JPH0893694A

JPH0893694A - 遠心圧縮機用ディフューザおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH0893694A
Application number: JP6258698A
Authority: JP
Inventors: Getsupa Kawanishi; 月波川西; Makoto Aida; 真琴合田
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1994-09-27
Filing date: 1994-09-27
Publication date: 1996-04-09

Abstract

(57)【要約】【目的】加工技術に制約されることなく、流路または
通路を所望形状とすることができるディフューザを提供
する。【構成】遠心圧縮機の羽根車Ｉを囲繞して設けられて
いるディフューザＤであって、前記ディフューザＤの流
路または通路３が、内周１ａから外周１ｂに通ずる多数
の第１溝部１２が形成された第１壁面部材１と、前記溝
部１２に対応させた多数の第２溝部２２が形成された第
２壁面部材２とを、その溝部１２，２２が対向するよう
にして接合することにより形成されてなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は遠心圧縮機用ディフュー
ザおよびその製造方法に関する。さらに詳しくは、通路
ディフューザの構成およびその製造方法の改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、遠心圧縮機においては羽根車
（インペラ）により得られた動圧を静圧に変換させるた
めに、同羽根車（インペラ）を囲繞してディフューザが
設けられている。このディフューザの一種として、ベー
ンにより流路または通路を形成した、いわゆる通路ディ
フューザが用いられている。しかるに、この通路ディフ
ューザにおいては、流路または通路の形状の如何によっ
て動圧から静圧への変換率が左右されるために、従来よ
り種々の形状の流路が提案されている。例えば、米国特
許第２９６７０１３号には、ベーンの先端部（前縁部）
を壁面側で羽根車に近く、壁面と壁面との中央部で後退
させて形成し、すなわちベーンの先端の角度を壁面側で
周方向にねかせ、かつ壁面と壁面との中央部でたてて、
羽根車から噴出される流れの角度分布に合わせたものが
提案されている。

【０００３】また、特開昭６０ー１４５４９９号公報に
は、羽根車を持つ遠心圧縮機のディフューザに於いて、
環状ハウジングと、該ハウジングの円周に沿って相隔た
っていて、該ハウジングの中を通る複数個の通路とを有
し、隣接した通路がその半径方向内側の入口部分で互い
に交差して静翼のない状態に準じたディフューザの環状
入口を構成し、更に各々の通路は前記入口部分と一体の
のど部を持ち、該のど部は略平行な向い合う２つの線形
側壁及び向い合う２つの略弓形の側壁を含む第１の四辺
形断面を持っているディフューザが開示されている。そ
して、同公報には、かかる形状を有する通路を形成する
方法として、放電加工方式が提案されているとともに、
その加工に適した放電加工用電極が開示されている（同
公報、図７参照）。

【０００４】あるいは、特公昭５９ー１２８８０号公報
には、多数のセグメントを２つの平行な平面ディスクの
間に設け、これら隣接するセグメント間に流路を形成し
てなる遠心圧縮機用出口ディフューザであって、各セグ
メントの平面ディスク間の両端を断面円弧状の溝形とな
し、２つの隣接するセグメント間に実質的に円筒状の流
路を形成することと、前記各セグメントの両端面をセグ
メントの長手方向内端部において、アーチ形端部を形成
すべく合流させ、該アーチ形端部の中央主要部を尖状に
形成すると共に、該中央主要部に対応する位置の各セグ
メントの平面ディスクと接する互いに平行な両平側面を
中央主要部における厚みより幅広く形成し、かつ前記ア
ーチ形端部の脚部に相当する突出部の表面と滑らかに連
続するように形成し、該突出部の平面ディスクと接する
平側面のセグメント長手方向先端部をそれぞれ丸く形成
したことを特徴とする遠心圧縮機用の出口ディフューザ
が提案されている。

【０００５】ここで、従来よりの提案にかかわるディフ
ューザの利点を生かし、さらに改善を加えてディフュー
ザの性能向上を図ることが考えられる。

【０００６】例えば、ディフューザの入口からスロート
部までは、前記米国特許第２９６７０１３号と同様に、
ベーン先端（前縁）を壁面側で羽根車に近くするととも
に、壁面と壁面の中央部でこれより後退させることによ
り、ベーン先端の角度を壁面側で周方向にねかせ、かつ
壁面と壁面の中央部で立てたものにして、羽根車から噴
出される流れの角度分布に合わせて、すなわちベーン先
端（前縁）の角度分布を羽根車から噴出される流れにマ
ッチさせることにより、ディフューザ入口部における流
れを改善し、それに加えてスロートまでの通路の横方向
断面の隅部（角部）を所定半径のアールＲとすることに
より、隅部の流れにくく、境界層の形成されやすい部分
をなくし、そしてスロート部以降は、側面側および壁面
側ともに末広がりとした、すなわち３次元的に拡大した
矩形断面とすることにより、通路に沿って最適な面積変
化を得るとともに、ここでも矩形断面の隅部を所定半径
のアールとして、隅部の流れにくい部分をなくすことに
より、通路に沿って効率よく減速させて静圧回復を得る
ことにより静圧回復力が著しく向上されたディフューザ
を設計することができる。

【０００７】しかしながら、かかる複雑な形状を有する
通路または流路を、従来よりこのディフューザの加工に
用いられている、例えば放電加工を用いて形成すると、
前記特開昭６０ー１４５４９９号公報の図７に示すよう
に、放電加工用電極の形状が複雑となるとともに、また
製作時間も長くなるという問題がある。それにともな
い、製造コストも増大するという問題もある。さらに、
流路または通路の形状によっては、放電加工等の既存の
加工技術が適用できないために加工ができないという問
題もある。そのため、ディフューザの設計に際して最適
な流路形状とすることができないという問題、すなわち
ディフューザの設計が加工技術により制約を受けるとい
う問題もある。

【０００８】なお、特公昭５９ー１２８８０号公報の提
案にかかわるディフューザは、多数のセグメントを２つ
の平行な平面ディスクの間に設け、これら隣接するセグ
メント間に流路を形成してなる遠心圧縮機用出口ディフ
ューザであって、各セグメントの平面ディスク間の両端
を断面円弧状の溝形となし、２つの隣接するセグメント
間に実質的に円筒状の流路を形成することを要旨として
いるため、加工上の問題はないが、最適な断面形状とす
ることが難しいという問題がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の問題点に鑑みなされたものであって、加工技術に制
約されることなく、流路または通路を所望形状とするこ
とができるディフューザの構成を提供することを目的と
し、またその構成に適した製造方法を提供することをも
目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のディフューザ
は、遠心圧縮機の羽根車を囲繞して設けられているディ
フューザであって、前記ディフューザの流路または通路
が、内周から外周に通ずる多数の溝部が形成された第１
壁面部材と、前記溝部に対応させた多数の溝部が形成さ
れた第２壁面部材とを、その溝部を対向させて接合する
ことにより形成されることを特徴とする。

【００１１】本発明のディフューザにおいては、前記流
路または通路の横方向断面が、スロート部まではその隅
部に所定半径のアールが形成され、かつ、隣接する２つ
の流路または通路の間に削り残されてできたベーンの先
端が、壁面側では羽根車に近く、そして壁面と壁面との
中央部でこれより後退して形成されてなるのが好まし
く、また、前記流路または通路の横方向断面が、スロー
ト部以降が３次元的に拡大された矩形とされ、かつその
隅部に所定半径のアールが形成されてなるのも好まし
い。

【００１２】一方、本発明のディフューザの製造方法
は、遠心圧縮機の羽根車を囲繞して設けられているディ
フューザの製造方法であって、第１壁面部材に内周から
外周に通ずる多数の溝部を形成する手順と、第２壁面部
材に前記溝部に対応させて多数の溝部を形成する手順
と、前記第１壁面部材と第２壁面部材とを、その溝部を
対向させて接合する手順とを含んでなることを特徴とす
る。

【００１３】本発明のディフューザの製造方法において
は、前記溝部に対し、スロート部に相当する位置までそ
の隅部に所定半径のアールを形成し、かつ、隣接する２
つの溝部間に削り残されてできたベーンの先端が、壁面
近くでは羽根車に近く、そして接合面でこれより後退し
て形成する手順が付加されてなるのが好ましく、また、
前記溝部に対し、流路または通路の横方向断面が、スロ
ート部に相当する位置以降が、３次元的に拡大された矩
形とし、かつその隅部に所定半径のアールを形成する手
順が付加されてなるのが好ましい。

【００１４】

【作用】シュラウドの外周に配設される第１壁面部材に
所望形状の溝部を多数形成し、ついでこの第１壁面部材
に対向させて接合する第２壁面部材に前記第１壁面部材
に形成された溝部に対応させた溝部を多数形成し、しか
るのちこの第１壁面部材および第２壁面部材を、溝部が
形成された面を対向させた状態で接合しディフューザを
構成する。このように、本発明は壁面部材に多数の所望
形状の溝部を形成し、しかるのち、この壁面部材を接合
することにより流路または通路を有するディフューザが
構成されるので、その作製が非常に簡素化されるととも
に、所望形状の流路または通路とすることができる。そ
のため、ディフューザにおける動圧から静圧への変換が
高効率でなされる。また、平板上に溝を形成したもの同
士を接合することによりディフューザの流路または通路
が形成され、そのため加工上の制約を受けることなく流
路または通路の設計がなし得るので、ディフューザの流
路または通路設計における自由度が増大する。

【００１５】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら本発明を実施
例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに
限定されるものではない。

【００１６】実施例１本発明の実施例１にかかわるディフューザの軸方向断面
図を図１および図２に示し、同実施例は、本発明のディ
フューザＤを２段式遠心圧縮機の後段側に適用したもの
であって、図示しない前段側の羽根車で加速されて速度
エネルギーが高められ、図示しない前段側ディフューザ
により減速され、ついでリターンチャンネルＣ（部分的
に図示）を通り、再び後段側羽根車Ｉに吸い込まれて加
速された空気を静圧に変換するものである。このディフ
ューザＤは、シュラウドＳの外周に配設されるリング状
の第１壁面部材１と、この第１壁面部材１との接合面２
１を有する第２壁面部材２とを主要部としてなる。ま
た、実施例１では接合面１１および接合面２１は、左右
対称位置（中央部）とされている。

【００１７】この第１壁面部材１の第２壁面部材２との
接合面１１側には、図３に示すように、多数の内周１ａ
から外周１ｂに向けた所望形状の溝部（第１溝部）１２
が、ディフューザＤの半径方向に対して所定角度をなし
て設けられている。また、第２壁面部材２の第１壁面部
材１との接合面２１側には前記第１溝部１２に対応した
第２溝部２２が形成されている。この第１溝部１２と第
２溝部２２とは、第１壁面部材１と第２壁面部材２とが
接合された際に、協働してディフューザＤの流路または
通路３を構成する。なお、図３においては図面の理解を
容易にするために、第２壁面部材２の対応する要素
が（）付き符号で示され、ベーン５には横線が付され、
アールＲは輪郭線によりその領域が明示されている。ま
た、図３中の矢符Ａは羽根車Ｉの回転方向を示す。

【００１８】この流路または通路３の横方向断面は、ス
ロート部４までは基本的には矩形とされ、しかもその隅
部（角部）に所定半径のアールＲが形成され、かつ隣接
する２つの流路または通路３の間に削り残されてできた
ベーン５の先端（前縁）５ａが、壁面側で羽根車Ｉに近
く、そして壁面と壁面との中央部（接合面１１，２１）
でこれより後退させて形成され（図４参照）、それによ
りディフューザ入口部での流れが改善されるようになっ
ている。なお、前記アールＲの半径およびベーン先端５
ａの両側面のなす角、いわゆるウェッジ角（図３に２δ
で示す）を適宜選定することにより、前記前縁５ａを所
望形状、すなわち羽根車Ｉから噴出される空気の流れの
角度分布に対して最適な形状とすることができる。それ
により、ディフューザＤ入口部での流れを改善して、デ
ィフューザＤの効率の向上を図ることができる。

【００１９】また、スロート部４以降は横方向断面が、
壁面および側面ともに末広がり、すなわち３次元的に拡
大した矩形とされるとともに、その隅部（角部）に所定
半径のアールＲが形成されたものとされている（図５参
照）。それにより、流路または通路３の断面を最適と
し、流路または通路３に沿って効率よく減速させるとと
もに隅部の流れをよくして、動圧を効率よく静圧に変換
させることができる。

【００２０】そして、この流路または通路３を形成する
ための第１溝部１２の形成は、例えば次のようにしてな
される。

【００２１】数値制御工作機械に第１溝部１２の形状
データ、配列角度、配列ピッチ等を入力する。

【００２２】数値制御工作機械に、第１壁面部材１の
接合面１１を被加工面としてセットする。

【００２３】数値制御工作機械により被加工面を入力
データに基づいて切削あるいは研削して第１溝部１２を
第１壁面部材１の接合面１１側に所定間隔で所望形状に
多数形成する。ここで、形成される溝の位置精度を確保
するために、接合面１１に基準用リーマ孔（実施例１に
おいては明瞭には図示されていないが、３個のリーマ孔
が同一円周上に形成されている）６１を穿ち、このリー
マ穴６１を基準として溝加工を行う。また、ボルト挿通
用の透孔８１，９１および第２壁面部材２側から挿通さ
れるボルト７３に螺合するめねじが形成された透孔７１
を所定位置に所定数形成する。

【００２４】ついで、第２壁面部材２の第１壁面部材１
との接合面２１側にも同様にして、リーマ孔６２を形成
し、これを基準にして第２溝部２２を所定間隔で所望形
状に多数形成する。また、前記透孔８１から挿通される
ボルト８３に螺合するめねじが形成された透孔８２、前
記透孔９１に対応した透孔９２および前記めねじが形成
された透孔７１に対応するボルト挿通用の透孔７２を形
成する。

【００２５】しかして、この第２壁面部材２の接合面２
１のリーマ孔６２，６２，６２にノックピン（図示省
略）を圧入したのち、第１壁面部材１の接合面１１を対
向させてノックピンの第２壁面部材２の接合面２１から
突出している部分を第１壁面部材１のリーマ孔６１，６
１，６１にはめあわせて、第１壁面部材１と第２壁面部
材２との位置決めを行い、ついで、ボルト７３を第２壁
面部材２に設けられた透孔７２より挿通して、この透孔
７２に対応させて第１壁面部材１に形成されているめね
じが形成された透孔７１にボルト７３を螺合させ、また
ボルト８３を第１壁面部材１に設けられた透孔８１より
挿通して、この透孔８１に対応させて第２壁面部材２に
形成されているめねじが形成されている透孔８２にボル
ト８３を螺合させて、第１壁面部材１および第２壁面部
材２を結合してディフューザＤを完成させる。しかるの
ち、このディフューザＤを遠心圧縮機のハウジングＨの
所定位置に、透孔９２，９１を通して挿通されているボ
ルト９３によりボルト接合することによりセットする。

【００２６】このように、実施例１によれば、切削ある
いは研削により第１壁面部材１および第２壁面部材２に
ディフューザＤの流路または通路３となる第１溝部１２
および第２溝部２２を各々形成し、ついで両者をボルト
接合するという簡単な操作により所望形状の流路または
通路３を有するディフューザＤを作製することができ
る。

【００２７】次に、このようにして作製された実施例１
のディフューザＤを使用した場合の静圧回復率（羽根車
出口での動圧分のディフューザで静圧に変換される割
合）Ｃ_Pおよび圧縮機断熱効率η_t-sを測定し、その測定
結果を図６（ａ）および図６（ｂ）にそれぞれ実線で示
す。また比較のために、従来の通路ディフューザ（図７
ないし図９参照）の静圧回復率Ｃ_Pおよび圧縮機断熱効
率η_t-sを測定し、その測定結果を併せて図６（ａ）お
よび図６（ｂ）にそれぞれ点線で示す。図６より、実施
例１のディフューザＤは従来の通路ディフューザに比較
して、圧縮機の設計流量点においてディフューザ静圧回
復率Ｃ_Pが格段に優れているのがわかる。なお、図７は
静圧回復率および圧縮機効率の測定に用いた従来の通路
ディフューザの要部断面図であり、図８は図７のVIIIー
VIII線断面図であって、図４に対応したものであり前縁
形状を示し、図９は図７のIXーIX線断面図であって、図
５中のスロート断面に対応したものでありスロート断面
を示す。

【００２８】このように、実施例１ではディフューザ
を、その入口形状を設計流量において羽根車から噴出さ
れる噴流の流れ分布に合わせたものとし、かつその後の
通路形状も設計流量に対して最適なものとしているの
で、設計流量点においてディフューザ静圧回復率を向上
させて圧縮機断熱効率を向上させることができる。

【００２９】実施例２本発明の実施例２にかかわるディフューザを図１０およ
び図１１に示す。実施例２は実施例１を改変したもので
あって、実施例１では第１壁面部材１側と第２壁面部材
２側とにおいて同一とされていたアールＲの半径を、第
１壁面部材１側を大きくして接合面の位置を左右対称位
置から第２壁面部材２側に移動させたものである。かか
る構成とすることにより、ディフューザＤのベーン５の
先端（前縁）の角度分布を羽根車Ｉから噴出される流れ
の角度分布により一層合わせることができ、ディフュー
ザＤの静圧回復率をより一層向上させることができる。

【００３０】なお、実施例２のその余の構成は実施例１
と同様とされているので、その構成の詳細な説明は省略
する。

【００３１】以上、本発明を実施例に基づいて説明して
きたが、本発明はかかる実施例のみに限定されるもので
はなく種々改変が可能である。本実施例においては、ス
ロート部以降の断面は角に所定半径のアールが形成され
た矩形とされているが、断面は長円形や上部および下部
に平行部を有する変形長円形とされてもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明においては
協働して流路または通路を構成する第１溝部を有する第
１壁面部材および第２溝部を有する第２壁面部材を接合
することによりディフューザを形成するという構成とし
ているので、流路または通路作製の際に工作上の制約を
受けることがなく、所望形状の流路または通路をディフ
ューザに形成できるという優れた効果が得られる。その
ため、最適な流路または通路形状を有するディフューザ
とすることができるので、羽根車により生成された動圧
を高効率で静圧に変換でき、圧縮機断熱効率を向上でき
るという優れた効果が得られる。また、平板に溝が形成
されたものを接合することにより流路または通路が形成
されるので、流路または通路設計の際に工作上の制約を
考慮する必要がなくなり、設計の自由度が大幅に増加す
るという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１のディフューザが適用されて
いる遠心圧縮機の要部軸方向断面図である。

【図２】図１に示すディフューザの拡大断面図である。

【図３】図１のIIIーIII線断面図である。

【図４】図３のIVーIV線断面図である。

【図５】図３のVーV線断面図である。

【図６】実施例の静圧回復率および圧縮機断熱効率を、
従来の通路ディフューザのそれと比較して示すグラフで
あって、同（ａ）は静圧回復率を、同（ｂ）は圧縮機断
熱効率をそれぞれ示す。

【図７】静圧回復率および圧縮機断熱効率の測定に用い
た従来の通路ディフューザの要部断面図である。

【図８】図７のVIIIーVIII線断面図であって、図４に対
応したものであり前縁形状を示す。

【図９】図７のIXーIX線断面図であって、図５中のスロ
ート断面に対応したものでありスロート断面を示す。

【図１０】本発明の実施例２の実施例１における図２に
対応した図である。

【図１１】実施例２の実施例１における図４に対応した
図である。

【符号の説明】

１第１壁面部材１１接合面１２第１溝部２第２壁面部材２１接合面２２第２溝部３流路、通路４スロート部５ベーン６１、６２リーマ孔７１めねじが形成された透孔７２透孔７３ボルト８１透孔８２めねじが形成された透孔８３ボルト９１，９２透孔９３ボルトＲアールＤディフューザＳシュラウドＨハウジングＩインペラ、羽根車Ｃリターンチャンネル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】遠心圧縮機の羽根車を囲繞して設けられ
ているディフューザであって、前記ディフューザの流路
または通路が、内周から外周に通ずる多数の溝部が形成
された第１壁面部材と、前記溝部に対応させた多数の溝
部が形成された第２壁面部材とを、その溝部を対向させ
て接合することにより形成されることを特徴とするディ
フューザ。
【請求項２】前記流路または通路の横方向断面が、ス
ロート部まではその隅部に所定半径のアールが形成さ
れ、かつ、隣接する２つの流路または通路の間に削り残
されてできたベーンの先端が、壁面側では羽根車に近
く、そして壁面と壁面との中央部でこれより後退して形
成されてなることを特徴とする請求項１記載のディフュ
ーザ。
【請求項３】前記流路または通路の横方向断面がスロ
ート部以降が、３次元的に拡大した矩形とされ、かつそ
の隅部に所定半径のアールが形成されてなることを特徴
とする請求項２記載のディフューザ。
【請求項４】遠心圧縮機の羽根車を囲繞して設けられ
ているディフューザの製造方法であって、第１壁面部材
に内周から外周に通ずる多数の溝部を形成する手順と、
第２壁面部材に前記溝部に対応させて多数の溝部を形成
する手順と、前記第１壁面部材と第２壁面部材とを、そ
の溝部を対向させて接合する手順とを含んでなることを
特徴とするディフューザの製造方法。
【請求項５】前記溝部に対し、スロート部に相当する
位置までその隅部に所定半径のアールを形成し、かつ、
隣接する２つの溝部間に削り残されてできたベーンの先
端が、壁面側では羽根車に近く、そして接合面でこれよ
り後退して形成する手順が付加されてなることを特徴と
する請求項４記載のディフューザの製造方法。
【請求項６】前記溝部に対し、流路または通路の横方
向断面を、スロート部に相当する位置以降を３次元的に
拡大した矩形とし、かつその隅部に所定半径のアールを
形成する手順が付加されてなることを特徴とする請求項
５記載のディフューザの製造方法。