(57)【要約】  この回転機械は、軸線を中心として回転する回転軸（２）とともに回転するディスク（３１）を有し、複数並んで配置されるインペラ（３）と、作動流体（Ｆ）を流通させるケーシング流路（４３）が形成されているケーシング（４）とを備える。軸線方向の最も他方側に配置されるインペラ（３）は、ケーシング流路（４３）の上流側と連通する空間に配置され、ディスク（３１）の背面（３１１）から突出する凸部（５）を有する。凸部（５）は、回転軸（２）の外表面（２１）と平行に形成され、ケーシング（４）との隙間を封止するシール面（５１）と、外表面（２１）からシール面（５１）まで延びる受圧面（５２）とを有する。
2016038661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線を中心として回転する回転軸と、
前記回転軸とともに回転するディスクを有し、前記軸線の延びる軸線方向の一方側から流入する作動流体を径方向外側に向かって排出する内部流路が形成され、前記軸線方向に複数並んで配置されるインペラと、
前記軸線方向の一方側に配置されたインペラから他方側に隣接するインペラに、前記作動流体を流通させるケーシング流路が形成されているケーシングとを備え、
複数の前記インペラのうち、少なくとも前記軸線方向の最も他方側に配置されるインペラは、
前記ケーシング流路の上流側と連通する空間に配置され、前記ディスクの前記軸線方向の他方側を向く背面から突出して前記ディスクと一体的に形成される凸部を有し、
前記凸部は、
前記回転軸の外表面と平行に形成され、前記ケーシングとの間の径方向の隙間を封止するシール面と、
前記回転軸の前記外表面から前記シール面まで延びる受圧面とを有する回転機械。
【請求項２】
前記ケーシングは、前記作動流体を外部から前記ケーシング流路に流入させる吸込口が形成され、前記吸込口と前記空間とが連通している請求項１に記載の回転機械。
【請求項３】
前記凸部は、
前記シール面よりも径方向内側で、前記受圧面から前記軸線方向の一方側に向かって凹む凹部を有する請求項１または請求項２に記載の回転機械。
【請求項４】
軸線を中心として回転する回転軸と、
前記回転軸とともに回転するディスクを有し、前記軸線の延びる軸線方向の一方側から流入する作動流体を径方向外側に向かって排出する内部流路が形成され、軸線方向に複数並んで配置される複数のインペラと、
前記軸線方向の一方側に配置されたインペラから他方側に隣接するインペラに、前記作動流体を流通させるケーシング流路が形成されているケーシングと、を備える回転機械の前記軸線方向の最も他方側に配置されるインペラであって、
前記ディスクの前記軸線方向の他方側を向く背面から突出して前記ディスクと一体的に形成され、前記ケーシング流路の上流側と連通する空間に配置される凸部を有し、
前記凸部は、
前記回転軸の外表面と平行に形成され、前記ケーシングとの間の径方向の隙間を封止するシール面と、
前記回転軸の前記外表面から前記シール面まで延びる受圧面とを有するインペラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心圧縮機などの回転機械は、回転するインペラの内部に作動流体を流通させることで、インペラが回転する際に発生する遠心力を利用して作動流体を圧縮する。遠心圧縮機としては、複数のインペラを備えることで、作動流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。【０００３】
このような多段式の遠心圧縮機の一例が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の遠心圧縮機は、同一の回転軸に多数のインペラが取り付けられた一軸多段式遠心圧縮機である。この一軸多段式遠心圧縮機では、ケーシング内で回転軸に対して複数のインペラが軸線方向に並んで取り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１０７８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述したような遠心圧縮機では、インペラが回転して作動流体を圧縮することで、回転軸に対して作動流体が流れてくる軸線方向の一方側に向かって押しつけるようにスラスト力が生じる。特に、多段式遠心圧縮機のように複数のインペラが同一方向を向いて配置される構造では、このスラスト力が大きくなってしまう。そのため、このような遠心圧縮機では、インペラによって生じる軸線方向の一方側へのスラスト力を弱めるために、反対方向へのスラスト力を発生させて回転軸に働くスラスト力のバランスをとるバランスピストンが、インペラの最後段に隣接して配置されている。【０００６】
しかしながら、多段式遠心圧縮機のように高圧の作動流体を流通させる回転機械では、インペラとバランスピストンとの隙間に高圧の作動流体が入り込んでしまう。そのため、固体生成物が生じ易い作動流体を用いている場合、このような隙間に固体生成物が堆積され、回転機械の運転を阻害する恐れがある。【０００７】
本発明は、隙間が形成されることを防止して回転軸に働くスラスト力のバランスをとることが可能な回転機械を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第一の態様に係る回転機械は、軸線を中心として回転する回転軸と、前記回転軸とともに回転するディスクを有し、前記軸線の延びる軸線方向の一方側から流入する作動流体を径方向外側に向かって排出する内部流路が形成され、前記軸線方向に複数並んで配置されるインペラと、前記軸線方向の一方側に配置されたインペラから他方側に隣接するインペラに、前記作動流体を流通させるケーシング流路が形成されているケーシングとを備え、複数の前記インペラのうち、少なくとも前記軸線方向の最も他方側に配置されるインペラは、前記ケーシング流路の上流側と連通する空間に配置され、前記ディスクの前記軸線方向の他方側を向く背面から突出して前記ディスクと一体的に形成される凸部を有し、前記凸部は、前記回転軸の外表面と平行に形成され、前記ケーシングとの間の径方向の隙間を封止するシール面と、前記回転軸の前記外表面から前記シール面まで延びる受圧面とを有する。【０００９】
このような回転機械によれば、軸線方向の最も他方側の最後段のインペラのディスクに凸部が設けられていることで、最後段のインペラによって、他の複数のインペラによって生じたスラスト力とは反対方向に向かうスラスト力を回転軸に生じさせることができる。これにより、回転軸に働くスラスト力を調整することができる。また、ディスクと一体に形成された凸部によって回転軸に生じるスラスト力を調整することで、実質的にバランスピストンとディスクとを一体的形成できるために、別部材を使用する必要が無くなり、不要な隙間が形成されることを防止できる。【００１０】
本発明の他の態様に係る回転機械は、前記ケーシングは、前記作動流体を外部から前記ケーシング流路に流入させる吸込口が形成され、前記吸込口と前記空間とが連通していてもよい。【００１１】
このよう回転機械によれば、空間が、吸込口と連通していることで、受圧面に対して軸線方向の一方側から他方側に向かって引っ張るように働く力を最も大きくすることができる。そのため、凸部の設けられたディスクを介してインペラから回転軸に働く軸線方向の他方側に向かうスラスト力を大きくすることができる。これにより、回転軸に大きなスラスト力が生じる場合であっても、回転軸に生じるスラスト力のバランスを安定してとることできる。【００１２】
本発明の他の態様に係る回転機械は、前記凸部は、前記シール面よりも径方向内側で、前記受圧面から前記軸線方向の一方側に向かって凹む凹部を有していてもよい。【００１３】
このような遠心圧縮機によれば、凹部が形成されることで、凸部を有するインペラの重量の増加を抑えることができる。【００１４】
本発明の第二の態様に係るインペラは、軸線を中心として回転する回転軸と、前記回転軸とともに回転するディスクを有し、前記軸線の延びる軸線方向の一方側から流入する作動流体を径方向外側に向かって排出する内部流路が形成され、軸線方向に複数並んで配置される複数のインペラと、前記軸線方向の一方側に配置されたインペラから他方側に隣接するインペラに、前記作動流体を流通させるケーシング流路が形成されているケーシングと、を備える回転機械の前記軸線方向の最も他方側に配置されるインペラであって、前記ディスクの前記軸線方向の他方側を向く背面から突出して前記ディスクと一体的に形成され、前記ケーシング流路の上流側と連通する空間に配置される凸部を有し、前記凸部は、前記回転軸の外表面と平行に形成され、前記ケーシングとの間の径方向の隙間を封止するシール面と、前記回転軸の前記外表面から前記シール面まで延びる受圧面とを有する。
【発明の効果】
【００１５】
上記した回転機械によれば、ディスクと一体に形成された凸部によって、回転軸に働くスラスト力のバランスをとることができる。また、ディスク背面の隙間形成を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態における遠心圧縮機を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態における遠心圧縮機の最後段のインペラを示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明における実施形態について図１及び図２を参照して説明する。
本実施形態の回転機械は、遠心圧縮機１であり、本実施形態では一軸多段式遠心圧縮機となっている。本実施形態の遠心圧縮機１は、例えば、硝酸プラント等に用いられ、作動流体Ｆとして硝酸を流通させて圧縮している。本実施形態の遠心圧縮機１は、図１に示すように、軸線Ｏを中心として回転する回転軸２と、回転軸２に一体に回転可能に固定された複数のインペラ３と、回転軸２及びインペラ３を内部に収容するケーシング４とを備える。
【００１８】
回転軸２は、軸線Ｏに沿って延びる円柱状をなしており、図示しない電動機等の動力源によって軸線Ｏ回りに回転する。回転軸２は、ケーシング４に収容されたインペラ３が外嵌されて、これらと共に軸線Ｏを中心に回転する。この回転軸２は、ジャーナル軸受４１及びスラスト軸受４２によってケーシング４に対して回転自在に支持されており、また図示しない電動機によって回転駆動される。
【００１９】
複数のインペラ３は、回転軸２の軸線Ｏの延びる方向である軸線Ｏ方向に間隔を空けて複数並んで配置されてケーシング４の内部に収容されている。本実施形態の遠心圧縮機１では、軸線Ｏ方向に配置された各インペラ３に対応するように、軸線Ｏ方向の最も一方側（図１における紙面左側）の最前段に配置される第一段圧縮機段（最前段圧縮機段）１１から軸線Ｏ方向の最も他方側（図１における紙面右側）の最後段に配置される第五段圧縮機段（最後段圧縮機段）１５までの五段の圧縮機段１１、１２、１３、１４、１５を備えている。
【００２０】
ケーシング４は、略円柱状の外郭をなすように形成されたもので、中心を貫くように回転軸２が配置されている。ケーシング４には、軸線Ｏ方向の両側にジャーナル軸受４１が設けられ、軸線Ｏ方向の一方側にスラスト軸受４２が設けられている。つまり、ケーシング４は、ジャーナル軸受４１及びスラスト軸受４２を介して回転軸２を支持している。ケーシング４は、縮径及び拡径を繰り返す内部空間が設けられ、この内部空間に複数のインペラ３を収容している。ケーシング４には、軸線Ｏ方向の一方側である上流側に配置されたインペラ３から軸線Ｏ方向の他方側である下流側に隣接するインペラ３に作動流体Ｆを流通させるケーシング流路４３が形成されている。ケーシング４には、ケーシング流路４３の上流側と連通する空間である低圧空間４４が形成されている。
【００２１】
ケーシング流路４３は、回転軸２の軸線Ｏ方向の第一側である一方側のケーシング４の端部に設けられる作動流体Ｆを外部から流入させる吸込口４３１から、一方側と軸線Ｏ方向の反対側を向く第二側である他方側の端部に設けられる作動流体Ｆを外部に吐出する吐出口４３４まで、インペラ３を介してケーシング４内を連通している。
【００２２】
具体的には、本実施形態のケーシング流路４３は、作動流体Ｆを外部から流入させる吸込口４３１と、後述するインペラ３の内部流路３４から作動流体Ｆが導入されるディフューザ流路４３２と、ディフューザ流路４３２から作動流体Ｆが導入されてインペラ３の内部流路３４に作動流体Ｆを導入するリターン流路４３３と、作動流体Ｆを外部に吐出する吐出口４３４とを有している。
【００２３】
吸込口４３１は、ケーシング４の軸線Ｏ方向の一方側の端部で、ケーシング４の外部と連通している。吸込口４３１は、軸線Ｏ方向の一方側の端部に設けられた最前段のインペラ３の内部流路３４の入口に接続されている。
【００２４】
ディフューザ流路４３２は、回転軸２を中心とするケーシング４の径方向内方側がインペラ３の内部流路３４の出口に連通しており、インペラ３によって昇圧された作動流体Ｆを径方向外側に向かって流通させる。
【００２５】
リターン流路４３３は、一端側がディフューザ流路４３２に連通し、他端側がインペラ３の内部流路３４の入口に連通するようになっている。このリターン流路４３３は、ディフューザ流路４３２を通って径方向外側に向かって流れてきた作動流体Ｆの向きを径方向内側に向くように反転させている。
【００２６】
吐出口４３４は、ケーシング４の軸線Ｏ方向の他方側の端部で、ケーシング４の外部と連通している。吐出口４３４は、軸線Ｏ方向の他方側の端部に設けられた最後段のインペラ３の内部流路３４の出口に接続されている。
【００２７】
低圧空間４４は、ケーシング４の最後段のインペラ３の軸線Ｏ方向の他方側に形成されている。低圧空間４４は、最後段のインペラ３よりも上流側のケーシング流路４３と連通している。つまり、低圧空間４４は、ケーシング流路４３の中でも、最後段のインペラ３で圧縮された作動流体Ｆよりも圧力の低い部分と連通している。本実施形態では、低圧空間４４は、ケーシング流路４３の中で最も圧力の低い吸込口４３１と連通しており、吸込口４３１と同じ圧力となっている。
【００２８】
各々のインペラ３は、図２に示すように、径方向外側に進むにつれて漸次拡径した略円盤状のディスク３１と、ディスク３１の表面から回転軸２の軸線Ｏ方向の一方側に向かって立ち上がるように、ディスク３１に放射状に取り付けられて周方向に並んだ複数のブレード３２とを有している。このインペラ３は、軸線Ｏ方向の一方側からこれら複数のブレード３２を周方向に覆うように取り付けられたカバー３３を有する。
なお、各々のインペラ３はカバー３３を有していないオープンインペラであってもよい。
【００２９】
インペラ３は、軸線Ｏ方向の一方側から流入する作動流体Ｆを径方向外側に向かって排出するように流通させる空間である内部流路３４が形成されている。
【００３０】
この内部流路３４は、周方向に互いに隣り合う一対のブレード３２の二つの面とともに、ブレード３２の軸線Ｏ方向の両側にそれぞれ設けられるディスク３１及びカバー３３の面によって画成される。内部流路３４は、ブレード３２がディスク３１と一体に回転することで作動流体Ｆを取り込んで排出する。具体的には、内部流路３４は、内部を流通する作動流体Ｆがブレード３２における軸線Ｏ方向の一方側、即ち、径方向内側を作動流体Ｆの流入する入口として流体を取り込む。内部流路３４は、径方向外側を作動流体Ｆが流出する出口として案内した作動流体Ｆを排出する。
【００３１】
ディスク３１は、軸線Ｏ方向の一方側を向く前面が小径とされ、軸線Ｏ方向の他方側を向く背面３１１が大径とされている。ディスク３１は、軸線Ｏ方向の一方側である前面から他方側である背面３１１に向かうにしたがって漸次拡径している。即ち、ディスク３１は、軸線Ｏ方向視で略円盤状をなし、全体として略傘形状をなしている。
【００３２】
ディスク３１は、径方向内側にディスク３１を軸線Ｏ方向に貫く貫通孔が形成されている。この貫通孔に回転軸２が挿入されて不図示の焼き嵌め、若しくはキーを介して嵌合されることで、インペラ３は、回転軸２に対して固定され、回転軸２とともに一体として回転可能となっている。
【００３３】
複数のインペラ３のうち、少なくとも軸線Ｏ方向の最も他方側に配置されたインペラ３は、ディスク３１と一体的に形成される凸部５を有している。本実施形態では、図１に示すように、軸線Ｏ方向の最も他方側である最後段の第五段圧縮機段１５に配置されているインペラ３のみが凸部５を有している。
【００３４】
凸部５は、回転軸２の外表面２１と交差する面であるディスク３１の背面３１１から軸線Ｏ方向の後方側に突出している。凸部５は、低圧空間４４に配置されている。本実施形態の凸部５は、ディスク３１の貫通孔を囲むように、ディスク３１の背面３１１から環状に突出している。本実施形態の凸部５は、図２に示すように、回転軸２の外表面２１と平行に形成されるシール面５１と、回転軸２の外表面２１からシール面５１まで延びる受圧面５２と、受圧面５２から凹む凹部５３と、を有する。
【００３５】
シール面５１は、ケーシング４とディスク３１との間の径方向の隙間を封止する。シール面５１は、凸部５の径方向外側を向く水平面であり、軸線Ｏに対して平行に延びている。本実施形態のシール面５１は、ラビリンスシール５１ａを有しており、軸線Ｏ方向の一方側から他方側に向かって作動流体Ｆを封止するために必要な幅だけディスク３１の背面３１１から延びている。つまり、本実施形態のシール面５１は、ケーシング４の径方向内側向く水平面との間を封止している。したがって、シール面５１は、インペラ３の内部流路３４から排出された高圧の作動流体Ｆが低圧空間４４に向かって漏れだすことを抑制している。
また、本実施形態では、ディスク３１の背面３１１からの凸部５の突出量は、シール面５１の軸線Ｏ方向の幅によって定められている。
【００３６】
シール面５１は、回転軸２の外表面２１から所定の距離だけ離れた位置に形成されている。具体的には、本実施形態におけるシール面５１が形成される回転軸２の外表面２１からの所定の距離は、受圧面５２を軸線Ｏ方向の他方側から見た際の回転軸２の外表面２１からの受圧面５２の径方向の長さである。所定の距離は、遠心圧縮機１ごとに予め設定される値である。所定の距離は、回転軸２に働くスラスト力のバランスをとるために、受圧面５２が受ける力の大きさに応じて定められる。本実施形態の所定の距離は、低圧空間４４の圧力の大きさと、最後段のインペラ３によって圧縮された作動流体Ｆの圧力の大きさとの比によって定められる。
【００３７】
したがって、本実施形態のシール面５１は、例えば、凸部５が設けられている最後段のインペラ３のみで、最後段のインペラ３以外の他の四つのインペラ３によって回転軸２に生じる軸線Ｏ方向の一方側へのスラスト力と同等の大きさで、反対側である軸線Ｏ方向の他方側への力を回転軸２に生じさせることが可能な大きさの力が受圧面５２に働くように定められている。
【００３８】
受圧面５２は、低圧空間４４に面して形成され、凸部５の軸線Ｏ方向の他方側に向く面である。受圧面５２は、低圧空間４４に向かって軸線Ｏ方向の他方側へ引かれるように力を受ける。本実施形態の受圧面５２は、シール面５１の軸線Ｏ方向の他方側の端部と繋がって形成される主受圧面５２１と、後述する凹部５３によって形成される第一受圧面５２２及び第二受圧面５２３とによって構成されている。
【００３９】
主受圧面５２１は、シール面５１の軸線Ｏ方向の他方側の端部から径方向内側に向かって垂直に延びる面である。即ち、主受圧面５２１は、回転軸２の外表面２１と直交する面であって、軸線Ｏ方向の他方側を向いている。
【００４０】
凹部５３は、シール面５１よりも径方向内側で受圧面５２から軸線Ｏ方向の一方側に凹んでいる。本実施形態の凹部５３は、主受圧面５２１から凹むことで、受圧面５２の一部であって、回転軸２の外表面２１と直交する第一受圧面５２２と、第一受圧面５２２よりも径方向外側で回転軸２の外表面２１を向くように傾斜して形成される第二受圧面５２３と、を形成している。
【００４１】
第一受圧面５２２は、ディスク３１の貫通孔の軸線Ｏ方向の他方側の端部から径方向外側に向かって垂直に延びる面である。即ち、第一受圧面５２２は、主受圧面５２１及びディスク３１の背面３１１と平行に形成され、軸線Ｏ方向の他方側を向いている。本実施形態の第一受圧面５２２は、軸線Ｏ方向の位置がディスク３１の背面３１１と同じ位置となるように形成されている。
【００４２】
第二受圧面５２３は、第一受圧面５２２と主受圧面５２１とを繋ぐ面である。具体的には、第二受圧面５２３は、第一受圧面５２２の径方向外側の端部から径方向外側に向かうにしたがって軸線Ｏ方向の他方側の向かい、主受圧面５２１の径方向内側の端部に繋がるように形成されている。即ち、第二受圧面５２３は、軸線Ｏ方向の他方側及び径方向内側を向くように傾斜して形成されている。
【００４３】
次に、上記構成の回転機械である遠心圧縮機１の作用について説明する。
上記のような遠心圧縮機１では、吸込口４３１から流入した作動流体Ｆは、第一段圧縮機段１１に配置された一段目のインペラ３の内部流路３４、ディフューザ流路４３２、リターン流路４３３の順に流れた後、第二圧縮機段１２に配置された二段目のインペラ３の内部流路３４、ディフューザ流路４３２、リターン流路４３３という順に圧縮されながら流れていく。そして、第五段圧縮機段１５に配置された最後段のインペラ３からディフューザ流路４３２まで流れた作動流体Ｆは、吐出口４３４を介して外部に排出される。作動流体Ｆは、前述した順で流れる途中、各インペラ３の内部流路３４を流通することによって圧縮される。つまり、本実施形態の遠心圧縮機１では、作動流体Ｆを複数のインペラ３によって段階的に圧縮し、これによって大きな圧縮比を得るようになっている。
【００４４】
上記のような遠心圧縮機１によれば、複数のインペラ３によって段階的に作動流体Ｆを圧縮していくことで、ディスク３１を介してインペラ３に固定されている回転軸２には、軸線Ｏ方向の一方側に向かってスラスト力が生じる。ところが、軸線Ｏ方向の最も他方側の最後段のインペラ３のディスク３１に凸部５が設けられていることで、最後段のインペラ３によって、一段目から四段目までのインペラ３によって生じたスラスト力とは反対方向である軸線Ｏ方向の他方側に向かうスラスト力を回転軸２に生じさせることができる。
【００４５】
具体的には、凸部５が低圧空間４４に設けられ、シール面５１によって最後段のインペラ３の内部流路３４から排出された高圧の作動流体Ｆが低圧空間４４に向かって漏れださないように封止されている。そのため、シール面５１を境界として、軸線Ｏ方向の他方側の低圧空間４４の圧力は、軸線Ｏ方向の一方側のインペラ３の周りの空間よりも低い圧力となっている。したがって、第一受圧面５２２、第二受圧面５２３、及び主受圧面５２１によって構成された受圧面５２には、カバー３３及び背面３１１と比べて低い圧力が作用する。これにより、回転軸２に対して、凸部５の設けられたディスク３１を介して最後段のインペラ３から軸線Ｏ方向の他方側に向かうスラスト力を生じさせることができる。
【００４６】
その結果、一段目から四段目までのインペラ３によって回転軸２が受けるスラスト力を最後段のインペラ３によって弱めることができる。これにより、回転軸２に働くスラスト力を調整することができる。したがって、回転軸２が軸線Ｏ方向にずれてしまうことを抑制できる。
【００４７】
また、例えば、本実施形態のように、遠心圧縮機１が硝酸プラントで用いられており、作動流体Ｆとして硝酸を用いた場合には、前の工程で使用するアンモニアの一部が誤ってケーシング流路４３内に流入した際に、硝酸とアンモニアが反応して硝酸アンモニウムが固体生成物として生成されてしまう。そのため、バランスピストンとして環状の別部材を最後段のインペラ３のディスク３１の背面３１１に配置して回転軸２に生じるスラスト力を調整しようとすると、高圧の作動流体Ｆが流れ込んだ際に、ディスク３１の背面３１１と別部材との間に形成される隙間に、個体生成物が隙間に堆積してしまう。
【００４８】
ここで、隙間が形成されないようにディスク３１の背面３１１と別部材とをメタルタッチでシール可能な状態まで接触させた場合であっても、流入する作動流体Ｆが高圧であるために、隙間への作動流体Ｆの流入を防止することが難しい。
【００４９】
ところが、ディスク３１と一体に形成された凸部５によって回転軸２に生じるスラスト力を調整することで、実質的にバランスピストンとディスク３１とを一体的形成できるために、別部材を使用する必要が無くなり、不要な隙間が形成されることを防止できる。
【００５０】
これらによって、隙間が形成されることを防止して回転軸２のスラスト力のバランスをとることができる。
【００５１】
また、低圧空間４４が、ケーシング流路４３の中でも最も圧力の低い吸込口４３１と連通していることで、受圧面５２に対して軸線Ｏ方向の一方側から他方側に向かって引っ張るように働く力を最も大きくすることができる。そのため、凸部５の設けられたディスク３１を介して最後段のインペラ３から回転軸２に働く軸線Ｏ方向の他方側に向かうスラスト力を大きくすることができる。これにより、インペラ３が複数設けられることで、回転軸２に大きなスラスト力が生じる場合であっても、回転軸２に生じるスラスト力のバランスを安定してとることができる。したがって、回転軸２が軸線Ｏ方向にずれてしまうことを安定して抑制できる。
【００５２】
また、シール面５１が形成される径方向の位置が受圧面５２に対して低圧空間４４側である軸線Ｏ方向の他方側へ働かせる力の大きさに応じて定められるため、単純に凸部５を形成した場合、凸部５は径方向に大きく形成されてしまう。ところが、受圧面５２から凹む凹部５３が形成されていることで、受圧面５２を形成しながら凸部５の肉を削って凸部５を小さく形成することができる。したがって、凹部５３が形成されることで、凸部５を有するインペラ３の重量の増加を抑えることができる。
【００５３】
また、凸部５がディスク３１と一体に形成されていることで、バランスピストンのような別部材をディスク３１の背面３１１で固定する必要が無くなる。そのため、別部材を回転軸２に対して焼嵌めして固定するために回転軸２の外表面２１にスペースを確保する必要が無くなる。その結果、回転軸２の軸線Ｏ方向の長さを短くすることができ、回転軸２の振動を抑えることができる。
【００５４】
また、シール面５１が回転軸２の外表面２１と平行に形成されていることで、複数のインペラ３を有する遠心圧縮機１等の回転機械において、軸線Ｏ方向への伸びが回転軸２に生じたとしても、影響を受けることを抑えることができる。例えば、シール面５１が傾斜して形成されていたり、階段状に形成されていたりする場合には、軸線Ｏ方向への伸びが回転軸２に生じることで、シール面５１がケーシング４に接触してしまうおそれがある。その結果、シール性を損なうだけでなく、回転軸２を損傷させるおそれもある。ところが、シール面５１が回転軸２の外表面２１と平行に形成されていることで、シール面５１の位置が軸線Ｏ方向に移動した場合であっても、ケーシング４と接触することなくシール性を確保することができる。
【００５５】
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、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【００５６】
なお、本実施形態では、凸部５に第一受圧面５２２と第二受圧面５２３とを形成するように凹部５３が形成されていたが、このような構造に限定されるものではない。例えば、凹部５３は、断面半円状に主受圧面５２１から凹むように凹部５３が形成されていているように、任意の形状でよい。また、凸部５には凹部５３自体が形成されていなくともよい。
【００５７】
また、インペラ３は、本実施形態の遠心圧縮機１のように五つ配置されている構成に限定されるものでない。例えば、四段よりも少なくともよく、六段以上の構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
上記した回転機械によれば、ディスク３１と一体に形成された凸部５によって、隙間を生じさせることを防止することができ、かつ、回転軸２に働くスラスト力のバランスをとることができる。
【符号の説明】
【００５９】
Ｏ            軸線
Ｆ            作動流体
１            遠心圧縮機
２            回転軸
２１          外表面
３            インペラ
３１          ディスク
３１１        背面
３２          ブレード
３３          カバー
３４          内部流路
５            凸部
５１          シール面
５１ａ        ラビリンスシール
５２          受圧面
５２１        主受圧面
５２２        第一受圧面
５２３        第二受圧面
５３          凹部
４            ケーシング
４１          ジャーナル軸受
４２          スラスト軸受
４３          ケーシング流路
４３１        吸込口
４３２        ディフューザ流路
４３３        リターン流路
４３４        吐出口
４４          低圧空間
【図１】
2016038661.tif 000003
【図２】
2016038661.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月11日(2017.1.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線を中心として回転する回転軸と、
前記回転軸とともに回転するディスクを有し、前記軸線の延びる軸線方向の一方側から流入する作動流体を径方向外側に向かって排出する内部流路が形成され、前記軸線方向に複数並んで配置されるインペラと、
前記軸線方向の一方側に配置されたインペラから他方側に隣接するインペラに、前記作動流体を流通させるケーシング流路が形成されているケーシングとを備え、
複数の前記インペラのうち、少なくとも前記軸線方向の最も他方側に配置されるインペラは、
前記ケーシング流路の上流側と連通する空間に配置され、前記ディスクの前記軸線方向の他方側を向く背面から突出して前記ディスクと一体的に形成される凸部を有し、
前記凸部は、
前記回転軸の外表面と平行に形成され、前記ケーシングとの間の径方向の隙間を封止するシール面と、
前記回転軸の前記外表面から前記シール面まで延びる受圧面とを有し、
前記受圧面は、
前記シール面の前記軸線の方向の他方側の端部と繋がって形成される主受圧面と、
前記回転軸が挿入される前記ディスクの貫通孔の前記軸線方向の他方側の端部から径方向外側に向かって垂直に延びる第一受圧面と、
前記第一受圧面よりも径方向外側で前記回転軸の外表面を向くように傾斜して前記第一受圧面と前記主受圧面とを繋ぐ第二受圧面とを有する回転機械。
【請求項２】
前記ケーシングは、前記作動流体を外部から前記ケーシング流路に流入させる吸込口が形成され、前記吸込口と前記空間とが連通している請求項１に記載の回転機械。
【請求項３】
前記凸部は、
前記シール面よりも径方向内側で、前記受圧面から前記軸線方向の一方側に向かって凹む凹部を有する請求項１または請求項２に記載の回転機械。
【請求項４】
軸線を中心として回転する回転軸と、
前記回転軸とともに回転するディスクを有し、前記軸線の延びる軸線方向の一方側から流入する作動流体を径方向外側に向かって排出する内部流路が形成され、軸線方向に複数並んで配置される複数のインペラと、
前記軸線方向の一方側に配置されたインペラから他方側に隣接するインペラに、前記作動流体を流通させるケーシング流路が形成されているケーシングと、を備える回転機械の前記軸線方向の最も他方側に配置されるインペラであって、
前記ディスクの前記軸線方向の他方側を向く背面から突出して前記ディスクと一体的に形成され、前記ケーシング流路の上流側と連通する空間に配置される凸部を有し、
前記凸部は、
前記回転軸の外表面と平行に形成され、前記ケーシングとの間の径方向の隙間を封止するシール面と、
前記回転軸の前記外表面から前記シール面まで延びる受圧面とを有し、
前記受圧面は、
前記シール面の前記軸線の方向の他方側の端部と繋がって形成される主受圧面と、
前記回転軸が挿入される前記ディスクの貫通孔の前記軸線方向の他方側の端部から径方向外側に向かって垂直に延びる第一受圧面と、
前記第一受圧面よりも径方向外側で前記回転軸の外表面を向くように傾斜して前記第一受圧面と前記主受圧面とを繋ぐ第二受圧面とを有するインペラ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の第一の態様に係る回転機械は、軸線を中心として回転する回転軸と、前記回転軸とともに回転するディスクを有し、前記軸線の延びる軸線方向の一方側から流入する作動流体を径方向外側に向かって排出する内部流路が形成され、前記軸線方向に複数並んで配置されるインペラと、前記軸線方向の一方側に配置されたインペラから他方側に隣接するインペラに、前記作動流体を流通させるケーシング流路が形成されているケーシングとを備え、複数の前記インペラのうち、少なくとも前記軸線方向の最も他方側に配置されるインペラは、前記ケーシング流路の上流側と連通する空間に配置され、前記ディスクの前記軸線方向の他方側を向く背面から突出して前記ディスクと一体的に形成される凸部を有し、前記凸部は、前記回転軸の外表面と平行に形成され、前記ケーシングとの間の径方向の隙間を封止するシール面と、前記回転軸の前記外表面から前記シール面まで延びる受圧面とを有するし、前記受圧面は、前記シール面の前記軸線の方向の他方側の端部と繋がって形成される主受圧面と、前記回転軸が挿入される前記ディスクの貫通孔の前記軸線方向の他方側の端部から径方向外側に向かって垂直に延びる第一受圧面と、前記第一受圧面よりも径方向外側で前記回転軸の外表面を向くように傾斜して前記第一受圧面と前記主受圧面とを繋ぐ第二受圧面とを有する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明の第二の態様に係るインペラは、軸線を中心として回転する回転軸と、前記回転軸とともに回転するディスクを有し、前記軸線の延びる軸線方向の一方側から流入する作動流体を径方向外側に向かって排出する内部流路が形成され、軸線方向に複数並んで配置される複数のインペラと、前記軸線方向の一方側に配置されたインペラから他方側に隣接するインペラに、前記作動流体を流通させるケーシング流路が形成されているケーシングと、を備える回転機械の前記軸線方向の最も他方側に配置されるインペラであって、前記ディスクの前記軸線方向の他方側を向く背面から突出して前記ディスクと一体的に形成され、前記ケーシング流路の上流側と連通する空間に配置される凸部を有し、前記凸部は、前記回転軸の外表面と平行に形成され、前記ケーシングとの間の径方向の隙間を封止するシール面と、前記回転軸の前記外表面から前記シール面まで延びる受圧面とを有するし、前記受圧面は、前記シール面の前記軸線の方向の他方側の端部と繋がって形成される主受圧面と、前記回転軸が挿入される前記ディスクの貫通孔の前記軸線方向の他方側の端部から径方向外側に向かって垂直に延びる第一受圧面と、前記第一受圧面よりも径方向外側で前記回転軸の外表面を向くように傾斜して前記第一受圧面と前記主受圧面とを繋ぐ第二受圧面とを有する。
【国際調査報告】
2016038661.tif 000005
2016038661.tif 000006
2016038661.tif 000007
2016038661.tif 000008