(57)【要約】【課題】旋回失速開始マージンを拡大し、旋回失速を防止しつつ、効率の低下を抑制することができる遠心圧縮機を提供することを目的とする。【解決手段】インペラ５Ａの出口側にベーンレスディフューザ７Ａが設けられている遠心圧縮機１において、ベーンレスディフューザ７Ａのハブ側ケーシング２Ｂの壁面に流体入口１２Ａが開口され、インペラ５Ａのハブディスク５Ｃの背面と対向するハブ側ケーシング２Ｂの壁面に流体出口１２Ｂが開口されているスリット状の流体循環路１２が設けられており、該スリット状流体循環路１２の流体入口１２Ａは、開口部の中心がインペラ５Ａの出口半径をＲ２としたとき、１．１Ｒ２ないし１．４Ｒ２の位置にあって、ベーンレスディフューザ７Ａでの旋回失速開始半径位置よりも半径方向外側位置に開口されている。【選択図】図２
2011122516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インペラの出口側にベーンレスディフューザが設けられている遠心圧縮機において、
前記ベーンレスディフューザのハブ側ケーシング壁面に流体入口が開口され、前記インペラのハブディスク背面と対向する前記ハブ側ケーシング壁面に流体出口が開口されているスリット状の流体循環路が設けられており、
前記スリット状流体循環路の前記流体入口は、開口部の中心が前記インペラの出口半径をＲ２としたとき、１．１Ｒ２ないし１．４Ｒ２の位置にあって、前記ベーンレスディフューザでの旋回失速開始半径位置よりも半径方向外側位置に開口されていることを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
前記スリット状流体循環路の前記流体出口は、開口部の中心が０．９０Ｒ２ないし０．９７Ｒ２の位置にあって、前記インペラの外周端よりも半径方向内側位置に開口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】
前記スリット状流体循環路の幅は、前記ベーンレスディフューザの流路幅の少なくとも２０％以上とされてい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】
前記スリット状流体循環路内には、周方向の複数箇所に繋ぎ部材が設けられ、該繋ぎ部材を介して前記スリット状の流体循環路を形成する２つのハブ側ケーシング部材が一体に結合されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の遠心圧縮機。
【請求項５】
前記繋ぎ部材は、円形断面の柱状部材とされていることを特徴とする請求項４に記載の遠心圧縮機。
【請求項６】
前記繋ぎ部材は、円形断面の柱状部材から流体の旋回方向に向って延長されているヒレを有するヒレ付き柱状部材とされていることを特徴とする請求項４または５に記載の遠心圧縮機。
【請求項７】
前記繋ぎ部材は、翼型断面の柱状部材とされていることを特徴とする請求項４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、インペラの出口側にベーンレスディフューザが設けられている遠心圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
遠心圧縮機では、構造が簡単であり、流れ角が適正であれば損失が少なく、しかも作動範囲が広く、また、インペラに対して流体加振力が生じないことから、ディフューザ部にベーンを備えていないベーンレスディフューザが広く採用されている。しかし、ベーンレスディフューザは、流れ角が大きくなると、損失が大きくなるほか、円周方向の流れが不均一となる旋回失速を生じ、それが原因と考えられる圧力変動や軸振動、吐出配管振動等が発生する。この旋回失速は、特に、遠心圧縮機を低流量域で運転した場合に発生することが知られている。図１０（Ｂ）は、流量Ｑと圧縮機の出口圧（ヘッド圧）Ｈおよび効率ηとの関係を示したものであり、流量Ｑ１が旋回失速発生点、それより低流量域の流量範囲が旋回失速発生領域Ｗ１となることを示している。
【０００３】
旋回失速が発生すると、それに起因して上記の如く圧力変動や軸振動、吐出配管振動等が惹起され、遠心圧縮機を継続して安定運転することが困難となる。そこで、旋回失速の発生を阻止することを目的に、図９に示されるように、ベーンレスディフューザ０７の出口側に入口０１２Ａが開口され、インペラ０５のハブディスク０５Ｃの背面と対向するケーシング０２の壁面に出口０１２Ｂが開口されている流体循環路０１２を設けることによって、高圧流体の一部を、流体循環路０１２を介して再循環させるようにした遠心圧縮機０１が特許文献１により提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３８８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示されているものは、ベーンレスディフューザ０７で最初に旋回失速が発生する際の旋回失速開始流量の小流量化を狙ったものであり、図１０（Ａ）に示されるように、流体循環路０１２に流体主流の流量の１０％を再循環させることによって、旋回失速開始マージンを１０％拡大できるものである（流量Ｑ２、旋回失速発生領域Ｗ２参照）。しかしながら、これに伴って再循環させない場合と比較して、１％程度の効率低下を生じるものであった。同様に、２０％の再循環流量では、２０％の旋回失速開始マージンの拡大、２％の効率低下、３０％の再循環流量では、３０％の旋回失速開始マージンの拡大、３％の効率低下というように、旋回失速開始マージンの拡大に伴い、効率の低下が大きくなるというものであった。
【０００６】
また、流体循環路０１２の入口０１２Ａがベーンレスディフューザ０７の出口側に、出口０１２Ｂがインペラ出口半径の半分以下の位置に開口されているため、流体循環路０１２が長くなり、壁面摩擦損失を主とする圧力損失が大きくなる。このような損失に対抗して所要の流量を再循環させるには、主流からもエネルギーを供給する必要があり、これによっても効率が低下するという課題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、旋回失速開始マージンを拡大し、旋回失速を防止しつつ、効率の低下を抑制することができる遠心圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した課題を解決するために、本発明の遠心圧縮機は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる遠心圧縮機は、インペラの出口側にベーンレスディフューザが設けられている遠心圧縮機において、前記ベーンレスディフューザのハブ側ケーシング壁面に流体入口が開口され、前記インペラのハブディスク背面と対向する前記ハブ側ケーシング壁面に流体出口が開口されているスリット状の流体循環路が設けられており、前記スリット状流体循環路の前記流体入口は、開口部の中心が前記インペラの出口半径Ｒ２としたとき、１．１Ｒ２ないし１．４Ｒ２の位置にあって、前記ベーンレスディフューザでの旋回失速開始半径位置よりも半径方向外側位置に開口されていることを特徴とする。
【０００９】
ベーンレスディフューザでの旋回失速は、ベーンレスディフューザ内の流れを解析した結果、最初に旋回失速が発生する半径方向位置を旋回失速開始半径Ｒｒｅｖとすると、ディフューザ幅比ｂ／Ｒ２（ｂ；ディフューザ幅、Ｒ２；インペラ出口半径）が小さいディフューザほど、旋回失速開始半径Ｒｒｅｖが小さくなり、半径比（Ｒｒｅｖ／Ｒ２）が１．０に近づくようになっている。このことは、ディフューザ幅比ｂ／Ｒ２の小さいディフューザほど内径側、即ちディフューザの入口近くで旋回失速が発生することを意味する。また、ディフューザ幅比ｂ／Ｒ２を最大値とした場合でも、旋回失速開始半径Ｒｒｅｖの半径比（Ｒｒｅｖ／Ｒ２）は、１．３程度であった。以上から、旋回失速開始半径Ｒｒｅｖは、１．０Ｒ２ないし１．３Ｒ２の範囲にあることが確認されている。
本発明では、上記の点を勘案し、ベーンレスディフューザのハブ側ケーシング壁面に流体入口が開口され、インペラのハブディスク背面と対向するハブ側ケーシング壁面に流体出口が開口されているスリット状の流体循環路を設け、このスリット状流体循環路の流体入口を、開口部の中心がインペラの出口半径をＲ２としたとき、１．１Ｒ２ないし１．４Ｒ２の位置にあって、ベーンレスディフューザでの旋回失速開始半径位置よりも半径方向外側位置に開口させた構成としているため、ベーンレスディフューザを流れる高圧流体の一部を、スリット状流体循環路を介してベーンレスディフューザの入口側に循環させることにより、ベーンレスディフューザを流れる流体流量を、上記した旋回失速開始半径Ｒｒｅｖが存在する１．０Ｒ２ないし１．３Ｒ２の範囲において局所的に増加させることができる。従って、増加された流量比率分だけ旋回失速発生点を低流量側へとシフトし、旋回失速の発生を抑制することができる。また、流体循環路がスリット状とされ、その流体入口が、旋回失速開始半径Ｒｒｅｖが存在する１．０Ｒ２ないし１．３Ｒ２の範囲よりも半径方向外側の１．１Ｒ２ないし１．４Ｒ２の位置に開口されているため、従来のものに比べ、相対的に流体循環路の長さを短く、かつ周方向に亘って広く形成することができ、ベーンレスディフューザを流れる高圧流体をスムーズにスリット状流体循環路に導入し、旋回流を保ったままインペラの背面側へと流出させることができる。従って、高圧流体の再循環系での壁面摩擦損失を主とする圧力損失を低減して旋回失速発生領域での流量を増やすことができ、旋回失速を防止しつつ、効率の低下を抑制することができる。また、再循環流に旋回成分を保持させることができるため、主流に再合流する際の混合損失を低減することができる。
【００１０】
さらに、本発明の遠心圧縮機は、上記の遠心圧縮機において、前記スリット状流体循環路の前記流体出口は、開口部の中心が０．９０Ｒ２ないし０．９７Ｒ２の位置にあって、前記インペラの外周端よりも半径方向内側位置に開口されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、スリット状流体循環路の流体出口を、開口部の中心がインペラの出口半径をＲ２としたとき、０．９０Ｒ２ないし０．９７Ｒ２の位置にあって、インペラの外周端よりも半径方向内側位置に開口させた構成としているため、スリット状流体循環路を経て流出される再循環流を確実にインペラのハブ背面に噴出することができ、再循環流がインペラを流れる流体主流を乱すことがなく、主流との合流時における流れのせん断による圧力損失の増加をも抑制することができる。また、流体出口をインペラの外周端から外側に出ない範囲で出来るだけ半径方向外側位置に開口できるため、スリット状流体循環路の長さを可及的に短くし、スリット状流体循環路での壁面摩擦損失を主とする圧力損失を更に低減することができる。従って、効率の低下を更に抑制することができる。
【００１２】
さらに、本発明の遠心圧縮機は、上述のいずれかの遠心圧縮機において、前記スリット状流体循環路の幅は、前記ベーンレスディフューザの流路幅の少なくとも２０％以上とされていることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、スリット状流体循環路の幅を、ベーンレスディフューザの流路幅の少なくとも２０％以上としているため、スリット状流体循環路の流体入口および流体出口を上記位置に設けることにより出入口間の圧力差が減少し、スリット状流体循環路に流体が流れにくくなることに対して、スリット状流体循環路の幅をベーンレスディフューザ部の流路幅の少なくとも２０％以上とし、相対的に流路幅を拡げ圧力損失を低減することにより、所要の再循環流量が確保されるようにしている。従って、ベーンレスディフューザの旋回失速発生領域を流れる流体流量を確実に増加し、旋回失速を抑制することができる。
【００１４】
さらに、本発明の遠心圧縮機は、上述のいずれかの遠心圧縮機において、前記スリット状流体循環路内には、周方向の複数箇所に繋ぎ部材が設けられ、該繋ぎ部材を介して前記スリット状の流体循環路を形成する２つのハブ側ケーシング部材が一体に結合されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、スリット状流体循環路内の周方向の複数箇所に繋ぎ部材が設けられ、該繋ぎ部材を介してスリット状の流体循環路を形成する２つのハブ側ケーシング部材が一体に結合されているため、２つに分けられているハブ側ケーシング部材を繋ぎ部材により結合し、その間にスリットを設けることにより、ハブ側ケーシング内に１つのスリット状をなす流体循環路を全周に亘って形成することができる。従って、ハブ側ケーシング内に圧力損失を小さくことができるスリット状の流体循環路を簡易に構成でき、これによっても効率の低下を抑制することができる。
【００１６】
さらに、本発明の遠心圧縮機は、上記の遠心圧縮機において、前記繋ぎ部材は、円形断面の柱状部材とされていることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、繋ぎ部材が、円形断面の柱状部材とされているため、繋ぎ部材による流路抵抗を極力小さくし、スリット状流体循環路を流れる再循環流を、旋回流を保ったままスムーズに流体出口へと循環させることができる。従って、繋ぎ部材による圧力損失を最小限に抑え、効率の低下を抑制することができる。
【００１８】
さらに、本発明の遠心圧縮機は、上述のいずれかの遠心圧縮機において、前記繋ぎ部材は、円形断面の柱状部材から流体の旋回方向に向って延長されているヒレを有するヒレ付き柱状部材とされていることを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、繋ぎ部材が、円形断面の柱状部材から流体の旋回方向に向って延長されているヒレを有するヒレ付き柱状部材とされているため、繋ぎ部材の下流で発生する流れの剥離や渦をヒレによって抑えることができる。従って、繋ぎ部材により発生する流れの剥離や渦による圧力損失を抑え、効率の低下を抑制することができる。また、ヒレを設けることにより、柱状部材の断面積を増大できるため、繋ぎ部材および該繋ぎ部材により一体に結合されたハブ側ケーシング部材の強度を充分確保することができる。
【００２０】
さらに、本発明の遠心圧縮機は、上記の遠心圧縮機において、前記繋ぎ部材は、翼型断面の柱状部材とされていることを特徴とする。
【００２１】
本発明によれば、繋ぎ部材は、翼型断面の柱状部材とされているため、繋ぎ部材による流路抵抗を可及的に小さくし、スリット状流体循環路を流れる高圧流体を、翼型に沿って旋回流を保ったままスムーズに流体出口へと循環させることができる。従って、繋ぎ部材による圧力損失を最小限に抑え、効率の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によると、ベーンレスディフューザを流れる高圧流体の一部を、スリット状流体循環路を介してベーンレスディフューザの入口側に循環させ、ベーンレスディフューザを流れる流体流量を、上記した旋回失速開始半径Ｒｒｅｖが存在する１．０Ｒ２ないし１．３Ｒ２の範囲において局所的に増加させることができるため、増加された流量比率分だけ旋回失速発生点を低流量側へとシフトし、旋回失速の発生を抑制することができる。また、流体循環路がスリット状とされ、その流体入口が旋回失速開始半径Ｒｒｅｖが存在する１．０Ｒ２ないし１．３Ｒ２の範囲よりも半径方向外側の１．１Ｒ２ないし１．４Ｒ２の位置に開口されているため、従来のものに比べ、相対的に流体循環路の長さを短く、かつ周方向に亘って広く形成することができ、ベーンレスディフューザを流れる高圧流体をスムーズにスリット状流体循環路に導入し、旋回流を保ったままインペラの背面側へと流出させることができる。従って、高圧流体の再循環系での壁面摩擦損失を主とする圧力損失を低減して旋回失速発生領域での流量を増やすことができ、旋回失速を防止しつつ、効率の低下を抑制することができる。また、再循環流に旋回成分を保持させることができるため、主流に再合流する際の混合損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る２段遠心圧縮機の縦断面図である。
【図２】図１に示す２段遠心圧縮機の要部断面図である。
【図３】図２中のａ−ａ拡大断面図である。
【図４】図１に示す２段遠心圧縮機の旋回失速発生点および効率を示す性能曲線図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る２段遠心圧縮機の図２中のａ−ａ拡大断面相当図（Ａ），（Ｂ）である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る２段遠心圧縮機の図２中のａ−ａ拡大断面相当図である。
【図７】図６に示す２段遠心圧縮機の第１変形例を示す図２中のａ−ａ拡大断面相当図である。
【図８】図６に示す２段遠心圧縮機の第２変形例を示す図２中のａ−ａ拡大断面相当図である。
【図９】従来例の２段遠心圧縮機の要部断面図である。
【図１０】従来例の２段遠心圧縮機の旋回失速発生点および効率を示す性能曲線図（Ａ），（Ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１ないし図３を用いて説明する。
図１には、本発明の第１実施形態にかかる遠心圧縮機１の縦断面図が示されている。
遠心圧縮機１は、複数のパーツを組み合わせて構成されているケーシング２と、このケーシング２内に図示省略の軸受を介してその軸線Ｌ回りに回転可能に支持されている回転軸４と、回転軸４と一体に回転するように設けられているクローズドタイプまたはオープンタイプの２つのインペラ５Ａ，５Ｂ（本実施形態では、クローズドインペラが示されている。）と、を備えている。
【００２５】
遠心圧縮機１は、図示省略の駆動装置により回転軸４が駆動され、インペラ５Ａ，５Ｂが回転されることによって、ケーシング２に設けられている流体吸入口６を介して圧縮対象のガスあるいは空気等の流体が吸い込まれる。この流体は、まず１段目のインペラ５Ａの回転によって遠心力が付与され、その運動エネルギーがインペラ５Ａの出口に設けられている１段目のベーンレスディフューザ７Ａで圧力エネルギーに変換され、さらにリターンベンド８、リターンベーン９を経て、次段圧縮ステージである２段目のインペラ５Ｂの入口に導かれるようになっている。
【００２６】
この圧縮流体は、２段目のインペラ５Ｂによっても同様に遠心力が付与され、２段目のベーンレスディフューザ７Ｂで運動エネルギーが圧力エネルギーに変換され、さらに高圧の圧縮流体となってスクロール１０に吐出される。そして、このスクロール１０からケーシング２に設けられている流体吐出口１１を経て図示省略の吐出配管へと送出されるようになっている。このように、本実施形態では、２段遠心圧縮機１が例示されている。
【００２７】
ベーンレスディフューザ７Ａ，７Ｂは、各々インペラ５Ａ，５Ｂが回転する空間の出口側に連通して設けられており、インペラ５Ａ，５Ｂにより遠心力が与えられた流体の運動エネルギーを圧力エネルギーに変換して送出する流路を構成するものである。ベーンレスディフューザ７Ａ，７Ｂにおいては、前述したとおり、遠心圧縮機１を低流量域で運転した場合、円周方向の流れが不均一となる旋回失速が発生することが知られている。この旋回失速の発生を抑制するため、本実施形態では、以下の構成を採用している。
【００２８】
図２は、ベーンレスディフューザ７Ａ部の構成を示す要部断面図であり、図３は、そのａ−ａ拡大断面図である。
ベーンレスディフューザ７Ａは、ハウジング２を構成するシュラウド側ケーシング２Ａとハブ側ケーシング２Ｂとによって形成されている。そして、このハブ側ケーシング２Ｂ内に、流体入口１２Ａがベーンレスディフューザ７Ａを構成するハブ側ケーシング２Ｂの壁面の所定位置に開口され、流体出口１２Ｂがインペラ５Ａを構成するハブディスク５Ｃの背面と対向するハブ側ケーシング２Ｂの壁面に開口されているスリット状の流体循環路１２が設けられている。
【００２９】
スリット状流体循環路１２は、流体入口１２Ａからベーンレスディフューザ７Ａを流れる圧縮流体の一部を取り込み、それをインペラ５Ａのハブディスク５Ｃ背面に対向して開口されている流体出口１２Ｂから主流路側に噴出し、ベーンレスディフューザ７Ａの入口部を挟んでその前後間で圧縮流体の一部を再循環させるためのものである。このスリット状の流体循環路１２は、２つの分けられたハブ側ケーシング部材１３Ａ，１３Ｂの間に所定幅のスリットを設けることによって形成されており、２つのハブ側ケーシング部材１３Ａ，１３Ｂは周方向の複数箇所に等間隔で設けられている円形断面の柱状部材１４Ａからなる繋ぎ部材１４により一体に結合されている。なお、繋ぎ部材１４の周方向配置は必ずしも等間隔でなくてもよく、間隔は適宜設定すればよい。
【００３０】
スリット状流体循環路１２の流体入口１２Ａは、開口部の中心がインペラ５Ａの出口半径をＲ２としたとき、１．１Ｒ２ないし１．４Ｒ２の位置にあって、ベーンレスディフューザ７Ａでの旋回失速開始半径位置よりも半径方向外側に開口されている。
これは、ベーンレスディフューザ７Ａでの旋回失速は、ベーンレスディフューザ７Ａ内での流れの解析（ＣＦＤ、モデル検証試験等）を行った結果、最初に旋回失速が発生する半径方向位置を旋回失速開始半径Ｒｒｅｖとすると、ディフューザ幅比ｂ／Ｒ２（ｂ；ディフューザ幅、Ｒ２；インペラ出口半径）が小さいディフューザほど、旋回失速開始半径Ｒｒｅｖが小さくなり、半径比（Ｒｒｅｖ／Ｒ２）が１．０に近づくようになる。このことは、ディフューザ幅比ｂ／Ｒ２の小さいディフューザほど内径側、即ちディフューザの入口付近で旋回失速が発生することを意味する。また、ディフューザ幅比ｂ／Ｒ２を最大値とした場合でも、旋回失速開始半径Ｒｒｅｖの半径比（Ｒｒｅｖ／Ｒ２）は、１．３程度であった。以上から、旋回失速開始半径Ｒｒｅｖは、１．０Ｒ２ないし１．３Ｒ２の範囲にあることが確認されたことに基づくものである。
【００３１】
このように、流体入口１２Ａは、ベーンレスディフューザ７Ａでの旋回失速開始半径Ｒｒｅｖの範囲である半径比（Ｒｒｅｖ／Ｒ２）が１．０Ｒ２ないし１．３Ｒ２の範囲よりも僅かに半径方向外側に位置（開口部の中心が、１．１Ｒ２ないし１．４Ｒ２の位置）するように開口されている。
【００３２】
また、スリット状流体循環路１２の流体出口１２Ｂは、開口部の中心がインペラ５Ａの出口半径をＲ２としたとき、０．９０Ｒ２ないし０．９７Ｒ２の位置にあって、インペラ５Ａの外周端５Ｄよりも半径方向内側位置に開口されている。これは、流体出口１２Ｂから噴出される流体が確実にインペラ５Ａのハブディスク５Ｃの背面に当る位置であって、しかもインペラ５Ａの外周端５Ｄから外側に出ない範囲で出来るだけ半径方向外側の位置に流体出口１２Ｂを開口するためである。
【００３３】
このようにして、流体入口１２Ａの開口位置および流体出口１２Ｂの開口位置を決めることにより、スリット状流体循環路１２の流体入口１２Ａから流体出口１２Ｂまでの長さを可及的に短くすることができ、スリット状流体循環路１２で発生する再循環流体の壁面摩擦損失を主とする圧力損失をできる限り低減できるようにしている。
【００３４】
さらに、流体入口１２Ａを上記のように、１．１Ｒ２ないし１．４Ｒ２の位置に設けることにより、流体入口１２Ａと流体出口１２Ｂとの間の圧力差が従来のものに比べ、相対的に小さくなり、スリット状流体循環路１２側に圧縮流体が流れ難くなるので、スリット状流体循環路１２のスリット幅ｂ１（図３参照）を、ディフューザ幅ｂの少なくとも２０％以上、好ましくは３０％以上とし、圧縮流体が再循環され易いようにしている。
【００３５】
以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
遠心圧縮機１が、低流量域で運転された場合においても、上記の如くスリット状流体循環路１２が設けられているため、このスリット状流体循環路１２の流体入口１２Ａと流体出口１２Ｂとの間の圧力差により、ベーンレスディフューザ７Ａを流れる圧縮流体の一部がスリット状流体循環路１２を介してインペラ５Ａのハブディスク５Ｃの背面位置に循環される。そして、ハブディスク５Ｃの背面に向って噴出された後、ハブディスク５Ｃによって周方向の流速が付与された状態で、インペラ５Ａを流れる流体主流とその出口、すなわちベーンレスディフューザ７Ａの入口部において合流され、再びベーンレスディフューザ７Ａへと流入される。
【００３６】
このように、ベーンレスディフューザ７Ａの入口部を挟んでその前後間で圧縮流体の一部を、スリット状流体循環路１２を介して再循環させることにより、ベーンレスディフューザ７Ａの入口部付近、すなわち旋回失速開始半径Ｒｒｅｖ領域を流れる流体流量を局部的に増加させることができる。このため、図４に示されるように、増加された流量比率分だけ旋回失速発生点Ｑ３を低流量域側へと移動させることができ、これによって、旋回失速の発生を抑制することができる。また、旋回失速が原因となる圧力変動や軸振動、吐出配管振動等を抑えることができるため、遠心圧縮機１を安定運転できる範囲を拡大することができる。
【００３７】
なお、図４中において、流量Ｑ３が旋回失速発生点、それよりも低流量域側が旋回失速発生領域Ｗ３であり、図１０（Ｂ）に示されている流体循環路を有していないものと比べると、旋回失速発生点Ｑ３が低流量域側にシフトされ、旋回失速発生領域Ｗ３が著しく狭くなっていることが判る。よって、その分だけ、遠心圧縮機１を安定して運転できる範囲が拡大されることになる。
【００３８】
一方、スリット状流体循環路１２の流体入口１２Ａは、ベーンレスディフューザ７Ａでの旋回失速開始半径Ｒｒｅｖの範囲である半径比（Ｒｒｅｖ／Ｒ２）が１．０ないし１．３の範囲よりも半径方向外側に位置（開口部の中心が、１．１Ｒ２ないし１．４Ｒ２の位置）するように開口されており、また、流体出口１２Ｂは、開口部の中心がインペラ５Ａの出口半径をＲ２としたとき、０．９０Ｒ２ないし０．９７Ｒ２の位置に開口されているため、スリット状流体循環路１２の流体入口１２Ａから流体出口１２Ｂまでの距離を従来のものに比べて短くすることができる。しかも、スリット状流体循環路１２を全周に亘って１つのスリットにより構成しているため、周方向に広い流路とすることができる。
【００３９】
このように、スリット状流体循環路１２の長さを短く、かつ周方向に広い流路とすることにより、ベーンレスディフューザ７Ａを流れる圧縮流体をスムーズにスリット状流体循環路１２側に導入し、その圧縮流体を、旋回流を保ったままインペラ５Ａの背面側へと流出させることができる。これによって、圧縮流体の再循環系での壁面摩擦損失を主とする圧力損失を低減することができ、図４に示されるように、旋回失速を防止しつつ、効率の低下をごく微小な低下に抑制することができる。
【００４０】
さらに、スリット状流体循環路１２の幅ｂ１を、ベーンレスディフューザ７Ａの流路幅ｂの少なくとも２０％以上、好ましくは３０％以上としている。このため、流体入口１２Ａおよび流体出口１２Ｂを上記位置に設けたことにより出入口間の圧力差が減少し、スリット状流体循環路１２側に圧縮流体が流れにくくなることに対して、スリット状流体循環路１２の流路幅ｂ１をベーンレスディフューザ７Ａの流路幅ｂの少なくとも２０％以上とし、相対的に流路幅ｂ１を拡げ圧力損失を低減することにより、所要の再循環流量が確保されるようにしている。従って、ベーンレスディフューザ７Ａの旋回失速発生領域を流れる流体流量を確実に増加し、旋回失速を抑制することができる。
【００４１】
また、流体出口１２Ｂがハブディスク５Ｃの背面と対向するハブ側ケーシング２Ｂの壁面にあって、インペラ５Ａの外周端５Ｄよりも半径方向内側位置に開口されているため、ここから噴出される再循環流によって、インペラ５Ａを流れる流体主流が乱されることがなく、しかも、この再循環流は、ハブディスク５Ｃの背面によって周方向の流速が付与され、ベーンレスディフューザ７Ａの入口部において流体主流と合流される際、流体主流と略同程度の周方向流速となっている。従って、流れのせん断による圧力損失の増加を抑制することができ、これによっても、遠心圧縮機１の効率低下を抑制することができる。
【００４２】
また、スリット状の流体循環路１２内には、周方向の複数箇所に円形断面の柱状部材１４Ａからなる繋ぎ部材１４が設けられ、この繋ぎ部材１４を介してスリット状流体循環路１２を形成している２つのハブ側ケーシング部材１３Ａ，１３Ｂが一体に結合された構成とされている。このため、２つに分けられているハブ側ケーシング部材１３Ａ，１３Ｂを繋ぎ部材１４により結合し、その間にスリットを設けることによって、ハブ側ケーシング２Ｂ内に全周に亘って１つのスリット状をなす流体循環路１２を容易に形成することができる。
【００４３】
従って、ハブ側ケーシング２Ｂ内に圧力損失を小さくすることができるスリット状の流体循環路１２を簡易に構成でき、これによっても効率の低下を抑制することができる。加えて、繋ぎ部材１４が円形断面の柱状部材１４Ａとされているため、繋ぎ部材１４による流路抵抗を極力小さくして、スリット状流体循環路１２内を流れる再循環流を、旋回流を保ったままスムーズに流体出口１２Ｂへと循環させることができる。これによって、繋ぎ部材１４による圧力損失を最小限に抑えることができ、効率の低下をより低減することができる。
【００４４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図５（Ａ），（Ｂ）を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、繋ぎ部材１４をヒレ付き柱状部材１４Ｂ，１４Ｂ’としている点が異なる。その他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、２つのハブ側ケーシング部材１３Ａ，１３Ｂを一体に結合している複数の繋ぎ部材１４が、円形断面の柱状部材から流体循環路１２内を流れる圧縮流体の旋回方向に向って延長されている流線形のヒレ１４ｂや板状のヒレ１４ｂ’を有するヒレ付き柱状部材１４Ｂ，１４Ｂ’とされた構成とされている。
【００４５】
上記のように、繋ぎ部材１４を、円形断面の柱状部材から流体の旋回方向に向って延長されているヒレ１４ｂ，１４ｂ’を有するヒレ付き柱状部材１４Ｂ，１４Ｂ’とすることにより、繋ぎ部材１４の背面側で発生する流れの剥離や渦をヒレ１４ｂ，１４ｂ’によって抑制することができる。このため、繋ぎ部材１４により発生する循環流の剥離や渦による圧力損失を抑え、効率の低下を抑制することができる。また、ヒレ１４ｂ，１４ｂ’を設けることにより、柱状部材１４Ｂ，１４Ｂ’の断面積を増大できるため、繋ぎ部材１４および該繋ぎ部材１４により一体結合されている２つのハブ側ケーシング部材１３Ａ，１３Ｂの強度を充分確保することができる。
【００４６】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図６ないし図８を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、繋ぎ部材１４を翼型断面の柱状部材１４Ｃ，１４Ｄ，１４Ｅとしている点が異なる。その他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、２つのハブ側ケーシング部材１３Ａ，１３Ｂを一体に結合している複数の繋ぎ部材１４が、流体の旋回方向に沿って延在するものであって、図６に示されるような直線板状翼型断面の柱状部材１４Ｃ、図７に示されるような曲がり板状翼型断面の柱状部材１４Ｄ、図８に示されるような翼型断面の柱状部材１４Ｅのいずれかとされた構成とされている。
【００４７】
このように、繋ぎ部材１４を、翼型断面の柱状部材１４Ｃ，１４Ｄ，１４Ｅとすることにより、繋ぎ部材１４による流路抵抗を可及的に小さくし、スリット状流体循環路１２内を流れる圧縮流体を、翼型に沿って旋回流を保ったままスムーズに流体出口１２Ｂへと循環させることができる。従って、繋ぎ部材１４による圧力損失を最小限に抑え、効率の低下を抑制することができる。
【００４８】
なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、２段遠心圧縮機の低段側に適用した例について説明したが、高段側に適用してもよいことはもちろんである。また、２段遠心圧縮機に限らず、単段もしくは３段以上の多段遠心圧縮機にも同様に適用できることは云うまでもない。
【符号の説明】
【００４９】
１  遠心圧縮機
２  ケーシング
２Ｂ  ハブ側ケーシング
５Ａ，５Ｂ  インペラ
５Ｃ  ハブディスク
５Ｄ  インペラの外周端
７Ａ，７Ｂ  ベーンレスディフューザ
１２  スリット状流体循環路
１２Ａ  流体入口
１２Ｂ  流体出口
１３Ａ，１３Ｂ  ２つのハブ側ケーシング部材
１４  繋ぎ部材
１４Ａ  円形断面の柱状部材
１４Ｂ，１４Ｂ’  ヒレ付き柱状部材
１４Ｃ，１４Ｄ，１４Ｅ  翼型断面の柱状部材
Ｒ２  インペラの出口半径
ｂ  ベーンレスディフューザの流路幅
ｂ１  スリット状流体循環路の幅
【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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