JP2011021503A - Suction casing of centrifugal compressor and design method of suction casing of centrifugal compressor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は作動流体を圧縮する遠心圧縮機の吸込ケーシング及び遠心圧縮機の吸込ケーシングの設計方法に関する。 The present invention relates to a suction casing of a centrifugal compressor that compresses a working fluid and a method for designing a suction casing of a centrifugal compressor.
作動流体を圧縮する遠心圧縮機として、例えば非特許文献の「EXPERIMENTAL AND COMPUTATIONAL STUDY OF A RADIAL COMPRESSOR INLET」(ASME Paper 95-GT-82、1995年、P.7)に遠心圧縮機の吸込ケーシングに関する技術が開示されている。 As a centrifugal compressor that compresses the working fluid, for example, a non-patent document `` EXPERIMENTAL AND COMPUTATIONAL STUDY OF A RADIAL COMPRESSOR INLET '' (ASME Paper 95-GT-82, 1995, p. 7) relates to the suction casing of the centrifugal compressor. Technology is disclosed.
ところで、この遠心圧縮機の吸込ケーシングでは、遠心圧縮機の性能を損なわないようにするために、軸方向吸込型の遠心圧縮機のインペラに流入する気流を周方向に均一化する必要がある。 By the way, in the suction casing of this centrifugal compressor, in order not to impair the performance of the centrifugal compressor, it is necessary to make the airflow flowing into the impeller of the axial suction type centrifugal compressor uniform in the circumferential direction.
そのための手段として、特開平10−318191号公報には、遠心圧縮機の吸込ケーシング内部に吸込口から吸い込まれる気流を分割するガイド板を該吸込ケーシング内部の入口部分に設けた技術が開示されている。 As a means for this, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-318191 discloses a technique in which a guide plate that divides an airflow sucked from a suction port into a suction casing of a centrifugal compressor is provided at an inlet portion inside the suction casing. Yes.
また、特開2006−200489号公報には、遠心圧縮機の吸込ケーシング内部に回転軸と同心状に円弧状のガイドフェンスを設けた技術が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-200209 discloses a technique in which an arcuate guide fence is provided concentrically with a rotating shaft inside a suction casing of a centrifugal compressor.
特許文献1に記載の遠心圧縮機の吸込ケーシングでは、吸込ケーシング内部の入口部分にガイド板を設けて吸込口から吸い込まれる気流を分割して吸込ケーシングの内部の羽根車に流入する流れを周方向に均一化させている。
In the suction casing of the centrifugal compressor described in
しかしながら、吸込ケーシング内部の入口部分にガイド板を設けることによって吸込ケーシングでの圧力損失が増加し、遠心圧縮機の効率低下を招くことになる。また、ガイド板については、ガイド板の取付け位置や方向、長さなどの複数の設計パラメータを要するが、最適なガイド板形状を得るには長年に亘る経験や多数の実験が必要となる。 However, providing a guide plate at the inlet portion inside the suction casing increases the pressure loss in the suction casing, leading to a reduction in efficiency of the centrifugal compressor. In addition, the guide plate requires a plurality of design parameters such as the mounting position, direction, and length of the guide plate. To obtain an optimal guide plate shape, many years of experience and many experiments are required.
特許文献2に記載の遠心圧縮機の吸込ケーシングでは、吸込ケーシング内部に遠心圧縮機の回転軸と同心状に円弧状のガイドフェンスを設けて流れを周方向に均一化させて、羽根車への流入速度分布を均一化でき圧縮機の効率が向上する。
In the suction casing of the centrifugal compressor described in
しかしながら、ガイドフェンスを設けたことによる吸込ケーシングの圧力損失増加によって遠心圧縮機の効率低下を招くことについては何等考慮されていない。また、ガイドフェンスについても、ガイドフェンスの取付け位置や方向、長さなどの複数の設計パラメータを要し、最適なガイドフェンス形状を得るには長年に亘る経験や多数の実験が必要となる。 However, no consideration is given to reducing the efficiency of the centrifugal compressor due to an increase in the pressure loss of the suction casing due to the provision of the guide fence. Also, the guide fence requires a plurality of design parameters such as the installation position, direction, and length of the guide fence. To obtain an optimal guide fence shape, many years of experience and many experiments are required.
また、非特許文献1に記載の遠心圧縮機の吸込ケーシングでは、吸込ケーシング内部に周方向に45°間隔で半径方向に放射状に広がるガイドベーンを8枚設けて流れを周方向に均一化させている。しかしながら、ガイドベーンを設けることによって吸込ケーシングの圧力損失が増加し、遠心圧縮機の効率低下を招くことになる。
Further, in the suction casing of the centrifugal compressor described in Non-Patent
本発明の目的は、吸込ケーシング内部に気流の圧力損失を生じる整流部材を設置せずに、遠心圧縮機の吸込ケーシングに流入する気流の吸込流れの均一化を可能にして遠心圧縮機の効率低下を抑制した遠心圧縮機の吸込ケーシング、及び遠心圧縮機の吸込ケーシングの設計方法を提供することにある。 The object of the present invention is to reduce the efficiency of the centrifugal compressor by enabling the uniform suction flow of the airflow flowing into the suction casing of the centrifugal compressor without installing a rectifying member that causes a pressure loss of the airflow inside the suction casing. An object of the present invention is to provide a suction casing for a centrifugal compressor and a method for designing a suction casing for the centrifugal compressor.
本発明である遠心圧縮機の吸込ケーシングは、回転軸及びこの回転軸の外周に設置されて気流を圧縮する遠心羽根車を内部にそれぞれ収容する羽根車ケーシングと、前記羽根車ケーシングの上流側に設置されており、遠心羽根車の回転軸に対して直交する方向に開口した吸込口から回転軸に対して直交する内向き方向に気流を導く吸込ノズルを備え、この吸込ノズルから流入した回転軸に対して半径方向の流れを全周に広げる環状流路と、この環状流路で導かれた半径方向からの流れを回転軸中心方向に集約するとともに、半径方向から回転軸方向へ流れの向きを転向して気流を遠心羽根車へ導く軸方向流路をその内部に形成した吸込ケーシングから構成される遠心圧縮機の吸込ケーシングにおいて、前記吸込ケーシングの吸込ノズルと該吸込ケーシングの内部に形成された環状流路の合流部における流路断面積A1と吸込ケーシングの内部に形成された軸方向流路と遠心羽根車の間における最小流路断面積Asの比A1/Asが2.5以上になるように形成すると共に、前記吸込ケーシングの内部に形成された環状流路の環状流路半径と軸方向流路幅の積から求まる円筒表面積A2と前記最小流路断面積Asの比A2/Asが12以上になるように前記吸込ケーシングの流路形状を形成したことを特徴とする。 The suction casing of the centrifugal compressor according to the present invention includes an impeller casing that accommodates a rotating shaft and a centrifugal impeller that is installed on the outer periphery of the rotating shaft and compresses an airflow, and an upstream side of the impeller casing. A rotation shaft that is installed and has a suction nozzle that guides airflow in an inward direction perpendicular to the rotation axis from a suction port that opens in a direction orthogonal to the rotation axis of the centrifugal impeller, and the rotation shaft that has flowed from the suction nozzle An annular flow channel that spreads the flow in the radial direction over the entire circumference, and the flow from the radial direction guided by this annular flow channel is concentrated in the central direction of the rotation axis and the direction of flow from the radial direction to the rotation axis direction In the suction casing of the centrifugal compressor, the suction nozzle of the suction casing, and the suction nozzle. Ratio A1 / As of the flow path cross-sectional area A1 at the junction of the annular flow paths formed inside the casing and the minimum flow path cross-sectional area As between the axial flow path formed inside the suction casing and the centrifugal impeller The cylindrical surface area A2 obtained from the product of the annular channel radius and the axial channel width of the annular channel formed inside the suction casing and the minimum channel cross-sectional area The flow path shape of the suction casing is formed so that the As ratio A2 / As is 12 or more.
また本発明である遠心圧縮機の吸込ケーシングの設計方法は、回転軸及びこの回転軸の外周に設置されて気流を圧縮する遠心羽根車を内部にそれぞれ収容する羽根車ケーシングと、前記羽根車ケーシングの上流側に設置されており、遠心羽根車の回転軸に対して直交する方向に開口した吸込口から回転軸に対して直交する内向き方向に気流を導く吸込ノズルを備え、この吸込ノズルから流入した回転軸に対して半径方向の流れを全周に広げる環状流路と、この環状流路で導かれた半径方向からの流れを回転軸中心方向に集約するとともに、半径方向から回転軸方向へ流れの向きを転向して気流を遠心羽根車へ導く軸方向流路をその内部に形成した吸込ケーシングから構成される遠心圧縮機の吸込ケーシングの設計方法において、前記吸込ケーシングの吸込ノズルと該吸込ケーシングの内部に形成された環状流路の合流部における流路断面積A1と吸込ケーシングの内部に形成された軸方向流路と遠心羽根車の間における最小流路断面積Asの比A1/Asと、流れを表す物理量の周方向分布を評価するパラメータとの相関グラフを参照して所望の値になるように設定すると共に、前記吸込ケーシングの内部に形成された環状流路の環状流路半径と軸方向流路幅の積から求まる円筒表面積A2と前記最小流路断面積Asの比A2/Asと、流れを表す物理量の周方向分布を評価するパラメータとの相関グラフを参照して所望の値になるように設定して前記吸込ケーシングの吸込ノズルと前記環状流路の合流部における流路断面形状および前記環状流路の環状流路半径を決定することを特徴とする。 Further, the method for designing a suction casing of a centrifugal compressor according to the present invention includes an impeller casing for accommodating therein a rotating shaft and a centrifugal impeller that is installed on the outer periphery of the rotating shaft and compresses an airflow, and the impeller casing. A suction nozzle that guides the airflow in an inward direction perpendicular to the rotation axis from a suction port that opens in a direction perpendicular to the rotation axis of the centrifugal impeller, and from this suction nozzle An annular flow channel that spreads the flow in the radial direction around the rotation axis that flows in, and the flow from the radial direction guided by the annular flow channel in the central direction of the rotation axis, and from the radial direction to the rotation axis direction In the method of designing a suction casing of a centrifugal compressor, the suction case is composed of a suction casing having an axial flow passage formed therein for turning the flow direction to the centrifugal impeller. Flow path cross-sectional area A1 at the junction of the annular suction channel and the annular flow channel formed inside the suction casing, and the minimum flow channel breakage between the axial flow channel formed inside the suction casing and the centrifugal impeller A ratio A1 / As of the area As and a correlation graph between the parameters for evaluating the circumferential distribution of the physical quantity representing the flow are set so as to have a desired value, and an annular formed inside the suction casing. Correlation between the cylindrical surface area A2 obtained from the product of the annular channel radius and the axial channel width of the channel and the ratio A2 / As of the minimum channel cross-sectional area As and the parameter for evaluating the circumferential distribution of the physical quantity representing the flow Determine the flow path cross-sectional shape at the junction of the suction nozzle of the suction casing and the annular flow path and the annular flow path radius of the annular flow path by setting the desired value with reference to the graph And butterflies.
本発明によれば、吸込ケーシング内部に気流の圧力損失を生じる整流部材を設置せずに、遠心圧縮機の吸込ケーシングに流入する気流の吸込流れの均一化を可能にして遠心圧縮機の効率低下を抑制した遠心圧縮機の吸込ケーシング、及び遠心圧縮機の吸込ケーシングの設計方法が実現できる。 According to the present invention, it is possible to make the suction flow of the airflow flowing into the suction casing of the centrifugal compressor uniform without reducing the efficiency of the centrifugal compressor without installing a rectifying member that causes a pressure loss of the airflow inside the suction casing. The suction casing of the centrifugal compressor and the suction casing design method of the centrifugal compressor can be realized.
次に本発明の実施例である遠心圧縮機の吸込ケーシング及び遠心圧縮機の吸込ケーシングの設計方法について、図1〜図5を参照して以下に詳細に説明する。なお、本実施例の遠心圧縮機は多段遠心圧縮機の吸込ケーシングを例にとり説明するが、単段の場合や、類似構造を有するその他の遠心圧縮機にも本発明は適用可能である。 Next, the design method of the suction casing of the centrifugal compressor and the suction casing of the centrifugal compressor according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In addition, although the centrifugal compressor of a present Example demonstrates taking the case of the suction casing of a multistage centrifugal compressor, this invention is applicable also to the case of a single stage and the other centrifugal compressor which has a similar structure.
図1は、本発明の第1実施例に係る吸込ケーシングを備えた多段遠心圧縮機の構造を示した断面図であり、図2は、図1におけるA−A断面図であり、多段遠心圧縮機に備えられた吸込ケーシングの横断面の形状を示している。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of a multistage centrifugal compressor including a suction casing according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. The shape of the cross section of the suction casing with which the machine was equipped is shown.
図1及び図2に示すように、本発明の第1実施例の吸込ケーシングを備えた遠心圧縮機である多段遠心圧縮機100では、1本の回転軸1と、この回転軸1の外周に取付けられ該回転軸1の軸方向に離間して配設された複数の遠心羽根車2が羽根車ケーシング4の内部に回転可能に設置され、更に羽根車ケーシング4の内部には前記遠心羽根車2を相互に連絡して該遠心羽根車2によって圧縮された作動流体10を流下させる内部流路7が形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, in a multistage
そして、回転軸1及び遠心羽根車2を内部に収容する前記羽根車ケーシング4は、その上流側を、吸い込んだ気流を作動流体10として導く吸込ケーシング3に接続されており、この吸込ケーシング3から導入した作動流体10を該羽根車ケーシング4の内部に設置した遠心羽根車2の回転によって圧縮し、昇圧した作動流体10を外部に吐出する吐出スクロール5をその下流側に設けている。
The
なお、吸込ケーシング3は、図1および図2に示すように、吸込ケーシング3の入口側で作動流体10となる気流を該吸込ケーシング3に導入する吸込口31と、吸込口31から導入した気流を遠心羽根車2側に導く流路断面積が上流側から下流側に行くほど暫減する吸込ノズル32とを備えており、この吸込ケーシング3の吸込ノズル32を通じて導入された作動流体10となる気流は、吸込ケーシング3の内部に形成された環状流路33に流入した後に、この環状流路33に連通した軸方向流路34を流下して羽根車ケーシング4の内部に配設した複数の遠心羽根車2に導かれ、これらの複数の遠心羽根車2の回転によって順次、圧縮される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
遠心圧縮機の外部より吸込口31から吸込ケーシング3の内側に吸入された作動流体10は、図2に示したように、吸込ケーシング3の内側の吸込ノズル32を遠心羽根車2の回転軸1に対して直交する内向き方向に流れて吸込ケーシング3の内部に形成された環状流路33に至る。
The working
吸込ケーシング3の内側の吸込ノズル32から流出する回転軸1に対して半径方向内向きの作動流体10の流れは、この環状流路33によって環状流路33の全周に広げられ、この環状流路33の全周から軸方向流路34に半径方向内向きに流入する。
The flow of the working
環状流路33から半径方向内向きに軸方向流路34に流入した作動流体10は、回転軸1の中心方向に集約されるとともに、その流れ方向を半径方向から回転軸方向へ転向されて羽根車ケーシング4の内部に配設された多段の遠心羽根車2へ流入する。
The working
本実施例の遠心圧縮機における羽根車ケーシング4の内部に配設された遠心羽根車2は、軸方向吸込を想定して設計されているので、作動流体10が周方向に均一、かつ軸方向に並行して遠心羽根車2へ流入するほど遠心圧縮機100の効率は向上する。
Since the
本実施例の遠心圧縮機の吸込ケーシング3は、作動流体10を円周方向に均一、かつ軸方向に並行して遠心羽根車2へ流入させるために、吸込ケーシング3の吸込ノズル32と吸込ケーシング3の内部に形成された環状流路33の合流部における長方形の流路断面積A1(=a1×b1)と、吸込ケーシング3の内部の軸方向流路34と遠心羽根車2との間で形成される最小流路断面積As(=π×(rsh 2−rh 2))との比A1/Asの値が、後述する図3に示すように、2.5以上となるように設定している。
The
ここで、環状流路33の合流部における長方形の流路断面積A1を形成する一方の一辺となるa1は、図1及び図2に示すように、吸込ケーシング3の内部に形成した環状流路33の半径r2と吸込ケーシング3の吸込ノズル32の流路が接する半径方向位置における流路断面積A1の幅方向寸法であり、前記流路断面積A1を形成する他方の一辺となるb1は、流路断面積A1の軸方向寸法である。
Here, a1 which becomes one side which forms the rectangular flow-path cross-sectional area A1 in the confluence | merging part of the
また、図1及び図2に示すように、軸方向流路34となる遠心羽根車2の初段の最小流路断面積Asを形成するrsh及びrhは、それぞれ遠心羽根車2の初段における軸方向流路34の最小流路断面積Asを形成する外周側半径及び内周側半径である。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, r sh and r h to form a minimum flow path cross-sectional area As of the first-stage
そして、本実施例の遠心圧縮機の吸込ケーシング3においては、吸込ケーシング3の内部に形成された環状流路33において、環状流路33の半径r2と軸方向寸法b1の積から求まる円筒表面積A2(=2π×r2×b1)と、軸方向流路34と遠心羽根車2の間における最小流路断面積Asとの比であるA2/Asの値が、後述する図4に示すように、12〜24となるように形成している。
In the
なお、本実施例の遠心圧縮機の吸込ケーシング3から流入して羽根車ケーシング4の内部の遠心羽根車2に流れる作動流体10の流れを、より均一化するために、図2に示すように吸込ケーシング3の内部に形成した環状流路33の流路内に、吸込ケーシング3の吸込ノズル32の開口側と、この吸込ノズル32の開口側の周方向反対側とに旋回防止板35をそれぞれ設けても良い。
In order to make the flow of the working
また、吸込ケーシング3によって生じる圧力損失がある程度許容できる場合は、特許文献1や特許文献2、および非特許文献1に記載されたように、吸込ケーシング3の内部に流れを導く板を設けることも可能である。
In addition, when the pressure loss caused by the
図3は、図1及び図2に示した第1実施例の遠心圧縮機における吸込ケーシング3の吸込ノズル32と吸込ケーシング3の内部に形成された環状流路33の合流部における流路断面積A1と、吸込ケーシング3の内部に形成された軸方向流路34と遠心羽根車2との間で形成される最小流路断面積Asとの比であるA1/Asに対する初段羽根車入口流速偏差ΔCを示すグラフである。
FIG. 3 is a cross-sectional area of the flow path at the junction of the
ここで、初段羽根車入口流速偏差ΔCは、本実施例の遠心圧縮機の吸込ケーシング3の内部に形成された軸方向流路34と遠心羽根車2との間に形成される最小流路断面積Asにおける作動流体10の最大流速Cmaxと最小流速Cminとの差である。
Here, the first stage impeller inlet flow velocity deviation ΔC is the minimum flow path breakage formed between the
なお、ここでは流れの周方向均一性を評価するために初段羽根車入口流速偏差ΔCを用いたが、これに限らず流れ角度や圧力などの流れを表す物理量の同一断面における最大値と最小値の差を用いても構わない。 Here, in order to evaluate the circumferential uniformity of the flow, the first stage impeller inlet flow velocity deviation ΔC is used, but not limited to this, the maximum value and the minimum value in the same cross section of the physical quantity representing the flow such as the flow angle and the pressure. The difference may be used.
図3に示した初段羽根車入口流速偏差ΔCのグラフから理解できるように、本実施例の遠心圧縮機の吸込ケーシング3においては、流路断面積A1と最小流路断面積Asとの比であるA1/Asは、初段羽根車入口流速偏差ΔCと相関が強い形状パラメータであり、白抜きの矢印で示したように、前記A1/Asの値が2.5より小さいと羽根車入口流速偏差ΔCが急激に増大することがわかる。
As can be understood from the graph of the first stage impeller inlet flow velocity deviation ΔC shown in FIG. 3, in the
流路断面積A1と最小流路断面積Asとの比であるA1/Asの値が2.5よりも小さい場合は流路断面積A1が狭すぎることを意味しており、吸込ケーシング3の吸込ノズル32から吸込ケーシング3の内部に形成された環状流路33へ作動流体10が流入する際の流速が速すぎるために、流入した作動流体10は吸込ノズル32から環状流路33の全周に広がること無く軸方向流路34へ向かう流れが支配的になる。
If the value of A1 / As, which is the ratio of the channel cross-sectional area A1 and the minimum channel cross-sectional area As, is smaller than 2.5, it means that the channel cross-sectional area A1 is too narrow. Since the flow speed when the working
この結果、吸込ケーシング3の環状流路33では作動流体10の流れが環状流路33の全周に広がり難くなり、環状流路33から軸方向流路34に流下する作動流体10の流れは吸込ノズル32の開口側に偏った流れとなり、環状流路33の周方向において吸込ノズル32開口側の流速が速く、該開口部以外の側部部分の流速が遅い不均一な管路速度分布となるので遠心圧縮機の効率を低下させる原因となる。
As a result, in the
そこで、本実施例の遠心圧縮機においては、吸込ケーシング3の内部に形成された環状流路33の合流部の形状を、環状流路33の合流部における長方形の流路断面積A1と、吸込ケーシング3の内部の軸方向流路34と遠心羽根車2との間で形成される最小流路断面積Asとの比であるA1/Asの値が、図3に示すように、初段羽根車入口流速偏差ΔCが急激に増加し始める2.5以上になるように設定する。
Therefore, in the centrifugal compressor of the present embodiment, the shape of the merged portion of the
この場合、遠心羽根車2に流入する作動流体10の流量に対する遠心圧縮機の効率変化の特性において、環状流路33から軸方向流路34に流入する作動流体10の流れが周方向に均一、かつ軸方向に並行して流下することが可能となり、よって作動流体10が吸込ケーシング3の環状流路33から軸方向流路34の遠心羽根車2へ流入する場合に問題となるような遠心圧縮機の効率を低下させる現象は見られない。
In this case, in the characteristic of the efficiency change of the centrifugal compressor with respect to the flow rate of the working
図4は、図1及び図2に示した本実施例の遠心圧縮機における吸込ケーシング3の内部に形成した環状流路33において、環状流路半径r2と軸方向流路寸法b1の積から求まる円筒表面積A2と、軸方向流路34と遠心羽根車2との間で形成される最小流路断面積Asとの比であるA2/Asに対する初段羽根車入口流速偏差ΔCを示すグラフである。
FIG. 4 is obtained from the product of the annular flow path radius r2 and the axial flow path dimension b1 in the
なお、ここでは流れの周方向均一性を評価するために初段羽根車入口流速偏差ΔCを用いたが、これに限らず流れ角度や圧力などの流れを表す物理量の同一断面における最大値と最小値の差を用いても構わない。 Here, in order to evaluate the circumferential uniformity of the flow, the first stage impeller inlet flow velocity deviation ΔC is used, but not limited to this, the maximum value and the minimum value in the same cross section of the physical quantity representing the flow such as the flow angle and the pressure. The difference may be used.
図4に示した初段羽根車入口流速偏差ΔCのグラフから理解できるように、本実施例の遠心圧縮機の吸込ケーシング3においては、前述した流路断面積A1と最小流路断面積Asとの比であるA1/Asの場合と同様に、円筒表面積A2と最小流路断面積Asとの比であるA2/Asは、初段羽根車入口流速偏差ΔCと相関が強い形状パラメータであり、円筒表面積A2と最小流路断面積Asとの比であるA2/Asの値が、12よりも小さいと初段羽根車入口流速偏差ΔCが急激に増大することがわかる。
As can be understood from the graph of the first stage impeller inlet flow velocity deviation ΔC shown in FIG. 4, in the
円筒表面積A2と最小流路断面積Asとの比であるA2/Asの値が12よりも小さい場合は、円筒表面積A2が狭すぎることを意味しており、吸込ケーシング3の吸込ノズル32から吸込ケーシング3の内部に形成された環状流路33に流入した作動流体10は環状流路33の全周に広がり、吸込ノズル32の開口側と反対側にまでまわり込むものの、作動流体10の流速が速すぎるために軸方向流路34の内周側壁面(すなわち、回転軸2の表面)にぶつかり、流速が遅い渦を形成する。
When the value of A2 / As, which is the ratio between the cylindrical surface area A2 and the minimum flow path cross-sectional area As, is smaller than 12, it means that the cylindrical surface area A2 is too narrow, and suction is performed from the
この結果、軸方向流路34における作動流体10の周方向の流速分布は、吸込ノズル32の開口側と反対側部分の流速が遅いような不均一な管路速度分布となる。
As a result, the flow velocity distribution in the circumferential direction of the working
そこで、本実施例の遠心圧縮機においては、吸込ケーシング3の形状を、円筒表面積A2と最小流路断面積Asとの比であるA2/Asの値が、白抜きの矢印で示したように、初段羽根車入口流速偏差ΔCが急激に増加し始めることのない12以上の範囲になるように設定する。
Therefore, in the centrifugal compressor of this embodiment, the shape of the
この場合、遠心羽根車2に流入する作動流体10の流量に対する遠心圧縮機の効率変化の特性において、環状流路33から軸方向流路34に流入する作動流体10の流れが周方向に均一、かつ軸方向に並行して流下することが可能となり、よって作動流体10が吸込ケーシング3の環状流路33から軸方向流路34の遠心羽根車2へ流入する場合に対して問題となるような遠心圧縮機の効率を低下させる現象は見られない。
In this case, in the characteristic of the efficiency change of the centrifugal compressor with respect to the flow rate of the working
ところで、本実施例における多段遠心圧縮機の吸込ケーシング3では、吸込ケーシング3の環状流路33から軸方向流路34の遠心羽根車2へ流入する作動流体10の周方向の流れ分布を均一化するためには、吸込ケーシング3の吸込ノズル32と吸込ケーシング3の内部に形成された環状流路33の合流部における幅方向流路寸法a1を、吸込ノズル32と環状流路33とが接合できる範囲で、前記環状流路33の環状流路半径r2の2倍と同等の寸法となるa1≒2×r2の寸法に設定して吸込ケーシング3を形成することが望ましい。
By the way, in the
但し、多段遠心圧縮機の吸込ケーシング3の製作上の制約から、幅方向流路寸法a1が、a1≒2×r2、となる形状に構成に製作することが困難な場合には、図5に示した初段羽根車入口流速偏差ΔCのグラフから理解できるように、本実施例の遠心圧縮機の吸込ケーシング3における環状流路33の合流部における幅方向流路寸法a1は、吸込ケーシング3の環状流路33における環状流路半径r2の2倍と、環状流路33の合流部における幅方向流路寸法a1との比である2×r2/a1の値が、図5中に白抜きの矢印で示したように、初段羽根車入口流速偏差ΔCがそれほど急激に増加していない2〜4.5の範囲になるように設定しても良い。
However, in the case where it is difficult to produce a configuration in which the width direction flow path dimension a1 is a1≈2 × r2 due to restrictions on the production of the
この場合でも、遠心羽根車2に流入する作動流体10の流量に対する遠心圧縮機の効率変化の特性において、環状流路33から軸方向流路34に流入する作動流体10の流れが周方向にほぼ均一、かつ軸方向にほぼ並行して流下することが可能となり、よって作動流体10が吸込ケーシング3の環状流路33から軸方向流路34の遠心羽根車2へ流入する場合に問題となるような遠心圧縮機の効率を低下させる現象は見られない。
Even in this case, in the characteristic of the change in efficiency of the centrifugal compressor with respect to the flow rate of the working
したがって、第1実施例である多段遠心圧縮機では吸込ケーシング3の形状は、図3の流路断面積A1と最小流路断面積Asとの比であるA1/Asの値が、2.5以上で、かつ図4の円筒表面積A2と最小流路断面積Asとの比であるA2/Asの値が、12以上の範囲になるように、吸込ケーシング3の吸込ノズル32と環状流路33の合流部における断面形状を決める幅方向流路寸法a1及び軸方向流路寸法b1と、環状流路33の環状流路半径r2を設定して吸込ケーシング3を製作すれば、吸込ケーシング内部に気流の圧力損失を生じる整流部材を設置することなく、遠心圧縮機の吸込ケーシングに流入する気流の吸込流れの均一化が可能となる。
Therefore, in the multistage centrifugal compressor of the first embodiment, the shape of the
この結果、本実施例では、遠心圧縮機の効率低下を抑制した遠心圧縮機の吸込ケーシング、及び遠心圧縮機の吸込ケーシングの設計方法が実現できることになる。 As a result, in this embodiment, it is possible to realize a suction casing for the centrifugal compressor and a method for designing the suction casing for the centrifugal compressor in which the efficiency reduction of the centrifugal compressor is suppressed.
以上の説明から明らかなように、本実施例によれば吸込ケーシング内部に気流の圧力損失を生じる整流部材を設置せずに、遠心圧縮機の吸込ケーシングに流入する気流の吸込流れの均一化を可能にして遠心圧縮機の効率低下を抑制した遠心圧縮機の吸込ケーシング、及び遠心圧縮機の吸込ケーシングの設計方法が実現できる。 As is clear from the above description, according to the present embodiment, the suction flow of the airflow flowing into the suction casing of the centrifugal compressor is made uniform without installing a rectifying member that causes a pressure loss of the airflow inside the suction casing. A design method of the suction casing of the centrifugal compressor and the design of the suction casing of the centrifugal compressor which can suppress the efficiency reduction of the centrifugal compressor can be realized.
図6は本発明の第2実施例に係る多段遠心圧縮機に備えられた吸込ケーシングの構造を示した断面図であり、図1のA−A断面に相当する位置での吸込ケーシングの断面図である。 FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of the suction casing provided in the multistage centrifugal compressor according to the second embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of the suction casing at a position corresponding to the AA cross section of FIG. It is.
本第2実施例の多段遠心圧縮機は図1及び図2を用いて説明した本発明の第1実施例の多段遠心圧縮機と基本的な構造は同じであるので、両者に共通した構成についての説明は省略し、相違する構成についてのみ以下に説明する。 The multistage centrifugal compressor of the second embodiment has the same basic structure as the multistage centrifugal compressor of the first embodiment of the present invention described with reference to FIGS. Will be omitted, and only different configurations will be described below.
図6に示した第2実施例の多段遠心圧縮機における吸込ケーシング3は、吸い込んだ作動流体10を周方向に均一かつ軸方向に並行して羽根車ケーシング4の内部の遠心羽根車2へ流入させるために、第1実施例の多段遠心圧縮機に備えられた吸込ケーシング3と同様に、吸込ケーシング3の吸込ノズル32と吸込ケーシング3の内部に形成された環状流路33の合流部における流路断面積A1と、吸込ケーシング3の内部に形成された軸方向流路34と遠心羽根車2との間で形成される最小流路断面積Asとの比であるA1/Asの値が、白抜きの矢印で示したように、2.5以上となるように設定されている。
The
また、これと同時に、吸込ケーシング3の内部に形成された環状流路33において、環状流路半径r2と軸方向流路寸法b1の積から求まる円筒表面積A2と、軸方向流路34と遠心羽根車2の間における最小流路断面積Asとの比であるA2/Asの値が、白抜きの矢印で示したように、12以上となるように設定されている。
At the same time, in the
本実施例における多段遠心圧縮機の吸込ケーシング3は、吸込ケーシング3の環状流路33から軸方向流路34の遠心羽根車2へ流入する作動流体10の周方向の流れ分布を、実施例1における多段遠心圧縮機の吸込ケーシング3の形状よりも更に均一化させるために、前記流路断面積A1と最小流路断面積Asとの比である断面積比A1/Asの値が、できるだけ大きくなるように形成している。
The
具体的には、図6に示すように、吸込ケーシング3の吸込ノズル32と吸込ケーシング3の内部に形成された環状流路33の合流部における幅方向流路寸法a1を、吸込ノズル32と環状流路33とが接合できる範囲で、前記環状流路33の環状流路半径r2の2倍と同等の寸法となるa1≒2×r2の寸法に設定して吸込ケーシング3を形成することが望ましい。
Specifically, as shown in FIG. 6, the width direction channel dimension a <b> 1 at the joining portion of the
図6に示した第2実施例の多段遠心圧縮機の吸込ケーシング3の形状に関しては、図1及び図2に示した第1実施例の遠心圧縮機における吸込ケーシング3の形状と同様に、図3に示す断面積比A1/Asと初段羽根車入口流速偏差ΔCの相関関係を示すグラフと、図4に示す面積比A2/Asと初段羽根車入口流速偏差ΔCの相関相関関係を示すグラフが当てはまる。
The shape of the
よって第2実施例の多段遠心圧縮機の吸込ケーシング3の形状についても、図3に示された流路断面積A1と最小流路断面積Asとの比であるA1/Asの値が初段羽根車入口流速偏差ΔCが急激に増加し始める2.5以上となるように設定することによって、遠心羽根車2の流量に対する遠心圧縮機の効率変化の特性において、作動流体10の流れが周方向に均一、かつ、軸方向に並行して遠心羽根車2へ流入する場合に対して問題となるような遠心圧縮機の効率を低下させる現象は見られない。
Therefore, also for the shape of the
同様に、第2実施例の多段遠心圧縮機の吸込ケーシング3の形状を、図4に示された円筒表面積A2と最小流路断面積Asとの比であるA2/Asの値が、初段羽根車入口流速偏差ΔCが急激に増加し始めることのない12以上の範囲になるように設定することによって、遠心羽根車2の流量に対する遠心圧縮機の効率変化の特性において、作動流体10の流れが周方向に均一かつ軸方向に並行して遠心羽根車2へ流入する場合に対して問題となるような遠心圧縮機の効率を低下させる現象は見られない。
Similarly, the shape of the
したがって、第2実施例である多段遠心圧縮機では吸込ケーシング3の形状は、図3の流路断面積A1と最小流路断面積Asとの比であるA1/Asの値が2.5以上で、かつ図4の円筒表面積A2と最小流路断面積Asとの比であるA2/Asの値が12以上の範囲になるように、吸込ケーシング3の吸込ノズル32と環状流路33の合流部における断面形状を決める幅方向流路寸法a1及び軸方向流路寸法b1と、環状流路33の環状流路半径r2を決定すれば良い。
Therefore, in the multistage centrifugal compressor of the second embodiment, the shape of the
なお、ここでは流れの周方向均一性を評価するために初段羽根車入口流速偏差ΔCを用いたが、これに限らず流れ角度や圧力などの流れを表す物理量の同一断面における最大値と最小値の差を用いても構わない。 Here, in order to evaluate the circumferential uniformity of the flow, the first stage impeller inlet flow velocity deviation ΔC is used, but not limited to this, the maximum value and the minimum value in the same cross section of the physical quantity representing the flow such as the flow angle and the pressure. The difference may be used.
本実施例によっても、前述した先の実施例と同様に、吸込ケーシング内部に気流の圧力損失を生じる整流部材を設置せずに、遠心圧縮機の吸込ケーシングに流入する気流の吸込流れの均一化を可能にして遠心圧縮機の効率低下を抑制した遠心圧縮機の吸込ケーシング、及び遠心圧縮機の吸込ケーシングの設計方法が実現できる。 Even in this embodiment, similarly to the previous embodiment described above, the suction flow of the airflow flowing into the suction casing of the centrifugal compressor is made uniform without installing a rectifying member that causes a pressure loss of the airflow inside the suction casing. Therefore, it is possible to realize the suction casing of the centrifugal compressor and the design method of the suction casing of the centrifugal compressor which can suppress the efficiency reduction of the centrifugal compressor.
1:回転軸、2:遠心羽根車、3:吸込ケーシング、4:羽根車ケーシング、5:吐出スクロール、7:内部流路、10:作動流体、31:吸込口、32:吸込ノズル、33:環状流路、34:軸方向流路、35:旋回防止板、100:多段遠心圧縮機。 1: rotating shaft, 2: centrifugal impeller, 3: suction casing, 4: impeller casing, 5: discharge scroll, 7: internal flow path, 10: working fluid, 31: suction port, 32: suction nozzle, 33: Annular flow path, 34: axial flow path, 35: anti-rotation plate, 100: multistage centrifugal compressor.
Claims (4)
前記吸込ケーシングの吸込ノズルと該吸込ケーシングの内部に形成された環状流路の合流部における流路断面積A1と吸込ケーシングの内部に形成された軸方向流路と遠心羽根車の間における最小流路断面積Asの比A1/Asが2.5以上になるように形成すると共に、前記吸込ケーシングの内部に形成された環状流路の環状流路半径と軸方向流路幅の積から求まる円筒表面積A2と前記最小流路断面積Asの比A2/Asが12以上になるように前記吸込ケーシングの流路形状を形成したことを特徴とする遠心圧縮機の吸込ケーシング。 An impeller casing that accommodates a rotating shaft and a centrifugal impeller that is installed on the outer periphery of the rotating shaft and compresses an airflow, and is installed on the upstream side of the impeller casing. A suction nozzle that guides airflow in an inward direction perpendicular to the rotation axis from a suction port that opens in a direction orthogonal to the rotation axis, and expands the radial flow to the entire circumference with respect to the rotation axis that flows from the suction nozzle. An annular channel and a shaft that collects the flow from the radial direction guided by the annular channel in the direction of the center of the rotation axis and changes the direction of flow from the radial direction to the direction of the rotation axis to guide the airflow to the centrifugal impeller In the suction casing of the centrifugal compressor composed of a suction casing having a directional flow path formed therein,
The minimum flow between the flow passage cross-sectional area A1 at the confluence of the suction nozzle of the suction casing and the annular flow passage formed inside the suction casing, and the axial flow passage formed inside the suction casing and the centrifugal impeller. A cylinder that is formed so that the ratio A1 / As of the road cross-sectional area As is 2.5 or more, and that is obtained from the product of the annular channel radius and the axial channel width of the annular channel formed inside the suction casing. The suction casing of the centrifugal compressor, wherein the suction casing has a channel shape so that a ratio A2 / As of the surface area A2 and the minimum channel cross-sectional area As is 12 or more.
前記吸込ケーシングの吸込ノズルと該吸込ケーシングの内部に形成された前記環状流路の合流部における流路断面積を構成する幅方向流路寸法a1を、前記環状流路の環状流路半径r2の2倍と同等の寸法に形成したことを特徴とする遠心圧縮機の吸込ケーシング。 In the suction casing of the centrifugal compressor according to claim 1,
The width direction channel dimension a1 constituting the channel cross-sectional area at the junction of the annular channel formed inside the suction nozzle and the suction casing is set to the annular channel radius r2 of the annular channel. A suction casing of a centrifugal compressor, characterized in that it is formed in a size equivalent to twice.
前記吸込ケーシングの吸込ノズルと該吸込ケーシングの内部に形成された前記環状流路の合流部における流路断面形状を構成する幅方向流路寸法a1を、前記環状流路の環状流路半径r2の2倍と、幅方向流路寸法a1との比である2×r2/a1の値が、2〜4.5となるように形成したことを特徴とする遠心圧縮機の吸込ケーシング。 In the suction casing of the centrifugal compressor according to claim 1,
The width direction channel dimension a1 constituting the channel cross-sectional shape at the junction of the suction channel of the suction casing and the annular channel formed inside the suction casing is equal to the annular channel radius r2 of the annular channel. 2. A suction casing for a centrifugal compressor, wherein a value of 2 × r2 / a1, which is a ratio of twice and a width direction flow path dimension a1, is 2 to 4.5.
前記吸込ケーシングの吸込ノズルと該吸込ケーシングの内部に形成された環状流路の合流部における流路断面積A1と吸込ケーシングの内部に形成された軸方向流路と遠心羽根車の間における最小流路断面積Asの比A1/Asと、流れを表す物理量の周方向分布を評価するパラメータとの相関グラフを参照して所望の値になるように設定すると共に、前記吸込ケーシングの内部に形成された環状流路の環状流路半径と軸方向流路幅の積から求まる円筒表面積A2と前記最小流路断面積Asの比A2/Asと、流れを表す物理量の周方向分布を評価するパラメータとの相関グラフを参照して所望の値になるように設定して前記吸込ケーシングの吸込ノズルと前記環状流路の合流部における流路断面形状および前記環状流路の環状流路半径を決定することを特徴とする遠心圧縮機の吸込ケーシングの設計方法。 An impeller casing that accommodates a rotating shaft and a centrifugal impeller that is installed on the outer periphery of the rotating shaft and compresses an airflow, and is installed on the upstream side of the impeller casing. A suction nozzle that guides airflow in an inward direction perpendicular to the rotation axis from a suction port that opens in a direction orthogonal to the rotation axis, and expands the radial flow to the entire circumference with respect to the rotation axis that flows from the suction nozzle. An annular channel and a shaft that collects the flow from the radial direction guided by the annular channel in the direction of the center of the rotation axis and changes the direction of flow from the radial direction to the direction of the rotation axis to guide the airflow to the centrifugal impeller In the design method of the suction casing of the centrifugal compressor composed of a suction casing having a directional flow path formed therein,
The minimum flow between the flow passage cross-sectional area A1 at the confluence of the suction nozzle of the suction casing and the annular flow passage formed inside the suction casing, and the axial flow passage formed inside the suction casing and the centrifugal impeller. The ratio is set to a desired value with reference to a correlation graph between the ratio A1 / As of the road cross-sectional area As and the parameter for evaluating the circumferential distribution of the physical quantity representing the flow, and is formed inside the suction casing. A ratio of the cylindrical surface area A2 obtained from the product of the annular channel radius and the axial channel width of the annular channel and the ratio A2 / As of the minimum channel cross-sectional area As, and a parameter for evaluating the circumferential distribution of the physical quantity representing the flow; Referring to the correlation graph, the flow path cross-sectional shape at the joining portion of the suction nozzle of the suction casing and the annular flow path and the annular flow path radius of the annular flow path are determined by setting to a desired value. Suction casing design method of a centrifugal compressor, characterized by.
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