JP2014185523A - 遠心式流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】仕切り壁が変形しても、高圧側吐出流路の変形を抑制し、効率の低下を抑制することができる遠心式流体機械を提供する。
【解決手段】ロータと、ロータの軸方向の一方側に設けられる低圧圧縮部と、ロータの軸方向の他方側に設けられる高圧圧縮部と、低圧圧縮部と高圧圧縮部とを仕切る仕切り壁１３と、仕切り壁１３の高圧圧縮部側に形成され、ロータの径方向に延在して仕切り壁１３に沿って設けられる高圧側吐出流路５４とを備え、仕切り壁１３は、壁体７１と、壁体７１と高圧側吐出流路５４との間に設けられ、高圧側吐出流路５４を変形可能な流路変形抑制部材７２と、壁体７１と流路変形抑制部材７２との間に設けられ、流路変形抑制部材７２を高圧側吐出流路５４側に付勢可能な付勢機構７３とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、一軸多段型の遠心式流体機械に関するものである。

従来、遠心式流体機械として、単段の遠心圧縮機が知られている（例えば、特許文献１参照）。この遠心圧縮機は、タービン軸に取り付けられたインペラと、インペラの吐出側とインペラの外周側に形成されたスクロールとを連通するディフューザ通路とを備えている。このディフューザ通路には、案内羽根を備える案内羽根ユニットが設けられており、案内羽根ユニットは、操作機構によって、ディフューザ通路に突出した状態となったり、ディフューザ通路から退避した状態となったりする。具体的に、案内羽根ユニットは、後方側の気室が負圧になることで、ディフューザ通路から退避した状態となる。一方で、案内羽根ユニットは、後方側の気室の負圧が解除され、後方側の気室に連通する通気孔を介してディフューザ通路の空気が流入し、後方側の気室に設けられる突出スプリングにより押圧されることで、ディフューザ通路に突出した状態となる。このため、遠心圧縮機は、低流量域において案内羽根ユニットをディフューザ通路に突出させることで効率を高めることができ、高流量域において案内羽根ユニットをディフューザ通路から退避させることで効率の低下を防いでいる。

特開２００４−１９７６１１号公報

ところで、一軸多段型の遠心式流体機械は、回転軸となるロータの一方側に低圧側の流体作動部と、ロータの他方側に高圧側の流体作動部と、低圧側流体作動部と高圧側流体作動部とを仕切る仕切り壁とが設けられている。仕切り壁は、一方側が低圧となり、他方側が高圧となることから、高圧から低圧へ向かって変形し易い。ここで、高圧側流体作動部により圧縮された圧縮流体は、仕切り壁に沿って形成される高圧側の吐出流路を流れる。このとき、高圧側の吐出流路は、仕切り壁が高圧から低圧へ向かって変形すると、流路面積が広がるように変形する。高圧側の吐出流路が広がると、高圧側流体作動部により圧縮された圧縮流体が吐出流路に流入した場合、圧縮流体が膨張することから、遠心式流体機械の仕事の効率が大幅に低下する。

ここで、特許文献１では、低流量域における効率を高めるために、案内羽根ユニットをディフューザ通路に突出させているが、仕切り壁が変形した場合に、高圧側の吐出流路の変形を抑制することはできない。

そこで、本発明は、仕切り壁が変形しても、高圧側吐出流路の変形を抑制し、効率の低下を抑制することができる遠心式流体機械を提供することを課題とする。

本発明の遠心式流体機械は、ロータと、前記ロータの軸方向の一方側に設けられる低圧流体作動部と、前記ロータの軸方向の他方側に設けられる高圧流体作動部と、前記低圧流体作動部と前記高圧流体作動部とを仕切る仕切り壁と、前記仕切り壁の前記高圧流体作動部側に形成され、前記ロータの径方向に延在して前記仕切り壁に沿って設けられる高圧側吐出流路と、を備え、前記仕切り壁は、壁体と、前記壁体と前記高圧側吐出流路との間に設けられ、前記高圧側吐出流路の変形を抑制するための流路変形抑制部材と、前記壁体と前記流路変形抑制部材との間に設けられ、前記流路変形抑制部材を前記高圧側吐出流路側に付勢可能な付勢手段と、を有することを特徴とする。

この構成によれば、仕切り壁が、低圧流体作動部側（低圧側）に引っ張られて変形しても、流路変形抑制部材は、付勢手段により高圧側吐出流路へ向けて付勢される。このため、流路変形抑制部材は、仕切り壁の変形による高圧側吐出流路の広がりを抑制することができることから、効率の低下を抑制することができる。

前記高圧流体作動部は、前記高圧側吐出流路へ向けて圧縮流体を供給する高圧側羽根車を有し、前記付勢手段は、前記圧縮流体の流れ方向において前記高圧側羽根車の下流側となる前記高圧側吐出流路から、前記壁体と前記流路変形抑制部材との隙間へ前記圧縮流体を流入させる流入流路を有することが好ましい。

この構成によれば、高圧流体作動部から吐出される圧縮流体を、流入流路を介して壁体と流路変形抑制部材との隙間へ流入させることで、流路変形抑制部材を高圧側吐出流路側に付勢することができる。このため、高圧流体作動部から吐出される圧縮流体を利用できることから、高圧流体作動部により圧縮流体の圧力が高くなるにつれて、付勢力も大きくすることができる。よって、流路変形抑制部材をより確実に高圧側吐出流路側に付勢することができる。

前記付勢手段は、前記隙間へ流入した前記圧縮流体を、前記高圧側羽根車へ向けて還流させる還流流路をさらに有することが好ましい。

この構成によれば、隙間へ流入した圧縮流体を、還流流路を介して高圧側羽根車へ還流することができるため、流入流路へ流入する圧縮流体を外部に排出することがない分、効率の低下を抑制することができる。

前記付勢手段は、前記還流流路を封止するシール部材をさらに有することが好ましい。

この構成によれば、シール部材により還流流路を封止することができる。このため、圧縮流体の高圧側羽根車への流入を抑制することができることから、隙間に流入した圧縮流体を隙間に留めることができる。これにより、隙間への圧縮流体の流入を抑制できることから、効率の低下を抑制することができる。

前記付勢手段は、前記壁体と前記流路変形抑制部材との隙間に設けられる弾性部材であることが好ましい。

この構成によれば、弾性部材により、流路変形抑制部材を高圧側吐出流路側に付勢することができる。このため、圧縮流体を隙間へ流入させることがないため、効率の低下を抑制することができる。なお、弾性部材による付勢力は、予め高圧側吐出流路の変形を考慮した所定の付勢力とすることが好ましい。

前記ロータの外周面に沿って設けられる回転軸流路と、前記回転軸流路と、前記壁体と前記流路変形抑制部材との隙間と、を連通する吹出し流路と、をさらに備え、前記吹出し流路は、前記隙間に流入する前記圧縮流体を前記回転軸流路へ向けて吹き出すとともに、前記圧縮流体の吹出し方向が、前記ロータの回転方向と逆の方向となるように設けられていることが好ましい。

この構成によれば、高圧側インペラや低圧側インペラ側から回転軸流路内に流入し、ロータの回転方向に旋回する旋回流を、吹出し流路から吹き出される圧縮流体によって打ち消すことができるため、この旋回流によって生じるロータの振動等の影響を抑制することができる。

前記高圧流体作動部は、前記高圧側吐出流路へ向けて圧縮流体を供給する高圧側羽根車を有し、前記流路変形抑制部材は、前記ロータの径方向において、前記高圧側羽根車よりも径方向外側に配置されることが好ましい。

この構成によれば、仕切り壁の壁体に高圧側羽根車を配置した後でも、ロータの径方向において、高圧側羽根車と流路変形抑制部材とが物理的に干渉しないため、流路変形抑制部材を容易に配置することが可能となる。

前記高圧側吐出流路に設けられるディフューザを、さらに備え、前記高圧側吐出流路は、前記流路変形抑制部材と、前記流路変形抑制部材に対向する流路形成部材とにより形成され、前記ディフューザは、両端部が前記流路変形抑制部材及び前記流路形成部材にそれぞれ固定されることが好ましい。

この構成によれば、ディフューザにより流路変形抑制部材と流路形成部材とを固定することにより、ディフューザ、流路変形抑制部材及び流路形成部材を一体化することができる。このため、流路形成部材が低圧側インペラとは逆方向に変形しようとしても、ディフューザを介して流路変形抑制部材により変形が規制されるため、流路形成部材の変形を抑制することができる。

図１は、実施例１に係る一軸多段型の遠心圧縮機の概略構成図である。 図２は、実施例１に係る遠心圧縮機の仕切り壁及び高圧側吐出流路周りの拡大図である。 図３は、実施例２に係る遠心圧縮機の仕切り壁及び高圧側吐出流路周りの拡大図である。 図４は、実施例３に係る遠心圧縮機の仕切り壁及び高圧側吐出流路周りの拡大図である。 図５は、実施例４に係る遠心圧縮機の仕切り壁及び高圧側吐出流路周りの拡大図である。 図６は、ロータの軸方向から見たときの回転軸流路及び吹出し流路周りの模式図である。

以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、実施例１に係る一軸多段型の遠心圧縮機の概略構成図である。図１に示すように、遠心式流体機械として、一軸多段型の遠心圧縮機がある。遠心圧縮機１では、流体として、空気又は炭酸ガス等の各種ガスが適用され、吸い込んだガスを圧縮して排出している。なお、以下では、ガスとして空気を適用した場合について説明する。なお、実施例１では、遠心式流体機械として、一軸多段型の遠心圧縮機に適用して説明するが、この構成に限らない。例えば、遠心式流体機械として、一軸多段型の遠心ポンプに適用してもよい。

遠心圧縮機１は、回転軸となるロータ５と、ロータ５の一方側（図示左側）に設けられる低圧段となる低圧圧縮部（低圧流体作動部）１１と、ロータ５の他方側（図示右側）に設けられる高圧段となる高圧圧縮部（高圧流体作動部）１２とを備えている。また、遠心圧縮機１は、ロータ５の軸方向において、低圧圧縮部１１と高圧圧縮部１２との間に設けられ、低圧圧縮部１１と高圧圧縮部１２とを仕切る仕切り壁１３が設けられている。

この遠心圧縮機１は、仕切り壁１３を挟んで低圧圧縮部１１と高圧圧縮部１２とが背面合わせの構造、つまり、仕切り壁１３を挟んでほぼ対称な構造となっている。このため、遠心圧縮機１は、ロータ５の軸方向に働く力（スラスト）を相殺している。そして、遠心圧縮機１は、低圧圧縮部１１において空気を圧縮し、低圧圧縮部１１で圧縮した圧縮空気を高圧圧縮部１２に供給し、高圧圧縮部１２において圧縮空気をさらに圧縮して、高圧の圧縮空気を排出する。

ロータ５は、その軸方向が水平方向に延在して設けられている。このロータ５には、図示しない動力源が接続されており、動力源から伝達される動力によって回転可能となっている。このロータ５には、後述する低圧圧縮部１１の低圧側インペラ２１と、後述する高圧圧縮部１２の高圧側インペラ４１とが固定されている。

低圧圧縮部１１は、ロータ５に固定される複数の低圧側インペラ（低圧側羽根車）２１と、複数の低圧側インペラ２１の周囲に設けられる低圧側ハウジング２２とを含んで構成されている。複数の低圧側インペラ２１は、実施例１において、軸方向に沿って３段設けられており、軸方向の外側（図示左側）から順に、前段の低圧側インペラ２１ａ、中段の低圧側インペラ２１ｂ、後段（最終段）の低圧側インペラ２１ｃが設けられている。

低圧側インペラ２１は、ロータ５に固定されるハブ２５と、ハブ２５の周方向に所定の間隔を空けて設けられる複数の羽根２６と、羽根２６を挟んでハブ２５の反対側に設けられるシュラウド２７とを有している。そして、低圧側インペラ２１は、ハブ２５とシュラウド２７との間が、空気が軸方向から径方向へ流れる内部流路２８となっており、空気の流れ方向において、内部流路２８の上流側が軸方向に延在して形成され、内部流路２８の下流側が径方向に延在して形成され、内部流路２８の中間が軸方向から径方向に湾曲して形成されている。このため、低圧側インペラ２１が回転すると、軸方向から空気を吸い込んで圧縮し、圧縮した圧縮空気を径方向へ向けて吐出する。

低圧側ハウジング２２は、３段の低圧側インペラ２１及びロータ５の一方側を、回転自在に格納している。この低圧側ハウジング２２には、低圧側空気吸込み口３１と、低圧側吸込み流路３２と、複数の低圧側連通流路３３と、低圧側吐出流路３４と、低圧側空気吐出口３５とが形成されている。なお、図１では、ロータ５の図示下側において、低圧側ハウジング２２に形成される各流路の図示を省略している。

低圧側空気吸込み口３１は、軸方向の外側（図示左側）に形成されており、ロータ５の径方向の外側から内側へ向かって延在するように形成されている。低圧側空気吸込み口３１から吸い込まれた空気は、前段の低圧側インペラ２１ａへ向けて供給される。低圧側吸込み流路３２は、その一方側が低圧側空気吸込み口３１に接続され、その他方側が前段の低圧側インペラ２１ａの内部流路２８の上流側に接続されている。

低圧側連通流路３３は、隣り合う各低圧側インペラ２１の間をそれぞれ連通しており、３段の低圧側インペラ２１に対して２つ形成されている。つまり、２つの低圧側連通流路３３のうち、一方の低圧側連通流路３３ａは、前段の低圧側インペラ２１ａにおける内部流路２８の下流側と、中段の低圧側インペラ２１ｂにおける内部流路２８の上流側とを接続している。また、他方の低圧側連通流路３３ｂは、中段の低圧側インペラ２１ｂにおける内部流路２８の下流側と、後段の低圧側インペラ２１ｃにおける内部流路２８の上流側とを接続している。

低圧側吐出流路３４は、その一方側が後段の低圧側インペラ２１ｃの内部流路２８の下流側に接続され、その他方側が低圧側空気吐出口３５に接続されている。低圧側空気吐出口３５は、軸方向の内側（図示右側）に形成されており、ロータ５の径方向の内側から外側へ向かって延在するように形成されている。低圧側空気吐出口３５は、後段の低圧側インペラ２１ｃから、低圧側吐出流路３４を介して吐出された圧縮空気を、高圧圧縮部１２へ向けて供給している。

高圧圧縮部１２は、ロータ５に固定される複数の高圧側インペラ（高圧側羽根車）４１と、複数の高圧側インペラ４１の周囲に設けられる高圧側ハウジング４２とを含んで構成されている。複数の高圧側インペラ４１は、実施例１において、軸方向に沿って３段設けられており、軸方向の外側（図示右側）から順に、前段の高圧側インペラ４１ａ、中段の高圧側インペラ４１ｂ、後段（最終段）の高圧側インペラ４１ｃが設けられている。このように、３段の低圧側インペラ２１と３段の高圧側インペラ４１とは、軸方向において対称に配置されている。

高圧側インペラ４１は、低圧側インペラ２１とほぼ同様の構成となっており、ロータ５に固定されるハブ４５と、ハブ４５の周方向に所定の間隔を空けて設けられる複数の羽根４６と、羽根４６を挟んでハブ４５の反対側に設けられるシュラウド４７とを有している。そして、高圧側インペラ４１は、ハブ４５とシュラウド４７との間が、空気が軸方向から径方向へ流れる内部流路４８となっており、空気の流れ方向において、内部流路４８の上流側が軸方向に延在して形成され、内部流路４８の下流側が径方向に延在して形成され、内部流路４８の中間が軸方向から径方向に湾曲して形成されている。このため、高圧側インペラ４１が回転すると、軸方向から空気を吸い込んで圧縮し、圧縮した圧縮空気を径方向へ向けて吐出する。

高圧側ハウジング４２は、３段の高圧側インペラ４１及びロータ５の他方側を、回転自在に格納している。この高圧側ハウジング４２には、高圧側空気吸込み口５１と、高圧側吸込み流路５２と、複数の高圧側連通流路５３と、高圧側吐出流路５４と、高圧側空気吐出口５５とが形成されている。なお、図１では、ロータ５の図示下側において、高圧側ハウジング４２に形成される各流路の図示を省略している。

高圧側空気吸込み口５１は、軸方向の外側（図示右側）に形成されており、ロータ５の径方向の外側から内側へ向かって延在するように形成されている。高圧側空気吸込み口５１には、低圧側空気吐出口３５から排出された圧縮空気が流入する。高圧側空気吸込み口５１に流入した圧縮空気は、前段の高圧側インペラ４１ａへ向けて供給される。高圧側吸込み流路５２は、その一方側が高圧側空気吸込み口５１に接続され、その他方側が前段の高圧側インペラ４１ａの内部流路４８の上流側に接続されている。

高圧側連通流路５３は、隣り合う各高圧側インペラ４１の間をそれぞれ連通しており、３段の高圧側インペラ４１に対して２つ形成されている。つまり、２つの高圧側連通流路５３のうち、一方の高圧側連通流路５３ａは、前段の高圧側インペラ４１ａにおける内部流路４８の下流側と、中段の高圧側インペラ４１ｂにおける内部流路４８の上流側とを接続している。また、他方の高圧側連通流路５３ｂは、中段の高圧側インペラ４１ｂにおける内部流路４８の下流側と、後段の高圧側インペラ４１ｃにおける内部流路４８の上流側とを接続している。

高圧側吐出流路５４は、その一方側が後段の高圧側インペラ４１ｃの内部流路４８の下流側に接続され、その他方側が高圧側空気吐出口５５に接続されている。高圧側空気吐出口５５は、軸方向の内側（図示左側）に形成されており、ロータ５の径方向の内側から外側へ向かって延在するように形成されている。高圧側空気吐出口５５は、後段の高圧側インペラ４１ｃから、高圧側吐出流路５４を介して吐出された圧縮空気を排出している。

従って、動力源により、ロータ５が回転すると、低圧側インペラ２１及び高圧側インペラ４１が回転する。低圧側インペラ２１が回転すると、低圧側空気吸込み口３１から空気が吸い込まれる。吸い込まれた空気は、低圧側吸込み流路３２を通って、前段の低圧側インペラ２１ａに流入する。前段の低圧側インペラ２１ａは、流入した空気を圧縮し、圧縮した圧縮空気を低圧側連通流路３３ａへ向けて吐出する。吐出された圧縮空気は、低圧側連通流路３３ａを通って、中段の低圧側インペラ２１ｂに流入する。中段の低圧側インペラ２１ｂは、流入した圧縮空気を圧縮し、圧縮した圧縮空気を低圧側連通流路３３ｂへ向けて吐出する。吐出された圧縮空気は、低圧側連通流路３３ｂを通って、後段の低圧側インペラ２１ｃに流入する。後段の低圧側インペラ２１ｃは、流入した圧縮空気を圧縮し、圧縮した圧縮空気を低圧側吐出流路３４へ向けて吐出する。吐出された圧縮空気は、低圧側吐出流路３４を通って、低圧側空気吐出口３５に流入し、低圧側空気吐出口３５から高圧側空気吸込み口５１に供給される。

高圧側インペラ４１が回転すると、高圧側空気吸込み口５１に供給された圧縮空気が吸い込まれる。吸い込まれた圧縮空気は、高圧側吸込み流路５２を通って、前段の高圧側インペラ４１ａに流入する。前段の高圧側インペラ４１ａは、流入した圧縮空気を圧縮し、圧縮した圧縮空気を高圧側連通流路５３ａへ向けて吐出する。吐出された圧縮空気は、高圧側連通流路５３ａを通って、中段の高圧側インペラ４１ｂに流入する。中段の高圧側インペラ４１ｂは、流入した圧縮空気を圧縮し、圧縮した圧縮空気を高圧側連通流路５３ｂへ向けて吐出する。吐出された圧縮空気は、高圧側連通流路５３ｂを通って、後段の高圧側インペラ４１ｃに流入する。後段の高圧側インペラ４１ｃは、流入した圧縮空気を圧縮し、圧縮した圧縮空気を高圧側吐出流路５４へ向けて吐出する。吐出された圧縮空気は、高圧側吐出流路５４を通って、高圧側空気吐出口５５に流入し、高圧側空気吐出口５５から排出される。

仕切り壁１３は、低圧圧縮部１１と高圧圧縮部１２との間に設けられている。つまり、低圧側ハウジング２２と仕切り壁１３と高圧側ハウジング４２とが一体となることで、遠心圧縮機１のハウジングを構成している。

このとき、低圧側ハウジング２２は、低圧側連結ボルト６１により仕切り壁１３に締結されることで一体となる。この低圧側連結ボルト６１は、ロータ５の径方向において、低圧側インペラ２１の外側に位置している。このため、低圧側ハウジング２２は、ロータ５の径方向において、低圧側連結ボルト６１により締結されている低圧側インペラ２１の外側の部位が固定される。一方で、低圧側ハウジング２２は、ロータ５の径方向において、低圧側連結ボルト６１よりも内側の部位、つまり、低圧側インペラ２１の間の部位が自由端となる。

同様に、高圧側ハウジング４２は、高圧側連結ボルト６２により仕切り壁１３に締結されることで一体となる。この高圧側連結ボルト６２は、ロータ５の径方向において、高圧側インペラ４１の外側に位置している。このため、高圧側ハウジング４２は、ロータ５の径方向において、高圧側連結ボルト６２により締結されている高圧側インペラ４１の外側の部位が固定される。一方で、高圧側ハウジング４２は、ロータ５の径方向において、高圧側連結ボルト６２よりも内側の部位、つまり、高圧側インペラ４１の間の部位が自由端となる。

また、仕切り壁１３も、ロータ５の径方向において、低圧側連結ボルト６１及び高圧側連結ボルト６２により締結されている、各インペラ２１、４１の外側の部位が固定される。一方で、仕切り壁１３は、ロータ５の径方向において、低圧側連結ボルト６１及び高圧側連結ボルト６２よりも内側の部位、つまり、低圧側インペラ２１と高圧側インペラ４１との間の部位が自由端となる。

この仕切り壁１３は、軸方向において、低圧圧縮部１１側（一方側：図示左側）の面が低圧側吐出流路３４の一部を構成し、高圧圧縮部１２側（他方側：図示右側）の面が高圧側吐出流路５４の一部を構成している。つまり、低圧側吐出流路３４は、仕切り壁１３の一方側の面に沿って設けられ、ロータ５の径方向に延在して形成されている。同様に、高圧側吐出流路５４は、仕切り壁１３の他方側の面に沿って設けられ、ロータ５の径方向に延在して形成されている。

この仕切り壁１３は、一方側に低圧圧縮部１１が設けられ、他方側に高圧圧縮部１２が設けられることから、高圧側から低圧側へ向かって変形し易く、特に、自由端側が変形し易い。仕切り壁１３が高圧側から低圧側へ向かって変形すると、高圧側吐出流路５４は、広がるように変形する。このため、仕切り壁１３は、高圧側吐出流路５４が広がるように変形することを抑制すべく、図２に示す構成となっている。

次に、図２を参照して、仕切り壁１３及び高圧側吐出流路５４周りの構成について説明する。図２は、実施例１に係る遠心圧縮機の仕切り壁及び高圧側吐出流路周りの拡大図である。図２に示すように、仕切り壁１３は、壁体７１と、流路変形抑制部材７２と、付勢機構（付勢手段）７３とを有している。先ず、仕切り壁１３の説明に先立ち、高圧側吐出流路５４について説明する。

高圧側吐出流路５４は、仕切り壁１３と、軸方向において仕切り壁１３と対向する高圧側ハウジング４２を構成する流路形成部材６４とで形成されている。この高圧側吐出流路５４には、ディフューザ６５とスペーサ６６とが設けられている。ディフューザ６５は、高圧側吐出流路５４を通過する圧縮流体を、高圧側空気吐出口５５に案内している。このディフューザ６５は、軸方向における他方側（図示右側）が溶接等により流路形成部材６４に固定されている。一方で、ディフューザ６５は、軸方向における一方側（図示左側）が仕切り壁１３に固定されておらず、仕切り壁１３に対し離接可能となっている。スペーサ６６は、仕切り壁１３と高圧側ハウジング４２との間を所定の隙間に維持することで、高圧側吐出流路５４を所定の幅に維持している。なお、スペーサ６６は、高圧側連結ボルト６２に挿通されている。

壁体７１は、高圧圧縮部１２側に、流路変形抑制部材７２が収容される環状の収容空間７５が形成されている。収容空間７５は、径方向において、高圧側吐出流路５４の吐出側から高圧側インペラ４１の先端部との重複部分にかけて形成されている。

流路変形抑制部材７２は、環状に形成され、壁体７１に形成された環状の収容空間７５に収容されることで、壁体７１と高圧側吐出流路５４との間に設けられる。軸方向における流路変形抑制部材７２と収容空間７５との間には、スペーサ７６が設けられている。スペーサ７６は、流路変形抑制部材７２と収容空間７５との間に所定の隙間Ｃを形成している。このスペーサ７６は、高圧側連結ボルト６２に挿通されている。流路変形抑制部材７２は、軸方向において高圧側吐出流路５４側に移動可能となっており、高圧側吐出流路５４の変形を抑制している。このように、高圧側連結ボルト６２は、軸方向外側（図示右側）から順に、高圧側ハウジング４２の流路形成部材６４、スペーサ６６、流路変形抑制部材７２、スペーサ７６及び壁体７１を一体に連結している。

付勢機構７３は、隙間Ｃと高圧側吐出流路５４とを連通する流入流路７８と、隙間Ｃと後段の高圧側インペラ４１ｃを収容するインペラ収容空間７９とを連通する還流流路８０とを含んで構成されている。流入流路７８は、高圧側吐出流路５４を通過する圧縮空気、つまり、後段の高圧側インペラ４１ｃから吐出された圧縮空気を、隙間Ｃへ流入させる流路である。流入流路７８は、その一方が隙間Ｃの径方向外側の端部に接続され、その他方が高圧側吐出流路５４の出口側の端部、つまり、高圧側吐出流路５４と高圧側空気吐出口５５との接続部に接続されている。この流入流路７８は、環状に形成され、その他方がディフューザ６５の下流側に接続される。還流流路８０は、隙間Ｃに流入した圧縮空気を、インペラ収容空間７９へ還流させる流路である。還流流路８０は、その一方が隙間Ｃの径方向内側の端部に接続され、その他方が高圧側インペラ４１ｃのハブ４５側のインペラ収容空間７９に接続されている。この還流流路８０は、環状に形成される。

このように構成された仕切り壁１３は、ロータ５が回転することで、低圧圧縮部１１で空気が圧縮されると共に、高圧圧縮部１２で空気が圧縮される。すると、図２に示すように、仕切り壁１３は、その壁体７１が高圧側から低圧側に引っ張られるように変形しようとする（図２の左側の矢印）。一方で、後段の高圧側インペラ４１ｃからは、圧縮された圧縮空気が吐出される。吐出された圧縮空気は、高圧側吐出流路５４を通過して高圧側空気吐出口５５に流入する。このとき、高圧側吐出流路５４を通過する圧縮空気の一部が、流入流路７８を通って壁体７１と流路変形抑制部材７２との隙間Ｃに流入する。隙間Ｃに圧縮空気が流入すると、隙間Ｃの内圧が高まることにより、流路変形抑制部材７２が高圧側吐出流路５４へ向けて移動する（図２の右側の矢印）。このため、仕切り壁１３（の壁体７１）が低圧側に変形しても、仕切り壁１３の流路変形抑制部材７２は高圧側吐出流路５４側に移動する。高圧側吐出流路５４側に移動する流路変形抑制部材７２は、ディフューザ６５によって移動が規制される。このため、高圧側吐出流路５４は、ディフューザ６５により所定の幅に維持される。このとき、壁体７１の絶対軸座標系における変形量（移動量）、つまり変形前から変形後の壁体７１の移動量と、流路変形抑制部材７２の相対軸座標系における移動量、つまり、壁体７１に対する流路変形抑制部材７２の移動量とは、同じ移動量となっている。

以上のように、実施例１の構成によれば、仕切り壁１３が、低圧圧縮部１１に引っ張られて変形しても、流路変形抑制部材７２は、付勢機構７３により高圧側吐出流路５４へ向けて付勢される。このため、流路変形抑制部材７２は、仕切り壁１３の変形による高圧側吐出流路５４の広がりを抑制することができることから、遠心圧縮機１の効率の低下を抑制することができる。

また、実施例１の構成によれば、高圧圧縮部１２から吐出される圧縮空気を、流入流路７８を介して壁体７１と流路変形抑制部材７２との隙間Ｃへ流入させることで、流路変形抑制部材７２を高圧側吐出流路５４側に付勢することができる。このため、高圧圧縮部１２から吐出される圧縮空気を利用できることから、高圧圧縮部１２により圧縮空気の圧力が高くなるにつれて、付勢力も大きくすることができる。よって、流路変形抑制部材７２をより確実に高圧側吐出流路５４側に付勢することができる。

また、実施例１の構成によれば、隙間Ｃへ流入した圧縮空気を、還流流路８０を介して高圧側インペラ４１へ還流することができるため、流入流路７８へ流入する圧縮空気を排出することがない分、遠心圧縮機１の効率の低下を抑制することができる。

なお、実施例１では、流入流路７８の他方が、高圧側吐出流路５４の出口側の端部に接続されていたが、これに限定されない。つまり、後段の高圧側インペラ４１ｃから吐出される圧縮空気の一部を隙間Ｃへ流入可能であれば、流入流路７８の他方がいずれの位置に接続されていてもよい。

次に、図３を参照して、実施例２に係る遠心圧縮機１００について説明する。図３は、実施例２に係る遠心圧縮機の仕切り壁及び高圧側吐出流路周りの拡大図である。なお、実施例２では、実施例１と重複する記載を避けるべく、実施例１と異なる部分についてのみ説明する。実施例２の遠心圧縮機１００において、付勢機構７３は、還流流路８０を封止するシール部材１０１を有している。

図３に示すように、環状に形成される還流流路８０には、周方向に亘って設けられるＯリング等のシール部材１０１が設けられている。このシール部材１０１は、壁体７１に対する流路変形抑制部材７２の移動を許容しつつ、還流流路８０を封止している。なお、シール部材１０１は、流路変形抑制部材７２の移動を許容しつつ、還流流路８０を封止可能なものであれば、Ｏリングに限定されず、例えば、ラビリンスシールまたはブラシシール等を適用してもよい。

以上のように、実施例２の構成によれば、シール部材１０１により還流流路８０を封止することができる。このため、圧縮空気の高圧側インペラ４１への流入を抑制することができることから、隙間Ｃに流入した圧縮空気を隙間Ｃに留めることができる。これにより、隙間Ｃへの圧縮空気の流入を抑制できることから、遠心圧縮機１００の効率の低下をさらに抑制することができる。

次に、図４を参照して、実施例３に係る遠心圧縮機１１０について説明する。図４は、実施例３に係る遠心圧縮機の仕切り壁及び高圧側吐出流路周りの拡大図である。なお、実施例３でも、実施例１及び実施例２と重複する記載を避けるべく、実施例１及び実施例２と異なる部分についてのみ説明する。実施例１及び実施例２では、付勢機構７３が、流入流路７８を含む構成とすることで、圧縮空気の圧力（吐出圧）により、流路変形抑制部材７２を高圧側に移動させていた。実施例３では、付勢機構１１１が、弾性部材１１２を含む構成とすることで、弾性部材１１２の付勢力により、流路変形抑制部材７２を高圧側に移動させている。

図４に示すように、実施例３に係る遠心圧縮機１１０の付勢機構１１１は、壁体７１と流路変形抑制部材７２との間に設けられるバネ等の弾性部材１１２を有している。つまり、付勢機構１１１は、壁体７１と流路変形抑制部材７２との隙間Ｃに、圧縮空気を流入させる必要がない。このため、流路変形抑制部材７２は、壁体７１に対して流路変形抑制部材７２が高圧側に移動可能であればよく、隙間Ｃ、流入流路７８及び還流流路８０の形成を省いた構成とすることができ、スペーサ７６を省くことができる。弾性部材１１２は、壁体７１と流路変形抑制部材７２との間に設けられ、流路変形抑制部材７２を、高圧側吐出流路５４側に付勢している。このとき、弾性部材１１２の付勢力は、予め高圧側吐出流路の変形を考慮した所定の付勢力となるように設定されている。つまり、弾性部材１１２は、仕切り壁１３が変形しても、流路変形抑制部材７２を高圧側に移動させ、ディフューザ６５により高圧側吐出流路５４を所定の幅に維持することが可能な付勢力となるように設定されている。

以上のように、実施例３の構成によれば、弾性部材１１２により、流路変形抑制部材７２を高圧側吐出流路５４側に付勢することができる。このため、圧縮空気を隙間Ｃへ流入させることがないため、遠心圧縮機１１０の効率の低下を抑制することができる。

次に、図５及び図６を参照して、実施例４に係る遠心圧縮機１２０について説明する。図５は、実施例４に係る遠心圧縮機の仕切り壁及び高圧側吐出流路周りの拡大図である。図６は、ロータの軸方向から見たときの回転軸流路及び吹出し流路周りの模式図である。なお、実施例４でも、実施例１から実施例３と重複する記載を避けるべく、実施例１から実施例３と異なる部分についてのみ説明する。実施例１から実施例３では、流路変形抑制部材７２の収容空間７５が、径方向において、高圧側吐出流路５４の吐出側から高圧側インペラ４１の先端部との重複部分にかけて形成されていた。このため、実施例１から実施例３において、収容空間７５に収容される環状の流路変形抑制部材７２は、軸方向から見て、高圧側インペラ４１ｃと重複していた。これに対し、実施例４の遠心圧縮機１２０は、環状の流路変形抑制部材７２の内側に、高圧側インペラ４１が配置されている。以下、実施例４に係る遠心圧縮機１２０について説明するが、実施例４の遠心圧縮機１２０は、実施例２の遠心圧縮機１００に基づく構成となっている。

図５に示すように、実施例４に係る遠心圧縮機１２０では、壁体７１に形成される収容空間７５が、径方向において、高圧側インペラ４１の径方向外側から高圧側吐出流路５４の吐出側まで形成されている。

流路変形抑制部材７２は、環状に形成され、壁体７１に形成された環状の収容空間７５に収容されることで、壁体７１と高圧側吐出流路５４との間に設けられる。このため、高圧側インペラ４１は、環状の流路変形抑制部材７２の内側に配置される。つまり、環状の流路変形抑制部材７２の内径は、高圧側インペラ４１の外径よりも大きな径となっており、流路変形抑制部材７２は、高圧側インペラ４１の径方向外側に配置される。

付勢機構７３は、流入流路７８と、還流流路８０とを含んで構成されている。なお、流入流路７８については実施例１と同様であるため、説明を省略する。還流流路８０は、環状の流路変形抑制部材７２が、高圧側インペラ４１の径方向外側に配置されることから、その一方が隙間Ｃの径方向内側の端部に接続され、その他方が高圧側インペラ４１ｃの径方向外側のインペラ収容空間７９に接続される。そして、この還流流路８０には、実施例２と同様に、周方向に亘って設けられるＯリング等のシール部材１０１が設けられる。

また、実施例４に係る遠心圧縮機１２０では、流路変形抑制部材７２と流路形成部材６４との間に設けられるディフューザ６５が、軸方向における他方側（図示右側）が溶接等により流路形成部材６４に固定され、軸方向における一方側（図示左側）が溶接等により仕切り壁１３（の流路変形抑制部材７２）に固定されている。

さらに、実施例４に係る遠心圧縮機１２０では、仕切り壁１３の壁体７１に、ロータ５が挿通される挿通孔が形成されている。ロータ５と挿通孔との間には、ロータ５の外周面に沿って形成される回転軸流路１２１が設けられている。回転軸流路１２１は、ロータ５の全周に亘って形成されている。回転軸流路１２１は、軸方向の高圧圧縮部１２側が、高圧側のインペラ収容空間７９に連通している。回転軸流路１２１は、空気が流通しており、回転軸流路１２１内の圧力は、高圧側吐出流路５４内の圧力に比して低圧となっている。

図６に示すように、ロータ５が回転すると、回転軸流路１２１を流通する空気は、ロータ５の回転方向に向かう旋回流となる。ここで、図５及び図６に示すように、壁体７１には、回転軸流路１２１と、壁体７１と流路変形抑制部材７２との隙間Ｃと、を連通する複数の吹出し流路１２２が形成されている。吹出し流路１２２は、隙間Ｃに流入する圧縮空気を回転軸流路１２１へ向けて吹き出している。複数の吹出し流路１２２は、回転軸流路１２１の周方向に沿って所定の間隔を空けて設けられている。また、吹出し流路１２２は、圧縮空気の吹出し方向が、回転軸流路１２１内を旋回する旋回流の旋回方向に対して対向するように、回転軸流路１２１の接線方向に沿って設けられている。このため、複数の吹出し流路１２２から吹き出された圧縮空気は、旋回流の旋回方向（ロータ５の回転方向）とは逆方向に吹き出されるため、旋回流を打ち消すことができる。

以上のように、実施例４の構成によれば、ロータ５の径方向において、流路変形抑制部材７２を、高圧側インペラ４１よりも径方向外側に配置することができる。このため、仕切り壁１３の壁体７１に高圧側インペラ４１を配置した後でも、径方向において、高圧側インペラ４１と流路変形抑制部材７２とが物理的に干渉しないため、流路変形抑制部材７２を容易に配置することができる。

また、実施例４の構成によれば、ディフューザ６５により流路変形抑制部材７２と流路形成部材６４とを固定することにより、ディフューザ６５、流路変形抑制部材７２及び流路形成部材６４を一体化することができる。このため、流路形成部材６４が変形しようとしても、ディフューザ６５を介して流路変形抑制部材７２により変形が規制されるため、流路形成部材６４の変形を抑制することができる。

また、実施例４の構成によれば、回転軸流路１２１に、複数の吹出し流路１２２を接続することができるため、回転軸流路１２１内の旋回流を、吹出し流路１２２から吹き出される圧縮空気によって打ち消すことができ、旋回流によって生じるロータ５の振動等の影響を抑制することができる。なお、回転軸流路１２１及び複数の吹出し流路１２２は、低圧圧縮部１１に設けてもよい。

なお、実施例１から４において、付勢機構７３，１１１は、隙間Ｃにおける圧力、または弾性部材１１２の付勢力により、流路変形抑制部材７２を高圧側吐出流路５４側に移動させたが、この構成に限定されない。つまり、流路変形抑制部材７２を高圧側吐出流路５４側に移動させることが可能な付勢手段であれば、いずれの構成であってもよい。

また、実施例１から４の構成は、適宜組み合わせてもよい。例えば、実施例４の回転軸流路１２１と複数の吹出し流路１２２とを、実施例１に適用してもよい。また、実施例４の環状の流路変形抑制部材７２の構成を、実施例３に適用してもよい。

１ 遠心圧縮機
５ ロータ
１１ 低圧圧縮部
１２ 高圧圧縮部
１３ 仕切り壁
２１ 低圧側インペラ
２２ 低圧側ハウジング
２５ 低圧側インペラのハブ
２６ 低圧側インペラの羽根
２７ 低圧側インペラのシュラウド
２８ 低圧側インペラの内部流路
３１ 低圧側空気吸込み口
３２ 低圧側吸込み流路
３３ 低圧側連通流路
３４ 低圧側吐出流路
３５ 低圧側空気吐出口
４１ 高圧側インペラ
４２ 高圧側ハウジング
４５ 高圧側インペラのハブ
４６ 高圧側インペラの羽根
４７ 高圧側インペラのシュラウド
４８ 高圧側インペラの内部流路
５１ 高圧側空気吸込み口
５２ 高圧側吸込み流路
５３ 高圧側連通流路
５４ 高圧側吐出流路
５５ 高圧側空気吐出口
６１ 低圧側連結ボルト
６２ 高圧側連結ボルト
６４ 流路形成部材
６５ ディフューザ
６６ スペーサ
７１ 壁体
７２ 流路変形抑制部材
７３ 付勢機構
７５ 流路変形抑制部材の収容空間
７６ スペーサ
７８ 流入流路
７９ インペラ収容空間
８０ 還流流路
１００ 遠心圧縮機（実施例２）
１０１ シール部材（実施例２）
１１０ 遠心圧縮機（実施例３）
１１１ 付勢機構（実施例３）
１１２ 弾性部材（実施例３）
１２０ 遠心圧縮機（実施例４）
１２１ 回転軸流路
１２２ 吹出し流路
Ｃ 隙間

Claims (8)

1. ロータと、
   前記ロータの軸方向の一方側に設けられる低圧流体作動部と、
   前記ロータの軸方向の他方側に設けられる高圧流体作動部と、
   前記低圧流体作動部と前記高圧流体作動部とを仕切る仕切り壁と、
   前記仕切り壁の前記高圧流体作動部側に形成され、前記ロータの径方向に延在して前記仕切り壁に沿って設けられる高圧側吐出流路と、を備え、
   前記仕切り壁は、
   壁体と、
   前記壁体と前記高圧側吐出流路との間に設けられ、前記高圧側吐出流路の変形を抑制するための流路変形抑制部材と、
   前記壁体と前記流路変形抑制部材との間に設けられ、前記流路変形抑制部材を前記高圧側吐出流路側に付勢可能な付勢手段と、を有することを特徴とする遠心式流体機械。
2. 前記高圧流体作動部は、前記高圧側吐出流路へ向けて圧縮流体を供給する高圧側羽根車を有し、
   前記付勢手段は、前記圧縮流体の流れ方向において前記高圧側羽根車の下流側となる前記高圧側吐出流路から、前記壁体と前記流路変形抑制部材との隙間へ前記圧縮流体を流入させる流入流路を有することを特徴とする請求項１に記載の遠心式流体機械。
3. 前記付勢手段は、前記隙間へ流入した前記圧縮流体を、前記高圧側羽根車へ向けて還流させる還流流路をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の遠心式流体機械。
4. 前記付勢手段は、前記還流流路を封止するシール部材をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の遠心式流体機械。
5. 前記付勢手段は、前記壁体と前記流路変形抑制部材との隙間に設けられる弾性部材であることを特徴とする請求項１に記載の遠心式流体機械。
6. 前記ロータの外周面に沿って設けられる回転軸流路と、
   前記回転軸流路と、前記壁体と前記流路変形抑制部材との隙間と、を連通する吹出し流路と、をさらに備え、
   前記吹出し流路は、前記隙間に流入する前記圧縮流体を前記回転軸流路へ向けて吹き出すとともに、前記圧縮流体の吹出し方向が、前記ロータの回転方向と逆の方向となるように設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の遠心式流体機械。
7. 前記高圧流体作動部は、前記高圧側吐出流路へ向けて圧縮流体を供給する高圧側羽根車を有し、
   前記流路変形抑制部材は、前記ロータの径方向において、前記高圧側羽根車よりも径方向外側に配置されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の遠心式流体機械。
8. 前記高圧側吐出流路に設けられるディフューザを、さらに備え、
   前記高圧側吐出流路は、前記流路変形抑制部材と、前記流路変形抑制部材に対向する流路形成部材とにより形成され、
   前記ディフューザは、両端部が前記流路変形抑制部材及び前記流路形成部材にそれぞれ固定されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の遠心式流体機械。

Images