特開 2024-76104 遠心圧縮機

(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】P2024076104

(43)【公開日】2024-06-05

(54)【発明の名称】遠心圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/44 20060101AFI20240529BHJP

   F04D 29/66 20060101ALI20240529BHJP

   F04D 29/28 20060101ALI20240529BHJP

【ＦＩ】

F04D29/44 F

F04D29/66 H

F04D29/28 P

F04D29/28 C

F04D29/44 X

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022187501

(22)【出願日】2022-11-24

(71)【出願人】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(72)【発明者】

【氏名】枡谷 穣

(72)【発明者】

【氏名】中庭 彰宏

【テーマコード（参考）】

3H130

【Ｆターム（参考）】

3H130AA13

3H130AB27

3H130AB46

3H130AB62

3H130AB65

3H130AB69

3H130BA03A

3H130BA03C

3H130BA66A

3H130BA66C

3H130CA02

3H130CA03

3H130CA08

3H130CA13

3H130CB09

3H130DA02Z

3H130DB01Z

3H130DB02Z

3H130DB03Z

3H130DB13Z

3H130DC12Z

3H130DG02Z

3H130DG04Z

3H130EA07A

3H130EA07C

3H130EA07J

(57)【要約】

【課題】サージ点流量を小流量化しつつ、動力損失による効率低下を抑制することができる遠心圧縮機を提供する。
【解決手段】本開示の遠心圧縮機では、ケーシングは、流体が流れる導入流路、排出流路、及びインペラを収容してカバーとともに導入流路と排出流路を連通させる外側通路を形成する対向面を有するインペラ収容部を有する。外側通路には、一対のシール部が設けられている。カバーは、外側通路における一対のシール部の間でカバーを径方向に貫通する連通部を有する。連通部は、ディスクとカバーとの間の領域と外側通路とを連通させる。加えて、導入流路は、基準点から下流側に向かってチップ側平坦面の円弧の中心角が３０°となる位置である限界点を有する。ケーシングは、外側通路における一対のシール部の間の領域と導入流路とを連通させる循環流路を有する。循環流路における導入流路側の出口側開口は、限界点よりも上流側に位置している。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線回りに回転可能な回転軸と、
前記回転軸の前記軸線方向に配列されて、前記軸線方向一方側から流入する流体を径方向外側に圧送するインペラであって、前記回転軸に固定されたディスク、該ディスクに設けられた複数のブレード、及び、前記複数のブレードを覆うとともに前記軸線方向他方側に向かうに従って径方向外側に延びるカバーを備えたインペラと、
前記回転軸及び前記インペラを囲うケーシングであって、前記インペラに流入する流体が流れる導入流路、前記インペラから圧送される流体が流れる排出流路、及び前記インペラを収容して前記カバーとともに前記導入流路と前記排出流路を連通させる外側通路を形成する対向面を有するインペラ収容部を有するケーシングと、
前記外側通路に設けられて、前記軸線方向に離間して配置された一対のシール部と、
を備え、
前記カバーは、前記外側通路における一対の前記シール部の間で前記カバーを径方向に貫通し、前記ディスクと前記カバーとの間の領域と前記外側通路とを連通させる連通部を有し、
前記導入流路は、前記軸線を含む断面視で、
径方向に直線状に延びるチップ側平坦面を有するストレート部と、
前記チップ側平坦面の径方向内側の端部から前記インペラに向かう円弧状をなすチップ側湾曲面を有する湾曲部と、
前記チップ側平坦面と前記チップ側湾曲面との境界である基準点と、
前記基準点から下流側に向かって前記チップ側平坦面の円弧の中心角が３０°となる位置である限界点と、
を有し、
前記ケーシングは、前記外側通路における一対の前記シール部の間の領域と前記導入流路とを連通させるとともに、前記導入流路側の出口側開口が前記断面視で前記限界点に又は前記限界点よりも上流側に位置している循環流路を有する遠心圧縮機。

【請求項2】

前記循環流路の前記導入流路側の出口側開口が、前記断面視で前記基準点に又は前記基準点よりも上流側に位置している請求項１に記載の遠心圧縮機。

【請求項3】

前記循環流路の前記導入流路側の出口側開口が、前記インペラの最外径端に対応する前記導入流路中の最外径位置よりも下流側に位置している請求項２に記載の遠心圧縮機。

【請求項4】

前記ストレート部に設けられたリターンベーンあるいは入口ガイドベーンをさらに備え、
前記循環流路の前記導入流路側の出口側開口が、前記リターンベーンあるいは前記入口ガイドベーンの後縁よりも下流側に開口している請求項３に記載の遠心圧縮機。

【請求項5】

前記連通部と前記循環流路における入口側開口とが前記外側通路を挟んで互いに対向している請求項１に記載の遠心圧縮機。

【請求項6】

前記循環流路の出口側開口側の部分である出口側領域が、出口側開口に向かうに従って径方向内側に向かって湾曲するように延びている請求項１に記載の遠心圧縮機。

【請求項7】

前記循環流路に設けられて、前記循環流路にフィン翼をさらに備える請求項１から６のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、遠心圧縮機に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、過給機、ガスタービン、産業用空気設備等に用いられ、遠心力を利用してガスの流体を圧縮する遠心圧縮機が開示されている。この遠心圧縮機は、回転軸に固着されたディスクと、ディスク設けられた複数枚のブレードと、これらブレードを囲うように設けられたカバーとを有するインペラと、インペラを収納するケーシングとを備える。
インペラのカバーとケーシングとの隙間は、循環流路となっている。この循環流路は、インペラの外側流路と、インペラへの流体を導入する導入流路とを連通させている。さらに、カバーには、カバーを貫通し循環流路に連通する抽出流路が形成されている。

【0003】

サージ点流量付近では、循環流路の開口のうち、抽出流路側の入口側開口と、インペラの吸入口側の出口側開口との間で、壁面が流体から受ける圧力（以下、この圧力を壁圧と称する。）の差が大きくなる。この壁圧差によって、抽出流路から循環流路を経由してインペラの吸入口に流体が供給される。これにより、サージ点流量が小流量化する。
一方で、設計点流量付近では、循環流路における入口側開口と出口側開口との壁圧差が小さくなるため、循環流路内を流体が流れにくくなる。このため、設計点流量付近では、動力損失を抑え、流体をインペラ内に効率良く流すことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６２６５０００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に開示されるような遠心圧縮機では、出口側開口は、ケーシングとインペラとの境界に位置することになる。また、ケーシング内に形成されたインペラに流体を導入する流路は、径方向内側に向かうに従いインペラ側に湾曲している。このため、インペラに導入される直前で流速が増大し、壁圧が減少する。よって、出口側開口は、壁圧が減少する壁面に位置することになり、入口側開口と出口側開口との壁圧差が大きくなる。このため、設計点流量付近でも循環流路内を流体が流れることになり、動力損失が増大し、動作効率が低下してしまうことが課題とされていた。

【0006】

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、サージ点流量を小流量化しつつ、動力損失による効率低下を抑制することができる遠心圧縮機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本開示に係る遠心圧縮機は、軸線回りに回転可能な回転軸と、前記回転軸の前記軸線方向に配列されて、前記軸線方向一方側から流入する流体を径方向外側に圧送するインペラであって、前記回転軸に固定されたディスク、該ディスクに設けられた複数のブレード、及び、前記複数のブレードを覆うとともに前記軸線方向他方側に向かうに従って径方向外側に延びるカバーを備えたインペラと、前記回転軸及び前記インペラを囲うケーシングであって、前記インペラに流入する流体が流れる導入流路、前記インペラから圧送される流体が流れる排出流路、及び前記インペラを収容して前記カバーとともに前記導入流路と前記排出流路を連通させる外側通路を形成する対向面を有するインペラ収容部を有するケーシングと、前記外側通路に設けられて、前記軸線方向に離間して配置された一対のシール部と、を備え、前記カバーは、前記外側通路における一対の前記シール部の間で前記カバーを径方向に貫通し、前記ディスクと前記カバーとの間の領域と前記外側通路とを連通させる連通部を有し、前記導入流路は、前記軸線を含む断面視で、径方向に直線状に延びるチップ側平坦面を有するストレート部と、前記チップ側平坦面の径方向内側の端部から前記インペラに向かう円弧状をなすチップ側湾曲面を有する湾曲部と、前記チップ側平坦面と前記チップ側湾曲面との境界である基準点と、前記基準点から下流側に向かって前記チップ側平坦面の円弧の中心角が３０°となる位置である限界点と、を有し、前記ケーシングは、前記外側通路における一対の前記シール部の間の領域と前記導入流路とを連通させるとともに、前記導入流路側の出口側開口が前記断面視で前記限界点に又は前記限界点よりも上流側に位置している循環流路を有する。

【発明の効果】

【0008】

本開示の遠心圧縮機によれば、サージ点流量を小流量化しつつ、動力損失による効率低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の実施形態に係る遠心圧縮機の縦断面図である。

【図2】本開示の実施形態に係る遠心圧縮機の一部を拡大した縦断面図である。

【図3】図２の循環流路周辺の拡大図である。

【図4】本開示の実施形態に係るインペラの作用効果を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

（遠心圧縮機の構成）
以下、本開示の実施形態に係る遠心圧縮機１００について、図１から図４を参照して説明する。
図１に示すように、遠心圧縮機１００は、回転軸１と、インペラ２と、ケーシング３と、ベーン４と、シール部５（図２参照）と、フィン翼６（図２参照）とを備える。

【0011】

回転軸１は、一方向に延びる円柱状に形成されている。
以下では、回転軸１の軸線Ｏを単に軸線Ｏと称する。この軸線Ｏを基準として、周方向及び径方向を定義する。

【0012】

インペラ２は、回転軸１の軸線Ｏ方向に複数段配列されている。本実施形態では、５段のインペラ２が軸線Ｏ方向に配列されている。各インペラ２は、軸線Ｏ方向一方側から流入する流体Ｇを径方向外側に圧送する。
流体Ｇは、いわゆる作動流体である。流体Ｇの例として、例えば空気等が挙げられる。

【0013】

ケーシング３は、回転軸１及びインペラ２を径方向外側から囲っている。ケーシング３は、軸線Ｏ方向に延びる円筒状に形成されている。ケーシング３の内部には、回転軸１が設けられている。回転軸１は、ケーシング３を軸線Ｏに沿って貫通している。ケーシング３の軸線Ｏ方向両端部には、それぞれジャーナル軸受７が設けられている。また、ケーシング３の軸線Ｏ方向他方側には、スラスト軸受８が設けられている。回転軸１は、これらジャーナル軸受７とスラスト軸受８とによって軸線Ｏ回りに回転可能に支持されている。

【0014】

ケーシング３の軸線Ｏ方向一方側には、外部から流体Ｇを取り入れるための吸気口９が設けられている。ケーシング３の軸線Ｏ方向他方側には、ケーシング３内部で圧縮された流体Ｇを排気するための排気口１０が設けられている。

【0015】

ケーシング３の内側には、これら吸気口９と排気口１０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２を収容するとともに、流体Ｇの流路１１の一部を構成している。
以下では、この流路１１上における吸気口９が位置する側を上流側と称し、排気口１０が位置する側を下流側と称する。よって、上流側は軸線Ｏ方向一方側と同一の向きを指し、下流側は軸線Ｏ方向他方側と同一の向きを指す。

【0016】

ベーン４は、各インペラ２の上流側に設けられている。複数のベーン４は、リターンベーン４ａと、入口ガイドベーン４ｂと、を含む。
リターンベーン４ａは、流路１１内おける、軸線Ｏ方向に隣り合うインペラ２間の各領域に複数設けられている。
入口ガイドベーン４ｂは、流路１１内おける、１段目のインペラ２の上流側に設けられている。
シール部５、及びフィン翼６は、ケーシング３内に設けられている（図２参照）。これらシール部５、及びフィン翼６については、後に詳述する。

【0017】

（インペラの構成）
続いて、インペラ２の構成について、図２を参照して詳細に説明する。図２は、複数段のインペラ２のうち２段目以降のいずれかのインペラ２について図示している。
図２に示すように、インペラ２は、ディスク２０と、ブレード２１と、カバー２２とを備える。
なお、以下では、２段目以降のインペラ２を例に本開示の構成を説明するが、以下に説明する本開示の構成は、１段目のインペラ２にも適用可能である。

【0018】

（ディスク）
ディスク２０は、回転軸１の外周面に固定されている。ディスク２０は、軸線Ｏ方向から見て略円形の断面を有する。ディスク２０は、軸線Ｏを含む断面視で、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ている。このため、ディスク２０は、おおむね円錐状に形成されている。

【0019】

（ブレード）
ブレード２１は、上記のディスク２０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に周方向に並んで複数配列されている。各ブレード２１は、軸線Ｏを中心として径方向外側に向かって放射状に延在している。より詳しくは、ブレード２１は、ディスク２０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。各ブレード２１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。

【0020】

（カバー）
カバー２２は、複数のブレード２１を覆う筒状の部材である。カバー２２は、軸線Ｏ方向他方側に向かうに従って径方向外側に延びている。
また別の観点では、カバー２２は、ブレード２１の端縁に設けられている。このため、上記複数のブレード２１は、このカバー２２とディスク２０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２２、ディスク２０、及び互いに隣り合う一対のブレード２１同士の間には空間が形成される。この空間は、ケーシング３内の上記流路１１の一部を構成している。

【0021】

カバー２２は、円筒部２３と、テーパ部２４とを有する。円筒部２３は、カバー２２の上流側を構成している。円筒部２３は、軸線Ｏ方向に直線状に延びている。テーパ部２４は、カバー２２の下流側を構成している。テーパ部２４は、円筒部２３の端部から軸線Ｏ方向で下流側（後段のインペラ２側）に延び、軸線Ｏ方向で下流側に向かうに従って漸次径方向に拡径するように形成されている。
また、カバー２２は、径方向に貫通した連通部２５を有する。

【0022】

（連通部）
連通部２５は、円筒部２３とテーパ部２４との境界に形成されている。連通部２５は、カバー２２の周方向全周にわたって形成されたスリットである。すなわち、連通部２５は、軸線Ｏ方向から見てリング状に形成されている。連通部２５は、流体Ｇを吸入するインペラ２の上流側（スロート側）に形成されている。さらに、連通部２５は、カバー２２を径方向に貫通し、軸線Ｏを含む断面視で、径方向内側に向かうにしたがって軸線Ｏ方向他方側に漸次傾斜するように直線状に形成されている。さらに、連通部２５は、インペラ２内の圧縮流路２６の流路断面に対して沿うように延在している。
また、連通部２５の径方向内側の端部２５ａは、軸線Ｏを含む断面視で、径方向内側に向かうに従い軸線Ｏ方向に漸次拡径されたテーパ状に形成されている。さらに、連通部２５の端部２５ａ側の内周面は、湾曲形状に形成され、カバー２２の内周面に滑らかに接続されている。

【0023】

以下では、インペラ２内の隣り合うブレード２１間に形成された流路１１の一部を、圧縮流路２６と称する。圧縮流路２６は、ディスク２０の外周面に沿って軸線Ｏ方向他方側（下流側）に向かうに従って径方向外側に湾曲している。

【0024】

（インペラ周辺の構成）
続いて、各インペラ２周辺の構成について、詳細に説明する。
図２、図３に示すように、ケーシング３は、導入流路３０と、排出流路４０と、リターン流路４１と、インペラ収容部４２と、循環流路７０とを内部に有する。

【0025】

（導入流路）
導入流路３０は、インペラ２に流入する流体Ｇが流れる流路１１である。導入流路３０は、ケーシング３内の上記流路１１の一部を構成している。導入流路３０は、各インペラ２の上流側に設けられている。

【0026】

（ストレート部）
導入流路３０は、軸線Ｏを含む断面視で、ストレート部３１と、湾曲部３２と、基準点３３と、限界点３４とを有する。

【0027】

ストレート部３１を構成する軸線Ｏ方向に対向した一対の壁面は、軸線Ｏを含む断面視で、それぞれ径方向に直線状に延びている。
以下では、ストレート部３１を構成するこれら一対の壁面のうち、軸線Ｏ方向他方側の壁面を「チップ側平坦面３５」と称し、軸線Ｏ方向一方側の壁面を「ハブ側平坦面３６」と称する。
また、上記ストレート部３１には、複数のリターンベーン４ａが設けられている。

【0028】

（リターンベーン）
複数のリターンベーン４ａは、軸線Ｏを中心として放射状に配列されている。これら複数のリターンベーン４ａは、軸線Ｏの周囲で周方向に間隔を空けて配列されている。

【0029】

（湾曲部）
湾曲部３２は、ストレート部３１の下流端から径方向内側に向けて延びている。湾曲部３２は、径方向内側に向かうに従ってインペラ２側に湾曲している。湾曲部３２は、下流端でインペラ２内の圧縮流路２６と連通されている。湾曲部３２を構成する軸線Ｏ方向に対向した一対の壁面は、軸線Ｏを含む断面視で、それぞれストレート部３１の壁面の径方向内側の端部からインペラ２に向かうに従って円弧状をなしている。
以下では、湾曲部３２を構成するこれら一対の壁面のうち、軸線Ｏ方向他方側の壁面を「チップ側湾曲面３７」と称し、軸線Ｏ方向一方側の壁面を「ハブ側湾曲面３８」と称する。
チップ側湾曲面３７は、チップ側平坦面３５の径方向内側の端部と滑らかに連続している。ハブ側湾曲面３８は、ハブ側平坦面３６の径方向内側の端部と滑らかに連続している。

【0030】

（基準点、及び限界点）
基準点３３は、チップ側平坦面３５とチップ側湾曲面３７との境界である。
限界点３４は、基準点３３よりも下流側の位置である。より詳細には、限界点３４は、基準点３３から下流側に向かってチップ側平坦面３５の円弧の中心角θが３０°となる位置である。

【0031】

（排出流路）
排出流路４０は、インペラ２から圧送される流体Ｇが流れる流路１１である。排出流路４０は、ケーシング３内の上記流路１１の一部を構成している。排出流路４０は、各インペラ２の下流側に設けられている。
排出流路４０は、上流端でインペラ２内の圧縮流路２６と連通されている。排出流路４０は、軸線Ｏを含む断面視で、圧縮流路２６から径方向外側に直線状に延びている。

【0032】

（リターン流路）
リターン流路４１は、前段のインペラ２から圧送された流体Ｇを後段のインペラ２に戻す流路１１である。リターン流路４１は、ケーシング３内の上記流路１１の一部を構成している。リターン流路４１は、軸線Ｏを含む断面視で、径方向内側に向けて開口するＵ字状に形成されている。リターン流路４１は、前段側の排出流路４０と後段側の導入流路３０とを接続している。より詳細には、リターン流路４１の上流端は、排出流路４０の下流端と直接接続されている。また、リターン流路４１の下流端は、導入流路３０の上流端と直接接続されている。

【0033】

（インペラ収容部）
インペラ収容部４２は、ケーシング３内に設けられた内部空間である。インペラ収容部４２には、インペラ２が収容されている。インペラ収容部４２は、インペラ２毎に１つずつ形成されている。インペラ収容部４２は、インペラ２の軸線Ｏ方向両側の導入流路３０と排出流路４０とを接続している。インペラ収容部４２は、インペラ２のカバー２２を径方向外側から覆う対向面４３を有する。対向面４３は、カバー２２と径方向で対向している。対向面４３は、カバー２２とともに導入流路３０と排出流路４０とを連通させる外側通路６０を形成している。

【0034】

（外側通路）
外側通路６０の軸線Ｏ方向一方側の端部は、導入流路３０の下流端に接続されている。外側通路６０の軸線Ｏ方向他方側の端部は、排出流路４０の上流端に接続されている。外側通路６０は、軸線Ｏ回りに、周方向全周にわたって形成されている。
外側通路６０は、外周通路６１と、第１接続通路６２と、第２接続通路６３とを有する。

【0035】

外周通路６１は、軸線Ｏを含む断面視で、カバー２２の外周面に沿って、軸線Ｏ方向に延びている。外周通路６１は、直線通路６４と、湾曲通路６５とを有する。直線通路６４は、カバー２２の円筒部２３の外周面によって形成される通路である。直線通路６４は、軸線Ｏを含む断面視で、軸線Ｏ方向に直線状に延びている。湾曲通路６５は、カバー２２のテーパ部２４の外周面によって形成される通路である。湾曲通路６５は、直線通路６４の軸線Ｏ方向他方側の端部から、軸線Ｏ方向で一方側から他方側に向かうに従って径方向外側に位置するように漸次湾曲している。

【0036】

第１接続通路６２は、外周通路６１の軸線Ｏ方向一方側の端部に設けられている。第１接続通路６２は、軸線Ｏを含む断面視で、外周通路６１の軸線Ｏ方向一方側の端部から径方向内側に直線状に延びている。第１接続通路６２は、導入流路３０に接続されている。

【0037】

第２接続通路６３は、外周通路６１の軸線Ｏ方向他方側の端部に設けられている。第２接続通路６３は、軸線Ｏを含む断面視で、外周通路６１の軸線Ｏ方向他方側の端部から軸線Ｏ方向他方側に直線状に延びている。第２接続通路６３は、排出流路４０に接続されている。

【0038】

上記の外側通路６０には、軸線Ｏ方向に離間して配置された一対のシール部５が設けられている。より詳細には、一対のシール部５は、外側通路６０のうち外周通路６１に設けられている。

【0039】

（シール部）
シール部５は、流体Ｇが外側通路６０を通じて漏れ出ることを防止する。以下では、一対のシール部５のうち軸線Ｏ方向一方側のシール部５を「第１シール部５１」と称し、軸線Ｏ方向他方側のシール部５を「第２シール部５２」と称する。

【0040】

第１シール部５１は、直線通路６４に配置されている。第１シール部５１は、軸線Ｏ方向に直線状に延びた通常のラビリンスシールである。
第１シール部５１は、軸線Ｏ方向に配列された複数の第１フィン５１ａを有する。各第１フィン５１ａは、周方向に延在する円環状に形成されている。第１フィン５１ａは、ケーシング３側に形成されている。より詳細には、第１フィン５１ａは、インペラ収容部４２の対向面４３に形成されている。第１フィン５１ａの径方向内側端は、インペラ２のカバー２２の外周面に、クリアランスを僅かにあけて対向している。

【0041】

第２シール部５２は、湾曲通路６５の導入流路３０側の端部に配置されている。第２シール部５２は、軸線Ｏ方向他方側に向かうに従って径方向外側に位置する階段状に形成されたラビリンスシールである。

【0042】

第２シール部５２は、段差部５３と、第２フィン５２ａとを有する。
段差部５３は、インペラを外周側から囲うように、周方向全周にわたって設けられている。段差部５３は、内周側段差部５３ａと、外周側段差部５３ｂとを有する。
内周側段差部５３ａは、インペラ２側に、インペラ２と一体形成されている。より詳細には、内周側段差部５３ａは、カバー２２の外周面に形成されている。内周側段差部５３ａは、軸線Ｏ方向他方側に向かうに従って径方向外側に位置するように階段状に形成されている。

【0043】

外周側段差部５３ｂは、ケーシング３側に、ケーシング３と一体形成されている。より詳細には、外周側段差部５３ｂは、インペラ収容部４２の対向面４３に形成されている。外周側段差部５３ｂは、内周側段差部５３ａとの径方向の離間距離を一定以上に保ちつつ、軸線Ｏ方向他方側に向かうに従って径方向外側に位置するように階段状に形成されている。

【0044】

第２フィン５２ａは、軸線Ｏ方向に複数配列されている。各第２フィン５２ａは、周方向に延在する円環状に形成されている。第２フィン５２ａは、ケーシング３側に形成されている。より詳細には、第２フィン５２ａは、外周側段差部５３ｂの内周面に形成されている。第２フィン５２ａの径方向内側端は、内周側段差部５３ａの外周面に、クリアランスを僅かにあけて対向している。

【0045】

なお、外側通路６０におけるこれら一対のシール部５の間の領域は、インペラ２のカバー２２に形成された連通部２５によってディスク２０とカバー２２との間の領域（圧縮流路２６）と連通されている。
また、ケーシング３内部の外側通路６０の径方向外側には、循環流路７０が形成されている。

【0046】

（循環流路）
循環流路７０は、外側通路６０における一対のシール部５の間の領域と導入流路３０とを連通させている。循環流路７０は、軸線Ｏ回りに、周方向全周にわたって形成されている。
以下では、循環流路７０の２つの開口のうち、外側通路６０側の開口を「入口側開口７１」と称し、導入流路３０側の開口を「出口側開口７２」と称する。
入口側開口７１は、インペラ２のカバー２２に形成された連通部２５と外側通路６０を挟んで互いに対向している。

【0047】

出口側開口７２は、軸線Ｏを含む断面視で限界点３４よりも上流側に位置している。本実施形態では、出口側開口７２の径方向内側端が、軸線Ｏを含む断面視で基準点３３に位置している。より詳細には、出口側開口７２の下流側の端部が、軸線Ｏを含む断面視で基準点３３と重なる位置に設けられている。さらには、出口側開口７２は、リターンベーン４ａの下流側の後縁１５ａよりも下流側に開口している。また、出口側開口７２は、インペラ２の最外径端２７に対応する導入流路３０中の最外径位置３９よりも下流側に位置している。

【0048】

また、循環流路７０は、入口側領域７３と、中間領域７４と、出口側領域７５とを有する。
入口側領域７３は、循環流路７０のうち入口側開口７１を有する領域である。入口側領域７３は、軸線Ｏを含む断面視で、外側通路６０に向かうに従って湾曲形状に形成されている。

【0049】

中間領域７４は、入口側領域７３から導入流路３０側に延びている。本実施形態の中間領域７４は、第１直線領域７６と、湾曲領域７７と、第２直線領域７８とを有する。
第１直線領域７６は、軸線Ｏを含む断面視で、入口側領域７３から径方向外側に延び、径方向外側に向かうに従って軸線Ｏ方向一方側に傾斜するように直線状に形成されている。

【0050】

湾曲領域７７は、第１直線領域７６の入口側領域７３とは反対側の端部に設けられている。湾曲領域７７は、軸線Ｏ方向一方側に延び、軸線Ｏ方向一方側に向かうに従って径方向内側に湾曲するように延びている。
第２直線領域７８は、湾曲領域７７の第１直線領域７６とは反対側の端部から軸線Ｏ方向で軸線Ｏ方向一方側に直線状に延びている。

【0051】

出口側領域７５は、中間領域７４の入口側領域７３とは反対側の端部に設けられている。出口側領域７５は、循環流路７０の出口側開口７２側の部分である。出口側領域７５は、軸線Ｏを含む断面視で、出口側開口７２に向かうに従って、径方向内側に向かって湾曲するように延びている。
また、上記循環流路７０のうち中間領域７４の第２直線領域７８には、フィン翼６が設けられている。

【0052】

（フィン翼）
フィン翼６は、循環流路７０を内側から支持する支柱として機能する。また、フィン翼６は、ケーシング３のうち、循環流路７０によって径方向外側から囲われた島部４４を支持している。フィン翼６は、循環流路７０内に周方向に複数配列されている。

【0053】

（遠心圧縮機の動作）
続いて、本実施形態に係る遠心圧縮機１００の動作について説明する。
回転軸１及びインペラ２の回転に伴い吸気口９から流路１１内に取り込まれた流体Ｇは、１段目の導入流路３０を経て、インペラ２中の圧縮流路２６に流入する。インペラ２は、回転軸１の回転に伴って軸線Ｏ回りに回転していることから、圧縮流路２６中の流体Ｇには、軸線Ｏから径方向外側に向かう遠心力が付加される。加えて、圧縮流路２６の断面積は径方向外側から内側にかけて次第に拡大していることから、流体Ｇは徐々に減速し圧縮される。これにより、高圧の流体Ｇが、圧縮流路２６から後続の排出流路４０に送り出される。

【0054】

圧縮流路２６から圧送された高圧の流体Ｇは、その後、排出流路４０、リターン流路４１、導入流路３０を順に通過する。２段目以降のインペラ２、及び流路１１においても同様の圧縮が加えられる。最終的には、流体Ｇは、所望の圧力状態となって排気口１０から不図示の外部機器に供給される。

【0055】

（作用効果）
上記構成の遠心圧縮機１００では、一対のシール部５が外側通路６０に設けられている。一対のシール部５は、軸線Ｏ方向に離間して配置されている。これにより、インペラ２のカバー２２の外周面とインペラ収容部４２の内周面との隙間への流体Ｇの漏れを抑制することができる。

【0056】

さらに、カバー２２は、外側通路６０における一対のシール部５の間でカバー２２を径方向に貫通する連通部２５を有する。連通部２５は、ディスク２０とカバー２２との間の領域と外側通路６０とを連通させる。加えて、導入流路３０は、基準点３３から下流側に向かってチップ側平坦面３５の円弧の中心角θが３０°となる位置である限界点３４を有する。また、ケーシング３は、外側通路６０における一対のシール部５の間の領域と導入流路３０とを連通させる循環流路７０を有する。循環流路７０の出口側開口７２は、限界点３４よりも上流側に位置している。

【0057】

これにより、サージ点流量付近では、出口側開口７２と入口側開口７１との壁圧差によって、循環流路７０内に流体Ｇを流し、インペラ２内部（圧縮流路２６）から導入流路３０に流体Ｇを抽気することができる。さらに、チョーク点流量付近でも、出口側開口７２と入口側開口７１との壁圧差によって、循環流路７０内に流体Ｇを流すことができる。これにより、チョーク状態ではサージ状態とは逆に、導入流路３０の途中からインペラ２内部（圧縮流路２６）に流体Ｇを抽気することができる。

【0058】

よって、サージング時にはインペラ２内における流れの途中から導入流路３０へ流体Ｇが抽気されることにより不安定な流量域が下がり、また、チョーク時には導入流路３０の途中からインペラ２内における流れの途中へ流体Ｇが抽気されることにより最大流量が増加することとなる。従って、図４に示すように、サージング現象が起こる流量域を小流量側へ移動させることができるとともに、特に高回転時においてチョーク状態となる流量域を大流量側へ移動させることができ、作動範囲を拡大させることができる。

【0059】

ここでチップ側湾曲面３７に沿う流れは、チップ側湾曲面３７の軸線Ｏ方向中間部付近で流速が最大となり、壁圧が最も低くなる。上記構成によれば、限界点３４は、チップ側湾曲面３７の壁圧が最も低い部分よりも上流側に位置している。さらに、循環流路７０の出口側開口７２は、限界点３４よりも上流側に位置している。このため、出口側開口７２での壁圧の大幅な減少を抑制することができる。これにより、設計点流量付近で出口側開口７２の壁圧が意図せず低下し、出口側開口７２と入口側開口７１との壁圧差が増大することを抑制することができる。よって、設計点流量付近では、壁圧差による循環流路７０内の流れが抑制され、循環流路７０内を流体Ｇが流れることによる動力損失の発生が抑制される。従って、設計点流量付近における、動力損失による動作効率の低下を抑制することができる。
以上のように、本実施形態の遠心圧縮機１００によれば、サージ点流量を小流量化及びチョーク点流量を大流量化しつつ、動力損失による効率低下を抑制することができる。

【0060】

本実施形態では、循環流路７０の導入流路３０側の出口側開口７２が、軸線Ｏを含む断面視で基準点３３に位置している。

【0061】

チップ側平坦面３５では、流速は大きく変化しないため、これにともない壁圧もほぼ一定となる。上記構成によれば、循環流路７０の出口側開口７２は、壁圧が略一定の領域に位置している。このため、出口側開口７２での壁圧の減少をより一層抑制することができる。従って、壁圧差による循環流路７０内の流れがより一層抑制されるので、動力損失による効率低下をより一層抑制することができる。

【0062】

本実施形態では、循環流路７０の導入流路３０側の出口側開口７２が、インペラ２の最外径端２７に対応する導入流路３０中の最外径位置３９よりも下流側に位置している。

【0063】

これにより、出口側開口７２がインペラ２から過度に離間することを抑制することができる。このため、例えばサージ点流量付近やチョーク点流量付近で、流体Ｇが流れる流路１１内を流れる距離を短くすることができる。よって、循環流路７０内を流体Ｇが流れる過程で生じる圧力損失を低減することができるので、効率低下をより一層抑制することができる。

【0064】

本実施形態では、循環流路７０の導入流路３０側の出口側開口７２が、リターンベーン４ａの後縁１５ａよりも下流側に開口している。

【0065】

これにより、例えばサージ点流量付近で、循環流路７０から出口側開口７２を通じて導入流路３０内に供給される流体Ｇがリターンベーン４ａに衝突することがなくなる。これにより、導入流路３０の主流と循環流路７０からの流れとをスムーズに合流させることができる。よって、出口側開口７２における流体Ｇの混合損失の増加を抑制させることができる。よって、効率低下をより一層抑制することができる。

【0066】

本実施形態では、連通部２５と循環流路７０における入口側開口７１とが外側通路６０を挟んで互いに対向している。

【0067】

これにより、例えばサージ点流量付近やチョーク点流量付近で、連通部２５と循環流路７０との間の流体Ｇの流れをスムーズにすることができる。よって、流体Ｇが連通部２５と循環流路７０間を流れる際に生じる圧力損失を低減することができるので、効率低下をより一層抑制することができる。

【0068】

本実施形態では、循環流路７０の出口側開口７２側の部分である出口側領域７５が、出口側開口７２に向かうに従って径方向内側に向かって湾曲するように延びている。

【0069】

これにより、例えばサージ点流量付近で、導入流路３０内の流れに沿って、出口側開口７２から導入流路３０に向けて流体Ｇを流すことができる。このため、導入流路３０の主流と循環流路７０からの流れとをよりスムーズに合流させることができる。よって、出口側開口７２における流体Ｇの混合損失の増加をより一層抑制させることができる。したがって、効率低下をより一層抑制することができる。

【0070】

本実施形態では、遠心圧縮機１００は、循環流路７０にフィン翼６をさらに備える。

【0071】

これにより、フィン翼６によって循環流路７０の壁面を支持し、循環流路７０の強度を向上させることができる。さらに、フィン翼６が循環流路７０内に生じた旋回流を除去することができる。よって、入口旋回流によるインペラ２のヘッド低下を抑制することができる。

【0072】

本実施形態では、連通部２５は、インペラ２内の圧縮流路２６の流路断面に対して沿うように延在している。
これにより、連通部２５は、設計点流量付近では、圧縮流路２６から循環流路７０への流体Ｇの流れを抑制しつつ、サージ点流量付近では、圧縮流路２６から循環流路７０に流体Ｇをスムーズに導くことができる。

【0073】

また、連通部２５の径方向内側の端部２５ａは、軸線Ｏを含む断面視で、径方向内側に向かうに従い軸線Ｏ方向に漸次拡径されたテーパ状に形成されている。このため、循環流路７０内に流体が流入しやすくなる。
さらに、連通部２５の端部２５ａ側の内周面は、湾曲形状に形成され、カバー２２の内周面に滑らかに接続されている。このため、連通部２５内に滑らかに流体Ｇを案内することができる。加えて、インペラ２内の圧縮流路２６中を流れる本流に渦が形成されにくくなるため、圧力損失をより一層低減させることができる。

【0074】

（その他の実施形態）
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

【0075】

上記実施形態では、循環流路７０の出口側開口７２は、軸線Ｏを含む断面視で、導入流路３０の限界点３４よりも上流側に位置し、さらには出口側開口７２の下流端が基準点３３に位置しているとしたが、これに限られない。例えば、出口側開口７２は、導入流路３０の限界点３４に位置してもよい。出口側開口７２が限界点３４に位置する場合、より詳細には、出口側開口７２の中心が限界点３４と重なっている。

【0076】

また、出口側開口７２は、導入流路３０の基準点３３より上流側に位置してもよい。この場合、出口側開口７２の下流端が基準点３３よりも上流側に位置している。ただし、動力損失による効率低下を抑制する観点から、出口側開口７２の全体が、導入流路３０のストレート部３１であるチップ側平坦面３５上に位置することが好ましい。さらには、出口側開口７２の上流端がリターンベーン４ａの後縁１５ａよりも下流側かつ、インペラ２の最外径端２７に対応する導入流路３０中の最外径位置３９よりも下流側に位置することが最も好ましい。

【0077】

上記実施形態では、連通部２５と循環流路７０における入口側開口７１とが外側通路６０を挟んで互いに対向しているとしたが、これに限られない。例えば、連通部２５と循環流路７０における入口側開口７１とは、軸線Ｏ方向に互いにずれた位置に配置されて、対向していなくてもよい。

【0078】

上記実施形態では、連通部２５はカバー２２の周方向の全周にわたって設けられたスリットであるとしたが、これに限られない。例えば、連通部２５は、周方向に離間して複数設けられた貫通穴の群であってもよい。

【0079】

上記実施形態では、第１シール部５１の第１フィン５１ａ、及び第２シール部５２の第２フィン５２ａが、ケーシング３側に形成されている場合について説明したが、これに限られない。例えば、第１フィン５１ａ及び第２フィン５２ａは、インペラ２側に形成されていてもよい。

【0080】

上記実施形態では、入口側領域７３は、軸線Ｏを含む断面視で、外側通路６０に向かうに従って湾曲形状に形成されているとしたが、これに限られない。入口側領域７３は、軸線Ｏを含む断面視で幅が一様な直線状に形成されてもよい。

【0081】

上記実施形態では、出口側開口７２を有する出口側領域７５が、軸線Ｏを含む断面視で、出口側開口７２に向かうに従って、径方向内側に向かって湾曲するように延びているとしがた、これに限られない。出口側領域７５は、軸線Ｏを含む断面視で幅が一様な直線状に形成されていてもよい。

【0082】

上記実施形態では、２段目以降で上流側にリターンベーン４ａがあるステージを例にしたが、１段目で上流側に入口ガイドベーン４ｂがあるステージでも、上述した本開示の構成を適用できる。このステージにおいて、例えば図１に示すように、循環流路７０の導入流路３０側の出口側開口７２が、入口ガイドベーン４ｂの後縁１５ｂよりも下流側に開口している。これにより、例えばサージ点流量付近で、循環流路７０から出口側開口７２を通じて導入流路３０内に供給される流体Ｇが入口ガイドベーン４ｂに衝突することがなくなり、出口側開口７２における流体Ｇの混合損失の増加を抑制させることができる。

【0083】

＜付記＞
各実施形態に記載の遠心圧縮機１００は、例えば以下のように把握される。

【0084】

（１）第１の態様に係る遠心圧縮機１００は、軸線Ｏ回りに回転可能な回転軸１と、前記回転軸１の前記軸線Ｏ方向に配列されて、前記軸線Ｏ方向一方側から流入する流体Ｇを径方向外側に圧送するインペラ２であって、前記回転軸１に固定されたディスク２０、該ディスク２０に設けられた複数のブレード２１、及び、前記複数のブレード２１を覆うとともに前記軸線Ｏ方向他方側に向かうに従って径方向外側に延びるカバー２２を備えたインペラ２と、前記回転軸１及び前記インペラ２を囲うケーシング３であって、前記インペラ２に流入する流体Ｇが流れる導入流路３０、前記インペラ２から圧送される流体Ｇが流れる排出流路４０、及び前記インペラ２を収容して前記カバー２２とともに前記導入流路３０と前記排出流路４０を連通させる外側通路６０を形成する対向面４３を有するインペラ収容部４２を有するケーシング３と、前記外側通路６０に設けられて、前記軸線Ｏ方向に離間して配置された一対のシール部５と、を備え、前記カバー２２は、前記外側通路６０における一対の前記シール部５の間で前記カバー２２を径方向に貫通し、前記ディスク２０と前記カバー２２との間の領域と前記外側通路６０とを連通させる連通部２５を有し、前記導入流路３０は、前記軸線Ｏを含む断面視で、径方向に直線状に延びるチップ側平坦面３５を有するストレート部３１と、前記チップ側平坦面３５の径方向内側の端部から前記インペラ２に向かう円弧状をなすチップ側湾曲面３７を有する湾曲部３２と、前記チップ側平坦面３５と前記チップ側湾曲面３７との境界である基準点３３と、前記基準点３３から下流側に向かって前記チップ側平坦面３５の円弧の中心角θが３０°となる位置である限界点３４と、を有し、前記ケーシング３は、前記外側通路６０における一対の前記シール部５の間の領域と前記導入流路３０とを連通させるとともに、前記導入流路３０側の出口側開口７２が前記断面視で前記限界点３４に又は前記限界点３４よりも上流側に位置している循環流路７０を有する。

【0085】

これにより、サージ点流量付近では、出口側開口７２と入口側開口７１との壁圧差によって、循環流路７０内に流体Ｇを流し、インペラ２内部から導入流路３０に流体Ｇを抽気することができる。
ここでチップ側湾曲面３７に沿う流れは、チップ側湾曲面３７の軸線Ｏ方向中間部付近で流速が最大となり、壁圧が最も低くなる。本態様よれば、限界点３４は、チップ側湾曲面３７の壁圧が最も低い部分よりも上流側に位置している。さらに、循環流路７０の出口側開口７２は、限界点３４に又は限界点３４よりも上流側に位置している。このため、出口側開口７２での壁圧の大幅な減少を抑制することができる。これにより、設計点流量付近で出口側開口７２の壁圧が意図せず低下し、出口側開口７２と入口側開口７１との壁圧差が増大することを抑制することができる。

【0086】

（２）第２の態様の遠心圧縮機１００は、（１）の態様の遠心圧縮機１００であって、前記循環流路７０の前記導入流路３０側の出口側開口７２が、前記断面視で前記基準点３３に又は前記基準点３３よりも上流側に位置していてもよい。

【0087】

チップ側平坦面３５では、流速は大きく変化しないため、これにともない壁圧もほぼ一定となる。本態様によれば、循環流路７０の出口側開口７２は、壁圧が略一定の領域に位置している。このため、出口側開口７２での壁圧の減少をより一層抑制することができる。

【0088】

（３）第３の態様の遠心圧縮機１００は、（１）又は（２）の態様の遠心圧縮機１００であって、前記循環流路７０の前記導入流路３０側の出口側開口７２が、前記インペラ２の最外径端２７に対応する前記導入流路３０中の最外径位置３９よりも下流側に位置していてもよい。

【0089】

これにより、出口側開口７２がインペラ２から過度に離間することを抑制することができる。このため、流体Ｇが流れる流路１１内を流れる距離を短くすることができる。

【0090】

（４）第４の態様の遠心圧縮機１００は、（１）から（３）のいずれかの態様の遠心圧縮機１００であって、前記ストレート部３１に設けられたリターンベーン４ａあるいは入口ガイドベーン４ｂをさらに備え、前記循環流路７０の前記導入流路３０側の出口側開口７２が、前記リターンベーン４ａあるいは前記入口ガイドベーン４ｂの後縁１５ａ，１５ｂよりも下流側に開口していてもよい。

【0091】

これにより、循環流路７０から出口側開口７２を通じて導入流路３０内に供給される流体Ｇがリターンベーン４ａに衝突することがなくなる。これにより、導入流路３０の主流と循環流路７０からの流れとをスムーズに合流させることができる。よって、出口側開口７２における流体Ｇの混合損失の増加を抑制させることができる。

【0092】

（５）第５の態様の遠心圧縮機１００は、（１）から（４）のいずれかの態様の遠心圧縮機１００であって、前記連通部２５と前記循環流路７０における入口側開口７１とが前記外側通路６０を挟んで互いに対向していてもよい。

【0093】

これにより、連通部２５と循環流路７０との間の流体Ｇの流れをスムーズにすることができる。

【0094】

（６）第６の態様の遠心圧縮機１００は、（１）から（５）のいずれかの態様の遠心圧縮機１００であって、前記循環流路７０の出口側開口７２側の部分である出口側領域７５が、出口側開口７２に向かうに従って径方向内側に向かって湾曲するように延びていてもよい。

【0095】

これにより、導入流路３０内の流れに沿って、出口側開口７２から導入流路３０に向けて流体Ｇを流すことができる。このため、導入流路３０の主流と循環流路７０からの流れとをよりスムーズに合流させることができる。よって、出口側開口７２における流体Ｇの混合損失の増加をより一層抑制させることができる。

【0096】

（７）第７の態様の遠心圧縮機１００は、（１）から（６）のいずれかの態様の遠心圧縮機１００であって、前記循環流路７０に設けられて、前記循環流路７０にフィン翼６をさらに備えてもよい。

【0097】

これにより、フィン翼６によって循環流路７０の壁面を支持しすることができる。さらに、フィン翼６が循環流路７０内に生じた旋回流を除去することができる。

【符号の説明】

【0098】

１…回転軸、２…インペラ、３…ケーシング、４…ベーン、４ａ…リターンベーン、４ｂ…入口ガイドベーン、５…シール部、６…フィン翼、７…ジャーナル軸受、８…スラスト軸受、９…吸気口、１０…排気口、１１…流路、１５ａ…後縁、１５ｂ…後縁、２０…ディスク、２１…ブレード、２２…カバー、２３…円筒部、２４…テーパ部、２５…連通部、２５ａ…端部、２６…圧縮流路、２７…最外径端、３０…導入流路、３１…ストレート部、３２…湾曲部、３３…基準点、３４…限界点、３５…チップ側平坦面、３６…ハブ側平坦面、３７…チップ側湾曲面、３８…ハブ側湾曲面、３９…最外径位置、４０…排出流路、４１…リターン流路、４２…インペラ収容部、４３…対向面、４４…島部、５１…第１シール部、５１ａ…第１フィン、５２…第２シール部、５２ａ…第２フィン、５３…段差部、５３ａ…内周側段差部５３ａ…外周側段差部、６０…外側通路、６１…外周通路、６２…第１接続通路、６３…第２接続通路、６４…直線通路、６５…湾曲通路、７０…循環流路、７１…入口側開口、７２…出口側開口、７３…入口側領域、７４…中間領域、７５…出口側領域、７６…第１直線領域、７７…湾曲領域、７８…第２直線領域、１００…遠心圧縮機、Ｇ…流体、Ｏ…軸線、θ…中心角

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】