离心压缩机以及增压器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及利用离心力来压缩流体(包括空气等气体)的离心压缩机，尤其涉及离心压缩机中的扩压器的周边。
【背景技术】
[0002]近几年，对于在增压器、燃气轮机、工业用空气设备等中使用的离心压缩机进行了各种研究开发(参照专利文献1?专利文献3)。
[0003]—般的离心压缩机具备壳体。该壳体在内侧具有围板。在壳体内，能够绕其轴心旋转地设有叶轮。叶轮具备圆盘。该圆盘的毂部面从涡轮叶轮的轴向一侧朝向径向外侧延伸。在圆盘的毂部面，沿周向空开间隔地一体设有多个叶片。各叶片的前端缘沿壳体的围板延伸。
[0004]在壳体内的靠叶轮的出口侧，形成有使压缩了的流体(压缩流体)减速而升压的环状的扩压器(扩压流路)。并且，在壳体内的靠扩压器的出口侧，形成有与扩压器连通的涡旋部(涡旋流路)。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开2009-2305号公报
[0008]专利文献2:日本特开2006-220053号公报
[0009]专利文献3:日本特开2010-196542号公报
【发明内容】
[0010]发明所要解决的课题
[0011]然而，在离心压缩机的运转中，在扩压器的围板侧壁面的出口侧，产生随流路形状的急剧的变化而引起的流动的剥离(剥离漩涡)。另一方面，若流动的剥离发展，则扩压器的出口侧的有效流路面积减少。其结果，无法利用扩压器充分地使主流的流动减速，从而扩压器的静压恢复性能降低。并且，因扩压器的围板侧壁面的出口侧的流动的剥离所产生的低压部(堵塞部、低压区域、封闭区域)与涡旋内的主流的流动之间的碰撞(干涉)，在位于涡旋的下游侧的排出口(排出流路)内的流动中产生紊流，而离心压缩机的压缩机效率降低。
[0012]因此，本发明的目的在于提供能够解决上述的问题的离心压缩机以及增压器。
[0013]本发明的第一方案是一种离心压缩机，其利用离心力来压缩流体(包括空气等气体)，该离心压缩机的主旨在于，具备:壳体，其在内侧具有围板；叶轮，其能够旋转地设于上述壳体内；扩压器(扩压流路)，其形成于上述壳体内的上述叶轮的出口侧的径向外侧；涡旋部(涡旋流路)，其形成于上述壳体内的上述扩压器的出口侧，且与上述扩压器连通，在上述扩压器的围板侧壁面与上述涡旋部的壁面的边界(边界部)，向径向内侧凹下地形成有凹部。
[0014]此外，在本申请的说明书以及技术方案中，“设置”除了包括直接设置之外，还包括经由其它部件间接设置的意思，“一体设置”是包括一体形成的意思。并且，“轴向”是指叶轮的轴向，“径向”是指叶轮的径向。另外，“围板侧壁面”是指在向径向外侧延长壳体的围板而成的面侧存在的壁面。
[0015]本发明的第二方案是一种增压器，其主旨在于具备第一方案的离心压缩机。
[0016]发明的效果如下。
[0017]根据本发明，在上述离心压缩机的运转中，能够使上述扩压器的围板侧壁面的出口侧的剥离所产生的低压部、换言之使该剥离本身远离上述扩压器内的主流的流动。因此，能够抑制上述扩压器的出口侧的有效流路面积的减少，而能够利用上述扩压器充分地使主流的流动减速。并且，在上述扩压器的围板侧壁面的出口侧，能够使流动的剥离所产生的低压部的剥离远离上述涡旋部内的主流的流动。因此，能够缓和该低压部与上述涡旋部内的主流的流动之间的碰撞(干涉)，而能够抑制上述涡旋部的下游侧的主流的流动的紊流。由此，根据本发明，能够提高上述扩压器的静压恢复性能，并且能够实现上述离心压缩机的压缩机效率的提高。
【附图说明】
[0018]图1是图3中的向视部I的放大图。
[0019]图2(a)是图1中的向视部II的放大图，图2(b)以及图2 (c)是表示凹部的不同形态的图。
[0020]图3是表示本发明的实施方式的离心压缩机等的正剖视图。
[0021]图4(a)是表示发明例的扩压器的周边的结构的示意图，图4(b)是表示比较例的扩压器的周边的结构的示意图。
[0022]图5(a)以及图5(b)是表示在大流量侧(阻气侧)的动作区域内生成低压部的区域的图，图5(a)是发明例的情况，图5(b)是比较例的情况。
[0023]图6 (a)以及图6(b)是表示小流量侧(喘振侧)的动作区域内的涡旋部内以及扩压器内的静压分布的图，图6(a)是发明例的情况，图6(b)是比较例的情况。
[0024]图7是表示发明例以及比较例的情况下的流量与压缩机效率的关系的图。
【具体实施方式】
[0025]本发明基于以下说明的新的见解。
[0026]S卩，该新的见解是指，对于在扩压器27的围板侧壁面27s与涡旋部31的壁面31w之间的边界(边界部)35向径向内侧凹下地形成有环状的凹部37的情况(参照图4(a))，与未形成环状的凹部37的情况(参照图4(b))相比，如图5(a)、图5(b)所示，在离心压缩机的运转中，在围板侧壁面27s的靠扩压器27的出口 27ο侧，流动的剥离(剥离漩涡)所产生的低压部LP的一部分进入环状的凹部37内，由此能够使该低压部LP远离扩压器27内以及涡旋部31内的主流的流动(主流的流动中心线)。该低压部LP的一部分进入环状的凹部35内是指，除涡旋部31内的主流的流动本身之外，也考虑涡旋部31内(涡旋部31内的径向外侧部)与凹部35内之间的压力差所引起的。此外，图4(a)以及图4(b)中的符号27i表示与叶轮13的容纳室(参照图1)连通的扩压器27的入口。并且，凹部37不需要是连续的环状，例如也可以仅在低压部LP显著显现的、特定的周向的区域设置凹部。但是，在凹部37形成为环状的情况下，机械加工变得容易。
[0027]此处，图4(a)是表示发明例的扩压器27的周边的结构的示意图。图4(b)是表示比较例的扩压器27的周边的结构的示意图。图5(a)以及图5(b)是表示在大流量侧(阻气侦D的动作区域内生成低压部的区域的图，图5(a)是发明例的情况，图5(b)是比较例的情况。并且，生成低压部LP的区域通过数值流体解析(CFD-Computat1nal Fluid Dynamics解析)而求出。另外，不仅在大流量侧的动作区域，在小流量侧(喘振侧)以及压缩机效率的峰值附近的动作区域内，也得到了相同的解析结果。
[0028]参照图1至图3对本发明的实施方式进行说明。此外，如附图所示，“L”是左方，“R”是右方。
[0029]如图1以及图3所示，本发明的实施方式的离心压缩机1用于增压器3，利用离心力来压缩空气。
[0030]离心压缩机1具备壳体(压缩机壳体)5。壳体5具备:在内侧具有围板7s的壳体主体7 ;以及设于该壳体主体7的右侧的密封板9。此外，密封板9与增压器3的其它的壳体(轴承壳体)11 一体地连结。
[0031]在壳体5内，能够绕其轴心C旋转地设有叶轮(压缩机叶轮)13。叶轮13与旋转轴19的左端部一体地连结。旋转轴19经由多个推力轴承15以及多个(仅图示一个)径向轴承17而能够旋转地设于其它的壳体11。并且，叶轮13具备圆盘21。圆盘21具有毂部面21h。毂部面21h从左方(叶轮13的轴向一侧)向径向(叶轮13的径向)外侧延伸。另外，在圆盘21的毂部面21h，沿周向空开间隔地一体形成有相同轴长的多个叶片23。各叶片23的前端缘23t沿壳体主体7的围板7s延伸。此外，也可以使用不同轴长的多种叶片(省略图示)，来代替使用轴长相同的多个叶片23。
[0032]在壳体主体7的靠叶轮13的入口侧，形成有导入口(导入流路)25。导入口 25向壳体5内导入空气。并且，导入口 25与净化空气的空气净化器(省略图不)连接。在壳体5内的靠叶轮13的出口侧，形成有扩压器(扩压流路)27。扩压器27使压缩了的空气(压缩空气)减速而升压