JP2009019563A - Diffuser structure of centrifugal compressor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、遠心圧縮機のディフューザ構造に関するものである。 The present invention relates to a diffuser structure for a centrifugal compressor.
一般に、遠心圧縮機は、産業用ガス圧縮装置、ターボチャージャやジェットエンジン等に広く用いられている。 In general, centrifugal compressors are widely used in industrial gas compressors, turbochargers, jet engines, and the like.
図7は従来における遠心圧縮機の一例を示す概要断面図であって、該遠心圧縮機は、ハウジング1内に、インペラディスク2aに複数のインペラブレード2bを配設してなるインペラ2をロータ軸3を中心として回転自在に設けると共に、前記インペラ2のインペラディスク2a背面に位置して該インペラ2の外径よりも大きく形成され且つハウジング1との間で圧縮空気の減速を行うディフューザ部4を形成するシールプレート5を設け、該ディフューザ部4を形成するシールプレート5の外周部に、円環部材6に圧縮空気を減速及び整流するための複数の翼部材7を配設してなるディフューザ部材8を図示していない皿ネジ等によって取り付けてなる構成を有している。
FIG. 7 is a schematic sectional view showing an example of a conventional centrifugal compressor. In the centrifugal compressor, an
図7に示される遠心圧縮機においては、ロータ軸3によりインペラ2が高速で回転駆動され、空気の圧縮が行われ、圧縮空気が前記ディフューザ部材8の翼部材7により減速及び整流されて吐出されるようになっている。
In the centrifugal compressor shown in FIG. 7, the
尚、遠心圧縮機のディフューザ構造の一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献1がある。
しかしながら、前述の如き従来の遠心圧縮機では、前記ディフューザ部材8の翼部材7は、シールプレート5側から張り出す片持梁のような構造となっているため、固有振動数が低く、特に、流量の大きな遠心圧縮機では、前記翼部材7の張出し長さも長くなり、インペラ2通過による圧縮空気の励振周波数と前記翼部材7の固有振動数とが一致して該翼部材7が共振し、運転時の振動や騒音の原因になると共に、前記翼部材7自体の強度に影響を及ぼす虞があった。
However, in the conventional centrifugal compressor as described above, since the
本発明は、斯かる実情に鑑み、翼部材の固有振動数を大きくすることができ、インペラ通過による圧縮空気の励振周波数と前記翼部材の固有振動数との一致を避けて該翼部材の共振を防止し得、運転時の振動や騒音の発生を抑制し且つ前記翼部材自体への悪影響をも回避し得る遠心圧縮機のディフューザ構造を提供しようとするものである。 In view of such circumstances, the present invention can increase the natural frequency of the wing member, and avoid the coincidence between the excitation frequency of the compressed air caused by the impeller passage and the natural frequency of the wing member. Therefore, it is an object of the present invention to provide a diffuser structure for a centrifugal compressor that can prevent the occurrence of vibration and noise during operation and can also avoid adverse effects on the blade member itself.
本発明は、インペラの背面に位置して該インペラの外径よりも大きく形成され且つハウジングとの間で圧縮空気の減速を行うディフューザ部を形成するシールプレートを備え、前記ディフューザ部に、圧縮空気を減速及び整流するための複数の翼部材を配設してなる遠心圧縮機のディフューザ構造において、
前記翼部材を、ハウジング側から張り出すハウジング側片持翼と、該ハウジング側片持翼に対向配置されるようシールプレート側から張り出すシールプレート側片持翼とから構成したことを特徴とする遠心圧縮機のディフューザ構造にかかるものである。
The present invention includes a seal plate that is located on the back surface of the impeller and is formed larger than the outer diameter of the impeller and that forms a diffuser portion that decelerates the compressed air between the housing and the compressed air. In a diffuser structure of a centrifugal compressor in which a plurality of wing members for decelerating and rectifying are disposed,
The wing member is composed of a housing-side cantilever wing projecting from the housing side, and a seal plate-side cantilever wing projecting from the seal plate side so as to be opposed to the housing-side cantilever wing. The present invention relates to a diffuser structure of a centrifugal compressor.
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。 According to the above means, the following operation can be obtained.
前述の如く、翼部材を、ハウジング側から張り出すハウジング側片持翼と、該ハウジング側片持翼に対向配置されるようシールプレート側から張り出すシールプレート側片持翼とから構成すると、翼部材としてのハウジング側片持翼とシールプレート側片持翼はいずれも片持梁のような構造となっているが、ハウジング側片持翼の張出し長さとシールプレート側片持翼の張出し長さとがそれぞれ短くなることから、インペラ通過による圧縮空気の励振周波数と前記ハウジング側片持翼及びシールプレート側片持翼の固有振動数とが一致せず該ハウジング側片持翼及びシールプレート側片持翼が共振しなくなり、運転時の振動や騒音が発生しにくくなると共に、前記ハウジング側片持翼及びシールプレート側片持翼からなる翼部材自体の強度に影響を及ぼす心配がなくなる。 As described above, when the wing member is composed of the housing-side cantilever wing projecting from the housing side and the seal plate-side cantilever wing projecting from the seal plate side so as to be opposed to the housing-side cantilever wing, Both the cantilever blade on the housing side and the cantilever blade on the seal plate as a member have a structure like a cantilever, but the overhang length of the cantilever blade on the housing side and the overhang length of the cantilever blade on the seal plate side Therefore, the excitation frequency of the compressed air due to the impeller passage does not match the natural frequency of the cantilever blade on the housing side and the cantilever blade on the seal plate side, and the cantilever blade on the housing side and the cantilever side on the seal plate side The blades do not resonate and vibration and noise during operation are less likely to occur, and the strength of the blade member itself composed of the housing side cantilever blade and the seal plate side cantilever blade is increased. Worry on the sound is eliminated.
前記遠心圧縮機のディフューザ構造においては、前記ハウジング側片持翼の先端部とシールプレート側片持翼の先端部とにそれぞれ、互いに重なり合うオーバーラップ部を形成することができる。 In the diffuser structure of the centrifugal compressor, an overlap portion can be formed on the tip portion of the housing side cantilever blade and the tip portion of the seal plate side cantilever blade.
この場合、前記オーバーラップ部を、テーパ面が互いに対向する楔形状とすることができる。 In this case, the overlap portion can be formed in a wedge shape with tapered surfaces facing each other.
又、前記オーバーラップ部を、切欠部が互いに嵌合するように対向する段付形状とすることもできる。 In addition, the overlap portion may have a stepped shape facing each other so that the notch portions are fitted to each other.
本発明の遠心圧縮機のディフューザ構造によれば、翼部材の固有振動数を大きくすることができ、インペラ通過による圧縮空気の励振周波数と前記翼部材の固有振動数との一致を避けて該翼部材の共振を防止し得、運転時の振動や騒音の発生を抑制し且つ前記翼部材自体への悪影響をも回避し得るという優れた効果を奏し得る。 According to the diffuser structure of the centrifugal compressor of the present invention, it is possible to increase the natural frequency of the blade member, avoiding coincidence between the excitation frequency of the compressed air caused by the impeller passage and the natural frequency of the blade member. The resonance of the member can be prevented, and the excellent effects of suppressing the generation of vibration and noise during operation and avoiding the adverse effect on the blade member itself can be obtained.
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1及び図2は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図7と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図7に示す従来のものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図1及び図2に示す如く、ディフューザ部材8の翼部材7を、ハウジング1側から張り出すハウジング側片持翼7aと、該ハウジング側片持翼7aに対向配置されるようシールプレート5側から張り出すシールプレート側片持翼7bとから構成した点にある。
1 and 2 show an example of an embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 7 denote the same components, and the basic configuration is the conventional configuration shown in FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the feature of the illustrated example is that the
本図示例の場合、前記シールプレート側片持翼7bは、従来のディフューザ部材8の翼部材7(図7参照)と同様、ディフューザ部4を形成するシールプレート5の外周部に埋め込まれるように取り付けられる円環部材6に配設すると共に、前記ハウジング側片持翼7aは、前記円環部材6と対向するハウジング1の位置に埋め込まれるように取り付けられる円環部材6´に配設し、前記ハウジング側片持翼7aの先端部とシールプレート側片持翼7bの先端部は、図2に示す如く、突き合わせるようにしてある。尚、このときにできる隙間cは、極力小さくすることが望ましい。
In the case of the illustrated example, the seal plate
次に、上記図示例の作用を説明する。 Next, the operation of the illustrated example will be described.
前述の如く、翼部材7を、ハウジング1側から張り出すハウジング側片持翼7aと、該ハウジング側片持翼7aに対向配置されるようシールプレート5側から張り出すシールプレート側片持翼7bとから構成すると、翼部材7としてのハウジング側片持翼7aとシールプレート側片持翼7bはいずれも片持梁のような構造となっているが、ハウジング側片持翼7aの張出し長さとシールプレート側片持翼7bの張出し長さとがそれぞれ短くなることから、インペラ通過による圧縮空気の励振周波数と前記ハウジング側片持翼7a及びシールプレート側片持翼7bの固有振動数とが一致せず該ハウジング側片持翼7a及びシールプレート側片持翼7bが共振しなくなり、運転時の振動や騒音が発生しにくくなると共に、前記ハウジング側片持翼7a及びシールプレート側片持翼7bからなる翼部材7自体の強度に影響を及ぼす心配がなくなる。
As described above, the
ここで、前記翼部材7(ハウジング側片持翼7a、シールプレート側片持翼7b)を、図2に示す如く、高さb、張出し長さl、厚さtのまっすぐな一様断面の片持梁として考えた場合、その固有振動数frは、
I:断面二次モーメント[m4]
A:断面積[m2]
ρ:密度[kg/m3]
λr:振動モードによって定まる無次元係数
という式で表され、故に
I: Sectional moment of inertia [m 4 ]
A: Cross-sectional area [m 2 ]
ρ: Density [kg / m 3 ]
λ r : Expressed by the equation of dimensionless coefficient determined by the vibration mode.
一方、幅Wのディフューザ部4における流路中央部には隙間cができる形となるが、該隙間cが前記幅Wのおよそ1%程度以下であれば、前記隙間cからの圧縮空気の漏れによる圧力損失は遠心圧縮機の性能を大きく低下させることはない。尚、前記幅Wが20[mm]程度の遠心圧縮機の場合、前記隙間cはおよそ0.1[mm]程度に設定することが可能である。又、図4に示す如く、遠心圧縮機の中心軸からその半径方向へ延ばした任意の基準線をベースとして、該基準線と、翼部材7の基端を通る円との交点からの圧縮空気の流れの向きを、翼部材7に対する圧縮空気の流入角θとした場合、該圧縮空気の流入角θに対する損失係数は、流路中央部に隙間cができる本発明の翼部材7(図4に示す線図における実線参照)と、従来の翼部材7(図4に示す線図における破線参照)とでほとんど変化しないことが数値シミュレーションでも明らかとなっている。
On the other hand, a gap c is formed at the center of the flow path in the
因みに、[数2]式より、前記翼部材7の厚さtを厚くしても固有振動数frを大きくすることは可能であるが、前記翼部材7の厚さtを厚くすると、圧縮空気の抵抗が増え、効率低下につながり、性能上不利となるため、好ましくない。又、前記翼部材7を片持ではなく両端固定とすれば、厚さtを厚くせずに固有振動数frを大きくすることは可能であるが、前記翼部材7を両端固定とするのは、製作が困難でコストアップにつながり、やはり好ましくない。
Incidentally, from the [Expression 2] where, if the is also to increase the thickness t of the
こうして、翼部材7の固有振動数を大きくすることができ、インペラ2通過による圧縮空気の励振周波数と前記翼部材7の固有振動数との一致を避けて該翼部材7の共振を防止し得、運転時の振動や騒音の発生を抑制し且つ前記翼部材7自体の強度への影響をも回避し得る。
Thus, the natural frequency of the
図5は本発明を実施する形態の一例におけるハウジング側片持翼7aとシールプレート側片持翼7bとの対向部分の変形例を示す断面図であって、図5中、図1及び図2と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図1及び図2に示すものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図5に示す如く、前記ハウジング側片持翼7aの先端部とシールプレート側片持翼7bの先端部とにそれぞれ、互いに重なり合うオーバーラップ部9を形成し、該オーバーラップ部9を、テーパ面10が互いに対向する楔形状とした点にある。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a modification of the facing portion of the housing-
図5に示す如く、前記ハウジング側片持翼7aの先端部とシールプレート側片持翼7bの先端部とにそれぞれ、互いに重なり合うオーバーラップ部9を形成すると、前記ハウジング側片持翼7aとシールプレート側片持翼7bの対向部分における隙間からの圧縮空気の漏れによる圧力損失を更に低減させることが可能となり、遠心圧縮機の性能低下防止に役立つ。
As shown in FIG. 5, when an overlap portion 9 is formed on the tip of the
又、前記オーバーラップ部9は、前述の如くテーパ面10が互いに対向する楔形状とする代わりに、図6に示す如く、切欠部11が互いに嵌合するように対向する段付形状とすることもできる。
Further, the overlap portion 9 is formed in a stepped shape so that the
尚、本発明の遠心圧縮機のディフューザ構造は、上述の図示例にのみ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種々変更を加え得ることは勿論である。 In addition, the diffuser structure of the centrifugal compressor of the present invention is not limited to the illustrated example described above, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
1 ハウジング
2 インペラ
2a インペラディスク
2b インペラブレード
3 ロータ軸
4 ディフューザ部
5 シールプレート
6 円環部材
6´ 円環部材
7 翼部材
7a ハウジング側片持翼
7b シールプレート側片持翼
8 ディフューザ部材
9 オーバーラップ部
10 テーパ面
11 切欠部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記翼部材を、ハウジング側から張り出すハウジング側片持翼と、該ハウジング側片持翼に対向配置されるようシールプレート側から張り出すシールプレート側片持翼とから構成したことを特徴とする遠心圧縮機のディフューザ構造。 A seal plate is provided on the back surface of the impeller and is formed larger than the outer diameter of the impeller and forms a diffuser portion that decelerates the compressed air with the housing. The diffuser portion decelerates and straightens the compressed air. In a diffuser structure of a centrifugal compressor in which a plurality of wing members are arranged,
The wing member is composed of a housing-side cantilever wing projecting from the housing side, and a seal plate-side cantilever wing projecting from the seal plate side so as to be opposed to the housing-side cantilever wing. Diffuser structure of centrifugal compressor.
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