(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023180471
(43)【公開日】2023-12-21
(54)【発明の名称】多段遠心圧縮機
(51)【国際特許分類】
F04D 29/44 20060101AFI20231214BHJP
【ＦＩ】
F04D29/44 L
F04D29/44 Q
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022093822
(22)【出願日】2022-06-09
(71)【出願人】
【識別番号】319007240
【氏名又は名称】株式会社日立インダストリアルプロダクツ
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】岡田 雅弘
(72)【発明者】
【氏名】平舘 澄賢
【テーマコード（参考）】
3H130
【Ｆターム（参考）】
3H130AA12
3H130AB12
3H130AB27
3H130AB46
3H130AB62
3H130AB65
3H130AB69
3H130AC30
3H130BA07A
3H130BA07B
3H130BA66A
3H130BA66B
3H130CA03
3H130CA08
3H130CA12
3H130EA06A
3H130EA06B
3H130EB01A
3H130EB01B
(57)【要約】
【課題】シュラウドからハブまでの流路高さ方向全体で旋回速度成分を除去できる多段遠心圧縮機を提供する。
【解決手段】本発明の多段遠心圧縮機１００は、回転軸２と、回転軸２に固定される遠心羽根車１と、シュラウド１ｂとハブ１ａとで構成されるリターン流路４とを備え、リターン流路４は、径方向流路９、Ｌ字ベンド流路７、および軸方向流路８でＬ字流路が構成され、径方向流路９とＬ字ベンド流路７にリターンベーン５が配置され、Ｌ字ベンド流路７内まで内径側に延長されたリターンベーン５の後縁５１は、ハブ側接続部５１a近くが直線形状で、シュラウド側接続部５１ｂ近くが下流に向かって凸状の湾曲形状になっており、リターンベーン５のハブ側接続部５１ａはシュラウド側接続部５１ｂより内径側にある。
【選択図】図４
【解決手段】本発明の多段遠心圧縮機１００は、回転軸２と、回転軸２に固定される遠心羽根車１と、シュラウド１ｂとハブ１ａとで構成されるリターン流路４とを備え、リターン流路４は、径方向流路９、Ｌ字ベンド流路７、および軸方向流路８でＬ字流路が構成され、径方向流路９とＬ字ベンド流路７にリターンベーン５が配置され、Ｌ字ベンド流路７内まで内径側に延長されたリターンベーン５の後縁５１は、ハブ側接続部５１a近くが直線形状で、シュラウド側接続部５１ｂ近くが下流に向かって凸状の湾曲形状になっており、リターンベーン５のハブ側接続部５１ａはシュラウド側接続部５１ｂより内径側にある。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転軸と、
前記回転軸に固定される遠心羽根車と、
シュラウドとハブとで構成されるリターン流路とを備え、
前記リターン流路は、径方向流路、Ｌ字ベンド流路、および軸方向流路でＬ字流路が構成され、
前記径方向流路と前記Ｌ字ベンド流路にリターンベーンが配置され、
前記Ｌ字ベンド流路内まで内径側に延長された前記リターンベーンの後縁は、ハブ側接続部近くが直線形状で、シュラウド側接続部近くが下流に向かって凸状の湾曲形状になっており、
前記リターンベーンの前記ハブ側接続部はシュラウド側接続部より内径側にあることを特徴とする多段遠心圧縮機。
前記回転軸に固定される遠心羽根車と、
シュラウドとハブとで構成されるリターン流路とを備え、
前記リターン流路は、径方向流路、Ｌ字ベンド流路、および軸方向流路でＬ字流路が構成され、
前記径方向流路と前記Ｌ字ベンド流路にリターンベーンが配置され、
前記Ｌ字ベンド流路内まで内径側に延長された前記リターンベーンの後縁は、ハブ側接続部近くが直線形状で、シュラウド側接続部近くが下流に向かって凸状の湾曲形状になっており、
前記リターンベーンの前記ハブ側接続部はシュラウド側接続部より内径側にあることを特徴とする多段遠心圧縮機。
【請求項2】
回転軸と、
前記回転軸に固定される羽根車と、
前記羽根車の外径側に位置するディフューザ流路と、
シュラウドとハブとで構成され、前記ディフューザ流路に流れる流体を前記回転軸に向かって戻すリターン流路とを備え、
前記リターン流路は、
外径側から内径側に流れる径方向流路と、前記回転軸に沿って流れる軸方向流路と、前記径方向流路と前記軸方向流路とを繋ぐベンド部と、前記径方向流路から前記ベンド部にかけて形成されたリターンベーンとを有し、
前記リターンベーンの後縁は、ハブ側接続部がシュラウド側接続部より内径側にあり、前記回転軸に向かって凸状の湾曲形状になっており、
前記後縁の湾曲形状が、前記軸方向流路の延長上にある、または、前記軸方向流路に露出していることを特徴とする多段遠心式流体機械
前記回転軸に固定される羽根車と、
前記羽根車の外径側に位置するディフューザ流路と、
シュラウドとハブとで構成され、前記ディフューザ流路に流れる流体を前記回転軸に向かって戻すリターン流路とを備え、
前記リターン流路は、
外径側から内径側に流れる径方向流路と、前記回転軸に沿って流れる軸方向流路と、前記径方向流路と前記軸方向流路とを繋ぐベンド部と、前記径方向流路から前記ベンド部にかけて形成されたリターンベーンとを有し、
前記リターンベーンの後縁は、ハブ側接続部がシュラウド側接続部より内径側にあり、前記回転軸に向かって凸状の湾曲形状になっており、
前記後縁の湾曲形状が、前記軸方向流路の延長上にある、または、前記軸方向流路に露出していることを特徴とする多段遠心式流体機械
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載の多段遠心圧縮機において、
前記リターンベーンの前記シュラウド側接続部は前記軸方向流路の延長上にない、または、前記軸方向流路に露出していないことを特徴とする多段遠心圧縮機。
前記リターンベーンの前記シュラウド側接続部は前記軸方向流路の延長上にない、または、前記軸方向流路に露出していないことを特徴とする多段遠心圧縮機。
【請求項4】
請求項１または請求項２に記載の多段遠心圧縮機において、
前記リターンベーンの後縁の前記シュラウド側の湾曲半径が前記ハブ側の湾曲半径より小さいことを特徴とする多段遠心圧縮機。
前記リターンベーンの後縁の前記シュラウド側の湾曲半径が前記ハブ側の湾曲半径より小さいことを特徴とする多段遠心圧縮機。
【請求項5】
請求項１または請求項２に記載の多段遠心圧縮機において、
前記リターンベーンの後縁の前記ハブ側接続部近傍は湾曲していないことを特徴とする多段遠心圧縮機。
前記リターンベーンの後縁の前記ハブ側接続部近傍は湾曲していないことを特徴とする多段遠心圧縮機。
【請求項6】
請求項１または請求項２に記載の多段遠心圧縮機において、
前記リターンベーンは、タンデム型であることを特徴とする多段遠心圧縮機。
前記リターンベーンは、タンデム型であることを特徴とする多段遠心圧縮機。
【請求項7】
請求項１または請求項２に記載の多段遠心圧縮機において、
前記リターンベーンは、上流側に設けられる前置翼と、下流側に設けられる後置翼とであり、
後置翼の入口羽根角より前置翼の入口羽根角が大きいことを特徴とする多段遠心圧縮機。
前記リターンベーンは、上流側に設けられる前置翼と、下流側に設けられる後置翼とであり、
後置翼の入口羽根角より前置翼の入口羽根角が大きいことを特徴とする多段遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、多段遠心圧縮機に関する。
【背景技術】
【0002】
遠心圧縮機の内部は、遠心式羽根車、ディフューザ、次段への流路であるリターンチャネル等で構成されている。
遠心式羽根車は、回転することで流体にエネルギーを与える。ディフューザは、遠心式羽根車により昇圧された流体の動圧を静圧へ変換する。リターンチャネルには、流体の遠心式羽根車の回転軸周りの旋回速度成分を除去するリターンベーンが配置されている。
遠心式羽根車は、回転することで流体にエネルギーを与える。ディフューザは、遠心式羽根車により昇圧された流体の動圧を静圧へ変換する。リターンチャネルには、流体の遠心式羽根車の回転軸周りの旋回速度成分を除去するリターンベーンが配置されている。
【0003】
ところで、流体がリターンチャネルを通過する際に、回転軸の中心軸を中心として周方向に等間隔で並ぶリターンベーンを通過することで、流体がリターンベーンに当接して流体の旋回速度成分が除去される。しかし、流体の旋回速度成分が十分に除去されていない場合に損失となり、次段の羽根車でのエネルギー付与効率や、流体の圧力上昇が低下することが一般的に知られている。
【0004】
リターンベーンで効率よく流れを転向し、流体の旋回速度成分を除去し、整流するための構造が、特許文献１、２に提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
まず、従来の遠心圧縮機２００を示す図８～図１０を参照しながら発明が解決しようとする課題について説明する。
図８に、従来の遠心圧縮機２００の全体構成の上半分を示す子午面断面図を示す。
図９に、従来の遠心圧縮機２００の概略の部分拡大断面図を示す。
図８に、従来の遠心圧縮機２００の全体構成の上半分を示す子午面断面図を示す。
図９に、従来の遠心圧縮機２００の概略の部分拡大断面図を示す。
【0007】
図８に示す遠心圧縮機２００の内部流路において、羽根車１０１の外径～ディフューザ１０３～リターンチャネル１０４で構成される静止流路について、図９の斜線部の部品に示す通り、内部構造はリターンベーン１０５を介して外部構造と接合されることで、静止流路(１０１の外径、１０３、１０４)を形成している。リターンチャネル１０４は、転向部１０６ａおよび転向部１０６ｂとリターンベーン１０５とを有している。
【0008】
図８に示すように、羽根車１０１、ディフューザ１０３、およびリターンチャネル１０４は、ケーシング１３０に収容されている。
ケーシング１３０には、吸込流路１３２と吐出流路１３３が設けられている。吸込流路１３２からは、圧縮前の流体が吸込まれる。吐出流路１３３３からは、羽根車１０１、ディフューザ１０３、リターンチャネル１０４等で加圧された流体が吐出される。
ケーシング１３０には、吸込流路１３２と吐出流路１３３が設けられている。吸込流路１３２からは、圧縮前の流体が吸込まれる。吐出流路１３３３からは、羽根車１０１、ディフューザ１０３、リターンチャネル１０４等で加圧された流体が吐出される。
【0009】
ここで、多段の遠心圧縮機２００の小型化のためにリターンチャネル１０４を内径側に移動させると静止流路(１０１の外径、１０３、１０４)を流れる流体速度の増大やリターンベーン１０５の翼長さの減少により、流れを急減速/急転向させることによる流れの剥離や、リターンベーン１０５の出口における旋回速度成分の増大という課題が発生する。
【0010】
図１０に、図９に示す従来の部分拡大図のリターンベーン後縁１０５ｋを直線形状のままＬ字ベンド流路１０７内まで内径側に延長したときの断面を示す。
リターンベーン１０５の下流は、Ｌ字ベンド流路１０７、軸方向流路１０８が形成され、次段の羽根車１０１、ディフューザ１０３、リターンチャネル１０４に続いている。
リターンベーン１０５の下流は、Ｌ字ベンド流路１０７、軸方向流路１０８が形成され、次段の羽根車１０１、ディフューザ１０３、リターンチャネル１０４に続いている。
【0011】
そこで、静止流路(１０１の外径、１０３、１０４)の幅が広い大容量段ではリターンベーン１０５の翼長さを確保するために、リターンベーン後縁１０５ｋを子午面にて直線状のまま内径側のＬ字ベンド流路１０７内まで延長した場合、リターンベーン後縁１０５ｋのシュラウド側１０５ｋ１から流路高さ中央付近(リターンベーン後縁１０５ｋの中間付近)にかけて流体の予旋回速度成分が残り、逆にハブ側１０５ｋ２ｎ付近は逆旋回速度成分が強くなるといった問題が発生する。予旋回速度成分とは、羽根車１０１の回転方向速度成分である。逆旋回速度成分とは、羽根車１０１の回転方向の逆方向の速度成分である。
【0012】
特許文献１に記載の技術では、図２に示すように、リターンベーン(５０)後縁のハブ側接続部がシュラウド側接続部より径方向外側にあり、リターンベーン(５０)の翼長さを十分に確保できておらず、ハブ側を流れる流体の旋回速度成分を除去することが困難である。
特許文献２に記載の技術についても同様に、図４に示すように、リターンベーン(１１)の下流側に配置している旋回除去部材(１３)の後縁のハブ側(１７)の接続部がシュラウド側(１６)の接続部より径方向外側にあるためハブ側(１７)を流れる流体の旋回速度成分を除去することが困難である。
特許文献２に記載の技術についても同様に、図４に示すように、リターンベーン(１１)の下流側に配置している旋回除去部材(１３)の後縁のハブ側(１７)の接続部がシュラウド側(１６)の接続部より径方向外側にあるためハブ側(１７)を流れる流体の旋回速度成分を除去することが困難である。
【0013】
本発明は上記実状に鑑み創案されたものであり、リターン流路の径方向流路を成すシュラウドからハブまでの流路高さ方向全体で旋回速度成分を除去できる多段遠心圧縮機の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0014】
前記課題を解決するため、本発明の多段遠心圧縮機は、回転軸と、前記回転軸に固定される遠心羽根車と、シュラウドとハブとで構成されるリターン流路とを備え、前記リターン流路は、径方向流路、Ｌ字ベンド流路、および軸方向流路でＬ字流路が構成され、前記径方向流路と前記Ｌ字ベンド流路にリターンベーンが配置され、前記Ｌ字ベンド流路内まで内径側に延長された前記リターンベーンの後縁は、ハブ側接続部近くが直線形状で、シュラウド側接続部近くが下流に向かって凸状の湾曲形状になっており、前記リターンベーンの前記ハブ側接続部はシュラウド側接続部より内径側にあることを特徴とする。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、リターン流路の径方向流路を成すシュラウドからハブまでの流路高さ方向全体で旋回速度成分を除去できる多段遠心圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の実施形態１に係る遠心圧縮機の全体構成の上半分を示す子午面断面図。
【図3】リターンベーンを軸方向から見た時の断面図。
【図4】本発明に係るリターンベーン後縁の拡大断面図。
【図6】実施形態２の前置翼と後置翼の二列に分かれているリターンベーンを軸方向から見た時の断面図。
【図8】従来の遠心圧縮機の全体構成の上半分を示す子午面断面図。
【図9】従来の遠心圧縮機の概略の部分拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明は、多段遠心圧縮機に係り、特に静止流路を構成する戻り流路にリターンベーンが配置される遠心圧縮機に関する。
本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下に示す図面において、同一の部材または相当する部材には同一の参照符号を付し、重複した説明を適宜省略する。また、部材のサイズおよび形状は説明の便宜のため、変形または誇張して模式的に表す場合がある。
本発明は、多段遠心圧縮機に係り、特に静止流路を構成する戻り流路にリターンベーンが配置される遠心圧縮機に関する。
本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下に示す図面において、同一の部材または相当する部材には同一の参照符号を付し、重複した説明を適宜省略する。また、部材のサイズおよび形状は説明の便宜のため、変形または誇張して模式的に表す場合がある。
【0018】
＜＜実施形態１＞＞
図１に、本発明の実施形態１に係る遠心圧縮機１００の全体構成の上半分を示す子午面断面図を示す。
実施形態１の遠心圧縮機１００について説明する。
遠心圧縮機１００は、流体に遠心羽根車１により回転エネルギーを付与し、該回転エネルギーを流体の圧力のエネルギーに変換する。
図１に、本発明の実施形態１に係る遠心圧縮機１００の全体構成の上半分を示す子午面断面図を示す。
実施形態１の遠心圧縮機１００について説明する。
遠心圧縮機１００は、流体に遠心羽根車１により回転エネルギーを付与し、該回転エネルギーを流体の圧力のエネルギーに変換する。
【0019】
遠心圧縮機１００は、概略、遠心羽根車１と遠心羽根車１が取り付けられる回転軸２とディフューザ３とを備えて構成されている。
回転軸２は、その延在方向の両端側に配置されるラジアル軸受３４ａとラジアル軸受３４ｂとで回転自在に支持されている。
遠心羽根車１は、回転軸２が回転することで、流体中で回転して流体に回転エネルギーを付与する。
回転軸２は、その延在方向の両端側に配置されるラジアル軸受３４ａとラジアル軸受３４ｂとで回転自在に支持されている。
遠心羽根車１は、回転軸２が回転することで、流体中で回転して流体に回転エネルギーを付与する。
【0020】
ディフューザ３は、遠心羽根車１の半径方向外側に設けられている。ディフューザ３は、遠心羽根車１から流出された流体の動圧を静圧へと変換する。
ディフューザ３の下流には、後段の遠心羽根車１へ流体を導くための流路であるリターンチャネル４(図１参照)が設けられている。
ディフューザ３の下流には、後段の遠心羽根車１へ流体を導くための流路であるリターンチャネル４(図１参照)が設けられている。
【0021】
＜遠心羽根車１＞
図２に、図１に示す遠心圧縮機１００の要部の部分拡大断面図を示す。
遠心羽根車１は、ハブ（円盤）１ａとシュラウド（側板）１ｂと複数枚の羽根１ｃとを有している。
ハブ（円盤）１ａは、回転軸２に締結されている。
シュラウド１ｂは、ハブ１ａに対向して配置されている。
図２に、図１に示す遠心圧縮機１００の要部の部分拡大断面図を示す。
遠心羽根車１は、ハブ（円盤）１ａとシュラウド（側板）１ｂと複数枚の羽根１ｃとを有している。
ハブ（円盤）１ａは、回転軸２に締結されている。
シュラウド１ｂは、ハブ１ａに対向して配置されている。
【0022】
複数枚の羽根１ｃは、ハブ１ａとシュラウド１ｂ間に位置している。複数枚の羽根１ｃは、回転軸２廻りの周方向に間隔をおいて配置されている。
遠心羽根車１は、回転軸２に複数取り付けられている。なお、図１では２枚(２段)の遠心羽根車１が設けられた場合を示している。
遠心羽根車１は、回転軸２に複数取り付けられている。なお、図１では２枚(２段)の遠心羽根車１が設けられた場合を示している。
【0023】
【0024】
【0025】
＜リターンチャネル４＞
図１に示すリターンチャネル４は、図２に示すように、転向部６ａおよび転向部６ｂとリターンベーン５とを有している。
転向部６ａは、ディフューザ３Ａを外径方向(図２の矢印α１１)に流れた流体の流れを、外径方向から軸方向(図２の矢印α１２)に転向する。
転向部６ｂは、軸方向(図２の矢印α１２)の流体の流れを、内径方向(図２の矢印α１３)に転向する。
図１に示すリターンチャネル４は、図２に示すように、転向部６ａおよび転向部６ｂとリターンベーン５とを有している。
転向部６ａは、ディフューザ３Ａを外径方向(図２の矢印α１１)に流れた流体の流れを、外径方向から軸方向(図２の矢印α１２)に転向する。
転向部６ｂは、軸方向(図２の矢印α１２)の流体の流れを、内径方向(図２の矢印α１３)に転向する。
【0026】
図３に、リターンベーン５を軸方向から見た時の断面図を示す。
リターンベーン５は、回転軸２の中心軸２Ｏを中心に周方向にほぼ等ピッチに配置された複数枚の翼５ｙから構成されている。
リターンベーン５は、内径方向(図３、図２の矢印α１３)に流れる流体がもち遠心羽根車１の回転方向(図３の矢印β１１)の旋回成分を除去する。
リターンベーン５は、流体の旋回速度成分を除去し、径方向流路９（図３参照）を通る流体(図３の矢印α１３)を整流しながら、下流の次段の遠心羽根車１へと流入させる役割を担っている。
リターンベーン５は、回転軸２の中心軸２Ｏを中心に周方向にほぼ等ピッチに配置された複数枚の翼５ｙから構成されている。
リターンベーン５は、内径方向(図３、図２の矢印α１３)に流れる流体がもち遠心羽根車１の回転方向(図３の矢印β１１)の旋回成分を除去する。
リターンベーン５は、流体の旋回速度成分を除去し、径方向流路９（図３参照）を通る流体(図３の矢印α１３)を整流しながら、下流の次段の遠心羽根車１へと流入させる役割を担っている。
【0027】
＜ケーシング３０＞
図１に示すように、遠心羽根車１とディフューザ３及びリターンチャネル４は、ケーシング３０内に収容されている。
ケーシング３０は、回転軸２の延在方向の一方のフランジ３１ａと、他方のフランジ３１ｂとにより、支持されている。
図１に示すように、遠心羽根車１とディフューザ３及びリターンチャネル４は、ケーシング３０内に収容されている。
ケーシング３０は、回転軸２の延在方向の一方のフランジ３１ａと、他方のフランジ３１ｂとにより、支持されている。
【0028】
＜吸込流路３２と吐出流路３３＞
図１に示すケーシング３０の流体の流れの上流側となる吸込み側には吸込流路３２が設けられている。一方、ケーシング３０の流体の流れの下流側となる吐出側には吐出流路３３が設けられている。
吸込流路３２から、図１の矢印β１に示すように、圧縮前の流体が吸い込まれる。
吸込流路３２から吸引された流体は、各段の遠心羽根車１とディフューザ３及びリターンチャネル４を通過するごとに昇圧される。
図１に示すケーシング３０の流体の流れの上流側となる吸込み側には吸込流路３２が設けられている。一方、ケーシング３０の流体の流れの下流側となる吐出側には吐出流路３３が設けられている。
吸込流路３２から、図１の矢印β１に示すように、圧縮前の流体が吸い込まれる。
吸込流路３２から吸引された流体は、各段の遠心羽根車１とディフューザ３及びリターンチャネル４を通過するごとに昇圧される。
【0029】
昇圧された流体は、図１の矢印β２に示すように、吐出流路３３から吐出される。こうして、流体は、最終的に所定圧力になって吐出流路３３から吐出される。
＜リターンベーン５＞
＜リターンベーン５＞
【0030】
図４に、本発明に係るリターンベーン後縁５１の拡大断面図を示す。
リターンベーン５は、下流端に位置するリターンベーン後縁５１をＬ字ベンド流路７内まで内径側に延長することでリターンベーン５の翼長さを十分に確保している。詳細には、リターンベーン後縁５１のハブ１ａの側のハブ側接続部５１aの近傍を直線形状としている。つまり、リターンベーン後縁５１のハブ側接続部５１aの近傍は湾曲していない(曲率半径Ｒ２＝∞)。
一方、リターンベーン後縁５１のシュラウド１ｂの側のシュラウド側接続部５１bの近傍が、回転軸２に向かって(図４の下に)凸の湾曲した形状を有している(曲率半径Ｒ１)。シュラウド側接続部５１bの近傍が、下流に向かって凸の湾曲した形状を有している。
リターンベーン５は、下流端に位置するリターンベーン後縁５１をＬ字ベンド流路７内まで内径側に延長することでリターンベーン５の翼長さを十分に確保している。詳細には、リターンベーン後縁５１のハブ１ａの側のハブ側接続部５１aの近傍を直線形状としている。つまり、リターンベーン後縁５１のハブ側接続部５１aの近傍は湾曲していない(曲率半径Ｒ２＝∞)。
一方、リターンベーン後縁５１のシュラウド１ｂの側のシュラウド側接続部５１bの近傍が、回転軸２に向かって(図４の下に)凸の湾曲した形状を有している(曲率半径Ｒ１)。シュラウド側接続部５１bの近傍が、下流に向かって凸の湾曲した形状を有している。
【0031】
そして、リターンベーン後縁５１の湾曲形状が軸方向流路８に露出している。換言すれば、リターンベーン後縁５１の湾曲形状が軸方向流路８の延長上にある。これに対して、リターンベーン後縁５１のシュラウド側接続部５１bは軸方向流路８の延長上にない。換言すれば、リターンベーン後縁５１のシュラウド側接続部５１bは軸方向流路８に露出していない。
また、リターンベーン後縁５１のシュラウド側接続部５１の湾曲半径Ｒ１がハブ側接続部５１aの湾曲半径Ｒ２より小さい。ハブ側接続部５１aは直線状であるため、湾曲半径Ｒ２は無限大である。
また、リターンベーン後縁５１のシュラウド側接続部５１の湾曲半径Ｒ１がハブ側接続部５１aの湾曲半径Ｒ２より小さい。ハブ側接続部５１aは直線状であるため、湾曲半径Ｒ２は無限大である。
【0032】
リターンベーン後縁５１のハブ側接続部５１aはシュラウド側接続部５１bより内径側(回転軸２の側)にある。
これにより、リターンベーン５のハブ１ａ側の翼長さ増大を抑えてハブ１ａ側の逆旋回速度成分の強まりを抑制しつつ、予旋回速度成分が大きなシュラウド１ｂ側から、流路高さ中央付近(ハブ側接続部５１aとシュラウド側接続部５１bとの中間付近)の翼長さを増大させる。
これにより、リターンベーン５のハブ１ａ側の翼長さ増大を抑えてハブ１ａ側の逆旋回速度成分の強まりを抑制しつつ、予旋回速度成分が大きなシュラウド１ｂ側から、流路高さ中央付近(ハブ側接続部５１aとシュラウド側接続部５１bとの中間付近)の翼長さを増大させる。
【0033】
以上の構成により、シュラウド側接続部５１b近くの領域の予旋回速度成分の低減が可能となる。
なお、予旋回速度成分とは、回転軸２の回転方向の＋(プラス)の速度成分をいう。一方、逆旋回速度成分とは、回転軸２の回転方向と逆方向の－(マイナス)の速度成分をいう。
なお、予旋回速度成分とは、回転軸２の回転方向の＋(プラス)の速度成分をいう。一方、逆旋回速度成分とは、回転軸２の回転方向と逆方向の－(マイナス)の速度成分をいう。
【0034】
図５Ａに、図１０に示す従来(比較例)の直線状のリターンベーン後縁１０５ｋを図２に示す実施形態１の湾曲状のリターンベーン後縁５１にしたときの軸方向流路１０８、８での旋回角の抑制割合の流体解析結果を示す。旋回角の抑制割合とは直線状のリターンベーン後縁１０５ｋでの流路高さ全体の平均旋回角Ａと、直線状のリターンベーン後縁１０５ｋでの４分割した各流路高さの平均旋回角aと、実施形態１の湾曲状のリターンベーン後縁５１での４分割した各流路高さの平均旋回角ｂとして、(|a|-|b|)/Ａで定義される。旋回角(deg)は０であることが理想のため、回転軸２の回転方向と同じ＋(プラス)の旋回速度と逆方向の－(マイナス)の速度成分の両者は絶対値の大きさで評価する必要がある。したがって、４分割した各流路高さの平均旋回角a、bのそれぞれ絶対値の差分を旋回角の抑制割合の分子としているため、旋回角の抑制割合は従来(比較例)から実施形態１にすることによる旋回角の改善度合いを表している。
図５Ｂに、図１０に示す従来(比較例)の直線状のリターンベーン後縁１０５ｋを図２に示す実施形態１の湾曲状のリターンベーン後縁５１にしたときの軸方向流路１０８、８での旋回角の抑制割合の流体解析結果のグラフを示す。
図１０に示す従来(比較例)では、旋回角(deg)は軸方向流路１０８の段出口１０４ｏで測定した。図１０に示す軸方向流路１０８のハブ１０１ａ側からシュラウド１０１ｂ側を無次元化し、ハブ１０１ａ側を０とし、シュラウド１０１ｂ側を１としている。
図２に示す実施形態１では、旋回角(deg)は軸方向流路８の段出口４ｏで測定した。比較例と同様に、図２に示す軸方向流路８のハブ１ａ側からシュラウド１ｂ側を無次元化し、ハブ１ａ側を０とし、シュラウド１ｂ側を１としている。
図５Ｂに、図１０に示す従来(比較例)の直線状のリターンベーン後縁１０５ｋを図２に示す実施形態１の湾曲状のリターンベーン後縁５１にしたときの軸方向流路１０８、８での旋回角の抑制割合の流体解析結果のグラフを示す。
図１０に示す従来(比較例)では、旋回角(deg)は軸方向流路１０８の段出口１０４ｏで測定した。図１０に示す軸方向流路１０８のハブ１０１ａ側からシュラウド１０１ｂ側を無次元化し、ハブ１０１ａ側を０とし、シュラウド１０１ｂ側を１としている。
図２に示す実施形態１では、旋回角(deg)は軸方向流路８の段出口４ｏで測定した。比較例と同様に、図２に示す軸方向流路８のハブ１ａ側からシュラウド１ｂ側を無次元化し、ハブ１ａ側を０とし、シュラウド１ｂ側を１としている。
【0035】
図５Ａから分るように、流路無次元高さ０～０．２５においては旋回角の抑制割合は－２５％となっている。この流路無次元高さにおいては、回転軸２の回転方向と逆方向の－(マイナス)の速度成分を持ち、従来(比較例)から実施形態１にすることでその逆方向の速度成分が強まっている。その一方で流路無次元高さ０．２５～１において、旋回角の抑制割合は３７％～５２％となっている。この流路無次元高さにおいては、回転軸２の回転方向の＋(プラス)の速度成分を持ち、従来(比較例)から実施形態１にすることでその＋(プラス)の速度成分を抑制している。図５Ｂでは、ハブ１ａ側付近では旋回角の抑制割合がマイナスとなっているものの、流路高さ中心からシュラウド１ｂ側において旋回角の抑制割合が高いことが確認できる。遠心羽根車１による流体の圧力上昇は、ハブ１ａ側よりもシュラウド１ｂ側の旋回角に大きく影響されるため、ハブ１ａ側付近で旋回角の抑制割合がマイナスでも、流路高さ中心からシュラウド１ｂ側において旋回角の抑制割合がプラスになることで圧縮機の性能向上が見込める。
図５Ａ、図５Ｂの結果より、従来(比較例)から実施形態１にすることでハブ１ａ側の逆旋回速度成分の強まりを抑制しつつ、予旋回速度成分が大きなシュラウド１ｂ側から流路高さ中央付近の旋回速度成分を低減できることが確認された。
図５Ａ、図５Ｂの結果より、従来(比較例)から実施形態１にすることでハブ１ａ側の逆旋回速度成分の強まりを抑制しつつ、予旋回速度成分が大きなシュラウド１ｂ側から流路高さ中央付近の旋回速度成分を低減できることが確認された。
【0036】
実施形態１によれば、遠心圧縮機１００を小型化した際にも、リターンベーン５の後縁５１の形状を工夫することで、シュラウド１ｂからハブ１ａまでに接続されるリターンベーン５の流路高さ方向全体で旋回速度成分を除去できる。
【0037】
なお、旋回速度成分とは、回転軸２の回転方向の＋(プラス)の速度成分と、回転軸２の回転方向と逆方向の－(マイナス)の速度成分の両者をいう。
なお、平均旋回速度成分が０で正接が０°であることが理想的である。
なお、遠心羽根車１を複数備える遠心圧縮機を多段遠心圧縮機と称する。
なお、平均旋回速度成分が０で正接が０°であることが理想的である。
なお、遠心羽根車１を複数備える遠心圧縮機を多段遠心圧縮機と称する。
【0038】
＜＜実施形態２＞＞
以下、本発明における実施形態２の遠心圧縮機について図６、図７を用いて説明する。
図６に、実施形態２の前置翼５Ａと後置翼５Ｂの二列に分かれているリターンベーンを軸方向から見た時の断面図を示す。
図７に、実施形態２の図６に示した前置翼５Ａと後置翼５Ｂの位置関係を示す。
実施形態２の遠心圧縮機１００Ａは、タンデム型(２つ)のリターンベーンの前置翼５Ａ、後置翼５Ｂを備える場合である。
遠心圧縮機の更なる小型化のために、リターンベーン５の径方向の長さを縮小した場合、リターンベーン５の出入口間に要求される流れの転向量が、遠心羽根車１の長さに対して大きくなる。そのため、リターンベーン５からの流れの剥離が生じる恐れがあり、効率の向上が図れない可能性がある。
これを解決するため、実施形態２の遠心圧縮機１００Ａでは径方向流路９において流体の流れの上流側(外径側)に前置翼５Ａが回転軸２を中心に円形に複数配置されている。また、径方向流路９の流体の流れの下流側(内径側)に後置翼５Ｂが回転軸２を中心に円形に複数配置されている。
以下、本発明における実施形態２の遠心圧縮機について図６、図７を用いて説明する。
図６に、実施形態２の前置翼５Ａと後置翼５Ｂの二列に分かれているリターンベーンを軸方向から見た時の断面図を示す。
図７に、実施形態２の図６に示した前置翼５Ａと後置翼５Ｂの位置関係を示す。
実施形態２の遠心圧縮機１００Ａは、タンデム型(２つ)のリターンベーンの前置翼５Ａ、後置翼５Ｂを備える場合である。
遠心圧縮機の更なる小型化のために、リターンベーン５の径方向の長さを縮小した場合、リターンベーン５の出入口間に要求される流れの転向量が、遠心羽根車１の長さに対して大きくなる。そのため、リターンベーン５からの流れの剥離が生じる恐れがあり、効率の向上が図れない可能性がある。
これを解決するため、実施形態２の遠心圧縮機１００Ａでは径方向流路９において流体の流れの上流側(外径側)に前置翼５Ａが回転軸２を中心に円形に複数配置されている。また、径方向流路９の流体の流れの下流側(内径側)に後置翼５Ｂが回転軸２を中心に円形に複数配置されている。
【0039】
実施形態２では、図７に示すように、リターンベーン５のうちで下流側に設けられる後置翼５Ｂの入口羽根角β３が、リターンベーン５のうちで上流側に設けられる前置翼５Ａの入口羽根角α３に対して、周方向により寝ていることを特徴としている。
具体的には、リターンベーン５の後置翼５Ｂの入口羽根角β３と前置翼５Ａの入口羽根角α３が、β３＜α３の関係（前置翼５Ａの入口羽根角α３が大きい）にすることで、流体は流れて後置翼５Ｂの負圧面５Ｂ１側から流入する。
具体的には、リターンベーン５の後置翼５Ｂの入口羽根角β３と前置翼５Ａの入口羽根角α３が、β３＜α３の関係（前置翼５Ａの入口羽根角α３が大きい）にすることで、流体は流れて後置翼５Ｂの負圧面５Ｂ１側から流入する。
【0040】
これにより、リターンベーン５の前置翼５Ａと後置翼５Ｂの翼間に構成される径方向流路９内の圧力を上昇させ、径方向流路９を通過する流れの流速を上昇させることができる。流速が上昇すると、後置翼５Ｂの負圧面５Ｂ１を通過する流れの運動量が増えるため、後置翼５Ｂの負圧面５Ｂ１で生じる流れの剥離を抑えることが可能となる。
流れの剥離を抑えることで、剥離に伴う効率低下抑制と流れの転向を両立することができる。
更に、実施形態２では、実施形態１のリターンベーン後縁５１と同様、後置翼５Ｂの後縁５Ｂ２がベンド流路７(図２参照)内まで内径側に延長されている。そして、後置翼５Ｂの後縁５Ｂ２が回転軸２に向かって凸の湾曲形状になっている。また、図４と同様に、後置翼５Ｂの後縁５Ｂ２のシュラウド１ｂ側の湾曲半径がハブ１ａ側より小さく、ハブ側接続部５１aはシュラウド側接続部５１bより内径側にある。
流れの剥離を抑えることで、剥離に伴う効率低下抑制と流れの転向を両立することができる。
更に、実施形態２では、実施形態１のリターンベーン後縁５１と同様、後置翼５Ｂの後縁５Ｂ２がベンド流路７(図２参照)内まで内径側に延長されている。そして、後置翼５Ｂの後縁５Ｂ２が回転軸２に向かって凸の湾曲形状になっている。また、図４と同様に、後置翼５Ｂの後縁５Ｂ２のシュラウド１ｂ側の湾曲半径がハブ１ａ側より小さく、ハブ側接続部５１aはシュラウド側接続部５１bより内径側にある。
【0041】
この構成により、リターンベーン５のハブ１ａ側の翼長さ増大を抑えて、リターンベーン５のハブ１ａ側の逆旋回速度成分の強まりを抑制しつつ、リターンベーン５の予旋回速度成分が大きなシュラウド１ｂ側から流路高さ中央付近のみ翼長さを増大させることでこの領域の予旋回速度成分の低減が可能となる。
また、遠心圧縮機１００Ａは、リターンベーンの前置翼５Ａと後置翼５Ｂとをもつタンデム型であることから、更に小形化が可能になる。
また、遠心圧縮機１００Ａは、リターンベーンの前置翼５Ａと後置翼５Ｂとをもつタンデム型であることから、更に小形化が可能になる。
【0042】
＜＜その他の実施形態＞＞
１．本発明は、前記した実施形態の構成に限られることなく、添付の特許請求の範囲内で様々な変形形態、具体的形態が可能である。
１．本発明は、前記した実施形態の構成に限られることなく、添付の特許請求の範囲内で様々な変形形態、具体的形態が可能である。
【符号の説明】
【0043】
１ 遠心羽根車、
１ｂ シュラウド
１ａ ハブ
２ 回転軸、
３ ディフューザ(ディフューザー流路)、
４ リターンチャネル(リターン流路)、
５ リターンベーン、
５Ａ 前置翼
５Ｂ 後置翼
５１ リターンベーン後縁、
５１a リターンベーン後縁のハブ側接続部、
５１b リターンベーン後縁のシュラウド側接続部、
６a 流体を外径方向から軸方向へ転向するリターンベンド、
６b 流体を軸方向から内径方向へ転向するリターンベンド、
７ Ｌ字ベンド流路(ベンド部)、
８ 軸方向流路、
９ 径方向流路、
１００、１００Ａ 遠心圧縮機(多段遠心圧縮機)
R１ シュラウド側の湾曲半径
R２ ハブ側の湾曲半径
α３ 前置翼の入口羽根角
β３ 後置翼の入口羽根角
Ａ 比較例の直線後縁の段出口における流路高さ全体の平均旋回角
a 比較例の直線後縁の段出口における4分割した各流路高さの平均旋回角
b 実施形態1の湾曲後縁の段出口における4分割した各流路高さの平均旋回角
１ｂ シュラウド
１ａ ハブ
２ 回転軸、
３ ディフューザ(ディフューザー流路)、
４ リターンチャネル(リターン流路)、
５ リターンベーン、
５Ａ 前置翼
５Ｂ 後置翼
５１ リターンベーン後縁、
５１a リターンベーン後縁のハブ側接続部、
５１b リターンベーン後縁のシュラウド側接続部、
６a 流体を外径方向から軸方向へ転向するリターンベンド、
６b 流体を軸方向から内径方向へ転向するリターンベンド、
７ Ｌ字ベンド流路(ベンド部)、
８ 軸方向流路、
９ 径方向流路、
１００、１００Ａ 遠心圧縮機(多段遠心圧縮機)
R１ シュラウド側の湾曲半径
R２ ハブ側の湾曲半径
α３ 前置翼の入口羽根角
β３ 後置翼の入口羽根角
Ａ 比較例の直線後縁の段出口における流路高さ全体の平均旋回角
a 比較例の直線後縁の段出口における4分割した各流路高さの平均旋回角
b 実施形態1の湾曲後縁の段出口における4分割した各流路高さの平均旋回角
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】