(57)【要約】【課題】気体の流れを極力均一にした状態でインペラに送り込むことで、広作動範囲化及び圧縮効率の高効率化を図ることが可能な遠心圧縮機を提供する。【解決手段】シャフト２と、気体Ｇを遠心力により圧縮する複数のインペラ３と、気体を上流側から下流側に流す流路４が形成されたケーシング５と、を備え、流路は、上流側のインペラによって径方向内方から径方向外方に流れる気体を径方向内方に反転させるリターン通路１３と、リターン通路からの気体を径方向外方から径方向内方に流すストレート通路２０と、ストレート通路からの気体を下流側のインペラに向かわせる誘導通路２１と、を備え、ストレート通路に、これをシャフトの周方向に分割するリターンベーン２５と、ストレート通路をシャフトの軸方向に分割するようにリターン通路の内側湾曲面１３ｂに連なるストレート通路の内側面２０ａに沿って延びる仕切整流板２６と、を設けた遠心圧縮機１を提供する。【選択図】図２
2010265784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線回りに回転させられるシャフトと、当該シャフトの軸方向に配列されるように前記シャフトに取り付けられて気体を遠心力により圧縮する複数のインペラと、前記シャフトを回転可能に支持すると共に、前記気体を上流側から下流側に流す流路が形成されたケーシングと、を備え、
前記流路は、上流側のインペラによって径方向内方から径方向外方に流れてきた前記気体の流れ方向を径方向内方に反転させる湾曲形状のリターン通路と、当該リターン通路から流れてきた前記気体を径方向外方から径方向内方に流すストレート通路と、当該ストレート通路から流れてきた前記気体を下流側のインペラに向かわせる誘導通路と、を備え、
前記ストレート通路には、前記軸線を中心とした放射状に配置されて前記ストレート通路を前記シャフトの周方向に分割する複数のリターンベーンと、少なくとも前記リターン通路側に位置する前記ストレート通路の上流端部を前記軸方向に分割するように、前記リターンベーンに支持されると共に前記リターン通路の内側湾曲面に連なる前記ストレート通路の内側面に沿って前記ストレート通路の上流端部から径方向内方に延出する仕切整流板とが設けられていることを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
前記仕切整流板が、前記誘導通路側に位置する前記ストレート通路の下流端部まで延長され、
当該仕切整流板によって、前記ストレート通路がその上流端部から下流端部にわたって前記軸方向に分割されていることを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
前記誘導通路が、ストレート通路から流れてきた前記気体の流れ方向を径方向内方から軸方向に変換して前記インペラに向かわせる湾曲形状のコーナー通路からなり、
前記仕切整流板に、前記ストレート通路の下流端部から前記コーナー通路内に延長された下流側延長部が形成され、
当該下流側延長部は、前記コーナー通路の湾曲形状に倣って湾曲していることを特徴とする請求項２に記載の遠心圧縮機。
【請求項４】
前記仕切整流板に、前記ストレート通路の上流端部から前記リターン通路内に延長された上流側延長部が形成され、
当該上流側延長部は、前記リターン通路の湾曲形状に倣って湾曲していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、遠心力を利用して気体を圧縮する遠心圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、遠心圧縮機は、回転するインペラの半径方向に気体を通り抜けさせ、その際に発生する遠心力を利用してそれら気体を圧縮するものである。この種の遠心圧縮機において、インペラを軸方向に多段に備え、気体を段階的に圧縮する多段式の遠心圧縮機が知られている（特許文献１参照）。この多段式の遠心圧縮機について、図面を参照して簡単に説明する。
【０００３】
図１０に示すように、遠心圧縮機１００は、図示しない吸入口及び排出口が形成されたケーシング１０１と、ケーシング１０１に対して図示しない軸受部を介して回転可能に支持されたシャフト１０２と、シャフト１０２の軸方向に沿って所定の間隔を空けて取り付けられた複数のインペラ１０３と、各インペラ１０３間を繋いで段階的に圧縮される気体を流通させる流路１０４と、を備えている。
なお、図１０では、一段目及び二段目のインペラ１０３周辺を図示している。
【０００４】
各インペラ１０３は、主として、軸方向の一方側（後段側）に向けて漸次拡径した円盤状のハブ１０３ａと、放射状にハブ１０３ａに取り付けられた複数の羽根１０３ｂと、複数の羽根１０３ｂの先端側を周方向に覆うように取り付けられたシュラウド１０３ｃと、によって構成されている。
【０００５】
流路１０４は、主として、吸込通路１０４ａと、圧縮通路１０４ｂと、ディフューザ通路１０４ｃと、リターン通路１０４ｄと、によって構成されている。
吸込通路１０４ａは、径方向外方から径方向内方に気体を流すためのストレート通路と、ストレート通路から流れてきた気体の流れ方向をシャフト１０２の軸方向に変換してインペラ１０３に向けて導く湾曲形状のコーナー通路と、によって構成されている。圧縮通路１０４ｂは、ハブ１０３ａの羽根取付面とこれに対向するシュラウド１０３ｃの内壁面とによって画成される通路である。ディフューザ通路１０４ｃは、径方向外方に向かって延びる通路であり、インペラ１０３によって圧縮された気体を径方向外方に流す。リターン通路１０４ｄは、ディフューザ通路１０４ｃを通過した気体の流れ方向を径方向内方に変換して吸込通路１０４ａに送り出す湾曲形状の通路である。
【０００６】
従って、気体は、第一段目の吸込通路１０４ａ、圧縮通路１０４ｂ、ディフューザ通路１０４ｃ、リターン通路１０４ｄを順番に流れた後、二段目の吸込通路１０４ａ、圧縮通路１０４ｂ…という順に流れることで、段階的に圧縮されるようになっている。なお、一般にディフューザ通路１０４ｃには、シャフト１０２の軸線を中心に放射状に配置されて、ディフューザ通路１０４ｃを周方向に分割する複数のディフューザベーン１０５が設けられている。また、吸込通路１０４ａのストレート通路には、ディフューザベーン１０５と同様に、放射状に配置されて、ストレート通路を周方向に分割する複数のリターンベーン１０６が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−４５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、遠心圧縮機１００のリターン通路１０４ｄにおいては、気体の流れ方向を急激に変換する必要があるため、これらの曲率は大きく設定されており、その結果として、流路１０４中における気体の流れが乱れ易くなる、という問題がある。
即ち、気体が曲率の大きなリターン通路１０４ｄを流れる際には、図１１に示すように、リターン通路１０４ｄの内側における気体の流れに剥離等の２次流れが生じるため、気体の流れがリターン通路１０４ｄの内側から外側に振られてしまう。また、その結果として、ストレート通路側に位置するリターン通路１０４ｄ出口においては、内側から外側に至る気体の流速分布ＦＲが不均一となる。具体的には、リターン通路１０４ｄ出口における流速分布ＦＲに関して、リターン通路１０４ｄの内側には外側に比べて極端に流速の低い低速領域が生じる。
【０００９】
さらに、図１１の破線矢印で示すように、気体はリターン通路１０４ｄの内側から外側に振られながら吸込通路１０４ａのストレート通路に入り込むため、気体がストレート通路の入口から出口まで流れる間に、前述した流速分布ＦＲの不均一性が増長してしまい、リターンベーン１０６部分での性能低下を及ぼしてしまう。
そして、このような不均一な流速分布の状態で、気体がコーナー通路からインペラ１０３に向かうと、インペラ１０３内部の２次流れによる損失が増加して圧縮効率が低下すると共に、インペラ１０３内での不安定な流れに繋がってしまう。これは、サージングの発生に繋がるものであるので、結果的に遠心圧縮の作動範囲が狭くなるという不都合が生じてしまうものであった。
【００１０】
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、気体の流れを極力均一にした状態でインペラに送り込むことができ、広作動範囲化及び圧縮効率の高効率化を図って、高性能な遠心圧縮機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前記課題を解決して係る目的を達成するために以下の手段を提供する。
本発明に係る遠心圧縮機は、軸線回りに回転させられるシャフトと、当該シャフトの軸方向に配列されるように前記シャフトに取り付けられて気体を遠心力により圧縮する複数のインペラと、前記シャフトを回転可能に支持すると共に、前記気体を上流側から下流側に流す流路が形成されたケーシングと、を備え、前記流路は、上流側のインペラによって径方向内方から径方向外方に流れてきた前記気体の流れ方向を径方向内方に反転させる湾曲形状のリターン通路と、当該リターン通路から流れてきた前記気体を径方向外方から径方向内方に流すストレート通路と、当該ストレート通路から流れてきた前記気体を下流側のインペラに向かわせる誘導通路と、を備え、前記ストレート通路には、前記軸線を中心とした放射状に配置されて前記ストレート通路を前記シャフトの周方向に分割する複数のリターンベーンと、少なくとも前記リターン通路側に位置する前記ストレート通路の上流端部を前記軸方向に分割するように、前記リターンベーンに支持されると共に前記リターン通路の内側湾曲面に連なる前記ストレート通路の内側面に沿って前記ストレート通路の上流端部から径方向内方に延出する仕切整流板とが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
なお、ストレート通路の内側面と、これに対向する仕切整流板の対向面とは、完全に平行していなくてもよく、微小な角度であれば例えば互いに傾斜していてもよい。即ち、径方向内方に延出する仕切整流板の延出方向は、軸方向に沿う内側面と対向面との距離がストレート通路の上流端部から下流端部に向かうにしたがって微小に長くあるいは短くなるように設定されていてもよい。
また、上記構成においては、少なくともストレート通路の上流端部が、仕切整流板によってリターン通路の内側部分に連なる内側通路と、外側部分に連なる外側通路とに分割されることになる。
【００１３】
上記遠心圧縮機においては、シャフトの回転に伴ってインペラが回転するため、流路内を流れている気体を遠心力により圧縮させることができる。そして、回転する上流側のインペラによって圧縮された気体は、径方向内方側から径方向外方に流れた後、リターン通路によって径方向内方の流れに変換され、さらに、ストレート通路及び誘導通路を通じて下流側のインペラに到達する。下流側のインペラに到達した気体は、前述と同様に、下流側のインペラによって圧縮されて径方向外方に流れる。即ち、この遠心圧縮機においては、気体が複数のインペラによって段階的に圧縮されるようになっている。
【００１４】
そして、上記遠心圧縮機によれば、リターン通路の内側において気体の流れに２次流れが生じることでリターン通路の内側から外側に振られる気体の流れは、ストレート通路に入り込む段階において仕切整流板によって遮蔽される。即ち、ストレート通路の外側通路に過度の気体が流れ込むことを防止できる。
さらに、上記遠心圧縮機によれば、軸方向に沿う内側通路の幅寸法は、径方向内方に延びるストレート通路の長手方向にわたって大きく変化しない。このため、リターン流路の内側における気体の２次流れに基づいて、ストレート通路の上流端部における気体の流速分布が不均一となっても、内側通路において径方向内方に流れる気体の整流化を容易に図ることができる。即ち、内側通路において気体の流速分布の均一化を図ることができる。
以上のことから、ストレート通路から誘導通路を介してインペラに導かれる気体の流速分布の均一化を図ることができる。従って、２次流れ損失を低減してインペラによる気体の圧縮効率を高めることができる。また、インペラ内におけるサージングの発生を抑えて、遠心圧縮の作動範囲を広くすることができる。
【００１５】
そして、前記遠心圧縮機においては、前記仕切整流板が、前記誘導通路側に位置する前記ストレート通路の下流端部まで延長され、当該仕切整流板によって、前記ストレート通路がその上流端部から下流端部にわたって前記軸方向に分割されていてもよい。
この遠心圧縮機によれば、仕切整流板によってストレート通路がその上流端部から下流端部にわたって内側通路と外側通路とに分割されることで、径方向内方に流れる気体の整流化を図るための内側通路の長さが十分に確保されるため、ストレート通路の上流端部に位置する内側通路に入り込む気体の流速分布の不均一性が大きくても、内側通路から誘導通路に入り込む気体の流速分布の均一化を十分に図り、２次流れ損失をさらに低減させることができる。
【００１６】
また、前記仕切整流板が前記ストレート通路の下流端部まで延長されている場合には、前記誘導通路が、ストレート通路から流れてきた前記気体の流れ方向を径方向内方から軸方向に変換して前記インペラに向かわせる湾曲形状のコーナー通路からなり、前記仕切整流板に、前記ストレート通路の下流端部から前記コーナー通路内に延長された下流側延長部が形成され、当該下流側延長部は前記コーナー通路の湾曲形状に倣って湾曲していてもよい。
この遠心圧縮機によれば、下流側延長部によって湾曲形状のコーナー通路がその内側と外側とに分割されるため、コーナー通路における気体の流れがコーナー通路の外側に振られて乱れることも防止できる。即ち、ストレート通路の下流端部から湾曲したコーナー通路を通過する気体は、下流側延長部によって整流されることで流速分布が均一化された状態でインペラに到達することができる。これにより、２次流れ損失をさらに低減してインペラにおける気体の圧縮効率をより高めることができると共に、遠心圧縮の作動範囲をさらに広げることができる。
【００１７】
さらに、前記遠心圧縮機においては、前記仕切整流板に、前記ストレート通路の上流端部から前記リターン通路内に延長された上流側延長部が形成され、当該上流側延長部が、前記リターン通路の湾曲形状に倣って湾曲していてもよい。
この遠心圧縮機によれば、上流側延長部によって湾曲形状のリターン通路がその内側と外側とに分割されるため、リターン通路における気体の流れに２次流れが生じることを抑えると共に、リターン通路における気体の流れがリターン通路の内側から外側に振られることを抑制することができる。従って、ストレート通路の上流端部における気体の流速分布の不均一性を低く抑えて、ストレート通路の内側通路における気体の整流化をさらに図ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る遠心圧縮機によれば、気体の流れを均一化した状態でインペラに送り込むことができるため、広作動範囲化及び圧縮効率の高効率化を図ることができる。従って、より高性能な遠心圧縮機を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る第１実施形態を示す遠心圧縮機の簡略構成図である。
【図２】図１に示す一段目のインペラ及び二段目のインペラ周辺を拡大した図である。
【図３】図２に示すリターンベーン及び仕切整流板をストレート通路の上流端部側から見た図である。
【図４】図２に示すストレート通路の上流端部における流速分布と仕切整流板の配置との関係を示す図である。
【図５】図２に示すストレート通路において、内側通路の断面積比と外側通路の断面積比との関係を示す図である。
【図６】図２に示す仕切整流板の変形例であり、ストレート通路の上流端部からリターン通路内に延長された仕切整流板を示す図である。
【図７】図２に示す仕切整流板の変形例であり、ストレート通路の下流端部からコーナー通路内に延長された仕切整流板を示す図である。
【図８】図２に示す仕切整流板の変形例であり、ストレート通路の上流端部及び下流端部からリターン通路内及びコーナー通路内にそれぞれ延長された仕切整流板を示す図である。
【図９】図２に示す仕切整流板の変形例であり、上流端部における仕切整流板の配置と仕切整流板の長さとの関係を示す図である。
【図１０】従来の遠心圧縮機の一例を示す図であって、２つのインペラ周辺を拡大した図である。
【図１１】図１０に示すリターン通路出口におけるプロセスガスの流速分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
以下、本発明に係る一実施形態を、図１から図５を参照して説明する。なお、本実施形態では、遠心圧縮機の一例として、インペラを複数備えた多段式の遠心圧縮機を例に挙げて説明する。
【００２１】
本実施形態の遠心圧縮機１は、図１に示すように、主として、軸線Ｏ回りに回転させられるシャフト２と、シャフト２に取り付けられて遠心力を利用してプロセスガス（気体）Ｇを圧縮するインペラ３と、シャフト２を回転可能に支持すると共にプロセスガスＧを上流側から下流側に流す流路４が形成されたケーシング５と、によって構成されている。
【００２２】
ケーシング５は、略円柱状の外郭をなすように形成され、中心を貫くようにシャフト２が配置されている。ケーシング５のうちシャフト２の軸方向の両端には、ジャーナル軸受５ａが設けられ、一端には、スラスト軸受５ｂが設けられている。これらジャーナル軸受５ａ及びスラスト軸受５ｂはシャフト２を回転可能に支持している。即ち、シャフト２は、ジャーナル軸受５ａ及びスラスト軸受５ｂを介してケーシング５に支持されている。
また、ケーシング５のうち軸方向の一端側にはプロセスガスＧを外部から流入させる吸込口５ｃが設けられ、他端側にはプロセスガスＧが外部に流出する排出口５ｄが設けられている。ケーシング５内には、これら吸込口５ｃ及び排出口５ｄにそれぞれ連通し、縮径及び拡径を繰り返す内部空間が設けられている。この内部空間は、インペラ３を収容する空間として機能すると共に上記流路４としても機能する。即ち、吸込口５ｃと排出口５ｄとは、インペラ３及び流路４を介して連通している。
【００２３】
インペラ３は、シャフト２の軸方向に間隔を空けて複数配列されている。なお、図示例において、インペラ３は６つ設けられているが少なくとも２つ設けられていればよい。各インペラ３は、図１及び図２に示すように、主として、排出口５ｄ側に進むにつれて漸次拡径した略円盤状のハブ３ａと、ハブ３ａに放射状に取り付けられ、周方向に並んだ複数の羽根３ｂと、これら複数の羽根３ｂの先端側を周方向に覆うように取り付けられたシュラウド３ｃと、によって構成されている。
なお、図２は、四段目のインペラ３周辺を図示している。
【００２４】
流路４は、プロセスガスＧが複数のインペラ３によって段階的に圧縮されるように、シャフト２の径方向に蛇行しながら軸方向に進行して各インペラ３間を繋ぐように形成されている。詳細に説明すると、この流路４は、主に吸込通路１０と、圧縮通路１１と、ディフューザ通路１２と、リターン通路１３と、によって構成されている。
【００２５】
吸込通路１０は、径方向外方から径方向内方にプロセスガスＧを流した後、このプロセスガスＧの向きをインペラ３の直前でシャフト２の軸方向に変換させる通路である。具体的には、径方向外方から径方向内方に向けてプロセスガスＧを流す直線状のストレート通路２０と、ストレート通路２０から流れてきたプロセスガスＧの流れ方向を径方向内方から軸方向に変換してプロセスガスＧをインペラ３に向かわせる湾曲形状のコーナー通路（誘導通路）２１と、によって構成されている。
【００２６】
ストレート通路２０は、ケーシング５に一体的に取り付けられた略円盤状の隔壁部材５ｅの内側面２０ａと、ケーシング５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５ｆの外側面２０ｂと、によって囲まれることで画成されている。ここで、一段目のインペラ３にプロセスガスＧを向かわせる吸込通路１０のストレート通路２０においては、その径方向外方側が吸込口５ｃに連通されている。
【００２７】
一方、プロセスガスＧの流れ方向に沿って２つのインペラ３の間に位置する吸込通路１０のストレート通路２０については、その径方向外方側がリターン通路１３に連通している。また、シャフト２の軸方向に沿うストレート通路２０の幅寸法が、径方向外方から径方向内方に向かうにしたがって漸次大きくなるように設定されている。
さらに、２つのインペラ３間に位置するストレート通路２０には、軸線Ｏを中心とした放射状に配置されてストレート通路２０をシャフト２の周方向に分割する複数のリターンベーン２５が設けられている。なお、図２に示すリターンベーン２５は、リターン通路１３側に位置するストレート通路２０の上流端部からコーナー通路２１側に位置するストレート通路２０の下流端部にわたって形成されている。
【００２８】
さらに、リターンベーン２５が設けられたストレート通路２０には、図２及び図３に示すように、リターンベーン２５に支持されてストレート通路２０をシャフト２の軸方向に分割する仕切整流板２６が設けられている。
仕切整流板２６は、ストレート通路２０の上流端部からストレート通路２０の内側面２０ａに沿って径方向内方に延出しており、コーナー通路２１側に位置するストレート通路２０の下流端部まで延長されている。そして、仕切整流板２６の前縁の位置はリターン通路１３側に位置するリターンベーン２５の前縁に一致しており、後縁の位置はコーナー通路２１側に位置するリターンベーン２５の後縁に一致している。
【００２９】
なお、図２においては、ストレート通路２０の内側面２０ａと、これに対向する仕切整流板２６の対向面２６ａとが互いに平行しているが、微小な角度であれば例えば互いに傾斜していてもよい。即ち、径方向内方に延出する仕切整流板２６の延出方向は、軸方向に沿う内側面２０ａと対向面２６ａとの距離がストレート通路２０の上流端部から下流端部に向かうにしたがって、微小に長くあるいは短くなるように設定されていてもよい。
従って、仕切整流板２６は、ストレート通路２０をその上流端部から下流端部にわたってシャフト２の軸方向に分割している。そして、ストレート通路２０は、内側面２０ａと仕切整流板２６との間の内側通路２７と、外側面２０ｂと仕切整流板２６との間の外側通路２８とに分割されている。
【００３０】
コーナー通路２１は、ストレート通路２０の下流端部に連設された通路であり、内側面２０ａに連なる隔壁部材５ｅの湾曲壁面２１ａと外側面２０ｂに連なる延伸部５ｆの先端湾曲壁面２１ｂとによって囲まれることで画成されている。コーナー通路２１は、その入口側から出口側に向かう間にシャフト２の軸方向に対して平行となるように湾曲している。このコーナー通路２１は、上述したようにプロセスガスＧの流れの向きを変換した後、インペラ３（下流側のインペラ）に送り出す役割を担っている。また、コーナー通路２１は、円弧状又は楕円状に湾曲しているうえ、規定値以下の曲率で湾曲するように設計されている。これにより、プロセスガスＧは、コーナー通路２１を通過する際に、急激に向きが変わるのではなく、緩やかに向きが変わるようになっている。
【００３１】
圧縮通路１１は、吸込通路１０から送られてきたプロセスガスＧをインペラ３内で圧縮させるための通路であり、ハブ３ａの羽根取付面とシュラウド３ｃの内壁面とによって囲まれることで画成されている。
ディフューザ通路１２は、その径方向内方側が圧縮通路１１に連通しており、ケーシング５のディフューザ前壁１２ａと隔壁部材５ｅのディフューザ後壁１２ｂとによって囲まれることで画成されている。このディフューザ通路１２は、インペラ３によって圧縮されたプロセスガスＧを径方向外方に流す役割を果たす。なお、ディフューザ通路１２の径方向外方側は、リターン通路１３に連通しているが、流路４のうち最も下流側に位置するインペラ３（図１においては六段目のインペラ３）の径方向外方に連なるディフューザ通路１２は、排出口５ｄに連通している。
このディフューザ通路１２には、軸線Ｏを中心とした放射状に配置されてディフューザ通路１２をシャフト２の周方向に分割する複数のディフューザベーン２９が設けられている。
【００３２】
リターン通路１３は、断面略Ｕ字状に形成され、隣り合う延伸部５ｆの間に位置するケーシング５の反転壁面１３ａと隔壁部材５ｅの外周壁面（内側湾曲面）１３ｂとによって囲まれることで画成されている。即ち、隔壁部材５ｅの反転壁面１３ａは、リターン通路１３の外側湾曲面をなしており、外周壁面１３ｂはリターン通路１３の内側湾曲面をなしている。そして、リターン通路１３の上流端側はディフューザ通路１２に連通しており、下流端側が吸込通路１０のストレート通路２０に連通している。なお、前述したストレート通路２０を画成する内側面２０ａは、リターン通路１３の外周壁面１３ｂに連なっており、外側面２０ｂは、反転壁面１３ａに連なっている。また、仕切整流板２６によって分割されたストレート通路２０の内側通路２７はリターン通路１３の内側部分に連なっており、ストレート通路２０の外側通路２８はリターン通路１３の外側部分に連なっている。
このリターン通路１３は、インペラ３（上流側のインペラ３）によってディフューザ通路１２を通って径方向外方に流れてきたプロセスガスＧの流れ方向を径方向内方に反転させて、ストレート通路２０に送り出している。
【００３３】
次に、以上のように構成された遠心圧縮機１によるプロセスガスＧの圧縮について説明する。
各インペラ３がシャフト２と共に回転すると、吸込口５ｃから流路４内に流入したプロセスガスＧは、吸込口５ｃから一段目のインペラ３の吸込通路１０、圧縮通路１１、ディフューザ通路１２、リターン通路１３の順に流れた後、二段目のインペラ３の吸込通路１０、圧縮通路１１…という順に流れていく。そして、流路４の最も下流側に位置するインペラ３直後のディフューザ通路１２まで流れたプロセスガスＧは、排出口５ｄから外部に流れる。
プロセスガスＧは、上述した順で流路４を流れる途中、各インペラ３によって圧縮される。即ち、この遠心圧縮機１においては、プロセスガスＧが複数のインペラ３によって段階的に圧縮され、これによって大きな圧縮比を容易に得ることができる。
【００３４】
ところで、プロセスガスＧが曲率の大きなリターン通路１３を流れる際には、リターン通路１３の内側におけるプロセスガスＧの流れに２次流れが生じることで、プロセスガスＧの流れがリターン通路１３の内側から外側に振られる。
ここで、ストレート通路２０には仕切整流板２６が設けられているため、リターン通路１３の内側から外側に振られるプロセスガスＧの流れは、リターン通路１３からストレート通路２０の上流端部に入り込む段階において仕切整流板２６によって遮蔽される。即ち、仕切整流板２６は、ストレート通路２０の外側通路２８に過度のプロセスガスＧが流れ込むことを防止している。
【００３５】
また、プロセスガスＧがリターン通路１３を流れる際には、リターン通路１３の内側におけるプロセスガスＧの流れに２次流れが生じることで、ストレート通路２０の上流端部におけるプロセスガスＧの流速分布が不均一となる。
具体的に説明すれば、図４に示すように、ストレート通路２０の上流端部においては、内側面２０ａ近傍と外側面２０ｂ近傍との間でプロセスガスＧの流速分布が不均一となっており、内側面２０ａ側におけるプロセスガスＧの流速の方が極端に低くなっている。なお、プロセスガスＧの流速が極端に低い領域（低速領域）は、図４において符号ＦＲ１によって示されている。また、図４において符号ＦＲ２で示す二点差線は、内側面２０ａ近傍と外側面２０ｂ近傍との間でプロセスガスＧの流速分布が均一であると仮定した内側面２０ａ近傍の流速分布を示している。
【００３６】
このように、ストレート通路２０の内側通路２７には流速分布が不均一なプロセスガスＧが入り込むが、軸方向に沿う内側通路２７の幅寸法は、径方向内方に延びるストレート通路２０の長手方向にわたって大きく変化しないため、内側通路２７において径方向内方に流れるプロセスガスＧの整流化を容易に図ることができる。即ち、内側通路２７におけるプロセスガスＧの流速分布の均一化を図ることができる。
【００３７】
以上説明したように、上記遠心圧縮機１によれば、内側通路２７において径方向内方に流れるプロセスガスＧの流速分布を均一化することで、ストレート通路２０の下流端部からコーナー通路２１を介してインペラ３に導かれるプロセスガスＧの流速分布の均一化を図ることができる。特に、仕切整流板２６は、ストレート通路２０をその上流端部から下流端部にわたって内側通路２７と外側通路２８とに分割しているため、ストレート通路２０の上流端部に位置する内側通路２７に入り込むプロセスガスＧの流速分布の不均一性が大きくても、内側通路２７からコーナー通路に入り込むプロセスガスＧの流速分布の均一化を十分に図ることができる。
このため、２次流れ損失を低減してインペラ３によるプロセスガスＧの圧縮効率を高める圧縮効率の高効率化を図ることができる。さらに、インペラ３内におけるサージングの発生を抑えて、遠心圧縮の作動範囲を広くする広作動範囲化を図ることができる。従って、より高性能な遠心圧縮機１を提供することが可能となる。
【００３８】
なお、ストレート通路２０の上流端部における仕切整流板２６の配置は、ストレート通路２０の上流端部におけるプロセスガスＧの流速分布を考慮することがより好ましい。具体的には、図４に示すように、低速領域ＦＲ１のプロセスガスＧに加え、低速領域ＦＲ１よりも外側面２０ｂ側を流れるプロセスガスＧの一部も内側通路２７に入り込むように、仕切整流板２６の前縁を配置することが好ましい。
この場合には、仕切整流板２６の後縁において内側通路２７及び外側通路２８から流れ出るプロセスガスＧが合流する際に、内側通路２７及び外側通路２８から流れ出るプロセスガスＧの流速の差を小さく、あるいは、なくすことが可能となる。したがって、コーナー通路２１等のように仕切整流板２６の下流側の通路においてプロセスガスＧの流れが乱れることを防止できる。
【００３９】
さらに、ストレート通路２０に対する仕切整流板２６の配置は、内側通路２７におけるプロセスガスＧの増速率が外側通路２８におけるプロセスガスＧの増速率よりも大きくなるように設定されることが好ましい。
具体的に説明すれば、図５に示すように、ストレート通路２０の内側通路２７及び外側通路２８においてはそれぞれプロセスガスＧが径方向外方から径方向内方に流れるため、ストレート通路２０に流入したプロセスガスＧの流速は内側通路２７及び外側通路２８においてそれぞれ増速する。なお、前述した増速率は、内側通路２７及び外側通路２８のそれぞれにおいて、ストレート通路２０の上流端部におけるプロセスガスＧの流速と、下流端部におけるプロセスガスＧの流速との比によって表されるものである。
【００４０】
また、内側通路２７において径方向内方に流れるプロセスガスＧの増速率は、ストレート通路２０の上流端部における内側通路２７の入口側断面積Ａ１と、ストレート通路２０の下流端部における内側通路２７の出口側断面積Ａ２との断面積比（Ａ１／Ａ２）に比例している。さらに、外側通路２８において径方向内方に流れるプロセスガスＧの増速率も、内側通路２７の場合と同様にして、外側通路２８の入口側断面積Ｂ１と、外側通路２８の出口側断面積Ｂ２との断面積比（Ｂ１／Ｂ２）に比例している。
従って、仕切整流板２６は、内側通路２７の断面積比（Ａ１／Ａ２）が外側通路２８の断面積比（Ｂ１／Ｂ２）よりも大きく設定されるように配置することが好ましい。
【００４１】
このように仕切整流板２６の配置を設定した場合には、ストレート通路２０の上流端部において内側通路２７に流れ込むプロセスガスＧの平均流速が、外側通路２８に流れ込むプロセスガスＧの平均流速よりも小さくても、内側通路２７におけるプロセスガスＧの流れが外側通路２８よりも大きく増速される。これにより、仕切整流板２６の後縁において内側通路２７及び外側通路２８から流れ出るプロセスガスＧが合流する際に、内側通路２７及び外側通路２８から流れ出るプロセスガスＧの流速の差を小さく、あるいは、なくすことが可能となる。従って、コーナー通路２１等の仕切整流板２６の下流側においてプロセスガスＧの流れが乱れることを防止できる。
【００４２】
なお、上述した実施形態においては、ストレート通路２０のみにプロセスガスＧの整流を促す仕切整流板２６が配されるとしたが、例えば図６に示すように、上記実施形態と同様の仕切整流板２６に、ストレート通路２０の上流端部からリターン通路１３内に延長された上流側延長部３３が形成されていてもよい。上流側延長部３３は、リターン通路１３の湾曲形状に倣って湾曲している。即ち、上流側延長部３３は、リターン通路１３と同じ曲率中心を中心とした湾曲形状をなしている。
【００４３】
この構成の遠心圧縮機３１によれば、上流側延長部３３によって湾曲形状のリターン通路１３がその内側と外側とに分割され、プロセスガスＧをコーナー通路２１の湾曲に沿わせて流すことで整流するため、リターン通路１３におけるプロセスガスＧの流れに２次流れが生じることを抑えると共に、リターン通路１３におけるプロセスガスＧの流れがリターン通路１３の内側から外側に振られることを抑制することができる。従って、ストレート通路２０の上流端部におけるプロセスガスＧの流速分布の不均一性を低く抑え、ストレート通路２０の内側通路２７におけるプロセスガスＧの整流化をさらに図ることができる。
【００４４】
また、例えば図７に示すように、上記実施形態と同様の仕切整流板２６に、ストレート通路２０の下流端部からコーナー通路２１内に延長された下流側延長部４３が形成されていてもよい。下流側延長部４３は、コーナー通路２１の湾曲形状に倣って湾曲している。即ち、下流側延長部４３は、コーナー通路２１と同じ曲率中心を中心とした湾曲形状をなしている。
【００４５】
この構成の遠心圧縮機４１によれば、下流側延長部４３によって湾曲形状のコーナー通路２１がその内側と外側とに分割され、プロセスガスＧをコーナー通路２１の湾曲に沿わせて流すことで整流するため、コーナー通路２１におけるプロセスガスＧの流れがコーナー通路２１の外側に振られて乱れることも防止できる。即ち、ストレート通路２０の下流端部からインペラ３に至るコーナー通路２１が湾曲していても、コーナー通路２１を通過するプロセスガスＧは、下流側延長部４３によって整流されることでその流速分布が均一化された状態でインペラ３に到達することができる。これにより、インペラ３におけるプロセスガスＧの圧縮効率をより高めることができると共に、遠心圧縮の作動範囲をさらに広げることができる。
なお、仕切整流板２６には、図６に示す上流側延長部３３及び図７に示す下流側延長部４３のいずれか一方のみが形成されることに限らず、例えば図８に示す遠心圧縮機５１のように、上流側延長部３３及び下流側延長部４３の両方が形成されていてもよい。
【００４６】
さらに、仕切整流板２６は、ストレート通路２０をその上流端部から下流端部にわたって分割することに限らず、図９に示すように、少なくともリターン通路１３側に位置するストレート通路２０の上流端部を分割するように、ストレート通路２０の内側面２０ａに沿ってストレート通路２０の上流端部から径方向内方に延出していればよい。即ち、仕切整流板２６の後縁はストレート通路２０の下流端部に到達しなくてもよい。
【００４７】
この場合、ストレート通路２０の上流端部から径方向内方に延出する仕切整流板２６の延出長さＬ１は、ストレート通路２０の上流端部において軸方向に沿う内側面２０ａと仕切整流板２６の対向面２６ａとの距離Ｌ２（ストレート通路２０の上流端部における内側通路２７の幅寸法Ｌ２）の３倍以上とすることがより好ましい。仕切整流板２６の延出長さＬ１を内側通路２７の幅寸法Ｌ２の３倍以上とすることで、内側通路２７に入り込むプロセスガスＧの流速分布が不均一であっても、プロセスガスＧが内側通路２７を通る間に十分に整流して、内側通路２７においてプロセスガスＧの流速分布の均一化を十分に図ることが可能となる。
なお、図９に示す仕切整流板２６に、例えば図６に示す上流側延長部３３が形成された場合には、内側通路２７に入り込むプロセスガスＧの流速分布の不均一性を低く抑えることができるため、仕切整流板２６の延出長さＬ１を内側通路２７の幅寸法Ｌ２の３倍以下としても、内側通路２７におけるプロセスガスＧの流速分布の均一化を十分に図ることができる。
【００４８】
なお、上記実施形態及び全ての変形例において、仕切整流板２６によって軸方向に分割されるストレート通路２０の上流端部は、リターン通路１３の下流端との境界を示しているが、これに限ることはなく、本願発明の遠心圧縮機においては、リターン通路１３の下流端から径方向内方に離間した領域も含む。したがって、例えばリターン通路１３側に位置するリターンベーン２５の前縁がリターン通路１３の下流端から径方向内方に離間して位置する場合、リターン通路１３側に位置する仕切整流板２６の前縁は、上記実施形態と同様にストレート通路２０とリターン通路１３との境界に配されてもよいが、例えばリターンベーン２５の前縁に一致していてもよい。
【００４９】
また、仕切整流板２６によって軸方向に分割されるストレート通路２０の下流端部も上流端部の場合と同様に、コーナー通路２１の上流端との境界を示すことに限らず、本願発明の遠心圧縮機においては、コーナー通路２１の上流端から径方向外方に離間した領域も含む。したがって、例えばコーナー通路２１側に位置するリターンベーン２５の後縁がコーナー通路２１の上流端から径方向外方に離間して位置する場合、コーナー通路２１側に位置する仕切整流板２６の後縁は、上記実施形態と同様にストレート通路２０とコーナー通路２１との境界に配されてもよいが、例えばリターンベーン２５の後縁に一致していてもよい。
【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、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００５１】
Ｇ…プロセスガス（気体）
Ｏ…軸線
１，３１，４１，５１…遠心圧縮機
２…シャフト
３…インペラ
４…流路
５…ケーシング
１３…リターン通路
１３ｂ…外周壁面（内側湾曲面）
２０…ストレート通路
２０ａ…内側面
２１…コーナー通路（誘導通路）
２５…リターンベーン
２６…仕切整流板
３３…上流側延長部
４３…下流側延長部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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