WO2019172422A1

WO2019172422A1 - ディフューザベーン及び遠心圧縮機

Info

Publication number: WO2019172422A1
Application number: PCT/JP2019/009341
Authority: WO
Inventors: 亮祐齋藤; 穣枡谷
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2019-03-08
Publication date: 2019-09-12
Anticipated expiration: 2020-09-09
Also published as: US20200386241A1; DE112019001228T5; CN111480008A; JP7005393B2; JP2019157718A; US11035380B2

Abstract

このディフューザベーン（６０）は、軸線方向を翼高さ方向とし、該翼高さ方向に直交する断面形状が翼型をなし、その本体は、径方向内側の端部である前縁から径方向外側に向かうに従ってインペラの回転方向（Ｒ）前方側に向かって延びて、径方向外側の端部である後縁に至る。ディフューザベーンの本体は、軸線方向の一方側の端面の翼型であるシュラウド側翼形状（Ｓ）の転向角と、軸線方向の他方側の端面の翼型であるハブ側翼形状（Ｈ）の転向角とが互いに異なるとともに、その翼型がシュラウド側翼形状とハブ側翼形状との間で連続的に遷移し、ハブ側翼形状の転向角は、前記シュラウド側翼形状の転向角よりも小さい。

Description

ディフューザベーン及び遠心圧縮機

　本発明は、ディフューザベーン及び遠心圧縮機に関する。本願は、２０１８年３月９日に出願された特願２０１８－０４３５９５号に対して優先権を主張しその内容をここに援用する。

　特許文献１には、ディフューザベーンを有する遠心圧縮機が開示されている。ディフューザベーンは、インペラから圧送される流体を径方向外側に導くディフューザ流路内に設けられている。ディフューザベーンは、遠心圧縮機の軸線方向を翼高さ方向とした翼型をなしている。ディフューザベーンは、径方向外側に向かうに従ってインペラの回転方向前方側に向かって延びている。

　ディフューザ流路の下流側には、流体の流れを径方向内側に転向させるように延びる戻り流路が形成されている。ディフューザベーンによって流体が減速されることで、戻り流路での損失が低減されるとともに、戻り流路に設けられたリターンベーンでの剥離が抑制される。

特許第５０１０７２２号公報

　ところで、コストダウンの要請から遠心圧縮機の小径化が進むと、ディフューザ流路の出口での外径やリターンベーンの入口での外径がそれぞれ小さくなる。その結果、戻り流路での流速が増加する。これに対してディフューザベーンが設けられていれば、該ディフューザベーンによって流速を減少させることができる。これにより、戻り流路での損失、リターンベーンでの剥離を抑えて効率の向上を図ることができる。
　しかしながら、ディフューザベーンで流体を減速させ過ぎると、特に小流量時にディフューザベーンで剥離が生じ易くなってしまう。その結果、遠心圧縮機における小流量側での作動範囲が小さくなってしまうという問題があった。

　本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、作動範囲の縮小を抑制することができるディフューザベーン及び遠心圧縮機を提供することを目的とする。

　本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用している。
　即ち、本発明の第一態様に係るディフューザベーンは、軸線回りに回転するインペラによって軸線方向の一方側から吸い込まれて径方向外側に圧送された流体が流通するディフューザ流路に、前記軸線の周方向に間隔をあけて複数設けられるディフューザベーンであって、前記軸線方向を翼高さ方向とし、該翼高さ方向に直交する断面形状が翼型をなすとともに、径方向内側の端部である前縁から径方向外側に向かうに従って前記インペラの回転方向前方側に向かって延びて、前記径方向外側の端部である後縁に至るベーン本体を有し、前記ベーン本体における前記軸線方向の一方側であるシュラウド側の端面の翼型であるシュラウド側翼形状の転向角と、前記ベーン本体における前記軸線方向の他方側であるハブ側の端面の翼型であるハブ側翼形状の転向角とが互いに異なるとともに、前記ベーン本体の翼型が前記シュラウド側翼形状と前記ハブ側翼形状との間で連続的に遷移し、前記ハブ側翼形状の転向角が、前記シュラウド側翼形状の転向角よりも小さい。

　このようなディフューザベーンによれば、ハブ側翼形状とシュラウド側翼形状との転向角が異なるため、いずれか一方の転向角が他方の転向角よりも小さくなる。転向角が小さくなることで流体を減速させながらも剥離の発生を抑制することができる。そのため、ディフューザ流路を流れる流体の速度分布に応じてハブ側翼形状とシュラウド側翼形状とを互いに異なるものとすることによって、ディフューザベーン全体としての剥離の発生を抑制することができる。

　インペラの形状によっては、該インペラから圧送される流体はハブ側とシュラウド側とで流速分布が異なる場合がある。特にインペラから圧送される流体のハブ側の流速が小さい場合には、ディフューザベーンを翼高さ方向に一定の翼形状とすると、ハブ側での流速が減速され過ぎる結果、当該ハブ側の流れで剥離が生じてしまうことがある。
　本態様では、ハブ側翼形状の転向角がシュラウド側翼形状の転向角より小さいため、ハブ側の流れの減速を緩めることができる。即ち、ハブ側の流れの過減速を抑制することができるため、当該流れの剥離を回避できる。そのため、特に流量が小さくなった場合であっても、ディフューザベーンの形成範囲内で剥離が生じることを抑制できる。

　このディフューザベーンは、前記ハブ側翼形状のコード長が、前記シュラウド側翼形状のコード長よりも大きいことが好ましい。

　これによって、単位流路長当たりの流体の転向度合を転向率と定義した場合に、シュラウド側の流体の転向率に比べてハブ側の流体の転向率が小さくなる。即ち、ハブ側ではより流体を緩やかに転向させることになるため、該ハブ側での流体の剥離を一層抑制することができる。

　このディフューザベーンでは、前記ハブ側翼形状の前縁羽根角が、前記シュラウド側翼形状の前縁羽根角よりも小さくてもよい。

　これにより、ハブ側翼形状の前縁羽根角は、シュラウド側翼形状の前縁羽根角よりも径方向から周方向に倒れた形状となる。これによって、流れをより緩やかに案内することになるため、ディフューザベーンのハブ側での剥離をより一層抑制することができる。

　このディフューザベーンは、前記軸線方向から見た軸線方向視にて、前記ハブ側翼形状の前縁と前記シュラウド側翼形状の前縁とは、前記軸線を中心とする同一の第一仮想円上に位置しており、前記ハブ側翼形状の前縁は前記シュラウド側翼形状の前縁よりも前記インペラの回転方向後方側に位置しており、前記ハブ側翼形状の後縁と前記シュラウド側翼形状の後縁とは前記軸線を中心とする同一の第二仮想円上に位置しており、前記ハブ側翼形状の後縁は前記シュラウド側翼形状の後縁よりも前記インペラの回転方向前方側に位置している。

　これによって、ベーン本体は、翼高さ方向に向かうにしたがって前縁と後縁との間の肉厚の部分を中心として捩じれた形状をなすことになる。そのため、翼高さ方向に捩じれる際に前縁付近や後縁付近で翼型が過度に反ることがないため、ベーン本体の構造・強度上、無理を強いることのない三次元翼形状を実現できる。

　このディフューザベーンでは、前記ベーン本体は、前記シュラウド側の端面からから前記ハブ側に向かって前記シュラウド側翼形状を維持しながら延びる二次元翼型部と、該二次元翼型部のハブ側に接続されて、前記ハブ側の端面まで前記軸線方向視で捩じれるように連続して延びることで前記ハブ側翼形状に遷移する三次元翼型部とを有し、前記三次元翼型部は、前記ベーン本体の翼高さの５０％以下の範囲にわたっていることが好ましい。

　これにより、インペラから圧送される流体の流速が比較的大きいシュラウド側では、翼高さ方向に一定の転向角で流体を転向させつつ、ハブ側に近づくに連れて流体の流速が小さくなるハブ側の領域では、流体の流速に応じて転向角を小さくすることができる。よって、流れの流速に応じて適切な減速を付与することができる。

　一方、上記態様のディフューザベーンは、前記シュラウド側翼形状の転向角が、前記ハブ側翼形状の転向角よりも小さくてもよい。

　ここで、ディフューザ流路の下流側に、流体の流れを径方向内側に転向させる戻り流路がある場合、ディフューザ流路の出口、即ち、戻り流路の入口では、ハブ側の流体の流速に比べてシュラウド側の流体の流速が小さくなる場合がある。このような場合に、ディフューザベーンを翼高さ方向に一律の翼形状とすれば、ディフューザベーンにてシュラウド側での流速が減速され過ぎる結果、当該シュラウド側の流れで剥離が生じてしまうことがある。
　本態様では、シュラウド側翼形状の転向角がハブ側翼形状の転向角より小さいため、シュラウド側の流れの減速を緩めることができる。即ち、シュラウド側の流れの過減速を抑制することができるため、ディフューザベーンの出口付近でのシュラウド側における流れの剥離を回避できる。そのため、特に流量が小さくなった場合であっても、ディフューザベーンの形成範囲内で剥離が生じることを抑制できる。

　このディフューザベーンでは、前記シュラウド側翼形状のコード長が、前記ハブ側翼形状のコード長よりも大きくてもよい。

　これによって、ハブ側の流体の転向率に比べてシュラウド側の流体の転向率が小さくなる。即ち、シュラウド側ではより流体を緩やかに転向させることになるため、該シュラウド側での流体の剥離を一層抑制することができる。

　このディフューザベーンでは、前記シュラウド側翼形状の前縁羽根角が、前記ハブ側翼形状の前縁羽根角よりも小さくてもよい。

　これにより、シュラウド側翼形状の前縁羽根角は、ハブ側翼形状の前縁羽根角よりも径方向から周方向に倒れた形状となる。これによって、流れをより緩やかに案内することになるため、ディフューザベーンのシュラウド側での剥離をより一層抑制することができる。

　このディフューザベーンでは、前記軸線方向視にて、前記シュラウド側翼形状の前縁と前記ハブ側翼形状の前縁とは前記軸線を中心とする同一の第一仮想円上に位置しており、前記シュラウド側翼形状の前縁は前記ハブ側翼形状の前縁よりも前記インペラの回転方向後方側に位置しており、前記シュラウド側翼形状の後縁と前記ハブ側翼形状の後縁とは前記軸線を中心とする同一の第二仮想円上に位置しており、前記シュラウド側翼形状の後縁は前記ハブ側翼形状の後縁よりも前記インペラの回転方向前方側に位置している。

　これによっても上記同様、ベーン本体の構造・強度上、無理を強いることのない三次元翼形状を実現できる。

　このディフューザベーンでは、前記ベーン本体は、前記ハブ側の端面からから前記シュラウド側に向かって前記ハブ側翼形状を維持しながら延びる二次元翼型部と、該二次元翼型部のシュラウド側に接続されて、前記シュラウド側の端面まで前記軸線方向視で捩じれるように連続して延びることで前記シュラウド側翼形状に遷移する三次元翼型部とを有し、前記三次元翼型部は、前記ベーン本体の翼高さの５０％以下の範囲にわたっていてもよい。

　これにより、シュラウド側に近づくに連れて流体の流速が小さくなる傾向のあるシュラウド側の領域では、流体の流速に応じて転向角を小さくすることができる。よって、流れの流速に応じて適切な減速を付与することができる。

　本発明の一態様に係る遠心圧縮機は、前記インペラと、該インペラを収容するケーシングであって、前記インペラの出口から径方向外側に向かって延びる前記ディフューザ流路、及び、該ディフューザ流路の径方向外側の端部に接続されて径方向内側に向かって転向するリターン流路を有するケーシングと、上記いずれかのディフューザベーンと、
を備える。

　これによって、ディフューザ流路におけるハブ側又はシュラウド側での剥離を抑制することができる。

　本発明のディフューザベーン及び遠心圧縮機によれば、作動範囲の縮小を抑制することができる。

第一実施形態に係る遠心圧縮機の縦断面図である。第一実施形態に係る遠心圧縮機を一部拡大した縦断面図である。第一実施形態に係る遠心圧縮機のディフューザベーンの第一の斜視図である。第一実施形態に係る遠心圧縮機のディフューザベーンの第二の斜視図である。第一実施形態に係る遠心圧縮機のディフューザベーンを軸線方向の一方側から見た模式図である。図５における前縁付近の拡大図である。図５における後縁付近の拡大図である。第一実施形態の作用効果を説明する模式図である。第二実施形態に係るディフューザベーンを軸線方向の一方側から見た模式図である。第二実施形態の作用効果を説明する模式図である。第二実施形態の作用効果を説明するもうひとつの模式図である。

　以下、本発明の第一実施形態に係る遠心圧縮機について図面を参照して説明する。
　図１に示すように、遠心圧縮機１００は、軸線回りに回転する回転軸１と、この回転軸１の周囲を覆うことで流路２を形成するケーシング３と、回転軸１に設けられた複数のインペラ４と、ケーシング３内に設けられたリターンベーン５０及びディフューザベーン６０とを備えている。

　ケーシング３は、軸線Ｏに沿って延びる円筒状をなしている。回転軸１は、このケーシング３の内部を軸線Ｏに沿って貫通するように延びている。軸線Ｏ方向におけるケーシング３の両端部には、それぞれジャーナル軸受５及びスラスト軸受６が設けられている。回転軸１は、これらジャーナル軸受５とスラスト軸受６とによって軸線Ｏ回りに回転可能に支持されている。

　ケーシング３の軸線Ｏ方向一方側には、外部から作動流体Ｇとしての空気を取り入れるための吸気口７が設けられている。さらに、ケーシング３の軸線Ｏ方向他方側には、ケーシング３内部で圧縮された作動流体Ｇが排気される排気口８が設けられている。

　ケーシング３の内側には、これら吸気口７と排気口８とを連通し、縮径と拡径を繰り返す内部空間が形成されている。この内部空間は、複数のインペラ４を収容するとともに、上記の流路２の一部をなしている。なお、以降の説明では、この流路２上における吸気口７が位置する側を上流側と呼び、排気口８が位置する側を下流側と呼ぶ。

　回転軸１には、その外周面上で軸線Ｏ方向に間隔を空けて複数（６つ）のインペラ４が設けられている。各インペラ４は、図２に示すように、軸線Ｏ方向から見て略円形の断面を有するディスク４１と、このディスク４１の上流側の面に設けられた複数のブレード４２と、これら複数のブレード４２を上流側から覆うカバー４３とを有している。

　ディスク４１は、軸線Ｏと交差する方向から見て、該軸線Ｏ方向の一方側から他方側に向かうに従って、径方向の寸法が次第に拡大するように形成されることで、円錐状をなしている。

　ブレード４２は、上記のディスク４１の軸線Ｏ方向における両面のうち、上流側を向く円錐面上で、軸線Ｏを中心として径方向外側に向かって放射状に複数配列されている。より詳しくは、これらブレードは、ディスク４１の上流側の面から上流側に向かって立設された薄板によって形成されている。これら複数のブレード４２は、軸線Ｏ方向から見た場合、周方向の一方側から他方側に向かうように湾曲している。

　ブレード４２の上流側の端縁には、カバー４３が設けられている。言い換えると、上記複数のブレード４２は、このカバー４３とディスク４１とによって軸線Ｏ方向から挟持されている。これにより、カバー４３、ディスク４１、及び互いに隣り合う一対のブレード４２同士の間には空間が形成される。この空間は、後述する流路２の一部（圧縮流路２２）をなしている。

　流路２は、上記のように構成されたインペラ４と、ケーシング３の内部空間を連通する空間である。本実施形態では、１つのインペラ４ごと（１つの圧縮段ごと）に１つの流路２が形成されているものとして説明を行う。すなわち、遠心圧縮機１００では、最後段のインペラ４を除く５つのインペラ４に対応して、上流側から下流側に向かって連続する５つの流路２が形成されている。

　それぞれの流路２は、吸込流路２１と、圧縮流路２２と、ディフューザ流路２３と、リターン流路３０とを有している。
　１段目のインペラ４では、吸込流路２１は上記の吸気口７と直接接続されている。この吸込流路２１によって、外部の空気が流路２上の各流路に作動流体Ｇとして取り込まれる。より具体的には、この吸込流路２１は、上流側から下流側に向かうにしたがって、軸線Ｏ方向から径方向外側に向かって次第に湾曲している。

　２段目以降のインペラ４における吸込流路２１は、前段の流路２における案内流路２５の下流端と連通されている。すなわち、案内流路２５を通過した作動流体Ｇは、上記と同様に、軸線Ｏに沿って下流側を向くように、その流れ方向が変更される。

　圧縮流路２２は、ディスク４１の上流側の面、カバー４３の下流側の面、及び周方向に隣り合う一対のブレード４２によって囲まれた流路である。より詳しくは、この圧縮流路２２は、径方向内側から外側に向かうに従って、その断面積が次第に減少している。これにより、インペラ４が回転している状態で圧縮流路２２中を流通する作動流体Ｇは、徐々に圧縮されて高圧流体となる。

　ディフューザ流路２３は、軸線Ｏの径方向内側から外側に向かって延びる流路である。このディフューザ流路２３における径方向内側の端部は、圧縮流路２２の径方向外側の端部に連通されている。ケーシング３におけるディフューザ流路２３を形成する軸線Ｏ方向一方側の壁面は、軸線Ｏに直交するように延びるシュラウド側壁面２３ａとされている。ケーシング３におけるディフューザ流路２３を形成する軸線Ｏ方向他方側の壁面は、軸線Ｏに直交するように延びるハブ側壁面２３ｂとされている。これらシュラウド側壁面２３ａとハブ側壁面２３ｂとによって軸線Ｏ方向から挟まれるようにしてディフューザ流路２３が形成されている。

　リターン流路は、径方向外側に向かう作動流体Ｇを径方向内側に向かって転向させて、次段のインペラ４に流入させる流路である。リターン流路は、リターンベンド部２４と案内流路２５とから形成されている。

　リターンベンド部２４は、ディフューザ流路２３を経て、径方向の内側から外側に向かって流通した作動流体Ｇの流れ方向を径方向内側に向かって反転させる。リターンベンド部２４の一端側（上流側）は、上記ディフューザ流路２３に連通され、他端側（下流側）は、案内流路２５に連通されている。リターンベンド部２４の中途において、径方向の最も外側に位置する部分は、頂部とされている。この頂部の近傍では、リターンベンド部２４の内壁面は、３次元曲面をなすことで、作動流体Ｇの流動を妨げないようになっている。

　案内流路２５は、リターンベンド部２４の下流側の端部から径方向内側に向かって延びている。案内流路２５の径方向外側の端部は、上記のリターンベンド部２４と連通されている。案内流路２５の径方向内側の端部は、上述のように後段の流路２における吸込流路２１に連通されている。

　リターンベーン５０は、リターン流路３０における案内流路２５に複数が設けられている。複数のリターンベーン５０は、案内流路２５中で、軸線Ｏを中心として放射状に配列されている。言い換えると、これらリターンベーン５０は、軸線Ｏの周囲で周方向に間隔を空けて配列されている。リターンベーン５０は、軸線方向の両端が、案内流路２５を形成するケーシング３に接している。

　次にディフューザベーン６０について説明する。ディフューザベーン６０（ベーン本体）はディフューザ流路２３内に設けられている。ディフューザベーン６０は、軸線Ｏの周方向に間隔をあけて複数が設けられている。ディフューザベーン６０は、軸線Ｏ方向の両端がシュラウド側壁面２３ａ及びハブ側壁面２３ｂに固定されている。これによってディフューザベーン６０は、ケーシング３に一体に設けられている。

　ディフューザベーン６０は、図３及び図４に示すように、軸線Ｏ方向（シュラウド側壁面２３ａとハブ側壁面２３ｂとの対向方向）を翼高さ方向とした翼型をなしている。即ち、ディフューザベーン６０は、軸線Ｏに直交する断面形状が軸線Ｏ方向全域にわたって翼型をなしている。

　ディフューザベーン６０は、径方向外側に向かうに従ってインペラ４の回転方向Ｒ前方側に向かって延びている。これによってディフューザベーン６０は、軸線Ｏ方向から見た軸線Ｏ方向視で軸線Ｏの径方向に対して傾斜する姿勢で配置されている。
　ディフューザベーン６０の径方向内側の端部は、該ディフューザベーン６０の翼型の前縁６１とされている。ディフューザベーン６０の径方向外側の端部は後縁６２とされている。即ち、ディフューザベーン６０は、前縁６１から後縁６２に向かうに従って、径方向外側かつインペラ４の回転方向Ｒ前方側に向かって延びている。

　ディフューザベーン６０における回転方向Ｒ後方側を向く面は、圧力面６３とされている。ディフューザベーン６０における回転方向Ｒ前方側を向く面は負圧面６４とされている。これら圧力面６３及び負圧面６４によってディフューザベーン６０の翼型が形成されている。圧力面６３と負圧面６４との径方向内側の端部での接続箇所がディフューザベーン６０の前縁６１であり、径方向外側の端部での接続箇所がディフューザベーン６０の後縁６２である。

　圧力面６３は、前縁６１から後縁６２に向かって連続する曲線又は直線によって形成されている。圧力面６３は、インペラ４の回転方向Ｒ後方側に向かって凸となる凸曲面状をなしている。負圧面６４は、前縁６１から後縁６２に向かって連続する曲線又は直線によって形成されている。負圧面６４は、インペラ４の回転方向Ｒ前方側に向かって凸となる凸曲面状をなしている。なお、圧力面６３及び負圧面６４は、一部分又は全部が凹曲面状をなしていてもよい。圧力面６３及び負圧面６４は、それぞれ翼高さ方向に連続するように形成されている。

　ディフューザベーン６０は、図４に示すように、二次元翼型部６０Ａと三次元翼型部６０Ｂとによって構成されている。二次元翼型部６０Ａは、ディフューザベーン６０の翼高さ方向（図４の上下方向）におけるシュラウド側（軸線Ｏ方向一方側）の部分である。三次元翼型部６０Ｂは、ディフューザベーン６０の翼高さ方向におけるハブ側（軸線Ｏ方向他方側）の部分である。二次元翼型部６０Ａと三次元翼型部６０Ｂとは、互いに連続するように接続されている。本実施形態では、三次元翼型部６０Ｂは、ハブ側壁面２３ｂから翼高さの５０％以下の範囲にわたって形成されている。三次元翼型部６０Ｂは、ハブ側壁面２３ｂから翼高さ方向の１０％以上の範囲にわたって形成されていることが好ましく、２０％以上、さらには３０％以上の範囲にわたって形成されていることがより好ましい。

　二次元翼型部６０Ａは、同一形状の翼型をなしながら翼高さ方向に延びる部分である。ここで、二次元翼型部６０Ａにおける軸線Ｏ方向一方側の端面（ディフューザベーン６０における軸線Ｏ方向一方側の端面）であるシュラウド側端面６７の翼型をシュラウド側翼形状Ｓと定義する。二次元翼型部６０Ａは、シュラウド側翼形状Ｓを維持したまま翼高さ方向に延びている。

　三次元翼型部６０Ｂは、翼高さ方向に向かうに従って翼型が連続的に変化する部分である。ここで、三次元翼型部６０Ｂにおける軸線Ｏ方向他方側の端面（ディフューザベーン６０における軸線Ｏ方向他方側の端面）であるハブ側端面６８の翼型をハブ側翼形状Ｈと定義する。三次元翼型部６０Ｂは、ハブ側からシュラウド側に向かうに従ってハブ側翼形状Ｈが連続して変化するように延びて二次元翼型部６０Ａに接続されている。即ち、三次元翼型部６０Ｂは、二次元翼型部６０Ａのハブ側に接続されており、該二次元翼型部６０Ａの翼型であるシュラウド側翼形状Ｓからハブ側に向かうに従って徐々にハブ側翼形状Ｈに連続して遷移するように形成されている。ハブ側翼形状Ｈはディフューザベーン６０のハブ側端面６８の形状である。

　図５を用いてシュラウド側翼形状Ｓ及びハブ側翼形状Ｈについて説明する。図５では、シュラウド側翼形状Ｓを実線で示しており、ハブ側翼形状Ｈを破線で示している。
　軸線Ｏ方向から見た軸線Ｏ方向視で、シュラウド側翼形状Ｓの前縁６１ｓとハブ側翼形状Ｈの前縁６１ｈとは、軸線Ｏを中心とした同一の第一仮想円Ｃ１上に位置している。ハブ側翼形状Ｈの前縁６１ｈはシュラウド側翼形状Ｓの前縁６１ｓよりもインペラ４の回転方向Ｒ後方側に位置している。

　軸線Ｏ方向から見た軸線Ｏ方向視で、シュラウド側翼形状Ｓの後縁６２ｓとハブ側翼形状Ｈの後縁６２ｈとは、軸線Ｏを中心とした同一の第二仮想円Ｃ２上に位置している。第二仮想円Ｃ２の半径は第一仮想円Ｃ１よりも大きい。ハブ側翼形状Ｈの後縁６２ｈはシュラウド側翼形状Ｓの後縁６２ｓよりもインペラ４の回転方向Ｒ前方側に位置している。　シュラウド側翼形状Ｓの前縁６１ｓとハブ側翼形状Ｈの前縁６１ｈとの距離は、シュラウド側翼形状Ｓの後縁６２ｓとハブ側翼形状Ｈの後縁６２ｈとの距離と同一であることが好ましい。即ち、前縁６１ｈ，６１ｓ及び後縁６２ｈ，６２ｂのそれぞれの周方向へのシフト量は、同一であることが好ましい。

　ハブ側翼形状Ｈの前縁６１ｈと後縁６２ｈとの距離は、シュラウド側翼形状Ｓの前縁６１ｓと後縁６２ｓとの距離よりも大きい。即ち、ハブ側翼形状Ｈのコード長はシュラウド側翼形状Ｓのコード長よりも大きい。
　また、シュラウド側翼形状Ｓからハブ側翼形状Ｈへの遷移は、翼型のコード長の中央付近を通る中心線回りに捩じれるようになされている。

　ここで、図６に示すように、ハブ側翼形状Ｈの前縁羽根角α_ｈは、シュラウド側翼形状Ｓの前縁羽根角α_ｓよりも小さい。前縁羽根角とは、第一仮想円Ｃ１における前縁６１ｓ，６１ｈが位置する点での接線Ｌ１と、翼型の中心線の前縁６１ｓ，６１ｈでの接線Ｐ１とがなす鋭角である。
　図７に示すように、ハブ側翼形状Ｈの後縁羽根角β_ｈは、シュラウド側翼形状Ｓの後縁羽根角β_ｓよりも小さい。後縁羽根角とは、第二仮想円Ｃ２における後縁６２が位置する点での接線Ｌ２と、翼型の中心線の後縁６２での接線Ｐ２とがなす鋭角である。

　シュラウド側翼形状Ｓの転向角とハブ側翼形状Ｈの転向角とは互いに異なっている。本実施形態では、ハブ側翼形状Ｈの転向角は、シュラウド側翼形状Ｓの転向角よりも小さい。ハブ側翼形状Ｈの転向角は、シュラウド側翼形状Ｓの転向角は、シュラウド側翼形状Ｓの前縁羽根角と後縁羽根角との差分（α_ｓ－β_ｓ）で求められる。ハブ側翼形状Ｈの転向角は、ハブ側翼形状Ｈの前縁羽根角と後縁羽根角との差分（α_ｈ－β_ｈ）で求められる。

　次に第一実施形態の作用効果について説明する。
　上記構成のディフューザベーン６０を備えた遠心圧縮機１００によれば、ハブ側翼形状Ｈとシュラウド側翼形状Ｓとの転向角が異なるため、いずれか一方の転向角が他方の転向角よりも小さくなる。転向角が小さくなることで作動流体Ｇを減速させながらも剥離の発生を抑制することができる。そのため、ディフューザ流路２３を流れる流体の速度分布に応じてハブ側翼形状Ｈとシュラウド側翼形状Ｓとを互いに異なるものとすることによって、ディフューザベーン６０全体としての剥離の発生を抑制することができる。

　ここで、遠心圧縮機１００のインペラ４の形状によっては、該インペラ４から圧送される作動流体Ｇはハブ側とシュラウド側とで流速分布が異なる場合がある。例えばインペラ４から圧送される作動流体Ｇのハブ側の流速が相対的に小さく、シュラウド側の流速が相対的に大きい場合、ディフューザ流路２３におけるディフューザベーン６０の形成領域に導入される作動流体Ｇの流速は、シュラウド側からハブ側に向かうに従って作動流体Ｇの流速が小さくなる。

　この場合、仮にディフューザベーン６０を翼高さ方向に一律の翼形状の翼型とした場合、ハブ側での流速が減速され過ぎる結果、当該ハブ側の流れで剥離が生じてしまうことがある。即ち、シュラウド側とハブ側とで同様の比率で減速が進めば、シュラウド側に比べてハブ側での流速が先に小さくなり過ぎ、その結果、ハブ側壁面２３ｂとの間の境界層を形成できなくなってしまう。

　これに対して本実施形態では、ディフューザベーン６０の翼型は、ハブ側翼形状Ｈの転向角がシュラウド側翼形状Ｓの転向角より小さく設定されている。転向角が小さい程、速度の減速率が小さい。したがって、ハブ側の作動流体Ｇの減速を緩めることができる。即ち、図８に示すように、ハブ側の作動流体Ｇの過減速を抑制することができるため、当該作動流体Ｇの流れの剥離を抑制できる。そのため、インペラ４から圧送される作動流体Ｇの流量が小さくなった場合であっても、ディフューザベーン６０の形成範囲内で剥離が生じることを抑制できる。これにより、このディフューザベーン６０を用いた遠心圧縮機１００における作動範囲が特に小流量側で縮小してしまうことを抑制できる。

　さらに本実施形態のディフューザベーン６０では、ハブ側翼形状Ｈのコード長が、シュラウド側翼形状Ｓのコード長よりも大きい。これによって、単位流路長当たりの作動流体Ｇの転向度合を転向率と定義した場合に、シュラウド側の作動流体Ｇの転向率に比べてハブ側の流体の転向率が小さくなる。即ち、ハブ側ではより流体を緩やかに転向させることになるため、ハブ側での過減速をさらに抑え、該ハブ側での作動流体Ｇの剥離を一層抑制することができる。

　また、本実施形態のディフューザベーン６０では、ハブ側翼形状Ｈの前縁羽根角α_ｈが、シュラウド側翼形状Ｓの前縁羽根角α_ｓよりも小さい。これにより、ハブ側翼形状Ｈの前縁羽根角は、シュラウド側翼形状Ｓの前縁羽根角よりも径方向から周方向に倒れた形状、即ち、寝た形状となる。これによって、流れをより緩やかに案内することになるため、ディフューザベーン６０のハブ側での剥離をより一層抑制することができる。

　さらに、本実施形態ではディフューザベーン６０は、翼高さ方向に向かうにしたがって前縁６１と後縁６２との間の肉厚の部分（コード長の中央付近）を中心として捩じれた形状をなすことになる。仮に、翼型の捩じれの中心を前縁６１付近、後縁６２付近とした場合、これら前縁６１付近又は後縁６２付近で極端に翼型を反らせる必要がある。これに対して本実施形態では、捩じれの中心と肉厚の部分としているため、翼型が過度に反ることがない。そのため、ディフューザベーン６０の構造・強度上、無理を強いることのない三次元翼形状を実現できる。

　また、本実施形態では、三次元翼型部６０Ｂは、ディフューザベーン６０のハブ側の領域における翼高さの５０％以下の範囲にわたっている。これにより、インペラ４から圧送される作動流体Ｇの流速が比較的大きいシュラウド側では、翼高さ方向に一定の転向角で流体を転向させつつ、ハブ側に近づくに連れて作動流体Ｇの流速が小さくなるハブ側の領域では、流体の流速に応じて転向角を小さくすることができる。よって、作動流体Ｇの流速に応じて適切な減速を付与することができる。

　次に第二実施形態のディフューザベーン１６０について図９、図１０Ａ及び図１０Ｂを参照して説明する。第二実施形態のディフューザベーン１６０（ベーン本体）は、第一実施形態のディフューザベーン１６０に対して、シュラウド側翼形状Ｓとハブ側翼形状Ｈとが逆転した関係にある。
　第二実施形態のディフューザベーン１６０では、第一実施形態において図４で示した三次元翼型部６０Ｂがシュラウド側に位置しており、二次元翼型部６０Ａがハブ側に位置している。三次元翼型部６０Ｂの翼高さ方向の範囲は、シュラウド側壁面２３ａを基準として翼高さの５０％以下、１０％以上、好ましくは３０％以上の領域とされている。

　また、図９に示すように、第二実施形態のディフューザベーン１６０では、第一仮想円Ｃ１上にあるシュラウド側翼形状Ｓの前縁１６１ｓとハブ側翼形状Ｈの前縁１６１ｈとでは、シュラウド側翼形状Ｓの前縁１６１ｓが回転方向Ｒ後方側に位置している。第二仮想円Ｃ２上にあるシュラウド側翼形状Ｓの後縁１６２ｓとハブ側翼形状Ｈとの後縁１６２ｈとでは、シュラウド側翼形状Ｓの後縁６２ｓが回転方向Ｒ前方側に位置している。したがって、シュラウド側翼形状Ｓのコード長はハブ側翼形状Ｈのコード長よりも大きい。また、シュラウド側翼形状Ｓからハブ側翼形状Ｈへの遷移は、翼型のコード長の中央付近を通る中心線回りに捩じれるようになされている。

　さらに、第二実施形態では、シュラウド側翼形状Ｓの前縁羽根角は、ハブ側翼形状Ｈの前縁羽根角よりも小さい。シュラウド側翼形状Ｓの後縁羽根角は、ハブ側翼形状Ｈの後縁羽根角よりも小さい。シュラウド側翼形状Ｓの転向角は、ハブ側翼形状Ｈの転向角よりも小さい。

　ここで、ディフューザ流路２３の下流側に、作動流体Ｇの流れを径方向内側に転向させるリターン流路３０がある場合、ディフューザ流路２３の出口、即ち、リターン流路３０におけるリターンベンド部２４の入口では、ハブ側の作動流体Ｇの流速に比べてシュラウド側の作動流体Ｇの流速が小さくなる場合がある。このような場合に、仮に図１０Ａに示すように翼高さ方向に一律の翼形状のディフューザベーン２６０を用いれば、ディフューザベーン２６０にてシュラウド側での流速が減速され過ぎる結果、当該シュラウド側の流れで剥離が生じてしまうことがある。

　これに対して第二実施形態のディフューザベーン１６０では、シュラウド側翼形状Ｓの転向角がハブ側翼形状Ｈの転向角より小さいため、シュラウド側の流れの減速を緩めることができる。即ち、シュラウド側の流れの過減速を抑制することができるため、図１０Ｂに示すように、ディフューザベーン１６０の出口付近でのシュラウド側における流れが極端に減速されてしまうことはない。その結果、ディフューザベーン１６０付近での剥離を回避できる。そのため、特にインペラ４から圧送される作動流体Ｇの流量が小さくなった場合であっても、ディフューザベーン１６０の形成範囲内で剥離が生じることを抑制できる。

　また、第二実施形態のディフューザベーン１６０では、シュラウド側翼形状Ｓのコード長が、ハブ側翼形状Ｈのコード長よりも大きいため、ハブ側での転向率に比べてシュラウド側での転向率が小さくなる。即ち、シュラウド側ではより流体を緩やかに転向させることになるため、該シュラウド側での作動流体Ｇの剥離を一層抑制することができる。

　さらに第二実施形態のディフューザベーン１６０では、シュラウド側翼形状Ｓの前縁羽根角がハブ側翼形状Ｈの前縁羽根角よりも小さいため、シュラウド側翼形状Ｓの前縁羽根角が、ハブ側翼形状Ｈの前縁羽根角よりも径方向から周方向に倒れるように寝た形状となる。これによって、流れをより緩やかに案内することになるため、ディフューザベーン１６０のシュラウド側での剥離をより一層抑制することができる。

　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

　本発明は、ディフューザベーン及び遠心圧縮機に関する。本発明によれば、ディフューザベーンを用いた遠心圧縮機における作動範囲が縮小してしまうことを抑制できる。

１　回転軸
２　流路
３　ケーシング
４　インペラ
５　ジャーナル軸受
６　スラスト軸受
７　吸気口
８　排気口
２１　吸込流路
２２　圧縮流路
２３　ディフューザ流路
２３ａ　シュラウド側壁面
２３ｂ　ハブ側壁面
２４　リターンベンド部
２５　案内流路
３０　リターン流路
４１　ディスク
４２　ブレード
４３　カバー
５０　リターンベーン
６０　ディフューザベーン
６１　前縁
６１ｈ　前縁
６１ｓ　前縁
６２　後縁
６２ｈ　後縁
６２ｓ　後縁
６３　圧力面
６４　負圧面
６０Ａ　二次元翼型部
６０Ｂ　三次元翼型部
６７　シュラウド側端面
６８　ハブ側端面
１００　遠心圧縮機
１６０　ディフューザベーン
１６１ｈ　前縁
１６１ｓ　前縁
１６２ｈ　後縁
１６２ｓ　後縁
２６０　ディフューザベーン
Ｒ　回転方向
Ｇ　作動流体
Ｓ　シュラウド側翼形状
Ｈ　ハブ側翼形状
Ｃ１　第一仮想円
Ｌ１　接線
Ｐ１　接線
Ｃ２　第二仮想円
Ｌ２　接線
Ｐ１　接線
α_ｓ　シュラウド側翼形状の前縁羽根角
α_ｈ　ハブ側翼形状の前縁羽根角
β_ｓ　シュラウド側翼形状の後縁羽根角
β_ｈ　ハブ側翼形状の後縁羽根角

Claims

　軸線回りに回転するインペラによって軸線方向の一方側から吸い込まれて径方向外側に圧送された流体が流通するディフューザ流路に、前記軸線の周方向に間隔をあけて複数設けられるディフューザベーンであって、
　前記軸線方向を翼高さ方向とし、該翼高さ方向に直交する断面形状が翼型をなすとともに、径方向内側の端部である前縁から径方向外側に向かうに従って前記インペラの回転方向前方側に向かって延びて、前記径方向外側の端部である後縁に至るベーン本体を有し、
　前記ベーン本体における前記軸線方向の一方側であるシュラウド側の端面の翼型であるシュラウド側翼形状の転向角と、前記ベーン本体における前記軸線方向の他方側であるハブ側の端面の翼型であるハブ側翼形状の転向角とが互いに異なるとともに、前記ベーン本体の翼型が前記シュラウド側翼形状と前記ハブ側翼形状との間で連続的に遷移し、
　前記ハブ側翼形状の転向角が、前記シュラウド側翼形状の転向角よりも小さいディフューザベーン。
　前記ハブ側翼形状のコード長が、前記シュラウド側翼形状のコード長よりも大きい請求項１に記載のディフューザベーン。
　前記ハブ側翼形状の前縁羽根角が、前記シュラウド側翼形状の前縁羽根角よりも小さい請求項２に記載のディフューザベーン。
　前記軸線方向から見た軸線方向視にて、
　前記ハブ側翼形状の前縁と前記シュラウド側翼形状の前縁とは、前記軸線を中心とする同一の第一仮想円上に位置しており、前記ハブ側翼形状の前縁は前記シュラウド側翼形状の前縁よりも前記インペラの回転方向後方側に位置しており、
　前記ハブ側翼形状の後縁と前記シュラウド側翼形状の後縁とは、前記軸線を中心とする同一の第二仮想円上に位置しており、前記ハブ側翼形状の後縁は前記シュラウド側翼形状の後縁よりも前記インペラの回転方向前方側に位置している請求項１から３のいずれか一項に記載のディフューザベーン。
　前記ベーン本体は、
　前記シュラウド側の端面からから前記ハブ側に向かって前記シュラウド側翼形状を維持しながら延びる二次元翼型部と、
　該二次元翼型部のハブ側に接続されて、前記ハブ側の端面まで翼型が変化するように連続して延びることで前記ハブ側翼形状に遷移する三次元翼型部とを有し、
　前記三次元翼型部は、前記ベーン本体の翼高さの５０％以下の範囲にわたっている請求項１から４のいずれか一項に記載のディフューザベーン。
　前記シュラウド側翼形状の転向角が、前記ハブ側翼形状の転向角よりも小さい請求項１に記載のディフューザベーン。
　前記シュラウド側翼形状のコード長が、前記ハブ側翼形状のコード長よりも大きい請求項６に記載のディフューザベーン。
　前記シュラウド側翼形状の前縁羽根角が、前記ハブ側翼形状の前縁羽根角よりも小さい請求項６又は７に記載のディフューザベーン。
　前記軸線方向から見た軸線方向視にて、
　前記シュラウド側翼形状の前縁と前記ハブ側翼形状の前縁とは、前記軸線を中心とする同一の第一仮想円上に位置しており、前記シュラウド側翼形状の前縁は前記ハブ側翼形状の前縁よりも前記インペラの回転方向後方側に位置しており、
　前記シュラウド側翼形状の後縁と前記ハブ側翼形状の後縁とは、前記軸線を中心とする同一の第二仮想円上に位置しており、
　前記シュラウド側翼形状の後縁は、前記ハブ側翼形状の後縁よりも前記インペラの回転方向前方側に位置している請求項６から８のいずれか一項に記載のディフューザベーン。
　前記ベーン本体は、
　前記ハブ側の端面からからシュラウド側に向かって前記ハブ側翼形状を維持しながら延びる二次元翼型部と、
　該二次元翼型部のシュラウド側に接続されて、前記シュラウド側の端面まで翼型が変化するように連続して延びることで前記シュラウド側翼形状に遷移する三次元翼型部とを有し、
　前記三次元翼型部は、前記ベーン本体の翼高さの５０％以下の範囲にわたっている請求項６から９のいずれか一項に記載のディフューザベーン。
　前記インペラと、
　該インペラを収容するケーシングであって、前記インペラの出口から径方向外側に向かって延びる前記ディフューザ流路、及び、該ディフューザ流路の径方向外側の端部に接続されて径方向内側に向かって転向するリターン流路を有するケーシングと、
　請求項１から１０のいずれか一項に記載のディフューザベーンとを備える遠心圧縮機。