JP2002021784A - 遠心圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インペラの流路の入口付近における流体の減
速過剰を抑制して遠心圧縮機の圧縮効率の向上を図る。 【解決手段】 主軸２０軸に設けられた円盤３０上に複
数の羽根３１が略放射状をなして立設され、さらに各羽
根３１の先端には主軸２０と同心円をなすように配置さ
れて円盤３０との間に流路Ｒを形成するシュラウド３２
が取り付けられたインペラを有し、主軸２０とともにこ
のインペラを回転させることによって流路Ｒに主軸２０
まわりから半径方向略外方に向けて流体を吸い込んで圧
縮する遠心圧縮機について、羽根３１の先端とシュラウ
ド３２との境界ａ〜ａ’、羽根３１の基端と円盤３０と
の境界ｂ〜ｂ’、および両境界から等距離にある中央流
面ｄ〜ｄ’において個々に羽根角分布を決定し、個々に
羽根角分布が決定されたこれら３つの部位を、曲線要素
で滑らかに結ぶことで各羽根３１の羽根面を創成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転する羽根車に
よって流体を圧縮する遠心圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、化学プラント、ガスタービン
プラント、冷凍機等の各種プラントに広く用いられてい
る遠心圧縮機の一例を図３に示す。図において符号１は
ケーシング、２は主軸、３はインペラ（羽根車）、４は
ディフューザ、５はリターンベンド、６はガイドベー
ン、７は吸込口、である。インペラ３は、主軸２を中心
としてこれと一体に設けられた円盤８上に複数の羽根９
が略放射状をなして立設され、さらに各羽根９の先端に
は主軸２と同心円をなすように配置されて円盤８との間
に流路ｒを形成するシュラウド１０が取り付けられたも
のである。

【０００３】この遠心圧縮機においては、流体は吸込口
７から吸引された後、インペラ３（流路ｒ）、ディフュ
ーザ４、リターンベンド５およびガイドベーン６の順に
通過して昇圧され、次段の入り口へと導かれる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、インペラの羽根
の設計にあたっては、羽根９の先端とシュラウド１０と
の境界（図中ａ〜ａ’にあたる部分）と、羽根９の基端
と円盤８との境界（図中ｂ〜ｂ’にあたる部分）とにお
いて羽根角分布を決定し、両境界間を直線要素または曲
線要素で滑らかに結ぶことで羽根面を創成している。こ
こで、羽根角分布とは、羽根がインペラの半径方向とな
す角度αを、流路ｒの入口から出口にかけて調べてその
分布をとったものである（図４参照）。

【０００５】上記の手法を採用して構成されたインペラ
を備える遠心圧縮機を実際に運転すると、流路ｒの入口
付近、特に円盤８とシュラウド１０との中間あたりにお
いて流体の減速が過剰に起こる場合があることが確認さ
れている。

【０００６】上記のような羽根面創成の手法では、流路
ｒの中央、すなわち円盤８とシュラウド１０との中間あ
たりに位置する部分（ｃ〜ｃ’；これを中央流面と呼
ぶ）の羽根角分布が、両境界間を直線要素または曲線要
素で結ぶことで決定されてしまっている。そのため、こ
の部分の羽根角分布が、インペラの仕様や寸法によって
はときとして過剰に減速を生み易いものとなってしま
い、特に流路ｒの入口付近において流体の減速過剰を引
き起こす原因となっていると考えられる。

【０００７】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、インペラの流路の入口付近における流体の減速
過剰を抑制して遠心圧縮機の圧縮効率の向上を図ること
を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、上記の課題を解
決するための手段として、次のような構成の遠心圧縮機
を採用する。すなわち、本発明に係る請求項１記載の遠
心圧縮機は、回転軸に設けられた円盤上に複数の羽根が
略放射状をなして立設され、さらに前記各羽根の先端に
は前記回転軸と同心円をなすように配置されて前記円盤
との間に流路を形成するシュラウドが取り付けられた羽
根車を有し、前記回転軸とともに前記羽根車を回転させ
ることによって前記流路に前記回転軸まわりから半径方
向の略外方に向けて流体を吸い込んで圧縮する遠心圧縮
機であって、前記羽根の先端と前記シュラウドとの境
界、前記羽根の基端と前記円盤との境界、および前記両
境界から等距離にある中央流面において個々に羽根角分
布を決定し、個々に前記羽根角分布が決定されたこれら
３つの部位を、曲線要素または直線要素で結ぶことで前
記各羽根の羽根面が創成されていることを特徴とする。

【０００９】請求項２記載の遠心圧縮機は、請求項１記
載の遠心圧縮機において、前記中央流面の羽根角分布
が、前記流体の流れ方向の上流側ほど羽根角の絶対値が
大きくなるように定められていることを特徴とする。

【００１０】各羽根の羽根面創成に際して、従来から採
られてきた羽根の先端とシュラウドとの境界、羽根の基
端と円盤との境界に、両境界から等距離にある中央流面
を加えた３つの部位において個々に羽根角分布を決定す
ることにより、流路の入口付近、特に円盤とシュラウド
との中間あたりにおいて起こり得る流体の減速過剰が抑
制される。これにより、遠心圧縮機の圧縮効率の向上が
図れる。なお、中央流面においては、流体の流れ方向の
上流側ほど羽根角の絶対値が大きくなるように羽根角分
布を定めることが望ましい。上記のようにして流路の入
口付近に起こり得る流体の減速過剰を抑制することによ
り、圧縮効率の向上が図れる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明に係る遠心圧縮機の実施形
態を図１および図２に示して説明する。図１に示すよう
に、インペラ１２は、主軸２０に一体に設けられた円盤
３０上に複数の羽根３１が略放射状をなして立設され、
さらに各羽根３１の先端には主軸２０と同心円をなすよ
うに配置されて円盤３０との間に流路Ｒを形成するシュ
ラウド３２が取り付けられている。

【００１２】インペラ１２は、モータ１７により回転
し、吸込口２５から吸い込んだガス冷媒を圧縮（昇圧）
して吐出口から流出させるようになっている。

【００１３】インペラ１２の回転により吸込口２５から
吸い込まれたガスは、流路Ｒを通過する過程でその速度
および圧力を増し、ディフューザ２１を通過する過程で
速度を遅められて運動エネルギーを内部エネルギーに変
換され、さらにリターンベンド２３、ガイドベーン２４
の順に通過して昇圧された後、吐出口から流出する。

【００１４】以下では、インペラ１２の羽根３１の設計
手法について説明する。まず、図１に示すように、羽根
３１の先端とシュラウド３２との境界ａ〜ａ’、羽根３
１の基端と円盤３０との境界ｂ〜ｂ’、および両境界か
ら等距離にある中央流面（図中ｄ〜ｄ’にあたる部分）
において個々に羽根角（α）分布を決定する。ここで、
中央流面ｄ〜ｄ’の羽根角分布については、流体の流れ
方向の上流側ほど羽根角αの絶対値が大きくなるように
定められることが望ましい。

【００１５】そして、個々に羽根角分布が決定された
ら、これら３つの部位（ａ〜ａ’，ｄ〜ｄ’，ｂ〜
ｂ’）を、羽根３１の基端から先端にかけて、つまり円
盤３０からシュラウド３２にかけて曲線要素で滑らかに
結ぶ。各羽根３１の羽根面はこのようにして創成されて
いる。

【００１６】図２には各部位の羽根角分布を示す。図で
も解るように、中央流面ｄ〜ｄ’の羽根角分布は、流体
の流れ方向の上流側、すなわち流路Ｒの入口に近づくほ
ど羽根角αの絶対値が大きくなるように定められてお
り、その大きさは両境界と比べてもさらに大きくなって
いる。

【００１７】ここで、中央流面ｄ〜ｄ’の羽根角分布を
上流側ほど大きくなるように定めると、入口のスロート
面積が狭くなり、流体の搬送量を低下させることとなっ
て圧縮効率の向上が図れない場合がある。そこで、こう
いった場合には両境界の羽根角分布を小さく設定した
り、羽根３１の枚数を少なくしたりして搬送量の低下を
防止する。

【００１８】上記設計手法により構成された圧縮機１２
においては、羽根３１の羽根面創成に際して、従来から
採られてきた羽根の先端とシュラウドとの境界ａ〜
ａ’、羽根の基端と円盤との境界ｂ〜ｂ’に、両境界か
ら等距離にある中央流面ｄ〜ｄ’を加えた３つの部位に
おいて個々に羽根角分布を決定することにより、流路Ｒ
の入口付近、特に円盤３０とシュラウド３２との中間あ
たりにおいて起こり得る流体の減速過剰が抑制される。
これにより、圧縮機１２の圧縮効率を向上させることが
できる。

【００１９】ところで、本実施形態においては、中央流
面ｄ〜ｄ’の羽根角分布を上流側ほど大きくなるように
定めて圧縮効率の向上を目指したが、羽根角分布はイン
ペラの仕様や寸法、必要とする能力に応じて適宜選択、
決定されるものである。つまり、上記のような状態を採
用することが必ずしも圧縮効率の向上を実現するもので
はなく、与えられる条件によっては全く異なる羽根角分
布を採用することもあり得るのである。

【００２０】また、本実施形態では、３つの部位を曲線
要素で滑らかに結んで羽根面を構成したが、所望の能力
が得られるようであれば各部位を直線要素で結ぶように
しても構わない。さらに、本実施形態では、ひとつの羽
根車を有する単段式の遠心圧縮機について説明したが、
２段式（多段式）の遠心圧縮機に適用することができる
のは勿論である。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る遠心
圧縮機によれば、各羽根の羽根面創成に際して、従来か
ら採られてきた羽根の先端とシュラウドとの境界、羽根
の基端と円盤との境界に、両境界から等距離にある中央
流面を加えた３つの部位において個々に羽根角分布を決
定することにより、流路の入口付近、特に円盤とシュラ
ウドとの中間あたりにおいて起こり得る流体の減速過剰
が抑制されるので、遠心圧縮機の圧縮効率を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 遠心圧縮機の内部構造を示す断面図である。

【図２】 インペラの羽根各部位の羽根角分布を示す図
表である。

【図３】 従来の遠心圧縮機の内部構造を示す断面図で
ある。

【図４】 羽根角分布の定義を示す説明図である。

【符号の説明】

１２ インペラ ２０ 主軸 ３０ 円盤 ３１ 羽根 ３２ シュラウド Ｒ 流路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸に設けられた円盤上に複数の羽根
   が略放射状をなして立設され、さらに前記各羽根の先端
   には前記回転軸と同心円をなすように配置されて前記円
   盤との間に流路を形成するシュラウドが取り付けられた
   羽根車を有し、前記回転軸とともに前記羽根車を回転さ
   せることによって前記流路に前記回転軸まわりから半径
   方向の略外方に向けて流体を吸い込んで圧縮する遠心圧
   縮機であって、 前記羽根の先端と前記シュラウドとの境界、前記羽根の
   基端と前記円盤との境界、および前記両境界から等距離
   にある中央流面において個々に羽根角分布を決定し、 個々に羽根角分布が決定されたこれら３つの部位を、曲
   線要素または直線要素で結ぶことで前記各羽根の羽根面
   が創成されていることを特徴とする遠心圧縮機。
2. 【請求項２】 前記中央流面の羽根角分布が、前記流体
   の流れ方向の上流側ほど羽根角の絶対値が大きくなるよ
   うに定められていることを特徴とする請求項１記載の遠
   心圧縮機。