JP7350521B2 - 回転機械 - Google Patents

Description

本発明は、回転機械に関する。

例えば遠心圧縮機や遠心ポンプ、発電機、タービン等の回転機械は、軸線回りに回転する回転体としてのロータと、このロータを外側から覆う静止体としてのケーシングと、を備えている。回転するロータと静止しているケーシングとの間では、作動流体を介して摩擦抵抗（円板摩擦損失）が生じる。特に、遠心圧縮機の場合、吐出流量に対し高い揚程を得るためには、インペラの外径が大きくなることから、上記の円板摩擦損失が増大することが知られている。

このような円板摩擦損失を低減するための技術として、下記特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１には、遠心圧縮機のインペラ背面側に径方向に間隔をあけて複数のフェンスを設けることで、背面側の空間を複数に分割している。これにより、各空間内での速度分布が制御され、円板摩擦損失が低減できるとされている。

特開平３－１１１９８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された装置では、分割された空間内を流通する流体が静止体であるケーシングの内面に接触している。このため、インペラ背面とケーシングとの間には摩擦損失が存在する。即ち、特許文献１に記載された装置には依然として改善の余地がある。また、インペラの外周面は、他の部分に比べて周速が高いため、当該外周面とケーシングとの間で生じる摩擦損失も無視できない。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、摩擦損失をより一層低減することで効率の向上した回転機械を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る回転機械は、軸線回りに回転可能であるとともに、該軸線に交差する面内に広がる第一対向面を有する回転体と、前記第一対向面に前記軸線方向から対向するとともに、該第一対向面との間に流体が流通する流路を形成する第二対向面を有する静止体と、を備え、前記第一対向面は、前記軸線に直交する方向に延びる第一主面と、前記第一主面における前記軸線に対する径方向外側で、前記径方向外側の端縁に周方向に連続して設けられ、前記第一主面から前記軸線方向に後退している後退面と、を有し、 前記第二対向面は、前記第一主面に前記軸線方向に対向して前記軸線に直交する方向に延びる第二主面と、前記第二主面の前記径方向外側に接続されて、前記軸線に対する径方向内側から外側に向かうに従って、前記後退面に向かうように前記軸線に対して傾斜して、前記後退面よりも前記径方向外側に延びる傾斜面を有し、前記後退面と前記傾斜面とによって、前記軸線を中心として環状に延びる空間が画成されている。

上記構成では、例えば第一対向面と第二対向面との間の流路中を、径方向内側から外側に向かって流体が流通する際に、第一対向面の後退面と、第二対向面の傾斜面との間の空間に流体の一部が捕捉される。捕捉された流体は、当該空間内で渦を形成する。ここで、上記流路を流通する流体には、回転体の回転に伴う周方向速度成分が含まれている。したがって、上記の渦も周方向速度成分を含みつつ、旋回している状態となる。この渦が介在することによって、回転体と静止体との間で生じる摩擦損失を低減することができる。

上記回転機械では、前記傾斜面の前記径方向内側の端縁は、前記軸線方向において前記後退面の前記径方向内側の端縁よりも前記径方向内側に位置していてもよい。

上記構成によれば、例えば流路中を、径方向内側から外側に向かって流体が流通する際に、後退面よりも径方向内側の位置を始点として流体を傾斜面に導くことができる。即ち、傾斜面によって導かれた流体を、当該傾斜面と後退面との間に迅速に導くことができる。したがって、傾斜面と後退面との間で、より安定的に渦を形成することができる。

前記傾斜面の前記径方向内側の端縁は、前記軸線方向において前記後退面の前記径方向内側の端縁と同一の位置にあってもよい。

上記構成によれば、傾斜面の径方向内側の端縁と、後退面の径方向内側の端縁とが径方向において同一の位置にある。これにより、傾斜面と後退面との間の離間距離を確保することができる。その結果、例えば回転体が静止体に対して近接する方向に変位した場合であっても、回転体と静止体とが接触する可能性を低減することができる。

上記回転機械では、前記傾斜面の前記径方向内側の端縁は、前記軸線方向において前記後退面の前記径方向内側の端縁よりも前記径方向外側に位置していてもよい。

上記構成によれば、傾斜面の径方向内側の端縁が、後退面の径方向内側の端縁よりも径方向外側に位置している。これにより、傾斜面と後退面との間の離間距離を確保することができる。その結果、例えば回転体が静止体に対して近接する方向に変位した場合であっても、回転体と静止体とが接触する可能性を低減することができる。

本発明の一態様に係る回転機械は、軸線回りに回転可能であるとともに、該軸線に交差する面内に広がる第一対向面を有する回転体と、前記第一対向面に前記軸線方向から対向するとともに、該第一対向面との間に流体が流通する流路を形成する第二対向面を有する静止体と、を備え、前記第一対向面は、前記軸線に対する径方向外側の端縁に周方向に連続して設けられ、該第一対向面から前記軸線方向に後退している後退面を有し、前記第二対向面は、前記軸線に対する径方向内側から外側に向かうに従って、前記後退面に向かうように前記軸線に対して傾斜している傾斜面を有し、前記傾斜面は、前記後退面から離間する側に凸となる曲面状をなしている。

上記構成によれば、傾斜面が曲面状をなしていることから、当該傾斜面に沿って流体をより円滑に案内することができる。これにより、後退面と傾斜面との間で渦をより安定的に保持することができる。

上記回転機械では、前記傾斜面には、前記軸線に対する径方向において前記後退面の前記径方向外側の端縁に対応する位置で、該傾斜面から前記軸線方向に凹むとともに周方向に連続する凹溝が形成されてもよい。

上記構成によれば、傾斜面に凹溝が形成されていることにより、例えば回転体が静止体に対して近接する方向に変位した場合であっても、回転体と静止体とが接触する可能性を低減することができる。

本発明の一態様に係る回転機械は、軸線回りに回転可能であるとともに、該軸線に交差する面内に広がる第一対向面を有する回転体と、前記第一対向面に前記軸線方向から対向するとともに、該第一対向面との間に流体が流通する流路を形成する第二対向面を有する静止体と、を備え、前記第一対向面は、前記軸線に対する径方向外側の端縁に周方向に連続して設けられ、該第一対向面から前記軸線方向に後退している後退面を有し、前記第二対向面は、前記軸線に対する径方向内側から外側に向かうに従って、前記後退面に向かうように前記軸線に対して傾斜している傾斜面を有し、前記回転体は、前記径方向内側から外側に向かって配列された複数の前記後退面を有し、前記径方向外側に位置する前記後退面になるほど、前記第一対向面から前記軸線方向に後退している。

上記構成によれば、複数の後退面が形成されていることにより、径方向内側から外側に向かって複数の渦を形成させることができる。その結果、傾斜面と後退面との間に複数の渦が介在した状態となる。それぞれの渦には回転体の回転に伴う周方向速度成分が含まれている。したがって、上記の構成によれば、回転体と静止体との間で生じる摩擦損失をより一層低減することができる。

本発明によれば、摩擦損失をより一層低減することで効率の向上した回転機械を提供することができる。

本発明の第一実施形態に係る回転機械としての遠心圧縮機の構成を示す断面図である。 本発明の第一実施形態に係る遠心圧縮機のインペラ周辺の構成を示す拡大断面図である。 本発明の第一実施形態に係るディスクの要部拡大断面図である。 本発明の第一実施形態に係るカバーの要部拡大断面図である。 本発明の第一実施形態に係る遠心圧縮機の変形例を示す要部拡大断面図である。 本発明の第一実施形態に係る遠心圧縮機のさらなる変形例を示す要部拡大断面図である。 本発明の第二実施形態に係る遠心圧縮機の要部拡大断面図である。 本発明の第三実施形態に係る遠心圧縮機の要部拡大断面図である。 本発明の第三実施形態に係る遠心圧縮機の変形例を示す要部拡大断面図である。（凹溝）

［第一実施形態］
本発明の第一実施形態について、図１から図４を参照して説明する。本実施形態では、回転機械としての多段の遠心圧縮機を例に説明する。なお、回転機械として、単段の遠心圧縮機や、遠心ポンプ、発電機、タービンに本実施形態の構成を適用することも可能である。

遠心圧縮機１００は、軸線回りに回転する回転軸１と、この回転軸１の周囲を覆うことで流体流路２を形成する静止体Ｓとしてのケーシング３と、回転軸１に設けられた回転体Ｒとしての複数のインペラ４と、を備えている。

ケーシング３は、軸線Ｏに沿って延びる円筒状をなしている。回転軸１は、このケーシング３の内部を軸線Ｏに沿って貫通するように延びている。軸線Ｏ方向におけるケーシング３の両端部には、それぞれジャーナル軸受５及びスラスト軸受６が設けられている。回転軸１は、これらジャーナル軸受５とスラスト軸受６とによって軸線Ｏ回りに回転可能に支持されている。

ケーシング３の軸線Ｏ方向一方側には、外部から作動流体Ｇとしての空気を取り入れるための吸気口７が設けられている。さらに、ケーシング３の軸線Ｏ方向他方側には、ケーシング３内部で圧縮された作動流体Ｇが排気される排気口８が設けられている。

ケーシング３の内側には、これら吸気口７と排気口８とを連通し、縮径と拡径を繰り返す内部空間が形成されている。この内部空間は、複数のインペラ４を収容するとともに、上記の流体流路２の一部をなしている。なお、以降の説明では、この流体流路２上における吸気口７が位置する側を上流側と呼び、排気口８が位置する側を下流側と呼ぶ。

回転軸１には、その外周面上で軸線Ｏ方向に間隔を空けて複数（６つ）のインペラ４が設けられている。各インペラ４は、図２に示すように、軸線Ｏ方向から見て略円形の断面を有するディスク４１と、このディスク４１の上流側の面に設けられた複数のブレード４２と、これら複数のブレード４２を上流側から覆うカバー４３と、を有している。

ディスク４１は、軸線Ｏと交差する方向から見て、該軸線Ｏ方向の一方側から他方側に向かうに従って、径方向の寸法が次第に拡大するように形成されることで、おおむね円錐状をなしている。

ブレード４２は、上記のディスク４１の軸線Ｏ方向における両面のうち、上流側を向く円錐面上で、軸線Ｏを中心として径方向外側に向かって放射状に複数配列されている。より詳しくは、これらブレードは、ディスク４１の上流側の面から上流側に向かって立設された薄板によって形成されている。これら複数のブレード４２は、軸線Ｏ方向から見た場合、周方向の一方側から他方側に向かうように湾曲している。

ブレード４２の上流側の端縁には、カバー４３が設けられている。言い換えると、上記複数のブレード４２は、このカバー４３とディスク４１とによって軸線Ｏ方向から挟持されている。これにより、カバー４３、ディスク４１、及び互いに隣り合う一対のブレード４２同士の間には空間が形成される。この空間は、後述する流体流路２の一部（圧縮流路２２）をなしている。

流体流路２は、上記のように構成されたインペラ４と、ケーシング３の内部空間を連通する空間である。本実施形態では、１つのインペラ４ごと（１つの圧縮段ごと）に１つの流体流路２が形成されているものとして説明を行う。すなわち、遠心圧縮機１００では、最後段のインペラ４を除く５つのインペラ４に対応して、上流側から下流側に向かって連続する５つの流体流路２が形成されている。

それぞれの流体流路２は、吸込流路２１と、圧縮流路２２と、ディフューザ流路２３と、リターンベンド部２４と、案内流路２５と、を有している。なお、図２は、流体流路２及びインペラ４のうち、１段のインペラ４のみを示している。

１段目のインペラ４では、吸込流路２１は上記の吸気口７と直接接続されている。この吸込流路２１によって、外部の空気が流体流路２上の各流路に作動流体Ｇとして取り込まれる。より具体的には、この吸込流路２１は、上流側から下流側に向かうにしたがって、軸線Ｏ方向から径方向外側に向かって次第に湾曲している。

２段目以降のインペラ４における吸込流路２１は、前段（１段目）の流体流路２における案内流路２５（後述）の下流端と連通されている。すなわち、案内流路２５を通過した作動流体Ｇは、上記と同様に、軸線Ｏに沿って下流側を向くように、その流れ方向が変更される。

圧縮流路２２は、ディスク４１の上流側の面、カバー４３の下流側の面、及び周方向に隣り合う一対のブレード４２によって囲まれた流路である。より詳しくは、この圧縮流路２２は、径方向内側から外側に向かうに従って、その断面積が次第に減少している。これにより、インペラ４が回転している状態で圧縮流路２２中を流通する作動流体Ｇは、徐々に圧縮されて高圧流体となる。

ディフューザ流路２３は、軸線Ｏの径方向内側から外側に向かって延びる流路である。このディフューザ流路２３における径方向内側の端部は、上記圧縮流路２２の径方向外側の端部に連通されている。

リターンベンド部２４は、ディフューザ流路２３を経て、径方向の内側から外側に向かって流通した作動流体Ｇの流れ方向を径方向内側に向かって反転させる。リターンベンド部２４の一端側（上流側）は、上記ディフューザ流路２３に連通され、他端側（下流側）は、案内流路２５に連通されている。リターンベンド部２４の中途において、径方向の最も外側に位置する部分は、頂部とされている。

案内流路２５は、リターンベンド部２４の下流側の端部から径方向内側に向かって延びている。案内流路２５の径方向外側の端部は、上記のリターンベンド部２４と連通されている。案内流路２５の径方向内側の端部は、上述のように後段の流体流路２における吸込流路２１に連通されている。

上記のように構成された遠心圧縮機１００では、インペラ４の円滑な回転を実現するため、ケーシング３とインペラ４との間に隙間が形成されている。より具体的には、ディスク４１における下流側を向くディスク背面４１Ａ（第一対向面Ｐ１）と、当該ディスク背面４１Ａに対向するケーシング背面３Ａ（第二対向面Ｐ２）との間には隙間が形成されている。この隙間は流路Ｆ１とされている。流路Ｆ１では、図２中の矢印Ａで示すように、後段側の圧縮流路２２から漏れ出た高圧の流体が、径方向内側から外側に向かって流通している。

さらに、カバー４３における上流側を向くカバー上流面４３Ｂ（第一対向面Ｐ１´）と、当該カバー上流面４３Ｂに対向するケーシング上流面３Ｂ（第二対向面Ｐ２´）との間には隙間が形成されている。この隙間は流路Ｆ２とされている。流路Ｆ２では、図２中の矢印Ｂで示すように、ディフューザ流路２３を流通する高圧の流体が、径方向外側から内側に向かって流通している。

また、ディスクの４１における径方向外側を向くディスク外周面４１Ｃ、及びカバー４３における径方向外側を向くカバー外周面４３Ｃと、ケーシング３の内周面であるケーシング内周面３Ｄとの間にも隙間が形成されている。この隙間は流路Ｆ３（外側流路）とされている。流路Ｆ３は流路Ｆ１、及び流路Ｆ２と連通している。

ここで、回転体Ｒとしてのインペラ４と、静止体Ｓとしてのケーシング３との間では、上記の流路Ｆ１、及び流路Ｆ２を流通する流体を介して摩擦抵抗（円板摩擦損失）が生じる。特に、遠心圧縮機１００の場合、揚程が大きくなるにつれてインペラ４の外径が大きくなることから、上記の円板摩擦損失が増大することが知られている。また、インペラ４の外周面（上記のディスク外周面４１Ｃ、及びカバー外周面４３Ｃ）では流体の周方向速度が最も高いことから、これら外周面とケーシング内周面３Ｄとの間で生じる摩擦損失も低減する必要がある。

そこで、本実施形態では、図３と図４に示すように、ディスク外周面４１Ｃ、及びカバー外周面４３Ｃの径方向外側の端縁に、軸線Ｏ方向に凹む段差が形成されている。より具体的には図３に示すように、上述のディスク背面４１Ａは、軸線Ｏを中心とする円形の主面６１と、この主面６１の外周側を囲む円環状の後退面６３と、後退面６３と主面６１とを軸線Ｏ方向に接続する段差面６２と、を有している。後退面６３は、主面６１に対して軸線Ｏ方向に後退している。より詳細には、後退面６３は、主面６１に比べてケーシング背面３Ａから離間する方向に後退している。後退面６３は、主面６１と互いに平行をなしている。また、後退面６３は、軸線Ｏに対する周方向に連続する円環状をなしている。後退面６３の外周側の端縁は、ディスク外周面４１Ｃに接続されている。段差面６２は、主面６１の外周側の端縁と、後退面６３の内周側の端縁とを軸線Ｏ方向に接続している。

同じく図３に示すように、ケーシング背面３Ａは、軸線Ｏを中心とする円形の主面７１と、この主面７１の外周側を囲む円環状の傾斜面７２と、を有している。傾斜面７２は、径方向内側から外側に向かうに従って、上述の後退面６３側に向かうように軸線Ｏに対して傾斜している。また、軸線Ｏを含む断面視において、傾斜面７２は平面状に延びている。傾斜面７２の径方向内側の端縁（内側端縁ｔ１）は、上記の後退面６３の径方向内側の端縁よりも径方向内側に位置している。また、傾斜面７２の径方向外側の端縁（外側端縁ｔ２）は、軸線Ｏ方向において、後退面６３よりも一方側に位置している。したがって、傾斜面７２と、上記の段差面６２、及び後退面６３とによって、断面視三角形状の空間Ｖが画成されている。

さらに、図４に示すように、上述のカバー上流面４３Ｂは、軸線Ｏを中心とする円形の主面６１´と、この主面６１´の外周側を囲む円環状の後退面６３´と、後退面６３´と主面６１´とを軸線Ｏ方向に接続する段差面６２´と、を有している。後退面６３´は、主面６１´に対して軸線Ｏ方向に後退している。より詳細には、後退面６３´は、主面６１´に比べてケーシング上流面３Ｂから離間する方向に後退している。後退面６３´は、主面６１´と互いに平行をなしている。また、後退面６３´は、軸線Ｏに対する周方向に連続する円環状をなしている。後退面６３´の外周側の端縁は、カバー外周面４３Ｃに接続されている。段差面６２´は、主面６１´の外周側の端縁と、後退面６３´の内周側の端縁とを軸線Ｏ方向に接続している。

同じく図４に示すように、ケーシング上流面３Ｂは、軸線Ｏを中心とする円形の主面７１´と、この主面７１´の外周側を囲む円環状の傾斜面７２´と、を有している。傾斜面７２´は、径方向内側から外側に向かうに従って、上述の後退面６３´側に向かうように軸線Ｏに対して傾斜している。また、軸線Ｏを含む断面視において、傾斜面７２´は平面状に延びている。傾斜面７２´の径方向内側の端縁（内側端縁ｔ１´）は、上記の後退面６３´の径方向内側の端縁よりも径方向内側に位置している。また、傾斜面７２´の径方向外側の端縁（外側端縁ｔ２´）は、軸線Ｏ方向において、後退面６３よりも他方側に位置している。したがって、傾斜面７２´と、上記の段差面６２´、及び後退面６３´とによって、断面視三角形状の空間Ｖ´が画成されている。

上記構成では、第一対向面Ｐ１としてのディスク背面４１Ａと、第二対向面Ｐ２としてのケーシング背面３Ａとの間の流路Ｆ１中を、径方向内側から外側に向かって流体が流通する際に、後退面６３と傾斜面７２との間の空間Ｖに流体の一部が捕捉される。捕捉された流体は、当該空間Ｖ内で渦を形成する。具体的には図３に示すように、この渦は、傾斜面７２から後退面６３を経て段差面６２に向かって旋回している。また、ディスク外周面４１Ｃとケーシング内周面３Ｄとの間（即ち、流路Ｆ３内）にも、他の渦が形成される。ここで、上記流路Ｆ１を流通する流体には、回転体Ｒの回転に伴う周方向速度成分が含まれている。したがって、上記の渦も周方向速度成分を含みつつ、旋回している状態となる。この渦が介在することによって、回転体Ｒと静止体Ｓとの間の速度勾配を緩やかにすることができる。その結果、回転体Ｒと静止体Ｓとの間で生じる摩擦損失を低減することができる。

また、上記構成では、第一対向面Ｐ１´としてのカバー上流面４３Ｂと、第二対向面Ｐ２´としてのケーシング上流面３Ｂとの間の流路Ｆ２中を、径方向外側から内側に向かって流体が流通する際に、後退面６３´と傾斜面７２´との間の空間Ｖ´に流体の一部が捕捉される。捕捉された流体は、当該空間Ｖ´内で渦を形成する。具体的には図４に示すように、この渦は、傾斜面７２´から段差面６２´を経て後退面６３´に向かって旋回している。さらに、流路Ｆ２中でも、他の渦が形成される。この渦は、流路Ｆ２中を径方向内側から外側に向かった後、ケーシング上流面３Ｂに向かって向きを変え、再び径方向内側に向かって旋回している。ここで、上記流路Ｆ２を流通する流体には、回転体Ｒの回転に伴う周方向速度成分が含まれている。したがって、上記の渦も周方向速度成分を含みつつ、旋回している状態となる。この渦が介在することによって、回転体Ｒと静止体Ｓとの間の速度勾配を緩やかにすることができる。その結果、回転体Ｒと静止体Ｓとの間で生じる摩擦損失を低減することができる。

さらに、上記構成によれば、傾斜面７２の径方向内側の端縁（内側端縁ｔ１）は、後退面６３の径方向内側の端縁よりも径方向内側に位置している。これにより、流路Ｆ１中を、径方向内側から外側に向かって流体が流通する際に、後退面６３よりも径方向内側の位置を始点として流体を傾斜面７２に導くことができる。即ち、傾斜面７２によって導かれた流体を、当該傾斜面７２と後退面６３との間（空間Ｖ）に迅速に導くことができる。したがって、この空間Ｖ内で、より安定的に渦を形成することができる。

以上、本発明の第一実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上記第一実施形態では、傾斜面７２の内側端縁ｔ１（又は、傾斜面７２´の内側端縁ｔ１´）が、後退面６３（又は、後退面６３´）の径方向内側の端縁よりも径方向内側に位置している構成について説明した。しかしながら、図５又は図６に示す構成を採ることも可能である。図５の例では、内側端縁ｔ１が後退面６３の径方向内側の端縁と径方向において同一の位置となっている。また、図６の例では、内側端縁ｔ１が後退面６３の径方向内側の端縁よりも径方向外側に位置している。このような構成によれば、傾斜面７２と後退面６３との間の離間距離を十分に確保することができる。これにより、例えば回転体Ｒが静止体Ｓに対して近接する方向に変位した場合であっても、回転体Ｒと静止体Ｓとが接触する可能性を低減することができる。その結果、より安定的に遠心圧縮機１００を運転することができる。なお、図５及び図６では、傾斜面７２についてのみ図示しているが、傾斜面７２´も上記と同様の構成を採ることが可能である。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図７を参照して説明する。なお、上記第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図７に示すように、本実施形態では、傾斜面７２Ｂの構成が上記第一実施形態と異なっている。この傾斜面７２Ｂは、径方向内側から外側に向かうに従って後退面６３に向かって傾斜しているとともに、曲面状をなしている。より具体的には、傾斜面７２Ｂは、後退面６３から離間する側に凸となる曲面状をなしている。傾斜面７２Ｂの径方向内側の端縁と主面７１の径方向外側の端縁とは連続的に接続されている。同様に、傾斜面７２Ｂの径方向外側の端縁とケーシング内周面３Ｄとは連続的に接続されている。つまり、これらの接続部分には段差等が形成されていない。

上記構成によれば、傾斜面７２Ｂが曲面状をなしていることから、当該傾斜面７２Ｂに沿って流体をより円滑に案内することができる。これにより、後退面６３と傾斜面７２Ｂとの間で渦をより安定的に保持することができる。

以上、本発明の第二実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上記第二実施形態では、第二対向面Ｐ２としてのケーシング背面３Ａに傾斜面７２Ｂを設けた構成を説明した。しかしながら、上記第一実施形態と同様に、第二対向面Ｐ２´としてのケーシング上流面３Ｂに傾斜面７２Ｂと同様の曲面を設けることも可能である。この場合であっても、上記と同様の作用効果を得ることができる。

［第三実施形態］
続いて、本発明の第三実施形態について、図８を参照して説明する。なお、上記の各実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図８に示すように、本実施形態では、上述の段差面６２、及び後退面６３がそれぞれ複数（２つ）設けられている。より具体的には、相対的には径方向内側に位置する内側段差面６２Ａと内側後退面６３Ａによって、上記第一実施形態で説明した空間Ｖと同様の内側空間Ｖ１が形成されている。さらに、内側後退面６３Ａの径方向外側の端縁には、内側段差面６２Ａと平行に広がる外側段差面６２Ｂが接続されている。外側段差面６２Ｂには、内側後退面６３Ａと平行に広がる外側後退面６３Ｂが接続されている。外側後退面６３Ｂは、内側後退面６３Ａよりもケーシング背面３Ａから後退している。

上記構成によれば、複数の後退面６３が形成されていることにより、径方向内側から外側に向かって、内側空間Ｖ１及び外側空間Ｖ２にそれぞれ渦を形成させることができる。全体としては複数の渦を形成することができる。その結果、傾斜面７２と後退面６３との間に複数の渦が介在した状態となる。それぞれの渦には回転体Ｒの回転に伴う周方向速度成分が含まれている。したがって、上記の構成によれば、回転体Ｒと静止体Ｓとの間で生じる摩擦損失をより一層低減することができる。

以上、本発明の第三実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上記実施形態では、２つの段差面６２（内側段差面６２Ａ、及び外側段差面６２Ｂ）、及び２つの後退面６３（内側後退面６３Ａ、及び外側後退面６３Ｂ）が形成されている例について説明した。しかしながら、段差面６２、及び後退面６３の設けられる数（即ち、段差の数）は２つに限定されず、３つ以上であってもよい。また、上記第三実施形態では、第一対向面Ｐ１としてのディスク背面４１Ａに複数の段差面６２、及び複数の後退面６３を設けた構成を説明した。しかしながら、上記第一実施形態と同様に、第一対向面Ｐ１´としてのカバー上流面４３Ｂにこれら複数の段差面６２、及び複数の後退面６３と同様の構成を設けることも可能である。この場合であっても、上記と同様の作用効果を得ることができる。

［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態について、図９を参照して説明する。なお、上記の各実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図９に示すように、本実施形態では、上記第三実施形態で説明した構成に比べて、傾斜面７２上に複数（２つ）の凹溝７０Ｒが形成されている点で相違している。具体的には、凹溝７０Ｒは、各後退面６３の径方向外側の端縁と、径方向において重複する位置に形成されている。各凹溝７０Ｒは、軸線Ｏを中心とする円環状をなしている。また、各凹溝７０Ｒは、傾斜面７２上で、後退面６３から離間する方向に凹んでいる。凹溝は、半円形の断面形状を有している。

上記構成によれば、傾斜面７２に凹溝７０Ｒが形成されていることにより、例えば回転体Ｒが静止体Ｓに対して近接する方向に変位した場合であっても、当該凹溝７０Ｒの分だけスペースが確保されていることから、回転体Ｒと静止体Ｓとが接触する可能性を低減することができる。その結果、より安定的に遠心圧縮機１００を運転することができる。

以上、本発明の第四実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上記第四実施形態では、第二対向面Ｐ２としてのケーシング背面３Ａに凹溝７０Ｒが形成されている構成を説明した。しかしながら、上記第一実施形態と同様に、第二対向面Ｐ２´としてのケーシング上流面３Ｂに凹溝７０Ｒと同様の構成を設けることも可能である。この場合であっても、上記と同様の作用効果を得ることができる。

１００ 遠心圧縮機（回転機械）
１ 回転軸
２ 流体流路
３ ケーシング
３Ａ ケーシング背面
３Ｂ ケーシング上流面
３Ｄ ケーシング内周面
４ インペラ
５ ジャーナル軸受
６ スラスト軸受
７ 吸気口
８ 排気口
１０ 凹部
１１ 静止側凹部
２１ 吸込流路
２２ 圧縮流路
２３ ディフューザ流路
２４ リターンベンド部
２５ 案内流路
４１ ディスク
４１Ａ ディスク背面
４１Ｃ ディスク外周面
４２ ブレード
４３ カバー
４３Ｂ カバー上流面
４３Ｃ カバー外周面
５０ リターンベーン
６１，６１´，７１，７１´ 主面
６２，６２´ 段差面
６３，６３´ 後退面
６２Ａ 内側段差面
６２Ｂ 外側段差面
６３Ａ 内側後退面
６３Ｂ 外側後退面
７２，７２´傾斜面
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３ 流路
Ｏ 軸線
Ｐ１，Ｐ１´ 第一対向面
Ｐ２，Ｐ２´ 第二対向面
Ｒ 回転体
Ｓ 静止体
ｔ１，ｔ１´ 内側端縁
ｔ２，ｔ２´ 外側端縁
Ｖ，Ｖ´ 空間
Ｖ１ 内側空間
Ｖ２ 外側空間

Claims (7)

1. 軸線回りに回転可能であるとともに、該軸線に交差する面内に広がる第一対向面を有する回転体と、
   前記第一対向面に前記軸線方向から対向するとともに、該第一対向面との間に流体が流通する流路を形成する第二対向面を有する静止体と、
   を備え、
   前記第一対向面は、
   前記軸線に直交する方向に延びる第一主面と、
   前記第一主面における前記軸線に対する径方向外側で、前記径方向外側の端縁に周方向に連続して設けられ、前記第一主面から前記軸線方向に後退している後退面と、
   を有し、
   前記第二対向面は、
   前記第一主面に前記軸線方向に対向して前記軸線に直交する方向に延びる第二主面と、
   前記第二主面の前記径方向外側に接続されて、前記軸線に対する径方向内側から外側に向かうに従って、前記後退面に向かうように前記軸線に対して傾斜して、前記後退面よりも前記径方向外側に延びる傾斜面を有し、
   前記後退面と前記傾斜面とによって、前記軸線を中心として環状に延びる空間が画成されている回転機械。
2. 軸線回りに回転可能であるとともに、該軸線に交差する面内に広がる第一対向面を有する回転体と、
   前記第一対向面に前記軸線方向から対向するとともに、該第一対向面との間に流体が流通する流路を形成する第二対向面を有する静止体と、
   を備え、
   前記第一対向面は、前記軸線に対する径方向外側の端縁に周方向に連続して設けられ、該第一対向面から前記軸線方向に後退している後退面を有し、
   前記第二対向面は、前記軸線に対する径方向内側から外側に向かうに従って、前記後退面に向かうように前記軸線に対して傾斜している傾斜面を有し、
   前記傾斜面は、前記後退面から離間する側に凸となる曲面状をなしている回転機械。
3. 軸線回りに回転可能であるとともに、該軸線に交差する面内に広がる第一対向面を有する回転体と、
   前記第一対向面に前記軸線方向から対向するとともに、該第一対向面との間に流体が流通する流路を形成する第二対向面を有する静止体と、
   を備え、
   前記第一対向面は、前記軸線に対する径方向外側の端縁に周方向に連続して設けられ、該第一対向面から前記軸線方向に後退している後退面を有し、
   前記第二対向面は、前記軸線に対する径方向内側から外側に向かうに従って、前記後退面に向かうように前記軸線に対して傾斜している傾斜面を有し、
   前記回転体は、前記径方向内側から外側に向かって配列された複数の前記後退面を有し、
   前記径方向外側に位置する前記後退面になるほど、前記第一対向面から前記軸線方向に後退している回転機械。
4. 前記傾斜面の前記径方向内側の端縁は、前記軸線方向において前記後退面の前記径方向内側の端縁よりも前記径方向内側に位置している請求項１から３のいずれか一項に記載の回転機械。
5. 前記傾斜面の前記径方向内側の端縁は、前記軸線方向において前記後退面の前記径方向内側の端縁と同一の位置にある請求項１から３のいずれか一項に記載の回転機械。
6. 前記傾斜面の前記径方向内側の端縁は、前記軸線方向において前記後退面の前記径方向内側の端縁よりも前記径方向外側に位置している請求項１から３のいずれか一項に記載の回転機械。
7. 前記傾斜面には、前記軸線に対する径方向において前記後退面の前記径方向外側の端縁に対応する位置で、該傾斜面から前記軸線方向に凹むとともに周方向に連続する凹溝が形成されている請求項１から６のいずれか一項に記載の回転機械。

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