旋转机械的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有旋转轴及固定于旋转轴且与旋转轴一起旋转的多个叶轮的旋转机械。
[0002]本申请主张基于2013年9月18日申请的日本专利申请2013-193390号的优先权，并将其内容援用于该说明书中。
【背景技术】
[0003]众所周知，离心压缩机等旋转机械通过使气体沿旋转的叶轮的半径方向穿过，并利用此时产生的离心力来压缩这些气体。在这种离心压缩机中，已知有沿轴向具备多级叶轮，并逐级压缩气体的多级式离心压缩机。
[0004]叶轮在离心压缩机的外壳内以能够在旋转轴上旋转的方式被支承。离心压缩机中，经由旋转轴使叶轮旋转，从而从外壳的吸入口吸入空气或气体等流体而赋予离心力。由离心力产生的动能在扩压器及涡旋部被转换成压力能，被压缩的气体从外壳的排出口被送出。
[0005]在上述旋转机械中，尤其在同一轴上安装有多个叶轮且各自具有一个气体的出入口的离心压缩机在单轴多级离心压缩机中被称为直线型离心压缩机(straight typecentrifugal compressor)ο
[0006]作为单轴多级离心压缩机已知有如专利文献I中记载的组合具有有叶扩压器的级与具有无叶扩压器的级而成的离心压缩机。该离心压缩机中，在具有有叶扩压器的级中以维持高效率为目的，在具有无叶扩压器的级中以确保较广的工作范围为目的。
[0007]以往技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献I:日本特开2010-31777号公报
[0010]发明的概要
[0011]发明要解决的技术课题
[0012]在具有多级叶轮的旋转机械中，气体的温度越往后级越变高。另一方面，若所有级的叶轮的直径均相同，则所有级的叶轮都以相同的转速旋转，但随着温度的上升，越往后级声速越变高。由此，在前级机械马赫数(叶轮的周向速度除以声速的值)变高，在后级机械马赫数变低。
[0013]如专利文献I中记载的旋转机械，若在机械马赫数较高的前级侧设置有叶扩压器，则与设置无叶扩压器时相比有可能使工作范围(流量范围)变窄。
[0014]并且，越往后级气体越被压缩，而使得体积流量变小，因此后级的流路宽度比前级的流路宽度窄。在流路宽度较窄的后级设置无叶扩压器时，有可能降低效率。
[0015]即，将前级侧设为有叶扩压器且将后级侧设为无叶扩压器的组合中，可能无法充分实现既维持旋转机械的高效率又确保较广的工作范围。
【发明内容】
[0016]该发明的目的在于，提供一种既维持高效率又确保较广的工作范围的旋转机械。
[0017]用于解决技术课题的手段
[0018]根据本发明的第一方式，旋转机械的特征在于，具备:旋转轴；多个叶轮，固定于所述旋转轴，且与所述旋转轴一起旋转;及外壳，包围所述旋转轴及所述叶轮，形成供从所述叶轮向径向外侧排出的流体流通的扩压通道及将在所述扩压通道内流通的流体引导到径向内侧以导入到后级的所述叶轮的回流流路，所述多个叶轮越靠后级侧配置，所述流体的流路截面面积形成得越小，分别与相邻一对所述叶轮相对应的所述扩压通道中，配置于前级侧的所述扩压通道为无叶扩压器，配置于后级侧的所述扩压通道为有叶扩压器。
[0019]根据上述结构，能够通过在机械马赫数较高的前级侧设置无叶扩压器来确保工作范围，且通过在流路截面面积较小的后级侧设置有叶扩压器来维持高效率。由此，能够提供既维持高效率又确保较广的工作范围的旋转机械。
[0020]在上述旋转机械中，可以构成为，比配置于所述前级侧的所述扩压通道更靠前级侧配置的所有所述扩压通道为无叶扩压器，比配置于所述后级侧的所述扩压通道更靠后级侧配置的所有所述扩压通道为有叶扩压器。
[0021 ]在上述旋转机械中，可以构成为沿所述旋转轴的轴向连结有多个所述一对叶轮。
[0022]发明效果
[0023]根据本发明，能够通过在机械马赫数较高的前级侧设置无叶扩压器来确保工作范围，且通过在流路截面面积较小的后级侧设置有叶扩压器来维持高效率。由此，能够提供一种既维持高效率又确保较广的工作范围的旋转机械。
【附图说明】
[0024]图1为本发明的第一实施方式的离心压缩机的概略剖视图。
[0025]图2为放大本发明的第一实施方式的离心压缩机中的叶轮的图。
[0026]图3为本发明的第一实施方式的离心压缩机及现有离心压缩机的性能曲线图。
[0027]图4为本发明的第二实施方式的离心压缩机的概略剖视图。
[0028]图5为本发明的第三实施方式的尚心压缩机的概略剖视图。
【具体实施方式】
[0029](第一实施方式)
[0030]以下，参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，在本实施方式中，作为旋转机械的一例以具备多个叶轮的多级式单轴多级离心压缩机为例进行说明。
[0031]如图1所示，本实施方式的离心压缩机I主要由绕轴线O旋转的旋转轴2、安装于旋转轴2且利用离心力来压缩空气等流体G的叶轮3及支承旋转轴2以使其能够旋转且形成使流体G从上游侧流向下游侧的流路4的外壳5构成。
[0032]外壳5具有大致圆柱形的轮廓。旋转轴2以贯穿外壳5的中心的方式配置。外壳5的旋转轴2的轴向两端设置有轴颈轴承7，一端设置有推力轴承8。这些轴颈轴承7及推力轴承8以能够使旋转轴2旋转的方式进行支承。即，旋转轴2经由轴颈轴承7及推力轴承8而被外壳5支承。
[0033]并且，在外壳5的轴向的第一侧设置有供流体G从外部流入的吸入口9，在第一侧的相反侧设置有供流体G流到外部的排出口 10。在外壳5内设置有分别与这些吸入口 9及排出口 1连通，并反复进行缩径及扩径的内部空间11。
[0034]内部空间11在发挥容纳叶轮3的空间的功能的同时还发挥上述流路4的功能。即，吸入口 9与排出口 10经由叶轮3及流路4连通。并且，外壳5由护罩外壳5a与轮毂外壳5b构成，内部空间11由护罩外壳5a与轮毂外壳5b形成。
[0035]叶轮3沿旋转轴2的轴向隔着间隔排列有多个。本实施方式的离心压缩机I具有初级压缩机级31至五级压缩机级35共五级压缩机级。另外，在图示例中，设置有五个叶轮3，但只要设置至少两个即可。
[0036]如图2所示，各叶轮3由轮毂13、叶片14及护罩15构成。轮毂13形成为直径随着靠近排出口 10侧逐渐扩大的大致圆盘形。叶片14以放射状安装于轮毂13，且沿轴向排列有多个。护罩15以周向覆盖多个叶片14的前端侧的方式安装。
[0037]流路4在旋转轴2的径向上蜿蜒且沿轴向行进以连结各叶轮3，以便流体G通过多个叶轮3被逐级压缩。流路4主要由吸入通道17、压缩通道18、扩压通道19及回流通道20构成。扩压通道19为将通过叶轮3赋予流体G的动能转换成压力能的通道。
[0038]叶轮3形成为越靠后级侧配置，流体G的流路截面面积越变小。换言之，压缩通道18形成为随着向流体G的下游侧而变细。
[0039 ]吸入通道17为使流体G从径向外侧流向径向内侧之后，在叶轮3的紧前方使该流体G的方向向旋转轴2的轴向转换的通道。具体而言，吸入通道17由直线通道21和转角通道22构成。直线通道21为使流体G从径向外侧朝径向内侧流动的直线形通道。转角通道22为将从直线通道21流过来的流体G的流动方向从径向内侧转换成轴向，以使流体G朝向叶轮3的弯曲形状的通道。
[0040]而且，在位于两个叶轮3之间的直线通道21上设置有以轴线O为中心配置成放射状，以在旋转轴2的周向分割直线通道21的多个返回翼片23。
[0041]压缩通道18为用于将从吸入通道17输送过来的流体G在叶轮3内压缩的通道。压缩通道18被轮毂13的叶片安装面与护罩15的内壁面包围。
[0042]扩压通道19的径向内侧侧与压缩通道18连通。扩压通道19发挥使通过叶轮3压缩的流体G流向径向外侧的作用。另外，扩压通道19的径向外侧侧与回流通道20连通，但与流路4中位于最下游侧的叶轮3(图1中为第五级叶轮3)的径向外侧相连的扩压通道19与吐出涡旋12(后述)连通。
[0043]回流通道20的截面大致形成为U字形。回流通道20的上游端侧与扩压通道19连通，回流通道20的下游端侧与吸入通道17的直线通道21连通。回流通道20通过叶轮3(前级侧的叶轮3)使通过扩压通道19而流向径向外侧的流体G的流动方向反转为径向内侧，并向直线通道21送出。
[0044]如上所述，叶轮3形