JP2010024867A - Centrifugal compressor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a centrifugal compressor that delays occurrence of a stall in a low flow rate operation by a simple structure, and secures a wide operating range from the low flow rate operation to a high flow rate operation. <P>SOLUTION: In the centrifugal compressor, a rotary roller 19 rotates in a radial direction of a diffuser 8 by a gas flowing into the diffuser 8 to redirect the flow of the gas having mainly a circumferential speed component to a flow having mainly a radial speed component. Thus, the gas flow in the radial direction along a wall surface 17 increases. In addition, the gas over the rotary roller 19 flows while receiving an acceleration in the radial direction of the diffuser 8. As shown in a speed distribution of an symbol E, the gas inside the diffuser 8 flows at a high speed and, thus, a stall does not occur in the low flow rate operation. Therefore, because the occurrence of the stall can be delayed down to a lower flow rate range by the arrangement of the rotary roller 19, an operating range of the centrifugal compressor can be expanded from the high flow rate range to the low flow rate range. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本願発明は、遠心圧縮機において、インペラの外周に配設されたディフューザの構成に関するものである。   The present invention relates to a configuration of a diffuser disposed on an outer periphery of an impeller in a centrifugal compressor.

遠心圧縮機においては、低流量運転時から高流量運転時までの広い作動範囲を確保することが重要な課題の1つである。しかし、低流量運転時ではディフューザ入口のストールにより気体の逆流が発生し、安定した運転が困難であるという問題がある。このような問題の解決手段として、例えば特許文献1あるいは特許文献2に示される技術が知られている。   In a centrifugal compressor, it is one of important issues to ensure a wide operating range from a low flow rate operation to a high flow rate operation. However, at the time of low flow operation, there is a problem that gas backflow occurs due to stall of the diffuser inlet, and stable operation is difficult. As a means for solving such a problem, for example, a technique disclosed in Patent Document 1 or Patent Document 2 is known.

特許文献1に開示された遠心圧縮機は、ディフューザを形成する平行なディフューザ壁の内、一方のディフューザ壁を他方のディフューザ壁に向けて移動可能に構成したものである。具体的には、ディフューザを画成する一対の壁部のうち、一方の壁部に移動壁部を形成し、3個のボールを介して支持する。移動壁部は電気的に作動するアクチュエータによってインペラの支軸方向に移動可能である。また、移動壁部の背面と一方の壁部の間に弾性体からなるシール部材が介在され、インペラにより加速された空気がスクロール部にショートパスしないようにしている。従って、特許文献1では、遠心圧縮機は低流量運転時に移動壁部が移動してディフューザの通路幅を適切な状態に制御するため、ストールが抑制され、低流量運転時のディフューザ効果を得ることができると説明している。   The centrifugal compressor disclosed in Patent Document 1 is configured such that one of the parallel diffuser walls forming the diffuser is movable toward the other diffuser wall. Specifically, a moving wall part is formed in one wall part among a pair of wall parts which define a diffuser, and it supports via three balls. The moving wall can be moved in the direction of the shaft of the impeller by an electrically operated actuator. In addition, a sealing member made of an elastic body is interposed between the back surface of the moving wall portion and one wall portion so that the air accelerated by the impeller does not short pass to the scroll portion. Therefore, in Patent Document 1, since the centrifugal wall of the centrifugal compressor moves during low flow operation to control the diffuser passage width to an appropriate state, stall is suppressed and a diffuser effect during low flow operation is obtained. Explain that you can.

特許文献2に開示された遠心圧縮機は、ボリュートに供給された気体の一部をディフューザに還流し、ディフューザ内の半径方向に向かう気体の速度成分を増加するように構成したものである。低流量運転時、ディフューザの気体の流れは半径方向の速度成分が周方向の速度成分に比較して大幅に小さくなる。半径方向に流れる一部の気体はディフューザ内の圧力勾配に対抗できなくなるため、前記したストールの発生により逆流する恐れがある。しかし、前記ディフューザと前記ボリュートとの間に設けた還流通路はボリュートの気体の一部を前記ディフューザへ還流する。ディフューザ内の半径方向に流れる気体は還流通路から供給される気体の速度成分が加算されるため、ディフューザの半径方向の圧力勾配に対抗できる運動エネルギーを得ることができる。従って、特許文献2では、遠心圧縮機は前記構成によりディフューザにおけるストールが抑制され、低流量運転時の運転が可能になると説明している。   The centrifugal compressor disclosed in Patent Document 2 is configured to recirculate a part of the gas supplied to the volute to the diffuser and increase the velocity component of the gas in the radial direction in the diffuser. During low flow operation, the gas flow in the diffuser has a significantly smaller radial velocity component than the circumferential velocity component. Some of the gas flowing in the radial direction cannot counter the pressure gradient in the diffuser, and thus may flow backward due to the occurrence of the above-described stall. However, a reflux passage provided between the diffuser and the volute returns a part of the volute gas to the diffuser. Since the velocity component of the gas supplied from the reflux passage is added to the gas flowing in the radial direction in the diffuser, kinetic energy that can counter the radial pressure gradient of the diffuser can be obtained. Therefore, Patent Document 2 describes that the centrifugal compressor can be prevented from stalling in the diffuser by the above-described configuration and can be operated at a low flow rate.

特開平4−47199号JP-A-4-47199 特開2006−152972JP 2006-152972 A

特許文献1は、ディフューザ壁に移動壁部を形成し、また移動壁部を駆動するアクチュエータを設ける必要がある。従って、ディフューザ効果を得るために外部エネルギーの供給によりディフューザ内の気体の圧力上昇を補う必要があるため、遠心圧縮機全体としてはエネルギー効率が低下するという問題がある。しかも、低流量運転時にディフューザの通路幅を適切な状態にするため、遠心圧縮機は極めてシビアな制御を必要とし、機械的な構造及び操作性において複雑な構成にならざるを得ないという問題がある。   In Patent Document 1, it is necessary to form a moving wall portion on the diffuser wall and to provide an actuator for driving the moving wall portion. Therefore, in order to obtain the diffuser effect, it is necessary to compensate for the pressure increase of the gas in the diffuser by supplying external energy, so that there is a problem that the energy efficiency of the entire centrifugal compressor is lowered. In addition, the centrifugal compressor requires extremely severe control in order to make the diffuser passage width suitable at low flow rate operation, and the mechanical structure and operability must be complicated. is there.

特許文献2は、ボリュートの気体の一部をディフューザに戻す構成である。即ち、ディフューザ及びボリュートにおいて一度圧力を高めた気体という外部エネルギーをディフューザに戻す構成であるため、特許文献1と同様にエネルギーのロスが発生し、遠心圧縮機全体のエネルギー効率が低下するという問題がある。   Patent document 2 is the structure which returns a part of gas of a volute to a diffuser. That is, because the configuration is such that the external energy of the gas whose pressure is once increased in the diffuser and the volute is returned to the diffuser, there is a problem that energy loss occurs as in Patent Document 1 and the energy efficiency of the entire centrifugal compressor is reduced. is there.

本願発明は、遠心圧縮機において、簡単な構成により低流量運転時におけるストールの発生を遅らせ、低流量運転時から高流量運転時までの広い作動範囲を確保することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a centrifugal compressor with a simple configuration that delays the occurrence of stall during low flow operation and secures a wide operating range from low flow operation to high flow operation.

請求項1に記載の本願発明は、ケーシングに支持された回転軸にインペラが固定され、前記インペラの周囲に配置されるディフューザが一対の対向するディフューザ壁により形成されている遠心圧縮機において、前記ディフューザ壁の少なくとも一方に気体の流れによって回転する回転ローラを配設し、前記回転ローラの周面の一部を前記ディフューザに臨ませたことを特徴とする。   The present invention according to claim 1 is a centrifugal compressor in which an impeller is fixed to a rotating shaft supported by a casing, and a diffuser disposed around the impeller is formed by a pair of opposing diffuser walls. A rotating roller that is rotated by a gas flow is disposed on at least one of the diffuser walls, and a part of the peripheral surface of the rotating roller faces the diffuser.

請求項1記載の本願発明によれば、簡単な構成により低流量運転時のディフューザにおけるストール発生を抑制することができ、低流量運転時から高流量運転時までの広い範囲にわたって遠心圧縮機を作動することができる。また、外部エネルギーを必要とすることがないので、遠心圧縮機のエネルギー効率の低下を防止することができる。   According to the present invention described in claim 1, it is possible to suppress the occurrence of stall in the diffuser during low flow operation with a simple configuration, and operate the centrifugal compressor over a wide range from low flow operation to high flow operation. can do. Further, since no external energy is required, it is possible to prevent a decrease in energy efficiency of the centrifugal compressor.

請求項2に記載の本願発明は、前記回転ローラを前記ディフューザ壁に刻設された溝に収容し、前記インペラの半径方向において2箇所形成される前記ディフューザ壁と前記溝の上縁との接点のうち少なくとも一方の接点を前記回転ローラの周面上方位置に配設したことを特徴とするため、ディフューザ内の気体の流れが回転ローラを収容する溝によって阻害されることは無い。   According to a second aspect of the present invention, the rotating roller is accommodated in a groove formed in the diffuser wall, and a contact point between the diffuser wall formed at two locations in the radial direction of the impeller and the upper edge of the groove. Since at least one of the contacts is disposed at a position above the peripheral surface of the rotating roller, the flow of gas in the diffuser is not hindered by the groove for storing the rotating roller.

請求項3に記載の本願発明は、前記ディフューザ壁に刻設された溝は前記回転ローラよりも大径の断面円形溝により構成したことを特徴とするため、最も簡単な構成で請求項2の効果を得ることができる。   According to a third aspect of the present invention, since the groove formed on the diffuser wall is formed by a circular groove having a larger diameter than the rotating roller, the simplest structure is used. An effect can be obtained.

請求項4に記載の本願発明は、前記ディフューザに臨む前記回転ローラの周面は前記ディフューザ壁面の延長線上に一致させたことを特徴とするため、ディフューザ内の気体の流れを阻害することが無く、前記ディフューザ壁側の気体の流れを最も効果的に助勢することができる。   The present invention according to claim 4 is characterized in that the peripheral surface of the rotating roller facing the diffuser is made to coincide with an extension line of the diffuser wall surface, so that the flow of gas in the diffuser is not obstructed. The gas flow on the diffuser wall side can be most effectively assisted.

請求項5に記載の本願発明は、前記回転ローラは前記ディフューザの周方向の複数箇所に配設したことを特徴とするため、ディフューザの周方向の複数箇所で気体の流れを助勢することができ、半径方向の速度成分を効率良く増加することができる。   The present invention according to claim 5 is characterized in that the rotating roller is disposed at a plurality of locations in the circumferential direction of the diffuser, so that the gas flow can be assisted at a plurality of locations in the circumferential direction of the diffuser. The velocity component in the radial direction can be increased efficiently.

請求項6に記載の本願発明は、前記回転ローラは、前記一対のディフューザ壁にそれぞれ配設したことを特徴とするため、両ディフューザ壁側において気体の流れを助勢することができ、より低流量運転領域でのストール発生を抑制することができる。   The present invention according to claim 6 is characterized in that the rotating roller is disposed on each of the pair of diffuser walls, so that the flow of gas can be assisted on both diffuser wall sides, and a lower flow rate can be achieved. Stall occurrence in the operation region can be suppressed.

本願発明は、簡単な構成により低流量運転時におけるストールの発生を遅らせることができ、低流量運転時から高流量運転時までの広い作動範囲を確保することができるとともに外部エネルギーを必要としないので、遠心圧縮機のエネルギー効率の低下を防止することができる。   The invention of the present application can delay the occurrence of stall during low flow operation with a simple configuration, and can secure a wide operating range from low flow operation to high flow operation and does not require external energy. Thus, it is possible to prevent a reduction in energy efficiency of the centrifugal compressor.

(第1の実施形態)
以下、第1の実施形態を図1〜図4に基づいて説明する。
本願発明の遠心圧縮機のケーシングは、第1ケーシング1と第2ケーシング2を接合することによって構成されている。第1ケーシング1の半径方向に延びるケーシング壁3には、回転軸4がシール機能付軸受5を介して回転可能に支持され、図示しない適宜手段により駆動される。回転軸4にはインペラ6のディスク7が固定されている。インペラ6の外周囲には、ディフューザ8が配置され、ケーシング壁3の半径方向外周側の壁がディフューザ8を形成する一方のディフューザ壁9を形成している。なお、インペラ6は図2に示すように、ディスク7の外周面に8枚形成されており、回転軸4の駆動により矢印方向へ回転される。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment will be described with reference to FIGS.
The casing of the centrifugal compressor of the present invention is configured by joining the first casing 1 and the second casing 2 together. A rotating shaft 4 is rotatably supported by a casing wall 3 extending in the radial direction of the first casing 1 via a bearing 5 with a sealing function, and is driven by appropriate means (not shown). A disk 7 of an impeller 6 is fixed to the rotating shaft 4. A diffuser 8 is disposed around the outer periphery of the impeller 6, and a wall on the radially outer peripheral side of the casing wall 3 forms one diffuser wall 9 that forms the diffuser 8. As shown in FIG. 2, eight impellers 6 are formed on the outer peripheral surface of the disk 7, and are rotated in the direction of the arrow by driving the rotary shaft 4.

第2ケーシング2は、内部にインペラ6を収容する漏斗状の空間10と空間10の上流側(図1の左側)に、同径の流路11及び漏斗状に拡径する吸入口12とを備えている。
第2ケーシング2の外周壁13の内部に配置された環状の壁14はディフューザ8を形成する他方のディフューザ壁を形成している。ディフューザ壁14の背面は第2ケーシング2の外周壁13との間にボリュート15を形成する。また、ディフューザ壁14の外周面と第2ケーシング2の外周壁13内周面との間には、ディフューザ8とボリュート15とを連通する環状空間16が形成される。なお、ボリュート15は図示しない吐出口に連続している。
The second casing 2 includes a funnel-shaped space 10 that houses the impeller 6 therein, and a flow path 11 having the same diameter and a suction port 12 that expands in a funnel shape on the upstream side of the space 10 (left side in FIG. 1). I have.
An annular wall 14 disposed inside the outer peripheral wall 13 of the second casing 2 forms the other diffuser wall that forms the diffuser 8. A volute 15 is formed between the rear surface of the diffuser wall 14 and the outer peripheral wall 13 of the second casing 2. An annular space 16 that communicates the diffuser 8 and the volute 15 is formed between the outer peripheral surface of the diffuser wall 14 and the inner peripheral surface of the outer peripheral wall 13 of the second casing 2. The volute 15 is continuous with a discharge port (not shown).

従って、インペラ6の回転により吸入口12から吸い込まれた気体はインペラ6によって加えられる遠心力によって圧縮されながら半径方向外周に配置されたディフューザ8へ供給される。ディフューザ8において圧縮された気体は環状空間16からボリュート15へ流れ、ボリュート15内でさらに圧縮されながら図示しない吐出孔に達する。   Accordingly, the gas sucked from the suction port 12 by the rotation of the impeller 6 is supplied to the diffuser 8 disposed on the outer periphery in the radial direction while being compressed by the centrifugal force applied by the impeller 6. The gas compressed in the diffuser 8 flows from the annular space 16 to the volute 15 and reaches a discharge hole (not shown) while being further compressed in the volute 15.

一方、ディフューザ壁9のディフューザ8に隣接する壁面17には、図1及び図3に示すように、ディフューザ8の入口側において断面円弧状の溝18が刻設されている。溝18は図2に示すように、ディフューザ8の周方向4箇所に設けられている。各溝18はその長手方向がディフューザ8の半径方向に対して直行するように配設され、その内部に長軸状の回転ローラ19がディフューザ8の半径方向に対して直行する配置で収容されている。   On the other hand, on the wall surface 17 of the diffuser wall 9 adjacent to the diffuser 8, a groove 18 having an arcuate cross section is formed on the inlet side of the diffuser 8 as shown in FIGS. 1 and 3. As shown in FIG. 2, the grooves 18 are provided at four locations in the circumferential direction of the diffuser 8. Each groove 18 is disposed so that its longitudinal direction is perpendicular to the radial direction of the diffuser 8, and a long-axis-shaped rotating roller 19 is accommodated in the groove 18 so as to be perpendicular to the radial direction of the diffuser 8. Yes.

各回転ローラ19の中心軸20は溝18の内壁面に回転可能に支持され、回転ローラ19に加えられる小さな力でも自由に回転するように設計されている。回転ローラ19はディフューザ8に臨む周面21が、図1及び図3に示すように、ディフューザ壁9の壁面17の延長線上に一致するように配設されている。従って、溝18は上記のように配設された回転ローラ19が自由回転可能となる深さの円弧で形成されている。また、壁面17と溝18の上縁との接点22、23はディフューザ8に臨む周面21を除いた回転ローラ19の他の周面上方位置まで延出し、溝18を可能な限り覆うように構成されている。   The central shaft 20 of each rotating roller 19 is rotatably supported on the inner wall surface of the groove 18 and is designed to rotate freely even with a small force applied to the rotating roller 19. The rotating roller 19 is arranged so that the peripheral surface 21 facing the diffuser 8 coincides with the extended line of the wall surface 17 of the diffuser wall 9 as shown in FIGS. Accordingly, the groove 18 is formed by a circular arc having a depth that allows the rotating roller 19 disposed as described above to freely rotate. Further, the contacts 22 and 23 between the wall surface 17 and the upper edge of the groove 18 extend to other positions above the peripheral surface of the rotating roller 19 excluding the peripheral surface 21 facing the diffuser 8 so as to cover the groove 18 as much as possible. It is configured.

回転ローラ19の設置は、例えば次のような方法により行うことができる。図2に仮想線で示すように、壁面17の一部を溝と同溝を覆うカバー24により形成する。壁面17の溝側には溝18の半割部分を形成し、カバー24側には溝18の残りの半割部分を形成する。取り付け手順は、回転ローラ19を壁面17の溝に装着した後、回転ローラ19を覆うようにカバー24を装着し、カバー24を接着あるいはねじ止め等の手段により壁面17に固定する。回転ローラ19の取り外しは上記と逆の手順で行えばよい。なお、回転ローラ19の設置方法は、上記のカバー24の構成を壁面17と反対側のケーシング壁3の壁面において形成することもできる。このように、ディフューザ8に対して反対側から装着する方法を取れば、壁面17にカバー24との接続部を形成せずに済むので構成し易い。   The rotation roller 19 can be installed by, for example, the following method. As shown in phantom lines in FIG. 2, a part of the wall surface 17 is formed by a cover 24 that covers the groove. A half portion of the groove 18 is formed on the groove side of the wall surface 17, and the remaining half portion of the groove 18 is formed on the cover 24 side. In the attaching procedure, after the rotating roller 19 is mounted in the groove of the wall surface 17, the cover 24 is mounted so as to cover the rotating roller 19, and the cover 24 is fixed to the wall surface 17 by means of adhesion or screwing. The removal of the rotating roller 19 may be performed in the reverse order of the above. In addition, the installation method of the rotating roller 19 can also form the structure of said cover 24 in the wall surface of the casing wall 3 on the opposite side to the wall surface 17. FIG. Thus, if the method of mounting from the opposite side with respect to the diffuser 8 is taken, it is not necessary to form a connection portion with the cover 24 on the wall surface 17, so that it is easy to configure.

以上のように構成した第1の実施形態の作用について以下に説明する。
遠心圧縮機の起動時や減速時等の低流量運転時、インペラ6から流出する気体の流れは図2に示したインペラ6の周方向の速度成分Bが主となり、半径方向の速度成分Cは小さい。このため、ディフューザ8に供給される気体、特にディフューザ壁9及び14に沿って流れる気体は壁面の通路抵抗により図4に示した速度分布の符号Dのように低い流速となる。気体の流速が一定速度以下になるとディフューザ8における圧力勾配が逆転し、ストールが発生する。
The operation of the first embodiment configured as described above will be described below.
At the time of low flow rate operation such as when the centrifugal compressor is started or decelerated, the flow of gas flowing out of the impeller 6 is mainly the speed component B in the circumferential direction of the impeller 6 shown in FIG. small. For this reason, the gas supplied to the diffuser 8, particularly the gas flowing along the diffuser walls 9 and 14, has a low flow rate as indicated by reference sign D of the velocity distribution shown in FIG. 4 due to the passage resistance of the wall surface. When the gas flow rate becomes equal to or lower than a constant velocity, the pressure gradient in the diffuser 8 is reversed, and stall occurs.

しかし、第1の実施形態においては、ディフューザ8に流入したディフューザ壁9側の気体は、気体の持つ動圧(運動エネルギー)が回転ローラ19の周面21に作用し、回転ローラ19を回転する。回転ローラ19がディフューザ8の半径方向に回転するため、図2の速度成分Bを持つ周方向の気体の流れは回転ローラ19に乗ることにより半径方向の速度成分Cを主とする流れに偏向される。このため、ディフューザ壁9の壁面17に沿う半径方向の気体の流れが増加する。   However, in the first embodiment, the gas on the diffuser wall 9 side that has flowed into the diffuser 8 causes the dynamic pressure (kinetic energy) of the gas to act on the peripheral surface 21 of the rotating roller 19 to rotate the rotating roller 19. . Since the rotating roller 19 rotates in the radial direction of the diffuser 8, the circumferential gas flow having the velocity component B in FIG. 2 is deflected into the flow mainly composed of the radial velocity component C by riding on the rotating roller 19. The For this reason, the gas flow in the radial direction along the wall surface 17 of the diffuser wall 9 increases.

また、回転ローラ19の周面に乗った気体は、通路抵抗を受けることなくディフューザ8の半径方向に流れる。即ち、通路抵抗による気体の減速は固定された壁面との摩擦により気体がスリップしない状態と考えられるが、回転ローラ19によって形成された壁面は気体がスリップした場合と同じ状態を作り出すことができる。このため、気体は減速することなく流れるとともに、さらに回転ローラ19の回転による加速を受けた状態となる。   Further, the gas riding on the peripheral surface of the rotating roller 19 flows in the radial direction of the diffuser 8 without receiving passage resistance. That is, the gas deceleration due to the passage resistance is considered to be a state in which the gas does not slip due to friction with the fixed wall surface, but the wall surface formed by the rotating roller 19 can create the same state as when the gas slips. For this reason, the gas flows without being decelerated, and is further accelerated by the rotation of the rotating roller 19.

上記の作用により、ディフューザ壁9の壁面17側の気体は図4の符号Eで示した速度分布のように、半径方向に高い速度で流れるため、低流量運転においてもストールを発生することが無く、ディフューザ効率を高めることができる。従って、回転ローラ19はストールの発生をより低い流量域にまで遅らせることができるので、高流量域から低流量域に至る遠心圧縮機の運転範囲をより広げることができる。   Due to the above action, the gas on the wall surface 17 side of the diffuser wall 9 flows at a high speed in the radial direction as in the speed distribution indicated by symbol E in FIG. Diffuser efficiency can be increased. Therefore, since the rotation roller 19 can delay the occurrence of stall to a lower flow rate range, the operating range of the centrifugal compressor from the high flow rate range to the low flow rate range can be further expanded.

なお、ディフューザ8に流入した気体は回転ローラ19の周面21に近接した接点22の存在により周面21上に円滑に移行することができる。また、回転ローラ19の周面21に乗って流れる気体は周面21に近接した接点23によって周面21から分離され、壁面17側に円滑に移行することができる。このため、回転ローラ19の周囲に問題となるような随伴気流や渦流の発生は生じない。   The gas flowing into the diffuser 8 can smoothly move onto the peripheral surface 21 due to the presence of the contact 22 close to the peripheral surface 21 of the rotating roller 19. Further, the gas flowing on the peripheral surface 21 of the rotating roller 19 is separated from the peripheral surface 21 by the contact 23 close to the peripheral surface 21 and can smoothly move to the wall surface 17 side. For this reason, the accompanying airflow and eddy current which cause a problem around the rotating roller 19 do not occur.

高流量運転時では、インペラ6から流出する気体の流れはインペラ6の半径方向の速度成分が主となり、ディフューザ8には高い流速の気体が流入する。回転ローラ19は気体の大きな動圧を受けて比較的早く回転し、気体の流れを円滑化するとともに流速を高めるため、ディフューザ効率をより向上させることができる。   During high flow operation, the flow of gas flowing out of the impeller 6 is mainly due to the velocity component in the radial direction of the impeller 6, and a high flow velocity gas flows into the diffuser 8. The rotating roller 19 receives a large dynamic pressure of the gas and rotates relatively quickly, smoothing the gas flow and increasing the flow velocity, so that the diffuser efficiency can be further improved.

前記した本願発明の第1の実施形態は、以下の作用効果が得られる。
(1)自由に回転可能な回転ローラ19を設置するという極めて簡単な構成により、ディフューザ壁9に沿って流れる気体の半径方向の流速を高めることができ、低流量運転時におけるストールを抑制することができる。
(2)回転ローラ19は低流量運転時ばかりでなく、高流量運転時においてもディフューザ8内の気体の流速を高め、ディフューザ効率を高めることができる。
(3)低流量域におけるストール発生を遅らせることができるので、遠心圧縮機の運転範囲を拡大することができる。
(4)ストールの抑制手段に外部エネルギーを必要としないので、遠心圧縮機全体のエネルギー効率を高めることができる。
(5)接点22、23を回転ローラ19の周面21に近接して配置しているため、壁面17と周面21との間における気体の流れの移行が円滑に行われる。
The above-described first embodiment of the present invention has the following effects.
(1) The extremely simple configuration of installing a freely rotatable rotating roller 19 can increase the radial flow velocity of the gas flowing along the diffuser wall 9 and suppress stall during low flow operation. Can do.
(2) The rotating roller 19 can increase the flow velocity of the gas in the diffuser 8 and increase the diffuser efficiency not only during low flow operation but also during high flow operation.
(3) Since stall generation in the low flow rate region can be delayed, the operating range of the centrifugal compressor can be expanded.
(4) Since no external energy is required for the stall suppressing means, the energy efficiency of the entire centrifugal compressor can be increased.
(5) Since the contacts 22 and 23 are arranged close to the peripheral surface 21 of the rotating roller 19, the transition of the gas flow between the wall surface 17 and the peripheral surface 21 is performed smoothly.

(第2の実施形態)
図5に示す第2の実施形態は、第1の実施形態における回転ローラ19の配設方法を変更したもので、第1の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment)
The second embodiment shown in FIG. 5 is obtained by changing the arrangement method of the rotating roller 19 in the first embodiment. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is made. Description is omitted.

第2の実施形態は、第1の実施形態に加えてディフューザ壁14に回転ローラ25を配設した構成である。即ち、ディフューザ壁14のディフューザ8側の壁面26に断面円弧状の溝27を刻設し、溝27内に回転ローラ25を自由回転可能に収納する。ディフューザ壁14の厚みは、設計上ディフューザ壁9に比して大きく取り難いため、回転ローラ25及び溝27は小径に構成されている点が回転ローラ19及び溝18の場合と異なるのみで、他の関連する構成は回転ローラ19及び溝18において説明したものと全く同一である。     In the second embodiment, a rotating roller 25 is disposed on the diffuser wall 14 in addition to the first embodiment. That is, a groove 27 having a circular arc cross section is formed in the wall surface 26 of the diffuser wall 14 on the diffuser 8 side, and the rotating roller 25 is accommodated in the groove 27 so as to be freely rotatable. Since the thickness of the diffuser wall 14 is difficult to take as compared with the diffuser wall 9 by design, the rotation roller 25 and the groove 27 are different from the rotation roller 19 and the groove 18 only in that the diameter is small. The related configuration is exactly the same as that described in the rotating roller 19 and the groove 18.

遠心圧縮機の低流量運転時に、回転ローラ25がディフューザ8の周方向の速度成分を持つ気体の流れをディフューザ8の半径方向に変更し、半径方向の気体の流れを増加する機能及び気体の通路抵抗を減少し、加速する機能を有する点は、第1の実施形態において説明した回転ローラ19の場合と同じである。従って、第2の実施形態では、壁面17側において低い速度分布Dが回転ローラ19により高い速度分布Eに増速され、壁面26側において低い速度分布Fが回転ローラ25により高い速度分布Gに増速される。この結果、ディフューザ8全体として半径方向の気体の流れが増速されるため、第2の実施形態における構成は第1の実施形態の場合よりも低い流量域でのストール発生を抑制することが可能となる。   During the low flow rate operation of the centrifugal compressor, the rotating roller 25 changes the gas flow having the velocity component in the circumferential direction of the diffuser 8 to the radial direction of the diffuser 8, and the function of increasing the gas flow in the radial direction and the gas passage The point of having the function of reducing and accelerating the resistance is the same as in the case of the rotating roller 19 described in the first embodiment. Therefore, in the second embodiment, the low speed distribution D is increased to the high speed distribution E by the rotating roller 19 on the wall surface 17 side, and the low speed distribution F is increased to the high speed distribution G by the rotating roller 25 on the wall surface 26 side. Speeded. As a result, since the gas flow in the radial direction is accelerated as the diffuser 8 as a whole, the configuration in the second embodiment can suppress the occurrence of stall in a lower flow rate region than in the case of the first embodiment. It becomes.

(第3の実施形態)
図6に示す第3の実施形態は、第1の実施形態における溝18の形態を変更したもので、第1の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
(Third embodiment)
The third embodiment shown in FIG. 6 is obtained by changing the form of the groove 18 in the first embodiment. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. To do.

第3の実施形態における溝28は底辺側を断面コの字状に形成し、上縁側を断面弧状に形成して壁面17に接続した構成である。溝28の上縁と壁面17との接点29、30は上縁の断面弧状の形態によって回転ローラ19の周面21以外の周面上方に配置される。従って、接点29、30を周面21に可能な限り近接させることができ、気体を円滑に流動させることができる。なお、溝28の上縁は断面弧状で無く、直線状に形成しても接点29、30を周面21に可能な限り近接させることができる。上記のように構成した第3の実施形態は第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。   The groove 28 in the third embodiment has a configuration in which the bottom side is formed in a U-shaped cross section and the upper edge side is formed in a cross-sectional arc shape and connected to the wall surface 17. The contacts 29 and 30 between the upper edge of the groove 28 and the wall surface 17 are arranged above the peripheral surface other than the peripheral surface 21 of the rotating roller 19 in the form of a cross-sectional arc of the upper edge. Therefore, the contacts 29 and 30 can be as close as possible to the peripheral surface 21, and the gas can flow smoothly. Note that the upper edge of the groove 28 is not arc-shaped in cross section, and the contacts 29 and 30 can be as close as possible to the peripheral surface 21 even if formed in a straight line. The third embodiment configured as described above can obtain the same functions and effects as those of the first embodiment.

本願発明は、前記した各実施形態の構成に限定されるものではなく本願発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、次のように実施することができる。   The present invention is not limited to the configuration of each of the embodiments described above, and various modifications are possible within the scope of the gist of the present invention, and can be implemented as follows.

(1)回転ローラ19、25の周面21は必ずしもディフューザ壁9の壁面17、26の延長線上に一致させる必要は無く、ディフューザ8にある程度突出した状態に配設してもよく、また、溝18、27、28内にある程度没入した状態で配設してもよい。本願発明の作用効果はいずれの構成においても得ることができる。
(2)第1の実施形態における溝18の上縁と壁面17との接点22、23は、いずれか一方のみを回転ローラ19の周面上方に配設するように構成してもよい。
(3)第1の実施形態における溝18の上縁と壁面17との接点22、23は双方とも回転ローラ19の周面上方以外の位置に配設するように構成しても良い。
(4)溝18、27あるいは28は断面円弧状あるいは断面コの字状の構成に限らず、断面多角形状で構成してもよい。
(5)回転ローラ19、25は第1の実施形態のように、ディフューザ8の周方向4箇所に配設する構成に限らず、1箇所あるいはインペラ6の数に合せた複数箇所又はインペラ6の数に合せない複数箇所に配設した構成でもよい。
(6)回転ローラ19、25はディフューザ8の半径方向に複数配設してもよい。
(7)回転ローラ19、25の周面は、気体との間の摩擦抵抗が小さくなるようにコーティングあるいは凹凸形成等の表面処理を施すことができる。
(1) The peripheral surfaces 21 of the rotating rollers 19 and 25 do not necessarily need to coincide with the extended lines of the wall surfaces 17 and 26 of the diffuser wall 9 and may be disposed so as to protrude to the diffuser 8 to some extent. 18, 27, 28 may be disposed so as to be immersed to some extent. The effects of the present invention can be obtained in any configuration.
(2) In the first embodiment, only one of the contacts 22 and 23 between the upper edge of the groove 18 and the wall surface 17 may be disposed above the circumferential surface of the rotating roller 19.
(3) The contacts 22 and 23 between the upper edge of the groove 18 and the wall surface 17 in the first embodiment may be arranged at positions other than above the peripheral surface of the rotating roller 19.
(4) The grooves 18, 27, or 28 are not limited to a circular arc shape or a U-shaped cross section, and may have a polygonal cross section.
(5) The rotating rollers 19 and 25 are not limited to the configuration in which the rotating rollers 19 and 25 are disposed at four locations in the circumferential direction of the diffuser 8 as in the first embodiment, but a single location or a plurality of locations according to the number of impellers 6 or The structure arrange | positioned in several places which do not match a number may be sufficient.
(6) A plurality of rotating rollers 19 and 25 may be arranged in the radial direction of the diffuser 8.
(7) The peripheral surfaces of the rotating rollers 19 and 25 can be subjected to a surface treatment such as coating or formation of irregularities so that the frictional resistance with the gas is reduced.

第1の実施形態を示した遠心圧縮機の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the centrifugal compressor which showed 1st Embodiment. 図1のA−A線断面図である。It is the sectional view on the AA line of FIG. 図1に示したディフューザの拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the diffuser shown in FIG. 第1の実施形態の作用説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of 1st Embodiment. 第2の実施形態におけるディフューザの拡大断面図である。It is an expanded sectional view of a diffuser in a 2nd embodiment. 第3の実施形態におけるディフューザの拡大断面図である。It is an expanded sectional view of a diffuser in a 3rd embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 第1ケーシング
2 第2ケーシング
4 回転軸
6 インペラ
8 ディフューザ
9、14 ディフューザ壁
15 ボリュート
17、26 壁面
18、27、28 溝
19、25 回転ローラ
21 周面
22、23、29、30 接点
24 カバー
1 First casing 2 Second casing 4 Rotating shaft 6 Impeller 8 Diffuser 9, 14 Diffuser wall 15 Volute 17, 26 Wall surface 18, 27, 28 Groove 19, 25 Rotating roller 21 Peripheral surfaces 22, 23, 29, 30 Contact 24 Cover

Claims (6)

ケーシングに支持された回転軸にインペラが固定され、前記インペラの周囲に配置されるディフューザが一対の対向するディフューザ壁により形成されている遠心圧縮機において、
前記ディフューザ壁の少なくとも一方に気体の流れによって回転する回転ローラを配設し、前記回転ローラの周面の一部を前記ディフューザに臨ませたことを特徴とする遠心圧縮機。
In a centrifugal compressor in which an impeller is fixed to a rotating shaft supported by a casing, and a diffuser disposed around the impeller is formed by a pair of opposing diffuser walls.
A centrifugal compressor characterized in that a rotating roller that is rotated by a gas flow is disposed on at least one of the diffuser walls, and a part of a peripheral surface of the rotating roller faces the diffuser.
前記回転ローラを前記ディフューザ壁に刻設された溝に収容し、前記インペラの半径方向において2箇所形成される前記ディフューザ壁と前記溝の上縁との接点のうち少なくとも一方の接点を前記回転ローラの周面上方位置に配設したことを特徴とする請求項1に記載の遠心圧縮機。   The rotating roller is accommodated in a groove formed in the diffuser wall, and at least one of contact points between the diffuser wall and the upper edge of the groove formed in two radial directions of the impeller is used as the rotating roller. The centrifugal compressor according to claim 1, wherein the centrifugal compressor is disposed at a position above the peripheral surface of the centrifugal compressor. 前記ディフューザ壁に刻設された溝は前記回転ローラよりも大径の断面円形溝により構成したことを特徴とする請求項2に記載の遠心圧縮機。   The centrifugal compressor according to claim 2, wherein the groove formed in the diffuser wall is formed by a circular groove having a larger diameter than the rotating roller. 前記ディフューザに臨む前記回転ローラの周面は前記ディフューザ壁面の延長線上に一致させたことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の遠心圧縮機。   The centrifugal compressor according to any one of claims 1 to 3, wherein a peripheral surface of the rotating roller facing the diffuser is made to coincide with an extension line of the diffuser wall surface. 前記回転ローラは前記ディフューザの周方向の複数箇所に配設したことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の遠心圧縮機。   The centrifugal compressor according to any one of claims 1 to 4, wherein the rotating roller is disposed at a plurality of locations in the circumferential direction of the diffuser. 前記回転ローラは、前記一対のディフューザ壁にそれぞれ配設したことを特徴する請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の遠心圧縮機。   The centrifugal compressor according to any one of claims 1 to 6, wherein the rotating roller is disposed on each of the pair of diffuser walls.
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