JP3702105B2

JP3702105B2 - ディフューザ及びその製作方法

Info

Publication number: JP3702105B2
Application number: JP26845798A
Authority: JP
Inventors: 昌三前川; 隆御子神
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-09-22
Filing date: 1998-09-22
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2018-09-22
Also published as: JP2000097196A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ターボ過給機の圧縮機、産業用圧縮機等の、翼付きディフューザを備えた遠心圧縮機のディフューザの構造及びその製作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、翼付きディフューザを備えた遠心圧縮機の回転軸心に沿う要部断面図である。図４において、１は回転駆動されるインペラ、３はケーシング、４は同ケーシング３に形成された出口側通路となるスクロールである。２はディフューザであり、円周方向に沿って所定間隔（通常は等間隔）に配設された複数の翼からなる。２１は同ディフューザ２の一端面であるハブ側壁面、２２は同ディフューザ２の他端面であるシュラウド側壁面である。
【０００３】
上記遠心圧縮機において、高速回転するインペラ１に吸入されて圧縮された気体はディフューザ２を通ってスクロール４に流出し、同スクロール４に案内されて系外の使用先に送出される。図５は上記ディフューザ２の断面形状を示し、２ａは気体の入口側である前縁、２４は圧力面、２３は負圧面である。
【０００４】
図９〜図１０は上記ディフューザ２の従来の１例を示し、図９は前縁近傍の斜視図、図１０は図５のＥ−Ｅ断面図、あるいは図９のＥ平面に沿う断面図である。
【０００５】
図９〜図１０に示すように、従来のディフューザ２は、ハブ側壁面２１とシュラウド側壁面２２との間の幅Ｈの方向において一定厚さとなっており、前縁２ａは幅Ｈの方向に同一断面形状で、同前縁２ａに連なる翼面の曲率半径Ｒが一定となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のディフューザ２においては、図９〜図１０に示すように前縁２ａが幅Ｈの方向に同一断面形状の円弧状断面となっているため、図７のＡに示すように、前縁２ａからディフューザ２の翼面に沿う流れにおいて負圧面２３側での圧力上昇、つまり増速が大きくなり、これによって流れの剥離が生じ、大きなディフューザ損失の発生をみる。尚、図７のＢは圧力面２４における圧力変化を示す。
【０００７】
また、図６には上記ディフューザ２の通路中央、つまり１／２Ｈ近傍の位置と壁面（シュラウド側壁面２２あるいはハブ側壁面２１）近傍との速度三角形の比較を示し、（Ａ）は通路中央、（Ｂ）は壁面近傍である。
【０００８】
図６に明らかなように、上記従来のディフューザは（Ｂ）に示す壁面近傍における子午面方向流速Ｃ₂が、（Ａ）に示す通路中央の流速Ｃ₁よりも小さくなり、このため、壁面近傍における気体の流れ角α₂は通路中央の流れ角α₁よりも小さくなる。これによって、壁面近傍における流路損失が大きくなり、遠心圧縮機の性能が低下する。
【０００９】
上記のような問題点に対処するためには、図８に示すように、前縁２ａの断面における曲率半径を大きくして、前縁部における負圧面２３側への流れの増速を小さくすることが考えられる。
【００１０】
即ち図８の（Ａ）は前縁２ａの曲率半径Ｒ₁が小さい場合、（Ｂ）は曲率半径Ｒ₂が大きい場合を示しているが、同図（Ａ）のように上記半径Ｒ₁が小さい場合は流入速度Ｖ₁に対して負圧面２３側の増速ΔＶ₁が大きくなるが、（Ｂ）のように上記半径をＲ₂のように大きくすると、上記増速ΔＶ₁が小さくなり、圧力損失が低減される。
【００１１】
しかしながら、図８に示されるディフューザ２は、図８（Ｂ）に示されるような、前縁２ａ部において、壁面近傍のみの曲率半径Ｒ₂を大きくするような機械加工は困難であるという問題点を有している。
【００１２】
本発明は上記問題点を解決するもので、その目的とするところは、機械加工による製作が容易にでき、壁面近傍の圧力損失を低減し得るディフューザを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような問題点を解決するもので、その要旨とする第１の手段は、インペラによって圧縮された流体の出口通路の壁面間に設けられ複数の翼からなるディフューザにおいて、前縁が翼幅方向において上記出口通路の中央の断面に対して対称な曲線に形成されるとともに、上記前縁に垂直な断面形状が上記出口通路の中央の断面形状と同一に形成されてなることにある。
【００１４】
また第２の手段は上記ディフューザの製作方法に係り、インペラによって圧縮された流体の出口通路の壁面間に設けられた複数の翼からなるディフューザを製作するにあたり、上記ディフューザの前縁に垂直な断面形状が、上記出口通路中央の断面形状と同一形状になり、かつ上記前縁が翼幅方向において上記出口通路中央断面に対して対称な曲線になるように加工することを特徴とするディフューザの製作方法にある。
【００１５】
また、第３の手段は、上記第２の手段において、上記前縁に連なる翼面の上記壁面近傍における曲率半径が、上記出口通路中央における曲率半径よりも大きくなるように加工することにある。
【００１６】
上記手段によれば、ディフューザを加工する際には、出口通路中央の断面形状を有するカッターを、通路中央の断面中心から、前縁に垂直な断面形状が通路中央の断面と同一形状になるように、前縁の曲線即ち翼幅方向において上下に対称な曲線に沿って移動させることにより容易に加工できる。
【００１７】
かかる加工により形成されたディフューザは、壁面近傍における負圧面の通路中央断面に平行な方向即ち気体の流入方向に対する曲率半径が通路中央の曲率半径よりも大きくなり、従って、気体の流入速度に対する負圧面の増速が小さくなり、圧力損失が低減される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下図１〜図３及び図４〜図５を参照して本発明の実施形態につき詳細に説明する。
【００１９】
図４は本発明に係る翼付きディフューザが適用される遠心圧縮機の回転軸心に沿う要部断面図であり、図４において、１は回転駆動されるインペラ、３はケーシング、４は同ケーシング３に形成された出口側通路となるスクロールである。
【００２０】
２はディフューザであり、円周方向に沿って所定間隔（通常は等間隔）に配設された複数の翼からなる。２１は同ディフューザ２の一端面であるハブ側壁面、２２は同ディフューザ２の他端面であるシュラウド側壁面である。
【００２１】
上記遠心圧縮機において、高速回転するインペラ１に吸入されて圧縮された気体はディフューザ２を通ってスクロール４に流出し、同スクロール４に案内されて系外の使用先に送出される。図５は上記ディフューザ２の断面形状を示し、２ａは気体の入口側である前縁、２４は圧力面、２３は負圧面である。
【００２２】
本発明は上記ディフューザ２の形状及びその製作方法、特にその前縁部近傍の加工方法に係るものである。
【００２３】
即ち図１は本発明の実施形態に係るディフューザの前縁部近傍の要部斜視図、図２は前縁部近傍の平面図で図３のＢ−Ｂ面及びＣ−Ｃ面を示す図、図３は前縁部近傍の加工方法の説明図で（Ａ）は要部側面図、（Ｂ）は前縁部の要部斜視図である。
【００２４】
図１〜図３において、２はディフューザ、２１は同ディフューザ２のハブ側壁面、２２はシュラウド側壁面、２ａは前縁であり、図４に示すように、上記インペラ１から半径方向に流出した気体がディフューザ２の前縁部２ａからディフューザ２内に流入するようになっている。
【００２５】
本発明の実施形態においては、上記ディフューザ２は、図１〜図３に示すように、前縁２ａの形状を通路中央Ｃ即ちディフューザ２の幅Ｈの１／２の部位から翼幅方向において、図２（Ａ）に示すように、上下対称な半径Ｒ_sなる円弧状になるように形成し、さらに翼幅方向各部位における上記前縁２ａに垂直方向の断面形状を、図２（Ｂ）に示すように、上記通路中央Ｃ（図３のＣ−Ｃ面）の断面形状と同一形状になるように形成されている。尚、上記前縁２ａの形状は、必ずしもこの実施形態のように円弧状であることを要さず、上記通路中央Ｃに対して翼幅方向において対称な形状の曲線であればよい。
【００２６】
上記のようなディフューザ２を加工するにあたっては、通路中央Ｃにおける前縁２ａの負圧面２３の曲率半径Ｒ_cなる総形カッターを、図２（Ａ）に示すように前縁２ａの円弧の半径Ｒ_sの中心３０廻りに移動させながら前縁部を加工する。この加工は、総形カッターに限らず、他の加工手段でもよい。
【００２７】
これにより、ディフューザ２の前縁２ａに垂直な断面、つまり、前縁２ａの各部位と上記円弧（半径Ｒ_s）の中心３０とを結ぶ断面形状は上記通路中央Ｃの断面形状（曲率半径Ｒ_c）となるが、壁面近傍Ｂ（図２（Ａ）のＢ−Ｂ矢視部）の断面形状、つまり上記通路中央Ｃと平行な断面形状は、上記通路中央Ｃを斜めから切断した断面形状となり、その負圧面２３の曲率半径Ｒ_bは通路中央の曲率半径Ｒ_cよりも大きくなる。尚、図３（Ａ）において２ｂは前縁２ａを上記のように円弧状としたことによる削り落し部である。
【００２８】
即ち、上記実施形態によれば、前縁２ａの形状を通路中央Ｃから翼幅方向において上下対称な曲線になるように形成し、翼幅方向における前縁２ａに垂直な断面形状を通路中央Ｃの断面形状と同一になるように加工すれば、壁面近傍Ｂにおける負圧面２３の通路中央Ｃに平行な方向即ち気体の流入方向に対する曲率半径Ｒ_bは通路中央Ｃの曲率半径Ｒ_cよりも大きくなる。
【００２９】
従って、図８（Ｂ）に示すように、壁面近傍Ｂの曲率半径Ｒ₂（この実施形態におけるＲ_bに相当）が大きくなることによって、流入速度Ｖ₁に対して負圧面２３側の増速ΔＶ₁が小さくなり、これによって圧力損失が低減される。
【００３０】
そして、このディフューザ２は、上記のように、通路中央の断面形状を有するカッターを、通路中央の断面中心から、前縁に垂直な断面形状が通路中央の断面と同一形状になるように、前縁の曲線に沿って移動させるという方法で以って容易に加工することができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されており、本発明によれば、出口通路中央の断面形状を有するカッター等の加工具を、前縁に垂直な断面形状が上記出口通路中央の断面形状と同一になるようにして、上記前縁の曲線即ち翼幅方向において上下に対称な曲線に沿って移動させるという、きわめて簡単な加工方法で、壁面近傍における前縁部の負圧面の曲率半径が上記通路中央における曲率半径よりも大きくなるディフューザを得ることができる。
【００３２】
従って本発明によれば、壁面近傍における前縁部の負荷面の曲率半径が出口通路中央の曲率半径よりも大きく、圧力損失が低減されたディフューザを、きわめて簡単な加工方法で以って容易に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るディフューザの前縁部近傍の要部斜視図。
【図２】上記実施形態における前縁部近傍の平面図（図３のＣ−Ｃ矢視図及びＢ−Ｂ矢視図）。
【図３】上記実施形態における前縁部近傍の加工方法の説明図で、（Ａ）は要部側面図、（Ｂ）は前縁部の要部斜視図である。
【図４】本発明に係るディフューザを備えた、遠心圧縮機の要部断面図。
【図５】ディフューザの要部の全体形状を示す平面図。
【図６】上記遠心圧縮機のディフューザ部の速度三角形を示す図。
【図７】ディフューザ部における圧力損失を示す図。
【図８】ディフューザにおける流入速度比較図。
【図９】従来のディフューザの要部斜視図。
【図１０】図９のＥ部断面図。
【符号の説明】
１インペラ
２ディフューザ
２ａ前縁
２１ハブ側壁面
２２シュラウド側壁面
２３負圧面
２４圧力面
Ｂ壁面近傍
Ｃ通路中央

Claims

インペラによって圧縮された流体の出口通路の壁面間に設けられ複数の翼からなるディフューザにおいて、前縁が、翼幅方向において上記出口通路の中央の断面に対して対称な曲線に形成されるとともに、上記前縁に垂直な断面形状が上記出口通路の中央の断面形状と同一に形成されてなることを特徴とするディフューザ。
インペラによって圧縮された流体の出口通路の壁面間に設けられた複数の翼からなるディフューザを製作するにあたり、上記ディフューザの前縁に垂直な断面形状が、上記出口通路中央の断面形状と同一形状になり、かつ上記前縁が翼幅方向において上記出口通路中央断面に対して対称な曲線になるように加工することを特徴とするディフューザの製作方法。
請求項２において、上記前縁に連なる翼面の上記壁面近傍における曲率半径が、上記出口通路中央における曲率半径よりも大きくなるように加工することを特徴とするディフューザの製作方法。