隔板以及離心式旋轉機械的制作方法
【專利摘要】隔板(4)覆蓋葉輪(3)，以使葉輪(3)能夠以軸線(O)為中心進行旋轉。在隔板(4)上形成有朝向葉輪(3)的入口供給氣體(G)的吸入流路(FC1)、供從葉輪(3)朝向徑向外側排出的氣體(G)流通的擴散流路(FC4)、以及使上述吸入流路(FC1)與擴散流路(FC4)始終連通的連通部(24)。
【專利說明】
隔板以及離心式旋轉機械
技術領域
[0001]本發明涉及隔板(diaphragm)以及具備該隔板的離心式旋轉機械。本申請基于2014年2月5日在日本申請的日本特愿2014-020490號而主張優先權，并將其內容援引于此。
【背景技術】
[0002]例如，作為離心式旋轉機械的一種，已知有離心式壓縮機。在離心式壓縮機中，使氣體在旋轉的葉輪的徑向上流通，利用離心力而壓縮該氣體。在這種離心式壓縮機中，已知有沿軸向具備多級葉輪而階段性地壓縮氣體的多級離心式壓縮機。
[0003]然而，已知在上述那樣的多級離心式壓縮機中，產生使氣體在葉輪內從下游側朝向上游側地逆流的、被稱作喘振的現象。在系統整體的流量比產生上述那樣的喘振的流量即喘振流量小的情況下，具有如下方法:通過形成使主流的一部分從主流的流動的下游側向上游側返回的旁通路(bypass-1 ine)而抑制喘振的產生，從而實現工作范圍的擴大。
[0004]例如，在專利文獻I中示出了上述那樣的旁通路的一例。該旁通路形成為，在各級葉輪接近喘振的狀態時，使流體的一部分從各級葉輪的排出側朝向吸入側回流。
[0005]在先技術文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻I:日本專利第2637144號公報
[0008]發明要解決的課題
[0009]然而，在專利文獻I的旁通路的情況下，成為僅在接近喘振的狀態的情況下打開旁通路而使流體回流的構造。因此，在系統流量比產生喘振的流量略大的情況等不會進行流體的回流。因此，雖然是不產生喘振的狀態，但是成為非常接近喘振產生的狀態，因此流動變得不穩定而擔心產生軸振動。另外，在專利文獻I的旁通路內，設有用于打開、關閉旁通路的彈簧等構造物，因此流體向旁通路內流入時的壓力損失增大，存在壓縮效率降低的問題。
【發明內容】
[0010]本發明是考慮了這樣的情況而完成的，其目的在于提供可以維持壓縮效率并且抑制喘振的產生、并實現工作范圍的擴大的隔板以及離心式壓縮機。
[0011]解決方案
[0012]為了解決上述課題，本發明采用以下的手段。
[0013]S卩，作為本發明的一方案的隔板覆蓋葉輪，以使葉輪能夠以軸線為中心進行旋轉，其中，所述隔板形成有如下構件:入口側流路，其朝向所述葉輪的入口供給流體；出口側流路，其供從所述葉輪朝向徑向外側排出的流體流通；以及連通部，其使上述入口側流路與出口側流路始終連通。
[0014]根據這樣的隔板，通過形成有連通部，能夠使被葉輪壓縮或者壓送的流體始終從出口側流路向入口側流路回流。
[0015]因而，通過使流體穿過連通部從葉輪的下游側向葉輪的上游側順暢地回流，能夠抑制喘振的產生。
[0016]另外，也可以是，上述隔板還具備:第一葉片，其配置在所述入口側流路內，并將所述流體向所希望的方向引導；以及第二葉片，其配置在所述出口側流路內，并將所述流體向所希望的方向引導，所述連通部配置在所述第一葉片的上游側的位置與所述第二葉片的下游側的位置之間。
[0017]通過將連通部配置在這樣的位置，由于將連通部配置在與葉輪分離的位置。因而，穿過連通部進行回流的流體不易受到葉輪的旋轉的影響。因此，能夠使流體順暢地回流。
[0018]另外，作為本發明的另一方案的離心式旋轉機械具備:上述的隔板；以及被所述隔板支承為能夠相對于該隔板繞軸線進行相對旋轉的葉輪。
[0019]根據這樣的離心式旋轉機械，通過具備隔板，能夠使流體穿過始終連通的連通部而從葉輪的下游側向葉輪的上游側順暢地回流，并且能夠抑制離心式旋轉機械的系統整體的流量接近喘振流量。
[0020]另外，也可以是，上述的離心式旋轉機械具備沿所述軸線的方向排列且繞該軸線旋轉的多個葉輪，所述隔板對所述多個葉輪之中被設計為喘振流量最大的至少一個葉輪進行支承。
[0021]如此，通過相對于被設計為喘振流量最大的葉輪選擇性應用連通部，能夠限定產生回流的葉輪的級。因此，能夠抑制離心式旋轉機械的系統整體的流量而減少動力，因此能夠有效地抑制喘振的產生。
[0022]另外，也可以說，上述的離心式旋轉機械具備沿所述軸線的方向排列且繞該軸線旋轉的多個葉輪，所述隔板設為沿所述軸線的方向排列有多個，以對所述多個葉輪的各個葉輪進行支承，各隔板的所述連通部中的所述流體的流路面積不同。
[0023]如此通過使連通部的流路面積在每一個隔板中不同，能夠與各級葉輪各自不同的喘振流量相配合地調整穿過連通部從葉輪的下游側向上游側回流的流體的流量。即，能夠根據各級的規格而調整回流的流體的流量，能夠更有效地抑制喘振的產生。
[0024]發明效果
[0025]在本發明的一方案中，通過設有始終連通的連通部，能夠維持壓縮效率并且抑制喘振的產生，從而能夠實現工作范圍的擴大。
【附圖說明】
[0026]圖1是包括本發明的實施方式的多級離心式壓縮機的軸線的縱向剖視圖。
[0027]圖2是示出本發明的實施方式的多級離心式壓縮機與假設不設置連通部的情況下的多級離心式壓縮機的喘振線的差異的圖表，橫軸示出系統所需的氣體的流量與壓縮比之間的關系。
[0028]圖3是包括本發明的實施方式的第一變形例的多級離心式壓縮機的軸線的縱向剖視圖。
[0029 ]圖4是包括本發明的實施方式的第二變形例的多級離心式壓縮機的軸線的縱向剖視圖。
[0030]圖5是包括本發明的實施方式的第三變形例的多級離心式壓縮機的軸線的縱向剖視圖。
[0031]圖6是包括本發明的實施方式的第四變形例的多級離心式壓縮機的軸線的縱向剖視圖。
【具體實施方式】
[0032]以下，參照附圖對本發明的多級離心式壓縮機1(離心式旋轉機械)的實施方式進行說明。
[0033]如圖1所示，多級離心式壓縮機I具備繞軸線O進行旋轉的旋轉軸2、安裝于旋轉軸2的多個葉輪3、以及將旋轉軸2支承為能夠旋轉并且形成有使空氣等氣體G(流體)流通的外殼流路FC的外殼4。
[0034]旋轉軸2成為沿著軸線O延伸并以軸線O為中心的圓柱狀。旋轉軸2在未圖示的電動機等動力源的作用下繞軸線O而相對于外殼4相對旋轉。
[0035]多個葉輪3在軸線O延伸的軸線O方向上隔開間隔地排列。在本實施方式的多級離心式壓縮機I中，排列有五個葉輪3。
[0036]以下，將各個葉輪3從氣體G流通的上游側朝向下游側(從軸線O方向的一方側朝向另一方側)設為一級葉輪3a、二級葉輪3b、三級葉輪3c、四級葉輪3d、五級葉輪3e。
[0037]各個葉輪3具有朝向軸線O方向的下游側而逐漸擴徑的圓盤狀的輪盤11、呈放射狀地安裝在輪盤11上且在相對于軸線O的周向上相互分離地排列的多個槳葉(blade)12、以及以從軸線O方向的上游側覆蓋上述多個槳葉12的方式安裝的護罩13。
[0038]由沿周向鄰接的各槳葉12、輪盤11、以及護罩13圍成的區域成為供氣體G流通的葉輪流路FCO。在葉輪流路FCO中形成有吸入氣體的入口以及排出氣體的出口。入口形成在葉輪流路FCO的軸線O方向的上游端。出口形成在葉輪流路FCO的軸線O方向的下游側的部分且徑向外側端。
[0039]需要說明的是，葉輪3可以是像本實施方式那樣設有護罩13的封閉式葉輪，也可以是與本實施方式不同而不設有護罩13的開放式葉輪。
[0040]在外殼4中形成有供氣體G流動的外殼流路FC。氣體G經由該外殼流路FC從一級葉輪3a的葉輪流路FCO向五級葉輪3e的葉輪流路FCO階段性地流通，由此在離心力的作用下被壓縮。
[0041]外殼4具有在旋轉軸2的軸線O方向的兩端設置的軸頸軸承7以及在一方側的端部設置的推力軸承8。外殼4通過上述軸頸軸承7以及推力軸承8來支承旋轉軸2。旋轉軸2被支承為能夠相對于該外殼4相對旋轉。
[0042]外殼4的外殼流路FC在外殼4中形成為以軸線O為中心的環狀。
[0043 ]該外殼流路FC具有使一級葉輪3a中的葉輪流路FCO的入口與多級離心式壓縮機I的外部連通的吸入流路FCl (入口側流路)、使五級葉輪3e的葉輪流路FCO的出口與多級離心式壓縮機I的外部連通的排出流路FC2(出口側流路)、以及在各級葉輪3彼此之間形成的中間流路FC3。
[0044]吸入流路FCl在外殼4中形成在一級葉輪3a的軸線O方向的上游側的位置。該吸入流路FCl在外殼4的周向的一部分朝向徑向外側開口，并且朝向徑向內側延伸，向一級葉輪3a中的葉輪流路FCO的入口供給氣體G。
[0045]在該吸入流路FCl內設有使從多級離心式壓縮機I的外部吸入的氣體G向所希望的方向轉向而向葉輪流路FCO引導的入口導流葉片(vane)21(第一葉片)。入口導流葉片21在未圖示的動作機構的作用下能夠調整相對于徑向的向周向的傾斜。所希望的方向是指，例如對從外部吸入的氣體G施加預旋轉那樣的、相對于徑向而向葉輪3的旋轉方向前方側傾斜的方向。
[0046]排出流路FC2在外殼4中形成為從五級葉輪3e中的葉輪流路FCO的出口朝向徑向外側延伸。在該排出流路FC2中形成有排出氣體G的出口。該排出流路FC2的出口在外殼4的周向的一部分朝向徑向外側進行開口。排出流路FC2供從五級葉輪3e中的葉輪流路FCO的出口排出的氣體G流通并將該氣體G向外部排出。
[0047]在排出流路FC2中，在排出流路FC2的出口的近前的位置處形成有沿周向呈環狀地延伸的空間即排出渦管S。該排出渦管S使從五級葉輪3e的葉輪流路FCO的出口排出的氣體G的壓力增大。
[0048]在此，在本實施方式中，也可以如圖1的虛線所示，在該排出流路FC2內，在排出渦管S與葉輪3之間設有擴散葉片22(第二葉片)。該擴散葉片22使從葉輪流路FCO排出的氣體G向所希望的方向轉向而被引導向排出渦管S，并且將流通的氣體G的動壓轉換為靜壓。所希望的方向是指，以上述方式進行靜壓轉換的方向、即相對于徑向而向周向傾斜的方向。
[0049]中間流路FC3在外殼4中形成在一級葉輪3a與二級葉輪3b之間的位置、二級葉輪3b與三級葉輪3c之間的位置、三級葉輪3c與四級葉輪3d之間的位置、以及四級葉輪3d與五級葉輪3e之間的位置。
[0050]各級間的中間流路FC3均采用大致相同的結構，因此，作為代表而對一級葉輪3a與二級葉輪3b之間的中間流路FC3進行說明。
[0051]中間流路FC3不與外殼4的外部連通而是形成在外殼4的內部。中間流路FC3具有從一級葉輪3a中的葉輪流路FCO的出口朝向徑向外側延伸的擴散流路FC4(出口側流路)、以及與擴散流路FC4連接并朝向二級葉輪3b的葉輪流路FCO的入口延伸的返回流路FC5。
[0052]擴散流路FC4供從一級葉輪3a的葉輪流路FCO朝向徑向外側排出的氣體G流通。也可以在該擴散流路FC4內設置上述的擴散葉片22(第二葉片)。
[0053]返回流路FC5包括與擴散流路FC4的徑向外側的端部連接的第一彎曲流路部FC6、與第一彎曲流路部FC6的端部連接的直線流路部FC7、以及與直線流路部FC7的端部連接的第二彎曲流路部FC8。
[0054]第一彎曲流路部FC6在從擴散流路FC4向徑向外側延伸之后向徑向內側彎曲。第一彎曲流路部FC6將從一級葉輪3a的葉輪流路FCO朝向徑向外側的氣體G的流動轉向為朝向徑向內側的流動。
[0055]直線流路部FC7與第一彎曲流路部FC6的徑向內側的端部且第一彎曲流路部FC6和擴散流路FC4的連接部分的相反側的端部連接。直線流路部FC7從第一彎曲流路部FC6朝向徑向內側延伸。
[0056]在該直線流路部FC7內設有使來自一級葉輪3a的葉輪流路FCO的氣體G向所希望的方向轉向而向二級葉輪3b的葉輪流路FCO引導的返回葉片23(第一葉片)。所希望的方向是指，例如除去來自一級葉輪3a的葉輪流路FCO的氣體G的回轉成分那樣的方向、即相對于徑向而向葉輪3的旋轉方向的后方側傾斜的方向。
[0057]第二彎曲流路部FC8與直線流路部FC7的徑向內側的端部連接，且以從該端部沿著軸線O的另一側(下游側)的方式彎曲。第二彎曲流路部FC8使來自直線流路部FC7的氣體G的流動轉向為朝向二級葉輪3b的葉輪流路FCO的流動。
[0058]在此，在本實施方式中，外殼流路FC還包括使從一級葉輪3a的葉輪流路FCO向徑向外側延伸的擴散流路FC4與吸入流路FCl始終連通的連通部24。
[0059]在本實施方式中，連通部24成為沿周向相互隔開間隔地形成有多個的連通孔。
[0060]需要說明的是，該連通孔的形狀沒有特別地限定，可以是剖面呈圓形，也可以是剖面呈多邊形。另外，也可以不是連通孔而是狹縫那樣的結構。即，只要是始終連通擴散流路FC4與吸入流路FCl的結構，形狀可以是任意的，也可以僅形成于周向的一處。
[0061 ]另外，在向擴散流路FC4設置擴散葉片22的情況下，連通部24可以將擴散葉片22的徑向外側即氣體G的流動的下游側、與入口導流葉片21的徑向外側即氣體G的流動的上游側連通起來。
[0062]在此，將形成有吸入流路FCl以及在一級葉輪3a的葉輪流路FCO的出口側設置的擴散流路FC4的外殼4的一部分設為第一級隔板4a。
[0063]另外，將形成有一級葉輪3a與二級葉輪3b之間的返回流路FC5以及在二級葉輪3b的葉輪流路FCO的出口側設置的擴散流路FC4的外殼4的一部分設為第二級隔板4b。
[0064]與第二級隔板4b同樣地定義第三級隔板4c以及第四級隔板4d。
[0065]此外，將設有四級葉輪3d與五級葉輪3e之間的返回流路FC5以及排出流路FC2的外殼4的一部分設為第五級隔板4e。
[0066]在本實施方式中，連通部24形成于第一級隔板4a，并且，在本實施方式中采用產生喘振的喘振流量在一級葉輪3a處成為最大值的設計。
[0067]根據這樣的多級離心式壓縮機I，在第一級隔板4a上形成有連通部24。因此，能夠使被一級葉輪3a壓縮的氣體G的一部分從擴散流路FC4向吸入流路FCl始終回流，S卩，使氣體G通過壓差從成為高壓的一級葉輪3a的下游側向成為低壓的上游側始終回流。
[0068]在此，在假設不設置連通部24而不使氣體G的一部分回流的情況下，當將在各級葉輪3中流通的氣體G的流量設為100時，在各級葉輪3中流通的氣體G的合計流量為500。
[0069]此外，在假設不設置連通部24而不使氣體G的一部分回流的情況下，將喘振線LO假定為圖2的虛線所示那樣，某一運轉點A位于比喘振線LO靠小流量側的位置。
[0070]在這樣的狀況下，若在運轉點A處進行多級離心式壓縮機I的運轉，則產生喘振，無法進行穩定的運轉。
[0071]另一方面，在像本實施方式那樣設置連通部24且將在該連通部24處回流的氣體G的流量設為10的情況下，喘振線LO在表觀上向小流量側偏移10%，成為喘振線LI (圖2的實線)。由此，若如圖2所示那樣使運轉點A的流量大于喘振線LI的流量，則能夠進行穩定的運轉。
[0072]另外，若加上回流量的氣體G的流量10，則在各級葉輪3中流通的氣體G的合計流量成為510，因此與不進行回流的情況相比而使動力增大與氣體G流量10相應的量。但是，假設在從五級葉輪3e的下游側朝向一級葉輪3a的上游側的系統的所有級范圍內使氣體G回流的系統中，在各級葉輪3中流通的氣體G的流量成為110。因此，需要使在各級葉輪3中流通的氣體G的合計流量550的量流通的動力。
[0073]因此，像本實施方式那樣，相對于進行了喘振流量最大的設計的葉輪3而選擇性地應用連通部24，將在設計時喘振流量成為最大的級的葉輪3的下游側與上游側連通而使氣體G的一部分回流，由此能夠抑制多級離心式壓縮機I的系統整體的氣體G的流量而減少動力，因此，能夠有效地抑制喘振的產生。
[0074]另外，假設在設置有擴散葉片22的情況且連通部24將擴散葉片22的徑向外側與入口導流葉片21的徑向外側連通起來的情況下，在與一級葉輪3a進一步分離的位置處配置連通部24。因此，穿過連通部24進行回流的氣體G不易受到一級葉輪3a的旋轉的影響。因此，能夠使氣體G順暢地回流。
[0075]另外，如此假設設置有擴散葉片22的情況下，通過一級葉輪3a后的氣體G在利用擴散葉片22進行靜壓恢復之后，能夠使該氣體G的一部分向連通部24流入。因而，能夠使氣體G容易流入連通部24，使流體穩定地穿過連通部24而向葉輪3的上游側順暢地回流。
[0076]此外，連通部24僅是連通孔、狹縫，因此在連通部24內沒有遮擋氣體G的流動那樣的構件，能夠將回流時的壓力損失抑制得較小，能夠使氣體G順暢地回流。
[0077]根據本實施方式的多級離心式壓縮機I，通過設置始終連通的連通部24，能夠將多級離心式壓縮機I的系統整體的動力增大抑制為最小限度，并且抑制喘振的產生。
[0078]需要說明的是，也可以不一定像本實施方式那樣使連通部24將擴散葉片22的徑向外側與入口導流葉片21的徑向外側連通起來。
[0079]S卩，只要形成為至少將一級葉輪3a的下游側與上游側連通起來即可。
[0080]在此，假設設計為喘振流量在二級葉輪3b處成為最大的情況下，如圖3所示，優選連通部24形成于第二級隔板4b，并將二級葉輪3b的下游側與上游側連通起來。在這種情況下也能夠將多級離心式壓縮機I的系統整體的動力增大抑制為最小限度，并且抑制喘振的產生。
[0081]同樣，假設設計為喘振流量在三級葉輪3c處成為最大的情況下，將連通部24形成于第三級隔板4c即可。
[0082]另外，在設計為喘振流量在四級葉輪3d處成為最大的情況下，將連通部24形成于第四級隔板4d即可。
[0083]另外，假設設計為喘振流量在五級葉輪3e處成為最大的情況下，優選如圖4所示構成。具體來說，連通部24優選形成為，將五級葉輪3e的葉輪3流量的出口側的擴散葉片22的徑向外側與五級葉輪3e的葉輪3流量的入口側的返回葉片23的徑向外側連通起來。而且，如圖4所示，連通部24也可以與排出渦管S連通。
[0084]另外，假設設計為喘振流量在四級葉輪3d與五級葉輪3e處成為最大的情況下，優選如圖5所示構成。具體來說，連通部24優選形成為，將五級葉輪3e的葉輪3流量的出口側的擴散葉片22的徑向外側與四級葉輪3d的葉輪3流量的入口側的返回葉片23的徑向外側連通起來。即，在這種情況下，也考慮將第四級隔板4d與第五級隔板4e構成一級的隔板。
[0085]另外，在圖6中示出本實施方式的其它的變形例。在該變形例中，在所有級的隔板4a?4e上形成有連通部24。即，以連通所有級的葉輪3的下游側與上游側的方式形成有連通部24。
[0086]另外，上述連通部24中，在各級的隔板4a?4e各自中供氣體G流通的流路面積不同。例如，在連通部24為連通孔的情況下每一個隔板4a?4e的孔徑不同、或者連通孔的數量不同。
[0087]根據這樣的多級離心式壓縮機I，通過使連通部24的流路面積在每一個隔板4a?4e處不同，能夠與在各級的葉輪3各自中不同的喘振流量相適地調整穿過連通部24而從葉輪3的下游側向上游側回流的氣體G的流量。
[0088]S卩，能夠根據各級的規格而調整回流的氣體G的流量，使得在所有級中不會接近產生喘振的狀態。因此，能夠更有效地抑制喘振的產生。
[0089]以上，對本發明的實施方式進行了詳細說明，但在不脫離本發明的技術思想的范圍內也能夠進行一些設計變更。
[0090]例如，在上述的實施方式中，作為離心式旋轉機械的一例，對多級離心式壓縮機I進行了說明，但在替代氣體G而壓送液體的多級離心栗等其它的離心式旋轉機械中也能夠應用上述的實施方式的隔板。
[0091]工業實用性
[0092]根據本發明的一方案，能夠維持壓縮效率并且抑制喘振的產生。
[0093]附圖標記說明:
[0094]I...多級離心式壓縮機(旋轉機械)；2...旋轉軸;3...葉輪;G...氣體(流體)；3a…一級葉輪;3b...二級葉輪;3c...三級葉輪;3d…四級葉輪;3e...五級葉輪;4...外殼;4a...第一級隔板;4b...第二級隔板;4c...第三級隔板;4d...第四級隔板;4e...第五級隔板;7...軸頸軸承；8…推力軸承；11...輪盤；12...槳葉；13...護罩;21...入口導流葉片(第一葉片)；22…擴散葉片;23...返回葉片(第一葉片)；24…連通部;FC...外殼流路;FC0...葉輪流路;FCl...吸入流路(入P側流路)；FC2…排出流路(出口側流路)；FC3…中間流路;FC4…擴散流路(出P側流路);FC5…返回流路(入口側流路);FC6…第一彎曲流路部;FC7…直線流路部;FC8…第二彎曲流路部;S…排出禍管;0..軸線。
【主權項】
1.一種隔板，該隔板覆蓋葉輪，以使所述葉輪能夠以軸線為中心進行旋轉，其中， 所述隔板形成有如下構件: 入口側流路，其朝向所述葉輪的入口供給流體； 出口側流路，其供從所述葉輪朝向徑向外側排出的流體流通；以及 連通部，其使上述入口側流路與出口側流路始終連通。2.根據權利要求1所述的隔板，其中， 所述隔板還具備: 第一葉片，其配置在所述入口側流路內，并將所述流體向所希望的方向引導；以及 第二葉片，其配置在所述出口側流路內，并將所述流體向所希望的方向引導， 所述連通部配置在所述第一葉片的上游側的位置與所述第二葉片的下游側的位置之間。3.—種離心式旋轉機械，其中， 所述離心式旋轉機械具備: 權利要求1或2所述的隔板；以及 被所述隔板支承為能夠相對于該隔板繞軸線進行相對旋轉的葉輪。4.根據權利要求3所述的離心式旋轉機械，其中， 所述離心式旋轉機械具備沿所述軸線的方向排列且繞該軸線旋轉的多個葉輪， 所述隔板對所述多個葉輪之中被設計為喘振流量最大的至少一個葉輪進行支承。5.根據權利要求3所述的離心式旋轉機械，其中， 所述離心式旋轉機械具備沿所述軸線的方向排列且繞該軸線旋轉的多個葉輪， 所述隔板設為沿所述軸線的方向排列有多個，以對所述多個葉輪的各個葉輪進行支承， 各隔板的所述連通部中的所述流體的流路面積不同。
【文檔編號】F04D29/44GK105899814SQ201580003375
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年2月4日
【發明人】中庭彰宏, 巖本真治
【申請人】三菱重工業株式會社, 三菱重工壓縮機有限公司