JP2007177737A - Centrifugal compressor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、石油化学や天然ガスのプラント等に用いられるベーンレスディフューザを備えた遠心圧縮機に係り、特に、遠心圧縮機における旋回失速の防止技術に関する。 The present invention relates to a centrifugal compressor provided with a vaneless diffuser used in a petrochemical or natural gas plant, and more particularly to a technique for preventing a rotating stall in the centrifugal compressor.
従来より、ハウジング内にインペラを回転可能に支持し、このインペラが回転することによりハウジングの流体入口から空気やガス等の流体を吸引して遠心力を与え、その運動エネルギをディフューザ及びスクロール部で圧力エネルギに変換して送り出すように構成された遠心圧縮機が知られている。
上述した遠心圧縮機には、たとえば石油化学や天然ガスプラント等に用いられる高圧の産業用遠心圧縮機がある。このような遠心圧縮機においては、クローズドインペラを使用するとともに、ベーンレスディフューザが標準的な構成要素として採用されている。図5は、従来のベーンレスディフューザ部を示す断面図であり、図中の符号1は遠心圧縮機の回転軸、2は回転軸1と一体に回転するクローズドインペラ、3は遠心力を与えた流体の流路となるベーンレスディフューザ、4はラビリンスシール、5はインペラシュラウドである。
Conventionally, an impeller is rotatably supported in a housing, and when the impeller rotates, a fluid such as air or gas is sucked from a fluid inlet of the housing to give a centrifugal force, and the kinetic energy is applied to the diffuser and the scroll unit. Centrifugal compressors are known that are configured to be converted into pressure energy and sent out.
Examples of the above-described centrifugal compressor include a high-pressure industrial centrifugal compressor used in, for example, petrochemical and natural gas plants. In such a centrifugal compressor, a closed impeller is used and a vaneless diffuser is adopted as a standard component. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a conventional vaneless diffuser section. In FIG. 5,
また、羽根つきディフューザのベーン形状や取付構造などを変えずに流量特性を改善するため、ディフューザのスロート部にバイパス孔を形成し、このバイパス孔と、圧縮機吸込側の低圧部であるインペラの外周に対向する入口部とを連通するバイパス通路を設けることが提案されている。なお、この提案のバイパス孔は、羽根つき可変ディフューザを備えた遠心圧縮機だけでなく、固定羽根つきディフューザや羽根なしディフューザの場合にも同様に適用可能とされる。(たとえば、特許文献1参照)
ところで、上述した高圧の産業用遠心圧縮機においては、ベーンレスディフューザ部における旋回失速の問題を有している。この旋回失速は、たとえば図6に示すように、遠心圧縮機をq1以下の低流量域で運転した場合に発生することが知られている。なお、この場合の流量q1は遠心圧縮機における旋回失速発生点となり、低流量域の流量範囲W1が旋回失速発生領域となる。
このような旋回失速は、回転軸1の軸振動、及び遠心圧縮機の圧縮流体出口に接続される吐出配管(不図示)の振動を増大させる原因となるため好ましくない。
By the way, the high-pressure industrial centrifugal compressor described above has a problem of rotational stall in the vaneless diffuser section. For example, as shown in FIG. 6, this rotating stall is known to occur when the centrifugal compressor is operated in a low flow rate region of q1 or less. In this case, the flow rate q1 is a turning stall generation point in the centrifugal compressor, and a flow rate range W1 in a low flow rate region is a turning stall generation region.
Such a rotating stall is not preferable because it causes the shaft vibration of the
従って、旋回失速が発生する低流量域(W1)を最小限に狭めることにより、換言すれば旋回失速点の流量q1をより低流量側に移動させることにより、旋回失速を発生することなく安定した運転が可能となる流量範囲を広げた遠心圧縮機の開発が望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、旋回失速を発生することなく安定した運転が可能になる流量範囲の広い遠心圧縮機を提供することにある。
Therefore, the flow rate q1 at the turning stall point is moved to the lower flow rate side by narrowing the low flow rate region (W1) where the turning stall occurs to a minimum, and thus stable without causing the turning stall. It is desirable to develop a centrifugal compressor with an expanded flow range that allows operation.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a centrifugal compressor having a wide flow rate range capable of stable operation without causing a rotating stall. .
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る遠心圧縮機は、クローズドインペラを使用するとともにベーンレスディフューザを備えている遠心圧縮機において、
前記ベーンレスディフューザのインペラシュラウド側となる周方向側壁に設けた入口孔と、インペラシュラウドのディスク入口部に配設されたラビリンスシール直後に設けた出口孔との間を接続する連通孔を設け、前記入口孔の開口中心位置Dhが、前記クローズドインペラの外径Diを基準にして、1.1〜1.3倍(Dh=1.1Di〜1.3Di)の範囲に設定されていることを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
A centrifugal compressor according to the present invention uses a closed impeller and includes a vaneless diffuser.
A communication hole is provided to connect between an inlet hole provided in a circumferential side wall on the impeller shroud side of the vaneless diffuser and an outlet hole provided immediately after a labyrinth seal provided in a disk inlet portion of the impeller shroud, The opening center position Dh of the inlet hole is set to a range of 1.1 to 1.3 times (Dh = 1.1 Di to 1.3 Di) with reference to the outer diameter Di of the closed impeller. It is a feature.
このような遠心圧縮機によれば、ベーンレスディフューザのインペラシュラウド側となる周方向側壁に設けた入口孔と、インペラシュラウドのディスク入口部に配設されたラビリンスシール直後に設けた出口孔との間を接続する連通孔を設け、入口孔の開口中心位置Dhが、クローズドインペラの外径Diを基準にして、旋回失速を発生し始める半径位置とされる1.1〜1.3倍の範囲に設定されているので、入口孔周辺の静圧を低下させて周方向の圧力分布を不均一にすることができる。この場合、入口孔を一箇所とすれば、遠心圧縮機の効率を最小限に抑えることができる。 According to such a centrifugal compressor, the inlet hole provided in the circumferential side wall on the impeller shroud side of the vaneless diffuser and the outlet hole provided immediately after the labyrinth seal provided in the disk inlet portion of the impeller shroud. A range of 1.1 to 1.3 times in which a communication hole is provided to connect the openings, and the opening center position Dh of the inlet hole is a radial position at which a turning stall starts to occur on the basis of the outer diameter Di of the closed impeller Therefore, the static pressure around the inlet hole can be reduced to make the circumferential pressure distribution non-uniform. In this case, if there is only one inlet hole, the efficiency of the centrifugal compressor can be minimized.
上記の遠心圧縮機において、前記出口孔は、前記連通孔をインペラ回転方向と逆向きに傾斜させて開口していることが好ましく、これにより、ラビリンスに流入する流れの旋回流を緩和することができる。
また、上記の遠心圧縮機において、前記入口孔を周方向に複数設けることが好ましく、これにより、周方向の圧力分布をより一層不均一にすることができる。
In the above centrifugal compressor, it is preferable that the outlet hole is opened by inclining the communication hole in the direction opposite to the impeller rotation direction, thereby reducing the swirling flow of the flow flowing into the labyrinth. it can.
In the above centrifugal compressor, it is preferable to provide a plurality of the inlet holes in the circumferential direction, whereby the circumferential pressure distribution can be made even more uneven.
上述した本発明によれば、入口孔周辺の静圧を低下させて周方向の圧力分布を不均一にするので、失速域(失速セル)の旋回を妨げることで旋回失速が生じにくくなる。この結果、旋回失速を発生する低流量値(旋回失速発生点)を引き下げ、安定した運転が可能となる流量範囲を広げることができる。このような旋回失速の防止効果は、入口孔の数を周方向にますことでより一層顕著になる。 According to the present invention described above, the static pressure around the inlet hole is reduced to make the circumferential pressure distribution non-uniform, so that the turning stall is less likely to occur by preventing the turning in the stalled area (stall cell). As a result, the low flow rate value (turning stall occurrence point) that generates the turning stall can be lowered, and the flow range in which stable operation is possible can be expanded. Such an effect of preventing the rotation stall becomes more remarkable by increasing the number of inlet holes in the circumferential direction.
また、出口孔にインペラ回転方向と逆向きの傾斜を設けることで、ラビリンスに流入する流れの旋回流を緩和して不安低振動を低減するスワールキャンセラーの効果を得ることができる。
従って、旋回失速を発生する旋回失速発生点(流量値)がより低流量側となり、旋回失速が発生する心配のない安定した運転が可能となる流量範囲を広げた遠心圧縮機を提供するという顕著な効果が得られる。
Further, by providing the outlet hole with an inclination opposite to the impeller rotation direction, it is possible to obtain the effect of a swirl canceller that relaxes the swirling flow of the flow flowing into the labyrinth and reduces anxiety and low vibration.
Accordingly, a centrifugal compressor having a wide flow rate range in which a stable operation can be performed without fear of the occurrence of a turning stall is realized by providing a turning stall occurrence point (flow rate value) that generates a turning stall at a lower flow rate side. Effects can be obtained.
以下、本発明に係る遠心圧縮機の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、遠心圧縮機のベーンレスディフューザ部を示す断面図である。この遠心圧縮機は、石油化学や天然ガスプラント等に用いられる高圧の産業用であり、図示しないシュラウド付きのクローズドインペラ2を使用するとともに、ベーンレスディフューザ3を備えた構成とされる。
クローズドインペラ2は、ケーシングに支持されている回転軸1から周方向へ突出して取付けられ、図示しない駆動源から駆動力を得る回転軸1と一体に回転する。クローズドインペラ2が回転すると、ハウジングの流体入口(不図示)から空気やガス等の流体を吸引し、この流体に遠心力を与えてベーンレスディフューザ3に送出する。
Hereinafter, one embodiment of a centrifugal compressor concerning the present invention is described based on a drawing.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a vaneless diffuser portion of a centrifugal compressor. This centrifugal compressor is for high-pressure industrial use used in petrochemical, natural gas plants, etc., and uses a closed
The closed
ベーンレスディフューザ3は、クローズドインペラ2が回転する空間に連結され、クローズドインペラ2により遠心力を与えられた流体の運動エネルギを圧力エネルギに変換して送り出す流路である。なお、ベーンレスディフューザ3の下流側は、ケーシングの流体出口(不図示)に連通している。
また、図中の符号4はラビリンスシールであり、クローズドインペラ2とインペラシュラウド5のディスク入口部5a(図2参照)との間に形成される隙間から流体が漏出するのを防止する目的で取付けられている。
The
このように、クローズドインペラ2を使用するとともにベーンレスディフューザ3を備えている遠心圧縮機には、ベーンレスディフューザ3のインペラシュラウド5側となる周方向側壁3aに設けた入口孔11と、インペラシュラウド5のディスク入口部5aに配設されたラビリンスシール4の直後に設けた出口孔12との間を接続する連通孔10が設けられている。なお、図1に示す構成例では、遠心圧縮機の効率低下を抑制するため、入口孔11は一箇所とされる。
このような連通孔10を設けることにより、高圧側の入口孔11から低圧側の出口孔12へ流体の一部が流出するため、入口孔11の周辺では静圧が低下する。この結果、ベーンレスディフューザ3の周方向側壁3aでは、回転軸1と交差する周方向の圧力分布が不均一になる。
Thus, the centrifugal compressor that uses the closed
By providing such a
上述した入口孔11の開口中心位置Dhは、クローズドインペラ2の外径Diを基準にして、1.1〜1.3倍(Dh=1.1Di〜1.3Di)の範囲に設定する。これは、旋回失速の開始位置及び圧力変動の大きい位置が、クローズドインペラ2の外径Diを基準にして1.1〜1.3倍(Dh=1.1Di〜1.3Di)の範囲にあるという知見を得たことに基づいている。
すなわち、入口孔11は、クローズドインペラ2の先端部が回転する軌跡の直径を外径Diとすれば、この外径Diより周方向の外側となるベーンレスディフューザ3の周方向側壁3aに設けられ、その開口中心は、回転軸1を中心とする直径Dhの仮想円上に位置している。
The opening center position Dh of the
That is, the
このような構成の遠心圧縮機とすれば、ベーンディフューザ3内で旋回失速が発生し始める周方向の領域(Dh=1.1Di〜1.3Di)に入口孔11を開口させたことにより、周方向の圧力分布を不均一にして失速域(失速セル)の旋回を妨げることができるので、旋回失速は発生しにくくなる。この結果、図3に示すように、旋回失速発生点の流量をq2(q2<q1)まで低下させることができるので、旋回失速が発生する低流量域の流量範囲(旋回失速発生領域)W2が従来のW1より狭まり、安定した運転を可能にする流量範囲が広がることとなる。
また、上述した入口孔11は、周方向に複数開口させて連通孔10と接続することにより、旋回失速の防止効果をより一層増すことができる。
In the centrifugal compressor having such a configuration, the
In addition, a plurality of the
ところで、上述した実施形態の出口孔12は、図2に示すように、回転軸1と直交する方向にまっすぐ伸びる連通孔10から開口しているが、図4に示す変形例のように、インペラ回転方向と逆向きの傾斜を設けた出口孔12Aとしてもよい。この出口孔12Aは、インペラ回転方向と逆向き(図示の例では反時計回り)に傾斜させた傾斜通路13を備えた連通孔10Aから開口しており、従って、入口孔11から流入した高圧流体は、傾斜通路13先端の出口孔12から、出口孔12に向かって回転してくるクローズドインペラ2の方向へ向けて流出することとなる。すなわち、入口孔11から流入した高圧流体は、ラビリンス4に流入する流れの旋回流を打ち消す方向に傾斜しているので、ラビリンス4に流入する旋回流を緩和して不安低振動を低減するというスワールキャンセラーの効果を得ることができる。
By the way, although the
このように、本発明の遠心圧縮機によれば、旋回失速を発生する旋回失速発生点(流量値)をより低流量側へ移動させることができるので、旋回失速を発生する心配のない安定した運転が可能となる流量範囲を広げることができる。従って、旋回失速に起因する回転軸1の軸振動、及び遠心圧縮機の圧縮流体出口に接続される吐出配管(不図示)の振動を増大させる原因が解消され、遠心圧縮機及びこれを使用する装置の信頼性や耐久性を向上させることができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
As described above, according to the centrifugal compressor of the present invention, the turning stall generation point (flow rate value) that generates the turning stall can be moved to the lower flow rate side, so that there is no fear of causing the turning stall. The range of flow rate that can be operated can be widened. Therefore, the cause of increasing the shaft vibration of the
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably.
1 回転軸
2 クローズドインペラ
3 ベーンレスディフューザ
4 ラビリンスシール
10,10A 連通孔
11 入口孔
12,12A 出口孔
13 傾斜通路
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ベーンレスディフューザのインペラシュラウド側となる周方向側壁に設けた入口孔と、インペラシュラウドのディスク入口部に配設されたラビリンスシール直後に設けた出口孔との間を接続する連通孔を設け、
前記入口孔の開口中心位置Dhが、前記クローズドインペラの外径Diを基準にして、1.1〜1.3倍(Dh=1.1Di〜1.3Di)の範囲に設定されていることを特徴とする遠心圧縮機。 In a centrifugal compressor that uses a closed impeller and has a vaneless diffuser,
A communication hole is provided to connect between an inlet hole provided in a circumferential side wall on the impeller shroud side of the vaneless diffuser and an outlet hole provided immediately after a labyrinth seal provided in a disk inlet portion of the impeller shroud,
The opening center position Dh of the inlet hole is set to a range of 1.1 to 1.3 times (Dh = 1.1 Di to 1.3 Di) with reference to the outer diameter Di of the closed impeller. Features centrifugal compressor.
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