JP2017141691A - 遠心回転機械 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】軸線回りに回転するディスク3a、該ディスク3aの軸線方向一方側を向く面に設けられたブレード3c、及び、該ブレード3cを径方向外側から覆うカバー3bを備えるインペラ3と、前記カバー3bの外周面との間に隙間を形成するケーシング6と、前記隙間をシールするシール装置7と、を備え、前記ケーシング6は、前記カバー端面3b1との間に径方向流路を画成する端壁面6fと、前記端壁面6fの径方向内側に接続されて、前記軸線方向一方側に延びて前記インペラ3への流体の導入流路9を画成する入口側内周面6gと、前記ケーシング6内に形成されて、前記端壁面6fの径方向外側の端部と前記入口側内周面6gとに開口することで、前記径方向流路8と前記導入流路9とを連通させる還流路6hと、を有する。
【選択図】図2
Description
たとえば特許文献1には、回転機械の一種であるガスタービンエンジンの圧縮機に入る異物粒子の量を減らす分粒装置が開示されている。
本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る遠心回転機械の概略構成を示す断面図である。図2は、図1の拡大図である。図1では、遠心回転機械1を回転軸2の延在方向に対して平行な仮想平面で、回転軸2を2分割するように、遠心回転機械1を切断した場合の断面を図示している。
図1において、Aは流体(例えば、プロセスガス)の移動方向、Oは回転軸2の軸線をそれぞれ示している。
回転軸2は、軸線Oの延在方向と同じ方向に延在する柱状の部材である。回転軸2は、軸線Oの方向に位置する両端部が軸受5A,5Bによって回転可能に支持されている。回転軸2は、一方向に回転する。回転軸2は、曲面とされた外周面2aを有する。
ディスク3aは、回転軸2の端部から中心位置Cに向かうにつれて、回転軸2の径方向の外側に漸次拡径するように設けられている。ディスク3aの形状は、例えば、略円盤状とすることができる。ディスク3aの軸線は、回転軸2の軸線Oと同軸である。以下、ディスク3aの軸線についても「軸線O」と表記する。
カバー3bは、ディスク3aと対向するように設けられている。カバー3bは、複数のブレード3cを覆っている。
複数のブレード3cは、ディスク3aの外側に、ディスク3aから離間するように、放射状に設けられている。ブレード3cは、ディスク3aの軸線方向一方側から径方向外側に向かう流路を区画形成する。
ケーシング6は、ケーシング6に対して回転軸2及びインペラ3を、回転可能な構成とされている。
ケーシング6は、ケーシング流路6aと、吸込口6bと、接続流路6c,6dと、排出口6eとを有する。ケーシング流路6a、吸込口6b、接続流路6c,6d、及び排出口6eは、ケーシング6のうち、多段式インペラ群3Aの配設領域に対応する部分に設けられている。
さらに、ケーシング6は、端壁面6fと、入口側内周面6gと、還流路6hとを有している。端壁面6f、入口側内周面6g、及び還流路6hは、ケーシング6のうち、多段式インペラ群3Aを構成する各インペラ3に対して、インペラ3毎に設けられている。
吸込口6bは、軸受5A側に位置するケーシング6に設けられている。吸込口6bは、流体を吸い込み、接続流路6cを介して、吸い込んだ流体をケーシング流路6aに導く。
排出口6eは、接続流路6dを経由した流体をケーシング6の外部に排出する。
還流路6hがディスク3aの軸線Oを中心とする周方向に一続きの環状をなしていると、異物粒子Pが還流路6hに入りやすいので、異物除去性能において有利である。
還流路6hがディスク3aの軸線Oを中心とする周方向に離間して複数設けられていると、遠心回転機械1の空力性能において有利である。
本実施形態の遠心回転機械1の動作時には、流体中の異物粒子Pがカバー3bに接触するとインペラ3によって異物粒子Pがインペラ3の径方向外側に移動する。端壁面6fの径方向外側まで異物粒子Pが移動すると、異物粒子Pは還流路6hへ進入して入口側内周面6gまで移動する。入口側内周面6gに到達した異物粒子Pは、導入流路9を流れる流体によってインペラ3へと移動する。
本発明の第2実施形態について説明する。図3は、本実施形態に係る遠心回転機械の拡大断面図である。
図3に示す本実施形態の遠心回転機械10は、シール装置7とカバー3bとの間のクリアランス部分を通じて流通する流体(図3に符号Bで流通方向を示す)の通路となる噴流通路11を有している。
本実施形態では、インペラ3より上流側が低圧でありインペラ3より下流側が高圧であるので、シール装置7とカバー3bとの間では、ディスク3aの軸線O方向一方側へ向かって流体が流れる。ここで、シール装置7とカバー3bとの間から流れる流体は、噴流通路11に入り込んで還流路6hへ向かって流れる。このため、本実施形態では、端壁面6fにおける径方向外側の端部に集まった異物粒子Pを、シール装置7とカバー3bとの間から流れる流体にのせて還流路6hを通じて導入流路9へ戻すことができる。
上記第2実施形態の変形例について説明する。図4は、本変形例の遠心回転機械を示す拡大断面図である。
図4に示すように、本変形例では、噴流通路11が、端壁面6fから軸線方向一方側へ向かうに従って径方向内側へ向かうように延びている。この場合、還流路6hにおいて、噴流通路11と還流路6hとの合流部よりも上流側(径方向外側の部分)において流体のよどみを生じさせることができる。その結果、本変形例では、噴流通路11から還流路6hを通じて端壁面6fの径方向外側部分へ流体が逆流するのを防ぐことができ、異物粒子Pを導入流路9へ効率よく戻すことができる。
上記第2実施形態の他の変形例について説明する。図5は、本変形例の遠心回転機械を示す拡大断面図である。
図5に示すように、本変形例では、還流路6hが、ディスク3aの軸線Oに近づく方向へ向かうに従ってディスク3aの軸線方向他方側へ向かうように傾斜する合流部6iを有している。すなわち、本変形例では、導入流路9内を流れる流体の流れに沿って異物粒子Pを排出することができるように、入口側内周面6g近傍において還流路6hが傾斜している。
本変形例では、還流路6hと導入流路9との合流損失を低減し、遠心回転機械10の効率を高めることができる。
なお、合流部6iの形状は、ディスク3aの軸線Oに近づく方向へ向かうに従ってディスク3aの軸線方向他方側へ向かうように傾斜する直線状(図5参照)であってもよいし、導入流路9内を流れる流体の流れに沿う方向へ徐々に湾曲する曲線状(不図示)であってもよい。
例えば、上記第2実施形態に開示された還流路6h及び噴流通路11は、端壁面における開口を共有していてもよい。また、上記第2実施形態に開示された噴流通路11は、還流路6hと合流せずに導入流路9に連通されていてもよい。
また、上述の各実施形態及び各変形例において示した構成要素は適宜に組み合わせて構成することが可能である。
2 回転軸
2a 外周面
3 インペラ
3a ディスク
3A 多段式インペラ群
3b カバー
3b1 カバー端面
3c ブレード
5A 軸受
5B 軸受
6 ケーシング
6a ケーシング流路
6b 吸込口
6c 接続流路
6d 接続流路
6e 排出口
6f 端壁面
6g 入口側内周面
6h 還流路
6i 合流部
7 シール装置
8 径方向流路
9 導入流路
10 遠心回転機械
11 噴流通路
P 異物粒子
Claims (6)
- 軸線回りに回転する円盤状をなすディスク、該ディスクの軸線方向一方側を向く面に周方向に間隔をあけて設けられることで互いの間に軸線方向一方側から径方向外側に向かう流路を区画形成するブレード、及び、該ブレードを径方向外側から覆うカバーを備えるインペラと、
該インペラを径方向内側に収容するとともに、前記カバーの外周面との間に隙間を形成するケーシングと、
前記隙間をシールするシール装置と、を備え、
前記ケーシングは、
前記カバーの軸線方向一方側を向くカバー端面の軸線方向一方側に対向配置されて径方向に延びるとともに、前記カバー端面との間に径方向流路を画成する端壁面と、
前記端壁面の径方向内側に接続されて、前記軸線方向一方側に延びて前記インペラへの流体の導入流路を画成する入口側内周面と、
前記ケーシング内に形成されて、前記端壁面の径方向外側の端部と前記入口側内周面とに開口することで、前記径方向流路と前記導入流路とを連通させる還流路と、
を有する遠心回転機械。 - 前記ケーシングは、前記端壁面のうち前記隙間と対向する位置に開口するとともに前記還流路と連通する噴流通路をさらに有する
請求項1に記載の遠心回転機械。 - 前記噴流通路は、前記端壁面から軸線方向一方側へ向かうに従って径方向内側へ向かうように延びている
請求項2に記載の遠心回転機械。 - 前記還流路は、前記ディスクの軸線方向から見たときに前記ディスクの軸線を中心とする一続きの環状をなしている
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の遠心回転機械。 - 前記還流路は、前記ディスクの軸線方向から見たときに前記ディスクの軸線を中心とする周方向に互いに離間する複数個所に形成されている
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の遠心回転機械。 - 前記還流路は、前記ディスクの軸線に近づく方向へ向かうに従って前記ディスクの軸線方向他方側へ向かうように傾斜する合流部を有する
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の遠心回転機械。
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