JP5905315B2 - 遠心圧縮機 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1には、小流量での運転を可能とするため、可変絞り機構を用いてディフューザの一部の流路幅を狭くすることを可能にした遠心圧縮機が開示されている。
また、特許文献2には、小型化を図りつつ作動域を大流量側に拡大するため、ディフューザ流路の流路高さを漸次高くして流路幅を拡大した遠心圧縮機が開示されている。
本発明に係る遠心圧縮機は、軸線周りに回転可能であり、該軸線に沿った軸線方向に沿って流入する流体を該軸線方向から傾斜した方向に吐出する羽根車と、該羽根車を収容するケーシング部と、前記羽根車から吐出した前記流体を流通させるディフューザ流路を形成するディフューザ部と、を備え、前記羽根車が、前記軸線方向に沿って並ぶハブおよびシュラウドと、該ハブおよび該シュラウドの間に配置されるとともに前記ハブの内壁と前記シュラウドの内壁とにより画定される空間を仕切って複数の吐出流路を形成する複数のブレードを有し、前記ディフューザ部に前記流体が流入する流入位置における該ディフューザ部の流路幅が、前記羽根車から前記流体が吐出する吐出位置における前記羽根車の流路幅よりも狭く、前記ディフューザ部が、前記ハブ側に設けられるハブ側壁と前記シュラウド側に設けられるシュラウド側壁により画定されており、前記羽根車の流路幅は、前記ハブの内壁と前記シュラウドの内壁との間の距離であり、前記ディフューザ部の流路幅は、前記ハブ側壁と前記シュラウド側壁との間の距離であり、前記流入位置における前記ディフューザ部のハブ側壁を前記吐出位置における前記ハブの内壁の前記ディフューザ部に向かう延長線よりも前記ディフューザ流路の中心側に配置し、前記流入位置における前記ディフューザ部のシュラウド側壁を前記吐出位置における前記シュラウドの内壁の前記ディフューザ部に向かう延長線よりも前記ディフューザ流路の中心側に配置し、前記ディフューザ部の前記流入位置よりも下流側には、該流入位置における前記ディフューザ部の流路幅よりも広い流路幅拡大部が設けられていることを特徴とする。
このようにすることで、ディフューザ部の中間位置の流路において安定した状態で流体を流通させる流路を形成することができる。
このようにすることで、ディフューザ部の中間位置の流路において安定した状態で流体を流通させる流路を形成することができる。
このようにすることで、ディフューザ部の中間位置の流路において安定した状態で流体を流通させる流路を形成することができる。
このようにすることで、比較的容易な加工工程により、ディフューザ部の中間位置に流入位置と下流側を接続する流路を形成することができる。
このようにすることで、比較的容易な加工工程により、ディフューザ部の中間位置に流入位置と下流側を接続する流路を形成することができる。
このようにすることで、比較的容易な加工工程により、ディフューザ部の中間位置に流入位置と下流側を接続する流路を形成することができる。
このようにすることで、ディフューザ部の流入位置における流路幅を十分狭い幅とし、ディフューザ部に流体が流入する流入位置における流体の流速を十分に増加させて旋回失速の発生を抑制し、旋回失速による軸振動等の不具合を抑制することができる。
このようにすることで、ディフューザ部の流路幅拡大部における流路幅を十分広い幅とし、ディフューザ部の流入位置から下流側に至るまで同じ流路幅とする場合に比べて、流体の流速が速くなることに起因する摩擦損失等の性能低下を抑制することができる。
このようにすることで、軸線方向に沿って流入する流体を軸線方向に直交した方向に吐出する遠心圧縮機において、旋回失速による軸振動等の不具合を抑制するとともに、摩擦損失等による性能低下を抑制することができる。
このようにすることで、流量係数が比較的小さい遠心圧縮機において、旋回失速による軸振動等の不具合を抑制するとともに、摩擦損失等による性能低下を抑制することができる。
以下、第1実施形態の遠心圧縮機10について、図1および図2を用いて説明する。図1は、第1実施形態の遠心圧縮機10の縦断面図である。また、図2は、第1実施形態の遠心圧縮機10の正面図である。
図1に示される遠心圧縮機10は、軸線A周りに回転可能な羽根車13と、羽根車13を収容するケーシング部11と、羽根車13から吐出した流体を流通させるディフューザ部15と、ディフューザ部15の下流に設けられたボリュート部16とを備える。
また、第1実施形態の遠心圧縮機10は、流量係数が、0.01以上、かつ、0.05以下の流量係数の比較的小さな遠心圧縮機である。
遠心圧縮機10は、図示しないモータまたはタービン等の駆動装置によって、羽根車13を軸線A周りに回転させる。羽根車13が回転することにより、図示しない吸気口から取り込まれた流体がケーシング部11内に導入される。ケーシング部11内に導入された流体は、羽根車13の回転によってブレード3を介して軸線Aに直交した方向(半径方向)の遠心力が与えられる。遠心力が与えられた流体は、羽根車13から吐出されるとともにディフューザ部15へ流入する。ディフューザ部15に流入した流体は、流速が減速して圧縮された流体となり、ボリュート部16へ吐出される。ボリュート部16に流入した圧縮流体は、吐出口(不図示)を介して吐出配管(不図示)へと吐出される。
図1に示されるように、ディフューザ部15に流体が流入する流入位置におけるディフューザ部15の流路幅W2は、羽根車13から流体が吐出する吐出位置における羽根車13の流路幅W1よりも狭い。このように狭くことで、ディフューザ部15に流体が流入する流入位置における流体の流速を十分に増加させて旋回失速の発生を抑制し、旋回失速による軸振動等の不具合を抑制することができる。
また、図1に示されるように、流路幅W2とは、軸線Aに沿った方向における長さを示す。流路幅W2は、ディフューザ部15に流体が流入する流入位置における、ハブ側壁15aとシュラウド側壁15bの軸線方向の距離に等しい。
なお、流路幅拡大部15cにおいて、ハブ側壁15aの形状とシュラウド側壁15bの形状とは、流路の中心軸に対して左右対称とするのが望ましい。
次に、第2実施形態の遠心圧縮機10について、図3を用いて説明する。図3は、第2実施形態の遠心圧縮機10の縦断面図である。
第1実施形態は、ディフューザ部15の流路幅拡大部15cにおける両側の壁(ハブ側壁15aおよびシュラウド側壁15b)を、ディフューザ部15の流路幅を拡大する方向に配置したものであった。それに対して、第2実施形態は、ディフューザ部15の流路幅拡大部15cにおける片側の壁(ハブ側壁15a)を、ディフューザ部15の流路幅を拡大する方向に配置したものである。
なお、第2実施形態は、第1実施形態の変形例であり、ディフューザ部15を画定するハブ側壁15aの形状を除き、他の構成は第1実施形態と同様であるので、以下での説明を省略する。
次に、第3実施形態の遠心圧縮機10について、図4を用いて説明する。図4は、第3実施形態の遠心圧縮機10の縦断面図である。
第1実施形態は、ディフューザ部15の流路幅拡大部15cにおける両側の壁(ハブ側壁15aおよびシュラウド側壁15b)を、ディフューザ部15の流路幅を拡大する方向に配置したものであった。それに対して、第3実施形態は、ディフューザ部15の流路幅拡大部15cにおける片側の壁(シュラウド側壁15b)を、ディフューザ部15の流路幅を拡大する方向に配置したものである。
なお、第3実施形態は、第1実施形態の変形例であり、ディフューザ部15を画定するシュラウド側壁15bの形状を除き、他の構成は第1実施形態と同様であるので、以下での説明を省略する。
次に、第4実施形態の遠心圧縮機10について、図5を用いて説明する。図5は、第4実施形態の遠心圧縮機10の縦断面図である。
第1実施形態は、ディフューザ部15の流入位置に設けられる流路幅W2の流路と、ディフューザ部15の下流に設けられる流路幅W3の流路幅拡大部15cの間(中間位置)において、ハブ側壁15aおよびシュラウド側壁15bの双方を、流体の流通方向に沿って徐々に流路幅が拡大するテーパ形状としたものであった。
それに対して第4実施形態では、テーパ形状に替えて、流体の流通方向に沿って段階的に流路幅が拡大する段形状を採用する。
次に、第5実施形態の遠心圧縮機10について、図6を用いて説明する。図6は、第5実施形態の遠心圧縮機10の縦断面図である。
第1実施形態乃至第4実施形態においては、ディフューザ部15の下流にボリュート部16が設けられた1段の遠心圧縮機について説明したが、第5実施形態の遠心圧縮機10は、1段目の羽根車13およびディフューザ部15により圧縮された流体を、次段の羽根車13およびディフューザ部15に流入させる形態の多段の遠心圧縮機である。
なお、第5実施形態は、第1実施形態の変形例であり、ボリュート部16に替えてリターンベンド17およびリターンベーン18が設けられている点を除き、他の構成は第1実施形態と同様であるので、以下での説明を省略する。
なお、各段のディフューザ部15の形状として、第1実施形態に示されたものだけでなく、第2実施形態乃至第4実施形態に示されたいずれかの形状を採用することが可能である。
また、第5実施形態では、2段および3段の遠心圧縮機10について説明したが、4段以上の複数段の遠心圧縮機10とする変形例を採用してもよい。
2 シュラウド
3 ブレード
10 遠心圧縮機
11 ケーシング部
13 羽根車
15 ディフューザ部
15a ハブ側壁
15b シュラウド側壁
15c 流路幅拡大部
16 ボリュート部
A 軸線
W1 羽根車の吐出位置における流路幅
W2 ディフューザ部の流入位置における流路幅
W3 ディフューザ部の流路幅拡大部における流路幅
Claims (14)
- 軸線周りに回転可能であり、該軸線に沿った軸線方向に流入する流体を該軸線方向から傾斜した方向に吐出する羽根車と、
該羽根車を収容するケーシング部と、
前記羽根車から吐出した前記流体を流通させるディフューザ流路を形成するディフューザ部と、を備え、
前記羽根車が、前記軸線方向に沿って並ぶハブおよびシュラウドと、該ハブおよび該シュラウドの間に配置されるとともに前記ハブの内壁と前記シュラウドの内壁とにより画定される空間を仕切って複数の吐出流路を形成する複数のブレードを有し、
前記ディフューザ部に前記流体が流入する流入位置における該ディフューザ部の流路幅が、前記羽根車から前記流体が吐出する吐出位置における前記羽根車の流路幅よりも狭く、
前記ディフューザ部が、前記ハブ側に設けられるハブ側壁と前記シュラウド側に設けられるシュラウド側壁により画定されており、
前記羽根車の流路幅は、前記ハブの内壁と前記シュラウドの内壁との間の距離であり、
前記ディフューザ部の流路幅は、前記ハブ側壁と前記シュラウド側壁との間の距離であり、
前記流入位置における前記ディフューザ部の前記ハブ側壁を前記吐出位置における前記ハブの内壁の前記ディフューザ部に向かう延長線よりも前記ディフューザ流路の中心側に配置し、
前記流入位置における前記ディフューザ部の前記シュラウド側壁を前記吐出位置における前記シュラウドの内壁の前記ディフューザ部に向かう延長線よりも前記ディフューザ流路の中心側に配置し、
前記ディフューザ部の前記流入位置よりも下流側には、該流入位置における前記ディフューザ部の流路幅よりも広い流路幅拡大部が設けられていることを特徴とする遠心圧縮機。 - 前記流路幅拡大部における前記ハブ側壁が、前記流入位置における前記ハブ側壁よりも前記ディフューザ部の流路幅を拡大する方向に配置されており、
前記流路幅拡大部における前記シュラウド側壁が、前記流入位置における前記シュラウド側壁よりも前記ディフューザ部の流路幅を拡大する方向に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の遠心圧縮機。 - 前記流路幅拡大部における前記ハブ側壁が、前記流入位置における前記ハブ側壁よりも前記ディフューザ部の流路幅を拡大する方向に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の遠心圧縮機。
- 前記流路幅拡大部における前記シュラウド側壁が、前記流入位置における前記シュラウド側壁よりも前記ディフューザ部の流路幅を拡大する方向に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の遠心圧縮機。
- 前記ハブ側壁の形状が、前記ディフューザ部の前記流入位置と前記流路幅拡大部の間の中間位置において前記流体の流通方向に沿って徐々に流路幅が拡大するテーパ形状であり、
前記シュラウド側壁の形状が、前記ディフューザ部の前記中間位置において前記流体の流通方向に沿って徐々に流路幅が拡大するテーパ形状であることを特徴とする請求項2に記載の遠心圧縮機。 - 前記ハブ側壁の形状が、前記ディフューザ部の前記流入位置と前記流路幅拡大部の間の中間位置において前記流体の流通方向に沿って徐々に流路幅が拡大するテーパ形状であることを特徴とする請求項3に記載の遠心圧縮機。
- 前記シュラウド側壁の形状が、前記ディフューザ部の前記流入位置と前記流路幅拡大部の間の中間位置において前記流体の流通方向に沿って徐々に流路幅が拡大するテーパ形状であることを特徴とする請求項4に記載の遠心圧縮機。
- 前記ハブ側壁の形状が、前記ディフューザ部の前記流入位置と前記流路幅拡大部の間の中間位置において前記流体の流通方向に沿って段階的に流路幅が拡大する段形状であり、
前記シュラウド側壁の形状が、前記ディフューザ部の前記中間位置において前記流体の流通方向に沿って段階的に流路幅が拡大する段形状であることを特徴とする請求項2に記載の遠心圧縮機。 - 前記ハブ側壁の形状が、前記ディフューザ部の前記流入位置と前記流路幅拡大部の間の中間位置において前記流体の流通方向に沿って段階的に流路幅が拡大する段形状であることを特徴とする請求項3に記載の遠心圧縮機。
- 前記シュラウド側壁の形状が、前記ディフューザ部の前記流入位置と前記流路幅拡大部の間の中間位置において前記流体の流通方向に沿って段階的に流路幅が拡大する段形状であることを特徴とする請求項4に記載の遠心圧縮機。
- 前記吐出位置における前記羽根車の流路幅に対する前記流入位置における前記ディフューザ部の流路幅の比率が、0.5以上、かつ、0.8未満であることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の遠心圧縮機。
- 前記吐出位置における前記羽根車の流路幅に対する前記流路幅拡大部における前記ディフューザ部の流路幅の比率が、0.8以上、かつ、1.0以下であることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の遠心圧縮機。
- 前記羽根車が、前記軸線方向に沿って流入する前記流体を該軸線方向に直交した方向に吐出することを特徴とする請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の遠心圧縮機。
- 流量係数が、0.01以上、かつ、0.05以下であることを特徴とする請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の遠心圧縮機。
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