JP7082029B2 - 遠心圧縮機及びシールユニット - Google Patents

Description

本発明は、遠心圧縮機及びシールユニットに関する。

回転機械の一つとして気体を圧縮する遠心圧縮機が広く知られている。この遠心圧縮機においては、ハウジング内部に設けられたインペラの回転により、吸込口から流入した気体等の作動流体が圧縮され、排出口から排出される。

このような遠心圧縮機においては、インペラ等の回転体と、その周囲のハウジング等の静止体との間の隙間に存在する作動流体が、回転体の回転にともなって、回転体の表面に連れ回るように周方向に移動され、旋回流（スワール）を生じる。この旋回流により、インペラが固定されている回転軸に振動が励起されてしまう場合がある。

特許文献１には、旋回流による影響を抑えるため、インペラに対して径方向の外側に設けた入口孔と、インペラ（回転体）の入口側でラビリンスシール直後に設けた出口孔とを接続する連通孔を設けた構成が開示されている。出口孔は、インペラ回転方向と逆向きに傾斜して設けられている。このような構成では、インペラを経て圧縮された高圧の作動流体は、出口孔からインペラ外周面に向けて、インペラの回転方向と逆向きに噴出され、インペラの回転にともなう旋回流を緩和する。

特開平２００７－１７７７３７号公報

ところで、出口孔から噴出する作動流体による旋回流の緩和効果を十分に得るには、入口孔と出口孔との差圧を大きくし、作動流体の噴出圧を高める必要がある。このため、特許文献１に開示された構成では、インペラを経て圧縮された高圧の作動流体を取り込めるように、入口孔は、インペラに対して径方向の外側で、ハウジングに形成された流路の側面で開口している。しかしながら、入口孔を出口孔から離れた位置に設けると連通孔が長くなり、連通孔を形成するために大きなスペースが必要となる。その結果、回転機械の小型化の妨げになる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、インペラの回転にともなって生じる旋回流を低減しつつ、必要なスペースを抑えることが可能な遠心圧縮機及びシールユニットを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明の第一態様に係る遠心圧縮機は、軸線回りに回転する回転軸と、前記回転軸に固定されたディスク、前記ディスクにおける軸線方向の第一側を向く面に設けられ、前記軸線回りの周方向に間隔をあけて設けられた複数のブレード、及び、前記ディスク及び前記ブレードに対して前記軸線方向の第一側に設けられ、前記軸線方向の第二側に向かうにしたがって径方向の外側に延びる外周面を有したカバーを備えるインペラと、前記回転軸及び前記インペラを覆い、前記外周面に対して前記軸線方向の第一側に形成されて前記外周面に対向する対向面を有したハウジングと、前記ハウジングにおける前記対向面よりも前記径方向の内側において、前記外周面との間にクリアランスを形成するシール部材と、前記シール部材に対して前記周方向に間隔をあけて複数が形成され、それぞれ前記径方向の内側に向かうにしたがって前記回転軸の回転方向と反対側に傾斜して延び、前記外周面と対向する位置で開口する開口部を有した傾斜孔と、前記開口部に対して前記軸線方向の第二側で前記シール部材に設けられ、前記シール部材から前記外周面に向かって突出する第一フィンと、前記ハウジングに形成され、前記カバーにおいて最も前記径方向の外側の外周端よりも、前記径方向の内側で前記外周面に対向する位置で開口する導入口を有するとともに前記傾斜孔に連通する連通流路部と、を備え、前記ハウジングは、ハウジング本体と、前記ハウジング本体に着脱可能に設けられ、前記シール部材を保持するシールホルダと、を有し、前記連通流路部は、前記シールホルダに形成されている。

このような構成とすることで、圧力が上昇した作動流体の一部は、カバーの外周面とハウジングの対向面との隙間に流れ込み、第一フィンに対して軸線方向の第二側に到達する。これに対し、第一フィンに対して軸線方向の第一側は、作動流体の圧力が低い。したがって、連通流路部の導入口の圧力は、傾斜孔の開口部の圧力よりも高くなる。このようにして生じる導入口と開口部との間の差圧により、作動流体の一部は、連通流路部から傾斜孔を経て、開口部から噴出する。複数の傾斜孔の開口部から、回転軸の回転方向と反対向きに噴出する作動流体により、シール部材とカバーの外周面との間の作動流体が、インペラの回転に連れ回されて旋回するのを抑えることができる。また、連通流路部の導入口は、インペラのカバーの外周部よりも径方向の内側で開口している。そのため、導入口を、インペラの径方向の外側に設ける必要がない。したがって、連通流路部を形成するためスペースが少なくて済み、遠心圧縮機の小型化を図ることが可能となる。
また、このように、連通流路部をシールホルダに形成することで、ハウジング本体に連通流路部を形成するための加工を施す必要がない。さらに、連通流路部が形成されたシールホルダ及びシール部材を、ハウジング本体に取り付ければ、インペラの回転にともなって生じる旋回流を低減しつつ、必要なスペースを抑えることが可能な遠心圧縮機を実現することができる。

また、本発明の第二態様に係る遠心圧縮機では、前記連通流路部は、前記周方向に連続し、複数の前記傾斜孔に連通する周方向流路と、前記導入口と前記周方向流路とを繋ぐ複数の導入流路と、有していてもよい。

このような構成とすることで、インペラを経て径方向の外側に送られる作動流体の一部を、導入流路から周方向流路に合流させて、複数の傾斜孔に送り込むことができる。そのため、周方向に位置よらず、複数の傾斜孔に同じ条件で作動流体を供給できる。

また、本発明の第三態様に係る遠心圧縮機では、前記開口部に対して前記軸線方向の第一側で前記シール部材に設けられ、前記シール部材から前記外周面に向かって突出する第二フィンをさらに備えていてもよい。

このような構成とすることで、第二フィンにより、圧縮前の作動流体が、傾斜孔の開口部から噴出する作動流体に直接合流してしまうことが抑えられる。したがって、傾斜孔から噴出する作動流体による旋回流の抑制効果を確実に発揮することができる。

また、本発明の第四態様に係るシールユニットは、軸線回りに回転する回転軸と、前記回転軸に固定されたディスク、前記ディスクにおける軸線方向の第一側を向く面に設けられ、前記軸線回りの周方向に間隔をあけて設けられた複数のブレード、及び、前記ディスク及び前記ブレードに対して前記軸線方向の第一側に設けられ、前記軸線方向の第二側に向かうにしたがって径方向の外側に延びる外周面を有したカバーを備えるインペラと、前記回転軸及び前記インペラを覆い、前記外周面に対して前記軸線方向の第一側に形成されて前記外周面に対向する対向面を有したハウジングと、を備える遠心圧縮機に装着されるシールユニットであって、前記ハウジングにおける前記対向面よりも前記径方向の内側において、前記外周面との間にクリアランスを形成するように配置可能とされた円環状のシール部材と、前記シール部材に対して前記周方向に間隔をあけて複数が形成され、それぞれ前記径方向の内側に向かうにしたがって前記周方向に傾斜して延び、前記シール部材の内周面で開口する開口部を有した傾斜孔と、前記開口部に対して前記軸線方向の第二側で前記シール部材に設けられ、前記シール部材から突出する第一フィンと、前記ハウジングのハウジング本体に着脱可能に設けられ、前記シール部材を保持するシールホルダと、を備え、前記傾斜孔は、前記カバーにおいて最も前記径方向の外側の外周端よりも前記径方向の内側と連通可能とされ、前記シールホルダは、前記カバーにおいて最も前記径方向の外側の外周端よりも、前記径方向の内側で前記外周面に対向する位置で開口する導入口を有するとともに前記傾斜孔に連通する連通流路部を有する。

このようなシールユニットを、遠心圧縮機のハウジング本体に取り付けることで、インペラの回転にともなって生じる旋回流を低減しつつ、必要なスペースを抑えることが可能な遠心圧縮機を実現することができる。

本発明によれば、インペラの回転にともなって生じる旋回流を低減しつつ、必要なスペースを抑えることが可能となる。

本発明の実施形態に係る遠心圧縮機の構成を示す模式図である。 上記遠心圧縮機に設けられたインペラの周囲の構造を示す断面図である。 上記遠心圧縮機の要部の構成を示す断面図である。 図２のＡ－Ａ矢視断面図である。 本発明の実施形態の変形例に係る遠心圧縮機の要部の構成を示す断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明による遠心圧縮機及びシールユニットを実施するための形態を説明する。しかし、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。

図１、図２に示すように、本実施形態に係るギアード遠心圧縮機（遠心圧縮機）１は、ハウジング２０（図２参照）と、ラジアル軸受１２（図１参照）と、回転軸１３と、インペラ１４と、を備えている。

ハウジング２０は、ハウジング本体２１と、後述するシールホルダ６０と、を有している。ハウジング本体２１は、ギアード遠心圧縮機１の外殻を形成する。

図１に示すように、ラジアル軸受１２は、回転軸１３の軸線Ｏ方向に間隔をあけて一対が設けられている。ラジアル軸受１２は、ハウジング本体２１に固定されている。

図２に示すように、回転軸１３は、ハウジング本体２１に形成された軸挿通孔２１ｈに挿通されている。軸挿通孔２１ｈの内周面には、回転軸１３の外周面に摺接するシールリング２３が設けられている。図１に示すように、回転軸１３は、一対のラジアル軸受１２に、その軸線Ｏ周りに回転自在に支持されている。

回転軸１３には、一対のラジアル軸受１２の間に、ピニオンギア１５が設けられている。このピニオンギア１５には、大径ギア１６が噛み合っている。大径ギア１６は、外部の駆動源によって回転駆動される。この大径ギア１６は、ピニオンギア１５よりも外径寸法が大きく設定されている。したがって、ピニオンギア１５を有する回転軸１３の回転数は、大径ギア１６の回転数よりも大きくなる。

このようなピニオンギア１５と、大径ギア１６とによって、増速伝達部１１が構成されている。増速伝達部１１は、外部の駆動源による大径ギア１６の回転数を、ピニオンギア１５を介して増速させて回転軸１３に伝達する。

また、回転軸１３には、ピニオンギア１５に対して軸線Ｏ方向に離間した位置に、スラスト軸受１７を備えている。スラスト軸受１７によって、回転軸１３は、軸線Ｏ方向への移動が拘束されている。

インペラ１４は、回転軸１３の軸線Ｏ方向の第一端部１３ａと、第二端部１３ｂとに、それぞれ設けられている。図２、図３に示すように、各インペラ１４は、本実施形態において、ディスク４１とブレード４２とカバー４３とを備えた、いわゆるクローズドインペラである。

ディスク４１は、円盤状で、回転軸１３に固定されている。ディスク４１は、軸線Ｏ方向に沿って、ディスク４１の軸線Ｏ方向の第一側の第一面４１ａ側から軸線Ｏ方向の第二側の第二面４１ｂ側に向かって、外径が漸次拡大する凹状湾曲面として形成されている。

ここで、図２に示すように、本実施形態において、ギアード遠心圧縮機１は、回転軸１３の軸線Ｏ方向の両端にインペラ１４を備えている。作動流体は、各インペラ１４のディスク４１に対し、軸線Ｏ方向の第一側（第一面４１ａ側）から軸線Ｏ方向の第二側（第二面４１ｂ側）に向かって流れる。以下の説明において、軸線Ｏ方向の第一側を軸線Ｏ方向の上流側とし、軸線Ｏ方向の第二側を軸線Ｏ方向の下流側とする。すなわち、回転軸１３の第一端に設けられた第一段インペラ１４Ａと、回転軸１３の第二端に設けられた第二段インペラ１４Ｂとでは、軸線Ｏ方向の上流側と軸線Ｏ方向の下流側とは、互いに反対向きとされている。

図２、図３に示すように、ブレード４２は、ディスク４１において軸線Ｏ方向の上流側を向く第一面４１ａに設けられている。ブレード４２は、軸線Ｏ回りの周方向に間隔を隔てて複数設けられている。

カバー４３は、ディスク４１及び複数のブレード４２に対し、軸線Ｏ方向の上流側に設けられている。カバー４３は、円盤状で、複数のブレード４２を覆うように設けられている。カバー４３は、軸線Ｏ方向においてディスク４１に対向する側が、ディスク４１と一定の間隔を隔てて対向する凸状面４３ｆとして形成されている。また、カバー４３は、軸線Ｏ方向の上流側に、カバー外周面４３ｇを有している。カバー外周面４３ｇは、軸線Ｏ方向の上流側から下流端に向かうにしたがって径方向の外側に延びている。カバー外周面４３ｇは、カバー４３の軸線Ｏ方向の上流側の端部に、軸線Ｏ方向に延びる筒状外周面４３ｈを有している。

各インペラ１４においては、ディスク４１とカバー４３との間に、インペラ流路４５が形成されている。インペラ流路４５は、ディスク４１の第一面４１ａ側の径方向の内側で軸線Ｏ方向に沿って開口する流入口４５ｉと、インペラ１４の径方向の外側に向かって開口する流出口４５ｏと、を有している。

図２に示すように、ハウジング本体２１は、回転軸１３及びインペラ１４を覆うように設けられている。ハウジング本体２１内には、各インペラ１４の周囲に、吸気流路１８と、排気流路１９とが形成されている。吸気流路１８は、ハウジング本体２１の外部と、インペラ１４の径方向の内側に開口したインペラ流路４５の流入口４５ｉとを連通する。排気流路１９は、インペラ流路４５の流出口４５ｏの径方向の外側に形成されている。排気流路１９は、軸線Ｏ周りに連続する渦巻き状をなしている。

図３に示すように、ハウジング本体２１は、カバー外周面４３ｇに対し、軸線Ｏ方向の上流側に形成された対向面２２ｆを有している。対向面２２ｆは、カバー外周面４３ｇに対し、軸線Ｏ方向に間隔をあけて対向している。

ハウジング本体２１の対向面２２ｆには、シールホルダ６０が取り付けられるシール取付部２４が形成されている。シール取付部２４は、対向面２２ｆから窪む溝である。シール取付部２４は、筒状湾曲面２４ａと、取付端面２４ｂと、を有している。筒状湾曲面２４ａは、対向面２２ｆの内周縁から軸線Ｏ方向の上流側に延びている。筒状湾曲面２４ａは、円筒状をなすように径方向の内側を向いて湾曲している。取付端面２４ｂは、筒状湾曲面２４ａにおける軸線Ｏ方向の上流側の端部から径方向の内側に直交して延びている。取付端面２４ｂには、軸線Ｏ回りの周方向に間隔をあけて複数の雌ネジ孔２４ｈが形成されている。

シールホルダ６０は、ハウジング本体２１のシール取付部２４に対して着脱可能に設けられている。シールホルダ６０は、後述するシール部材５０を保持する。シールホルダ６０は、全体として円環状をなしている。シールホルダ６０は、ホルダ外周面６０ｆと、先端面６０ｇと、ホルダ対向面６０ｈと、シール保持面６０ｉと、前端対向面６０ｊと、を有している。

ホルダ外周面６０ｆは、軸線Ｏ方向に延び、径方向の外側を向く湾曲面である。ホルダ外周面６０ｆは、円筒状なしている。ホルダ外周面６０ｆは、筒状湾曲面２４ａに対して径方向で対向している。先端面６０ｇは、ホルダ外周面６０ｆにおける軸線Ｏ方向の上流側の端部から径方向の内側に直交して延びている。先端面６０ｇは、取付端面２４ｂに対し、軸線Ｏ方向で対向して突き当たるように形成されている。

ホルダ対向面６０ｈは、軸線Ｏ方向の下流側を向く面である。ホルダ対向面６０ｈは、シールホルダ６０がハウジング本体２１に取り付けられた状態で、対向面２２ｆに対して径方向の内側で連続するように形成されている。ホルダ対向面６０ｈは、カバー外周面４３ｇに対し、対向面２２ｆよりも径方向の内側で、軸線Ｏ方向に間隔をあけて対向している。

シール保持面６０ｉは、ホルダ対向面６０ｈよりも径方向の内側で、径方向の内側を向く面である。シール保持面６０ｉは、軸線Ｏ方向の上流側の筒状外周面４３ｈに対し、径方向に間隔をあけて対向するよう形成されている。シール保持面６０ｉには、シール部材５０が嵌め込まれるシール装着溝６１が形成されている。シール装着溝６１は、シール保持面６０ｉから径方向の外側に窪み、軸線Ｏ回りの周方向に連続して形成されている。

前端対向面６０ｊは、ホルダ対向面６０ｈよりも径方向の内側で、軸線Ｏ方向の下流側を向く面である。前端対向面６０ｊは、シール保持面６０ｉにおける軸線Ｏ方向の上流側の端部から径方向の内側に直交して延びている。前端対向面６０ｊは、カバー４３において軸線Ｏ方向の上流側の端部に形成されたカバー前端面４３ｓに対し、軸線Ｏ方向に間隔をあけて対向するよう形成されている。

シールホルダ６０には、周方向に間隔をあけた複数個所に、ボルト挿通孔６２が形成されている。各ボルト挿通孔６２は、ホルダ対向面６０ｈから先端面６０ｇまでを貫通するよう、軸線Ｏ方向に延びている。ボルト挿通孔６２は、シールホルダ６０がハウジング本体２１に取り付けられた状態で、軸線Ｏ方向から見た際に、雌ネジ孔２４ｈと同じ位置となるように形成されている。シールホルダ６０は、シール取付部２４に収容された状態で、ホルダ対向面６０ｈ側から各ボルト挿通孔６２にボルト６３を挿通させ、取付端面２４ｂに形成された雌ネジ孔２４ｈに締結することで、ハウジング本体２１に固定されている。ここで、各ボルト挿通孔６２には、ボルト６３の頭部６３ａを収容する収容凹部６２ａが形成されている。

さらに、シールホルダ６０は、連通流路部６４を備える。図３、図４に示すように、連通流路部６４は、後述するシール部材５０の傾斜孔５５に連通するよう形成されている。連通流路部６４は、導入流路６６と、周方向流路６７と、を有している。

導入流路６６は、軸線Ｏ回りの周方向に間隔をあけた複数個所に形成されている。本実施形態では、導入流路６６は、周方向に等間隔に、例えば六個所に設けられている。各導入流路６６は、ボルト挿通孔６２と干渉しないよう、周方向に位置をずらして形成されている。各導入流路６６は、ホルダ対向面６０ｈから軸線Ｏ方向の上流側に延びている。各導入流路６６は、ホルダ外周面６０ｆから径方向の内側に窪む溝状に形成されている。図３に示すように、導入流路６６は、ホルダ対向面６０ｈで開口する導入口６６ｉを有している。この導入口６６ｉは、対向面２２ｆよりも径方向の内側に開口している。すなわち、導入口６６ｉは、カバー４３の外周端４３ｅよりも径方向の内側でカバー外周面４３ｇに対向した位置で開口している。外周端４３ｅは、カバー４３において最も径方向の外側の領域である。外周端４３ｅは、径方向の外側を向く面が形成されている。

図３、図４に示すように、周方向流路６７は、軸線Ｏ回りの周方向に連続して形成されている。周方向流路６７は、導入流路６６における軸線Ｏ方向の上流側の端部に対して、径方向の内側で連続して形成されている。周方向流路６７は、径方向の外側の端部で各導入流路６６に連通している。周方向流路６７は、径方向の内側に、シール装着溝６１における軸線Ｏ方向の中央部で開口する導出口６７ｏを有している。導出口６７ｏは、シール装着溝６１の底面に形成されている。導出口６７ｏは、周方向全周に連続して開口している。

シール部材５０は、全体として円環状をなしている。シール部材５０の外周部は、シールホルダ６０のシール装着溝６１に嵌め込まれている。これにより、シール部材５０は、対向面２２ｆよりも、径方向の内側、かつ軸線Ｏ方向の上流側に設けられている。

シール部材５０の外周面５０ｆは、シール装着溝６１の底面に密着している。シール部材５０の内周面５０ｇは、カバー外周面４３ｇのうち、筒状外周面４３ｈに対し、径方向で所定寸法のクリアランスを有して対向するよう設けられている。

図３に示すように、シール部材５０には、第一フィン（フィン）５２と、第二フィン５３及び５４と、が一体に設けられている。第一フィン５２と、第二フィン５３及び５４とは、周方向に連続してそれぞれ設けられている。第一フィン５２と、第二フィン５３及び５４とは、シール部材５０の内周面５０ｇから径方向の内側に突出している。第一フィン５２と、第二フィン５３及び５４とは、その先端が筒状外周面４３ｈに対して微小な隙間を形成している。

図３、図４に示すように、シール部材５０には、軸線Ｏ回りの周方向に間隔をあけた複数個所に、傾斜孔５５が形成されている。各傾斜孔５５は、シール部材５０の外周面５０ｆと内周面５０ｇとを連通するよう形成されている。傾斜孔５５は、外周面５０ｆで周方向流路６７に連通している。傾斜孔５５は、内周面５０ｇで開口する開口部５７を有している。開口部５７は、筒状外周面４３ｈと対向する位置で開口している。

傾斜孔５５は、外周面５０ｆ側から径方向の内側に向かうにしたがって、回転軸１３の回転方向と反対側に向かうように周方向に傾斜して延びている。傾斜孔５５は、軸線Ｏ方向から見たときに、軸線Ｏを中心とした径方向に対する傾斜角θが、例えば４０～５０°程度となるよう形成するのが好ましい。複数の傾斜孔５５の傾斜角θは、周方向で全て同一としてもよいし、周方向の位置に応じて複数の傾斜孔５５の傾斜角θを異ならせてもよい。

各傾斜孔５５は、図３に示すように、シール部材５０の軸線Ｏ方向の中央部に形成されている。傾斜孔５５の開口部５７は、第一フィン５２と、第二フィン５３及び５４との間に配置されている。すなわち、開口部５７は、第一フィン５２に対し、軸線Ｏ方向の上流側に並んで設けられている。開口部５７は、第二フィン５３及び５４に対し、軸線Ｏ方向の下流側に並んで設けられている。

作動流体は、インペラ１４が回転軸１３と一体に回転することで、吸気流路１８から流入口４５ｉを経てインペラ流路４５に取り込まれる。作動流体は、回転軸１３と一体に回転するインペラ１４で生じる遠心力により、インペラ流路４５の流入口４５ｉから流出口４５ｏに向かって流れる。作動流体は、流入口４５ｉから流出口４５ｏに向かって流れる間に圧縮される。圧縮された作動流体は、流出口４５ｏから径方向の外側に流出し、排気流路１９に送り込まれる。作動流体は、排気流路１９に沿って軸線Ｏ周りに旋回する間に、さらに圧縮される。

このようなインペラ１４、吸気流路１８、及び排気流路１９によって、遠心圧縮部３０が構成されている。これにより、図１に示すように、ギアード遠心圧縮機１は、増速伝達部１１を挟んだ両側に配置される一対の遠心圧縮部３０、を備えている。一対の遠心圧縮部３０は、増速伝達部１１を挟んで第一の側に配置された１段目の遠心圧縮部３０Ａと、増速伝達部１１を挟んで第二の側に配置された２段目の遠心圧縮部３０Ｂと、を備える。すなわち、このギアード遠心圧縮機１は、１軸２段の圧縮機として構成されている。

このようなギアード遠心圧縮機１においては、１段目の遠心圧縮部３０Ａの第一段インペラ１４Ａによって圧縮された流体は、続いて２段目の遠心圧縮部３０Ｂに流入する。この２段目の遠心圧縮部３０Ｂの第二段インペラ１４Ｂを流通する過程で、この流体はさらに圧縮されて、高圧の流体となる。

インペラ流路４５を経ることで圧力が上昇し、流出口４５ｏから径方向の外側に流出した作動流体の一部は、カバー４３の外周端４３ｅで、カバー外周面４３ｇと対向面２２ｆとの隙間に流入し、第一フィン５２に対して軸線Ｏ方向の下流側の下流側空間Ａ３に到達する。

一方、内周面５０ｇと筒状外周面４３ｈとの間において、第二フィン５３及び５４よりも軸線Ｏ方向の上流側の上流側空間Ａ１の圧力は、作動流体がインペラ流路４５に流入して圧縮される前の圧力である。つまり、第二フィン５３及び５４よりも軸線Ｏ方向の上流側の上流側空間Ａ１は、第一フィン５２に対して軸線Ｏ方向の下流側の下流側空間Ａ３よりも圧力が低い。すると、第一フィン５２と、第二フィン５３及び５４とによって仕切られた空間である開口空間Ａ２の圧力は、上流側空間Ａ１よりも高く、下流側空間Ａ３よりも低くなる。なお、開口空間Ａ２は、傾斜孔５５の開口部５７が形成されている位置に対応する空間である。開口空間Ａ２は、第一フィン５２に対して軸線Ｏ方向の上流側の空間であり、第二フィン５３及び５４に対して軸線Ｏ方向の下流側の空間である。

導入口６６ｉは、下流側空間Ａ３に臨んで形成されている。また、開口部５７は、開口空間Ａ２に臨んで形成されている。これにより、導入口６６ｉの圧力は、開口部５７の圧力よりも高くなる。このようにして生じる導入口６６ｉと開口部５７との間の差圧により、カバー外周面４３ｇと対向面２２ｆとの隙間に流入した作動流体は、複数の導入流路６６を介して周方向流路６７に流入する。周方向流路６７に流入した作動流体は複数の傾斜孔５５に流れ込む。このように、連通流路部６４から複数の傾斜孔５５を経た作動流体は、開口部５７から、開口空間Ａ２に噴出する。複数の傾斜孔５５を経て開口部５７から噴出された作動流体は、回転軸１３の回転方向と反対向きの流れを生じさせる。その結果、第一フィン５２の先端と筒状外周面４３ｈとの間や、第二フィン５３及び５４の先端と筒状外周面４３ｈとの間でインペラ１４の回転に連れ回されて回転軸１３の回転方向に流れる旋回流が打ち消される。これにより、旋回流の発生が抑えられ、回転軸１３の励振が抑えられる。

さらに、導入口６６ｉは、カバー４３の外周端４３ｅよりも径方向の内側で、カバー外周面４３ｇに対向する位置で開口している。そのため、導入口６６ｉを、排気流路１９のようにインペラ１４の径方向の外側に設ける必要がない。したがって、連通流路部６４を形成するためスペースが少なくて済み、ギアード遠心圧縮機１の小型化を図ることが可能となる。

また、連通流路部６４を、シールホルダ６０に形成することで、連通流路部６４を形成するための加工をハウジング本体２１に施す必要がない。また、ハウジング本体２１に対してシール部材５０とシールホルダ６０とを取り付ければ、インペラ１４の回転にともなって生じる旋回流を低減しつつ、必要なスペースを抑えることが可能なギアード遠心圧縮機１を実現することができる。

また、連通流路部６４は、導入流路６６と、周方向流路６７と、を有している。このような構成とすることで、インペラ１４を経て径方向の外側に送られる作動流体の一部を、導入流路６６から周方向流路６７に合流させて複数の傾斜孔５５に送り込むことができる。そのため、周方向に位置よらず、複数の傾斜孔５５に同じ条件で作動流体を供給できる。

また、第一フィン５２及び開口部５７に対して軸線Ｏ方向の上流側に、第二フィン５３及び５４を設けることにより、傾斜孔５５の開口部５７から噴出する作動流体に、インペラ１４に対して軸線Ｏ方向の上流側から流れてきた圧縮前の流体が直接合流してしまうことが抑えられる。その結果、開口部５７から噴出した作動流体による旋回流の抑制効果を確実に発揮することができる。

また、シールユニット７０は、上記傾斜孔５５を有したシール部材５０と、連通流路部６４を有したシールホルダ６０とを備えている。このようなシールユニット７０を、ギアード遠心圧縮機１のハウジング本体２１に取り付けることで、インペラ１４の回転にともなって生じる旋回流を低減しつつ、必要なスペースを抑えることが可能なギアード遠心圧縮機１を実現することができる。したがって、既設のギアード遠心圧縮機１に対して、シールユニット７０を追設することで、旋回流の低減効果を高めることもできる。

（実施形態の変形例）
なお、連通流路部６４は、上記実施形態のような構造に限定されるものではない。例えば、図５に示すように、シールホルダ６０Ｂは、連通流路部６４Ｂを備える。連通流路部６４Ｂは、後述するシール部材５０の傾斜孔５５に連通するよう形成されている。連通流路部６４Ｂは、導入流路６６Ｂと、周方向流路６７Ｂと、を備えている。

導入流路６６Ｂは、軸線Ｏ回りの周方向に間隔をあけた複数個所に形成されている。導入流路６６Ｂは、軸方向流路部６６１と、径方向流路部６６２と、を有している。軸方向流路部６６１は、ホルダ対向面６０ｈに形成された導入口６６Ｂｉから軸線Ｏ方向の上流側に延びている。径方向流路部６６２は、軸方向流路部６６１の軸線Ｏ方向の上流側の端部から径方向の内側に連続して伸びている。導入流路６６Ｂにおける圧力損失を抑えるため、軸方向流路部６６１と径方向流路部６６２とは、流路断面積を等しくすることが好ましい。

周方向流路６７Ｂは、シールホルダ６０Ｂの内周面６０ｋに周方向に連続して形成されている。周方向流路６７Ｂは、内周面６０ｋから径方向の外側に窪む溝状に形成されている。複数の導入流路６６Ｂの径方向流路部６６２は、周方向流路６７Ｂに連通している。

シール部材５０は、その外周部が、シールホルダ６０Ｂの周方向流路６７Ｂに嵌め込まれている。シール部材５０の外周面５０ｆは、周方向流路６７Ｂの底面６７１との間に、間隔をあけて設けられている。これにより、シール部材５０の外周面５０ｆと、底面６７１との間に、周方向に連続する周方向流路６７Ｂが形成されている。

このようなシールホルダ６０Ｂでは、各連通流路部６４Ｂの導入口６６Ｂｉから軸方向流路部６６１に流入した作動流体は、径方向流路部６６２を経て、周方向流路６７Ｂで合流する。周方向流路６７Ｂに流入した作動流体は、シール部材５０に形成された複数の傾斜孔５５を通り、回転軸１３の回転方向と反対向きに噴出する。これにより、シール部材５０とカバー４３のカバー外周面４３ｇとの間の作動流体が、インペラ１４の回転に連れ回されて旋回し、旋回流が生じるのが抑えられる。

以上、本発明の実施形態及び変形例について図面を参照して詳述したが、実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

例えば、上述の実施形態では、ギアード遠心圧縮機１の態様として、いわゆる１軸２段の構成を例に説明を行った。しかしながら、ギアード遠心圧縮機１の態様はこれに限定されず、設計や仕様に応じて２軸４段や、それ以上の軸数、段数を備えていてもよい。いずれの構成であっても、各段の遠心圧縮部３０では、上記の実施形態における記載と同等の作用効果を得ることができる。

また、本発明は、ギアード遠心圧縮機１に限らず、外部の駆動源によって回転軸１３が直接回転駆動される方式の１軸多段の遠心圧縮機等に適用することもできる。その場合、上記傾斜孔５５を有したシール部材５０や連通流路部６４、６４Ｂを有したシールホルダ６０、６０Ｂは、作動流体の流れ方向において最も下流側で、旋回流による励振力が最も大きくなる最終段のインペラに備えるのが好ましい。

１ ギアード遠心圧縮機（遠心圧縮機）
１１ 増速伝達部
１２ ラジアル軸受
１３ 回転軸
１３ａ 第一端部
１３ｂ 第二端部
１４ インペラ
１４Ａ 第一段インペラ
１４Ｂ 第二段インペラ
１５ ピニオンギア
１６ 大径ギア
１７ スラスト軸受
１８ 吸気流路
１９ 排気流路
２０ ハウジング
２１ ハウジング本体
２１ｈ 軸挿通孔
２２ｆ 対向面
２３ シールリング
２４ シール取付部
２４ａ 筒状湾曲面
２４ｂ 取付端面
２４ｈ 雌ネジ孔
３０、３０Ａ、３０Ｂ 遠心圧縮部
４１ ディスク
４１ａ 第一面
４１ｂ 第二面
４２ ブレード
４３ カバー
４３ｅ 外周端
４３ｆ 凸状面
４３ｇ カバー外周面
４３ｈ 筒状外周面
４３ｓ カバー前端面
４５ インペラ流路
４５ｉ 流入口
４５ｏ 流出口
５０ シール部材
５０ｆ 外周面
５０ｇ 内周面
５２ 第一フィン（フィン）
５３、５４ 第二フィン
５５ 傾斜孔
５７ 開口部
６０、６０Ｂ シールホルダ
６０ｆ ホルダ外周面
６０ｇ 先端面
６０ｈ ホルダ対向面
６０ｉ シール保持面
６０ｊ 前端対向面
６０ｋ 内周面
６１ シール装着溝
６２ ボルト挿通孔
６２ａ 収容凹部
６３ ボルト
６３ａ 頭部
６４、６４Ｂ 連通流路部
６６、６６Ｂ 導入流路
６６ｉ、６６Ｂｉ 導入口
６７、６７Ｂ 周方向流路
６７ｏ 導出口
７０ シールユニット
６６１ 軸方向流路部
６６２ 径方向流路部
６７１ 底面
Ａ１ 上流側空間
Ａ２ 開口空間
Ａ３ 下流側空間
Ｏ 軸線
θ 傾斜角

Claims (4)

1. 軸線回りに回転する回転軸と、
   前記回転軸に固定されたディスク、前記ディスクにおける軸線方向の第一側を向く面に設けられ、前記軸線回りの周方向に間隔をあけて設けられた複数のブレード、及び、前記ディスク及び前記ブレードに対して前記軸線方向の第一側に設けられ、前記軸線方向の第二側に向かうにしたがって径方向の外側に延びる外周面を有したカバーを備えるインペラと、
   前記回転軸及び前記インペラを覆い、前記外周面に対して前記軸線方向の第一側に形成されて前記外周面に対向する対向面を有したハウジングと、
   前記ハウジングにおける前記対向面よりも前記径方向の内側において、前記外周面との間にクリアランスを形成するシール部材と、
   前記シール部材に対して前記周方向に間隔をあけて複数が形成され、それぞれ前記径方向の内側に向かうにしたがって前記回転軸の回転方向と反対側に傾斜して延び、前記外周面と対向する位置で開口する開口部を有した傾斜孔と、
   前記開口部に対して前記軸線方向の第二側で前記シール部材に設けられ、前記シール部材から前記外周面に向かって突出する第一フィンと、
   前記ハウジングに形成され、前記カバーにおいて最も前記径方向の外側の外周端よりも、前記径方向の内側で前記外周面に対向する位置で開口する導入口を有するとともに前記傾斜孔に連通する連通流路部と、を備え、
   前記ハウジングは、
   ハウジング本体と、
   前記ハウジング本体に着脱可能に設けられ、前記シール部材を保持するシールホルダと、を有し、
   前記連通流路部は、前記シールホルダに形成されている遠心圧縮機。
2. 前記連通流路部は、
   前記周方向に連続し、複数の前記傾斜孔に連通する周方向流路と、
   前記導入口と前記周方向流路とを繋ぐ複数の導入流路と、有する請求項１に記載の遠心圧縮機。
3. 前記開口部に対して前記軸線方向の第一側で前記シール部材に設けられ、前記シール部材から前記外周面に向かって突出する第二フィンをさらに備える請求項１又は請求項２に記載の遠心圧縮機。
4. 軸線回りに回転する回転軸と、前記回転軸に固定されたディスク、前記ディスクにおける軸線方向の第一側を向く面に設けられ、前記軸線回りの周方向に間隔をあけて設けられた複数のブレード、及び、前記ディスク及び前記ブレードに対して前記軸線方向の第一側に設けられ、前記軸線方向の第二側に向かうにしたがって径方向の外側に延びる外周面を有したカバーを備えるインペラと、前記回転軸及び前記インペラを覆い、前記外周面に対して前記軸線方向の第一側に形成されて前記外周面に対向する対向面を有したハウジングと、を備える遠心圧縮機に装着されるシールユニットであって、
   前記ハウジングにおける前記対向面よりも前記径方向の内側において、前記外周面との間にクリアランスを形成するように配置可能とされた円環状のシール部材と、
   前記シール部材に対して前記周方向に間隔をあけて複数が形成され、それぞれ前記径方向の内側に向かうにしたがって前記周方向に傾斜して延び、前記シール部材の内周面で開口する開口部を有した傾斜孔と、
   前記開口部に対して前記軸線方向の第二側で前記シール部材に設けられ、前記シール部材から突出する第一フィンと、
   前記ハウジングのハウジング本体に着脱可能に設けられ、前記シール部材を保持するシールホルダと、を備え、
   前記傾斜孔は、前記カバーにおいて最も前記径方向の外側の外周端よりも前記径方向の内側と連通可能とされ、
   前記シールホルダは、前記カバーにおいて最も前記径方向の外側の外周端よりも、前記径方向の内側で前記外周面に対向する位置で開口する導入口を有するとともに前記傾斜孔に連通する連通流路部を有するシールユニット。

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