[发明专利]涡轮式流体机械

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮式流体机械，特别涉及离心压缩机或离心鼓风机等、维持高性能且适合于小型化的涡轮式流体机械。

背景技术

作为涡轮式流体机械之一的、用旋转叶轮压缩流体的离心压缩机，在现有技术中已广泛用于各种装置中。最近，由于能源问题、环境问题，包含其运行费等在内的寿命周期成本受到重视，谋求在大工作范围内具有高效率的压缩机。

考虑到转速一定的运转时，压缩机的工作范围被定义为由小流量侧的运转界限即喘振界限和大流量侧的运转界限即扼流界限所夹的区域。

但是，使压缩机的流量减少到喘振界限以上时，流动在压缩机内部剥离，排出压力、流量产生变动，不能稳定地运转。

另外，想要成为扼流界限以上的大流量，则即使降低压缩机的排出压，流动在压缩机内部达到音速，不能将流量增大到扼流界限以上。

通常，在已往的涡轮式流体机械即涡轮式压缩机或鼓风机中，在叶轮的下游，设置着用于将动能变换为压力能的无叶片扩散器、或带叶片扩散器。

在扩散器的下游，设有用于收集从扩散器所排出流动的涡旋壳体或者用于把流动导引到下一级的返回流路。

另外，作为已往的离心压缩机的扩散器，已知的有无叶片扩散器，该无叶片扩散器在叶轮的下游，由相向的一对扩散板构成流路壁面，其流路宽度朝向下游是恒定的。但是，采用无叶片扩散器的离心压缩机，虽然工作范围大，但缺点是效率低。

另外，把高度恒定且与流路宽度大致相等的导引叶片在一对扩散板之间设置成圆形翼片列状的扩散器，即所谓的带叶片扩散器，也是已知的。采用该带叶片扩散器的离心压缩机，虽然设计流量点的效率高，但缺点是工作范围小。

为此，作为改进的扩散器，例如在日本特开平11-82389号公报中，公开了这样的扩散器：扩散器的侧板侧流路壁面以流路宽度朝向下游扩大的方式设为倾斜状，并且，在扩散器的侧板侧和心板侧二者的流路壁面上设置高度为扩散器出口宽度的40～60％的导引叶片。

在该日本特开平11-82389号公报记载的扩散器的结构中，由于流路宽度朝着下游扩大，所以，与无平行壁叶片的扩散器相比，可以增大半径方向的压力梯度，并且，由于在流路壁面上有导引叶片，所以，即使在大的压力梯度下，也能够防止流路壁面上的逆流。

专利文献1：日本特开平11-82389号公报

发明内容

但是，在日本特开平11-82389号公报记载的扩散器中，却并未公开在扩大的流路壁面上设置导引叶片的恰当角度，因此，如果仅仅是设置导引叶片，反而有可能使扩散器的性能降低。另外，如果仅仅是设置导引叶片，导引叶片不能充分发挥作为防止流路壁面上的逆流的整流板的作用，扩散器的工作范围有可能缩小。

为了降低压缩机的成本，通常要求扩散器小型化。在已往的无导引叶片、或带导引叶片的扩散器中，减小扩散器出口直径而实现小型化时，由于扩散器的流路宽度是恒定的，所以，扩散器出口的流速增高。由于扩散器下游的部件(例如涡旋、返回流路等)的损失与扩散器出口的动能(动压)成正比，所以，下游的上述部件的损失增加，压缩机的效率降低。

本发明的目的是提供可防止扩散器内的逆流并使扩散器的流动在宽度方向均匀化、确保扩散器的大工作范围、保持压缩机的效率、使流体机械小型化的涡轮式流体机械。

本发明的涡轮式流体机械，具有叶轮和扩散器，该扩散器位于叶轮的下游，由相向的一对侧板侧扩散板和心板侧扩散板构成扩散器的流路壁面，并且，其流路宽度朝着下游增大；其特征在于，在上述扩散器的相向的侧板侧扩散板和心板侧扩散板的两流路壁面上，分别呈叶片列状地设置多个高度比流路宽度低的圆弧状导引叶片，扩散器出口处的上述两个导引叶片的叶片高度总和设定在上述扩散器的出口流路宽度的30～70％的范围内，设侧板侧扩散板的流路壁面的相对于半径方向的倾斜角为θ_s、设置在该侧板侧扩散板的壁面上的导引叶片的入口的相对于周方向的入口叶片角为β_s，in、心板侧扩散板的流路壁面的相对于半径方向的倾斜角为θ_h、设置在该心板侧扩散板的壁面上的导引叶片的入口的相对于周方向的入口叶片角为β_h，in时，上述4个角度满足下式

(式1)

β_s，in-β_h，in＝K(θ_s-θ_h)    ...(1)

式中的K，满足K＜0的关系。