JP2004197738A - 遠心圧縮機用改良型ディフューザ - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、遠心圧縮機用の改良型ディフューザに関する。
【解決手段】 ブレード（１２）を有する翼配列を備える遠心圧縮機用改良型ディフューザ（１０）。 翼配列の偏向βすなわちブレード（１２）の吸入口における接線に対するブレード（１２）の吐出口における接線の変位角が、極値を含む角度０°から角度１０°の間にあり、また、前記翼配列の吸入口縁部Ｄｐｉｎの直径と前記遠心圧縮機のインペラの外径Ｄ２との比率が、極値を含む１.０４から１.１４の間にある。
【選択図】 図１

Description

本発明は、遠心圧縮機用の改良されたディフューザに関する。

周知のように、遠心圧縮機は、１つ又は複数のロータもしくはインペラを用いて、流体に対して圧力の変更に必要なエネルギーを与えることにより、流体を受け入れた圧力よりも大きい圧力で圧縮流体を戻す機械である。

各ロータは、ロータの中心に向かって集中する一定数の通路を形成するように半径方向に配置された一定数のブレードを備える。

高圧遠心圧縮機において、インペラは、内側ケース、ディフューザ及びダイヤフラムを備えるステータ内で回転する。

遠心圧縮機の性能の観点からすると、考慮すべき２つの主要な態様、すなわちポリトロープ出力（特に設計の観点から）及び作動領域がある。

特に高圧機械の分野においてとりわけ重大な現象は、ディフューザの回転失速現象である。

周知のように、機械により生成される流速が減速されると、ガスは（接線方向に対して）次第に小さな角度でディフューザに入る傾向がある。この角度が最小値に達すると、ディフューザは回転失速の状態となる。

この状態は、低周波数の圧力パルス（パルス周波数と回転周波数との比率は通常０.１から０.２の間にある）の発生により特徴付けられる。パルスの強度は、ガスの濃度、従ってディフューザ内部のガスの圧力に正比例する。

次に、高圧の機械では実際にこれらの振動力がシャフトに等しく激しい振動をもたらす程度にまでこれらのパルスが特に強くなる傾向があり、これにより機械自体の使用が妨げられることは、明白に理解され得るであろう。

従って、この現象の存在は、特定の領域の（低流速の）作動状態に対してのみ機械の使用に制限を生じさせる。

この現象を緩和するために、すなわち換言すれば契約上の作動領域外の回転失速をずらすために用いられる解決策は、通常ディフューザ内へのガス通路の開口を縮小することからなる。

機械により生成される同じ流速に対し、この方法は従って、ディフューザ内のガスの角度を増大させ、従って現象発生の臨界状態を回避する効果をもたらす。

しかしながら、ディフューザ内への通路の開口の縮小は、関連する段、及び機械の効率に重大な影響を与える。実際には、問題を解決するために通常要求され、かつ必要とされ、また例えば、インペラの開口の３０％とすることができる開口の制限では、段の出力の５％が低下する可能性がある。

従って、本発明の目的は、前述の欠点を排除すること、具体的には、縮小された通路を有する開口を備えて、しかも既知の技術に基づくディフューザによって得ることができる性能より更に優れた高レベルの段性能を維持しながら、契約上の作動領域外の回転失速現象を排除することを可能にする遠心圧縮機用改良型ディフューザを提供することである。

本発明の別の目的は、機械の作動領域が増大した遠心圧縮機用改良型ディフューザを提供することである。

本発明の別の目的は、特に信頼性のある、機能的な、かつ比較的低コストの遠心圧縮機用改良型ディフューザを提供することである。

本発明によるこれらの目的及びその他は、請求項１に記載する遠心圧縮機用改良型ディフューザを提供することにより達成される。

遠心圧縮機用改良型ディフューザの更なる特徴は、後続の各請求項に示されている。

本発明による遠心圧縮機用改良型ディフューザの特徴及び利点は、添付の概略図を参照して、限定ではない実施例により与えられる以下の説明からより明瞭かつ明白になるであろう。

図１Ａ及び図１Ｂを最初に参照すると、全体を１０で示す遠心圧縮機用の改良型ディフューザが示されている。

本発明による図示された実施例において、ディフューザ１０はブレード１２を有する実質的な翼配列を備える。

ブレード１２の構成を特定する目的で、図１Ａ及び図１Ｂに示す以下の変数が導入される。
Ｄ２ すなわち遠心圧縮機のインペラの外径
Ｄｐｉｎ すなわち翼配列の吸入口縁部の直径
Ｄｐｏｕｔ すなわち翼配列の吐出口縁部の直径
β すなわち翼配列の偏向、換言すれば、ブレード１２自体の吸入口における接線に対する、ブレード１２の吐出口における接線の変位角度
ｐ すなわちディフューザの翼配列ピッチ、つまり、

ここで、Ｚはブレード１２の数である。
ｃ すなわち翼弦としても知られるブレード１２の長さ
他の重要な変数は以下のとおりである。
ｂ２ すなわちインペラの吐出口幅
ｂ３ すなわちディフューザの幅
ｓ すなわちｐとｃ、換言すればディフューザの翼配列ピッチとブレード１２の翼弦との比率により得られるブレード１２の強度。

次に、上述の変数を、ブレード１２の吸入口及び吐出口縁部の位置決め、ブレード１２の強度、及び翼配列の偏向βに関して具体的に引用して良好に作動するための数値間隔で示す。

ブレード１２の位置決めは、インペラの外径Ｄ２を参照して以下の比率のうちの１つ又は両方により得られる。
（Ｄｐｉｎ）／Ｄ２ 極値を含む１.０４から１.１４の間
（Ｄｐｏｕｔ）／Ｄ２ 極値を含む１.２５から１.３５の間
翼配列の最適偏向βは、極値を含む角度０°から角度１０°の間にある。

ブレード１２の強度は低い値を有し、最適な構成は、極値を含む０.５から１の間の値に定められている。

好ましい利用領域は、０.０３以下の流れ係数を有する遠心圧縮機の段にある。

有利なことには、ブレード１２の設計は、いわゆるＣＦＤ、すなわち計算流体力学法（換言すれば流体力学計算法）、及び実験的方法論の両方により最適化することができる。

本発明による改良型ディフューザによれば、ディフューザ面積のどのような追加の縮小も行う必要はない。

実験により、縮小されていない通路開口を有する自由渦ディフューザの既知の構成と比較して、大幅な性能向上（最大５パーセンタイル点）の達成が可能であることが示されている。

また、遠心圧縮機の作動領域にかなりの増加があり、達成された回転失速限界は、縮小された開口（インペラの吐出開口の３０％）を有する自由渦ディフューザの回転失速限界とほぼ一致することも見い出されている。

本発明による遠心圧縮機用改良型ディフューザに特に好適な用途は、再噴射用の遠心圧縮機の送出ディフューザにおける用途である。

記述された説明は、本発明による遠心圧縮機用の改良型ディフューザの特徴を明らかにし、更にその利点をも明らかにする。

ここで、前記利点を更に明瞭かつ正確に定義するために、以下に結論及びコメントを述べる。

まず、改良型ディフューザ１０は、縮小されていない通路開口を有する既知の技術に基づくディフューザにより得ることができる性能よりも実際には優れた高レベルの段性能を一方で維持しながら、契約上の作動領域外の回転失速現象を排除することを可能にすることが分かっている。

更に、本発明によるディフューザにより、遠心圧縮機の作動領域が増大することが分かっている。

また更に、本発明の遠心圧縮機用改良型ディフューザは、特に信頼性がありかつ得られる利点と比較して比較的コストが低いことが分かっている。

最後に、全てが本発明の範囲内に含まれる多くの修正及び変形をこのようにして設計された遠心圧縮機用改良型ディフューザに対して行うことができ、更に、全ての詳細部を技術的に等価の要素と置き換え可能であることは明らかである。実施においては、技術的要件により任意の材料、形状及び寸法を用いることが可能である。

なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。

図１Ａは、ブレードの中間線が描かれた翼配列を示す、本発明による遠心圧縮機用改良型ディフューザの一部の図。図１Ｂは、図１Ａによるインペラ及びディフューザ組立体の一部の側立面図。 図１Ａの翼配列のブレードの正面立面図。

符号の説明

１０ 改良型ディフューザ
１２ ブレード
β 翼配列の偏向
ｃ ブレードの長さ
ｐ ディフューザの翼配列ピッチ

Claims (10)

1. ブレード（１２）を有する翼配列を備えることを特徴とする遠心圧縮機用改良型ディフューザ（１０）。
2. 前記翼配列は、極値を含む０.５から１の間にある前記ブレード（１２）の強度ｓを有し、該強度ｓが、前記翼配列のピッチｐと前記ブレード（１２）の翼弦ｃとの比率により得られ、前記ピッチｐが比率
   

   

   により得られ、
   ここでＺは前記ブレード（１２）の数であり、Ｄｐｉｎは前記翼配列の吸入口縁部の直径であることを特徴とする請求項１に記載の改良型ディフューザ（１０）。
3. 前記ブレード（１２）の吸入口における接線に対する前記ブレード（１２）の吐出口における接線の変位角が、極値を含む角度０°から角度１０°の間にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の改良型ディフューザ（１０）。
4. 前記翼配列の吸入口縁部の直径（Ｄｐｉｎ）と前記遠心圧縮機のインペラの外径Ｄ２との比率が、極値を含む１.０４から１.１４の間にあることを特徴とする請求項１又は２もしくは３に記載の改良型ディフューザ（１０）。
5. 前記翼配列の吐出口縁部の直径（Ｄｐｏｕｔ）と前記遠心圧縮機のインペラの外径Ｄ２との比率が、極値を含む１.２５から１.３５の間にあることを特徴とする請求項１又は２もしくは３或いは４に記載の改良型ディフューザ（１０）。
6. ０.０３以下の流れ係数を有する遠心圧縮機の段に用いられることを特徴とする請求項１又は２もしくは３或いは４又は５に記載の改良型ディフューザ（１０）。
7. 前記ブレード（１２）の設計が、計算流体力学法により最適化されることを特徴とする請求項１に記載の改良型ディフューザ（１０）。
8. 前記ブレード（１２）の設計が、実験的方法論により最適化されることを特徴とする請求項１に記載の改良型ディフューザ（１０）。
9. 再噴射のための遠心圧縮機の送出に用いられることを特徴とする請求項１に記載の改良型ディフューザ（１０）。
10. 詳細に説明され例示されたような特定された目的のための遠心圧縮機用改良型ディフューザ（１０）。
    
    

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