特許 6184017 インペラ及びそれを備えた回転機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6184017

(24)【登録日】2017年8月4日

(45)【発行日】2017年8月23日

(54)【発明の名称】インペラ及びそれを備えた回転機械

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/28 20060101AFI20170814BHJP

   F04D 29/66 20060101ALI20170814BHJP

【ＦＩ】

   F04D29/28 P

   F04D29/66 M

【請求項の数】3

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2014-4489(P2014-4489)

(22)【出願日】2014年1月14日

(65)【公開番号】特開2015-132219(P2015-132219A)

(43)【公開日】2015年7月23日

【審査請求日】2016年2月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】310010564

【氏名又は名称】三菱重工コンプレッサ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100134544

【弁理士】

【氏名又は名称】森 隆一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100126893

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 亮祐

(72)【発明者】

【氏名】岩本 真治

【審査官】 所村 陽一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２１９７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平１０−５０４６２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｄ ２９／２８

Ｆ０４Ｄ ２９／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸に支持され、前記回転軸の軸線を中心に回転するディスクと、
前記ディスクに略放射状に設けられた複数のブレードと、
を備え、前記ブレード間に流路が形成され、前記ディスクの回転によって前記ブレードに沿って回転中心から径方向外方へ流体を送り出すインペラであって、
前記ブレードの厚さの中心曲線を前記回転軸の軸線方向から前記ディスクに投影した投影曲線における接線と、前記投影曲線と前記接線との接点と前記軸線を結ぶ直線に対して直交する想像直線とがなす角度のうち、前記ディスクの回転方向の後側かつ外周側に形成される角度をブレードの羽根角度と定義した場合、
前記ブレードの羽根角度は、中心から外方へ向かって所定の漸増領域と漸減領域とを有し、かつ
前記漸増領域と前記漸減領域との変曲領域より中心側に、前記漸増領域の羽根角度増化量よりも小さな部分漸減領域が設けられ、
前記ブレードの羽根角度が、前記ブレードのハブ側の羽根角度であり、
前記部分漸減領域と前記漸減領域との間に、部分漸増領域が設けられており、
前記羽根角度が大きくなる位置の第一極大点と、前記羽根角度が小さくなる位置の極小点と、前記羽根角度が大きくなる位置の第二極大点と、が入口側から出口側へ順に設けられていることを特徴とするインペラ。

【請求項2】

前記ブレードは、流体が流入する入口側である前縁部の流れ方向位置を０％とし且つ流体が流出する出口側である後縁部の流れ方向位置を１００％とした場合、前記部分漸減領域が、２０％以上、５０％以下の範囲内に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のインペラ。

【請求項3】

軸線に沿って延びる回転軸と、
前記回転軸に支持され、該回転軸とともに前記軸線を中心に回転し、回転によって回転中心から径方向外方へ流体を送り出す請求項１又は２に記載のインペラと、を備えたことを特徴とする回転機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はインペラ及びそれを備えた回転機械、特にその高揚程化と高効率化との両立手法に関する。

【背景技術】

【0002】

遠心圧縮機などの回転機械では、ケーシングの内部にケーシングとの間で相対回転自在に設けられたインペラを備えており、ケーシングの外部から取り込んだ流体を、インペラを回転させてインペラ内の流路の径方向外側へ昇圧して吐出する。遠心圧縮機等では、性能向上を図るために、インペラに設けられるブレードの形状の最適化が図られている。

【0003】

このようなブレードの形状に関する技術が、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１の遠心圧縮機では、ブレード間の流路面積に着目して、ブレードの羽根角度の分布が規定されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−５７９５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、遠心圧縮機などの回転機械には、高揚程化と共に高効率化が求められている。
特許文献１の回転機械にあっても、高揚程化と高効率化とを満足のゆくレベルで両立するのは困難である。従来は、これを解決することのできる適切な技術も存在しなかった。

【0006】

本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、高揚程化と高効率化とを両立することのできるインペラ及びそれを備えた回転機械を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者がインペラの高性能化について鋭意検討した結果、従来、特許文献１のようにブレード間の流路面積に着目して羽根角度を形成していたが、高揚程化と高効率化とを両立するためには、二次流れの抑制に着目して羽根角度を形成することが有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。

【0008】

即ち、前記目的を解決するために本発明に係るインペラは、ディスクと、複数のブレードと、を備え、ブレード間に流路が形成され、ディスクの回転によってブレードに沿って回転中心から径方向外方へ流体を送り出すインペラであって、
ブレードの厚さの中心曲線を回転軸の軸線方向からディスクに投影した投影曲線における接線と、投影曲線と接線との接点と軸線を結ぶ直線に対して直交する想像直線とがなす角度のうち、ディスクの回転方向の後側かつ外周側に形成される角度をブレードの羽根角度と定義した場合、
ブレードの羽根角度は、中心から外方へ向かって所定の漸増領域と漸減領域とを有し、かつ漸増領域と漸減領域との変曲領域より中心側に、漸増領域の羽根角度増加量よりも小さな部分漸減領域を設けられ、前記ブレードの羽根角度が、前記ブレードのハブ側の羽根角度であり、前記部分漸減領域と前記漸減領域との間に、部分漸増領域が設けられており、前記羽根角度が大きくなる位置の第一極大点と、前記羽根角度が小さくなる位置の極小点と、前記羽根角度が大きくなる位置の第二極大点と、が入口側から出口側へ順に設けられていることを特徴とする。
ここで、ディスクは、回転軸に支持され、回転軸の軸線を中心に回転する。
また、複数のブレードは、ディスク上に略放射状に設けられたものとする。

【0009】

本発明にかかるインペラによれば、高揚程を得るために漸増領域で流体に高負荷を段階的に与えても、その途中の部分漸減領域で負荷を一旦緩和することが可能となる。これにより、負荷を高めながら、二次流れの巻き上がり傾向を大幅に抑制することができる。このため、二次流れと主流とが干渉することによるエネルギー損失を、大幅に低減することが可能となる。
しかも、部分漸減領域の羽根角度減少量を、漸増領域の羽根角度増加量よりも小さくすることにより、部分漸減領域と後続の領域との角度変化を小さくすることができる。これにより、部分漸減領域の減少量を漸増領域の羽根角度増加量よりも大とした場合に比較し、二次流れの巻き上がり傾向を大幅に抑制することが可能となる。このため、二次流れと主流とが干渉することによるエネルギー損失を、より大幅に低減することが可能となる。
また、本発明にかかるインペラによれば、前述したように部分漸減領域と漸減領域との間に、部分漸増領域を設けることにより、部分漸減領域と漸減領域とをより滑らかに接続することが可能となる。これにより、二次流れの巻き上がりを、より大幅に低減することが可能となる。このため、二次流れと主流とが干渉することによるエネルギー損失を、より大幅に低減することが可能となる。
また、本発明にかかるインペラによれば、前述したようにブレードの羽根角度をブレードのハブ側の羽根角度とすることにより、ブレードのハブ側でも流体に高負荷を与えることが可能となるので、更なる高揚程をかせぐことができる。
即ち、本発明の部分漸減領域が考慮されていない場合、ブレードのハブ側で流体に高負荷を与えると、ブレードのハブ側からシュラウド側に向かう二次流れの巻き上がり傾向が強くなるので、更なる高揚程化は困難であった。
これに対し、本発明にかかるインペラは、部分漸減領域を設けたので、ブレードのハブ側でも流体に高負荷を与えながら、部分漸減領域で二次流れの巻き上がり傾向を大幅に抑制することができる。これにより、より高い揚程をかせぐことが可能となる。

【0012】

本発明において、前記ブレードは、流体が流入する入口側である前縁部の流れ方向位置を０％とし且つ流体が流出する出口側である後縁部の流れ方向位置を１００％とした場合、前記部分漸減領域が、２０％以上、５０％以下の範囲内に形成されていてもよい。

【0013】

本発明にかかるインペラによれば、二次流れの巻き上がりが起き始める位置に、本発明の部分漸減領域を、より適切に位置決めすることが可能となる。このため、本発明の部分漸減領域の位置決めが考慮されていない場合に比較し、より確実に、二次流れの巻き上がり傾向を抑制することが可能となる。

【0016】

また、前記目的を解決するために本発明に係る回転機械は、軸線に沿って延びる回転軸と、前記回転軸に支持され、該回転軸とともに前記軸線を中心に回転し、回転によって回転中心から径方向外方へ流体を送り出す上記のインペラと、を備えたことを特徴とする。

【0017】

本発明にかかる回転機械は、本発明に係るインペラを備えることとしたので、回転機械として効率を高めると共に、揚程を高めることが可能となる。

【発明の効果】

【0018】

本発明にかかるインペラ及びそれを備えた回転装置によれば、従来極めて困難であった、高揚程化と高効率化との両立を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の本実施形態における遠心圧縮機の構造を示す断面図である。

【図2】本発明の本実施形態における遠心圧縮機の構造を示す要部断面図である。

【図3】本発明の本実施形態におけるインペラのブレードの形状を示す模式図である。

【図4】本発明の本実施形態におけるインペラのブレードの羽根角度分布を定義する模式図である。

【図5】本発明の本実施形態におけるインペラのブレードの羽根角度の分布である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明において特徴的なことは、高揚程化と高効率化とを両立することのできるインペラを備えたことにある。
以下、本発明の一実施形態に係るインペラを備えた遠心圧縮機について図１から図５を参照して説明する。
本実施形態にかかる回転機械は遠心圧縮機１０であり、本実施形態では多段圧縮機となっている。そして、図１に示すように、遠心圧縮機１０は、ケーシング２と、ケーシング２を貫通するように配置された軸線Ｏを中心に延在する回転軸３と、キーを介して回転軸３に一体に回転可能に固定された複数のインペラ１と、を主に備えている。

【0021】

ケーシング２は、略円柱状の外郭をなすように形成されたもので、中心を貫くようにして回転軸３を配置している。ケーシング２のうち回転軸３の軸線Ｏの延びる方向である軸線Ｏ方向の両端には、ジャーナル軸受２１が設けられ、一端には、スラスト軸受２２が設けられている。

【0022】

ケーシング２は、軸線Ｏ方向の一方側（図１における紙面左側）の端部には、ガス等の流体Ｆを外部から流入させる吸込口２３が設けられ、他方側（図１における紙面右側）の端部には、流体Ｆを外部に吐出する吐出口２４が設けられている。ケーシング２は、吸込口２３及び吐出口２４にそれぞれ連通して、縮径及び拡径を繰り返す内部空間が設けられている。この内部空間にはインペラ１が収容される。そして、インペラ１を収容した際にインペラ１同士の間となる位置にインペラ１を流通する流体Ｆを上流側から下流側に流通させるケーシング流路４が形成されており、吸込口２３と吐出口２４とはインペラ１及びケーシング流路４を介して連通している。

【0023】

回転軸３は、ケーシング２に収容されたインペラ１が外嵌されて、これらと共に軸線Ｏを中心に回転する。また回転軸３はジャーナル軸受２１及びスラスト軸受２２によってケーシング２に対して回転自在に支持されており、また図示しない原動機によって回転駆動される。

【0024】

複数のインペラ１は、図２に示すように、ケーシング２の内部に、回転軸３の軸線Ｏの延在する方向である軸線Ｏ方向に間隔を空けて複数配列されて収容されている。
また、各々のインペラ１は、流出側に進むにつれて漸次拡径した略円盤状のディスク１１と、ディスク１１の表面から回転軸３の軸線Ｏの一方側に向かって立ち上がるように、ディスク１１に放射状に取り付けられて周方向に並んだ複数のブレード１２と、を有している。さらに、このインペラ１は、軸線Ｏ方向の一方側からこれら複数のブレード１２を周方向に覆うように取り付けられたカバー１３を有している。インペラ１は、このカバー１３とケーシング２との間に、インペラ１とケーシング２とが接触しないように間隙が画成されている。

【0025】

さらに、インペラ１には、径方向に流体Ｆが流通するように画成された空間である流路１４が画成される。この流路１４は、互いに隣り合う一対のブレード１２の二つの面と共に、ブレード１２の軸線Ｏ方向の両側にそれぞれ設けられるディスク１１及びカバー１３の面によって画成されている。そして、流路１４は、ブレード１２がディスク１１と一体に回転することで流体Ｆを取り込んで排出する。具体的には、流路１４は、内部を流通する流体Ｆがブレード１２における軸線Ｏ方向の一方側、即ち、径方向内側を流体Ｆの流入する入口として流体Ｆを取り込む、そして、流路１４は、径方向外側を流体Ｆが流出する出口として案内して流体Ｆを排出する。

【0026】

ディスク１１は、軸線Ｏ方向の一方側を向く端面が小径とされ、他方側を向く端面が大径とされている。そして、ディスク１１は、これら二つの端面が軸線Ｏ方向の一方側から他方側に向かうにしたがって漸次拡径している。即ち、ディスク１１は、軸線Ｏ方向視で略円盤状をなし、全体として略傘形状をなしている。

【0027】

また、このディスク１１の径方向内側には、ディスク１１を軸線Ｏ方向に貫く貫通孔が形成されている。この貫通孔に回転軸３が挿入されて嵌合されることで、インペラ１が回転軸３に固定されて、一体として回転可能となっている。

【0028】

カバー１３は、複数のブレード１２を軸線Ｏ方向の一方側から覆うようにこれらブレード１２と一体に設けられた部材である。カバー１３は、軸線Ｏ方向の一方側から他方側に向かうに従って漸次拡径する略傘形状をなしている。即ち、本実施形態ではインペラ１は、カバー１３を有するクローズインペラとなっている。

【0029】

ブレード１２は、軸線Ｏを中心としてディスク１１から軸線Ｏ方向の一方側にカバー１３に向かって立ち上がるように、軸線Ｏの周方向、即ち、回転方向Ｒに一定間隔をあけて複数配置されている。ここで、ブレード１２のディスク１１側でありディスク１１に接続されている根元端部をハブ１２ｂとして、ブレード１２のカバー１３側（シュラウド側）である先端部をチップ１２ａとする。図３に示すように、ブレード１２は、それぞれディスク１１の径方向内側から外側に向かうにしたがって、回転方向Ｒの後方側に向かって三次元的に湾曲するように形成されている。なお、図３では、カバー１３を省略している。

【0030】

羽根角度βとは、ブレード１２の流体Ｆが流入してくる入口（軸線Ｏ方向の一方側）から流体Ｆが流出する出口（軸線Ｏ方向の径方向外側）にかけて、ブレード１２の曲面形状を決定する角度である。具体的には、羽根角度βは、図３及び図４に示すように、（シュラウド側）チップ１２ａとハブ１２ｂにおいて、ブレード１２の厚み方向の中間を結ぶことで描かれる仮想曲線である中心曲線ＣＬを、軸線Ｏ方向の一方側からディスク１１に投影して投影曲線ＰＬを描くことで導かれる。即ち、この投影曲線ＰＬにおける接線ＴＬと、投影曲線ＰＬと接線ＴＬとの接点Ｔｐと軸線Ｏとを結ぶ直線に対して直交する想像直線ＩＬと、が形成する角度のうち、ディスク１１の回転方向Ｒの後側かつディスク１１の外周側に形成される角度を羽根角度βと定義している。本実施形態においては、ブレード１２のハブ１２ｂの羽根角度を羽根角度βと定義する。

【0031】

そして、このブレード１２のハブ１２ｂの羽根角度βの分布を示したものが図５である。
ブレード１２のハブ１２ｂは、入口側（ブレードの前縁部）から出口側（ブレードの後縁部）に向かって羽根角度βが漸次大きくなる漸増領域Ａと、出口側に向かって羽根角度βが漸次小さくなる漸減領域Ｂと、が形成されている。
ブレードのハブ１２ｂは、漸増領域Ａと漸減領域Ｂとの変曲領域より中心側に、漸増領域Ａの羽根角度増加量よりも小さな部分漸減領域Ｃが形成されている。

【0032】

ブレード１２のハブ１２ｂは、部分漸減領域Ｃと漸減領域Ｂとの間に、出口側に向かって羽根角度βが漸次大きくなる部分漸増領域Ｄが形成されている。

【0033】

ブレード１２のハブ１２ｂは、羽根角度βが最大となる位置Ｐ_１の第一極大点と、羽根角度βが最小となる位置Ｐ_２の極小点と、羽根角度βが最大となる位置Ｐ_３の第二極大点と、を入口側から出口側へ順に有している。

【0034】

ブレード１２のハブ１２ｂは、流体が流入する入口側である前縁部の流れ方向位置を０％とし且つ流体が流出する出口側である後縁部の流れ方向位置を１００％とした場合、部分漸減領域Ｃが、２０％以上、５０％以下の範囲内に形成されている。

【0035】

また、各々のインペラ１の間を繋いで流体Ｆが段階的に昇圧されるように上述したケーシング流路４は形成されている。そして、吸込口２３が軸線Ｏ方向の一方側の端部に設けられた最前段のインペラ１の入口に接続され、各々のインペラ１の出口は隣接するインペラ１の入口にケーシング流路４を介して接続されている。また、軸線Ｏ方向の他方側の端部に設けられた最後段のインペラ１の出口は吐出口２４に接続されている。

【0036】

そして、ケーシング流路４は、流路１４から流体Ｆが導入されるディフューザ流路４１と、ディフューザ流路４１から流体Ｆが導入されるリターン流路４２とを有している。

【0037】

ディフューザ流路４１は、径方向内方側が流路１４に連通しており、インペラ１によって昇圧された流体Ｆを径方向外側に向かって流通させる。

【0038】

リターン流路４２は、一端側がディフューザ流路４１に連通し、他端側がインペラ１の入口に連通するようになっている。このリターン流路４２は、ディフューザ流路４１を通って径方向外側に向かって流れてきた流体Ｆの向きを径方向内側に向くように反転させるコーナ部４３と、径方向外方から径方向内方に向かって延出するストレート部４４とを有している。

【0039】

ストレート部４４は、ケーシング２に一体的に取り付けられた隔壁部材の下流側側壁と、ケーシング２に一体的に取り付けられて径方向内方に延伸した延伸部の上流側側壁とで囲まれた流路１４である。また、ストレート部４４には、回転軸３の軸線Ｏを中心として周方向に等間隔に配置された複数のリターンベーン５２が設けられている。

【0040】

次に、上記構成のインペラ１を備えた回転機械である遠心圧縮機１０の作用について説明する。
上記のような遠心圧縮機１０では、吸込口２３から流入した流体Ｆは、一段目のインペラ１の流路１４、ディフューザ流路４１、リターン流路４２の順に流れた後、二段目のインペラ１の流路１４、ディフューザ流路４１、リターン流路４２という順に流れていく。
そして、最後段のインペラ１のディフューザ通路まで流れた流体Ｆは、吐出口２４から外部に流出するようになっている。
そして、流体Ｆは、前述した順で流れる途中、各インペラ１によって圧縮される。つまり、本実施形態の遠心圧縮機１０では、流体Ｆを複数のインペラ１によって段階的に圧縮し、これによって大きな圧縮比を得るようになっている。

【0041】

ここで、従来のインペラでは、ブレード間の流路面積に着目してインペラの入口から出口までの羽根角度を形成していたため、流体の圧縮には限界があり、より高い揚程をかせぐのは困難であった。即ち、従来のインペラを用いたのでは、揚程をかせぐために流体の圧縮を高めると、二次流れが発生しやすくなる。二次流れと主流れとが干渉すると、エネルギー損失となり、効率、圧力上昇に悪影響を及ぼす。
一方、従来のインペラでは、効率を上げるために流体に与える圧力を下げることも考えられるが、高い揚程をかせぐことができない。
このように従来のインペラを用いたのでは、高揚程化と高効率化とを満足のゆく高いレベルで実現するのは困難であった。

【0042】

これに対し、本実施形態においては、高揚程化と高効率化とを、より高いレベルで実現するため、二次流れの抑制に着目し、ブレードのハブ側でも流体に高負荷を与えて揚程をかせぎつつ、ハブ側からシュラウド側に向かう二次流れを緩和するような負荷分布を与えている。
このために本実施形態のブレード１２のハブ１２ｂは、羽根角度βが、中心から外方へ向かって所定の漸増領域Ａと漸減領域Ｂとを有し、かつ漸増領域Ａと漸減領域Ｂとの変曲領域より中心側に、漸増領域Ａの羽根角度増加量よりも小さな部分漸減領域Ｃを設けている。このため高い揚程を得るために漸増領域Ａで次第に負荷を高めても、その途中である部分漸減領域Ｃで負荷を一旦緩和することが可能となる。これにより、流体に与える負荷を高めながら、二次流れの巻き上がり傾向を良好に抑制することができる。このため、二次流れと主流とが干渉することによるエネルギー損失を、大幅に低減することができる。
しかも、部分漸減領域Ｃの羽根角度減少量を、漸増領域Ａの羽根角度増加量よりも小さくしている。このため、部分漸減領域Ｃと後続の領域との角度変化を小さくすることができる。これにより、部分漸減領域Ｃの減少量を漸増領域の羽根角度増加量よりも大とした場合に比較し、二次流れの巻き上がり傾向を大幅に抑制することが可能となる。このため、二次流れと主流とが干渉することによるエネルギー損失を、より大幅に低減することができる。

【0043】

また、ブレード１２のハブ１２ｂは、部分漸減領域Ｃと漸減領域Ｂとの間に、部分漸増領域Ｄが形成されている。そのため部分漸減領域Ｃと漸減領域Ｂとを、より滑らかに接続することが可能となる。これにより、二次流れの巻き上がりを、より大幅に低減することが可能となる。このため、二次流れと主流とが干渉することによるエネルギー損失を、より大幅に低減することができる。

【0044】

また、ブレード１２のハブ１２ｂは、流体が流入する入口側の前縁部の流れ方向位置を０％とし且つ流体が流出する出口側の後縁部の流れ方向位置を１００％とした場合、部分漸減領域Ｃが、２０％以上、５０％以下の範囲内に形成されている。そのため二次流れの巻き上がりが起き始める位置に、部分漸減領域Ｃをより適切に位置決めすることができる。この結果、部分漸減領域Ｃの位置が考慮されていない場合に比較し、より確実に、二次流れの巻き上がり傾向を抑制することが可能となる。

【0045】

ブレード１２は、ハブ１２ｂの羽根角度βを考慮し、ハブ１２ｂ側でも流体に与える負荷を高めることができるので、更なる高揚程をかせぐことができる。
即ち、本発明の部分漸減領域Ｃが考慮されていない場合、ブレードのハブ側で流体に高負荷を与えると、ブレードのハブ側からシュラウド側に向かう二次流れの巻き上がり傾向が強くなり、ブレードのハブ側で流体に対する負荷を高めるのは困難になるので、更なる高揚程をかせぐことが難しい。
これに対し、本実施形態にかかるインペラ１によれば、ブレード１２は、ハブ１２ｂの羽根角度βを考慮して部分漸減領域Ｃを設けたので、ブレード１２のハブ１２ｂ側でも流体に高負荷を与えながら、部分漸減領域Ｃで二次流れの巻き上がり傾向を大幅に抑制することができる。このため、ブレード１２のハブ１２ｂ側でも流体に対しより高負荷を与えることができるので、より高い揚程をかせぐことができる。

【0046】

以上のように本実施形態のインペラ１は、ブレード１２のハブ１２ｂ側でも流体に高負荷を与えて揚程をかせぎつつ、ブレード１２のハブ１２ｂ側からシュラウド側に向かう二次流れを緩和するような負荷分布を与えている。即ち、図５に示されるようなブレードのハブ側の羽根角度βの分布を、前縁部でシュラウド側の羽根角度と同程度としつつ、極大点２か所、極小点１か所をもたせている。
より具体的には、図５中、位置Ｐ_０では、入口負荷を小さくして損失を低減している。
図５中、位置Ｐ_１では、第一極大点をもたせ、流れ方向の前方でも負荷を高めている。
図５中、位置Ｐ_２において、通常は二次流れの巻き上がりが起き始まると考えられる。そこで、本実施形態においては、この二次流れの巻き上がりが起き始まる位置Ｐ_２に極小点をもたせている。つまり位置Ｐ_２を低負荷とし、二次流れの巻き上がりが起きるのを効率的に抑制している。
極小点の位置Ｐ_２は、入口（ブレードの前縁部）から２０％〜５０％の範囲内にある。
また、位置Ｐ_１と位置Ｐ_２との間で、流路面積が最大となる。
図５中、位置Ｐ_３では、第二極大点をもたせ、流れ方向の中方でも、流体に負荷をもたせている。
図５中、位置Ｐ_４では、出口が構造的制約を満足するように負荷を小さくしている。

【0047】

また、ブレード１２のシュラウド側をアフトロードとすることにより、つまり流れ方向の後方に負荷をもたせるために羽根角度を次第に小さくして負荷を上げることにより、二次流れのシュラウド圧力面から負圧面への移動を緩和することも可能となる。
ブレード１２のシュラウド側の流れ変化をスムーズにすることも可能となる。
ブレード１２のハブ側の羽根角度βの分布において位置Ｐ_１，Ｐ_３に極大点を設け、位置Ｐ_２に極小点をもたせることにより、流れ変化が急となる部分があるものの、その影響を極力小さくするようにすることができる。

【0048】

したがって、本実施形態は、高揚程かつ高効率なインペラ１を実現することができる。

【0049】

さらに、本実施形態にかかるインペラ１を備えた回転機械によれば、高効率化と高揚程化とを両立することができるインペラ１を備えることとしたので、回転機械として、効率をより高めるとともに、揚程をよりかせぐことが可能となる。

【0050】

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、クレームの範囲によってのみ限定される。

【0051】

なお、本実施形態では、回転機械を遠心圧縮機１０としてインペラ１に使用されるブレード１２について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、斜流圧縮機のインペラ１、水車やガスタービンのインペラ１等に用いてもよい。
また、本実施形態では、カバー１３を備えるクローズインペラを例に説明したが、ブレード１２のチップ１２ａ側がケーシング２のシュラウド面により覆われる、いわゆるオープン型のインペラ１（オープンインペラ）に適用してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0052】

上記のインペラ及び回転機械によると、高揚程化と高効率化との両立を図ることができる。

【符号の説明】

【0053】

Ｏ…軸線 Ｆ…流体 Ｒ…回転方向 １…インペラ ３…回転軸 １０…遠心圧縮機 １１…ディスク １２…ブレード １２ｂ…ハブ Ａ…漸増領域 Ｂ…漸減領域 Ｃ…部分漸減領域 Ｄ…部分漸増領域 Ｐ_１…第一極大点の位置 Ｐ_２…極小点の位置 Ｐ_３…第二極大点の位置 ＣＬ…中心曲線 ＰＬ…投影曲線 ＴＬ…接線 Ｔｐ…接点 ＩＬ…想像直線 β…ハブ側の羽根角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】