JP3432674B2 - 多段遠心圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多段遠心圧縮機に
係り、例えばプラント設備の冷凍プロセス等において昇
圧用に使用され、特に段間から気体の抽出が行われる高
性能の多段遠心圧縮機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、プラント設備等においては、複
数種類の吐出圧力のガスを供給する需要がある。これに
対処する多段遠心圧縮機としては、吸込口、吐出口、お
よび中間吐出口を有するケーシングと、そのケーシング
内に設けられた回転軸と、回転軸に固定された多段の羽
根車と、これらの羽根車毎に当該羽根車の径方向外周に
配置したディフューザと、ディフューザの下流に設けら
れた戻り流路とを備え、前記羽根車により昇圧した気体
を前記ディフューザおよび前記戻り流路を介して次段の
羽根車に導くようになっている。各段は、羽根車と、そ
の下流に配置されたディフューザと、ディフューザから
戻り流路へ移る曲がり部（以下ベンド部という）と翼部
（チャネル部）とからなる戻り流路などから構成されて
いる。

【０００３】このような構成の多段遠心圧縮機におい
て、中間段を流れる気体の一部を圧縮機から抽出する場
合には、従来、例えば実開昭６４−５１７９４号公報に
記載されているように、ディフューザの出口部、すなわ
ちベンド部の入り口部に円周スリット状の抽出口を設
け、その直後に集合管を構成し、抽出気体を中間吐出ノ
ズルへ導いている。ここで、主流と抽出流との分岐部は
鋭角のくさび状に形成されており、また、集合管は、抽
出を行う段のディフューザと前段の戻り流路との間に位
置している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術のような段間抽出を行う多段遠心圧縮機では、
集合管がディフューザの直後に配置されているため、集
合管に流入する気体は依然十分には減速されておらず、
集合管内の流れと合流するときに、流れの持つ運動エネ
ルギー、すなわち、流入流速の自乗に比例した大きなエ
ネルギー損失が発生し、圧縮機の性能が低下するという
問題があった。

【０００５】また、上記の従来技術のような段間抽出を
行う多段遠心圧縮機では、主流と抽出流との分岐部は鋭
角のくさび状に形成されており、ある特定の仕様点（設
計点）においては、滑らかな抽出が可能であった。しか
し実際には、プラントの運転状況等によっては主流と抽
出流の流量比が変化する場合があり、分岐部において流
量と通路面積が整合せず、主流と抽出流のいずれか一方
は急増速を、もう一方は急減速を受ける。このようなと
き、分岐部に鋭い角があると、縮流や剥離が生じ、これ
による大きな損失が発生して、圧縮機の性能が低下する
という問題があった。

【０００６】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたもので、本発明の第一の目的は、遠心
羽根車により昇圧した気体の一部を段間から抽出する環
状の抽出口と、抽出した気体の流れを集め中間吐出ノズ
ルへ導く集合管とを備えた多段遠心圧縮機において、昇
圧気体の段間抽出に伴うエネルギー損失を減少しうる、
高性能な多段遠心圧縮機を提供することにある。

【０００７】また、本発明の第二の目的は、遠心羽根車
により昇圧した気体の一部を段間から抽出する環状の抽
出口と、抽出した昇圧気体の流れを集め中間吐出ノズル
へ導く集合管を備えた多段遠心圧縮機において、前記抽
出流と、次段の遠心羽根車へ導かれる主流との分岐部
の、前記昇圧気体の流れが衝突する部分における縮流や
剥離の発生しない高性能な多段遠心圧縮機を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記第一の目的を達成す
るために、本発明の多段遠心圧縮機に係る第一の発明の
構成は、吸込口、吐出口、および中間吐出口を有するケ
ーシングと、前記ケーシング内に設けられた回転軸と、
前記回転軸に固定された多段の羽根車と、これらの羽根
車毎に当該羽根車の径方向外周に配置したディフューザ
と、前記ディフューザの下流に設けられた戻り流路とを
備え、前記羽根車により昇圧した気体を前記ディフュー
ザおよび前記戻り流路を介して次段の羽根車に導くもの
であって、前記羽根車により昇圧した気体の一部を段間
から抽出する環状の抽出口と、抽出した昇圧気体の流れ
を集め中間吐出口へ導く集合管を備えた多段遠心圧縮機
において、前記ディフューザから前記集合管へ至る間
に、環状の抽出流路を設けたものである。

【０００９】より詳しくは、前記集合管を、前記ディフ
ューザから前記戻り流路へ移る曲がり部よりも径方向外
周側に設けたものであり、前記集合管を、その回転軸方
向に見て、前記戻り流路と次段ディフューザとの間に位
置するか、前記ディフューザと前段戻り流路との間に位
置するように形成したものである。また、前記抽出流路
に複数の案内羽根を設けたものである。

【００１０】すなわち、上記の第一の発明に係る多段遠
心圧縮機によれば、遠心羽根車により昇圧した気体の一
部を段間から抽出する環状の抽出口と、抽出した気体の
流れを集め中間吐出ノズルへ導く集合管を備えた構造に
おいて、抽出口から集合管へ至る間に環状の抽出流路な
どから構成される、抽出流を減速させる手段を設けたこ
とにより、集合管に流入する気体を十分に減速させてか
ら、集合管内の流れと合流させることが可能となり、こ
れにより、合流時のエネルギー損失が減少し、もって、
高性能な多段遠心圧縮機を実現可能としたものである。

【００１１】また、上記第二の目的を達成するために、
本発明の多段遠心圧縮機に係る第二の発明の構成は、吸
込口、吐出口、および中間吐出口を有するケーシング
と、前記ケーシング内に設けられた回転軸と、前記回転
軸に固定された多段の羽根車と、これらの羽根車毎に当
該羽根車の径方向外周に配置したディフューザと、前記
ディフューザの下流に設けられた戻り流路とを備え、前
記羽根車により昇圧した気体を前記ディフューザおよび
前記戻り流路を介して次段の羽根車に導くものであっ
て、前記羽根車により昇圧した気体の一部を段間から抽
出する環状の抽出口と、抽出した昇圧気体の流れを集め
中間吐出口へ導く集合管を備えた多段遠心圧縮機におい
て、段間から抽出される抽出流と、次段の羽根車へ導か
れる主流との分岐部における、前記昇圧気体の流れが衝
突する部分を、丸みを有する鈍頭な形状に形成したもの
である。

【００１２】上記の第二の発明に係る多段遠心圧縮機に
よれば、遠心羽根車により昇圧した気体の一部を段間か
ら抽出する環状の抽出口と、抽出した気体の流れを集め
中間吐出ノズルへ導く集合管を備えた構造において、抽
出流と、次段の遠心羽根車へ導かれる主流との分岐部
で、昇圧気体の流れが衝突する部分を、丸みを持った鈍
頭な形状に構成したことにより、プラントの運転状況等
により主流と抽出流の流量比が変化しても、縮流や剥離
が発生せず、これにより、分岐時のエネルギー損失が減
少し、もって、高性能な多段遠心圧縮機を実現可能とし
たものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１ないし図１４を参照しながら詳細に説明する。
まず、図１ないし図１０を参照して第一の発明の実施の
形態を説明する。 〔実施の形態 １〕図１は、本発明を適用する段間抽出
流路構造を採用した多段遠心圧縮機の第１の実施の形態
における略示構成図、図２は、図１に示す多段遠心圧縮
機の第１の実施の形態の内部構造を示す要部縦断面図で
ある。

【００１４】図１に示す多段遠心圧縮機１００は、ケー
シング１と、ケーシング内に設けられた回転軸２と、こ
の回転軸に取り付けられた５段の羽根車３ａ，３ｂ，３
ｃ，３ｄ，３ｅを有する。また、ケーシング１には、１
段目の羽根車３ａに気体を供給するための吸込口に係る
吸込ノズル５と、羽根車３ａを経て２段目の羽根車３ｂ
で昇圧された気体の一部を、羽根車３ｂの出口から３段
目の羽根車３ｃの入口に至る段間から抽出し、ケーシン
グ外へ吐出する中間吐出口に係る中間吐出ノズル６と、
３段目，４段目の羽根車３ｃ，３ｄを経て最終段の羽根
車３ｅから吐出された昇圧を圧縮機外部へ導く吐出口に
係る最終吐出ノズル７とが設けられている。

【００１５】次に、図２に、図１に示した第１の実施の
形態における、羽根車３ｂ，３ｃ及び中間吐出ノズル６
付近の圧縮機内部構造を示す。図２において、回転軸２
には回転スリーブ４と羽根車３が嵌め合わされ固定され
ている。羽根車３の周方向外周にはディフューザ１０が
配置され、ディフューザ１０の下流には、該ディフュー
ザ１０からチャネル部１２へ移る曲がり部、すなわちＵ
字形状に湾曲したベンド部１１と、円形翼列状の案内羽
根２０を設けたチャネル部１２とから構成される戻り流
路２１が装備されている。

【００１６】また、ディフューザ１０とベンド部１１の
接続部付近には、羽根車３ｂにより昇圧された気体の一
部を抽出するための抽出口１３が設けられ、その下流に
は抽出口を通って抽出された抽出流１８を集合管１５へ
導く環状の抽出流路１４と、集合管１５によって集めら
れた抽出流をケーシング１外へ吐出する中間吐出ノズル
６が設けられている。

【００１７】ここで、吸込ノズル５から供給された作動
気体の流れ１７は、前段羽根車３ａおよび前段のディフ
ューザ、戻り流路を経たのち、羽根車３ｂにより昇圧さ
れ、ディフューザ１０の下流で、抽出流路１４へ流れる
抽出流１８と戻り流路２１へ流れる主流１９とに分岐さ
れる。

【００１８】一般に、羽根車直後の流れは、子午面方向
速度成分だけでなく大きな周方向速度成分を有してお
り、これは、ディフューザによる減速作用を受けた後も
なお多く残り、気体は依然大きな流速を有している。し
たがって、ディフューザ直後に集合管を配した従来技術
においては、抽出流と集合管内の流れを整合させるため
には、集合管内の旋回流速を大きくする必要があり、よ
って、集合管内での摩擦損失が大きいという問題があっ
た。また、流速の絶対値が大きいため、集合管内の流速
とわずかな割合で不整合が生じても合流時に大きな混合
損失が発生するという問題があった。

【００１９】一方、図２に示したとおり、この第１の実
施の形態においては、集合管１５は、戻り流路２１のベ
ンド部１１より径方向外周側に配置され、集合管１５と
抽出口１３の間は環状の抽出流路１４で連結されてい
る。このような構成とすることで、抽出流は、ディフュ
ーザ１０の出口部で主流１９から分岐されたのち、さら
に抽出流路１４で、ディフューザと同様の減速作用を受
け、よって、集合管１５への流入時には十分減速されて
いる。したがって、集合管１５内の旋回流速を小さくで
き、集合管１５内での摩擦損失が低減される。このと
き、集合管１５内の流速を小さくするためには、集合管
１５の断面積を大きくする必要があるが、本実施の形態
においては、集合管１５は戻り流路２１のベンド部１１
より径方向外周側にあるため、圧縮機の軸方向長さを増
大させずに、大きな断面積の集合管を配置することがで
きるものである。

【００２０】また、本実施の形態によれば、集合管１５
に流出する流速の絶対値が小さいので、集合管１５内の
流速と多少の不整合が生じても合流時の混合損失は小さ
い。このことから、さらに、集合管１５の構造として、
周方向に断面積を変化させ集合管１５内の流速を一定に
するスクロール構造だけでなく、周方向に断面積が一定
のコレクタ構造を採用することが可能となり、この場
合、ケーシングの形状を簡素化でき製造コストを低減で
きる利点がある。

【００２１】なお、本実施の形態においては、集合管１
５の断面形状を長方形に構成しているが、これは、円形
形状でも、さらには任意の断面形状でもよく、これらの
どの断面形状に対しても、スクロール構造、または、コ
レクタ構造が採用できるものである。

【００２２】本実施の形態は、２段目の羽根車３ｂの出
口から３段目の羽根車３ｃの入口に至る段間から抽出し
た場合の構成を示したが、抽出を行う段は圧縮機のどの
段であってもよく、特に、１段目と２段目の間で抽出を
行う場合には、集合管をベンド部より径方向外周に配置
することで、１段目羽根車の上流に大きな空間を占める
吸込流路との干渉を避けることができるという利点もあ
る。

【００２３】〔実施の形態 ２〕図３は、本発明の第２
の実施の形態に係る多段遠心圧縮機の内部構造を示す要
部縦断面図である。図３は、特に、抽出流と主流の分岐
部及び集合管付近を拡大して示したものであり、図中、
図２と同一符号のものは先の実施の形態と同等部分であ
るから、その説明を省略する。図３に示す実施の形態で
も、集合管１５は、戻り流路のベンド部１１より径方向
外周側に配置され、集合管１５と抽出口１３の間は環状
の抽出流路１４Ａで連結されている。ここで、抽出流路
１４Ａは、その入口部から出口部に向けて徐々に流路幅
が増加するように形成されている。

【００２４】図３に示す実施の形態のような構成とする
ことで、抽出流１８は、ディフューザ１０の出口部で主
流１９と分岐されたのち、抽出流路１４Ａにおいて、第
１の実施の形態と同様の減速作用を受けるが、加えて、
抽出流路の入口部から出口部に向けて流路幅が増加する
ので、特に子午面速度成分に関し、より減速が行われ
る。一般に、集合管１５に流入する流れの持つ子午面速
度成分による運動エネルギーは、その多くが損失となる
ため、本実施の形態のように、子午面速度成分を減速さ
せ、圧力エネルギーに変換することは、抽出に伴うエネ
ルギー損失を低減する効果が大きい。

【００２５】なお、抽出流路の流路幅を拡大する手段と
して、本実施の形態では、抽出流路１４Ａを構成する流
路壁のうち、前段側の壁をテーパ状に傾けているが、こ
れは、次段側の壁を傾けても、あるいは両側の壁を傾け
てもよく、さらには、任意の曲面形状でもよい。また、
図３において、図示を省略した羽根車等の構成要素は、
第１の実施の形態と同様でよい。

【００２６】〔実施の形態 ３〕次に、図４は、本発明
の第３の実施の形態に係る多段遠心圧縮機の内部構造を
示す要部縦断面図である。図４は、特に、抽出流と主流
の分岐部及び集合管付近を拡大して示したものであり、
図中、図２と同一符号のものは先の実施の形態と同等部
分であるから、その説明を省略する。また、図５は、図
４のＡ矢視横断面図である。

【００２７】図４，５に示す実施の形態でも、集合管１
５Ｂは、戻り流路のベンド部１１より径方向外周側に配
置され、集合管と抽出口１３の間は環状の抽出流路１４
Ｂで連結されているが、さらに、抽出流路１４Ｂには、
図５に示した断面構造を持つ円形翼列状の案内羽根２２
が装備されている。本実施の形態においては、この案内
羽根２２は一定の板厚を持つ、反りのない直線状の羽根
であり、その前後縁での周方向とのなす角度がそれぞれ
β１、β２となるように取り付けてある。このとき、幾
何学的に常にβ１＜β２となる。また、集合管１５Ｂ
は、集合管１５Ｂ内の流速が周方向に一定になるように
断面積を変化させたスクロール構造に形成されている。

【００２８】図４，５に示す実施の形態のような構成と
することで、抽出流１８は、ディフューザ１０の出口部
で主流１９と分岐されたのち、抽出流路１４Ｂにおい
て、上記第１の実施の形態と同様の減速作用を受ける
が、加えて、抽出流路１４Ｂに設けられた案内羽根２２
により、抽出流の周方向速度成分が減少するので、集合
管１５Ｂへの流入速度をさらに小さくすることができ
る。したがって、集合管１５Ｂ内の旋回流速も小さくす
ることができ、集合管１５Ｂ内での摩擦損失が低減され
る。

【００２９】なお、本実施の形態においては、集合管１
５Ｂをスクロール構造としたが、第１の実施の形態の場
合と同様にコレクタ構造としてもよい。また、図４およ
び図５において図示を省略した構成要素は、第１の実施
の形態の場合と同様のものでよい。

【００３０】〔実施の形態 ４〕図６は、本発明の第４
の実施の形態に係る多段遠心圧縮機の内部構造を示す要
部拡大横断面図である。図中、図５と同一符号のものは
先の図４，５の実施の形態と同等部分であるから、その
説明を省略する。図６に示す実施の形態は、図５に示し
た上記第３の実施の形態に対し、特に、抽出流路１４Ｂ
に設けたた案内羽根２２Ａの形状が異なり、ここでは、
図６にあるとおり、案内羽根２２Ａは反りを持った円弧
形状を有している。案内羽根２２Ａの前後縁の取り付け
角度は上記第３の実施の形態と同様にβ１＜β２となる
よう形成されている。また、案内羽根２２Ａの前後縁半
径はそれぞれＲ１，Ｒ２に構成されている。さらに、案
内羽根２２Ａの前縁部は断面が円弧状になるよう成形さ
れている。

【００３１】図６に示す実施の形態のような構成とする
ことで、案内羽根２２Ａは直線翼に限定されないため、
構成の自由度が高いといいう利点がある。すなわち、上
記第３の実施の形態になる直線翼では、前後縁の羽根取
り付け角β１、β２、前後縁半径Ｒ１，Ｒ２の内、いず
れか３つを決めると、残りの１つは幾何学的に一意に定
まり、したがって、必ずしも最適な形状には形成できな
い。これに対し、本実施の形態のような円弧翼では、上
記４つのパラメータの全てを独立に決定できるので、よ
り望ましい翼形状を形成できる。また、本実施の形態で
は、翼の前縁部は断面が円弧状になるよう成形されてお
り、抽出流が本円形翼列へ流入する際の損失を低減する
ことができる。

【００３２】〔実施の形態 ５〕図７は、本発明の第５
の実施の形態に係る多段遠心圧縮機の内部構造を示す要
部拡大横断面図である。図中、図５と同一符号のものは
先の図４，５の実施の形態と同等部分であるから、その
説明を省略する。図７に示す実施の形態は、図５に示し
た上記第３の実施の形態に対し、抽出流路１４Ｂに設け
た案内羽根２２Ｂの形状が異なり、ここでは、図７にあ
るとおり、案内羽根２２Ｂはその前縁から後縁に向かい
羽根厚さが変化する翼断面形状を有している。案内羽根
２２Ｂの前後縁の取り付け角度は上記第３の実施の形態
と同様にβ１＜β２となるよう形成されている。また、
案内羽根２２Ｂの前後縁半径はそれぞれＲ１，Ｒ２に構
成されている。さらに、本実施の形態において、円形翼
列状の案内羽根２２Ｂは、円周方向に重なりがなく、す
なわち、翼間に喉部がないよう配置されている。

【００３３】図７に示す実施の形態のような構成とする
ことで、やはり、上記第４の実施の形態と同様に、案内
羽根２２Ｂが直線翼に限定されないことにより、構成の
自由度が高いという利点がある。また、このような、翼
間に喉部がない翼列の配置は、遠心圧縮機のディフュー
ザ部によく用いられ、大流量時にも閉塞が起こらず、ま
た小流量時にも失速しにくいため広い流量範囲で有効な
減速が得られることが知られている。したがって、特に
プラントの運転状況等により抽出流量が変化した場合に
も、抽出に伴う損失を効果的に低減することができる。

【００３４】〔実施の形態 ６〕図８は、本発明の第６
の実施の形態に係る多段遠心圧縮機の内部構造を示す要
部縦断面図である。図８は、特に、抽出流と主流の分岐
部及び集合管付近を拡大して示したものであり、図中、
図２と同一符号のものは、第１の実施の形態と同等部分
であるから、その説明を省略する。図８に示す実施の形
態では、集合管１５Ｃは、戻り流路のベンド部１１より
径方向外周側に、かつ回転軸方向においてはディフュー
ザ１０と前段戻り流路２１ａ（図２参照）の間に設けら
れている。また、集合管１５Ｃと抽出口１３の間は環状
の抽出流路１４Ｃで連結されている。

【００３５】抽出流路１４Ｃは、その入口部から出口部
に向けて徐々に流路幅が増加するように形成されてい
る。さらに、この抽出流路１４Ｃには、円形翼列状の案
内羽根２２が設置されている。この案内羽根の断面形状
や配置方法は、上記第３ないし第５の実施の形態（図
５，６，７の実施の形態）に示したいずれでもよい。図
８に示す実施の形態のような構成とすることで、上記第
１から第３の、あるいは第４や第５の実施の形態と同様
の効果が得られる。

【００３６】なお、抽出流路１４Ｃの流路幅の拡大手段
として、本実施の形態では、抽出流路１４Ｃを形成する
流路壁のうち、前段側の壁をテーパ状に傾けているが、
これは、次段側の壁を傾けても、あるいは両側の壁を傾
けてもよく、さらには、任意の曲面形状でもよい。ま
た、図８において図示を省略した構成要素は、第１の実
施の形態と同様でよい。

【００３７】〔実施の形態 ７〕図９は、本発明の第７
の実施の形態に係る多段遠心圧縮機の内部構造を示す要
部縦断面図である。図９は、特に、抽出流と主流の分岐
部及び集合管付近を拡大して示したものであり、図中、
図２と同一符号のものは、第１の実施の形態と同等部分
であるから、その説明を省略する。また、図１０は、図
９のＡ−Ａ矢視断面による円筒展開図である。

【００３８】図９，１０に示す実施の形態では、集合管
１５Ｄは、回転軸方向において、戻り流路２１と次段デ
ィフューザ１０ａ（図２参照）との間に設けられてい
る。また、抽出口１３は戻り流路２１のベンド部１１の
途中に設けられ、この抽出口１３と集合管１５Ｄの間
は、ほぼ回転軸方向に延びる環状の抽出流路１４Ｄで連
結されている。ここで、抽出流路１４Ｄは、その入口部
から出口部に向けて徐々に流路幅が増加するように形成
されており、さらに、この抽出流路１４Ｄには、図１０
に示すような案内羽根２２Ａが円周方向に複数設けられ
ている。この案内羽根２２Ａは一定の板厚を持つ円弧状
の羽根であり、その前後縁での周方向とのなす角度β
１、β２がβ１＜β２となるように形成されている。

【００３９】図９，１０に示す実施の形態のような構成
とすることで、上記第１ないし第３、あるいは第６の実
施の形態と同様の効果が得られるが、特に、本実施の形
態においては抽出口１３をベンド部１１の途中に設けた
ことから、抽出流路１４Ｄの入口部で既に上記実施の形
態の場合よりも減速されており、集合管１５Ｄへの流入
流速をさらに小さくでき、よって、集合管１５Ｄ内の旋
回流速、ひいては、摩擦損失を減少させることができ
る。あるいは、集合管１５Ｄ内の流速を上記実施の形態
と同程度とすれば、抽出流路１４Ｄでの減速負荷を低減
でき、抽出流１８の流量が設計値より小流量に変化し、
案内羽根２２Ａへの流入角度がβ１より小さくなって
も、失速しにくくすることができる。

【００４０】さらに、本実施の形態においては、集合管
１５Ｄは、回転軸方向において、戻り流路２１と次段デ
ィフューザ１０ａとの間に設けられており、ベンド部１
１の外径に対して、集合管１５Ｄの外径を同程度の大き
さに抑えることができるので、ケーシング１の外径を小
さくできる利点がある。このような配置は、次段の羽根
車３ｃが段間の軸方向ピッチが大きい場合等、集合管を
配置できる大きな空間を確保可能な場合には特に有効で
ある。

【００４１】図９，１０に示す実施の形態においては、
抽出流路１４Ｄに設けた案内羽根２２Ａは、図１０に示
すとおり、一定の板厚を持つ円弧状の羽根であるが、上
記第５の実施の形態にも用いた翼断面形状のものでもよ
く、この場合、上記第５の実施の形態におけるものと類
似の効果が得られる。また、抽出流路１４Ｄの流路幅の
拡大手段として、本実施の形態では、抽出流路１４Ｄを
形成する流路壁のうち、外周側の壁をテーパ状に傾けて
いるが、これは、内周側の壁を傾けても、あるいは両方
を傾けてもよく、さらには、任意の曲面形状でもよい。
また、図９，１０において図示を省略した構成要素は、
第１の実施の形態と同様でよい。

【００４２】次に第二の発明の実施の形態を図１１ない
し図１４を参照して説明する。 〔実施の形態 ８〕図１１は、本発明の第８の実施の形
態に係る多段遠心圧縮機の内部構造を示す要部縦断面図
である。図１１は、特に、抽出流と主流の分岐部及び集
合管付近を拡大して示したものであり、図中、図２と同
一符号のものは、第１の実施の形態と同等部分であるか
ら、その説明を省略する。

【００４３】図１１に示す実施の形態は、実開昭６４−
５１７９４号公報に開示されている装置を改良したもの
である。すなわち、抽出流１８と主流１９の分岐部の形
状を改良しており、羽根車からの作動気体の流れ１７が
衝突する部分１６を、丸みを持った鈍頭な形状に形成し
ている。集合管１５Ｅは、回転軸方向に見て、ディフュ
ーザ１０と前段戻り流路２１ａ（図２参照）との間に位
置するように形成されている。

【００４４】上述のように、従来の技術においては、あ
る仕様点（設計点）における性能を確保するため、この
ときに最も滑らかな抽出が可能となるよう、主流と抽出
流の分岐部を、例えば図２のように鋭角のくさび状に形
成している。しかし、実際の圧縮機では、プラントの運
転状況等により、設計点と異なる点で運転され、主流と
抽出流の流量比が変化する場合があり、この場合、分岐
部において流量と通路面積とが整合せず、主流と抽出流
のいずれか一方は急増速、もう一方は急減速を受ける。
これは、流路面積の急縮小、急拡大に似て、このとき分
岐部に鋭い角があると、縮流や剥離が生じ、これによる
大きな損失が発生して、圧縮機の性能低下を招いてい
た。

【００４５】そこで、本実施の形態のように、抽出流１
８と主流１９との分岐部において、羽根車からの作動気
体の流れ１７が衝突する部分に丸みを持たせ、鈍頭な形
状を形成することで、上記のように主流１９と抽出流１
８との流量比が変化した場合にも、流路の急拡大や急縮
小を緩和でき、縮流や剥離の発生を抑えることができ
る。したがって、設計点とは異なる運転点においても、
圧縮機の性能低下を最小限に抑えることができる。な
お、図１１において図示を省略した構成要素は、第１の
実施の形態と同様でよい。

【００４６】〔実施の形態 ９〕図１２は、本発明の第
９の実施の形態に係る多段遠心圧縮機の内部構造を示す
要部縦断面図である。図１２は、特に、抽出流と主流の
分岐部及び集合管付近を拡大して示したものであり、図
中、図２と同一符号のものは、第１の実施の形態と同等
部分であるから、その説明を省略する。図１２に示す実
施の形態は、図２に示した上記第１の実施の形態と類似
の構成を有するが、抽出流１８と主流１９の分岐部の形
状が異なり、ここでは上記第８の実施の形態と同様に、
羽根車からの作動気体の流れ１７が衝突する部分１６
を、丸みを持った鈍頭な形状に形成している。

【００４７】〔実施の形態 １０〕図１３は、本発明の
第１０の実施の形態に係る多段遠心圧縮機の内部構造を
示す要部縦断面図である。図１３は、特に、抽出流と主
流の分岐部及び集合管付近を拡大して示したものであ
り、図中、図２と同一符号のものは、第１の実施の形態
と同等部分であるから、その説明を省略する。図１３に
示す実施の形態では、抽出流１８と主流１９の分岐部の
形状を、上記第８の実施の形態と同様に、鈍頭形状に構
成している。また、本実施の形態においては、抽出口１
３を戻り流路のベンド部１１の途中、あるいは、ベンド
部１１の出口付近に形成している。集合管１５Ｆは、ベ
ンド部１１よりも径方向外周側に位置している。

【００４８】図１３に示す実施の形態によれば、抽出流
１８と主流１９の分岐部を丸みを持った鈍頭形状に形成
することで、上記第８の実施の形態と同様の効果が得ら
れ、プラントの運転状況の変化等により、主流と抽出流
の流量比が変化した場合にも、分岐部における縮流や剥
離の発生を抑えることができる。

【００４９】また、本実施の形態では、抽出口１３を戻
り流路のベンド部１１の途中、さらには、ベンド部１１
の出口付近に形成しているため、昇圧気体すなわち作動
気体の流れ１７は分岐部に至るまでにより減速されてお
り、分岐に伴う損失はさらに小さくなる。よって、設計
点とは異なる運転点においても、圧縮機の性能低下を最
小限に抑えることができる。なお、図１３において図示
を省略した構成要素は、第１の実施の形態と同様でよ
い。

【００５０】〔実施の形態 １１〕図１４は、本発明の
第１１の実施の形態に係る多段遠心圧縮機の内部構造を
示す要部縦断面図である。図１４は、特に、抽出流と主
流の分岐部及び集合管付近を拡大して示したものであ
り、図中、図２と同一符号のものは、第１の実施の形態
と同等部分であるから、その説明を省略する。図１４に
示す実施の形態では、抽出流１８と主流１９の分岐部の
形状を、上記第８の実施の形態と同様に、鈍頭形状に構
成している。また、本実施の形態においては、抽出口１
３を戻り流路のベンド部１１の出口付近に形成してい
る。また、集合管１５Ｇは、回転軸方向に見て、戻り流
路２１と次段ディフューザ１０ａ（図２参照）との間に
位置している。

【００５１】図１４に示す実施の形態によれば、抽出流
１８と主流１９の分岐部を丸みを持った鈍頭形状に形成
することで、上記第８の実施の形態と同様の効果が得ら
れ、プラントの運転状況の変化等により、主流と抽出流
の流量比が変化した場合にも、分岐部における縮流や剥
離の発生を抑えることができる。

【００５２】また、本実施の形態では、抽出口１３を戻
り流路のベンド部１１の出口付近に形成しているため、
作動気体の流れ１７は分岐部に至るまでにより減速され
ており、分岐に伴う損失はさらに小さくなる。よって、
設計点とは異なる運転点においても、圧縮機の性能低下
を最小限に抑えることができる。なお、図１４において
図示を省略した構成要素は、第１の実施の形態と同様で
よい。

【００５３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、遠心羽根車により昇圧した気体の一部を段間から
抽出する環状の抽出口と、抽出した気体の流れを集め中
間吐出ノズルへ導く集合管とを備えた多段遠心圧縮機に
おいて、ディフューザから集合管へ至る間に、昇圧気体
の抽出に伴うエネルギー損失を減少させ、高性能な多段
遠心圧縮機を提供することができる。

【００５４】また、本発明によれば、遠心羽根車により
昇圧した気体の一部を段間から抽出する環状の抽出口
と、抽出した昇圧気体の流れを集め中間吐出ノズルへ導
く集合管を備えた多段遠心圧縮機において、前記抽出流
と、次段の遠心羽根車へ導かれる主流との分岐部の、前
記昇圧気体の流れが衝突する部分における縮流や剥離の
発生しない高性能な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】

【図１】本発明を適用する段間抽出流路構造を採用した
多段遠心圧縮機の第１の実施の形態における略示構成図
である。

【図２】図１に示す多段遠心圧縮機の第１の実施の形態
の内部構造を示す要部縦断面図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係る多段遠心圧縮
機の内部構造を示す要部縦断面図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態に係る多段遠心圧縮
機の内部構造を示す要部縦断面図である。

【図５】図４のＡ矢視横断面図である。

【図６】本発明の第４の実施の形態に係る多段遠心圧縮
機の内部構造を示す要部拡大横断面図である。

【図７】本発明の第５の実施の形態に係る多段遠心圧縮
機の内部構造を示す要部拡大横断面図である。

【図８】本発明の第６の実施の形態に係る多段遠心圧縮
機の内部構造を示す要部縦断面図である。

【図９】本発明の第７の実施の形態に係る多段遠心圧縮
機の内部構造を示す要部縦断面図である。

【図１０】図９のＡ−Ａ矢視断面による円筒展開図であ
る。

【図１１】本発明の第８の実施の形態に係る多段遠心圧
縮機の内部構造を示す要部縦断面図である。

【図１２】本発明の第９の実施の形態に係る多段遠心圧
縮機の内部構造を示す要部縦断面図である。

【図１３】本発明の第１０の実施の形態に係る多段遠心
圧縮機の内部構造を示す要部縦断面図である。

【図１４】本発明の第１１の実施の形態に係る多段遠心
圧縮機の内部構造を示す要部縦断面図である。

【符号の説明】

１…ケーシング、２…回転軸、３…羽根車、３ａ…１段
目羽根車、３ｂ…２段目羽根車、３ｃ…３段目羽根車、
３ｄ…４段目羽根車、３ｅ…５段目羽根車、５…吸込ノ
ズル、６…中間吐出ノズル、７…最終吐出ノズル、１０
…ディフューザ、１０ａ…次段ディフューザ、１１…ベ
ンド部、１２…チャネル部、１３…抽出口、１４，１４
Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ…抽出流路、１５，１５
Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅ，１５Ｆ，１５Ｇ…集合
管、１６…昇圧気体の衝突部、１７…作動気体の流れ、
１８…抽出流、１９…主流、２０…案内羽根、２１…戻
り流路、２１ａ…前段戻り流路、２２…案内羽根。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三浦 治雄 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社 日立製作所土浦工場内 (72)発明者 栄野 隆 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社 日立製作所土浦工場内 (56)参考文献 特開 平６−257590（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−51794（ＪＰ，Ａ) 実開 昭51−130109（ＪＰ，Ｕ) 富田幸雄，水力学 −流れ現象の基礎 と構造−，日本，実教出版株式会社, 1982年 ３月20日，ｐ133−135 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04D 29/44 F04D 17/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸込口、吐出口、および中間吐出口を有
   するケーシングと、前記ケーシング内に設けられた回転
   軸と、前記回転軸に固定された多段の羽根車と、これら
   の羽根車毎に当該羽根車の径方向外周に配置したディフ
   ューザと、前記ディフューザの下流に設けられた戻り流
   路とを備え、前記羽根車により昇圧した気体を前記ディ
   フューザおよび前記戻り流路を介して次段の羽根車に導
   くものであって、 前記羽根車により昇圧した気体の一部を段間から抽出す
   る環状の抽出口と、抽出した昇圧気体の流れを集め中間
   吐出口へ導く集合管とを備えた多段遠心圧縮機におい
   て、 前記集合管を、前記ディフューザから前記戻り流路へ移
   る曲がり部よりも径方向外周側であって、その回転軸方
   向に見て、前記戻り流路と前記ディフューザとの間に位
   置するように設け、 前記ディフューザから前記集合管へ至る間に、環状の抽
   出流路を設けたことを特徴とする多段遠心圧縮機。
2. 【請求項２】 吸込口、吐出口、および中間吐出口を有
   するケーシングと、前記ケーシング内に設けられた回転
   軸と、前記回転軸に固定された多段の羽根車と、これら
   の羽根車毎に当該羽根車の径方向外周に配置したディフ
   ューザと、前記ディフューザの下流に設けられた戻り流
   路とを備え、前記羽根車により昇圧した気体を前記ディ
   フューザおよび前記戻り流路を介して次段の羽根車に導
   くものであって、 前記羽根車により昇圧した気体の一部を段間から抽出す
   る環状の抽出口と、抽出した昇圧気体の流れを集め中間
   吐出口へ導く集合管とを備えた多段遠心圧縮機におい
   て、 前記集合管を、前記ディフューザから前記戻り流路へ移
   る曲がり部よりも径方向外周側であって、その回転軸方
   向に見て、前記戻り流路と次段ディフューザとの間に位
   置するように設け、 前記ディフューザから前記集合管へ至る間に、環状の抽
   出流路を設けたことを特徴とする多段遠心圧縮機。