(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数段に設けられた遠心羽根車と、
各遠心羽根車の下流側に設けられたディフューザと、
このディフューザの下流側に設けられ流れを半径方向外向きから半径方向内向きに転向させるリターンベンドと、
このリターンベンドの下流側に設けられ流れを次段遠心羽根車に導く戻り流路と、
この戻り流路に円形翼列状に配置された案内羽根と、
前記案内羽根の翼負荷を低減する翼負荷低減手段であって、前記戻り流路の入口側部分に設けられ、前記戻り流路の入口側部分の軸方向流路幅より低い軸方向高さ及び前記案内羽根より短い翼長を有し、なおかつ軸方向高さが流れ方向に一定若しくは変化した小羽根と
を備えたことを特徴とする多段遠心圧縮機。
【請求項２】
請求項１記載の多段遠心圧縮機において、前記小羽根の前縁半径は、前記案内羽根の前縁半径よりも大きくなっていることを特徴とする多段遠心圧縮機。
【請求項３】
複数段に設けられた遠心羽根車と、
各遠心羽根車の下流側に設けられたディフューザと、
このディフューザの下流側に設けられ流れを半径方向外向きから半径方向内向きに転向させるリターンベンドと、
このリターンベンドの下流側に設けられ流れを次段遠心羽根車に導く戻り流路と、
この戻り流路に円形翼列状に配置された案内羽根と、
前記案内羽根の翼負荷を低減する翼負荷低減手段であって、前記戻り流路の出口側部分に設けられ、前記戻り流路の出口側部分の軸方向流路幅より低い軸方向高さ及び前記案内羽根より短い翼長を有し、なおかつ軸方向高さが流れ方向に一定若しくは変化した小羽根と
を備えたことを特徴とする多段遠心圧縮機。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の多段遠心圧縮機において、前記小羽根の軸方向高さは、前記戻り流路の入口側部分における軸方向流路幅の１０％以上５０％以下であることを特徴とする多段遠心圧縮機。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の多段遠心圧縮機において、前記戻り流路は、入口側部分ではその軸方向流路幅が流れ方向に漸次狭くなるように、出口側部分ではその軸方向流路幅が漸次広くなるように形成されていることを特徴とする多段遠心圧縮機。
【請求項６】
複数段に設けられた遠心羽根車と、
各遠心羽根車の下流側に設けられたディフューザと、
このディフューザの下流側に設けられ流れを半径方向外向きから半径方向内向きに転向させるリターンベンドと、
このリターンベンドの下流側に設けられ流れを次段遠心羽根車に導くものであって、入口側部分ではその軸方向流路幅が流れ方向に漸次狭くなるように、出口側部分ではその軸方向流路幅が漸次広くなるように形成された戻り流路と、
この戻り流路に円形翼列状に配置された案内羽根と
を備えたことを特徴とする多段遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数段の遠心羽根車を備えた多段遠心圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の多段遠心圧縮機の例としては、例えば特公平１−３３６７８号公報記載のものがある。この多段遠心圧縮機の要部構造を表す縦断面図を図１５に、図１５中Ｇ−Ｇ断面による横断面図を図１６に示す。
図１５及び図１６は、多段遠心圧縮機の多段構造のうち、ある段の遠心羽根車及びその次段の遠心羽根車近傍の構造を例にとって示したものであり、遠心羽根車２ａと、羽根車２ａの下流側（すなわち半径方向外側）に設けられたディフューザ３と、このディフューザ３の下流側に設けられたリターンベンド４と、このリターンベンド４の下流側（すなわち半径方向内側）に設けられ流れを次段羽根車２ｂに導く戻り流路５と、この戻り流路５に円形翼列状に配置された案内羽根８（図１６参照）と、戻り流路５の軸方向両側壁面をそれぞれ形成する１対の流路仕切り板６，７と、回転軸１に固定された回転スリーブ１０とが配置されている。
羽根車２ａ及び２ｂはともに回転軸１に取り付けられており、それぞれ、心板１６と、側板１７と、これら心板１６及び側板１７の間に円形翼列状に設けられた羽根１５とを備えている。
流路仕切り板６，７は、戻り流路５の軸方向流路幅が入口側部分では一定で出口側部分では流れ方向に漸次拡大するように配置されている。
以上の構造は、前述したようにある段の構造の一例であり、多段遠心圧縮機では、これと同様の構造が回転軸１の軸方向に複数段にわたって設けられている。
【０００３】
上記構成において、羽根車２ａから出た流れは、ディフューザ３で減速された後にリターンベンド４に流入して半径方向外向きから半径方向内向きに転向され、戻り流路５に流入する。その後、この流入した流れは、戻り流路５に設けられた案内羽根８により接線方向から半径方向に転向されて減速され、次段の羽根車２ｂに導かれる。
【０００４】
また、他の多段遠心圧縮機の例として、特公平５−２０５９７号公報記載のものがある。この多段遠心圧縮機では、特に、戻り流路の入口側部分の軸方向流路幅が流れ方向に漸次拡大している点が、上記特公平１−３３６７８号公報記載の構造と異なっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記２つの従来技術においては、以下の課題が存在する。
すなわち、戻り流路の入口側部分では、案内羽根の反りが大きいことから、流れが接線方向から半径方向に向かってより大きく転向させられる。この大きな転向を実現するたためには流れを大きく減速する必要があることから、この減速のために必要な仕事に相当する各案内羽根の翼負荷（＝翼の周方向両側の圧力差）が大きくなる。
しかし、翼負荷がある程度大きくなっている場合には、案内羽根がその翼負荷を十分には負担することができず、微視的にみると一部の流れを十分減速できなくなる。その結果、一部の流れが十分半径方向に向かって転向しなくなり、翼面からの剥離が発生し、これにより戻り流路における損失が増加する。また、この不十分な転向により戻り流路における２次流れが増加し、戻り流路の出口において流路幅方向（＝軸方向）及び周方向の流速分布が発生し、流れの歪み（＝不均一性）が大きくなる。この結果、次段羽根車の入口における流れの歪みも大きくなって、次段以降の性能が低下する。以上のように、戻り流路自体における損失増加、及び戻り流路の流れの歪みに由来する下流段の性能低下により、圧縮機全体の性能が低下することとなる。
【０００６】
ここにおいて、上記のような不都合を解消するために、案内羽根の枚数を増やすことで各案内羽根の翼負荷を低減することが考えられるが、その場合には案内羽根トータルの表面積の増大により摩擦損失が大幅に増加し、戻り流路の損失がかえって増大することとなる。
【０００７】
本発明の第１の目的は、戻り流路における損失を低減することにより、全体の性能を向上できる多段圧縮機を提供することにある。
【０００８】
本発明の第２の目的は、戻り流路から次段羽根車入口に流入するときの流れを均一化することにより、全体の性能を向上できる多段圧縮機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記第１及び第２の目的を達成するために、本発明によれば、複数段に設けられた遠心羽根車と、各遠心羽根車の下流側に設けられたディフューザと、このディフューザの下流側に設けられ流れを半径方向外向きから半径方向内向きに転向させるリターンベンドと、このリターンベンドの下流側に設けられ流れを次段遠心羽根車に導く戻り流路と、この戻り流路に円形翼列状に配置された案内羽根と、前記案内羽根の翼負荷を低減する翼負荷低減手段であって、前記戻り流路の入口側部分に設けられ、前記戻り流路の入口側部分の軸方向流路幅より低い軸方向高さ及び前記案内羽根より短い翼長を有し、なおかつ軸方向高さが流れ方向に一定若しくは変化した小羽根とを備えたことを特徴とする多段遠心圧縮機が提供される。
すなわち、戻り流路の入口側部分に、戻り流路の入口側部分の軸方向流路幅より低い軸方向高さ及び案内羽根より短い翼長を備えた小羽根を設けることにより、この増えた小羽根が流れの転向を補助し翼負荷の一部を負担する分、案内羽根の翼負荷が低減されるので、案内羽根は十分にその翼負荷を負担できるようになり、流れ全体を十分に転向させることができる。
そして、流れ全体の十分な転向により、流れは翼面に沿って流れ、剥離が発生するのを防止できるので、戻り流路で剥離による損失が発生するのを防止できる。このとき、小羽根の設置によって戻り流路における摩擦損失がわずかに増大するが、剥離による損失防止の効果のほうが際だって大きいので、全体として戻り流路における損失を低減することができる。したがって、圧縮機全体の性能を向上できる。また、流れが翼面に沿って流れることにより戻り流路での２次流れの発生を低減できるので、戻り流路の出口における流れの歪みを低減でき、軸方向・周方向の流速分布を一様にすることができる。したがって、戻り流路から次段羽根車入口に流入するときの流れを均一化することができるので、これによっても圧縮機全体の性能を向上できる。
【００１０】
好ましくは、前記多段遠心圧縮機において、前記小羽根の前縁半径は、前記案内羽根の前縁半径よりも大きくなっていることを特徴とする多段遠心圧縮機が提供される。
すなわち、小羽根の前縁が案内羽根の前縁よりも上流側に突出していることにより、流れは、リターンベンドから案内羽根に流入するより前に予め整流され、その流れ角が案内羽根の前縁の角度に近づけられるので、案内羽根の入射損失が低減される。したがって、戻り流路における損失をさらに低減することができる。
【００１１】
また、上記第２の目的を達成するために、本発明によれば、複数段に設けられた遠心羽根車と、各遠心羽根車の下流側に設けられたディフューザと、このディフューザの下流側に設けられ流れを半径方向外向きから半径方向内向きに転向させるリターンベンドと、このリターンベンドの下流側に設けられ流れを次段遠心羽根車に導く戻り流路と、この戻り流路に円形翼列状に配置された案内羽根と、前記案内羽根の翼負荷を低減する翼負荷低減手段であって、前記戻り流路の出口側部分に設けられ、前記戻り流路の出口側部分の軸方向流路幅より低い軸方向高さ及び前記案内羽根より短い翼長を有し、なおかつ軸方向高さが流れ方向に一定若しくは変化した小羽根とを備えたことを特徴とする多段遠心圧縮機が提供される。
すなわち、戻り流路の入口側部分において案内羽根の大きな翼負荷により剥離や２次流れが発生し流れの歪みが生じたとしても、戻り流路の出口側部分に設けられた小羽根と案内羽根とによる整流作用によって流れの歪みを低減し、軸方向・周方向の流速分布を一様にすることができる。したがって、戻り流路から次段羽根車入口に流入するときの流れを均一化することができるので、圧縮機全体の性能を向上できる。
【００１２】
好ましくは、上記多段遠心圧縮機において、前記小羽根の軸方向高さは、前記戻り流路の入口側部分における軸方向流路幅の１０％以上５０％以下であることを特徴とする多段遠心圧縮機が提供される。
すなわち、小羽根の軸方向高さが戻り流路の入口側部分における軸方向流路幅の１０％未満であると、戻り流路入口側部分における流れ転向作用が小さ過ぎたり、戻り流路出口側部分における整流作用が小さ過ぎるようになる。また、小羽根の軸方向高さが５０％を超えると、表面積の増加により摩擦損失が大きくなり過ぎる。したがって、小羽根の軸方向高さを戻り流路の軸方向流路幅の１０％以上５０％以下とすることにより、より確実に圧縮機全体の性能を向上できる。
また好ましくは、上記多段遠心圧縮機において、前記戻り流路は、入口側部分ではその軸方向流路幅が流れ方向に漸次狭くなるように、出口側部分ではその軸方向流路幅が漸次広くなるように形成されていることを特徴とする多段遠心圧縮機が提供される。
【００１３】
また、上記第１及び第２の目的を達成するために、本発明によれば、複数段に設けられた遠心羽根車と、各遠心羽根車の下流側に設けられたディフューザと、このディフューザの下流側に設けられ流れを半径方向外向きから半径方向内向きに転向させるリターンベンドと、このリターンベンドの下流側に設けられ流れを次段遠心羽根車に導くものであって、入口側部分ではその軸方向流路幅が流れ方向に漸次狭くなるように、出口側部分ではその軸方向流路幅が漸次広くなるように形成された戻り流路と、この戻り流路に円形翼列状に配置された案内羽根とを備えたことを特徴とする多段遠心圧縮機が提供される。
すなわち、戻り流路の入口側部分の軸方向流路幅を流れ方向に漸次狭くすれば、流路面積の減少が流れ速度を増加させるように作用し、流れの減速を緩和する。これにより、流れの減速のために必要な仕事に相当する案内羽根の翼負荷が低減されるので、案内羽根が十分にその翼負荷を負担できるようになり、流れ全体を十分に転向させることができる。
そして、流れ全体の十分な転向により、流れは翼面に沿って流れ、剥離が発生するのを防止できるので、戻り流路で剥離による損失が発生するのを防止できる。このとき、流路面積の減少によって戻り流路における摩擦損失がわずかに増大するが、剥離による損失防止の効果のほうが際だって大きいので、全体として戻り流路における損失を低減することができる。したがって、圧縮機全体の性能を向上できる。また、流れが翼面に沿って流れることにより戻り流路での２次流れの発生を低減できるので、戻り流路の出口における流れの歪みを低減でき、軸方向・周方向の流速分布を一様にすることができる。したがって、戻り流路から次段羽根車入口に流入するときの流れを均一化することができるので、これによっても圧縮機全体の性能を向上できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
本発明の第１の実施形態を図１及び図２により説明する。従来構造を表す図１５及び図１６と同等の部材には同一の符号を付し、説明を省略する。
図１は、本実施形態による多段遠心圧縮機の要部構造を表す縦断面図であり、図２は、図１中Ａ−Ａ断面による横断面図である。これら図１及び図２において、図１５及び図１６に示した従来構造と異なる点は、戻り流路１０５の入口側部分ではその軸方向流路幅Ｗが流れ方向に漸次狭くなるように、また出口側部分ではその軸方向流路幅Ｗ１が漸次広くなるように、側板側の流路仕切り板１０７が設けられていることである。
その他の構造は、図１５及び図１６に示した従来構造とほぼ同様である。
【００１５】
上記において、戻り流路１０５の入口側部分の流路幅Ｗを漸次狭くすることが、案内羽根８の翼負荷を低減する翼負荷低減手段を構成している。以下、このことについて説明する。
従来構造の図１５及び図１６に示されるように、戻り流路５の入口側部分では、案内羽根８の反りが大きく、流れが接線方向から半径方向に向かってより大きく転向させられる。この大きな転向を実現するたためには、図１６中に併せて図示する流れの絶対速度Ｃ、周方向成分Ｃθ、半径方向成分Ｃｒのうち、周方向成分Ｃθを大きく減少させ、絶対速度Ｃも大きく減少させる必要がある。このとき、速度の２乗と圧力との比例関係に基づき、流れの減速のために必要な仕事に相当する翼負荷（＝翼の周方向両側の圧力差）が各案内羽根８に加わることから、流れを大きく減速させるためには、その反作用として各案内羽根８の翼負荷も大きくなる。
しかし、翼負荷がある程度大きくなってくると、案内羽根８がその翼負荷を十分には負担することができず、微視的にみると一部の流れを十分減速できなくなる。その結果、一部の流れが十分接線方向から半径方向に向かって転向しなくなり、案内羽根８の翼面からの剥離が発生し、これにより戻り流路５における損失が増加する。また、この不十分な転向により戻り流路５における２次流れが増加し、戻り流路５の出口において流路幅方向（＝軸方向）及び周方向の流速分布が発生し、流れの歪み（＝不均一性）が大きくなる。この結果、次段羽根車２ｂの入口９における流れの歪みも大きくなって、次段以降の性能が低下する。
【００１６】
これに対して、本実施形態においては、図１及び図２に示されるように、戻り流路１０５の入口側部分の軸方向流路幅Ｗを流れ方向に漸次狭くしていることにより、流路面積の減少が流れの半径方向成分Ｃｒを増加させるように作用し、ひいては絶対速度Ｃを増加させるように作用するので、絶対速度Ｃの減少を緩和することができる。これにより、各案内羽根１０８の翼負荷が低減されるので、案内羽根１０８が十分にその翼負荷を負担できるようになり、流れ全体を十分に転向させることができる。したがって、流れは各案内羽根１０８の翼面に沿って流れ、剥離が発生するのを防止できるので、戻り流路１０５で剥離による損失が発生するのを防止できる。このとき、流路面積の減少によって戻り流路１０５における摩擦損失がわずかに増大するが、剥離による損失防止の効果のほうが際だって大きいので、全体として戻り流路１０５における損失を低減することができる。
また、流れが各案内羽根１０８の翼面に沿って流れることにより、戻り流路１０５での２次流れの発生を低減できるので、戻り流路１０５の出口における流れの歪みを低減でき、軸方向・周方向の流速分布を一様にすることができる。したがって、戻り流路１０５から次段羽根車２ｂの入口９に流入するときの流れを均一化することができる。
【００１７】
以上説明したように、本実施形態によれば、戻り流路１０５における損失を低減することと、戻り流路１０５から次段羽根車２ｂの入口９に流入するときの流れを均一化することの両方の作用により、圧縮機全体の性能を大幅に向上することができる。
【００１８】
本発明の第２の実施形態を図３により説明する。第１の実施形態と同等の部材には同一の符号を付し、説明を省略する。
図３は、本実施形態による多段遠心圧縮機の要部構造を表す縦断面図であり、第１の実施形態と異なる点は、案内羽根２０８が設けられる戻り流路２０５の入口側部分の軸方向流路幅Ｗが流れ方向になめらかに漸次狭くなり、また出口側部分における軸方向流路幅Ｗ１が流れ方向になめらかに漸次広くなるように、側板側の流路仕切り板２０７の戻り流路２０５側表面が曲面となっていることである。
その他の構造は、第１の実施形態とほぼ同様である。
【００１９】
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果に加え、仕切り板２０７の戻り流路２０５側表面が曲面となっており流れがスムーズに流れるので、戻り流路損失２０５における損失がさらに低減される。
【００２０】
本発明の第３の実施形態を図４及び図５により説明する。本実施形態は、翼負荷低減手段として、戻り流路の入口側部分に小羽根を設ける実施形態である。従来構造を表す図１５及び図１６と同等の部材には同一の符号を付し、説明を省略する。
図４は、本実施形態による多段遠心圧縮機の要部構造を表す縦断面図であり、図５は、図４中Ｂ−Ｂ断面による横断面図である。これら図４及び図５において、図１５及び図１６に示した従来構造と異なる点は、戻り流路５の入口側部分に、戻り流路５の入口側部分における軸方向流路幅Ｗより低い軸方向高さＨ及び案内羽根８より短い翼長を備えた小羽根３１１を設けたことである。
小羽根３１１は、その軸方向高さＨは戻り流路５の入口側部分における軸方向流路幅Ｗの約３０％となっており、羽根厚さは案内羽根８の厚さより小さく、反り線は案内羽根８の反り線とほぼ等しく、前縁半径は案内羽根８の前縁半径とほぼ等しくなっている。また小羽根３１１は、隣り合う案内羽根８，８の翼間方向間隔を２分するように（図５参照）、戻り流路５の心板１６側の壁面を構成する心板側流路仕切り板６に固定されている。
その他の構造は、図１５及び図１６に示した従来構造とほぼ同様である。
【００２１】
上記においては、小羽根３１１が、案内羽根８の翼負荷を低減する翼負荷低減手段を構成している。以下、このことについて説明する。
第１の実施形態において説明したように、戻り流路５の入口側部分では、案内羽根８の反りが大きく、流れが接線方向から半径方向に向かってより大きく転向させられるので、各案内羽根８の翼負荷も大きくなる。しかし、翼負荷がある程度大きくなってくると、一部の流れが十分半径方向に向かって転向しなくなり、案内羽根８の翼面からの剥離が発生し、これにより戻り流路５における損失が増加する。また、この不十分な転向により戻り流路５における２次流れが増加し、次段羽根車２ｂの入口９における流れの歪みが大きくなって、次段以降の性能が低下する。
【００２２】
ここで本実施形態においては、図４及び図５に示されるように戻り流路５の入口側部分に小羽根３１１を設けることにより、この増えた小羽根３１１が流れの接線方向から半径方向への転向を補助し翼負荷の一部を負担する分、各案内羽根８の翼負荷が低減されるので、案内羽根８は十分にその翼負荷を負担できるようになり、流れ全体を十分に転向させることができる。
したがって、流れは各案内羽根８の翼面に沿って流れ、剥離が発生するのを防止できるので、戻り流路５で剥離による損失が発生するのを防止できる。このとき、流路面積の減少によって戻り流路５における摩擦損失がわずかに増大するが、剥離による損失防止の効果のほうが際だって大きいので、全体として戻り流路５における損失を低減することができる。
また、流れが各案内羽根８の翼面に沿って流れることにより、戻り流路５での２次流れの発生を低減できるので、戻り流路５の出口における流れの歪みを低減でき、軸方向・周方向の流速分布を一様にすることができる。したがって、戻り流路５から次段羽根車２ｂの入口９に流入するときの流れを均一化することができる。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態によっても、第１の実施形態と同様、戻り流路５における損失を低減することと、戻り流路５から次段羽根車２ｂの入口９に流入するときの流れを均一化することの両方の作用により、圧縮機全体の性能を大幅に向上することができる。
【００２４】
なお、上記第３の実施形態においては、小羽根３１１の軸方向高さＨは戻り流路５の入口側部分における軸方向流路幅Ｗの約３０％としたが、これに限られない。
すなわち、本願発明者等は、小羽根３１１の軸方向高さＨの長さを種々変えて戻り流路５の入口側部分における軸方向流路幅Ｗに対する比率を検討した結果、小羽根３１１の軸方向高さＨが戻り流路５の入口側部分の軸方向流路幅Ｗの１０％未満であると、戻り流路５の入口側部分における流れ転向作用が小さくなり過ぎる傾向にあり、また小羽根３１１の軸方向高さＨが戻り流路５の入口側部分の軸方向流路幅Ｗの５０％を超えると、表面積の増加により戻り流路５における摩擦損失が大きくなり過ぎる傾向にあることを確認した。したがって、より確実に圧縮機全体の性能を向上する観点からは、０．１≦Ｈ／Ｗ≦０．５が、好ましいＨ／Ｗ比の範囲であると判断される。
【００２５】
また、上記第３の実施形態においては、小羽根３１１の前縁半径を案内羽根８の前縁半径と一致させたが、これに限られず、小羽根３１１の前縁半径をやや小さくしてもよい。
【００２６】
本発明の第４の実施形態を図６及び図７により説明する。本実施形態は、小羽根の設置位置が異なる場合の実施形態である。第１〜第３の実施形態と同等の部材には同一の符号を付し、説明を省略する。
図６は、本実施形態による多段遠心圧縮機の要部構造を表す縦断面図であり、図７は、図６中Ｃ−Ｃ断面による横断面図である。これら図６及び図７において、第３の実施形態と異なる点は、小羽根３１１と同寸法・同形状の小羽根４１２を、戻り流路５の側板１７側の壁面を構成する側板側流路仕切り板７に固定したことである。なおこのとき、小羽根３１１と同様、小羽根４１２の前縁半径が案内羽根８の前縁半径とほぼ等しくなるように、かつ隣り合う案内羽根８，８の翼間方向間隔を２分するように（図７参照）固定されている。
その他の構造は、第３の実施形態とほぼ同様である。
本実施形態によっても、第３の実施形態と同様の効果を得る。
【００２７】
なお、上記第４の実施形態においては、小羽根４１２の前縁半径を案内羽根８の前縁半径と一致させたが、これに限られず、小羽根４１２の前縁半径をやや小さくしてもよい。
【００２８】
本発明の第５の実施形態を図８及び図９により説明する。本実施形態は、側板側・心板側の両方に小羽根を設けた場合の実施形態である。第１〜第４の実施形態と同等の部材には同一の符号を付し、説明を省略する。
図８は、本実施形態による多段遠心圧縮機の要部構造を表す縦断面図であり、図９は、図８中Ｄ−Ｄ断面による横断面図である。これら図８及び図９において、第４の実施形態と異なる点は、小羽根４１２を側板側流路仕切り板７に固定したことに加え、第３の実施形態の小羽根３１１を心板側流路仕切り板６に固定したことである。但しこの場合、小羽根近傍の流路閉塞を抑制するために、小羽根４１２及び小羽根３１１の軸方向高さＨは、それぞれ、戻り流路５の入口側部分の軸方向流路幅Ｗの２０％としている。
その他の構造は、第３の実施形態とほぼ同様である。
本実施形態によれば、第３の実施形態の小羽根３１１と第４の実施形態の小羽根４１２との両方を設けたので、両者の翼負荷低減作用の相乗によって圧縮機全体の性能をさらに向上することができる。
【００２９】
本発明の第６の実施形態を図１０及び図１１により説明する。本実施形態は、小羽根の前縁側を上流側に突出させた場合の実施形態である。第１〜第５の実施形態と同等の部材には同一の符号を付し、説明を省略する。
図１０は、本実施形態による多段遠心圧縮機の要部構造を表す縦断面図であり、図１１は、図１０中Ｆ−Ｆ断面による横断面図である。これら図１０及び図１１において、小羽根３１１よりわずかに長い寸法でほぼ同様の形状を備えた小羽根６１８を、その前縁半径が案内羽根８の前縁半径より大きくなるように心板側流路仕切り板６に固定したことが、第３の実施形態と異なる。なおこのとき、小羽根６１８は、小羽根３１１と同様、その軸方向高さＨは戻り流路５の入口側部分の流路幅Ｗの約３０％となっており、羽根厚さは案内羽根８の厚さより小さく、反り線は案内羽根８の反り線とほぼ等しくなっており、かつ、隣り合う案内羽根８，８の翼間方向間隔を２分するように（図１１参照）固定されている。
その他の構造は、第３の実施形態とほぼ同様である。
【００３０】
本実施形態によれば、第３の実施形態と同様の効果に加え、以下の効果がある。すなわち、小羽根６１８の前縁が案内羽根８の前縁よりも上流側に突出していることにより、流れは、リターンベンド４から案内羽根８に流入するより前に予め整流されて幅方向に一様化され、その流れ角が案内羽根８の前縁の角度に近づけられるので、案内羽根８の入射損失が低減される。したがって、戻り流路５における損失をさらに低減することができる。
【００３１】
なお、上記第６の実施形態においては、第３の実施形態の小羽根３１１と同様の位置に取り付けられた小羽根６１８の前縁半径を、案内羽根８の前縁半径より大きくして案内羽根８より上流側に突出させたが、これに限られず、第４の実施形態の小羽根４１２と同様の位置に取り付けた小羽根の前縁半径を、案内羽根８の前縁半径より大きくして案内羽根８より上流側に突出させてもよい。この場合も、上記同様、案内羽根の入射損失低減効果を得る。
【００３２】
本発明の第７の実施形態を図１２により説明する。第１〜第６の実施形態と同等の部材には同一の符号を付し、説明を省略する。
図１２は、本実施形態による多段遠心圧縮機の要部構造を表す縦断面図であり、第１の実施形態と同様に戻り流路１０５の入口側部分の軸方向流路幅Ｗが流れ方向に漸次狭くなり、また出口側部分の軸方向流路幅Ｗ１が流れ方向に漸次広くなっていることが、第３の実施形態と異なる。また、小羽根３１１の軸方向高さＨは、戻り流路１０５の入口側部分における軸方向最大流路幅Ｗｏの約３０％となっている。
その他の構造は、第３の実施形態とほぼ同様である。
本実施形態によれば、案内羽根８の翼負荷を低減する翼負荷低減手段として、第１の実施形態と同様に戻り流路１０５の入口側部分の流路幅Ｗを漸次狭くするとともに、第３の実施形態と同様の小羽根３１１を設けたので、これらの相乗効果により圧縮機全体の性能をさらに向上することができる。
【００３３】
本発明の第８の実施形態を図１３及び図１４により説明する。本実施形態は、戻り流路の出口側部分に整流手段としての小羽根を設ける実施形態である。従来構造を表す図１５及び図１６と同等の部材には同一の符号を付し、説明を省略する。
図１３は、本実施形態による多段遠心圧縮機の要部構造を表す縦断面図であり、図１４は、図１３中Ｅ−Ｅ断面による横断面図である。これら図１３及び図１４において、図１５及び図１６に示した従来構造と異なる点は、戻り流路５の出口側部分に、戻り流路５の出口側部分における軸方向流路幅Ｗ１より低い軸方向高さＨ及び案内羽根８より短い翼長を備えた小羽根８１３を設けたことである。小羽根８１３は、その軸方向高さＨは戻り流路５の入口側部分における軸方向流路幅Ｗの約３０％となっており、羽根厚さは案内羽根８の厚さより小さく、反り線は案内羽根８の反り線とほぼ等しく、後縁半径は案内羽根８の後縁半径とほぼ等しくなっている。また小羽根８１３は、隣り合う案内羽根８，８の翼間方向間隔を２分するように（図１４参照）、戻り流路５の心板１６側の壁面を構成する心板側流路仕切り板６に固定されている。
その他の構造は、図１５及び図１６に示した従来構造とほぼ同様である。
【００３４】
以上のように構成した本実施形態によれば、戻り流路５の入口側部分において案内羽根８の大きな翼負荷により剥離や２次流れが発生し流れの歪みが生じたとしても、戻り流路５の出口側部分に設けられた小羽根８１３と案内羽根８とによる整流作用によって流れの歪みを低減し、軸方向・周方向の流速分布を一様にすることができる。したがって、戻り流路５から次段羽根車２ｂの入口９に流入するときの流れを均一化することができるので、圧縮機全体の性能を向上できる。
【００３５】
なお、上記第８の実施形態においては、小羽根８１３の軸方向高さＨは戻り流路５の入口側部分における軸方向流路幅Ｗの約３０％としたが、これに限られない。
すなわち、本願発明者等は、小羽根８１３の軸方向高さＨの長さを種々変えて戻り流路５の入口側部分における軸方向流路幅Ｗに対する比率を検討した結果、小羽根８１３の軸方向高さＨが戻り流路５の入口側部分の軸方向流路幅Ｗの１０％未満であると、戻り流路５出口側部分における整流作用が小さくなり過ぎる傾向にあり、また小羽根８１３の軸方向高さＨが戻り流路５の入口側部分の軸方向流路幅Ｗの５０％を超えると、表面積の増加により戻り流路５における摩擦損失が大きくなり過ぎる傾向にあることを確認した。したがって、より確実に圧縮機全体の性能を向上する観点からは、０．１≦Ｈ／Ｗ≦０．５が、好ましいＨ／Ｗ比の範囲と判断される。
【００３６】
また、上記第８の実施形態においては、小羽根８１３の後縁半径を案内羽根８の後縁半径と同一としたが、これに限られず、案内羽根８の後縁半径よりも若干大きくしてもよいし、また案内羽根８の後縁半径よりも小さくして案内羽根後縁よりも突出させ整流作用をさらに向上させてもよい。
【００３７】
さらに、上記第８の実施形態においては、小羽根８１３を、戻り流路５の心板１６側の壁面を構成する心板側流路仕切り板６に固定したが、第４の実施形態同様に戻り流路５の側板１７側の壁面を構成する側板側流路仕切り板７に固定してもよい。この場合も、同様の効果を得る。また第５の実施形態同様に、心板側流路仕切り板６と側板側流路仕切り板７との両方に固定してもよい。この場合は、２つの相乗効果によりさらに良好な流れの均一化を図れるので、圧縮機全体のさらなる性能を向上できる。
【００３８】
また、上記第３〜第８の実施形態においては、小羽根３１１，４１２，６１８８１３の軸方向高さＨは、流れ方向に一定であったが、これを流れ方向に変化させることも可能である。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、戻り流路の入口側部分に、戻り流路の入口側部分の軸方向流路幅より低い軸方向高さ及び案内羽根より短い翼長を備えた小羽根を設けることにより、この増えた小羽根が流れの転向を補助し翼負荷の一部を負担する分、案内羽根の翼負荷が低減されるので、案内羽根は十分にその翼負荷を負担できるようになり、流れ全体を十分に転向させることができる。よって、戻り流路で流れの剥離による損失が発生するのを防止でき、また、戻り流路から次段羽根車入口に流入するときの流れを均一化することができるので、圧縮機全体の性能を向上することができる。
請求項３に記載の発明によれば、戻り流路の入口側部分において案内羽根の大きな翼負荷により剥離や２次流れが発生し流れの歪みが生じたとしても、戻り流路の出口側部分に設けられた小羽根と案内羽根とによる整流作用によって流れの歪みを低減し、軸方向・周方向の流速分布を一様にすることができる。したがって、戻り流路から次段羽根車入口に流入するときの流れを均一化することができるので、圧縮機全体の性能を向上できる。
請求項６に記載の発明によれば、戻り流路の入口側部分の軸方向流路幅を流れ方向に漸次狭くしたので、流路面積の減少が流れ速度を増加させるように作用し流れの減速が緩和される。これにより、流れの減速のために必要な仕事に相当する案内羽根の翼負荷が低減されるので、案内羽根は十分にその翼負荷を負担できるようになり、流れ全体を十分に転向させることができる。よって、戻り流路で流れの剥離による損失が発生するのを防止でき、また、戻り流路から次段羽根車入口に流入するときの流れを均一化することができるので、圧縮機全体の性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による多段遠心圧縮機の要部構造を表す縦断面図である。
【図２】図１中Ａ−Ａ断面による横断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態による多段遠心圧縮機の要部構造を表す縦断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態による多段遠心圧縮機の要部構造を表す縦断面図である。
【図５】図４中Ｂ−Ｂ断面による横断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態による多段遠心圧縮機の要部構造を表す縦断面図である。
【図７】図６中Ｃ−Ｃ断面による横断面図である。
【図８】本発明の第５の実施形態による多段遠心圧縮機の要部構造を表す縦断面図である。
【図９】図８中Ｄ−Ｄ断面による横断面図である。
【図１０】本発明の第６の実施形態による多段遠心圧縮機の要部構造を表す縦断面図である。
【図１１】図１０中Ｆ−Ｆ断面による横断面図である。
【図１２】本発明の第７の実施形態による多段遠心圧縮機の要部構造を表す縦断面図である。
【図１３】本発明の第８の実施形態による多段遠心圧縮機の要部構造を表す縦断面図である。
【図１４】図１４中Ｅ−Ｅ断面による横断面図である。
【図１５】従来の多段遠心圧縮機の要部構造を表す縦断面図である。
【図１６】図１５中Ｇ−Ｇ断面による横断面図である。
【符号の説明】
２ａ      羽根車
２ｂ      次段羽根車
３        ディフューザ
４        リターンベンド
５        戻り流路
６                心板側の流路仕切板（戻り流路の軸方向両側の壁面）
７                側板側の流路仕切板（戻り流路の軸方向両側の壁面）
８                案内羽根
９        入口
１５        羽根
１６        心板
１７        側板
１０５        戻り流路
１０７        側板側の流路仕切板
１０８        案内羽根
２０５        戻り流路
２０７        側板側の流路仕切板
２０８        案内羽根
３１１        小羽根（翼負荷低減手段）
４１２        小羽根（翼負荷低減手段）
６１８        小羽根（翼負荷低減手段）
８１３        小羽根
Ｈ                小羽根の軸方向高さ
Ｗ                戻り流路の入口側部分における軸方向流路幅
Ｗｏ              戻り流路の入口側部分における軸方向最大流路幅
Ｗ１              戻り流路の出口側部分における軸方向流路幅
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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