JP2023149333A - 遠心式流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】吸込流路の一層の小型化を進めた際にも、低コスト、高性能な遠心式流体機械を提供する。【解決手段】吸込流路８は、吸込ノズル３内に相当する吸込ノズル流路部と、前記吸込ノズル３に作動ガスを反吸込ノズル側へと回り込ませるための環状流路部１０と、該環状流路部１０と接続されていると共に、前記環状流路部１０からの流れを半径方向内向きから軸方向へと転向させるＬ字ベンド部を有している遠心式流体機械であって、前記ケーシング５は、前記吸込ノズル３の入口フランジ部と前記環状流路の外径との間の途中位置から前記環状流路の内径位置のうちで、その周方向範囲が前記回転軸方向から見た際に、前記吸込ノズル３が取り付けられている付近にかけての前記ケーシング５の壁面のうちの前記回転軸方向の上流側端の壁面が前記回転軸方向の上流側に***した壁面***構造物２０Ａを有していることを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は遠心式流体機械に係り、特に、遠心式流体機械に作動ガスを導く吸込流路を備えているものに好適な遠心式流体機械に関する。

一般に、遠心式流体機械には、遠心式流体機械に作動ガスを導くための吸込流路がケーシングの側面部に設けられている。

この遠心形流体機械における吸込流路の例が、特許文献１及び２に記載されている。

特許文献１に記載の遠心形流体機械における従来の吸込流路は、遠心圧縮機の初段羽根車への流入流れの周方向への流量分布を均一化するため、吸込ケーシングの流路内に、羽根車回転軸と同心の円弧状のガイドフェンスを設けている。

このガイドフェンスの回転軸方向の高さ（軸方向高さ）は、吸込ケーシング内の流路における半径位置での流路軸方向高さよりも低くなっており、吸込ノズルから噴流状に流入する作動ガスの一部を、ガイドフェンスに沿って流れるようにすることで、作動ガスの流れを反吸込ノズル側まで回り込ませ、初段羽根車への流入流れの速度分布の均一化を図っている。

一方、特許文献２に記載の遠心形流体機械における従来の吸込流路は、遠心圧縮機の初段羽根車への流入流量の周方向への流量分布を均一化するため、吸込ノズル中の上流側整流部に、吸込配管の開口部から導入される作動ガスが反吸込ノズル側の左右へとなるべく同流量で流れるよう分離するための径方向に延びる翼型状の断面を有する整流フィンを設けると共に、作動ガスを反吸込ノズル側へと導く流路内に、作動ガスの流通方向を案内するためのインレットガイドベーンを、円周方向に間隔を空けて複数設置している。

特開２００６－２００４８９号公報 特開２０１６－１４２２００号公報

遠心式流体機械においては、近年、コスト低減や機場内における省スペース化の観点から、より一層の小型化が求められている。遠心式流体機械の小型化では、遠心式流体機械全体の回転軸方向の長さは少なくとも現状と同等に保ちつつ、遠心式流体機械を小径化することが必要となる。これに伴い上述した吸込流路についても、回転軸方向の長さは現状と同等としながら、小径化する必要がある。

このように、吸込流路の一層の小型化を進めて行くと、吸込流路の外径が小さくなることで流路断面積が減少していく。そのため、吸込ノズルから噴流状に流入する作動ガスを、反吸込ノズル側まで回り込ませるために設置する特許文献１或いは特許文献２に記載されているようなガイドフェンスや整流フィン、インレットガイドベーンなどの構造物を、吸込流路内に設置するためのスペースが十分確保できなくなる。

また、吸込ノズルから噴流状に流入する作動ガスを、反吸込ノズル側まで回り込ませるための十分な流路断面積が確保できなくなるため、特許文献１或いは特許文献２に記載されているような整流構造物を限られたスペース内に設置したとしても、作動ガスの回り込みが十分に生じなくなり、吸込ノズル設置位置付近の吸込流路部分のみを作動ガスが集中的に流れるようになってしまう。

このようなことから、初段羽根車への流入流れの周方向への流量分布の均一性や、初段羽根車の設計入口羽根角に対する流れのマッチングが、著しく悪化してしまう。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、吸込流路の一層の小型化を進めた際にも、吸込ノズルからの流れを反吸込ノズル側まで十分に回り込ませ、初段羽根車への流入流れの周方向への流量分布の一様性や初段羽根車の設計入口羽根角に対する流れのマッチングを向上させ、低コストで、かつ、高性能とすることが可能な遠心式流体機械を提供することにある。

本発明の遠心式流体機械は、上記目的を達成するために、回転軸と、該回転軸に取り付けた遠心羽根車と、前記回転軸及び前記遠心羽根車を収容する円筒状のケーシングと、該ケーシングの初段羽根車側の端部に吸込ケーシングとを備え、
遠心式流体機械に作動ガスを導くために前記円筒状のケーシングの側面部に吸込ノズルを設け、この吸込ノズルから吸い込まれた前記作動ガスを遠心羽根車に導く吸込流路を、前記円筒状のケーシング及び前記吸込ケーシングの内部に形成し、前記吸込流路は、前記吸込ノズル内に相当する吸込ノズル流路部と、前記吸込ノズルに前記作動ガスを反吸込ノズル側へと回り込ませるための環状流路部と、該環状流路部と接続されていると共に、前記環状流路部からの流れを半径方向内向きから軸方向へと転向させるＬ字ベンド部を有している遠心式流体機械であって、
前記ケーシングは、前記吸込ノズルの入口フランジ部と前記環状流路の外径との間の途中位置から前記環状流路の内径位置のうちで、その周方向範囲が前記回転軸方向から見た際に、前記吸込ノズルが取り付けられている付近にかけての前記ケーシングの壁面のうちの前記回転軸方向の上流側端の壁面が前記回転軸方向の上流側に***した壁面***構造物を有していることを特徴とする。

本発明によれば、吸込流路の一層の小型化を進めた際にも、吸込ノズルからの流れを反吸込ノズル側まで十分に回り込ませ、初段羽根車への流入流れの周方向への流量分布の一様性や初段羽根車の設計入口羽根角に対する流れのマッチングを向上させ、低コストで、かつ、高性能な遠心式流体機械とすることが可能となる。

一般的な多段遠心圧縮機を示す縦断面図である。 図１のＡ－Ａ線に沿った断面図である。 本発明の多段遠心圧縮機の実施例１における吸込流路付近を示す縦断面図である。 図３のＡ－Ａ線に沿った断面図である。 本発明の多段遠心圧縮機の実施例１における壁面***構造物の一例を示す図４のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。 本発明の多段遠心圧縮機の実施例１における壁面***構造物の他の例を示す図４のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。 本発明の多段遠心圧縮機の実施例１における壁面***構造物の更に他の例を示す図４のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。 本発明の多段遠心圧縮機の実施例２における図４に相当する断面図である。 本発明の多段遠心圧縮機の実施例３における図４に相当する断面図である。

以下、図示した実施例に基づいて本発明の遠心式流体機械を説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成部品には同符号を使用し、説明が重複する場合は、その説明を省略する場合がある。また、本実施例では、多段遠心圧縮機を例にして説明するが、その他の遠心式流体機械にも本発明は適用可能である。

図１は、一般的な多段遠心圧縮機１００の縦断面図であり、図２は、図１に示した多段遠心圧縮機１００のＡ－Ａ線に沿った断面図である。

図１に示すように、多段遠心圧縮機１００は、１本の回転軸２に複数の遠心羽根車１が取り付けられており、回転軸２の両端部は、軸受ケース１４ａに保持された軸受１４ｂで回転自在に支承されている。

各段の遠心羽根車１の半径方向外径側には、作動ガスの流路がほぼ径方向に形成されており、この流路は、ディフューザを形成する。ディフューザには、周方向に間隔を置いて配置された複数の翼を有する羽根付ディフューザや翼を全く有しない羽根なしディフューザが用いられる。図１では、羽根付ディフューザ１５を示している。

羽根付ディフューザ１５の下流側は、次段の遠心羽根車１への吸込流路を形成するために、作動ガスの流れを半径方向外向き流れから半径方向の内向き流れにするリターンチャネル１６となっている。

このリターンチャンネル１６には、作動ガスの流れを整流するために、リターンベーン１７が周方向に間隔をおいて配置されている。羽根付ディフューザ１５及びリターンチャンネル１６は、静止流路１２を構成する。

最終段の下流側であって、かつ、遠心羽根車１の半径方向外側には、スクロール１８が形成されており、最終段の遠心羽根車１から流出する高圧の作動ガスを集めて吐出ノズル１３から機外へと吐出するように構成されている。

羽根付ディフューザ１５とリターンチャンネル１６との間であって、ケーシング５と回転軸２との間には、回転軸２と僅かな隙間をもって前段の遠心羽根車１から吐出された作動ガスが後段の遠心羽根車１に流入するのを防止するための軸封部１９が取り付けられている。

軸封部１９は、最終段の遠心羽根車１から吐出された作動ガスが、スクロール１８に流入することなく直接機外に漏洩するのを防止するために、最終段の遠心羽根車１の裏面側にも回転軸２と僅かな隙間をもって配置されている。

また、機外から初段の遠心羽根車１に直接流入するのを防止するために、初段の遠心羽根車１の吸込側であって軸方向前方にも回転軸２と僅かな隙間をもって配置されている。これらの軸封部１９には、通常、ラビリンスシールが用いられている。

初段の遠心羽根車１に作動ガスを導入する吸込ケーシング６の形状は、その他の段の静止流路１２とは異なった形状となっている。即ち、遠心羽根車１及び回転軸２を収容する円筒形のケーシング５の初段の遠心羽根車１側の端部には、吸込ケーシング６が形成されている。

そして、吸込ケーシング６では、初段の遠心羽根車１での軸方向への吸込を可能にするために、ケーシング５の円筒側面部に、その入口（吸込ノズルフランジ部４）の断面形状が円形であり、内径側に行くに従って断面形状が、図１に示す多段遠心圧縮機１００の中心断面に対して面対称となるオーバル形となるような断面形状を有する吸込ノズル３が形成されている。

この吸込ノズル３から吸い込まれた作動ガスは、半径方向内側に導かれ初段の遠心羽根車１の吸込部に流入する。

ここで、作動ガスの機外からの導入口である吸込ノズルフランジ部４から初段の遠心羽根車１の吸込口１ａまでの間のケーシング５、並びに吸込ケーシング６で囲まれた内部の空間を以下、作動ガスが通過する吸込流路８と呼ぶ。

吸込流路８は、吸込ノズル３が存在する位置に相当する吸込ノズル流路部９と、吸込ノズル流路部９と内径側において接続され、円環状に形成された作動ガスを吸込ノズル３に近い側（吸込ノズル３側）から遠い側（反吸込ノズル側）へと回り込ませるために設けられた環状流路部１０及び環状流路部１０と内径側において接続され、作動ガスを半径方向内向きから回転軸２の下流側方向へと転向させるＬ字ベンド部１１とから構成される。

図１に示すように、環状流路部１０は、半径方向には環状流路外径１０ａと環状流路内径１０ｂとの間で、回転軸方向（以下、軸方向という）には、ケーシング５の回転軸方向上流側端の壁面５ａと吸込ケーシング６の回転軸方向下流側端の壁面６ａとの間でそれぞれ囲まれて形成される領域である。

なお、環状流路部１０における反吸込ノズル側への作動ガスの回り込み促進を狙い、環状流路内径１０ｂの位置における環状流路部１０の軸方向幅は、環状流路外径１０ａの位置における環状流路部１０の軸方向幅よりも狭めて設定されることが多い。環状流路内径１０ｂの半径方向位置については、環状流路部１０の軸方向の流路幅が、Ｌ字ベンド部１１の外径側の軸方向流路幅と略等しくなった位置として定義する。

図２は、図１のＡ－Ａ線に沿った断面図であり、吸込ノズル流路部９を高速で流通する作動ガスは、吸込ノズル流路部９の出口、即ち、吸込ノズル流路部９と環状流路部１０の外径１０ａ１の位置における接続部において環状流路部１０内に噴流状に流入する。

そのため、作動ガスの多くは、吸込ノズル流路部９からの流入流れ方向７を維持したまま、全周にわたって存在する環状流路部１０及びＬ字ベンド部１１のうち、吸込ノズル３が設置してある周方向範囲（以下、吸込ノズル直下部３ａという）を集中して流れ、初段の遠心羽根車１の吸込口１ａに流入する。

一方、吸込ノズル直下部３ａ付近を通過しない作動ガスは、環状流路部１０を反吸込ノズル側（図２の下側）へと回り込みながら各周方向位置においてＬ字ベンド部１１に流入し（図２の下部の環状流路部１０からＬ字ベント部１１に流入している矢印で示す流れ）、更に、初段の遠心羽根車１の吸込口１ａへと至る。

そのため、通常、初段の遠心羽根車１の吸込口１ａでは均一な流量の流れとはならず、吸込ノズル３側の流量が大で、反吸込ノズル側の流量が小となる不均一な流量分布となる。

ここで、多段遠心圧縮機１００が従来並みのサイズである場合の吸込流路８内の吸込ノズル流路部９及び環状流路部１０の外径１０ａ２の流路壁面形状線のイメージを、図２中に一点鎖線で示し、また、この際の環状流路部１０の径方向高さを両矢印１０ｃとして示している。

一方、多段遠心圧縮機１００を小径化した場合の吸込流路８内の吸込ノズル流路部９及び環状流路部１０の外径１０ａ１の流路壁面形状線のイメージを、図２中に太実線（環状流路部１０の外径１０ａ１）で示し、また、この際の環状流路部１０の径方向高さを両矢印１０ｄとして示している。

多段遠心圧縮機１００が従来並みのサイズである場合、環状流路部１０の径方向高さ１０ｃが十分大きく取れるため、環状流路部１０を通過する作動ガスが反吸込ノズル側へ比較的回り込み易くなるため、初段の遠心羽根車１の吸込口１ａにおける流量分布の不均一性は比較的小さい。

しかしながら、多段遠心圧縮機１００を小径化した場合、環状流路内径１０ｂは従来から変化しないため（多段遠心圧縮機１００の小径化とは、遠心羽根車１の径はそのままで、ケーシング５の外径を小さくすることなので、環状流路内径１０ｂは従来から変化しない）、環状流路部１０の径方向高さ１０ｄが非常に小さくなり、また、環状流路部１０の軸方向流路幅も従来同等とする必要があるため、環状流路部１０を通過する作動ガスの反吸込ノズル側への回り込みが大幅に悪化し、初段の遠心羽根車１の吸込口１ａにおける流量分布の不均一性が極めて大きくなる。

また、作動ガスの環状流路部１０を通っての反吸込ノズル側への回り込みが十分行われないことで、吸込ノズル流路部９からの流入流れ方向７、即ち、図２の鉛直方向下側を維持したまま大半の作動ガスがＬ字ベンド部１１に流入してしまう。

そのため、Ｌ字ベンド部１１のうちで特に吸込ノズル直下部３ａよりも反吸込ノズル側に位置する領域（図２の吸込ノズル直下部３ａを表している点線部分より下側の領域）では、作動ガスが大きな予旋回成分を有し、その結果、軸方向に対して大きな旋回角を持って初段の遠心羽根車１の吸込口１ａに流入してしまう。

これにより、初段の遠心羽根車１の設計入口羽根角に対する流入流れのマッチングが悪化し、効率の低下や作動範囲の悪化を招いてしまう。加えて、環状流路部１０の流路断面積が非常に小さくなると共に、Ｌ部ベンド部１１において、作動ガスが半径方向内向きに流れる部分の半径方向の流路長も短くせざるを得ない。

従って、作動ガスの反吸込ノズル側への回り込みを促進するためのガイドフェンスや整流フィン、インレットガイドベーンなどの構造物も設置できなくなるため、初段の遠心羽根車１の吸込口１ａにおける流量分布の不均一性の悪化を改善する従来手法も活用が困難となってしまう。

そこで、本実施例では、多段遠心圧縮機１００を小径化した際にも、初段の遠心羽根車１の吸込口１ａにおける流量分布の不均一性や設計入口羽根角に対する流入流れのマッチングの悪化を抑制するため、ケーシング５の軸方向上流側端の壁面５ａを軸方向上流側に向けて部分的に***させた壁面***構造物２０Ａを設けている。

そして、この壁面***構造物２０Ａにより、吸込ノズル流路部９から鉛直方向下側に流入する流れを積極的に左右の環状流路に振り分けることで、流入流れがそのまま吸込ノズル直下部３ａ付近の環状流路部１０へと流れ込むことを防止している。

この壁面***構造物２０Ａの形状とその設置効果の詳細を、図３及び図４を用いて説明する。

図３は、本発明の実施例における多段遠心圧縮機１００の吸込流路付近の縦断面図を、また、図４は、図３に示した多段遠心圧縮機１００のＡ－Ａ線に沿った断面図を示す。

図３に示すように、本実施例における壁面***構造物２０Ａの半径方向における***開始半径２０ａは、吸込ノズルフランジ部４と環状流路外径１０ａ１の間、***終了位置２０ｂは、吸込ノズルフランジ部４と吸込ノズル側の環状流路内径１０ｂの間となっている。

また、図４に示すように、本実施例における壁面***構造物２０ＡのＡ－Ａ線に沿った断面内における横方向の広がり幅は、壁面***構造物２０Ａの***開始半径２０ａから***終了半径である環状流路内径１０ｂに相当する円弧内のうちの吸込ノズル直下部３ａ付近にかけて、図４中の横向きの両矢印２０ｃで示すように、内径側に（***終了位置２０ｂに）向かうに従って徐々に広がる構造となっている。

なお、壁面***構造物２０Ａの***終了位置２０ｂにおける壁面***の横方向の広がり幅２０ｃは、***終了半径位置における吸込ノズル３と壁面***構造物２０Ａの両壁面で構成される流路の横方向流路幅２０ｄが、環状流路部１０の径方向高さ１０ｄに対して同等になるように決定するのが、この付近の作動ガスの急な加減速が生じないようにするために望ましい。

更に、本実施例における壁面***構造物２０Ａの軸方向上流側への***の形状詳細について説明するため、図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）に、図４のＢ―Ｂ線に沿った断面における吸込流路８の流路断面図を示す。

図５（ａ）に示すように、本実施例における壁面***構造物２０Ａ１は、図中に縦の一点鎖線で示す多段遠心圧縮機１００の縦断面中心線上において、その軸方向上流側への***高さが最大となり、縦断面中心線から横方向に離れるに随って、その軸方向上流側への***高さが線形的に小さくなるように断面三角形状に構成しても良い。

また、図５（ｂ）に示すように、本実施例における壁面***構造物２０Ａ２は、縦断面中心線上において、その軸方向上流側への***高さが最大となる一方、縦断面中心線から横方向に離れるに従って、その軸方向上流側への***高さが非線形的に小さくなるように断面半円形状に構成しても良い。

更に、図５（ｃ）に示すように、本実施例における壁面***構造物２０Ａ３は、壁面***の横方向の広がり幅２０ｃの全域にわたって、その軸方向上流側への***高さが一定となるように、断面長方形状に構成しても良い。

このように、壁面***構造物２０Ａの***領域の軸方向上流側への***高さについては様々な形状が考えられるが、壁面***の成形の容易さの観点からは、図５（ｃ）に示す壁面***構造物２０Ａ３のような壁面***の横方向の広がり幅２０ｃの全域にわたって、その軸方向上流側への***高さが一定となるように構成するのが望ましい。

なお、本実施例における壁面***構造物２０Ａの軸方向上流側への最大***高さを、図３中の左右方向の両矢印或いは図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）の上下方向の両矢印２０ｅとして示している。

本実施例の壁面***構造物２０Ａの最大***高さ２０ｅは、ケーシング５の上流側端の壁面５ａを始点として軸方向上流側に向けて自由に設定可能であるが、その最大値は、環状流路内径１０ｂの半径位置におけるケーシング５の上流側端の壁面５ａの軸方向位置までとし、壁面***構造物２０Ａの軸方向上流側端がＬ字ベンド部１１の流路中まで至らないようにする。

このようにすることで、壁面***構造物２０ＡとＬ字ベンド部１１との間に、外径側流路壁面が軸方向上流側に突出するような壁面段差が生じることを防止し、Ｌ字ベンド部１１を半径方向内側へと流通する作動ガスの流れに剥離が生じないようにすることができる。

また、壁面***構造物２０Ａによる吸込ノズル流路部９から鉛直下側方向に流入する流れの左右環状流路への振り分け効果を最大化する観点から、壁面***構造物２０Ａによる最大***高さ２０ｅは、上記最大値、即ち、環状流路内径１０ｂの半径位置におけるケーシング５の上流側端の壁面５ａの軸方向位置までに設定するのが望ましい。

本実施例のような壁面***構造物２０Ａを設けることによる効果を、以下に説明する。

まず、壁面***構造物２０Ａを、吸込ノズル流路部９の***開始半径２０ａから環状流路内径１０ｂまで、比較的広い空間が存在する吸込ノズル直下部３ａ付近の周方向領域に限定して設置しているため、多段遠心圧縮機１００を小径化した際にも、作動ガスの反吸込ノズル側への回り込みを促進するための構造物の設置を容易にしている。

また、この壁面***構造物２０Ａの設置により、吸込ノズル流路部９から鉛直下側方向に流入する流れの大半を積極的に左右の環状流路に振り分けることが可能となり、流入流れの大半がそのまま吸込ノズル直下部３ａ付近の環状流路部１０へと流れ込むことが防止される。

従って、多段遠心圧縮機１００を小径化した際にも、初段の遠心羽根車１の吸込口１ａにおける流量分布の均一性を改善することが可能となる。

ここで、吸込ノズル流路部９から鉛直下側方向に流入する流れの一部は、上記した壁面***構造物２０Ａにより左右に振り分けられることなく、そのままＬ字ベンド部１１に到達する。

しかしながら、そのような流入流れの状態となる領域は、吸込ノズル直下部３ａ付近の周方向領域内で、かつ、Ｌ字ベンド部１１の流路が存在する軸方向領域内に限定される。

この領域を通過して流入する作動ガスのイメージを、図４の吸込ノズル直下部３ａ付近の周方向領域内のＬ字ベンド部１１付近に下向きの点線矢印として示している。

図４に示すように、この領域を通過して流入する作動ガスは、鉛直方向下側向きに環状流路部１０とＬ字ベンド部１１を流下して初段の遠心羽根車１の吸込口１ａまで至ったとしても、軸方向に対して大きな旋回角を持つことがないため、初段の遠心羽根車１の設計入口羽根角に対する流入流れのマッチングの悪化をもたらすことはない。

一方、壁面***構造物２０Ａにより環状流路部１０の左右方向に振り分けられた大半の作動ガスのイメージを、図４の環状流路部１０からＬ字ベンド部１１にかけての実線の矢印で示している。

このように、壁面***構造物２０Ａにより環状流路部１０の左右方向に振り分けられた大半の作動ガスは、環状流路部１０を回り込みながら回転軸中心方向に向きを変えつつＬ字ベンド部１１を通過し、初段の遠心羽根車１の吸込口１ａまで至る。

従って、軸方向に対して大きな旋回角を持つことなく初段の遠心羽根車１へと流入することになり、初段の遠心羽根車１の設計入口羽根角に対する流入流れのマッチングが良好に保たれる。

このように、多段遠心圧縮機１００を小径化した際にも、初段の遠心羽根車１の設計入口羽根角に対する流入流れのマッチングを、初段の遠心羽根車１の吸込口１ａにおける全域で良好に保ち、効率の低下や作動範囲の悪化を防止することが可能となる。

また、上述したように、壁面***構造物２０Ａの設置領域が狭い範囲に限定され、吸込流路８内の作動ガスの流下方向への急な加減速が生じないよう流路形状が調整されていると共に、壁面***構造物２０ＡとＬ字ベンド部１１との間に、外径側流路壁面が軸方向上流側に突出するような壁面段差が生じないように設定されている。

従って、壁面***構造物２０Ａを設置したことによる流入流れの流路壁面への衝突により生じる損失や作動ガスの急な加減速により生じる剥離損失、吸込流路８内の流路に存在する壁面突起により生じる剥離損失などの圧力損失の発生が抑制される。

このため、流路中に障害物となる壁面***構造物２０Ａを設置していても、多段遠心圧縮機１００の効率が悪化することがない。

なお、本実施例における壁面***構造物２０Ａは、図４に示すように、軸方向上流側から見た場合に略三角形状の形状としている。この場合、壁面***構造物２０Ａの左右の流路壁面と、環状流路内径１０ｂとの接続部が滑らかに接続されない場合があるため、図６或いは図７のように、壁面***構造物２０Ａを構成しても良い。

図６は、本発明の多段遠心圧縮機１００の実施例２における壁面***構造物２０Ｂの形状を示し、図４に相当する断面図である。

図６に示す本実施例では、***開始半径２０ａにおける壁面***構造物２０Ｂの先端が尖頭状となっていると共に、***終了半径である環状流路内径１０ｂの位置において、壁面***構造物２０Ｂの左右の流路壁面と、環状流路内径１０ｂに相当する円弧とが滑らかに接するようにした壁面***構造物の例である。

図７は、本発明の多段遠心圧縮機１００の実施例３における壁面***構造物２０Ｃの形状を示し、図４に相当する断面図である。

図７に示す本実施例では、***開始半径２０ａにおける壁面***構造物２０Ｃの先端が鈍頭状となっていると共に、***終了半径である環状流路内径１０ｂの位置において、壁面***構造物２０Ｃの左右の流路壁面と、環状流路内径１０ｂに相当する円弧とが滑らかに接するようにした壁面***構造物の例である。

図６に示す実施例２及び図７に示す実施例３の何れの例も、壁面***構造物２０Ｂ及び２０Ｃの左右の流路壁面に沿って流入する作動ガスに、剥離が生じないよう壁面***構造物２０Ｂ及び２０Ｃの先端から左右の流路壁面の終端にかけての流路形状が滑らかに変化するように流路壁面形状を構成するのが望ましい。

このような実施例２及び３の構成であっても、実施例１と同様な効果を得ることができる。

なお、実施例１－３における壁面***構造物物２０Ａ、２０Ｂ又は２０Ｃの成形法については、機械加工などでケーシング５を加工する際に、壁面***構造物物２０Ａ、２０Ｂ又は２０Ｃとケーシング５を一体で成形しても良い。

しかしながら、壁面***構造物２０Ａ、２０Ｂ又は２０Ｃの形状が複雑で、ケーシング５との一体成形が難しい場合には、従来通りの形状にてケーシング５を成形後、壁面***構造物２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｃを構成する別部材を、締結手段であるボルト等でケーシング５に後から締結し成形しても良い。

このように壁面***構造物２０Ａ、２０Ｂ又は２０Ｃの成形法を工夫することで、低コストで壁面***構造物２０Ａ、２０Ｂ又は２０Ｃを成形することができる。

以上説明した本実施例の遠心式流体機械１００における吸込流路形状によれば、ケーシング５を小型化した際にも、吸込ノズル部３からの流れを反吸込ノズル側まで十分に回り込ませ、初段羽根車への流入流れの周方向への流量分布の一様性や初段羽根車の設計入口羽根角に対する流れのマッチングを向上させることができ、低コストで、かつ、高性能な遠心式流体機械１００を得ることができる。

以上の説明は、多段の遠心式圧縮機についてであり、本発明を多段機に適用した場合に効果が顕著であるが、単段機の遠心式圧縮機に本発明を適用しても同様の効果が得られる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換える事が可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加える事も可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をする事が可能である。

１…遠心羽根車、１ａ…遠心羽根車の吸込口、２…回転軸、３…吸込ノズル、３ａ…吸込ノズル直下部、４…吸込ノズルフランジ部、５…ケーシング、５ａ…ケーシングの回転軸方向上流側端の壁面、６…吸込ケーシング、６ａ…吸込ケーシングの回転軸方向下流側端の壁面、７…吸込ノズル流路部からの流入流れの方向、８…吸込流路、９…吸込ノズル流路部、１０…環状流路部、１０ａ、１０ａ１、１０ａ２…環状流路外径、１０ｂ…環状流路内径、１０ｃ…環状流路部の径方向高さ、１０ｄ…多段遠心圧縮機を小径化した際の環状流路部の径方向高さ、１１…Ｌ字ベンド部、１２…静止流路、１３…吐出ノズル、１４ａ…軸受ケース、１４ｂ…軸受、１５…羽根付ディフューザ、１６…リターンチャネル、１７…リターンベーン、１８…スクロール、１９…軸封部、２０Ａ、２０Ａ１、２０Ａ２。２０Ａ３、２０Ｂ、２０Ｃ…壁面***構造物、２０ａ…壁面***構造物の***開始半径、２０ｂ…壁面***構造物の***終了半径、２０ｃ…壁面***構造物の横方向の広がり幅、２０ｄ…***終了位置における吸込ノズルと壁面***構造物の両壁面で構成される流路の横方向流路幅、２０ｅ…壁面***構造物の軸方向上流側への最大***高さ、１００…多段遠心圧縮機。

Claims (13)

1. 回転軸と、該回転軸に取り付けた遠心羽根車と、前記回転軸及び前記遠心羽根車を収容する円筒状のケーシングと、該ケーシングの初段羽根車側の端部に吸込ケーシングとを備え、
   遠心式流体機械に作動ガスを導くために前記円筒状のケーシングの側面部に吸込ノズルを設け、この吸込ノズルから吸い込まれた前記作動ガスを遠心羽根車に導く吸込流路を、前記円筒状のケーシング及び前記吸込ケーシングの内部に形成し、前記吸込流路は、前記吸込ノズル内に相当する吸込ノズル流路部と、前記吸込ノズルに前記作動ガスを反吸込ノズル側へと回り込ませるための環状流路部と、該環状流路部と接続されていると共に、前記環状流路部からの流れを半径方向内向きから軸方向へと転向させるＬ字ベンド部を有している遠心式流体機械であって、
   前記ケーシングは、前記吸込ノズルの入口フランジ部と前記環状流路部の外径との間の途中位置から前記環状流路部の内径位置のうちで、その周方向範囲が前記回転軸方向から見た際に、前記吸込ノズルが取り付けられている付近にかけての前記ケーシングの壁面のうちの前記回転軸方向の上流側端の壁面が、前記回転軸方向の上流側に***した壁面***構造物を有していることを特徴とする遠心式流体機械。
2. 前記壁面***構造物は、前記吸込ノズル流路部から鉛直方向下側に流入する流れを左右の前記環状流路部に振り分けることを特徴とする請求項１に記載の遠心式流体機械。
3. 前記壁面***構造物の半径方向における***開始半径は前記吸込ノズルのフランジ部と前記環状流路部の外径の間、前記壁面***構造物の半径方向における***終了位置は前記吸込ノズルのフランジ部と前記吸込ノズル側の前記環状流路部の内径の間であることを特徴とする請求項１又は２に記載の遠心式流体機械。
4. 前記壁面***構造物の前記吸込ノズル側の***開始半径位置から前記環状流路部の内径側壁面位置に相当する***終了半径位置にかけての前記回転軸の上流側から見た際の前記壁面***構造物の横方向の***幅が、前記壁面***構造物の***開始位置から***終了位置に向うに従って徐々に広がっていることを特徴とする請求項３に記載の遠心式流体機械。
5. 前記壁面***構造物の***終了半径位置における壁面***の横方向の広がり幅は、前記***終了半径位置における前記吸込ノズルと前記壁面***構造物との両壁面で構成される流路の横方向流路幅が、前記環状流路部の径方向高さに対して同等になるように決定されることを特徴とする請求項４に記載の遠心式流体機械。
6. 前記壁面***構造物は、前記遠心式流体機械の縦断面中心線上において、回転軸方向の上流側への***高さが最大になると共に、縦断面中心線から横方向に離れるに従って前記回転軸方向の上流側への***高さが線形的に小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の遠心式流体機械。
7. 前記壁面***構造物は、前記遠心式流体機械の縦断面中心線上において、回転軸方向の上流側への***高さが最大になると共に、縦断面中心線から横方向に離れるに従って前記回転軸方向の上流側への***高さが非線形的に小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の遠心式流体機械。
8. 前記壁面***構造物の前記回転軸方向の***高さは、前記壁面***構造物の全域にわたって一定であることを特徴とする請求項３に記載の遠心式流体機械。
9. 前記壁面***構造物の最大***高さは、前記環状流路部の内径の半径位置における前記ケーシングの上流側端の軸方向位置までであることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の遠心式流体機械。
10. 前記壁面***構造物を前記回転軸方向の上流側から見た際に、前記吸込ノズル側の***開始位置における前記壁面***構造物の先端は尖頭状となっていると共に、前記壁面***構造物の***終了位置においては、前記環状流路部の内径位置に相当する円弧に対し滑らかに接続されていることを特徴とする請求項３に記載の遠心式流体機械。
11. 前記壁面***構造物を前記回転軸方向の上流側から見た際に、前記吸込ノズル側の***開始位置における前記壁面***構造物の先端は鈍頭状となっていると共に、前記壁面***構造物の***終了位置においては、前記環状流路部の内径位置に相当する円弧に対し滑らかに接続されていることを特徴とする請求項３に記載の遠心式流体機械。
12. 前記壁面***構造物は、前記ケーシングと一体で成形されていることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の遠心式流体機械。
13. 前記壁面***構造物は、前記ケーシングと別部材で構成されると共に、前記ケーシングに締結部材で締結されていることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の遠心式流体機械。

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