JP2010048160A - Centrifugal compressor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To extend the service life of an impeller 5 and to reduce power required to rotate the impeller 5, while sufficiently enhancing compressor efficiency of a centrifugal compressor 1. <P>SOLUTION: A downstream auxiliary hole 15 is formed downstream side of a front edge position of a blade 9 in a shroud wall 3f of a casing 3, an upstream auxiliary hole 17 is formed upstream of the front edge position of the blade 9 in the shroud wall 3f of the casing 3, an annular treatment cavity 19 for allowing an air flow from a downstream auxiliary hole 15 side to an upstream auxiliary hole 17 side is formed in the casing 3 and a spray mechanism 21 for spraying micro droplet D in the treatment cavity 19 is arranged at radially outside of the should wall 3f in the casing 3. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、空気等のガスを遠心力を利用して圧縮する遠心圧縮機に関する。   The present invention relates to a centrifugal compressor that compresses a gas such as air using centrifugal force.

近年、車両用過給機、船舶用過給機、ガスタービン等に用いられる遠心圧縮機について種々の開発がなされており、以下、一般的な遠心圧縮機について図3を参照して説明する。ここで、図3は、一般的な遠心圧縮機の側断面図である。なお、図面中、「F」は、前方向を指し、「R」は、後方向を指してある。   In recent years, various developments have been made on centrifugal compressors used in vehicle superchargers, marine superchargers, gas turbines, and the like. Hereinafter, general centrifugal compressors will be described with reference to FIG. Here, FIG. 3 is a sectional side view of a general centrifugal compressor. In the drawings, “F” indicates the forward direction, and “R” indicates the backward direction.

一般的な遠心圧縮機101は、ケーシング103を具備しており、このケーシング103は、内側に、シュラウド壁103fを有している。また、ケーシング103のシュラウド壁103f内には、インペラ105が回転可能に設けられており、このインペラ105は、軸心(ハブ107の軸心、換言すれば、インペラ105の軸心)周りに回転可能なハブ107、及びこのハブ107の外周面に間隔を置いて設けられた複数枚(1枚のみ図示)のブレード109を有している。ここで、各ブレード109の外縁は、ケーシング103のシュラウド壁103fに沿うようにそれぞれ延びている。   The general centrifugal compressor 101 includes a casing 103, and the casing 103 has a shroud wall 103f on the inner side. An impeller 105 is rotatably provided in the shroud wall 103f of the casing 103, and the impeller 105 rotates around an axis (the axis of the hub 107, in other words, the axis of the impeller 105). A possible hub 107 and a plurality of blades 109 (only one is shown) are provided on the outer peripheral surface of the hub 107 at intervals. Here, the outer edge of each blade 109 extends along the shroud wall 103 f of the casing 103.

ケーシング103のシュラウド壁103fの上流側周縁部(前側周縁部)には、空気(ガスの一例)をインペラ105側へ給気(吸入)する給気口(吸入口)111が形成されている。また、ケーシング103のシュラウド壁103fの下流側周縁部(後側周縁部)には、圧縮した空気を減速させて排気する環状のディフューザ流路(排気流路)113が形成されている。   An air supply port (intake port) 111 for supplying air (an example of gas) to the impeller 105 side is formed in the upstream peripheral portion (front peripheral portion) of the shroud wall 103f of the casing 103. An annular diffuser flow path (exhaust flow path) 113 is formed on the downstream peripheral edge (rear peripheral edge) of the shroud wall 103f of the casing 103 to decelerate and exhaust the compressed air.

従って、例えばモータの駆動等によって複数枚のブレード109をハブ107と一体的に回転させる(換言すれば、インペラ105を回転させる)。これにより、給気口111からインペラ105側に給気した空気を遠心力を利用して圧縮することができ、圧縮した空気をディフューザ流路113から減速させて排気することができる。   Therefore, for example, the plurality of blades 109 are rotated integrally with the hub 107 by driving a motor or the like (in other words, the impeller 105 is rotated). Thereby, the air supplied to the impeller 105 side from the air supply port 111 can be compressed using centrifugal force, and the compressed air can be decelerated from the diffuser flow path 113 and exhausted.

ところで、近年、遠心圧縮機101の高圧力比化のニーズが強まっており、それに伴って、主流の空気温度、特に、インペラ105の出口側の空気温度が上昇して、インペラ105のクリープ寿命が低下する傾向にある。その対応策として、微細水滴の気化熱による冷却作用によって主流の空気温度の上昇を抑える遠心圧縮機も開発されている(特許文献1参照)。   By the way, in recent years, the need for a higher pressure ratio of the centrifugal compressor 101 has increased, and accordingly, the mainstream air temperature, particularly the air temperature on the outlet side of the impeller 105, has increased, and the creep life of the impeller 105 has been increased. It tends to decrease. As a countermeasure, a centrifugal compressor that suppresses an increase in the mainstream air temperature by a cooling action by heat of vaporization of fine water droplets has been developed (see Patent Document 1).

即ち、先行技術に係る遠心圧縮機にあっては、運転中に、ケーシングのシュラウド壁内におけるインペラの前方に配設した噴霧機構(噴霧ノズル)からインペラ側に向かって微細水滴を適宜に噴霧する。これにより、微細水滴を主流の空気中で気化して、この気化熱による冷却作用によって主流の空気温度を下げることができ、結果的に、インペラの出口側と入口側の空気温度の温度差を小さくすることができる。よって、インペラのクリープ寿命を延ばすと共に、遠心圧縮機における圧縮過程を等温圧縮過程に近づけて、インペラの回転に必要な動力を低減することができる。
特開平11−148489号公報
That is, in the centrifugal compressor according to the prior art, fine water droplets are appropriately sprayed from the spray mechanism (spray nozzle) disposed in front of the impeller in the shroud wall of the casing toward the impeller during operation. . As a result, fine water droplets can be vaporized in the mainstream air, and the mainstream air temperature can be lowered by the cooling action of this heat of vaporization. As a result, the temperature difference between the air temperature between the outlet side and the inlet side of the impeller is reduced. Can be small. Therefore, the creep life of the impeller can be extended, and the compression process in the centrifugal compressor can be brought close to the isothermal compression process, thereby reducing the power required for the rotation of the impeller.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-148489

しかしながら、先行技術に係る遠心圧縮機にあっては、噴霧機構がケーシングのシュラウド壁内におけるインペラの前方に配設されているため、インペラの入口側において主流に乱れが生じ易く、遠心圧縮機の圧縮機効率の向上を阻害するおそれがある。   However, in the centrifugal compressor according to the prior art, since the spray mechanism is disposed in front of the impeller in the shroud wall of the casing, the main flow is likely to be disturbed on the inlet side of the impeller, and the centrifugal compressor There is a risk of hindering improvement in compressor efficiency.

そこで、本発明は、遠心圧縮機の圧縮機効率の向上を十分に図りつつ、インペラの寿命を延ばすと共にインペラの回転に必要な動力を低減することができる、新規な構成の遠心圧縮機を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides a centrifugal compressor having a novel configuration capable of extending the life of the impeller and reducing the power required for the rotation of the impeller while sufficiently improving the compressor efficiency of the centrifugal compressor. The purpose is to do.

本発明の特徴は、ガスを遠心力を利用して圧縮する遠心圧縮機において、内側にシュラウド壁を有したケーシングと、前記ケーシングの前記シュラウド壁内に回転可能に設けられ、軸心(ハブの軸心、換言すれば、インペラの軸心)周りに回転可能なハブ、及び前記ハブの外周面に周方向に間隔を置いて設けられかつ外縁が前記ケーシングの前記シュラウド壁に沿うようにそれぞれ延びた複数枚のブレードを備えたインペラと、を具備し、前記ケーシングの前記シュラウド壁の上流側周縁部にガスを前記インペラ側へ給気する給気口が形成され、前記ケーシングの前記シュラウド壁の下流側周縁部に圧縮したガスを排気する環状の排気流路が形成され、前記ケーシングの前記シュラウド壁における前記ブレードの前縁位置よりも下流側に下流補助穴が形成され、前記ケーシングの前記シュラウド壁における前記ブレードの前縁位置よりも上流側に上流補助穴が形成され、前記ケーシングの内部に前記下流補助穴側から前記上流補助穴側へガスの流れを許容する環状のトリートメントキャビティが形成され、更に、前記ケーシングにおける前記シュラウド壁の径方向外側に配設され、前記トリートメントキャビティ内、前記上流補助穴内、又は前記下流補助穴内に微細水滴を噴霧する噴霧機構と、を具備したことを要旨とする。   The present invention is characterized in that, in a centrifugal compressor that compresses gas using centrifugal force, a casing having a shroud wall on the inside thereof, and a shaft that is rotatably provided in the shroud wall of the casing. A hub rotatable around an axis (in other words, an axis of the impeller), and a circumferentially spaced outer periphery of the hub, and an outer edge extending along the shroud wall of the casing. An impeller having a plurality of blades, and an air supply port for supplying gas to the impeller side is formed at an upstream peripheral portion of the shroud wall of the casing, and the shroud wall of the casing An annular exhaust passage for exhausting the compressed gas is formed at the downstream peripheral edge, and downstream of the front edge position of the blade on the shroud wall of the casing. An auxiliary hole is formed, and an upstream auxiliary hole is formed on the upstream side of the front edge position of the blade in the shroud wall of the casing, and gas is introduced into the casing from the downstream auxiliary hole side to the upstream auxiliary hole side. An annular treatment cavity that allows flow is formed, and is disposed radially outside the shroud wall in the casing to spray fine water droplets in the treatment cavity, the upstream auxiliary hole, or the downstream auxiliary hole. And a spray mechanism.

なお、特許請求の範囲及び明細書において、「上流側」とは、主流の流れ方向から見て上流側のことであって、「下流側」とは、主流の流れ方向から見て下流側のことである。   In the claims and the description, the “upstream side” means the upstream side when viewed from the mainstream flow direction, and the “downstream side” means the downstream side when viewed from the mainstream flow direction. That is.

本発明の特徴によると、前記遠心圧縮機を運転する場合には、複数枚の前記ブレードを前記ハブと一体的に回転させる(換言すれば、前記インペラを回転させる)。これにより、前記給気口から前記インペラ側に給気したガスを遠心力を利用して圧縮することができ、圧縮したガスを前記排気流路から排気することができる。   According to the characteristics of the present invention, when the centrifugal compressor is operated, the plurality of blades are rotated integrally with the hub (in other words, the impeller is rotated). Thereby, the gas supplied to the impeller side from the air supply port can be compressed using centrifugal force, and the compressed gas can be exhausted from the exhaust passage.

ここで、前記遠心圧縮機の運転中において、前記インペラの入口側のガス流量が少なくなると、前記インペラ側へ給気したガスの一部が逆流して、前記下流補助穴から前記トリートメントキャビティ内に流入する。そして、前記トリートメントキャビティ内に流入したガスは、前記下流補助穴側から前記上流補助穴側へ流れて、前記上流補助穴から流出して、再び前記インペラ側に給気される。換言すれば、前記遠心圧縮機のサージング現象を抑制するように、前記下流補助穴と前記上流補助穴の間において循環流を生成することができる。   Here, when the gas flow rate on the inlet side of the impeller decreases during the operation of the centrifugal compressor, a part of the gas supplied to the impeller side flows backward and enters the treatment cavity from the downstream auxiliary hole. Inflow. The gas that has flowed into the treatment cavity flows from the downstream auxiliary hole side to the upstream auxiliary hole side, flows out of the upstream auxiliary hole, and is supplied to the impeller side again. In other words, a circulating flow can be generated between the downstream auxiliary hole and the upstream auxiliary hole so as to suppress the surging phenomenon of the centrifugal compressor.

また、前記インペラの入口側のガス流量が少ないときに、前記噴霧機構から前記トリートメントキャビティ内、前記上流補助穴内、又は前記下流補助穴内に微細水滴を噴霧する。これにより、微細水滴を循環流に乗せて前記上流補助穴から主流に移流させて、主流のガス中で気化して、この気化熱による冷却作用によって主流のガス温度を下げることができ、結果的に、前記インペラの出口側と入口側のガス温度の温度差を小さくすることができる。ここで、前記噴霧機構が前記ケーシングにおける前記シュラウド壁の径方向外側に配設されているため、前記噴霧機構による微細水滴の噴霧によって主流に乱れが生じることはない。   Further, when the gas flow rate on the inlet side of the impeller is small, fine water droplets are sprayed from the spray mechanism into the treatment cavity, the upstream auxiliary hole, or the downstream auxiliary hole. As a result, fine water droplets can be placed in the circulation flow and transferred from the upstream auxiliary hole to the main flow, and vaporized in the main flow gas, and the mainstream gas temperature can be lowered by the cooling action by the heat of vaporization. Furthermore, the temperature difference between the gas temperature on the outlet side and the inlet side of the impeller can be reduced. Here, since the spray mechanism is disposed on the outer side in the radial direction of the shroud wall in the casing, the main flow is not disturbed by the spray of fine water droplets by the spray mechanism.

本発明によれば、前記インペラの入口側において主流に乱れを生じさせることなく、微細水滴を主流のガス中で気化して、この気化熱による冷却作用によって主流のガス温度を下げて、前記インペラの出口側と入口側のガス温度の温度差を小さくすることができるため、前記遠心圧縮機の圧縮機効率の向上を十分に図りつつ、前記インペラの寿命を延ばすと共に、前記遠心圧縮機における圧縮過程を等温圧縮過程に近づけて、前記インペラの回転に必要な動力を低減することができる。   According to the present invention, the fine water droplets are vaporized in the mainstream gas without causing turbulence in the mainstream on the inlet side of the impeller, and the mainstream gas temperature is lowered by the cooling action by the heat of vaporization. Since the temperature difference between the gas temperature at the outlet side and the inlet side of the compressor can be reduced, the compressor efficiency of the centrifugal compressor can be sufficiently improved, while extending the life of the impeller, and the compression in the centrifugal compressor By bringing the process closer to the isothermal compression process, the power required for the rotation of the impeller can be reduced.

本発明の実施形態について図1及び図2を参照して説明する。   An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

ここで、図1は、本発明の実施形態に係る遠心圧縮機の側断面図、図2は、本発明の実施形態に係る遠心圧縮機の作用の説明図である。なお、図面中、「F」は、前方向を指し、「R」は、後方向を指してある。   Here, FIG. 1 is a sectional side view of the centrifugal compressor according to the embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory view of the operation of the centrifugal compressor according to the embodiment of the present invention. In the drawings, “F” indicates the forward direction, and “R” indicates the backward direction.

図1に示すように、本発明の実施形態に係る遠心圧縮機1は、車両用過給機、船舶用過給機、ガスタービン等に用いられ、空気(ガスの一例)を遠心力を利用して圧縮するものである。そして、本発明の実施形態に係る遠心圧縮機1の具体的な構成は、以下のようになる。   As shown in FIG. 1, a centrifugal compressor 1 according to an embodiment of the present invention is used for a vehicle supercharger, a marine supercharger, a gas turbine, and the like, and uses centrifugal force for air (an example of gas). And compress it. And the specific structure of the centrifugal compressor 1 which concerns on embodiment of this invention is as follows.

遠心圧縮機1は、ケーシング3を具備しており、このケーシング3は、内側に、シュラウド壁3fを有している。また、ケーシング3は、車両用過給機等における別のケーシング(図示省略)に一体的に取付られている。   The centrifugal compressor 1 includes a casing 3, and the casing 3 has a shroud wall 3f on the inner side. Moreover, the casing 3 is integrally attached to another casing (not shown) in a vehicle supercharger or the like.

ケーシング3のシュラウド壁3f内には、インペラ5が回転可能に設けられている。具体的には、ケーシング3のシュラウド壁3f内には、ハブ7が設けられており、このハブ7の外周面は、軸心方向(ハブ7の軸心方向、換言すれば、インペラ5の軸心方向)から徐々に径方向(ハブ7の径方向、換言すれば、インペラ5の径方向)外側に向かって延びている。また、ハブ7は、別のケーシングに回転可能に設けられたロータ軸Sの一端部(前端部)に一体的に連結されてあって、軸心(ハブ7の軸心、換言すれば、インペラ5の軸心)周りに回転可能である。更に、ハブ7の外周面には、複数枚(1枚のみ図示)のブレード9が周方向に間隔を置いて設けられており、各ブレード9の外縁は、ケーシング3のシュラウド壁3fに沿ってそれぞれ延びている。   An impeller 5 is rotatably provided in the shroud wall 3f of the casing 3. Specifically, a hub 7 is provided in the shroud wall 3 f of the casing 3, and the outer peripheral surface of the hub 7 is in the axial direction (the axial direction of the hub 7, in other words, the shaft of the impeller 5. It gradually extends from the center direction toward the outside in the radial direction (the radial direction of the hub 7, in other words, the radial direction of the impeller 5). The hub 7 is integrally connected to one end portion (front end portion) of a rotor shaft S rotatably provided in another casing, and has a shaft center (the shaft center of the hub 7, in other words, an impeller. 5). Further, a plurality of blades 9 (only one is shown) are provided on the outer peripheral surface of the hub 7 at intervals in the circumferential direction, and the outer edge of each blade 9 extends along the shroud wall 3 f of the casing 3. Each extends.

ケーシング3のシュラウド壁3fの前側周縁部には、空気をインペラ5側へ給気(吸入)する給気口(吸入口)11が形成されており、ケーシング3のシュラウド壁3fの後側周縁部には、圧縮した空気を減速させて排気する環状のディフューザ流路(排気流路)13が形成されている。なお、ケーシング3の内部には、スクロール流路(図示省略)がディフューザ流路13を囲むように形成されており、このスクロール流路は、例えば内燃機関等の吸気マニホールド(図示省略)に接続可能である。   An air supply port (intake port) 11 for supplying air to the impeller 5 side (intake port) 11 is formed in the front peripheral portion of the shroud wall 3 f of the casing 3, and the rear peripheral portion of the shroud wall 3 f of the casing 3 Is formed with an annular diffuser flow path (exhaust flow path) 13 for decelerating and exhausting compressed air. A scroll flow path (not shown) is formed inside the casing 3 so as to surround the diffuser flow path 13, and this scroll flow path can be connected to an intake manifold (not shown) such as an internal combustion engine, for example. It is.

ケーシング3のシュラウド壁3fにおけるブレード9の前縁位置よりも下流側には、スリット状の1つ又は複数(1つのみ図示)の下流補助穴15が周方向に沿って形成されており、ケーシング3のシュラウド壁3fにおけるブレード9の前縁位置よりも上流側には、スリット状の1つ又は複数(1つのみ図示)の上流補助穴17が周方向に沿って形成されている。ここで、ケーシング3の内部には、下流補助穴15側から上流補助穴17側へ空気の流れを許容する環状のトリートメントキャビティ19が形成されており、このトリートメントキャビティ19は、下流補助穴15と上流補助穴17に連通してある。   On the downstream side of the front edge position of the blade 9 in the shroud wall 3f of the casing 3, one or a plurality of slit-like auxiliary holes 15 (only one is shown) are formed along the circumferential direction. On the upstream side of the front edge position of the blade 9 in the three shroud walls 3f, one or a plurality of (only one shown) upstream auxiliary holes 17 are formed along the circumferential direction. Here, an annular treatment cavity 19 that allows air to flow from the downstream auxiliary hole 15 side to the upstream auxiliary hole 17 side is formed inside the casing 3, and this treatment cavity 19 is connected to the downstream auxiliary hole 15. It communicates with the upstream auxiliary hole 17.

なお、スリット状の1つ又は複数の下流補助穴15及び/又は上流補助穴17が周方向に沿って形成される代わりに、丸孔状又は角孔状の複数の下流補助穴及び/又は上流補助穴が周方向に間隔を置いて形成されるようにしても構わない。   Instead of the slit-shaped one or more downstream auxiliary holes 15 and / or upstream auxiliary holes 17 being formed along the circumferential direction, a plurality of round or square downstream auxiliary holes and / or upstreams are formed. The auxiliary holes may be formed at intervals in the circumferential direction.

ケーシング3におけるシュラウド壁3fよりも径方向外側には、トリートメントキャビティ19内に微細水滴Dを噴霧する複数(1つのみ図示)の噴霧機構(噴霧ノズル)21が支持パイプ23を介して設けられており、複数の噴霧機構21は、周方向に間隔を置いて配置してある。また、複数の噴霧機構21は、水滴を生成する水滴生成器25に接続回路27を介して接続されており、接続回路27の途中には、電磁比例制御弁等の流量制御弁29が配設されている。ここで、噴霧機構21より噴霧される微細水滴Dの水滴径は、10μm以下であって、望ましくは、3.0μm以下である。   A plurality of (only one shown) spray mechanisms (spray nozzles) 21 for spraying the fine water droplets D into the treatment cavity 19 are provided on the radially outer side of the shroud wall 3 f in the casing 3 via the support pipe 23. The plurality of spray mechanisms 21 are arranged at intervals in the circumferential direction. The plurality of spray mechanisms 21 are connected to a water droplet generator 25 that generates water droplets via a connection circuit 27, and a flow rate control valve 29 such as an electromagnetic proportional control valve is disposed in the connection circuit 27. Has been. Here, the water droplet diameter of the fine water droplets D sprayed from the spray mechanism 21 is 10 μm or less, and preferably 3.0 μm or less.

なお、トリートメントキャビティ19内に微細水滴Dを噴霧する噴霧機構21の代わりに、上流補助穴17内又は下流補助穴15内に微細水滴Dを噴霧する噴霧機構を用いても構わない。   Instead of the spray mechanism 21 that sprays the fine water droplets D into the treatment cavity 19, a spray mechanism that sprays the fine water droplets D into the upstream auxiliary hole 17 or the downstream auxiliary hole 15 may be used.

ケーシング3の近傍には、コントローラ31が配設されており、このコントローラ31には、前述の流量制御弁29の他に、インペラ5の出口側の空気温度を検出する温度センサ33が電気的に接続されている。そして、コントローラ31は、温度センサ33によって検出された検出値(インペラ5の出口側の空気温度)に基づいて、流量制御弁29の開口度を調節して噴霧機構21の微細水滴Dの噴霧流量を制御する噴霧流量制御部としての機能を有している。具体的には、コントローラ31は、温度センサ33によって検出された検出値が目標温度よりも高い場合には、流量制御弁29の開口度を大きくして噴霧機構21の微細水滴Dの噴霧流量を多くすると共に、温度センサ33によって検出された検出値が目標温度よりも低い場合には、流量制御弁29の開口度を小さくして噴霧機構21の微細水滴Dの噴霧流量を少なくするものである。ここで、目標温度とは、水蒸気の飽和温度以上に予め設定された温度のことである。   A controller 31 is disposed in the vicinity of the casing 3, and in addition to the flow control valve 29 described above, a temperature sensor 33 that detects the air temperature on the outlet side of the impeller 5 is electrically connected to the controller 31. It is connected. And the controller 31 adjusts the opening degree of the flow control valve 29 based on the detected value (air temperature on the outlet side of the impeller 5) detected by the temperature sensor 33, and the spray flow rate of the fine water droplets D of the spray mechanism 21. It has a function as a spray flow rate control part which controls. Specifically, when the detected value detected by the temperature sensor 33 is higher than the target temperature, the controller 31 increases the opening degree of the flow rate control valve 29 to increase the spray flow rate of the fine water droplets D of the spray mechanism 21. When the detected value detected by the temperature sensor 33 is lower than the target temperature, the degree of opening of the flow rate control valve 29 is reduced to reduce the spray flow rate of the fine water droplets D of the spray mechanism 21. . Here, the target temperature is a temperature set in advance higher than the saturation temperature of water vapor.

なお、インペラ5の出口側の空気温度に基づいて噴霧機構21の微細水滴Dの噴霧流量を制御する代わりに、例えばインペラ5の出口側の空気流量等、インペラ5の出口側の空気温度と相関関係にあるパラメータに基づいて噴霧機構21の微細水滴Dの噴霧流量を制御しても構わない。   Instead of controlling the spray flow rate of the fine water droplets D of the spray mechanism 21 based on the air temperature on the outlet side of the impeller 5, it correlates with the air temperature on the outlet side of the impeller 5, for example, the air flow rate on the outlet side of the impeller 5. You may control the spray flow volume of the fine water droplet D of the spray mechanism 21 based on the parameter which has a relationship.

続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。   Then, the effect | action and effect of embodiment of this invention are demonstrated.

遠心圧縮機1を運転する場合には、例えばモータ(図示省略)の駆動又はタービンホイール(図示省略)の回転等によりロータ軸Sを回転させて、複数枚のブレード9をハブ7と一体的に回転させる(換言すれば、インペラ5を回転させる)。これにより、給気口11からインペラ5側に給気した空気を遠心力を利用して圧縮することができ、圧縮した空気をディフューザ流路13から排気することができる。   When the centrifugal compressor 1 is operated, the rotor shaft S is rotated by driving a motor (not shown) or rotating a turbine wheel (not shown), for example, so that a plurality of blades 9 are integrated with the hub 7. Rotate (in other words, the impeller 5 is rotated). Thereby, the air supplied to the impeller 5 side from the air supply port 11 can be compressed using centrifugal force, and the compressed air can be exhausted from the diffuser flow path 13.

ここで、遠心圧縮機1の運転中において、インペラ5の入口側の空気流量が少なくなると、図2に示すように、インペラ5側へ給気した空気の一部が逆流して、下流補助穴15からトリートメントキャビティ19内に流入する。そして、トリートメントキャビティ19内に流入した空気は、下流補助穴15側から上流補助穴17側へ流れて、上流補助穴17から流出して、再びインペラ5側に給気される。換言すれば、遠心圧縮機1のサージング現象を抑制するように、下流補助穴15と上流補助穴17の間において循環流を生成することができる。   Here, when the air flow rate at the inlet side of the impeller 5 decreases during the operation of the centrifugal compressor 1, a part of the air supplied to the impeller 5 side flows backward as shown in FIG. 15 flows into the treatment cavity 19. The air flowing into the treatment cavity 19 flows from the downstream auxiliary hole 15 side to the upstream auxiliary hole 17 side, flows out of the upstream auxiliary hole 17, and is supplied again to the impeller 5 side. In other words, a circulating flow can be generated between the downstream auxiliary hole 15 and the upstream auxiliary hole 17 so as to suppress the surging phenomenon of the centrifugal compressor 1.

また、インペラ5の入口側の空気流量が少ないときに、コントローラ31によってインペラ5の出口側の空気温度に基づいて噴霧機構21の微細水滴Dの噴霧流量を制御しつつ、噴霧機構21からトリートメントキャビティ19内に微細水滴Dを噴霧する。これにより、微細水滴Dを循環流に乗せて上流補助穴17から主流に移流させて、主流の空気中で気化して、この気化熱による冷却作用によって主流の空気温度を下げることができ、結果的に、インペラ5の出口側と入口側の空気温度の温度差を小さくすることができる。ここで、噴霧機構21がケーシング3におけるシュラウド壁3fの径方向外側に配設してあるため、噴霧機構21による微細水滴Dの噴霧によって主流に乱れが生じることはない。   When the air flow rate on the inlet side of the impeller 5 is small, the controller 31 controls the spray flow rate of the fine water droplets D on the spray mechanism 21 based on the air temperature on the outlet side of the impeller 5, and the treatment cavity from the spray mechanism 21. 19 is sprayed with fine water droplets D. As a result, the fine water droplets D can be placed in the circulating flow and transferred from the upstream auxiliary hole 17 to the main flow, and vaporized in the main flow air, and the cooling temperature by the heat of vaporization can lower the main flow air temperature. In particular, the temperature difference between the air temperature at the outlet side and the inlet side of the impeller 5 can be reduced. Here, since the spray mechanism 21 is disposed on the radially outer side of the shroud wall 3 f in the casing 3, the main flow is not disturbed by the spray of the fine water droplets D by the spray mechanism 21.

従って、本発明の実施形態によれば、インペラ5の入口側において主流に乱れを生じさせることなく、微細水滴Dを主流の空気中で気化して、この気化熱による冷却作用によって主流の空気温度を下げて、インペラ5の出口側と入口側の空気温度の温度差を小さくすることができるため、遠心圧縮機1の圧縮機効率の向上を十分に図りつつ、インペラ5の寿命を延ばすと共に、遠心圧縮機1における圧縮過程を等温圧縮過程に近づけて、インペラ5の回転に必要な動力を低減することができる。   Therefore, according to the embodiment of the present invention, fine water droplets D are vaporized in the mainstream air without causing turbulence in the mainstream on the inlet side of the impeller 5, and the mainstream air temperature is cooled by the cooling effect of the heat of vaporization. And the temperature difference between the air temperature at the outlet side and the inlet side of the impeller 5 can be reduced, so that the compressor efficiency of the centrifugal compressor 1 is sufficiently improved and the life of the impeller 5 is extended. The power required for the rotation of the impeller 5 can be reduced by bringing the compression process in the centrifugal compressor 1 closer to the isothermal compression process.

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、その他、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。   In addition, this invention is not restricted to description of the above-mentioned embodiment, In addition, it can implement in a various aspect. Further, the scope of rights encompassed by the present invention is not limited to these embodiments.

本発明の実施形態に係る遠心圧縮機の側断面図である。It is a sectional side view of the centrifugal compressor concerning the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る遠心圧縮機の作用の説明図である。It is explanatory drawing of an effect | action of the centrifugal compressor which concerns on embodiment of this invention. 一般的な遠心圧縮機の側断面図である。It is a sectional side view of a common centrifugal compressor.

符号の説明Explanation of symbols

1 遠心圧縮機
3 ケーシング
3f シュラウド壁
5 インペラ
7 ハブ
9 ブレード
11 給気口
13 ディフューザ流路
15 下流補助穴
17 上流補助穴
19 トリートメントキャビティ
21 噴霧機構
23 支持パイプ
25 水滴生成器
27 接続回路
29 流量制御弁
31 コントローラ
33 温度センサ
D 微細水滴
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Centrifugal compressor 3 Casing 3f Shroud wall 5 Impeller 7 Hub 9 Blade 11 Supply port 13 Diffuser flow path 15 Downstream auxiliary hole 17 Upstream auxiliary hole 19 Treatment cavity 21 Spray mechanism 23 Support pipe 25 Droplet generator 27 Connection circuit 29 Flow control Valve 31 Controller 33 Temperature sensor D Fine water droplet

Claims (2)

ガスを遠心力を利用して圧縮する遠心圧縮機において、
内側にシュラウド壁を有したケーシングと、
前記ケーシングの前記シュラウド壁内に回転可能に設けられ、軸心周りに回転可能なハブ、及び前記ハブの外周面に周方向に間隔を置いて設けられかつ外縁が前記ケーシングの前記シュラウド壁に沿うようにそれぞれ延びた複数枚のブレードを備えたインペラと、を具備し、
前記ケーシングの前記シュラウド壁の上流側周縁部にガスを前記インペラ側へ給気する給気口が形成され、前記ケーシングの前記シュラウド壁の下流側周縁部に圧縮したガスを排気する環状の排気流路が形成され、
前記ケーシングの前記シュラウド壁における前記ブレードの前縁位置よりも下流側に下流補助穴が形成され、前記ケーシングの前記シュラウド壁における前記ブレードの前縁位置よりも上流側に上流補助穴が形成され、前記ケーシングの内部に前記下流補助穴側から前記上流補助穴側へガスの流れを許容する環状のトリートメントキャビティが形成され、
更に、前記ケーシングにおける前記シュラウド壁の径方向外側に配設され、前記トリートメントキャビティ内、前記上流補助穴内、又は前記下流補助穴内に微細水滴を噴霧する噴霧機構と、を具備したことを特徴とする遠心圧縮機。
In a centrifugal compressor that compresses gas using centrifugal force,
A casing having a shroud wall on the inside;
A hub rotatably provided in the shroud wall of the casing and rotatable about an axis, and a circumferentially spaced outer peripheral surface of the hub and having an outer edge along the shroud wall of the casing An impeller having a plurality of blades each extending in the manner as described above,
An air supply port for supplying gas to the impeller side at the upstream peripheral portion of the shroud wall of the casing is formed, and an annular exhaust flow exhausting compressed gas to the downstream peripheral portion of the shroud wall of the casing A road is formed,
A downstream auxiliary hole is formed downstream of the blade front edge position in the shroud wall of the casing, and an upstream auxiliary hole is formed upstream of the blade front edge position of the casing shroud wall; An annular treatment cavity that allows a gas flow from the downstream auxiliary hole side to the upstream auxiliary hole side is formed in the casing,
And a spray mechanism that is disposed on a radially outer side of the shroud wall in the casing and sprays fine water droplets in the treatment cavity, the upstream auxiliary hole, or the downstream auxiliary hole. Centrifugal compressor.
前記インペラの出口側のガス温度又はこのガス温度と相関関係にあるパラメータに基づいて前記噴霧機構の微細水滴の噴霧流量を制御する噴霧流量制御手段と、を具備したことを特徴とする請求項1に記載の遠心圧縮機。   2. A spray flow rate control means for controlling a spray flow rate of fine water droplets of the spray mechanism based on a gas temperature on the outlet side of the impeller or a parameter correlated with the gas temperature. The centrifugal compressor described in 1.
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