翼を接
続する流路６および静翼３が位置している。
とケーシングＣとによって囲まれることで形成され、か
つ、回転駆動軸１の軸方向から半径方向外側に傾斜した
状態とされる。この曲線流路４の下流側には、湾曲部４
ａが配され、該湾曲部４ａを介して軸方向流路５に接続
される。湾曲部４ａは、曲線流路４と軸方向流路５との
間に位置し、軸方向に滑らかに湾曲し、その上流部側が
曲線流路４に接続され、その下流部側が軸方向流路５に
接続される。この軸方向流路５には、静翼３と動翼を接
続する流路６および静翼３が位置している。
【００１７】動翼２の出口部は、動翼後縁部２ａが軸方
向流路５の入口あるいは内部に位置するように、軸方向
流路５の入口あるいは内部まで延長されており、動翼後
縁部２ａの回転駆動軸１からの半径Ｈ1 が、静翼３の回
転駆動軸１からの半径Ｈ3 と略等しく設定される。
向流路５の入口あるいは内部に位置するように、軸方向
流路５の入口あるいは内部まで延長されており、動翼後
縁部２ａの回転駆動軸１からの半径Ｈ1 が、静翼３の回
転駆動軸１からの半径Ｈ3 と略等しく設定される。
【００１８】このような圧縮機においては、図２に示す
ように、回転駆動軸１の回転により動翼２を回転するこ
とにより空気を吸い込み、その流入空気を曲線流路４お
よび湾曲部４ａを通過させることで圧縮する。この際、
動翼入口部２ｂから動翼後縁部２ａに至る曲線流路４お
よび湾曲部４ａにおいて、流れは、回転駆動軸１から半
径距離が近い動翼入口部２ｂから、半径距離の遠い動翼
後縁部２ａに移動するとともに、回転により周方向に加
速され、回転駆動力によって流入空気にエネルギを与
え、流入空気が圧縮されるものである。
ように、回転駆動軸１の回転により動翼２を回転するこ
とにより空気を吸い込み、その流入空気を曲線流路４お
よび湾曲部４ａを通過させることで圧縮する。この際、
動翼入口部２ｂから動翼後縁部２ａに至る曲線流路４お
よび湾曲部４ａにおいて、流れは、回転駆動軸１から半
径距離が近い動翼入口部２ｂから、半径距離の遠い動翼
後縁部２ａに移動するとともに、回転により周方向に加
速され、回転駆動力によって流入空気にエネルギを与
え、流入空気が圧縮されるものである。
【００１９】動翼からの比較的高速の吐出空気を軸方向
流路５に導入し、静翼３で速度を減速させ、動圧を静圧
に変換することにより更に圧力を上昇させ、高圧空気を
吐出するものである。
流路５に導入し、静翼３で速度を減速させ、動圧を静圧
に変換することにより更に圧力を上昇させ、高圧空気を
吐出するものである。
【００２０】ここで、前述のように回転駆動軸１に対す
る動翼後縁部２ａの半径Ｈ1 が、回転駆動軸１に対する
静翼３の半径Ｈ3 と略等しく設定されているため、動翼
後縁部２ａと静翼３との間付近において、動翼２から静
翼３に流れる流体は、回転駆動軸１からの半径距離に略
等しい位置で軸方向に移動する。このため、動翼後縁部
２ａと静翼３との間における流路６において、回転駆動
軸１から半径方向に流路断面積が広がることなく、所謂
ディフューザ効果を被ることがないため、図５に示した
ような境界層Ｄ６BLの発達を抑止し、圧縮機の性能向上
を図ることができるのみならず、この境界層の剥離の発
生も抑止できるので、圧縮機がサージに突入しにくくで
き、圧縮機の性能向上を行うことができる。
る動翼後縁部２ａの半径Ｈ1 が、回転駆動軸１に対する
静翼３の半径Ｈ3 と略等しく設定されているため、動翼
後縁部２ａと静翼３との間付近において、動翼２から静
翼３に流れる流体は、回転駆動軸１からの半径距離に略
等しい位置で軸方向に移動する。このため、動翼後縁部
２ａと静翼３との間における流路６において、回転駆動
軸１から半径方向に流路断面積が広がることなく、所謂
ディフューザ効果を被ることがないため、図５に示した
ような境界層Ｄ６BLの発達を抑止し、圧縮機の性能向上
を図ることができるのみならず、この境界層の剥離の発
生も抑止できるので、圧縮機がサージに突入しにくくで
き、圧縮機の性能向上を行うことができる。
【００２１】また、各動翼２においては、図３（ａ）に
示すように、動翼２が矢印Ｒで示す方向に回転すると、
各動翼２の矢印Ｒで示す回転方向の後面が負圧面とな
り、曲線流路４の中間部または出口部（湾曲部４ａの入
口部）では、主流ＤＪの速度よりも小さい速度を有する
ウェークＤＷが形成され、図６（ａ）に示す従来の圧縮
機と同様な流れ状態となる。
示すように、動翼２が矢印Ｒで示す方向に回転すると、
各動翼２の矢印Ｒで示す回転方向の後面が負圧面とな
り、曲線流路４の中間部または出口部（湾曲部４ａの入
口部）では、主流ＤＪの速度よりも小さい速度を有する
ウェークＤＷが形成され、図６（ａ）に示す従来の圧縮
機と同様な流れ状態となる。
【００２２】主流ＤＪとウェークＤＷが湾曲部４ａを通
過する際に、湾曲部４ａが軸方向に向かうように湾曲し
ているため、主流ＤＪとウェークＤＷとに対して、図２
に示す矢印ｒで示す半径方向外側に遠心力が働く。ここ
で、主流ＤＪの速度をＶJ 、主流ＤＪの密度をρJ 、ウ
ェークＤＷの密度をρｗ、ウェークＤＷの速度をＶW 、
湾曲部４ａの半径をｒとすると、この湾曲部４ａにおい
て、矢印ｒで示す半径方向に生じる主流ＤＪの遠心力Ｆ
J は、 ＦJ ＝ρJ ＶJ 2 ／ｒ （式１） となり、同様にウェークＤＷの遠心力ＦW は、 ＦW ＝ρｗＶｗ2 ／ｒ （式２） となる。
過する際に、湾曲部４ａが軸方向に向かうように湾曲し
ているため、主流ＤＪとウェークＤＷとに対して、図２
に示す矢印ｒで示す半径方向外側に遠心力が働く。ここ
で、主流ＤＪの速度をＶJ 、主流ＤＪの密度をρJ 、ウ
ェークＤＷの密度をρｗ、ウェークＤＷの速度をＶW 、
湾曲部４ａの半径をｒとすると、この湾曲部４ａにおい
て、矢印ｒで示す半径方向に生じる主流ＤＪの遠心力Ｆ
J は、 ＦJ ＝ρJ ＶJ 2 ／ｒ （式１） となり、同様にウェークＤＷの遠心力ＦW は、 ＦW ＝ρｗＶｗ2 ／ｒ （式２） となる。
【００２３】ここで、主流ＤＪの流速ＶJ が、ウェーク
ＤＷの流速Ｖw より大きく、非圧縮性の流体においては
主流ＤＪの密度ρJ とウェークＤＷの密度ρw は等し
く、また圧縮性の流体においてもそれらはほぼ等しいた
め、上述の式１および式２から明らかなように、主流Ｄ
Ｊの遠心力ＦJ が、ウェークＤＷの遠心力Ｆｗよりも大
きくなる。従って、これら遠心力ＦJ とＦW との差によ
り、図３（ａ）に矢印Ｓで示すように、湾曲部４ａにお
いて主流ＤＪが半径方向外側に移動し、ウェークＤＷは
半径方向内側へ広がるように押し出され、図３（ｂ）に
示すように、動翼出口部付近において、主流ＤＪは回転
駆動軸１からの半径方向外側に位置し、ウェークＤＷは
半径方向内側に位置するようになって吐出される。
ＤＷの流速Ｖw より大きく、非圧縮性の流体においては
主流ＤＪの密度ρJ とウェークＤＷの密度ρw は等し
く、また圧縮性の流体においてもそれらはほぼ等しいた
め、上述の式１および式２から明らかなように、主流Ｄ
Ｊの遠心力ＦJ が、ウェークＤＷの遠心力Ｆｗよりも大
きくなる。従って、これら遠心力ＦJ とＦW との差によ
り、図３（ａ）に矢印Ｓで示すように、湾曲部４ａにお
いて主流ＤＪが半径方向外側に移動し、ウェークＤＷは
半径方向内側へ広がるように押し出され、図３（ｂ）に
示すように、動翼出口部付近において、主流ＤＪは回転
駆動軸１からの半径方向外側に位置し、ウェークＤＷは
半径方向内側に位置するようになって吐出される。
【００２４】そのため、動翼出口部において、主流ＤＪ
とウェークＤＷとが半径方向に分かれて、図３（ｂ）に
示すように、周方向に略均一な状態で分布するようにな
る。その結果、主流ＤＪの流速ＶJ 及びウェークＤＷの
流速ＶW は、図３（ｃ）のように時間的変動の少ない略
均一な分布となる。ここで、主流ＤＪとウェークＤＷと
のそれぞれの部分において、動翼２の翼表面に発達した
境界層による小さなウェークは、図３（ｃ）と図６
（ｃ）とのいずれの場合にも周期的に存在しているが、
ウェークＤＷに比べて小さいものである。
とウェークＤＷとが半径方向に分かれて、図３（ｂ）に
示すように、周方向に略均一な状態で分布するようにな
る。その結果、主流ＤＪの流速ＶJ 及びウェークＤＷの
流速ＶW は、図３（ｃ）のように時間的変動の少ない略
均一な分布となる。ここで、主流ＤＪとウェークＤＷと
のそれぞれの部分において、動翼２の翼表面に発達した
境界層による小さなウェークは、図３（ｃ）と図６
（ｃ）とのいずれの場合にも周期的に存在しているが、
ウェークＤＷに比べて小さいものである。
【００２５】流路６は、流路断面積がほぼ等しい軸方向
流路を形成しているので、通過する流れの状態は余り変
化せず、ほぼ動翼出口の流れ状態を維持したままで静翼
３に流入し、主流ＤＪとウェークＤＷとのそれぞれの部
分において静翼３に対する入射角が各半径位置で略均一
となり、静翼３に流入する流体の入射角の時間変動を抑
えることができる。
流路を形成しているので、通過する流れの状態は余り変
化せず、ほぼ動翼出口の流れ状態を維持したままで静翼
３に流入し、主流ＤＪとウェークＤＷとのそれぞれの部
分において静翼３に対する入射角が各半径位置で略均一
となり、静翼３に流入する流体の入射角の時間変動を抑
えることができる。
【００２６】静翼３の入口形状が、回転駆動軸１からの
半径方向内側位置において、ウェークＤＷの流入速度Ｖ
W1の入射角に対応した形状に設定され、回転駆動軸１か
らの半径方向外側位置において、主流ＤＪの流入速度Ｖ
J1の入射角に対応した形状に設定されることにより、静
翼３における入射角度の最適化を図ることができ、静翼
の性能向上が可能となり、圧縮機全体の性能向上を図る
ことが可能となる。
半径方向内側位置において、ウェークＤＷの流入速度Ｖ
W1の入射角に対応した形状に設定され、回転駆動軸１か
らの半径方向外側位置において、主流ＤＪの流入速度Ｖ
J1の入射角に対応した形状に設定されることにより、静
翼３における入射角度の最適化を図ることができ、静翼
の性能向上が可能となり、圧縮機全体の性能向上を図る
ことが可能となる。
【００２７】また、圧縮機の圧力比は、図２に示すよう
に動翼前縁部２ｂと動翼後縁部２ａとの回転駆動軸１か
らの半径方向位置の差に依存する。図４には比較のため
に本実施例と同等な圧力比を出すことのできる従来形態
の圧縮機形状を破線で示してある。図４に示すように、
本実施例においては、静翼３の半径Ｈ3 が動翼後縁部２
ａの半径Ｈ1 と略等しく設定されており、その軸方向下
流にスクロール等の集気管を配置することができ、圧縮
機外径を動翼出口直径にほぼ等しい寸法にすることがで
きる。しかしながら、従来形式では、動翼２’出口部に
接続された流路６’及びそれに続く静翼３’が回転駆動
軸１に対する半径が拡大する方向に接続され、静翼出口
部の半径Ｈ2 は本実施形態の静翼出口部半径Ｈ3 に比べ
て大きくなっており、更にその下流に半径方向に拡大す
るようにスクロール等の集気管を配置する必要があり、
動翼出口直径に比べて非常に大きな圧縮機外径となる。
即ち、本実施例においては、同等の圧力比を出す従来形
式に対して、圧縮構造全体の外径寸法を小さくすること
ができ、小型化を図ることができる。
に動翼前縁部２ｂと動翼後縁部２ａとの回転駆動軸１か
らの半径方向位置の差に依存する。図４には比較のため
に本実施例と同等な圧力比を出すことのできる従来形態
の圧縮機形状を破線で示してある。図４に示すように、
本実施例においては、静翼３の半径Ｈ3 が動翼後縁部２
ａの半径Ｈ1 と略等しく設定されており、その軸方向下
流にスクロール等の集気管を配置することができ、圧縮
機外径を動翼出口直径にほぼ等しい寸法にすることがで
きる。しかしながら、従来形式では、動翼２’出口部に
接続された流路６’及びそれに続く静翼３’が回転駆動
軸１に対する半径が拡大する方向に接続され、静翼出口
部の半径Ｈ2 は本実施形態の静翼出口部半径Ｈ3 に比べ
て大きくなっており、更にその下流に半径方向に拡大す
るようにスクロール等の集気管を配置する必要があり、
動翼出口直径に比べて非常に大きな圧縮機外径となる。
即ち、本実施例においては、同等の圧力比を出す従来形
式に対して、圧縮構造全体の外径寸法を小さくすること
ができ、小型化を図ることができる。
【００２８】
【発明の効果】本発明の圧縮機によれば、以下の効果を
奏する。 （１）動翼出口部が軸方向に湾曲しているため、その湾
曲部において発生する遠心力により主流が半径方向外側
に、ウェークは半径方向内側に分布するようになり、動
翼出口における周方向速度分布を周方向に略均一な状態
として設定することができ、その結果、静翼に対する入
射角の時間変動を抑えることができる。 （２）動翼出口側の後縁部が軸方向流路の入口あるいは
内部に位置されて、動翼出口部、それに続く流路及び静
翼は、ほぼ同一半径上に位置させることができ、従来の
径方向に拡大し、流れの方向に面積が拡大するような流
路及び静翼の設定にならず、所謂ディフューザ効果を持
つことが無いので、境界層の発達または剥離を抑制する
ことができる。 （３）上記により圧縮機の高性能化を図ることができ
る。 （４）静翼の半径が、動翼出口の半径と略等しく取るこ
とができるため、圧縮機の圧縮能力を低下することなく
圧縮機外径の小型化を図ることができる。
奏する。 （１）動翼出口部が軸方向に湾曲しているため、その湾
曲部において発生する遠心力により主流が半径方向外側
に、ウェークは半径方向内側に分布するようになり、動
翼出口における周方向速度分布を周方向に略均一な状態
として設定することができ、その結果、静翼に対する入
射角の時間変動を抑えることができる。 （２）動翼出口側の後縁部が軸方向流路の入口あるいは
内部に位置されて、動翼出口部、それに続く流路及び静
翼は、ほぼ同一半径上に位置させることができ、従来の
径方向に拡大し、流れの方向に面積が拡大するような流
路及び静翼の設定にならず、所謂ディフューザ効果を持
つことが無いので、境界層の発達または剥離を抑制する
ことができる。 （３）上記により圧縮機の高性能化を図ることができ
る。 （４）静翼の半径が、動翼出口の半径と略等しく取るこ
とができるため、圧縮機の圧縮能力を低下することなく
圧縮機外径の小型化を図ることができる。
【図１】本発明に係る圧縮機をターボジェットエンジン
に適応した構成図を示すものである。
に適応した構成図を示すものである。
【図２】本発明に係る圧縮機の一実施例における一部の
記載を省略して断面視した図を示すものである。
記載を省略して断面視した図を示すものである。
【図３】本発明に係る圧縮機の一実施例を示すもので
（ａ）動翼曲線流路中間部の周方向の展開断面図、
（ｂ）動翼出口部の周方向の展開断面図、（ｃ）動翼出
口での流体の速度の時間的変化を示すグラフ図である。
（ａ）動翼曲線流路中間部の周方向の展開断面図、
（ｂ）動翼出口部の周方向の展開断面図、（ｃ）動翼出
口での流体の速度の時間的変化を示すグラフ図である。
【図４】図２の圧縮機及びそれと同等な圧力比を出すこ
とのできる従来形式の圧縮機を比較して、一部の記載を
省略して断面視した図を示すものである。
とのできる従来形式の圧縮機を比較して、一部の記載を
省略して断面視した図を示すものである。
【図５】従来の圧縮機における一部の記載を省略して断
面視した図を示すものである。
面視した図を示すものである。
【図６】従来の圧縮機を示すもので（ａ）動翼曲線流路
中間部の周方向の展開断面図、（ｂ）動翼出口部の周方
向の展開断面図、（ｃ）動翼出口での流体の速度の時間
的変化を示すグラフ図である。
中間部の周方向の展開断面図、（ｂ）動翼出口部の周方
向の展開断面図、（ｃ）動翼出口での流体の速度の時間
的変化を示すグラフ図である。
【図７】圧縮機の動翼出口および静翼入り口における主
流とウェークの流体の速度、速度成分およびそれらの角
度差を示す模式図である。
流とウェークの流体の速度、速度成分およびそれらの角
度差を示す模式図である。
【図８】圧縮機の動翼出口における主流とウェークの流
体の速度を動翼回転方向（周方向）とそれに直角な静翼
に向かう流れ方向（縦方向）の速度成分に分割した模式
図である。
体の速度を動翼回転方向（周方向）とそれに直角な静翼
に向かう流れ方向（縦方向）の速度成分に分割した模式
図である。
１ 回転駆動軸
１ａ 回転伝達部材
２ 動翼
２ａ 動翼後縁部
２ｂ 動翼前縁部
３ 静翼
４ 曲線流路
４ａ 湾曲部
５ 軸方向流路
６ 動翼と静翼の間の流路
Ｃ ケーシング
ＤＪ 主流
ＤＷ ウェーク
Ｈ 回転駆動軸からの半径距離
Ｒ 動翼回転方向
ｒ 動翼出口湾曲部半径
ＶJ 主流速度
Ｖw ウェーク速度
Claims (2)
- 【請求項１】 回転駆動軸から半径方向外側に曲げられ
た曲線流路を有し、回転する動翼、およびその動翼出口
の下流に静翼が位置する圧縮機であって、動翼出口から
流出する流体がほぼ軸方向に流出するように、動翼出口
付近の流路形状が軸方向に湾曲することを特徴とする圧
縮機。 - 【請求項２】 上記圧縮機において、静翼、および動翼
出口と静翼を接続する流路が、動翼出口の回転駆動軸か
らの半径に略等しい半径位置で、ほぼ軸方向に位置する
ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000154969A JP3380897B2 (ja) | 2000-05-25 | 2000-05-25 | 圧縮機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000154969A JP3380897B2 (ja) | 2000-05-25 | 2000-05-25 | 圧縮機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001336498A JP2001336498A (ja) | 2001-12-07 |
| JP3380897B2 true JP3380897B2 (ja) | 2003-02-24 |
Family
ID=18659981
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000154969A Expired - Lifetime JP3380897B2 (ja) | 2000-05-25 | 2000-05-25 | 圧縮機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3380897B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005052376A1 (ja) * | 2003-11-28 | 2005-06-09 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 斜流圧縮機のインペラ |
| CN103511334A (zh) * | 2013-10-12 | 2014-01-15 | 中联重科股份有限公司 | 叶轮及其制造方法、离心风机以及清扫车 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2971787A1 (en) * | 2013-03-15 | 2016-01-20 | Rolls-Royce North American Technologies, Inc. | Centrifugal compressor with axial impeller exit |
-
2000
- 2000-05-25 JP JP2000154969A patent/JP3380897B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005052376A1 (ja) * | 2003-11-28 | 2005-06-09 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 斜流圧縮機のインペラ |
| CN103511334A (zh) * | 2013-10-12 | 2014-01-15 | 中联重科股份有限公司 | 叶轮及其制造方法、离心风机以及清扫车 |
| CN103511334B (zh) * | 2013-10-12 | 2016-01-20 | 中联重科股份有限公司 | 叶轮及其制造方法、离心风机以及清扫车 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001336498A (ja) | 2001-12-07 |
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