隔板以及离心式旋转机械的制作方法
【专利摘要】隔板(4)覆盖叶轮(3)，以使叶轮(3)能够以轴线(O)为中心进行旋转。在隔板(4)上形成有朝向叶轮(3)的入口供给气体(G)的吸入流路(FC1)、供从叶轮(3)朝向径向外侧排出的气体(G)流通的扩散流路(FC4)、以及使上述吸入流路(FC1)与扩散流路(FC4)始终连通的连通部(24)。
【专利说明】
隔板以及离心式旋转机械
技术领域
[0001]本发明涉及隔板(diaphragm)以及具备该隔板的离心式旋转机械。本申请基于2014年2月5日在日本申请的日本特愿2014-020490号而主张优先权，并将其内容援引于此。
【背景技术】
[0002]例如，作为离心式旋转机械的一种，已知有离心式压缩机。在离心式压缩机中，使气体在旋转的叶轮的径向上流通，利用离心力而压缩该气体。在这种离心式压缩机中，已知有沿轴向具备多级叶轮而阶段性地压缩气体的多级离心式压缩机。
[0003]然而，已知在上述那样的多级离心式压缩机中，产生使气体在叶轮内从下游侧朝向上游侧地逆流的、被称作喘振的现象。在系统整体的流量比产生上述那样的喘振的流量即喘振流量小的情况下，具有如下方法:通过形成使主流的一部分从主流的流动的下游侧向上游侧返回的旁通路(bypass-1 ine)而抑制喘振的产生，从而实现工作范围的扩大。
[0004]例如，在专利文献I中示出了上述那样的旁通路的一例。该旁通路形成为，在各级叶轮接近喘振的状态时，使流体的一部分从各级叶轮的排出侧朝向吸入侧回流。
[0005]在先技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献I:日本专利第2637144号公报
[0008]发明要解决的课题
[0009]然而，在专利文献I的旁通路的情况下，成为仅在接近喘振的状态的情况下打开旁通路而使流体回流的构造。因此，在系统流量比产生喘振的流量略大的情况等不会进行流体的回流。因此，虽然是不产生喘振的状态，但是成为非常接近喘振产生的状态，因此流动变得不稳定而担心产生轴振动。另外，在专利文献I的旁通路内，设有用于打开、关闭旁通路的弹簧等构造物，因此流体向旁通路内流入时的压力损失增大，存在压缩效率降低的问题。
【发明内容】
[0010]本发明是考虑了这样的情况而完成的，其目的在于提供可以维持压缩效率并且抑制喘振的产生、并实现工作范围的扩大的隔板以及离心式压缩机。
[0011]解决方案
[0012]为了解决上述课题，本发明采用以下的手段。
[0013]S卩，作为本发明的一方案的隔板覆盖叶轮，以使叶轮能够以轴线为中心进行旋转，其中，所述隔板形成有如下构件:入口侧流路，其朝向所述叶轮的入口供给流体；出口侧流路，其供从所述叶轮朝向径向外侧排出的流体流通；以及连通部，其使上述入口侧流路与出口侧流路始终连通。
[0014]根据这样的隔板，通过形成有连通部，能够使被叶轮压缩或者压送的流体始终从出口侧流路向入口侧流路回流。
[0015]因而，通过使流体穿过连通部从叶轮的下游侧向叶轮的上游侧顺畅地回流，能够抑制喘振的产生。
[0016]另外，也可以是，上述隔板还具备:第一叶片，其配置在所述入口侧流路内，并将所述流体向所希望的方向引导；以及第二叶片，其配置在所述出口侧流路内，并将所述流体向所希望的方向引导，所述连通部配置在所述第一叶片的上游侧的位置与所述第二叶片的下游侧的位置之间。
[0017]通过将连通部配置在这样的位置，由于将连通部配置在与叶轮分离的位置。因而，穿过连通部进行回流的流体不易受到叶轮的旋转的影响。因此，能够使流体顺畅地回流。
[0018]另外，作为本发明的另一方案的离心式旋转机械具备:上述的隔板；以及被所述隔板支承为能够相对于该隔板绕轴线进行相对旋转的叶轮。
[0019]根据这样的离心式旋转机械，通过具备隔板，能够使流体穿过始终连通的连通部而从叶轮的下游侧向叶轮的上游侧顺畅地回流，并且能够抑制离心式旋转机械的系统整体的流量接近喘振流量。
[0020]另外，也可以是，上述的离心式旋转机械具备沿所述轴线的方向排列且绕该轴线旋转的多个叶轮，所述隔板对所述多个叶轮之中被设计为喘振流量最大的至少一个叶轮进行支承。
[0021]如此，通过相对于被设计为喘振流量最大的叶轮选择性应用连通部，能够限定产生回流的叶轮的级。因此，能够抑制离心式旋转机械的系统整体的流量而减少动力，因此能够有效地抑制喘振的产生。
[0022]另外，也可以说，上述的离心式旋转机械具备沿所述轴线的方向排列且绕该轴线旋转的多个叶轮，所述隔板设为沿所述轴线的方向排列有多个，以对所述多个叶轮的各个叶轮进行支承，各隔板的所述连通部中的所述流体的流路面积不同。
[0023]如此通过使连通部的流路面积在每一个隔板中不同，能够与各级叶轮各自不同的喘振流量相配合地调整穿过连通部从叶轮的下游侧向上游侧回流的流体的流量。即，能够根据各级的规格而调整回流的流体的流量，能够更有效地抑制喘振的产生。
[0024]发明效果
[0025]在本发明的一方案中，通过设有始终连通的连通部，能够维持压缩效率并且抑制喘振的产生，从而能够实现工作范围的扩大。
【附图说明】
[0026]图1是包括本发明的实施方式的多级离心式压缩机的轴线的纵向剖视图。
[0027]图2是示出本发明的实施方式的多级离心式压缩机与假设不设置连通部的情况下的多级离心式压缩机的喘振线的差异的图表，横轴示出系统所需的气体的流量与压缩比之间的关系。
[0028]图3是包括本发明的实施方式的第一变形例的多级离心式压缩机的轴线的纵向剖视图。
[0029 ]图4是包括本发明的实施方式的第二变形例的多级离心式压缩机的轴线的纵向剖视图。
[0030]图5是包括本发明的实施方式的第三变形例的多级离心式压缩机的轴线的纵向剖视图。
[0031]图6是包括本发明的实施方式的第四变形例的多级离心式压缩机的轴线的纵向剖视图。
【具体实施方式】
[0032]以下，参照附图对本发明的多级离心式压缩机1(离心式旋转机械)的实施方式进行说明。
[0033]如图1所示，多级离心式压缩机I具备绕轴线O进行旋转的旋转轴2、安装于旋转轴2的多个叶轮3、以及将旋转轴2支承为能够旋转并且形成有使空气等气体G(流体)流通的外壳流路FC的外壳4。
[0034]旋转轴2成为沿着轴线O延伸并以轴线O为中心的圆柱状。旋转轴2在未图示的电动机等动力源的作用下绕轴线O而相对于外壳4相对旋转。
[0035]多个叶轮3在轴线O延伸的轴线O方向上隔开间隔地排列。在本实施方式的多级离心式压缩机I中，排列有五个叶轮3。
[0036]以下，将各个叶轮3从气体G流通的上游侧朝向下游侧(从轴线O方向的一方侧朝向另一方侧)设为一级叶轮3a、二级叶轮3b、三级叶轮3c、四级叶轮3d、五级叶轮3e。
[0037]各个叶轮3具有朝向轴线O方向的下游侧而逐渐扩径的圆盘状的轮盘11、呈放射状地安装在轮盘11上且在相对于轴线O的周向上相互分离地排列的多个桨叶(blade)12、以及以从轴线O方向的上游侧覆盖上述多个桨叶12的方式安装的护罩13。
[0038]由沿周向邻接的各桨叶12、轮盘11、以及护罩13围成的区域成为供气体G流通的叶轮流路FCO。在叶轮流路FCO中形成有吸入气体的入口以及排出气体的出口。入口形成在叶轮流路FCO的轴线O方向的上游端。出口形成在叶轮流路FCO的轴线O方向的下游侧的部分且径向外侧端。
[0039]需要说明的是，叶轮3可以是像本实施方式那样设有护罩13的封闭式叶轮，也可以是与本实施方式不同而不设有护罩13的开放式叶轮。
[0040]在外壳4中形成有供气体G流动的外壳流路FC。气体G经由该外壳流路FC从一级叶轮3a的叶轮流路FCO向五级叶轮3e的叶轮流路FCO阶段性地流通，由此在离心力的作用下被压缩。
[0041]外壳4具有在旋转轴2的轴线O方向的两端设置的轴颈轴承7以及在一方侧的端部设置的推力轴承8。外壳4通过上述轴颈轴承7以及推力轴承8来支承旋转轴2。旋转轴2被支承为能够相对于该外壳4相对旋转。
[0042]外壳4的外壳流路FC在外壳4中形成为以轴线O为中心的环状。
[0043 ]该外壳流路FC具有使一级叶轮3a中的叶轮流路FCO的入口与多级离心式压缩机I的外部连通的吸入流路FCl (入口侧流路)、使五级叶轮3e的叶轮流路FCO的出口与多级离心式压缩机I的外部连通的排出流路FC2(出口侧流路)、以及在各级叶轮3彼此之间形成的中间流路FC3。
[0044]吸入流路FCl在外壳4中形成在一级叶轮3a的轴线O方向的上游侧的位置。该吸入流路FCl在外壳4的周向的一部分朝向径向外侧开口，并且朝向径向内侧延伸，向一级叶轮3a中的叶轮流路FCO的入口供给气体G。
[0045]在该吸入流路FCl内设有使从多级离心式压缩机I的外部吸入的气体G向所希望的方向转向而向叶轮流路FCO引导的入口导流叶片(vane)21(第一叶片)。入口导流叶片21在未图示的动作机构的作用下能够调整相对于径向的向周向的倾斜。所希望的方向是指，例如对从外部吸入的气体G施加预旋转那样的、相对于径向而向叶轮3的旋转方向前方侧倾斜的方向。
[0046]排出流路FC2在外壳4中形成为从五级叶轮3e中的叶轮流路FCO的出口朝向径向外侧延伸。在该排出流路FC2中形成有排出气体G的出口。该排出流路FC2的出口在外壳4的周向的一部分朝向径向外侧进行开口。排出流路FC2供从五级叶轮3e中的叶轮流路FCO的出口排出的气体G流通并将该气体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处形成有沿周向呈环状地延伸的空间即排出涡管S。该排出涡管S使从五级叶轮3e的叶轮流路FCO的出口排出的气体G的压力增大。
[0048]在此，在本实施方式中，也可以如图1的虚线所示，在该排出流路FC2内，在排出涡管S与叶轮3之间设有扩散叶片22(第二叶片)。该扩散叶片22使从叶轮流路FCO排出的气体G向所希望的方向转向而被引导向排出涡管S，并且将流通的气体G的动压转换为静压。所希望的方向是指，以上述方式进行静压转换的方向、即相对于径向而向周向倾斜的方向。
[0049]中间流路FC3在外壳4中形成在一级叶轮3a与二级叶轮3b之间的位置、二级叶轮3b与三级叶轮3c之间的位置、三级叶轮3c与四级叶轮3d之间的位置、以及四级叶轮3d与五级叶轮3e之间的位置。
[0050]各级间的中间流路FC3均采用大致相同的结构，因此，作为代表而对一级叶轮3a与二级叶轮3b之间的中间流路FC3进行说明。
[0051]中间流路FC3不与外壳4的外部连通而是形成在外壳4的内部。中间流路FC3具有从一级叶轮3a中的叶轮流路FCO的出口朝向径向外侧延伸的扩散流路FC4(出口侧流路)、以及与扩散流路FC4连接并朝向二级叶轮3b的叶轮流路FCO的入口延伸的返回流路FC5。
[0052]扩散流路FC4供从一级叶轮3a的叶轮流路FCO朝向径向外侧排出的气体G流通。也可以在该扩散流路FC4内设置上述的扩散叶片22(第二叶片)。
[0053]返回流路FC5包括与扩散流路FC4的径向外侧的端部连接的第一弯曲流路部FC6、与第一弯曲流路部FC6的端部连接的直线流路部FC7、以及与直线流路部FC7的端部连接的第二弯曲流路部FC8。
[0054]第一弯曲流路部FC6在从扩散流路FC4向径向外侧延伸之后向径向内侧弯曲。第一弯曲流路部FC6将从一级叶轮3a的叶轮流路FCO朝向径向外侧的气体G的流动转向为朝向径向内侧的流动。
[0055]直线流路部FC7与第一弯曲流路部FC6的径向内侧的端部且第一弯曲流路部FC6和扩散流路FC4的连接部分的相反侧的端部连接。直线流路部FC7从第一弯曲流路部FC6朝向径向内侧延伸。
[0056]在该直线流路部FC7内设有使来自一级叶轮3a的叶轮流路FCO的气体G向所希望的方向转向而向二级叶轮3b的叶轮流路FCO引导的返回叶片23(第一叶片)。所希望的方向是指，例如除去来自一级叶轮3a的叶轮流路FCO的气体G的回转成分那样的方向、即相对于径向而向叶轮3的旋转方向的后方侧倾斜的方向。
[0057]第二弯曲流路部FC8与直线流路部FC7的径向内侧的端部连接，且以从该端部沿着轴线O的另一侧(下游侧)的方式弯曲。第二弯曲流路部FC8使来自直线流路部FC7的气体G的流动转向为朝向二级叶轮3b的叶轮流路FCO的流动。
[0058]在此，在本实施方式中，外壳流路FC还包括使从一级叶轮3a的叶轮流路FCO向径向外侧延伸的扩散流路FC4与吸入流路FCl始终连通的连通部24。
[0059]在本实施方式中，连通部24成为沿周向相互隔开间隔地形成有多个的连通孔。
[0060]需要说明的是，该连通孔的形状没有特别地限定，可以是剖面呈圆形，也可以是剖面呈多边形。另外，也可以不是连通孔而是狭缝那样的结构。即，只要是始终连通扩散流路FC4与吸入流路FCl的结构，形状可以是任意的，也可以仅形成于周向的一处。
[0061 ]另外，在向扩散流路FC4设置扩散叶片22的情况下，连通部24可以将扩散叶片22的径向外侧即气体G的流动的下游侧、与入口导流叶片21的径向外侧即气体G的流动的上游侧连通起来。
[0062]在此，将形成有吸入流路FCl以及在一级叶轮3a的叶轮流路FCO的出口侧设置的扩散流路FC4的外壳4的一部分设为第一级隔板4a。
[0063]另外，将形成有一级叶轮3a与二级叶轮3b之间的返回流路FC5以及在二级叶轮3b的叶轮流路FCO的出口侧设置的扩散流路FC4的外壳4的一部分设为第二级隔板4b。
[0064]与第二级隔板4b同样地定义第三级隔板4c以及第四级隔板4d。
[0065]此外，将设有四级叶轮3d与五级叶轮3e之间的返回流路FC5以及排出流路FC2的外壳4的一部分设为第五级隔板4e。
[0066]在本实施方式中，连通部24形成于第一级隔板4a，并且，在本实施方式中采用产生喘振的喘振流量在一级叶轮3a处成为最大值的设计。
[0067]根据这样的多级离心式压缩机I，在第一级隔板4a上形成有连通部24。因此，能够使被一级叶轮3a压缩的气体G的一部分从扩散流路FC4向吸入流路FCl始终回流，S卩，使气体G通过压差从成为高压的一级叶轮3a的下游侧向成为低压的上游侧始终回流。
[0068]在此，在假设不设置连通部24而不使气体G的一部分回流的情况下，当将在各级叶轮3中流通的气体G的流量设为100时，在各级叶轮3中流通的气体G的合计流量为500。
[0069]此外，在假设不设置连通部24而不使气体G的一部分回流的情况下，将喘振线LO假定为图2的虚线所示那样，某一运转点A位于比喘振线LO靠小流量侧的位置。
[0070]在这样的状况下，若在运转点A处进行多级离心式压缩机I的运转，则产生喘振，无法进行稳定的运转。
[0071]另一方面，在像本实施方式那样设置连通部24且将在该连通部24处回流的气体G的流量设为10的情况下，喘振线LO在表观上向小流量侧偏移10%，成为喘振线LI (图2的实线)。由此，若如图2所示那样使运转点A的流量大于喘振线LI的流量，则能够进行稳定的运转。
[0072]另外，若加上回流量的气体G的流量10，则在各级叶轮3中流通的气体G的合计流量成为510，因此与不进行回流的情况相比而使动力增大与气体G流量10相应的量。但是，假设在从五级叶轮3e的下游侧朝向一级叶轮3a的上游侧的系统的所有级范围内使气体G回流的系统中，在各级叶轮3中流通的气体G的流量成为110。因此，需要使在各级叶轮3中流通的气体G的合计流量550的量流通的动力。
[0073]因此，像本实施方式那样，相对于进行了喘振流量最大的设计的叶轮3而选择性地应用连通部24，将在设计时喘振流量成为最大的级的叶轮3的下游侧与上游侧连通而使气体G的一部分回流，由此能够抑制多级离心式压缩机I的系统整体的气体G的流量而减少动力，因此，能够有效地抑制喘振的产生。
[0074]另外，假设在设置有扩散叶片22的情况且连通部24将扩散叶片22的径向外侧与入口导流叶片21的径向外侧连通起来的情况下，在与一级叶轮3a进一步分离的位置处配置连通部24。因此，穿过连通部24进行回流的气体G不易受到一级叶轮3a的旋转的影响。因此，能够使气体G顺畅地回流。
[0075]另外，如此假设设置有扩散叶片22的情况下，通过一级叶轮3a后的气体G在利用扩散叶片22进行静压恢复之后，能够使该气体G的一部分向连通部24流入。因而，能够使气体G容易流入连通部24，使流体稳定地穿过连通部24而向叶轮3的上游侧顺畅地回流。
[0076]此外，连通部24仅是连通孔、狭缝，因此在连通部24内没有遮挡气体G的流动那样的构件，能够将回流时的压力损失抑制得较小，能够使气体G顺畅地回流。
[0077]根据本实施方式的多级离心式压缩机I，通过设置始终连通的连通部24，能够将多级离心式压缩机I的系统整体的动力增大抑制为最小限度，并且抑制喘振的产生。
[0078]需要说明的是，也可以不一定像本实施方式那样使连通部24将扩散叶片22的径向外侧与入口导流叶片21的径向外侧连通起来。
[0079]S卩，只要形成为至少将一级叶轮3a的下游侧与上游侧连通起来即可。
[0080]在此，假设设计为喘振流量在二级叶轮3b处成为最大的情况下，如图3所示，优选连通部24形成于第二级隔板4b，并将二级叶轮3b的下游侧与上游侧连通起来。在这种情况下也能够将多级离心式压缩机I的系统整体的动力增大抑制为最小限度，并且抑制喘振的产生。
[0081]同样，假设设计为喘振流量在三级叶轮3c处成为最大的情况下，将连通部24形成于第三级隔板4c即可。
[0082]另外，在设计为喘振流量在四级叶轮3d处成为最大的情况下，将连通部24形成于第四级隔板4d即可。
[0083]另外，假设设计为喘振流量在五级叶轮3e处成为最大的情况下，优选如图4所示构成。具体来说，连通部24优选形成为，将五级叶轮3e的叶轮3流量的出口侧的扩散叶片22的径向外侧与五级叶轮3e的叶轮3流量的入口侧的返回叶片23的径向外侧连通起来。而且，如图4所示，连通部24也可以与排出涡管S连通。
[0084]另外，假设设计为喘振流量在四级叶轮3d与五级叶轮3e处成为最大的情况下，优选如图5所示构成。具体来说，连通部24优选形成为，将五级叶轮3e的叶轮3流量的出口侧的扩散叶片22的径向外侧与四级叶轮3d的叶轮3流量的入口侧的返回叶片23的径向外侧连通起来。即，在这种情况下，也考虑将第四级隔板4d与第五级隔板4e构成一级的隔板。
[0085]另外，在图6中示出本实施方式的其它的变形例。在该变形例中，在所有级的隔板4a?4e上形成有连通部24。即，以连通所有级的叶轮3的下游侧与上游侧的方式形成有连通部24。
[0086]另外，上述连通部24中，在各级的隔板4a?4e各自中供气体G流通的流路面积不同。例如，在连通部24为连通孔的情况下每一个隔板4a?4e的孔径不同、或者连通孔的数量不同。
[0087]根据这样的多级离心式压缩机I，通过使连通部24的流路面积在每一个隔板4a?4e处不同，能够与在各级的叶轮3各自中不同的喘振流量相适地调整穿过连通部24而从叶轮3的下游侧向上游侧回流的气体G的流量。
[0088]S卩，能够根据各级的规格而调整回流的气体G的流量，使得在所有级中不会接近产生喘振的状态。因此，能够更有效地抑制喘振的产生。
[0089]以上，对本发明的实施方式进行了详细说明，但在不脱离本发明的技术思想的范围内也能够进行一些设计变更。
[0090]例如，在上述的实施方式中，作为离心式旋转机械的一例，对多级离心式压缩机I进行了说明，但在替代气体G而压送液体的多级离心栗等其它的离心式旋转机械中也能够应用上述的实施方式的隔板。
[0091]工业实用性
[0092]根据本发明的一方案，能够维持压缩效率并且抑制喘振的产生。
[0093]附图标记说明:
[0094]I...多级离心式压缩机(旋转机械)；2...旋转轴;3...叶轮;G...气体(流体)；3a…一级叶轮;3b...二级叶轮;3c...三级叶轮;3d…四级叶轮;3e...五级叶轮;4...外壳;4a...第一级隔板;4b...第二级隔板;4c...第三级隔板;4d...第四级隔板;4e...第五级隔板;7...轴颈轴承；8…推力轴承；11...轮盘；12...桨叶；13...护罩;21...入口导流叶片(第一叶片)；22…扩散叶片;23...返回叶片(第一叶片)；24…连通部;FC...外壳流路;FC0...叶轮流路;FCl...吸入流路(入P侧流路)；FC2…排出流路(出口侧流路)；FC3…中间流路;FC4…扩散流路(出P侧流路);FC5…返回流路(入口侧流路);FC6…第一弯曲流路部;FC7…直线流路部;FC8…第二弯曲流路部;S…排出祸管;0..轴线。
【主权项】
1.一种隔板，该隔板覆盖叶轮，以使所述叶轮能够以轴线为中心进行旋转，其中， 所述隔板形成有如下构件: 入口侧流路，其朝向所述叶轮的入口供给流体； 出口侧流路，其供从所述叶轮朝向径向外侧排出的流体流通；以及 连通部，其使上述入口侧流路与出口侧流路始终连通。2.根据权利要求1所述的隔板，其中， 所述隔板还具备: 第一叶片，其配置在所述入口侧流路内，并将所述流体向所希望的方向引导；以及 第二叶片，其配置在所述出口侧流路内，并将所述流体向所希望的方向引导， 所述连通部配置在所述第一叶片的上游侧的位置与所述第二叶片的下游侧的位置之间。3.—种离心式旋转机械，其中， 所述离心式旋转机械具备: 权利要求1或2所述的隔板；以及 被所述隔板支承为能够相对于该隔板绕轴线进行相对旋转的叶轮。4.根据权利要求3所述的离心式旋转机械，其中， 所述离心式旋转机械具备沿所述轴线的方向排列且绕该轴线旋转的多个叶轮， 所述隔板对所述多个叶轮之中被设计为喘振流量最大的至少一个叶轮进行支承。5.根据权利要求3所述的离心式旋转机械，其中， 所述离心式旋转机械具备沿所述轴线的方向排列且绕该轴线旋转的多个叶轮， 所述隔板设为沿所述轴线的方向排列有多个，以对所述多个叶轮的各个叶轮进行支承， 各隔板的所述连通部中的所述流体的流路面积不同。
【文档编号】F04D29/44GK105899814SQ201580003375
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年2月4日
【发明人】中庭彰宏, 岩本真治
【申请人】三菱重工业株式会社, 三菱重工压缩机有限公司