(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インペラと、
該インペラに導入される流体を導く主流路を形成するケーシングと、
前記インペラの入口近傍に位置して設けられたケーシングトリートメントと、を備え、
該ケーシングトリートメントは、前記ケーシングの内周壁に主軸の軸回りに設けられた溝と、該溝の開口を覆って設けられた内筒とを備え、
該内筒は、上流側および下流側端部が前記ケーシングと離間状態となっていることにより、主流路から分岐して前記溝内部を通過して再び主流路に合流する分岐路が形成され、
該分岐路の内部には、主流路の上流側が前記主軸と平行な方向を向き、下流側が周方向に傾斜し、径方向に立つ案内板が周方向に間隔を隔てて複数設けられ、
前記溝の上流側縁部には、下流側にせり出すせり出し部が設けられ、該せり出し部の溝内側の面と、前記内筒の溝外側の面とが、吹き出す流体の流速が主流路を流れる流体の流速と略同じになるように主軸径方向に間隔を隔てた状態であることを特徴とする流体機械。
【請求項２】
請求項１に記載の流体機械において、前記内筒は、前記案内板によって前記ケーシングに固定されていることを特徴とする流体機械。
【請求項３】
請求項１または２に記載の流体機械において、前記内筒の溝外側の面は、下流側が前記主軸に近づくように傾斜していることを特徴とする流体機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心圧縮機、送風機などの流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
遠心圧縮機の一例を図６に示す。図において符号１はケーシング、２は主軸、３はインペラ、７は主流路である。インペラ３は、主軸２を中心として羽根９が略放射状をなして立設されたものである。
インペラ３の入口部には、符号１０で示すケーシングトリートメントが設けられている。このケーシングトリートメント１０は、ケーシング１に設けられた分岐路１０Ａを形成しており、インペラ３より上流の主流路７と、インペラ３の上流端（スロート）３ａよりも下流側の流路とをバイパスしている。
より具体的には、ケーシングトリートメント１０は、主軸２の軸回りにケーシング１に設けられた溝１１と、溝１１の開口部に設けられ、主流７と溝１１内部とを仕切る環状の内筒１２とにより構成されている。内筒１２の上流側および下流側はケーシング１と離間状態にあって分岐路の出入り口となっている。
【０００３】
さて、この遠心圧縮機においては、インペラ３の回転によって流体が吸引され、図の矢印のように下流へと導かれる。
ところで、このようなインペラ３の作動範囲は、一般に設計点を中心として、以下のようにして定まる。
流量を下げていくと、ある一定の流量以下では流動の自励振動（サージ現象）が発生する。したがって、この時点の流量が最低流量範囲となる。また、流量を上げると、インペラ３のスロートで流れが音速に達成するチョーク現象が発生する。この時点が最大流量となる。
上記のケーシングトリートメント１０は、この作動範囲を広げるために設けられている。このケーシングトリートメント１０の作用について説明すると、小流量の場合は、図７に示すように主流路の流動の一部が分岐路１０Ａを逆流して上流側に戻る再循環現象が生ずる。このため、絶対的な吸い込み量が減少し、ケーシングトリートメント１０を施さない場合に比べてより小流量でも安定した動作が可能となる。
また、大流量の場合には、図８のように分岐路１０Ａを通ってスロート３ａをバイパスしてインペラ３に導入されることにより、絶対的な吸い込み量が増加する。このため、ケーシングトリートメント１０を施さない場合と比べてより大流量での作動が可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで主流路７の流体の流れ角は、インペラ３より上流側では主軸２に沿った直線状であり、また、インペラ３内においてはインペラ３の回転により主軸２周りの旋回流となっている。このため、小流量時（図７）においては、分岐路１０Ａに流入する戻り流れは旋回流であるため、主流路７に合流する際に主流路７内の流体と流れ角が一致せず、再循環効果の減少や効率の低下、騒音発生等の問題があった。同様に、大流量時（図８）においては、上流側から分岐路１０Ａに流れ込んだ無旋回の流れは、インペラ３による旋回流と合流する際に流れ角が一致せず、バイパス効果の低下、騒音発生等の問題があった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ケーシングトリートメントの再循環・バイパス性能を向上させることができる流体機械を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、インペラと、該インペラに導入される流体を導く主流路を形成するケーシングと、前記インペラの入口近傍に位置して設けられたケーシングトリートメントと、を備え、該ケーシングトリートメントは、前記ケーシングの内周壁に主軸の軸回りに設けられた溝と、該溝の開口を覆って設けられた内筒とを備え、該内筒は、上流側および下流側端部が前記ケーシングと離間状態となっていることにより、主流路から分岐して前記溝内部を通過して再び主流路に合流する分岐路が形成され、該分岐路の内部には、主流路の上流側が前記主軸と平行な方向を向き、下流側が周方向に傾斜し、径方向に立つ案内板が周方向に間隔を隔てて複数設けられ、前記溝の上流側縁部には、下流側にせり出すせり出し部が設けられ、該せり出し部の溝内側の面と、前記内筒の溝外側の面とが、吹き出す流体の流速が主流路を流れる流体の流速と略同じになるように主軸径方向に間隔を隔てた状態であることを特徴とする。
【０００７】
この発明においては、小流量の時には分岐路は戻り流路となり、主流路の下流側から分岐路に流体が流入し、上流側に戻る流路となる。このとき、案内板は流れをガイドすることによって、下流側の旋回流を上流側の無旋回の状態に近づける。
また、大流量の時にはバイパス流路となるが、案内板は流れをガイドすることによって、無旋回で流れ込んだ流体を合流部の主流の絶対流れ角に近づける。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の流体機械において、前記内筒は、前記案内板によって前記ケーシングに固定されていることを特徴とする。
【０００９】
この発明においては、案内板は内筒を固定するための固定具の役割を兼ね備える。
【００１０】
請求項１または２に記載の流体機械において、前記内筒の溝外側の面は、下流側が前記主軸に近づくように傾斜していることを特徴とする。
【００１１】
この発明においては、小流量時において、分岐路を逆流した流体は、主流と合流する際にせり出し部にガイドされて主流と同方向（軸方向）を向いて噴き出される。せり出し部の溝内側の面と、前記内筒の溝外側の面との間隔を適切に調整することで、噴き出される流速を主流に近づけることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
まず、図１を用いて圧縮機１２の内部構造を説明する。図において、符号１９はケーシング、２０は主軸、１８ａは第１段インペラ、１８ｂは第２段インペラ、２１は第１段ディフューザ、２２は第２段ディフューザ、２３はリターンベンド、２４はガイドベーン、２５は吸込口、２６は吐出口、であり、モータ１７と主軸２０との間には駆動力を伝達するギヤ機構２７が設けられている。
【００１３】
図２にはより詳細に第１段インペラ１８ａとその周辺の構造を示す。図２(a)は同図(b)のＡ−Ａ線を通る円筒面における断面図である。なお、第２段インペラ１８ｂとその周辺についてもほぼ同様の構造が採用される。
ケーシング１９は、インペラ１８ａに流体を導く主流路３２を形成している。インペラ１８ａは、主軸２０を中心として羽根２９が略放射状をなして立設されたものである。
インペラ１８ａの入口部には、符号３０で示すケーシングトリートメントが設けられている。このケーシングトリートメント３０は、ケーシング１９に設けられた流路であり、インペラ１８ａより上流側の主流路３２と、インペラ１８ａの上流側端部（スロート）３３より下流側とをバイパスしている。
より具体的には、ケーシングトリートメント３０は、ケーシング１９の内周壁に主軸２０の軸回りに設けられた溝３５と、溝３５の開口を覆って設けられ、主流路３２と溝３５内部とを仕切る環状の内筒３６とにより構成されている。内筒３６によって仕切られていることにより、溝３５は分岐路３８となっている。内筒３６の上流側および下流側はケーシング１９と離間状態にあって、それぞれ分岐路３８の開口となっている。
分岐路３８には主軸２０の径方向に立つ複数の案内板４０が周方向に間隔を隔てて設けられている。この案内板４０は、図２(a)に示すように主流路３２の上流側４０ａは主軸２０と平行な方向を向いており、下流側４０ｂは、インペラ１８ａによって流体に与えられる旋回方向に近づくように、主軸２０に対して斜め方向を向いている。
【００１４】
このように構成された遠心圧縮機においては、小流量の場合は、分岐路３８は戻り流路となる。すなわち、主流路３２の流動の一部が分岐路３８を逆流して吸い込み部の主流路３２に戻る再循環現象が生ずる。このとき、分岐路３８に導入された戻り流は、案内板４０に沿ってその流れが変えられ、主軸２０と平行になって主流路３２の上流側に戻される。インペラ１８ａより上流において、主流路３２内の流体は主軸２０の方向に流れているため、戻り流れはその流れ角が主流と略一致し、混合損失の低減と再循環の促進による部分性能向上および騒音の低減を図ることができる。
また、大流量の場合には、分岐路３８はバイパス流路となる。すなわち、図３のように主流から分岐路３８内に流れ込んだバイパス流れは、案内板４０によって旋回角度がつけられる。このため、インペラ１８ａによって旋回が与えられた流体の流れ角に近づいた状態で合流させることができ、混合損失の低減と再循環の促進による部分性能向上および騒音の低減を図ることができる。
【００１５】
なお、内筒３６はケーシング１９に固定するため、適当な箇所に固定用リブが設けられている。上記案内板４０は、図４(a)に示すように符号４４で示した固定用リブと別個に設けてもよいし、案内板４０を固定用リブと兼用にして同図(b)に示すように案内板４０で内筒３６をケーシング１９に固定するようにしてもよい。
【００１６】
上記構成に加え、さらに、図５のように構成することができる。
分岐路３８の主流上流側開口について、ケーシング１９の縁部を開口を覆うように下流側にせり出させたせり出し部４５とする。せり出し部の溝内側の面と、前記内筒の溝外側の面との間の間隙寸法ａは、開口から吹き出す流体の流速が主流と略同じになるように設定される。また、内筒３６’の主軸側側面は、下流側が主軸２０に近づくように傾斜している。
【００１７】
これにより、開口から吹き出される戻り流れ方向と速度が主流と略同じになる。これにより、戻り流れと主流との混合がより促進される。したがって、混合損失の低減と再循環の促進による部分性能向上および騒音の低減を図ることができる。
【００１８】
以上のように、本例の遠心圧縮機においては、小流量時の戻り流れを、分岐路３８出口で主流の状態に近づけることができるため、両者の混合が促進され、混合損失の低減やサージ近傍の性能向上、サージ限界流量の低減、騒音の低減を実現することができる。
【００１９】
なお、上記においては遠心圧縮機を例に示したが、本発明はこれに限らず、ケーシングトリートメントを備えた流体機械一般に適用することができるのはもちろんである。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の流体機械においては以下の効果を得ることができる。
請求項１に記載の発明によれば、小流量時および大流量時において分岐路に流入した流体の流れ角を、分岐路出口で主流の状態に近づけることができるため、両者の混合が促進され、混合損失の低減やサージまたはチョーク近傍の性能向上、サージまたはチョーク限界流量の向上、騒音の低減を実現することができる。
請求項２に記載の発明によれば、案内板によって内筒をケーシングに固定することができる。
請求項１に記載の発明によれば、小流量時において分岐路に流入した流体の流れ角と流速を、分岐路出口で主流の状態に近づけることができる。これにより、再循環流と主流との混合をより促進することができ、効率を一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態における遠心圧縮機の全体構成を示した断面図である。
【図２】  本発明の一実施形態における遠心圧縮機のインペラ周辺の部分断面図であって、流量時における流れを示した図であり、(a)は(b)においてＡ−Ａ線を含む円筒面における断面を展開した図である。
【図３】  同遠心圧縮機の大流量時における流れを示した図であり、(a)は(b)においてＡ−Ａ線を含む円筒面における断面を展開した図である。
【図４】  同遠心圧縮機の主軸に垂直な面における概略断面図である。
【図５】  同遠心圧縮機の他の実施形態を示した図である。
【図６】  従来の遠心圧縮機のインペラ周辺の部分断面図である。
【図７】  同遠心圧縮機において、小流量時の流体の流れ方を示した図である。
【図８】  同遠心圧縮機において、大流量時の流体の流れ方を示した図である。
【符号の説明】
１８ａ  インペラ
１９  ケーシング
３０  ケーシングトリートメント
３２  主流路
３５  溝
３６  内筒
３８  分岐路
４０  案内板
４５  せり出し部
【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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