JP6258237B2 - Centrifugal compressor - Google Patents
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Description
本発明は、入口ガイドベーンを有し、吸引口が1か所の遠心圧縮機に関する。 The present invention relates to a centrifugal compressor having an inlet guide vane and one suction port.
ターボ冷凍機、石油化学プラントや天然ガスプラント等においては、遠心圧縮機が用いられている。遠心圧縮機では、インペラ(羽根車)の回転により流体に運動エネルギーを与えると共に、径方向外側に流体を吹き出すことで遠心力による圧力上昇を得ている。特許文献1には、遠心圧縮機の1つであるターボチャージャ(過給機)において、インペラ(コンプレッサ用ブレード)の上流側に流入した空気を整流し、かつ、流入する空気の量を調整する入口ガイドベーンを備えているものがある(特許文献1参照)。 Centrifugal compressors are used in turbo refrigerators, petrochemical plants, natural gas plants, and the like. In a centrifugal compressor, kinetic energy is given to a fluid by rotation of an impeller (impeller), and a pressure increase due to centrifugal force is obtained by blowing the fluid radially outward. In Patent Document 1, in a turbocharger (supercharger) which is one of centrifugal compressors, air flowing into the upstream side of an impeller (compressor blade) is rectified and the amount of air flowing in is adjusted. Some have an inlet guide vane (see Patent Document 1).
入口ガイドベーンは、羽根車に対する角度、つまり開度を可変とし、流路内の抵抗を変更可能とすることで、流入する空気の量を調整することができる。また、遠心圧縮機には、入口ガイドベーンが固定されているものもある。遠心圧縮機は、主軸の回転方向において、インペラに流入する流体の量に分布ができ、流量の差が大きくなると運転の効率が低下する。 The inlet guide vane can adjust the amount of air flowing in by making the angle with respect to the impeller, that is, the opening, variable and changing the resistance in the flow path. In some centrifugal compressors, an inlet guide vane is fixed. Centrifugal compressors are distributed in the amount of fluid flowing into the impeller in the direction of rotation of the main shaft, and the efficiency of operation decreases as the flow rate difference increases.
本発明は上述した課題を解決するものであり、羽根車に効率よく空気を流入させることができ、運転効率を向上できる遠心圧縮機を提供することを目的とする。 This invention solves the subject mentioned above, and it aims at providing the centrifugal compressor which can flow air into an impeller efficiently and can improve driving | operation efficiency.
上述の目的を達成するために、本発明は、遠心圧縮機であって、1か所に吸引口が設けられた入口流路と前記入口流路に接続された接続流路とが形成されたケーシングと、前記ケーシングに挿入された主軸と、前記主軸に固定され、前記入口流路に配置された羽根車と、前記入口流路の前記羽根車よりも上流側に配置された複数の入口ガイドベーンを有する入口ガイドベーンユニットと、を有し、前記入口ガイドベーンユニットは、前記吸引口側の前記入口ガイドベーンの配置間隔が、前記吸引口側とは反対側の前記入口ガイドベーンの配置間隔よりも狭いことを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, the present invention is a centrifugal compressor, in which an inlet channel provided with a suction port in one place and a connection channel connected to the inlet channel are formed. A casing, a main shaft inserted into the casing, an impeller fixed to the main shaft and disposed in the inlet flow path, and a plurality of inlet guides disposed on the upstream side of the impeller in the inlet flow path An inlet guide vane unit having a vane, wherein the inlet guide vane unit has an arrangement interval of the inlet guide vanes on the side opposite to the suction port side. It is characterized by being narrower than.
ここで、前記入口ガイドベーンユニットは、全ての入口ガイドベーンのうち前記吸引口側の端部側にある25%の第1群の前記入口ガイドベーンの配置間隔が、全ての入口ガイドベーンのうち前記吸引口とは反対側の端部側にある25%の第2群の前記入口ガイドベーンの配置間隔よりも狭いことが好ましい。 Here, the inlet guide vane unit has an arrangement interval of 25% of the first group of the inlet guide vanes on the end side on the suction port side of all the inlet guide vanes. It is preferable that it is narrower than the arrangement interval of 25% of the second group of inlet guide vanes on the end side opposite to the suction port.
また、前記入口ガイドベーンユニットは、前記入口ガイドベーンの間隔の最大値dmaxと最小値dminとの関係が0.6≦dmin/dmax<1.0とが好ましい。 In the inlet guide vane unit, the relationship between the maximum value dmax and the minimum value dmin of the interval between the inlet guide vanes is preferably 0.6 ≦ dmin / dmax <1.0.
また、前記入口ガイドベーンユニットは、前記入口ガイドベーンの間隔が、前記主軸の回転方向に沿ってsin関数の基準線を基準とし、前記基準線の振幅の20%以下の範囲で変化することが好ましい。 In the inlet guide vane unit, the interval between the inlet guide vanes may vary within a range of 20% or less of the amplitude of the reference line with reference to the reference line of the sin function along the rotation direction of the main shaft. preferable.
また、前記入口ガイドベーンユニットは、前記入口ガイドベーンの間隔の最も広い位置が、前記吸引口とは反対側の端部から前記主軸の回転方向上流側に0°より大きく40°以下移動した位置にあることが好ましい。 Further, the inlet guide vane unit has a position in which the position where the interval between the inlet guide vanes is widest is moved from 0 ° to 40 ° to the upstream side in the rotation direction of the main shaft from the end opposite to the suction port. It is preferable that it exists in.
本発明によれば、入口ガイドベーンの配置間隔を位置に応じて変化させることで、羽根車に流入する流体の周方向の分布を平均化することができ、運転効率を高くすることができる。 According to the present invention, the distribution in the circumferential direction of the fluid flowing into the impeller can be averaged by changing the arrangement interval of the inlet guide vanes according to the position, and the operation efficiency can be increased.
以下に、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。圧縮機1は、例えば、冷凍機、石油化学プラントや天然ガスプラントへの圧縮空気の供給装置として用いることができる。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily replaced by those skilled in the art or those that are substantially the same. The compressor 1 can be used as a supply device of compressed air to a refrigerator, a petrochemical plant, or a natural gas plant, for example.
図1に示すように、本実施形態の圧縮機(遠心圧縮機)1は、多段圧縮の遠心圧縮機である。本実施形態では、圧縮機1を多段式圧縮の圧縮機の場合で説明するが一段圧縮の圧縮機でもよい。圧縮機1は、ケーシング2と、駆動部4と、主軸6と、圧縮部14と、を有する。
As shown in FIG. 1, the compressor (centrifugal compressor) 1 of this embodiment is a multistage compression centrifugal compressor. In the present embodiment, the compressor 1 is described as a multi-stage compression compressor, but it may be a single-stage compression compressor. The compressor 1 includes a
ケーシング2は、筐体であり、駆動部4と主軸6と圧縮部14とが収容されている。ケーシング2は、圧縮する対象の流体、本実施形態では空気が流れる流路が形成されている。ケーシング2は、空気が流れる流路の上流の端の開口が吸引口12となり、空気が流れる流路の下流の端の開口が吐出口16となる。本実施形態の圧縮機1は、吸引口12が1つである。ケーシング2は、吸引口12と圧縮部14との間の空気の流路が吸引流路102となる。ケーシング2は、吐出口16と圧縮部14との間の空気の流路が吐出流路104となる。圧縮機1は、吸引流路102が、主軸6の軸方向に対して傾斜した向き、本実施形態では、主軸6の軸方向に直交する向きに配置されている。
The
駆動部4は、電動機および動力伝達部を有する。駆動部4は、電動機の出力を動力伝達部で主軸6に伝達し、主軸6を回転させる。主軸6は、ケーシング2に挿入され、ケーシング2に対して回転可能に支持されている。主軸6は、駆動部4により回転される。主軸6は、圧縮部14の回転部が固定されている。
The drive unit 4 includes an electric motor and a power transmission unit. The drive unit 4 transmits the output of the electric motor to the
圧縮部14は、ケーシング2に配置されており、吸引口12から流入した空気を圧縮して吐出口16から排出する。圧縮部14は、圧縮ユニット18a、18b、18c、18dを有する。圧縮ユニット18a、18b、18c、18dは、吸引流路102と吐出流路104との間にこの順で配置されている。圧縮ユニット18aは、吸引流路102と接続されている。圧縮ユニット18dは、吐出流路104と接続されている。圧縮ユニット18a、18b、18c、18dは、配置位置が異なるのみで同様の形状であるので、代表して圧縮ユニット18aについて説明する。
The
圧縮ユニット18aは、流体を吸引して圧縮した後に吐出するようにケーシング2により形成された流路を有している。圧縮ユニット18aの流路は、入口流路33と、返流路35と、を有する。入口流路33は、上流側が吸引流路102と接続し、下流側が返流路35と接続する。返流路35は、下流側が次の段の圧縮ユニット18bの入口流路33と接続する。圧縮ユニット18aは、入口流路33に羽根車(インペラ)32が設けられ、返流路35にリターンベーン34が設けられる。羽根車(インペラ)32は、主軸6に固定されている。羽根車32は、表面に多数のブレード32aが配置されている。羽根車32は、主軸6とともに回転することで、入口流路33に流入する空気を返流路35に向けて送る。また、入口流路33は、羽根車32の下流側がディフューザとなり、羽根車32で加速された流体を減速させて昇圧させる。返流路35は、リターンベーン34が配置されている。リターンベーン34は、返流路35を流れる流体を整流する。返流路35を通過した流体は、圧縮ユニット18bに流入する。
The
圧縮機1は、駆動部4の電動機の駆動により動力伝達部を介して圧縮部14の主軸6が回転する。すると、主軸6と共に羽根車32が回転する。これにより、流体は、吸引口12から吸入され、吸引流路102に流入し、入口ガイドベーンユニット100を経て、圧縮ユニット18aの入口流路33に流入し、羽根車32で加速された後、ディフューザで運動エネルギーを内部エネルギーに変換される。さらに、流体は、返流路35により、圧縮ユニット18bの入口流路33に折り返され、羽根車32で加速された後、ディフューザで運動エネルギーを内部エネルギーに変換される。圧縮機1は、圧縮ユニット18c、18dで同様に圧縮された後、吐出流路104の吐出口16から吐出される。
In the compressor 1, the
次に、図1に加え、図2から図3を用いて、入口ガイドベーンユニット(IGV、案内ガイドベーン)100について説明する。図2は、図1のA−A線断面図である。図3は、入口ガイドベーンユニットの部分拡大図である。 Next, the inlet guide vane unit (IGV, guide guide vane) 100 will be described with reference to FIGS. 2 to 3 in addition to FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 3 is a partially enlarged view of the inlet guide vane unit.
入口ガイドベーンユニット100は、上述したように、流体の流れ方向において、流体の流れ方向の最上流に配置された圧縮ユニット18aの羽根車32の上流側の流路に配置されている。入口ガイドベーンユニット100は、複数の入口ガイドベーン101を有する。複数の入口ガイドベーン101は、図2に示すように、主軸6の回転方向に所定の間隔で、主軸6の全周に配置されている。つまり、入口ガイドベーン101は、主軸6の回転方向(周方向)に隣接する入口ガイドベーン101と離れて配置されている。入口ガイドベーン101は、主軸6の径方向に伸びた板状の部材である。入口ガイドベーン101は、回転方向の位置によって、形状が異なり、吸引口12の面が、吸引口12から流入した空気を主軸6の中心側に案内するように吸引口12とは反対側に凸の曲面となる。吸引口12から流入した空気は、入口ガイドベーン101の間を通過して、流入流路33の羽根車32が配置されている位置に進む。
As described above, the inlet
入口ガイドベーンユニット100は、入口ガイドベーン101の間隔をdとした場合、主軸6の回転方向の位置によって間隔が変化する。ここで、間隔dは、図3に示すように、隣接する2つの入口ガイドベーン101の主軸6の中心側の端部を結ぶ最小の円の直径である。入口ガイドベーンユニット100は、吸引口側端部120の入口ガイドベーン101の間隔を、終端側端部122の入口ガイドベーン101の間隔よりも狭い。吸引口側端部120は、主軸6の回転方向Rにおいて、吸引口12に最も近い位置である。終端側端部122は、主軸6の回転方向Rにおいて、終端112に最も近い位置である。終端112は、吸引流路102における空気の流れ方向の吸引口12とは反対側の位置であり、回転方向Rにおいて、吸引口側端部120から180度回転した位置である。ここで、本実施形態では、終端側端部を0度とし、回転方向Rに回転するほど増加する角度(周方向位置)をθとする。
In the inlet
図4は、流入する流体の流量の分布の一例を示すグラフである。図4は、本実施形態の吸引口側端部120の入口ガイドベーン101の間隔を、終端側端部122の入口ガイドベーン101の間隔よりも狭くした圧縮機1の入口流路33に流入する空気(入口ガイドベーン101を通過した後の空気)の重量流量の計測結果である。比較例は、入口ガイドベーン101の間隔を、回転方向Rにおいて一定とした場合の量流量の計測結果である。圧縮機1は、入口ガイドベーン101の間隔を位置によって調整し、吸引口側端部120の入口ガイドベーン101の間隔を、終端側端部122の入口ガイドベーン101の間隔よりも狭くすることで、吸引口が1か所であり、周方向の一部からのみ空気が流入する構造であっても、図4に示すように回転方向Rの位置(周方向位置)における空気の重量流量を平均化することができる。具体的には、入口ガイドベーン101の間隔を調整することで、間隔を一定とするよりも、空気の重量流量を平均化することができる。入口ガイドベーンユニット100は、羽根車32に均一に空気を供給することができる。
FIG. 4 is a graph showing an example of the flow rate distribution of the inflowing fluid. 4 flows into the
ここで、入口ガイドベーンユニット100は、全ての入口ガイドベーン101のうち吸引口側端部120側にある25%の第1群130の入口ガイドベーン101の配置間隔が、全ての入口ガイドベーン101のうち終端側端部122側にある25%の第2群132の入口ガイドベーン101の配置間隔よりも狭いことが好ましい。ここで、全ての入口ガイドベーン101の25%の枚数が、小数点を含む場合、数値を切り上げる。入口ガイドベーンユニット100は、第1群130の配置間隔を第2群132の配置間隔よりも狭くすることで、空気の重量流量を平均化することができる。入口ガイドベーンユニット100は、羽根車32に均一に空気を供給することができる。
Here, in the inlet
また、上述では、吸引口側端部120側、終端側端部122側のそれぞれに配置された全体の枚数のうち25%の枚数の入口ガイドベーンの間隔を比較したがこれに限定されない。入口ガイドベーンユニット100は、吸引口側端部120を基点として、前後45度、つまり90°の範囲に含まれる入口ガイドベーンの間隔を、終端側端部122を基点として、前後45°、つまり90°の範囲に含まれる入口ガイドベーンの間隔よりも狭くしてもよい。このように角度を基準して設定した範囲に含まれる入口ガイドベーンの間隔が上記関係を満たすことでも均一に空気を供給することができる。
In the above description, the intervals of 25% of the inlet guide vanes out of the total number of sheets arranged on the suction port
また、入口ガイドベーンの間隔は、回転方向において、徐々に変化することが好ましいが、同じ間隔で配置された入口ガイドベーンがあってもよい。 Moreover, although it is preferable that the space | interval of an inlet guide vane changes gradually in a rotation direction, there may exist an inlet guide vane arrange | positioned at the same space | interval.
入口ガイドベーンユニット100は、入口ガイドベーン101の間隔の最大値dmaxと最小値dminとの関係が0.6≦dmin/dmax<1.0であることが好ましい。配置間隔の差を上記範囲とすることで、より確実に空気の重量流量を平均化することができる。
In the inlet
入口ガイドベーンユニット100は、入口ガイドベーン101の間隔が回転方向Rに徐々に変化することが好ましい。具体的には、回転方向Rの一周のうち、半周(角度範囲180°分)は、増加する領域とし、半周(角度範囲180°分)は、減少する領域とすることが好ましい。
In the inlet
図5は、入口ガイドベーンの位置と間隔との関係の一例を示すグラフである。図5に示す入口ガイドベーンユニット100は、一周360度が1周期となり、終端側端部であるθが180°で間隔が最大となり、吸込口端部であるθが0°、360°で間隔が最小となるsin関数に基づいて、入口ガイドベーン101の間隔が増減する。図5に示すように、sin関数に基づいて、入口ガイドベーン101の間隔が増減させることで、より流量を均一にできる。また、sin関数で変化させる場合も最大値と最小値の差は上記範囲とすることが好ましい。
FIG. 5 is a graph showing an example of the relationship between the position and interval of the inlet guide vane. In the inlet
ここで、sin関数に基づいて、sin関数上の点に基づいて、入口ガイドベーンの間隔を変化させることが好ましいが、これに限定されない。入口ガイドベーンユニットは、前記主軸の回転方向に沿ったsin関数の基準線を基準とし、基準線の振幅の20%以下の範囲で入口ガイドベーンの間隔を変化するようにしてもよい。つまり、入口ガイドベーンの間隔は、sin関数上の点から一定の範囲でずれてもよい。例えば、入口ガイドベーンの間隔が複数枚の間で同じ間隔とし、間隔が段階的に変化するようにしてもよい。このように、sin関数の基準線を基準とし、基準線の振幅の20%以下の範囲で前記入口ガイドベーンの間隔を変化することでも、回転方向において空気の重量流量を平均化することができる。また、入口ガイドベーンユニットは、前記主軸の回転方向に沿ったsin関数の基準線を基準とし、基準線の振幅の5%以下の範囲で入口ガイドベーンの間隔を変化することがより好ましく、基準線の振幅の5%以下の範囲で入口ガイドベーンの間隔を変化することがさらに好ましい。 Here, based on the sin function, it is preferable to change the interval between the inlet guide vanes based on a point on the sin function, but the present invention is not limited to this. The inlet guide vane unit may change the interval of the inlet guide vanes within a range of 20% or less of the amplitude of the reference line with reference to the reference line of the sin function along the rotation direction of the main shaft. That is, the interval between the inlet guide vanes may be shifted within a certain range from the point on the sin function. For example, the intervals between the inlet guide vanes may be the same between a plurality of sheets, and the intervals may change stepwise. Thus, the weight flow rate of air in the rotational direction can also be averaged by changing the interval between the inlet guide vanes within a range of 20% or less of the amplitude of the reference line with reference to the reference line of the sin function. . More preferably, the inlet guide vane unit changes the interval between the inlet guide vanes within a range of 5% or less of the amplitude of the reference line with reference to the reference line of the sin function along the rotation direction of the main shaft. More preferably, the distance between the inlet guide vanes is changed within a range of 5% or less of the line amplitude.
図6は、入口ガイドベーンの一例を示す模式図である。また、入口ガイドベーン101は、図6に示すように、吸引口102側の面である圧力面140の主軸6の中心142側の端部の延長線と、端部と中心142を結んだ線とのなす角θaが、0°以上10°以下であることが好ましい。このように、なす角θaは、入口ガイドベーン101の中心側の端部を中心として、回転方向と反対側の方向が正となる。入口ガイドベーン101の圧力面140が上記範囲を満たす形状とすることで、整流効果をより向上させることができる。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of an inlet guide vane. In addition, as shown in FIG. 6, the
図7は、入口ガイドベーンの位置と間隔との関係の一例を示すグラフである。図5に示す例では、入口ガイドベーンの間隔を、θが0°の時に最大となり、180°の時に最小となる間隔としたがこれに限定されない。入口ガイドベーンユニット100は、図7の第2パターンに示すように、入口ガイドベーン101の間隔の最も広い位置が、終端側端部から主軸の回転方向上流側に0°より大きく40°以下移動した位置の間にあることが好ましい。つまり、図7に示す図5の第1パターンとのずれ量160を回転方向上流側に0°より大きく40度以下とすることが好ましい。このように、入口ガイドベーン101の間隔の最も広い位置を回転方向上流側にずらすことで、インペラの影響を加味して、重量流量を調整することができ、回転方向において空気の重量流量を平均化することができる。ここで、入口ガイドベーンの間隔は、入口ガイドベーン101の間隔の最も広い位置と同様に入口ガイドベーン101の間隔の最も狭い位置も回転方向上流側にずらすことが好ましく、吸引口側端部から主軸の回転方向上流側に0°より大きく40°以下移動した位置にあることが好ましい。
FIG. 7 is a graph showing an example of the relationship between the position and interval of the inlet guide vane. In the example shown in FIG. 5, the interval between the inlet guide vanes is the maximum when θ is 0 ° and the minimum when 180 °, but is not limited thereto. In the inlet
1 圧縮機
2 ケーシング
4 駆動部
6 主軸
12 吸引口
14 圧縮部
16 吐出口
18a、18b、18c、18d 圧縮ユニット
32 羽根車
32a ブレード
33 入口流路
34 リターンベーン
35 返流路
100 入口ガイドベーンユニット
101 入口ガイドベーン
102 吸引流路
104 吐出流路
120 吸引口側端部
122 終端側端部
130 第1群
132 第2群
160 ずれ量
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記ケーシングに挿入された主軸と、
前記主軸に固定され、前記入口流路に配置された羽根車と、
前記入口流路の前記羽根車よりも上流側に配置された複数の入口ガイドベーンを有する入口ガイドベーンユニットと、を有し、
前記入口ガイドベーンユニットは、前記吸引口側の前記入口ガイドベーンの配置間隔が、前記吸引口側とは反対側の前記入口ガイドベーンの配置間隔よりも狭いことを特徴とする遠心圧縮機。 A casing formed with an inlet channel provided with a suction port in one place and a connection channel connected to the inlet channel;
A main shaft inserted into the casing;
An impeller fixed to the main shaft and disposed in the inlet channel;
An inlet guide vane unit having a plurality of inlet guide vanes arranged upstream of the impeller of the inlet channel;
The inlet guide vane unit is a centrifugal compressor characterized in that an arrangement interval of the inlet guide vanes on the suction port side is narrower than an arrangement interval of the inlet guide vanes on the side opposite to the suction port side.
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