JP2008286198A - スプリッタベーンを使用した遠心圧縮機の戻り流路 - Google Patents

Abstract

【課題】多段遠心圧縮機における戻りセクションを提供する。
【解決手段】本戻りセクションは、円周方向に配設された複数のフローベーン（１２）と、フローベーン（１２）間に配設された複数のスプリッタベーン（１４）とを含む。スプリッタベーン（１４）は、逆流又は剥離流最小限又は完全になくす働きをして、圧縮機性能の向上をもたらす。
【選択図】 図２

Description

本発明は、遠心圧縮機に関し、より具体的には、逆流又は剥離流の領域を最小限又は完全になくす働きをして圧縮機性能の向上をもたらす、多段遠心圧縮機における構造体に関する。

多段遠心圧縮機における戻り流路は通常、幾つかの同様の幾何形状の類似したベーン又は翼形部からなる。特定の流れ（フロー）条件の場合には、これらのベーンは、流れを大きく方向転換させることを必要とし、戻りベーンにおいて流れ剥離を起こして圧縮機性能の低下をもたらしかねない。

低流量係数の多段圧縮機設計では、戻りベーン内に流入する流れ角は、流れの接線成分が大きいために非常に小さくすることができる。それにも拘わらず、ベーンは、流れが次段内に流入する前に速度の接線成分を排除しなければならない。ディフューザ比もまた、低くなる傾向がある。

従って、接線成分又は旋回成分の排除は、比較的短い距離に間に行わなければならない。接線成分が大きいので、それは、非常に短い距離の範囲内で流れを主として接線方向流から半径方向流に変更する。これらの要求は、流れ剥離を招きかつ性能低下をもたらすおそれがある。
米国特許第３，６４４，０５５号明細書 米国特許第３，９３０，７４６号明細書 米国特許第３，９３６，２２３号明細書 米国特許第４，０１２，１６６号明細書 米国特許第４，０２７，９９７号明細書 米国特許第４，１００，７３２号明細書 米国特許第４，３０２，１５０号明細書 米国特許第４，３３８，０６３号明細書 米国特許第４，３４９，３１４号明細書 米国特許第４，４３１，３７４号明細書 米国特許第４，５３８，４１０号明細書 米国特許第４，５４９，８４７号明細書 米国特許第４，５７３，８６８号明細書 米国特許第４，５７６，５５０号明細書 米国特許第４，５７９，５０９号明細書 米国特許第４，６１１，９６９号明細書 米国特許第４，６２９，４０３号明細書 米国特許第４，６４２，０２６号明細書 米国特許第４，７３７，０７１号明細書 米国特許第４，７４０，１３８号明細書 米国特許第４，７７０，６０５号明細書 米国特許第４，８１５，９３５号明細書 米国特許第４，８４４，６９０号明細書 米国特許第４，８５４，１２６号明細書 米国特許第４，８５９，１４５号明細書 米国特許第４，８７７，３７０号明細書 米国特許第４，９００，２２５号明細書 米国特許第４，９６９，７９８号明細書 米国特許第５，１４３，５１４号明細書 米国特許第５，１７８，５１６号明細書 米国特許第５，２６６，００２号明細書 米国特許第５，３１０，３０９号明細書 米国特許第５，３４２，１８３号明細書 米国特許第５，３８７，０８１号明細書 米国特許第５，４４５，４９６号明細書 米国特許第５，５１６，２６３号明細書 米国特許第５，５２９，４５７号明細書 米国特許第５，７０９，５３１号明細書 米国特許第５，８０７，０７１号明細書 米国特許第５，８４５，４８２号明細書 米国特許第６，１２９，５１１号明細書 米国特許第６，１５５，７７７号明細書 米国特許第６，２００，０９４号明細書 米国特許第６，２０３，２７５号明細書 米国特許第６，２１０，１０４号明細書 米国特許第６，２２０，２３４号明細書 米国特許第６，３８２，９１２号明細書 米国特許第６，５４０，４８１号明細書 米国特許第６，５４７，５２０号明細書 米国特許第６，５５４，５６９号明細書 米国特許第７，１０１，１５１号明細書 欧州特許出願公開第０３０５８７９／１９８８号明細書 欧州特許出願公開第０５３８７５３／１９９２号明細書 ドイツ国特許出願公開第１９５４８８５２／１９９５号明細書

例示的な実施形態では、多段遠心圧縮機における戻りセクションは、円周方向に配設された複数のフローベーンと該フローベーン間に配設された複数のスプリッタベーンとを含む。

別の例示的な実施形態では、多段遠心圧縮機における戻りセクションは、円周方向に配設された複数のフローベーンと該各フローベーン間に配設された流れ改良構造体とを含み、流れ改良構造体は、逆流又は剥離流の領域を最小限にする働きをする。

さらに別の例示的な実施形態では、多段遠心圧縮機における戻りセクションは、円周方向に配設された複数の翼形フローベーンと該フローベーン間に配設された複数の翼形スプリッタベーンとを含み、スプリッタベーンは、フローベーンとは異なる幾何形状のものでありかつ逆流又は剥離流の領域を最小限にする働きをする。

図１は、従来型の戻りベーンＲＶを含む多段遠心圧縮機における戻りセクションを示す。一般的な設計では、戻りセクションは、幾つかの、例えば１５個くらいの円周方向に配設されたフローベーンＲＶを含む。上述した背景に関連して、剥離流の領域を排除するか又は最小限にすることによって圧縮機性能を向上させて、それによって多段圧縮機性能を改善するのが望ましいことになる。

図２に関連して、例示的な実施形態では、各フローベーン間に流れ改良構造体が配設され、この構造体は、流れの方向転換を良好に制御しかつ逆流又は剥離流の領域を最小限にする働きをする。戻りセクションは、円周方向に配設された複数のフローベーン１２を含み、流れ改良構造体は、フローベーン１２間に配設された複数のスプリッタベーン１４を含む。スプリッタベーン１４は、必ずそうである必要はないが好ましくは、フローベーン１２とは異なる幾何形状のものに形成されかつ該フローベーン１２間で交互の位置に配設される。ベーン１２、１４の数及び対応する幾何形状は、戻りセクション内における剥離流領域が最小にされるか又は排除されるのを保証するように選択されかつ細かく検討される。１つの例示的な好ましい実施形態では、戻りセクションは、１３枚のフローベーン１２と１３枚のスプリッタベーン１４とを含む。

図３〜図６に関連して、計算流体力学の計算を行って、この構造体が従来型の方法に優る向上を達成することを検証した。図３は、スプリッタベーンがない状態でのベーン表面の子午線速度のプロット図を示す。ベーンの上面上に剥離バブルをはっきりと見ることができる。図４に関連して、スプリッタベーンの挿入によりこのバブルが殆ど完全に排除され、従って不安定性及び性能不足の発生原因の可能性が排除される。

図５は、スプリッタベーンが存在しない状態での次段のインペラに接近する子午線速度のフリンジプロット図を示す。図６は、スプリッタベーンを有する。図６は、次段に接近する流れがより一層均一でありかつ良好な性能にとって望ましい特性であることを示す。

プロット図の比較から、スプリッタベーン１４は、標準的な設計と比較して最小限の再循環を生成しことが明らかになる。さらに、次段のインペラ入口における速度分布は、一層均一である。戻りベーンの出口における流れ角の計算値（質量平均した）は、スプリッタベーンを備えた戻りベーンが標準的な戻りベーンよりも約５°多く流れを方向転換させていることを示している。その結果、逆流又は剥離流の領域は、最小にされるか又は排除されて、圧縮機性能の向上をもたらす。

現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関連して本発明を説明してきたが、本発明は開示した実施形態に限定されるものではなく、逆に特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び均等な構成を保護しようとするものであることを理解されたい。

従来型の戻りベーンを含む多段遠心圧縮機における戻りセクションを示す図。 スプリッタベーンを含む戻りセクションを示す図。 従来型の設計とスプリッタベーンを含む設計との間の比較を示すための前者の子午線速度プロット図。 従来型の設計とスプリッタベーンを含む設計との間の比較を示すための後者の子午線速度プロット図。 従来型の設計による、戻りベーンに続く段入口における子午線速度のフリンジプロット図。 スプリッタベーンを含む設計による戻りベーンに続く段入口における子午面速度のフリンジプロット図。

符号の説明

１２ フローベーン
１４ スプリッタベーン

Claims (10)

1. 多段遠心圧縮機における戻りセクションであって、
   円周方向に配設された複数のフローベーン（１２）と、
   前記フローベーン（１２）間に配設された複数のスプリッタベーン（１４）と
   を備える戻りセクション。
2. 前記フローベーン（１２）が翼形を有する、請求項１記載の戻りセクション。
3. 前記スプリッタベーン（１４）が、前記フローベーン（１２）とは異なる幾何形状を有する、請求項１記載の戻りセクション。
4. 前記スプリッタベーン（１４）が前記フローベーン（１２）よりも短い、請求項３記載の戻りセクション。
5. 前記スプリッタベーン（１４）の数及び幾何形状が剥離流領域を最小限にするように選定される、請求項１記載の戻りセクション。
6. １３枚のフローベーン（１２）と１３枚のスプリッタベーン（１４）とを備える、請求項５記載の戻りセクション。
7. 前記フローベーン（１２）及びスプリッタベーン（１４）が交互に配設される、請求項１記載の戻りセクション。
8. 多段遠心圧縮機における戻りセクションであって、当該戻りセクションが、
   円周方向に配設された複数のフローベーン（１２）と、
   前記フローベーン（１２）の各々の間に配設された流れ改良構造体であって、逆流又は剥離流の領域を最小限にする働きをする流れ改良構造体と
   を備える戻りセクション。
9. 前記流れ改良構造体が、各々前記フローベーン（１２）間に配設された複数のスプリッタベーン（１４）を含む、請求項８記載の戻りセクション。
10. 多段遠心圧縮機における戻りセクションであって、
    円周方向に配設された複数の翼形フローベーン（１２）と、
    前記フローベーン（１２）間に配設された複数の翼形スプリッタベーン（１４）であって、前記フローベーン（１２）とは異なる幾何形状のもので逆流又は剥離流の領域を最小限にする働きをするスプリッタベーン（１４）と
    を備える戻りセクション。