离心压缩机的制作方法

1.本发明涉及一种离心压缩机。


背景技术：

2.涡轮制冷机是在电子零件制造工厂那样的具有净化间的大型的工厂空调、区域冷/暖气等用途中广泛使用的大容量的热源设备。涡轮制冷机主要由使用叶轮将制冷剂气体压缩的压缩机、蒸发器、冷凝器、节能器(economizer)构成，已知有使来自节能器的制冷剂气体流入第二压缩级的上游的形式的涡轮制冷机。
3.在涡轮制冷机的情况下，从性能和成本的观点考虑，作为压缩机大多例子使用采用了二级压缩/二级膨胀循环的离心压缩机。在这种离心压缩机中，在第二压缩级的叶轮的上游设置中间吸入口，通过该中间吸入口，将从节能器供给的制冷剂气体以喷流的形式进行供给。此外，该中间吸入口通常设于返回叶片(return vane)的附近(下述专利文献1)。
4.返回叶片是为了在将从叶轮的径向外侧流出的流体引导至后级侧的叶轮之前，将伴随叶轮的旋转的回转成分从该流体去除而设置的叶片。就是说，返回叶片随着从径向外侧向内侧而从叶轮的旋转方向的前方侧向后方侧弯曲。返回叶片的朝向旋转方向前方侧的面成为向该前方侧凸出的曲面状背面。返回叶片的朝向后方侧的面成为向前方侧凹陷的曲面状腹面。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2013
‑
194687号公报


技术实现要素：

8.发明要解决的问题
9.再者，返回叶片如上述那样改变流体的流动方向而去除回旋流成分。因此，在返回叶片的背面侧且靠近后缘(下游侧)的区域中，有时流体不会完全追随背面而剥离。若这样的剥离变得显著，则会导致损失，存在对压缩机的性能造成影响的隐患。
10.本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种性能进一步提高的离心压缩机。
11.技术方案
12.为了解决上述问题，本发明的离心压缩机具备：旋转轴，绕轴线旋转；叶轮，设于该旋转轴，绕所述轴线旋转；壳体，形成返回流路，该返回流路具有使从该叶轮朝向径向外侧流通的流体向径向内侧折回的回转弯头部，以及与该回转弯头部的下游侧连接并将所述流体向径向内侧引导的直线流路；以及返回叶片，设于所述直线流路的一部分并在周向上隔开间隔地配置有多个，具有朝向所述旋转轴的旋转方向的前方侧的背面和朝向后方侧的腹面，所述壳体具有：轮毂侧壁面和护罩侧壁面，形成所述直线流路中的所述返回叶片的配置区域；以及中间吸入口，形成于所述护罩侧壁面，将从外部引导的流体向所述直线流路侧吹
出，在所述返回叶片的内部形成有内部流路，该内部流路的一端与所述中间吸入口连通，另一端是在所述返回叶片的所述背面上开口的吹出口。
13.有益效果
14.根据本发明，能提供一种性能进一步提高的离心压缩机。
附图说明
15.图1是表示本发明的实施方式的涡轮制冷机的结构的示意图。
16.图2是本发明的第一实施方式的离心压缩机的包含轴线的面的剖视图。
17.图3是本发明的实施方式的离心压缩机的主要部分放大剖视图。
18.图4是从轴线方向观察本发明的实施方式的返回叶片的剖视图。
19.图5是表示本发明的实施方式的返回叶片的变形例的图，是从背面侧观察返回叶片的图。
20.图6是表示本发明的实施方式的返回叶片的其他变形例的图，是从背面侧观察返回叶片的图。
21.图7是表示本发明的实施方式的返回叶片的又一变形例的图，是从背面侧观察返回叶片的图。
22.图8是表示本发明的实施方式的返回叶片的又一其他变形例的图，是从背面侧观察返回叶片的图。
23.图9是表示本发明的实施方式的返回叶片的变形例的图，是从轴线方向观察返回叶片的图。
24.图10是表示本发明的实施方式的返回叶片的又一变形例的图，是从轴线方向观察返回叶片的图。
25.符号说明
26.1 涡轮制冷机
27.2 离心压缩机
28.3 冷凝器
29.4 低温冷却器
30.5 高压膨胀阀
31.6 低压膨胀阀
32.7 节能器
33.8 蒸发器
34.11 电动马达
35.12 冷却传热管
36.15 冷水传热管
37.21 第一叶轮
38.22 第二叶轮
39.28 壳体
40.29 旋转轴
41.30 吸入口
42.31 涡旋盘
43.32 内部空间
44.33 返回流路
45.34 吸入流路(流入流路)
46.35 扩散器
47.36 回转弯头部
48.37 直线流路
49.38 返回叶片
50.40 中间吸入腔室
51.41 中间吸入口
52.50 可动叶片
53.51 驱动装置
54.33a 返回流路形成部
55.ar 轴线
56.b 叶片
57.e1 前缘
58.e2 后缘
59.p 内部流路
60.pi 导入口
61.pe，pe2，pe3，pe4，pe5 吹出口
62.l 基准线
63.r 旋转方向
64.s 配置区域
65.s1 腹面
66.s2 背面
67.w1 轮毂侧壁面
68.w2 护罩侧壁面
69.wc 连接壁面。
具体实施方式
70.(涡轮制冷机的结构)
71.以下，参照附图，对本发明的实施方式的涡轮制冷机1(离心压缩机)进行说明。如图1所示，本实施方式的涡轮制冷机1具备：压缩机2，压缩制冷剂；冷凝器3，将通过压缩机2生成的高温高压的制冷剂气体冷凝；低温冷却器(subcooler)4，对通过冷凝器3冷凝的液相制冷剂(液态制冷剂)进行过冷却处理；高压膨胀阀5，使来自低温冷却器4的液态制冷剂膨胀；节能器7(中间冷却器)，与高压膨胀阀5连接并且与压缩机2的中间级和低压膨胀阀6连接；以及蒸发器8，使通过低压膨胀阀6被膨胀的液态制冷剂蒸发。
72.压缩机2是离心式二级压缩机，具备低压侧的第一叶轮21和高压侧的第二叶轮22。压缩机2由通过变更来自电源的输入频率的逆变器来控制转速的电动马达11驱动。低温冷
却器4设于冷凝器3的制冷剂气体下游侧，用于对冷凝的制冷剂进行过冷却。在冷凝器3和低温冷却器4中，插通有用于将其冷却的冷却传热管12。在冷却传热管12内部流通有冷却水。制冷剂气体通过与冷却传热管12接触而被冷凝。
73.蒸发器8通过利用冷水吸热而生成预先设定的额定温度的制冷剂气体。在蒸发器8中插通有冷水传热管15。
74.(离心压缩机的结构)
75.接着，参照图2对离心压缩机2的结构进行说明。如图2所示，离心压缩机2具有：旋转轴29，沿着轴线ar延伸，并且能绕该轴线ar旋转；马达(未图示)，旋转驱动旋转轴29；第一叶轮21和第二叶轮22，在旋转轴29上沿轴线ar方向相互分离地设置；以及壳体28，从外周侧覆盖该第一叶轮21和第二叶轮22。
76.在壳体28的轴线ar方向一侧设有使制冷剂气体从外部流入的吸入口30。在壳体28的轴线ar方向另一侧设有将制冷剂气体排出的涡旋盘31。在壳体28形成有使吸入口30和涡旋盘31连通的内部空间32。
77.第一叶轮21和第二叶轮22配置于该内部空间32。第一叶轮21形成第一压缩级，第二叶轮22形成第二压缩级。该第一叶轮21和第二叶轮22具有相对于轴线ar从径向内侧朝向外侧延伸的多个叶片b。
78.该多个叶片b在相对于轴线ar的周向上隔开间隔地排列。在周向上彼此相邻的一对叶片b彼此之间形成有用于供制冷剂气体流通的流路。该流路随着从轴线ar方向一侧朝向另一侧而从径向内侧朝向外侧逐渐弯曲。需要说明的是，在以下的说明中，在由叶片b形成的流路的两端部中，将制冷剂气体流入的一侧(轴线ar方向一侧)称为上游侧、轮毂侧等，将制冷剂气体流出的一侧(轴线ar方向另一侧)称为下游侧、护罩侧等。
79.内部空间32具备与第一叶轮21的流路的下游侧连接的返回流路33和将返回流路33和第二叶轮22的流路的上游侧连接的吸入流路34(流入流路34)。在以后的说明中，特别是将形成返回流路33的离心压缩机2的实体部分称为返回流路形成部33a。即，返回流路33包含作为返回流路形成部33a的壳体28的一部分。
80.返回流路33使制冷机气体从第一叶轮21的径向外侧的流路出口朝向第二叶轮22的径向内侧的流路入口流通。返回流路33(返回流路形成部33a)具有扩散器35、回转弯头部36、直线流路37、返回叶片38以及中间吸入口41。
81.扩散器35将由第一叶轮21压缩的制冷剂气体向径向外侧引导。在扩散器35中，随着从径向内侧朝向径向外侧，从径向观察的流路面积逐渐扩大。在包含轴线ar的剖面上，在扩散器35中的轴线ar方向两侧的壁面从径向内侧朝向外侧相互平行地延伸。扩散器35的径向外侧的端部经由回转弯头部36朝向径向内侧被折回后，与直线流路37连通。需要说明的是，扩散器35的轴线ar方向两侧的壁面未必需要完全地平行，只要实质上平行即可。
82.回转弯头部36在包含轴线ar的剖面上，其中央部向径向外侧弯曲。换言之，回转弯头部36呈连结扩散器35的出口与直线流路37的入口的圆弧状。直线流路37从回转弯头部36的下游侧的端部向径向内侧延伸。在直线流路37中，多个返回叶片38以轴线ar为中心呈放射状排列。通过该直线流路，流体被引导向径向内侧。
83.如图3所示，在包含轴线ar的剖面上，构成直线流路37的一对壁面分别为轮毂侧壁面w1和护罩侧壁面w2。即，轮毂侧壁面w1形成直线流路37的轴线ar方向一侧的壁面，护罩侧
壁面w2形成直线流路37的轴线ar方向另一侧的壁面。轮毂侧壁面w1和护罩侧壁面w2从轴线ar方向两侧相互对置。该轮毂侧壁面w1和护罩侧壁面w2形成用于配置返回叶片38的配置区域s。
84.在返回流路33的吸入流路34(即，第二叶轮22的流路入口)设有能根据运转状况变更角度的可动叶片50。可动叶片50在相对于轴线ar的周向上隔开间隔地排列多个。该多个可动叶片50通过驱动装置51驱动，其角度被变更(参照图2)。
85.进而，如图3所示，在直线流路37中的护罩侧壁面w2的中途位置设有中间吸入腔室40，该中间吸入腔室40使在节能器7产生的制冷剂气体与第一叶轮21的排出流合流而向第二叶轮22供给。中间吸入腔室40是包围第二叶轮22的入口部周围的圆环状空间。在中间吸入腔室40的径向内侧设有狭缝状中间吸入口41。
86.该中间吸入口41将中间吸入腔室40的内部与返回流路的直线流路37中的返回叶片38的内部流路p的一端pi(后述)连接。在护罩侧壁面w2上，设有中间吸入口41的一端侧(出口侧)的区域为连接壁面wc。比连接壁面wc靠径向外侧的部分为护罩侧上游面w21，比连接壁面wc靠径向内侧的部分为护罩侧下游面w22。就是说，护罩侧壁面w2具有护罩侧上游面w21、连接壁面wc以及护罩侧下游面w22。
87.(返回叶片的结构)
88.接着，参照图3与图4对返回叶片38的结构进行详细说明。如图3所示，在返回叶片38的内部形成有内部流路p。内部流路p的一端(导入口pi)与上述的中间吸入口41连通。就是说，中间吸入口41与各返回叶片38对应地在周向上隔开相等间隔地设置有多个。由此，中间吸入腔室40的制冷剂气体的总量经由中间吸入口41供给到内部流路p。内部流路p的另一端为在返回叶片38的表面开口的吹出口pe。
89.需要说明的是，中间吸入口41也可以是形成于连接壁面wc上并在周向上延伸的狭缝状开口。在该情况下，也可以构成为，中间吸入腔室40的制冷剂气体的一部分通过导入口pi经由内部流路p从吹出口pe被供给至直线流路37，其剩余部分从连接壁面wc上的在周向上延伸的狭缝状开口向直线流路37放出。
90.如图4所示，从轴线ar方向观察，返回叶片38随着从径向外侧的前缘e1向内侧的后缘e2而从旋转轴29的旋转方向r的前方侧向后方侧弯曲。返回叶片38的朝向旋转方向r的后方侧的面成为向前方侧凹陷的曲面状腹面s1。另一方面，返回叶片38的朝向旋转方向r的前方侧的面成为向前方侧凸出的曲面状背面s2。
91.上述内部流路p的吹出口pe在返回叶片38的背面s2上开口。吹出口pe的开口形状为圆形。此外，在本实施方式中，在各返回叶片38上仅形成有1个吹出口pe。
92.在此，在将返回叶片38的弦长设为100％时，理想的是吹出口pe形成于以前缘e1为基准20％～90％的范围内。更理想的是吹出口pe形成于以前缘e1为基准30％～85％的范围内。最理想的是吹出口pe形成于以前缘e1为基准50％～80％的范围内。
93.如图4所示，理想的是内部流路p随着从导入口pi向吹出口pe而从旋转方向r的前方侧向后方侧稍微弯曲。由此，从吹出口pe吹出的流体的流动方向成为沿着背面s2的方向。更具体而言，吹出口pe在背面s2的形成有该吹出口pe的位置的切线方向上开口。需要说明的是，吹出口pe的开口方向(就是说，吹出流体的方向)设为以下的范围内。即，在将从内部流路p的一端(导入口pi)向旋转方向r的前方侧延伸的基准线l设为0
°
位置的情况下，吹出
口pe的开口方向为从该基准线l向径向内侧0
°
以上且90
°
以下的范围内。换言之，从轴线ar方向观察，吹出口pe的开口方向是包含背面s2的切线方向分量的方向且是朝向径向内侧的方向。需要说明的是，只要吹出口pe满足上述的条件，内部流路p未必需要弯曲，也可以形成为直线状。在该情况下，在能容易地进行机械加工这一方面是有利的。
94.(作用效果)
95.返回叶片38是为了在直线流路37中改变流体的流动方向而去除回旋流成分而设置的。因此，在返回叶片38的背面s2侧且靠近后缘e2(下游侧)的区域中，有时流体不会完全追随背面而剥离(图4中的虚线箭头f')。若这样的剥离变得显著，则会导致损失，存在对压缩机的性能造成影响的隐患。特别是，上述的离心压缩机2在返回叶片38的径向内侧设有可动叶片50，因此难以保证返回叶片38本身的长度。由此，产生上述剥离的可能性特别高。
96.因此，在本实施方式中，通过返回叶片38的内部流路p，将流体以喷流fj的形式向该返回叶片38的背面s2吹出。由此，存在剥离倾向的流体f'由于喷流fj的附壁效应而被吸引到背面s2侧(图4中的实线箭头f)。就是说，通过喷流fj，能抑制背面s2的流体的剥离的发生。其结果是，能进一步提高离心压缩机2的性能。特别是，在来自中间吸入腔室40的制冷剂气体的必要供给量少的情况下，通过从返回叶片38的背面s2供给总量，能抑制流体从该返回叶片38剥离。需要说明的是，在来自中间吸入腔室40的制冷剂气体的必要供给量超过在返回叶片38的背面s2的剥离抑制所需的供给量的情况下，通过将制冷机气体的一部分从上述的狭缝状开口排出，能减轻制冷剂气体的压力损失。
97.此外，如本实施方式的离心压缩机2那样，在具备中间吸入口41的装置中，在不经由上述的内部流路p而直接向直线流路37中供给流体的情况下，有在该直线流路37流通的主流与从中间吸入口41供给的流体之间产生混合损失的隐患。由此，对离心压缩机2的性能造成影响。然而，在本实施方式中，内部流路p与中间吸入口41连通，以通过该内部流路p沿着背面s2的方式将流体供给至直线流路37中。由此，能抑制在与主流之间产生的混合损失。其结果是，能进一步提高离心压缩机2的性能。
98.特别是，根据上述结构，喷流fj从吹出口pe向包含背面s2的切线方向分量的方向吹出。由此，更强烈地体现出喷流fj的附壁效应。其结果是，存在剥离的倾向的流体f'由于附壁效应而被进一步强烈地吸引至背面s2侧。因此，能进一步降低在背面s2侧产生流体的剥离的可能性。
99.在此，在从返回叶片38的前缘e1起20％～90％的范围内，该返回叶片38较大地弯曲，因此在背面s2侧特别容易产生流体的剥离。根据上述结构，在这样的大的弯曲部分形成有吹出口pe。利用从吹出口pe吹出的喷流fj，特别是在容易产生剥离的部分有效地体现出附壁效应，能将流体向背面s2侧吸引。其结果是，能进一步降低产生流体的剥离的可能性。
100.(其他实施方式)
101.以上，参照附图对本发明的实施方式进行了详细描述，但具体的结构不限于该实施方式，也包括不脱离本发明的主旨的范围的设计变更等。
102.例如，在上述实施方式中，对在背面s2仅形成有1个吹出口pe的例子进行了说明。然而，吹出口pe的形态并不限定于上述，作为变形例也可以采用图5至图10所示的形态。
103.在图5和图9的例子中，在背面s2上，在径向上隔开间隔地形成有多个(2个)吹出口pe2。根据这样的结构，能在径向上的更宽的范围内抑制上述的流体的剥离。
104.进而，在图6的例子中，在背面s2上，在径向和轴线ar方向上隔开间隔地形成有多个(4个)吹出口pe3。根据这样的结构，除了径向以外，还能在轴线ar方向上的宽范围内抑制上述流体的剥离。
105.此外，吹出口的形状并不限定于圆形，也可以是矩形，也可以是狭缝状。在图7和图10的例子中，作为吹出口pe4，形成有多个(2个)以轴线ar方向为长尺寸方向的狭缝。这些吹出口pe4在径向上隔开间隔地排列多个(2个)。此外，在图8的例子中，作为吹出口pe5，在背面s2上形成有在包含径向分量和轴线ar方向分量的方向上延伸的狭缝。根据这样的结构，在背面s2上的更宽的范围内，能抑制流体的剥离。
106.需要说明的是，在上述实施方式中，对离心压缩机2具备可动叶片50的结构进行了说明。然而，也可以采用不具备可动叶片50的结构。在该情况下，能在维持离心压缩机的性能的状态下减小直径，因此能实现涡轮制冷机整体的紧凑化。
107.<附注>
108.各实施方式中记载的离心压缩机例如理解以下。
109.(1)第一方案的离心压缩机2具备：旋转轴29，绕轴线ar旋转；叶轮21，设于该旋转轴29，绕所述轴线ar旋转；壳体28，形成返回流路33，该返回流路33具有使从该叶轮21朝向径向外侧流通的流体向径向内侧折回的回转弯头部36，以及与该回转弯头部36的下游侧连接并将所述流体向径向内侧引导的直线流路37；以及返回叶片38，设于所述直线流路37的一部分并在周向上隔开间隔地配置有多个，具有朝向所述旋转轴29的旋转方向的前方侧的背面s2和朝向后方侧的腹面s1，所述壳体28具有：轮毂侧壁面w1和护罩侧壁面w2，形成所述直线流路37中的所述返回叶片38的配置区域s；以及中间吸入口41，形成于所述护罩侧壁面w2，将从外部引导的流体向所述直线流路37侧吹出，在所述返回叶片38的内部形成有内部流路p，所述内部流路p的一端与所述中间吸入口41连通，另一端是在所述返回叶片38的所述背面s2上开口的吹出口pe。
110.根据上述结构，能通过返回叶片38的内部流路p，使流体以喷流fj的形式向该返回叶片38的背面s2吹出。由此，存在从背面s2剥离的倾向的流体f'由于喷流fj的附壁效应而被吸引至背面s2侧。就是说，通过喷流fj，能抑制背面s2的流体的剥离的发生。
111.(2)在第二方案的离心压缩机2中，在从所述轴线ar方向一侧观察，在将从所述内部流路p的一端向所述旋转方向的前方侧延伸的基准线l设为0
°
位置的情况下，所述吹出口pe的开口方向处于从该基准线l向径向内侧0
°
以上且90
°
以下的范围内。
112.根据上述结构，能将从吹出口pe吹出的喷流fj的流动方向设为沿背面s2的方向。由此，能进一步降低在背面s2的比吹出口pe靠径向内侧的位置产生流体的剥离的可能性。
113.(3)在第三方案的离心压缩机2中，从所述轴线ar方向观察，所述吹出口pe的开口方向是所述背面s2的切线方向且是朝向径向内侧的方向。
114.根据上述结构，喷流fj从吹出口pe向包含背面s2的切线方向分量的方向吹出。由此，更强烈地体现出喷流fj的附壁效应。其结果是，存在剥离的倾向的流体f'由于附壁效应而被进一步强烈地吸引至背面s2侧。因此，能进一步降低在背面s2侧产生流体的剥离的可能性。
115.(4)在第四方案的离心压缩机2中，在将所述返回叶片38的弦长设为100％时，所述吹出口pe形成于以该返回叶片38的前缘e1为基准20％～90％的范围内，所述前缘e1是该返
回叶片38的径向外侧的端缘。
116.在此，在从返回叶片38的前缘e1起20％～90％的范围内，该返回叶片38较大地弯曲，因此在背面s2侧特别容易产生流体的剥离。根据上述结构，在这样大的弯曲部分形成有吹出口pe。通过从吹出口pe吹出的喷流fj，特别是在容易产生剥离的部分体现出附壁效应，能将流体向背面s2侧吸引。
117.(5)在第五方案的离心压缩机2中，在所述返回叶片38的所述背面s2上形成有在所述轴线ar方向上隔开间隔排列的多个所述吹出口pe3。
118.根据上述结构，能降低在轴线ar方向上的更宽的范围内产生流体的剥离的可能性。
119.(6)在第六方案的离心压缩机2中，在所述返回叶片38的所述背面s2上形成有在径向上隔开间隔排列的多个所述吹出口pe2。
120.根据上述结构，能降低在径向上的更宽的范围内产生流体的剥离的可能性。
121.(7)在第七方案的离心压缩机2中，所述吹出口pe4(pe5)是在包含所述轴线ar方向和径向中的至少一方的方向上延伸的狭缝。
122.根据上述结构，能降低在包含轴线ar方向和径向中的至少一方的更宽的范围内产生流体的剥离的可能性。