(57)【要約】【課題】リターン流路における流体の剥離を十分に低減して、効率向上を図ることができる遠心式回転機械の流路形成部、ケーシング、および、遠心式回転機械を提供する。【解決手段】径方向内側に向かって流体が流れるリターン流路１０４を形成する遠心式回転機械の流路形成部であって、周方向に間隔をあけて複数配されるリターンベーン２と、これらリターンベーン２の間に配され、リターンベーン２と間隔をあけてリターン流路１０４に沿って延びるスプリッタ５と、を備え、流体が流れる方向におけるスプリッタ５の下流側の端部８が、リターンベーン２の下流側の端部６よりも下流側に延びていることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向内側に向かって流体が流れるリターン流路を形成する遠心式回転機械の流路形成部であって、
周方向に間隔をあけて複数配されるリターンベーンと、
これらリターンベーンの間に配され、前記リターンベーンと間隔をあけて前記リターン流路に沿って延びるスプリッタと、
を備え、
前記流体が流れる方向における前記スプリッタの下流側の端部が、前記リターンベーンの下流側の端部よりも下流側に延びていることを特徴とする遠心式回転機械の流路形成部。
【請求項２】
前記スプリッタは、
周方向で対向する前記リターンベーンの圧力面と負圧面との中央位置よりも、周方向で負圧面側に配されている請求項１に記載の遠心式回転機械の流路形成部。
【請求項３】
径方向内側に向かって流体が流れるリターン流路を形成する遠心式回転機械の流路形成部であって、
周方向に間隔をあけて複数配されるリターンベーンと、
これらリターンベーンの間に配され、前記リターン流路に沿って延びるスプリッタと、
を備え、
前記スプリッタは、
周方向で対向する前記リターンベーンの圧力面と負圧面との中央位置よりも、周方向で負圧面側に配されていることを特徴とする遠心式回転機械の流路形成部。
【請求項４】
周方向における前記圧力面から前記スプリッタまでの距離が、前記圧力面から前記負圧面までの距離に対して５／６よりも小さい請求項２又は３に記載の遠心式回転機械の流路形成部。
【請求項５】
周方向における前記圧力面と前記スプリッタとの距離をＧ１とし、周方向における前記スプリッタと前記負圧面との距離をＧ２とした場合に、前記スプリッタはＧ１：Ｇ２＝２：１となる位置に配されている請求項２又は３に記載の遠心式回転機械の流路形成部。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一項に記載の遠心式回転機械の流路形成部を備えることを特徴とするケーシング。
【請求項７】
請求項６に記載のケーシングを備えることを特徴とする遠心式回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、遠心式回転機械の流路形成部、ケーシング、および、遠心式回転機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転軸に対して軸線方向に間隔をあけて多段にインペラが設けられた多段ポンプおよび多段遠心圧縮機などの遠心式回転機械が知られている。
この遠心式回転機械は、インペラを覆うケーシングを備えており、このケーシングに、圧縮流体を次段へと導くリターン流路が形成されている。リターン流路には、インペラの回転による流体の周方向への流れを打ち消して、次段のインペラに対して垂直に流入させるために、複数のリターンベーンが形成されている場合がある。
【０００３】
上記リターンベーンは、一般に、リターン流路の周方向に等間隔で配されている。
しかし、上記リターンベーンの流れ方向の下流側の端部において剥離が生じる場合があり、圧縮機性能が低下してしまう可能性があった。
そこで、周方向で隣り合うリターンベーンの下流側の端部間の中央にスプリッタベーンを配することで、リターン流路内における剥離領域を低減させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２８６１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記スプリッタベーンを配したとしても、リターン流路内における流体の剥離領域が十分に低減できず十分な整流効果が得られない場合がある。そのため、更なる圧縮効率などの向上を図るために、リターン流路内における剥離領域のより一層の低減が要望されている。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、リターン流路における流体の剥離を十分に低減して、効率向上を図ることができる遠心式回転機械の流路形成部、ケーシング、および、遠心式回転機械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】
【０００６】
上記の課題を解決するために以下の構成を採用する。
この発明に係る遠心式回転機械の流路形成部は、径方向内側に向かって流体が流れるリターン流路を形成する遠心式回転機械の流路形成部であって、周方向に間隔をあけて複数配されるリターンベーンと、これらリターンベーンの間に配され、前記リターンベーンと間隔をあけて前記リターン流路に沿って延びるスプリッタと、を備え、前記流体が流れる方向における前記スプリッタの下流側の端部が、前記リターンベーンの下流側の端部よりも下流側に延びていることを特徴としている。
このように構成することで、スプリッタのリターンベーンよりも下流側に延びている部分によって、リターンベーンの下流側の端部において流体が剥離方向へ変位しようとすることを抑制できる。そのため、下流側の端部において流体をリターンベーンに沿うように流すことができる。
【０００７】
さらに、この発明に係る遠心式回転機械の流路形成部は、上記遠心式回転機械の流路形成部における前記スプリッタが、周方向で対向する前記リターンベーンの圧力面と負圧面との中央位置よりも、周方向で負圧面側に配されていてもよい。
このように構成することで、リターンベーンの負圧面とスプリッタとの間の流路を細くすることができる。
【０００８】
さらに、この発明に係る遠心式回転機械の流路形成部は、径方向内側に向かって流体が流れるリターン流路を形成する遠心式回転機械の流路形成部であって、周方向に間隔をあけて複数配されるリターンベーンと、これらリターンベーンの間に配され、前記リターン流路に沿って延びるスプリッタと、を備え、前記スプリッタは、周方向で対向する前記リターンベーンの圧力面と負圧面との中央位置よりも、周方向で負圧面側に配されていることを特徴としている。
このように構成することで、リターンベーンの負圧面とスプリッタとの間の流路を細くすることができるため、スプリッタを圧力面と負圧面との中央位置に配する場合よりも負圧面から流体が剥離することを防止できる。その結果、リターン流路における流体の剥離を十分に低減することができる。
【０００９】
さらに、この発明に係る遠心式回転機械の流路形成部は、上記遠心式回転機械の流路形成部において、周方向における前記圧力面から前記スプリッタまでの距離が、前記圧力面から前記負圧面までの距離に対して５／６よりも小さくてもよい。
このように構成することで、周方向における圧力面からスプリッタまでの距離が５／６以上の場合よりも、リターンベーンの下流側の端部における流体の剥離をより一層低減することができる。
【００１０】
さらに、この発明に係る遠心式回転機械の流路形成部は、上記遠心式回転機械の流路形成部において、周方向における前記圧力面と前記スプリッタとの距離をＧ１とし、周方向における前記スプリッタと前記負圧面との距離をＧ２とした場合に、前記スプリッタはＧ１：Ｇ２＝２：１となる位置に配されていてもよい。
このように構成することで、リターン流路の下流側における流体の更なる整流効果を得ることができる。
【００１１】
この発明に係る遠心式回転機械のケーシングは、上記何れか一つの遠心式回転機械の流路形成部を備えることを特徴としている。
この発明に係る遠心式回転機械は、上記ケーシングを備えることを特徴としている。
このように構成することで、リターン流路における作動流体の剥離を防止して、十分な整流効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係る遠心式回転機械の流路形成部、ケーシング、および、遠心式回転機械によれば、リターン流路における流体の剥離を十分に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の一実施形態における多段遠心ポンプを模式的に示す縦断面図である。
【図２】上記多段遠心ポンプのリターン流路の断面図である。
【図３】図２のリターン流路の下流側における部分拡大図である。
【図４】上記リターン流路のスプリッタベーンの周方向の配置に対する整流効果の変化を示すグラフである。
【図５】この発明の実施形態の第１変形例における図３に相当する部分拡大図である。
【図６】この発明の実施形態の第２変形例における図３に相当する部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の一実施形態に係る遠心式回転機械の流路形成部、ケーシング、および、遠心回転機械について図面に基づき説明する。
図１は、この実施形態における遠心回転機械である遠心ポンプ１００の概略構成を示している。
図１に示すように、この実施形態における遠心ポンプ１００は、軸線Ｏ方向に複数のインペラ１０が並んで取り付けられた回転軸１０７を備えている。この回転軸１０７は、ジャーナル軸受１０２およびスラスト軸受１０３を介してケーシング１０１に回転可能に支持されている。ケーシング１０１は、複数のインペラ１０を外側から覆っている。
【００１５】
ケーシング１０１は、回転軸１０７の軸線Ｏ方向の前方側（図１における左側）に、外部から流体Ｇを流入させるための吸込口１０５を備えている。また、ケーシング１０１は、軸線Ｏ方向の後方側（図１における右側）に、外部へ流体Ｇを流出させるための排出口１０６を備えている。ケーシング１０１は、リターン流路１０４を形成している。リターン流路１０４は、上流側のインペラ１０により昇圧され、インペラ１０の径方向外側に流出した流体Ｇを、径方向内側に向かって流すことで次段のインペラ１０へ供給する。ここで、この実施形態において、リターン流路１０４を形成するケーシング１０１は、この発明における流路形成部を構成している。
【００１６】
リターン流路１０４には、流体Ｇが径方向内側に向かって流れる位置に、リターンベーン２が形成されている。これらリターンベーン２は、前段のインペラ１０により昇圧された流体Ｇが軸線Ｏ方向に沿って次段のインペラ１０に流入するように、流体Ｇに含まれる回転成分を打ち消す機能を有している。また、リターン流路１０４には、流体Ｇが径方向外側に向かって流れる位置にディフューザ１１が形成されている。
【００１７】
上記構成を備える遠心ポンプ１００によれば、まず、インペラ１０が回転することで、吸込口１０５からケーシング１０１内に流入した流体Ｇは、最も吸込口１０５側のインペラ１０によって昇圧された後、次段のインペラ１０により昇圧され、最終段のインペラ１０まで順次昇圧され、徐々に圧力が上昇する。この際、各インペラ１０に流入する流体Ｇの回転成分は、リターンベーン２により打ち消される。そして、各インペラ１０によって段階的に昇圧された流体Ｇは、排出口１０６から順次排出される。なお、上記図１においては、回転軸１０７にインペラ１０が直列に６個設けられた多段遠心ポンプの一例を示しているが、インペラ１０の数は上記のものに限られない。
【００１８】
図２は、この実施形態における遠心ポンプ１００のリターン流路１０４の断面図である。
図２に示すように、リターン流路１０４には、複数のリターンベーン２が周方向に間隔を空けて配されている。これらリターンベーン２は、軸線Ｏ方向におけるリターン流路１０４の一方の面３から他方の面（図示せず）に渡って形成されている。また、リターンベーン２は、流体Ｇが流れる径方向の外側から内側に向かって延びるとともに、回転軸１０７の回転方向とは逆方向に湾曲した弧状に形成されている。このようにリターンベーン２が湾曲した弧状に形成されることで、上記流体Ｇがリターンベーン２の圧力面４に衝突してその回転成分が打ち消される。
【００１９】
図３は、図２のリターン流路１０４の下流側における部分拡大図である。
図２、図３に示すように、各リターンベーン２の間には、それぞれスプリッタ５が配されている。これらスプリッタ５は、リターンベーン２の下流側の端部６の負圧面７から流体Ｇが剥離することを抑制する機能を有している。各スプリッタ５は、リターンベーン２に沿うように配されるとともに、リターンベーン２と周方向に間隔をあけて配されている。さらにスプリッタ５は、その長手方向の寸法Ｌ１が、リターンベーン２の長手方向の寸法Ｌｒよりも十分短く形成されている。また、スプリッタ５は、リターン流路１０４の下流側すなわち径方向内側の一部にのみ配されている。
【００２０】
この実施形態におけるスプリッタ５は、周方向の幅寸法Ｗ１が一定とされており、この周方向の幅寸法Ｗ１が、下流側の端部６におけるリターンベーン２の幅寸法Ｗ２と同程度又は小さく形成されている。また、スプリッタ５の幅寸法Ｗ１は、端部６側におけるリターンベーン２の圧力面４と負圧面７との間の距離である出口幅Ｄ２に対して１／５〜１／１０程度の寸法に形成することが好ましい。また、この実施形態におけるスプリッタ５の長さＬ１は、リターンベーン２の長さＬｒの半分程度の長さとなっている。このようにスプリッタ５の幅寸法Ｗ１および出口幅Ｄ２を設定することで、流体Ｇの流路抵抗の増加を抑制しつつ負圧面７からの流体Ｇの剥離を効率よく低減することが可能となっている。
【００２１】
流体Ｇが流れる方向において、スプリッタ５の下流側の端部８は、リターンベーン２の下流側の端部６よりも更に下流側に延びている。ここで、リターンベーン２の下流側の端部６に対して、スプリッタ５の下流側の端部８は、長さＬ２だけ下流側に突出するように形成されている。この長さＬ２は、例えば、幅寸法Ｗ１の長さよりも十分に長く形成されている。さらに、長さＬ２は、長いほど好ましい。
【００２２】
また、スプリッタ５は、周方向で互いに対向するリターンベーン２の圧力面４と負圧面７との間の中央位置Ｃよりも、周方向で負圧面７側に配されている。より具体的には、スプリッタ５の軸線Ｏ２が中央位置Ｃよりも周方向で負圧面７側に配されている。
【００２３】
図４は、スプリッタ５の周方向の各位置における整流効果を示すグラフである。
この図４のグラフは、縦軸を整流度、横軸をスプリッタ５の位置としている。ここで、負圧面７に対して剥離が全く生じていない理想状態の流体Ｇの流れの角度を「θBEST」、負圧面７に対する実際の流体Ｇの流れ角度を「θ」とした場合、上記整流度は（θ／θBEST）と示すことができる。つまり、整流度が「１」に近いほど、スプリッタ５による整流効果が高くなり、「１」よりも低くなるにつれて、端部６の負圧面７からの流体Ｇの剥離が大きくなり整流効果が低くなることを示している。図３において、「θBEST」のときの流体Ｇの向き、および、「θ」の一例における流体Ｇの向きをそれぞれ矢印で示している。また、図４におけるスプリッタ５の周方向の位置は、圧力面４側を「０」、負圧面７側を「１」として示している。つまり、上述した圧力面４と負圧面７との間の中央位置Ｃが図４で示す横軸の「１／２」の位置に相当する。
【００２４】
図４に示すように、整流度は、スプリッタ５が「１／２」の位置から負圧面７側になるにつれて徐々に上昇し、「２／３」の位置で最も高くなる。この「２／３」の位置では、整流度はほぼ「１」となる。その後、「２／３」の位置よりも負圧面側になるにつれて、整流度は、「１／２」の位置から「２／３」の位置までの上昇率よりも大きな角度で減少する。そして、整流度は、「５／６」の位置において「０．９５」となる。ここで、負圧面７からの流体Ｇの剥離を抑制する上で、整流度を「０．９５」よりも大きくすることが一つの基準となっている。
【００２５】
そのため、リターン流路１０４の下流側端部におけるスプリッタ５の周方向における位置は、「１／２」の位置よりも負圧面７側の範囲で、「５／６」の位置よりも圧力面４側にすることが好ましい。スプリッタ５の周方向における位置を「５／６」以上の位置とした場合、スプリッタ５が剥離領域に取り込まれてしまうことにより整流度が低下してしまうと考えられる。
【００２６】
さらに、上記スプリッタ５の周方向における位置は、「２／３」の位置とすることがより好ましい。この「２／３」の位置とは、圧力面４とスプリッタ５との距離を「Ｇ１」、スプリッタ５と負圧面７との距離を「Ｇ２」とした場合、Ｇ１：Ｇ２＝２：１の関係が成り立つ位置である。なお、「圧力面４とスプリッタ５との距離」とは、より詳しくは、圧力面４とスプリッタ５の幅方向中心（軸線Ｏ２）との最短距離であり、スプリッタ５と負圧面７との距離とは、スプリッタ５の幅方向中心（軸線Ｏ２）と負圧面７との最短距離である。
【００２７】
また、上述した実施形態の遠心ポンプ１００によれば、リターン流路１０４における流体Ｇの剥離を防止して、十分な整流効果を得ることができるため、例えば、インペラ１０による圧縮効率を向上して、ポンプ性能の向上などの性能向上を図ることが可能となる。
【００２８】
したがって、上述した実施形態のケーシング１０１および遠心ポンプ１００によれば、リターンベーン２の下流側の端部６において流体Ｇが剥離方向へ変位しようとすることを、スプリッタ５のリターンベーン２よりも下流側に延びている部分によって抑制できる。そのため、リターンベーン２の下流側の端部６において流体Ｇをリターンベーン２に沿うように流すことができる。その結果、リターン流路１０４における流体Ｇの剥離を十分に低減して、効率向上を図ることができる。
【００２９】
さらに、圧力面４と負圧面７との中央位置Ｃよりも周方向で負圧面７側にスプリッタ５を配することで、リターンベーン２の負圧面７とスプリッタ５との間の流路幅を細くすることができる。その結果、負圧面７からの流体Ｇの剥離をより一層防止できる。
【００３０】
また、スプリッタ５の下流側の端部８が、リターンベーン２の下流側の端部６よりも下流側に延びていることで、リターンベーン２の下流側の端部６において流体Ｇが剥離方向へ変位しようとすることを、スプリッタ５のリターンベーン２よりも下流側に延びている部分によって抑制できる。そのため、下流側の端部６において流体Ｇをリターンベーン２に沿って流すことができる。
【００３１】
さらに、周方向における圧力面４からスプリッタ５までの距離Ｇ１を「５／６」よりも小さくすることで、「５／６」以上の場合よりも整流度を高くすることができる。その結果、リターンベーン２の下流側の端部６における流体Ｇの剥離をより一層低減することができる。
また、スプリッタ５が、Ｇ１：Ｇ２＝２：１となる位置に配されることで、リターン流路１０４の下流側における流体Ｇの更なる整流効果を得ることができる。
【００３２】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
【００３３】
例えば、上述した実施形態においては、スプリッタ５の下流側の端部８がリターンベーン２よりも下流側に延びると同時に、周方向におけるスプリッタ５の位置が、リターンベーン２間の中央位置Ｃよりも負圧面７側に配される場合を一例に説明したが、この構成に限られるものではない。例えば、図５に示す第１変形例のように、周方向におけるスプリッタ５の位置を中央位置Ｃとした状態で、スプリッタ５の下流側の端部８をリターンベーン２の下流側の端部６よりも下流側に延びるように形成しても良い。このようにすることで、スプリッタ５の下流側の端部８によって、リターンベーン２の下流側の端部６における流体Ｇの剥離方向への変位を抑制できる。
【００３４】
また、例えば、図６に示す第２変形例のように、流体Ｇの流れ方向で、スプリッタ５の下流側の端部８をリターンベーン２の下流側の端部６と同位置として、周方向におけるスプリッタ５の位置を中央位置Ｃよりも負圧面７側に配するようにしても良い。この場合、スプリッタ５の周方向の位置を上述した「５／６」の位置よりも圧力面４側に配することが好ましく、「２／３」の位置に配することがより好ましい。このようにすることで、リターンベーン２の負圧面７とスプリッタ５との間の流路幅を、スプリッタ５を中央位置Ｃに配する場合よりも細くすることができるため、スプリッタ５を中央位置Ｃに配する場合よりも負圧面７から流体Ｇが剥離することを抑制できる。
【００３５】
さらに、実施形態においては、多段遠心ポンプを一例に説明したが、ポンプに限られず、インペラを多段に備えた遠心式の回転機械であればよく、例えば、ターボ機械などであってもよい。
【００３６】
また、上述した実施形態においては、遠心ポンプ１００のケーシング１０１が流路形成部を備える場合を一例に説明した。しかし、リターン流路１０４を形成する流路形成部と、ケーシング１０１とは、別部材であってもよい。また、ケーシング１０１が一体的に形成される一例を説明したが、複数の流路形成部によってケーシング１０１を形成するようにしても良い。
【符号の説明】
【００３７】
２  リターンベーン
３  一方の面
４  圧力面
５  スプリッタ
６  端部
７  負圧面
８  端部
１０  インペラ
１１  ディフューザ
１００  遠心ポンプ
１０１  ケーシング
１０２  ジャーナル軸受
１０３  スラスト軸受
１０４  リターン流路
１０５  吸込口
１０６  排出口
１０７  回転軸
Ｇ  流体
【図１】
2015135068.tif 000003
【図２】
2015135068.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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