涡轮压缩机的流量测量装置以及涡轮压缩机技术领域
本发明涉及涡轮压缩机的流量测量装置以及涡轮压缩机。
本申请基于在日本于2013年7月5日申请的日本特愿2013-142047
号而主张优先权，在此引用其内容。
背景技术
一直以来，作为对在配管内流动的流体的流量进行测量的装置，已
知有在配管内设置节流孔板、通过测量该节流孔板前后的压力差来测量
流体流量的装置。在专利文献1中，公开有一种涡轮压缩机，其具备喘
振检测装置，所述喘振检测装置用于测量流体的流量，以避免伴随流量
减少而发生的喘振的方式进行运转。
该喘振检测装置将流量测量用节流孔安装于涡轮压缩机的吸入侧
配管，利用压力差发送器来发送节流孔前后的压力差，并利用接收器接
收输出信号，例如与1秒前的信号比较，若压力差有10％以上的变动，
则判断为喘振发生，并使喘振防止装置适当工作(参照专利文献1的图
1)。
在专利文献2中，公开了供给被吸入压缩机叶轮的流体的吸入配管、
及调整被吸入上述压缩机叶轮的流体的流量的进气引导叶片等构成涡
轮压缩机的公知部件(参照专利文献2的说明书摘要、段落[0017]、图1)。
在专利文献3中，公开了一种流量测定装置，其中，从管路的上游
侧到下游侧，内径不同的两个管路相互连接，在管路的内径大的上游侧
和管路的内径小的下游侧，设有对流过管路的液体的压力进行测定的上
游侧压力孔26和下游侧压力孔27，根据利用上游侧压力孔26测定的液
体压力与利用下游侧压力孔27测定的液体压力的压力差来测量液体的
流量(参照专利文献3的段落[0022]、[0034]、图2)。
在专利文献4中，公开了设置在压缩机叶轮周围的扩压器流路14、
在扩压器流路14的更外侧设置的涡旋流路13等构成涡轮压缩机的公知
部件(参照专利文献4的段落[0017]、图1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭63-94098号公报；
专利文献2：日本特开2010-236401号公报；
专利文献3：日本特开2002-188944号公报；
专利文献4：日本特开2004-197611号公报。
发明内容
发明所要解决的技术问题
为了测量压力差，需要在同一部位具有不同直径的空气通路，所以
如专利文献1所记载的那样，一般而言，将设有节流孔板的具有一定程
度长度的直管焊接构造物连接于涡轮压缩机的吸入配管。
然而，节流孔板本身是高价的，另外，根据流量控制的种类不同，
还存在不要求较高测量精度的情况。而且，能够连接直管焊接构造物的
位置限于能够确保设置空间的吸入配管(入口)、排出配管(出口)，例如
在涡轮压缩机为多级压缩机的情况下，难以在弯曲配置配管的压缩级和
压缩级之间位置设置。
测量流体流量的其他装置即使用文丘里管的文丘里式流量计也同
样地存在该设置空间的问题。
本发明鉴于上述问题而提出，其目的在于提供能够简便且廉价地设
置的涡轮压缩机的流量测量装置。
用于解决技术问题的方案
本发明的第一方案是一种涡轮压缩机的流量测量装置，具有：第一
导压流路，连通于吸入配管，所述吸入配管连接于具有对流体进行压缩
的压缩机叶轮的压缩级；以及第二导压流路，连通于上述压缩级的吸入
口，上述压缩级的吸入口与上述吸入配管相比内径缩窄，上述流量测量
装置基于上述第一导压流路与上述第二导压流路的压力差来测量上述
流体的流量。
在本发明的第一方案中，根据连接于上述压缩级的上述吸入配管与
形成于上述压缩级的上述吸入口的上述压力差来测量上述流体的流量。
为了使导入上述压缩机叶轮的上述流体的流动均匀化等，形成于上述压
缩级的上述吸入口与上述吸入配管的上述内径相比缩窄，在流量测量时
发挥文丘里管的作用。因此，在本发明的第一方案中，不需要另行准备
节流孔板或文丘里管，能够利用上述涡轮压缩机的构造来进行流量测量，
能够简便且廉价地设置上述流量测量装置。
本发明的第二方案是，基于上述第一方案，上述压缩级具备：具有
上述吸入口以及外周面形成有螺旋状的槽的进气部、以及具有与上述进
气部嵌合的凹部且与上述螺旋状的槽共同作用以形成涡旋流路的外罩，
上述第二导压流路的至少一部分形成于上述进气部。
在本发明的第二方案中，通过将上述第二导压流路的至少一部分形
成于上述进气部，能够通过上述进气部来测量吸入口的压力。
本发明的第三方案是，基于上述第二方案，上述第二导压流路的至
少一部分由第一孔部以及第二孔部形成，上述第一孔部在上述进气部中
避开上述螺旋状的槽、沿半径方向形成且连通于上述吸入口，上述第二
孔部在上述进气部中沿轴向形成且连通于所述第一孔部。
在本发明的第三方案中，通过沿半径方向和轴向分别形成孔部，并
使两者连通，能够避开构成在上述进气部形成的上述涡旋流路的上述螺
旋状的槽来测量上述吸入口的压力。
本发明的第四方案是，基于上述第三方案，上述第一孔部比在上述
进气部形成有上述螺旋状的槽的轴向区域更向外侧形成。
在本发明的第四方案中，由于上述螺旋状的槽的宽度随着沿上述进
气部的周向前进而沿轴向逐渐地变化，故在与形成上述螺旋状的槽的轴
向区域相比更靠外侧形成上述第一孔部，由此能够可靠地避开上述螺旋
状的槽来配设上述第一孔部。
本发明的第五方案为，基于上述第四方案，上述进气部具备：配置
于上述吸入口周围并以与上述螺旋状的槽在轴向上的深度对应的深度
形成的挖空槽、以及以沿半径方向横穿上述挖空槽的方式形成的肋，上
述第一孔部形成于与上述肋对应的位置。
在本发明的第五方案中，在为了轻量化、散热等而以与上述螺旋状
的槽的深度对应的深度在上述进气部形成了上述挖空槽的情况下，在重
点部位以横穿上述挖空槽的方式设置上述肋，确保上述进气部的厚度，
从而能够可靠地避开上述螺旋状的槽来配设上述第一孔部。
本发明的第六方案为，基于上述第三到第五的任一方案，上述第一
孔部在上述进气部中沿圆周方向隔开间隔地形成有多个。
在本发明的第六方案中，即使在上述吸入口较大且流体压力在其圆
周方向上不同的情况下，也能够在圆周方向上的多个部位测量上述吸入
口的压力，因而能够进行基于压力平均值的正确的流量测量。
本发明的第七方案为，基于上述第六方案，在上述进气部中，在圆
周方向上相邻的上述第一孔部之间配置有上述螺旋状的槽的终端部。
在本发明的第七方案中，由于上述螺旋状的槽的上述终端部的轴向
区域变得最大，故通过避开上述终端部配置上述第一孔部，能够可靠地
避开上述螺旋状的槽来形成上述第一孔部。
本发明的第八方案是一种涡轮压缩机，具有：第一导压流路，连通
于吸入配管，所述吸入配管连接于具有对流体进行压缩的压缩机叶轮的
压缩级；以及第二导压流路，连通于上述压缩级的吸入口，上述压缩级
的吸入口与上述吸入配管相比内径缩窄，上述第一导压流路和上述第二
导压流路分别为用于连接压力差测量部的流路，所述压力差测量部基于
上述第一导压流路以及上述第二导压流路的压力差来测量上述流体的
流量。
本发明的第九方案为，基于上述第八方案，上述压缩级具备：具有
上述吸入口以及在外周面形成有螺旋状的槽的进气部、以及具有与上述
进气部嵌合的凹部且与上述螺旋状的槽共同作用以形成涡旋流路的外
罩，上述第二导压流路的至少一部分形成于上述进气部。
本发明的第十方案为，基于上述第九方案，所述第二导压流路的至
少一部分由第一孔部以及第二孔部形成，所述第一孔部在上述进气部中
避开上述螺旋状的槽、沿半径方向形成且连通于上述吸入口，所述第二
孔部在上述进气部中沿轴向形成且连通于所述第一孔部。
本发明的第十一方案为，基于上述第十方案，上述第一孔部比在上
述进气部形成有上述螺旋状的槽的轴向区域更向外侧形成。。
本发明的第十二方案为，基于上述第十一方案，上述进气部具备：
配置于上述吸入口周围并以与上述螺旋状的槽在轴向上的深度对应的
深度形成的挖空槽、以及以沿半径方向横穿上述挖空槽的方式形成的肋，
上述第一孔部形成于与上述肋对应的位置。
本发明的第十三方案为，基于上述第十到第十二的任一方案，上述
第一孔部在上述进气部中沿圆周方向隔开间隔地形成有多个。
本发明的第十四方案为，基于上述第十三方案，在上述进气部中，
在圆周方向上相邻的上述第一孔部之间配置有上述螺旋状的槽的终端
部。
发明效果
根据本发明，能够简便且廉价地将流量测量装置设置于涡轮压缩机。
附图说明
图1是本发明的实施方式的涡轮压缩机的整体结构图。
图2是本发明的实施方式的流量测量装置的结构图。
图3是从吸入口侧观察本发明的实施方式的进气部的图。
图4是说明本发明的实施方式的第一孔部和螺旋状的槽的位置关系
的图。
图5是示出形成在本发明的实施方式的进气部的挖空槽以及肋的立
体图。
图6是示出形成在本发明的实施方式的进气部的螺旋状的槽的立体
图。
图7是从吸入口侧观察本发明的其他实施方式的进气部的图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
图1是本发明的实施方式的涡轮压缩机1的整体结构图。
如图1所示，本实施方式的涡轮压缩机1是具备第一压缩级10、第
二压缩级20、第三压缩级30的多级压缩机。
涡轮压缩机1具备电动机2。电动机2驱动第一压缩级10的压缩机
叶轮11、第二压缩级20的压缩机叶轮21、第三压缩级30的压缩机叶
轮31旋转。电动机2的驱动轴3连接于齿轮装置4，驱动轴3的驱动力
经由齿轮装置4传递至压缩机叶轮11、21、31。
压缩机叶轮11、21、31为径向叶轮并具有叶片，所述叶片包含将
在轴向上吸气的气体(流体)沿半径方向导出的未图示的三维扭转。在压
缩机叶轮11、21、31周围分别设有扩压器流路，以使沿半径方向导出
的气体在该扩压器流路中压缩并升压。另外，进一步能够通过在上述扩
压器流路周围设置的涡旋流路来供给到下一级的压缩机。
涡轮压缩机1具备吸入过滤器5。吸入过滤器5去除包含在大气中
的灰尘或尘土等。通过了吸入过滤器5的气体经由吸入配管12而被输
入到第一压缩级10。在第一压缩级10中进行第一阶段的压缩后，则该
压缩气体经由排出配管13通过中间冷却器6而被冷却，经由吸入配管
22而被输入到第二压缩级20。
在第二压缩级20中进行第二阶段的压缩后，则该压缩气体经由排
出配管23通过中间冷却器7而被冷却，经由吸入配管32而被输入到第
三压缩级30。在第三压缩级30中进行了第三阶段压缩的压缩气体经由
排出配管33而供给到连接于涡轮压缩机1的未图示的工业用机械等。
涡轮压缩机1具有对在内部流通的气体的流量进行测量的流量测量
装置40。该流量测量装置40具有第一导压流路41以及第二导压流路
42，基于第一导压流路41与第二导压流路42的压力差来测量气体的流
量。如图1所示，本实施方式的流量测量装置40在第一压缩级10与第
二压缩级20之间测量气体的流量。
接着，参照图2～图6详细地说明流量测量装置40的结构。
图2是本发明的实施方式的流量测量装置40的结构图。图3是从
吸入口25侧观察本发明的实施方式的进气部51的图。图4是用于说明
本发明的实施方式的第一孔部54和螺旋状的槽53的位置关系的图。图
5是示出形成在本发明的实施方式的进气部51的挖空槽57以及肋58
的立体图。图6是示出形成在本发明的实施方式的进气部51的螺旋状
的槽53的立体图。
如图2所示，第二压缩级20具有包围压缩机叶轮21的压缩机壳体
24。在压缩机壳体24的内部，形成有将气体导入压缩机叶轮21的吸入
口25、以及导入被压缩机叶轮21压缩后气体的涡旋流路26。此外，从
吸入口25导入的气体为空气、氧、氮等，其种类并不特别受限制。
在压缩机叶轮21的背面，一体地连结有旋转轴27。在旋转轴27
周围设置有迷宫式密封件28。迷宫式密封件28防止气体从旋转轴27
周围的泄漏。在压缩机叶轮21的半径方向外侧，设有连通于涡旋流路
26的扩压器29。扩压器29对从压缩机叶轮21沿半径方向排出的气体
进行减速、加压。
压缩机壳体24通过将进气部51嵌合于外罩50而形成。外罩50具
有供进气部51嵌合的凹部52。凹部52为有底圆筒状的槽，在其中心设
置压缩机叶轮21。进气部51具有与压缩机叶轮21的正面侧相向的壁部，
进气部51相对于外罩50通过螺栓而紧固固定。
在进气部51形成有吸入口25以及螺旋状的槽53。在吸入口25连
接有吸入配管22。该吸入口25在与吸入配管22的连接部形成有缩窄部
25a，与吸入配管22相比内径缩窄。吸入配管22具有既定的内径，另
外，由于如图1所示弯曲地配管，故存在气体的流速在曲部的内侧和外
侧不同的情况。吸入口25通过对该气体施加节流而对气体的流动进行
整流，使气体的流速均匀化，使气体导入到压缩机叶轮21。
螺旋状的槽53形成于进气部51的外周面51a。利用进气部51与外
罩50的嵌合，使得螺旋状的槽53与凹部52的内壁面共同作用，形成
涡旋流路26。螺旋状的槽53在通过进气部51的中心的轴线L周围形
成为漩涡状。该螺旋状的槽53以随着在沿进气部51的外周面51a的圆
周方向前进而在轴线L所延伸的轴向上逐渐变大的方式形成(参照图6)。
本实施方式的流量测量装置40根据连接于第二压缩级20的吸入配
管22与形成于第二压缩级20的吸入口25的压力差来测量气体的流量。
即，流量测量装置40的第一导压流路41连通于与第二压缩级20连接
的吸入配管22。另外，流量测量装置40的第二导压流路42连通于第二
压缩级20的吸入口25，第二压缩级20的吸入口25与吸入配管22相比
内径缩窄。
本实施方式的流量测量装置40具有多个第一导压流路41以及第二
导压流路42，并具有测量各自的压力差的压力差测量部43。第一导压
流路41相对于吸入配管22在其圆周方向上隔开间隔地在多个部位连通。
另外，第二导压流路42相对于吸入口25在其圆周方向上隔开间隔地在
多个部位连通。由此，即使在气体压力在管内流路的圆周方向上不同的
情况下，流量测量装置40也能够在圆周方向的多个部位测量压力，因
而能够进行基于这些压力的平均值的正确的流量测量。
由于第二导压流路42与吸入口25连通，故其至少一部分形成于进
气部51。具体而言，第二导压流路42的至少一部分由在进气部51中沿
半径方向形成且连通于吸入口25的第一孔部54、以及在进气部51中沿
轴向形成且连通于第一孔部54的第二孔部55形成。
第一孔部54从进气部51的外周面51a朝轴线L沿半径方向形成。
第一孔部54的一端部形成为尖头状，并朝吸入口25的周面开口。另外，
在第一孔部54的另一端部形成有开孔并安装有插头56，形成为使得气
体不从外周面51a侧侵入。
第二孔部55从进气部51的凸缘面51b沿轴线L在轴向上形成。第
二孔部55的一端部相对于第一孔部54成直角地连通。另外，在第二孔
部55的另一端部形成有开孔，能够连接配管等。
第一孔部54避开螺旋状的槽53形成，以不被导入压缩后的气体。
第一孔部54和螺旋状的槽53的位置关系如图4所示。具体而言，若将
进气部51中形成螺旋状的槽53的轴向区域(最大区域)设为区域A，则
第一孔部54以与区域A相比在轴向上更形成于外侧(吸入配管22侧)的
方式设计。由此，能够在进气部51的整个周部上可靠地避开螺旋状的
槽53来设置第一孔部54。
此外，在本实施方式中，为了轻量化、散热等，以与螺旋状的槽53
的深度对应的深度在进气部51形成有挖空槽57(参照图4以及图5)。虽
然考虑到挖空槽57的功能的性质，优选为将挖空槽57下挖到螺旋状的
槽53附近，但若如此，则在进气部51处难以确保用于形成第一孔部54
的壁厚。因此，在本实施方式中，以横穿挖空槽57的方式在所需部位
形成肋58(参照图5)，以确保进气部51的厚度(参照图4)。
肋58如图3所示，沿半径方向延伸地形成。第一孔部54形成于与
肋58对应的位置。第一孔部54在进气部51中沿圆周方向上隔开间隔
地形成有多个，在本实施方式中为以90°间隔形成有4个。另外，在该
以90°间隔相邻的第一孔部54之间的区域中的一个区域，配置有螺旋
状的槽53的终端部53b。
螺旋状的槽53如图6所示，随着从始端部53a朝向终端部53b，其
轴向的宽度变大。因此，在进气部51的终端部53b处壁厚较薄。因此，
如图3所示，通过避开该终端部53b配置第一孔部54，能够确保壁厚并
且可靠地避开螺旋状的槽53来形成第一孔部54。此外，图3的附图标
记53c示出螺旋状的槽53的中心线。
接着，说明上述结构的流量测量装置40的动作以及作用。
如图2所示，流量测量装置40经由第一导压流路41从吸入配管22
导入气体，另外，经由第二导压流路42从吸入口25导入气体，并在压
力差测量部43中测量两者的压力差，且基于该压力差来测量流入第二
压缩级20的气体的流量。吸入口25由于与吸入配管22相比内径缩窄，
故由于流过吸入口25的气体与流过吸入配管22的气体之间的流速差而
产生压力差。因此，流量测量装置40能够以与公知的文丘里流量计相
同的原理来测量流量。
这样，在本实施方式中，流量测量装置40根据连接于第二压缩级
20的吸入配管22与形成于第二压缩级20的吸入口25的压力差来测量
气体的流量。为了使导入压缩机叶轮21的气体的流动均匀化等，形成
于第二压缩级20的吸入口25与吸入配管22的内径相比缩窄，以在流
量测量时发挥文丘里管的作用。因此，在本实施方式中，不需要另行准
备节流孔板或文丘里管，能够利用涡轮压缩机1的构造来进行流量测量，
能够简便且廉价地设置流量测量装置40。
另外，在本实施方式中，将连通于吸入口25的第二导压流路42的
一部分形成于进气部51。在进气部51，形成有吸入口25和螺旋状的槽
53，难以像吸入配管22侧那样简单地设置压力测量用的承座。因此，
分别沿半径方向形成第一孔部54，沿轴向形成第二孔部55，并通过使
两者连通来从吸入口25导出气体。通过如此加工进气部51，并设法从
吸入口25导出气体，不需要以往那样的直管焊接构造物，另外，与以
往相比，第二导压流路42的设置空间较小即可。因此，如图1所示，
在涡轮压缩机1为多级压缩机的情况下，能够在弯曲设置有吸入配管22
的第一压缩级10和第二压缩级20之间设置第二导压流路42。
另外，在本实施方式中，为了在进气部51中避开螺旋状的槽53而
沿半径方向形成第一孔部54，如图4所示，在进气部51中，第一孔部
54形成为比形成有螺旋状的槽53的轴向区域A更靠外侧。由此，能够
避开宽度随着沿进气部51的圆周方向前进而在轴向上逐渐变大的螺旋
状的槽53，可靠地配设第一孔部54。
此外，在本实施方式中，在为了散热等而以与螺旋状的槽53的深
度对应的深度在进气部51形成了挖空槽57的情况下，在重点部位以横
穿挖空槽57的方式设置肋58，以确保进气部51的厚度。因此，能够确
保散热等功能，并且可靠地避开螺旋状的槽53来配设第一孔部54。
另外，如图3所示，在进气部51中，在圆周方向上相邻的第一孔
部54之间配置螺旋状的槽53的终端部53b，因此如图6所示，从第一
孔部54到螺旋状的槽53的厚度不会变得壁厚较薄。因此，能够可靠地
避开螺旋状的槽53来形成第一孔部54。
如此，根据上述本实施方式，采用涡轮压缩机1的流量测量装置40，
该流量测量装置40具有：第一导压流路41，连通于吸入配管22，吸入
配管22连接于具备对气体进行压缩的压缩机叶轮21的第二压缩级20；
以及第二导压流路42，连通于第二压缩级20的吸入口25，第二压缩级
20的吸入口25与吸入配管22相比内径缩窄，流量测量装置40基于第
一导压流路41与第二导压流路42的压力差来测量气体的流量。因此，
即使不另行准备高价的节流孔板，也能够利用涡轮压缩机1的构造来测
量气体的流量，因而能够简便且廉价地将流量测量装置40设置于涡轮
压缩机1。
以上，虽然参照附图对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发
明不限于上述实施方式。在上述实施方式中示出的各结构部件的诸形状、
组合等为一例，能够在不脱离本发明的主旨的范围内基于设计要求等来
进行种种变更。
例如，还可以采用如图7所示的结构。此外，在图7中，对于与上
述实施方式相同或等同的结构部分赋予相同的附图标记。
图7是从吸入口侧观察其他实施方式的进气部51的图，与上述实
施方式的图3对应。
如图7所示，其他实施方式中的第一孔部54以120°间隔形成有3
个。通过如此以120°间隔形成3个第一孔部54，能够以在吸入口25
的最下点B处第一孔部54不开口的方式配置。根据该结构，气体的冷
凝液或尘土等不会进入第一孔部54。另外，根据该结构，能够将螺旋状
的槽53的终端部53b具有余量地配置在相邻的第一孔部54之间。
此外，在上述实施方式中，通过使第一孔部54的配置错开45°，
也能够以在吸入口25的最下点B处第一孔部54不开口的方式配置。
另外，例如，在上述实施方式中，说明了设置多个第一导压流路和
第二导压流路，并测量各自的压力差的结构，但本发明不限定于该结构。
例如，还可以是将多个第一导压流路连接到一起以使压力平均化，或者，
将多个第二导压流路连接到一起以使压力平均化，并测量这两者的压力
差的结构。由此，能够减少压力差测量部的设置数量。
另外，例如，在上述实施方式中，虽然说明了流量测量装置在第一
压缩级与第二压缩级之间测量流量的结构，但本发明不限定于该结构。
例如，还可以是在第一压缩级的入口处测量流量的结构，也可以是在第
二压缩级与第三压缩级之间(第三压缩级的入口)处测量流量的结构。
工业实用性
根据本发明，能够简便且廉价地将流量测量装置设置于涡轮压缩机。
附图标记说明
1涡轮压缩机
20第二压缩级(压缩级)
21压缩机叶轮
22吸入配管
25吸入口
26涡旋流路
40流量测量装置
41第一导压流路
42第二导压流路
50外罩
51进气部
51a外周面
52凹部
53螺旋状的槽
53b终端部
54第一孔部
55第二孔部
57挖空槽
58肋
A区域