离心式压缩机的制作方法

本发明涉及离心式压缩机。

背景技术：

通常，在石油化学设备、天然气设备等中，使用产业用离心式压缩机。在这种离心式压缩机中，利用叶轮的旋转而向流体施加运动能量，并且通过向径向外侧喷出流体来获得基于离心力的压力上升。

以往，对于这种离心式压缩机，已知有如下结构：在叶轮的出口侧具备沿着周向形成为涡旋状的涡盘流路，将从叶轮喷出的流体经由涡盘流路向壳体的外部排出(例如参照专利文献1)。该涡盘流路例如形成为截面积朝向周向的出口逐渐扩大，通过利用流体的周向速度成分使流体在涡盘流路流通，由此实现流体的压力损失的降低。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭61-66899号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

然而，近年来，在这种离心式压缩机中，用途有被细分化的趋势，例如期望低压头且排出流量大的离心式压缩机。当从叶轮喷出的流体的排出流量变大时，径向速度成分与周向速度成分相比变大。因此，在设置有涡盘流路的结构中，叶轮的流量越大，则在作为扩散器出口的涡盘流路入口处，涡盘流路的子午面截面内的涡旋流动因增大后的径向速度成分而变大。因此，存在如下问题：涡盘流路内的顺畅的流通被阻碍，涡盘流路的压损系数变大，离心式压缩机的效率降低。

本发明是鉴于这样的情况而做出的，其目的在于，提供抑制从叶轮喷出的流体的压力损失且实现效率的提高的离心式压缩机。

用于解决课题的方案

为了解决上述的问题，达到目的，本发明的离心式压缩机的特征在于，具备：旋转轴，其以旋转自如的方式支承于壳体；叶轮，其设置于旋转轴，并将从吸入口吸入的流体沿旋转轴的径向喷出；返回流路，其使从叶轮喷出的流体朝向旋转轴反转；以及排出口，其位于旋转轴的轴线上，使通过返回流路后的流体在沿着轴线的方向上排出。

根据该结构，通过具备使从叶轮喷出的流体朝向旋转轴反转的返回流路、和位于旋转轴的轴线上且使通过返回流路后的流体在沿着轴线的方向上排出的排出口，能够不使用涡盘流路而将从叶轮喷出的流体向排出口引导。涡盘流路的压力损失系数比返回流路的压力损失系数大，流量系数越大，则其差量越大。因此，越是大流量系数的叶轮，通过从涡盘流路变更为返回流路，越能够更大幅度地实现离心式压缩机的效率的提高。另外，由于排出口位于旋转轴的轴线上且将通过返回流路后的流体在沿着轴线的方向上排出，因此通过返回流路后的流体能够相互不干涉地排出。

在该结构中，也可以是，所述离心式压缩机具备对旋转轴进行枢轴支承的轴承，叶轮设置于比轴承靠近排出口的轴端侧。根据该结构，叶轮以所谓的悬臂(也称作悬伸)状态支承于旋转轴。因此，无需在叶轮与排出口之间设置密封构件，能够实现构造的简化。

另外，吸入口优选以朝向与旋转轴的轴向成直角的方向的方式设置。根据该结构，能够配置为抑制吸入口与旋转轴的轴承等发生干涉，因此能够抑制壳体的轴向上的大型化。

另外，返回流路优选在该返回流路的出口侧具备回转叶片(return vane)。回转叶片与涡盘流路相比压力损失系数相对小，因此例如在流量增大了的情况下，能够更进一步实现离心式压缩机的效率的提高。另外，也可以采用具备单一的叶轮且进行单级的压缩的结构。

发明效果

根据本发明，通过所述离心式压缩机具备使从叶轮喷出的流体朝向旋转轴反转的返回流路和位于旋转轴的轴线上且将通过返回流路后的流体在沿着轴线的方向上排出的排出口，能够不使用涡盘流路而将从叶轮喷出的流体向排出口引导。涡盘流路的压力损失系数比返回流路的压力损失系数大，且流量系数越大，则其差量越大。因此，越是大流量系数的叶轮，通过从涡盘流路变更为返回流路，越能够更大幅度地实现离心式压缩机的效率的提高。另外，由于排出口位于旋转轴的轴线上且将通过返回流路后的流体在沿着轴线的方向上排出，因此通过返回流路后的流体能够不相互干涉地排出。

附图说明

图1是本实施方式的离心式压缩机的纵剖视图。

图2是在涡盘流路与返回流路中比较了流量系数与压力损失系数的关系的图表。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。需要说明的是，本发明不被以下的实施方式限定。另外，以下的实施方式中的构成要素包括本领域技术人员能够且容易置换的要素或者实质上相同的要素。

图1是本实施方式的离心式压缩机的纵剖视图。该离心式压缩机1例如作为向化学设备的规定的压力容器内供给低压头(例如压力比1.05左右)且大流量(例如约5.0m³/s)的气体、空气等流体的压缩机而使用。

如图1所示，离心式压缩机1具备：壳体2，其通过组合多个部分而构成；旋转轴5，其经由轴承4、4以能够绕其轴线L旋转的方式支承于在壳体2内形成的空间3；以及封闭型的叶轮6，其设置为固定于该旋转轴5并与该旋转轴5一体旋转。在本实施方式中，叶轮6固定于旋转轴5的位于比轴承4、4靠外侧(图1中的上侧)的位置的轴端部5A。因此，叶轮6以所谓的悬臂(也称作悬伸)状态支承于旋转轴5。需要说明的是，叶轮6不限定于本实施方式那样的叶片部与护罩部成为一体的封闭型，也可以使用不存在护罩部的开放型。

离心式压缩机1是具备单一叶轮6的单级的离心式压缩机。离心式压缩机1通过未图示的驱动装置驱动旋转轴5而使叶轮6旋转，从而经由设置于壳体2的吸入口10而吸入作为压缩对象的气体或空气等流体。

吸入口10在沿着与旋转轴5的轴线L垂直的垂线M的方向上开口。吸入口10经由形成于壳体2内的吸入空间10A而连接吸入流路11，该吸入流路11沿着旋转轴5的轴线L方向(轴向)弯曲，与叶轮6的吸入口6A对置地开口。另外，离心式压缩机1在叶轮6的喷出口6B侧具备相对于旋转轴5的轴线L呈辐射状设置的无叶扩散器12和返回流路13。无叶扩散器12构成将被叶轮6施加离心力后的流体的运动能量转换为压力能量并送出的流路。

返回流路13是使被叶轮6以及无叶扩散器12向径向外侧喷出的流体的朝向面向旋转轴5、即向径向内侧反转的流路，具备与无叶扩散器12相连的回转弯头14和回转流路15。回转流路15的出口15B分别与设置于壳体2的排出空间16A连接。该排出空间16A位于旋转轴5的轴线L上，排出口16以使流体沿着该轴线L排出的方式开口。

回转流路15形成为流路面积(截面积)从该回转流路15的入口15A朝向出口15B而逐渐扩大，在回转流路15的内部设置有限制流体的流动的回转叶片15C。

经过无叶扩散器12而流入返回流路13的流体具有径向速度成分和周向速度成分。在如本实施方式这样排出流量大的结构中，径向速度成分与周向速度成分相比存在变大的趋势，回转叶片15C以抑制流入返回流路13(回转流路15)的流体中的周向速度成分的方式限制流体的流动。因此，在回转流路15的出口15B流过主要具有径向速度成分的流体，不会如涡盘流路的出口那样舍弃涡旋速度成分，因此也能够通过该效果来进一步抑制在返回流路13产生的流体的压力损失。

流经各回转流路15的流体分别流入排出空间16A，并在该排出空间16A内混合。在排出空间16A的底部设置有在轴线L上朝向排出口16突出的引导突部16B。该引导突部16B以将流入排出空间16A内的流体的流动改变成轴线L方向的方式进行引导。从排出口16排出的流体向未图示的排出配管送出。

另外，在配置有旋转轴5的空间3内，在轴承4与吸入流路11之间配置有保持气密性的轴密封件18和平衡活塞19。利用轴密封件18防止上述的空间3与包括叶轮6等在内的供流体流通的路径的连通。

在本实施方式中，离心式压缩机1具备使从叶轮6喷出的流体朝向旋转轴5的轴线L反转的返回流路13。如上所述，在增大排出流量的结构中，流体处于径向速度成分与周向速度成分相比变大的趋势，设置于返回流路13的出口侧(回转流路15)的回转叶片15C以抑制流入回转流路15的流体中的周向速度成分的方式限制流体的流动。因此，在回转流路15的出口15B流过主要具有径向速度成分的流体。另外，在本实施方式中，离心式压缩机1具备位于旋转轴5的轴线L上且使通过返回流路13后的流体在沿着轴线L的方向上排出的排出口16，因此通过返回流路13后的具有径向速度成分的流体不相互干涉地混合，能够从排出口16顺畅地排出。

另外，根据本实施方式，离心式压缩机1具备对旋转轴5进行枢轴支承的轴承4、4，叶轮6设置于比轴承4靠近排出口16的轴端部5A，因此该叶轮6以所谓的悬臂状态支承于旋转轴5。因此，无需在叶轮6与排出口16之间设置密封构件，能够实现离心式压缩机1的构造的简化。

另外，根据本实施方式，吸入口10以朝向与旋转轴5的轴线L方向成直角的垂线M方向的方式设置，因此能够以抑制与旋转轴5的轴承4等发生干涉的方式在壳体2配置吸入口10，能够抑制壳体2的轴线L方向上的大型化。

另外，根据本实施方式，返回流路13在配置于该返回流路13的出口侧的回转流路15具备回转叶片15C，因此回转叶片15C以抑制流入返回流路13(回转流路15)的流体中的周向速度成分的方式限制流体的流动。因此，在回转流路15的出口15B流过主要具有径向速度成分的流体。另外，回转叶片15C与设置有涡盘流路的情况相比，压力损失系数相对小，因此在流量增大了的情况下，能够更进一步实现离心式压缩机1的效率的提高。

接着，说明本实施方式的离心式压缩机1的作用、效果。图2是在涡盘流路与返回流路中比较了流量系数与压力损失系数的关系的图表。在该图2中，使用流量系数φ不同的三种叶轮A～C，并将这些叶轮A～C分别设置于具备涡盘流路的以往的离心式压缩机和具备返回流路13的本实施方式的离心式压缩机1，测定使各离心式压缩机运转的情况下的压力损失系数ζ。在此，叶轮A、叶轮B、叶轮C的流量系数φ依次变大。

首先，在叶轮A～C的出口侧设置有涡盘流路的结构中，可知对于流量系数φ越大的叶轮C，压力损失系数ζ越大(参照图2的单点划线)。如上所述，从叶轮喷出的流体具有径向速度成分和周向速度成分，伴随流量变大，径向速度成分变大。

另一方面，涡盘流路是在周向上形成为涡旋状的流路，因此虽然周向速度成分的流体在涡盘流路顺畅地流动，但径向速度成分的流体阻碍沿着周向的流动。因此，如图2所示，在使用流量(流量系数φ)大的叶轮的情况下，结果是，在涡盘流路流动时的压力损失增加，离心式压缩机的效率降低。

与此相对，在叶轮A～C的出口侧设置有返回流路的结构中，如上所述，在返回流路13中径向速度成分的流体容易顺畅地流动。如图2的实线所示，与流量系数φ的大小无关地，压力损失系数ζ大致相同。而且，在返回流路13的出口侧的回转流路15中具备回转叶片15C，该回转叶片15C限制周向速度成分的流动，由此从返回流路13流出主要具有径向速度成分的流体。在返回流路13中不会如涡盘流路那样发生子午面截面内的涡旋流动所引起的流通的阻碍、在涡盘流路的出口不会舍弃涡旋速度成分，因此能够抑制在返回流路13流动时的压力损失，能够实现离心式压缩机1的效率的提高。

接着，对另一实施方式进行说明。在上述的实施方式中，离心式压缩机1采用分开设置对旋转轴5进行驱动的驱动装置的结构，但也可以采用将压缩机与作为驱动装置的电动机一体地设置于壳体内并进行密闭的构造。根据该构造，例如由于是将电动机与压缩机一体地设置于壳体内并将壳体密闭的构造，因此无需在电动机与叶轮6之间设置密封构件(参照图1的轴密封件18)，能够实现离心式压缩机的结构的简化。

另外，在上述的实施方式中，采用了将叶轮6设置于旋转轴5的轴端部5A的悬臂支承构造，但不限定于此，也可以采用在叶轮6与设置于壳体2的排出空间16A之间的轴端部5A设置对旋转轴5进行枢轴支承的轴承的结构。在该情况下，作为轴承，若采用例如使用磁轴承的结构，则无需设置向轴承供给润滑油的润滑油路径等，能够在简化装置结构的同时抑制轴振动。需要说明的是，若能够确保设置润滑油路径的空间，则也可以使用需要供给润滑油的一般的轴承。

另外，在上述实施方式中，对在壳体2内具备单一的叶轮6的单级式的压缩机进行了说明，但并不限定于此。例如，若转子动态特性容许，则也可以设为在旋转轴5配置多个(两个、三个等)叶轮6并利用返回流路13将上游侧的叶轮6的出口与下游侧的叶轮6的入口连结的结构。在该结构中，即使对于多级的离心式压缩机1，也能够实现大流量时的效率的提高。

附图标记说明

1 离心式压缩机；

2 壳体；

3 空间；

4 轴承；

5 旋转轴；

5A 轴端部；

6 叶轮；

6A 吸入口；

6B 喷出口；

10 吸入口；

10A 吸入空间；

11 吸入流路；

12 无叶扩散器；

13 返回流路；

14 回转弯头；

15 回转流路；

15A 入口；

15B 出口；

15C 回转叶片；

16 排出口；

16A 排出空间；

16B 引导突部；

18 轴密封件；

19 平衡活塞；

A、B、C 叶轮；

L 轴线；

M 垂线。