本發(fā)明涉及離心式壓縮機(jī)。

背景技術(shù)：

通常，在石油化學(xué)設(shè)備、天然氣設(shè)備等中，使用產(chǎn)業(yè)用離心式壓縮機(jī)。在這種離心式壓縮機(jī)中，利用葉輪的旋轉(zhuǎn)而向流體施加運(yùn)動(dòng)能量，并且通過向徑向外側(cè)噴出流體來獲得基于離心力的壓力上升。

以往，對(duì)于這種離心式壓縮機(jī)，已知有如下結(jié)構(gòu)：在葉輪的出口側(cè)具備沿著周向形成為渦旋狀的渦盤流路，將從葉輪噴出的流體經(jīng)由渦盤流路向殼體的外部排出(例如參照專利文獻(xiàn)1)。該渦盤流路例如形成為截面積朝向周向的出口逐漸擴(kuò)大，通過利用流體的周向速度成分使流體在渦盤流路流通，由此實(shí)現(xiàn)流體的壓力損失的降低。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開昭61-66899號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

然而，近年來，在這種離心式壓縮機(jī)中，用途有被細(xì)分化的趨勢(shì)，例如期望低壓頭且排出流量大的離心式壓縮機(jī)。當(dāng)從葉輪噴出的流體的排出流量變大時(shí)，徑向速度成分與周向速度成分相比變大。因此，在設(shè)置有渦盤流路的結(jié)構(gòu)中，葉輪的流量越大，則在作為擴(kuò)散器出口的渦盤流路入口處，渦盤流路的子午面截面內(nèi)的渦旋流動(dòng)因增大后的徑向速度成分而變大。因此，存在如下問題：渦盤流路內(nèi)的順暢的流通被阻礙，渦盤流路的壓損系數(shù)變大，離心式壓縮機(jī)的效率降低。

本發(fā)明是鑒于這樣的情況而做出的，其目的在于，提供抑制從葉輪噴出的流體的壓力損失且實(shí)現(xiàn)效率的提高的離心式壓縮機(jī)。

用于解決課題的方案

為了解決上述的問題，達(dá)到目的，本發(fā)明的離心式壓縮機(jī)的特征在于，具備：旋轉(zhuǎn)軸，其以旋轉(zhuǎn)自如的方式支承于殼體；葉輪，其設(shè)置于旋轉(zhuǎn)軸，并將從吸入口吸入的流體沿旋轉(zhuǎn)軸的徑向噴出；返回流路，其使從葉輪噴出的流體朝向旋轉(zhuǎn)軸反轉(zhuǎn)；以及排出口，其位于旋轉(zhuǎn)軸的軸線上，使通過返回流路后的流體在沿著軸線的方向上排出。

根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過具備使從葉輪噴出的流體朝向旋轉(zhuǎn)軸反轉(zhuǎn)的返回流路、和位于旋轉(zhuǎn)軸的軸線上且使通過返回流路后的流體在沿著軸線的方向上排出的排出口，能夠不使用渦盤流路而將從葉輪噴出的流體向排出口引導(dǎo)。渦盤流路的壓力損失系數(shù)比返回流路的壓力損失系數(shù)大，流量系數(shù)越大，則其差量越大。因此，越是大流量系數(shù)的葉輪，通過從渦盤流路變更為返回流路，越能夠更大幅度地實(shí)現(xiàn)離心式壓縮機(jī)的效率的提高。另外，由于排出口位于旋轉(zhuǎn)軸的軸線上且將通過返回流路后的流體在沿著軸線的方向上排出，因此通過返回流路后的流體能夠相互不干涉地排出。

在該結(jié)構(gòu)中，也可以是，所述離心式壓縮機(jī)具備對(duì)旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行樞軸支承的軸承，葉輪設(shè)置于比軸承靠近排出口的軸端側(cè)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，葉輪以所謂的懸臂(也稱作懸伸)狀態(tài)支承于旋轉(zhuǎn)軸。因此，無需在葉輪與排出口之間設(shè)置密封構(gòu)件，能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)造的簡(jiǎn)化。

另外，吸入口優(yōu)選以朝向與旋轉(zhuǎn)軸的軸向成直角的方向的方式設(shè)置。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠配置為抑制吸入口與旋轉(zhuǎn)軸的軸承等發(fā)生干涉，因此能夠抑制殼體的軸向上的大型化。

另外，返回流路優(yōu)選在該返回流路的出口側(cè)具備回轉(zhuǎn)葉片(return vane)?；剞D(zhuǎn)葉片與渦盤流路相比壓力損失系數(shù)相對(duì)小，因此例如在流量增大了的情況下，能夠更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)離心式壓縮機(jī)的效率的提高。另外，也可以采用具備單一的葉輪且進(jìn)行單級(jí)的壓縮的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，通過所述離心式壓縮機(jī)具備使從葉輪噴出的流體朝向旋轉(zhuǎn)軸反轉(zhuǎn)的返回流路和位于旋轉(zhuǎn)軸的軸線上且將通過返回流路后的流體在沿著軸線的方向上排出的排出口，能夠不使用渦盤流路而將從葉輪噴出的流體向排出口引導(dǎo)。渦盤流路的壓力損失系數(shù)比返回流路的壓力損失系數(shù)大，且流量系數(shù)越大，則其差量越大。因此，越是大流量系數(shù)的葉輪，通過從渦盤流路變更為返回流路，越能夠更大幅度地實(shí)現(xiàn)離心式壓縮機(jī)的效率的提高。另外，由于排出口位于旋轉(zhuǎn)軸的軸線上且將通過返回流路后的流體在沿著軸線的方向上排出，因此通過返回流路后的流體能夠不相互干涉地排出。

附圖說明

圖1是本實(shí)施方式的離心式壓縮機(jī)的縱剖視圖。

圖2是在渦盤流路與返回流路中比較了流量系數(shù)與壓力損失系數(shù)的關(guān)系的圖表。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施方式。需要說明的是，本發(fā)明不被以下的實(shí)施方式限定。另外，以下的實(shí)施方式中的構(gòu)成要素包括本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠且容易置換的要素或者實(shí)質(zhì)上相同的要素。

圖1是本實(shí)施方式的離心式壓縮機(jī)的縱剖視圖。該離心式壓縮機(jī)1例如作為向化學(xué)設(shè)備的規(guī)定的壓力容器內(nèi)供給低壓頭(例如壓力比1.05左右)且大流量(例如約5.0m³/s)的氣體、空氣等流體的壓縮機(jī)而使用。

如圖1所示，離心式壓縮機(jī)1具備：殼體2，其通過組合多個(gè)部分而構(gòu)成；旋轉(zhuǎn)軸5，其經(jīng)由軸承4、4以能夠繞其軸線L旋轉(zhuǎn)的方式支承于在殼體2內(nèi)形成的空間3；以及封閉型的葉輪6，其設(shè)置為固定于該旋轉(zhuǎn)軸5并與該旋轉(zhuǎn)軸5一體旋轉(zhuǎn)。在本實(shí)施方式中，葉輪6固定于旋轉(zhuǎn)軸5的位于比軸承4、4靠外側(cè)(圖1中的上側(cè))的位置的軸端部5A。因此，葉輪6以所謂的懸臂(也稱作懸伸)狀態(tài)支承于旋轉(zhuǎn)軸5。需要說明的是，葉輪6不限定于本實(shí)施方式那樣的葉片部與護(hù)罩部成為一體的封閉型，也可以使用不存在護(hù)罩部的開放型。

離心式壓縮機(jī)1是具備單一葉輪6的單級(jí)的離心式壓縮機(jī)。離心式壓縮機(jī)1通過未圖示的驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸5而使葉輪6旋轉(zhuǎn)，從而經(jīng)由設(shè)置于殼體2的吸入口10而吸入作為壓縮對(duì)象的氣體或空氣等流體。

吸入口10在沿著與旋轉(zhuǎn)軸5的軸線L垂直的垂線M的方向上開口。吸入口10經(jīng)由形成于殼體2內(nèi)的吸入空間10A而連接吸入流路11，該吸入流路11沿著旋轉(zhuǎn)軸5的軸線L方向(軸向)彎曲，與葉輪6的吸入口6A對(duì)置地開口。另外，離心式壓縮機(jī)1在葉輪6的噴出口6B側(cè)具備相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸5的軸線L呈輻射狀設(shè)置的無葉擴(kuò)散器12和返回流路13。無葉擴(kuò)散器12構(gòu)成將被葉輪6施加離心力后的流體的運(yùn)動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為壓力能量并送出的流路。

返回流路13是使被葉輪6以及無葉擴(kuò)散器12向徑向外側(cè)噴出的流體的朝向面向旋轉(zhuǎn)軸5、即向徑向內(nèi)側(cè)反轉(zhuǎn)的流路，具備與無葉擴(kuò)散器12相連的回轉(zhuǎn)彎頭14和回轉(zhuǎn)流路15?；剞D(zhuǎn)流路15的出口15B分別與設(shè)置于殼體2的排出空間16A連接。該排出空間16A位于旋轉(zhuǎn)軸5的軸線L上，排出口16以使流體沿著該軸線L排出的方式開口。

回轉(zhuǎn)流路15形成為流路面積(截面積)從該回轉(zhuǎn)流路15的入口15A朝向出口15B而逐漸擴(kuò)大，在回轉(zhuǎn)流路15的內(nèi)部設(shè)置有限制流體的流動(dòng)的回轉(zhuǎn)葉片15C。

經(jīng)過無葉擴(kuò)散器12而流入返回流路13的流體具有徑向速度成分和周向速度成分。在如本實(shí)施方式這樣排出流量大的結(jié)構(gòu)中，徑向速度成分與周向速度成分相比存在變大的趨勢(shì)，回轉(zhuǎn)葉片15C以抑制流入返回流路13(回轉(zhuǎn)流路15)的流體中的周向速度成分的方式限制流體的流動(dòng)。因此，在回轉(zhuǎn)流路15的出口15B流過主要具有徑向速度成分的流體，不會(huì)如渦盤流路的出口那樣舍棄渦旋速度成分，因此也能夠通過該效果來進(jìn)一步抑制在返回流路13產(chǎn)生的流體的壓力損失。

流經(jīng)各回轉(zhuǎn)流路15的流體分別流入排出空間16A，并在該排出空間16A內(nèi)混合。在排出空間16A的底部設(shè)置有在軸線L上朝向排出口16突出的引導(dǎo)突部16B。該引導(dǎo)突部16B以將流入排出空間16A內(nèi)的流體的流動(dòng)改變成軸線L方向的方式進(jìn)行引導(dǎo)。從排出口16排出的流體向未圖示的排出配管送出。

另外，在配置有旋轉(zhuǎn)軸5的空間3內(nèi)，在軸承4與吸入流路11之間配置有保持氣密性的軸密封件18和平衡活塞19。利用軸密封件18防止上述的空間3與包括葉輪6等在內(nèi)的供流體流通的路徑的連通。

在本實(shí)施方式中，離心式壓縮機(jī)1具備使從葉輪6噴出的流體朝向旋轉(zhuǎn)軸5的軸線L反轉(zhuǎn)的返回流路13。如上所述，在增大排出流量的結(jié)構(gòu)中，流體處于徑向速度成分與周向速度成分相比變大的趨勢(shì)，設(shè)置于返回流路13的出口側(cè)(回轉(zhuǎn)流路15)的回轉(zhuǎn)葉片15C以抑制流入回轉(zhuǎn)流路15的流體中的周向速度成分的方式限制流體的流動(dòng)。因此，在回轉(zhuǎn)流路15的出口15B流過主要具有徑向速度成分的流體。另外，在本實(shí)施方式中，離心式壓縮機(jī)1具備位于旋轉(zhuǎn)軸5的軸線L上且使通過返回流路13后的流體在沿著軸線L的方向上排出的排出口16，因此通過返回流路13后的具有徑向速度成分的流體不相互干涉地混合，能夠從排出口16順暢地排出。

另外，根據(jù)本實(shí)施方式，離心式壓縮機(jī)1具備對(duì)旋轉(zhuǎn)軸5進(jìn)行樞軸支承的軸承4、4，葉輪6設(shè)置于比軸承4靠近排出口16的軸端部5A，因此該葉輪6以所謂的懸臂狀態(tài)支承于旋轉(zhuǎn)軸5。因此，無需在葉輪6與排出口16之間設(shè)置密封構(gòu)件，能夠?qū)崿F(xiàn)離心式壓縮機(jī)1的構(gòu)造的簡(jiǎn)化。

另外，根據(jù)本實(shí)施方式，吸入口10以朝向與旋轉(zhuǎn)軸5的軸線L方向成直角的垂線M方向的方式設(shè)置，因此能夠以抑制與旋轉(zhuǎn)軸5的軸承4等發(fā)生干涉的方式在殼體2配置吸入口10，能夠抑制殼體2的軸線L方向上的大型化。

另外，根據(jù)本實(shí)施方式，返回流路13在配置于該返回流路13的出口側(cè)的回轉(zhuǎn)流路15具備回轉(zhuǎn)葉片15C，因此回轉(zhuǎn)葉片15C以抑制流入返回流路13(回轉(zhuǎn)流路15)的流體中的周向速度成分的方式限制流體的流動(dòng)。因此，在回轉(zhuǎn)流路15的出口15B流過主要具有徑向速度成分的流體。另外，回轉(zhuǎn)葉片15C與設(shè)置有渦盤流路的情況相比，壓力損失系數(shù)相對(duì)小，因此在流量增大了的情況下，能夠更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)離心式壓縮機(jī)1的效率的提高。

接著，說明本實(shí)施方式的離心式壓縮機(jī)1的作用、效果。圖2是在渦盤流路與返回流路中比較了流量系數(shù)與壓力損失系數(shù)的關(guān)系的圖表。在該圖2中，使用流量系數(shù)φ不同的三種葉輪A～C，并將這些葉輪A～C分別設(shè)置于具備渦盤流路的以往的離心式壓縮機(jī)和具備返回流路13的本實(shí)施方式的離心式壓縮機(jī)1，測(cè)定使各離心式壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下的壓力損失系數(shù)ζ。在此，葉輪A、葉輪B、葉輪C的流量系數(shù)φ依次變大。

首先，在葉輪A～C的出口側(cè)設(shè)置有渦盤流路的結(jié)構(gòu)中，可知對(duì)于流量系數(shù)φ越大的葉輪C，壓力損失系數(shù)ζ越大(參照?qǐng)D2的單點(diǎn)劃線)。如上所述，從葉輪噴出的流體具有徑向速度成分和周向速度成分，伴隨流量變大，徑向速度成分變大。

另一方面，渦盤流路是在周向上形成為渦旋狀的流路，因此雖然周向速度成分的流體在渦盤流路順暢地流動(dòng)，但徑向速度成分的流體阻礙沿著周向的流動(dòng)。因此，如圖2所示，在使用流量(流量系數(shù)φ)大的葉輪的情況下，結(jié)果是，在渦盤流路流動(dòng)時(shí)的壓力損失增加，離心式壓縮機(jī)的效率降低。

與此相對(duì)，在葉輪A～C的出口側(cè)設(shè)置有返回流路的結(jié)構(gòu)中，如上所述，在返回流路13中徑向速度成分的流體容易順暢地流動(dòng)。如圖2的實(shí)線所示，與流量系數(shù)φ的大小無關(guān)地，壓力損失系數(shù)ζ大致相同。而且，在返回流路13的出口側(cè)的回轉(zhuǎn)流路15中具備回轉(zhuǎn)葉片15C，該回轉(zhuǎn)葉片15C限制周向速度成分的流動(dòng)，由此從返回流路13流出主要具有徑向速度成分的流體。在返回流路13中不會(huì)如渦盤流路那樣發(fā)生子午面截面內(nèi)的渦旋流動(dòng)所引起的流通的阻礙、在渦盤流路的出口不會(huì)舍棄渦旋速度成分，因此能夠抑制在返回流路13流動(dòng)時(shí)的壓力損失，能夠?qū)崿F(xiàn)離心式壓縮機(jī)1的效率的提高。

接著，對(duì)另一實(shí)施方式進(jìn)行說明。在上述的實(shí)施方式中，離心式壓縮機(jī)1采用分開設(shè)置對(duì)旋轉(zhuǎn)軸5進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)，但也可以采用將壓縮機(jī)與作為驅(qū)動(dòng)裝置的電動(dòng)機(jī)一體地設(shè)置于殼體內(nèi)并進(jìn)行密閉的構(gòu)造。根據(jù)該構(gòu)造，例如由于是將電動(dòng)機(jī)與壓縮機(jī)一體地設(shè)置于殼體內(nèi)并將殼體密閉的構(gòu)造，因此無需在電動(dòng)機(jī)與葉輪6之間設(shè)置密封構(gòu)件(參照?qǐng)D1的軸密封件18)，能夠?qū)崿F(xiàn)離心式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化。

另外，在上述的實(shí)施方式中，采用了將葉輪6設(shè)置于旋轉(zhuǎn)軸5的軸端部5A的懸臂支承構(gòu)造，但不限定于此，也可以采用在葉輪6與設(shè)置于殼體2的排出空間16A之間的軸端部5A設(shè)置對(duì)旋轉(zhuǎn)軸5進(jìn)行樞軸支承的軸承的結(jié)構(gòu)。在該情況下，作為軸承，若采用例如使用磁軸承的結(jié)構(gòu)，則無需設(shè)置向軸承供給潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑油路徑等，能夠在簡(jiǎn)化裝置結(jié)構(gòu)的同時(shí)抑制軸振動(dòng)。需要說明的是，若能夠確保設(shè)置潤(rùn)滑油路徑的空間，則也可以使用需要供給潤(rùn)滑油的一般的軸承。

另外，在上述實(shí)施方式中，對(duì)在殼體2內(nèi)具備單一的葉輪6的單級(jí)式的壓縮機(jī)進(jìn)行了說明，但并不限定于此。例如，若轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)特性容許，則也可以設(shè)為在旋轉(zhuǎn)軸5配置多個(gè)(兩個(gè)、三個(gè)等)葉輪6并利用返回流路13將上游側(cè)的葉輪6的出口與下游側(cè)的葉輪6的入口連結(jié)的結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，即使對(duì)于多級(jí)的離心式壓縮機(jī)1，也能夠?qū)崿F(xiàn)大流量時(shí)的效率的提高。

附圖標(biāo)記說明

1 離心式壓縮機(jī)；

2 殼體；

3 空間；

4 軸承；

5 旋轉(zhuǎn)軸；

5A 軸端部；

6 葉輪；

6A 吸入口；

6B 噴出口；

10 吸入口；

10A 吸入空間；

11 吸入流路；

12 無葉擴(kuò)散器；

13 返回流路；

14 回轉(zhuǎn)彎頭；

15 回轉(zhuǎn)流路；

15A 入口；

15B 出口；

15C 回轉(zhuǎn)葉片；

16 排出口；

16A 排出空間；

16B 引導(dǎo)突部；

18 軸密封件；

19 平衡活塞；

A、B、C 葉輪；

L 軸線；

M 垂線。