CN112177949A - 多级离心压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多级离心压缩机，其课题在于抑制多级离心压缩机的效率降低。至少一实施方式所涉及的多级离心压缩机具备：多级叶轮，它们在轴向上排列；外壳，其包围叶轮；以及扩散流路，其用于将从叶轮排出的工作流体朝向径向外侧引导，在沿着轴向的截面上，隔着扩散流路而在轴向上对置的一对扩散壁面中的轮毂侧的第一扩散壁面具有后退面，后退面以第一上游侧壁面的下游端处的该第一上游侧壁面的切线方向为基准，而从与第一上游侧壁面的下游端连接的连接位置朝向径向外侧而向轮毂侧后退，第一上游侧壁面位于第一扩散壁面的上游侧并与第一扩散壁面相连。

Description

多级离心压缩机

技术领域

本发明涉及多级离心压缩机。

背景技术

作为用于工业用压缩机、涡轮冷冻机、小型燃气轮机、泵等的离心压缩机，已知有一种多级离心压缩机，其具备在固定于旋转轴的涡盘安装多个叶片而成的叶轮。该多级离心压缩机通过使叶轮旋转而给予工作流体压力能量以及速度能量。

在旋转轴的轴线方向上相邻的一对叶轮通过返回流路而连接(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2018-173020号公报

在这样的多级离心压缩机中，具有隔着返回流路而在轴向上对置的一对壁面。另外，在这样的多级离心压缩机中，具有隔着扩散流路而在轴向上对置的一对扩散壁面。也将一对扩散壁面中的轮毂侧的壁面称为第一扩散壁面。

在多级离心压缩机中，有时在返回流路的一对壁面中的与上述第一扩散壁面相连的壁面上产生工作流体的脱离。

这样的脱离导致离心压缩机的效率降低，因此希望尽可能地抑制。

发明内容

发明要解决的课题

鉴于上述的状况，本发明的至少一实施方式的目的在于抑制多级离心压缩机的效率降低。

用于解决课题的方案

(1)本发明的至少一实施方式所涉及的多级离心压缩机具备：

多级叶轮，它们在轴向上排列；

外壳，其包围所述叶轮；以及

扩散流路，其用于将从所述叶轮排出的工作流体朝向径向外侧引导，

在沿着所述轴向的截面上，隔着所述扩散流路而在所述轴向上对置的一对扩散壁面中的轮毂侧的第一扩散壁面具有后退面，所述后退面以第一上游侧壁面的下游端处的该第一上游侧壁面的切线方向为基准，而从与所述第一上游侧壁面的所述下游端连接的连接位置朝向径向外侧而向轮毂侧后退，所述第一上游侧壁面位于所述第一扩散壁面的上游侧并与所述第一扩散壁面相连。

如上所述，在多级离心压缩机中，有时在返回流路的一对壁面中的与上述第一扩散壁面相连的壁面上产生工作流体的脱离。发明者们深入研究的结果是明确了该脱离在使用没有在叶轮的末梢侧没置罩的所谓的开放叶轮的情况下易于产生。

具体而言，在使用开放叶轮作为离心压缩机的叶轮的情况下，在叶轮的末梢侧的前端与外壳之间设置有末梢间隙。因此，由于存在该末梢间隙，发现在叶轮的出口侧处工作流体的流速相比轮毂侧在末梢侧降低的倾向。该叶轮的出口侧处的工作流体的流速的差值也对扩散流路中的工作流体的流速带来影响，发现在扩散流路的出口处上述一对扩散壁面中的末梢侧的壁面(以下也称为第二扩散壁面)的附近的流速比上述第一扩散壁面的附近的流速低的倾向。

在多级离心压缩机中，扩散流路与返回流路通过返回弯折部而连接。第一扩散壁面与返回弯折部的径向内侧的壁面相连，第二扩散壁面与返回弯折部的径向外侧的壁面相连。

从扩散流路朝向径向外侧流出的工作流体在返回弯折部中以朝向径向内侧的方式变更流动的朝向而流入返回流路。此时，若在第一扩散壁面的附近流动的工作流体的流速比在第二扩散壁面的附近流动的工作流体的流速快，则在第一扩散壁面的附近流动的工作流体不能在返回弯折部中充分地改变流动的朝向。其结果是，在返回流路的一对壁面中的与返回弯折部的径向内侧的壁面相连的壁面、即与第一扩散壁面相连的壁面上工作流体易于脱离。

发明者们深入研究的结果是，通过使第一扩散壁面具备如上所述的后退面，能够在扩散流路的入口侧的区域内增加轮毂侧的流路截面积。因此，与第一扩散壁面不具备如上所述的后退面的情况相比，能够抑制在扩散流路的入口侧的区域内在第一扩散壁面的附近流动的工作流体的流速。由此，能够抑制第一扩散壁面的附近的流速与第二扩散壁面的附近的流速的差值，因此在第一扩散壁面的附近流动的工作流体在返回弯折部中易于改变流动的朝向。因此，能够在返回流路中抑制与上述径向内侧的壁面相连的壁面、即与第一扩散壁面相连的壁面上的工作流体的脱离。

(2)在几个实施方式中，在上述(1)的结构的基础上，

所述第一扩散壁面具有位于比所述后退面靠所述径向外侧的位置的第一外侧壁面，

在所述第一外侧壁面中，

在沿着所述轴向的截面上，所述第一外侧壁面的下游端配置于以所述第一外侧壁面的上游端为起点而朝向所述径向外侧的线段上、或者比该线段向所述轮毂侧后退的位置，

在沿着所述轴向的截面上，以所述第一外侧壁面的上游端为起点而朝向所述径向外侧的线段与以所述第一外侧壁面的上游端为起点而朝向所述第一外侧壁面的下游端的线段所成的角度比以所述后退面的上游端为起点而朝向所述径向外侧的线段与以所述后退面的上游端为起点而朝向所述后退面的下游端的线段所成的角度小。

根据上述(2)的结构，后退面相对于径向向轴向倾斜，但抑制了第一外侧壁面比后退面更向轴向倾斜。由此，与没有抑制第一外侧壁面的向轴向的倾斜的情况相比，能够将第一外侧壁面的下游端配置于轴向上游侧的位置。因此，能够抑制多级离心压缩机的旋转轴的长度，因此能够抑制旋转轴的振动产生。另外，能够抑制多级离心压缩机的旋转轴的长度，因此能够抑制多级离心压缩机的轴向尺寸变大。

(3)在几个实施方式中，在上述(1)的结构的基础上，

所述第一扩散壁面具有位于比所述后退面靠所述径向外侧的位置的第一外侧壁面，

在所述第一外侧壁面中，

在沿着所述轴向的截面上，所述第一外侧壁面的下游端配置于比以所述第一外侧壁面的上游端为起点而朝向所述径向外侧的线段向末梢侧突出的位置。

根据上述(3)的结构，能够将第一外侧壁面的下游端配置于比以第一外侧壁面的上游端为起点而朝向径向外侧的线段靠轴向上游侧的位置。由此，与第一外侧壁面的下游端配置于比该线段靠轴向下游侧的位置的情况相比，能够将第一外侧壁面的下游端配置于轴向上游侧的位置。因此，能够抑制多级离心压缩机的旋转轴的长度，因此能够抑制旋转轴的振动产生。另外，由于能够抑制多级离心压缩机的旋转轴的长度，因此能够抑制多级离心压缩机的轴向尺寸变大。

(4)在几个实施方式中，在上述(1)至(3)中任一个结构的基础上，

所述一对扩散壁面中的末梢侧的第二扩散壁面具有突出面，所述突出面以第二上游侧壁面的下游端处的该第二上游侧壁面的切线方向为基准，而从与所述第二上游侧壁面的所述下游端连接的连接位置朝向径向外侧而向轮毂侧突出，所述第二上游侧壁面位于所述第二扩散壁面的上游侧并与所述第二扩散壁面相连。

发明者们深入研究的结果是，在第二扩散壁面不具有上述突出面的情况下，扩散流路的出口侧的区域内的流路截面积比较大而使工作流体的流速在第二扩散壁面的附近降低，从而有可能导致来自返回弯折部的工作流体的倒流。

根据上述(4)的结构，与第二扩散壁面不具有上述突出面的情况相比，能够抑制扩散流路的流路截面积，因此能够抑制如上所述的来自返回弯折部的工作流体的倒流。另外，根据上述(4)的结构，能够使在第二扩散壁面附近受到第二扩散壁面的影响而流速变小的边界层的厚度变薄。

(5)在几个实施方式中，在上述(4)的结构的基础上，

在所述末梢侧的第二扩散壁面中，

在沿着所述轴向的截面上，所述突出面的下游端配置于以所述突出面的上游端为起点而朝向所述径向外侧的线段上、或者比该线段向所述轮毂侧突出的位置，

在沿着所述轴向的截面上，以所述突出面的上游端为起点而朝向所述径向外侧的线段与以所述突出面的上游端为起点而朝向所述突出面的下游端的线段所成的角度比以所述后退面的上游端为起点而朝向所述径向外侧的线段与以所述后退面的上游端为起点而朝向所述后退面的下游端的线段所成的角度小。

根据上述(5)的结构，与以突出面的上游端为起点而朝向径向外侧的线段与以突出面的上游端为起点而朝向突出面的下游端的线段所成的角度比以后退面的上游端为起点而朝向径向外侧的线段与以后退面的上游端为起点而朝向后退面的下游端的线段所成的角度大的情况相比，能够将突出面的下游端的位置配置于轴向上游侧。由此，能够抑制突出面的下游端过于接近第一扩散壁面，从而能够确保扩散流路的流路截面积。

(6)在几个实施方式中，在上述(5)的结构的基础上，

所述第二扩散壁面具有位于比所述突出面靠所述径向外侧的位置的第二外侧壁面，

在所述第二外侧壁面中，

在沿着所述轴向的截面上，所述第二外侧壁面的下游端配置于比以所述第二外侧壁面的上游端为起点而朝向所述径向外侧的线段向所述末梢侧后退的位置。

根据上述(6)的结构，与第二外侧壁面的下游端配置于比以第二外侧壁面的上游端为起点而朝向径向外侧的线段向轮毂侧突出的位置的情况相比，能够将第二外侧壁面的下游端的位置配置于轴向上游侧。由此，能够抑制第二外侧壁面的下游端过于接近第一扩散壁面，从而能够确保扩散流路的流路截面积。另外，如上所述能够确保扩散流路的流路截面积，因此无需将第一扩散壁面中的与第二外侧壁面的下游端对置的区域的位置过度地配置于轴向下游侧，因此能够抑制多级离心压缩机的旋转轴的长度。

(7)在几个实施方式中，在上述(4)至(6)中任一个结构的基础上，以所述突出面的上游端为起点而朝向所述径向外侧的线段与以所述突出面的上游端为起点而朝向所述突出面的下游端的线段所成的角度比以所述后退面的上游端为起点而朝向所述径向外侧的线段与以所述后退面的上游端为起点而朝向所述后退面的下游端的线段所成的角度小。

根据上述(7)的结构，构成为后退面的与突出面的距离随着从上游端趋向下游端而变大，因此能够抑制在扩散流路的入口侧的区域内在第一扩散壁面的附近流动的工作流体的流速。

(8)在几个实施方式中，在上述(1)至(7)中任一个结构的基础上，所述径向上的所述后退面的长度大于所述径向上的第一扩散壁面的长度的5％并在其20％以下。

发明者们深入研究的结果是明确了：若径向上的后退面的长度为径向上的第一扩散壁面的长度的5％以下，则对在扩散流路的入口侧的区域内在第一扩散壁面的附近流动的工作流体的流速进行抑制的效果低。因此，根据上述(8)的结构，能够有效地抑制在扩散流路的入口侧的区域内在第一扩散壁面的附近流动的工作流体的流速。

另外，径向上的后退面的长度越长则上述的抑制工作流体的流速的效果越大，但后退面的下游端位于轴向下游侧，因此旋转轴的长度变得更长。因此，有可能易于产生旋转轴的振动。

发明者们深入研究的结果是明确了：若径向上的后退面的长度为径向上的第一扩散壁面的长度的20％以下，则能够尽可能地增大上述的抑制工作流体的流速的效果，并且能够抑制旋转轴的振动。因此，根据上述(8)的结构，能够尽可能地增大上述的抑制工作流体的流速的效果，并且能够抑制旋转轴的振动。

(9)在几个实施方式中，在上述(1)至(8)中任一个结构的基础上，以所述后退面的上游端为起点而朝向所述径向外侧的线段与以所述后退面的上游端为起点而朝向所述后退面的下游端的线段所成的角度大于5度并且小于10度。

发明者们深入研究的结果是明确了：若上述角度为5度以下，则对在扩散流路的入口侧的区域内在第一扩散壁面的附近流动的工作流体的流速进行抑制的效果低。因此，根据上述(9)的结构，能够有效地抑制在扩散流路的入口侧的区域内在第一扩散壁面的附近流动的工作流体的流速。

另外，上述角度越大则上述的抑制工作流体的流速的效果越大，但后退面的下游端位于轴向下游侧，因此旋转轴的长度有可能变得更长。因此，有可能易于产生旋转轴的振动。

发明者们深入研究的结果是明确了：若上述角度小于10度，则能够尽可能地增大上述的抑制工作流体的流速的效果，并且能够抑制旋转轴的振动。因此，根据上述(9)的结构，能够尽可能地增大上述的抑制工作流体的流速的效果，并且能够抑制旋转轴的振动。

(10)在几个实施方式中，在上述(1)至(9)任一个结构的基础上，对于所述轮毂侧的第一扩散壁面与所述一对扩散壁面中的末梢侧的第二扩散壁面的距离，在将所述扩散流路的入口侧端部处的距离设为100％时，所述扩散流路的出口侧端部处的距离为90％以上且110％以下。

若出口侧端部处的上述距离小于90％，则扩散流路的流速没有充分地降低，压力损失变大，从而离心压缩机的效率降低。因此，根据上述(10)的结构，能够抑制离心压缩机的效率降低。另外，若出口侧端部处的上述距离大于110％，则扩散流路的出口侧的区域内的流路截面积变得比较大，如上所述，工作流体的流速在第二扩散壁面的附近降低，从而有可能导致来自返回弯折部的工作流体的倒流。因此，根据上述(10)的结构，能够抑制来自返回弯折部的工作流体的倒流。

发明效果

根据本发明的至少一实施方式，能够抑制多级离心压缩机的效率降低。

附图说明

图1是示出几个实施方式所涉及的多级离心压缩机的截面的示意性的图。

图2是将一实施方式所涉及的多级离心压缩机的截面的一部分放大而得到的示意性的图。

图3是将其他实施方式所涉及的多级离心压缩机的截面的一部分放大而得到的示意性的图。

图4是将图2的一部分放大而得到的示意性的图。

图5是将图3的一部分放大而得到的示意性的图。

附图标记说明：

1 旋转轴

2 流路

3 外壳

4 叶轮

23 扩散流路

25 返回弯折部

27 返回流路

210 扩散壁面(第一扩散壁面)

211 后退面

213 第一外侧壁面

220 扩散壁面(第二扩散壁面)

221 突出面

223 第二外侧壁面

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。其中，作为实施方式而记载的或者在附图中示出的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对的配置等并不意在将本发明的范围限定于此，而只不过是简单的说明例。

例如，“在某方向上”、“沿着某方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或者“同轴”等表示相对的或者绝对的配置的表述不仅表示严格的该种配置，也表示具有公差、或者以能够得到相同的功能的程度的角度、距离而相对地位移了的状态。

例如，“相同”、“相等”以及“均等”等表示物事相等的状态的表述不仅表示严格的相等的状态，也表示存在着公差、或者能够得到相同的功能的程度的差异的状态。

例如，表示四边形状、圆筒形状等形状的表述不仅表示几何学上严格意义上的四边形状、圆筒形状等形状，也表示在能够得到相同的效果的范围内包含凹凸部、倒角部等的形状。

另一方面，“包括”、“含有”、“具备”、“包含”、或者“具有”一个构成要素这样的表述并不是排除其他构成要素的存在的排他性表述。

(多级离心压缩机100的整体结构)

图1是对几个实施方式所涉及的多级离心压缩机100示出沿着旋转轴1的轴线O方向的截面的示意性的图。图2是将一实施方式所涉及的多级离心压缩机100的截面的一部分放大而得到的示意性的图。图3是将其他实施方式所涉及的多级离心压缩机100的截面的一部分放大而得到的示意性的图。

需要说明的是，为了避免图的复杂化，在图1中省略在图2以后记载的流路2的详细的形状。

如图1所示，几个实施方式所涉及的多级离心压缩机100具备旋转轴1、在旋转轴1的轴向上排列于旋转轴1的多级叶轮4、包围叶轮4的外壳3、以及流路2。需要说明的是，外壳3通过覆盖旋转轴1的周围而形成流路2。

外壳3呈沿着轴线O延伸的圆筒状。旋转轴1以沿着轴线O而贯通该外壳3的内部的方式延伸。在轴线O方向上的外壳3的两端部分别设置有轴颈轴承5以及推力轴承6。旋转轴1被上述轴颈轴承5和推力轴承6支承为能够绕轴线O旋转。

在外壳3的轴线方向一侧设置有用于从外部导入作为工作流体G的空气的吸气口7。并且，在外壳3的轴线方向另一侧设置有供在外壳3内部被压缩的工作流体G排出的排气口8。

在外壳3的内侧形成有连通上述吸气口7与排气口8并反复缩径和扩径的内部空间。该内部空间收容多个叶轮4，并且成为上述的流路2的一部分。

需要说明的是，在以后的说明中，将该流路2上的配置吸气口7的一侧简称为上游侧，将配置排气口8的一侧简称为下游侧。

另外，在以后的说明中，也将旋转轴1的轴线O方向简称为轴向。并且，关于沿着旋转轴1的轴线O方向的方向，将配置吸气口7的一侧称为轴向上游侧，将配置排气口8的一侧称为轴向下游侧。

在以后的说明中，也将以旋转轴1的轴线O为中心的径向简称为径向，将以轴线O为中心的径向内侧简称为径向内侧，将以轴线O为中心的径向外侧简称为径向外侧。另外，在以后的说明中，将以旋转轴1的轴线O为中心的周向简称为周向。

在旋转轴1上，在其外周面上沿轴线O方向隔开间隔地设置有多个(例如6个)叶轮4。例如如图2所示，各叶轮4具有：涡盘(轮毂)41，其具有从轴线方向观察时大致圆形的截面；以及多个叶片42，它们设置于该涡盘41的上游侧的面。

涡盘41以从与轴线O交叉的方向观察时径向的尺寸随着从该轴线方向的一侧趋向另一侧而逐渐扩大的方式形成，由此呈大致圆锥状。

叶片42在上述的涡盘41的轴线方向上的两面中的朝向上游侧的圆锥面上，以轴线O为中心朝向径向外侧呈放射状地排列有多个。更加详细而言，这些叶片42由从涡盘41的上游侧的面朝向上游侧立起设置的薄板形成。上述多个叶片42以在从轴线方向观察的情况下从周向的一侧朝向另一侧的方式弯曲。

在几个实施方式所涉及的叶轮4中，在叶片42的上游侧的端缘没有设置罩43。即，几个实施方式所涉及的叶轮4是所谓的开放叶轮。

流路2是将外壳3的内部空间连通的空间。在本实施方式中，设为针对每一个叶轮4(针对每一个压缩级)形成一个流路2的结构来进行说明。即，在几个实施方式所涉及的多级离心压缩机100中，与除了最末级的叶轮4以外的例如5个叶轮4对应地从上游侧朝向下游侧形成连续的5个流路2。

各个流路2包含吸入流路21、扩散流路23、返回弯折部25、以及返回流路27。需要说明的是，图2主要示出流路2以及叶轮4中的第一级叶轮4和第一级叶轮4的流路2。

在第一级的叶轮4中，吸入流路21与上述的吸气口7直接连接。通过该吸入流路21而向流路2上的各流路导入外部的空气来作为工作流体G。

虽然在图2、3中未图示，但第二级以后的叶轮4的吸入流路21与前一级(第一级)的流路2的返回流路27的下游端连通。

扩散流路23是从径向内侧朝向外侧而延伸的流路。扩散流路23是用于将由叶轮4压缩而排出的工作流体G朝向径向外侧引导的流路。例如，如图2、3详细所示，几个实施方式所涉及的多级离心压缩机100具有在沿着轴向的截面上隔着扩散流路23而在轴向上对置的一对扩散壁面210、220。也将一对扩散壁面210、220中的轮毂侧(轴向下游侧)的扩散壁面210称为第一扩散壁面210，将末梢侧(轴向上游侧)的扩散壁面220称为第二扩散壁面220。

返回弯折部25是用于使从扩散流路23朝向径向外侧流出的工作流体G以朝向径向内侧的方式变更流动的朝向的流路。返回弯折部25的上游端与扩散流路23的下游端连接。返回弯折部25的下游端与返回流路27的上游端连接。

几个实施方式所涉及的多级离心压缩机100具有与第一扩散壁面210相连的壁面、即比沿着返回弯折部25的延伸方向的中心轴AXrb靠径向内侧的第一弯折部壁面25a。几个实施方式所涉及的多级离心压缩机100具有与第二扩散壁面220相连的壁面、即比中心轴AXrb靠径向外侧的第二弯折部壁面25b。几个实施方式所涉及的返回弯折部25被第一弯折部壁面25a和第二弯折部壁面25b夹着。

返回流路27是使在返回弯折部25中朝向径向内侧转向的工作流体G流入下一级叶轮4的流路。在返回流路27设置有返回翼29。

几个实施方式所涉及的多级离心压缩机100具有与第一弯折部壁面25a相连的壁面、即位于轴向上游侧的第一返回壁面27a。几个实施方式所涉及的多级离心压缩机100具有与第二弯折部壁面25b相连的壁面、即位于轴向下游侧的第二返回壁面27b。几个实施方式所涉及的返回流路27被第一返回壁面27a和第二返回壁面27b夹着。

即，第一返回壁面27a是与第一扩散壁面210相连的壁面，第二返回壁面27b是与第二扩散壁面220相连的壁面。

图4是将图2的一部分放大而得到的示意性的图。图5是将图3的一部分放大而得到的示意性的图。以下，参照图2～图5对几个实施方式所涉及的流路2的详细情况进行说明。

(关于返回流路27中的工作流体G的脱离)

在多级离心压缩机100中，有时在返回流路27的一对壁面(第一返回壁面27a以及第二返回壁面27b)中的与第一扩散壁面210相连的第一返回壁面27a上产生工作流体的脱离。发明者们深入研究的结果是明确了该脱离在使用没有在叶轮4的末梢侧设置罩的所谓的开放叶轮的情况下易于产生。

具体而言，在使用开放叶轮作为多级离心压缩机100的叶轮4的情况下，在叶轮4的末梢侧的前端42a与外壳之间设置有末梢间隙31。因此，由于存在该末梢间隙31，而发现在叶轮4的出口侧处工作流体G的流速相比轮毂侧而在末梢侧降低的倾向。该叶轮4的出口侧处的工作流体G的流速的差值也对扩散流路23中的工作流体G的流速带来影响，发现在扩散流路23的出口处第二扩散壁面220的附近的流速比第一扩散壁面210的附近的流速低的倾向。

如上所述，在多级离心压缩机100中，扩散流路23与返回流路27通过返回弯折部25而连接。第一扩散壁面210与返回弯折部25的径向内侧的第一弯折部壁面25a相连，第二扩散壁面220与返回弯折部25的径向外侧的第二弯折部壁面25b相连。

从扩散流路23朝向径向外侧流出的工作流体G在返回弯折部25中以朝向径向内侧的方式变更流动的朝向而流入返回流路27。此时，若在第一扩散壁面210的附近流动的工作流体G的流速比在第二扩散壁面220的附近流动的工作流体G的流速快，则在第一扩散壁面210的附近流动的工作流体G不能在返回弯折部25中充分地改变流动的朝向。其结果是，在返回流路27中，在与第一扩散壁面210相连的第一返回壁面27a上，工作流体G易于脱离。

发明者们深入研究的结果是，通过使第一扩散壁面210具备以下详细叙述的后退面211，能够在扩散流路23的入口侧的区域内增加轮毂侧的流路截面积。因此，与第一扩散壁面210不具备后述的后退面211的情况相比，能够在扩散流路23的入口侧的区域内抑制在第一扩散壁面210的附近流动的工作流体G的流速。由此，能够抑制第一扩散壁面210的附近的流速与第二扩散壁面220的附近的流速的差值，因此在第一扩散壁面210的附近流动的工作流体G易于在返回弯折部25中改变流动的朝向。因此，在返回流路27中，能够抑制与第一弯折部壁面25a相连的壁面、即与第一扩散壁面210相连的第一返回壁面27a上的工作流体G的脱离。

(关于后退面211)

以下，参照图2～图5对后退面211进行说明。

如图2～图5所示，几个实施方式所涉及的第一扩散壁面210具有后退面211，后退面211以第一上游侧壁面201的下游端201b处的该第一上游侧壁面201的切线Lt1方向为基准，而从与所述第一上游侧壁面201的所述下游端201b连接的连接位置P1朝向径向外侧而向轮毂侧后退，第一上游侧壁面201位于第一扩散壁面210的上游侧并与第一扩散壁面210相连。

在几个实施方式中，由于存在有上述后退面211，从而在扩散流路23的入口侧处，扩散流路23的流路宽度随着趋向下游侧(扩散流路23的出口侧)而变大。该后退面211设置于第一扩散壁面210，因此能够抑制在第一扩散壁面210的附近沿着第一扩散壁面210流动的工作流体G的流速。因此，能够抑制扩散流路23的出口侧的在第一扩散壁面210的附近流动的工作流体G的流速。因此，在第一扩散壁面210的附近流动的工作流体G易于在返回弯折部25中改变流动的朝向，因此能够抑制第一返回壁面27a上的工作流体G的脱离。

(关于第一扩散壁面210的第一外侧壁面)

如图2～图5所示，几个实施方式所涉及的第一扩散壁面210具有位于比后退面211靠径向外侧的位置的第一外侧壁面213。

在该第一外侧壁面213中，在沿着轴向的截面上，如图4所示，第一外侧壁面213的下游端213b优选为配置于以第一外侧壁面213的上游端213a为起点而朝向径向外侧的线段L1上。但是，在该第一外侧壁面213中，在沿着轴向的截面上，第一外侧壁面213的下游端213b也可以配置于比该线段L1向轮毂侧后退的位置。

另外，在第一外侧壁面213中，在沿着轴向的截面上，以第一外侧壁面213的上游端213a为起点而朝向径向外侧的线段L1与朝向第一外侧壁面213的下游端213b的线段L2所成的角度θa比以后退面211的上游端211a为起点而朝向径向外侧的线段L3与朝向后退面211的下游端211b的线段L4所成的角度θb小。

通过上述结构，后退面211相对于径向向轴向倾斜，但抑制了第一外侧壁面213比后退面211更向轴向倾斜。由此，与没有抑制第一外侧壁面213的向轴向的倾斜的情况相比，能够将第一外侧壁面213的下游端213b配置于轴向上游侧的位置。因此，能够抑制多级离心压缩机100的旋转轴1的长度，因此能够抑制旋转轴1的振动产生。另外，由于能够抑制多级离心压缩机100的旋转轴1的长度，因此能够抑制多级离心压缩机100的轴向尺寸变大。

需要说明的是，在几个实施方式中，第一外侧壁面213的上游端213a与后退面211的下游端211b连接。

例如，在图5所示的实施方式中，在第一外侧壁面213中，在沿着轴向的截面上，第一外侧壁面213的下游端213b配置于比以第一外侧壁面213的上游端213a为起点而朝向径向外侧的线段L1向末梢侧突出的位置。

通过上述结构，能够将第一外侧壁面213的下游端213b配置于比线段L1靠轴向上游侧的位置。由此，与第一外侧壁面213的下游端213b配置于比该线段L1靠轴向下游侧的位置的情况相比，能够将第一外侧壁面213的下游端213b配置于轴向上游侧的位置。因此，能够抑制多级离心压缩机100的旋转轴1的长度，因此能够抑制旋转轴1的振动产生。另外，由于能够抑制多级离心压缩机100的旋转轴1的长度，因此能够抑制多级离心压缩机100的轴向尺寸变大。

(关于第二扩散壁面220)

如图2～图5所示，几个实施方式所涉及的第二扩散壁面220具有突出面221，突出面221以第二上游侧壁面203的下游端203b处的该第二上游侧壁面203的切线Lt2方向为基准，而从与第二上游侧壁面203的下游端203b连接的连接位置P2朝向径向外侧而向轮毂侧突出，第二上游侧壁面203位于第二扩散壁面220的上游侧并与第二扩散壁面220相连。

发明者们深入研究的结果是，在第二扩散壁面220不具有上述突出面221的情况下，扩散流路23的出口侧的区域的流路截面积变得比较大而使工作流体G的流速在第二扩散壁面220的附近降低，有可能导致来自返回弯折部25的工作流体G的倒流。

根据上述结构，与第二扩散壁面220不具有上述突出面221的情况相比，能够抑制扩散流路23的流路截面积，因此能够抑制如上所述的来自返回弯折部25的工作流体G的倒流。另外，根据上述结构，能够使在第二扩散壁面220附近受到第二扩散壁面220的影响而流速变小的边界层的厚度变薄。

在几个实施方式中，在第二扩散壁面220中，在沿着轴向的截面上，例如如图5所示，突出面221的下游端221b优选为配置于比以突出面221的上游端221a为起点而朝向径向外侧的线段L5向轮毂侧突出的位置。但是，在第二扩散壁面220中，在沿着轴向的截面上，突出面221的下游端221b也可以配置于线段L5上。

另外，在第二扩散壁面220中，在沿着轴向的截面上，优选为以突出面221的上游端221a为起点而朝向径向外侧的线段L5与朝向突出面221的下游端221b的线段L6所成的角度θc比以后退面211的上游端211a为起点而朝向径向外侧的线段L3与朝向后退面211的下游端211b的线段L4所成的角度θb小。

根据上述结构，与线段L5与线段L6所成的角度θc比线段L3与线段L4所成的角度θb大的情况相比，能够将突出面221的下游端221b的位置配置于轴向上游侧。由此，能够抑制突出面221的下游端221b过于接近第一扩散壁面210，从而能够确保扩散流路23的流路截面积。

例如如图5所示，第二扩散壁面220也可以具有位于比突出面221靠径向外侧的位置的第二外侧壁面223。

在该第二外侧壁面中，在沿着轴向的截面上，第二外侧壁面223的下游端223b也可以配置于比以第二外侧壁面223的上游端223a为起点而朝向径向外侧的线段L7向末梢侧后退的位置。

根据上述结构，与第二外侧壁面223的下游端223b配置于比以第二外侧壁面223的上游端223a为起点而朝向径向外侧的线段L7向轮毂侧突出的位置的情况相比，能够将第二外侧壁面223的下游端223b的位置配置于轴向上游侧。由此，能够抑制第二外侧壁面223的下游端223b过于接近第一扩散壁面210，从而能够确保扩散流路23的流路截面积。另外，如上所述能够确保扩散流路23的流路截面积，因此无需将第一扩散壁面210中的与第二外侧壁面223的下游端223b对置的区域的位置过度地配置于轴向下游侧，因此能够抑制多级离心压缩机100的旋转轴1的长度。

需要说明的是，在图5所示的实施方式中，第二外侧壁面223的上游端223a与突出面221的下游端221b连接。

如图2～图5所示，在几个实施方式中，优选为以突出面221的上游端221a为起点而朝向径向外侧的线段L5与朝向突出面221的下游端221b的线段L6所成角度的θc比以后退面211的上游端211a为起点而朝向径向外侧的线段L3与朝向后退面211的下游端211b的线段L4所成的角度θb小。

根据上述结构，构成为后退面211与突出面221的距离随着从上游端211a趋向下游端211b而变大，因此能够抑制在扩散流路23的入口侧的区域内在第一扩散壁面210的附近流动的工作流体的流速。

在上述的几个实施方式中，优选为径向上的后退面211的长度Le大于径向上的第一扩散壁面的长度Ld的5％并在其20％以下。

发明者们深入研究的结果是明确了：若径向上的后退面211的长度Le为径向上的第一扩散壁面210的长度Ld的5％以下，则对在扩散流路23的入口侧的区域内在第一扩散壁面210的附近流动的工作流体G的流速进行抑制的效果低。因此，通过将长度Le设定为大于长度Ld的5％，能够有效地抑制在扩散流路23的入口侧的区域内在第一扩散壁面210的附近流动的工作流体G的流速。

另外，径向上的后退面211的长度Le越长则上述的抑制工作流体G的流速的效果越大，但后退面211的下游端211b位于轴向下游侧，因此旋转轴1的长度变得更长。因此，有可能易于产生旋转轴1的振动。

发明者们深入研究的结果是明确了：若径向上的后退面211的长度Le为径向上的第一扩散壁面210的长度Ld的20％以下，则能够尽可能地增大上述的抑制工作流体G的流速的效果，并且能够抑制旋转轴1的振动。因此，通过将长度Le设定为长度Ld的20％以下，能够尽可能地增大上述的抑制工作流体G的流速的效果，并且能够抑制旋转轴1的振动。

需要说明的是，径向上的突出面221的长度Lf比径向上的后退面211的长度Le短。

在图2～图5所示的几个实施方式中，优选为以后退面211的上游端211a为起点而朝向径向外侧的线段L3与朝向后退面211的下游端211b的线段L4所成的角度θb大于5度并且小于10度。

发明者们深入研究的结果是明确了：若上述角度θb为5度以下，则对在扩散流路23的入口侧的区域内在第一扩散壁面210的附近流动的工作流体G的流速进行抑制的效果低。因此，通过将上述角度θb设定为大于5度，能够有效地抑制在扩散流路23的入口侧的区域内在第一扩散壁面210的附近流动的工作流体G的流速。

另外，上述角度θb越大则上述的抑制工作流体G的流速的效果越大，但后退面211的下游端211b位于轴向下游侧，因此旋转轴1的长度有可能变得更长。因此，有可能易于产生旋转轴1的振动。

发明者们深入研究的结果是明确了：若上述角度θb小于10度，则能够尽可能地增大上述的抑制工作流体G的流速的效果，并且能够抑制旋转轴1的振动。因此，通过将上述角度θb设定为小于10度，能够尽可能地增大上述的抑制工作流体G的流速的效果，并且能够抑制旋转轴1的振动。

在图2～图5所示的几个实施方式中，对于第一扩散壁面210与第二扩散壁面220的距离，在将扩散流路23的入口侧端部23a处的距离设为100％时，扩散流路23的出口侧端部23b处的距离为90％以上且110％以下。

在将扩散流路23的入口侧端部23a处的距离设为100％时，若出口侧端部23b处的上述距离小于90％，则扩散流路23的流速不能充分地降低，压力损失变大，从而多级离心压缩机100的效率降低。因此，通过将出口侧端部23b处的上述距离设定为90％以上，能够抑制离心压缩机的效率降低。另外，若出口侧端部23b处的上述距离大于110％，则扩散流路23的出口侧的区域内的流路截面积变得比较大，如上所述，工作流体G的流速在第二扩散壁面220的附近降低，而从有可能导致来自返回弯折部25的工作流体G的倒流。因此，通过将出口侧端部23b处的上述距离设定为110％以下，能够抑制来自返回弯折部25的工作流体的倒流。

本发明并不限定于上述的实施方式，也包含对上述的实施方式施加了变形的方式、将这些方式适当组合而成的方式。

例如，多级离心压缩机100也可以具有上述的图4所示的实施方式的第一扩散壁面210所具有的特征、以及图5所示的实施方式的第二扩散壁面220所具有的特征。另外，多级离心压缩机100也可以具有上述的图4所示的实施方式的第二扩散壁面220所具有的特征、以及图5所示的实施方式的第一扩散壁面210所具有的特征。

另外，第二级以后的叶轮4所涉及的扩散流路23也可以具有例如上述的图4所示的第一扩散壁面210以及第二扩散壁面220所具有的特征、图5所示的第一扩散壁面210以及第二扩散壁面220所具有的特征。

Claims (10)

1.一种多级离心压缩机，其中，

所述多级离心压缩机具备：

多级叶轮，它们在轴向上排列；

外壳，其包围所述叶轮；以及

扩散流路，其用于将从所述叶轮排出的工作流体朝向径向外侧引导，

在沿着所述轴向的截面上，隔着所述扩散流路而在所述轴向上对置的一对扩散壁面中的轮毂侧的第一扩散壁面具有后退面，所述后退面以第一上游侧壁面的下游端处的该第一上游侧壁面的切线方向为基准，而从与所述第一上游侧壁面的所述下游端连接的连接位置朝向径向外侧而向轮毂侧后退，所述第一上游侧壁面位于所述第一扩散壁面的上游侧并与所述第一扩散壁面相连。

2.根据权利要求1所述的多级离心压缩机，其中，

所述第一扩散壁面具有位于比所述后退面靠所述径向外侧的位置的第一外侧壁面，

在所述第一外侧壁面中，

在沿着所述轴向的截面上，所述第一外侧壁面的下游端配置于以所述第一外侧壁面的上游端为起点而朝向所述径向外侧的线段上、或者比该线段向所述轮毂侧后退的位置，

在沿着所述轴向的截面上，以所述第一外侧壁面的上游端为起点而朝向所述径向外侧的线段与以所述第一外侧壁面的上游端为起点而朝向所述第一外侧壁面的下游端的线段所成的角度，比以所述后退面的上游端为起点而朝向所述径向外侧的线段与以所述后退面的上游端为起点而朝向所述后退面的下游端的线段所成的角度小。

3.根据权利要求1所述的多级离心压缩机，其中，

所述第一扩散壁面具有位于比所述后退面靠所述径向外侧的位置的第一外侧壁面，

在所述第一外侧壁面中，

在沿着所述轴向的截面上，所述第一外侧壁面的下游端配置于比以所述第一外侧壁面的上游端为起点而朝向所述径向外侧的线段向末梢侧突出的位置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的多级离心压缩机，其中，

所述一对扩散壁面中的末梢侧的第二扩散壁面具有突出面，所述突出面以第二上游侧壁面的下游端处的该第二上游侧壁面的切线方向为基准，而从与所述第二上游侧壁面的所述下游端连接的连接位置朝向径向外侧而向轮毂侧突出，所述第二上游侧壁面位于所述第二扩散壁面的上游侧并与所述第二扩散壁面相连。

5.根据权利要求4所述的多级离心压缩机，其中，

在所述末梢侧的第二扩散壁面中，

在沿着所述轴向的截面上，所述突出面的下游端配置于以所述突出面的上游端为起点而朝向所述径向外侧的线段上、或者比该线段向所述轮毂侧突出的位置，

在沿着所述轴向的截面上，以所述突出面的上游端为起点而朝向所述径向外侧的线段与以所述突出面的上游端为起点而朝向所述突出面的下游端的线段所成的角度，比以所述后退面的上游端为起点而朝向所述径向外侧的线段与以所述后退面的上游端为起点而朝向所述后退面的下游端的线段所成的角度小。

6.根据权利要求5所述的多级离心压缩机，其中，

所述第二扩散壁面具有位于比所述突出面靠所述径向外侧的位置的第二外侧壁面，

在所述第二外侧壁面中，

在沿着所述轴向的截面上，所述第二外侧壁面的下游端配置于比以所述第二外侧壁面的上游端为起点而朝向所述径向外侧的线段向所述末梢侧后退的位置。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的多级离心压缩机，其中，

以所述突出面的上游端为起点而朝向所述径向外侧的线段与以所述突出面的上游端为起点而朝向所述突出面的下游端的线段所成的角度，比以所述后退面的上游端为起点而朝向所述径向外侧的线段与以所述后退面的上游端为起点而朝向所述后退面的下游端的线段所成的角度小。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的多级离心压缩机，其中，

所述径向上的所述后退面的长度大于所述径向上的第一扩散壁面的长度的5％并在其20％以下。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的多级离心压缩机，其中，

以所述后退面的上游端为起点而朝向所述径向外侧的线段与以所述后退面的上游端为起点而朝向所述后退面的下游端的线段所成的角度大于5度并且小于10度。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的多级离心压缩机，其中，

对于所述轮毂侧的第一扩散壁面与所述一对扩散壁面中的末梢侧的第二扩散壁面的距离，在将所述扩散流路的入口侧端部处的距离设为100％时，所述扩散流路的出口侧端部处的距离为90％以上且110％以下。

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