離心壓縮的制造方法
【專利摘要】該離心壓縮機(1)具備葉輪(3)和容納該葉輪(3)的外殼(2)。該外殼(2)具有：吸入口(6)；葉輪容納部(14)，其配置有葉輪(3)；環狀空間(11)，其形成于吸入口(6)的周圍；下游槽(13)，其使該環狀空間(11)的下游側端部與葉輪容納部(14)連通；以及上游槽(12)，其使環狀空間(11)的上游側端部與吸入口(6)連通。另外，下游槽(13)以與在葉輪容納部(14)內局部地產生的高壓部連通的方式設在葉輪(3)的周方向上的既定的范圍，上游槽(12)遍及吸入口(6)的整周而設置。
【專利說明】離心壓縮機
【技術領域】
[0001]本發明涉及使壓縮性流體升壓的離心壓縮機。
【背景技術】
[0002]為了使壓縮性流體升壓，使用例如離心壓縮機。離心壓縮機的工作范圍有時候由于起因于小流量時(為了升壓而使流體的流量減少時)的流體的逆流等的喘振(surging)的產生而被限制。如果產生喘振，則離心壓縮機的運轉變得不穩定，因而如果抑制喘振的產生，則能夠擴大離心壓縮機的工作范圍。
[0003]作為抑制喘振的產生的手段之一，存在專利文獻I所示的外殼處理。
[0004]離心壓縮機具有以高速旋轉的葉輪和容納葉輪并在葉輪的周圍形成有渦卷狀流路的外殼。在專利文獻I所示的外殼處理中，在與葉輪的上游端鄰接的外殼的壁面形成有遍及整周的槽，使該槽與比葉輪更靠上游側的流路連通。在小流量時，使流體從在外殼的葉輪容納部內局部地產生的高壓部經由上述槽而逆流至葉輪的上游側，部分地使流體再次循環，由此，防止葉輪容納部內的流體的逆流，抑制喘振的產生。
[0005]通過這樣的外殼處理而得到喘振抑制的效果。另一方面，由于使下游側的流體再次循環至上游側，因而如果與未進行外殼處理的情況相比，則小流量時的壓力比(壓縮機的吸入壓力相對于吐出壓力的比)減少。
[0006]現有技術文獻專利文獻1:日本特開2004-332734號公報。
【發明內容】
[0007]發明要解決的課題
本發明是鑒于上述實際情況而作出的，其目的在于，提供這樣的離心壓縮機:在進行了用于抑制喘振并擴大工作范圍的外殼處理的情況下，也能夠抑制小流量時的吐出壓力和吐出流量的下降。
[0008]用于解決課題的方案
依據本發明的第I方式，離心壓縮機具備葉輪和容納該葉輪的外殼。該外殼具有:吸入口 ；葉輪容納部，其配置有所述葉輪；環狀流路，其形成于所述葉輪的周圍；吐出口，其與該環狀流路連通；環狀空間，其形成于所述吸入口的周圍；下游槽，其使該環狀空間的下游側端部與所述葉輪容納部連通；以及上游槽，其使所述環狀空間的上游側端部與所述吸入口連通。另外，所述下游槽以與在所述葉輪容納部內局部地產生的高壓部連通的方式在所述葉輪的周方向上的既定的范圍內設置，所述上游槽遍及所述吸入口的整周而設置。
[0009]依據本發明的第2方式，在上述第I方式中，所述外殼具有形成于所述吐出口與所述環狀流路之間的舌部。另外，所述下游槽形成為，被包括于從相對于將所述葉輪的旋轉中心與所述舌部連結的基準半徑而在上游側45°的位置起到相對于所述基準半徑而在下游側75°的位置為止的范圍內。
[0010]發明的效果
依據本發明，離心壓縮機具備葉輪和容納該葉輪的外殼。該外殼具有:吸入口 ；葉輪容納部，其配置有所述葉輪；環狀流路，其形成于所述葉輪的周圍；吐出口，其與該環狀流路連通；環狀空間，其形成于所述吸入口的周圍；下游槽，其使該環狀空間的下游側端部與所述葉輪容納部連通；以及上游槽，其使所述環狀空間的上游側端部與所述吸入口連通。另夕卜，所述下游槽以與在所述葉輪容納部內局部地產生的高壓部連通的方式在所述葉輪的周方向上的既定的范圍內設置，所述上游槽遍及所述吸入口的整周而設置。
[0011]因此，從在葉輪容納部局部地產生且容易產生流體的逆流的高壓部形成再次循環流，效率良好地抑制喘振的產生。而且，下游槽在外殼以周方向的一部分(與高壓部對置的部位)形成，從這樣的下游槽形成再次循環流，因而流體的再次循環流量抑制得比現有技術更低。因此，發揮能夠抑制起因于再次循環的吐出壓力和最大吐出流量的下降這一優異的效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明的實施方式中的離心壓縮機的截面圖。
[0013]圖2是用于說明本實施方式的外殼處理所使用的槽的形成范圍的示意圖。
[0014]圖3是示出未實施外殼處理的情況下的葉輪的出口和入口的壓力比的圖表。
[0015]圖4是示出本實施方式中的上游槽與下游槽的相互的位置關系的示意圖。
[0016]圖5是示出外殼處理的實施與離心壓縮機的工作特性的關系的圖表。
【具體實施方式】
[0017]以下，參照附圖，同時，說明本發明的實施方式。
[0018]首先，參照圖1，說明本發明的一個實施方式中的離心壓縮機的概要。
[0019]在圖1中，符號I表離心壓縮機，符號2表外殼,符號3表容納于外殼2的葉輪。即，離心壓縮機I具備葉輪3和容納葉輪3的外殼2。
[0020]在被軸承殼體(未圖示)可旋轉地支撐的旋轉軸4的一端部，固定有葉輪3。在旋轉軸4的另一端部，連結有產生使葉輪3旋轉的驅動力的渦輪(未圖示)。此外，作為用于使葉輪3旋轉的構成，不限于渦輪，也可以是電動機等。
[0021]在外殼2中的葉輪3的周圍，形成有環狀流路5，在環狀流路5的既定的位置，連通有將經升壓的壓縮性流體(例如壓縮空氣)吐出的吐出口 9。在外殼2的中央，形成有與葉輪3對置且與葉輪3同軸地配置的吸入口 6。
[0022]S卩，外殼2具有:吸入口 6，其吸引壓縮性流體；葉輪容納部14，其與吸入口 6連通，配置有葉輪3 ;環狀流路5，其形成于葉輪3的周圍；以及吐出口 9，其與環狀流路5連通。此外，流體從吸入口 6向葉輪容納部14大致沿著旋轉軸4的軸方向流動，因而有時候將圖1中的右側稱為軸方向上的上游側，將左側稱為軸方向上的下游側。
[0023]在外殼2，在葉輪3的周圍，形成有與環狀流路5連通的擴散器部7。
[0024]擴散器部7是將作為在外殼2中容納葉輪3的空間的葉輪容納部14和環狀流路5互相連通的環狀的空間。在環狀流路5與擴散器部7之間，形成有邊界壁部8。
[0025]來自發動機(未圖示)的廢氣使得渦輪旋轉，經由旋轉軸4而傳遞的旋轉驅動力使得葉輪3旋轉。與渦輪同軸地設置的葉輪3旋轉，將空氣(壓縮性流體、發動機的燃燒用空氣)從吸入口 6吸入。所吸入的空氣通過葉輪3的旋轉而送出至徑方向外側，通過擴散器部7，由此，被壓縮，然后，流入環狀流路5。經壓縮的空氣從環狀流路5經過吐出口 9而吐出至離心壓縮機I的外部。所吐出的壓縮空氣供給至發動機。
[0026]接著，對本實施方式的外殼處理進行說明。
[0027]在外殼2，形成有與吸入口 6同軸地配置的環狀空間11。即，外殼2具有形成于吸入口 6的周圍的環狀空間11。環狀空間11是沿吸入口 6的中心軸方向延伸的筒狀的空間。環狀空間11的上游端(軸方向上的上游側端部，在圖1中為右端)比葉輪3的上游端更位于上游側(軸方向上游側)，環狀空間11的下游端(軸方向上的下游側端部，在圖1中為左端)比葉輪3的上游端更位于下游側(軸方向下游側)。
[0028]環狀空間11的上游端經由上游槽12而與吸入口 6連通。S卩，外殼2具有使環狀空間11的上游端與吸入口 6連通的上游槽12。上游槽12遍及吸入口 6的整周而設置。此夕卜，上游槽12也可以是沿周方向連續的環狀的槽或在沿周方向連續的槽的內部以既定間隔設有多個肋(增強件)的槽。而且，上游槽12也可以是沿周方向延伸的多個長孔以既定間隔設置的開口部或多個圓孔或者方孔以既定間隔設置的開口部。
[0029]環狀空間11的下游端經由下游槽13而與葉輪容納部14連通。S卩，外殼2具有使環狀空間11的下游端與葉輪容納部14連通的下游槽13。下游槽13形成于與葉輪3的上游端鄰接的外殼2的壁面。換言之，下游槽13形成于與葉輪3的上游端對置的外殼2的壁面。下游槽13在葉輪3的周方向上的既定的范圍內設置。
[0030]包括旋轉軸4的中心軸的平面上的環狀空間11的截面形狀是上游槽12和下游槽13連接的既定的形狀，例如是如圖1所示的沿上述中心軸方向延伸的長圓形狀。
[0031]外殼2中的環狀流路5的形狀非軸對稱。換言之，包括旋轉軸4的中心軸的平面上的環狀流路5的截面形狀在葉輪3的周方向上變化。因此，上述周方向上的環狀流路5內的壓力不一定，具有沿周方向不同的壓力分布。而且，葉輪3的周緣也同樣地具有沿周方向不同的壓力分布，環狀流路5的壓力分布還通過擴散器部7而傳遞至配置有葉輪3的葉輪容納部14。S卩，考慮到，由于在葉輪容納部14內也具有沿周方向不同的壓力分布，因而高壓部在葉輪容納部14內局部地產生。
[0032]下游槽13設于在葉輪容納部14內局部地成為高壓的范圍。即，下游槽13以與在葉輪容納部14內局部地產生的高壓部連通的方式設在葉輪3的周方向上的既定的范圍。
[0033]而且，對下游側13進行詳細闡述。
[0034]參照圖2、圖3，對設有下游槽13的周方向的位置和范圍進行說明。
[0035]圖2是用于說明本實施方式的外殼處理所使用的下游槽13的形成范圍的示意圖，是從葉輪3的中心軸方向觀看時的圖。
[0036]在圖2中，以葉輪3的旋轉中心為基準而說明下游槽13的形成范圍。此外，由于圖2中的環狀流路5內的流體通過葉輪3的旋轉而在圖2的順時針旋轉方向上流動，因而有時候將從既定的位置沿順時針旋轉方向偏移的位置稱為周方向上的下游側，將從既定的位置沿逆時針旋轉方向偏移的位置稱為周方向上的上游側。
[0037]在圖2中，符號15表示形成于吐出口 9與環狀流路5之間的舌部。在以下的說明中，以舌部15的位置作為0°，以隔著葉輪3的旋轉中心的舌部15的相反側作為180° (或-180° )。由正值表示從舌部15起周方向下游側的角度，由負值表示從舌部15起周方向上游側的角度。此外，更詳細而言，以舌部15中的周方向上游側的端部的位置作為O。。
[0038]如果將下游槽13形成為從舌部15的更45°上游側(逆時針旋轉方向)的位置起沿順時針旋轉方向包括于120°的范圍(在圖2中夾著舌部15的-45°?+75°的范圍)內，并經由該下游槽13而使環狀空間11與葉輪容納部14連通，則得到喘振抑制效果。
[0039]此外，設有下游槽13的范圍基于葉輪3的周緣的壓力分布(產生局部的高壓部的位置和范圍)而決定。該壓力分布因葉輪3的形狀或特性等而變化，因而有時候下游槽13的周方向上的上游端也不位于舌部15的更45°上游側。
[0040]然而，一般而言，在舌部15的附近，例如在以舌部15為中心±45°的范圍內，產生局部的高壓部。因此，下游槽13優選設在相對于將舌部15和葉輪3的旋轉中心連結的直線(基準半徑:圖2中0°的半徑)_45°?+75°的范圍內。而且，下游槽13更優選設在相對于上述基準半徑±45°的范圍內。
[0041]圖3是示出在本實施方式的離心壓縮機I中未實施外殼處理的情況下的葉輪3的出口和入口的壓力比的圖表。此外，圖3中的橫軸的角度以與圖2同樣的基準設定，0°的位置相當于舌部15的位置。如果以葉輪3出口(葉輪3的擴散器部7側)處的靜壓作為Po，以葉輪3入口(葉輪3的吸入口 6側)處的靜壓作為Pi，則圖3的壓力比由Po/Pi表示。如果在葉輪3的吸入口 6側局部地產生高壓部，則該部分處的Pi上升，因而壓力比Po/Pi減少。換言之，考慮到，在圖3的壓力比減少的范圍內，在葉輪容納部14的吸入口 6偵牝產生高壓部。
[0042]在圖3中，在從舌部15起下游側的60°的附近，壓力比(葉輪3的流體出口壓力Po/流體入口壓力Pi)最小。通常，在舌部15的下游側的位置(例如+60° )，壓力比最小，但外殼2的形狀等使得壓力傳遞的路徑不同，因而難以正確地特別規定壓力比最小的舌部15的下游側位置。然而，由于在舌部15的位置與壓力比最小的位置之間存在關聯性，因而壓力比最小的位置大多存在于相對于舌部15的位置從0°起至下游側+75°的范圍。
[0043]接著，圖4是示出上游槽12與下游槽13的位置關系的示意圖。在本實施方式中，上游槽12設在吸入口 6的整周，下游槽13設在從-30°的位置至+60°的位置的范圍(參照圖2)。此外，圖4中的橫軸的角度也以與圖2同樣的基準設定。如果使圖3的壓力比與圖4的設有下游槽13的范圍對比，則下游槽13設在壓力比下降的范圍。在經驗上，在葉輪容納部14內局部地產生的高壓部，存在相當于葉輪3的出口和入口的壓力比下降的位置而產生的傾向。因此，優選設置下游槽13的范圍是將包括如上所述地壓力比最小的位置的0°至+75°的范圍和基于圖3的從舌部15(0° )至45°上游側的位置(在圖2、圖3中為-45° )的范圍相加而得到的范圍。即，下游槽13形成為，被包括于舌部15起上游側45°的位置到舌部15起下游側75°的位置的范圍內。另外，本實施方式中的下游槽13的周方向幅度為60°以上且90°以下。
[0044]圖3的壓力比以-45°至+90°的范圍下降。基于該結果，下游槽13也可以形成為被包括于舌部15起上游側45°的位置到舌部15起下游側90°的位置的范圍內。
[0045]經由下游槽13、環狀空間11以及上游槽12，葉輪容納部14中配置有葉輪3的上游端的區域和吸入口 6互相連通。因此，在小流量時，流體從在葉輪容納部14內局部地產生的高壓部通過環狀空間11而向著葉輪3的上游側逆流，產生從上游槽12導入吸入口 6內的部分的再次循環流，抑制喘振的產生。
[0046]而且，下游槽13以與在葉輪容納部14內局部地產生的高壓部連通的方式限定于既定的范圍而設置，因而流體的再次循環流量少，抑制小流量時的葉輪3出口的壓力降低。
[0047]圖5是示出外殼處理的實施與離心壓縮機的工作特性的關系的圖表，橫軸表示吐出流量(Q)，縱軸表示壓力比(Po/Pi:Po是流體出口壓力，Pi是流體入口壓力)。
[0048]在圖5中，在5個部位描繪各3條曲線。在圖5中，三角形的標繪表不未實施外殼處理(CT)的離心壓縮機(即，未設置環狀空間11、上游槽12以及下游槽13的壓縮機)的工作特性。四邊形(菱形)的標繪表示實施了現有的外殼處理的離心壓縮機(即，上游槽12和下游槽13都遍及整周而設置的壓縮機)的工作特性。圓形的標繪表示具備本實施方式的下游槽13的離心壓縮機的工作特性。通過將各個標繪連結而描繪上述曲線。另外，這些曲線表示通過使流體的流量逐漸減少使得(圖5的向左的一側)流體的吐出壓力上升，表示開始從5個既定的流量減少。另外，分別由直線將同種標繪的曲線中的最左側的點連結。各曲線中的左側的點表示在壓縮機產生喘振，因而圖5的各直線的左側表示產生喘振而使壓縮機不能工作。即，各直線表示離心壓縮機的喘振界限值。
[0049]根據圖5，將四邊形的標繪連結的直線和將圓形的標繪連結的直線記載于大致相同的位置。因此，在本實施方式中，得到與實施了現有的外殼處理的離心壓縮機同等的喘振抑制效果。另外，將圓形的標繪連結的曲線比將三角形和四邊形的標繪連結的曲線更位于圖5的上側。因此，在本實施方式中，小流量時的葉輪3出口的吐出壓力，與實施現有的外殼處理的壓縮機和未實施外殼處理的壓縮機相比而增大。即，在本實施方式中，能夠以更高的壓力比運轉。
[0050]根據以上，在本實施方式中，在進行了用于抑制喘振并擴大壓縮機的工作范圍的外殼處理的情況下，也能夠抑制小流量時的吐出壓力和吐出流量的下降。
[0051]另外，通過將下游槽13的位置設定于以舌部15的位置為中心±45°的范圍，從而與現有的外殼處理相比，能夠不使喘振抑制效果下降就使吐出壓力、吐出流量增大。此外，為了在±45°的范圍內進一步設定最佳的下游槽13的位置，優選考慮外殼2的形狀、葉輪3的特性、離心壓縮機I的容量等并通過計算來求出。
[0052]在上述的實施方式中示出的各構成部件的各形狀或組合等是一個示例，在不脫離本發明的宗旨的范圍內，能夠進行構成的附加、省略、置換以及其他變更。本發明不被前述的說明限定，僅被所附權利要求書限定。
[0053]例如，在上述實施方式中，包括旋轉軸4的中心軸的平面上的環狀空間11的截面形狀形成為沿葉輪3的中心軸方向延伸的長圓形狀，但不限定于此，也可以是矩形、圓形、橢圓形等。
[0054]產業上的可利用性
本發明能夠利用于使壓縮性流體升壓的離心壓縮機。
[0055]符號說明
I離心壓縮機 2 外殼 3葉輪4旋轉軸5環狀流路
6吸入口7擴散器部8邊界壁部
9吐出口11環狀空間12上游槽13下游槽14葉輪容納部15舌部。
【權利要求】
1.一種離心壓縮機，其特征在于， 具備葉輪和容納該葉輪的外殼， 所述外殼具有:吸入口 ；葉輪容納部，其配置有所述葉輪；環狀流路，其形成于所述葉輪的周圍；吐出口，其與該環狀流路連通；環狀空間，其形成于所述吸入口的周圍；下游槽，其使該環狀空間的下游側端部與所述葉輪容納部連通；以及上游槽，其使所述環狀空間的上游側端部與所述吸入口連通， 所述下游槽以與在所述葉輪容納部內局部地產生的高壓部連通的方式在所述葉輪的周方向上的既定的范圍內設置，所述上游槽遍及所述吸入口的整周而設置。
2.根據權利要求1所述的離心壓縮機，其特征在于， 所述外殼具有形成于所述吐出口與所述環狀流路之間的舌部， 所述下游槽形成為，被包括于從相對于將所述葉輪的旋轉中心與所述舌部連結的基準半徑而在上游側45°的位置起到相對于所述基準半徑而在下游側75°的位置為止的范圍內。
【文檔編號】F04D29/66GK104053911SQ201380006003
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年1月23日 優先權日:2012年1月23日
【發明者】玉木秀明 申請人:株式會社 Ihi