JP2000064998A - Centrifugal compressor - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、サージ特性の改善
と効率の向上とを図った遠心圧縮機に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a centrifugal compressor with improved surge characteristics and improved efficiency.
【０００２】[0002]
【従来の技術】遠心圧縮機として、インペラを収容する
ケーシングの内面にインペラによって切削されるアブレ
ーダブル層を設け、インペラとアブレーダブル層とのク
リアランスを可及的に小さくすることによって効率の向
上を図ったものが知られている（特開平6-257454号公報
等）。上記アブレーダブル層は、インペラの前縁から後
縁にかけての全ての範囲に対向するようにして、ケーシ
ングの内面に設けられている。2. Description of the Related Art As a centrifugal compressor, an abradable layer cut by an impeller is provided on the inner surface of a casing accommodating an impeller, and the clearance between the impeller and the abradable layer is reduced as much as possible to improve efficiency. Some are known (JP-A-6-257454). The abradable layer is provided on the inner surface of the casing so as to face the entire range from the front edge to the rear edge of the impeller.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者の
研究によれば、上述のようにアブレーダブル層がインペ
ラの前縁から後縁にかけての全ての範囲に対向して設け
られていると、インペラの前縁側においてクリアランス
流れが起こり難く、サージ限界を低流量側に広げること
が困難であることが判明した。According to the study of the present inventor, according to the study of the present inventor, as described above, if the abradable layer is provided to face the entire range from the leading edge to the trailing edge of the impeller, It was found that the clearance flow hardly occurred on the leading edge side of, and it was difficult to extend the surge limit to the low flow rate side.
【０００４】クリアランス流れとは、図２に示すよう
に、インペラ１のブレード３のプレッシャサーフェス３
ａ側の空気の一部が矢印５で示すようにブレード３とケ
ーシング４との間のクリアランスＣＬ１を通ってサクシ
ョンサーフェス３ｂ側に流れ込む現象をいう。かかるク
リアランス流れにより、仮想線６で示すようにサクショ
ンサーフェス２ｂ側の流路が狭められるため、主流の流
速が高まって剥離が抑制され、サージ限界が低流量側に
広がる。[0004] The clearance flow is, as shown in FIG. 2, the pressure surface 3 of the blade 3 of the impeller 1.
This refers to a phenomenon in which a part of the air on the side a flows into the suction surface 3b through the clearance CL1 between the blade 3 and the casing 4 as indicated by an arrow 5. Due to the clearance flow, the flow path on the suction surface 2b side is narrowed as indicated by the imaginary line 6, so that the flow velocity of the main flow is increased, the separation is suppressed, and the surge limit is spread to the low flow rate side.
【０００５】ここで、上述の遠心圧縮機のようにアブレ
ーダブル層がインペラ１の前縁２から後縁にかけての全
ての範囲に対向して設けられているものについて考察す
ると、インペラ１の前縁２側における上記クリアランス
ＣＬ１は略零となるため、矢印５で示すクリアランス流
れが生じ難くなり、サージ限界を低流量側に広げること
が困難となるのである。Here, considering a centrifugal compressor in which the abradable layer is provided so as to face the entire range from the leading edge 2 to the trailing edge of the impeller 1, consider the leading edge 2 of the impeller 1. Since the clearance CL1 on the side is substantially zero, the clearance flow indicated by the arrow 5 is less likely to occur, and it is difficult to extend the surge limit to the lower flow rate side.
【０００６】他方、アブレーダブル層を設けることを一
切止めれば、図２に示すようにブレード３とケーシング
４との間に所定のクリアランスＣＬ１が形成されるた
め、矢印５で示すクリアランス流れが生じてサージ限界
を低流量側に広げられるものの、クリアランス流れは一
種のリークフローなので圧縮効率の低下が避けられな
い。On the other hand, if the provision of the abradable layer is stopped at all, a predetermined clearance CL1 is formed between the blade 3 and the casing 4 as shown in FIG. Although the limit can be extended to the low flow rate side, the clearance flow is a kind of leak flow, and the reduction of compression efficiency is inevitable.
【０００７】以上の事情を考慮して創案された本発明の
目的は、サージ限界の低流量側への拡大と圧縮効率の向
上との両立を図った遠心圧縮機を提供することにある。An object of the present invention, which has been made in view of the above circumstances, is to provide a centrifugal compressor that achieves both expansion of a surge limit to a low flow rate side and improvement of compression efficiency.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく本
発明は、インペラを収容するケーシングの内面に、イン
ペラによって切削されるアブレーダブル層を設けた遠心
圧縮機において、ケーシングの内面に沿ってインペラの
前縁から後縁までの長さをＭとし、同様にインペラの前
縁から任意の位置までの長さをｍとしたとき、Ｍ−ｍの
範囲にアブレーダブル層を設け、０．２≦ｍ／Ｍ≦０．
４を満足するようにしたものである。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides a centrifugal compressor having an abradable layer cut by an impeller on an inner surface of a casing accommodating the impeller. When the length from the leading edge to the trailing edge of the impeller is M, and the length from the leading edge of the impeller to an arbitrary position is m, an abradable layer is provided in the range of M−m, and 0.2 ≦ m / M ≦ 0.
4 was satisfied.
【０００９】本発明によれば、インペラの前縁側（前縁
から２０％〜４０％の範囲）においてはアブレーダブル
層が無いのでケーシングとの間に所定のクリアランスが
形成され、インペラの後縁側（後縁から６０％〜８０％
の範囲）においてはアブレーダブル層によってクリアラ
ンスが略零となる。これにより、インペラの前縁側にて
クリアランス流れが確保されると共に後縁側にてリーク
フローが防止され、サージ限界の低流量側への拡大と圧
縮効率の向上とが両立できる。According to the present invention, since there is no abradable layer on the leading edge side of the impeller (in the range of 20% to 40% from the leading edge), a predetermined clearance is formed between the impeller and the casing. 60% to 80% from the edge
), The clearance becomes substantially zero due to the abradable layer. As a result, a clearance flow is secured on the leading edge side of the impeller and a leak flow is prevented on the trailing edge side, so that the surge limit can be expanded to a low flow rate side and the compression efficiency can be improved.
【００１０】また、上記ケーシングのアブレーダブル層
の無い部分とインペラとの間のクリアランスは、０．２
〜０．４ｍｍであることが望ましい。The clearance between the portion of the casing without the abradable layer and the impeller is 0.2
It is desirably about 0.4 mm.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基いて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【００１２】図１に示すように、遠心圧縮機７は、図示
しないモータ等によって回転駆動されるインペラ１と、
インペラ１を収納するケーシング４と、ケーシング４に
被圧縮流体としての空気を導く吸込管８と、インペラ１
から排出された空気を減速して圧力に変換するディフュ
ーザ９と、ディフューザ９から排出された空気を整流し
て後流側に流すスクロール室１０とを有している。As shown in FIG. 1, a centrifugal compressor 7 includes an impeller 1 driven by a motor (not shown) and the like.
A casing 4 for accommodating the impeller 1, a suction pipe 8 for guiding air as a fluid to be compressed to the casing 4,
A diffuser 9 for decelerating the air discharged from the diffuser 9 to convert the pressure into a pressure, and a scroll chamber 10 for rectifying the air discharged from the diffuser 9 and flowing the air to the downstream side.
【００１３】インペラ１は、略円錐状に形成されたロー
タ１１と、ロータ１１にラジアル状に取り付けられたブ
レード３とからなる。ケーシング４は、インペラ１を所
定のクリアランスＣＬ１を隔てて収容すべく、略円錐筒
状に形成されている。本実施形態では、上記クリアラン
スＣＬ１は、０．２〜０．４ｍｍに設定されている。デ
ィフューザ９は、ベーン付タイプでもベーンレスタイプ
でもよい。The impeller 1 comprises a rotor 11 formed in a substantially conical shape and a blade 3 radially mounted on the rotor 11. The casing 4 is formed in a substantially conical cylindrical shape so as to accommodate the impeller 1 with a predetermined clearance CL1 therebetween. In the present embodiment, the clearance CL1 is set to 0.2 to 0.4 mm. The diffuser 9 may be a vaned type or a vaneless type.
【００１４】さて、本実施形態の特長とするところは、
ケーシング４の内面に沿ってインペラ１の前縁２から後
縁１２までの長さをＭとし、同様にケーシング４の内面
に沿ってインペラ１の前縁２から任意の位置までの長さ
をｍとしたとき、ケーシング４の内面のＭ−ｍの範囲に
アブレーダブル層１３を設け、０．２≦ｍ／Ｍ≦０．４
を満足するようにした点にある。The features of this embodiment are as follows.
The length from the leading edge 2 to the trailing edge 12 of the impeller 1 along the inner surface of the casing 4 is M, and the length from the leading edge 2 of the impeller 1 to any position along the inner surface of the casing 4 is m. , The abradable layer 13 is provided in the range of M−m on the inner surface of the casing 4, and 0.2 ≦ m / M ≦ 0.4
Is to satisfy.
【００１５】すなわち、インペラ１の前縁２側（前縁２
から２０％〜４０％の範囲）においてはアブレーダブル
層１３を設けることなくケーシング４との間に所定のク
リアランスＣＬ１を形成し、インペラ１の後縁１２側
（後縁１２から６０％〜８０％の範囲）においてはアブ
レーダブル層１３を設けてその層１３とのクリアランス
ＣＬ２を略零とした点が特長である。That is, the front edge 2 side of the impeller 1 (the front edge 2
In the range of 20% to 40%), a predetermined clearance CL1 is formed between the casing 4 and the casing 4 without providing the abradable layer 13, and the rear edge 12 of the impeller 1 (60% to 80% of the rear edge 12). (Range) is characterized in that the abradable layer 13 is provided and the clearance CL2 with the layer 13 is substantially zero.
【００１６】これにより、インペラ１の前縁２側におい
ては、所定のクリアランスＣＬ１（０．２〜０．４ｍ
ｍ）が形成されるので、前述した図２に示すクリアラン
ス流れ（矢印５）が確保される。他方、インペラ１の後
縁１２側においては、クリアランスＣＬ２が略零となる
ので、ブレード３のプレッシャサーフェス３ａ側からサ
クションサーフェス３ｂ側へのリークフローが防止され
る。As a result, a predetermined clearance CL1 (0.2 to 0.4 m) is provided on the front edge 2 side of the impeller 1.
m), the clearance flow (arrow 5) shown in FIG. 2 described above is secured. On the other hand, on the trailing edge 12 side of the impeller 1, the clearance CL2 becomes substantially zero, so that a leak flow from the pressure surface 3a side of the blade 3 to the suction surface 3b side is prevented.
【００１７】アブレーダブル層１３は、例えばテフロン
に石英を混ぜた材質からなり、圧縮機７の運転当初はク
リアランスＣＬ２を零に設定しておき、運転中はインペ
ラ１のブレード３よって適宜切削されて馴染み、クリア
ランスＣＬ２を略零に保つ。アブレーダブル層１３の後
端１４は、ディフューザ９に滑らかに接続されている。
なぜなら、剥離を防止するためである。アブレーダブル
層１３の前端１５は、図例ではケーシング４の内面から
段差状に突出しているが、滑らかなテーパ状に突出させ
てもよい。The abradable layer 13 is made of, for example, a material in which quartz is mixed with Teflon. At the beginning of the operation of the compressor 7, the clearance CL2 is set to zero. , The clearance CL2 is kept substantially zero. The rear end 14 of the abradable layer 13 is smoothly connected to the diffuser 9.
This is for preventing peeling. The front end 15 of the abradable layer 13 projects stepwise from the inner surface of the casing 4 in the illustrated example, but may project in a smooth taper shape.
【００１８】以上の構成からなる本実施形態の作用を述
べる。The operation of this embodiment having the above configuration will be described.
【００１９】上記遠心圧縮機７によれば、インペラ１の
前縁２側（前縁２から２０％〜４０％の範囲）において
はアブレーダブル層１３が無いのでケーシング４との間
に所定のクリアランスＣＬ１（０．２〜０．４ｍｍ）が
形成され、インペラ１の後縁１２側（後縁１２から６０
％〜８０％の範囲）においてはアブレーダブル層１３に
よってクリアランスＣＬ２が略零となる。According to the centrifugal compressor 7, there is no abradable layer 13 on the front edge 2 side of the impeller 1 (in the range of 20% to 40% from the front edge 2). (0.2 to 0.4 mm) is formed on the rear edge 12 side of the impeller 1 (from the rear edge 12 to 60 mm).
% In the range of 80% to 80%), the clearance CL2 becomes substantially zero due to the abradable layer 13.
【００２０】この結果、インペラ１の前縁２側において
はサージ限界を低流量側へ拡大させるクリアランス流れ
（図２の矢印５）が確保されると共に、後縁１２側にお
いては圧縮効率（断熱効率）の低下に繋がるリークフロ
ーが防止されることになり、サージ限界の低流量側への
拡大と効率の向上とを両立できる。かかる効果を本発明
者は実験によって確認している。その実験結果を図３に
示す。As a result, a clearance flow (arrow 5 in FIG. 2) for increasing the surge limit to the low flow rate side is secured on the leading edge 2 side of the impeller 1, and the compression efficiency (adiabatic efficiency) is secured on the trailing edge 12 side. ) Is prevented, and the surge limit can be extended to the low flow rate side and the efficiency can be improved. The present inventors have confirmed such effects by experiments. FIG. 3 shows the experimental results.
【００２１】図３中、◇はアブレーダブル層１３無しの
ものを示し、□はｍ／Ｍ＝０すなわちＭの全範囲にアブ
レーダブル層１３を設けたものを示し、△はｍ／Ｍ＝
０．３すなわちブレード３の前縁２から３０％をアブレ
ーダブル層１３無しとしそれ以降後縁１２までアブレー
ダブル層１３を設けたものを示し、○はｍ／Ｍ＝０．５
すなわちブレード３の前縁２から半分をアブレーダブル
層１３無しとし半分以降後縁１２までアブレーダブル層
１３を設けたものを示す。In FIG. 3, の も の indicates the case without the abradable layer 13, □ indicates that m / M = 0, that is, the case where the abradable layer 13 is provided in the entire range of M, and △ indicates m / M =
0.3, that is, 30% of the leading edge 2 of the blade 3 is without the abradable layer 13 and thereafter the abradable layer 13 is provided up to the trailing edge 12, and ○ indicates m / M = 0.5.
That is, the blade 3 has a half from the leading edge 2 without the abradable layer 13 and has the abradable layer 13 from the half to the trailing edge 12.
【００２２】図示するように、効率は、□で示すＭの全
範囲にアブレーダブル層１３を設けたものが最も高く、
◇で示すアブレーダブル層１３無しのものが最も低い。
効率の低下に繋がるリークフローは、前者が最小であり
後者が最大だからである。他方、サージ限界は、◇で示
すアブレーダブル層１３無しのものが最も低流量側に広
く、□で示すＭの全範囲にアブレーダブル層１３を設け
たものが最も狭い。サージ限界を低流量側へ拡大させる
クリアランス流れは、前者が最大であり後者が最小だか
らである。図３中、仮想線１６はサージ限界ラインを示
す。As shown in the figure, the efficiency is highest when the abradable layer 13 is provided in the entire range of M indicated by □.
The one without the abradable layer 13 indicated by 最 も is the lowest.
This is because the former is the smallest and the latter is the largest in the leak flow leading to a decrease in efficiency. On the other hand, the surge limit without the abradable layer 13 indicated by Δ is the widest on the low flow rate side, and the surge limit provided with the abradable layer 13 over the entire range of M indicated by □ is the narrowest. This is because the clearance flow for expanding the surge limit to the low flow rate side is the largest for the former and the smallest for the latter. In FIG. 3, a virtual line 16 indicates a surge limit line.
【００２３】ここで、△で示すブレード３の前縁２から
３０％をアブレーダブル層１３無しとしそれ以降後縁１
２までアブレーダブル層１３を設けたものは、□で示す
Ｍの全範囲にアブレーダブル層１３を設けたものと比べ
ると、効率が殆ど低下することなくサージ限界が低流量
側に広がっている。よって、このようにバランスのよい
ｍ／Ｍ＝０．３を中心としてその前後１０％である
「０．２≦ｍ／Ｍ≦０．４」を本発明の範囲として選択
したのである。Here, 30% from the leading edge 2 of the blade 3 indicated by △ is made without the abradable layer 13 and thereafter the trailing edge 1
In the case where the abradable layer 13 is provided up to 2, the surge limit is spread to the lower flow rate side with almost no reduction in efficiency as compared with the case where the abradable layer 13 is provided in the entire range of M indicated by □. Therefore, “0.2 ≦ m / M ≦ 0.4” which is 10% before and after the well-balanced m / M = 0.3 is selected as the range of the present invention.
【００２４】また、上記実験結果は、クリアランスＣＬ
１を０．２〜０．４ｍｍとしたときの結果であり、この
クリアランスＣＬ１＝０．２〜０．４ｍｍも効率を低下
させることなくサージ限界を低流量側へ広げる要因の一
つとなっている。また、本発明に係る「０．２≦ｍ／Ｍ
≦０．４」によれば、□で示すＭの全範囲にアブレーダ
ブル層１３を設けたものと比べると高価なアブレーダブ
ル層１３の使用量が減るため、コストダウンにも繋が
る。The above experimental results show that the clearance CL
1 is 0.2 to 0.4 mm, and this clearance CL1 = 0.2 to 0.4 mm is also one of the factors for expanding the surge limit to a lower flow rate without lowering the efficiency. . Further, according to the present invention, “0.2 ≦ m / M
According to ≦ 0.4, the amount of the expensive abradable layer 13 used is reduced as compared with the case where the abradable layer 13 is provided in the entire range of M indicated by □, which leads to cost reduction.
【００２５】[0025]
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る遠心圧
縮機によれば、サージ限界の低流量側への拡大と効率の
向上とを両立できる。As described above, according to the centrifugal compressor according to the present invention, both expansion of the surge limit to the low flow rate side and improvement of efficiency can be achieved.
【図１】本発明の一実施形態を示す遠心圧縮機の側断面
図である。FIG. 1 is a side sectional view of a centrifugal compressor showing one embodiment of the present invention.
【図２】遠心圧縮機の部分説明図であり、図２(a) は正
面図、図２(b) は側断面図である。2 is a partial explanatory view of the centrifugal compressor, FIG. 2 (a) is a front view, and FIG. 2 (b) is a side sectional view.
【図３】ｍ／Ｍをパラメータとした効率とサージ限界と
を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing efficiency and a surge limit using m / M as a parameter.
１ インペラ ２ 前縁 ４ ケーシング ７ 遠心圧縮機 １２ 後縁 １３ アブレーダブル層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Impeller 2 Leading edge 4 Casing 7 Centrifugal compressor 12 Trailing edge 13 Abradable layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾崎 伸一 東京都江東区豊洲三丁目２番16号 石川島 播磨重工業株式会社豊洲総合事務所内 (72)発明者 摩嶋 完治 東京都江東区豊洲三丁目２番16号 石川島 播磨重工業株式会社豊洲総合事務所内 Ｆターム(参考） 3H034 AA02 BB03 BB06 CC03 CC04 DD05 DD25 DD30 EE08 EE18 3H035 DD05 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shinichi Ozaki 3-2-16-1 Toyosu, Koto-ku, Tokyo Ishikawajima-Harima Heavy Industries, Ltd. No. 16 Ishikawajima Harima Heavy Industries, Ltd. Toyosu General Office F-term (reference) 3H034 AA02 BB03 BB06 CC03 CC04 DD05 DD25 DD30 EE08 EE18 3H035 DD05
Claims (2)
に、インペラによって切削されるアブレーダブル層を設
けた遠心圧縮機において、ケーシングの内面に沿ってイ
ンペラの前縁から後縁までの長さをＭとし、同様にイン
ペラの前縁から任意の位置までの長さをｍとしたとき、
Ｍ−ｍの範囲にアブレーダブル層を設け、０．２≦ｍ／
Ｍ≦０．４を満足することを特長とする遠心圧縮機。1. A centrifugal compressor provided with an abradable layer cut by an impeller on an inner surface of a casing accommodating the impeller, wherein a length from a leading edge to a trailing edge of the impeller is M along the inner surface of the casing, Similarly, when the length from the leading edge of the impeller to any position is m,
An abradable layer is provided in the range of M−m, and 0.2 ≦ m /
A centrifugal compressor characterized by satisfying M ≦ 0.4.
い部分とインペラとの間のクリアランスが、０．２〜
０．４ｍｍである請求項１記載の遠心圧縮機。2. A clearance between a portion of the casing without an abradable layer and an impeller is 0.2 to 0.2.
The centrifugal compressor according to claim 1, which is 0.4 mm.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10235535A JP2000064998A (en) | 1998-08-21 | 1998-08-21 | Centrifugal compressor |
| US09/375,631 US6234749B1 (en) | 1998-08-21 | 1999-08-17 | Centrifugal compressor |
| KR10-1999-0034522A KR100411310B1 (en) | 1998-08-21 | 1999-08-20 | Centrifugal Compressor |
| DE69932206T DE69932206T2 (en) | 1998-08-21 | 1999-08-20 | centrifugal compressor |
| EP99116423A EP0982502B1 (en) | 1998-08-21 | 1999-08-20 | Centrifugal compressor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10235535A JP2000064998A (en) | 1998-08-21 | 1998-08-21 | Centrifugal compressor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000064998A true JP2000064998A (en) | 2000-03-03 |
Family
ID=16987426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10235535A Pending JP2000064998A (en) | 1998-08-21 | 1998-08-21 | Centrifugal compressor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000064998A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7476081B2 (en) | 2005-10-03 | 2009-01-13 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Centrifugal compressing apparatus |
| FR2947016A1 (en) * | 2009-06-17 | 2010-12-24 | Snecma | Centrifugal compressor i.e. axial centrifugal compressor, for turboshaft engine i.e. turbojet engine, has abradable layer placed on casing and limiting circulation of flow of air between casing and rotor, where layer includes abradables |
-
1998
- 1998-08-21 JP JP10235535A patent/JP2000064998A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7476081B2 (en) | 2005-10-03 | 2009-01-13 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Centrifugal compressing apparatus |
| US7896618B2 (en) | 2005-10-03 | 2011-03-01 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Centrifugal compressing apparatus |
| FR2947016A1 (en) * | 2009-06-17 | 2010-12-24 | Snecma | Centrifugal compressor i.e. axial centrifugal compressor, for turboshaft engine i.e. turbojet engine, has abradable layer placed on casing and limiting circulation of flow of air between casing and rotor, where layer includes abradables |
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