JP2002364586A - ターボ圧縮機 - Google Patents

ターボ圧縮機

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JP2002364586A
JP2002364586A JP2001175028A JP2001175028A JP2002364586A JP 2002364586 A JP2002364586 A JP 2002364586A JP 2001175028 A JP2001175028 A JP 2001175028A JP 2001175028 A JP2001175028 A JP 2001175028A JP 2002364586 A JP2002364586 A JP 2002364586A
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JP
Japan
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impeller
blades
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stage
coefficient
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JP2001175028A
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English (en)
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Atsushi Koga
淳 古賀
Minoru Masutani
穣 枡谷
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 羽根枚数を最適にすることにより、羽根車効
率を向上させる。 【解決手段】 2段ターボ圧縮機10では、羽根車軸1
1に、1段目の羽根車12と2段目の羽根車13が備え
られており、各羽根車12,13には、複数の羽根が備
えられている。羽根車12は、設計点圧力係数が0.4
5〜0.55で、且つ、設計点流量係数が0.08〜
0.11の羽根車であり、羽根枚数を11枚にしてい
る。羽根車13は、設計点圧力係数が0.45〜0.5
5で、且つ、設計点流量係数が0.055〜0.08の
羽根車であり、羽根枚数を13枚としている。羽根枚数
を最適にすると、羽根表面での摩擦損失が低減し、羽根
車出口でのブロッケージが減少して、羽根車効率が向上
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ターボ圧縮機に関し、羽根車効率
が向上するように工夫したものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、冷凍装置には冷媒の圧縮機と
して、化学プラント用にはガスの圧縮機としてターボ圧
縮機が用いられている。このターボ圧縮機は、羽根車が
設けられた羽根車軸を回転させることにより、羽根車に
よって流体を圧縮させるようになっている。
【0003】ここで、ターボ圧縮機の構造を、図7に示
すものを例にとって説明する。図7に示すように、この
ターボ圧縮機の羽根車軸1には羽根車2が固定されてお
り、この羽根車2には、周方向に間隔をあけて複数の羽
根3が備えられている。羽根車軸1及び羽根車2からな
る回転体(ロータ)は、ケーシング4内に収容されてい
る。
【0004】ケーシング4内は、仕切板5によってディ
フューザ部6と戻り流路7とに区画され、ディフューザ
部6と戻り流路7との間は、断面U字形に形成されたリ
ターンベンド部8によって連通されている。また、戻り
流路7には、周方向に間隔をあけて複数のリターンベー
ン9が設けられており、流される流体を案内するように
なっている。
【0005】このターボ圧縮機では、羽根車2によって
圧縮されてディフューザ部6に送り込まれた流体が、リ
ターンベンド部8を介して戻り流路7へ送り出されるよ
うになっている。
【0006】またターボ圧縮機では、羽根車軸に1つの
羽根車を備えた単段のターボ圧縮機や、羽根車軸に第1
段目の羽根車と第2段目の羽根車を備えた2段ターボ圧
縮が存在する。
【0007】従来の単段や2段の従来のターボ圧縮機に
おいては、設計点圧力係数0.45〜0.55の羽根車
に対して、設計点流量係数が0.055以上では羽根枚
数を15〜20枚、設計点流量係数が0.025〜0.
055では12〜17枚、設計点流量係数が0.025
以下では9〜15枚としている。
【0008】羽根車に備える羽根の枚数を多くすると、
羽根車の入口圧力と出口圧力との差圧と、羽根枚数とが
対応するため、設計が容易である。また、2段圧縮機に
おいて、第1段目の羽根車の羽根枚数と、第2段目の羽
根車の羽根枚数を等しくして設計すれば、製造が容易に
なる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】ところで、羽根車に備える羽根の枚数を多
くすると、羽根表面での摩擦損が大きくなると共に、羽
根出口厚みによるブロッケージ(=後流の幅÷流れの
幅)が枚数の分だけ大きくなり、羽根車効率が低下して
いた。
【0011】なお羽根車効率とは、一定の体積流量を得
るために必要な羽根車の理論所要動力(流体抵抗がない
と仮定したときの動力)を、一定の体積流量を実際に得
るために羽根車に実際に導入した実動力で割った値をい
う。
【0012】本発明は、上記従来技術に鑑み、羽根車効
率を向上させるように工夫したターボ圧縮を提供するこ
とを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の構成は、ターボ圧縮機の羽根車において、設計点圧
力係数が0.45〜0.55の羽根車に対して、設計点
流量係数が0.08〜0.11の羽根車では、羽根車に
備えた羽根の枚数を9〜13枚としたことを特徴とす
る。
【0014】また本発明の構成は、ターボ圧縮機の羽根
車において、設計点圧力係数が0.45〜0.55の羽
根車に対して、設計点流量係数が0.055〜0.08
の羽根車では、羽根車に備えた羽根の枚数を10〜14
枚としたことを特徴とする。
【0015】また発明の構成は、第1段目の羽根車と第
2段目の羽根車を備えた2段ターボ圧縮機において、設
計点圧力係数が0.45〜0.55の第1段目の羽根車
に対して、設計点流量係数が0.08〜0.11の羽根
車では、羽根車に備えた羽根の枚数を9〜13枚とし、
設計点圧力係数が0.45〜0.55の第2段目の羽根
車に対して、設計点流量係数が0.055〜0.08の
羽根車では、羽根車に備えた羽根の枚数を10〜14枚
としたことを特徴とする。
【0016】また本発明の構成は、1段目の羽根車の羽
根枚数に対して、2段目の羽根車の羽根枚数を多くした
ことを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を詳細
に説明する。
【0018】図1は、本発明の実施の形態にかかる、冷
凍装置用の2段ターボ圧縮機10である。同図に示すよ
うに、羽根車軸11には、1段目の羽根車12と2段目
の羽根車13とが備えられている。モータ14の回転力
は、はすば歯車でなるギヤ15と、はすば歯車でなるピ
ニオン16とで構成された歯車増速機構を介して、羽根
車軸11に伝達されて、羽根車12,13が回転する。
【0019】1段目の羽根車12は、設計点圧力係数が
0.45〜0.55で、且つ、設計点流量係数が0.0
8〜0.11の羽根車である。2段目の羽根車13は、
設計点圧力係数が0.45〜0.55で、且つ、設定点
流量係数が0.055〜0.08の羽根車である。
【0020】圧力係数とは、式(1)で定義される係数
であり、流量係数とは、式(2)で表される係数であ
る。圧力係数と流量係数は、機械設計により設定するこ
とができる。
【0021】
【数1】
【0022】
【数2】
【0023】そして、本実施の形態では、設計点圧力係
数が0.45〜0.55で、且つ、設計点流量係数が
0.08〜0.11の1段目の羽根車12には、図2に
示すように、11枚の羽根12aが備えられている。ま
た設計点圧力係数が0.45〜0.55で、且つ、設計
点流量係数が0.055〜0.08の2段目の羽根車1
3には、図3に示すように、13枚の羽根13aが備え
られている。
【0024】このように、1段目の羽根車12の羽根1
2aの枚数を11枚とし、2段目の羽根車13の羽根1
3aの枚数を13枚とすることにより、羽根車効率を高
めることができた。その根拠を、羽根車の3次元CFD
解析結果を示す、図4,図5を基に説明する。
【0025】図4は、設計点圧力係数が0.45〜0.
55で、且つ、設計点流量係数が0.08〜0.11の
羽根車における、羽根枚数とインペラ効率(羽根車効
率)との関係を解析した結果を示す。この図4から、羽
根枚数を9〜13枚にすると、羽根車効率が向上するこ
とが判明した。
【0026】図5は、設計点圧力係数が0.45〜0.
55で、且つ、設計点流量係数が0.055〜0.08
の羽根車における、羽根枚数とインペラ効率(羽根車効
率)との関係を解析した結果を示す。この図5から、羽
根枚数を10〜14枚にすると、羽根車効率が向上する
ことが判明した。
【0027】図4,図5に示すように、羽根枚数とイン
ペラ効率の関係が、上に凸となるカーブ特性となる理由
は、次のように考えられる。即ち、羽根枚数を少なくし
ていくと、羽根表面摩擦や羽根出口ブロッケージが減少
し効率が向上する。しかし、羽根枚数を少なくしすぎる
と、羽根1枚当りの負荷が大きくなり、ハブからシュラ
ウドへの2次流れが大きくなり損失が増加しインペラ効
率が低下するからである。
【0028】また1段目の羽根車12の羽根車枚数より
も、2段目の羽根車13の羽根枚数を多くして、夫々の
段において、最も羽根車効率が高い羽根枚数としたこと
により、2段ターボ圧縮10全体としての効率を向上さ
せることができる。
【0029】なお、1つの羽根車を備えた単段のターボ
圧縮機においても、設計点圧力係数が0.45〜0.5
5で、且つ、設計点流量係数が0.08〜0.11の羽
根車では、羽根枚数を9〜13枚にし、設計点圧力係数
が0.45〜0.55で、且つ、設計点流量係数が0.
055〜0.08の羽根車では、羽根枚数を10〜14
枚にすると、羽根車効率を向上させることができる。
【0030】なお図6は、羽根車の羽根枚数と設計点流
量係数との関係を、従来技術と本願発明とで対比して示
す特性図である。
【0031】
【発明の効果】以上実施の形態と共に具体的に説明した
ように、本発明では、ターボ圧縮機の羽根車において、
設計点圧力係数が0.45〜0.55の羽根車に対し
て、設計点流量係数が0.08〜0.11の羽根車で
は、羽根車に備えた羽根の枚数を9〜13枚としたり、
設計点圧力係数が0.45〜0.55の羽根車に対し
て、設計点流量係数が0.055〜0.08の羽根車で
は、羽根車に備えた羽根の枚数を10〜14枚とした
り、第1段目の羽根車と第2段目の羽根車を備えた2段
ターボ圧縮機において、設計点圧力係数が0.45〜
0.55の第1段目の羽根車に対して、設計点流量係数
が0.08〜0.11の羽根車では、羽根車に備えた羽
根の枚数を9〜13枚とし、設計点圧力係数が0.45
〜0.55の第2段目の羽根車に対して、設計点流量係
数が0.05〜0.07の羽根車では、羽根車に備えた
羽根の枚数を10〜14枚とした構成にした。
【0032】このように羽根枚数を特定したことによ
り、羽根表面での摩擦損失が低減し、ディフューザ性能
を性能を低下させる羽根車出口でのブロッケージが減少
し、羽根車効率が向上する。
【0033】また本発明では、1段目の羽根車の羽根枚
数に対して、2段目の羽根車の羽根枚数を多くすること
により、ターボ圧縮全体として最も効率の良い羽根枚数
とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態にかかる2段ターボ圧縮機
を示す構成図。
【図2】本発明の実施の形態にかかる2段ターボ圧縮機
の1段目羽根車を示す構成図。
【図3】本発明の実施の形態にかかる2段ターボ圧縮機
の2段目羽根車を示す構成図。
【図4】設計点圧力係数が0.45〜0.55で、且
つ、設計点流量係数が0.08〜0.11の羽根車にお
ける、羽根枚数とインペラ効率(羽根車効率)との関係
を示す特性図。
【図5】設計点圧力係数が0.45〜0.55で、且
つ、設計点流量係数が0.055〜0.08の羽根車に
おける、羽根枚数とインペラ効率(羽根車効率)との関
係を示す特性図。
【図6】羽根車の羽根枚数と設計点流量係数との関係
を、従来技術と本願発明とで対比して示す特性図。
【図7】ターボ圧縮機の羽根車部分を示す構成図。
【符号の説明】
10 2段ターボ圧縮機 11 羽根車軸 12,13 羽根車 12a,13a 羽根 14 モータ 15 ギヤ 16 ピニオン

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ターボ圧縮機の羽根車において、 設計点圧力係数が0.45〜0.55の羽根車に対し
    て、設計点流量係数が0.08〜0.11の羽根車で
    は、羽根車に備えた羽根の枚数を9〜13枚としたこと
    を特徴とするターボ圧縮機。
  2. 【請求項2】 ターボ圧縮機の羽根車において、 設計点圧力係数が0.45〜0.55の羽根車に対し
    て、設計点流量係数が0.055〜0.08の羽根車で
    は、羽根車に備えた羽根の枚数を10〜14枚としたこ
    とを特徴とするターボ圧縮機。
  3. 【請求項3】 第1段目の羽根車と第2段目の羽根車を
    備えた2段ターボ圧縮機において、 設計点圧力係数が0.45〜0.55の第1段目の羽根
    車に対して、設計点流量係数が0.08〜0.11の羽
    根車では、羽根車に備えた羽根の枚数を9〜13枚と
    し、 設計点圧力係数が0.45〜0.55の第2段目の羽根
    車に対して、設計点流量係数が0.055〜0.08の
    羽根車では、羽根車に備えた羽根の枚数を10〜14枚
    としたことを特徴とするターボ圧縮機。
  4. 【請求項4】 請求項3において、1段目の羽根車の羽
    根枚数に対して、2段目の羽根車の羽根枚数を多くした
    ことを特徴とするターボ圧縮機。
JP2001175028A 2001-06-11 2001-06-11 ターボ圧縮機 Withdrawn JP2002364586A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8172525B2 (en) 2008-02-27 2012-05-08 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Centrifugal compressor
KR20190117916A (ko) * 2018-04-09 2019-10-17 주식회사 인지 터보 압축기

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8172525B2 (en) 2008-02-27 2012-05-08 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Centrifugal compressor
KR20190117916A (ko) * 2018-04-09 2019-10-17 주식회사 인지 터보 압축기
KR102036201B1 (ko) * 2018-04-09 2019-10-24 주식회사 인지 터보 압축기

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Date Code Title Description
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20080902