JP6532215B2 - Impeller and centrifugal compressor - Google Patents
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Description
本発明は、羽根車及び遠心圧縮機に関する。 The present invention relates to an impeller and a centrifugal compressor.
遠心圧縮機は、ハウジングと、ハウジングの内部において回転する羽根車(インペラ)と、羽根車からの気体の圧力を高めるディフューザとを備えている。羽根車は、回転軸を中心に回転するハブ板と、ハブ板の表面に配置される複数の羽根とを有する。羽根の設計において、複数の翼断面を翼高さ方向に積層する手法が用いられる場合がある。直線要素を用いて翼断面を積層することによって設計される羽根(直線要素羽根)、及び曲線要素を用いて翼断面を積層することによって設計される羽根(曲線要素羽根)の一例が特許文献1に開示されている。例えば加工性の向上を重視する場合、直線要素が用いられる。羽根車の性能の向上を重視する場合、曲線要素が用いられる。 The centrifugal compressor includes a housing, an impeller rotating inside the housing, and a diffuser that increases the pressure of gas from the impeller. The impeller has a hub plate rotating about a rotation axis, and a plurality of blades disposed on the surface of the hub plate. In the design of blades, a method of stacking a plurality of blade cross sections in the blade height direction may be used. An example of a blade designed by laminating blade cross sections using linear elements (linear element blades) and a blade designed by laminating blade cross sections using curvilinear elements (curved element blades) is disclosed in Patent Document 1 Is disclosed in For example, when emphasizing improvement of processability, a linear element is used. Curved elements are used when emphasis is placed on improving the performance of the impeller.
遠心圧縮機の性能の低下を抑制するためには、羽根車の性能の低下を抑制することが重要である。羽根車の性能は、羽根の形状に基づいて変化する。そのため、性能の低下を抑制できる形状を有する羽根の案出が要望される。 In order to suppress the decrease in the performance of the centrifugal compressor, it is important to suppress the decrease in the performance of the impeller. The performance of the impeller varies based on the shape of the vanes. Therefore, there is a demand for devising a blade having a shape that can suppress a decrease in performance.
本発明の態様は、性能の低下が抑制される羽根車及び遠心圧縮機を提供することを目的とする。 An aspect of the present invention aims to provide an impeller and a centrifugal compressor in which a decrease in performance is suppressed.
本発明の第1の態様に従えば、回転軸を中心に第1方向に回転するハブ板と、前記ハブ板の表面において前記回転軸の回転方向に配置される複数の羽根と、を備え、前記羽根は、前縁と、後縁と、ハブと、チップと、を有し、前記チップとの境界の前記後縁の第1端部が前記ハブとの境界の前記後縁の第2端部よりも前記第1方向に配置されるように前記後縁にタンジェンシャルリーンが与えられ、前記回転方向に関して、前記ハブ板の表面に垂直な基準線と、前記第1端部と前記第2端部とを結ぶ仮想線との距離を基準リーン量Δθr、前記回転方向に関して、前記基準線と、前記第1端部と前記第2端部との間の前記後縁の中心線との距離を後縁リーン量Δθ、前記後縁リーン量Δθの最大値をmaxΔθ、としたとき、前記Δθは、前記Δθrよりも大きく、前記maxΔθとなる前記羽根の最大部は、前記ハブから前記チップまでの前記羽根の翼高さ方向の前記羽根の中間部よりも前記チップ側に設けられる羽根車が提供される。 According to a first aspect of the present invention, it comprises a hub plate rotating in a first direction around a rotation axis, and a plurality of blades arranged in the rotation direction of the rotation axis on the surface of the hub plate, The blade has a leading edge, a trailing edge, a hub, and a tip, and a first end of the trailing edge of the boundary with the tip is a second end of the trailing edge of the boundary with the hub A tangential lean is applied to the trailing edge so as to be disposed in the first direction rather than a portion, and a reference line perpendicular to the surface of the hub plate with respect to the rotational direction, the first end and the second The distance between the end and an imaginary line connecting the end is a reference lean amount Δθr, and the distance between the reference line and the center line of the rear edge between the first end and the second end in the rotational direction. Is the trailing edge lean amount Δθ, and the maximum value of the trailing edge lean amount Δθ is maxΔθ, the Δθ is the Δθr. Ri is large, the maximum portion of the vane to be the maxΔθ is an impeller provided on the tip side is provided than the intermediate portion of the blade of the blade height direction of the blade from the hub to the tip.
本発明の第1の態様によれば、maxΔθとなる最大部が、羽根の中間部よりもチップ側に設けられるので、最大部とハブとの間の羽根の圧力面の表面積を大きくすることができる。その結果、ハブ板が回転すると、最大部とハブとの間の羽根の圧力面の気体の圧力は高くなる。そうすると、回転する羽根の後縁の第2端部とその周囲の気体との相対速度(流速)が小さくなり、後縁近傍の圧力面において気流の剥離が発生することが抑制される。そのため、後縁の第2端部におけるウェーク(乱気流)が小さくなる。したがって、損失が低減され、圧縮効率の低減が抑制されるので、羽根車の性能の低下が抑制される。 According to the first aspect of the present invention, since the largest part to be maxΔθ is provided on the tip side of the middle part of the blade, the surface area of the pressure surface of the blade between the largest part and the hub is increased. it can. As a result, as the hub plate rotates, the pressure of the gas on the pressure surface of the vane between the largest portion and the hub increases. Then, the relative velocity (flow velocity) between the second end of the trailing edge of the rotating blade and the gas around it decreases, and the occurrence of air flow separation on the pressure surface near the trailing edge is suppressed. Therefore, the wake (turbulence) at the second end of the trailing edge is reduced. Therefore, the loss is reduced and the reduction of the compression efficiency is suppressed, so that the deterioration of the performance of the impeller is suppressed.
本発明の第1の態様において、前記翼高さ方向に関して、前記第2端部の位置を0%位置、前記第1端部の位置を100%位置としたとき、前記最大部は、60%以上80%以下の位置に設けられてもよい。 In the first aspect of the present invention, when the position of the second end is 0% and the position of the first end is 100% in the wing height direction, the maximum is 60%. It may be provided at a position of 80% or less.
これにより、圧縮効率の低減が抑制され、羽根車の性能の低下が抑制される。 Thereby, the reduction of the compression efficiency is suppressed, and the reduction of the performance of the impeller is suppressed.
本発明の第1の態様において、前記ハブは、前記基準線と直交するハブ面を含み、前記チップは、前記基準線と直交するチップ面を含み、前記第1方向を向く前記羽根の圧力面と前記ハブ面とがなす角度αhは、90[°]よりも小さく、前記圧力面と前記チップ面とがなす角度αsは、90[°]よりも小さくてもよい。 In the first aspect of the present invention, the hub includes a hub surface orthogonal to the reference line, and the tip includes a chip surface orthogonal to the reference line, and the pressure surface of the blade facing the first direction And the hub surface may be smaller than 90 °, and the angle αs formed by the pressure surface and the tip surface may be smaller than 90 °.
これにより、圧縮効率の低減が抑制され、羽根車の性能の低下が抑制される。 Thereby, the reduction of the compression efficiency is suppressed, and the reduction of the performance of the impeller is suppressed.
本発明の第1の態様において、前記角度αsは、前記角度αhよりも大きくてもよい。 In the first aspect of the present invention, the angle αs may be larger than the angle αh.
これにより、圧縮効率の低減が抑制され、羽根車の性能の低下が抑制される。 Thereby, the reduction of the compression efficiency is suppressed, and the reduction of the performance of the impeller is suppressed.
本発明の第1の態様において、前記ハブは、前記基準線と直交するハブ面を含み、前記チップは、前記基準線と直交するチップ面を含み、前記第1方向を向く前記羽根の圧力面と前記ハブ面とがなす角度αhは、90[°]よりも小さく、前記圧力面と前記チップ面とがなす角度αsは、90[°]でもよい。 In the first aspect of the present invention, the hub includes a hub surface orthogonal to the reference line, and the tip includes a chip surface orthogonal to the reference line, and the pressure surface of the blade facing the first direction And the hub surface may be smaller than 90 [.degree.], And an angle .alpha.s formed between the pressure surface and the tip surface may be 90 [.degree.].
これにより、加工性の低下が抑制される。 Thereby, the fall of workability is suppressed.
本発明の第2の態様に従えば、ハウジングと、前記ハウジングの内部に配置される第1の態様の羽根車と、を備える遠心圧縮機が提供される。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a centrifugal compressor comprising a housing and an impeller of the first aspect disposed inside the housing.
本発明の第2の態様によれば、羽根車の性能の低下が抑制されるので、遠心圧縮機の性能の低下が抑制される。 According to the second aspect of the present invention, since the reduction in performance of the impeller is suppressed, the reduction in performance of the centrifugal compressor is suppressed.
本発明の第2の態様において、前記羽根車は、オープン羽根車でもよい。 In the second aspect of the present invention, the impeller may be an open impeller.
これにより、羽根の圧力面において気流の剥離が発生することが抑制され、遠心圧縮機の性能の低下が抑制される。 As a result, the occurrence of separation of the air flow on the pressure surface of the blade is suppressed, and the decrease in performance of the centrifugal compressor is suppressed.
本発明の態様によれば、性能の低下が抑制される羽根車及び遠心圧縮機が提供される。 According to an aspect of the present invention, an impeller and a centrifugal compressor are provided in which the reduction in performance is suppressed.
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto. The components of each embodiment described below can be combined as appropriate. In addition, some components may not be used.
<第1実施形態>
第1実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係る遠心圧縮機100の一例を模式的に示す断面図である。図2は、図1の一部を拡大した図である。
First Embodiment
The first embodiment will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a
図1及び図2に示すように、遠心圧縮機100は、ハウジング10と、ハウジング10の内部において回転する羽根車(インペラ)40と、羽根車40からの気体の圧力を高めるディフューザ90と、を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
羽根車40は、シャフト部材91に支持される。シャフト部材91は、モータ92の回転により、回転軸(中心軸)AXを中心に回転する。羽根車40は、シャフト部材91に固定されている。シャフト部材91が回転することにより、羽根車40は、回転軸AXを中心に回転する。羽根車40は、回転軸AXを中心に一方向(第1方向)に回転する。
The
以下の説明においては、回転軸AXと平行な方向を適宜、軸方向、と称し、回転軸AXの回転方向を適宜、周方向、と称し、回転軸AXに対する放射方向を適宜、径方向、と称する。 In the following description, a direction parallel to the rotation axis AX is appropriately referred to as an axial direction, a rotation direction of the rotation axis AX is appropriately referred to as a circumferential direction, and a radiation direction with respect to the rotation axis AX is appropriately radial direction It is called.
ハウジング10は、入口ダクト11と、出口ダクト12とを有する。入口ダクト11は、流入口11Mを含む。出口ダクト12は、流出口12Mを含む。流入口11Mは、軸方向に関してハウジング10の一端部に設けられた開口を含む。流出口12Mは、径方向に関してハウジング10の一端部に設けられた開口を含む。入口ダクト11を介して、ハウジング10の外部の気体がハウジング10の内部に流入する。出口ダクト12を介して、ハウジング10の内部の気体がハウジング10の外部に流出する。
The
なお、入口ダクト11に、ハウジング10の外部からハウジング10の内部に流入する気体の流量を調整する入口案内翼(Inlet Guide Vane:IGV)が設けられてもよい。
The
羽根車40は、ハウジング10の内部に配置される。羽根車40は、ハウジング10の内部において、回転軸AXを中心に第1方向に回転する。羽根車40は、回転することによって、入口ダクト11からの気体に速度エネルギーを与える。
The
出口ダクト12は、ディフューザ90を含む。ディフューザ90は、出口ダクト12に配置される。ディフューザ90は、羽根車40からの気体を減速して、その気体の圧力を高める。
The
羽根車40は、シャフト部材91と接続され、回転軸AXを中心に第1方向に回転するハブ板50と、ハブ板50の表面52に配置される複数の羽根60と、を備える。羽根60は、回転軸AXの周囲において、周方向に複数配置される。
The
ハブ板50は、シャフト部材91と一緒に、回転軸AXを中心に第1方向に回転する。ハブ板50は、略円錐形状の部材である。ハブ板50は、回転軸AXと直交し、入口ダクト11に面する前面51と、前面51の周囲に配置され、羽根60が接続される表面52と、回転軸AXと直交し、前面51の反対方向を向く背面53と、表面52と背面53とを結ぶ側面54と、を有する。表面52は、回転軸AXに向かって凹む曲面を含む。
The
羽根60は、ハブ板50の表面52に複数配置される。複数の羽根60は、周方向に一定間隔で配置される。羽根60は、入口ダクト11に面する前縁61と、出口ダクト12に面する後縁62と、ハブ板50の表面52に接続されるハブ(ハブエッジ)63と、チップ(シュラウドエッジ)64と、を有する。
A plurality of
ハウジング10は、間隙を介して羽根60のチップ64と対向する表面13と、間隙を介してハブ板50の側面54と対向する内面14と、間隙を介してハブ板50の背面53と対向する後面15と、を有する。後面15は、シールプレートとして機能する。
The
中心軸AXと平行な断面において、ハブ63は、回転軸AXに向かって凹む曲線を含む。中心軸AXと平行な断面において、チップ64は、回転軸AXに向かって凹む曲線を含む。ハウジング10の表面13は、入口ダクト11の内面と出口ダクト12の内面とを結ぶように配置される。ハウジング10の表面13は、回転軸AXに向かって突出する曲面を含む。ハウジング10の表面13と、チップ64との間の間隙の寸法は、実質的に一定である。
In a cross section parallel to the central axis AX, the
羽根車40が回転すると、ハウジング10の外部の気体が、流入口11M及び入口ダクト11を介して、ハウジング10の内部に流入する。ハウジング10の内部に流入した気体は、回転する羽根車40により圧縮される。羽根車40が回転することによって、気体が圧縮される。これにより、気体の圧力が上昇する。圧縮された気体は、ハウジング10の表面13と羽根車40の羽根60のチップ64との間の通路16を通過する。羽根車40により圧縮され、通路16を通過した気体は、出口ダクト12に送られる。出口ダクト12に配置されたディフューザ90により、気体の圧力が高められる。圧力が高められた気体は、出口ダクト12の流出口12Mから流出する。
When the
図3は、本実施形態に係る羽根車40の一例を示す斜視図である。図4は、本実施形態に係る羽根車40の一例を示す正面図である。図5は、本実施形態に係る羽根車40の一例を示す側面図である。
FIG. 3 is a perspective view showing an example of the
図2、図3、図4、及び図5に示すように、羽根車40は、回転軸AXを中心に第1方向に回転するハブ板50と、ハブ板50の表面52において周方向に配置される複数の羽根60と、を備えている。
As shown in FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4 and FIG. 5, the
羽根60の前縁61は、チップ64側の端部65と、ハブ63側の端部66と、を含む。端部65は、前縁61とチップ64との境界に配置される。端部66は、前縁61とハブ63との境界に配置される。
The
羽根60の後縁62は、チップ64側の端部(第1端部)67と、ハブ63側の端部(第2端部)68と、を含む。端部67は、後縁62とチップ64との境界に配置される。端部68は、後縁62とハブ63との境界に配置される。
The trailing
本実施形態においては、後縁62の端部67が後縁62の端部68よりも第1方向(回転方向に関して前方)に配置されるように、後縁62にタンジェンシャルリーンが与えられている。タンジェンシャルリーンは、羽根60の後縁62の周方向の傾きを示す。端部67が端部68よりも回転方向の前方に配置されるように、後縁62が周方向に傾いている。本実施形態においては、後縁62に、正のタンジェンシャルリーンが与えられる。
In this embodiment, the trailing
図6は、本実施形態に係る羽根60の設計方法の一例を説明するための模式図である。図6に示すように、羽根60は、複数の翼断面を翼高さ方向に積層することによって設計される。翼高さ方向とは、ハブ63からチップ64に向かう方向である。翼高さ方向を、翼スパン高さ方向、と称してもよい。翼高さ方向は、ハブ板50の表面52と直交する方向である。
FIG. 6 is a schematic view for explaining an example of a method of designing the
本実施形態においては、形状が等しい複数の翼断面を周方向(回転方向)にシフトしながら翼高さ方向に積層することによって、後縁62に正のタンジェンシャルリーンが与えられる。本実施形態においては、曲線要素をガイドとして、複数の翼断面の積層が行われる。曲線要素の少なくとも一部は、ハブ50の表面52と交差(例えば直交)するように設けられる。
In the present embodiment, positive tangential lean is given to the trailing
図7は、本実施形態に係る羽根60の後縁62の形状の一例を模式的に示す図である。図3、図5、及び図7に示すように、羽根60の圧力面(正圧面)69及び負圧面70は、曲面を含む。曲線要素をガイドとして複数の翼断面が積層されることによって羽根60が設計される。圧力面69とは、第1方向(回転方向の前方)を向く羽根60の表面である。負圧面70とは、回転方向に関して第1方向の逆方向である第2方向(回転方向の後方)を向く羽根60の表面である。圧力面69と負圧面70とは、ほぼ平行である。
FIG. 7 is a view schematically showing an example of the shape of the trailing
圧力面69は、第1方向に突出する曲面を含む。負圧面70は、第2方向に対して凹む曲面を含む。
The
圧力面69が最も第1方向側に突出する部分71は、ハブ63からチップ64までの羽根60の翼高さ方向に関して、羽根60の中間部72よりもチップ64側に配置される。
The
すなわち、回転方向に関して、ハブ板50の表面52に垂直な基準線Lrと、端部67と端部68とを結ぶ仮想線Lmとの距離を基準リーン量Δθr、回転方向に関して、基準線Lmと、端部67と端部68との間の後縁62の中心線Lcとの距離を後縁リーン量Δθ、後縁リーン量Δθの最大値をmaxΔθ、としたとき、Δθは、Δθrよりも大きく、maxΔθとなる羽根60の部分71は、ハブ63からチップ64までの羽根60の翼高さ方向の羽根60の中間部72よりもチップ64側に設けられる。
That is, the distance between the reference line Lr perpendicular to the
以下の説明においては、maxΔθとなる羽根60の部分71を適宜、最大部71、と称する。
In the following description, the
図8は、本実施形態に係る羽根60の後縁62の形状の一例を模式的に示す図である。図8において、横軸は、基準線Lrからの距離(リーン量)を示す。縦軸は、翼高さ方向の位置を無次元化した値を示す。ハブ63からある翼断面までの翼高さ方向の距離(翼高さ)をh、ハブ63からチップ64までの翼高さ方向の距離をHとしたとき、図8の縦軸は、無次元翼高さ(h/H)を示す。
FIG. 8 is a view schematically showing an example of the shape of the trailing
翼高さ方向に関して、ハブ63との境界の後縁62の端部68の位置は、0%位置である。翼高さ方向に関して、チップ64との境界の後縁62の端部67の位置は、100%位置である。翼高さ方向に関して、羽根60の中間部72の位置は、50%位置である。
The position of the
図8に示すように、回転方向に関して、基準線Lrと仮想線Lmとの距離を基準リーン量Δθr、基準線Lrと中心線Lcとの距離を後縁リーン量Δθ、後縁リーン量Δθの最大値をmaxΔθとしたとき、以下の(1)式の条件が満足される。 As shown in FIG. 8, regarding the rotational direction, the distance between the reference line Lr and the imaginary line Lm is the reference lean amount .DELTA..theta. R, the distance between the reference line Lr and the center line Lc is the trailing edge lean amount .DELTA..theta., And the trailing edge lean amount .DELTA..theta. When the maximum value is set to maxΔθ, the condition of the following equation (1) is satisfied.
Δθ>Δθr …(1) Δθ> Δθr (1)
基準線Lrとは、後縁62の端部(第2端部)68と接続されるハブ板50の表面52に垂直な線をいう。仮想線Lmとは、後縁62の端部67と後縁62の端部68とを結ぶ線である。中心線Lcとは、後縁62の厚さ方向(回転方向)に関して後縁62の中心を通る線であり、端部67と端部68とを結ぶ線である。端部68において、基準線Lrと仮想線Lmと中心線Lcとは交わる。端部67において、仮想線Lmと中心線Lcとは交わる。
The reference line Lr is a line perpendicular to the
(1)式の条件が満たされることにより、圧力面69は、第1方向に突出する曲面で形成される。
By satisfying the condition of the equation (1), the
また、maxΔθとなる羽根60の最大部71は、翼高さ方向の羽根60の中間部72よりもチップ64側に設けられる。すなわち、圧力面69が最も第1方向側に突出する最大部72は、翼高さ方向に関して、50%以上100%以下の範囲に配置される。
Further, the
最大部72は、翼高さ方向に関して、60%以上80%以下の位置に設けられてもよい。図8に示す例では、最大部71は、約65%の位置に設けられている。
The
ハブ63は、基準線Lrと直交するハブ面を含む。チップ64は、基準線Lrと直交するチップ面を含む。ハブ面は、ハブ63の表面を通り、基準線Lrと直交する仮想面である。チップ面は、チップ64の表面を通り、基準線Lrと直交する仮想面である。
The
本実施形態において、第1方向を向く羽根60の圧力面69とハブ面とがなす角度αhは、90[°]よりも小さい。圧力面69とチップ面とがなす角度αsは、90[°]よりも小さい。すなわち、角度αhは、鋭角である。角度αsは、鋭角である。
In the present embodiment, an angle αh formed by the
また、角度αsは、角度αhよりも大きい。すなわち、以下の(2)式の条件が満足される。 Also, the angle αs is larger than the angle αh. That is, the condition of the following equation (2) is satisfied.
αs>αh …(2) αs> αh (2)
本実施形態においては、最大部71が、翼高さ方向に関して、50%以上100%以下の位置に設けられるので、羽根車40の性能の低下が抑制される。
In the present embodiment, since the
図9は、本実施形態に係る羽根60の作用の一例を説明するための模式図である。図9に示すように、本実施形態においては、maxΔθとなる最大部71が、羽根60の中間部72よりもチップ64側(端部67側)に設けられる。そのため、最大部71とハブ63(端部68)との間の羽根60の圧力面69の表面積を大きくすることができる。すなわち、本実施形態においては、圧力面69のうち、最大部71とハブ63との間の領域69Aの表面積が大きくなる。
FIG. 9 is a schematic view for explaining an example of the action of the
羽根車40が回転軸AXを中心に回転すると、圧力面69の領域69Aには多くの気体が当たることとなる。その結果、羽根車40が回転すると、圧力面69の領域69Aの気体の圧力が高くなる。
When the
領域69Aの気体の圧力が高くなると、回転する羽根60の後縁62の端部68と、その周囲の気体との相対速度(流速)は低下する。これにより、後縁62近傍の圧力面69において気流の剥離が発生することが抑制される。そのため、後縁62の端部68におけるウェーク(乱気流)が小さくなる。したがって、損失が低減され、圧縮効率の低減が抑制されるので、羽根車40の性能の低下が抑制される。
As the pressure of the gas in the
図10は、比較例に係る羽根60Jの作用の一例を説明するための模式図である。図10に示すように、比較例に係る羽根60Jにおいては、maxΔθとなる最大部71が、羽根60の中間部72よりもハブ63側(端部68側)に設けられる。そのため、最大部71とハブ63(端部68)との間の羽根60の圧力面69の表面積は小さい。すなわち、比較例に係る羽根60Jにおいては、圧力面69のうち、最大部71とハブ63との間の領域69Aの表面積が小さい。
FIG. 10 is a schematic view for explaining an example of the action of the
比較例に係る羽根60Jを有する羽根車40が回転軸AXを中心に回転した場合、圧力面69の領域69Aに当たる気体は少ない。その結果、羽根車40が回転した場合において、圧力面69の領域69Aの気体の圧力は十分に上昇しない。
When the
領域69Aの気体の圧力が十分に上昇しないと、回転する羽根60Jの後縁62の端部68と、その周囲の気体との相対速度は高い状態を維持したままである。その結果、後縁62近傍の圧力面69において気流の剥離が発生する可能性が高くなり、損失が増大し、羽根車40の性能が低下する。
If the pressure of the gas in the
また、本実施形態において、羽根車40にシュラウドは接続されない。羽根車40は、ハウジング10と間隙を介して対向する。すなわち、本実施形態において、羽根車40は、所謂、オープン羽根車(オープンインペラ)である。
Further, in the present embodiment, the shroud is not connected to the
図11は、本実施形態に係る羽根60の一例を示す模式図である。図11は、端部67の近傍における羽根60の一部を模式的に示す。本実施形態において、羽根車40は、オープン羽根車である。図11に示すように、端部67を含む羽根60のチップ64とハウジング10の表面13とは間隙を介して対向する。
FIG. 11 is a schematic view showing an example of a
羽根60のハブ63は、ハブ板50と接続される固定端である。羽根60のチップ64は、自由端である。すなわち、羽根60は、ハブ板50に片持ち支持される。そのため、ハブ63側の羽根60の厚みが、チップ64側の羽根60の厚みよりも厚くなるように、羽根60が製造される。
The
本発明者は、チップ64とハウジング10との間に間隙が形成された状態で、羽根60のうち厚みが厚いハブ63側の部分から厚みが薄いチップ64側の部分に気体が流れると、ハブ63側の圧力面69において気流の剥離が発生する可能性が高くなることを見出した。また、本発明者は、オープン羽根車において、チップ64側の圧力面69よりも、ハブ63側の圧力面69におけるウェークが大きくなることを見出した。
In the state where a gap is formed between the
そして、本発明者は、羽根60の最大部71を羽根60の中間部72よりもチップ64側に設けて、最大部71とハブ63との間の圧力面69の表面積を大きくすることによって、ハブ63側の圧力面69においてウェークが大きくなることを抑制できることを見出した。
Then, the inventor provides the
以上説明したように、本実施形態によれば、maxΔθとなる最大部71が、羽根60の中間部71よりもチップ64側に設けられるので、最大部71とハブ63との間の羽根60の圧力面69の表面積を大きくすることができる。その結果、ハブ板50が回転すると、最大部71とハブ63との間の羽根60の圧力面69の気体の圧力を高めることができる。これにより、回転する羽根60の後縁62の端部68とその周囲の気体との相対速度(流速)が小さくなり、後縁62近傍の圧力面69において気流の剥離が発生することが抑制される。そのため、後縁62の端部68におけるウェークが小さくなる。したがって、損失が低減され、圧縮効率の低減が抑制されるので、羽根車40の性能の低下及び遠心圧縮機100の性能の低下が抑制される。
As described above, according to the present embodiment, the
また、本実施形態においては、翼高さ方向に関して、最大部71は、60%以上80%以下の位置に設けられる。これにより、圧縮効率の低減が抑制され、羽根車40の性能の低下及び遠心圧縮機100の性能の低下が抑制される。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施形態においては、角度αhは、90[°]よりも小さく、角度αsは、90[°]よりも小さい。これにより、圧縮効率の低減が抑制され、羽根車40の性能の低下及び遠心圧縮機100の性能の低下が抑制される。
Further, in the present embodiment, the angle αh is smaller than 90 °, and the angle αs is smaller than 90 °. Thereby, the reduction of the compression efficiency is suppressed, and the reduction of the performance of the
また、本実施形態においては、角度αsは、角度αhよりも大きい。これにより、圧縮効率の低減が抑制され、羽根車40の性能の低下及び遠心圧縮機100の性能の低下が抑制される。
Further, in the present embodiment, the angle αs is larger than the angle αh. Thereby, the reduction of the compression efficiency is suppressed, and the reduction of the performance of the
なお、本実施形態においては、羽根車40がオープン羽根車であることとした。オープン羽根車に本発明の態様を適用することにより、気流の剥離及びウェークの発生が効果的に抑制される。なお、羽根車40は、オープン羽根車でなくてもよい。羽根車40は、シュラウドが接続されたシュラウド付き羽根車(クローズドインペラ)でもよい。以下の実施形態においても同様である。
In the present embodiment, the
<第2実施形態>
第2実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
Second Embodiment
The second embodiment will be described. In the following description, the component parts identical or equivalent to those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.
図12は、本実施形態に係る羽根60の後縁62の形状の一例を模式的に示す図である。図12において、横軸は、基準線Lrからの距離(リーン量)を示す。縦軸は、翼高さ方向の位置を無次元化した値を示す。翼高さ方向に関して、ハブ63との境界の後縁62の端部68の位置は、0%位置である。翼高さ方向に関して、チップ64との境界の後縁62の端部67の位置は、100%位置とする。翼高さ方向に関して、羽根60の中間部72の位置は、50%位置である。
FIG. 12 is a view schematically showing an example of the shape of the trailing
図12に示すように、回転方向に関して、基準線Lrと仮想線Lmとの距離を基準リーン量Δθr、基準線Lrと中心線Lcとの距離を後縁リーン量Δθ、後縁リーン量Δθの最大値をmaxΔθとしたとき、Δθは、Δθrよりも大きい。 As shown in FIG. 12, regarding the rotational direction, the distance between the reference line Lr and the imaginary line Lm is the reference lean amount Δθr, the distance between the reference line Lr and the center line Lc is the trailing edge lean amount Δθ, and the trailing edge lean amount Δθ When the maximum value is set to maxΔθ, Δθ is larger than Δθr.
また、maxΔθとなる羽根60の最大部71は、翼高さ方向の羽根60の中間部72よりもチップ64側に設けられる。本実施形態において、最大部71は、端部(第1端部)67を含む。
Further, the
ハブ63は、基準線Lrと直交するハブ面を含む。チップ64は、基準線Lrと直交するチップ面を含む。ハブ面は、ハブ63の表面を通り、基準線Lrと直交する仮想面である。チップ面は、チップ64の表面を通り、基準線Lrと直交する仮想面である。
The
本実施形態において、第1方向を向く羽根60の圧力面69とハブ面とがなす角度αhは、90[°]よりも小さい。圧力面69とチップ面とがなす角度αsは、90[°]である。すなわち、角度αhは、鋭角である。角度αsは、直角である。
In the present embodiment, an angle αh formed by the
以上説明したように、本実施形態においても、後縁62近傍の圧力面69において気流の剥離が発生することが抑制される。そのため、後縁62の端部68におけるウェークが小さくなる。したがって、損失が低減され、圧縮効率の低減が抑制されるので、羽根車40の性能の低下及び遠心圧縮機100の性能の低下が抑制される。
As described above, also in the present embodiment, the occurrence of the separation of the air flow on the
また、本実施形態においては、羽根60を加工性良く製造することができる。
Further, in the present embodiment, the
10 ハウジング
11 入口ダクト
11M 流入口
12 出口ダクト
12M 流出口
13 表面
14 内面
15 後面
16 通路
40 羽根車
50 ハブ板
51 前面
52 表面
53 背面
54 側面
60 羽根
60J 羽根
61 前縁
62 後縁
63 ハブ
64 チップ
65 端部
66 端部
67 端部(第1端部)
68 端部(第2端部)
69 圧力面
69A 領域
70 負圧面
71 部分(最大部)
72 中間部
90 ディフューザ
91 シャフト部材
92 モータ
100 遠心圧縮機
AX 回転軸
Lc 中心線
Lm 仮想線
Lr 基準線
DESCRIPTION OF
68 end (second end)
69
72
Claims (7)
前記ハブ板の表面において前記回転軸の回転方向に配置される複数の羽根と、
を備え、
前記羽根は、
前縁と、
後縁と、
ハブと、
チップと、
を有し、
前記羽根は、形状が等しい複数の翼断面を前記回転方向にシフトしながら前記ハブ板の表面と交差する曲面要素をガイドとして前記羽根の翼高さ方向に積層された形状を有し、
前記第1方向を向く前記羽根の圧力面は、前記第1方向に突出する曲面であり、前記回転方向に関して前記第1方向の逆方向である第2方向を向く前記羽根の負圧面は、前記第2方向に凹む曲面であり、
前記チップとの境界の前記後縁の第1端部が前記ハブとの境界の前記後縁の第2端部よりも前記第1方向に配置されるように前記後縁にタンジェンシャルリーンが与えられ、
前記チップの境界の前記前縁の第3端部が前記ハブとの境界の前記前縁の第4端部よりも前記第1方向に配置されるように前記前縁にタンジェンシャルリーンが与えられ、
前記回転方向に関して、前記ハブ板の表面に垂直な基準線と、前記第1端部と前記第2端部とを結ぶ仮想線との距離を基準リーン量Δθr、
前記回転方向に関して、前記基準線と、前記第1端部と前記第2端部との間の前記後縁の中心線との距離を後縁リーン量Δθ、
前記後縁リーン量Δθの最大値をmaxΔθ、
としたとき、
前記Δθは、前記Δθrよりも大きく、
前記maxΔθとなる前記羽根の最大部は、前記ハブから前記チップまでの前記羽根の翼高さ方向の前記羽根の中間部よりも前記チップ側に設けられる、
羽根車。 A hub plate rotating in a first direction about the rotation axis;
A plurality of blades disposed in the rotational direction of the rotation shaft on the surface of the hub plate;
Equipped with
The blade is
At the front edge,
With the trailing edge,
With the hub,
With chips
Have
The blade has a shape stacked in the blade height direction of the blade using a curved element intersecting the surface of the hub plate as a guide while shifting a plurality of blade cross sections having the same shape in the rotational direction.
The pressure surface of the blade facing the first direction is a curved surface projecting in the first direction, and the suction surface of the blade facing the second direction opposite to the first direction with respect to the rotational direction It is a curved surface recessed in the second direction,
The tangential lean is applied to the trailing edge such that the first end of the trailing edge of the boundary with the tip is disposed in the first direction more than the second end of the trailing edge of the boundary with the hub And
The front edge is provided with tangential lean so that the third end of the front edge of the chip boundary is disposed in the first direction more than the fourth end of the front edge of the boundary with the hub ,
The distance between a reference line perpendicular to the surface of the hub plate and an imaginary line connecting the first end and the second end with respect to the rotational direction is a reference lean amount Δθr,
With respect to the rotational direction, the distance between the reference line and the center line of the trailing edge between the first end and the second end is a trailing edge lean amount Δθ,
The maximum value of the trailing edge lean amount Δθ is maxΔθ,
And when
The Δθ is larger than the Δθr,
The largest part of the blade which becomes the max Δθ is provided closer to the tip than the middle part of the blade in the blade height direction of the blade from the hub to the tip,
Impeller.
請求項1に記載の羽根車。 When the position of the second end is 0% and the position of the first end is 100% in the wing height direction, the maximum portion is provided at a position of 60% to 80%. ,
An impeller according to claim 1.
前記チップは、前記基準線と直交するチップ面を含み、
前記第1方向を向く前記羽根の圧力面と前記ハブ面とがなす角度αhは、90[°]よりも小さく、
前記圧力面と前記チップ面とがなす角度αsは、90[°]よりも小さい、
請求項1又は請求項2に記載の羽根車。 The hub includes a hub surface orthogonal to the reference line,
The chip includes a chip plane orthogonal to the reference line,
An angle αh formed by the pressure surface of the blade facing the first direction and the hub surface is smaller than 90 °.
An angle αs formed between the pressure surface and the tip surface is smaller than 90 °.
The impeller according to claim 1 or claim 2.
請求項3に記載の羽根車。 The angle αs is larger than the angle αh,
The impeller according to claim 3.
前記チップは、前記基準線と直交するチップ面を含み、
前記第1方向を向く前記羽根の圧力面と前記ハブ面とがなす角度αhは、90[°]よりも小さく、
前記圧力面と前記チップ面とがなす角度αsは、90[°]である、
請求項1又は請求項2に記載の羽根車。 The hub includes a hub surface orthogonal to the reference line,
The chip includes a chip plane orthogonal to the reference line,
An angle αh formed by the pressure surface of the blade facing the first direction and the hub surface is smaller than 90 °.
An angle αs formed between the pressure surface and the tip surface is 90 °.
The impeller according to claim 1 or claim 2.
前記ハウジングの内部に配置される請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の羽根車と、
を備える遠心圧縮機。 With the housing,
The impeller according to any one of claims 1 to 5, which is disposed inside the housing.
Centrifugal compressor comprising.
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