JP3093958B2 - 可変案内羽根付き流体機械 - Google Patents
可変案内羽根付き流体機械Info
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- JP3093958B2 JP3093958B2 JP07142503A JP14250395A JP3093958B2 JP 3093958 B2 JP3093958 B2 JP 3093958B2 JP 07142503 A JP07142503 A JP 07142503A JP 14250395 A JP14250395 A JP 14250395A JP 3093958 B2 JP3093958 B2 JP 3093958B2
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- Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、遠心及び斜流形の流体
ポンプ、気体用のブロワ、圧縮機などの流体機械に係
り、特に入口案内羽根及びディフューザ羽根付き流体機
械に関するものである。
ポンプ、気体用のブロワ、圧縮機などの流体機械に係
り、特に入口案内羽根及びディフューザ羽根付き流体機
械に関するものである。
【0002】
【従来の技術とその課題】従来、遠心及び斜流のポンプ
を設計点以外の流量域で運転すると、羽根車、ディフュ
ーザなどの各構成要素で流れの剥離等が発生し、これら
の原因によって、当該ポンプの効率が、設計点流量のそ
れと比べて低下する欠点があった。
を設計点以外の流量域で運転すると、羽根車、ディフュ
ーザなどの各構成要素で流れの剥離等が発生し、これら
の原因によって、当該ポンプの効率が、設計点流量のそ
れと比べて低下する欠点があった。
【0003】これを解決するためには、入口案内羽根や
ディフューザ羽根を可変にして、羽根車に流入する流れ
や羽根車から流出する流れにこれらの案内羽根を最適に
適合するように、各案内羽根の角度を調節して性能を向
上させる試みがなされてきた。
ディフューザ羽根を可変にして、羽根車に流入する流れ
や羽根車から流出する流れにこれらの案内羽根を最適に
適合するように、各案内羽根の角度を調節して性能を向
上させる試みがなされてきた。
【0004】その代表的なものとして特公平4−181
58号、特公平4−18159号、特開昭63−239
398号、特開昭63−230999号がある。しか
し、これらは、入口案内羽根、ディフューザ羽根の種々
の角度における圧縮機全体性能を無次元化した特性とし
て把握しておく必要があり、さらに当該圧縮機を装置に
組み込んで最適な案内羽根の角度を算出する場合、角度
を変えた数点で圧縮機全体性能を計測しないと最適点が
決定できず、案内羽根角度を確定するまでに時間が掛か
る欠点があった。また、制御方法が非常に複雑になり、
装置のコストと制御用ソフトに多大なコストが掛かる欠
点があった。
58号、特公平4−18159号、特開昭63−239
398号、特開昭63−230999号がある。しか
し、これらは、入口案内羽根、ディフューザ羽根の種々
の角度における圧縮機全体性能を無次元化した特性とし
て把握しておく必要があり、さらに当該圧縮機を装置に
組み込んで最適な案内羽根の角度を算出する場合、角度
を変えた数点で圧縮機全体性能を計測しないと最適点が
決定できず、案内羽根角度を確定するまでに時間が掛か
る欠点があった。また、制御方法が非常に複雑になり、
装置のコストと制御用ソフトに多大なコストが掛かる欠
点があった。
【0005】一方、羽根車出口の流れ角度を算出する方
法として特開平4−81598号がある。この方法では
流れ角度を算出する方法にいくつかの仮定が入るのと、
一般に羽根車出口では流れが歪むために壁面の静圧から
流れ角度を算出することに無理があり、さらに流れが不
安定となる領域では、精度上に問題があるなどの欠点が
多かった。
法として特開平4−81598号がある。この方法では
流れ角度を算出する方法にいくつかの仮定が入るのと、
一般に羽根車出口では流れが歪むために壁面の静圧から
流れ角度を算出することに無理があり、さらに流れが不
安定となる領域では、精度上に問題があるなどの欠点が
多かった。
【0006】また、入口案内羽根やディフューザ羽根の
角度を変えるとポンプの特性が大幅に変わるために、羽
根車から流出する流れの角度を何らかの方法で把握する
手段を用いない場合は、各案内羽根の角度ごとに性能試
験を前もって詳細に行い、この試験結果をもとに入口案
内羽根やディフューザ羽根の角度を決めるという方法が
取られてきた。
角度を変えるとポンプの特性が大幅に変わるために、羽
根車から流出する流れの角度を何らかの方法で把握する
手段を用いない場合は、各案内羽根の角度ごとに性能試
験を前もって詳細に行い、この試験結果をもとに入口案
内羽根やディフューザ羽根の角度を決めるという方法が
取られてきた。
【0007】さらに、この方法を用いてポンプの運転を
自動制御する場合、入口案内羽根やディフューザ羽根の
角度を、少なくとも3回は変えて(特公平4−1815
9号)、当該ポンプのその時点での運転状態を把握し
て、入口案内羽根やディフューザ羽根の角度を決定する
方法を取らねばならず、設定までの時間がかかり、特に
サージング点付近の運転などのように瞬時に状態を決定
しなければならない運転点では問題が多かった。また、
回転数が変わるような制御ではこれらの制御がさらに難
しくなり、制御装置も高級になり、装置のコストと制御
ソフトのコストがかかる欠点があった。
自動制御する場合、入口案内羽根やディフューザ羽根の
角度を、少なくとも3回は変えて(特公平4−1815
9号)、当該ポンプのその時点での運転状態を把握し
て、入口案内羽根やディフューザ羽根の角度を決定する
方法を取らねばならず、設定までの時間がかかり、特に
サージング点付近の運転などのように瞬時に状態を決定
しなければならない運転点では問題が多かった。また、
回転数が変わるような制御ではこれらの制御がさらに難
しくなり、制御装置も高級になり、装置のコストと制御
ソフトのコストがかかる欠点があった。
【0008】本発明は上述の事情に鑑みなされたもの
で、流体機械を設計点流量以外の流量域で運転したとき
に発生する不安定現象を回避して流体機械を広い流量範
囲で運転できる可変案内羽根付き流体機械を提供するこ
とを目的とする。
で、流体機械を設計点流量以外の流量域で運転したとき
に発生する不安定現象を回避して流体機械を広い流量範
囲で運転できる可変案内羽根付き流体機械を提供するこ
とを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、入口案内羽根とディフューザ羽根を具備した流体機
械において、必要とされる流体機械の運転状態を入力す
る入力装置と、該入力装置によって入力された運転状態
が達成できるように、検出された吸込流量とヘッドとか
ら入口案内羽根の角度を算出する演算処理装置と、上記
入口案内羽根を算出された角度に駆動制御する第1制御
駆動装置とを備え、上記演算処理装置を、基準の流量・
圧力係数特性曲線と要求される運転点を通る特定の曲線
との交点、及び要求される運転点の流量圧力係数に基づ
き、入口案内羽根角度を決定することを特徴とする可変
案内羽根付き流体機械である。これにより、演算処理装
置において、基準の流量・圧力係数特性曲線と要求され
る運転点を通る特定の曲線との交点、及び要求される運
転点の流量圧力係数に基づいて入口案内羽根角度が決定
され、これに基づき第1制御駆動装置が入口案内羽根を
算出された角度に駆動制御して、入力装置から入力され
た必要な運転状態が達成される。また、上記演算処理装
置において予め求められた吸込流量とディフューザ羽根
角度との関係に基づいてディフューザ羽根角度を決定
し、さらに上記ディフューザ羽根を上記演算処理装置に
おいて決定した角度に駆動制御する第2制御駆動装置を
有するようにしてもよい。これにより、上記演算処理装
置において、予め求められた吸込流量とディフューザ羽
根角度との関係に基づいてディフューザ羽根角度が決定
され、第2駆動制御装置によってディフューザ羽根が決
定された角度に駆動制御される。上記吸込流量とディフ
ューザ羽根角度の関係を、ほぼ直線的な関係にしてもよ
い。これにより、吸込流量とディフューザ羽根角度の関
係がほぼ直線的な関係として与えられる。また、上記直
線関係を、羽根車の回転数によって勾配を決めるように
してもよい。これにより、上記直線関係が、羽根車の回
転数によって勾配が決まる。さらに、流体機械の回転数
制御を行う第3制御駆動装置を具備してもよい。これに
より、上記第1又は第2の駆動制御装置による制御に加
え、第3駆動制御装置により流体機械の回転数制御が行
われ、これにより入力装置から入力された必要な運転状
態が達成される。
は、入口案内羽根とディフューザ羽根を具備した流体機
械において、必要とされる流体機械の運転状態を入力す
る入力装置と、該入力装置によって入力された運転状態
が達成できるように、検出された吸込流量とヘッドとか
ら入口案内羽根の角度を算出する演算処理装置と、上記
入口案内羽根を算出された角度に駆動制御する第1制御
駆動装置とを備え、上記演算処理装置を、基準の流量・
圧力係数特性曲線と要求される運転点を通る特定の曲線
との交点、及び要求される運転点の流量圧力係数に基づ
き、入口案内羽根角度を決定することを特徴とする可変
案内羽根付き流体機械である。これにより、演算処理装
置において、基準の流量・圧力係数特性曲線と要求され
る運転点を通る特定の曲線との交点、及び要求される運
転点の流量圧力係数に基づいて入口案内羽根角度が決定
され、これに基づき第1制御駆動装置が入口案内羽根を
算出された角度に駆動制御して、入力装置から入力され
た必要な運転状態が達成される。また、上記演算処理装
置において予め求められた吸込流量とディフューザ羽根
角度との関係に基づいてディフューザ羽根角度を決定
し、さらに上記ディフューザ羽根を上記演算処理装置に
おいて決定した角度に駆動制御する第2制御駆動装置を
有するようにしてもよい。これにより、上記演算処理装
置において、予め求められた吸込流量とディフューザ羽
根角度との関係に基づいてディフューザ羽根角度が決定
され、第2駆動制御装置によってディフューザ羽根が決
定された角度に駆動制御される。上記吸込流量とディフ
ューザ羽根角度の関係を、ほぼ直線的な関係にしてもよ
い。これにより、吸込流量とディフューザ羽根角度の関
係がほぼ直線的な関係として与えられる。また、上記直
線関係を、羽根車の回転数によって勾配を決めるように
してもよい。これにより、上記直線関係が、羽根車の回
転数によって勾配が決まる。さらに、流体機械の回転数
制御を行う第3制御駆動装置を具備してもよい。これに
より、上記第1又は第2の駆動制御装置による制御に加
え、第3駆動制御装置により流体機械の回転数制御が行
われ、これにより入力装置から入力された必要な運転状
態が達成される。
【0010】
【作用】請求項1に記載の発明においては、演算処理装
置が、検出された吸込流量とヘッドとから入口案内羽根
の角度を算出し、第1制御駆動装置が入口案内羽根を算
出された角度に駆動制御し、これにより、入力装置から
入力された必要な運転状態が達成される。
置が、検出された吸込流量とヘッドとから入口案内羽根
の角度を算出し、第1制御駆動装置が入口案内羽根を算
出された角度に駆動制御し、これにより、入力装置から
入力された必要な運転状態が達成される。
【0011】
【実施例】以下、本発明に係る可変案内羽根付き流体機
械の一実施例を図1乃至図9を参照して説明する。
械の一実施例を図1乃至図9を参照して説明する。
【0012】図1及び図2は、本発明が適用される単段
遠心圧縮機を示す図であり、図1はその縦断面図、図2
はその部分側面図である。これは、吸込配管1からの流
体に羽根車2によって運動エネルギーを与え、これをデ
ィフューザ3に送って昇圧し、スクロール4から吐出配
管5に送り出すものである。吸込配管1には、扇状の入
口案内羽根6が周方向に複数配置され、これには、伝達
機構7を介してアクチュエータ8が連結されている。下
流側のディフューザ3にはディフューザ羽根3aが配置
され、これも伝達機構9を介してアクチュエータ10に
接続されている。吸込配管1には、吸込流量を測定する
ための流量センサ11が設けられ、吐出配管5には、吐
出圧力(ヘッド)を測定するための圧力センサ12が設
けられている。2つのアクチュエータ8,10を制御す
る制御装置13が設けられており、流量センサ11及び
圧力センサ12の出力端子がこれに接続されている。
遠心圧縮機を示す図であり、図1はその縦断面図、図2
はその部分側面図である。これは、吸込配管1からの流
体に羽根車2によって運動エネルギーを与え、これをデ
ィフューザ3に送って昇圧し、スクロール4から吐出配
管5に送り出すものである。吸込配管1には、扇状の入
口案内羽根6が周方向に複数配置され、これには、伝達
機構7を介してアクチュエータ8が連結されている。下
流側のディフューザ3にはディフューザ羽根3aが配置
され、これも伝達機構9を介してアクチュエータ10に
接続されている。吸込配管1には、吸込流量を測定する
ための流量センサ11が設けられ、吐出配管5には、吐
出圧力(ヘッド)を測定するための圧力センサ12が設
けられている。2つのアクチュエータ8,10を制御す
る制御装置13が設けられており、流量センサ11及び
圧力センサ12の出力端子がこれに接続されている。
【0013】図3は、制御装置の構成を示すブロック図
である。この図に示されるように、可変案内羽根付き流
体機械は、流体機械の回転数、吸込流量及びヘッド上昇
を測定算出し、吸込流量による最適なディフューザ羽根
3aの角度を決定する演算部21と、入口案内羽根6が
全開のときの流体機械性能を前もって記憶しておく記憶
部22とからなる演算処理装置Uを有し、さらに、必要
とされる流体機械の運転状態を入力する入力装置23、
入口案内羽根6を可変制御する第1制御駆動装置24、
ディフューザ羽根3aを可変制御する第2制御駆動装置
25、羽根車2の回転数、即ち流体機械の回転数を制御
する第3制御駆動装置26を備えている。
である。この図に示されるように、可変案内羽根付き流
体機械は、流体機械の回転数、吸込流量及びヘッド上昇
を測定算出し、吸込流量による最適なディフューザ羽根
3aの角度を決定する演算部21と、入口案内羽根6が
全開のときの流体機械性能を前もって記憶しておく記憶
部22とからなる演算処理装置Uを有し、さらに、必要
とされる流体機械の運転状態を入力する入力装置23、
入口案内羽根6を可変制御する第1制御駆動装置24、
ディフューザ羽根3aを可変制御する第2制御駆動装置
25、羽根車2の回転数、即ち流体機械の回転数を制御
する第3制御駆動装置26を備えている。
【0014】本流体機械では、入力装置23によって入
力された要求性能が発揮できるように、演算部21と記
憶部22とからなる演算処理装置Uを用い、入口案内羽
根6の角度を算出して入口案内羽根6を駆動制御し、吸
込流量によって決定される最適ディフューザ羽根角度
(後述する)になるようにディフューザ羽根3aを駆動
制御し、さらに、回転数を駆動制御して運転するように
なっている。
力された要求性能が発揮できるように、演算部21と記
憶部22とからなる演算処理装置Uを用い、入口案内羽
根6の角度を算出して入口案内羽根6を駆動制御し、吸
込流量によって決定される最適ディフューザ羽根角度
(後述する)になるようにディフューザ羽根3aを駆動
制御し、さらに、回転数を駆動制御して運転するように
なっている。
【0015】図4は、制御装置において、入口案内羽根
6を流体機械の要求性能を発揮できるように設定し、さ
らにディフューザ羽根3aを駆動制御してサージングを
防止しつつ安定な運転を行なうためのフローチャートを
示すものである。入口案内羽根6の設定では、羽根車2
の回転数N、要求される流量Q及びヘッドHに対応する
入口案内羽根の角度αを決定する。
6を流体機械の要求性能を発揮できるように設定し、さ
らにディフューザ羽根3aを駆動制御してサージングを
防止しつつ安定な運転を行なうためのフローチャートを
示すものである。入口案内羽根6の設定では、羽根車2
の回転数N、要求される流量Q及びヘッドHに対応する
入口案内羽根の角度αを決定する。
【0016】まず、回転数が変更可能な流体機械である
場合には、事前に適当な回転数を設定しておく。ステッ
プ1で、要求する流量Q、ヘッドHを入力し、ステップ
2で流量係数φ、圧力係数ψを計算する。次に、ステッ
プ3で流量係数φ、圧力係数ψを通る2次曲線係数を算
出し、ステップ4で入口案内羽根0度のときの特性との
交点φ′,ψ′を計算して、ステップ5で次式から入口
案内羽根の角度を算出する(kは定数)。 α=arctan(k(ψ′−ψ)/φ′) 次に、ステップ6で入口案内羽根角度制御を行い、ステ
ップ7でαが0(全開)か否かを判定する。0でない場
合には、ステップ9でヘッド、流量を測定して、φ”,
ψ”を計算する。次に、ステップ10でヘッドHが適正
値か否かを判定し、適正値でない場合には、ステップ1
1でα′を計算し、さらにステップ12で(α−α′)
を計算し、次にステップ6に戻る。
場合には、事前に適当な回転数を設定しておく。ステッ
プ1で、要求する流量Q、ヘッドHを入力し、ステップ
2で流量係数φ、圧力係数ψを計算する。次に、ステッ
プ3で流量係数φ、圧力係数ψを通る2次曲線係数を算
出し、ステップ4で入口案内羽根0度のときの特性との
交点φ′,ψ′を計算して、ステップ5で次式から入口
案内羽根の角度を算出する(kは定数)。 α=arctan(k(ψ′−ψ)/φ′) 次に、ステップ6で入口案内羽根角度制御を行い、ステ
ップ7でαが0(全開)か否かを判定する。0でない場
合には、ステップ9でヘッド、流量を測定して、φ”,
ψ”を計算する。次に、ステップ10でヘッドHが適正
値か否かを判定し、適正値でない場合には、ステップ1
1でα′を計算し、さらにステップ12で(α−α′)
を計算し、次にステップ6に戻る。
【0017】ステップ6でαが0の場合には、回転数が
変更できない場合はそのような要求が達成されないの
で、ステップ1に戻り、設定を変更する。回転数変更可
能な場合には、ステップ8で回転数の変更を行い、ステ
ップ9に行く。ステップ10においてヘッドHが適正値
である場合には、ステップ13以降の工程で、ディフュ
ーザ羽根3aを駆動制御する。すなわち、ステップ9で
測定された吸込流量に基づいて、ステップ13で図7に
示す無次元吸込流量とディフューザ羽根角度との関係よ
り、ディフューザ羽根角度を決定する。そして、ステッ
プ14でディフューザ羽根角度の変更を行う。その時点
のヘッドと流量を測定し、それに基づいてステップ15
でφ”,ψ”を計算する。次に、ステップ16でヘッド
Hが所定値か否かを判定し、所定値でない場合にはステ
ップ11に戻る。
変更できない場合はそのような要求が達成されないの
で、ステップ1に戻り、設定を変更する。回転数変更可
能な場合には、ステップ8で回転数の変更を行い、ステ
ップ9に行く。ステップ10においてヘッドHが適正値
である場合には、ステップ13以降の工程で、ディフュ
ーザ羽根3aを駆動制御する。すなわち、ステップ9で
測定された吸込流量に基づいて、ステップ13で図7に
示す無次元吸込流量とディフューザ羽根角度との関係よ
り、ディフューザ羽根角度を決定する。そして、ステッ
プ14でディフューザ羽根角度の変更を行う。その時点
のヘッドと流量を測定し、それに基づいてステップ15
でφ”,ψ”を計算する。次に、ステップ16でヘッド
Hが所定値か否かを判定し、所定値でない場合にはステ
ップ11に戻る。
【0018】ステップ13で用いた図7のグラフは、圧
縮機を用いて得られたデータをまとめたものである。横
軸に各運転点の流量を設計点の流量で無次元化した無次
元流量、縦軸にディフューザ羽根の角度を取って示した
ものである。ここでは、その流量、回転数において羽根
角度を変え、流れが最も安定であるときの羽根角度をプ
ロットした。流れの安定度は、配管やポンプケーシング
に設置した圧力センサの変動を目安とした。
縮機を用いて得られたデータをまとめたものである。横
軸に各運転点の流量を設計点の流量で無次元化した無次
元流量、縦軸にディフューザ羽根の角度を取って示した
ものである。ここでは、その流量、回転数において羽根
角度を変え、流れが最も安定であるときの羽根角度をプ
ロットした。流れの安定度は、配管やポンプケーシング
に設置した圧力センサの変動を目安とした。
【0019】以下に、上記式の求め方を示す。図5は、
流体機械の特性曲線と抵抗曲線の説明図である。最初の
条件として、入口案内羽根が0度のときの性能は既知と
する。次に、任意要項(与えられた要項)の、流量Q及
びヘッドHから、流量係数φ(4・Q/(π・D2 2・U
2 ))及び圧力係数ψ(g・H/(U2 2))を計算す
る。この任意要項点(φ,ψ)と原点(固定抵抗がある
場合にはその値は既知として、ψ軸の切片の値を求め
る)を通る抵抗曲線を2次曲線と仮定して、この抵抗曲
線の係数を求める。この抵抗曲線と、既知の入口案内羽
根0度のときの特性曲線との交点の座標(φ′,ψ′)
を数値計算等で求める。
流体機械の特性曲線と抵抗曲線の説明図である。最初の
条件として、入口案内羽根が0度のときの性能は既知と
する。次に、任意要項(与えられた要項)の、流量Q及
びヘッドHから、流量係数φ(4・Q/(π・D2 2・U
2 ))及び圧力係数ψ(g・H/(U2 2))を計算す
る。この任意要項点(φ,ψ)と原点(固定抵抗がある
場合にはその値は既知として、ψ軸の切片の値を求め
る)を通る抵抗曲線を2次曲線と仮定して、この抵抗曲
線の係数を求める。この抵抗曲線と、既知の入口案内羽
根0度のときの特性曲線との交点の座標(φ′,ψ′)
を数値計算等で求める。
【0020】座標値φ′から、流量Q′を次の式で求め
る。 Q′=φ′・π・D2 2・U2 /4 羽根車入口面積をA1 とすると、次の式から羽根車入口
軸流速度Cm1が求まる。 Cm1=Q′/A1 =φ′・π・D2 2・U2 /(4・
A1 ) 流体機械のヘッドH′は、羽根車出口周速U2 と絶対速
度の周方向成分Cu2との積U2 ・Cu2と、羽根車入口周
速U1と絶対速度の周方向成分Cu1 との積U1・Cu1の
差から次式で求められる。 H′=(U2・Cu2−U1・Cu1)/g ここで、 ψ′=(g・H′/U2 2)であるから、 ψ′=(U2 ・Cu2−U1 ・Cu1)/U2 2となる。 今、入口案内羽根角度は0度としているので絶対速度の
周方向成分Cu1は0となる。従って、羽根車出口の絶対
速度の周方向速度成分Cu2は次の式で求められる。 Cu2=U2 ・ψ′
る。 Q′=φ′・π・D2 2・U2 /4 羽根車入口面積をA1 とすると、次の式から羽根車入口
軸流速度Cm1が求まる。 Cm1=Q′/A1 =φ′・π・D2 2・U2 /(4・
A1 ) 流体機械のヘッドH′は、羽根車出口周速U2 と絶対速
度の周方向成分Cu2との積U2 ・Cu2と、羽根車入口周
速U1と絶対速度の周方向成分Cu1 との積U1・Cu1の
差から次式で求められる。 H′=(U2・Cu2−U1・Cu1)/g ここで、 ψ′=(g・H′/U2 2)であるから、 ψ′=(U2 ・Cu2−U1 ・Cu1)/U2 2となる。 今、入口案内羽根角度は0度としているので絶対速度の
周方向成分Cu1は0となる。従って、羽根車出口の絶対
速度の周方向速度成分Cu2は次の式で求められる。 Cu2=U2 ・ψ′
【0021】本発明者の研究によれば、羽根車出口での
絶対速度の周方向速度成分Cu2は流量にだけ依存して、
入口案内羽根角度によって変わらないことがわかった。
この結果を用いると、任意要項(与えられた要項)のψ
は、 ψ=(U2 2・ψ′−U1 ・Cu1)/U2 2 =ψ′−U1 ・Cu1/U2 2 と表されるので、羽根車入口での絶対速度の周方向速度
成分Cu1は Cu1=(ψ′−ψ)・U2 2/U1 となる。
絶対速度の周方向速度成分Cu2は流量にだけ依存して、
入口案内羽根角度によって変わらないことがわかった。
この結果を用いると、任意要項(与えられた要項)のψ
は、 ψ=(U2 2・ψ′−U1 ・Cu1)/U2 2 =ψ′−U1 ・Cu1/U2 2 と表されるので、羽根車入口での絶対速度の周方向速度
成分Cu1は Cu1=(ψ′−ψ)・U2 2/U1 となる。
【0022】任意要項を満足させるための入口案内羽根
の角度は、羽根車入口での二乗平均径をD1rms とする
と、 α1 =arctan(Cu1/Cm1) =arctan(A1 ・(ψ′−ψ)・U2 /(D2 2・φ′・
U1 )) =arctan(A1 ・(ψ′−ψ)/(D2 ・D1rms ・
φ′)) ここで定数kを k=A1 /(D2 ・D1rms ) とすると、 α1 =arctan(k(ψ′−ψ)/φ′) となり、上記式が求められる。
の角度は、羽根車入口での二乗平均径をD1rms とする
と、 α1 =arctan(Cu1/Cm1) =arctan(A1 ・(ψ′−ψ)・U2 /(D2 2・φ′・
U1 )) =arctan(A1 ・(ψ′−ψ)/(D2 ・D1rms ・
φ′)) ここで定数kを k=A1 /(D2 ・D1rms ) とすると、 α1 =arctan(k(ψ′−ψ)/φ′) となり、上記式が求められる。
【0023】図6は、演算処理装置Uにおいてディフュ
ーザ羽根角度を決定する方法を説明する図である。ポン
プの場合は、回転数を変えたときの無次元吸込流量に対
する羽根車出口でのディフューザ羽根の最適角度は、ほ
ぼ一本の直線で表され(図6の直線N1 )、すなわち、
流量と最適羽根角度は比例する。圧縮機の場合は、ガス
の圧縮性のために回転数ごとに直線の傾きは異なる(図
6の直線N1 〜N4)。
ーザ羽根角度を決定する方法を説明する図である。ポン
プの場合は、回転数を変えたときの無次元吸込流量に対
する羽根車出口でのディフューザ羽根の最適角度は、ほ
ぼ一本の直線で表され(図6の直線N1 )、すなわち、
流量と最適羽根角度は比例する。圧縮機の場合は、ガス
の圧縮性のために回転数ごとに直線の傾きは異なる(図
6の直線N1 〜N4)。
【0024】図7は、図6のグラフの裏付けのデータで
あり、本発明者が圧縮機を用いて得たデータをまとめた
ものである。横軸は、各運転点の流量を設計点の流量で
無次元化した無次元流量、縦軸は本発明によるディフュ
ーザ羽根の角度を取って示している。ここでは、その流
量、回転数において羽根角度を変え、流れが最も安定で
あるときの羽根角度をプロットした。流れの安定度は、
配管やポンプケーシングに設置した圧力センサの変動を
目安とした。この図で、○印は羽根車の周速マッハ数が
1.21で、入口案内羽根の角度が0度の時、□印は羽
根車の周速マッハ数が0.87で、入口案内羽根の角度
が0度の時、△印は羽根車の周速マッハ数が0.87
で、入口案内羽根の角度が60度の時の実験結果をプロ
ットしたものである。
あり、本発明者が圧縮機を用いて得たデータをまとめた
ものである。横軸は、各運転点の流量を設計点の流量で
無次元化した無次元流量、縦軸は本発明によるディフュ
ーザ羽根の角度を取って示している。ここでは、その流
量、回転数において羽根角度を変え、流れが最も安定で
あるときの羽根角度をプロットした。流れの安定度は、
配管やポンプケーシングに設置した圧力センサの変動を
目安とした。この図で、○印は羽根車の周速マッハ数が
1.21で、入口案内羽根の角度が0度の時、□印は羽
根車の周速マッハ数が0.87で、入口案内羽根の角度
が0度の時、△印は羽根車の周速マッハ数が0.87
で、入口案内羽根の角度が60度の時の実験結果をプロ
ットしたものである。
【0025】演算処理装置Uでは、このグラフに沿って
羽根車2の回転速度及び吸込流量から最適ディフューザ
羽根角度を決定する。圧縮機の場合、まず、羽根車の周
速マッハ数、即ち回転数によって基準とすべき直線の傾
きが決定される。この傾きは羽根車出口の状態を予測す
ることにより計算で求めることができる。ポンプの場合
には対象の流体が非圧縮性であるので、一つの直線でよ
い。次に、測定された流量に応じてディフューザの羽根
角度が決定される。回転数が同じ場合、入口案内羽根の
角度が変わってもディフューザ羽根の角度は変わらな
い。
羽根車2の回転速度及び吸込流量から最適ディフューザ
羽根角度を決定する。圧縮機の場合、まず、羽根車の周
速マッハ数、即ち回転数によって基準とすべき直線の傾
きが決定される。この傾きは羽根車出口の状態を予測す
ることにより計算で求めることができる。ポンプの場合
には対象の流体が非圧縮性であるので、一つの直線でよ
い。次に、測定された流量に応じてディフューザの羽根
角度が決定される。回転数が同じ場合、入口案内羽根の
角度が変わってもディフューザ羽根の角度は変わらな
い。
【0026】このようにしてディフューザ羽根を制御し
てもヘッドが所定値を満足しない場合は、さらに回転数
をも制御して不安定状態を回避しながら運転される。従
って、いかなる状態でも当該圧縮機の無次元流量さえわ
かればディフューザ羽根の角度を羽根車出口流れに最適
に合致させて運転することが可能となった。
てもヘッドが所定値を満足しない場合は、さらに回転数
をも制御して不安定状態を回避しながら運転される。従
って、いかなる状態でも当該圧縮機の無次元流量さえわ
かればディフューザ羽根の角度を羽根車出口流れに最適
に合致させて運転することが可能となった。
【0027】このように、本実施例では、入力装置23
によって入力された要求性能が発揮できるように入口案
内羽根6の角度を算出して、入口案内羽根6を駆動制御
して運転がされる。入口案内羽根6の角度を変えると羽
根車内の流れ状態が変わり、従って、羽根車出口流れ状
態も変わるが、圧縮機の無次元吸込流量を測定し、図6
の関係に従ってディフューザ羽根3aの最適角度が一義
的に決定される。
によって入力された要求性能が発揮できるように入口案
内羽根6の角度を算出して、入口案内羽根6を駆動制御
して運転がされる。入口案内羽根6の角度を変えると羽
根車内の流れ状態が変わり、従って、羽根車出口流れ状
態も変わるが、圧縮機の無次元吸込流量を測定し、図6
の関係に従ってディフューザ羽根3aの最適角度が一義
的に決定される。
【0028】図8に一例として、横軸はこの装置を取付
けた遠心圧縮機の無次元流量、縦軸は上から圧力係数及
び効率をとって、この装置を取付けた遠心圧縮機の性能
を示すが、広い運転範囲で高効率な運転ができることが
確認された。
けた遠心圧縮機の無次元流量、縦軸は上から圧力係数及
び効率をとって、この装置を取付けた遠心圧縮機の性能
を示すが、広い運転範囲で高効率な運転ができることが
確認された。
【0029】図9に、ディフューザ羽根を固定して、入
口案内羽根だけを可変にした場合の遠心圧縮機の全体性
能を示すが、図8に示す本発明による装置の性能はこの
図に比べて大流量,小流量とも、性能が大幅に改善され
ていることが分かり、本発明による効果が明らかであ
る。
口案内羽根だけを可変にした場合の遠心圧縮機の全体性
能を示すが、図8に示す本発明による装置の性能はこの
図に比べて大流量,小流量とも、性能が大幅に改善され
ていることが分かり、本発明による効果が明らかであ
る。
【0030】図1乃至図8に図示した実施例において
は、制御駆動装置を第1、第2、第3制御駆動装置に機
能別に分離したが、1つの制御駆動装置としてもよい。
は、制御駆動装置を第1、第2、第3制御駆動装置に機
能別に分離したが、1つの制御駆動装置としてもよい。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、流
体機械を設計点流量以外の流量域で運転したときに発生
する不安定現象を回避して、流体機械を広い流量範囲で
安定に運転することができる。
体機械を設計点流量以外の流量域で運転したときに発生
する不安定現象を回避して、流体機械を広い流量範囲で
安定に運転することができる。
【図1】本発明の可変案内羽根付き流体機械の一例であ
る単段遠心圧縮機を示す縦断面図である。
る単段遠心圧縮機を示す縦断面図である。
【図2】本発明の可変案内羽根付き流体機械の一例であ
る単段遠心圧縮機を示す部分側面図である。
る単段遠心圧縮機を示す部分側面図である。
【図3】本発明に係る可変案内羽根付き流体機械の一実
施例を示すブロック図である。
施例を示すブロック図である。
【図4】本発明の可変案内羽根付き流体機械の処理手順
を示すフローチャートである。
を示すフローチャートである。
【図5】流体機械の特性曲線と抵抗曲線の説明図であ
る。
る。
【図6】無次元流量とディフューザ羽根角度との関係を
示す図である。
示す図である。
【図7】図7の裏付けとなるデータを示す図である。
【図8】本発明の装置の無次元流量と効率及びヘッド係
数との関係を示す図である。
数との関係を示す図である。
【図9】従来の装置の無次元流量と効率及びヘッド係数
との関係を示す図である。
との関係を示す図である。
1 演算部 2 記憶部 3 入力装置 4 入口案内羽根 5 第1制御駆動装置 6 ディフューザ羽根 7 第2制御駆動装置 8 羽根車 9 第3制御駆動装置 U 演算処理装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F04D 27/02 F04D 27/00 101
Claims (1)
- 【請求項1】 入口案内羽根を具備した流体機械におい
て、 必要とされる流体機械の運転状態を入力する入力装置
と、 該入力装置によって入力された運転状態が達成できるよ
うに、検出された吸込流量とヘッドとから入口案内羽根
の角度を算出する演算処理装置と、 上記入口案内羽根を算出された角度に駆動制御する第1
制御駆動装置とを備え、 上記演算処理装置は、基準の
流量・圧力係数特性曲線と要求される運転点を通る特定
の曲線との交点、及び要求される運転点の流量圧力係数
に基づき、入口案内羽根角度を決定することを特徴とす
る可変案内羽根付き流体機械。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP07142503A JP3093958B2 (ja) | 1994-05-27 | 1995-05-17 | 可変案内羽根付き流体機械 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6-138082 | 1994-05-27 | ||
JP13808294 | 1994-05-27 | ||
JP07142503A JP3093958B2 (ja) | 1994-05-27 | 1995-05-17 | 可変案内羽根付き流体機械 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0842493A JPH0842493A (ja) | 1996-02-13 |
JP3093958B2 true JP3093958B2 (ja) | 2000-10-03 |
Family
ID=26471220
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP07142503A Expired - Fee Related JP3093958B2 (ja) | 1994-05-27 | 1995-05-17 | 可変案内羽根付き流体機械 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3093958B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6235369B2 (ja) * | 2014-02-19 | 2017-11-22 | 株式会社日立製作所 | 流体機械 |
-
1995
- 1995-05-17 JP JP07142503A patent/JP3093958B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0842493A (ja) | 1996-02-13 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |