スワールブレ-カによる旋回失速のアクティブコントロール

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06555054
• Research Category: Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research (B)
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 黒川 淳一 横浜国立大学, 工学部, 教授 (40017976)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山本 和義 (株)荏原総合研究所, 副所長 ; 北洞 貴也 横浜国立大学, 工学部, 助手 (30204910) ; 松井 純 横浜国立大学, 工学部, 講師 (40251756)
• Keywords: スワールブレ-カ / 旋回失速 / 旋回流れ / 安定性 / 軸対称流れ / 流れ角 / 平行壁ディフューザ / 羽根車

Research Abstract

ターボ形流体機械の運転範囲の拡大に伴い、部分流量運転時に発生する旋回失速が大きな問題になっている。ポンプや送風機、圧縮機に旋回失速が生じると回転系の異常振動や騒音を発生させ、軸受けが損傷を受けたり運転不能に陥ったりする。本年は、羽根無しディフューザに生じる旋回失速を対象とし、ロケットポンプで開発されたスワールブレ-カ技術を応用して、旋回失速を抑制する方法について検討した。
先ず、中心に旋回流を起こすために遠心送風機を設けた内外径比r_1/r_2が4.8で流路幅が0.03r_2の軸対称平行壁羽根無しディフューザについて、旋回失速の発生状況を明らかにした。周方向に位置を変えた壁面圧力を半導体圧力変換器により、また内部の流速を熱線流速計により非定常測定することで内部の流れ状態を明らかにした。その結果、流れ角αが7〜22°の範囲ではディフューザ外周付近に中心を持つ異なる向きの2組の渦が主流に重なり比較的高速に回転するセル数2の旋回失速を起こすことが分かった。また3〜10°の範囲では羽根車の1箇所から半径方向に流体が噴出し、ディフューザ内を貫流する伝播回転速度の遅いセル数1の流れが主流に重なっていることが明らかになった。
そこで、ディフューザの片面に深さ3mmの溝を放射状に設けた場合について、この旋回失速の低減効果を調べた。その結果、溝幅が0.017r_2で溝数8本以上ではセル数2の旋回失速を低減し、流れを定常軸対称の状態に改善できる事が分かった。さらにディフューザ入口に直径5mmの円柱を軸と平行に取り付けた場合も試みた。やはりセル数2の旋回失速が低減出来たが、円柱の下流には固定した失速域を生じた。
そこで、今後はより損失の少ない効果的な旋回失速抑制方法を明らかにしていく予定である。