JPS6261800B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は遠心形あるいは斜流形流体機械の羽根
付デイフユーザに関するものである。

［従来の技術］ 第１図は従来の遠心形の流体機械（圧縮機）の
縦断面図であり、１は羽根車、２は回転軸、３は
前記羽根車１を回転軸２に固定するためのナツト
である。羽根車の半径方向外方には、一対のデイ
フユーザ板４および５により限られる流路すなわ
ち羽根なしデイフユーザ部６と、デイフユーザ板
４，５および羽根７よりなる羽根付デイフユーザ
部８とから成る羽根付デイフユーザが設けられ、
さらにその外方にはケーシング９が設けられてい
る。１０は羽根車１の吸込口に流体を導くための
吸込管である。

流体は吸込管を通じ、吸込口より羽根車に吸込
まれる。羽根車内ではその流路面に境界層が発達
し、またコリオリカや流路の曲がり等の影響を受
けるので、低運動量の流体が円周方向については
羽根の負圧面（回転方向後面）に、また羽根の幅
方向については側板側に集まる。（１３……心
板、１４……側板）。この結果、羽根車出口にお
いては第２図に示すような流れの歪が生ずる。す
なわち壁面付近では流れ角度（羽根車あるいはデ
イフユーザの回転中心を中心とする円周方向と流
れとがなす角）は小さく、流体のもつ運動量は小
さい。第２図に示したような流れの歪は羽根なし
デイフユーザ部６内でも消えずに残り、このため
羽根なしデイフユーザ部６での圧力回復率が低下
し、また流れの歪が大きい場合には羽根なしデイ
フユーザ部６の壁面付近で流れは剥離し、損失が
増加する。さらに羽根付デイフユーザ部８の入口
において流れ角に幅方向分布があると、入口の羽
根角度は幅方向に一定であるから、幅方向の特定
の位置では流れ角と羽根角度とを一致させること
ができても、他の位置では流れ角と羽根角とが一
致しなくなつて入射損失（衝突損失）が増大す
る。この入射損失は、特に、羽根入口の壁面付近
で大きい。また、羽根付デイフユーザ部８内では
主流は第３図に示す羽根の方向に沿つて流れる
が、デイフユーザ板４，５の流路表面付近の境界
層内では第４図に示すように羽根の圧力面１２か
ら負圧面１１に向う二次流れが生ずる。この結果
二次流れに基づく損失も発生する。

以上述べた羽根なしデイフユーザ部６内での損
失、羽根付デイフユーザ部８入口における入射損
失、および羽根付デイフユーザ部８内の二次流れ
損失は遠心圧縮機などの流体機械の性能向上を妨
げる原因となる。なお、この種従来技術としては
特公昭32−2127号公報に記載のものなどがある。

上記従来技術の羽根付デイフユーザの例として
は、実公昭46−28119号や日本特許第11044号など
がある。これらについて以下簡単に説明する。

実公昭46−28119号には、デイフユーザの翼間
に形成される空間内に延びる小翼を設け、デイフ
ユーザ翼の凸面外周に沿つて流れながら発達する
境界層の発生を防止するようにした遠心送風機、
ポンプのデイフユーザが開示されている。この技
術は小翼によつて境界層の発生を防止するだけの
ものであるから、その小翼の高さは境界層の厚さ
程度であつて、この小翼によつて羽根車出口の非
一様な流れを一様化することはできず、このため
上述した従来技術と同様、羽根なしデイフユーザ
部材での損失、および羽根付デイフユーザ部入口
における入射損失を低減することはできない。

日本特許第11044号のものには、デイフユーザ
にその流路幅と同じ高さの羽根が長短２種類設け
られているものである。このような羽根付デイフ
ユーザにおいては、デイフユーザ流路幅と同じ高
さの羽根がデイフユーザの入口直後から設けられ
ているために、羽根車出口直後の流速の大なる流
体がすぐ羽根に衝突し、流体のデイフユーザへの
入射損失が極めて大となるばかりでなく、羽根付
デイフユーザ部内に二次流れが発生することも防
止できない。

上述した従来技術はいづれもデイフユーザの流
路幅と同一高さの羽根をもつ羽根付デイフユーザ
のものであるが、この他に上記したような羽根を
もたない羽根なしデイフユーザと呼ばれるものが
ある。この羽根なしデイフユーザにおいても、デ
イフユーザ内において二次流れ損失や剥離損失が
生じるため、それを防止する技術として、ソ連特
許発明第419639号や特開昭50−23004号が公知で
ある。これらの従来技術はいづれも、デイフユー
ザ流路内の流れ方向に沿つて境界層厚さにほぼ等
しい高さのリブをデイフユーザ板の流路表面上に
設けたものである。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述した羽根付デイフユーザに関する従来技術
では、羽根なしデイフユーザ部での圧力回復率を
向上すること、羽根付デイフユーザ入口における
流体の羽根への衝突損失を低減することに関して
は全く考慮されていなかつた。

また、羽根なしデイフユーザに関する従来技術
でも、羽根車出口からの歪んだ流れを一様分布流
れに近づけて圧力回復率を向上させることに関し
ては何も考慮されていない。すなわち、実公昭46
−28119号公報では羽根付デイフユーザ部の上流
の羽根なしデイフユーザ部には小翼が設けられて
いないため、羽根車出口直後の歪んだ流れは幅方
向に一様化されることなく羽根入口部に到る。そ
のため、羽根なしデイフユーブ部の圧力回復が低
下するとともに、羽根入口部で大きな入射損失が
生ずる。

また、日本特許第11044号のものには、羽根車
出口直後に流路幅と同じ高さの羽根が設けられて
いるため、やはり羽根車出口直後の幅方向に歪ん
だ流れは一様化されることなく羽根と衝突する。
このため、大きな入射損失が発生する。さらに翼
間にはリブが設けられていないため、２次流れを
防止することができない。さらに、ソ連特許第
419639号には境界層厚さにほぼ等しい高さのリブ
が設けられているが、高さが低いため羽根なしデ
イフユーザ内の歪んだ流れ全体を幅方向に一様化
する作用は極めて小さい。

本発明の目的は、羽根車出口からの歪んだ流れ
をデイフユーザの入口直後から一様分布流れに近
づけ、それによつて羽根なしデイフユーザ部での
圧力回復率を向上し、また羽根付デイフユーザ部
入口における流体の羽根への衝突損失を低減し
て、大幅な性能向上を計るようにした羽根付デイ
フユーザを得ることにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため本発明は、羽根間の少
なくとも側板側のデイフユーザ板の流路表面状
に、デイフユーザ壁面付近の低流れ角度部分の流
れを案内するリブを設け、このリブは羽根の前縁
よりも上流側に形成された前記羽根なしデイフユ
ーザ部の入口直後まで延長して設け、そのリブの
前縁部における入口角を羽根の入口角よりも小さ
く形成し、羽根の出入口間におけるリブのそりは
羽根と同一のそりとなるように構成したものであ
る。

なお、低流れ角度の領域とは、平均流れ角度よ
りも小さい流れ角度をもつ流れの領域をいう。

［作用］ 本発明は上記のように構成したことにより次の
作用を奏する。即ち本発明はリブ前縁部の入口角
を羽根の入口角よりも小さくしたので、羽根なし
デイフユーザ部では壁面付近の流れ角の小さい流
体が衝突損失なくリブに流入するようになる。更
に羽根なしデイフユーザ部では入口角を小さくし
たこととリブを延長したこととの相乗作用により
リブに沿つて剥離することなく流れ、その流体が
下流に進むに従つてその流れ角度はリブによつて
強制的に平均流れ角度付近の流れ角度まで大きく
きれる。このため、流れ角度の大きいデイフユー
ザ板間の中心付近を流れる流体の流れ角度は逆に
小さくなる。この理由はデイフユーザ板近くの低
流れ角度の流体を強制的に、その流れ角度を大き
くし、その部分の流れを半径方向に向けてやる
と、リブを設けた領域では流れの半径方向速度成
分は増大し、この領域を通過する流量が増加する
から、これに伴つて流れ角度の大きい領域の流量
は減少するので、リブの設けられていない領域の
流れ半径方向速度成分は減少し、この領域の流れ
角度は平均流れ角度付近まで小さくなる。従つ
て、デイフユーザ入口の歪んだ流れをリブによつ
て強制的に一様分布流れに近づけることができ
る。

［実施例］ 次に、本発明の一実施例を第５図〜第７図によ
り説明する。

この実施例は本発明を遠心形流体機械（圧縮
機）に適用した場合を示す。羽根付デイフユーザ
の羽根１ピツチの中間の位置に各デイフユーザ板
４，５の流路表面上に、デイフユーザ羽根７の高
さの半分より低くかつデイフユーザ板上の低流れ
角度の領域の流体のほぼ全体を案内する程度の高
さを有するリブ１５設けられている。このリブ１
５は羽根７の前縁よりも上流側に形成された羽根
なしデイフユーザ部６の入口直後まで延長して設
けられている。また、リブ１５は羽根７の出入口
間においては羽根７と同一のそりを持ち、このリ
ブ１５の前縁部においてはその入口角がデイフユ
ーザ羽根７の入口角より小さくなるように構成さ
れている。このようなリブ１５が設けられている
ことにより、羽根なしデイフユーザ部６では壁面
付近の流れ角の小さい流体が衝突損失なくリブに
流入し、かつ該リブ１５に沿つて剥離することな
く流れ、その流体が下流に進むに従つてその流れ
角度はリブ１５によつて強制的に平均流れ角度付
近の流れ角度まで大きくされる。このため、流れ
角度の大きいデイフユーザ板間の中心付近を流れ
る流体の流れ角度は逆に小さくなる。この理由
は、デイフユーザ板近くの低流れ角度の流体を強
制的にその流れ角度を大きくし、その部分の流れ
を半径方向に向けてやると、リブを設けた領域で
の流れの半径方向速度成分は増大し、この領域を
通過する流量が増加するから、これに伴つて流れ
角度の大きい領域の流量は減少するので、リブの
設けられていない領域の流れ半径方向速度成分は
減少し、この領域の流れ角度は平均流れ角度付近
まで小さくなる。従つて、全体としてデイフユー
ザ入口の歪んだ流れをリブによつて強制的に一様
分布流れに近づけることができる。

次に、本発明を遠心圧縮機のデイフユーザに適
用した場合の具体的実施例によつて本発明の効果
を説明する。

第８図は、側板側のデイフユーザ板４の流路表
面上に、本発明に係るリブ１５を備える羽根付デ
イフユーザの場合と、リブ１５を備えていない従
来の羽根付デイフユーザの場合の、羽根付デイフ
ユーザ部入口（羽根７の前縁部分）における流体
のデイフユーザ流路幅方向の流れ角度分布を比較
して示したものである。図において、曲線ｍは従
来例を示し、リブを設けていない羽根付デイフユ
ーザ部入口の流れ角の分布を示すもので、流路幅
方向にかなり歪んでいると共に側板側の流れ角度
はかなり小さくなつている。また、曲線ｎは本発
明の例を示すもので、流路幅の21％の高さ（図の
破線ｌの領域）のリブを側板側壁面に取付けた場
合の羽根付デイフユーザ部入口の流れ角の分布を
示すもので、流れがほぼ一様化されていることが
わかる。羽根なしデイフユーザ部６の長さは第５
図に示すようにあまり長くはないが、羽根なしデ
イフユーザ部６の入口直後から設けられた高さの
かなり高い本発明に係るリブ１５によつて、羽根
車出口からの大きく歪んだ流れは羽根付デイフユ
ーザ部入口に達するまでにかなり一様分布流れに
近づくことがわかる。

なお、本発明に係るリブ１５の高さ、すなわち
「デイフユーザ板上の低流れ角度の領域の流体の
流れを案内する程度の高さ」とは羽根なしデイフ
ユーザ入口部の流路幅方向における流れ角の実際
値と平均流れ角が交差する値と同程度の高さであ
る。

第９図には前記第８図に示した具体例のデイフ
ユーザ性能を説明する図で、リブを設けていない
従来の羽根付デイフユーザを備えた遠心圧縮機と
流路幅の21％の高さのリブを側板側壁面に取付け
ている本発明の羽根付デイフユーザを備えた遠心
圧縮機の断熱効率比を示すものである。曲線Ｍが
従来の羽根付デイフユーザを備えたものにおける
各吸込流量時の断熱効率比、曲線Ｎが本発明の羽
根付デイフユーザを備えたものにおける各吸込流
量時の断熱効率比である。基準値は、吸込流量が
設計点のときの従来の羽根付デイフユーザを備え
た遠心圧縮機の断熱効率を1.0としている。本発
明の羽根付デイフユーザを備えた遠心圧縮機にお
いては、羽根なしデイフユーザ部内の圧力回復率
を向上でき、また羽根付デイフユーザ部入口にお
ける流体の羽根への衝突損失などを低減できるの
で、図に示すように、従来の羽根付デイフユーザ
を備えたものに比べて大幅に性能向上を計ること
ができる。このように、大幅な性能向上が得られ
る理由は前述の［作用］の欄で述べたように、羽
根車出口からの歪んだ流れを羽根なしデイフユー
ザ部で一様分布流れに近づけることができるた
め、羽根なしデイフユーザ部では圧力回復率が向
上し、羽根付デイフユーザ部入口では流体の羽根
への衝突損失が低減できるためである。さらに、
本発明ではリブ１５を備えていることにより、羽
根付デイフユーザ部８内では、リブによつて圧力
面から負圧面に向う二次流れが防止されるので、
二次流れ損失も低減できる。

なお前記実施例では羽根１ピツチの中間位置に
おいてデイフユーザ板の流路表面上に１枚のリブ
を設けたが、羽根１ピツチ間のリブを複数枚とす
ること等の応用も可能である。また、斜流形流体
機械にも同様に応用することができる。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明は、羽根付デイフユ
ーザにおいて、羽根なしデイフユーザ部の入口直
後から、羽根車出口からの歪んだ流れを一様分布
流れに近づけるためのリブを設けたので、羽根な
しデイフユーザ部において羽根車出口からの歪ん
だ流れを一様分布流れに近づけることができ、し
たがつて羽根なしデイフユーザ部での圧力回復率
を向上できると共に、羽根付デイフユーザ部入口
における流体の羽根への衝突損失を低減でき、こ
れによつて大幅な性能向上を計ることのできる羽
根付デイフユーザが得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の羽根付デイフユーザを説明する
ための遠心形流体機械の縦断面図、第２図は羽根
車出口における流れ角の幅方向分布を示す概略
図、第３図は従来の羽根付デイフユーザの側断面
図、第４図は第３図のＡ−Ａ線矢視図、第５図は
本発明の羽根付デイフユーザの一実施例を説明す
るための遠心形流体機械の縦断面図、第６図はそ
の羽根付デイフユーザの側断面図、第７図は第６
図のＢ−Ｂ線矢視図、第８図及び第９図は本発明
の具体的実施例の効果を説明する図で、第８図は
羽根付デイフユーザ部入口における流れ角の実測
値を示す線図、第９図は第８図に示した具体的実
施例の圧縮機性能を説明する線図である。 １……羽根車、４……側板側のデイフユーザ
板、５……心板側のデイフユーザ板、６……羽根
なしデイフユーザ部、７……羽根、８……羽根付
デイフユーザ部、１５……リブ、ｍ……リブを設
けていない羽根付デイフユーザ部入口の流れ角の
分布を示す曲線、ｎ……リブを設けた羽根付デイ
フユーザ部入口の流れ角の分布を示す曲線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 羽根車の下流に設けられ、流路を形成する一
   対のデイフユーザ板と、その流路の入口付近に形
   成された羽根なしデイフユーザ部と、この羽根な
   しデイフユーザ部の下流側に形成され羽根を円形
   翼列状に配列して成る羽根付デイフユーザとを備
   える流体機械のデイフユーザにおいて、前記羽根
   間の少なくとも側板側のデイフユーザ板の流路表
   面上に、デイフユーザ板上の壁面付近の低流れ角
   度部分の流れを案内するリブを設け、このリブは
   羽根の前縁よりも上流側に形成された前記羽根な
   しデイフユーザ部の入口直後まで延長して設け、
   そのリブの前縁部における入口角を羽根の入口角
   よりも小さく形成し、羽根の出入口間におけるリ
   ブのそりは羽根と同一のそりとなるように構成し
   たことを特徴とする羽根付デイフユーザ。