JP2013040587A - Centrifugal compressor - Google Patents

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知己 川久保
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve compressor efficiency and durability in a centrifugal compressor 1, after sufficiently securing stability of operation of the centrifugal compressor 1.SOLUTION: The blade thickness center line 15c on the rear edge 15r side of respective blades 15 is inclined to the rotational direction D3 side of an impeller 9 to the radial direction D2 of the impeller 9, and a plurality of fins 27 are arranged at an interval along the peripheral direction in an outflow opening part 25, in a treatment cavity part 21 or in an extraction opening part 23, and the respective fins 27 are inclined to the opposite direction side of the rotational direction D3 of the impeller 9 to the radial direction D2 of the impeller 9.

Description

本発明は、遠心力を利用して空気等のガスを圧縮する産業用遠心圧縮機、ガスタービン用遠心圧縮機等の遠心圧縮機に関する。   The present invention relates to a centrifugal compressor such as an industrial centrifugal compressor or a gas turbine centrifugal compressor that compresses a gas such as air using centrifugal force.

一般的な産業用遠心圧縮機等の遠心圧縮機の構成について図３（ｂ）、図５、及び図６を参照して説明する。なお、図中、「Ｆ」は、前方向、「Ｒ」は、後方向をそれぞれ指している。   A configuration of a centrifugal compressor such as a general industrial centrifugal compressor will be described with reference to FIGS. 3B, 5, and 6. In the figure, “F” indicates the forward direction, and “R” indicates the backward direction.

図５及び図６に示すように、一般的な遠心圧縮機１０１は、ハウジング１０３を具備しており、このハウジング１０３は、内側に、シュラウド（内壁）１０３ｓを有している。また、ハウジング１０３のシュラウド１０３ｓ内には、インペラ１０５が回転可能に設けられており、このインペラ１０５は、その軸心１０５ｃ周りに回転可能かつ外周面（ハブ面）１０７ｈがインペラ１０５の軸方向Ｄ１から径方向Ｄ２外側へ延びたディスク（ホイール）１０７、及びこのディスク１０７の外周面１０７ｈに間隔を置いて設けられた複数枚のブレード（羽根）１０９を備えている。なお、各ブレード１０９の軸長、具体的には、各ブレード１０９の前縁１０９ｆのチップ端１０９ｆｅから後縁１０９ｒのハブ端１０９ｒｅまでのインペラ１０５の軸方向Ｄ１の長さは、同じ長さに設定されている。   As shown in FIGS. 5 and 6, a general centrifugal compressor 101 includes a housing 103, and the housing 103 has a shroud (inner wall) 103 s inside. An impeller 105 is rotatably provided in the shroud 103s of the housing 103. The impeller 105 is rotatable around its axis 105c, and an outer peripheral surface (hub surface) 107h is an axial direction D1 of the impeller 105. And a plurality of blades (blades) 109 provided at intervals on an outer peripheral surface 107 h of the disk 107. The axial length of each blade 109, specifically, the length in the axial direction D1 of the impeller 105 from the tip end 109fe of the front edge 109f of each blade 109 to the hub end 109re of the rear edge 109r is the same length. Is set.

ここで、図３（ｂ）に示すように、各ブレード１０９の後縁１０９ｒ側の羽根厚中心線１０９ｃは、インペラ１０５の径方向Ｄ２に対してインペラ１０５の回転方向Ｄ３の反対側へ傾斜しており、換言すれば、インペラ１０５は、所謂バックワードインペラとして構成されている。また、ブレード１０９の出口羽根角βの符号は負になっている。   Here, as shown in FIG. 3B, the blade thickness center line 109c on the rear edge 109r side of each blade 109 is inclined to the opposite side of the rotation direction D3 of the impeller 105 with respect to the radial direction D2 of the impeller 105. In other words, the impeller 105 is configured as a so-called backward impeller. Further, the sign of the exit blade angle β of the blade 109 is negative.

図６に示すように、ハウジング１０３におけるインペラ１０５の入口側には、空気（ガスの一例）Ａを吸入する吸入口１１１が形成されている。また、ハウジング１０３におけるインペラ１０５の出口側には、圧縮した空気Ａを昇圧して排気するディフューザ流路（排気流路の一例）１１３が形成されている。   As shown in FIG. 6, a suction port 111 for sucking air (an example of gas) A is formed on the inlet side of the impeller 105 in the housing 103. In addition, a diffuser flow path (an example of an exhaust flow path) 113 is formed on the outlet side of the impeller 105 in the housing 103 to pressurize and exhaust the compressed air A.

従って、遠心圧縮機１０１を運転する場合には、インペラ１０５を回転させることにより、吸入口１１１からインペラ１０５側に吸入した空気Ａを遠心力を利用して圧縮すると共に、圧縮した空気Ａを排気流路１１３から排気することができる。   Accordingly, when the centrifugal compressor 101 is operated, the impeller 105 is rotated to compress the air A sucked from the suction port 111 toward the impeller 105 using the centrifugal force, and the compressed air A is exhausted. The air can be exhausted from the channel 113.

なお、本発明に関連する先行技術として特許文献１から特許文献３に示すものがある。   In addition, there exist some which are shown to patent document 1-patent document 3 as a prior art relevant to this invention.

特開２００９−２０９６９４号公報JP 2009-209694 A 特開２００４−２７９３１号公報JP 2004-27931 A 特開２００１−２８９１９７号公報JP 2001-289197 A

ところで、近年、遠心圧縮機１０１の高圧力比の要請が強くなっており、それに伴い、インペラ１０５の周速（回転速度）は高くなる傾向にある。一方、インペラ１０５の周速が高くなると、ディスク１０７の背面１０７ｄの外縁付近と空気Ａとの摩擦損失、及びハウジング１０３のシュラウド１０３ｓとインペラ１０５の出口の手前側を流れる空気Ａとの摩擦損失が増大して、遠心圧縮機１０１の圧縮機効率が低下すると共に、空気Ａとの摩擦によるインペラ１０５の一部に大きな温度上昇が生じて、遠心圧縮機１０１の耐久性が低下するという問題がある。   By the way, in recent years, the demand for a high pressure ratio of the centrifugal compressor 101 has increased, and accordingly, the peripheral speed (rotational speed) of the impeller 105 tends to increase. On the other hand, when the peripheral speed of the impeller 105 increases, the friction loss between the vicinity of the outer edge of the back surface 107d of the disk 107 and the air A and the friction loss between the shroud 103s of the housing 103 and the air A flowing on the near side of the outlet of the impeller 105 occur. As a result, the compressor efficiency of the centrifugal compressor 101 is lowered, and a large temperature rise is caused in a part of the impeller 105 due to friction with the air A, so that the durability of the centrifugal compressor 101 is lowered. .

つまり、遠心圧縮機１０１の圧力比を高めつつ、遠心圧縮機１０１の圧縮機効率及び耐久性を向上させることを困難であるという問題がある。   That is, there is a problem that it is difficult to improve the compressor efficiency and durability of the centrifugal compressor 101 while increasing the pressure ratio of the centrifugal compressor 101.

そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の遠心圧縮機を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the centrifugal compressor of a novel structure which can solve the above-mentioned problem.

本発明の特徴は、遠心力を利用してガスを圧縮する遠心圧縮機において、内側にシュラウド（内壁）を有したハウジングと、前記ハウジングの前記シュラウド内に回転可能に設けられ、軸心（インペラの軸心）周りに回転可能かつ外周面（ハブ面）が軸方向から径方向外側に向かって延びたディスク（ホイール）、及び前記ディスクの外周面に周方向に間隔を置いて設けられた複数枚のブレード（羽根）を備えたインペラと、を具備し、前記ハウジングにおける前記インペラの入口側にガスを吸入する吸入口が形成され、前記ハウジングにおける前記インペラの出口側に圧縮したガスを排気する排気流路が形成され、各ブレードの後縁側の羽根厚中心線が前記インペラの径方向に対して前記インペラの回転方向側へ傾斜してあって、前記ハウジングの内部に環状のトリートメント空洞部が形成され、前記ハウジングの前記シュラウドにおける前記ブレードの前縁よりも下流側に空気を抽気可能な抽気開口部（抽気穴）が前記トリートメント空洞部に連通して形成され、前記ハウジングの前記シュラウドにおける前記ブレードの前縁よりも上流側にガスを前記インペラの入口側へ流出可能な流出開口部（流出穴）が前記トリートメント空洞部に連通して形成され、前記流出開口部内、前記トリートメント空洞部内、又は前記抽気開口部内に複数枚のフィンが周方向に沿って間隔を置いて設けられ、各フィンが前記インペラの径方向に対して前記インペラの回転方向の反対側へ傾斜していることを要旨とする。   The present invention is characterized in that, in a centrifugal compressor that compresses gas by utilizing centrifugal force, a housing having a shroud (inner wall) on the inside, and a shaft center (impeller) that is rotatably provided in the shroud of the housing. A disc (wheel) whose outer peripheral surface (hub surface) is rotatable from the axial direction to the outer side in the radial direction, and a plurality of discs provided on the outer peripheral surface of the disc at intervals in the circumferential direction. An impeller including a plurality of blades (blades), and a suction port for sucking gas is formed on the inlet side of the impeller in the housing, and the compressed gas is exhausted on the outlet side of the impeller in the housing. An exhaust passage is formed, and a blade thickness center line on the trailing edge side of each blade is inclined toward the rotation direction side of the impeller with respect to the radial direction of the impeller, so that the housing An annular treatment cavity is formed inside the housing, and an extraction opening (extraction hole) through which air can be extracted downstream from the front edge of the blade in the shroud of the housing communicates with the treatment cavity. An outflow opening (outflow hole) through which gas can flow out to the inlet side of the impeller is formed in communication with the treatment cavity, upstream of the front edge of the blade in the shroud of the housing. A plurality of fins are provided in the outflow opening, the treatment cavity, or the bleed opening at intervals along the circumferential direction, and each fin is opposite to the impeller rotational direction with respect to the radial direction of the impeller. The gist is that it is inclined to the side.

なお、本願の明細書及び特許請求の範囲の記載において、「ガス」とは、空気、窒素ガス、水素ガス等を含む意であって、「上流」とは、主流のガスの流れ方向から見て上流のことであって、「下流」とは、主流のガスの流れ方向から見て下流のことである。また、「複数枚のブレード」は、軸長の同じ複数枚のブレードの他に、軸長の異なる複数枚のブレードを含む意であって、「複数枚のブレード」が軸長の異なる複数枚のブレードである場合には、「前記ブレードの前縁よりも上流側」とは、軸長の最も長いブレードの前縁よりも上流側のことである。   In the specification and claims of this application, “gas” means air, nitrogen gas, hydrogen gas, etc., and “upstream” refers to the flow direction of the mainstream gas. The term “downstream” refers to the downstream as viewed from the flow direction of the mainstream gas. In addition, “a plurality of blades” means a plurality of blades having different axial lengths in addition to a plurality of blades having the same axial length. In this case, “the upstream side of the leading edge of the blade” means the upstream side of the leading edge of the blade having the longest axial length.

本発明の特徴によると、前記遠心圧縮機を運転する場合には、前記インペラを回転させることにより、前記吸入口から前記インペラ側に吸入したガスを遠心力を利用して圧縮すると共に、圧縮したガスを前記排気流路から排気することができる。   According to the features of the present invention, when the centrifugal compressor is operated, the impeller is rotated to compress the gas sucked from the suction port to the impeller side by using centrifugal force and compressed. Gas can be exhausted from the exhaust flow path.

前記遠心圧縮機の運転中に、前記吸入口から吸入されるガスの流量（実際の流量）が少なくなると、前記インペラ側へ吸入したガスの一部が前記抽気開口部内に抽気され、前記トリートメント空洞部内に流入する。そして、前記トリートメント空洞部内に流入したガスは、前記抽気開口部側から前記流出開口部側へ流れて、前記流出開口部から前記インペラの入口側へ流出する。これにより、前記インペラ側へ吸入したガスの一部を前記流出開口部と前記抽気開口部との間で循環させて、前記インペラ側へ吸入されるガスの見かけの流量を実際の流量よりも多くすることができる。   When the flow rate (actual flow rate) of gas sucked from the suction port decreases during operation of the centrifugal compressor, a part of the gas sucked into the impeller side is extracted into the extraction opening, and the treatment cavity Flows into the club. Then, the gas flowing into the treatment cavity flows from the extraction opening side to the outflow opening side and flows out from the outflow opening to the inlet side of the impeller. Accordingly, a part of the gas sucked into the impeller side is circulated between the outflow opening and the extraction opening so that the apparent flow rate of the gas sucked into the impeller side is larger than the actual flow rate. can do.

前述の作用の他に、各ブレードの後縁側の羽根厚中心線が前記インペラの径方向に対して前記インペラの回転方向側へ傾斜してあるため、前記インペラの半径を縮小して、前記インペラの周速を下げても、前記インペラの径方向に対して前記インペラの回転方向の反対側へ傾斜している場合に比べて、設計点付近（設計点を含む）における断熱ヘッド（後述の段落［００３５］［００３６］参照）を十分に確保することができる。   In addition to the above-described operation, the blade thickness center line on the trailing edge side of each blade is inclined toward the rotational direction side of the impeller with respect to the radial direction of the impeller. Even if the peripheral speed of the impeller is lowered, the thermal head near the design point (including the design point) (as will be described later) compared to the case where it is inclined to the opposite side of the impeller rotation direction with respect to the radial direction of the impeller [0035] [0036] can be sufficiently secured.

各ブレードの後縁側の羽根厚中心線が前記インペラの径方向に対して前記インペラの回転方向側へ傾斜してあるため、サージ近傍における断熱ヘッドが低下する傾向にあるものの、各フィンが前記インペラの径方向に対して前記インペラの回転方向の反対側へ傾斜しているため、前記流出開口部から流出するガスに前記インペラの回転方向と反対方向の旋回（旋回流）を与えることができ、結果的にサージ近傍における断熱ヘッドの低下を十分に抑えることができる。   Since the blade thickness center line on the trailing edge side of each blade is inclined toward the rotation direction side of the impeller with respect to the radial direction of the impeller, the heat insulation head in the vicinity of the surge tends to be lowered, but each fin has the impeller Since it is inclined to the opposite side of the rotation direction of the impeller with respect to the radial direction of the impeller, the gas flowing out from the outflow opening can be swirled in the direction opposite to the rotation direction of the impeller (swirl flow), As a result, it is possible to sufficiently suppress the deterioration of the heat insulating head near the surge.

本発明よれば、サージ近傍における断熱ヘッドの低下を十分に抑えると共に、前記インペラの半径を縮小して、前記インペラの周速を下げても、設計点付近における断熱ヘッドを十分に確保できるため、前記遠心圧縮機の作動の安定性を十分に確保した上で、前記遠心圧縮機の圧力比を高めつつ、前記インペラ等とガスとの摩擦損失を低減して、前記遠心圧縮機の圧縮機効率を向上させると共に、ガスとの摩擦による前記インペラの一部の温度上昇を抑えて、前記遠心圧縮機の耐久性を向上させることができる。   According to the present invention, it is possible to sufficiently secure a heat insulating head in the vicinity of the design point even when sufficiently suppressing a decrease in the heat insulating head in the vicinity of the surge and reducing the radius of the impeller and reducing the peripheral speed of the impeller. The compressor efficiency of the centrifugal compressor is reduced by reducing the friction loss between the impeller and the gas while increasing the pressure ratio of the centrifugal compressor while sufficiently ensuring the operational stability of the centrifugal compressor. In addition, it is possible to improve the durability of the centrifugal compressor by suppressing the temperature rise of a part of the impeller due to friction with the gas.

図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る遠心圧縮機におけるインペラの部分正面図、図１（ｂ）は、図２におけるIB-IB線に沿った断面図である。FIG. 1A is a partial front view of an impeller in a centrifugal compressor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line IB-IB in FIG. 図２は、本発明の実施形態に係る遠心圧縮機の模式的な側断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional side view of a centrifugal compressor according to an embodiment of the present invention. 図３（ａ）は、本発明の実施形態に係る遠心圧縮機におけるブレード出口の速度三角形を示す図、図３（ｂ）は、一般的な遠心圧縮機におけるブレード出口の速度三角形を示す図である。FIG. 3A is a diagram showing a speed triangle at a blade outlet in a centrifugal compressor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a diagram showing a speed triangle at a blade outlet in a general centrifugal compressor. is there. 図４（ａ）は、本発明の実施形態に係る遠心圧縮機におけるブレード入口の速度三角形を示す図、図４（ｂ）は、一般的な遠心圧縮機におけるブレード入口の速度三角形を示す図である。FIG. 4A is a diagram showing a velocity triangle at the blade inlet in the centrifugal compressor according to the embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a diagram showing a velocity triangle at the blade inlet in a general centrifugal compressor. is there. 図５は、一般的な遠心圧縮機におけるインペラの部分正面図である。FIG. 5 is a partial front view of an impeller in a general centrifugal compressor. 図６は、一般的な遠心圧縮機の模式的な側断面図である。FIG. 6 is a schematic sectional side view of a general centrifugal compressor.

本発明の実施形態について図１（ａ）（ｂ）から図４（ａ）（ｂ）を参照して説明する。なお、図面中において、「Ｆ」は、前方向、「Ｒ」は、後方向をそれぞれ指してある。   An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b) to FIGS. 4 (a) and 4 (b). In the drawings, “F” indicates the forward direction, and “R” indicates the backward direction.

図１（ａ）及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る遠心圧縮機１は、ガスタービン又は産業用空気設備等に用いられ、遠心力を利用して空気（ガスの一例）Ａを圧縮するものである。そして、本発明の実施形態に係る遠心圧縮機１の具体的な構成は、以下のようになる。   As shown in FIGS. 1A and 2, a centrifugal compressor 1 according to an embodiment of the present invention is used in a gas turbine, an industrial air facility, or the like, and uses centrifugal force to generate air (an example of gas). A is compressed. And the specific structure of the centrifugal compressor 1 which concerns on embodiment of this invention is as follows.

本発明の実施形態に係る遠心圧縮機１は、ハウジング３を具備しており、このハウジング３は、内側にシュラウド（内壁）５ｓを有したハウジング本体５と、このハウジング本体５の後側に設けられたシールプレート７とを備えている。なお、シールプレート７は、ガスタービン又は産業用空気設備等における別のハウジング（図示省略）に一体的に連結又は一体形成されている。   A centrifugal compressor 1 according to an embodiment of the present invention includes a housing 3, and the housing 3 is provided on a housing main body 5 having a shroud (inner wall) 5 s on the inner side and a rear side of the housing main body 5. The seal plate 7 is provided. The seal plate 7 is integrally connected to or integrally formed with another housing (not shown) in a gas turbine or industrial air equipment.

ハウジング本体５のシュラウド５ｓ内には、インペラ９が回転可能に設けられている。   An impeller 9 is rotatably provided in the shroud 5s of the housing body 5.

具体的には、ハウジング本体５のシュラウド５ｓ内には、ディスク（ホイール）１１が設けられており、このディスク１１は、インペラ９の軸心９ｃ周りに回転可能であって、別のハウジングに回転可能に設けられたロータ軸１３に一体的に連結されている。また、ディスク１１の外周面（ハブ面）１１ｈは、インペラ９の軸方向（前後方向）Ｄ１から径方向Ｄ２外側に向かって延びてあって、ディスク１１の背面１１ｄは、シールプレート７に対向してある。   Specifically, a disk (wheel) 11 is provided in the shroud 5 s of the housing body 5, and this disk 11 can rotate around the shaft center 9 c of the impeller 9 and can rotate to another housing. It is integrally connected to a rotor shaft 13 that can be provided. The outer peripheral surface (hub surface) 11h of the disk 11 extends from the axial direction (front-rear direction) D1 of the impeller 9 toward the outer side in the radial direction D2, and the rear surface 11d of the disk 11 faces the seal plate 7. It is.

ディスク１１の外周面１１ｈには、同じ軸長の複数枚のブレード（羽根）１５が周方向に間隔を置いて設けられており、各ブレード１５のチップ端（先端）１５ｔは、ハウジング本体５のシュラウド５ｓに沿うように延びている。また、各ブレード１５の軸長、具体的には、各ブレード１５の前縁１５ｆのチップ端１５ｆｅから後縁１５ｒのハブ端１５ｒｅまでのインペラ９の軸方向Ｄ１の長さは、同じ長さに設定されている。なお、軸長の同じブレード１５を用いる代わりに、軸長の異なる複数種のブレード（図示省略）を用いても構わない。   A plurality of blades (blades) 15 having the same axial length are provided on the outer peripheral surface 11 h of the disk 11 at intervals in the circumferential direction, and a tip end (tip) 15 t of each blade 15 is provided on the housing body 5. It extends along the shroud 5s. Further, the axial length of each blade 15, specifically, the length in the axial direction D1 of the impeller 9 from the tip end 15 fe of the front edge 15 f of each blade 15 to the hub end 15 re of the rear edge 15 r is the same length. Is set. In place of using the blade 15 having the same axial length, a plurality of types of blades (not shown) having different axial lengths may be used.

ハウジング本体５におけるインペラ９の入口側（ハウジング本体５の前側部）には、空気をインペラ９側へ吸入する吸入口１７が形成されている。また、ハウジング本体５におけるインペラ９の出口側には、圧縮した空気Ａを減速させて排気する環状のディフューザ流路１９（排気流路の一例）が形成されている。更に、ハウジング本体５の適宜位置には、空気Ａを吐出する吐出口（図示省略）が形成されており、この吐出口は、ディフューザ流路１９に連通してある。   On the inlet side of the impeller 9 in the housing body 5 (the front side portion of the housing body 5), an inlet 17 for sucking air into the impeller 9 is formed. An annular diffuser channel 19 (an example of an exhaust channel) that decelerates and exhausts the compressed air A is formed on the outlet side of the impeller 9 in the housing body 5. Furthermore, a discharge port (not shown) for discharging air A is formed at an appropriate position of the housing body 5, and this discharge port communicates with the diffuser flow path 19.

続いて、本発明の実施形態の要部について説明する。   Then, the principal part of embodiment of this invention is demonstrated.

図１（ａ）及び図３（ａ）に示すように、各ブレード１５の後縁１５ｒ側の羽根厚中心線１５ｃは、インペラ９の径方向Ｄ２に対してインペラ９の回転方向Ｄ３側へ傾斜しており、換言すれば、インペラ９は、所謂フォワードインペラとして構成されており、ブレード１５の出口羽根角βの符号は、正になっている。なお、ブレード１５の出口羽根角βとは、インペラ９の径方向Ｄ２とブレード１５の後縁１５ｒ側の羽根厚中心線１５ｃとのなす角のことをいう。   As shown in FIGS. 1A and 3A, the blade thickness center line 15c on the trailing edge 15r side of each blade 15 is inclined toward the rotational direction D3 of the impeller 9 with respect to the radial direction D2 of the impeller 9. In other words, the impeller 9 is configured as a so-called forward impeller, and the sign of the outlet blade angle β of the blade 15 is positive. Note that the exit blade angle β of the blade 15 is an angle formed by the radial direction D2 of the impeller 9 and the blade thickness center line 15c on the rear edge 15r side of the blade 15.

図１（ｂ）及び図２に示すように、ハウジング本体５の内部には、環状のトリートメント空洞部２１が形成されている。また、ハウジング本体５のシュラウド５ｓにおけるブレード１５の前縁１５ｆよりも下流側（後側）には、空気Ａを抽気可能な環状の抽気開口部（抽気穴）２３が形成されており、この抽気開口部２３は、トリートメント空洞部２１に連通してある。更に、ハウジング本体５のシュラウド５ｓにおけるブレード１５の前縁１５ｆよりも上流側（前側）には、空気Ａをインペラ９の入口側へ流出可能な環状の流出開口部（流出穴）２５が形成されており、この流出開口部２５は、トリートメント空洞部２１に連通してある。   As shown in FIGS. 1B and 2, an annular treatment cavity 21 is formed inside the housing body 5. Further, an annular bleed opening (bleed hole) 23 through which air A can be extracted is formed on the downstream side (rear side) of the front edge 15f of the blade 15 in the shroud 5s of the housing body 5, and this bleed The opening 23 communicates with the treatment cavity 21. Furthermore, an annular outflow opening (outflow hole) 25 through which air A can flow out to the inlet side of the impeller 9 is formed on the upstream side (front side) of the front edge 15f of the blade 15 in the shroud 5s of the housing body 5. The outflow opening 25 communicates with the treatment cavity 21.

流出開口部２５内には、複数枚のフィン２７が周方向に沿って間隔を置いて設けられており、各フィン２７は、インペラ９の径方向Ｄ２に対してインペラ９の回転方向Ｄ３の反対側へ傾斜している。なお、複数のフィン２７が流出開口部２５内に設けられる代わりに、トリートメント空洞部２１内又は抽気開口部２３内に設けられるようにしても構わない。   A plurality of fins 27 are provided in the outflow opening 25 at intervals along the circumferential direction, and each fin 27 is opposite to the radial direction D2 of the impeller 9 in the rotational direction D3 of the impeller 9. Inclined to the side. A plurality of fins 27 may be provided in the treatment cavity 21 or the extraction opening 23 instead of being provided in the outflow opening 25.

続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。   Then, the effect | action and effect of embodiment of this invention are demonstrated.

(i) 通常の作用
遠心圧縮機１を運転する場合には、ロータ軸１３の回転によってインペラ９を一体的に回転させることにより、吸入口１７からインペラ９側に吸入した空気Ａを遠心力を利用して圧縮すると共に、圧縮した空気Ａをディフューザ流路１９から昇圧して排気することができる。 (i) Normal operation When the centrifugal compressor 1 is operated, the impeller 9 is integrally rotated by the rotation of the rotor shaft 13, whereby the centrifugal force is applied to the air A sucked from the suction port 17 toward the impeller 9. While being compressed using the compressed air A, the compressed air A can be pressurized from the diffuser flow path 19 and exhausted.

遠心圧縮機１の運転中に、吸入口１７から吸入される空気Ａの流量（実際の流量）が少なくなると、インペラ９側へ吸入した空気Ａの一部が抽気開口部２３内に抽気され、トリートメント空洞部２１内に流入する。そして、トリートメント空洞部２１内に流入した空気Ａは、抽気開口部２３側から流出開口部２５側へ流れて、流出開口部２５からインペラ９の入口側へ流出する。これにより、インペラ９側へ吸入した空気Ａの一部を流出開口部２５と抽気開口部２３との間で循環させて、インペラ９側へ吸入される空気Ａの見かけの流量を実際の流量よりも多くすることができる。   When the flow rate (actual flow rate) of the air A sucked from the suction port 17 decreases during the operation of the centrifugal compressor 1, a part of the air A sucked into the impeller 9 side is extracted into the extraction opening 23, It flows into the treatment cavity 21. Then, the air A that has flowed into the treatment cavity 21 flows from the extraction opening 23 side to the outflow opening 25 side, and flows out from the outflow opening 25 to the inlet side of the impeller 9. Thereby, a part of the air A sucked into the impeller 9 side is circulated between the outflow opening 25 and the extraction opening 23, and the apparent flow rate of the air A sucked into the impeller 9 side is made larger than the actual flow rate. Can also be more.

(ii) 特有の作用
遠心圧縮機１の圧力比に相関するものとして断熱ヘッドＨがあり、断熱ヘッドＨが大きくなると遠心圧縮機１の圧力比が大きくなるようになっている。そして、断熱ヘッドＨは、次式によって示される。 (ii) Unique Action There is a heat insulating head H that correlates with the pressure ratio of the centrifugal compressor 1, and the pressure ratio of the centrifugal compressor 1 increases as the heat insulating head H increases. And the heat insulation head H is shown by following Formula.

Ｈ＝η（Ｕ2Ｃｕ2−Ｕ1Ｃｕ1）Ｇ ‥‥式(1)
η：圧縮機効率
Ｕ2：ブレード出口周速（インペラ出口周速）
Ｃｕ2：ブレード出口絶対速度（インペラ出口絶対速度）の周方向成分
Ｕ1：ブレード入口周速（インペラ出口周速）
Ｃｕ1：ブレード入口絶対速度（インペラ入口絶対速度）の周方向成分
Ｇ：空気の流量
インペラ９の入口で旋回流がない場合には、ブレード入口絶対速度の周方向成分Ｃｕ1を無視することができ、式(1)を次式に置き換えることができる。 H = η (U 2 Cu 2 −U 1 Cu 1 ) G Equation (1)
η: Compressor efficiency U 2 : Blade outlet peripheral speed (impeller outlet peripheral speed)
Cu 2 : Blade outlet absolute speed (impeller outlet absolute speed) circumferential component U 1 : Blade inlet peripheral speed (impeller outlet peripheral speed)
Cu 1 : circumferential component of blade inlet absolute velocity (impeller inlet absolute velocity) G: air flow rate When there is no swirling flow at the inlet of impeller 9, circumferential component Cu 1 of blade inlet absolute velocity may be ignored The equation (1) can be replaced with the following equation.

Ｈ＝ηＵ2Ｃｕ2Ｇ ‥‥式(2)
各ブレード１５の後縁１５ｒ側の羽根厚中心線１５ｃがインペラ９の径方向Ｄ２に対してインペラ９の回転方向Ｄ３側へ傾斜してあるため、前述の式(2)を考慮すると、インペラ９の半径を縮小して、インペラ９の周速を下げても、一般的な遠心圧縮機（１０１）のようにインペラ（１０５）の径方向Ｄ２に対してインペラ（１０５）の回転方向Ｄ３の反対側へ傾斜している場合に比べて（図３（ｂ）参照）、図３（ａ）に示すように、ブレード出口絶対速度の周方向成分Ｃｕ2を高めて、設計点付近における断熱ヘッドＨを十分に確保することができる。 H = ηU 2 Cu 2 G Equation (2)
Since the blade thickness center line 15c on the rear edge 15r side of each blade 15 is inclined toward the rotational direction D3 side of the impeller 9 with respect to the radial direction D2 of the impeller 9, the impeller 9 is considered in consideration of the above formula (2). Even if the peripheral speed of the impeller 9 is decreased by reducing the radius of the impeller 9, the rotation direction D3 of the impeller (105) is opposite to the radial direction D2 of the impeller (105) as in a general centrifugal compressor (101). As shown in FIG. 3A, the circumferential component Cu 2 of the blade outlet absolute velocity is increased as compared with the case where the head is inclined to the side (see FIG. 3B). Can be secured sufficiently.

ここで、図３（ａ）（ｂ）において、Ｃ2は、ブレード出口絶対速度（インペラ出口絶対速度）であって、Ｖ2は、ブレード出口相対速度（インペラ出口相対速度）である。 Here, in FIGS. 3A and 3B, C 2 is the blade outlet absolute speed (impeller outlet absolute speed), and V 2 is the blade outlet relative speed (impeller outlet relative speed).

各ブレード１５の後縁１５ｒ側の羽根厚中心線１５ｃがインペラ９の径方向Ｄ２に対してインペラ９の回転方向Ｄ３側へ傾斜してあるため、前述の式(1)を考慮すると、サージ近傍において、ブレード出口絶対速度の周方向成分Ｃｕ2が小さくなって、サージ近傍における断熱ヘッドＨが低下する傾向にある（図３（ａ）参照）。一方、各フィン２７がインペラ９の径方向に対してインペラ９の回転方向の反対側へ傾斜しているため、流出開口部２５から流出する空気Ａにインペラ９の回転方向Ｄ３の反対方向の旋回（旋回流）を与えることができ、図４（ａ）に示すように、ブレード入口絶対速度の周方向成分Ｃｕ1の負の値が大きくすることができる。これにより、結果的にサージ近傍における断熱ヘッドＨの低下を十分に抑えて、サージ近傍における断熱ヘッドＨを設計点における断熱ヘッドＨよりも高くすることができる。 Since the blade thickness center line 15c on the rear edge 15r side of each blade 15 is inclined toward the rotation direction D3 side of the impeller 9 with respect to the radial direction D2 of the impeller 9, considering the above equation (1), the vicinity of the surge In FIG. 3, the circumferential component Cu 2 of the blade outlet absolute velocity tends to decrease, and the thermal insulation head H in the vicinity of the surge tends to decrease (see FIG. 3A). On the other hand, since each fin 27 is inclined to the side opposite to the rotation direction of the impeller 9 with respect to the radial direction of the impeller 9, the air A flowing out from the outflow opening 25 is swung in the direction opposite to the rotation direction D3 of the impeller 9. (Swirl flow) can be applied, and as shown in FIG. 4A, the negative value of the circumferential component Cu 1 of the blade inlet absolute velocity can be increased. As a result, it is possible to sufficiently suppress a decrease in the heat insulating head H in the vicinity of the surge, and to make the heat insulating head H in the vicinity of the surge higher than the heat insulating head H at the design point.

なお、一般的な遠心圧縮機（１０１）のように各ブレード（１０９）の後縁側の羽根厚中心線（１０９ｃ）がインペラ（１０５）の径方向Ｄ２に対してインペラ（１０５）の回転方向Ｄ３の反対側へ傾斜している場合には、サージ近傍において、ブレード入口絶対速度の周方向成分Ｃｕ1が生じないものの（図４（ｂ）参照）、前述の式(2)を考慮すると、ブレード出口絶対速度の周方向成分Ｃｕ2が大きくなって（図３（ｂ）参照）、サージ近傍における断熱ヘッド十分に確保することができる。 Note that, as in a general centrifugal compressor (101), the blade thickness center line (109c) on the trailing edge side of each blade (109) has a rotational direction D3 of the impeller (105) with respect to the radial direction D2 of the impeller (105). In the case of inclining to the opposite side, the circumferential component Cu 1 of the blade inlet absolute velocity does not occur in the vicinity of the surge (see FIG. 4B), but considering the above equation (2), the blade The circumferential component Cu 2 of the outlet absolute speed is increased (see FIG. 3B), and the heat insulating head in the vicinity of the surge can be sufficiently secured.

ここで、図４（ａ）（ｂ）において、Ｃ１は、ブレード入口絶対速度（インペラ入口絶対速度）であって、Ｖ１は、ブレード入口相対速度（インペラ入口相対速度）である。 Here, in FIGS. 4A and 4B, C 1 is the blade inlet absolute speed (impeller inlet absolute speed), and V 1 is the blade inlet relative speed (impeller inlet relative speed).

(iii) 実施形態の効果
本発明の実施形態によれば、サージ近傍における断熱ヘッドＨの低下を十分に抑えつつ、インペラの半径を縮小して、インペラの周速を下げても、設計点付近における断熱ヘッドＨを十分に確保できるため、遠心圧縮機１の作動の安定性を十分に確保した上で、遠心圧縮機１の圧力比を高めつつ、インペラ９等と空気Ａとの摩擦損失を低減して、遠心圧縮機１の圧縮機効率を向上させると共に、空気Ａとの摩擦によるインペラ９の一部の温度上昇を抑えて、遠心圧縮機１の耐久性を向上させることができる。 (iii) Effects of the Embodiment According to the embodiment of the present invention, even if the impeller radius is reduced and the peripheral speed of the impeller is reduced while sufficiently suppressing the deterioration of the heat insulation head H in the vicinity of the surge, the vicinity of the design point Since the heat insulation head H can be sufficiently secured, the friction loss between the impeller 9 and the air A can be reduced while increasing the pressure ratio of the centrifugal compressor 1 while ensuring sufficient stability of the operation of the centrifugal compressor 1. Thus, the compressor efficiency of the centrifugal compressor 1 can be improved, and the temperature rise of a part of the impeller 9 due to friction with the air A can be suppressed, and the durability of the centrifugal compressor 1 can be improved.

また、インペラの半径を縮小しても、設計点付近における断熱ヘッドＨを十分に確保できるため、遠心圧縮機１の小型化及び軽量化を十分に促進することができる。   In addition, even if the impeller radius is reduced, the heat insulation head H in the vicinity of the design point can be sufficiently ensured, so that the centrifugal compressor 1 can be sufficiently reduced in size and weight.

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限るものでなく、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。   In addition, this invention is not restricted to description of the above-mentioned embodiment, It can implement in a various aspect. Further, the scope of rights encompassed by the present invention is not limited to these embodiments.

１ 遠心圧縮機
３ ハウジング
５ ハウジング本体
５ｓ シュラウド
７ シールプレート
９ インペラ
９ｃ 軸心
１１ ディスク
１５ ブレード
１５ｃ 羽根厚中心線
１５ｆ ブレードの前縁
１５ｒ ブレードの後縁
１７ 吸入口
１９ ディフューザ流路（排気流路）
２１ トリートメント空洞部
２３ 抽気開口部
２５ 流出開口部
２７ フィン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Centrifugal compressor 3 Housing 5 Housing main body 5s Shroud 7 Seal plate 9 Impeller 9c Shaft center 11 Disk 15 Blade 15c Blade thickness center line 15f Blade leading edge 15r Blade trailing edge 17 Suction port 19 Diffuser channel (exhaust channel)
21 Treatment cavity 23 Extraction opening 25 Outflow opening 27 Fin

Claims (1)

遠心力を利用してガスを圧縮する遠心圧縮機において、
内側にシュラウドを有したハウジングと、
前記ハウジングの前記シュラウド内に回転可能に設けられ、軸心周りに回転可能かつ外周面が軸方向から径方向外側に向かって延びたディスク、及び前記ディスクの外周面に周方向に間隔を置いて設けられた複数枚のブレードを備えたインペラと、を具備し、
前記ハウジングにおける前記インペラの入口側にガスを吸入する吸入口が形成され、前記ハウジングにおける前記インペラの出口側に圧縮したガスを排気する排気流路が形成され、
各ブレードの後縁側の羽根厚中心線が前記インペラの径方向に対して前記インペラの回転方向側へ傾斜してあって、
前記ハウジングの内部に環状のトリートメント空洞部が形成され、前記ハウジングの前記シュラウドにおける前記ブレードの前縁よりも下流側にガスを抽気可能な抽気開口部が前記トリートメント空洞部に連通して形成され、前記ハウジングの前記シュラウドにおける前記ブレードの前縁よりも上流側にガスを前記インペラの入口側へ流出可能な流出開口部が前記トリートメント空洞部に連通して形成され、
前記流出開口部内、前記トリートメント空洞部内、又は前記抽気開口部内に複数枚のフィンが周方向に沿って間隔を置いて設けられ、各フィンが前記インペラの径方向に対して前記インペラの回転方向の反対方向側へ傾斜していることを特徴とする遠心圧縮機。 In a centrifugal compressor that compresses gas using centrifugal force,
A housing having a shroud inside;
A disk rotatably provided in the shroud of the housing, rotatable around an axial center and having an outer peripheral surface extending radially outward from the axial direction, and a circumferential interval between the outer peripheral surface of the disk An impeller provided with a plurality of blades provided,
An inlet for sucking gas is formed on the inlet side of the impeller in the housing, and an exhaust passage for exhausting compressed gas is formed on the outlet side of the impeller in the housing,
The blade thickness center line on the trailing edge side of each blade is inclined to the rotational direction side of the impeller with respect to the radial direction of the impeller,
An annular treatment cavity is formed inside the housing, and an extraction opening through which gas can be extracted downstream from the front edge of the blade in the shroud of the housing is formed in communication with the treatment cavity. An outflow opening that allows gas to flow out to the inlet side of the impeller is formed in communication with the treatment cavity on the upstream side of the front edge of the blade in the shroud of the housing,
A plurality of fins are provided in the outflow opening, in the treatment cavity, or in the extraction opening at intervals along the circumferential direction, and each fin is in the rotational direction of the impeller with respect to the radial direction of the impeller. A centrifugal compressor that is inclined in the opposite direction.
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