JP2011111923A - Method for estimating life of centrifugal compressor impeller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、舶用ディーゼル機関等の内燃機関の過給機等に用いられる遠心圧縮機の羽根車の寿命を簡単な手段で正確に予測可能な寿命予測方法に関する。 The present invention relates to a life prediction method capable of accurately predicting the life of an impeller of a centrifugal compressor used for a supercharger of an internal combustion engine such as a marine diesel engine by a simple means.
舶用ディーゼル機関の過給機等に用いられる遠心圧縮機は、近年益々高い圧力比(例えば4〜5倍)が要求されると共に、高効率が要求されてきている。この相反する要求を両立させるために、一般に羽根車の回転周速を高く取ることが行なわれている。
一方、高い回転周速となった羽根車は、回転により自身に作用する遠心力によって内部に高い応力が発生する。さらに、圧縮された空気は高温となり、高温となった空気の一部は、漏れ流れとなってハウジングとの隙間から羽根車の背面に回り込み、羽根車を背面から過熱する。圧縮空気は、高圧力比となるほど高温となるので、高応力及び高温に曝される羽根車は、クリープ破壊のおそれが出てくる。
In recent years, centrifugal compressors used for superchargers of marine diesel engines are required to have higher pressure ratios (for example, 4 to 5 times) and higher efficiency. In order to satisfy these conflicting requirements, generally, the rotational peripheral speed of the impeller is increased.
On the other hand, an impeller having a high rotational peripheral speed generates high stress inside due to centrifugal force acting on itself. Furthermore, the compressed air becomes high temperature, and a part of the high temperature air becomes a leakage flow and goes around the rear surface of the impeller from the gap with the housing, and overheats the impeller from the rear surface. Since the compressed air has a higher temperature as the pressure ratio becomes higher, the impeller exposed to high stress and high temperature has a risk of creep destruction.
特許文献1には、エンジンの過給機などに適用される遠心圧縮機が開示されている。以下、この遠心圧縮機を例に取って、過給機用遠心圧縮機の構成を説明する。図5において、この遠心圧縮機100は、ロータ軸102の外周面に羽根車104が固着され、羽根車104のハブ面14bには複数のブレード105が放射状に突設されている。羽根車104の外周側は、圧縮部のハウジング106と、ベアリングハウジング108とで、被圧縮空気の流路を除き密閉されている。羽根車104の背面104aと、該背面に対面したベアリングハウジング108の壁面にはラビリンスパッキン110が設けられ、羽根車背面とベアリングハウジング108との間のシール空間sをシールしている。
Patent Document 1 discloses a centrifugal compressor applied to an engine supercharger or the like. Hereinafter, taking this centrifugal compressor as an example, the configuration of the centrifugal compressor for the supercharger will be described. In FIG. 5, the
シール空間sは放風孔112を通して外部と連通しており、ラビリンスパッキン110を通してシール空間sに入る若干量の漏れ空気を外部へ放出している。ロータ軸102にはスラストカラー114が固着され、ベアリングハウジング108には、スラストカラー114を挟んで主スラスト軸受116及び反スラスト軸受118が設けられている。これら主スラスト軸受116及び反スラスト軸受118によってロータ軸102を軸方向に支持している。
The seal space s communicates with the outside through the air discharge hole 112, and a small amount of leaked air entering the seal space s is released to the outside through the labyrinth packing 110. A
羽根車104が回転すると、被圧縮空気は、矢印a方向からブレード105間に形成された流路に流入し、ブレード105で加速される。ブレード105で加速された被圧縮空気は、ディフューザ領域dで減速され、静圧が上昇して加圧される。
羽根車104の出口で被圧縮空気は、200〜250℃もの高温になり、その一部は、ラビリンスパッキン110を通り、漏れ流れlとなって、シール空間sに流入する。この漏れ流れlが羽根車104を背面側から過熱する。
When the impeller 104 rotates, the compressed air flows into the flow path formed between the blades 105 from the direction of the arrow a and is accelerated by the blades 105. The compressed air accelerated by the blade 105 is decelerated in the diffuser region d, and the static pressure is increased and pressurized.
Compressed air reaches a high temperature of 200 to 250 ° C. at the outlet of the impeller 104, and a part of the compressed air passes through the labyrinth packing 110 to become a leakage flow l and flows into the seal space s. This leakage flow l overheats the impeller 104 from the back side.
通常、羽根車104の材料としてアルミ合金等が用いられている。羽根車104は背面側から過熱されると、強度が低下し、高応力及び高温の雰囲気下でクリープ歪みが発生する。このクリープ歪みを放置すると、クリープ破壊に至るおそれがある。 Usually, an aluminum alloy or the like is used as the material of the impeller 104. When the impeller 104 is overheated from the back side, the strength decreases, and creep distortion occurs in an atmosphere of high stress and high temperature. If this creep strain is left unattended, there is a risk of creep rupture.
特許文献1では、漏れ流れlによる羽根車104の過熱を防止するために、ラビリンスパッキン110に環状空間120を設けると共に、ベアリングハウジング108にこの環状空間120に連通する空気通路122を設けている。そして、外部から空気通路122及び環状空間120を通して低温空気をシール空間sに導入し、羽根車104の過熱を防止するようにしている。 In Patent Document 1, in order to prevent overheating of the impeller 104 due to the leakage flow l, an annular space 120 is provided in the labyrinth packing 110, and an air passage 122 communicating with the annular space 120 is provided in the bearing housing 108. Then, low-temperature air is introduced into the seal space s through the air passage 122 and the annular space 120 from the outside to prevent the impeller 104 from being overheated.
特許文献2にも、漏れ流れlによる羽根車104の過熱を防止して、羽根車104のクリープ破壊を防止する手段が開示されている。この手段は、羽根車104の背面104aに環状デフレクタを突設し、シール空間sに侵入した漏れ流れlをこの環状デフレクタに当てて、漏れ流れlの流路を偏向させ、背面104aから離すようにして、羽根車104の過熱を防止するものである。 Patent Document 2 also discloses means for preventing the impeller 104 from being overheated by the leakage flow l and preventing the impeller 104 from being destroyed by creep. In this means, an annular deflector protrudes from the back surface 104a of the impeller 104, and the leakage flow l that has entered the seal space s is applied to the annular deflector so that the flow path of the leakage flow l is deflected and separated from the back surface 104a. Thus, overheating of the impeller 104 is prevented.
特許文献1又は特許文献2に開示された手段をもってしても、羽根車のクリープ歪みをなくすことは困難である。クリープ歪みは局所的に負荷応力及び温度が厳しい場所から進展するが、局所的なクリープ歪みの発生を発見することは困難である。羽根車におけるクリープ歪みは、羽根車に加わる遠心力によって羽根車の外径が徐々に大きくなる。最終的に大規模な破断に至る直前には歪みが急激に変化するが、それ以前は歪みの成長が僅かずつであるため、歪みの変化を把握するためには、微小な歪みの変化を検知する必要がある。 Even with the means disclosed in Patent Document 1 or Patent Document 2, it is difficult to eliminate the creep distortion of the impeller. Although creep strain develops from places where load stress and temperature are locally severe, it is difficult to find out the occurrence of local creep strain. The creep distortion in the impeller gradually increases the outer diameter of the impeller due to the centrifugal force applied to the impeller. The strain changes abruptly just before finally reaching a large break, but before that, the growth of the strain is slight, so in order to grasp the strain change, a small strain change is detected. There is a need to.
このように、遠心圧縮機を安全に稼動させるためには、羽根車のクリープの伸展状況を検知し、羽根車の寿命を予測して、大規模な破断が発生する前に、羽根車交換などの対策を講じる必要がある。このために、羽根車の稼動限界時間を設定し、これを超える前に交換を行なう方法もある。しかし、実際の羽根車のクリープ伸展状況は、エンジンや過給機の運転負荷等によって左右されるため、設定された稼動限界時間は、実際のクリープ伸展状況と一致しない。従って、継続使用が十分可能な段階で羽根車を交換することになるため、無駄が多い。また、羽根車の頻繁なチェックは、運転管理者の負担を余分に重くすることになる。 Thus, in order to operate the centrifugal compressor safely, it is possible to detect the extension of the impeller creep, predict the impeller life, and replace the impeller before a large-scale breakage occurs. It is necessary to take measures. For this purpose, there is also a method of setting an operation limit time of the impeller and exchanging before the time is exceeded. However, since the actual creep extension state of the impeller depends on the operating load of the engine and the supercharger, the set operation limit time does not match the actual creep extension state. Therefore, since the impeller is replaced at a stage where continuous use is sufficiently possible, there is a lot of waste. In addition, frequent checking of the impeller will increase the burden on the operation manager.
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、遠心圧縮機の羽根車のクリープ歪みを簡便な方法でかつ正確に把握し、これによって、羽根車の寿命を正確に予測し、クリープ破壊する前に交換を可能にすると共に、羽根車の無駄な交換をなくすことを目的とする。 In view of the problems of the prior art, the present invention accurately grasps the creep distortion of the impeller of the centrifugal compressor by a simple method, thereby accurately predicting the life of the impeller and before creep breaking. An object is to enable replacement and to eliminate unnecessary replacement of the impeller.
かかる目的を達成するため、本発明の遠心圧縮機の羽根車寿命評価方法は、
遠心圧縮機の回転軸に装着された羽根車のクリープ歪みを検出し、該クリープ歪みの検出値から羽根車の寿命予測を行なう遠心圧縮機羽根車の寿命予測方法において、
遠心圧縮機稼動時の高温下における前記羽根車のクリープ歪みからクリープ破壊に至るクリープ特性を把握する前工程と、
遠心圧縮機の稼動前に羽根車外周面と羽根車外周面に正対する静止部壁面との径方向隙間を予め把握しておく隙間把握工程と、
遠心圧縮機の稼動後に該径方向隙間を計測し、この径方向隙間と該隙間把握工程で計測した径方向隙間との差から羽根車のクリープ歪みを求めるクリープ歪み計測工程と、
該クリープ歪みと前記クリープ特性とを比較して、羽根車の稼動限界時期を求める寿命予測工程と、からなるものである。
In order to achieve this object, the impeller life evaluation method of the centrifugal compressor of the present invention is:
In the method for predicting the life of a centrifugal compressor impeller, which detects the creep distortion of the impeller mounted on the rotary shaft of the centrifugal compressor and predicts the life of the impeller from the detected value of the creep distortion.
A pre-process for grasping creep characteristics from creep distortion of the impeller at high temperature during operation of the centrifugal compressor to creep fracture;
A gap grasping step for grasping in advance a radial gap between the outer peripheral surface of the impeller and the wall surface of the stationary part facing the outer peripheral surface of the impeller before operation of the centrifugal compressor;
A creep strain measuring step of measuring the radial gap after operation of the centrifugal compressor, and obtaining a creep strain of the impeller from a difference between the radial gap and the radial gap measured in the gap grasping step;
A life prediction step of comparing the creep strain with the creep characteristics to determine the impeller operating limit time.
過給機等に用いられる遠心圧縮機では、通常30〜40℃の空気が羽根車に供給され、この被圧縮空気が羽根車で圧縮されて高温化する。そのため、外周端側ほど高温になり、また漏れ流れにより、背面に近い領域が高温になる。従って、外周端側のクリープ歪みが大きくなる。クリープ歪みが伸展すると、羽根車の外径は大きくなるため、羽根車外周面と該外周面に正対する静止部壁面との径方向隙間は小さくなる。 In a centrifugal compressor used for a supercharger or the like, air of 30 to 40 ° C. is usually supplied to an impeller, and the compressed air is compressed by the impeller to increase the temperature. Therefore, the outer peripheral end side becomes higher in temperature, and the region close to the back side becomes higher due to leakage flow. Accordingly, the creep distortion on the outer peripheral end side increases. When the creep distortion is extended, the outer diameter of the impeller is increased, so that the radial gap between the outer peripheral surface of the impeller and the stationary portion wall surface facing the outer peripheral surface is reduced.
本発明方法では、羽根車外周面とこの外周面に対面する静止部壁面との径方向隙間を計測するようにしたので、クリープ歪みが微小であっても感度良く計測できる。該径方向隙間を定期的に計測することにより、羽根車のクリープ歪みの伸展状況を把握できるため、羽根車の取り外しや羽根車からの試料採取等を必要とせず、羽根車の交換時期を的確に判断できる。従って、羽根車がクリープ破壊する前に確実に羽根車を交換できると共に、羽根車を稼動限界まで使用できるようになる。 In the method of the present invention, since the radial gap between the outer peripheral surface of the impeller and the stationary part wall surface facing this outer peripheral surface is measured, even if the creep distortion is minute, it can be measured with high sensitivity. By measuring the radial clearance periodically, it is possible to grasp the progress of creep distortion of the impeller, so it is not necessary to remove the impeller or collect a sample from the impeller, and to accurately replace the impeller. Can be judged. Therefore, the impeller can be surely replaced before the impeller creeps, and the impeller can be used to the operating limit.
計測点は、例えば、羽根車の周囲4箇所を計測し、これらの計測値の平均を取るようにしてもよい。なお、羽根車外径の計測は、羽根車に加わる遠心力や羽根車の熱膨脹等の影響を受けないように、遠心圧縮機が稼動を停止して、冷却した時に行なうとよい。 For example, four measurement points may be measured around the impeller, and an average of these measurement values may be taken. The measurement of the outer diameter of the impeller may be performed when the centrifugal compressor is stopped and cooled so as not to be affected by the centrifugal force applied to the impeller and the thermal expansion of the impeller.
本発明方法において、径方向隙間の下限値を設定し、該下限値を羽根車使用限界値とするとよい。これによって、径方向隙間を定期的に計測し、この計測値が下限値より小さくなっているか、あるいは次回の計測時までに下限値より小さくなることが予想されれば、その時点で羽根車を交換するようにする。これによって、羽根車の要交換時期を正確に把握できる。 In the method of the present invention, it is preferable to set a lower limit value of the radial clearance and set the lower limit value as the impeller usage limit value. As a result, the radial clearance is periodically measured, and if the measured value is smaller than the lower limit value or is expected to be smaller than the lower limit value by the next measurement, the impeller is Try to exchange. As a result, it is possible to accurately grasp when the impeller needs to be replaced.
本発明方法において、前記径方向隙間が、羽根車外周面と静止部壁面に羽根車外周面側に向けて突出形成された突起部との間の径方向隙間であるとよい。
このように、羽根車外周面に正対する静止部壁面に突起部を設けることにより、羽根車外周面と静止部壁面との間の隙間を最小にできるため、該隙間から羽根車背面側のシール空間に流入する漏れ流れを最小限にできる。
In the method of the present invention, the radial gap may be a radial gap between the outer peripheral surface of the impeller and a protrusion formed on the stationary part wall surface so as to protrude toward the outer peripheral surface of the impeller.
As described above, since the protrusion is provided on the wall surface of the stationary part directly facing the outer peripheral surface of the impeller, the gap between the outer peripheral surface of the impeller and the wall surface of the stationary part can be minimized. Leakage flow entering the space can be minimized.
この場合、遠心圧縮機の稼動前に羽根車外周面と突起部間に鉛線材を介在させておき、クリープ歪み計測工程で、遠心圧縮機稼動後に羽根車のクリープ歪みで形成された該鉛線材の凹み量から前記径方向隙間を求めるようにするとよい。これによって、鉛線材の凹み量から羽根車のクリープ歪み量を簡便かつ正確に計測できる。 In this case, a lead wire is interposed between the outer peripheral surface of the impeller and the protrusion before the operation of the centrifugal compressor, and the lead wire formed by the creep strain of the impeller after the centrifugal compressor is operated in the creep strain measurement process. The radial gap may be obtained from the amount of the dent. Thereby, the creep distortion amount of the impeller can be easily and accurately measured from the dent amount of the lead wire.
本発明方法において、羽根車の背面と該背面に対面する静止部壁面間にラビリンスパッキンを設け、径方向隙間が、羽根車の背面及び静止部壁面に固定された該ラビリンスパッキンの凸片間の径方向隙間であるとよい。 In the method of the present invention, a labyrinth packing is provided between the rear surface of the impeller and the stationary portion wall surface facing the rear surface, and a radial clearance is provided between the rear surface of the impeller and the convex piece of the labyrinth packing fixed to the stationary portion wall surface. It is good that it is a radial direction gap.
羽根車の背面と該背面に対面する静止部壁面間にラビリンスパッキンを設けた遠心圧縮機においては、予めクリープ解析等の手法により、羽根車の寿命と、羽根車の外径寸法、及び互いに正対したラビリンスパッキンの凸片間の径方向隙間との関係を把握しておく。
遠心圧縮機の稼動後、該径方向隙間を計測することにより、羽根車の寿命を判断できる。
ラビリンスパッキンの凸片間の隙間はもともと非常に小さい寸法であるため、その経時変化を捉えることで、クリープ初期に発生する羽根車の小さな歪みも把握できるようになる。
In a centrifugal compressor in which a labyrinth packing is provided between the rear surface of the impeller and the stationary part wall facing the rear surface, the life of the impeller, the outer diameter of the impeller, and The relationship with the radial clearance between the convex pieces of the labyrinth packing is grasped.
After the operation of the centrifugal compressor, the life of the impeller can be determined by measuring the radial clearance.
Since the gap between the convex pieces of the labyrinth packing is originally very small, it is possible to grasp a small distortion of the impeller that occurs in the early stage of creep by grasping the change with time.
この場合、径方向隙間は、ラビリンスパッキンの各凸片間の径方向隙間の平均値を用いてもよいが、可能であれば、羽根車の径方向歪みが大きく現われる外周側の径方向隙間を計測するとよい。 In this case, the radial gap may be the average value of the radial gaps between the convex pieces of the labyrinth packing, but if possible, the radial gap on the outer peripheral side where the radial distortion of the impeller appears greatly. It is good to measure.
本発明方法によれば、遠心圧縮機の回転軸に装着された羽根車のクリープ歪みを検出し、該クリープ歪みの検出値から羽根車の寿命予測を行なう遠心圧縮機羽根車の寿命予測方法において、遠心圧縮機稼動時の高温下における前記羽根車のクリープ歪みからクリープ破壊に至るクリープ特性を把握する前工程と、遠心圧縮機の稼動前に羽根車外周面と羽根車外周面に正対する静止部壁面との径方向隙間を予め把握しておく隙間把握工程と、遠心圧縮機の稼動後に該径方向隙間を計測し、この径方向隙間と該隙間把握工程で計測した径方向隙間との差から羽根車のクリープ歪みを求めるクリープ歪み計測工程と、該クリープ歪みと前記クリープ特性とを比較して、羽根車の稼動限界時期を求める寿命予測工程と、からなるので、クリープ歪みが微小であっても感度良く計測でき、該径方向隙間を定期的に計測することにより、羽根車のクリープ歪みの伸展状況を把握できるため、羽根車の取り外しや羽根車からの試料採取等を必要とせず、羽根車の交換時期を的確に判断できる。
従って、羽根車がクリープ破壊する前に羽根車を確実に交換できると共に、羽根車を稼動限界まで使用できるようになる。
According to the method of the present invention, in the method for predicting the lifetime of a centrifugal compressor, the creep distortion of the impeller mounted on the rotary shaft of the centrifugal compressor is detected and the life of the impeller is predicted from the detected value of the creep distortion. , A pre-process for grasping creep characteristics from creep distortion to creep fracture of the impeller at high temperature during operation of the centrifugal compressor, and stationary against the outer peripheral surface of the impeller and the outer peripheral surface of the impeller before the centrifugal compressor is operated A gap grasping process for grasping in advance the radial gap with the wall of the section, and measuring the radial gap after the operation of the centrifugal compressor, and the difference between the radial gap and the radial gap measured in the gap grasping process The creep strain measurement step for obtaining the creep strain of the impeller and the life prediction step for obtaining the operation limit time of the impeller by comparing the creep strain with the creep characteristics. Even if it is small, it can be measured with high sensitivity, and by measuring the radial clearance periodically, it is possible to grasp the progress of creep distortion of the impeller, so it is necessary to remove the impeller and collect samples from the impeller Instead, it is possible to accurately determine when to replace the impeller.
Therefore, the impeller can be surely replaced before the impeller is creep-destructed, and the impeller can be used to the operating limit.
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention to that unless otherwise specified.
(実施形態1)
本発明方法を舶用ディーゼル機関用過給機に用いられる遠心圧縮機に適用した第1実施形態を図1により説明する。図1は該遠心圧縮機10の羽根車12とその周辺領域を示す。図1において、羽根車12のハブ面14には、複数のブレード16が放射状に固着されている。羽根車12の外周側は、圧縮部のハウジング18と、ベアリングハウジング20とで密閉されている。
(Embodiment 1)
A first embodiment in which the method of the present invention is applied to a centrifugal compressor used in a turbocharger for a marine diesel engine will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows an
ハウジング18の上方には、ディフューザ領域dを形成する隔壁22と、この隔壁22がボルト25で装着されたハウジング24とが設けられている。ハウジング18とハウジング24との間には、シール用Oリング26が介設されている。羽根車12の背面28に対面して、ラビリンスパッキン30が設けられている。ラビリンスパッキン30は、ベアリングハウジング20の壁面にボルト32によって固定されている。ラビリンスパッキン30及び羽根車背面28には、複数の凸片42及び44が設けられている。これらの凸片42,44が互い違いに配置されて迷路を形成し、シール空間sをシールしている。
Above the
羽根車12が回転すると、被圧縮空気は、矢印a方向からブレード16間に形成された流路に流入し、ブレード16で加速される。ブレード16で加速された被圧縮空気は、ディフューザ領域dで減速され、静圧が上昇して加圧される。
羽根車12の出口で被圧縮空気は、200〜250℃もの高温になり、その一部は漏れ流れlとなり、ラビリンスパッキン30を通ってシール空間sに流入する。この漏れ流れlが羽根車104を背面側から過熱する。
When the
The compressed air at the outlet of the
本実施形態では、羽根車12の外周面34と、ラビリンスパッキン30の上端部31に設けられた対向面36とを正対させると共に、羽根車外周面34と該対向面36との間の径方向隙間C1が1mm以下の寸法になるように構成されている。羽根車12のクリープが伸展すると、羽根車12の外径は大きくなるため、径方向隙間C1は小さくなる。そのため、予めクリープ解析等の手法により、羽根車12のクリープ特性と羽根車外径寸法との関係を把握しておき、羽根車12の限界寿命に対応した羽根車外径寸法の限界値を設定しておく。この限界値から、径方向隙間C1の下限値Cmを設定する。
In the present embodiment, the outer
遠心圧縮機10の稼動中、定期的に径方向隙間C1を計測する。その計測方法は、例えば、径方向隙間C2をノギスや隙間ゲージで計測する。径方向隙間C1が下限値Cmより小さくなっているか、又は次回点検時までに径方向隙間C1が下限値Cmより小さくなるということが予想された場合に、羽根車12を交換するようにする。
なお、羽根車外径寸法の計測は、羽根車12の回転による遠心力及び熱膨脹等の影響を受けないように、遠心圧縮機10の稼動が停止し、冷却している常温時(20〜30℃)に行なう。クリープ歪みは永久歪みとして残るので、常温時に計測することで、正確な計測結果が得られる。また、計測方法は、例えば、羽根車12の周囲4箇所を計測し、これらの計測値の平均値を取る等の方法を採用する。
During operation of the
The measurement of the outer diameter of the impeller is performed at normal temperature (20 to 30 ° C.) when the operation of the
本実施形態によれば、径方向隙間C1を定期的に計測することによって、羽根車28のクリープ歪みの伸展状況を把握できる。従って、羽根車12の取り外しや羽根車12からの試料採取等を必要とせず、羽根車12のクリープ破壊時期を判定できる。従って、羽根車12の交換時期を的確に判断できる。従って、羽根車12がクリープ破壊する前に羽根車12を確実に交換できると共に、羽根車12をクリープ破壊限界近くまで使用できるようになる。
According to this embodiment, the radial clearance C 1 by periodically measuring, can grasp the extension conditions of creep strain of the
(実施形態2)
次に、本発明方法の第2実施形態を図2により説明する。本実施形態は、前記第1実施形態と同様に、舶用ディーゼル機関用過給機に用いられる遠心圧縮機に適用した例である。本実施形態では、羽根車外周面34に正対したラビリンスパッキン30の上端部31において、対向面36のうちディフューザ領域dに面した入口部に、羽根車外周面34に向かって突出した環状の突起部40を設けている。その他の遠心圧縮機10の構成は、第1実施形態と同一である。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the method of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is an example applied to a centrifugal compressor used in a turbocharger for a marine diesel engine, as in the first embodiment. In the present embodiment, in the
本実施形態では、羽根車外周面34と突起部40との径方向隙間C2を計測することで、羽根車12のクリープ伸展状態を把握できる。その計測方法は、径方向隙間C2をノギスや隙間ゲージで計測することも可能であるが、別な計測方法として、図3に示すように、突起部40に鉛線材46を固定しておくようにする。羽根車12のクリープ歪み(34→34’)によって鉛線材46に凹みができるので、その凹み量δを計測することによって、羽根車12のクリープ歪みを正確に計測できる。
そして、第1実施形態と同様に、羽根車12の限界寿命に対応した径方向隙間C2の下限値Cmを設定し、この下限値Cmを基準に羽根車12の交換時期を判定する。
In the present embodiment, by measuring the radial clearance C 2 between the impeller outer
Then, it is determined as in the first embodiment, to set the lower limit value C m in the radial clearance C 2 corresponding to the limit the life of the
本実施形態によれば、ラビリンスシール30の上端部31の対向面36に突起部40を設けたことにより、径方向隙間C2を第1実施形態の径方向隙間C1より小さく取ることができる。そのため、径方向隙間C2からラビリンスパッキン30を通ってシール空間sに漏れる漏れ流れlを低減できるので、羽根車12の過熱度を低減できる。
また、突起部40に鉛線材を固定し、鉛線材46の凹み量δを計測することにより、羽根車12のクリープ歪みを容易かつ精度良く計測できる。
According to this embodiment, by providing the projections 40 on the opposing
Moreover, the creep distortion of the
(実施形態3)
次に、本発明方法の第3実施形態を図4により説明する。本実施形態の構成は、前記第1実施形態と同一である。本実施形態では、ラビリンスパッキン30の凸片42と、羽根車12の背面28に設けられた凸片44との間の径方向隙間C3を計測して、羽根車12のクリープ伸展状況を把握する。
本実施形態では、羽根車12をロータ軸に装着したまま径方向隙間C3を計測することが困難である。そのため、計測方法は、一旦羽根車12をロータ軸から取り外し、図3に示すように、ラビリンスパッキン30の凸片42に鉛線材46を固定する。次に、羽根車12をロータ軸に装着し、遠心圧縮機10を稼動させる。遠心圧縮機10の稼動後、鉛線材46の凹み量δを計測することで、羽根車12のクリープ歪みを計測できる。
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the method of the present invention will be described with reference to FIG. The configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment. In this embodiment, grasp the protruding
In the present embodiment, it is difficult to measure the radial clearance C 3 while wearing the
なお、径方向隙間C3の計測は、ラビリンスパッキン30の各段の凸片間の径方向隙間C3を計測し、それらの計測値の平均値を算出してもよい。しかし、可能であれば、羽根車12の外周側でクリープ歪みが大きく現われるので、なるべく外周側に位置する凸片間の径方向隙間C3を計測するとよい。
The measurement of the radial clearance C 3 is a radial gap C 3 convex pieces of each stage of the labyrinth packing 30 is measured and may calculate the average value of those measurement values. However, if possible, because creep strain appears larger on the outer peripheral side of the
ラビリンスパッキン30の凸片間の隙間はもともと非常に小さい寸法であるため、本実施形態によれば、その径方向隙間C3を計測することにより、羽根車12のクリープ初期に発生する小さな歪みも正確に計測できる。
なお、前記実施形態は、いずれも舶用ディーゼル機関用過給機に適用された遠心圧縮機の例であるが、本発明はこれらに用途に限定されず、他の内燃機関等に適用される遠心圧縮機にも適用可能である。
Since the gap of the projecting pieces of the labyrinth packing 30 is originally very small dimensions, according to this embodiment, by measuring the radial clearance C 3, also a small distortion generated creep
Each of the above embodiments is an example of a centrifugal compressor applied to a turbocharger for a marine diesel engine. However, the present invention is not limited to these applications, and is applied to other internal combustion engines and the like. It can also be applied to a compressor.
本発明によれば、遠心圧縮機の羽根車の寿命を簡単な手段で正確に把握して、そのクリープ破壊を回避できると共に、羽根車を最大限に使用できる。 According to the present invention, the life of the impeller of the centrifugal compressor can be accurately grasped by simple means, the creep destruction can be avoided, and the impeller can be used to the maximum.
10 遠心圧縮機
12 羽根車
14 ハブ面
16 ブレード
18,24 ハウジング
20 ベアリングハウジング
22 隔壁
25,32 ボルト
26 シール用Oリング
28 羽根車背面
30 ラビリンスパッキン
34 羽根車外周面
36 対向面
40 突起部
42,44 凸片
46 鉛線材
C1、C2、C3 径方向隙間
Cm 下限値
d ディフューザ領域
l 漏れ流れ
s シール空間
δ 凹み量
DESCRIPTION OF
Claims (6)
遠心圧縮機稼動時の高温下における前記羽根車のクリープ歪みからクリープ破壊に至るクリープ特性を把握する前工程と、
遠心圧縮機の稼動前に羽根車外周面と羽根車外周面に正対する静止部壁面との径方向隙間を予め把握しておく隙間把握工程と、
遠心圧縮機の稼動後に該径方向隙間を計測し、この径方向隙間と該隙間把握工程で計測した径方向隙間との差から羽根車のクリープ歪みを求めるクリープ歪み計測工程と、
該クリープ歪みと前記クリープ特性とを比較して、羽根車の稼動限界時期を求める寿命予測工程と、からなることを特徴とする遠心圧縮機羽根車の寿命予測方法。 In the method for predicting the life of a centrifugal compressor impeller, which detects the creep distortion of the impeller mounted on the rotary shaft of the centrifugal compressor and predicts the life of the impeller from the detected value of the creep distortion.
A pre-process for grasping creep characteristics from creep distortion of the impeller at high temperature during operation of the centrifugal compressor to creep fracture;
A gap grasping step for grasping in advance a radial gap between the outer peripheral surface of the impeller and the wall surface of the stationary part facing the outer peripheral surface of the impeller before operation of the centrifugal compressor;
A creep strain measuring step of measuring the radial gap after operation of the centrifugal compressor, and obtaining a creep strain of the impeller from a difference between the radial gap and the radial gap measured in the gap grasping step;
A method for predicting the life of a centrifugal compressor impeller, comprising: a life prediction step for obtaining an operation limit time of the impeller by comparing the creep strain with the creep characteristics.
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- 2009-11-24 JP JP2009266871A patent/JP2011111923A/en not_active Withdrawn
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