【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、インペラの回転力によってガスを圧縮する遠心圧縮機に係り、更に詳しくは、圧縮されたガスの旋回失速の発生を阻止することが可能な遠心圧縮機に関する。 【０００２】 【従来の技術】通常、この種の遠心圧縮機は、例えば石油精製プラントのガス圧縮機に用いられている。 このような遠心圧縮機について、図４および図５を用いて説明する。 【０００３】図４および図５に示すように、遠心圧縮機には、ロータ軸１、第１段インペラ２、第２段インペラ２１、吸込ケーシング３、ディフューザ前板５ａ、シュラウドケーシング５ｂ、中間ケーシング６、中間仕切板７、吐出ケーシング８が設けられている。 【０００４】そして、ディフューザ前板５ａの内壁面と中間仕切板７の内壁面との間にディフューザ１０が形成されている。 【０００５】遠心圧縮機の運転時、ロータ軸１の回転とともに第１段インペラ２および第２段インペラ２１が回転する。 すると、入口流路９から吸入されたガスが予旋回防止板１１に案内されて第１段インペラ２に導入され、第１段インペラ２を流過する過程で圧縮される。 圧縮されたガスはディフューザ１０に入り、ここで動圧が静圧に変換される。 【０００６】次いで、このガスは戻り流路１２を通る過程で予旋回防止板１３によって気流の旋回を低減された後、第２段の入口流路１６を経て第２段インペラ２１に導入されてここで再び圧縮される。 そして、ディフューザ１４、吐出流路１５を経て吐出される。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このような従来の遠心圧縮機では、以下のような問題がある。 【０００８】すなわち、このような遠心圧縮機では、第１段インペラ２を流過する過程で圧縮されたガスの流量が減少した場合、このガスがディフューザ１０へ流入する平均流入角α _２すなわち、図５（ａ）に示すＥ−Ｅ断面に対するガスの流入角度が減少する。 このように、ガスがディフューザ１０へ流入する平均流入角α _２が減少すると、図５（ｂ）および図５（ｃ）に示すように、平均子午面速度Ｃ _ｍが小さくなる一方、平均旋回速度Ｃ _ｕ
が大きくなるために、流入速度分布のひずみも大きくなる。 図５（ｂ）に示すように、平均子午面速度Ｃ _ｍが十分大きい場合には、図５（ｄ）に示すように、シュラウドケーシング５ｂ側から中間ケーシング６側に亘って逆流が生じることはない。 しかしながら、図５（ｃ）に示すように平均流入角α _２が減少し、平均子午面速度Ｃ _ｍ
がある値以下になると、図５（ｅ）に示すように、シュラウドケーシング５ｂ近傍、および中間ケーシング６近傍において速度が負になる３次元的逆流が生じ、旋回失速を生じる。 【０００９】このようにして旋回失速が生じると、ディフューザの圧力回復能力が著しく低下し、図６に示すように、インペラ２，２１とディフューザ１０とを組み合わせた吐出圧力−流量特性の勾配が負となる。 これは、
図６中のＣ点に示すような遠心圧縮機のサージングをもたらし、動作が不安定になるという問題がある。 旋回失速の圧力脈動は、高圧圧縮機の最終段付近では気体の密度が高くなると励振力としても無視できない。 したがって、通常は、図６中のＢ点に示すような旋回失速発生点に至ることがないように、図６中のＡ点に示すような設計点において運転が行われている。 【００１０】本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ディフューザに導入された圧縮ガスの流量を高めるために、圧縮ガスの流路方向に向けてディフューザ内に高圧ガスを導入し、もって、旋回失速の発生を阻止することが可能な遠心圧縮機を提供することを目的とする。 【００１１】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。 【００１２】すなわち、請求項１の発明では、ケーシングの内部にインペラを回転可能に配置し、インペラの半径方向に向かって備えられた流路であり、インペラの回転によって圧縮された圧縮ガスを導入可能なディフューザをケーシングの内部に備えた遠心圧縮機において、ディフューザに、ディフューザの内部圧力よりも高い圧力の高圧ガスを圧縮ガスの下流方向に向けて導入する。 【００１３】請求項２の発明では、ケーシングの内部にインペラを回転可能に配置し、インペラの半径方向に向かって備えられた流路であり、インペラの回転によって圧縮された圧縮ガスを導入可能なディフューザをケーシングの内部に備えた遠心圧縮機において、ケーシングに穿設された取込穴を介して、インペラ出口からケーシングとシュラウドディスクとの間を通ってインペラ入口へ流れる圧縮ガスの一部を取り込むことが可能なチャンバを備え、チャンバに取り込まれた圧縮ガスを、スリットを備えた吹出穴を介してディフューザに、ディフューザの内部圧力よりも高い圧力でディフューザの下流方向に向けて導入する。 【００１４】請求項３の発明では、ケーシングの内部に複数のインペラを回転可能に配置し、各インペラの半径方向に向かって備えられた流路であり、各インペラの回転によって圧縮された圧縮ガスを導入可能な各ディフューザをケーシングの内部に備え、上流側のディフューザに導入された圧縮ガスを下流側のインペラに供給することによって圧縮機に導入されたガスを段階的に圧縮する遠心圧縮機において、最終段に設置されているバランスピストン部を流れる下流側のディフューザに導入された圧縮ガスの一部を取り込み、取り込んだ圧縮ガスを、最終段よりも上流段側のディフューザに穿設された吹出穴を介して、上流側のディフューザに、このディフューザの下流方向に向けて導入する。 【００１５】請求項４の発明では、ケーシングの内部にインペラを回転可能に配置し、インペラの半径方向に向かって備えられた流路であり、インペラの回転によって圧縮された圧縮ガスを導入可能なディフューザをケーシングの内部に備えた遠心圧縮機において、ディフューザの内部圧力を測定する圧力測定手段と、圧力測定手段によって測定された内部圧力よりも高い圧力で、ディフューザに、高圧ガスを圧縮ガスの下流方向に向けて供給するガス供給手段とを備える。 【００１６】 【発明の実施の形態】以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。 【００１７】なお、以下の各実施の形態の説明に用いる図中の符号は、図４から図５と同一部分については同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。 【００１８】（第１の実施の形態）本発明の第１の実施の形態を図１を用いて説明する。 【００１９】図１は、第１の実施の形態に係る遠心圧縮機の一例を示す要部断面図である。 【００２０】すなわち、本実施の形態に係る遠心圧縮機は、図４に示す従来技術による遠心圧縮機に、取込穴２
３と、取込管２４と、チャンバ２５と、吹出管２６と、
吹出穴２７とを備えている。 【００２１】取込穴２３は、シュラウドケーシング５ｂ
に、第１段インペラ２の前縁部に向かって穿設して設けたものであって、インペラ出口４０からシュウラウドディスク４１とシュラウドケーシング５ｂとの隙間を通ってインペラ入口４３へ流れる圧縮ガスの一部を取り込むことを可能としている。 【００２２】取込管２４は、取込穴２３とチャンバ２５
とを連結する管であって、取込穴２３によって取り込まれた圧縮ガスをチャンバ２５に導く。 【００２３】チャンバ２５は、取込管２４によって導かれた圧縮ガスを溜め込む。 そして、第１段インペラ２によって圧縮されディフューザ１０に供給された圧縮ガスの流量が、旋回失速発生流量付近まで低下した場合には、溜め込んだ圧縮ガスを吹出管２６を介して吹出穴２
７からディフューザ１０内部に、下流方向に向けて排出する。 【００２４】吹出穴２７は、第１段インペラ２の半径Ｒ
とするとき、例えば、ロータ軸１の中心から第１段インペラ２の径方向に向かって1.1Ｒの場所に設ける。 また、この吹出穴２７は、図示しないスリットを備えており、チャンバ２５から排出された圧縮ガスがこのスリットを介してディフューザ１０内部に排出されることによって、排出される圧縮ガスが、ディフューザ１０の内部圧力よりも高い圧力でディフューザ１０に導入されるようにしている。 【００２５】次に、以上のように構成した本実施の形態に係る遠心圧縮機の作用について説明する。 【００２６】本実施の形態に係る遠心圧縮機は、第１段インペラ２によって圧縮されディフューザ１０に供給された圧縮ガスの一部が、取込穴２３を介して取り込まれ、チャンバ２５に溜め込まれる。 【００２７】そして、第１段インペラ２によって圧縮されディフューザ１０に供給された圧縮ガスの流量が、旋回失速発生流量付近にまで低下した場合には、チャンバ２５に溜め込まれた圧縮ガスが、吹出管２６を介して吹出穴２７からディフューザ１０内部に、下流方向に向けて排出される。 吹出穴２７には、図示しないスリットが備えられており、チャンバ２５から排出された圧縮ガスがこのスリットを介してディフューザ１０内部に排出されることによって、排出される圧縮ガスが、ディフューザ１０の内部圧力よりも高い圧力でディフューザ１０に導入される。 【００２８】これによって、ディフューザ１０内のガス流量が、旋回失速発生点流量以上に高められ、旋回失速の発生が阻止される。 【００２９】上述したように、本実施の形態に係る遠心圧縮機においては、上記のような作用により、旋回失速の発生を阻止することができる。 【００３０】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施の形態を図２を用いて説明する。 【００３１】図２は、第２の実施の形態に係る遠心圧縮機の一例を示す要部断面図である。 【００３２】すなわち、本実施の形態に係る遠心圧縮機は、図４に示す従来技術による遠心圧縮機に、連通管３
０と、吹出穴３１とを付加した構成としている。 【００３３】連通管３０は、最終段インペラ（例えば、
インペラ２１）のハブディスク４５と吐出ケーシング８
との隙間を通り、ロータのスラストを調整するために設置されているバランスピストン部４６を通る圧縮ガスを取り込み、吹出穴３１へ圧縮ガスを導く管である。 ディフューザ１４に導入された圧縮ガスは、第１段インペラ２によって圧縮された後に、更に第２段インペラ２１によって圧縮されている。 したがって、ディフューザ１４
の内部圧力は、ディフューザ１０の内部圧力よりも高い。 したがって、この圧力勾配に従い、バランスピストン部４６の圧縮ガスは、この連通管３０を介して、吹出穴３１側に導かれるようにしている。 【００３４】吹出穴３１は、ディフューザ前板５ａに穿設して設けたものであって、連通管３０を介して、ディフューザ１４側から導かれた圧縮ガスを、ディフューザ１０内部に、下流方向に向けて排出する。 この吹出穴３
１は、例えば、ロータ軸１の中心から第１段インペラ２
の径方向に向かって1.1Ｒの場所に設ける。 【００３５】次に、以上のように構成した本実施の形態に係る遠心圧縮機の作用について説明する。 【００３６】本実施の形態に係る遠心圧縮機は、第２段インペラ２１によって圧縮されディフューザ１４に供給された圧縮ガスの一部が、連通管３０によって取り込まれる。 連通管３０に取り込まれた圧縮ガスは、ディフューザ１４側からディフューザ１０側への圧力勾配に従って吹出穴３１側に導かれ、吹出穴３１からディフューザ１０内部に、下流方向に向けて排出される。 【００３７】このようにして、ディフューザ１０には、
その下流方向に向けて、ディフューザ１０の内部圧力よりもその圧力が高い圧縮ガスが導入されるので、ディフューザ１０内のガス流量が、旋回失速発生点流量以上に高められ、旋回失速の発生が阻止される。 【００３８】上述したように、本実施の形態に係る遠心圧縮機においては、上記のような作用により、旋回失速の発生を阻止することができる。 【００３９】（第３の実施の形態）本発明の第３の実施の形態を図３を用いて説明する。 【００４０】図３は、第３の実施の形態に係る遠心圧縮機の一例を示す要部断面図である。 【００４１】すなわち、本実施の形態に係る遠心圧縮機は、図４に示す従来技術による遠心圧縮機に、圧力測定器３３と、ガス供給部３４と、ガス供給配管３５と、吹出穴３６とを付加した構成としている。 【００４２】圧力測定器３３は、ディフューザ１０の内部圧力を測定し、測定結果をガス供給部３４に出力する。 【００４３】ガス供給部３４は、圧力測定器３３から出力されるディフューザ１０の内部圧力の測定結果に基づいて、ディフューザ１０の内部圧力よりも高い圧力で高圧ガスを、ガス供給配管３５を介して吹出穴３６側に供給する。 【００４４】ガス供給配管３５は、ガス供給部３４から供給された高圧ガスを吹出穴３６に導く配管である。 【００４５】吹出穴３６は、ディフューザ前板５ａに穿設して設けたものであって、ガス供給配管３５を介して導かれた高圧ガスを、ディフューザ１０内部に、下流方向に向けて排出する。 この吹出穴３６は、例えば、ロータ軸１の中心から第１段インペラ２の径方向に向かって
1.1Ｒの場所に設ける。 【００４６】次に、以上のように構成した本実施の形態に係る遠心圧縮機の作用について説明する。 【００４７】本実施の形態に係る遠心圧縮機は、ディフューザ１０の内部圧力が圧力測定器３３によって測定される。 そして、その測定結果に基づいて、ディフューザ１０の内部圧力よりも高い圧力で、ガス供給部３４から高圧ガスが供給される。 ガス供給部３４から供給された高圧ガスは、ガス供給配管３５によって吹出穴３６に案内され、更にこの吹出穴３６からディフューザ１０内部に、下流方向に向けて排出される。 【００４８】このようにして、ディフューザ１０には、
その下流方向に向けて、ディフューザ１０の内部圧力よりもその圧力が高い高圧ガスが導入されるので、ディフューザ１０内のガス流量が、旋回失速発生点流量以上に高められ、旋回失速の発生が阻止される。 【００４９】上述したように、本実施の形態に係る遠心圧縮機においては、上記のような作用により、旋回失速の発生を阻止することができる。 【００５０】以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。 特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 【００５１】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧縮ガスの流路方向に向けてディフューザ内に高圧ガスを導入し、ディフューザに導入された圧縮ガスの流量を高めることができる。 【００５２】以上により、旋回失速の発生を阻止することが可能な遠心圧縮機を実現することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】第１の実施の形態に係る遠心圧縮機の一例を示す要部断面図【図２】第２の実施の形態に係る遠心圧縮機の一例を示す要部断面図【図３】第３の実施の形態に係る遠心圧縮機の一例を示す要部断面図【図４】従来の遠心圧縮機の回転軸心に沿う部分的断面図【図５】旋回失速を説明するための模式図【図６】遠心圧縮機の一般的な吐出圧力−流量特性図【符号の説明】 １…ロータ軸２，２１…インペラ３…吸込ケーシング５ａ…ディフューザ前板５ｂ…シュラウドケーシング６…中間ケーシング７…中間仕切板８…吐出ケーシング９…入口流路１０，１４…ディフューザ１１，１３…予旋回防止板１２…戻り流路１５…吐出流路１６…入口流路２３…取込穴２４…取込管２５…チャンバ２６…吹出管２７，３１，３６…吹出穴３０…連通管３３…圧力測定器３４…ガス供給部３５…ガス供給配管４０…インペラ出口４１…シュラウドディスク４３…インペラ入口４５…ハブディスク４６…バランスピストン部