JP2010185361A - 遠心圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】気体の流れを極力均一にした状態でインペラに送り込むことができ、広作動範囲化及び圧縮効率の高効率化を図って、高性能な遠心圧縮機を提供すること。
【解決手段】シャフト２と、気体を遠心力により圧縮するインペラ３と、気体を上流側から下流側に流す流路４が形成されたケーシング５と、を備え、流路が、径方向外方から径方向内方に向かって流れてきた気体の向きをインペラの直前でシャフトの軸方向に変換させる吸込通路１０を備え、この吸込通路が、径方向外方から径方向内方に向かって延出するストレート部２０と、シャフトの軸方向に対して平行に湾曲し、気体の向きを軸方向に対して平行にした状態でインペラに送り出すコーナー部２１と、コーナー部の出口からインペラの羽根までの距離Ｌが一定値以上に確保されるようにコーナー部の位置をインペラから離間させる連設部２１と、を備えている遠心圧縮機１を特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、遠心力を利用して気体を圧縮する遠心圧縮機に関するものである。

周知のように、遠心圧縮機は、回転するインペラの半径方向に気体或いは蒸気を通り抜けさせ、その際に発生する遠心力を利用してそれら気体を圧縮するものである。この種の遠心圧縮機において、インペラを軸方向に多段に備え、気体を段階的に圧縮する多段式の遠心圧縮機が知られている（特許文献１参照）。この多段式の遠心圧縮機について、図面を参照して簡単に説明する。

図１６に示すように、遠心圧縮機１００は、図示しない吸入口及び排出口が形成されたケーシング１０１と、図示しない軸受部を介して回転可能にケーシング１０１に支持されたシャフト１０２と、シャフト１０２の軸方向に沿って所定の間隔を開けて取り付けられた複数のインペラ１０３と、各インペラ１０３間を繋いで段階的に圧縮される気体を流通させる流路１０４と、を備えている。
なお、図１６では、一段目及び二段目のインペラ１０３周辺を図示している。

各インペラ１０３は、軸方向の一方側（後段側）に向けて漸次拡径した円盤状のハブ１０３ａと、放射状にハブ１０３ａに取り付けられた複数の羽根１０３ｂと、複数の羽根１０３ｂの先端側を周方向に覆うように取り付けられたシュラウド１０３ｃと、で主に構成されている。

流路１０４は、吸込通路１０４ａと、圧縮通路１０４ｂと、ディフューザ通路１０４ｃと、リターン通路１０４ｄと、で主に構成されている。
このうち吸込通路１０４ａは、径方向外方から径方向内方に流れてきた気体の流れの向きをシャフト１０２の軸方向に変換してから、インペラ１０３に向けて導くための通路である。圧縮通路１０４ｂは、ハブ１０３ａの羽根取付面とシュラウド１０３ｃの内壁面との間で形成される通路である。ディフューザ通路１０４ｃは、径方向外方に向かって延びた通路であり、インペラ１０３で圧縮された気体を径方向外方に流している。リターン通路１０４ｄは、ディフューザ通路１０４ｃを通ってきた気体を径方向内方に向かうように反転させた後、吸込通路１０４ａに送り出す通路である。

従って、気体は、第一段目の吸込通路１０４ａ、圧縮通路１０４ｂ、ディフューザ通路１０４ｃ、リターン通路１０４ｄを流れた後、二段目の吸込通路１０４ａ、圧縮通路１０４ｂ…という順に流れて、段階的に圧縮されるようになっている。なお、一般的にディフューザ通路１０４ｃには、放射状に配列され、周方向に並んだ複数のディフューザベーン１０５が設けられている。また、吸込通路１０４ａには、放射状に配列され、周方向に並んだ複数のリターンベーン１０６が設けられている。

特開平９−４５９９号公報

ところで、遠心圧縮機１００の場合、構成上、上述したように流路１０４がどうしても湾曲せざるを得ない。特に、吸込通路１０４ａ及びリターン通路１０４ｄに関しては、気体の流れの向きを大きく変える必要があるので、湾曲が大きくなってしまう。

ここで、一般的な配管内の流体の流れについて着目すると、下記の現象が生じることが知られている。
即ち、配管内を流れている流体が湾曲しているコーナー部に達すると、曲率の違いにより外側よりも内側に近いほど速度が速くなるうえ流れの向きが急に変化して乱れ易い。そのため、コーナー部を通過した後の流体は、下流側で速度分布が乱れ、流れが不均一になってしまう。具体的には、コーナー部の内側に近い下流側が低速領域となってしまい、速度分布が乱れてしまう。ところが、コーナー部から遠ざかるにつれて、速度分布の乱れは徐々に収まり、自然に均一化されていく。

そのため、遠心圧縮機１００内の流路１０４を流れる気体に関しても、同様の現象が生じると考えられる。つまり、特に曲率小さい吸込通路１０４ａ及びリターン通路１０４ｄを通過した直後、気体は内側部分の流れが乱れて低速化してしまい、速度分布が不均一になってしまう。特に、吸込通路１０４ａの下流には、インペラ１０３が配置されている。そのため、インペラ１０３を構成する羽根１０３ｂの前縁が流れの不均一な気体の中に位置することになってしまう。
すると、インペラ１０３内部の損失が増加して圧縮効率が低下すると共に、気体の剥離等が生じてインペラ１０３内での不安定な流れに繋がってしまう。これは、サージングの発生に繋がるものであるので、結果的に遠心圧縮の作動範囲が狭くなるという不都合が生じてしまうものであった。

本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、気体の流れを極力均一にした状態でインペラに送り込むことができ、広作動範囲化及び圧縮効率の高効率化を図って、高性能な遠心圧縮機を提供することである。

本発明は、前記課題を解決して係る目的を達成するために以下の手段を提供する。
本発明に係る遠心圧縮機は、軸線回りに回転させられるシャフトと、該シャフトに取り付けられ、気体を遠心力により圧縮するインペラと、前記シャフトを回転可能に支持すると共に、前記気体を上流側から下流側に流す流路が形成されたケーシングと、を備え、前記流路が、径方向外方から径方向内方に向かって前記気体を流した後、該気体の向きを前記インペラの直前で前記シャフトの軸方向に変換させる吸込通路を備え、前記吸込通路が、径方向外方から径方向内方に向かって延出するストレート部と、前記シャフトの軸方向に対して平行に湾曲し、前記気体の向きを軸方向に対して平行にした状態で前記インペラに送り出すコーナー部と、コーナー部とストレート部との間に連設され、コーナー部の出口からインペラの羽根までの距離が一定値以上に確保されるようにコーナー部の位置をインペラから離間させる連設部と、を備えていることを特徴とする。

この発明に係る遠心圧縮機においては、シャフトの回転に伴ってインペラが回転するので、流路内を流れている気体を遠心力により圧縮させることができる。ところで、インペラによって圧縮される直前、気体は吸込通路を通ってインペラに送り出される。まず、気体は、ストレート部を通って径方向外方から径方向内方に向かって流れた後、連設部を通ってコーナー部に流れる。そして、コーナー部に達した気体は、コーナー部の湾曲にしたがって向きを変え、シャフトの軸方向に対して平行な流れに変わる。そして、向きが変わった気体は、シャフトに対して平行な向きでインペラに入る。これにより、インペラの回転による遠心力を利用して気体を圧縮させることができる。

ところで、ストレート部とコーナー部との間には連設部が連設されており、コーナー部の位置をインペラから離間させている。具体的には、コーナー部の出口からインペラを構成する羽根までの距離が一定値以上に確保されるように離間させている。これにより、コーナー部の通過によって流れの向きが変わった気体は、直ちにインペラに入るのではなく、コーナー部の出口から遠ざかった後にインペラに入る。

特に、気体は、コーナー部を通過した直後の段階では、内側と外側との流速の違いにより流れが乱れ、速度分布が不均一な状態となっている。しかしながら、コーナー部の出口からインペラの羽根までの距離が一定値以上に離れているので、乱れを自然に収めることができ、流れが極力均一になった状態の気体をインペラに入れることができる。つまり、流れが均一な部分にインペラの羽根の前縁を位置させることができる。
従って、インペラ内部の損失を低下させて圧縮効率を向上することができると共に、気体の剥離等の不安定な流れを生じ難くさせることができる。そのため、サージングが生じ難く、サージ流量を小流量側に延ばすことができ、作動範囲を広くすることができる。また、圧縮効率をより高めることができる。
このように本発明に係る遠心圧縮機によれば、広作動範囲化及び圧縮効率の高効率化を図ることができ、高性能な圧縮機とすることができる。

また、本発明に係る遠心圧縮機は、上記本発明の遠心圧縮機において、前記コーナー部が、規定値以下の曲率で湾曲していることを特徴とする。

この発明に係る遠心圧縮機においては、コーナー部が規定値以下の曲率で湾曲している。そのため、気体がコーナー部を通過する際、緩やかに向きが変わるので、乱れ自体が生じ難い。従って、流れをより均一化にした状態で気体をインペラに入れることができ、広作動範囲化及び圧縮効率の高効率化をより図り易い。

また、本発明に係る遠心圧縮機は、上記本発明の遠心圧縮機において、前記連設部が、前記コーナー部の入口側面積が出口側面積と等しい、又は、入口側面積が出口側面積よりも大きくなるように、前記コーナー部の位置を前記インペラから離間させることを特徴とする。

この発明に係る遠心圧縮機においては、コーナー部の入口側面積が出口側面積と等しい、又は、入口側面積が出口側面積よりも大きくなるように、連設部がコーナー部の位置をインペラから離間させているので、流れが均一化された気体を十分な量だけ確実にインペラに導くことができる。

また、本発明に係る遠心圧縮機は、上記本発明の遠心圧縮機において、前記インペラが、前記シャフトの軸方向に間隔を開けて複数設けられ、前記流路が、前記気体が段階的に圧縮されるように前記各インペラ間を繋ぐように形成されていることを特徴とする。

この発明に係る遠心圧縮機においては、シャフトの軸方向に間隔を開けて複数のインペラが設けられているので、気体を段階的に圧縮することができ、より大きな圧縮比を得ることができる。特に、流れを均一化した状態で気体を複数のインペラに導くことができるので、少ないインペラで大きな圧縮比を得ることが可能になる。

本発明に係る遠心圧縮機によれば、気体の流れを極力均一にした状態でインペラに送り込むことができるので、広作動範囲化及び圧縮効率の高効率化を図ることができる。従って、より高性能な遠心圧縮機とすることができる。

本発明に係る第１実施形態を示す遠心圧縮機の簡略構成図である。 図１に示す一段目のインペラ及び二段目のインペラ周辺を拡大した図である。 流量と圧力比との関係を示す図である。 図２に示す吸込通路を構成する連設部の変形例を示す図であって、断面視した際に、直線と曲線との組み合わせで壁面が構成された連設部を示す図である。 図２に示す吸込通路を構成する連設部の変形例を示す図であって、断面視した際に、曲線と直線と曲線との組み合わせで壁面が構成された連設部を示す図である。 図２に示す吸込通路を構成する連設部の変形例を示す図であって、断面視した際に、曲線と曲線との組み合わせで壁面が構成された連設部を示す図である。 図２に示す吸込通路を構成する連設部の変形例を示す図であって、断面視した際に、曲線と直線との組み合わせで壁面が構成された連設部を示す図である。 本発明に係る第２実施形態を示す図であって、一段目のインペラ及び二段目のインペラ周辺を拡大した図である。 図８に示すガイドベーンを前縁側から見た図である。 図８に示すガイドベーンの変形例を示す図であって、コーナー部の外側内周壁に固定されたステーによって支持されているガイドベーンを示す図である。 図８に示すガイドベーンの変形例を示す図であって、コーナー部の内側内周壁及び外側内周壁にそれぞれ固定されたステーによって支持されている２つのガイドベーンを示す図である。 図８に示すガイドベーンの変形例を示す図であって、コーナー部の内側内周壁に固定されたステーによって支持されているガイドベーンと、このガイドベーンに固定されたステーによって支持されているガイドベーンを示す図である。 図８に示すガイドベーンの変形例を示す図であって、リターンベーンの下端部に支持されているガイドベーンを示す図である。 図１３に示すリターンベーン及びガイドベーンの斜視図である。 本発明に係る遠心圧縮機の変形例であって、連設部及びガイドベーンの両方が設けられた遠心圧縮機の一段目のインペラ及び二段目のインペラ周辺を拡大した図である。 従来の遠心圧縮機の一例を示す図であって、一段目のインペラ及び二段目のインペラ周辺を拡大した図である。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る第１実施形態を、図１から図７を参照して説明する。なお、本実施形態では、遠心圧縮機の一例として、インペラを６つ備えた多段式の遠心圧縮機を例に挙げて説明する。

本実施形態の遠心圧縮機１は、図１に示すように、軸線Ｏ回りに回転させられるシャフト２と、該シャフト２に取り付けられ、遠心力を利用してプロセスガス（気体）Ｇを圧縮するインペラ３と、シャフト２を回転可能に支持すると共にプロセスガスＧを上流側から下流側に流す流路４が形成されたケーシング５と、で主に構成されている。

ケーシング５は、略円柱状の外郭をなすように形成され、中心を貫くようにシャフト２が配置されている。ケーシング５の両側には、それぞれジャーナル軸受５ａ及びスラスト軸受５ｂが設けられており、シャフト２を回転可能に支持している。つまり、シャフト２は、これらジャーナル軸受５ａ及びスラスト軸受５ｂを介してケーシング５に支持されている。
また、ケーシング５の一端側にはプロセスガスＧが外部から流入する吸込口５ｃが設けられ、他端側にはプロセスガスＧが外部に流出する排出口５ｄが設けられている。ケーシング５内には、これら吸込口５ｃ及び排出口５ｄにそれぞれ連通し、縮径及び拡径を繰り返す内部空間が設けられている。この内部空間は、インペラ３を収容する空間として機能すると共に上記流路４としても機能する。つまり、吸込口５ｃと排出口５ｄとは、インペラ３及び流路４を介して連通している。

インペラ３は、シャフト２の軸方向に間隔を開けて６つ設けられている。各インペラ３は、図１及び図２に示すように、排出口５ｄ側に進むにつれて漸次拡径した略円盤状のハブ３ａと、ハブ３ａに放射状に取り付けられ、周方向に並んだ複数の羽根３ｂと、これら複数の羽根３ｂの先端側を周方向に覆うように取り付けられたシュラウド３ｃと、で主に構成されている。
なお、図２は、一段目及び二段目のインペラ３周辺を図示している。

流路４は、プロセスガスＧが段階的に圧縮されるように各インペラ３間を繋ぐように形成されている。詳細に説明すると、この流路４は、吸込通路１０と、圧縮通路１１と、ディフューザ通路１２と、リターン通路１３と、で主に構成されている。

吸込通路１０は、径方向外方から径方向内方に向かってプロセスガスＧを流した後、このプロセスガスＧの向きをインペラ３の直前でシャフト２の軸方向に変換させる通路である。具体的には、径方向外方から径方向内方に向かって延出するストレート部２０と、シャフト２の軸方向に対して平行に湾曲し、プロセスガスＧの向きを軸方向に対して平行にした状態でインペラ３に送り出すコーナー部２１と、ストレート部２０とコーナー部２１との間に連設された連設部２２と、で構成されている。

ストレート部２０は、ケーシング５に一体的に取り付けられた隔壁部材５ｅの下流側側壁２０ａと、ケーシング５に一体的に取り付けられ、径方向内方に延伸した延伸部５ｆの上流側側壁２０ｂと、で囲まれた通路であり、径方向外方側がリターン通路１３に連通している。但し、一段目のインペラ３にプロセスガスＧを送り出す吸込通路１０のストレート部２０は、径方向外方側が吸込口５ｃに連通するようになっている。また、このストレート部２０には、周方向に並ぶように軸線Ｏを中心として放射状に配置された複数のリターンベーン２５が設けられている。

コーナー部２１は、隔壁部材５ｅの曲面壁２１ａと延伸部５ｆの先端曲面壁２１ｂとで囲まれた通路であり、入口側から出口側に向かう間にシャフト２の軸方向に対して平行となるように湾曲している。このコーナー部２１は、上述したようにプロセスガスＧの流れの向きを変換した後、インペラ３に送り出す役割を担っている。また、コーナー部２１は、円弧状又は楕円状に湾曲しているうえ、規定値以下の曲率で湾曲するように設計されている。これにより、プロセスガスＧは、コーナー部２１を通過する際に、急激に向きが変わるのではなく、緩やかに向きが変わるようになっている。

連設部２２は、隔壁部材５ｅの下流側側壁２０ａと延伸部５ｆの先端壁２２ａとで囲まれた通路であり、ストレート部２０の径方向内方側とコーナー部２１の入口側とを繋ぐ役割をしている。この際、連設部２２は、コーナー部２１の出口からインペラ３を構成する羽根３ｂまでの距離Ｌが一定値以上に確保されるようにコーナー部２１の位置をインペラ３から上流側に離間させている。これにより、コーナー部２１を通過したプロセスガスＧは、直ちにインペラ３に入るのではなく、コーナー部２１の出口から遠ざかった後にインペラ３に入るようになっている。

なお、連設部２２を構成している延伸部５ｆの先端壁２２ａは、ストレート部２０の径方向内方側からコーナー部２１の入口側に向けて上流側に傾斜した平坦な傾斜面とされている。これにより、コーナー部２１の入口が上流側にずれ、結果的にコーナー部２１自体の位置がインペラ３から遠ざかった位置に配置された状態になっている。
この際、コーナー部２１の入口側面積Ｓ１が出口側面積Ｓ２と等しい或いは大きくなるように、連設部２２はコーナー部２１の位置をインペラ３から離間させている。

圧縮通路１１は、ハブ３ａの羽根取付面とシュラウド３ｃの内壁面とで囲まれた通路であり、吸込通路１０から送られてきたプロセスガスＧをインペラ３内で圧縮させるための通路である。
ディフューザ通路１２は、ケーシング５のディフューザ前壁１２ａと隔壁部材５ｅのディフューザ後壁１２ｂとで囲まれた通路であり、径方向内方側が圧縮通路１１に連通している。このディフューザ通路１２は、インペラ３によって圧縮されたプロセスガスＧを径方向外方に流している。なお、ディフューザ通路１２の径方向外方側は、リターン通路１３に連通しているが、六段目のインペラ３に繋がるディフューザ通路１２に関しては排出口５ｄに連通するようになっている。
なお、このディフューザ通路１２には、周方向に並ぶように軸線Ｏを中心として放射状に配置された複数のディフューザベーン２６が設けられている。

リターン通路１３は、ケーシング５の反転壁１３ａと隔壁部材５ｅの外周壁１３ｂとで囲まれた通路であり、一端側がディフューザ通路１２に連通し、他端側が吸込通路１０のストレート部２０に連通するようになっている。このリターン通路１３は、ディフューザ通路１２を通って径方向外方に流れてきたプロセスガスＧの向きを径方向内方に向くように反転させて、ストレート部２０に送り出している。

次に、このように構成された遠心圧縮機１により、吸込口５ｃから流入したプロセスガスＧを圧縮させる場合について説明する。
各インペラ３が回転すると、吸込口５ｃから流路４内に流入したプロセスガスＧは、吸込口５ｃから一段目のインペラ３の吸込通路１０、圧縮通路１１、ディフューザ通路１２、リターン通路１３の順に流れた後、二段目のインペラ３の吸込通路１０、圧縮通路１１…という順に流れていく。そして、六段目のインペラ３のディフューザ通路１２まで流れたプロセスガスＧは、排出口５ｄから外部に流れる。

プロセスガスＧは、上述した順で流れる途中、各インペラ３によって圧縮される。つまり、本実施形態の遠心圧縮機１は、プロセスガスＧを６つのインペラ３によって段階的に圧縮することができる。よって、大きな圧縮比を得ることができる。

ところで、プロセスガスＧは、各インペラ３によって圧縮される直前、吸込通路１０を通ってインペラ３に送り出されている。詳細に説明すると、まず、プロセスガスＧは、ストレート部２０を通って径方向外方から径方向内方に向かって流れた後、連設部２２を通ってコーナー部２１に流れる。そして、コーナー部２１に達したプロセスガスＧは、コーナー部２１の湾曲にしたがって向きを変え、シャフト２の軸方向に対して平行な流れに変わる。そして、向きが変わったプロセスガスＧは、シャフト２に対して平行な向きでインペラ３に入る。これより、インペラ３の回転による遠心力を利用してプロセスガスＧを圧縮させることができる。

ここで、ストレート部２０とコーナー部２１との間には連設部２２が設けられており、コーナー部２１の出口からインペラ３を構成する羽根３ｂまでの距離Ｌが一定値以上に確保されるように、コーナー部２１の位置をインペラ３から離間させている。これにより、コーナー部２１の通過によって流れの向きが変わったプロセスガスＧは、直ちにインペラ３に入るのではなく、コーナー部２１の出口から遠ざかった後にインペラ３に入る。

特に、プロセスガスＧは、コーナー部２１を通過した直後の段階では、内側と外側との流速の違いにより流れが乱れ、速度分布が不均一な状態となっている。しかしながら、コーナー部２１の出口からインペラ３の羽根３ｂまでの距離Ｌが一定値以上に離れているので、乱れを自然に収めることができる。よって、速度分布が不均一な状態のままインペラ３にプロセスガスＧを入れるのではなく、流れを極力均一にした状態でインペラ３にいれることができる。つまり、流れが均一な部分にインペラ３の羽根３ｂの前縁を位置させることができる。

従って、インペラ３内部の損失を低下させて圧縮効率を向上することができると共に、プロセスガスＧの剥離等の不安定な流れを生じ難くさせることができる。そのため、図３に示すように、従来に比べてサージングが生じ難く、サージ流量を小流量側に延ばすことができ、作動範囲を広くすることができる。また、小流量側の部分負荷性能が上がるので、圧縮効率に関しても従来に比べて高めることができる。

上述したように、本実施形態の遠心圧縮機１によれば、広作動範囲化及び圧縮効率の高効率化を図ることができ、高性能な圧縮機とすることができる。特に、流れを極力均一化した状態でプロセスガスＧを複数のインペラ３に導くことができるので、少ないインペラ３で大きな圧縮比を得ることができる。
また、コーナー部２１は、規定値以下の曲率で湾曲しているので、プロセスガスＧはコーナー部２１を通過する際に緩やかに向きが変わる。そのため、乱れ自体が生じ難い。従って、プロセスガスＧの流れを均一化させた状態でインペラ３に入れ易く、広作動範囲化及び圧縮効率の高効率化に繋げることができる。
更に、コーナー部２１の入口側面積Ｓ１が、出口側面積Ｓ２と等しい又は大きくなるように設計されているので、速度が均一化されたプロセスガスＧを十分な量だけ確実にインペラ３に導くことができる。

なお、上記第１実施形態では、連設部２２を構成する延伸部５ｆの先端壁２２ａを平坦な傾斜面として説明したが、この場合に限定されるものではない。例えば、図４に示すように、断面視した際にストレート部２０側から順に直線ＳＬと曲線ＣＬとを順に組み合わせた壁面としても構わない。又は、図５に示すように、断面視した際にストレート部２０側から順に曲線ＣＬと直線ＳＬと曲線ＣＬとを順に組み合わせた壁面としても構わない。又は、図６に示すように、断面視した際にストレート部２０側から順に曲線ＣＬと曲線ＣＬとを順に組み合わせた壁面として構わない。又は、図７に示すように、断面視した際にストレート部２０側から順に曲線ＣＬと直線ＳＬとを順に組み合わせた壁面としても構わない。
いずれの場合であっても、同様の作用効果を奏することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態を、図８から図１４を参照して説明する。なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、コーナー部２１の出口からインペラ３の羽根３ｂまでの距離Ｌを一定値以上に確保することでプロセスガスＧの流れを均一化した構成であったが、第２実施形態ではガイドベーンを利用してプロセスガスＧの流れの均一化を図る構成である点である。

即ち、本実施形態の遠心圧縮機３０は、図８に示すように、吸込通路１０がストレート部２０とコーナー部２１とで構成されており、ストレート部２０を通過したプロセスガスＧがそのままコーナー部２１に流れるようになっている。
ところで、吸込通路１０内のコーナー部２１の湾曲途中には、ガイドベーン３１が設けられている。このガイドベーン３１は、断面翼型に形成されると共にシャフト２を中心に周方向に環状に形成された部材であり、コーナー部２１を通過するプロセスガスＧを自身の形状に沿わせて流すことで整流する役割をしている。このように構成されたガイドベーン３１は、図８及び図９に示すように、コーナー部２１の内側内周壁である、延伸部５ｆの先端曲面壁２１ｂに固定された複数のステー（支持体）３２によって支持されている。

次に、このように構成された遠心圧縮機３０を利用してプロセスガスＧを圧縮する場合について説明する。
本実施形態の場合には、ストレート部２０から流れてきたプロセスガスＧがコーナー部２１を通過する際、ガイドベーン３１の表面を流れながら通過する。そのため、プロセスガスＧは、乱れることなく整流された状態で通過する。仮に、ガイドベーン３１が設けられていない場合には、コーナー部２１を通過した直後の段階で内側と外側との流速の違いによりプロセスガスＧの流れが乱れ、速度分布が不均一な状態となってしまう。しかしながら、本実施形態では、ガイドベーン３１が設けられているので、流れを極力均一にした状態でインペラ３にプロセスガスＧを入れることができる。つまり、流れが均一な部分にインペラ３の羽根３ｂの前縁を位置させることができる。

従って、第１実施形態と同様に、インペラ３内部の損失を低下させて圧縮効率を向上することができると共に、プロセスガスＧの剥離等の不安定な流れを生じ難くさせることができる。そのため、やはり従来に比べてサージングが生じ難く、サージ流量を小流量側に延ばすことができ、作動範囲を広くすることができる。また、圧縮効率に関しても従来に比べて高めることができる。

このように本実施形態の遠心圧縮機３０であっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。また、ガイドベーン３１は、延伸部５ｆの先端曲面壁２１ｂに固定されたステー３２によって支持されているので、ガイドベーン３１のがたつき等を抑えた状態で強固且つ安定に支持できる。よって、振動や異音等の発生を抑えることができるうえ、プロセスガスＧを長期間に亘って確実に整流して速度の均一化に貢献することができる。なお、ガイドベーン３１は、コーナー部２１の内側にできるだけ近づけた状態にすることが好ましい。

なお、上記第２実施形態では、延伸部５ｆの先端曲面壁２１ｂにステー３２を固定してガイドベーン３１を支持した構成にしたが、この場合に限定されるものではない。例えば、図１０に示すように、コーナー部２１の外側内周壁である、隔壁部材５ｅの曲面壁２１ａにステー３２を固定してガイドベーン３１を支持しても構わない。又は、図１１に示すように、ガイドベーン３１を２つ配置し、延伸部５ｆの先端曲面壁２１ｂと隔壁部材５ｅの曲面壁２１ａとにそれぞれステー３２を固定することで、ガイドベーン３１を支持するようにしても構わない。特に、ガイドベーン３１を複数配置することで、整流効果をより高めることができるので好ましい。なお、ガイドベーン３１を２つ以上配置しても構わない。また、ガイドベーン３１を複数配置する場合には、図１２に示すように、ガイドベーン３１の１つにステー３２を固定し、他のガイドベーン３１を支持するようにしても構わない。

また、上述したステー３２を使用するのではなく、図１３及び図１４に示すように、リターンベーン２５の出口側の下端部にガイドベーン３１を直接支持させても構わない。この場合には、ステー３２が不要となるので、プロセスガスＧがよりスムーズに流れ、ステー３２との干渉による損失を抑えることができる。従って、圧縮効率のさらなる高効率化に繋げることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記各実施形態では、インペラ３を６つ備えた場合を例に挙げて説明したが、インペラ３の数は６つに限定されるものではなく、用途に応じて自由に選択して構わない。この際、多段式ではなく、インペラ３を１つ備えた１段の遠心圧縮機であっても構わない。

また、第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせた形の遠心圧縮機としても構わない。即ち、図１５に示すように、コーナー部２１の出口からインペラ３の羽根３ｂまでの距離Ｌが一定値以上に確保されるようにコーナー部２１の位置をインペラ３から遠ざける連設部２２を備えると共に、コーナー部２１の湾曲途中にプロセスガスＧの流れを整流するガイドベーン３１を備えた遠心圧縮機４０としても構わない。

このように構成された遠心圧縮機４０によれば、連設部２２による効果と、ガイドベーン３１による効果との相乗効果を期待することができ、プロセスガスＧの流れをさらに均一化させた状態でインペラ３に導くことができる。従って、広作動範囲化及び圧縮効率の高効率化をさらに効果的に図ることができ、より高性能な圧縮機とすることができる。
なお、連設部２２の形状やガイドベーン３１の支持方法は、各実施形態で説明した他の形態でも良く、自由に組み合わせて構わない。

Ｇ…プロセスガス（気体）
Ｏ…軸線
１、３０、４０…遠心圧縮機
２…シャフト
３…インペラ
３ｂ…羽根
４…流路
５…ケーシング
１０…吸込通路
２０…ストレート部
２１…コーナー部
２２…連設部
２５…リターンベーン
３１…ガイドベーン
３２…ステー（支持体）

Claims (4)

1. 軸線回りに回転させられるシャフトと、
   該シャフトに取り付けられ、気体を遠心力により圧縮するインペラと、
   前記シャフトを回転可能に支持すると共に、前記気体を上流側から下流側に流す流路が形成されたケーシングと、を備え、
   前記流路は、径方向外方から径方向内方に向かって前記気体を流した後、該気体の向きを前記インペラの直前で前記シャフトの軸方向に変換させる吸込通路を備え、
   前記吸込通路は、径方向外方から径方向内方に向かって延出するストレート部と、前記シャフトの軸方向に対して平行に湾曲し、前記気体の向きを軸方向に対して平行にした状態で前記インペラに送り出すコーナー部と、コーナー部とストレート部との間に連設され、コーナー部の出口からインペラの羽根までの距離が一定値以上に確保されるようにコーナー部の位置をインペラから離間させる連設部と、を備えていることを特徴とする遠心圧縮機。
2. 請求項１に記載の遠心圧縮機において、
   前記コーナー部は、規定値以下の曲率で湾曲していることを特徴とする遠心圧縮機。
3. 請求項１又は２に記載の遠心圧縮機において、
   前記連設部は、前記コーナー部の入口側面積が出口側面積と等しい、又は、入口側面積が出口側面積よりも大きくなるように、前記コーナー部の位置を前記インペラから離間させることを特徴とする遠心圧縮機。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の遠心圧縮機において、
   前記インペラは、前記シャフトの軸方向に間隔を開けて複数設けられ、
   前記流路は、前記気体が段階的に圧縮されるように前記各インペラ間を繋ぐように形成されていることを特徴とする遠心圧縮機。

Images