(57)【要約】【課題】ディフューザ流路に対する循環流路を有する遠心圧縮機において、循環流路を調整することができ、これにより安定流量範囲を低流量側へ拡大する調整を可能にする。【解決手段】回転駆動される回転軸３と、回転軸３に固定され吸入流体を圧縮するインペラ５と、インペラ５からの流体を回転軸３の半径方向に案内するディフューザ流路７と、ディフューザ流路７に流れる流体の一部をディフューザ流路７における下流側領域から上流側領域まで戻す循環流路９と、を有する遠心圧縮機であって、循環流路９は、下流側領域にてディフューザ流路７に開口する流入開口９ａと、上流側領域にてディフューザ流路７に開口する複数の流出開口９ｂと、流入開口９ｂから循環流路９の中間部まで延びる流入流路９ｃと、中間部から分岐してそれぞれ複数の流出開口９ｂまで延びる複数の流出流路９ｄと、複数の流出流路９ｄにそれぞれ設けられる複数の弁１９と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動される回転軸と、この回転軸に固定され吸入流体を圧縮するインペラと、該インペラからの流体を前記回転軸の半径方向に案内するディフューザ流路と、このディフューザ流路に流れる流体の一部を前記ディフューザ流路における下流側領域から上流側領域まで循環流体として戻す循環流路と、を有する遠心圧縮機であって、
前記循環流路は、
前記下流側領域にて前記ディフューザ流路に開口する流入開口と、
前記上流側領域にて前記ディフューザ流路に開口する複数の流出開口と、
前記流入開口から前記循環流路の中間部まで延びる流入流路と、
前記中間部から分岐してそれぞれ前記複数の流出開口まで延びる複数の流出流路と、
前記複数の流出流路にそれぞれ設けられる複数の弁と、を有する、ことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
回転駆動される回転軸と、この回転軸に固定され吸入流体を圧縮するインペラと、該インペラからの流体を前記回転軸の半径方向に案内するディフューザ流路と、このディフューザ流路に流れる流体の一部を前記ディフューザ流路における下流側領域から上流側領域まで循環流体として戻す循環流路と、を有する遠心圧縮機であって、
前記循環流路は、
前記下流側領域にて前記ディフューザ流路に開口する複数の流入開口と、
前記上流側領域にて前記ディフューザ流路に開口する流出開口と、
前記複数の流入開口からそれぞれ前記循環流路の中間部まで延びる複数の流入流路と、
前記中間部から前記流出開口まで延びる流出流路と、
前記複数の流入流路にそれぞれ設けられる複数の弁と、を有する、ことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項３】
前記ディフューザ流路の少なくとも一部を区画するディフュ−ザ流路区画部材が設けられ、このディフューザ流路区画部材は、流入貫通孔と流出貫通孔を有し、
前記循環流路は、前記流入開口を有する前記流入貫通孔と、前記流出開口を有する前記流出貫通孔と、これら流入貫通孔および流出貫通孔に接続される流体管と、から構成され、
前記複数の弁は、前記流体管に設けられる、ことを特徴とする請求項１または２に記載の遠心圧縮機。
【請求項４】
前記複数の流入開口、または、前記複数の流出開口は、前記回転軸の半径方向の位置が互い異なる、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に遠心圧縮機。
【請求項５】
前記流出流路は、前記流出開口へ向かって、前記回転軸の軸方向に対し前記回転軸の周方向に傾いた方向に延びており、これにより、前記流出開口から前記ディフューザ流路内へ流れ出す流体速度は、前記周方向の速度成分を有する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
【請求項６】
前記複数の前記流出流路のうち、一部は、前記流出開口へ向かって、前記回転軸の軸方向に対し前記回転軸の周方向に傾いた方向に延びており、残りは、前記流出開口へ向かって周方向の成分を含まない前記軸方向に延びている、ことを特徴とする請求項１、３、４または５に記載の遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心圧縮機は、回転駆動される回転軸と、この回転軸に固定され吸入流体を圧縮するインペラと、該インペラからの流体を回転軸の半径方向に案内するディフューザ流路と、を有する。
【０００３】
インペラからディフューザ流路へ送出される流体流量は、所定の安定流量範囲内にある必要がある。この流体流量が安定流量範囲よりも下回ると、サージ現象や流体の逆流が発生してしまう。なお、サージ現象は、流体の圧力と流れが不安定となって大きな振動が発生する現象である。
【０００４】
サージ現象や逆流を抑制して安定流量範囲を低流量側へ拡大するための技術が、下記特許文献１に開示されている。
【０００５】
特許文献１では、図６に示すように、循環流路２３を設けている。これにより、ディフューザ流路２５を流れる流体が、下流側開口２３ａから循環流路２３に進入し、上流側開口２３ｂからディユーザ流路２５へ戻される。従って、ディフューザ流路２５における見掛け上の流体流量が増加する。その結果、サージ現象や逆流を抑制される。図６において、循環流路２３は、支持部材２７を介してケーシング２１に支持される蓋部材２９と、ケーシング２１とにより形成されている。なお、符号３１はインペラを示し、符号３１ａはインペラ３１の羽根を示し、符号３３は回転軸を示し、符号３５は吸入通路を示す。
なお、特許文献１の別の構成では、上述の支持部材２７を案内翼としている。これにより、循環流路２３からディフューザ流路２５へ戻る流体は、回転軸３３の周方向の速度成分を有し、旋回流れとなる。その結果、循環流路２３からの流体とディフューザ流路２５内の流体とは、旋回角度がほぼ同様となり、乱流の発生を防止してスムーズな昇圧を可能としている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２４０６８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１においては、循環流路２３を調整することができない。即ち、特許文献１では、循環流路２３を調整するには、ケーシング２１や蓋部材２９を別の形状を有するものと交換する必要があり、実質的に循環流路２３を調整できない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、循環流路を有する遠心圧縮機において、循環流路を調整することができ、これにより安定流量範囲を低流量側へ拡大する調整を可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明によると、回転駆動される回転軸と、この回転軸に固定され吸入流体を圧縮するインペラと、該インペラからの流体を前記回転軸の半径方向に案内するディフューザ流路と、このディフューザ流路に流れる流体の一部を前記ディフューザ流路における下流側領域から上流側領域まで循環流体として戻す循環流路と、を有する遠心圧縮機であって、
前記循環流路は、
前記下流側領域にて前記ディフューザ流路に開口する流入開口と、
前記上流側領域にて前記ディフューザ流路に開口する複数の流出開口と、
前記流入開口から前記循環流路の中間部まで延びる流入流路と、
前記中間部から分岐してそれぞれ前記複数の流出開口まで延びる複数の流出流路と、
前記複数の流出流路にそれぞれ設けられる複数の弁と、を有する、ことを特徴とする遠心圧縮機が提供される。
【００１０】
上述した本発明の遠心圧縮機では、前記循環流路は、前記下流側領域にて前記ディフューザ流路に開口する流入開口と、前記上流側領域にて前記ディフューザ流路に開口する複数の流出開口と、前記流入開口から前記循環流路の中間部まで延びる流入流路と、前記中間部から分岐してそれぞれ前記複数の流出開口まで延びる複数の流出流路と、前記複数の流出流路にそれぞれ設けられる複数の弁と、を有するので、これら弁により、ディフューザ流路における前記上流側領域へ戻す流体の流量や、前記上流側領域へ流体を戻す位置を調整することができる。これにより、安定流量範囲を低流量側へ拡大する調整を行うことができ、低流量側へ一層拡大した安定流量範囲を実現できる。
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明によると、回転駆動される回転軸と、この回転軸に固定され吸入流体を圧縮するインペラと、該インペラからの流体を前記回転軸の半径方向に案内するディフューザ流路と、このディフューザ流路に流れる流体の一部を前記ディフューザ流路における下流側領域から上流側領域まで循環流体として戻す循環流路と、を有する遠心圧縮機であって、
前記循環流路は、
前記下流側領域にて前記ディフューザ流路に開口する複数の流入開口と、
前記上流側領域にて前記ディフューザ流路に開口する流出開口と、
前記複数の流入開口からそれぞれ前記循環流路の中間部まで延びる複数の流入流路と、
前記中間部から前記流出開口まで延びる流出流路と、
前記複数の流入流路にそれぞれ設けられる複数の弁と、を有する、ことを特徴とする遠心圧縮機が提供される。
【００１２】
上述した本発明の遠心圧縮機では、前記循環流路は、前記下流側領域にて前記ディフューザ流路に開口する複数の流入開口と、前記上流側領域にて前記ディフューザ流路に開口する流出開口と、前記複数の流入開口からそれぞれ前記循環流路の中間部まで延びる複数の流入流路と、前記中間部から前記流出開口まで延びる流出流路と、前記複数の流入流路にそれぞれ設けられる複数の弁と、を有するので、これら弁により、ディフューザ流路における前記下流側領域から循環流路へ流入する流体の流量や、循環流路へ流体が流入する位置を調整することができる。これにより、安定流量範囲を低流量側へ拡大する調整を行うことができ、低流量側へ一層拡大した安定流量範囲を実現できる。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態によると、前記ディフューザ流路の少なくとも一部を区画するディフュ−ザ流路区画部材が設けられ、このディフューザ流路区画部材は、流入貫通孔と流出貫通孔を有し、
前記循環流路は、前記流入開口を有する前記流入貫通孔と、前記流出開口を有する前記流出貫通孔と、これら流入貫通孔および流出貫通孔に接続される流体管と、から構成され、
前記複数の弁は、前記流体管に設けられる。
【００１４】
このように、ディフューザ流路区画部材に流入貫通孔と流出貫通孔を形成し、前記循環流路を、前記流入開口を有する前記流入貫通孔と、前記流出開口を有する前記流出貫通孔と、これら流入貫通孔および流出貫通孔に接続される流体管と、から構成することで、複数の弁を設けることが可能になる。即ち、複数の弁を、循環流路における前記流体管の部分に設けることができる。
【００１５】
また、本発明の好ましい実施形態によると、前記複数の流入開口、または、前記複数の流出開口は、前記回転軸の半径方向の位置が互い異なる。
【００１６】
このように、前記複数の流入開口は、前記回転軸の半径方向の位置が互い異なるので、前記複数の弁により、ディフューザ流路における下流側領域から循環流路へ流体を取り込む位置を調整することができる。
また、前記複数の流出開口は、前記回転軸の半径方向の位置が互い異なるので、前記複数の弁により、ディフューザ流路における上流側領域へ循環流路から流体を戻す半径方向位置を調整することができる。
よって、安定流量範囲を低流量側へ拡大する調整をより細かく行うことができる。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態によると、前記流出流路は、前記流出開口へ向かって、前記回転軸の軸方向に対し前記回転軸の周方向に傾いた方向に延びており、これにより、前記流出開口から前記ディフューザ流路内へ流れ出す流体速度は、前記周方向の速度成分を有する。
【００１８】
このように、前記流出開口から前記ディフューザ流路内へ流れ出す流体速度は、前記周方向の速度成分を有するので、周方向の速度成分を有する前記インペラからの流体と流出開口からの循環流体との混合により、遠心圧縮機の安定流量範囲を低流量側に一層拡大させることができる。また、前記流体管において前記流出流路を構成する部分が、前記流出開口へ向かって、前記回転軸の軸方向に対し前記回転軸の周方向に傾いた方向に延びるようにすることで、複雑な形状の案内翼を設計することなく、流体管が延びる方向を調整するだけで、周方向の速度成分を循環流体に与えることができる。
【００１９】
本発明の別の実施形態によると、前記複数の前記流出流路のうち、一部は、前記流出開口へ向かって、前記回転軸の軸方向に対し前記回転軸の周方向に傾いた方向に延びており、残りは、前記流出開口へ向かって周方向の成分を含まない前記軸方向に延びている。
【００２０】
このように、前記複数の前記流出流路のうち、一部は、前記流出開口へ向かって、前記回転軸の軸方向に対し前記回転軸の周方向に傾いた方向に延びており、残りは、前記流出開口へ向かって周方向の成分を含まない前記軸方向に延びているので、各弁の開閉により、ディフューザ流路における上流側領域に戻す流体速度に周方向成分を与える場合と、そうでない場合との間で切り替えが可能である。
【発明の効果】
【００２１】
上述した本発明によると、循環流路を有する遠心圧縮機において、循環流路を調整することができ、これにより安定流量範囲を低流量側へ拡大する調整が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明を実施するための最良の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態による遠心圧縮機１０を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態による遠心圧縮機１０は、回転軸３、インペラ５、ディフューザ流路７、循環流路９などを有する。
【００２４】
回転軸３は、例えば、図示しないタービンインペラに結合されておりタービンインペラの回転により回転駆動されてもよいし、図示しない電動機により回転駆動されてもよいし、他の手段で回転駆動されてもよい。
【００２５】
インペラ５は、回転軸３に固定されており、流体吸込流路１１からの流体を圧縮して半径方向（以下、単に半径方向ともいう）に吐出する。この例では、流体はガスであるが、液体であってもよい。なお、符号５ａは、インペラ５の羽根を示す。羽根５ａは、回転軸３の周方向（以下、単に周方向ともいう）に複数設けられる。インペラ５はケーシング１３の内部に収容されている。
【００２６】
ディフューザ流路７は、インペラ５からの流体を回転軸３の半径方向に案内する。ディフューザ流路７は、回転軸３の軸方向（以下、単に軸方向ともいう）から見た場合、中心部にインペラ５が位置するドーナツ形状をしている。
【００２７】
循環流路９は、ディフューザ流路７に流れる流体の一部をディフューザ流路７における下流側領域から上流側領域まで循環流体として戻す流路である。図１には、１つの循環流路９が示されているが、本実施形態によると、循環流路９は、周方向に複数設けられる。
【００２８】
本実施形態による循環流路９について、詳しく説明する。各循環流路９は、以下で説明する構成を有している。
【００２９】
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。図３は、図２において半径方向から見た１つの循環流路９（後述する）とその周辺を示す。即ち、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図であり、図２における複数の循環流路９のうち１つだけを示している。
【００３０】
循環流路９は、図１、図３のように、前記下流側領域にてディフューザ流路７に開口する複数の流入開口９ａと、前記上流側領域にてディフューザ流路７に開口する複数の流出開口９ｂと、流入開口９ａから循環流路９の中間部まで延びる複数の流入流路９ｃと、前記中間部から分岐してそれぞれ複数の流出開口９ｂまで延びる複数の流出流路９ｄと、複数の流入流路９ｃにそれぞれ設けられる複数の弁１７と、複数の流出流路９ｄにそれぞれ設けられる複数の弁１９と、を有する。
【００３１】
各弁１７、１９は、例えば、開閉弁であってもよいし、流量制御弁であってもよい。図１の例では、弁１７、１９は、その開度が手動で調節されるものであってもよいし、制御部（図示せず）からの制御信号によりその開度が調整されるもの（例えば電磁弁）であってもよい。なお、前記制御部は、人に操作されることで前記制御信号を出力する。
【００３２】
ディフューザ流路７の少なくとも一部を区画するディフュ−ザ流路区画部材１３が設けられる。このディフュ−ザ流路区画部材１３は、流入貫通孔１３ａと流出貫通孔１３ｂを有する。なお、図１の例では、ディフューザ流路７は、ケーシング１３と、ケーシング１３に結合され軸方向から見た形状が環状のシールプレート部材１４とにより区画形成されている。
循環流路９は、流入開口９ａを有する複数の流入貫通孔１３ａと、流出開口９ｂを有する複数の流出貫通孔１３ｂと、これら複数の流入貫通孔１３ａおよび複数の流出貫通孔１３ｂに接続される流体管１５と、から構成される。複数の弁１７、１９は、循環流路９における流体管１５の部分に設けられる。なお、流体管１５は、金属で形成されていてもよいし、樹脂などの他の材料で形成されていてもよい。
【００３３】
各循環流路９において、複数の流入開口９ａは、回転軸３の半径方向の位置が互い異なり、複数の流出開口９ｂは、回転軸３の半径方向の位置が互い異なる。
【００３４】
流出流路９ｄは、流出開口９ｂへ向かって、回転軸３の軸方向に対し回転軸３の周方向に傾いた方向に延びており、これにより、流出開口９ｂからディフューザ流路７内へ流れ出す流体速度は、周方向の速度成分を有する。本実施形態では、流体管１５において流出流路９ｄを構成する部分が、流出開口９ｂへ向かって、回転軸３の軸方向に対し回転軸３の当該周方向に傾いた方向に延びている。当該周方向は、インペラ５からのディフューザ流路７に吐出される流体の旋回方向である。
図３において、流出貫通孔１３ｂは、流出流路９ｄの直線状仮想延長部（破線で示す）上が空間となっているように形成される。この構成により、流出流路９ｄから流出貫通孔１３ｂへ流れ込む流体は周方向の速度成分を有するが、この速度成分がそのまま維持された状態で、流出貫通孔１３ｂからディフューザ流路７内へ流体が流れ出るようになっている。ただし、循環流路９の前記仮想延長部上が空間となっているように形成されていれば、上流側貫通孔１３ｂの形状は、図３に示す形状に限られず、図４（Ａ）に示す形状や図４（Ｂ）に示す形状であってもよい。図４は図３に対応する。なお、図３、図４において、流入貫通孔１３ａと流出貫通孔１３ｂを透視して実線で示している。
【００３５】
好ましくは、各循環流路９において、流体管１５が接続される流出貫通孔１３ｂは、当該流体管１５が接続される流入貫通孔１３ａから周方向にずれて位置している。これにより、ディフューザ流路７に戻される循環流体に、周方向の速度成分を効率よく付与することができる。
なお、流体管１５と流出貫通孔１３ｂおよび流入貫通孔１３ａとの接続は、接着剤でなされてもよいし、流体管１５の各端部にフランジ部を設け、これらフランジ部をネジ等でディフューザ流路区画部材１３に固定することでなされてもよいし、他の適切な手段によりなされてもよい。
【００３６】
また、各循環流路９は、図３の構成を有する代わりに、図５の構成を有していてもよい。図５では、複数の流出流路９ｄのうち、一部（この例では１つの流出流路９ｄ）は、流出開口９ｂへ向かって、回転軸３の軸方向に対し回転軸３の周方向に傾いた方向に延びており、残り（この例では１つの流出流路９ｄ）は、流出開口９ｂへ向かって周方向の成分を含まない軸方向に延びている。
【００３７】
上述した本実施形態による遠心圧縮機１０によると、以下の効果（１）〜（５）が得られる。
【００３８】
（１）循環流路９は、前記下流側領域にてディフューザ流路７に開口する複数の流入開口９ａと、前記上流側領域にてディフューザ流路７に開口する複数の流出開口９ｂと、複数の流入開口９ａからそれぞれ循環流路９の中間部まで延びる複数の流入流路９ｃと、前記中間部から分岐してそれぞれ複数の流出開口９ｂまで延びる複数の流出流路９ｄと、複数の流入流路９ｃにそれぞれ設けられる複数の弁１７と、複数の流出流路９ｄにそれぞれ設けられる複数の弁１９と、を有するので、これら弁１７、１９により、ディフューザ流路７における前記上流側領域へ戻す流体の流量や、前記上流側領域へ流体を戻す位置や、ディフューザ流路７における前記下流側領域から循環流路９へ流入する流体の流量や、循環流路９へ流体が流入する位置を調整することができる。よって、安定流量範囲を低流量側へ拡大する調整を行うことができ、低流量側へ一層拡大した安定流量範囲を実現できる。
【００３９】
（２）ディフュ−ザ流路区画部材１３に流入貫通孔１３ａと流出貫通孔１３ｂを形成し、循環流路９を、流入開口９ａを有する流入貫通孔１３ａと、流出開口９ｂを有する流出貫通孔１３ｂと、これら流入貫通孔１３ａおよび流出貫通孔１３ｂに接続される流体管１５と、から構成することで、複数の弁１７、１９を設けることが可能になる。即ち、複数の弁１７、１９を、循環流路９における流体管１５の部分に設けることができる。
【００４０】
（３）複数の流入開口９ａは、回転軸３の半径方向の位置が互い異なるので、複数の弁１７の開閉により、ディフューザ流路７における下流側領域から循環流路９へ流体を取り込む位置を調整することができる。また、複数の流出開口９ｂは、回転軸３の半径方向の位置が互い異なるので、複数の弁１９の開閉により、ディフューザ流路７における上流側領域へ循環流路９から流体を戻す半径方向位置を調整することができる。よって、安定流量範囲を低流量側へ拡大する調整をより細かく行うことができる。
【００４１】
（４）流体管１５において流出流路９ｄを構成する部分が、流出開口９ｂへ向かって、回転軸３の軸方向に対し回転軸３の周方向に傾いた方向に延びているので、複数な形状を持つ案内翼を設計することなく、流体管１５が延びる方向を調整するだけで、周方向の速度成分を循環流体に与えることができる。
【００４２】
（５）複数の流出流路９ｄのうち、一部は、流出開口９ｂへ向かって、回転軸３の軸方向に対し回転軸３の周方向に傾いた方向に延びており、残りは、流出開口９ｂへ向かって周方向の成分を含まない軸方向に延びているので、各弁１９の開閉により、ディフューザ流路７における上流側領域に戻す流体速度に周方向成分を与える場合と、そうでない場合との間で切り替えが可能である。
【００４３】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。
【００４４】
例えば、上述の実施形態では、１つの循環流路９は、複数の流入流路９ｃを有していたが、本発明によると、１つの循環流路９は単一の流入流路９ｃを有していてもよい。同様に、上述の実施形態では、１つの循環流路９は、複数の流出流路９ｄを有していたが、本発明によると、１つの循環流路９は単一の流出流路９ｄを有していてもよい。
【００４５】
上述の実施形態では、流出流路９ｄは、流出開口９ｂへ向かって、回転軸３の軸方向に対し回転軸３の周方向に傾いた方向に延びていたが、本発明によると流出流路９ｄは周方向の成分を有しない軸方向に延びていてもよい。
【００４６】
１つの循環流路９において、複数の流入開口９ａが同じ半径方向位置にあってもよく、複数の流出開口９ｂが同じ半径方向位置にあってもよい。
【００４７】
本発明は、製品としての遠心圧縮機だけでなく、試験用の遠心圧縮機にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態による遠心圧縮機の要部を示す断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図である。
【図４】流出貫通孔の他の形状を示す図である。
【図５】循環流路の他の構成例を示す図である。
【図６】特許文献１に記載の遠心圧縮機を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
３  回転軸、５  インペラ、５a   インペラの羽根、７  ディフューザ流路、９  循環流路、９ａ  流入開口、９ｂ  流出開口、９ｃ  流入流路、９ｄ  流出流路、１０  遠心圧縮機、１１  流体吸込流路、１３  ケーシング（ディフュ−ザ流路区画部材）、１３ａ  流入貫通孔、１３ｂ  流出貫通孔、１４  シールプレート部材、１５  流体管、１７、１９  弁、
【図１】
2010151033.tif 000003
【図２】
2010151033.tif 000004
【図３】
2010151033.tif 000005
【図４】
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【図５】
2010151033.tif 000007
【図６】
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