JP7235595B2 - 回転機械 - Google Patents

Description

本発明は、回転機械に関する。

例えば遠心圧縮機や遠心ポンプ、発電機、タービン等の回転機械は、軸線回りに回転する回転体としてのロータと、このロータを外側から覆う静止体としてのケーシングと、を備えている。回転するロータと静止しているケーシングとの間では、作動流体を介して摩擦抵抗（円板摩擦損失）が生じる。特に、遠心圧縮機の場合、吐出流量に対し高い揚程を得るためには、インペラの外径が大きくなることから、上記の円板摩擦損失が増大することが知られている。

このような円板摩擦損失を低減するための技術として、下記特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１には、遠心圧縮機のインペラ背面側に径方向に間隔をあけて複数のフェンスを設けることで、背面側の空間を複数に分割している。これにより、各空間内での速度分布が制御され、円板摩擦損失が低減できるとされている。

特開平３－１１１９８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された装置では、分割された空間内を流通する流体が静止体であるケーシングの内面に接触している。このため、インペラ背面とケーシングとの間には摩擦損失が存在する。即ち、特許文献１に記載された装置には依然として改善の余地がある。また、インペラの外周面は、他の部分に比べて周速が高いため、当該外周面とケーシングとの間で生じる摩擦損失も無視できない。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、摩擦損失をより一層低減することで効率の向上した回転機械を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る回転機械は、軸線回りに回転可能であるとともに、該軸線に交差する面内に広がるディスク背面を有するインペラと、前記ディスク背面に前記軸線方向から対向するとともに、該ディスク背面との間に流体が径方向内側から径方向外側に向かって流通する流路を形成するケーシング背面を有するケーシングと、を備え、前記ディスク背面には、該ディスク背面から突出するとともに、前記ケーシング背面に向かうに従って、前記軸線に対する径方向外側から内側に向かって延びる傾斜面を有する第一突出部が設けられ、前記ケーシング背面には、該ケーシング背面から突出するとともに、前記傾斜面に対して径方向に隙間をあけて対向する案内面を有する第二突出部が設けられている。

上記構成によれば、例えば流路中を径方向内側から外側に向かって流れる流体は、まずケーシング背面に設けられた第二突出部によって案内されることでディスク背面側に向かう。その後、第二突出部を乗り越えた流体は、ディスク背面に設けられた第一突出部の傾斜面に衝突する。この傾斜面とディスク背面との間に形成されている空間内で、流体の淀みが形成される。即ち、この淀みを除く流れの成分（主流）は、淀みを避けるようにして流路中を径方向外側に向かって流れることとなる。したがって、主流とインペラ（ディスク背面）との接触する領域が、上記の淀みの形成によって縮小される。その結果、インペラとケーシングとの間で生じる摩擦損失を低減することができる。さらに、上記の傾斜面に沿って案内された流体は、第二突出部の案内面に到達する。このとき、傾斜面におけるケーシング背面側の端縁で流れの剥離が生じる。剥離した流れは、案内面からケーシング背面に向かう方向に旋回する渦を形成する。この渦は、インペラの回転に伴う周方向速度成分を含んでいる。したがって、渦が介在することによって、インペラとケーシングとの間の摩擦損失をさらに低減することができる。

上記回転機械では、前記第一突出部は、前記傾斜面における前記ケーシング背面側の端縁から径方向外側に向かって延びる外側延長面を有してもよい。

上記構成によれば、第一突出部の径方向外側に外側延長面が設けられている。これにより、外側延長面とケーシング背面との間の離間寸法を小さくなる。したがって、第一突出部の径方向外側で形成される渦は径方向に引き伸ばされた状態となる（軸線方向の寸法よりも径方向の寸法が長い状態となる。）。その結果、第一突出部の径方向外側におけるより広い範囲で、インペラとケーシングとの間の摩擦損失を低減することができる。

上記回転機械では、前記第一突出部は、前記傾斜面とは反対側を向き、前記ディスク背面とともにキャビティを形成するキャビティ形成面を有してもよい。

上記構成によれば、第一突出部の径方向外側にキャビティ形成面が設けられている。キャビティ形成面は、ディスク背面における第一突出部よりも径方向外側の部分とともにキャビティを形成する。これにより、第一突出部の径方向外側で形成される渦は、このキャビティを満たすようにして大きく成長する。その結果、インペラとケーシングとの間の摩擦損失をさらに低減することができる。

上記回転機械では、前記第二突出部は、前記案内面における前記ディスク背面側の端縁から前記ディスク背面に向かうに従って径方向内側に延びる傾斜案内面を有してもよい。

上記構成によれば、第二突出部の径方向内側の面は、ディスク背面に向かうに従って径方向内側に延びる傾斜案内面とされている。したがって、例えば流路中を径方向内側から外側に向かって流れる流体は、この傾斜案内面によって円滑に案内されて第一突出部に向かう。一方で、傾斜案内面が形成されていない場合、第二突出部によって流れの乱れが生じたり、圧力損失が生じたりしてしまう。上記の構成によれば、これらの可能性を低減することができる。

上記回転機械では、前記案内面に設けられ、周方向に間隔をあけて配列され、前記ディスク背面から前記ケーシング背面に向かうに従って前記インペラの回転方向前方側に向かって流体を案内する旋回案内部をさらに有してもよい。
また、本発明の一態様に係る回転機械は、軸線回りに回転可能であるとともに、該軸線に交差する面内に広がるディスク背面を有するインペラと、前記ディスク背面に前記軸線方向から対向するとともに、該ディスク背面との間に流体が流通する流路を形成するケーシング背面を有するケーシングと、を備え、前記ディスク背面には、該ディスク背面から突出するとともに、前記ケーシング背面に向かうに従って、前記軸線に対する径方向外側から内側に向かって延びる傾斜面を有する第一突出部が設けられ、前記ケーシング背面には、該ケーシング背面から突出するとともに、前記傾斜面に対して径方向に隙間をあけて対向する案内面を有する第二突出部が設けられており、前記案内面に設けられ、周方向に間隔をあけて配列され、前記ディスク背面から前記ケーシング背面に向かうに従って前記インペラの回転方向前方側に向かって流体を案内する旋回案内部をさらに有する。

上記構成によれば、案内面に旋回案内部が設けられていることによって、案内面の径方向外側で形成される渦に、インペラの回転方向の速度成分（即ち、周方向速度成分）を与えることができる。その結果、渦の介在によるケーシングとインペラとの間の摩擦損失をより一層低減することができる。

本発明の一態様に係る回転機械は、軸線回りに回転可能であるとともに、該軸線に交差する面内に広がるカバー上流面、及び該カバー上流面の径方向外側の端縁に沿って広がるとともに径方向外側を向くカバー外周面を有するインペラと、前記カバー上流面に前記軸線方向から対向するとともに、該カバー上流面との間に径方向外側から径方向内側に向かって流体が流通する流路を形成するケーシング上流面、及び該ケーシング上流面の径方向外側の端縁に広がるとともに前記カバー外周面との間に前記流路に連通する軸方向流路を形成するケーシング内周面を有するケーシングと、を備え、前記カバー外周面、及び前記ケーシング内周面の少なくとも一方には、前記軸方向流路の断面積を減少させる狭窄部が設けられ、前記ケーシング内周面と前記ケーシング上流面との間には、径方向外側から内側に向かうに従って前記ケーシング内周面から前記ケーシング上流面に向かって延びる渦形成面が設けられている。

上記構成によれば、例えば軸方向流路をケーシング上流面に向かって流れる流体は、狭窄部を通過する際に流れの剥離を生じる。この剥離した流れは、渦形成面に衝突することで向きを変えることで渦を形成する。この渦は、ケーシング内周面から渦形成面を経てケーシング上流面に向かう方向に旋回する。このような渦が形成されることによって、インペラの外周側の部分におけるインペラと静止体との間の摩擦損失を低減することができる。

上記回転機械では、前記狭窄部は、前記カバー外周面から径方向外側に向かって突出するとともに、前記軸線を中心とする環状の突起であってもよい。

上記構成によれば、カバー外周面に狭窄部としての環状の突起を設けることのみによって、インペラと静止体との間の摩擦損失を容易に低減することができる。

上記回転機械では、前記狭窄部は、前記ケーシング内周面から径方向内側に向かって突出するとともに、前記軸線を中心とする環状の突起であってもよい。

上記構成によれば、ケーシング内周面に狭窄部としての環状の突起を設けることのみによって、インペラと静止体との間の摩擦損失を容易に低減することができる。

本発明によれば、摩擦損失をより一層低減することで効率の向上した回転機械を提供することができる。

本発明の第一実施形態に係る回転機械としての遠心圧縮機の構成を示す断面図である。 本発明の第一実施形態に係る遠心圧縮機のインペラ周辺の構成を示す拡大断面図である。 本発明の第一実施形態に係るディスクの要部拡大断面図である。 本発明の第一実施形態に係るディスクの変形例を示す要部拡大断面図である。 本発明の第二実施形態に係るカバーの要部拡大断面図である。 本発明の第二実施形態に係るカバーの変形例を示す要部拡大断面図である。 本発明の各実施形態に共通する変形例を示す図であって、第二突出部の案内面を径方向外側から見た図である。

［第一実施形態］
本発明の第一実施形態について、図１から図３を参照して説明する。本実施形態では、回転機械としての多段の遠心圧縮機を例に説明する。なお、回転機械として、単段の遠心圧縮機や、遠心ポンプ、発電機、タービンに本実施形態の構成を適用することも可能である。

遠心圧縮機１００は、軸線回りに回転する回転軸１と、この回転軸１の周囲を覆うことで流体流路２を形成する静止体Ｓとしてのケーシング３と、回転軸１に設けられた回転体Ｒとしての複数のインペラ４と、を備えている。

ケーシング３は、軸線Ｏに沿って延びる円筒状をなしている。回転軸１は、このケーシング３の内部を軸線Ｏに沿って貫通するように延びている。軸線Ｏ方向におけるケーシング３の両端部には、それぞれジャーナル軸受５及びスラスト軸受６が設けられている。回転軸１は、これらジャーナル軸受５とスラスト軸受６とによって軸線Ｏ回りに回転可能に支持されている。

ケーシング３の軸線Ｏ方向一方側には、外部から作動流体Ｇとしての空気を取り入れるための吸気口７が設けられている。さらに、ケーシング３の軸線Ｏ方向他方側には、ケーシング３内部で圧縮された作動流体Ｇが排気される排気口８が設けられている。

ケーシング３の内側には、これら吸気口７と排気口８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４を収容するとともに、上記の流体流路２の一部をなしている。なお、以降の説明では、この流体流路２上における吸気口７が位置する側を上流側と呼び、排気口８が位置する側を下流側と呼ぶ。

回転軸１には、その外周面上で軸線Ｏ方向に間隔を空けて複数（６つ）のインペラ４が設けられている。各インペラ４は、図２に示すように、軸線Ｏ方向から見て略円形の断面を有するディスク４１と、このディスク４１の上流側の面に設けられた複数のブレード４２と、これら複数のブレード４２を上流側から覆うカバー４３と、を有している。

ディスク４１は、軸線Ｏと交差する方向から見て、該軸線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ることで、おおむね円錐状をなしている。

ブレード４２は、上記のディスク４１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で、軸線Ｏを中心として径方向外側に向かって放射状に複数配列されている。より詳しくは、これらブレードは、ディスク４１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。これら複数のブレード４２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。

ブレード４２の上流側の端縁には、カバー４３が設けられている。言い換えると、上記複数のブレード４２は、このカバー４３とディスク４１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４３、ディスク４１、及び互いに隣り合う一対のブレード４２同士の間には空間が形成される。この空間は、後述する流体流路２の一部（圧縮流路２２）をなしている。

流体流路２は、上記のように構成されたインペラ４と、ケーシング３の内部空間を連通する空間である。本実施形態では、１つのインペラ４ごと（１つの圧縮段ごと）に１つの流体流路２が形成されているものとして説明を行う。すなわち、遠心圧縮機１００では、最後段のインペラ４を除く５つのインペラ４に対応して、上流側から下流側に向かって連続する５つの流体流路２が形成されている。

それぞれの流体流路２は、吸込流路２１と、圧縮流路２２と、ディフューザ流路２３と、リターンベンド部２４と、案内流路２５と、を有している。なお、図２は、流体流路２及びインペラ４のうち、１段のインペラ４のみを示している。

１段目のインペラ４では、吸込流路２１は上記の吸気口７と直接接続されている。この吸込流路２１によって、外部の空気が流体流路２上の各流路に作動流体Ｇとして取り込まれる。より具体的には、この吸込流路２１は、上流側から下流側に向かうにしたがって、軸線Ｏ方向から径方向外側に向かって次第に湾曲している。

２段目以降のインペラ４における吸込流路２１は、前段（１段目）の流体流路２における案内流路２５（後述）の下流端と連通されている。すなわち、案内流路２５を通過した作動流体Ｇは、上記と同様に、軸線Ｏに沿って下流側を向くように、その流れ方向が変更される。

圧縮流路２２は、ディスク４１の上流側の面、カバー４３の下流側の面、及び周方向に隣り合う一対のブレード４２によって囲まれた流路である。より詳しくは、この圧縮流路２２は、径方向内側から外側に向かうに従って、その断面積が次第に減少している。これにより、インペラ４が回転している状態で圧縮流路２２中を流通する作動流体Ｇは、徐々に圧縮されて高圧流体となる。

ディフューザ流路２３は、軸線Ｏの径方向内側から外側に向かって延びる流路である。このディフューザ流路２３における径方向内側の端部は、上記圧縮流路２２の径方向外側の端部に連通されている。

リターンベンド部２４は、ディフューザ流路２３を経て、径方向の内側から外側に向かって流通した作動流体Ｇの流れ方向を径方向内側に向かって反転させる。リターンベンド部２４の一端側（上流側）は、上記ディフューザ流路２３に連通され、他端側（下流側）は、案内流路２５に連通されている。リターンベンド部２４の中途において、径方向の最も外側に位置する部分は、頂部とされている。

案内流路２５は、リターンベンド部２４の下流側の端部から径方向内側に向かって延びている。案内流路２５の径方向外側の端部は、上記のリターンベンド部２４と連通されている。案内流路２５の径方向内側の端部は、上述のように後段の流体流路２における吸込流路２１に連通されている。

上記のように構成された遠心圧縮機１００では、インペラ４の円滑な回転を実現するため、ケーシング３とインペラ４との間に隙間が形成されている。より具体的には、ディスク４１における下流側を向くディスク背面４１Ａ（第一対向面Ｐ１）と、当該ディスク背面４１Ａに対向するケーシング背面３Ａ（第二対向面Ｐ２）との間には隙間が形成されている。この隙間は流路Ｆ１とされている。流路Ｆ１では、図２中の矢印Ａで示すように、後段側の圧縮流路２２から漏れ出た高圧の流体が、径方向内側から外側に向かって流通している。

さらに、カバー４３における上流側を向くカバー上流面４３Ｂ（第一対向面Ｐ１´）と、当該カバー上流面４３Ｂに対向するケーシング上流面３Ｂ（第二対向面Ｐ２´）との間には隙間が形成されている。この隙間は流路Ｆ２とされている。流路Ｆ２では、図２中の矢印Ｂで示すように、ディフューザ流路２３を流通する高圧の流体が、径方向外側から内側に向かって流通している。

また、ディスクの４１における径方向外側を向くディスク外周面４１Ｃ、及びカバー４３における径方向外側を向くカバー外周面４３Ｃと、ケーシング３の内周面であるケーシング内周面３Ｄとの間にも隙間が形成されている。この隙間は流路Ｆ３（外側流路）とされている。流路Ｆ３は流路Ｆ１、及び流路Ｆ２と連通している。

ここで、回転体Ｒとしてのインペラ４と、静止体Ｓとしてのケーシング３との間では、上記の流路Ｆ１、及び流路Ｆ２を流通する流体を介して摩擦抵抗（円板摩擦損失）が生じる。特に、遠心圧縮機１００の場合、揚程が大きくなるにつれてインペラ４の外径が大きくなることから、上記の円板摩擦損失が増大することが知られている。また、インペラ４の外周面（上記のディスク外周面４１Ｃ、及びカバー外周面４３Ｃ）では流体の周方向速度が最も高いことから、これら外周面とケーシング内周面３Ｄとの間で生じる摩擦損失も低減する必要がある。

そこで、本実施形態では、図３に示すように、第一対向面Ｐ１としてのディスク背面４１Ａに第一突出部６１が設けられるとともに、第二対向面Ｐ２としてのケーシング背面３Ａに第二突出部６２が設けられている。これら第一突出部６１、及び第二突出部６２は、上述の流路Ｆ１の断面形状を変化させることで、当該流路Ｆ１中を流れる流体に渦を形成させるために設けられている。

第一突出部６１は、ディスク背面４１Ａからケーシング背面３Ａ側に向かって突出している。第一突出部６１の径方向内側を向く面は傾斜面６１Ａとされている。傾斜面６１Ａは、ケーシング背面３Ａ側に向かうに従って、径方向外側から内側に向かって延びている。つまり、この傾斜面６１Ａとディスク背面４１Ａとがなす角度は、９０°以下である。ディスク背面４１Ａと傾斜面６１Ａとの間に画成される空間は、淀み空間Ｖ１とされている。

第一突出部６１におけるケーシング背面３Ａ側を向く面は、外側延長面６１Ｂとされている。外側延長面６１Ｂの径方向内側の端縁は、上述の傾斜面６１Ａの端縁に接続されている。外側延長面６１Ｂは、径方向に広がっている。つまり、外側延長面６１Ｂは、ディスク背面４１Ａと径方向において異なる位置に広がっている。具体的には、外側延長面６１Ｂは、ディスク背面４１Ａよりもケーシング背面３Ａに近接する側に位置している。

第二突出部６２は、ケーシング背面３Ａ上であって、径方向において上記第一突出部６１よりも内側に設けられている。第二突出部６２は、ケーシング背面３Ａからディスク背面４１Ａ側に突出している。第二突出部６２は、軸線Ｏを含む断面視で三角形状をなしている。第二突出部６２の径方向外側を向く面は、案内面６２Ａとされている。案内面６２Ａは、軸線Ｏを中心とする円筒面状をなしている。言い換えれば、断面視した場合、案内面６２Ａは、ケーシング背面３Ａに対して直交している。さらに、この案内面６２Ａは、第一突出部６１の傾斜面６１Ａに対して径方向から対向している。言い換えれば、案内面６２Ａと傾斜面６１Ａとは、径方向から見た場合、その少なくとも一部同士が互いに重なっている。

第二突出部６２の径方向内側を向く面は、傾斜案内面６２Ｂとされている。傾斜案内面６２Ｂは、案内面６２Ａのディスク背面４１Ａ側の端縁から、径方向内側に向かうに従ってケーシング背面３Ａ側に向かって延びている。つまり、この傾斜案内面６２Ｂは、軸線Ｏ方向、及び径方向に対して斜めに延びている。

上記構成によれば、流路Ｆ１中を径方向内側から外側に向かって流れる流体は、まず第二対向面Ｐ２（ケーシング背面３Ａ）に設けられた第二突出部６２の傾斜案内面６２Ｂによって案内されることで第一対向面Ｐ１（ディスク背面４１Ａ）側に向かう。その後、第二突出部６２を乗り越えた流体は、ディスク背面４１Ａに設けられた第一突出部６１の傾斜面６１Ａに衝突する。この傾斜面６１Ａとディスク背面４１Ａとの間に形成されている空間（淀み空間Ｖ１）内で、流体の淀みが形成される。即ち、この淀みを除く流れの成分（主流）は、淀みを避けるようにして流路Ｆ１中を径方向外側に向かって流れることとなる。したがって、主流と回転体Ｒ（第一対向面Ｐ１）との接触する領域が、上記の淀みの形成によって縮小される。その結果、回転体Ｒと静止体Ｓとの間で生じる摩擦損失を低減することができる。これにより、遠心圧縮機１００の効率を向上させることができる。

さらに、上記の傾斜面６１Ａに沿って案内された流体は、第二突出部６２の案内面６２Ａに到達する。このとき、傾斜面６１Ａにおける第二対向面Ｐ２側（ケーシング背面３Ａ側）の端縁で流れの剥離が生じる。剥離した流れは、案内面６２Ａからケーシング背面３Ａに向かう方向に旋回する渦を形成する。具体的には、この渦は、図３中に示すように、案内面６２Ａからケーシング背面３Ａを経て、外側延長面６１Ｂに向かう方向に旋回している。また、渦は、径方向における外側延長面６１Ｂの延在方向全域にわたって存在する。この渦は、回転体Ｒの回転に伴う周方向速度成分を含んでいる。したがって、このような渦が介在することによって、回転体Ｒと静止体Ｓとの間の摩擦損失をさらに低減することができる。

さらに、上記構成によれば、第一突出部６１の径方向外側に外側延長面６１Ｂが設けられている。これにより、外側延長面６１Ｂとケーシング背面３Ａとの間の離間寸法が小さくなる。したがって、第一突出部６１の径方向外側で形成される上記の渦は径方向に引き伸ばされた状態となる（軸線Ｏ方向の寸法よりも径方向の寸法が長い状態となる。）。その結果、第一突出部６１の径方向外側におけるより広い範囲で、回転体Ｒと静止体Ｓとの間の摩擦損失を低減することができる。

加えて、上記構成によれば、第二突出部６２の径方向内側の面は、ディスク背面４１Ａに向かうに従って径方向内側に延びる傾斜案内面６２Ｂとされている。したがって、流路Ｆ１中を径方向内側から外側に向かって流れる流体は、この傾斜案内面６２Ｂによって円滑に案内されて第一突出部６１に向かう。一方で、傾斜案内面６２Ｂが形成されていない場合、第二突出部６２によって流れの乱れが生じたり、圧力損失が生じたりしてしまう。上記の構成によれば、これらの可能性を低減することができる。

さらに、上記構成では、傾斜面６１Ａとディスク背面４１Ａとがなす角度は、９０°以下とされている。これにより、淀み空間Ｖ１における渦の形成をさらに促すことができる。また、ここで、ディスク４１は、運転中に何らかの外乱要因によって軸線Ｏ方向に移動することがある。上記の構成によれば、ディスク４１が軸線Ｏ方向に移動した場合であっても、当該ディスク４１が第二突出部６２に接触する可能性を低減することができる。一方で、傾斜面６１Ａとディスク背面４１Ａとがなす角度が９０°より大きい場合、ディスク４１と第二突出部６２とが接触する可能性が高くなってしまう。

以上、本発明の第一実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上記第一実施形態では、第一突出部６１が外側延長面６１Ｂを有する例について説明した。しかしながら、第一突出部６１の構成は上記に限定されず、例えば図４に示す構成を採ることも可能である。図４の例では、第一突出部６１は、径方向において傾斜面６１Ａの反対側を向く面が、当該傾斜面６１Ａと平行をなすキャビティ形成面６１Ｃとされている。このキャビティ形成面６１Ｃ、ディスク背面４１Ａ、及びケーシング背面３Ａによって囲まれている空間（キャビティＣ）内では、上述したものと同様の渦が形成される。このように、上記構成によれば、第一突出部６１の径方向外側で形成される渦は、キャビティＣを満たすようにして大きく成長する。その結果、回転体Ｒと静止体Ｓとの間の摩擦損失をさらに低減することができる。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図５を参照して説明する。なお、上記第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図５に示すように、本実施形態では、第一対向面Ｐ１としてのカバー上流面４３Ｂに第一突出部６１´が設けられ、第二対向面Ｐ２としてのケーシング上流面３Ｂに第二突出部６２´が設けられている。第一突出部６１´は、カバー上流面４３Ｂからケーシング上流面３Ｂ側に向かって突出している。また、この第一突出部６１´は、先端側に向かうに従って径方向内側から外側に向かって斜めに延びている。第一突出部６１´の径方向外側を向く面は、傾斜面６１Ａ´とされ、径方向内側を向く面は、キャビティ形成面６１Ｃ´とされている。傾斜面６１Ａ´とカバー上流面４３Ｂとの間には、上記第一実施形態と同様の淀み空間Ｖ１´が形成されている。また、キャビティ形成面６１Ｃ´とカバー上流面４３Ｂとによって、上記第一実施形態の変形例と同様のキャビティＣ´が形成されている。

さらに、カバー外周面４３Ｃとケーシング内周面３Ｄとによって形成される流路Ｆ３（軸方向流路）には、この流路Ｆ３の断面積を局所的に減少させるための狭窄部８０が設けられている。狭窄部８０は、ケーシング内周面３Ｄからカバー外周面４３Ｃ（回転体外周面）側に向かって突出している。狭窄部８０は、軸線Ｏ方向においてカバー外周面４３Ｃと重複する位置に設けられている。また、狭窄部８０は軸線Ｏを中心とする環状をなしている。本実施形態では、狭窄部８０が三角形の断面形状を有している。しかしながら、狭窄部８０の断面形状は矩形や半円形であってもよい。

加えて、ケーシング内周面３Ｄとケーシング上流面３Ｂとの間には、渦形成面９０が設けられている。具体的には、この渦形成面９０は、径方向外側から内側に向かうに従ってケーシング内周面３Ｄ（静止体内周面）からケーシング上流面３Ｂ（第二対向面Ｐ２）に向かって延びている。つまり、この渦形成面９０は、軸線Ｏ方向、及び径方向に対して斜めに延びている。

上記構成によれば、例えば流路Ｆ３を第二対向面Ｐ２（ケーシング上流面３Ｂ）に向かって流れる流体は、狭窄部８０を通過する際に流れの剥離を生じる。この剥離した流れは、渦形成面９０に衝突することで向きを変えて渦を形成する。この渦は、ケーシング内周面３Ｄから渦形成面９０を経てケーシング上流面３Ｂに向かう方向に旋回する。このような渦が形成されることによって、回転体Ｒの外周側の部分における回転体Ｒと静止体Ｓとの間の摩擦損失を低減することができる。

また、上記構成によれば、ケーシング内周面３Ｄに狭窄部８０としての環状の突起を設けることのみによって、回転体Ｒと静止体Ｓとの間の摩擦損失を容易に低減することができる。

以上、本発明の第二実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、図６に示すように、狭窄部８０´がカバー外周面４３Ｃ上に設けられている構成を採ることも可能である。また、同図は、第一突出部６１´、及び第二突出部６２´が設けられていない構成を示している。このような構成によっても、上記と同様の作用効果を得ることができる。

さらに、上述の各実施形態に共通する変形例として、図７に示す構成を採ることも可能である。同図の例では、上述の第二突出部６２，６２´の案内面６２Ａ，６２Ａ´に、旋回案内部Ｇとしての溝が複数形成されている。各旋回案内部Ｇは、案内面６２Ａ，６２Ａ´から径方向に向かって凹むとともに、軸線Ｏに対する径方向成分を含む方向に延びる溝である。より詳細には、旋回案内部Ｇは、軸線Ｏ方向一方側から他方側に向かうに従って、回転体Ｒ（インペラ４）の回転方向前方側（インペラ４が回転して行く側）に向かって延びている。旋回案内部Ｇがケーシング背面３Ａ（又は、ケーシング上流面３Ｂ）に対してなす角度は３０°であることが望ましい。

上記構成によれば、案内面６２Ａ，６２Ａ´に旋回案内部Ｇが設けられていることによって、案内面６２Ａ，６２Ａ´に沿って形成される渦（上述）に、回転体Ｒの回転方向の速度成分（即ち、周方向速度成分）を与えることができる。その結果、渦の介在による静止体と回転体との間の摩擦損失をより一層低減することができる。なお、詳しくは図示しないが、旋回案内部Ｇとして、ベーン状の部材を案内面６２Ａ，６２Ａ´上に配列する構成を採ることも可能である。

１００ 遠心圧縮機（回転機械）
１ 回転軸
２ 流体流路
３ ケーシング
３Ａ ケーシング背面
３Ｂ ケーシング上流面
３Ｄ ケーシング内周面
４ インペラ
５ ジャーナル軸受
６ スラスト軸受
７ 吸気口
８ 排気口
１０ 凹部
１１ 静止側凹部
２１ 吸込流路
２２ 圧縮流路
２３ ディフューザ流路
２４ リターンベンド部
２５ 案内流路
４１ ディスク
４１Ａ ディスク背面
４１Ｃ ディスク外周面
４２ ブレード
４３ カバー
４３Ｂ カバー上流面
４３Ｃ カバー外周面
５０ リターンベーン
６１，６１´ 第一突出部
６２，６２´ 第二突出部
６２Ａ，６２Ａ´ 案内面
６２Ｂ，６２Ｂ´ 傾斜案内面
６１Ｃ，６１Ｃ´ キャビティ形成面
８０，８０´ 狭窄部
９０ 渦形成面
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３ 流路
Ｇ 旋回案内部
Ｏ 軸線
Ｐ１ 第一対向面
Ｐ２ 第二対向面
Ｒ 回転体
Ｓ 静止体
Ｖ１ 淀み空間

Claims (9)

1. 軸線回りに回転可能であるとともに、該軸線に交差する面内に広がるディスク背面を有するインペラと、
   前記ディスク背面に前記軸線方向から対向するとともに、該ディスク背面との間に流体が径方向内側から径方向外側に向かって流通する流路を形成するケーシング背面を有するケーシング
   と、
   を備え、
   前記ディスク背面には、該ディスク背面から突出するとともに、前記ケーシング背面に向かうに従って、前記軸線に対する径方向外側から内側に向かって延びる傾斜面を有する第一突出部が設けられ、
   前記ケーシング背面には、該ケーシング背面から突出するとともに、前記傾斜面に対して径方向に隙間をあけて対向する案内面を有する第二突出部が設けられている回転機械。
2. 前記第一突出部は、前記傾斜面における前記ケーシング背面側の端縁から径方向外側に向かって延びる外側延長面を有する請求項１に記載の回転機械。
3. 前記第一突出部は、前記傾斜面とは反対側を向き、前記ディスク背面とともにキャビティを形成するキャビティ形成面を有する請求項１に記載の回転機械。
4. 前記第二突出部は、前記案内面における前記ディスク背面側の端縁から径方向内側に向かうに従って前記ケーシング背面側に延びる傾斜案内面を有する請求項１から３のいずれか一項に記載の回転機械。
5. 前記案内面に設けられ、周方向に間隔をあけて配列され、前記ディスク背面から前記ケーシング背面に向かうに従って前記インペラの回転方向前方側に向かって流体を案内する旋回案内部をさらに有する請求項１から４のいずれか一項に記載の回転機械。
6. 軸線回りに回転可能であるとともに、該軸線に交差する面内に広がる第一対向面を有する回転体と、
   前記第一対向面に前記軸線方向から対向するとともに、該第一対向面との間に流体が流通する流路を形成する第二対向面を有する静止体と、
   を備え、
   前記第一対向面には、該第一対向面から突出するとともに、前記第二対向面に向かうに従って、前記軸線に対する径方向外側から内側に向かって延びる傾斜面を有する第一突出部が設けられ、
   前記第二対向面には、該第二対向面から突出するとともに、前記傾斜面に対して径方向に隙間をあけて対向する案内面を有する第二突出部が設けられており、
   前記案内面に設けられ、周方向に間隔をあけて配列され、前記第一対向面から前記第二対向面に向かうに従って前記回転体の回転方向前方側に向かって流体を案内する旋回案内部をさらに有する回転機械。
7. 軸線回りに回転可能であるとともに、該軸線に交差する面内に広がるカバー上流面、及び該カバー上流面の径方向外側の端縁に沿って広がるとともに径方向外側を向くカバー外周面を有するインペラと、
   前記カバー上流面に前記軸線方向から対向するとともに、該カバー上流面との間に径方向外側から径方向内側に向かって流体が流通する流路を形成するケーシング上流面、及び該ケーシング上流面の径方向外側の端縁に広がるとともに前記カバー外周面との間に前記流路に連通する軸方向流路を形成するケーシング内周面を有するケーシングと、
   を備え、
   前記カバー外周面、及び前記ケーシング内周面の少なくとも一方には、前記軸方向流路の断面積を減少させる狭窄部が設けられ、
   前記ケーシング内周面と前記ケーシング上流面との間には、径方向外側から内側に向かうに従って前記ケーシング内周面から前記ケーシング上流面に向かって延びる渦形成面が設けられている回転機械。
8. 前記狭窄部は、前記カバー外周面から径方向外側に向かって突出するとともに、前記軸線を中心とする環状の突起である請求項７に記載の回転機械。
9. 前記狭窄部は、前記ケーシング内周面から径方向内側に向かって突出するとともに、前記軸線を中心とする環状の突起である請求項７又は８に記載の回転機械。

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