JP5665535B2

JP5665535B2 - 遠心圧縮機

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Publication number: JP5665535B2
Application number: JP2010294078A
Authority: JP
Inventors: 勲冨田; 星　徹; 徹星
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2015-02-04
Anticipated expiration: 2030-12-28
Also published as: CN103270310A; EP2620651A1; EP2620651B1; US9638208B2; JP2012140899A; WO2012090657A1; US20130266450A1; CN103270310B; EP2620651A4

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２枚以上の複数のスプリッタブレード（短翼）を設けた遠心圧縮機に関するものである。

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、羽根車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、１０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（羽根車）０５がよく用いられる。

このスプリッタブレード０３を有するインペラ０５は、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。
一般的なスプリッタブレード０３の場合、図１１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の入口端縁の翼角θ（入口端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。

一方、スプリッタブレード０３の両側に形成される両通路のスロート面積を同一にして流体の均等配分を図る技術が知られており、例えば、特許文献１（特開平１０−２１３０９４号公報）に開示されている技術は、図１２のように、スプリッタブレード０９の入口端縁の翼角θ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Ｓｂ側に寄せることで、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）についても知られている。

特開平１０−２１３０９４号公報特許第３８７６１９５号公報

前記特許文献１、２に示された技術はいずれも、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、翼端隙間を有するオープン型インペラの場合には、この翼端隙間から通路内に流入、または通路から流出する翼端漏れ流れの影響があり、流れ場は複雑になっており、これら複雑な内部流動に適合するさらなる改良が必要であった。

その複雑な内部流動を数値解析により評価したところ、フルブレードの入口端縁の先端部（翼のハブ面からの高さ方向（シュラウド側）の先端部）から発生する漏れ渦がスプリッタブレードの入口端縁の先端部（翼のハブ面からの高さ方向（シュラウド側）の先端部）近傍に到達していることが明らかとなった（図８の翼端漏れ流れ渦流、以下翼端漏れ渦Ｗという）。

そこで、本出願人は、未公開の特願２００９−２３３１８３号によって、スプリッタブレードの入口端縁を、フルブレードの負圧面側に傾斜させて、翼端漏れ渦Ｗとの干渉を回避する技術を出願した。

しかし、遠心圧縮機のさらなる高圧力比・高効率化、およびワイドレンジ化を達成するうえで、ブレード枚数を増大させることは重要であり、そのためにも２枚以上の複数のスプリッタブレードとすることは重要な技術であるが、前記特許文献１、２や前記先願においては、これら複数のスプリッタブレードの場合の具体的な改良については開示されていない。

そこで、本発明はこれら問題に鑑みてなされたもので、フルブレード間に２枚以上の複数のスプリッタブレードを設けた遠心圧縮機において、フルブレードおよびスプリッタブレードの翼端漏れ渦が回転方向の下流側の複数のスプリッタブレードに干渉することを回避して、圧力比および効率向上を達成する遠心圧縮機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の第１の発明は、ハブ面上に流体の入口部から出口部にかけて周方向に複数枚を均等間隔に立設されたフルブレードと、互いに隣り合わせて設けられた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るとともに、前記フルブレード間に、該フルブレードのハブ面からの高さと同一の高さを有する２枚以上の複数枚のスプリッタブレードを設けた遠心圧縮機において、圧縮機の回転方向の上流側のフルブレードの負圧面に近い側に設けられ、且つ該上流側のフルブレードの次に流路方向長さが短い第１スプリッタブレードと、該第１スプリッタブレードの負圧面側に設けられ前記第１スプリッタブレードの次に流路方向長さが短い第２スプリッタブレードと、を備え、前記第１スプリッタブレードおよび第２スプリッタブレードの前縁部のシュラウド側をフルブレード間のインペラ数で等間隔に分割した位置より前記フルブレードの負圧面側に寄せ、前記第２スプリッタブレードの前記フルブレードの負圧面側への寄せ量を、前記第１スプリッタブレードの前記フルブレードの負圧面側への寄せ量より大きくしたことを特徴とする。

かかる第１の発明によれば、前記遠心圧縮機は前記フルブレード先端とシュラウドとの間に翼端隙間が形成され、該翼端隙間から前記スプリッタブレードの前縁部に向かって発生する翼端漏れ渦に対して、第１スプリッタブレードの前縁部のシュラウド側をフルブレード間のインペラ数で等間隔に分割した位置より前記フルブレードの負圧面側に寄せたので、翼端漏れ渦が第１スプリッタブレードの前縁部を乗り越えるように、若しくは前記翼端漏れ渦の方向に一致するようになり、第１スプリッタブレードの前縁部と翼端漏れ渦との干渉が回避できる。

さらに、前記第１スプリッタブレードの負圧面側に設けられ前記第１スプリッタブレードの次に流路方向長さが短い第２スプリッタブレードに対しても、前縁部のシュラウド側をフルブレード間のインペラ数で等間隔に分割した位置より前記フルブレードの負圧面側に寄せたので、前記第１スプリッタブレード先端とシュラウドとの間の翼端隙間から前記第２スプリッタブレードの前縁部に向かって発生する翼端漏れ渦に対しても、第２スプリッタブレードの前縁部との干渉が回避できる。
このように、第１スプリッタブレード、および、第２スプリッタブレードの両方共に翼端漏れ渦を回避できるようになり、複数のスプリッタブレードを備えた遠心圧縮機の効率向上と性能改善を行うことができる。

また、第１の発明は、前記第２スプリッタブレードの前記フルブレードの負圧面側への寄せ量を、前記第１スプリッタブレードの前記フルブレードの負圧面側への寄せ量より大きくすることを特徴としている。

第２スプリッタブレードの前縁部のシュラウド側へ進む翼端漏れ渦は、第１スプリッタブレードの前縁によって発生するため、第１スプリッタブレードの前縁部の寄せ量より大きくする必要がある。
さらに、第２スプリッタブレードの前縁部のシュラウド側へ進む翼端漏れ渦は、フルブレードによる翼端漏れ渦と、第１スプリッタブレードによる翼端漏れ渦とが重なるため、効果的な翼端漏れ渦の回避を行うには、第２スプリッタブレードの前記フルブレードの負圧面側への寄せ量を、前記第１スプリッタブレードの前記フルブレードの負圧面側への寄せ量より大きくする必要がある。これによって、さらに確実に漏れ渦の回避が可能になる。

また、本発明の第２の発明は、ハブ面上に流体の入口部から出口部にかけて周方向に複数枚を均等間隔に立設されたフルブレードと、互いに隣り合わせて設けられた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るとともに、前記フルブレード間に、該フルブレードのハブ面からの高さと同一の高さを有する２枚以上の複数枚のスプリッタブレードを設けた遠心圧縮機において、
圧縮機の回転方向の上流側のフルブレードの負圧面に近い側に設けられ、且つ該上流側のフルブレードの次に流路方向長さが短い第１スプリッタブレードと、該第１スプリッタブレードの負圧面側に設けられ前記第１スプリッタブレードの次に流路方向長さが短い第２スプリッタブレードと、を備え、前記第１スプリッタブレードおよび第２スプリッタブレードの前縁部のシュラウド側をフルブレード間のスプリッタブレード数で等間隔に分割した位置より前記フルブレードの負圧面側に寄せ、
前記第１スプリッタブレードおよび第２スプリッタブレードの各スプリッタブレードの後縁部のハブ側をフルブレードの周方向等間隔位置からフルブレードの負圧面側に寄せ、
前記第１スプリッタブレードおよび第２スプリッタブレードのそれぞれの後縁部のシュラウド側をフルブレードの周方向等間隔位置からフルブレードの正圧面側に寄せたことを特徴とする。

このように、前記第１スプリッタブレードおよび第２スプリッタブレードの各スプリッタブレードの後縁部のハブ側をフルブレードの周方向等間隔位置からフルブレードの負圧面側に寄せることによって、ハブ側の翼曲率（翼負荷）を上げて、圧縮機としての圧力比を向上できる。

また、圧力比の向上の際に、前縁部のシュラウド側は、既に前記翼端漏れ渦の回避のためにフルブレードの負圧面側に寄せているため、すでに翼曲率（翼負荷）が大きくなっていて、剥離が発生する危険性があるので、後縁部のハブ側をフルブレードの周方向等間隔位置からフルブレードの負圧面側に寄せることによって、スプリッタブレードのハブ側とシュラウド側との翼負荷のバランスを均等化できる。
従って、シュラウド側の負荷を下げて剥離等の発生リスクを低減しつつ、ハブ側の負荷増大によってスプリッタブレードのハブ側とシュラウド側との翼負荷のバランスを均等化して圧縮機のさらなる性能向上および耐久性を向上できる。

また、第２の発明は、前記第１スプリッタブレードおよび第２スプリッタブレードのそれぞれの後縁部のシュラウド側をフルブレードの周方向等間隔位置からフルブレードの正圧面側に寄せることを特徴としている。

このように、スプリッタブレードの後縁部のシュラウド側について、フルブレードの正圧面側に寄せることによって、シュラウド側の翼負荷を下げることができる。
すなわち、前縁部のシュラウド側は、前述のように翼端漏れ渦との干渉回避のために、フルブレードの負圧面側に寄せたことによってシュラウド側には大きな翼負荷が作用している。この翼負荷のバランスを均等化させるために、後縁部のハブ側をフルブレードの周方向等間隔位置からフルブレードの負圧面側に寄せているが、これだけではシュラウド側の翼負荷の増大負担を解消できない場合には、シュラウド側の剥離等の危険性が依然としてのこる問題があり、このような場合には、さらに、後縁部のシュラウド側をフルブレードの周方向等間隔位置からフルブレードの正圧面側に寄せることによって、シュラウド側の負荷低減をさらに行うことができる。

その結果、前述したようにシュラウド側の負荷を下げて剥離等の発生リスクを低減しつつ、ハブ側の負荷増大によってスプリッタブレードのハブ側とシュラウド側との翼負荷のバランスを均等化して圧縮機のさらなる性能向上および耐久性を向上できる。

また、本発明の第３の発明は、ハブ面上に流体の入口部から出口部にかけて周方向に複数枚を均等間隔に立設されたフルブレードと、互いに隣り合わせて設けられた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るとともに、前記フルブレード間に、該フルブレードのハブ面からの高さと同一の高さを有する２枚以上の複数枚のスプリッタブレードを設けた遠心圧縮機において、
圧縮機の回転方向の上流側のフルブレードの負圧面に近い側に設けられ、且つ該上流側のフルブレードの次に流路方向長さが短い第１スプリッタブレードと、該第１スプリッタブレードの負圧面側に設けられ前記第１スプリッタブレードの次に流路方向長さが短い第２スプリッタブレードと、を備え、前記第１スプリッタブレードおよび第２スプリッタブレードの前縁部のシュラウド側をフルブレード間のスプリッタブレード数で等間隔に分割した位置より前記フルブレードの負圧面側に寄せ、
前記第２スプリッタブレードの負圧面側であって、前記第２スプリッタブレードの次に流路方向長さが短い第３スプリッタブレードを備え、該第３スプリッタブレードの前縁部のシュラウド側をフルブレード間のスプリッタブレード数で等間隔に分割した位置より前記フルブレードの負圧面側に寄せたことを特徴とする。
また、前記第３スプリッタブレードの前記フルブレードの負圧面側への寄せ量を、前記第２スプリッタブレードの前記フルブレードの負圧面側への寄せ量より大きくするとよい。
このように構成することで、第３スプリッタブレードについても、前記第２スプリッタブレードと同様の作用効果が得られ、フルブレード、第１スプリッタブレード、および第２スプリッタブレードの翼端から生じる翼端漏れ渦との干渉を回避できる。

それぞれの発明によれば、第１スプリッタブレードより短い第２スプリッタブレードに対しても、シュラウド側の前縁部をフルブレード間のインペラ数で等間隔に分割した位置より前記フルブレードの負圧面側に寄せたので、前記第１スプリッタブレード先端とシュラウドとの間の翼端隙間から前記第２スプリッタブレードの前縁部に向かって発生する翼端漏れ渦に対しても、第２スプリッタブレードの前縁部との干渉を回避できる。

その結果、フルブレード間に、該フルブレードのハブ面からの高さと同一の高さを有する２枚以上の複数のスプリッタブレードを設けた遠心圧縮機において、フルブレードおよびスプリッタブレードの翼端漏れ渦が回転方向の下流側の複数のスプリッタブレードに干渉することが回避されて、圧力比および効率向上を達成できる。

本発明の遠心圧縮機の羽根車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説明図である。（ａ）はシュラウド側周方向位置関係を示し、（ｂ）はハブ側周方向位置関係を示し、（ｃ）は前縁形状の流れ方向に対する正面図を示し、（ｄ）は後縁形状の流れ方向に対する正面図を示す。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説明図である。（ａ）はシュラウド側周方向位置関係を示し、（ｂ）はハブ側周方向位置関係を示し、（ｃ）は前縁形状の流れ方向に対する正面図を示し、（ｄ）は後縁形状の流れ方向に対する正面図を示す。第３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説明図である。（ａ）はシュラウド側周方向位置関係を示し、（ｂ）はハブ側周方向位置関係を示し、（ｃ）は前縁形状の流れ方向に対する正面図を示し、（ｄ）は後縁形状の流れ方向に対する正面図を示す。第４実施形態のフルブレードとスプリッタブレードとのシュラウド側周方向位置関係を示す。第５実施形態のフルブレードとスプリッタブレードとのシュラウド側周方向位置関係を示す。ブレード枚数に起因するコンプレッサ騒音の関係を示す説明図である。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。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。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。
但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

（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（羽根車）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の間に設けられる第１スプリッタブレード（短翼）７と、第２スプリッタブレード（短翼）８が、周方向に等ピッチΔＰ（図２参照）でそれぞれ立設されている。
そして、第１スプリッタブレード７、および第２スプリッタブレード８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、さらに、第２スプリッタブレード８は、第１スプリッタブレード７より短く、前後のフルブレード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。インペラ１は矢印方向に回転し、その中心がＯで示される。

図２（ａ）に、第１スプリッタブレード７と、第２スプリッタブレード８と、フルブレード５との関係をシュラウド側位置、すなわち翼先端側位置における配置関係を示す。
第１スプリッタブレード７のリーディングエッジである前縁７ａは、フルブレード５のリーディングエッジである前縁５ａより流れ方向下流側に位置し、第２スプリッタブレード８のリーディングエッジである前縁８ａは、第１スプリッタブレード７のリーディングエッジである前縁７ａより流れ方向下流側に位置し、第１スプリッタブレード７のトレーリングエッジの後縁７ｂと、第２スプリッタブレード８のトレーリングエッジの後縁８ｂと、フルブレード５のトレーリングエッジの後縁５ｂとの位置は周方向で一致して設けられている。

また、フルブレード５の正圧面Ｓａ側とフルブレード５の負圧面Ｓｂ側との間に形成される流路９を第１スプリッタブレード７、および第２スプリッタブレード８によって周方向に３等分割するように位置され、第１スプリッタブレード７とフルブレード５の負圧面Ｓｂ側の壁面との間に流路１１が形成され、第１スプリッタブレード７と第２スプリッタブレード８との間に流路１２が形成され、第２スプリッタブレード８とフルブレード５の正圧面Ｓａ側の壁面との間に流路１３が形成されている。

また、第１スプリッタブレード７および第２スプリッタブレード８の形状はフルブレード５に沿うようになっていて、第１スプリッタブレード７の前縁７ａの傾斜角度β１はフルブレード５の傾斜角度と同一になって、第２スプリッタブレード８の前縁８ａの傾斜角度β２はフルブレード５の傾斜角度と同一になっている。

このように構成されたインペラ１は、フルブレード５および第１スプリッタブレード７、第２スプリッタブレード８を覆う図示しないシュラウド内に収納され、該シュラウドとこれらブレード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ている。
従って、フルブレード５の前縁５ａの先端部分（シュラウド側）とシュラウドとの隙間部分を通って回転方向上流側のフルブレード５（前側フルブレード５Ｆ）の正圧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渦Ｗが生じる。

この翼端漏れ渦Ｗは第１スプリッタブレード７の前縁７ａの近傍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８に示す（図８は第１スプリッタブレード７との関係のみを示す）。
この翼端漏れ渦Ｗは、強い渦流を伴っており、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、第１スプリッタブレード７の前縁７ａの近傍では、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の前縁に向かう偏流Ｍを生じる。

この翼端漏れ渦Ｗの向きは、圧縮機の運転状態によって変化するが、効率のピーク時における翼端漏れ渦Ｗの方向が、第１スプリッタブレード７の前縁７ａのシュラウド側を乗り越えるように、またはほぼ対向（一致）するように第１スプリッタブレード７の前縁７ａのシュラウド側をフルブレード５の周方向３等分位置からフルブレード５の負圧面Ｓｂ側に偏らせる。
広範囲の運転領域への対応のために、効率ピーク時における翼端漏れ渦Ｗを基準の方向として設定している。

また、ほぼ対向（一致）するようにとは、第１スプリッタブレード７の前縁７ａのシュラウド側の傾斜角度βと翼端漏れ渦の流れ方向とがほぼ一致して、渦流れと第１スプリッタブレード７の前縁７ａのシュラウド側とが干渉し合わない（交差しない）状態をいう。

第１スプリッタブレード７は、前側フルブレード５Ｆと後側フルブレード５Ｒとの間の３等分に位置され、その前縁７ａの位置についても前側フルブレート５Ｆと後側フルブレード５Ｒとの周方向の３等分の位置に設定されている。
この第１スプリッタブレード７の前縁７ａの位置、つまり長さ方向の位置の設定には種々の手法がある。

例えば、図２に示されるように、効率ピーク点における翼端漏れ渦Ｗの向きを示す線Ｚ１を数値解析、または実機試験によって算出して、その線Ｚ１と前後のフルブレード５Ｆと５Ｒの３等分位置との交点として設定する場合、
または、後側フルブレード５Ｒの前縁５ａから該後側フルブレード５Ｒに隣接して回転方向前側に設けられる前側フルブレード５Ｆの負圧面Ｓｂ側への最小距離を形成する所謂スロートの中心位置と、前側フルブレード５Ｆの前縁５ａとを結んで形成されるラインを翼端漏れ渦の向きとして線Ｚ１とし、その線Ｚ１と前後のフルブレード５Ｆと５Ｒの３等分との交点として設定する場合がある。
何れの手法にしても、基準となる翼端漏れ渦の方向を示す線Ｚ１を求めて、そのラインと前後のフルブレード５Ｆと５Ｒの３等分位置との交点として設定される。

以上のようにして設定された、基準となるスプリッタブレード７の前縁７ａを基に、シュラウド側の位置を、図２（ａ）、（ｃ）に示すように、前側フルブレード５Ｆ側の負圧面Ｓｂ側に偏らせるように傾斜させる。この傾斜は、図２（ｃ）に示すように前側フルブレード５Ｆや後側フルブレード５Ｒのハブ３に対する立設状態より傾斜させる（寝かせる）ものである。また、後縁７ｂのシュラウド側については、周方向等間隔位置に配置される。

第１スプリッタブレード７の前側フルブレード５Ｆの負圧面Ｓｂ側への寄せ量Δθ１（図２（ａ）、（ｃ）参照）は、例えば、前後の第１スプリッタブレード７の前後の間の約１０％程度、好ましくは１０％以上とするとよい。また、寄せ量Δθ１の開始点Ｘは、先端からフルブレード５の軸方向長さＬの０．１〜０．３の位置としている。
この寄せ量Δθ１及び開始点については、シミュレーションによる数値解析結果、実機確認結果を基に、圧縮機の運転状態が小量運転から大量運転の広い範囲にわたって、第１スプリッタブレード７の前縁７ａと翼端漏れ渦との干渉を回避できる範囲として求められたものである。

一方、ハブ側については、図２（ｂ）、（ｄ）に示すように、第１スプリッタブレード７の前縁７ａおよび後縁７ｂについては周方向等間隔位置に配置されている。

また、第２スプリッタブレード８についても、前記第１スプリッタブレード７の前側フルブレード５Ｆとの関係と同様の関係を基に設定されている。
すなわち、基準となる第１スプリッタブレード７の前縁７ａの翼端漏れ渦の方向を示す線Ｚ２を求めて、そのラインと前後のフルブレード５Ｆと５Ｒの３等分位置との交点として設定される。

以上のようにして設定された、基準となる第２スプリッタブレード８の前縁８ａを基に、シュラウド側の位置を、図２（ａ）、（ｃ）に示すように、前側フルブレード５Ｆ側の負圧面Ｓｂ側に偏らせるように傾斜させる。この傾斜は、図２（ｃ）に示すように前側フルブレード５Ｆや後側フルブレード５Ｒのハブ３に対する立設状態より傾斜させる（寝かせる）ものである。また、後縁８ｂのシュラウド側については、周方向等間隔位置に配置される。

第２スプリッタブレード８の第１スプリッタブレード７の負圧面側への寄せ量Δθ２（図２（ａ）、（ｃ）参照）は、前記第１スプリッタブレード７の寄せ量Δθ１よりも大きく設定される。
これは、第２スプリッタブレード８の前縁８ａのシュラウド側へ進む翼端漏れ渦は、第１スプリッタブレード７の前縁７ａによって発生するため、第１スプリッタブレード７の前縁７ａの寄せ量Δθ１より大きくする必要がある。

さらに、第２スプリッタブレード８の前縁８ａのシュラウド側へ進む翼端漏れ渦は、前側フルブレード５Ｆによる翼端漏れ渦と、第１スプリッタブレード７による翼端漏れ渦とが重なるため、効果的な翼端漏れ渦の回避を行うには、第２スプリッタブレード８の第１スプリッタブレード７側への寄せ量Δθ２を、第１スプリッタブレード７の前側フルブレード５Ｆの負圧面Ｓｂ側への寄せ量Δθ１より大きくする必要がある。これによって、第２スプリッタブレード８での漏れ渦の回避が確実になる。

また、フルブレード５、５間に設置される第１スプリッタブレード７、および第２スプリッタブレード８が傾斜して配置されるため、それぞれのブレード間隔が周方向で不等ピッチ間隔となることによって、遠心圧縮機の回転数とブレード枚数に起因する圧縮機の騒音低減効果も得られる。

例えば、図７は縦軸に騒音ピーク値を、横軸に共振周波数をとったグラフであり、スプリッタブレードの周方向位置を１０％負圧面側に移動させた場合、スプリッタブレード間隔は、一方は従来の５０％から４０％に２割狭くなるため、周波数が２割高くなる。また、他方は従来の５０％から６０％に２割広がるため、周波数は２割低下する。結果的には、位相がずれることでピーク値がａからｂに低減（図７（Ｂ））する。

（第２実施形態）
次に、図３（ａ）〜（ｄ）を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態は、第１実施形態に対して、第１スプリッタブレード７の後縁７ｂを前側フルブレード５Ｆの負圧面Ｓｂ側に偏らせ、および第２スプリッタブレード８の後縁８ｂを第１スプリッタブレード７側に偏らせるものである。
第１スプリッタブレード７の後縁７ｂを前側フルブレード５Ｆの負圧面Ｓｂ側に偏らせ、および第２スプリッタブレード８の後縁８ｂを第１スプリッタブレード７側に偏らせることで、図３（ｄ）に示すように、第１スプリッタブレード７の後縁７ｂおよび第２スプリッタブレード８の後縁８ｂは、前側フルブレード５Ｆや後側フルブレード５Ｒのハブ３に対する立設状態より立った状態になる。

このように、第１スプリッタブレード７の後縁７ｂを前側フルブレード５Ｆの負圧面Ｓｂ側に偏らせ、および第２スプリッタブレード８の後縁８ｂを第１スプリッタブレード７側に偏らせることによって、それぞれのスプリッタブレード７、８におけるハブ側とシュラウド側との翼負荷のバランスを均等化させるとともに、圧力比の向上を図ることができる。

翼負荷のバランスについて説明する。
第１実施形態においては図２（ａ）のように、第１スプリッタブレード７の前縁７ａのシュラウド側を前側フルブレード５Ｆの負圧面Ｓｂ側に偏らせ、第２スプリッタブレード８の前縁８ａのシュラウド側を第１スプリッタブレード７側に偏らせることによって、それぞれのスプリッタブレード７、８の前縁７ａ、８ａのシュラウド側における翼端漏れ渦との干渉を回避する。
しかし、それぞれのスプリッタブレード７、８の前縁７ａ、８ａのシュラウド側は回転方向上流側に向かって傾斜することによって、翼曲率（翼負荷）が大きくなっている。

これに対応させるために、ハブ側においても、前側フルブレード５Ｆの負圧面Ｓｂ側に寄せることによって、翼曲率（翼負荷）を大きくしている。
このようにシュラウド側の翼負荷の増大に対応させるようにハブ側の翼負荷を増大させることによって、それぞれのスプリッタブレード７、８においてハブ側とシュラウド側との翼負荷のバランスを均等化させている。

シュラウド側では図３（ａ）の矢印Ｐ方向への偏りと、ハブ側では図３（ｂ）の矢印Ｑ方向への偏りによって、各スプリッタブレード７、８のハブ側とシュラウド側との翼負荷のバランスを均一化するとともに、各スプリッタブレード全体としての翼曲率を大きくして翼負荷を増大できる。

その結果、シュラウド側の翼負荷を下げて剥離等の発生リスクを低減しつつ、ハブ側の負荷増大によって圧縮機全体の圧力比の向上を図り、さらに各スプリッタブレード７、８に作用する負荷のアンバランスを解消してインペラ１の耐久性を向上することができる。

本実施形態においては、前記のように翼端漏れ渦との干渉回避のために第１スプリッタブレード７の前縁７ａのシュラウド側、および第２スプリッタブレード８の前縁８ａのシュラウド側を偏って設定し、加えて、各スプリッタブレード７、８に作用する翼負荷の均一化のために各スプリッタブレード７、８の後縁７ｂ、８ｂのハブ側を偏った設定を行った。

さらに加えて、次のように流路面積比を均一にするように設定してもよい。すなわち、各スプリッタブレード７、８の前縁７ａ、８ａのシュラウド側の偏り量Δθ１、Δθ２と、各スプリッタブレード７、８の後縁７ｂ、８ｂのハブ側の位置の偏り量とを、各スプリッタブレード７、８によって分割されたそれぞれの流路１１、１２、１３における入口と出口との面積比が均一化するように設定するとよい。

流路１１では、入口面積Ａ１ａ、出口面積Ａ１ｂで面積比Ａ１ａ／Ａ１ｂとなり、流路１２では、入口面積Ａ２ａ、出口面積Ａ２ｂで面積比Ａ２ａ／Ａ２ｂとなり、流路１３では、入口面積Ａ３ａ、出口面積Ａ３ｂで面積比Ａ３ａ／Ａ３ｂとなりこれら面積比Ａ１ａ／Ａ１ｂとＡ２ａ／Ａ２ｂとＡ３ａ／Ａ３ｂとを均等にするように設定される。
なお、入口面積、出口面積は、流路に直交する方向の断面積である。

このように、入口と出口との面積比を均一化することによって、第１スプリッタブレード７、および第２スプリッタブレード８によってそれぞれ分割され、流路１１、１２、１３の流路間における圧力差が生じにくくなり、第１スプリッタブレード７、および第２スプリッタブレード８を超えての流体の漏れがなくなり、圧縮機の性能低下を防止でき、効率が向上して、作動レンジの拡大も見込める。

（第３実施形態）
次に、図４を参照して、第３実施形態を説明する。
第３実施形態は、第２実施形態に加えてさらに、第１スプリッタブレード７の後縁７ｂのシュラウド側を第２スプリッタブレード８側へ偏らせ、第２スプリッタブレード８の後縁８ｂのシュラウド側を後側フルブレード５Ｒの正圧面Ｓａ側に偏らせて配置することに特徴がある。

前記第２実施形態においては、第１スプリッタブレード７、および第２スプリッタブレード８に作用する翼負荷の均一化のために第１スプリッタブレード７の後縁７ｂ、及び第２スプリッタブレード８の後縁８ｂのハブ側を回転方向上流側（回転方向前側）に偏らせる設定を行った。

しかし、後縁７ｂ、８ｂのハブ側を回転方向上流側（回転方向前側）に偏らせるだけではシュラウド側の負翼荷を解消できず、シュラウド側の剥離等の危険性が依然として残る場合には、さらなるシュラウド側の翼負荷を解消するために、本第３実施形態では、第１スプリッタブレード７の後縁７ｂのシュラウド側を、第２スプリッタブレード８側へ、さらに、第２スプリッタブレード８の後縁８ｂのシュラウド側を、後側フルブレード５の正圧面Ｓａ側に、図４（ａ）の矢印Ｓ方向への偏りによって、各スプリッタブレード７、８のシュラウド側の翼曲率（翼負荷）を小さくする。
これによって、第２実施形態よりもさらにシュラウド側の負荷低減効果を得ることができ、各スプリッタブレード７、８のハブ側とシュラウド側との翼負荷の均一化を達成できる。

また、入口と出口との面積比の均一化については、第１実施形態と同様の作用効果を発揮することができる。

（第４実施形態）
次に第４実施形態について、図５を参照して説明する。第１〜第３実施形態は、スプリッタブレードが２枚の場合について説明したが、３枚でも、それ以上であってもよい。第４実施形態は、３枚の場合について説明する。
図５に示すように、第１スプリッタブレード２１、第２スプリッタブレード２３、第３スプリッタブレード２５が前後のフルブレード５Ｆ、５Ｒの間に、３等分位置に配置されている。

そして、第１スプリッタブレード２１、第２スプリッタブレード２３、第３スプリッタブレード２５の順に短くなっている。
前側フルブレード５Ｆの前縁５ａの翼端漏れ渦に対する干渉を回避するために、第１スプリッタブレード２１の前縁２１ａのシュラウド側は、寄せ量Δα１に設定され、また、第１スプリッタブレード２１の前縁２１ａの翼端漏れ渦に対する干渉を回避するために、第２スプリッタブレード２３の前縁２３ａのシュラウド側は、寄せ量Δα２に設定され、また、第２スプリッタブレード２３の前縁２３ａの翼端漏れ渦に対する干渉を回避するために、第３スプリッタブレード２５の前縁２５ａのシュラウド側は、寄せ量Δα３に設定されている。そして、Δα１＜Δα２＜Δα３の関係になっている。

これら寄せ量の関係は前述したように、第２スプリッタブレード２３の前縁２３ａのシュラウド側へ進む翼端漏れ渦は、第１スプリッタブレード２１の前縁２１ａによって発生するため、第１スプリッタブレード２１の前縁２１ａの寄せ量Δα１より大きくする必要がある。第３スプリッタブレード２５においても同様のことが言えるためである。

さらに、第２スプリッタブレード２３の前縁２３ａのシュラウド側へ進む翼端漏れ渦は、前側フルブレード５Ｆによる翼端漏れ渦と、第１スプリッタブレードによる翼端漏れ渦とが重なるため、効果的な翼端漏れ渦の回避を行うには、第２スプリッタブレード２３の第１スプリッタブレード２１側への寄せ量Δα２を、第１スプリッタブレード２１の前側フルブレード５Ｆの負圧面Ｓｂ側への寄せ量Δα１より大きくすることが必要だからである。
その他の作用効果については、第１実施形態〜第３実施形態で説明した２枚のスプリッタブレードの場合と同様である。

（第５実施形態）
次に第５実施形態について、図６を参照して説明する。第５実施形態は、第４実施形態以外の３枚のスプリッタブレードの配置パターンの場合について説明する。
図６に示すように、第１スプリッタブレード３１、第２スプリッタブレード３３、第３スプリッタブレード３５が前後のフルブレード５Ｆ、５Ｒの間に、３等分位置に配置されている。
そして、第１スプリッタブレード３１が最も短く、第２スプリッタブレード３３より第３スプリッタブレード３５が短くなっている。

この場合には、前側フルブレード５Ｆと第２スプリッタブレード３３と第３スプリッタブレード３５との間で、前記第１実施形態と同様の翼端漏れ渦の関係が生じる。
寄せ量については、第２スプリッタブレード３３の前縁３３ａのシュラウド側へ進む翼端漏れ渦は、前側フルブレード５Ｆの前縁５ａによって発生し、第３スプリッタブレード３５の前縁３５ａのシュラウド側へ進む翼端漏れ渦は、第２スプリッタブレード３３の前縁３３ａのシュラウド側によって発生する。
第３スプリッタブレード３５の前縁３５ａの寄せ量Δγ２は、第２スプリッタブレード３３の寄せ量Δγ１より大きく設定されるとよい。
なお、第１スプリッタブレード３１については、翼端漏れ渦の影響がないため、前縁３１ａの偏る設定は行われず、標準的に前後のフルブレード５Ｆ、５Ｒ間の３等分位置に配置されている。
作用効果については、第１実施形態〜第３実施形態で説明した２枚のスプリッタブレードの場合と同様のことが言える。

本発明によれば、フルブレード間に２枚以上の複数のスプリッタブレードを設けた遠心圧縮機において、フルブレードおよびスプリッタブレードの翼端漏れ渦が回転方向の下流側の複数のスプリッタブレードに干渉することを回避して、圧力比および効率向上を達成するので、遠心圧縮機に用いることに適している。

１羽根車（インペラ）
３ハブ
５フルブレード
５ａフルブレードの前縁
５ｂフルブレードの後縁
５Ｆ前側フルブレード
５Ｒ後側フルブレード
７、２１、３１第１スプリッタブレード
７ａ第１スプリッタブレードの前縁（前縁部）
７ｂ第１スプリッタブレードの後縁（後縁部）
８、２３、３３第２スプリッタブレード
８ａ第２スプリッタブレードの前縁（前縁部）
８ｂ第２スプリッタブレードの後縁（後縁部）
９、１１、１２、１３流路
２５、３５第３スプリッタブレード
Ｂ前側フルブレードの先端隙間
Ｍ偏流
Ｗ翼端漏れ渦
Ｓａフルブレードの正圧面
Ｓｂフルブレードの負圧面
β スプリッタブレードの前縁の傾斜角度
Δθ１、Δθ２寄せ量
Δα１、Δα２、Δα３寄せ量
Δγ１、Δγ２寄せ量

Claims

ハブ面上に流体の入口部から出口部にかけて周方向に複数枚を均等間隔に立設されたフルブレードと、互いに隣り合わせて設けられた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るとともに、前記フルブレード間に、該フルブレードのハブ面からの高さと同一の高さを有する２枚以上の複数枚のスプリッタブレードを設けた遠心圧縮機において、
圧縮機の回転方向の上流側のフルブレードの負圧面に近い側に設けられ、且つ該上流側のフルブレードの次に流路方向長さが短い第１スプリッタブレードと、該第１スプリッタブレードの負圧面側に設けられ前記第１スプリッタブレードの次に流路方向長さが短い第２スプリッタブレードと、を備え、前記第１スプリッタブレードおよび第２スプリッタブレードの前縁部のシュラウド側をフルブレード間のスプリッタブレード数で等間隔に分割した位置より前記フルブレードの負圧面側に寄せ、前記第２スプリッタブレードの前記フルブレードの負圧面側への寄せ量を、前記第１スプリッタブレードの前記フルブレードの負圧面側への寄せ量より大きくしたことを特徴とする遠心圧縮機。
ハブ面上に流体の入口部から出口部にかけて周方向に複数枚を均等間隔に立設されたフルブレードと、互いに隣り合わせて設けられた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るとともに、前記フルブレード間に、該フルブレードのハブ面からの高さと同一の高さを有する２枚以上の複数枚のスプリッタブレードを設けた遠心圧縮機において、
圧縮機の回転方向の上流側のフルブレードの負圧面に近い側に設けられ、且つ該上流側のフルブレードの次に流路方向長さが短い第１スプリッタブレードと、該第１スプリッタブレードの負圧面側に設けられ前記第１スプリッタブレードの次に流路方向長さが短い第２スプリッタブレードと、を備え、前記第１スプリッタブレードおよび第２スプリッタブレードの前縁部のシュラウド側をフルブレード間のスプリッタブレード数で等間隔に分割した位置より前記フルブレードの負圧面側に寄せ、
前記第１スプリッタブレードおよび第２スプリッタブレードの各スプリッタブレードの後縁部のハブ側をフルブレードの周方向等間隔位置からフルブレードの負圧面側に寄せ、
前記第１スプリッタブレードおよび第２スプリッタブレードのそれぞれの後縁部のシュラウド側をフルブレードの周方向等間隔位置からフルブレードの正圧面側に寄せたことを特徴とする遠心圧縮機。
ハブ面上に流体の入口部から出口部にかけて周方向に複数枚を均等間隔に立設されたフルブレードと、互いに隣り合わせて設けられた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るとともに、前記フルブレード間に、該フルブレードのハブ面からの高さと同一の高さを有する２枚以上の複数枚のスプリッタブレードを設けた遠心圧縮機において、
圧縮機の回転方向の上流側のフルブレードの負圧面に近い側に設けられ、且つ該上流側のフルブレードの次に流路方向長さが短い第１スプリッタブレードと、該第１スプリッタブレードの負圧面側に設けられ前記第１スプリッタブレードの次に流路方向長さが短い第２スプリッタブレードと、を備え、前記第１スプリッタブレードおよび第２スプリッタブレードの前縁部のシュラウド側をフルブレード間のスプリッタブレード数で等間隔に分割した位置より前記フルブレードの負圧面側に寄せ、
前記第２スプリッタブレードの負圧面側であって、前記第２スプリッタブレードの次に流路方向長さが短い第３スプリッタブレードを備え、該第３スプリッタブレードの前縁部のシュラウド側をフルブレード間のスプリッタブレード数で等間隔に分割した位置より前記フルブレードの負圧面側に寄せたことを特徴とする遠心圧縮機。
前記第３スプリッタブレードの前記フルブレードの負圧面側への寄せ量を、前記第２スプリッタブレードの前記フルブレードの負圧面側への寄せ量より大きくしたことを特徴とする請求項３記載の遠心圧縮機。