KR102582061B1

KR102582061B1 - 다단 원심 유체 기계

Info

Publication number: KR102582061B1
Application number: KR1020217024031A
Authority: KR
Inventors: 기요타카 히라다테; 히로미 고바야시; 다카히로 니시오카
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 인더스트리얼 프로덕츠
Priority date: 2019-02-20
Filing date: 2019-09-13
Publication date: 2023-09-22
Also published as: JP2023058646A; JP7429810B2; WO2020170487A1; JP2020133502A; JP7272815B2; KR20210128386A

Abstract

본 발명은, 리턴 베인의 길이를 충분히 확보할 수 없을 때도, 리턴 베인에 있어서의 유체의 박리의 발생을 억제하여 압력 손실의 증대를 억제하고, 또한 충분히 유체의 선회 성분을 제거하는 것이 가능한 다단 원심 유체 기계를 제공한다. 본 발명의 다단 원심 유체 기계는, 디퓨저로부터 후단의 임펠러로 유체를 유도하는 복귀 유로가, 임펠러로부터 직경 방향 외측으로 송출된 유체를 직경 방향 내측을 향해 안내하는 리턴 벤드를 갖고, 이 리턴 벤드는, 해당 리턴 벤드의 상류측에 위치하는 리턴 벤드 제1 만곡부와, 해당 리턴 벤드 제1 만곡부의 하류측에 위치하는 리턴 벤드 제2 만곡부로 구성되고, 리턴 베인의 전방 에지는, 리턴 벤드의 출구의 직하류에 설치되고, 리턴 벤드 제2 만곡부의 직경 방향 내측의 벽면의 곡률 반경은, 리턴 벤드 제1 만곡부의 직경 방향 내측의 벽면의 곡률 반경보다도 크게 형성되고, 또한 리턴 벤드의 출구에 있어서의 유로 단면적은, 리턴 벤드의 입구에 있어서의 유로 단면적 이하로 설정되어 있다.

Description

다단 원심 유체 기계

본 발명은 다단 원심 유체 기계에 관한 것으로, 특히, 유체를 반경 방향 외향으로부터 내향으로 전향시키기 위한 굴곡 유로(리턴 벤드)와, 유체의 임펠러의 회전 방향과 동일한 방향의 선회 성분(예선회)을 제거하기 위해 둘레 방향으로 축 대상에 배치된 원형 익렬 요소(리턴 베인)를 구비하고 있는 것에 적합한 다단 원심 유체 기계에 관한 것이다.

하나의 회전축에 복수의 원심 임펠러를 탑재한 다단 원심 유체 기계에서는, 각 단 임펠러에서 승압된 유체가 선회하면서 직경 방향 외측을 향해 토출되기 때문에, 회전축 방향의 하류측이며, 또한 직경 방향 내측에 있는 그 다음 단 임펠러의 입구로 유체를 유도하기 위해, 유체를 반경 방향 외향으로부터 내향으로 전향시키기 위한 굴곡 유로(리턴 벤드)가 마련되어 있다.

또한, 리턴 벤드의 하류측에는, 다음 단 임펠러의 입구에 유입시키는 유체의 임펠러의 회전 방향과 동일한 방향의 선회 성분(예선회)을 제거하기 위해, 둘레 방향으로 축 대상에 배치된 원형 익렬 요소(리턴 베인)가 설치되어 있다. 이 리턴 베인에서 충분히 예선회를 제거할 수 없는 경우에는, 다음 단 임펠러의 효율이나 압력 상승이 저하되는 것이 일반적으로 알려져 있다.

한편, 리턴 벤드에는, 가능한 한 적은 압력 손실로 흐름을 직경 방향 외향으로부터 내향으로 전향함과 함께, 리턴 베인이 예선회의 제거를 충분히 행할 수 있도록, 작동 유체의 리턴 베인으로의 유입 상태를 적절하게 컨트롤하는 것이 요구된다. 이하, 리턴 벤드와 리턴 베인을 합하여 복귀 유로라고 한다.

다단 원심 유체 기계의 복귀 유로에 있어서의 압력 손실의 저감을 도모한 종래예가, 특허문헌 1에 기재되어 있다.

특허문헌 1에서는, 리턴 벤드의 직경 방향 내측의 유로 벽면에 있어서, 하류측(리턴 벤드 제2 만곡부) 벽면의 곡률 반경을, 상류측(리턴 벤드 제1 만곡부) 벽면의 곡률 반경보다 크게 함과 함께, 리턴 베인 전방 에지가, 리턴 벤드 제2 만곡부에 위치하도록 구성되어 있다.

또한, 이때, 리턴 벤드 출구의 단부(리턴 베인 입구의 단부)에 있어서의 유로 단면적이, 리턴 벤드 입구의 단부(디퓨저 출구의 단부)에 있어서의 유로 단면적과 동일하거나, 그것보다 커지도록 구성하고 있다.

이렇게 구성함으로써, 리턴 벤드 제2 만곡부의 내벽측에 있어서 유체에 작용하는 원심력이 저감됨과 동시에 정압이 상승하기 때문에, 리턴 벤드 제2 만곡부의 직경 방향 내측에 있어서 작동 유체의 유속이 저하된다. 동시에, 리턴 베인 전방 에지를, 종래보다도 외경측에 위치시킴으로써 리턴 베인 입구의 면적이 증대되고, 리턴 베인 입구에 있어서의 동압이 저감된다.

또한, 리턴 벤드 출구의 단부에 있어서의 유로 단면적을, 리턴 벤드 입구의 단부에 있어서의 유로 단면적과 동일하거나, 그것보다 크게 하고 있기 때문에, 리턴 베인 입구에 있어서의 동압이 더욱 저감된다.

이상에 의해, 유체의 유속의 균일성이 향상됨과 함께, 복귀 유로에서의 유체의 박리가 억제되어, 원심식 유체 기계의 압력 손실이 저감된다.

일본 특허 제6140736호 공보

그런데, 다단 원심 유체 기계의 제작 비용 저감을 도모하기 위해, 복귀 유로를 소경화하고자 하면, 리턴 베인 입구의 직경을 작게 함과 함께, 리턴 베인의 길이를 짧게 해 갈 수밖에 없다.

특허문헌 1에 기재된 리턴 벤드 및 리턴 베인의 구조는, 리턴 베인 입구의 면적을 가능한 한 크게 설정하여, 리턴 베인 입구에 있어서의 유체의 자오면 방향 유속(Cm)을 저감시킬 것을 목적으로 하고 있다.

그 때문에, 도 6에 도시하는 리턴 베인 전방 에지(12)에 있어서의 속도 삼각형보다, 리턴 베인(8)으로의 유체의 유입 각도(β)가 작아지는 경향이 있고, 절대 유속(C)의 방향을 나타내는 벡터가, 더 둘레 방향을 향하는 경향을 나타낸다.

리턴 베인(8)에서의 흐름의 박리 등을 억제하기 위해, 리턴 베인(8)의 입구각(βb₅)은, 리턴 베인(8)으로의 유체의 유입각(β)에 맞추어 설계를 하는 경우가 많고, 이 경우, 리턴 베인(8)의 입구각(βb₅)은 작아진다. 한편, 리턴 베인 출구(리턴 베인 후방 에지(8TE))에서는, 유체의 선회를 제거할 것을 목적으로 하여, 리턴 베인 후방 에지(8TE)가 회전축 방향을 향하도록 설계하는 것이 일반적이다.

따라서, 복귀 유로를 소경화할 때, 특허문헌 1에 기재한 바와 같은 복귀 유로 형상을 채용하면, 리턴 베인(8)의 입구각(βb₅)의 방향으로부터 중심 방향을 향하는 매우 큰 유체의 전향을 실현하기 위해, 날개 길이가 짧고, 또한 날개의 출입구 사이의 블레이드각의 차가 큰 리턴 베인으로 할 수밖에 없다.

그러나, 짧은 구간에서 유체를 크게 전향시키려고 하면, 도 6에 도시하는 유선과 같이, 유체가 리턴 베인 부압면(8S)을 따라 흐를 수 없어 박리가 발생하고, 복귀 유로에서의 압력 손실이 증대되거나, 리턴 베인(8)에서 충분히 유체의 선회 성분을 제거할 수 없게 된다는 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 점을 감안하여 이루어진 것이고, 그 목적으로 하는 점은, 리턴 베인의 길이를 충분히 확보할 수 없을 때도, 리턴 베인에 있어서의 유체의 박리의 발생을 억제하여 압력 손실의 증대를 억제하고, 또한 충분히 유체의 선회 성분을 제거하는 것이 가능한 다단 원심 유체 기계를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다단 원심 유체 기계는, 상기 목적을 달성하기 위해, 복수의 임펠러와, 복수의 상기 임펠러가 각각 설치되어 있는 회전축과, 상기 임펠러의 직경 방향 외측에 마련되어 있는 디퓨저와, 해당 디퓨저의 하류에 마련되어, 해당 디퓨저로부터 후단의 상기 임펠러로 유체를 유도하는 복귀 유로와, 해당 복귀 유로에 마련되어, 둘레 방향을 따라 간격을 두고 배치된 복수매의 리턴 베인을 구비하고, 상기 복귀 유로는, 상기 임펠러로부터 직경 방향 외측으로 송출된 상기 유체를 직경 방향 내측을 향해 안내하는 리턴 벤드를 갖고, 상기 리턴 벤드는, 해당 리턴 벤드의 상류측에 위치하는 리턴 벤드 제1 만곡부와, 해당 리턴 벤드 제1 만곡부의 하류측에 위치하는 리턴 벤드 제2 만곡부로 구성되고, 상기 리턴 베인의 전방 에지는, 상기 리턴 벤드의 출구의 직하류에 설치되고, 상기 리턴 벤드 제2 만곡부의 직경 방향 내측의 벽면의 곡률 반경은, 상기 리턴 벤드 제1 만곡부의 직경 방향 내측의 벽면의 곡률 반경보다도 크게 형성되고, 또한 상기 리턴 벤드의 출구에 있어서의 유로 단면적 또는 유로 폭은, 상기 리턴 벤드의 입구에 있어서의 유로 단면적 또는 유로 폭 이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 리턴 베인의 길이를 충분히 확보할 수 없을 때도, 리턴 베인에 있어서의 유체의 박리의 발생을 억제하여 압력 손실의 증대를 억제하고, 또한 충분히 유체의 선회 성분을 제거하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 종래의 다단 원심 유체 기계의 일부를 추출하여 도시하는 자오면 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 부분을 포함하는 종래의 다단 원심 유체 기계의 전체 구성을 도시하는 자오면 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다단 원심 유체 기계의 실시예 1을 도시하는 리턴 벤드 부근의 자오 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다단 원심 유체 기계의 실시예 1에 있어서의 리턴 베인으로의 유입 흐름 벡터 및 리턴 베인 사이의 유선을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다단 원심 유체 기계의 실시예 1에 있어서의 리턴 벤드의 위치에 있어서의 유로 단면적 변화를 설명하는 도면이다.
도 6은 종래의 다단 원심 유체 기계의 임의의 단의 리턴 베인에 있어서의 리턴 베인으로의 유입 흐름 벡터 및 리턴 베인 사이의 유선을 설명하는 도면이다.

이하, 도시한 실시예에 기초하여 본 발명의 다단 원심 유체 기계를 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서, 동일 구성 부품에는 동일 부호를 사용한다.

도 1은, 종래의 다단 원심 유체 기계(20)의 일부를 추출한 자오면 단면도, 도 2는, 도 1에 도시한 부분을 포함하는 종래의 다단 원심 유체 기계(20)의 전체의 자오면 단면도이고, 1축 다단식의 원심 압축기의 예이다.

먼저, 도 1을 사용하여 종래의 다단 원심 유체 기계(20)에 대하여 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 다단 원심 유체 기계(20)는, 회전 에너지를 유체에 부여하는 원심 임펠러(1)와, 이 원심 임펠러(1)가 설치되는 회전축(4)과, 원심 임펠러(1)의 반경 방향 외측에 있어서 원심 임펠러(1)로부터 유출된 유체의 동압을 정압으로 변환하는 디퓨저(5)로 개략 구성되어 있다. 또한, 디퓨저(5)의 하류에는, 후단의 원심 임펠러(1)로 유체를 유도하기 위한 복귀 유로(6)가 마련되어 있다.

원심 임펠러(1)는, 회전축(4)에 체결하는 원반(허브)(2)과, 허브(2)에 대향하여 배치되는 측판(슈라우드)(3)과, 허브(2)와 슈라우드(3) 사이에 위치하여 둘레 방향(도 1의 지면과 직각 방향)으로 간격을 두고 배치된 복수매의 블레이드(1A)를 갖고 있다.

또한, 도 1에서는, 슈라우드(3)를 갖는 클로즈드형 임펠러의 경우를 도시하고 있지만, 슈라우드(3)가 없는 오픈형 임펠러를 사용해도 상관없다.

디퓨저(5)에는, 둘레 방향으로 거의 등피치로 배치된 복수매의 날개를 갖는 베인을 구비한 디퓨저와, 도 1에는 도시하고 있지 않지만, 날개를 갖지 않는 베인리스 디퓨저의 어느 것이 사용된다.

복귀 유로(6)는, 리턴 벤드(7)와 리턴 베인(8)으로 구성되어 있음과 함께, 리턴 벤드(7)에 의해 디퓨저(5)를 통과한 유체를 반경 방향 외향으로부터 내향으로 전향시키고, 또한 리턴 베인(8)에 의해 유체의 선회 성분을 제거하고, 유체를 정류하면서 다음 단의 원심 임펠러(1)로 유입시키는 역할을 담당하고 있다.

리턴 벤드(7)는, 자오면 내에 있어서, 주위의 구조물에 둘러싸인 U자 형상의 굴곡 유로로서 형성되고, 그 리턴 벤드 입구(9)를, 디퓨저(5)의 출구에 상당하는 대략 원통면으로 정의하고, 그 리턴 벤드 출구(10)를, 리턴 베인 전방 에지(12)의 직상류에 위치하는 자오면 굴곡 유로의 종단에 상당하는 대략 원통면으로 정의한 리턴 벤드 입구(9)로부터 리턴 벤드 출구(10)까지의 구간으로서 정의한다. 리턴 베인(8)은, 회전축(4) 둘레에 둘레 방향으로 거의 등피치로 배치된 복수매의 날개로 구성되어 있다.

도 2에, 도 1에 도시한 압축단을 복수단 축방향으로 적층한 형태의 다단 원심 유체 기계(20)를 도시한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 회전축(4)을 회전 가능하게 지지하는 레이디얼 베어링(17)이 회전축(4)의 양단측에 배치되고, 회전축(4)의 한쪽의 단부에는, 회전축(4)을 축방향으로 지지하는 스러스트 베어링(18)이 배치되어 있다.

또한, 회전축(4)에는, 다단의 압축단의 원심 임펠러(도 2에서는 5매의 원심 임펠러)(1)가 고정하여 설치되고, 각 원심 임펠러(1)의 하류측에는, 도 1에 도시한 바와 마찬가지로, 디퓨저(5) 및 복귀 유로(6)가 마련되어 있다.

이들 원심 임펠러(1)와 디퓨저(5) 및 복귀 유로(6)는, 케이싱(19) 내에 수용되어 있다. 또한, 케이싱(19)의 흡입측에는 흡입 유로(15)가 마련되어 있고, 케이싱(19)의 토출측에는 토출 유로(16)가 마련되어 있다.

이렇게 구성된 다단 원심 유체 기계(20)에 있어서는, 흡입 유로(15)로부터 흡인된 유체가, 각 단의 원심 임펠러(1)와 디퓨저(5) 및 복귀 유로(6)를 통과할 때마다 승압되고, 최종적으로 소정 압력으로 되어 토출 유로(16)로부터 토출된다.

실시예 1

이어서, 도 3, 도 4 및 도 5를 사용하여, 본 실시예에 있어서의 다단 원심 유체 기계(20)의 특징점을 설명한다.

도 3은, 본 실시예에 있어서의 다단 원심 유체 기계(20) 중의, 리턴 벤드(7) 부근을 추출한 자오 단면도이다.

본 실시예에서는, 복귀 유로(6)가, 상술한 원심 임펠러(1)로부터 직경 방향 외측으로 송출된 유체를 직경 방향 내측을 향해 안내하는 리턴 벤드(7)를 갖고, 이 리턴 벤드(7)는, 리턴 벤드(7)의 상류측에 위치하는 리턴 벤드 제1 만곡부(13)와, 리턴 벤드 제1 만곡부(13)의 하류측에 위치하는 리턴 벤드 제2 만곡부(14)로 구성되어 있다.

그리고, 도 3에 도시하는 리턴 벤드(7)의 하류에 탑재되는 리턴 베인 전방 에지(12)를, 리턴 벤드 출구(10)의 직하류에 설치함과 함께, 리턴 벤드(7)의 직경 방향 내측의 유로 벽면(13A, 14A)에 있어서, 리턴 벤드 제2 만곡부(14)의 리턴 벤드(7)의 직경 방향 내측의 유로 벽면(14A)에 있어서의 곡률 반경(ρ2)을, 리턴 벤드 제1 만곡부(13)의 리턴 벤드(7)의 직경 방향 내측의 유로 벽면(13A)에 있어서의 곡률 반경(ρ1)보다 크게 하고, 또한 리턴 벤드 출구(10)에 있어서의 유로 단면적을, 리턴 벤드 입구(9)에 있어서의 유로 단면적 이하로 설정하고 있다.

상술한 본 실시예에 있어서의 리턴 벤드(7)의 구조로 하는 것에 의한 효과를, 이하에 설명한다.

도 4는, 본 실시예를 적용한 때의, 리턴 베인(8)의 입구 속도 삼각형 및 리턴 베인(8)의 유선을 도시한 것이다.

본 실시예에서는, 리턴 베인 전방 에지(12)의 직상류에 위치하는 리턴 벤드 출구(10)에 있어서, 유로 단면적이 작게 설정되어 있기 때문에, 도 4에 도시한 바와 같이, 리턴 베인 전방 에지(12)의 속도 삼각형에 있어서의 자오면 방향 유속(Cm)이 증대되고, 리턴 베인(8)으로의 유체의 유입 각도(β)가, 도 6에 도시한 종래의 다단 원심 유체 기계(20)에 있어서의 리턴 베인(8)으로의 유체의 유입 각도(β)보다 커진다.

따라서, 이 리턴 베인(8)으로의 유체의 유입 각도(β)에 매칭시켜 설정하는 리턴 베인(8)의 입구각(βb₅)을 크게 할 수 있다. 또한, 리턴 베인 후방 에지(8TE)를, 유체의 선회를 제거할 것을 목적으로 하여 회전축(4)의 방향을 향하도록 설정한 경우에, 상술한 내용으로부터, 리턴 베인 전방 에지(12)로부터 리턴 베인 후방 에지(8TE)에 걸친 유체의 전향을 작게 할 수 있다.

결과적으로, 도 4에 도시한 바와 같이, 도 6에 도시한 리턴 베인(8)의 입구 면적을 가능한 한 크게 설정한 종래의 복귀 유로에 있어서는 발생하기 쉬웠던 리턴 베인 부압면(8S) 부근 흐름의 박리의 발생이, 본 실시예에서는 억제되는 것을 알 수 있다.

또한, 리턴 벤드 출구(10)의 유로 단면적을 작게 설정함으로써, 리턴 벤드 제2 만곡부(14)에 있어서의 유체의 유속이 증대되지만, 본 영역에 있어서의 리턴 벤드(7)의 직경 방향 내측의 유로 벽면(14A)의 곡률 반경(ρ2)을 크게 설정하고 있음으로써, 흐름의 박리가 억제되기 때문에, 리턴 베인 전방 에지(12)로의 유입 흐름의 일관성이 확보되어, 압력 손실이 저감됨과 함께, 리턴 베인(8)에 의해 유체의 선회 성분이 충분히 제거된다.

다단 원심 유체 기계(20)의 제작 비용 저감을 위해, 복귀 유로(6)를 소경화하기 위해서는, 리턴 베인 전방 에지(12)의 직경을 작게 하여, 리턴 베인(8)의 길이를 짧게 할 필요가 있다.

이때, 종래의 복귀 유로에 있어서는, 리턴 베인(8)의 길이가 짧고, 또한 리턴 베인 전방 에지(12)와 리턴 베인 후방 에지(8TE) 사이의 블레이드각의 차가 큰 리턴 베인(8)에 의해, 짧은 구간에서 유체를 크게 전향시킬 수밖에 없어, 리턴 베인 부압면(8S)에 있어서의 흐름의 박리가 더 발생하기 쉬워진다.

한편, 본 실시예의 구조에서는, 복귀 유로(6)를 소경화하기 위해, 리턴 베인(8)의 길이를 짧게 한 경우에도, 리턴 베인 전방 에지(12)로부터 리턴 베인 후방 에지(8TE)에 걸친 유체의 전향을 작게 하고, 또한 리턴 벤드 제2 만곡부(14)에 있어서의 리턴 벤드(7)의 직경 방향 내측의 유로 벽면(14A)의 유속이 저감되도록 곡률 반경(ρ2)을 크게 하고 있어, 리턴 베인(8)에 있어서의 흐름의 박리를 방지할 수 있다.

따라서, 본 실시예의 구조는, 특히, 복귀 유로(6)를 소경화할 때 조합하여 사용하는 것이 유효하다.

여기서, 도 3에 도시하는 리턴 벤드 제1 만곡부(13)와 리턴 벤드 제2 만곡부(14) 사이에 위치하는 리턴 벤드 중간부(11)에 있어서의 유로 단면적은, 도 5에 도시하는 리턴 벤드(7)의 위치(리턴 벤드 입구(9), 리턴 벤드 중간부(11), 리턴 벤드 출구(10)의 각 위치)에 있어서의 유로 단면적 변화도와 같이, 리턴 벤드 입구(9)에 있어서의 유로 단면적 이하이고, 또한 리턴 벤드 출구(10)에 있어서의 유로 단면적 이상으로 설정되어도 되고(도 5 중의 실선), 리턴 벤드 입구(9)나 리턴 벤드 출구(10)에 있어서의 어느 유로 단면적 이하로 설정되어도 된다(도 5 중의 점선).

그러나, 도 5 중의 점선과 같은 리턴 벤드(7) 내의 유로 단면적으로 하는 경우에는, 도 3에 도시하는 리턴 벤드(7)의 최외 반경 Rtop를 동일하게 유지한 채, 리턴 벤드 중간부(11)에 있어서의 유로 폭(bm)을 작게 하게 된다.

이때, 리턴 벤드 제1 만곡부(13)에 있어서의 직경 방향 내측의 유로 벽면(13A)의 곡률 반경(ρ1)도 동일 값으로 유지하면, 리턴 벤드 입구(9), 즉, 디퓨저(5)의 출구의 직경을, 더 크게 설정할 수 있다.

따라서, 리턴 벤드(7)의 최외 반경 Rtop는 동일하게 한 채, 디퓨저(5)의 직경 방향 길이를 크게 할 수 있다.

또한, 디퓨저(5)에 베인을 구비한 디퓨저를 탑재하는 경우에는, 디퓨저(5)의 출구 입경이 커짐으로써, 리턴 베인(8)의 길이도 증대될 수 있고, 디퓨저(5) 내에서의 정압 회복량을 증대시켜, 리턴 벤드 입구(9)에 있어서의 유속을 저감시킬 수 있다.

복귀 유로(6)를 소경화할 때는, 디퓨저(5)의 직경 방향 길이도 짧게 할 수밖에 없어, 리턴 벤드 입구(9)에 있어서의 유속도 증대되는 경향으로 되지만, 도 5 중의 점선과 같은 유로 단면적으로 함으로써, 소경화 시의 리턴 벤드(7)의 최외 반경 Rtop는 동일하게 한 채, 리턴 벤드 입구(9)에 있어서의 유속도 저감시킬 수 있다.

따라서, 복귀 유로(6)가 소경화될 때는, 도 5 중의 점선과 같은 유로 단면적으로 하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 이때, 리턴 벤드 중간부(11)에 있어서의 유속은 증대되는 경향으로 되지만, 전술한 바와 같이, 본 실시예에서는, 곡률 반경(ρ2)을 크게 하고 있기 때문에, 리턴 벤드 제2 만곡부(14)에 있어서의 리턴 벤드(7)의 직경 방향 내측의 유로 벽면(14A) 부근에 있어서의 박리의 발생은 억제된다.

이러한 본 실시예의 구성에 의하면, 리턴 베인 전방 에지(12)보다 상류측의 리턴 벤드 출구(10)에 있어서 유로 단면적이 작게 설정되기 때문에, 리턴 베인 전방 에지(12)에 있어서의 자오면 방향 유속(Cm)이 증대되어, 리턴 베인(8)으로의 유체의 유입 각도(β)가 커진다. 따라서, 리턴 베인(8)의 입구각(βb₅)을 크게 설정할 수 있고, 리턴 베인 입구(리턴 베인 전방 에지(12))로부터 리턴 베인 출구(리턴 베인 후방 에지(8TE))에 걸친 유체의 전향을 작게 할 수 있다.

또한, 리턴 베인(8)의 길이를 충분히 확보할 수 없는 경우에도, 리턴 베인 전방 에지(12)를 리턴 벤드(7) 내에 연신시켜, 리턴 베인(8)을 3차원적인 복잡 형상으로 하여 리턴 베인(8)의 길이를 확보하는 일 없이, 리턴 베인(8)에 있어서의 유체의 박리의 발생을 억제하여, 유체의 선회 성분을 충분히 제거하는 것이 가능하게 된다.

이때, 리턴 벤드 출구(10)의 유로 단면적을 작게 설정함으로써, 리턴 벤드 제2 만곡부(14)에 있어서의 유체의 유속이 증대되지만, 본 영역에 있어서의 리턴 벤드 제2 만곡부(14)에 있어서의 직경 방향 내측의 유로 벽면(14A)의 곡률 반경을 크게 설정하고 있음으로써, 유체의 흐름의 박리가 억제되어, 리턴 베인 전방 에지(12)로의 유입 흐름의 일관성이 확보되어, 압력 손실이 저감됨과 함께, 리턴 베인(8)에 의해 유체의 선회 성분을 충분히 제거하는 것이 가능하게 된다.

실시예 2

상술한 실시예 1에서는, 리턴 벤드(7)의 유로 단면적에 기초한 설명을 행하였지만, 유로 단면적을, 도 3에 도시하는 리턴 벤드(7)의 자오 단면도에 있어서의 유로 폭으로 치환하여 적용해도 된다.

즉, 리턴 벤드 입구(9)에 있어서의 유로 폭을 bs, 리턴 벤드 출구(10)에 있어서의 유로 폭을 be라고 하면, 리턴 벤드(7)의 하류에 탑재되는 리턴 베인 전방 에지(12)를, 리턴 벤드 출구(10)의 직하류에 설치함과 함께, 리턴 벤드(7)의 직경 방향 내측의 유로 벽면(13A, 14A)에 있어서, 곡률 반경(ρ2)을, 곡률 반경(ρ1)보다 크게 하고, 또한 리턴 벤드 출구(10)에 있어서의 유로 폭(be)을, 리턴 벤드 입구(9)에 있어서의 유로 폭(bs) 이하로 설정해도 된다.

또한, 이때, 리턴 벤드 중간부(11)에 있어서의 유로 폭(bm)은, 리턴 벤드 입구(9)에 있어서의 유로 폭(bs) 이하로, 또한 리턴 벤드 출구(10)에 있어서의 유로 폭(be) 이상으로 설정되어도 되고, 리턴 벤드 입구(9)나 리턴 벤드 출구(10)에 있어서의 어느 유로 폭(bs, be) 이하로 설정되어도 된다.

이러한 본 실시예의 구성이라도, 실시예 1과 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 각 실시예에서는, 다단 원심 유체 기계로서, 선회 제거 요소를 1축 다단식의 원심 압축기를 예로 들어 설명했지만, 본 발명의 다단 원심 유체 기계는, 다단 원심 펌프 등의 다른 다단 원심 유체 기계에도 적용이 가능하다.

또한, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 다양한 변형예가 포함된다.

예를 들어, 상술한 실시예는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해 상세하게 설명한 것이고, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 어느 실시예의 구성의 일부를 다른 실시예의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 또한 어느 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 더하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시예의 구성의 일부에 대하여, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다.

1: 원심 임펠러
1A: 원심 임펠러의 블레이드
2: 허브
3: 슈라우드
4: 회전축
5: 디퓨저
6: 복귀 유로
7: 리턴 벤드
8: 리턴 베인
8S: 리턴 베인 부압면
8TE: 리턴 베인 후방 에지
9: 리턴 벤드 입구
10: 리턴 벤드 출구
11: 리턴 벤드 중간부
12: 리턴 베인 전방 에지
13: 리턴 벤드 제1 만곡부
13A: 리턴 벤드 제1 만곡부에 있어서의 직경 방향 내측의 유로 벽면
14: 리턴 벤드 제2 만곡부
14A: 리턴 벤드 제2 만곡부에 있어서의 직경 방향 내측의 유로 벽면
15: 흡입 유로
16: 토출 유로
17: 레이디얼 베어링
18: 스러스트 베어링
19: 케이싱
20: 다단 원심 유체 기계
be: 리턴 벤드 출구에 있어서의 유로 폭
bm: 리턴 벤드 중간부에 있어서의 유로 폭
bs: 리턴 벤드 입구에 있어서의 유로 폭
C: 절대 유속
Cm: 자오면 방향 유속
Cu: 절대 유속의 둘레 방향 성분
Rtop: 리턴 벤드의 최외 반경
β: 리턴 베인으로의 유입각
βb₅: 리턴 베인의 입구각
ρ1: 리턴 벤드 제1 만곡부에 있어서의 직경 방향 내측의 유로 벽면의 곡률 반경
ρ2: 리턴 벤드 제2 만곡부에 있어서의 직경 방향 내측의 유로 벽면의 곡률 반경

Claims

복수의 임펠러와, 복수의 상기 임펠러가 각각 설치되어 있는 회전축과, 상기 임펠러의 직경 방향 외측에 마련되어 있는 디퓨저와, 해당 디퓨저의 하류에 마련되어, 해당 디퓨저로부터 후단의 상기 임펠러로 유체를 유도하는 복귀 유로와, 해당 복귀 유로에 마련되어, 둘레 방향을 따라 간격을 두고 배치된 복수매의 리턴 베인을 구비하고,
상기 복귀 유로는, 상기 임펠러로부터 직경 방향 외측으로 송출된 상기 유체를 직경 방향 내측을 향해 안내하는 리턴 벤드를 갖고, 상기 리턴 벤드는, 해당 리턴 벤드의 상류측에 위치하는 리턴 벤드 제1 만곡부와, 해당 리턴 벤드 제1 만곡부의 하류측에 위치하는 리턴 벤드 제2 만곡부로 구성되고, 상기 리턴 베인의 전방 에지는, 상기 리턴 벤드의 출구의 직하류에 설치되고, 상기 리턴 벤드 제2 만곡부의 직경 방향 내측의 벽면의 곡률 반경은, 상기 리턴 벤드 제1 만곡부의 직경 방향 내측의 벽면의 곡률 반경보다도 크게 형성되고, 또한 상기 리턴 벤드의 출구에 있어서의 유로 단면적 또는 유로 폭은, 상기 리턴 벤드의 입구에 있어서의 유로 단면적 또는 유로 폭 이하로 설정되어 있으며,
상기 복귀 유로의 상기 리턴 벤드에 있어서의 상기 리턴 벤드 제1 만곡부와 상기 리턴 벤드 제2 만곡부 사이에 위치하는 리턴 벤드의 중간부에 있어서의 유로 단면적 또는 유로 폭은, 상기 리턴 벤드의 입구 및 출구에 있어서의 유로 단면적 또는 유로 폭 이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 다단 원심 유체 기계.
삭제
삭제
제1항에 있어서, 상기 복귀 유로는, 상기 리턴 벤드와 상기 리턴 베인으로 구성되고, 상기 리턴 벤드에 의해 상기 디퓨저를 통과한 유체를 반경 방향 외향으로부터 내향으로 전향시키고, 또한 상기 리턴 베인에 의해 유체의 선회 성분을 제거하고, 유체를 정류하면서 다음 단의 상기 임펠러로 유입시키는 것인 것을 특징으로 하는 다단 원심 유체 기계.
제4항에 있어서, 상기 리턴 벤드는, 자오면 내에 있어서, 주위의 구조물에 둘러싸인 U자 형상의 굴곡 유로로서 형성되어, 상기 리턴 벤드의 입구를, 상기 디퓨저의 출구에 상당하는 원통면으로 정의하고, 상기 리턴 벤드의 출구를, 상기 리턴 베인의 전방 에지의 직상류에 위치하는 자오면 굴곡 유로의 종단에 상당하는 원통면으로 정의한 상기 리턴 벤드의 입구로부터 출구까지의 구간으로서 정의하는 것을 특징으로 하는 다단 원심 유체 기계.
제5항에 있어서, 상기 리턴 베인은, 상기 회전축 둘레의 둘레 방향으로 등피치로 배치된 복수매의 날개로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다단 원심 유체 기계.
제1항에 있어서, 상기 디퓨저는, 둘레 방향으로 등피치로 배치된 복수매의 날개를 갖는 베인을 구비한 디퓨저나, 혹은 상기 날개를 갖지 않는 베인리스 디퓨저의 어느 것이 사용되는 것을 특징으로 하는 다단 원심 유체 기계.
제1항에 있어서, 상기 다단 원심 유체 기계는, 1축 다단식의 원심 압축기나, 혹은 다단 원심 펌프인 것을 특징으로 하는 다단 원심 유체 기계.