JP2010236401A - Centrifugal fluid machine - Google Patents

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Hiromi Kobayashi
博美 小林
Hideo Nishida
秀夫 西田
Masanori Tanaka
征将 田中
Takanori Shibata
貴範 柴田
Manabu Yagi
学 八木
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Hitachi Plant Technologies Ltd
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    • F05D2250/51Inlet

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To a centrifugal fluid machine having characteristics highly efficient in a wide operation flow rate range only by improving the structure extremely simply. <P>SOLUTION: The centrifugal fluid machine 20 has: a rotary shaft 6; a centrifugal impeller 4 mounted on the rotary shaft; a casing 5 for storing the rotary shaft and the centrifugal impeller; and a suction passage means provided integrally with or independently from the casing. The suction passage means has: a suction nozzle 1 having a passage formed for guiding a flow from the direction orthogonal to the rotary shaft to the impeller; an annular passage means 8 with an annular passage connected with the passage of the suction nozzle formed; a movable inlet guide vane 3 disposed on the downstream side of the annular passage means for forming a circular blade row; and a rotatable guiding blade 2 disposed in a connection part of the suction nozzle and the annular passage means. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、遠心形流体機械に係り、特に回転軸に対してほぼ直交する方向である半径方向から作動流体が流入する吸込流路を有する場合に好適な遠心形流体機械に関する。   The present invention relates to a centrifugal fluid machine, and more particularly to a centrifugal fluid machine suitable for a case where there is a suction flow channel into which a working fluid flows from a radial direction that is substantially perpendicular to a rotation axis.

従来のいわゆる半径方向吸込型の遠心形流体機械の例が、特許文献1に記載されている。この公報に記載の遠心圧縮機では、半径方向吸込み流路を形成する吸込みケーシングを羽根車の上流側に備えている。そして羽根車への気体流れを均一にするために、羽根車の上流側であって周方向に複数個所配置した周方向位置その形状が異なるケーシング案内羽根を、ケーシングへの取付け部分を中心に回動可能にしている。これにより、案内羽根出口の気体流れに旋回力を与え、羽根車の仕事を変化させて、圧縮機を容量制御している。   An example of a conventional so-called radial suction type centrifugal fluid machine is described in Patent Document 1. In the centrifugal compressor described in this publication, a suction casing that forms a radial suction flow path is provided on the upstream side of the impeller. Then, in order to make the gas flow to the impeller uniform, the casing guide blades that are arranged at a plurality of locations in the circumferential direction on the upstream side of the impeller and that have different shapes are rotated around the mounting portion to the casing. It is possible to move. Thereby, a turning force is given to the gas flow at the guide blade outlet, and the work of the impeller is changed to control the capacity of the compressor.

半径方向吸込み型のターボ圧縮機の例が、特許文献2に記載されている。このターボ圧縮機では、低流量側運転時に発生する振動や騒音を防止し、作動範囲を拡大するために、吸込みケーシングの底部近傍に設けた仕切り板と、羽根車上流の吸込みケーシングに周方向に間隔を置いて配置した複数の羽根からなる円形翼列の取付け角度を可動にしている。   An example of a radial suction type turbo compressor is described in Patent Document 2. In this turbo compressor, in order to prevent vibration and noise that occur during low-flow-side operation and to expand the operating range, the partition plate provided near the bottom of the suction casing and the suction casing upstream of the impeller in the circumferential direction The mounting angle of the circular blade row composed of a plurality of blades arranged at intervals is made movable.

実開平2−19899号公報Japanese Utility Model Publication 2-198999 特開平6−193596号公報JP-A-6-193596

遠心形流体機械では、羽根車の上流にインレットガイドベーン(案内羽根、案内翼)を配置し、このインレットガイドベーンの取り付け角度を変えて流れに予旋回を与え、流量を制御をする場合がある。そして、インレットガイドベーンで流量制御する遠心形流体機械において、遠心羽根車の上流の吸込み方向がいわゆる半径方向吸込みの場合、すなわち軸方向に略垂直な方向からノズルを介して吸込む場合には、吸込ケーシングに何らかの手段を設けなけいと、インレットガイドベーンに流入する流れが、周方向に非一様となる。その結果、羽根車入口部での損失が大きくなり流体機械の効率低下を招く、あるいは騒音振動の発生原因になるなどの不具合を発生する恐れがあった。   In a centrifugal fluid machine, an inlet guide vane (guide vane, guide vane) is arranged upstream of the impeller, and the flow may be controlled by changing the mounting angle of the inlet guide vane to give a pre-swirl to the flow. . In a centrifugal fluid machine that controls the flow rate with an inlet guide vane, when the suction direction upstream of the centrifugal impeller is so-called radial suction, that is, when suction is performed through a nozzle from a direction substantially perpendicular to the axial direction, suction is performed. Unless some means is provided in the casing, the flow flowing into the inlet guide vane becomes non-uniform in the circumferential direction. As a result, there is a risk that the loss at the inlet of the impeller increases, leading to a decrease in the efficiency of the fluid machine or the occurrence of noise vibration.

このような不具合を解消するために、特許文献1に記載の遠心圧縮機では、羽根車の上流側の吸込み流路に、羽根角度や形状の異なるインレットガイドベーンを円形翼列状に配置し、インレットガイドベーンへの流入損失の低減を図っている。この公報に記載の遠心圧縮機では、インレットガイドベーンを全開、すなわち予旋回を0°にする場合には、流れをスムーズにインレットガイドベーンに導くので確かに損失の低減が図られる。   In order to eliminate such inconvenience, in the centrifugal compressor described in Patent Document 1, inlet guide vanes having different blade angles and shapes are arranged in a circular blade row in the suction passage on the upstream side of the impeller, The inflow loss to the inlet guide vane is reduced. In the centrifugal compressor described in this publication, when the inlet guide vane is fully opened, that is, when the pre-turn is set to 0 °, the flow is smoothly guided to the inlet guide vane, so that the loss can be surely reduced.

しかしながら、予旋回を0°以外の角度にしようとするとき、すなわち部分流量で運転しようとするときには、インレットガイドベーンの周方向に配置した複数の羽根周りの流れが一様ではなくる。上方に位置する羽根では、比較的流れに応じた羽根角度を設定できるが、下方に位置する羽根では大きな迎え角を生じるようになる。その結果、部分的に大きな損失が発生して効率の低下となる。また複数のインレットガイドベーンのそれぞれの出口角度が変化し、流れ角度が周方向に一定にならず、羽根車の上流に与えるべき旋回流れが周方向に一様になりにくい。   However, when trying to make the pre-turn at an angle other than 0 °, that is, when operating at a partial flow rate, the flow around the plurality of blades arranged in the circumferential direction of the inlet guide vane is not uniform. With the blades located above, the blade angle can be set relatively depending on the flow, but with the blades located below, a large angle of attack is produced. As a result, a large loss occurs partially and the efficiency is lowered. In addition, the outlet angle of each of the plurality of inlet guide vanes changes, the flow angle is not constant in the circumferential direction, and the swirl flow to be given upstream of the impeller is not easily uniform in the circumferential direction.

上記特許文献2に記載のターボ圧縮機では、半径方向内向き流路を形成する吸込ノズルから流入した流れを周方向流れに変換する環状流路部分に、回動可能な仕切り板を設けて、回り込み流れを制御している。そして、周方向に複数配置したインレットガイドベーンにより、流れに旋回成分が効果的に付与されるようにしている。この公報に記載の圧縮機では、可動翼により損失を低減しながら旋回を付与できるが、環状流路に流入した後に流れを制御するので、付与される旋回流れの量が制限される。   In the turbo compressor described in Patent Document 2, a rotatable partition plate is provided in an annular flow path portion that converts a flow flowing from a suction nozzle that forms a radially inward flow path into a circumferential flow, The wraparound flow is controlled. Then, a swirl component is effectively applied to the flow by a plurality of inlet guide vanes arranged in the circumferential direction. In the compressor described in this publication, swirl can be imparted while reducing loss by the movable blades, but since the flow is controlled after flowing into the annular flow path, the amount of swirl flow imparted is limited.

本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、遠心形の流体機械において、極めて簡単な構造の改良で、効率が高くかつ広い作動流量範囲の特性を有することにある。本発明の他の目的は、半径方向吸込型の遠心流体機械において、簡単な吸込流路構造で高い流体性能を有することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to improve the efficiency of a centrifugal fluid machine with a very simple structure and to have a wide operating flow rate characteristic. . Another object of the present invention is to provide high fluid performance with a simple suction channel structure in a radial suction type centrifugal fluid machine.

上記目的を達成する本発明の特徴は、回転軸とこの回転軸に取り付けた遠心羽根車とこれら回転軸と遠心羽根車とを収容するケーシングと、前記ケーシングと一体または別体で設けられる吸込流路手段を有する遠心形流体機械において、吸込流路手段は、回転軸に対して直交する方向から前記羽根車に流れを導く流路が形成された吸込ノズルと、この吸込ノズルの流路に接続する環状流路が形成された環状流路手段と、この環状流路手段の下流側に配置され円形翼列を構成する可動インレットガイドベーンと、吸込ノズルと環状流路手段との接続部に配置された回動可能な案内羽根とを有することにある。   A feature of the present invention that achieves the above object is that a rotating shaft, a centrifugal impeller attached to the rotating shaft, a casing that accommodates the rotating shaft and the centrifugal impeller, and a suction flow provided integrally or separately from the casing. In the centrifugal fluid machine having the passage means, the suction passage means is connected to the suction nozzle formed with a passage for guiding the flow to the impeller from a direction orthogonal to the rotation axis, and to the passage of the suction nozzle. An annular channel means formed with an annular channel, a movable inlet guide vane that is arranged downstream of the annular channel means and constitutes a circular blade row, and is arranged at a connection portion between the suction nozzle and the annular channel means And a rotatable guide vane.

そしてこの特徴において、案内羽根とインレットガイドベーンとを駆動する駆動手段と、この駆動手段を制御する制御手段とを設けるのがよく、案内羽根を複数有し、制御手段は各案内羽根角度を独立に制御可能であることがさらに望ましい。また、駆動手段は、案内羽根とインレットガイドベーンを連動して駆動するものでもよい。   In this feature, it is preferable to provide a driving means for driving the guide vanes and the inlet guide vanes and a control means for controlling the driving means. The control means has a plurality of guide vanes, and the control means independently sets each guide vane angle. It is further desirable to be controllable. Further, the driving means may drive the guide vanes and the inlet guide vanes in conjunction with each other.

本発明によれば、半径方向流れ流路から環状流路へ流入する部分に、流れを所定方向に導く可動案内手段を設けたので、極めて簡単な構造の改良で、効率が高くかつ広い流量範囲の特性を有する流体機械が得られる。また、半径方向吸込型の遠心流体機械、特に遠心圧縮機において、簡単な吸込流路構造で高い流体性能が得られる。   According to the present invention, the movable guide means for guiding the flow in a predetermined direction is provided in the portion that flows from the radial flow channel to the annular flow channel. A fluid machine having the following characteristics can be obtained. Further, in a radial suction type centrifugal fluid machine, particularly a centrifugal compressor, high fluid performance can be obtained with a simple suction flow path structure.

本発明に係る圧縮機の一実施例の吸込部の横断面図((a)図)および縦断面図((b)図)。The cross-sectional view ((a) figure) and longitudinal cross-sectional view ((b) figure) of the suction part of one Example of the compressor based on this invention. 従来の圧縮機の吸込流路の横断面図。The cross-sectional view of the suction flow path of the conventional compressor. 本発明に係る縮機の他の実施例の吸込部の横断面図。The cross-sectional view of the suction part of the other Example of the compression machine which concerns on this invention. 遠心形流体機械の特性カーブを説明する図。The figure explaining the characteristic curve of a centrifugal fluid machine.

以下、本発明に係る遠心形流体機械の実施例を、図面を用いて説明する。本実施例では、遠心形流体機械として遠心圧縮機を取り上げるが、遠心形流体機械は遠心圧縮機に限るものではなく、遠心ポンプ等でもよい。ただし、吸込み流れの形式は、半径方向内向き流れから軸方向流れに変化するものが好適である。   Embodiments of a centrifugal fluid machine according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In this embodiment, a centrifugal compressor is taken up as a centrifugal fluid machine. However, the centrifugal fluid machine is not limited to a centrifugal compressor, and may be a centrifugal pump or the like. However, the suction flow is preferably changed from a radially inward flow to an axial flow.

図1に、遠心圧縮機の吸込流路部を、図1(a)は横断面図すなわち同図(b)のX−X矢視断面図で、図1(b)は縦断面図すなわち同図(a)のY−Y矢視断面図で示す。比較のために、従来の同種遠心圧縮機の一例の横断面図を、図2に示す。   FIG. 1 shows a suction flow path portion of a centrifugal compressor, FIG. 1 (a) is a cross-sectional view, that is, a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 1 (b), and FIG. It is shown by a YY arrow cross-sectional view of FIG. For comparison, FIG. 2 shows a cross-sectional view of an example of a conventional homogeneous centrifugal compressor.

遠心圧縮機20では、図示しない原動機に駆動される回転軸6に、1枚(単段)または複数枚(多段)の遠心羽根車4が取付けられている。回転軸6の吸込み側端部は、ケーシング5に保持した軸受14により回動可能に支持されている。遠心羽根車4の下流には羽根付ディフューザまたは羽根なしディフューザが配置されており、羽根車4で流体に付与された運動エネルギーを圧力エネルギーに変換する。デイフューザ部の下流には、半径方向外向き流れを半径方向内向き流れに変えて次段の羽根車に導くリターンチャネル部が設けられている。図1では、リターンチャネル部より下流部の図示を、省略している。同様の構造を羽根車の数だけ繰り返した後、圧縮された気体は吐出ノズルを介して機外に送られる。   In the centrifugal compressor 20, one (single stage) or plural (multistage) centrifugal impellers 4 are attached to a rotary shaft 6 driven by a motor (not shown). The suction side end of the rotating shaft 6 is rotatably supported by a bearing 14 held in the casing 5. A vaned diffuser or a vaneless diffuser is disposed downstream of the centrifugal impeller 4 and converts the kinetic energy imparted to the fluid by the impeller 4 into pressure energy. A return channel portion is provided downstream of the diffuser portion to convert the radially outward flow into the radially inward flow and lead it to the next stage impeller. In FIG. 1, illustration of the downstream part from the return channel part is omitted. After repeating the same structure by the number of impellers, the compressed gas is sent out of the machine through the discharge nozzle.

初段羽根車4の上流側には、吸込流路が形成されている。機外から遠心圧縮機20に送られる作動ガスは、まず配管11に接続され遠心圧縮機20のケーシング5から半径方向に突き出た吸込ノズル1に導かれる。吸込ノズル1は、縦断面(図1(b))では半径方向内側に向かうにしたがい窄まった形状であり、横断面(図1(a))では半径方向内側に向かうにしたがい幅方向に広がった形状をしている。   A suction passage is formed on the upstream side of the first stage impeller 4. The working gas sent from the outside to the centrifugal compressor 20 is first connected to the pipe 11 and led to the suction nozzle 1 protruding in the radial direction from the casing 5 of the centrifugal compressor 20. The suction nozzle 1 has a shape that narrows inward in the radial direction in the longitudinal section (FIG. 1B), and spreads in the width direction inward in the radial direction in FIG. 1A. It has a different shape.

吸込ノズル1の下流側には、この吸込ノズル1に接続して、ケーシング5を円環状に切り抜いた形の環状流路8が形成されている。環状流路8よりも半径方向内側で、環状流路8よりも軸方向長さが短い環状のインレットガイドベーン流路3dが、環状流路8に接続している。インレットガイドベーン流路3dと羽根車4内の流路を、羽根車吸込み流路4dが接続している。この羽根車吸込流路4dは、半径方向内向き流れを軸方向流れに転換する。   On the downstream side of the suction nozzle 1, an annular flow path 8 is formed which is connected to the suction nozzle 1 and is formed by cutting the casing 5 into an annular shape. An annular inlet guide vane channel 3 d that is radially inward of the annular channel 8 and shorter in the axial direction than the annular channel 8 is connected to the annular channel 8. The impeller suction passage 4d is connected to the inlet guide vane passage 3d and the passage in the impeller 4. The impeller suction flow path 4d converts a radially inward flow into an axial flow.

インレットガイドベーン流路3dには、翼形の羽根3aを有するインレットガイドベーン(以下、IGVとも称す)3が、周方向にほぼ等間隔に配置されている。IGV3の羽根3aの形状は翼形が望ましいが、板状でもよい。IGV3は、その中間部にケーシング5への取付け用の軸が設けられている。IGV3は、この軸を中心に回転可能であり、運転条件に応じてその取り付け角度を変えることも可能である。   In the inlet guide vane channel 3d, inlet guide vanes (hereinafter also referred to as IGVs) 3 having airfoil blades 3a are arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction. The shape of the blade 3a of the IGV 3 is preferably an airfoil, but may be a plate shape. The IGV 3 is provided with a shaft for attachment to the casing 5 at an intermediate portion thereof. The IGV 3 can rotate around this axis, and its mounting angle can be changed according to the operating conditions.

ここで本発明の特徴として、IGV3よりも上流側であって吸込ノズル1と環状流路8との接続部のほぼ中央に、1枚の可動案内羽根2が配置されている。可動案内羽根2には、遠心圧縮機20の軸方向に延びる回動軸2dがその中間部に設けられている。回動軸2dは、環状流路8の外周端部においてケーシング5に保持されている。回動軸2dの先端は、図示しない駆動手段に接続されている。   Here, as a feature of the present invention, one movable guide vane 2 is disposed on the upstream side of the IGV 3 and substantially at the center of the connection portion between the suction nozzle 1 and the annular flow path 8. The movable guide vane 2 is provided with a rotating shaft 2d extending in the axial direction of the centrifugal compressor 20 at an intermediate portion thereof. The rotating shaft 2 d is held by the casing 5 at the outer peripheral end of the annular flow path 8. The tip of the rotating shaft 2d is connected to a driving means (not shown).

次にこのように構成した本実施例の遠心圧縮機20の動作を説明する前に、従来型の遠心圧縮機20bの動作を比較のために説明する。図2に従来の遠心圧縮機20bの吸込部を横断面図で示す。ここで示した従来の遠心圧縮機では、吸込みノズル1と環状流路8の接続部に配置した案内羽根2aが、その向きを変えることのできない固定案内羽根となっている。図2(a)は、IGV3の羽根3aの向きを半径方向に向けた場合であり、羽根車4の吸込側に予旋回の無い流れを導く例である。図2(b)は、図2(a)と同一の遠心圧縮機でIGV3の羽根3aを回動させた場合であり、羽根車4の吸込側に予旋回を有する流れを導く場合である。   Next, before describing the operation of the centrifugal compressor 20 of the present embodiment configured as described above, the operation of the conventional centrifugal compressor 20b will be described for comparison. FIG. 2 shows a suction section of a conventional centrifugal compressor 20b in a cross-sectional view. In the conventional centrifugal compressor shown here, the guide vane 2a arranged at the connection portion between the suction nozzle 1 and the annular flow path 8 is a fixed guide vane whose direction cannot be changed. FIG. 2A shows an example in which the direction of the blade 3 a of the IGV 3 is directed in the radial direction, and a flow without a pre-turn is guided to the suction side of the impeller 4. FIG. 2B shows a case where the blade 3a of the IGV 3 is rotated by the same centrifugal compressor as that shown in FIG. 2A, and a flow having a pre-turn is guided to the suction side of the impeller 4.

図4に、この従来の吸込み形状を有する遠心圧縮機20bを運転したときの性能曲線を、破線で示す。図2(a)は、IGV3で予旋回を与えない場合、つまり最大流量で運転する場合であるから、図4のA点で運転する場合に相当する。IGV3の羽根3aは半径方向に向けられている。   In FIG. 4, the performance curve when operating the centrifugal compressor 20b having this conventional suction shape is indicated by a broken line. FIG. 2A corresponds to the case where the vehicle is operated at the point A in FIG. 4 because the IGV 3 does not give a pre-turn, that is, the vehicle is operated at the maximum flow rate. The blade 3a of the IGV 3 is directed in the radial direction.

この図2(a)において、吸込ノズル1から流入した主流7は、固定案内羽根2aで流量をほぼ2等分され、左側および右側の環状流路8に流入する。流れ7がこの環状流路8を流下する際に、その一部ずつがIGV3の羽根3a間に形成される流路を通過する流れ7aとなる。羽根3a間を通過した流れは、最後に予旋回のない軸方向流として羽根車4に流入する。   In FIG. 2A, the main flow 7 flowing in from the suction nozzle 1 is divided into two equal parts by the fixed guide vanes 2a, and flows into the left and right annular flow paths 8. When the flow 7 flows down the annular flow path 8, a part of the flow 7 becomes a flow 7a passing through the flow path formed between the blades 3a of the IGV 3. The flow that has passed between the blades 3a finally flows into the impeller 4 as an axial flow without a pre-turn.

このとき、吸込みノズルと反対側、すなわち図2(a)の下側から羽根3a間に流入する流れ7aとなって羽根車4に流入する流れは、上側から羽根3a間に流入する流れ7aに比べて流れにくい。しかし、環状流路8の断面積をある程度の大きさに設定すれば、大きな損失にはならない。また周方向の流れ分布の一様性も、それほど損なわれることは無い。   At this time, the flow 7a flowing between the blades 3a from the side opposite to the suction nozzle, that is, the lower side in FIG. 2A, flows into the impeller 4 into the flow 7a flowing between the blades 3a from the upper side. It is hard to flow compared with. However, if the cross-sectional area of the annular flow path 8 is set to a certain size, there is no significant loss. Further, the uniformity of the flow distribution in the circumferential direction is not significantly impaired.

一方、図4でC点で表される小流量の運転点で遠心圧縮機20bを動かすために、IGV3を用いて強い予旋回を与える場合には、図2(b)に示すように、IGV3の羽根3aを半径方向線から傾ける。この場合、羽根3a間の流れ7aは、図2(b)の左半側では、比較的スムーズに羽根車4に導かれる。これに対して図の右半側では、流れ7がIGV3の羽根3a間に流入する際に大きな迎え角をもつ流れ7aとなる。   On the other hand, in order to move the centrifugal compressor 20b at the small flow rate operation point represented by the point C in FIG. 4, when a strong pre-turn is given using the IGV3, as shown in FIG. The blade 3a is inclined from the radial line. In this case, the flow 7a between the blades 3a is guided to the impeller 4 relatively smoothly on the left half side in FIG. On the other hand, on the right half side of the figure, when the flow 7 flows between the blades 3a of the IGV 3, the flow 7a has a large angle of attack.

この右半のような流れは、羽根3aへの流入時に大きな剥離を伴い、損失が大きい。また羽根車4へ流入する流れの速度分布は、周方向に極めて非一様な流れとなり、羽根車4の性能が低下し、ひいては圧縮機20bの性能低下を引き起こす。さらに環状流路8では、下流に配置したIGV3で剥離が生じるため、左右の回り込み流れが衝突する場所で流れが不安定になる。その結果、圧縮機20bの特性を不安定化させる恐れがある。圧縮機20bの特性が不安定化すると、その不安定特性に起因して騒音・振動が発生する。   This flow in the right half is accompanied by a large separation when flowing into the blade 3a and has a large loss. Moreover, the velocity distribution of the flow flowing into the impeller 4 becomes a very non-uniform flow in the circumferential direction, and the performance of the impeller 4 is lowered, and consequently the performance of the compressor 20b is lowered. Further, in the annular flow path 8, separation occurs in the IGV 3 disposed downstream, so that the flow becomes unstable at a place where the left and right wraparound flows collide. As a result, the characteristics of the compressor 20b may be destabilized. When the characteristics of the compressor 20b become unstable, noise and vibration are generated due to the unstable characteristics.

これに対して図1に示した実施例の圧縮機20では、IGV3を用いて強い旋回を与える場合、吸込ノズル1と環状流路8の接続部分に可動案内羽根2を設けているのでこの可動案内羽根2を回動して、主流7の左右への分配率を変えることができる。これにより、吸込ノズル1から流出する主流7は、環状流路8の接線方向に近い角度で環状流路8に流入し、環状流路8内を一方向に旋回する流れとなる。この一方向の流れに対しては、IGV3の各羽根3aを適正な迎え角の範囲内に設定できるので、流れ7aは各羽根3a間に形成される流路へスムーズに流入する。   On the other hand, in the compressor 20 of the embodiment shown in FIG. 1, when the IGV 3 is used to give a strong swirl, the movable guide vane 2 is provided at the connection portion between the suction nozzle 1 and the annular flow path 8, so that this movable The guide blade 2 can be rotated to change the distribution ratio of the main flow 7 to the left and right. As a result, the main flow 7 flowing out from the suction nozzle 1 flows into the annular flow path 8 at an angle close to the tangential direction of the annular flow path 8 and turns in one direction in the annular flow path 8. For this unidirectional flow, each vane 3a of the IGV 3 can be set within an appropriate angle of attack, so that the flow 7a smoothly flows into the flow path formed between the vanes 3a.

このように吸込ノズル1と環状流路8の接続部に可動案内羽根2を設け、強い旋回を羽根車4に与えるときに可動案内羽根2を中立位置から傾けているので、流れの損失を小さくできる。また、周方向の流れ分布の一様性も保たれるので、圧縮機20の性能は低下しない。さらに、環状流路8では作動流体が一方向に流れるので、環状流路8内で左右の流れが衝突することを回避でき、環状流路8内で流れが不安定になることはない。   As described above, the movable guide vane 2 is provided at the connection portion between the suction nozzle 1 and the annular flow path 8, and the movable guide vane 2 is inclined from the neutral position when giving a strong turn to the impeller 4, so that the flow loss is reduced. it can. Moreover, since the uniformity of the flow distribution in the circumferential direction is maintained, the performance of the compressor 20 does not deteriorate. Furthermore, since the working fluid flows in one direction in the annular flow path 8, it is possible to avoid collision of the left and right flows in the annular flow path 8, and the flow does not become unstable in the annular flow path 8.

図4に、本実施例における圧縮機の特性を、実線で示す。上述したように、従来の圧縮機の典型的な例の特性を、併せて破線で示す。横軸は流量Qで、縦軸はヘッドHおよび効率ηである。IGV3の角度が0°の場合に、本実施例の圧縮機と同じ性能曲線を描くものを、従来の圧縮機として選定している。IGV3の角度を増加させると、本実施例の圧縮機は従来のものに比べて、ヘッドHや効率ηのカーブが小流量側にシフトする特性となり、小流量側での運転が可能になる。   In FIG. 4, the characteristic of the compressor in a present Example is shown as a continuous line. As described above, the characteristics of a typical example of a conventional compressor are shown together with a broken line. The horizontal axis is the flow rate Q, and the vertical axis is the head H and the efficiency η. When the angle of IGV3 is 0 degree, what draws the same performance curve as the compressor of a present Example is selected as a conventional compressor. When the angle of the IGV 3 is increased, the compressor of the present embodiment has a characteristic that the curve of the head H and the efficiency η shifts to the small flow rate side as compared with the conventional one, and the operation on the small flow rate side becomes possible.

また本実施例の圧縮機において、可動案内羽根2を回動制御すると、従来に比べて効率が高くなる。図4で示した抵抗曲線を負荷側が有する場合には、本実施例の圧縮機を用いると、A点からB点までの流量範囲で運転することができる。これに対し、従来の固定案内羽根を用い負荷側が同じ抵抗曲線であるときに、IGV3を用いて流量制御する場合には、運転範囲はA点からC点までであり、制御可能な流量範囲が本実施例よりも狭い。つまり、本実施例によれば、従来に比べて圧縮機の効率を向上させ、かつ流量範囲を拡大できる。   Moreover, in the compressor of a present Example, if rotation control of the movable guide blade 2 is carried out, efficiency will become high compared with the past. When the load side has the resistance curve shown in FIG. 4, the compressor of this embodiment can be used to operate in the flow rate range from point A to point B. On the other hand, when the flow rate is controlled using IGV3 when the load side has the same resistance curve using the conventional fixed guide vanes, the operation range is from point A to point C, and the controllable flow range is It is narrower than this example. That is, according to the present embodiment, the efficiency of the compressor can be improved and the flow rate range can be expanded as compared with the conventional case.

本発明に係る吸込流路の他の実施例を、図3に示す。本実施例が図1に示した実施例と相違するのは、吸込ノズル1と環状流路8の接続部に設ける可動案内羽根の数を複数個、この実施例では3個としたことにある。図3(a)は、IGV3で予旋回を付与しない場合であり、IGV3の上流に配置した可動案内羽根2b〜2bの中で中央の案内羽根2bをほぼ垂直に、左側の案内羽根2bを右に傾け、右側の案内羽根2bを左に傾ける。これにより、主流7を4個の大きな流れに分岐して環状流路8に導き、環状流路8内で主流7が周方向へ回り込むのを促進する。その結果、羽根車4へ流入する流れの周方向一様性が、より高められる。 Another embodiment of the suction channel according to the present invention is shown in FIG. This embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that the number of movable guide vanes provided at the connection portion between the suction nozzle 1 and the annular flow path 8 is plural, in this embodiment three. . FIG. 3A shows a case where no pre-swivel is given by the IGV 3 , and the central guide vane 2b 2 is arranged substantially vertically in the movable guide vanes 2b 1 to 2b 3 arranged upstream of the IGV 3 , and the left guide vane. 2b 1 is tilted to the right, and the right guide vane 2b 3 is tilted to the left. Thereby, the main flow 7 is branched into four large flows and led to the annular flow path 8, and the main flow 7 is promoted to circulate in the circumferential direction in the annular flow path 8. As a result, the circumferential uniformity of the flow flowing into the impeller 4 is further improved.

図3(b)に、IGV3で予旋回を付与する場合を示す。3個の可動案内羽根2b〜2bをすべて同一方向、図では右方向に傾ける。主流7はほぼ3個のの流れに分岐し、一番右側の可動案内羽根2bよりも右側には、主流7はほとんど流れ込まない。これにより、環状流路8には一方向の旋回流れが形成される。 FIG. 3B shows a case where the pre-turn is given by IGV3. All the three movable guide vanes 2b 1 to 2b 3 are tilted in the same direction, that is, in the right direction in the figure. Mainstream 7 branches to almost three of flow on the right side than the movable guide vanes 2b 3 rightmost mainstream 7 hardly flow into. Thereby, a one-way swirl flow is formed in the annular flow path 8.

本実施例における環状流路8内の流れは、図1に示した実施例の場合とほとんど同じである。しかし、可動案内羽根を3枚2b〜2b配置したので、可動案内羽根2b〜2bの流れ方向の長さを図1に示した実施例の可動案内羽根2よりも短くできる。これにより、平板2cあるいは駆動軸2dに作用する応力を低減できる。特に、高圧のガスを扱う圧縮機20では、本実施例のように可動案内羽根2bを複数設けると、可動案内羽根2bの強度不足または応力過多の問題を回避することができる。 The flow in the annular flow path 8 in this embodiment is almost the same as that in the embodiment shown in FIG. However, since the three sheets 2b 1 ~2B 3 arranged movable guide vanes, the flow direction length of the movable guide vane 2b 1 ~2B 3 can be made shorter than the movable guide vanes 2 of the embodiment shown in FIG. Thereby, the stress which acts on the flat plate 2c or the drive shaft 2d can be reduced. In particular, in the compressor 20 that handles high-pressure gas, if a plurality of movable guide vanes 2b are provided as in the present embodiment, problems of insufficient strength or excessive stress of the movable guide vanes 2b can be avoided.

なお上記いずれの実施例においても、可動案内羽根2、2b〜2bとインレットガイドベーン3の羽根3aとを、同一の図示しない駆動手段で駆動する。または、異なる駆動手段で駆動するときには、各駆動手段を図示しない同一の制御手段に接続し、この制御手段がそれぞれの駆動手段を同期して駆動することが好ましい。さらに、複数の可動案内羽根2b1〜2b3を設けた場合には、各可動案内羽根の角度を独立で変えることができることが望ましい。 In any of the above embodiments, the movable guide vanes 2, 2b 1 to 2b 3 and the vane 3a of the inlet guide vane 3 are driven by the same driving means (not shown). Alternatively, when driving by different driving means, it is preferable that each driving means is connected to the same control means (not shown), and this control means drives each driving means synchronously. Furthermore, when a plurality of movable guide vanes 2b1 to 2b3 are provided, it is desirable that the angle of each movable guide vane can be changed independently.

1…吸込ノズル、2…可動案内羽根、2a…固定案内羽根、2b〜2b…可動案内羽根、3…インレットガイドベーン(IGV)、3a…インレットガイドベーンの羽根、4…羽根車、5…ケーシング、6…回転軸、7…流れ(主流)の方向、7a…IGVを通過する流れの方向、8…環状流路(手段)、20…遠心圧縮機。 1 ... suction nozzle, 2 ... movable guide vanes, 2a ... stationary guide vanes, 2b 1 ~2B 3 ... movable guide vanes, 3 ... inlet guide vane (IGV), 3a ... vane of the inlet guide vane, 4 ... impeller 5 ... casing, 6 ... rotating shaft, 7 ... direction of flow (main flow), 7a ... direction of flow passing through IGV, 8 ... annular flow path (means), 20 ... centrifugal compressor.

Claims (4)

回転軸とこの回転軸に取り付けた遠心羽根車とこれら回転軸と遠心羽根車とを収容するケーシングと、前記ケーシングと一体または別体で設けられる吸込流路手段を有する遠心形流体機械において、
前記吸込流路手段は、回転軸に対して直交する方向から前記羽根車に流れを導く流路が形成された吸込ノズルと、この吸込ノズルの流路に接続する環状流路が形成された環状流路手段と、この環状流路手段の下流側に配置され円形翼列を構成する可動インレットガイドベーンと、前記吸込ノズルと前記環状流路手段との接続部に配置された回動可能な案内羽根とを有することを特徴とする遠心形流体機械。
In a centrifugal fluid machine having a rotating shaft, a centrifugal impeller attached to the rotating shaft, a casing for housing the rotating shaft and the centrifugal impeller, and a suction flow path means provided integrally or separately from the casing,
The suction flow path means includes a suction nozzle in which a flow path that guides the flow to the impeller from a direction orthogonal to the rotation axis is formed, and an annular shape in which an annular flow path that is connected to the flow path of the suction nozzle is formed A flow path means, a movable inlet guide vane disposed downstream of the annular flow path means and constituting a circular blade row, and a rotatable guide disposed at a connection portion between the suction nozzle and the annular flow path means A centrifugal fluid machine having a blade.
前記案内羽根と前記インレットガイドベーンとを駆動する駆動手段と、この駆動手段を制御する制御手段とを設けたことを特徴とする請求項1に記載の遠心形流体機械。   2. The centrifugal fluid machine according to claim 1, further comprising drive means for driving the guide vanes and the inlet guide vane and control means for controlling the drive means. 前記案内羽根を複数有し、前記制御手段は各案内羽根角度を独立に制御可能であることを特徴とする請求項2に記載の遠心形流体機械。   3. The centrifugal fluid machine according to claim 2, wherein a plurality of the guide blades are provided, and the control means can control each guide blade angle independently. 前記駆動手段は、前記案内羽根と前記インレットガイドベーンを連動して駆動することを特徴とする請求項2または3に記載の遠心形流体機械。   The centrifugal fluid machine according to claim 2 or 3, wherein the driving means drives the guide vanes and the inlet guide vanes in conjunction with each other.
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