JP6184018B2

JP6184018B2 - 中間吸込型ダイアフラムおよび遠心回転機械

Info

Publication number: JP6184018B2
Application number: JP2014021456A
Authority: JP
Inventors: 中庭　彰宏; 彰宏中庭; 真治岩本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp
Priority date: 2014-02-06
Filing date: 2014-02-06
Publication date: 2017-08-23
Anticipated expiration: 2034-02-06
Also published as: JP2015148192A; EP3730799B1; EP3730798B1; EP3730799A1; EP3730798A1; US10400788B2; EP3104017B1; US20160327056A1; CN105874212A; EP3104017A1; WO2015119189A1; EP3104017A4

Description

本発明は中間吸込型ダイアフラムおよび遠心回転機械に関する。

例えば遠心回転機械の一種として多段式遠心圧縮機が知られており、この多段式遠心圧縮機の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１には、初段羽根車および２段羽根車で圧縮された作動ガスが排出される断面Ｕ字状部と、断面Ｕ字状部を経た後に作動ガスが中間段注入ノズルから吸込まれた中間段注入流れと合流して半径方向内向きに流れる戻り流路部と、半径方向内向きから軸方向に向かう流れとされた（中間段注入流れと合流した）作動ガスが供給される３段羽根車とを備えた圧縮機が記載されている。
ここで、中間段注入流れの吸込みは、冷凍サイクル等に用いられる圧縮機に適用され、サイクルに必要な流量の調整を行うことを目的としている。

特許第４９４０７５５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の多段式遠心圧縮機においては、初段羽根車および２段羽根車で圧縮された作動ガスは羽根車の回転等に起因する旋回成分を有している。このため、この作動ガスと中間段注入ノズルから吸込まれた中間段注入流れ（以下、中間吸込流れとする）との流れ方向が異なる。このような状況であるにも拘わらず、戻り流路部でそのまま２つの流れを合流させている。このため、作動ガスと中間吸込流れとの合流部において流体の圧力損失が大きくなっていた。

上記の課題に対して、圧力損失を抑えるために作動ガスおよび中間吸込流れを隔壁で仕切ることで流れ方向を一致させたのちに２つのガスを合流させる手段が考えられる。
しかし、多段式遠心圧縮機においては半径方向内側に向かう流れを軸方向に向かう流れに変更する必要がある。ここで、流れの向きを変更する直前に２つのガスを合流させると、隔壁に沿う作動ガスの流れと隔壁に沿う中間吸込流れとの流速差により、２つのガスの流れにせん断力が生じることとなる。即ち、半径方向内側に向かう流れを軸方向に向かう流れに流れの向きを変更する曲り流路では、カーブの内側でガスの流速が速くなり、カーブの外側でガスの流速が遅くなるため、２つのガスの流れの流速差が大きくなってせん断力が生じる。よって、この場合においても流体の圧力損失が大きくなる。

そこで、本発明は、中間吸込流れの合流に起因する流体の圧力損失を抑えることで運転効率を上げることができる中間吸込型ダイアフラムおよび遠心回転機械を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための発明に係る一態様としての中間吸込型ダイアフラムは、軸線の径方向外側から径方向内側に延びて、前記軸線回りに回転するインペラに向けて第一の流体を案内する導入流路と、前記導入流路に隣接するとともに、前記軸線の径方向外側から径方向内側に延びて、前記インペラに向けて第二の流体を案内する中間吸込流路と、前記導入流路および前記中間吸込流路における下流側に接続されるとともに、内面が前記導入流路と接続する位置から前記軸線の方向の一方側に向かって曲がるように延びて、前記インペラに前記第一の流体および前記第二の流体を案内する曲がり流路と、が画成され、前記導入流路に設けられ、前記第一の流体を径方向に沿う流れとなるように整流する整流羽根と、前記軸線の方向において前記導入流路と前記中間吸込流路とを区画する隔壁と、を備え、前記隔壁の径方向内側の端部は、前記整流羽根の径方向外側の端部よりも径方向内側であって、前記導入流路と前記曲がり流路との境界よりも径方向外側に位置するように備えられている。

上記構成により、第一の流体および第二の流体の流れ方向を一致させた後であって、径方向内側に向かう流れを軸方向に向かう流れに変更する前に２つの流体が合流することとなる。よって、２つの流体の速度差を低減した状態でこれらの流体を合流させることが可能となる。

また、上記中間吸込型ダイアフラムにおいては、前記整流羽根は後縁部が径方向内側の端部に向かって径方向に沿うように曲がって形成され、前記隔壁の径方向内側の端部は、前記整流羽根の後縁部が径方向に沿い始める位置に位置していてもよい。

上記構成により、第一の流体の流れ方向が径方向の流れとして整流されたのち、即座に第二の流体と合流することとなる。即ち、２つの流体の流れ方向を一致させた状態で、これらの流体を合流させることが可能となる。よって、合流による圧力損失をさらに低減することが可能となる。

また、上記中間吸込型ダイアフラムにおいては、前記整流羽根の径方向内側の端部は隔壁の径方向内側の端部よりも径方向外側に位置していてもよい。

上記構成により、整流羽根の径方向内側の端部で生じる第一の流体の乱れを低減した状態で、第一の流体と第二の流体とが合流する。このため、合流による圧力損失をさらに低減することが可能となる。

また、上記中間吸込型ダイアフラムにおいては、前記中間吸込流路に前記第二の流体を径方向に沿う流れとなるように整流する案内羽根が設けられ、前記案内羽根の径方向内側の端部の径方向における位置と、前記整流羽根の径方向内側の端部の径方向における位置とが異なっていてもよい。

上記構成により、第一の流体および第二の流体のいずれか一方の流体は旋回成分を残したまま、他方の流体と合流する。このため、合流した流体は流体が流れ込むインペラの回転方向と逆方向の旋回成分を残したままでインペラに流れ込むことになるので、より多くのヘッドライズを得ることができる。このため、遠心回転機械をよりコンパクトに設計することができる。

本発明に係る一態様としての遠心回転機械は、上記の中間吸込型ダイアフラムと、前記中間吸込型ダイアフラムに対して、軸線回りに相対回転可能に該中間吸込型ダイアフラムに覆われるインペラと、を備えている。

上記構成により、第一の流体および第二の流体の流れ方向を一致させた後であって、径方向内側に向かう流れを軸方向に向かう流れに変更する前に２つの流体が合流したのち、軸方向一方側に向かう流れとなった流体がインペラに流れ込むこととなる。よって、２つの流体の速度差を低減した状態でこれらの流体を合流させることが可能となる。

本発明に係る一態様としての遠心回転機械は、前記軸線回りに回転する最前段インペラおよび該最前段インペラの下流側に配された後段側インペラと、前記軸線の径方向外側から径方向内側に向けて第一の流体を案内する入口流路が画成され、前記入口流路に設けられて前記第一の流体を整流するとともに、整流された前記第一の流体を最前段インペラに導く羽根を有するインレットガイドベーンを有する最前段ダイアフラムと、前記最前段ダイアフラムから排出された前記第一の流体を前記軸線の径方向外側から径方向内側に向けて案内するリターン流路が画成され、前記リターン流路において前記最前段ダイアフラムから排出された前記第一の流体を整流するとともに、前記インレットガイドベーンと同数かつ同位相に設けられ、整流された前記第一の流体を後段側インペラに導く羽根を有するリターンベーンを有する後段側ダイアフラムと、を備えており、前記最前段ダイアフラムおよび前記後段側ダイアフラムのうちの少なくとも一つのダイアフラムが前記中間吸込型ダイアフラムであり、前記入口流路および前記リターン流路のうちの少なくとも一つが前記導入流路であり、前記インレットガイドベーンおよび前記リターンベーンのうちの少なくとも一つが前記整流羽根であってもよい。

上記構成のようにインレットガイドベーンと同数かつ同位相に設けられていることにより、インレットガイドベーンを通過することで回転軸を中心とする同心円周上の各位置において径方向内側への流速に差が生じた流体が、後段側へと流通して後段側ダイアフラムが有するリターンベーンを通過する際に、径方向内側への流速が異なる成分同士が合流してしまうことを最小限に抑制することができる。

本発明では、中間吸込流れの合流に起因する遠心回転機械を流れる流体の圧力損失を抑え、運転効率を向上することができる。

本発明に係る第一実施形態の遠心回転機械の軸線方向における断面図である。本発明に係る第一実施形態の中間吸込型ダイアフラムの軸線方向における断面図である。本発明に係る第一実施形態の中間吸込型ダイアフラムとリターンベーンとの関係を示す軸方向における断面図である。本発明に係る第二実施形態の中間吸込型ダイアフラムの軸線方向における断面図である。本発明に係る各実施形態の第一変形例における中間吸込型ダイアフラムを拡大した図である。本発明に係る各実施形態の第二変形例における中間吸込型ダイアフラムを拡大した図である。

以下、本発明に係る遠心回転機械１の各種実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

「第一実施形態」
以下、本発明の第一実施形態に係る遠心回転機械を図１〜図３を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態の遠心回転機械１は例えば多段式遠心圧縮機である。この遠心回転機械１は、主として、軸線Ｏ回りに回転する回転軸２と、回転軸２に取り付けられて遠心力を利用して空気などの流体を圧縮する複数のインペラ３と、回転軸２を回転可能に支持するとともに流体Ｇを上流側から下流側に流す流路５が画成されるとともに、流路５中に外気または抽気を中間導入する外気導入流路６が画成されるケーシング４と、を備えている。

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。

インペラ３は、回転軸２の軸線Ｏの方向に間隔を空けて複数配列されている。ここで、本実施形態の遠心回転機械１は、軸線Ｏの方向に配列された各インペラ３に対応するように、初段圧縮機段（最前段圧縮機段）１１から五段圧縮機段（最終段圧縮機段）１５の五段の圧縮機段１１、１２、１３、１４、１５を備えている。
各々のインペラ３は、排出口８側に進むに連れて除々に拡径した円盤状のハブと、ハブに放射状に取り付けられ、周方向に並んだ複数の羽根と、これら複数の羽根の先端側を周方向に覆うように取り付けられたシュラウドと、を有して構成されている。
なお、各々のインペラ３はシュラウドを有していないオープンインペラであってもよい。

ケーシング４は、略円柱状の外郭をなすように形成される。また、ケーシング４は遠心回転機械１の各圧縮機段１１、１２、１３、１４、１５に対応する複数のダイアフラム４１、４２、４３、４４、４５を備えており、中心を貫くように回転軸２が配置されている。つまり、本実施形態の遠心回転機械１のケーシング４は五段の圧縮段に対応する初段ダイアフラム（最前段ダイアフラム）４１から五段ダイアフラム（最終段ダイアフラム、後段側ダイアフラム）４５の五段のダイアフラム４１、４２、４３、４４、４５を備えている。
さらに、ケーシング４のうち回転軸２の軸方向の両端には、ジャーナル軸受２ａが設けられ、一端にはスラスト軸受２ｂが設けられている。これらジャーナル軸受２ａおよびスラスト軸受２ｂは回転軸２を回転可能に支持している。すなわち、回転軸２は、ジャーナル軸受２ａおよびスラスト軸受２ｂを介してケーシング４に支持されている。

ダイアフラム４１、４２、４３、４４、４５のうち、初段ダイアフラム４１には、軸方向の一端側に流体Ｇを遠心回転機械１の外部から吸込む（流入させる）第一外部流体吸込口７が画成され、五段ダイアフラムには流体が遠心回転機械の外部に流出する排出口（流出口）８が画成されている。各々のダイアフラム４１、４２、４３、４４、４５には初段ダイアフラム４１に画成された第一外部流体吸込口７および五段ダイアフラム４５に画成された排出口８を連通する流路５が画成されている。

ダイアフラム４１、４２、４３、４４、４５には、軸線の径方向外側から径方向内側に向けて案内する導入流路５１と、導入流路５１における下流側に接続されるとともに内面が導入流路と接続する位置から軸線Ｏ方向の一方側に向かって曲がるように延びて、インペラ３に流体を案内する曲がり流路５２と、インペラ３によって圧縮された流体Ｇを径方向内側から径方向外側に案内し、後段側ダイアフラム４２、４３、４４、４５の流路５に導く排出流路（ディフューザ流路）５３と、が画成され、さらに導入流路５１に設けられて外部から吸込まれた流体Ｇを整流する羽根を有する整流羽根５４と、を備えている。

導入流路５１は、径方向外側から吸込まれた（流入する）流体Ｇを半径方向内側に流体Ｇを送り込むための流路である。初段ダイアフラム４１では、導入流路５１の上流側に軸方向の一端側に流体Ｇ（第一の流体：Ｇ１）を遠心回転機械１の外部から吸込む第一外部流体吸込口７が接続されている（第一外部流体吸込口７を含む初段ダイアフラム４１の導入流路５１は「入口流路」、後段側のダイアフラム４２、４３、４４、４５における導入流路は「リターン流路」ともいう）。その他の後段側のダイアフラム４２、４３、４４、４５の導入流路５１では、前段の圧縮機段１１、１２、１３、１４において圧縮された流体Ｇが流れ込む。

曲がり流路５２は、導入流路５１における下流側に接続されるとともに内面が導入流路５１と接続する位置から軸線Ｏ方向の一方側に向かって曲がるように延びる。これにより、流体Ｇの径方向内側に向かう流れが軸線Ｏ方向において第一外部流体吸込口７から排出口（流出口）８に向かう流れ（軸線Ｏ方向の一方側の流れ）に変わる。軸線Ｏ方向の一方側への流れとなった流体Ｇはインペラ３に導かれ、圧縮される。

排出流路５３は、インペラ３によって圧縮された流体Ｇを径方向内側から径方向外側に案内し、後段側のダイアフラム４２、４３、４４、４５の流路５に導く。
なお、五段ダイアフラム４５における排出流路５３は、前段の圧縮機段１１、１２、１３、１４のインペラ３によって圧縮された流体Ｇを径方向内側から径方向外側に案内し、排出口８に導く点で他のダイアフラム４１、４２、４３、４４と異なる。

整流羽根５４は、複数の羽根（薄翼）５４ａを有しており、導入流路５１に設けられることによって、遠心回転機械１の外部から吸込まれた（流入した）流体Ｇまたは前段の圧縮機段１１、１２、１３、１４において圧縮された流体Ｇを径方向内側向きの流れに整流する。各々の羽根５４ａはその流れ方向における後縁部５４ｂが径方向内側の端部５４ｃに向かって径方向に沿うように形成されている。
ここで「径方向に沿う」とは、羽根の幅方向の中心線Ｍが軸線Ｏから放射方向に延びた線に平行に近づくことを指す。
なお、初段ダイアフラム４１に設けられる整流羽根５４は図示しない機構によって羽根の傾きを変えることが可能なインレットガイドベーンＩであり、後段側ダイアフラムは羽根の傾きが不変であるリターンベーンＲである。インレットガイドベーンＩを構成する羽根５４ａと、リターンベーンＲを構成する羽根５４ａとは同数かつ同位相であることが好ましく、本実施形態ではそのようになっている。

さらに、図２に示すように、本実施形態における遠心回転機械１を構成するダイアフラム４１、４２、４３、４４、４５のうち、少なくとも一つのダイアフラム（本実施形態においては三段ダイアフラム４３）は中間吸込型ダイアフラムＯＧであり、初段ダイアフラム４１の第一外部流体吸込口７とは別に画成され、流体Ｇを外部から吸込む第二外部流体吸込口６１と、上流側が第二外部流体吸込口６１に接続されるとともに下流側が曲がり流路に接続される中間吸込流路６２と、が画成されるとともに、中間吸込流路に設けられて外部（第二外部流体吸込口）から吸込まれた流体を整流する羽根を有する案内羽根６３と、を備えている。

第二外部流体吸込口６１は、軸線Ｏ方向における導入流路５１と排出流路５３との間であって、ケーシング４（中間吸込型ダイアフラムＯＧ）の外部と連通するように画成されている。流体Ｇ（第二の流体：Ｇ２）は、第二外部流体吸込口６１から中間吸込型ダイアフラムＯＧに吸込まれる。

中間吸込流路６２は、上流側が第二外部流体吸込口６１に接続されるとともに下流側が曲がり流路５２に接続するよう画成される。中間吸込流路６２は導入流路５１に隣接して画成され、中間吸込流路６２と導入流路５１とは隔壁９によって区画されている。

隔壁９は、軸線Ｏの方向において導入流路５１と中間吸込流路６２を区画することで、２つの流路に流れ込む流体Ｇ１、Ｇ２の流れの向きを一致させる。隔壁９の径方向内側の端部９ｃは、整流羽根の径方向外側の端部５４ｄよりも径方向内側であって、導入流路５１と曲がり流路５２との境界Ｆよりも径方向外側に位置している。
この場合において、隔壁９の径方向内側の端部９ｃは、図３に示すように、整流羽根５４の後縁部５４ｂが径方向に沿い始める位置に位置するほうが好ましく、本実施形態ではそのようになっている。ここで、「径方向に沿い始める位置」とは、翼体の翼長における中心線Ｍが軸線Ｏの中心から放射方向に延びた線と平行になった位置のうち、最も半径方向外側の点に相当する位置を指す。

案内羽根６３は、複数の羽根（薄翼）６３ａを有しており、中間吸込流路６２に設けられることによって、第二外部流体吸込口６１から吸込まれた流体Ｇ（第二の流体：Ｇ２）を径方向内側向きの流れとなるように整流する。各々の羽根６３ａはその流れ方向における後縁部６３ｂが径方向内側の端部６３ｃに向かって径方向に沿うように形成されている。本実施例においては、案内羽根６３の端部６３ｃの径方向における位置は整流羽根５４の端部５４ｃの径方向における位置と同じ位置に位置している。

以上のように、本実施形態の遠心回転機械１は、初段ダイアフラム４１に設けられた第一外部流体吸込口７とは別に第二外部流体吸込口６１を備えているため、初段ダイアフラム４１の第一外部流体吸込口７から導入された流体Ｇ、または初段ダイアフラム４１の第一外部流体吸込口７から導入された後インペラ３によって圧縮された第一の流体Ｇ１と、第二外部流体吸込口６１から導入され、第一の流体Ｇ１とは流れの向きが異なる第二の流体Ｇ２とが合流する。

ここで、第一の流体Ｇ１を径方向外側から径方向内側に案内する導入流路５１と、第二の流体Ｇ２を径方向外側（第二外部流体吸込口）から径方向内側に案内する中間吸込流路６２とが隔壁９によって区画されている。さらに、隔壁９の径方向内側の端部９ｃは、整流羽根５４の径方向外側の端部５４ｄよりも径方向内側であって、導入流路５１と曲がり流路５２との境界Ｆよりも径方向外側に位置するように中間吸込型ダイアフラムＯＧが構成されている。このため、流れの向きが異なる２つの流体Ｇ１、Ｇ２を流れの向きを一致させたのちに合流させることができる。

２つの流体Ｇ１、Ｇ２は、流体を半径方向内側の流れから軸線Ｏ方向の一方側の流れに変わり始める位置である曲がり流路５２よりも上流側で合流する。このため、導入流路５１を流れる第一の流体Ｇ１のうち隔壁に沿う流れと、中間吸込流路を流れる第二の流体Ｇ２のうち隔壁に沿う流れとの流速差が生じにくくなる。

よって、流れの向きが異なる場合の２つの流体Ｇ１、Ｇ２の合流による圧力損失および速度差によるせん断力に伴う圧力損失を抑制することができる。

さらに、本実施形態の遠心回転機械１は、隔壁９の径方向内側の端部９ｃが整流羽根５４の径方向外側の端部５４ｄよりも径方向内側、かつ導入流路５１と曲がり流路５２との境界Ｆよりも径方向外側であって、径方向内側の端部９ｃが整流羽根５４の後縁部５４ｂが径方向に沿い始める位置に位置するため、第一の流体Ｇ１の流れ方向が径方向の流れとして整流されたのち、即座に第二の流体Ｇ２と合流することとなる。

よって、第一の流体Ｇ１の流れ方向が径方向の流れとして整流されるのみならず、第一の流体Ｇ１と第二の流体Ｇ２との合流による圧力損失を最小限にすることができる。

また、本実施形態の遠心回転機械１は、インレットガイドベーンＩを構成する羽根５４ａと、リターンベーンＲを構成する羽根５４ａとが同数かつ同位相に設けられている。このため、インレットガイドベーンＩを通過することで、軸線Ｏを中心とする同心円周上の各位置において径方向内側への流速に差が生じた流体Ｇ１が、後段側ダイアフラム４２、４３、４４、４５が有するリターンベーンＲを通過する際に、径方向内側への流速が異なる成分がリターンベーンＲにおいて合流することを最小限に抑制することができる。

よって、第一の流体Ｇ１のうち、同心円上で流速に差が生じた成分同士がリターンベーンＲにおいて合流することを抑制できるため、第一の流体Ｇ１の同心円上における流速差によって生じる圧力損失を抑えることができる。

「第二実施形態」
本発明に係る遠心回転機械１０の第二実施形態について図４を用いて説明する。
第二実施形態では、初段ダイアフラム４１０が中間吸込型ダイアフラムＯＧである点で第一実施形態と異なっている。

図４に示すように、本実施形態の初段ダイアフラム４１０は、第一実施形態の初段ダイアフラム４１とは異なり、第二外部流体吸込口６１０と、上流側が第二外部流体吸込口６１０に接続されるとともに下流側が曲がり流路５２０に接続される中間吸込流路６２０と、が画成されている。軸線の方向において導入流路５１０と中間吸込流路６２０を区画する隔壁９０と、中間吸込流路６２０に設けられて外部（第二外部流体吸込口６１０）から吸込まれた流体Ｇ２を整流する案内羽根６３０と、を備えている。

以上のように、本実施形態の遠心回転機械１０は、初段ダイアフラム４１０に設けられた第一外部流体吸込口７０とは別に第二外部流体吸込口６１０を備えているため、初段ダイアフラム４１０の第一外部流体吸込口７０から導入された流体Ｇ１と、第二外部流体吸込口６１０から導入される第二の流体Ｇ２とが合流する。

ここで、第一の流体Ｇ１を径方向外側（第一外部流体吸込口）から径方向内側に案内する導入流路５１０と、第二の流体Ｇ２を径方向外側（第二外部流体吸込口６１０）から径方向内側に案内する中間吸込流路６２０とが隔壁９０によって区画されている。さらに、隔壁９０の径方向内側の端部９０ｃは、整流羽根５４０の径方向外側の端部５４０ｄよりも径方向内側であって、導入流路５１０と曲がり流路５２０との境界Ｆよりも径方向外側に位置するように初段ダイアフラム４１０が構成されている。このため、初段ダイアフラム４１０において、流体Ｇ２の中間吸込を行って２つの流体Ｇ１、Ｇ２を合流させる場合であっても、流れの向きが異なる２つの流体Ｇ１、Ｇ２の流れの向きを一致させたのちに合流させることができる。

さらに、２つの流体Ｇ１、Ｇ２は、半径方向内側の流れから軸線Ｏ方向の一方側の流れに変わり始める位置である曲がり流路５２０よりも上流側で合流する。このため、導入流路５１０を流れる第一の流体Ｇ１のうち隔壁９０に沿う流れと、中間吸込流路６２０を流れる第二の流体Ｇ２のうち隔壁９０に沿う流れとの流速差が生じにくくなる。

よって、初段ダイアフラム４１０において、流体Ｇ２の中間吸込を行って２つの流体Ｇ１、Ｇ２を合流させる場合であっても、２つの流体Ｇ１、Ｇ２の合流による圧力損失および速度差によって生じるせん断力に伴う圧力損失を抑制することができる。

以上に本発明の各実施形態の説明を行ったが、本発明はこれらの各実施形態に限られることなく、例えば、図５に示すように、上記実施形態の中間吸込型ダイアフラムＯＧは、径方向内側の端部５４１ｃが、隔壁９１の径方向内側の端部９１ｃよりも径方向外側に位置する整流羽根５４１を備えていてもよい。上記実施形態における整流羽根５４１とは異なり、第一の流体Ｇ１の流れ方向を径方向の流れとして十分に整流せずに、旋回成分を残したままの流れとするべく整流羽根５４１の端部５４１ｃが隔壁９１の端部９１ｃよりも半径方向外側に位置するように形成されている。

上記構成により、整流羽根５４１の端部５４１ｃで生じる第一の流体Ｇ１の乱れを低減した状態で、第一の流体Ｇ１と第二の流体Ｇ２とが合流する。このため、合流による圧力損失をさらに低減することが可能となる。
なお、上記実施形態とは異なり、整流羽根５４１の後縁部５４１ｂは必ずしも径方向に沿うように形成されている必要はない。

また、図６に示すように、上記実施形態の中間吸込型ダイアフラムＯＧは、案内羽根６３２、６３３の径方向内側の端部６３２ｃ、６３３ｃの径方向における位置が、整流羽根５４２、５４３の径方向内側の端部５４２ｃ、５４３ｃの径方向における位置よりも径方向外側（図６（ａ））または径方向内側（図６（ｂ））に位置する案内羽根６３２、６３３を備えていてもよい。つまり、上記実施形態における案内羽根６３、６３０とは異なり、案内羽根６３２、６３３の径方向内側の端部６３２ｃ、６３３ｃの径方向における位置が、整流羽根５４２、５４３の径方向内側の端部５４２ｃ、５４３ｃの径方向における位置と異なる位置に位置する。

つまり、案内羽根６３２、６３３の径方向内側の端部６３２ｃ、６３３ｃが、隔壁９２、９３の径方向内側の端部９２ｃ、９３ｃと異なる位置に形成されているため、第二の流体Ｇ２の流れ方向が径方向の流れとして十分に整流されることなく、旋回成分の流れを残したままで第一の流体Ｇ１と合流する。よって、上記実施形態と比較して、第二の流体Ｇ２が第一の流体Ｇ１と合流する場合に圧力損失が生じる。この一方、合流した流体Ｇに流体Ｇが流れ込むインペラ３の回転方向の旋回成分が残るため、流体Ｇがインペラ３に流れ込むことによって、上記実施形態よりも多くのヘッドライズを得ることができる。このため、遠心回転機械１をよりコンパクトに設計することができる。

さらに、以上の各実施形態のそれぞれを組み合わせた形態を採用しても良い。以上の各実施形態のそれぞれを組み合わせた形態のひとつとして、初段ダイアフラム４１を中間吸込型ダイアフラムＯＧとすると同時に、後段側ダイアフラム４２、４３、４４、４５も中間吸込型ダイアフラムＯＧとする形態が採用されてもよい。

例えば、上述の実施形態では、遠心回転機械１の一例として、多段遠心圧縮機について説明を行ったが、液体の流体Ｇを圧送する多段遠心ポンプ等の他の遠心回転機械に上述の実施形態の中間吸込型ダイアフラムＯＧを適用可能である。

上記の中間吸込型ダイアフラムおよび遠心回転機械によれば、中間吸込流れの合流に起因する遠心回転機械を流れる流体の圧力損失を抑え、運転効率を向上することができる。

２：回転軸、３：インペラ、４：ケーシング、９、９０、９１、９２、９３：隔壁、４１、４２、４３、４４、４５：ダイアフラム、５４、５４０、５４１、５４２、５４３：整流羽根、６３、６３０、６３２、６３３：案内羽根

Claims

軸線の径方向外側から径方向内側に延びて、前記軸線回りに回転するインペラに向けて第一の流体を案内する導入流路と、
前記導入流路に隣接するとともに、前記軸線の径方向外側から径方向内側に延びて、前記インペラに向けて第二の流体を案内する中間吸込流路と、
前記導入流路および前記中間吸込流路における下流側に接続されるとともに、内面が前記導入流路と接続する位置から前記軸線の方向の一方側に向かって曲がるように延びて、前記インペラに前記第一の流体および前記第二の流体を案内する曲がり流路と、が画成され、
前記導入流路に設けられ、前記第一の流体を径方向に沿う流れとなるように整流する整流羽根と、
前記軸線の方向において前記導入流路と前記中間吸込流路とを区画する隔壁と、
を備え、
前記隔壁の径方向内側の端部は、前記整流羽根の径方向外側の端部よりも径方向内側であって、前記導入流路と前記曲がり流路との境界よりも径方向外側に位置し、
前記整流羽根は後縁部が径方向内側の端部に向かって径方向に沿うように曲がって形成され、
前記隔壁の径方向内側の端部は、前記整流羽根の後縁部が径方向に沿い始める位置に位置する中間吸込型ダイアフラム。
軸線の径方向外側から径方向内側に延びて、前記軸線回りに回転するインペラに向けて第一の流体を案内する導入流路と、
前記導入流路に隣接するとともに、前記軸線の径方向外側から径方向内側に延びて、前記インペラに向けて第二の流体を案内する中間吸込流路と、
前記導入流路および前記中間吸込流路における下流側に接続されるとともに、内面が前記導入流路と接続する位置から前記軸線の方向の一方側に向かって曲がるように延びて、前記インペラに前記第一の流体および前記第二の流体を案内する曲がり流路と、が画成され、
前記導入流路に設けられ、前記第一の流体を径方向に沿う流れとなるように整流する整流羽根と、
前記軸線の方向において前記導入流路と前記中間吸込流路とを区画する隔壁と、
を備え、
前記隔壁の径方向内側の端部は、前記整流羽根の径方向外側の端部よりも径方向内側であって、前記導入流路と前記曲がり流路との境界よりも径方向外側に位置し、
前記整流羽根の径方向内側の端部は隔壁の径方向内側の端部よりも径方向外側に位置する中間吸込型ダイアフラム。
前記中間吸込流路に前記第二の流体を径方向に沿う流れとなるように整流する案内羽根が設けられ、
前記案内羽根の径方向内側の端部の径方向における位置と、前記整流羽根の径方向内側の端部の径方向における位置とが異なっている請求項１又は２に記載の中間吸込型ダイアフラム。
軸線の径方向外側から径方向内側に延びて、前記軸線回りに回転するインペラに向けて第一の流体を案内する導入流路と、
前記導入流路に隣接するとともに、前記軸線の径方向外側から径方向内側に延びて、前記インペラに向けて第二の流体を案内する中間吸込流路と、
前記導入流路および前記中間吸込流路における下流側に接続されるとともに、内面が前記導入流路と接続する位置から前記軸線の方向の一方側に向かって曲がるように延びて、前記インペラに前記第一の流体および前記第二の流体を案内する曲がり流路と、が画成され、
前記導入流路に設けられ、前記第一の流体を径方向に沿う流れとなるように整流する整流羽根と、
前記軸線の方向において前記導入流路と前記中間吸込流路とを区画する隔壁と、
を備え、
前記隔壁の径方向内側の端部は、前記整流羽根の径方向外側の端部よりも径方向内側であって、前記導入流路と前記曲がり流路との境界よりも径方向外側に位置し、
前記中間吸込流路に前記第二の流体を径方向に沿う流れとなるように整流する案内羽根が設けられ、
前記案内羽根の径方向内側の端部の径方向における位置と、前記整流羽根の径方向内側の端部の径方向における位置とが異なっている中間吸込型ダイアフラム。
請求項１から４のいずれか一項に記載の中間吸込型ダイアフラムと、
前記中間吸込型ダイアフラムに対して、軸線回りに相対回転可能に該中間吸込型ダイアフラムに覆われるインペラと、を備える遠心回転機械。
前記軸線回りに回転する最前段インペラおよび該最前段インペラの下流側に配された後段側インペラと、
前記軸線の径方向外側から径方向内側に向けて第一の流体を案内する入口流路が画成され、前記入口流路に設けられて前記第一の流体を整流するとともに、整流された前記第一の流体を最前段インペラに導く羽根を有するインレットガイドベーンを有する最前段ダイアフラムと、
前記最前段ダイアフラムから排出された前記第一の流体を前記軸線の径方向外側から径方向内側に向けて案内するリターン流路が画成され、前記リターン流路において前記最前段ダイアフラムから排出された前記第一の流体を整流するとともに、前記インレットガイドベーンと同数かつ同位相に設けられ、整流された前記第一の流体を後段側インペラに導く羽根を有するリターンベーンを有する後段側ダイアフラムと、を備え、
前記最前段ダイアフラムおよび前記後段側ダイアフラムのうちの少なくとも一つのダイアフラムが前記中間吸込型ダイアフラムであり、
前記入口流路および前記リターン流路のうちの少なくとも一つが前記導入流路であり、
前記インレットガイドベーンおよび前記リターンベーンのうちの少なくとも一つが前記整流羽根である請求項５に記載の遠心回転機械。
軸線の径方向外側から径方向内側に延びて、前記軸線回りに回転するインペラに向けて第一の流体を案内する導入流路と、前記導入流路に隣接するとともに、前記軸線の径方向外側から径方向内側に延びて、前記インペラに向けて第二の流体を案内する中間吸込流路と、前記導入流路および前記中間吸込流路における下流側に接続されるとともに、内面が前記導入流路と接続する位置から前記軸線の方向の一方側に向かって曲がるように延びて、前記インペラに前記第一の流体および前記第二の流体を案内する曲がり流路と、が画成され、前記導入流路に設けられ、前記第一の流体を径方向に沿う流れとなるように整流する整流羽根と、前記軸線の方向において前記導入流路と前記中間吸込流路とを区画する隔壁と、を有し、前記隔壁の径方向内側の端部は、前記整流羽根の径方向外側の端部よりも径方向内側であって、前記導入流路と前記曲がり流路との境界よりも径方向外側に位置する中間吸込型ダイアフラムと、
前記中間吸込型ダイアフラムに対して、軸線回りに相対回転可能に該中間吸込型ダイアフラムに覆われるインペラと、
前記軸線回りに回転する最前段インペラおよび該最前段インペラの下流側に配された後段側インペラと、
前記軸線の径方向外側から径方向内側に向けて第一の流体を案内する入口流路が画成され、前記入口流路に設けられて前記第一の流体を整流するとともに、整流された前記第一の流体を最前段インペラに導く羽根を有するインレットガイドベーンを有する最前段ダイアフラムと、
前記最前段ダイアフラムから排出された前記第一の流体を前記軸線の径方向外側から径方向内側に向けて案内するリターン流路が画成され、前記リターン流路において前記最前段ダイアフラムから排出された前記第一の流体を整流するとともに、前記インレットガイドベーンと同数かつ同位相に設けられ、整流された前記第一の流体を後段側インペラに導く羽根を有するリターンベーンを有する後段側ダイアフラムと、を備え、
前記最前段ダイアフラムおよび前記後段側ダイアフラムのうちの少なくとも一つのダイアフラムが前記中間吸込型ダイアフラムであり、
前記入口流路および前記リターン流路のうちの少なくとも一つが前記導入流路であり、
前記インレットガイドベーンおよび前記リターンベーンのうちの少なくとも一つが前記整流羽根である遠心回転機械。