원심식 유체 기계(CENTRIFUGAL FLUID MACHINE)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2015년10월30일
(11) 등록번호 10-1564858
(24) 등록일자 2015년10월26일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
F04D 29/44 (2006.01) F04D 17/10 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2014-7002326
(22) 출원일자(국제) 2012년06월08일
심사청구일자 2014년01월27일
(85) 번역문제출일자 2014년01월27일
(65) 공개번호 10-2014-0039065
(43) 공개일자 2014년03월31일
(86) 국제출원번호 PCT/JP2012/064796
(87) 국제공개번호 WO 2013/084525
국제공개일자 2013년06월13일
(30) 우선권주장
JP-P-2011-268925 2011년12월08일 일본(JP)
(56) 선행기술조사문헌
KR1020110125096 A
JP2010255609 A
JP2006029200 A
(73) 특허권자
미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
일본 도꾜도 미나또꾸 고난 2쵸메 16방 5고
(72) 발명자
이바라키 세이이치
일본 도꾜도 미나또꾸 고난 2쵸메 16방 5고 미츠
비시 쥬고교 가부시키가이샤 나이
스기모토 고이치
일본 도꾜도 미나또꾸 고난 2쵸메 16방 5고 미츠
비시 쥬고교 가부시키가이샤 나이
시라이시 게이이치
일본 도꾜도 미나또꾸 고난 2쵸메 16방 5고 미츠
비시 쥬고교 가부시키가이샤 나이
(74) 대리인
특허법인코리아나
전체 청구항 수 : 총 5 항 심사관 : 최정원
(54) 발명의 명칭 원심식 유체 기계
(57) 요 약
임펠러의 토출 흐름과 베인 입구의 각도 불일치에 의한 흐름의 박리를 억제하여, 날개가 형성된 디퓨저의 성능을
향상시킨 원심식 유체 기계를 제공한다. 복수 장의 블레이드, 및 이들 복수 장의 블레이드를 갖는 임펠러와,
임펠러의 하류측에 형성됨과 함께, 대향하는 슈라우드 측벽면 (22) 및 허브 측벽면 (23) 과의 사이에 복수 장의
베인 (24) 을 갖는 디퓨저 (21) 를 구비하고, 임펠러를 회전시켜 승압된 유체가 디퓨저 (21) 를 통과하여 유출되
도록 구성된 원심 압축기로서, 허브 측벽면 (23) 에 개구됨과 함께 작동 유체를 베인 (24) 의 압력면 (24a) 을
따라 유체의 흐름 방향으로 분사하는 1 또는 복수 개의 작동 유체 분사구 (25) 를 구비하고, 그 작동 유체 분사
구 (25) 가 스로트 반경 (R2) 보다 베인 (24) 의 전측 가장자리측이 되는 반경 위치에 형성되어 있다.
대 표 도 - 도1a
등록특허 10-1564858
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명 세 서
청구범위
청구항 1
복수 장의 블레이드, 및 이들 복수 장의 블레이드를 갖는 임펠러와,
상기 임펠러의 하류측에 형성됨과 함께, 대향하는 슈라우드 측벽면 및 허브 측벽면과의 사이에 복수 장의 베인
을 갖는 디퓨저를 구비하고,
상기 임펠러를 회전시켜 승압된 유체가 상기 디퓨저를 통과하여 유출되도록 구성된 원심식 유체 기계로서,
상기 허브 측벽면에 개구됨과 함께 작동 유체를 상기 베인의 압력면을 따라 상기 유체의 흐름 방향으로 분사하
는 1 또는 복수 개의 작동 유체 분사구를 구비하고, 그 작동 유체 분사구가 스로트 반경 (R2) 보다 상기 베인의
전측 가장자리측이 되는 반경 위치에 형성되어 있는 원심식 유체 기계.
청구항 2
복수 장의 블레이드, 및 이들 복수 장의 블레이드를 갖는 임펠러와,
상기 임펠러의 하류측에 형성됨과 함께, 대향하는 슈라우드 측벽면 및 허브 측벽면과의 사이에 복수 장의 베인
을 갖는 디퓨저를 구비하고,
상기 임펠러를 회전시켜 승압된 유체가 상기 디퓨저를 통과하여 유출되도록 구성된 원심식 유체 기계로서,
상기 슈라우드 측벽면에 개구됨과 함께 작동 유체를 상기 베인의 부압면을 따라 상기 유체의 흐름 방향으로 분
사하는 1 또는 복수 개의 작동 유체 분사구를 구비하고, 그 작동 유체 분사구가 스로트 반경 (R2) 보다 상기 베
인의 전측 가장자리측이 되는 반경 위치에 형성되어 있는 원심식 유체 기계.
청구항 3
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 작동 유체 분사구를 형성하는 반경 위치는, 상기 베인의 전측 가장자리 반경 (R1) 을 기준으로 하여 95 ％
의 최소 반경 (Ro) 을 내주측 한도로 하고, 상기 스로트 반경 (R2) 을 외주측 한도로 한 원심식 유체 기계.
청구항 4
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 작동 유체 분사구의 작동 유체 분사 각도 (θ) 는, 상기 유체의 흐름 방향에 대하여 벽면으로부터 60 도
이하가 되도록 설정되어 있는 원심식 유체 기계.
청구항 5
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 작동 유체는, 상기 디퓨저의 하류로부터 일부를 환류시킨 유체, 또는 외부의 압력원으로부터 도입한 유체
를 사용하는 원심식 유체 기계.
발명의 설명
기 술 분 야
본 발명은, 날개가 형성된 디퓨저를 구비한 원심식 유체 기계, 특히 선박용 과급기, 자동차용 과급기, 항공용[0001]
가스 터빈 등에 사용되는 원심 압축기 등의 원심식 유체 기계에 관한 것이다.
배 경 기 술
등록특허 10-1564858
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원심식 유체 기계는, 케이싱 내에서 임펠러를 회전시킴으로써, 승압되는 유체 (기체) 가 임펠러 내의 대부분의[0002]
유로를 반경 방향으로 통과하여 흘러, 주로 원심력의 작용으로 승압되도록 구성되어 있다. 이와 같은 원심
식 유체 기계는, 고압력비, 고효율, 넓은 작동 범위가 요구되는 점에서, 임펠러의 하류에 복수 장의 베인 (디퓨
저 날개) 을 구비한 날개가 형성된 디퓨저가 형성되어 있고, 이 날개가 형성된 디퓨저의 고성능화가 불가결로
되고 있다.
특허문헌 1 의 원심 압축기에서는, 공기의 흐름이 베인으로부터 박리되는 것을 방지하기 위해, 베인의 부압면[0003]
(負壓面) 과 압력면을 연통시키는 연통로를 형성하고 있다.
특허문헌 2 의 원심식 유체 기계에는, 슈라우드의 측벽면 및 허브의 측벽면 중 적어도 일방의 벽면에 형성된[0004]
홈, 혹은 벽면과 근접하는 베인의 단부 (端部) 에 형성된 연통공에 의해, 베인의 반경 방향 외측면과 반경 방향
내측면을 연통시킨 구성이 개시되어 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 베인의 반경 방향 내측면에 형성된 경
계층의 두께가 감소하므로, 디퓨저의 실속 (失速) 한계를 저유량측으로 확대할 수 있어, 넓은 유량 범위에 있어
서의 안정적인 운전이 가능해진다.
선행기술문헌
특허문헌
(특허문헌 0001) 일본 공개특허공보 평10-331794호 [0005]
(특허문헌 0002) 일본 공개특허공보 2005-155565호
발명의 내용
해결하려는 과제
그런데, 원심식 유체 기계의 베인에는, 임펠러로부터 토출된 승압 후의 유체가 변형된 흐름이 되어 유입된다.[0006]
이 때문에, 베인의 성능 향상에는, 임펠러의 흐름을 고려한 개선이 필요하다.
변형된 흐름을 구체적으로 설명하면, 디퓨저의 베인에는, 승압된 유체의 흐름이 날개 높이 방향으로 속도 분포[0007]
를 갖고 유입된다. 이 때문에, 베인 입구에 있어서는, 흐름각과 날개 입구 각도의 불일치가 발생하게 된다.
이와 같은 각도의 불일치는, 베인의 전측 가장자리에서 승압되는 유체의 흐름에 박리를 발생시키므로, 이 박
리에서 기인하여, 날개가 형성된 디퓨저의 효율 저하나 베인의 실속을 발생시킨다는 개선해야 할 과제가 있다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 임펠러의 토출 흐름과 베인 입구의[0008]
각도 불일치에 의한 흐름의 박리를 억제하여, 날개가 형성된 디퓨저의 성능을 향상시킨 원심식 유체 기계를 제
공하는 것에 있다.
과제의 해결 수단
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해, 하기의 수단을 채용하였다.[0009]
본 발명의 제 1 양태에 관련된 원심식 유체 기계는, 복수 장의 블레이드, 및 이들 복수 장의 블레이드를 갖는[0010]
임펠러와, 상기 임펠러의 하류측에 형성됨과 함께, 대향하는 슈라우드 측벽면 및 허브 측벽면과의 사이에 복수
장의 베인을 갖는 디퓨저를 구비하고, 상기 임펠러를 회전시켜 승압된 유체가 상기 디퓨저를 통과하여 유출되도
록 구성된 원심식 유체 기계로서, 상기 허브 측벽면에 개구됨과 함께 작동 유체를 상기 베인의 압력면을 따라
상기 유체의 흐름 방향으로 분사하는 1 또는 복수 개의 작동 유체 분사구를 구비하고, 그 작동 유체 분사구가
스로트 반경 (R2) 보다 상기 베인의 전측 가장자리측이 되는 반경 위치에 형성되어 있다.
이와 같은 원심식 유체 기계에 의하면, 허브 측벽면에 개구됨과 함께 작동 유체를 베인의 압력면을 따라 유체의[0011]
흐름 방향으로 분사하는 1 또는 복수 개의 작동 유체 분사구를 구비하고, 그 작동 유체 분사구가 스로트 반경
(R2) 보다 베인의 전측 가장자리측이 되는 반경 위치에 형성되어 있으므로, 베인의 압력면 허브측에 분사된 작
동 유체가 임펠러로부터 토출되는 변형된 흐름과 합류하여, 흐름각과 날개 입구 각도의 각도 불일치에서 기인하
는 박리를 억제한다.
즉, 베인 전측 가장자리부의 압력면으로부터 박리되려고 하는 흐름은, 작동 유체 분사구로부터 압력면을 따라[0012]
등록특허 10-1564858
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유체의 흐름 방향으로 분사된 작동 유체의 영향을 받기 때문에, 압력면으로부터 잘 이간되지 않게 된다. 이
경우, 압력면측의 박리를 억제하기 위해서는, 스로트 폭의 20 ％ 이하가 되는 압력면측의 영역에 작동 유체 분
사구를 개구시켜 작동 유체를 분사시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 양태에 관련된 원심식 유체 기계는, 복수 장의 블레이드, 및 이들 복수 장의 블레이드를 갖는[0013]
임펠러와, 상기 임펠러의 하류측에 형성됨과 함께, 대향하는 슈라우드 측벽면 및 허브 측벽면과의 사이에 복수
장의 베인을 갖는 디퓨저를 구비하고, 상기 임펠러를 회전시켜 승압된 유체가 상기 디퓨저를 통과하여 유출되도
록 구성된 원심식 유체 기계로서, 상기 슈라우드 측벽면에 개구됨과 함께 작동 유체를 상기 베인의 부압면을 따
라 상기 유체의 흐름 방향으로 분사하는 1 또는 복수 개의 작동 유체 분사구를 구비하고, 그 작동 유체 분사구
가 스로트 반경 (R2) 보다 상기 베인의 전측 가장자리측이 되는 반경 위치에 형성되어 있다.
이와 같은 원심식 유체 기계에 의하면, 슈라우드 측벽면에 개구됨과 함께 작동 유체를 베인의 부압면을 따라 유[0014]
체의 흐름 방향으로 분사하는 1 또는 복수 개의 작동 유체 분사구를 구비하고, 그 작동 유체 분사구가 스로트
반경 (R2) 보다 베인의 전측 가장자리측이 되는 반경 위치에 형성되어 있으므로, 베인의 부압면 슈라우드측에
분사된 작동 유체가 임펠러로부터 토출되는 변형된 흐름과 합류하여, 흐름각과 날개 입구 각도의 각도 불일치에
서 기인하는 박리를 억제한다.
즉, 베인 전측 가장자리부의 부압면으로부터 박리되려고 하는 흐름은, 작동 유체 분사구로부터 부압면을 따라[0015]
유체의 흐름 방향으로 분사된 작동 유체의 영향을 받기 때문에, 부압면으로부터 잘 이간되지 않게 된다. 이
경우, 부압면측의 박리를 억제하기 위해서는, 스로트 폭의 20 ％ 이하가 되는 부압면측의 영역에 작동 유체 분
사구를 개구시켜 작동 유체를 분사시키는 것이 바람직하다.
상기 원심식 유체 기계에 있어서, 상기 작동 유체 분사구를 형성하는 반경 위치는, 상기 베인의 전측 가장자리[0016]
반경 (R1) 을 기준으로 하여 95 ％ 의 최소 반경 (Ro) 을 내주측 한도로 하고, 상기 스로트 반경 (R2) 을 외주
측 한도로 하는 것이 바람직하고, 이로써, 베인의 전측 가장자리 근방이 되는 영역에 작동 유체를 분사하여, 임
펠러의 토출 흐름과 베인 입구의 각도 불일치에서 기인하여 발생하는 흐름의 박리를 최소한의 작동 유체 분사량
으로 효율적으로 억제할 수 있다.
상기 원심식 유체 기계에 있어서, 상기 작동 유체 분사구의 작동 유체 분사 각도 (θ) 는, 상기 유체의 흐름 방[0017]
향에 대하여 벽면으로부터 60 도 이하가 되도록 설정되어 있는 것이 바람직하고, 이로써, 분사된 작동 유체가
베인의 전측 가장자리로부터 압력면 허브측 또는 부압면 슈라우드측을 따라 효율적으로 흐르게 되어, 분사된 작
동 유체에 의한 박리 억제의 효율이 향상된다.
상기 원심식 유체 기계에 있어서, 상기 작동 유체는, 상기 디퓨저의 하류로부터 일부를 환류시킨 유체, 또는 외[0018]
부의 압력원으로부터 도입한 유체를 사용하는 것이 바람직하다.
발명의 효과
상기 서술한 본 발명에 의하면, 임펠러의 토출 흐름과 베인 입구의 각도 불일치에 의한 흐름의 박리를[0019]
억제하여, 날개가 형성된 디퓨저의 성능을 향상시킨 원심식 유체 기계를 제공한다는 현저한 효과가 얻어진다.
특히, 베인의 압력면 허브측에 분사되는 작동 유체는 성능 향상에 유효하고, 베인의 부압면 슈라우드측에 분사[0020]
되는 작동 유체는 작동 범위의 확대에 유효하므로, 압력면 허브측 및 부압면 슈라우드측의 양방에 작동 유체를
분사함으로써, 고압력비 및 고효율로 넓은 작동 범위의 원심식 유체 기계를 실현하는 것이 가능해진다.
도면의 간단한 설명
도 1a 는 본 발명에 관련된 원심식 유체 기계의 일 실시형태를 나타내는 도면으로, 날개가 형성된 디퓨저의 주[0021]
요부 구성예를 나타내는 사시도이다.
도 1b 는 본 발명에 관련된 원심식 유체 기계의 일 실시형태를 나타내는 도면으로, 도 1a 의 날개가 형성된 디
퓨저를 슈라우드측에서 본 단면도이다.
도 1c 는 본 발명에 관련된 원심식 유체 기계의 일 실시형태를 나타내는 도면으로, 도 1b 의 A-A 단면도이다.
도 2 는 원심식 유체 기계의 개요를 나타내는 임펠러 및 날개가 형성된 디퓨저의 종단면도이다.
도 3 은 도 2 의 원심식 유체 기계를 임펠러 상류측에서 본 도면이다.
등록특허 10-1564858
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발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
이하, 본 발명에 관련된 원심식 유체 기계 (이하, 원심 압축기를 예시하여 설명한다) 의 일 실시형태를 도면에[0022]
기초하여 설명한다.
도 2 및 도 3 에 나타내는 바와 같이, 원심 압축기 (10) 는, 임펠러 (11) 와 디퓨저 (21) 를 주된 요소로 하여[0023]
구성된 것으로, 도입된 유체를 승압시켜 토출한다. 임펠러 (11) 는, 복수 장의 블레이드 (12) 와, 이들 블
레이드 (12) 의 근원부 (R) 에 배치된 허브 (13) 를 가짐과 함께, 블레이드 (12) 는 각각 허브 (13) 의 소경측
(小徑側) 단부 (13a) 에 그 전측 가장자리 (LE) 가 위치함과 함께, 허브 (13) 의 대경측 (大徑側) 단부 (13b)
에 그 후측 가장자리 (TE) 가 위치하도록 하여, 허브 (13) 의 표면 상에 형성되어 있다.
도면에 있어서 부호 14 는, 블레이드 (12) 의 선단측을 덮도록 배치된 슈라우드를 나타내고 있다.[0024]
디퓨저 (21) 는, 전술한 임펠러 (11) 의 하류측에 형성됨과 함께, 대향하는 슈라우드 측벽면 (22) 및 허브 측벽[0025]
면 (23) 과의 사이에 복수 장의 베인 (디퓨저 날개) (24) 을 갖는 것으로, 임펠러 (11) 를 통과하여 승압된 유
체 (기체) 가 갖는 운동 에너지를 압력 에너지로 변환시키는 기능을 갖고 있다. 즉, 디퓨저 (21) 에서는,
유체의 유속이 감속됨으로써, 흐름의 동압이 정압의 상승으로 변환된다.
이렇게 하여 정압이 상승한 흐름은, 소용돌이상의 볼류트 (31) 에 의해 원심 압축기 (10) 의 출구로 유도된다.[0026]
즉, 원심 압축기 (10) 는, 복수 장의 블레이드 (12), 및 이들 복수 장의 블레이드 (12) 의 근원부 (R) 에 배치[0027]
되는 허브 (13) 를 갖는 임펠러 (11) 와, 임펠러 (11) 의 하류측에 형성됨과 함께, 대향하는 슈라우드 측벽면
(22) 및 허브 측벽면 (23) 과의 사이에 복수 장의 베인 (24) 을 갖는 디퓨저 (21) 를 구비하고, 임펠러 (11) 를
회전시켜 승압된 유체가 디퓨저 (21) 를 통과하여 유출되도록 구성되어 있다.
도 1a 는 디퓨저 (21) 의 일부를 확대한 사시도로, 임펠러 (11) 를 통과한 유체의 출구측이 되는 블레이드 (12)[0028]
의 후측 가장자리 (TE) 측에서, 즉, 디퓨저 (21) 의 입구측에서 본 도면이다.
상기 서술한 원심 압축기 (10) 에 대하여, 도 1a ∼ 도 1c 에 나타내는 본 실시형태의 제 1 양태에서는, 허브[0029]
측벽면 (23) 에 개구됨과 함께 작동 유체 (도면 중의 화살표 (Fa)) 를 베인 (24) 의 압력면 (24a) 을 따라 유체
의 흐름 방향으로 분사하는 1 또는 복수 개의 작동 유체 분사구 (25) 를 구비하고 있다. 그리고, 이 작동
유체 분사구 (25) 는, 스로트 반경 (R2) 보다 베인 (24) 의 전측 가장자리 (24c) 측이 되는 반경 위치에 형성되
어 있다.
상기 서술한 작동 유체 분사구 (25) 는, 베인 (24) 의 전측 가장자리 (24c) 에 상당하는 반경 (R1), 즉 전측 가[0030]
장자리 (24c) 의 위치를 연결하는 원의 반경 (R1) 을 기준으로 한 95 ％ 반경 위치 (Ro) (95 ％ R1) 로부터, 베
인 (24) 의 스로트 (27) 와 부압면 (24b) 이 교차하는 반경 위치 (R2) 까지의 범위 내에, 압력면 (24a) 을 따라
1 또는 복수 개의 구멍이 형성되어 있다. 바꿔 말하면, 작동 유체 분사구 (25) 를 형성하는 반경 위치 (반
경 방향의 영역) 는, 베인 (24) 의 전측 가장자리 반경 (R1) 을 기준으로 하여 정한 95 ％ 의 최소 반경 (Ro)
을 내주측 한도로 하고, 또한 스로트 반경 (R2) 을 외주측 한도로 한 범위 내가 된다.
작동 유체 분사구 (25) 가 되는 구멍은, 예를 들어 도 1c 에 나타내는 바와 같이, 작동 유체 분사 각도 (θ)[0031]
가, 유체의 흐름 방향에 대하여 허브 측벽면 (23) 으로부터 60 도 이하 (θ ＜ 60 도) 가 되도록 설정되어
있다. 작동 유체 분사구 (25) 는, 일반적으로는 원형 단면으로 하지만, 이것에 한정되지 않으며, 타원형이
나 사각형 등의 단면 형상은 물론, 압력면 (24a) 을 따라 가늘고 긴 슬릿으로 해도 된다.
작동 유체 분사구 (25) 로부터 분사되는 작동 유체는, 예를 들어 도 2 에 나타내는 바와 같이, 디퓨저 (21) 의[0032]
하류로부터 추기 (抽氣) 유로 (28) 를 통과시켜 일부를 환류시킨 유체여도 되고, 혹은 외부의 압력원 (40) 으로
부터 도입한 유체를 사용해도 된다.
이와 같은 작동 유체 분사구 (25) 를 갖는 원심 압축기 (10) 는, 허브 측벽면 (23) 에 개구되고 베인 (24) 의[0033]
압력면 (24a) 에 작동 유체 (Fa) 를 분사하므로, 베인 (24) 의 압력면 허브측에 분사된 작동 유체가 임펠러
(11) 로부터 토출되는 승압 유체의 변형된 흐름과 합류하여, 흐름각과 날개 입구 각도의 각도 불일치에서 기인
하는 박리를 억제한다.
즉, 베인 (24) 의 전측 가장자리부에 있어서는, 전측 가장자리 (24c) 의 주변에서 압력면 (24a) 으로부터 박리[0034]
되려고 하는 유체의 흐름이, 작동 유체 분사구 (25) 로부터 압력면 (24a) 을 따라 유체의 흐름 방향으로 분사된
작동 유체 (Fa) 의 영향을 받기 때문에, 압력면 (24a) 으로부터 잘 이간되지 않게 된다. 바꿔 말하면, 전측
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가장자리부 주변에서 압력면 (24a) 으로부터 박리되려고 하는 유체의 흐름은, 작동 유체 분사구 (25) 로부터 압
력면 (24a) 을 따라 유체의 흐름 방향으로 분사된 작동 유체 (Fa) 의 흐름에 의해 박리 방향을 향하는 흐름이
억제되기 때문에, 압력면 (24a) 으로부터 잘 이간되지 않게 된다.
이와 같이 하여, 작동 유체 분사구 (25) 로부터 베인 (24) 의 압력면 허브측에 작동 유체를 분사함으로써, 임펠[0035]
러 (11) 의 토출 흐름과 베인 (24) 의 날개 입구 각도의 불일치에 의한 흐름의 박리가 억제되고, 그 결과, 디퓨
저 (21) 및 원심 압축기 (10) 의 성능이 향상된다.
이 경우, 압력면 (24a) 으로부터 유체의 흐름이 박리되는 것을 효율적으로 억제하기 위해서는, 스로트 (27) 의[0036]
폭 방향에 있어서, 스로트 폭의 20 ％ 이하가 되는 압력면 (24a) 측의 영역에 작동 유체 분사구 (25) 를 개구시
키는 것이 바람직하다. 즉, 스로트 (27) 의 폭 방향에 있어서, 박리 억제 대상이 되는 압력면 (24a) 에 가
까운 위치로부터 작동 유체를 분사시키는 것이 바람직하다.
이와 같은 박리 억제에 필요한 작동 유체의 분사 유량은, 압축하는 유체 유량의 2 ∼ 5 ％ 정도이며, 5 ％ 이상[0037]
으로 하면 박리 방지의 효과에 거의 변화는 없고, 2 ％ 이하에서는 충분한 박리 방지 효과가 얻어지지 않는다.
작동 유체 분사구 (25) 를 형성하는 반경 위치에 대해, 내주측 한도를 최소 반경 (Ro) 으로 한 것은, 분사구 작[0038]
동 유체에 의한 박리 방지 효과가 현재화 (顯在化) 되기 때문이며, 외주측 한도를 스로트 반경 (R2) 으로 한 것
은, 그 이상에서는 박리 방지 효과의 변화가 거의 없기 때문이다.
계속해서, 상기 서술한 원심 압축기 (10) 에 대하여, 도 1a ∼ 도 1c 에 나타내는 본 실시형태의 제 2 양태에서[0039]
는, 슈라우드 측벽면 (22) 에 개구됨과 함께 작동 유체 (도면 중의 화살표 (Fa)) 를 베인 (24) 의 부압면 (24b)
을 따라 유체의 흐름 방향으로 분사하는 1 또는 복수 개의 작동 유체 분사구 (26) 를 구비하고 있다.
그리고, 이 작동 유체 분사구 (26) 는, 상기 서술한 작동 유체 분사구 (25) 와 동일하게, 스로트 반경 (R2) 보[0040]
다 베인 (24) 의 전측 가장자리 (24c) 측이 되는 반경 위치에 형성되어 있다. 즉, 상기 서술한 제 1 양태와
는, 작동 유체 분사구 (26) 의 위치가 슈라우드 측벽면 (22) 이 되어 상이하지만, 작동 유체 분사구 (26) 의 설
치 위치 (영역) 나 작동 유체 등의 기본 사항에 대해서는, 허브 측벽면 (23) 을 슈라우드 측벽면 (22) 으로 바
꿔 읽고, 압력면 (24a) 을 부압면 (24b) 으로 바꿔 읽으면 된다.
이와 같은 원심 압축기 (10) 에 의하면, 슈라우드 측벽면 (22) 에 개구됨과 함께 작동 유체를 베인 (24) 의 부[0041]
압면 (24b) 을 따라 유체의 흐름 방향으로 분사하는 1 또는 복수 개의 작동 유체 분사구 (26) 를 구비하고, 이
작동 유체 분사구 (26) 가 스로트 반경 (R2) 보다 베인 (24) 의 전측 가장자리 (24c) 측이 되는 반경 위치에 형
성되어 있으므로, 베인 (24) 의 부압면 슈라우드측에 분사된 작동 유체가 임펠러 (11) 로부터 토출되는 변형된
흐름과 합류하여, 흐름각과 날개 입구 각도의 각도 불일치에서 기인하는 박리를 억제한다. 그 결과, 디퓨저
(21) 및 원심 압축기 (10) 의 작동 범위, 구체적으로는, 서징 발생의 유량값에 의해 규정되는 저유량측
(하한값) 에서, 초크 발생의 유량값이 규정하는 고유량값 (상한값) 까지의 작동 유량 범위를 확대하는 것이 가
능해진다.
즉, 베인 (24) 의 전측 가장자리부 (24c) 에 있어서의 부압면 (24b) 으로부터 박리되려고 하는 흐름은, 작동 유[0042]
체 분사구 (26) 로부터 부압면 (24b) 을 따라 유체의 흐름 방향으로 분사된 작동 유체의 영향을 받기 때문에,
부압면 (24b) 으로부터 잘 이간되지 않게 된다. 이 경우, 부압면 (24b) 측의 박리를 억제하기 위해서는, 작
동 유체 분사구 (25) 와 동일하게, 스로트 폭의 20 ％ 이하가 되는 부압면 (24b) 측의 영역에 작동 유체 분사구
(26) 를 개구시켜 작동 유체를 분사시키는 것이 바람직하다.
압축하는 유체 유량에 대한 분사 유량의 비율이나, 내주측 한도를 최소 반경 (Ro) 으로 하고, 또한 외주측 한도[0043]
를 스로트 반경 (R2) 으로 하는 것, 작동 유체 분사 각도 (θ) 를 60 도 이하로 하는 이유나 작동 유체의 공급
원 등에 대해서는, 상기 서술한 허브 측벽면 (23) 측의 작동 유체 분사구 (25) 와 동일하다.
마지막으로, 상기 서술한 원심 압축기 (10) 에 대하여, 도 1a ∼ 도 1c 에 나타내는 본 실시형태의 제 3 양태에[0044]
서는, 허브 측벽면 (23) 에 개구됨과 함께 작동 유체를 베인 (24) 의 압력면 (24a) 을 따라 유체의 흐름 방향으
로 분사하는 1 또는 복수 개의 작동 유체 분사구 (25) 와, 슈라우드 측벽면 (22) 에 개구됨과 함께 작동 유체를
베인 (24) 의 부압면 (24b) 을 따라 유체의 흐름 방향으로 분사하는 1 또는 복수 개의 작동 유체 분사구 (26)
를 구비하고 있다. 즉, 상기 서술한 제 1 양태 및 제 2 양태의 작동 유체 분사구 (25, 26) 를 모두 구비한
구성이 된다.
이와 같은 구성으로 하면, 상기 서술한 제 1 양태 및 제 2 양태의 작용 효과가 얻어지므로, 디퓨저 (21) 및 원[0045]
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심 압축기 (10) 의 성능 향상 및 작동 범위 확대가 가능해진다.
이와 같이, 상기 서술한 본 실시형태에 의하면, 임펠러 (11) 의 토출 흐름과 베인 입구의 각도 불일치에 의한[0046]
흐름의 박리를 억제하여, 베인 (24) 을 구비한 디퓨저 (21) 의 성능을 향상시킨 원심 압축기 (10) 등의 원심식
유체 기계를 제공할 수 있다.
특히, 작동 유체 분사구 (25) 로부터 베인 (24) 의 압력면 허브측에 분사하는 작동 유체는 성능 향상에 유효하[0047]
고, 작동 유체 분사구 (26) 로부터 베인 (24) 의 부압면 슈라우드측에 분사하는 작동 유체는 작동 범위의 확대
에 유효하므로, 압력면 허브측 및 부압면 슈라우드측의 양방에 작동 유체를 분사함으로써, 고압력비 및 고효율
로 넓은 작동 범위의 원심식 유체 기계를 실현하는 것이 가능해진다.
본 발명은 상기 서술한 실시형태에 한정되지 않으며, 예를 들어 원심식 유체 기계가 원심식 유체 기계 (선박용[0048]
과급기, 자동차용 과급기, 항공용 가스 터빈 등) 에 한정되지 않으며, 원심 펌프나 원심 블로어를 포함하는 것
과 같이, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 적절히 변경할 수 있다.
부호의 설명
10 : 원심 압축기 (원심식 유체 기계)[0049]
11 : 임펠러
12 : 블레이드
13 : 허브
14 : 슈라우드
21 : 디퓨저
22 : 슈라우드 측벽면
23 : 허브 측벽면
24 : 베인 (디퓨저 날개)
24a : 압력면
24b : 부압면
24c : 전측 가장자리
25, 26 : 작동 유체 분사구
27 : 스로트
28 : 추기 유로
40 : 압력원
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도면
도면1a
도면1b
도면1c
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도면2
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도면3
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