特許 6672827 回転機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6672827

(24)【登録日】2020年3月9日

(45)【発行日】2020年3月25日

(54)【発明の名称】回転機械

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/051 20060101AFI20200316BHJP

   F04D 29/42 20060101ALI20200316BHJP

   F02B 39/00 20060101ALI20200316BHJP

【ＦＩ】

   F04D29/051

   F04D29/42 M

   F02B39/00 C

   F02B39/00 L

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-9101(P2016-9101)

(22)【出願日】2016年1月20日

(65)【公開番号】特開2016-223433(P2016-223433A)

(43)【公開日】2016年12月28日

【審査請求日】2018年11月27日

(31)【優先権主張番号】特願2015-111244(P2015-111244)

(32)【優先日】2015年6月1日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100176245

【弁理士】

【氏名又は名称】安田 亮輔

(74)【代理人】

【識別番号】100162640

【弁理士】

【氏名又は名称】柳 康樹

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 渉

(72)【発明者】

【氏名】山方 章弘

【審査官】 大瀬 円

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１５／１１１１６９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２５５９６３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭６２−９３４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１０１６２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−１０１４０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１９１６３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−５６３０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｄ ２９／０５１

Ｆ０４Ｄ ２９／４２

Ｆ０２Ｂ ３９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸方向へ延びるガス流入流路及び外周側へ延びるディフューザ流路を有するケーシングと、
前記ケーシングの内部において前記ガス流入流路と前記ディフューザ流路との間に回転可能に配置された第１のインペラと、を備える遠心圧縮機であって、
前記第１のインペラの背面側には第１の背壁部が設けられ、
前記第１のインペラの前記背面と、前記第１の背壁部との間には、前記ディフューザ流路と連通する第１の背面流路が形成され、
前記第１の背壁部には、前記第１の背面流路と連通する抽気流路が形成され、
前記第１の背壁部は、前記第１の背面流路の入口部から前記抽気流路へ至る位置まで連続的な面を備えており、
前記抽気流路は、前記第１のインペラの前記背面の外径部分に対向する位置に形成され、且つ、前記第１のインペラのハブの外周面よりも内周側へ離間した位置に形成される、遠心圧縮機と、
前記第１のインペラの回転軸に支持される第２のインペラと、を備え、
前記第２のインペラの背面は、前記第１のインペラの前記背面と前記軸方向に対向し、
前記第２のインペラの前記背面側には第２の背壁部が設けられ、
前記第２のインペラの前記背面と、前記第２の背壁部との間には、第２の背面流路が形成され、
前記抽気流路から前記第２の背面流路まで延びて、当該第２の背面流路と連通する供給流路が形成された、回転機械。

【請求項2】

前記抽気流路と前記供給流路との間には、前記抽気したガスの圧力を調整する圧力調整弁が設けられている、請求項１に記載の回転機械。

【請求項3】

前記第２の背面流路には、前記供給流路との接続部よりも外周側にラビリンスシールが設けられている、請求項１又は２に記載の回転機械。

【請求項4】

軸方向へ延びるガス流入流路及び外周側へ延びるディフューザ流路を有するケーシングと、
前記ケーシングの内部において前記ガス流入流路と前記ディフューザ流路との間に回転可能に配置された第１のインペラと、を備える遠心圧縮機であって、
前記第１のインペラの背面側には第１の背壁部が設けられ、
前記第１のインペラの前記背面と、前記第１の背壁部との間には、前記ディフューザ流路と連通する第１の背面流路が形成され、
前記第１の背壁部には、前記第１の背面流路と連通する抽気流路が形成され、
前記第１の背壁部は、前記第１の背面流路の入口部から前記抽気流路へ至る位置まで連続的な面を備えている遠心圧縮機と、
前記第１のインペラの回転軸に支持される第２のインペラと、を備え、
前記第２のインペラの背面は、前記第１のインペラの前記背面と前記軸方向に対向し、
前記第２のインペラの前記背面側には第２の背壁部が設けられ、
前記第２のインペラの前記背面と、前記第２の背壁部との間には、第２の背面流路が形成され、
前記抽気流路から前記第２の背面流路まで延びて、当該第２の背面流路と連通する供給流路が形成され、
前記第２の背面流路には、前記供給流路との接続部よりも外周側にラビリンスシールが設けられている、回転機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、遠心圧縮機、及び回転機械に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、軸方向へ延びるガス流入流路及び外周側へ延びるディフューザ流路を有するケーシングと、ケーシングの内部においてガス流入流路とディフューザ流路との間に回転可能に配置されたインペラと、を備える遠心圧縮機が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２−７０５７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、上述のような遠心圧縮機においては、回転軸のスラスト方向の荷重を受ける軸受が設けられている。このような軸受では、インペラで発生するスラスト力が大きくなる場合は、軸受負荷が大きくなる。従って、軸受負荷を低減させるために、スラスト力を低下させることが要請されていた。

【0005】

そこで、本発明は、インペラに作用するスラスト力を低下させることができる遠心圧縮機を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一側面に係る遠心圧縮機は、軸方向へ延びるガス流入流路及び外周側へ延びるディフューザ流路を有するケーシングと、ケーシングの内部においてガス流入流路とディフューザ流路との間に回転可能に配置された第１のインペラと、を備える遠心圧縮機であって、第１のインペラの背面側には第１の背壁部が設けられ、第１のインペラの背面と、第１の背壁部との間には、ディフューザ流路と連通する第１の背面流路が形成され、第１の背壁部には、第１の背面流路と連通する抽気流路が形成され、第１の背壁部は、第１の背面流路の入口部から抽気流路へ至る位置まで連続的な面を備えている。

【0007】

この遠心圧縮機においては、第１のインペラの背面と、第１の背壁部との間には、ディフューザ流路と連通する第１の背面流路が形成されている。第１の背壁部には、第１の背面流路と連通する抽気流路が形成されている。また、第１の背壁部は、第１の背面流路の入口部から抽気流路へ至る位置まで連続的な面を備え、他の流路などが形成されていない。このように、第１の背面流路からガスを抽気することによって、第１のインペラの背面側でガスの貫流を発生させることができる。従って、第１のインペラの背面側の圧力を低下させることによって、第１のインペラに作用するスラスト力を低下させることができる。

【0008】

また、本発明の一側面に係る遠心圧縮機において、抽気流路は、抽気したガスを、第１のインペラの回転軸を支持する軸受へ供給してよい。これによって、軸受を冷却するための機構を別途設けなくとも、第１のインペラで発生するガスの流れを利用して軸受を冷却することができる。

【0009】

また、本発明の一側面に係る遠心圧縮機において、抽気流路は、第１のインペラの背面の外径部分に対向する位置に形成されてよい。これにより、高い圧力で抽気を行うことができ、冷却ガスとして低い温度のガスを軸受に供給することができる。

【0010】

また、本発明の一側面に係る回転機械は、上述の遠心圧縮機と、第１のインペラの回転軸に支持される第２のインペラと、を備え、第２のインペラの背面側には第２の背壁部が設けられ、第２のインペラの背面と、第２の背壁部との間には、第２の背面流路が形成され、抽気流路から第２の背面流路まで延びて連通する供給流路が形成されてよい。これにより、第１の背面流路から抽気流路でガスを抽気することで、第１のインペラの背面側の圧力を低下させることに加え、抽気流路が、抽気したガスを第２の背面流路へ供給することで、第２のインペラの背面側の圧力を高めることができる。第２のインペラは第１のインペラの回転軸に支持され、且つ、第２のインペラの背面は、第１のインペラの背面と軸方向に対向している。従って、第２のインペラの背面側の圧力が高まることで、第２のインペラが、第１のインペラに作用するスラスト力を打ち消す方向にスラスト力を回転軸を介して作用させることができる。これにより、第１のインペラに作用するスラスト力を低下させることができる。

【0011】

また、本発明の一側面に係る回転機械において、抽気流路と供給流路との間には、抽気したガスの圧力を調整する圧力調整弁が設けられていてよい。これによって、抽気されて第２の背面流路へ供給されるガスの圧力を調整することができる。

【0012】

また、本発明の一側面に係る回転機械において、第２の背面流路には、供給流路との接続部よりも外周側にラビリンスシールが設けられていてよい。これにより、第２の背面流路へ供給されたガスが、ラビリンスシールによって外周側へ流れ出にくくなる。従って、第２の背面流路内の圧力を効率よく高めることができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、インペラに作用するスラスト力を低下させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本実施形態に係る遠心圧縮機を備えるターボチャージャの断面図である。

【図2】図２は、本実施形態に係る遠心圧縮機の構成を示す概略断面図である。

【図3】図３は、本実施形態に係る回転機械の構成を示す概略断面図である。

【図4】図４は、図３に示す遠心圧縮機の背面流路、及びインペラ構造のインペラの背面流路の拡大断面図である。

【図5】図５は、図３に示す遠心圧縮機のインペラ側の背壁部、及びインペラ構造のインペラ側の背壁部を軸方向から見た図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明に係る遠心圧縮機の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一の要素同士、或いは相当する要素同士には、互いに同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。

【0016】

本実施形態に係る遠心圧縮機１００が適用されるターボチャージャ５０は、図１に示すように、タービンハウジング１とコンプレッサハウジング２内とをベアリングハウジング３を介して一体に連結したものである。このターボチャージャ５０は、タービンハウジング１内のタービンホイール４と、コンプレッサハウジング２内のインペラ５とを、ベアリングハウジング３内にてジャーナル軸受により回転自在に支持されたタービン軸６によって連結したものである。このターボチャージャ５０は、エンジンの排気によってタービンホイール４を回転させることによりタービン軸６を介してインペラ５を回転させ、吸気を圧縮してエンジンに給気するようになっている。

【0017】

遠心圧縮機１００においては、コンプレッサハウジング２内でインペラ５を取り付けているタービン軸６の外側には、表面に凹凸を形成した油切りが設けられる。油切りの外周には、コンプレッサ側スラストベアリング１６が嵌め合わせられる。コンプレッサ側スラストベアリング１６に内周面が接するように、シールプレート１７がベアリングハウジング３に取り付けられる。コンプレッサ側スラストベアリング１６に対するタービン側の位置には、スラストカラー１８とタービン側スラストベアリング１４がタービン軸６に嵌め合わせられる。コンプレッサ側スラストベアリング１６のタービン側の面が正スラスト（タービン軸６がコンプレッサ側に移動しようとする方向のスラスト）軸受面とされ、タービン側スラストベアリング１４のコンプレッサ側の面が反スラスト（タービン軸６がタービン側に移動しようとする方向のスラスト）軸受面とされる。

【0018】

図２を参照して、遠心圧縮機１００の構成について更に詳細に説明する。図２に示すように、遠心圧縮機１００は、軸方向へ延びるガス流入流路３３及び外周側へ延びるディフューザ流路３２を有するコンプレッサハウジング（ケーシング）２と、コンプレッサハウジング２の内部においてガス流入流路３３とディフューザ流路３２との間に回転可能に配置されたインペラ（第１のインペラ）５と、を備える。

【0019】

インペラ５は、タービン軸６に連結されるハブ３０と、ハブ３０の外周面５ｂに設けられるフィン３１と、を備えている。ハブ３０の外周面５ｂは、ガス流入流路３３側において軸方向と略平行に延びると共に、ディフューザ流路３２へ向かうに従って径方向に広がるように湾曲している。ハブ３０は、ガス流入流路３３に対して軸方向における反対側に、背面５ａを備えている。背面５ａは、タービン軸６から外周側へ向かって広がっている。また、ハブ３０は、ディフューザ流路３２側の端部に外周面５ｃを備えている。以上のような構成により、ガス流入流路３３から流入して軸方向へ流れる空気（Ａ１の流れ）は、インペラ５で圧縮されると共に、外周側へ向かって流れる。これによって圧縮空気がディフューザ流路３２内を外周側へ向かって流れる（Ａ２の流れ）。

【0020】

インペラ５の背面側には背壁部（第１の背壁部）３５が設けられる。本実施形態では、背壁部３５は、図１に示すシールプレート１７、及び当該シールプレート１７を支持するコンプレッサハウジング２の一部によって構成されている。ただし、インペラ５の背面側に設けられるものであれば、どの部品が背壁部３５を構成してもよい。

【0021】

背壁部３５は、インペラ５の背面５ａと軸方向において対向する対向面３５ａを備えている。対向面３５ａは、タービン軸６側から外周側へ向かって広がる面である。対向面３５ａは、インペラ５の背面５ａの形状に対応して適宜変更してよく、平面、傾斜面、湾曲面、及びこれらの組み合わせによって構成されていてよい。また、図２に示す実施形態では、背壁部３５は、インペラ５の外周面５ｃと径方向に対向する対向面３５ｂを備えている。

【0022】

インペラ５の背面５ａと、背壁部３５との間には、ディフューザ流路３２と連通する背面流路（第１の背面流路）４２が形成される。背面流路４２は、背面５ａと背壁部３５の対向面３５ａとの間の隙間空間によって形成される流路である。背面流路４２は、タービン軸６側から外周側へ向かって広がる空間である。また、インペラ５の外周面５ｃと背壁部３５との間には、ディフューザ流路３２と連通すると共に、背面流路４２へ空気を導く入口部として機能する入口流路４１が形成される。入口流路４１は、外周面５ｃと背壁部３５の対向面３５ｂとの間の隙間空間によって形成される流路である。入口流路４１は、ディフューザ流路３２のうち、インペラ５との境界部付近に連通されており、軸方向に沿って背面５ａ側へ延びる環状の空間である。

【0023】

背壁部３５には、背面流路４２と連通する抽気流路３４が形成される。抽気流路３４は、背面流路４２を流れる空気を抽気する。抽気流路３４は、背壁部３５内に形成された管状の内部空間によって構成される。なお、抽気流路３４は、中心軸周りに一つ設けられていてもよく、複数設けられていてもよい。抽気流路３４は、背面側で貫流を発生させるため、インペラ５の外周面５ｃよりも所定量、内周側へ離間した位置に形成される。抽気流路３４は、インペラ５の背面５ａの外径部分、すなわち外周面５ｃ寄りの部分に対向する位置に形成される。なお、抽気流路３４は、背面５ａの内径部分、すなわち中心軸寄りの部分に形成されてもよい。

【0024】

背壁部３５は、背面流路４２の入口部から抽気流路３４へ至る位置まで連続的な面（対向面３５ａ，３５ｂ）を備えている。すなわち、径方向において、抽気流路３４よりも外周側の領域では、対向面３５ａ，３５ｂが連続的に広がっている。連続的な面とは、背面流路４２の入口部から抽気流路３４へ至る位置までに他の流路等が形成されておらず、空気の流れが封止された状態の面である。本実施形態では、入口流路４１の入口部が、背面流路４２の入口部に対応する。従って、当該入口部から抽気流路３４へ至るまで、対向面３５ａ，３５ｂが連続的な面として構成されている。

【0025】

なお、背壁部３５が異なる部材の組み合わせによって構成され、対向面３５ａが異なる部材の面によって構成されている場合であっても、部材間がシールされることで空気の流れが防止されていれば「連続的な面」に該当する。例えば、図１に示すように、「対向面」がシールプレートの面と、コンプレッサハウジング２の面と、ボルトの面と、によって構成されていても、これらの部材間がシールされていれば「連続的な面」に該当する。なお、厳密なシール処理がなされておらず、機械的接合の関係で僅かに空気が漏れるような場合であっても、流路を形成して積極的に空気を取り出そうとするようなものでなければ、「連続的な面」と認定してよい。

【0026】

抽気流路３４は、抽気した空気を冷却空気として、ラインＬ１を介してタービン軸６を支持するベアリング（軸受）１４，１６へ供給する。これによって、ベアリング１４，１６が冷却される。なお、ラインＬ１の構成や経路等は特に限定されるものではなく、ベアリング１４，１６に冷却空気を供給できるものであれば、どのような構成であってもよい。

【0027】

以上より、遠心圧縮機１００は、背面流路４２から抽気流路３４によって冷却空気が抽気される（Ａ５の流れ）構成を備えている。従って、ディフューザ流路３２内を流れる圧縮空気の主流（Ａ２の流れ）から、一部の圧縮空気が入口流路４１に取り込まれ（Ａ３の流れ）、背面流路４２に貫流が発生する（Ａ４の流れ）。そして、背面流路４２の空気は冷却空気として抽気流路３４から抽気されて（Ａ５の流れ）、ベアリング１４，１６へ供給される。

【0028】

次に、本実施形態に係る遠心圧縮機の作用・効果について説明する。

【0029】

本実施形態に係る遠心圧縮機においては、インペラ５の背面５ａと、背壁部３５との間には、ディフューザ流路３２と連通する背面流路４２が形成されている。背壁部３５には、背面流路と連通する抽気流路３４が形成されている。また、背壁部３５は、背面流路４２の入口部から抽気流路３４へ至る位置まで連続的な面（対向面３５ａ，３５ｂ）を備え、他の流路などが形成されていない。このように、背面流路４２からガスを抽気することによって、インペラ５の背面側でガスの貫流を発生させることができる。従って、インペラ５の背面側の圧力を低下させることによって、インペラ５に作用するスラスト力（図２においてＦで示す）を低下させることができる。

【0030】

具体的には、圧力低下をΔＰ、抵抗係数をＣ、空気の密度をρ、貫流速度をＶｒとした場合、以下の式（１）が成り立つ。式（１）から理解されるように、本実施形態に係る遠心圧縮機１００では、抽気流路３４を備えることで貫流速度Ｖｒを大きくすることができるため、インペラ５の背面側における圧力低下ΔＰの値を大きくすることができる。これによって、インペラ５に作用するスラスト力Ｆを低下することができる。このように、スラスト力Ｆを低下させることによって、コンプレッサ側スラストベアリング１６の軸受負荷を低減でき、軸受損失を低減することができる。また、軸受損失を低減することで、冷却空気量も低減することができるため、その結果、遠心圧縮機１００の圧縮機効率も向上できる。

ΔＰ＝Ｃ・（ρＶｒ^２／２） …（１）

【0031】

また、本実施形態に係る遠心圧縮機１００において、抽気流路３４は、抽気した空気を、インペラ５のタービン軸６を支持するベアリング１４，１６へ供給する。これによって、ベアリング１４，１６を冷却するための機構を別途設けなくとも、インペラ５で発生する空気の流れを利用してベアリング１４，１６を冷却することができる。

【0032】

また、本実施形態に係る遠心圧縮機１００において、抽気流路３４は、インペラ５の背面５ａの外径部分に対向する位置に形成されている。これにより、内径側で抽気する場合に比して、高い圧力で抽気を行うことができ、冷却空気として低い温度の空気をベアリング１４，１６に供給することができる。

【0033】

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

【0034】

例えば、上述の実施形態では、抽気流路３４で抽気された冷却空気はベアリング１４，１６へ供給されていた。しかし、抽気流路３４で抽気された空気の供給先は特に限定されない。例えば、抽気流路３４で抽気された空気は、冷却のために同軸上に連結されたタービン等へ供給されてもよい。

【0035】

また、上述の実施形態に係る遠心圧縮機１００のインペラ５や背壁部３５の構成は一例にすぎず、適宜変更してもよく、それに伴って背面流路等の形状も変更される。

【0036】

遠心圧縮機１００は、図３に示すような回転機械に適用されてもよい。図３に示す回転機械２００は、遠心圧縮機１００と、インペラ構造１５０と、を備えている。なお、回転機械２００は、図１に示すようなターボチャージャであってよく、この場合、インペラ構造１５０は、タービンによって構成される。あるいは、回転機械２００は、多段圧縮機であってもよく、この場合、インペラ構造１５０は、遠心圧縮機１００とは別な圧縮機によって構成される。

【0037】

遠心圧縮機１００における、ガス流入流路３３、ディフューザ流路３２、コンプレッサハウジング２、インペラ５、背壁部３５、背面流路４２、抽気流路３４は、図１及び図２に示す前述の実施形態に係る遠心圧縮機１００のものと同趣旨であるため、説明を省略する。

【0038】

インペラ構造１５０は、軸方向へ延びる第１の流路１３３及び外周側へ延びる第２の流路１３２を有するケーシング１０２と、ケーシング１０２の内部において第１の流路１３３と第２の流路１３２との間に回転可能に配置されたインペラ（第２のインペラ）１０５と、を備えている。インペラ１０５は、インペラ５の回転軸１０６に支持されている。インペラ１０５の背面１０５aは、インペラ５の背面５ａと軸方向に対向する。なお、インペラ１０５の背面１０５ａと、インペラ５の背面５ａは、背壁部３５，１３５等を介して互いに対向している。また、インペラ１０５の背面１０５ａ側には背壁部１３５が設けられる。インペラ１０５の背面１０５ａと、背壁部１３５との間には、背面流路１４２が形成される。

【0039】

遠心圧縮機１００の抽気流路３４から背面流路１４２まで延びて当該背面流路１４２と連通する供給流路１３４が形成される。遠心圧縮機１００の抽気流路３４は、抽気したガスを、供給流路１３４を介して背面流路１４２へ供給する。すなわち、供給流路１３４は、抽気流路３４から流れてきたガスを背面流路１４２へ供給する。供給流路１３４は、背壁部１３５内に形成された管状の内部空間によって構成される。なお、供給流路１３４は、中心軸周りに一つ設けられていてもよく、複数設けられていてもよい（なお、後述の図５に示す例では、複数設けられている）。供給流路１３４は、インペラ１０５の外周面よりも所定量、内周側へ離間した位置に形成される。供給流路１３４は、インペラ１０５の背面１０５ａの外径部分、すなわち外周面寄りの部分に対向する位置に形成される。なお、供給流路１３４は、背面１０５ａの内径部分、すなわち中心軸寄りの部分に形成されてもよい。

【0040】

なお、背壁部１３５は、遠心圧縮機１００の背壁部３５と同様に、背面流路１４２の入口部から供給流路１３４へ至る位置まで連続的な面を備えていてよい。すなわち、径方向において、供給流路１３４よりも外周側の領域では、インペラ１０５の背面１０５ａと対向する面が連続的に広がっていてよい。

【0041】

抽気流路３４と供給流路１３４との間には、抽気したガスの圧力を調整する圧力調整弁６２が設けられている。なお、本実施形態においては、圧力調整弁６２より上流側の流路を抽気流路３４と称し、圧力調整弁６２より下流側の流路を供給流路１３４と称している。ただし、抽気流路３４は背壁部３５内に形成された内部空間を含んでおり、供給流路１３４は背壁部１３５内に形成された内部空間を含んでいればよい。背壁部３５，１３５より外側へ延びる管のどこまでの範囲が抽気流路３４に属し、どこまでの範囲が供給流路１３４に属するかは、任意に決定可能である。圧力調整弁６２は、図示されない制御部に電気的に接続されていてよい。制御部は、インペラ５の吐出圧、又はインペラ５の背面圧を検出すると共に、検出結果に基づいて、圧力調整弁６２を調整してよい。

【0042】

次に、図４及び図５を参照して、遠心圧縮機１００及びインペラ構造１５０の詳細な構造について説明する。図４に示すように、背面流路４２には、抽気流路３４との接続部（抽気流路３４が開口した部分）よりも外周側にラビリンスシール６５が設けられている。ラビリンスシール６５は、背壁部３５の表面に円環状の溝を複数段設けることによって構成されている。背面流路１４２には、供給流路１３４との接続部（供給流路１３４が開口した部分）よりも外周側にラビリンスシール６６が設けられている。ラビリンスシール６６は、背壁部１３５の表面に円環状の溝を複数段設けることによって構成されている。

【0043】

図５に示すように、背壁部３５には、複数（ここでは４つ）の抽気流路３４が周方向に等間隔に設けられている。抽気流路３４は、インペラ５の回転方向に応じて、回転軸１０６が延びる方向に対して傾斜している。具体的には、軸方向から背壁部３５の対向面３５ａを見たときに、抽気流路３４は、対向面３５ａから背壁部３５の厚さ方向へ延びる際に、回転方向における進行側へ傾くように延びている。ここで、背壁部３５の中心Ｃ１及び対向面３５ａにおける抽気流路３４の中心Ｃ２を通過する直線Ｌ７を設定する。また、中心Ｃ２を通過して直線Ｌ７に垂直な直線Ｌ２を設定する。このとき、抽気流路３４の軸線Ｌ３と直線Ｌ２のなす角度θは、３０〜４０°に設定される。このような構成により、インペラ５の回転に伴って旋回する背面流路４２内のガスの旋回方向と、抽気流路３４内のガスが上流側から下流側へ向かう方向が同じ向きとなるため、背面流路４２内のガスがスムーズに抽気流路３４に流れ込む。

【0044】

背壁部１３５には、複数（ここでは４つ）の供給流路１３４が周方向に等間隔で設けられている。供給流路１３４は、インペラ１０５の回転方向に応じて、軸方向に対して傾斜している。具体的には、軸方向から背壁部１３５の対向面１３５ａを見たときに、供給流路１３４は、対向面１３５ａから背壁部１３５の厚さ方向へ延びる際に、回転方向における逆側へ傾くように延びている。ここで、背壁部１３５の中心Ｃ１及び対向面１３５ａにおける供給流路１３４の中心Ｃ３を通過する直線Ｌ４を設定する。また、中心Ｃ２を通過して直線Ｌ４に垂直な直線Ｌ５を設定する。このとき、供給流路１３４の軸線と直線Ｌ５のなす角度は、前述の角度θと同様に３０〜４０°に設定される。このような構成により、インペラ１０５の回転に伴って旋回する背面流路１４２内のガスの旋回方向と、供給流路１３４内でガスが上流側から下流側へ向かう方向が同じ向きとなるため、供給流路１３４から供給されるガスがスムーズに背面流路１４２に流れ込む。

【0045】

なお、抽気流路３４は、背壁部３５に形成された貫通孔の部分と、背壁部３５の外側において当該貫通孔に接続されたパイプと、によって構成されてよい。複数の貫通孔から引き出されたパイプは、一本に集約されてもよい。供給流路１３４は、背壁部１３５に形成された貫通孔の部分と、背壁部１３５の外側において当該貫通孔に接続されたパイプと、によって構成されてよい。複数の貫通孔から引き出されたパイプは、一本に集約されてもよい。抽気流路３４において一本に集約されたパイプと、供給流路１３４において一本に集約されたパイプとが接続される部分に圧力調整弁６２が設けられてよい。

【0046】

以上のように、回転機械２００は、遠心圧縮機１００と、インペラ５の回転軸１０６に支持されるインペラ１０５と、を備える。また、インペラ１０５の背面１０５ａ側には背壁部１３５が設けられ、インペラ１０５の背面１０５ａと、背壁部１３５との間には、背面流路１４２が形成される。抽気流路３４から背面流路４２まで延びて連通する供給流路１３４が形成され、遠心圧縮機１００の抽気流路３４は、抽気したガスを、供給流路１３４を介して背面流路１４２へ供給している。これにより、背面流路４２から抽気流路３４でガスを抽気することで、インペラ５の背面５ａ側の圧力を低下させることに加え、抽気流路３４が、抽気したガスを背面流路４２へ供給することで、インペラ１０５の背面１０５ａ側の圧力を高めることができる。インペラ１０５はインペラ５の回転軸１０６に支持され、且つ、インペラ１０５の背面１０５ａは、インペラ５の背面５ａと軸方向に対向している。従って、インペラ１０５の背面１０５ａ側の圧力が高まることで、インペラ１０５が、インペラ５に作用するスラスト力Ｆ１を打ち消す方向にスラスト力Ｆ２を回転軸１０６を介して作用させることができる（図３参照）。これにより、インペラ５に作用するスラスト力Ｆ１を低下させることができる。

【0047】

また、回転機械２００において、抽気流路３４と供給流路１３４との間には、抽気したガスの圧力を調整する圧力調整弁が設けられていてよい。これによって、抽気されて背面流路１４２へ供給されるガスの圧力を調整することができる。

【0048】

また、回転機械２００において、背面流路１４２には、供給流路１３４との接続部よりも外周側にラビリンスシール６６が設けられている。これにより、背面流路１４２へ供給されたガスが、ラビリンスシール６６によって外周側へ流れ出にくくなる。従って、背面流路１４２内の圧力を効率よく高めることができる。なお、背面流路４２に、抽気流路３４との接続部よりも外周側にラビリンスシール６５が設けられている。ここで、ガスがラビリンスシール６５のような狭隘部を通過すると、抵抗により圧力が低下する。抽気のみで同様な圧力低下を得ようとすると、より多くの抽気流量が必要になる。従って、背面流路４２側にラビリンスシール６５を設けることによって、効果的に圧力を低下させることができる。

【0049】

なお、回転機械は、図３〜５に示す構成に限定されず、必要に応じて適宜、大きさや形状や各部品の位置関係を変更してもよい。例えば、抽気流路３４及び供給流路１３４は、軸方向へまっすぐに延びていてもよい。なお、回転機械中のガスの流れに対して、遠心圧縮機が上流側に配置され、インペラ構造が下流側に配置されてもよいが、圧力の関係によっては、遠心圧縮機が上流側に配置され、インペラ構造が上流側に配置されてもよい。すなわち、遠心圧縮機の背面流路が、インペラ構造の背面流路よりも圧力が高く、遠心圧縮機の抽気流路がインペラ構造の背面流路へガスを供給できる関係が成り立っていれば各構成要素の配置は特に限定されない。

【符号の説明】

【0050】

２ コンプレッサハウジング（ケーシング）
５ インペラ（第１のインペラ）
６ タービン軸（回転軸）
１４，１６ ベアリング（軸受）
３２ ディフューザ流路
３３ ガス流入流路
３４ 抽気流路
３５ 背壁部（第１の背壁部）
３５ａ，３５ｂ 対向面
４２ 背面流路（第１の背面流路）
１００ 遠心圧縮機
１０５ インペラ（第２のインペラ）
１３４ 供給流路
１３５ 背壁部（第２の背壁部）
１４２ 背面流路（第２の背面流路）
１５０ インペラ構造
２００ 回転機械

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】