JP2011122516A - Centrifugal compressor - Google Patents

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穣 枡谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a centrifugal compressor capable of expanding a rotating stall starting margin, preventing a rotating stall, and suppressing a decrease in efficiency. <P>SOLUTION: In a centrifugal compressor 1, a vaneless diffuser 7A is disposed on an outlet side of an impeller 5A. A fluid inlet 12A is opened on a wall surface of a hub side casing 2B of the vaneless diffuser 7A. A slit-like fluid circulation passage 12 is disposed whose fluid outlet 12B is opened on a wall surface of the hub side casing 2B facing a back surface of a hub disk 5C of the impeller 5A. A liquid inlet 12A of the slit-like fluid circulation passage 12 has the center of the opening at a position of 1.1R2 or 1.4R2, given that an outlet diameter of the impeller 5A is R2. The opening is opened at a position radially more outward than a rotating stall starting diameter position at the vaneless diffuser 7A. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、インペラの出口側にベーンレスディフューザが設けられている遠心圧縮機に関するものである。   The present invention relates to a centrifugal compressor in which a vaneless diffuser is provided on the outlet side of an impeller.

遠心圧縮機では、構造が簡単であり、流れ角が適正であれば損失が少なく、しかも作動範囲が広く、また、インペラに対して流体加振力が生じないことから、ディフューザ部にベーンを備えていないベーンレスディフューザが広く採用されている。しかし、ベーンレスディフューザは、流れ角が大きくなると、損失が大きくなるほか、円周方向の流れが不均一となる旋回失速を生じ、それが原因と考えられる圧力変動や軸振動、吐出配管振動等が発生する。この旋回失速は、特に、遠心圧縮機を低流量域で運転した場合に発生することが知られている。図10(B)は、流量Qと圧縮機の出口圧(ヘッド圧)Hおよび効率ηとの関係を示したものであり、流量Q1が旋回失速発生点、それより低流量域の流量範囲が旋回失速発生領域W1となることを示している。   Centrifugal compressors have a simple structure, have a small loss if the flow angle is appropriate, have a wide operating range, and do not generate fluid excitation force on the impeller. Not vaneless diffusers are widely adopted. However, vaneless diffusers, when the flow angle increases, cause loss, and also cause rotational stall that causes uneven flow in the circumferential direction, which may be caused by pressure fluctuations, shaft vibration, discharge pipe vibration, etc. Will occur. It is known that this rotating stall occurs particularly when the centrifugal compressor is operated in a low flow rate region. FIG. 10B shows the relationship between the flow rate Q, the outlet pressure (head pressure) H of the compressor, and the efficiency η. The flow rate Q1 is the turning stall occurrence point, and the flow rate range in the lower flow rate region is lower than that. It shows that it becomes the turning stall occurrence region W1.

旋回失速が発生すると、それに起因して上記の如く圧力変動や軸振動、吐出配管振動等が惹起され、遠心圧縮機を継続して安定運転することが困難となる。そこで、旋回失速の発生を阻止することを目的に、図9に示されるように、ベーンレスディフューザ07の出口側に入口012Aが開口され、インペラ05のハブディスク05Cの背面と対向するケーシング02の壁面に出口012Bが開口されている流体循環路012を設けることによって、高圧流体の一部を、流体循環路012を介して再循環させるようにした遠心圧縮機01が特許文献1により提案されている。   When the rotation stall occurs, the pressure fluctuation, the shaft vibration, the discharge pipe vibration and the like are caused as described above, and it becomes difficult to continuously operate the centrifugal compressor stably. Therefore, for the purpose of preventing the occurrence of turning stall, as shown in FIG. 9, an inlet 012A is opened on the outlet side of the vaneless diffuser 07, and the casing 02 facing the rear surface of the hub disk 05C of the impeller 05 is formed. Patent Document 1 proposes a centrifugal compressor 01 in which a part of a high-pressure fluid is recirculated through a fluid circulation path 012 by providing a fluid circulation path 012 having an outlet 012B opened on a wall surface. Yes.

特開2008−38894号公報JP 2008-38894 A

特許文献1に示されているものは、ベーンレスディフューザ07で最初に旋回失速が発生する際の旋回失速開始流量の小流量化を狙ったものであり、図10(A)に示されるように、流体循環路012に流体主流の流量の10%を再循環させることによって、旋回失速開始マージンを10%拡大できるものである(流量Q2、旋回失速発生領域W2参照)。しかしながら、これに伴って再循環させない場合と比較して、1%程度の効率低下を生じるものであった。同様に、20%の再循環流量では、20%の旋回失速開始マージンの拡大、2%の効率低下、30%の再循環流量では、30%の旋回失速開始マージンの拡大、3%の効率低下というように、旋回失速開始マージンの拡大に伴い、効率の低下が大きくなるというものであった。   What is shown in Patent Document 1 aims to reduce the turning stall starting flow rate when the turning stall first occurs in the vaneless diffuser 07, as shown in FIG. 10 (A). By recirculating 10% of the flow rate of the main fluid in the fluid circulation path 012, the turning stall start margin can be increased by 10% (refer to the flow rate Q 2 and the turning stall generation region W 2). However, as a result, the efficiency was reduced by about 1% as compared with the case where the recirculation was not performed. Similarly, 20% recirculation flow rate increases 20% turning stall start margin, 2% efficiency drop, 30% recirculation flow rate increases 30% turning stall start margin, 3% efficiency drop As described above, the reduction in efficiency increases as the turning stall start margin increases.

また、流体循環路012の入口012Aがベーンレスディフューザ07の出口側に、出口012Bがインペラ出口半径の半分以下の位置に開口されているため、流体循環路012が長くなり、壁面摩擦損失を主とする圧力損失が大きくなる。このような損失に対抗して所要の流量を再循環させるには、主流からもエネルギーを供給する必要があり、これによっても効率が低下するという課題があった。   Further, since the inlet 012A of the fluid circulation path 012 is opened at the outlet side of the vaneless diffuser 07 and the outlet 012B is opened at a position equal to or less than half of the radius of the impeller outlet, the fluid circulation path 012 becomes longer, and the wall friction loss is mainly caused. The pressure loss becomes larger. In order to recirculate a required flow rate against such a loss, it is necessary to supply energy from the mainstream as well, resulting in a problem that efficiency is lowered.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、旋回失速開始マージンを拡大し、旋回失速を防止しつつ、効率の低下を抑制することができる遠心圧縮機を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a centrifugal compressor capable of suppressing a decrease in efficiency while expanding a turning stall start margin and preventing a turning stall. Objective.

上記した課題を解決するために、本発明の遠心圧縮機は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる遠心圧縮機は、インペラの出口側にベーンレスディフューザが設けられている遠心圧縮機において、前記ベーンレスディフューザのハブ側ケーシング壁面に流体入口が開口され、前記インペラのハブディスク背面と対向する前記ハブ側ケーシング壁面に流体出口が開口されているスリット状の流体循環路が設けられており、前記スリット状流体循環路の前記流体入口は、開口部の中心が前記インペラの出口半径R2としたとき、1.1R2ないし1.4R2の位置にあって、前記ベーンレスディフューザでの旋回失速開始半径位置よりも半径方向外側位置に開口されていることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the centrifugal compressor of the present invention employs the following means.
That is, the centrifugal compressor according to the present invention is the centrifugal compressor in which the vaneless diffuser is provided on the outlet side of the impeller, the fluid inlet is opened on the hub-side casing wall surface of the vaneless diffuser, and the hub disk of the impeller A slit-like fluid circulation path in which a fluid outlet is opened is provided in the hub-side casing wall surface facing the back surface, and the center of the opening of the slit-like fluid circulation path is the outlet of the impeller When the radius is R2, it is located at a position of 1.1R2 to 1.4R2, and is open to a radially outer position from a turning stall starting radial position in the vaneless diffuser.

ベーンレスディフューザでの旋回失速は、ベーンレスディフューザ内の流れを解析した結果、最初に旋回失速が発生する半径方向位置を旋回失速開始半径Rrevとすると、ディフューザ幅比b/R2(b;ディフューザ幅、R2;インペラ出口半径)が小さいディフューザほど、旋回失速開始半径Rrevが小さくなり、半径比(Rrev/R2)が1.0に近づくようになっている。このことは、ディフューザ幅比b/R2の小さいディフューザほど内径側、即ちディフューザの入口近くで旋回失速が発生することを意味する。また、ディフューザ幅比b/R2を最大値とした場合でも、旋回失速開始半径Rrevの半径比(Rrev/R2)は、1.3程度であった。以上から、旋回失速開始半径Rrevは、1.0R2ないし1.3R2の範囲にあることが確認されている。
本発明では、上記の点を勘案し、ベーンレスディフューザのハブ側ケーシング壁面に流体入口が開口され、インペラのハブディスク背面と対向するハブ側ケーシング壁面に流体出口が開口されているスリット状の流体循環路を設け、このスリット状流体循環路の流体入口を、開口部の中心がインペラの出口半径をR2としたとき、1.1R2ないし1.4R2の位置にあって、ベーンレスディフューザでの旋回失速開始半径位置よりも半径方向外側位置に開口させた構成としているため、ベーンレスディフューザを流れる高圧流体の一部を、スリット状流体循環路を介してベーンレスディフューザの入口側に循環させることにより、ベーンレスディフューザを流れる流体流量を、上記した旋回失速開始半径Rrevが存在する1.0R2ないし1.3R2の範囲において局所的に増加させることができる。従って、増加された流量比率分だけ旋回失速発生点を低流量側へとシフトし、旋回失速の発生を抑制することができる。また、流体循環路がスリット状とされ、その流体入口が、旋回失速開始半径Rrevが存在する1.0R2ないし1.3R2の範囲よりも半径方向外側の1.1R2ないし1.4R2の位置に開口されているため、従来のものに比べ、相対的に流体循環路の長さを短く、かつ周方向に亘って広く形成することができ、ベーンレスディフューザを流れる高圧流体をスムーズにスリット状流体循環路に導入し、旋回流を保ったままインペラの背面側へと流出させることができる。従って、高圧流体の再循環系での壁面摩擦損失を主とする圧力損失を低減して旋回失速発生領域での流量を増やすことができ、旋回失速を防止しつつ、効率の低下を抑制することができる。また、再循環流に旋回成分を保持させることができるため、主流に再合流する際の混合損失を低減することができる。
As a result of analysis of the flow in the vaneless diffuser, the turning stall in the vaneless diffuser is defined as a diffuser width ratio b / R2 (b; diffuser width) where the radial position where the turning stall first occurs is the turning stall start radius Rrev. , R2: Impeller exit radius) is smaller, the turning stall start radius Rrev is smaller and the radius ratio (Rrev / R2) is closer to 1.0. This means that as the diffuser with a smaller diffuser width ratio b / R2, a turning stall occurs on the inner diameter side, that is, near the diffuser inlet. Further, even when the diffuser width ratio b / R2 was set to the maximum value, the radius ratio (Rrev / R2) of the turning stall start radius Rrev was about 1.3. From the above, it is confirmed that the turning stall start radius Rrev is in the range of 1.0R2 to 1.3R2.
In the present invention, in consideration of the above points, a slit-like fluid in which a fluid inlet is opened in the hub-side casing wall surface of the vaneless diffuser and a fluid outlet is opened in the hub-side casing wall surface facing the rear surface of the hub disk of the impeller. A circulation path is provided, and the fluid inlet of this slit-like fluid circulation path is located at a position of 1.1R2 to 1.4R2, where the center of the opening is the exit radius of the impeller, and is swung by the vaneless diffuser. Since it is configured to be opened radially outward from the stall starting radial position, a part of the high-pressure fluid flowing through the vaneless diffuser is circulated to the inlet side of the vaneless diffuser through the slit-like fluid circulation path. The flow rate of the fluid flowing through the vaneless diffuser is not 1.0R2 where the above-described turning stall start radius Rrev exists It can be locally increased in the range of 1.3R2. Therefore, the turning stall occurrence point can be shifted to the low flow rate side by the increased flow rate ratio, and the occurrence of turning stall can be suppressed. The fluid circulation path is slit-shaped, and the fluid inlet is opened at a position of 1.1R2 to 1.4R2 radially outside the range of 1.0R2 to 1.3R2 where the turning stall start radius Rrev exists. Therefore, compared with the conventional one, the length of the fluid circulation path is relatively short and can be formed widely in the circumferential direction, and the high-pressure fluid flowing through the vaneless diffuser can be smoothly circulated through the slit-like fluid. It can be introduced into the road and flow out to the back side of the impeller while maintaining the swirling flow. Therefore, pressure loss, mainly wall friction loss in the recirculation system of high-pressure fluid, can be reduced to increase the flow rate in the region where the rotating stall occurs, and the decrease in efficiency can be suppressed while preventing the rotating stall. Can do. Further, since the swirl component can be held in the recirculation flow, the mixing loss when rejoining the main flow can be reduced.

さらに、本発明の遠心圧縮機は、上記の遠心圧縮機において、前記スリット状流体循環路の前記流体出口は、開口部の中心が0.90R2ないし0.97R2の位置にあって、前記インペラの外周端よりも半径方向内側位置に開口されていることを特徴とする。   Furthermore, the centrifugal compressor of the present invention is the above centrifugal compressor, wherein the fluid outlet of the slit-like fluid circulation path has a center of the opening at a position of 0.90R2 to 0.97R2, and the impeller It is characterized by being opened at a radially inner position than the outer peripheral end.

本発明によれば、スリット状流体循環路の流体出口を、開口部の中心がインペラの出口半径をR2としたとき、0.90R2ないし0.97R2の位置にあって、インペラの外周端よりも半径方向内側位置に開口させた構成としているため、スリット状流体循環路を経て流出される再循環流を確実にインペラのハブ背面に噴出することができ、再循環流がインペラを流れる流体主流を乱すことがなく、主流との合流時における流れのせん断による圧力損失の増加をも抑制することができる。また、流体出口をインペラの外周端から外側に出ない範囲で出来るだけ半径方向外側位置に開口できるため、スリット状流体循環路の長さを可及的に短くし、スリット状流体循環路での壁面摩擦損失を主とする圧力損失を更に低減することができる。従って、効率の低下を更に抑制することができる。   According to the present invention, the fluid outlet of the slit-like fluid circulation path is 0.90R2 to 0.97R2 when the center of the opening is R2 and the outlet radius of the impeller, and is more than the outer peripheral end of the impeller. Since it is configured to open to the radially inner position, the recirculation flow that flows out through the slit-like fluid circulation path can be reliably jetted to the back surface of the impeller hub, and the recirculation flow causes the main fluid flow that flows through the impeller to flow. There is no disturbance, and an increase in pressure loss due to shearing of the flow at the time of merging with the main flow can also be suppressed. In addition, since the fluid outlet can be opened to the radially outer position as much as possible without leaving the outer periphery of the impeller, the length of the slit fluid circulation path is made as short as possible. Pressure loss, mainly wall friction loss, can be further reduced. Therefore, the reduction in efficiency can be further suppressed.

さらに、本発明の遠心圧縮機は、上述のいずれかの遠心圧縮機において、前記スリット状流体循環路の幅は、前記ベーンレスディフューザの流路幅の少なくとも20%以上とされていることを特徴とする。   Furthermore, the centrifugal compressor according to the present invention is characterized in that, in any of the above centrifugal compressors, the width of the slit-like fluid circulation path is at least 20% or more of the flow path width of the vaneless diffuser. And

本発明によれば、スリット状流体循環路の幅を、ベーンレスディフューザの流路幅の少なくとも20%以上としているため、スリット状流体循環路の流体入口および流体出口を上記位置に設けることにより出入口間の圧力差が減少し、スリット状流体循環路に流体が流れにくくなることに対して、スリット状流体循環路の幅をベーンレスディフューザ部の流路幅の少なくとも20%以上とし、相対的に流路幅を拡げ圧力損失を低減することにより、所要の再循環流量が確保されるようにしている。従って、ベーンレスディフューザの旋回失速発生領域を流れる流体流量を確実に増加し、旋回失速を抑制することができる。   According to the present invention, since the width of the slit-shaped fluid circulation path is at least 20% or more of the flow path width of the vane-less diffuser, the fluid inlet and the fluid outlet of the slit-shaped fluid circulation path are provided at the above positions. The pressure difference between them is reduced, and it is difficult for the fluid to flow into the slit-like fluid circulation path, whereas the width of the slit-like fluid circulation path is at least 20% or more of the channel width of the vaneless diffuser portion, The required recirculation flow rate is ensured by expanding the channel width and reducing the pressure loss. Accordingly, it is possible to reliably increase the flow rate of the fluid flowing in the turning stall generation region of the vaneless diffuser and suppress the turning stall.

さらに、本発明の遠心圧縮機は、上述のいずれかの遠心圧縮機において、前記スリット状流体循環路内には、周方向の複数箇所に繋ぎ部材が設けられ、該繋ぎ部材を介して前記スリット状の流体循環路を形成する2つのハブ側ケーシング部材が一体に結合されていることを特徴とする。   Furthermore, in the centrifugal compressor according to any one of the above-described centrifugal compressors, connecting members are provided in a plurality of locations in the circumferential direction in the slit fluid circulation path, and the slits are interposed via the connecting members. The two hub-side casing members that form a fluid circulation path are integrally joined together.

本発明によれば、スリット状流体循環路内の周方向の複数箇所に繋ぎ部材が設けられ、該繋ぎ部材を介してスリット状の流体循環路を形成する2つのハブ側ケーシング部材が一体に結合されているため、2つに分けられているハブ側ケーシング部材を繋ぎ部材により結合し、その間にスリットを設けることにより、ハブ側ケーシング内に1つのスリット状をなす流体循環路を全周に亘って形成することができる。従って、ハブ側ケーシング内に圧力損失を小さくことができるスリット状の流体循環路を簡易に構成でき、これによっても効率の低下を抑制することができる。   According to the present invention, connecting members are provided at a plurality of locations in the circumferential direction in the slit-shaped fluid circulation path, and the two hub-side casing members that form the slit-shaped fluid circulation path are integrally coupled via the connecting member. Therefore, a hub-side casing member divided into two parts is connected by a connecting member, and a slit is provided between them, so that a fluid circulation path having a slit shape is formed in the hub-side casing over the entire circumference. Can be formed. Therefore, a slit-like fluid circulation path that can reduce pressure loss in the hub-side casing can be easily configured, and this can also suppress a decrease in efficiency.

さらに、本発明の遠心圧縮機は、上記の遠心圧縮機において、前記繋ぎ部材は、円形断面の柱状部材とされていることを特徴とする。   Furthermore, the centrifugal compressor of the present invention is characterized in that, in the above centrifugal compressor, the connecting member is a columnar member having a circular cross section.

本発明によれば、繋ぎ部材が、円形断面の柱状部材とされているため、繋ぎ部材による流路抵抗を極力小さくし、スリット状流体循環路を流れる再循環流を、旋回流を保ったままスムーズに流体出口へと循環させることができる。従って、繋ぎ部材による圧力損失を最小限に抑え、効率の低下を抑制することができる。   According to the present invention, since the connecting member is a columnar member having a circular cross section, the flow resistance by the connecting member is made as small as possible, and the recirculation flow that flows through the slit-like fluid circulation path is kept swirling. It can be circulated smoothly to the fluid outlet. Therefore, the pressure loss due to the connecting member can be minimized and a decrease in efficiency can be suppressed.

さらに、本発明の遠心圧縮機は、上述のいずれかの遠心圧縮機において、前記繋ぎ部材は、円形断面の柱状部材から流体の旋回方向に向って延長されているヒレを有するヒレ付き柱状部材とされていることを特徴とする。   Furthermore, the centrifugal compressor according to the present invention is the centrifugal compressor according to any one of the above-described centrifugal compressors, wherein the connecting member includes a fin-like columnar member having a fin extending from the columnar member having a circular cross section toward the direction of fluid swirling. It is characterized by being.

本発明によれば、繋ぎ部材が、円形断面の柱状部材から流体の旋回方向に向って延長されているヒレを有するヒレ付き柱状部材とされているため、繋ぎ部材の下流で発生する流れの剥離や渦をヒレによって抑えることができる。従って、繋ぎ部材により発生する流れの剥離や渦による圧力損失を抑え、効率の低下を抑制することができる。また、ヒレを設けることにより、柱状部材の断面積を増大できるため、繋ぎ部材および該繋ぎ部材により一体に結合されたハブ側ケーシング部材の強度を充分確保することができる。   According to the present invention, since the connecting member is a fin-like columnar member having a fin extending in the direction of swirling of the fluid from the columnar member having a circular cross section, separation of the flow generated downstream of the connecting member. And vortices can be suppressed by fins. Therefore, pressure loss due to flow separation or vortex generated by the connecting member can be suppressed, and a decrease in efficiency can be suppressed. Moreover, since the cross-sectional area of the columnar member can be increased by providing fins, it is possible to sufficiently secure the strength of the connecting member and the hub-side casing member that is integrally coupled by the connecting member.

さらに、本発明の遠心圧縮機は、上記の遠心圧縮機において、前記繋ぎ部材は、翼型断面の柱状部材とされていることを特徴とする。   Furthermore, the centrifugal compressor of the present invention is characterized in that, in the above centrifugal compressor, the connecting member is a columnar member having an airfoil cross section.

本発明によれば、繋ぎ部材は、翼型断面の柱状部材とされているため、繋ぎ部材による流路抵抗を可及的に小さくし、スリット状流体循環路を流れる高圧流体を、翼型に沿って旋回流を保ったままスムーズに流体出口へと循環させることができる。従って、繋ぎ部材による圧力損失を最小限に抑え、効率の低下を抑制することができる。   According to the present invention, since the connecting member is a columnar member having an airfoil cross section, the flow resistance by the connecting member is made as small as possible, and the high-pressure fluid flowing through the slit-like fluid circulation path is made into an airfoil. It is possible to smoothly circulate to the fluid outlet while maintaining the swirl flow along the line. Therefore, the pressure loss due to the connecting member can be minimized and a decrease in efficiency can be suppressed.

本発明によると、ベーンレスディフューザを流れる高圧流体の一部を、スリット状流体循環路を介してベーンレスディフューザの入口側に循環させ、ベーンレスディフューザを流れる流体流量を、上記した旋回失速開始半径Rrevが存在する1.0R2ないし1.3R2の範囲において局所的に増加させることができるため、増加された流量比率分だけ旋回失速発生点を低流量側へとシフトし、旋回失速の発生を抑制することができる。また、流体循環路がスリット状とされ、その流体入口が旋回失速開始半径Rrevが存在する1.0R2ないし1.3R2の範囲よりも半径方向外側の1.1R2ないし1.4R2の位置に開口されているため、従来のものに比べ、相対的に流体循環路の長さを短く、かつ周方向に亘って広く形成することができ、ベーンレスディフューザを流れる高圧流体をスムーズにスリット状流体循環路に導入し、旋回流を保ったままインペラの背面側へと流出させることができる。従って、高圧流体の再循環系での壁面摩擦損失を主とする圧力損失を低減して旋回失速発生領域での流量を増やすことができ、旋回失速を防止しつつ、効率の低下を抑制することができる。また、再循環流に旋回成分を保持させることができるため、主流に再合流する際の混合損失を低減することができる。   According to the present invention, a part of the high-pressure fluid flowing through the vaneless diffuser is circulated to the inlet side of the vaneless diffuser via the slit-like fluid circulation path, and the flow rate of the fluid flowing through the vaneless diffuser is changed to the above-described turning stall start radius. Since it can be increased locally in the range of 1.0R2 to 1.3R2 where Rrev exists, the turning stall point is shifted to the low flow rate side by the increased flow rate ratio, and the occurrence of turning stall is suppressed. can do. The fluid circulation path is slit-shaped, and the fluid inlet is opened at a position 1.1R2 to 1.4R2 radially outside the range of 1.0R2 to 1.3R2 where the turning stall start radius Rrev exists. Therefore, compared with the conventional one, the length of the fluid circulation path is relatively short and can be widely formed in the circumferential direction, and the high-pressure fluid flowing through the vaneless diffuser is smoothly slit-like fluid circulation path It can be made to flow into the back side of the impeller while maintaining the swirling flow. Therefore, pressure loss, mainly wall friction loss in the recirculation system of high-pressure fluid, can be reduced to increase the flow rate in the region where the rotating stall occurs, and the decrease in efficiency can be suppressed while preventing the rotating stall. Can do. In addition, since the swirl component can be retained in the recirculation flow, the mixing loss when recombining with the main flow can be reduced.

本発明の第1実施形態に係る2段遠心圧縮機の縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view of a two-stage centrifugal compressor according to a first embodiment of the present invention. 図1に示す2段遠心圧縮機の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the two-stage centrifugal compressor shown in FIG. 図2中のa−a拡大断面図である。It is aa expanded sectional view in FIG. 図1に示す2段遠心圧縮機の旋回失速発生点および効率を示す性能曲線図である。It is a performance curve figure which shows the turning stall generation | occurrence | production point and efficiency of the two-stage centrifugal compressor shown in FIG. 本発明の第2実施形態に係る2段遠心圧縮機の図2中のa−a拡大断面相当図(A),(B)である。It is an aa expanded sectional equivalent figure (A) and (B) in Drawing 2 of a two-stage centrifugal compressor concerning a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第3実施形態に係る2段遠心圧縮機の図2中のa−a拡大断面相当図である。It is an aa expanded sectional equivalent view in Drawing 2 of a two-stage centrifugal compressor concerning a 3rd embodiment of the present invention. 図6に示す2段遠心圧縮機の第1変形例を示す図2中のa−a拡大断面相当図である。FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view corresponding to aa in FIG. 2 illustrating a first modification of the two-stage centrifugal compressor illustrated in FIG. 6. 図6に示す2段遠心圧縮機の第2変形例を示す図2中のa−a拡大断面相当図である。FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view corresponding to aa in FIG. 2 illustrating a second modification of the two-stage centrifugal compressor illustrated in FIG. 6. 従来例の2段遠心圧縮機の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the two-stage centrifugal compressor of a prior art example. 従来例の2段遠心圧縮機の旋回失速発生点および効率を示す性能曲線図(A),(B)である。It is a performance curve figure (A) and (B) which shows the turning stall generating point and efficiency of the two-stage centrifugal compressor of a conventional example.

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1ないし図3を用いて説明する。
図1には、本発明の第1実施形態にかかる遠心圧縮機1の縦断面図が示されている。
遠心圧縮機1は、複数のパーツを組み合わせて構成されているケーシング2と、このケーシング2内に図示省略の軸受を介してその軸線L回りに回転可能に支持されている回転軸4と、回転軸4と一体に回転するように設けられているクローズドタイプまたはオープンタイプの2つのインペラ5A,5B(本実施形態では、クローズドインペラが示されている。)と、を備えている。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a centrifugal compressor 1 according to the first embodiment of the present invention.
The centrifugal compressor 1 includes a casing 2 configured by combining a plurality of parts, a rotating shaft 4 that is rotatably supported around the axis L in the casing 2 via a bearing (not shown), Closed type or open type two impellers 5A and 5B (closed impellers are shown in this embodiment) provided so as to rotate integrally with the shaft 4.

遠心圧縮機1は、図示省略の駆動装置により回転軸4が駆動され、インペラ5A,5Bが回転されることによって、ケーシング2に設けられている流体吸入口6を介して圧縮対象のガスあるいは空気等の流体が吸い込まれる。この流体は、まず1段目のインペラ5Aの回転によって遠心力が付与され、その運動エネルギーがインペラ5Aの出口に設けられている1段目のベーンレスディフューザ7Aで圧力エネルギーに変換され、さらにリターンベンド8、リターンベーン9を経て、次段圧縮ステージである2段目のインペラ5Bの入口に導かれるようになっている。   The centrifugal compressor 1 is driven by a driving device (not shown), and the impellers 5A and 5B are rotated to rotate the gas or air to be compressed through the fluid suction port 6 provided in the casing 2. Etc. are sucked. First, centrifugal force is applied to the fluid by the rotation of the first stage impeller 5A, and the kinetic energy is converted into pressure energy by the first stage vaneless diffuser 7A provided at the outlet of the impeller 5A. The bend 8 and the return vane 9 are led to the inlet of the second stage impeller 5B, which is the next stage compression stage.

この圧縮流体は、2段目のインペラ5Bによっても同様に遠心力が付与され、2段目のベーンレスディフューザ7Bで運動エネルギーが圧力エネルギーに変換され、さらに高圧の圧縮流体となってスクロール10に吐出される。そして、このスクロール10からケーシング2に設けられている流体吐出口11を経て図示省略の吐出配管へと送出されるようになっている。このように、本実施形態では、2段遠心圧縮機1が例示されている。   This compressed fluid is similarly given a centrifugal force by the second stage impeller 5B, and the kinetic energy is converted into pressure energy by the second stage vaneless diffuser 7B, and further becomes a high-pressure compressed fluid to the scroll 10. Discharged. The scroll 10 is sent to a discharge pipe (not shown) through a fluid discharge port 11 provided in the casing 2. Thus, in this embodiment, the two-stage centrifugal compressor 1 is illustrated.

ベーンレスディフューザ7A,7Bは、各々インペラ5A,5Bが回転する空間の出口側に連通して設けられており、インペラ5A,5Bにより遠心力が与えられた流体の運動エネルギーを圧力エネルギーに変換して送出する流路を構成するものである。ベーンレスディフューザ7A,7Bにおいては、前述したとおり、遠心圧縮機1を低流量域で運転した場合、円周方向の流れが不均一となる旋回失速が発生することが知られている。この旋回失速の発生を抑制するため、本実施形態では、以下の構成を採用している。   The vane-less diffusers 7A and 7B are provided in communication with the exit side of the space in which the impellers 5A and 5B rotate, respectively, and convert the kinetic energy of the fluid given centrifugal force by the impellers 5A and 5B into pressure energy. The flow path to be sent out is configured. In the vane-less diffusers 7A and 7B, as described above, it is known that when the centrifugal compressor 1 is operated in a low flow rate region, a rotating stall that causes uneven flow in the circumferential direction occurs. In order to suppress the occurrence of the turning stall, the present embodiment employs the following configuration.

図2は、ベーンレスディフューザ7A部の構成を示す要部断面図であり、図3は、そのa−a拡大断面図である。
ベーンレスディフューザ7Aは、ハウジング2を構成するシュラウド側ケーシング2Aとハブ側ケーシング2Bとによって形成されている。そして、このハブ側ケーシング2B内に、流体入口12Aがベーンレスディフューザ7Aを構成するハブ側ケーシング2Bの壁面の所定位置に開口され、流体出口12Bがインペラ5Aを構成するハブディスク5Cの背面と対向するハブ側ケーシング2Bの壁面に開口されているスリット状の流体循環路12が設けられている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part showing the configuration of the vaneless diffuser 7A, and FIG. 3 is an enlarged aa cross-sectional view thereof.
The vane-less diffuser 7A is formed by a shroud side casing 2A and a hub side casing 2B constituting the housing 2. In the hub side casing 2B, the fluid inlet 12A is opened at a predetermined position on the wall surface of the hub side casing 2B constituting the vaneless diffuser 7A, and the fluid outlet 12B is opposed to the rear surface of the hub disk 5C constituting the impeller 5A. A slit-like fluid circulation path 12 opened in the wall surface of the hub-side casing 2B is provided.

スリット状流体循環路12は、流体入口12Aからベーンレスディフューザ7Aを流れる圧縮流体の一部を取り込み、それをインペラ5Aのハブディスク5C背面に対向して開口されている流体出口12Bから主流路側に噴出し、ベーンレスディフューザ7Aの入口部を挟んでその前後間で圧縮流体の一部を再循環させるためのものである。このスリット状の流体循環路12は、2つの分けられたハブ側ケーシング部材13A,13Bの間に所定幅のスリットを設けることによって形成されており、2つのハブ側ケーシング部材13A,13Bは周方向の複数箇所に等間隔で設けられている円形断面の柱状部材14Aからなる繋ぎ部材14により一体に結合されている。なお、繋ぎ部材14の周方向配置は必ずしも等間隔でなくてもよく、間隔は適宜設定すればよい。   The slit-like fluid circulation path 12 takes in a part of the compressed fluid flowing through the vaneless diffuser 7A from the fluid inlet 12A and passes it from the fluid outlet 12B opened to the back surface of the hub disk 5C of the impeller 5A to the main flow path side. This is for ejecting and recirculating a part of the compressed fluid between before and after the inlet portion of the vaneless diffuser 7A. The slit-shaped fluid circulation path 12 is formed by providing a slit having a predetermined width between two divided hub side casing members 13A and 13B. The two hub side casing members 13A and 13B are circumferentially arranged. Are joined together by a connecting member 14 made of a columnar member 14A having a circular cross section provided at equal intervals. In addition, the circumferential direction arrangement | positioning of the connection member 14 does not necessarily need to be equal intervals, and what is necessary is just to set an interval suitably.

スリット状流体循環路12の流体入口12Aは、開口部の中心がインペラ5Aの出口半径をR2としたとき、1.1R2ないし1.4R2の位置にあって、ベーンレスディフューザ7Aでの旋回失速開始半径位置よりも半径方向外側に開口されている。
これは、ベーンレスディフューザ7Aでの旋回失速は、ベーンレスディフューザ7A内での流れの解析(CFD、モデル検証試験等)を行った結果、最初に旋回失速が発生する半径方向位置を旋回失速開始半径Rrevとすると、ディフューザ幅比b/R2(b;ディフューザ幅、R2;インペラ出口半径)が小さいディフューザほど、旋回失速開始半径Rrevが小さくなり、半径比(Rrev/R2)が1.0に近づくようになる。このことは、ディフューザ幅比b/R2の小さいディフューザほど内径側、即ちディフューザの入口付近で旋回失速が発生することを意味する。また、ディフューザ幅比b/R2を最大値とした場合でも、旋回失速開始半径Rrevの半径比(Rrev/R2)は、1.3程度であった。以上から、旋回失速開始半径Rrevは、1.0R2ないし1.3R2の範囲にあることが確認されたことに基づくものである。
The fluid inlet 12A of the slit-like fluid circulation path 12 is located at a position of 1.1R2 to 1.4R2 when the center of the opening is R2 and the outlet radius of the impeller 5A, and the rotation stall start at the vaneless diffuser 7A is started. The opening is made radially outward from the radial position.
This is because the turning stall in the vaneless diffuser 7A is the result of analysis of the flow in the vaneless diffuser 7A (CFD, model verification test, etc.). Assuming that the radius is Rrev, the smaller the diffuser width ratio b / R2 (b; diffuser width, R2; impeller exit radius), the smaller the turning stall start radius Rrev, and the radius ratio (Rrev / R2) approaches 1.0. It becomes like this. This means that as the diffuser with a smaller diffuser width ratio b / R2, a turning stall occurs on the inner diameter side, that is, near the diffuser inlet. Further, even when the diffuser width ratio b / R2 was set to the maximum value, the radius ratio (Rrev / R2) of the turning stall start radius Rrev was about 1.3. From the above, it is based on the fact that the turning stall start radius Rrev is confirmed to be in the range of 1.0R2 to 1.3R2.

このように、流体入口12Aは、ベーンレスディフューザ7Aでの旋回失速開始半径Rrevの範囲である半径比(Rrev/R2)が1.0R2ないし1.3R2の範囲よりも僅かに半径方向外側に位置(開口部の中心が、1.1R2ないし1.4R2の位置)するように開口されている。   In this way, the fluid inlet 12A is located slightly outside the range in which the radius ratio (Rrev / R2), which is the range of the turning stall start radius Rrev in the vaneless diffuser 7A, is 1.0R2 to 1.3R2. The opening is made so that the center of the opening is located at 1.1R2 to 1.4R2.

また、スリット状流体循環路12の流体出口12Bは、開口部の中心がインペラ5Aの出口半径をR2としたとき、0.90R2ないし0.97R2の位置にあって、インペラ5Aの外周端5Dよりも半径方向内側位置に開口されている。これは、流体出口12Bから噴出される流体が確実にインペラ5Aのハブディスク5Cの背面に当る位置であって、しかもインペラ5Aの外周端5Dから外側に出ない範囲で出来るだけ半径方向外側の位置に流体出口12Bを開口するためである。   The fluid outlet 12B of the slit-like fluid circulation path 12 is located at a position of 0.90R2 to 0.97R2 when the center of the opening is R2 and the outlet radius of the impeller 5A, and from the outer peripheral end 5D of the impeller 5A. Is also opened at a radially inner position. This is a position where the fluid ejected from the fluid outlet 12B surely hits the back surface of the hub disk 5C of the impeller 5A, and a position that is as radially outer as possible as long as it does not come out from the outer peripheral end 5D of the impeller 5A. This is for opening the fluid outlet 12B.

このようにして、流体入口12Aの開口位置および流体出口12Bの開口位置を決めることにより、スリット状流体循環路12の流体入口12Aから流体出口12Bまでの長さを可及的に短くすることができ、スリット状流体循環路12で発生する再循環流体の壁面摩擦損失を主とする圧力損失をできる限り低減できるようにしている。   Thus, by determining the opening position of the fluid inlet 12A and the opening position of the fluid outlet 12B, the length from the fluid inlet 12A to the fluid outlet 12B of the slit-like fluid circulation path 12 can be shortened as much as possible. It is possible to reduce as much as possible the pressure loss, mainly the wall friction loss of the recirculation fluid generated in the slit fluid circulation path 12.

さらに、流体入口12Aを上記のように、1.1R2ないし1.4R2の位置に設けることにより、流体入口12Aと流体出口12Bとの間の圧力差が従来のものに比べ、相対的に小さくなり、スリット状流体循環路12側に圧縮流体が流れ難くなるので、スリット状流体循環路12のスリット幅b1(図3参照)を、ディフューザ幅bの少なくとも20%以上、好ましくは30%以上とし、圧縮流体が再循環され易いようにしている。   Further, by providing the fluid inlet 12A at the position of 1.1R2 to 1.4R2 as described above, the pressure difference between the fluid inlet 12A and the fluid outlet 12B becomes relatively small compared to the conventional one. Since the compressed fluid does not easily flow to the slit-like fluid circulation path 12 side, the slit width b1 (see FIG. 3) of the slit-like fluid circulation path 12 is at least 20% or more, preferably 30% or more of the diffuser width b. The compressed fluid is easily recirculated.

以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
遠心圧縮機1が、低流量域で運転された場合においても、上記の如くスリット状流体循環路12が設けられているため、このスリット状流体循環路12の流体入口12Aと流体出口12Bとの間の圧力差により、ベーンレスディフューザ7Aを流れる圧縮流体の一部がスリット状流体循環路12を介してインペラ5Aのハブディスク5Cの背面位置に循環される。そして、ハブディスク5Cの背面に向って噴出された後、ハブディスク5Cによって周方向の流速が付与された状態で、インペラ5Aを流れる流体主流とその出口、すなわちベーンレスディフューザ7Aの入口部において合流され、再びベーンレスディフューザ7Aへと流入される。
With the configuration described above, according to the present embodiment, the following operational effects can be obtained.
Even when the centrifugal compressor 1 is operated in a low flow rate region, since the slit-like fluid circulation path 12 is provided as described above, the fluid inlet 12A and the fluid outlet 12B of the slit-like fluid circulation path 12 are provided. Due to the pressure difference therebetween, a part of the compressed fluid flowing through the vaneless diffuser 7A is circulated through the slit-like fluid circulation path 12 to the back surface position of the hub disk 5C of the impeller 5A. Then, after being ejected toward the rear surface of the hub disk 5C, the fluid main flow flowing through the impeller 5A and the outlet thereof, that is, the inlet portion of the vaneless diffuser 7A are joined together with the circumferential flow velocity applied by the hub disk 5C. Then, it flows again into the vaneless diffuser 7A.

このように、ベーンレスディフューザ7Aの入口部を挟んでその前後間で圧縮流体の一部を、スリット状流体循環路12を介して再循環させることにより、ベーンレスディフューザ7Aの入口部付近、すなわち旋回失速開始半径Rrev領域を流れる流体流量を局部的に増加させることができる。このため、図4に示されるように、増加された流量比率分だけ旋回失速発生点Q3を低流量域側へと移動させることができ、これによって、旋回失速の発生を抑制することができる。また、旋回失速が原因となる圧力変動や軸振動、吐出配管振動等を抑えることができるため、遠心圧縮機1を安定運転できる範囲を拡大することができる。   In this way, a part of the compressed fluid is recirculated through the slit-like fluid circulation path 12 between before and after the inlet portion of the vaneless diffuser 7A, so that the vicinity of the inlet portion of the vaneless diffuser 7A, that is, The flow rate of the fluid flowing in the turning stall start radius Rrev region can be locally increased. For this reason, as shown in FIG. 4, the turning stall occurrence point Q3 can be moved toward the low flow rate region by the increased flow rate ratio, thereby suppressing the occurrence of turning stall. In addition, pressure fluctuations, shaft vibrations, discharge pipe vibrations, and the like caused by turning stall can be suppressed, so that the range in which the centrifugal compressor 1 can be stably operated can be expanded.

なお、図4中において、流量Q3が旋回失速発生点、それよりも低流量域側が旋回失速発生領域W3であり、図10(B)に示されている流体循環路を有していないものと比べると、旋回失速発生点Q3が低流量域側にシフトされ、旋回失速発生領域W3が著しく狭くなっていることが判る。よって、その分だけ、遠心圧縮機1を安定して運転できる範囲が拡大されることになる。   In FIG. 4, the flow rate Q3 is the turning stall occurrence point, the lower flow rate side is the turning stall occurrence region W3, and it does not have the fluid circulation path shown in FIG. 10 (B). In comparison, it can be seen that the turning stall occurrence point Q3 is shifted to the low flow rate region side, and the turning stall occurrence region W3 is remarkably narrow. Therefore, the range in which the centrifugal compressor 1 can be stably operated is expanded accordingly.

一方、スリット状流体循環路12の流体入口12Aは、ベーンレスディフューザ7Aでの旋回失速開始半径Rrevの範囲である半径比(Rrev/R2)が1.0ないし1.3の範囲よりも半径方向外側に位置(開口部の中心が、1.1R2ないし1.4R2の位置)するように開口されており、また、流体出口12Bは、開口部の中心がインペラ5Aの出口半径をR2としたとき、0.90R2ないし0.97R2の位置に開口されているため、スリット状流体循環路12の流体入口12Aから流体出口12Bまでの距離を従来のものに比べて短くすることができる。しかも、スリット状流体循環路12を全周に亘って1つのスリットにより構成しているため、周方向に広い流路とすることができる。   On the other hand, the fluid inlet 12A of the slit-shaped fluid circulation path 12 has a radial ratio (Rrev / R2) that is a range of the turning stall start radius Rrev in the vaneless diffuser 7A in a radial direction than the range of 1.0 to 1.3. The fluid outlet 12B is opened so as to be located outside (the center of the opening is located at 1.1R2 to 1.4R2), and the fluid outlet 12B has a center at which the outlet radius of the impeller 5A is R2. , 0.90R2 to 0.97R2, the distance from the fluid inlet 12A to the fluid outlet 12B of the slit-like fluid circulation path 12 can be shortened compared to the conventional one. In addition, since the slit-like fluid circulation path 12 is constituted by one slit over the entire circumference, the flow path can be wide in the circumferential direction.

このように、スリット状流体循環路12の長さを短く、かつ周方向に広い流路とすることにより、ベーンレスディフューザ7Aを流れる圧縮流体をスムーズにスリット状流体循環路12側に導入し、その圧縮流体を、旋回流を保ったままインペラ5Aの背面側へと流出させることができる。これによって、圧縮流体の再循環系での壁面摩擦損失を主とする圧力損失を低減することができ、図4に示されるように、旋回失速を防止しつつ、効率の低下をごく微小な低下に抑制することができる。   Thus, by making the length of the slit-like fluid circulation path 12 short and wide in the circumferential direction, the compressed fluid flowing through the vaneless diffuser 7A is smoothly introduced to the slit-like fluid circulation path 12 side, The compressed fluid can be discharged to the back side of the impeller 5A while maintaining the swirling flow. As a result, pressure loss, mainly wall friction loss in the recirculation system of the compressed fluid, can be reduced, and as shown in FIG. Can be suppressed.

さらに、スリット状流体循環路12の幅b1を、ベーンレスディフューザ7Aの流路幅bの少なくとも20%以上、好ましくは30%以上としている。このため、流体入口12Aおよび流体出口12Bを上記位置に設けたことにより出入口間の圧力差が減少し、スリット状流体循環路12側に圧縮流体が流れにくくなることに対して、スリット状流体循環路12の流路幅b1をベーンレスディフューザ7Aの流路幅bの少なくとも20%以上とし、相対的に流路幅b1を拡げ圧力損失を低減することにより、所要の再循環流量が確保されるようにしている。従って、ベーンレスディフューザ7Aの旋回失速発生領域を流れる流体流量を確実に増加し、旋回失速を抑制することができる。   Furthermore, the width b1 of the slit-shaped fluid circulation path 12 is set to at least 20% or more, preferably 30% or more, of the flow path width b of the vaneless diffuser 7A. For this reason, by providing the fluid inlet 12A and the fluid outlet 12B at the above positions, the pressure difference between the inlet and outlet is reduced, and the compressed fluid hardly flows to the slit-like fluid circulation path 12 side. The required recirculation flow rate is ensured by setting the flow path width b1 of the path 12 to at least 20% or more of the flow path width b of the vaneless diffuser 7A and relatively expanding the flow path width b1 to reduce pressure loss. I am doing so. Therefore, it is possible to reliably increase the flow rate of the fluid flowing in the turning stall generation region of the vaneless diffuser 7A and suppress the turning stall.

また、流体出口12Bがハブディスク5Cの背面と対向するハブ側ケーシング2Bの壁面にあって、インペラ5Aの外周端5Dよりも半径方向内側位置に開口されているため、ここから噴出される再循環流によって、インペラ5Aを流れる流体主流が乱されることがなく、しかも、この再循環流は、ハブディスク5Cの背面によって周方向の流速が付与され、ベーンレスディフューザ7Aの入口部において流体主流と合流される際、流体主流と略同程度の周方向流速となっている。従って、流れのせん断による圧力損失の増加を抑制することができ、これによっても、遠心圧縮機1の効率低下を抑制することができる。   Further, since the fluid outlet 12B is on the wall surface of the hub-side casing 2B facing the rear surface of the hub disk 5C and is opened at a position radially inward from the outer peripheral end 5D of the impeller 5A, the recirculation ejected therefrom The main flow of the fluid flowing through the impeller 5A is not disturbed by the flow, and the recirculation flow is given a circumferential flow velocity by the back surface of the hub disk 5C, and the main flow of the fluid at the inlet portion of the vaneless diffuser 7A. When merged, the circumferential flow velocity is approximately the same as the fluid main flow. Therefore, an increase in pressure loss due to flow shear can be suppressed, and this also can suppress a decrease in efficiency of the centrifugal compressor 1.

また、スリット状の流体循環路12内には、周方向の複数箇所に円形断面の柱状部材14Aからなる繋ぎ部材14が設けられ、この繋ぎ部材14を介してスリット状流体循環路12を形成している2つのハブ側ケーシング部材13A,13Bが一体に結合された構成とされている。このため、2つに分けられているハブ側ケーシング部材13A,13Bを繋ぎ部材14により結合し、その間にスリットを設けることによって、ハブ側ケーシング2B内に全周に亘って1つのスリット状をなす流体循環路12を容易に形成することができる。   In addition, in the slit-shaped fluid circulation path 12, a connecting member 14 including a columnar member 14 </ b> A having a circular cross section is provided at a plurality of locations in the circumferential direction, and the slit-shaped fluid circulation path 12 is formed via the connecting member 14. The two hub-side casing members 13A and 13B are integrally connected. For this reason, the hub side casing members 13A and 13B divided into two parts are connected by the connecting member 14, and a slit is provided between them to form one slit shape in the hub side casing 2B over the entire circumference. The fluid circulation path 12 can be easily formed.

従って、ハブ側ケーシング2B内に圧力損失を小さくすることができるスリット状の流体循環路12を簡易に構成でき、これによっても効率の低下を抑制することができる。加えて、繋ぎ部材14が円形断面の柱状部材14Aとされているため、繋ぎ部材14による流路抵抗を極力小さくして、スリット状流体循環路12内を流れる再循環流を、旋回流を保ったままスムーズに流体出口12Bへと循環させることができる。これによって、繋ぎ部材14による圧力損失を最小限に抑えることができ、効率の低下をより低減することができる。   Therefore, the slit-like fluid circulation path 12 capable of reducing the pressure loss in the hub-side casing 2B can be simply configured, and this can also suppress the decrease in efficiency. In addition, since the connecting member 14 is a columnar member 14A having a circular cross section, the flow resistance by the connecting member 14 is made as small as possible, and the recirculation flow that flows in the slit-like fluid circulation path 12 is kept swirling. The fluid can be smoothly circulated to the fluid outlet 12B. Thereby, the pressure loss due to the connecting member 14 can be minimized, and the decrease in efficiency can be further reduced.

[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について、図5(A),(B)を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第1実施形態に対して、繋ぎ部材14をヒレ付き柱状部材14B,14B’としている点が異なる。その他の点については、第1実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、2つのハブ側ケーシング部材13A,13Bを一体に結合している複数の繋ぎ部材14が、円形断面の柱状部材から流体循環路12内を流れる圧縮流体の旋回方向に向って延長されている流線形のヒレ14bや板状のヒレ14b’を有するヒレ付き柱状部材14B,14B’とされた構成とされている。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
This embodiment is different from the above-described first embodiment in that the connecting member 14 is finned columnar members 14B and 14B ′. Since other points are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.
In the present embodiment, the plurality of connecting members 14 integrally connecting the two hub side casing members 13A and 13B extend from the columnar member having a circular cross section toward the swirling direction of the compressed fluid flowing in the fluid circulation path 12. The streamlined fins 14b and the plate-like fins 14b 'having plate-like fins 14b' are used.

上記のように、繋ぎ部材14を、円形断面の柱状部材から流体の旋回方向に向って延長されているヒレ14b,14b’を有するヒレ付き柱状部材14B,14B’とすることにより、繋ぎ部材14の背面側で発生する流れの剥離や渦をヒレ14b,14b’によって抑制することができる。このため、繋ぎ部材14により発生する循環流の剥離や渦による圧力損失を抑え、効率の低下を抑制することができる。また、ヒレ14b,14b’を設けることにより、柱状部材14B,14B’の断面積を増大できるため、繋ぎ部材14および該繋ぎ部材14により一体結合されている2つのハブ側ケーシング部材13A,13Bの強度を充分確保することができる。   As described above, the connecting member 14 is the columnar members 14B and 14B ′ having fins 14b and 14b ′ that extend from the columnar member having a circular cross section in the fluid swirling direction. The separation and vortex of the flow generated on the back side of the plate can be suppressed by the fins 14b and 14b ′. For this reason, pressure loss due to separation and vortexing of the circulating flow generated by the connecting member 14 can be suppressed, and a decrease in efficiency can be suppressed. Moreover, since the cross-sectional areas of the columnar members 14B and 14B ′ can be increased by providing the fins 14b and 14b ′, the connecting member 14 and the two hub-side casing members 13A and 13B integrally coupled by the connecting member 14 are provided. Sufficient strength can be secured.

[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態について、図6ないし図8を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第1実施形態に対して、繋ぎ部材14を翼型断面の柱状部材14C,14D,14Eとしている点が異なる。その他の点については、第1実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、2つのハブ側ケーシング部材13A,13Bを一体に結合している複数の繋ぎ部材14が、流体の旋回方向に沿って延在するものであって、図6に示されるような直線板状翼型断面の柱状部材14C、図7に示されるような曲がり板状翼型断面の柱状部材14D、図8に示されるような翼型断面の柱状部材14Eのいずれかとされた構成とされている。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
This embodiment is different from the first embodiment described above in that the connecting member 14 is a columnar member 14C, 14D, 14E having an airfoil cross section. Since other points are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.
In the present embodiment, the plurality of connecting members 14 integrally connecting the two hub-side casing members 13A and 13B extend along the fluid swirling direction, as shown in FIG. A straight plate-like airfoil cross-section columnar member 14C, a curved plate-like airfoil cross-section columnar member 14D as shown in FIG. 7, and an airfoil cross-section columnar member 14E as shown in FIG. Has been.

このように、繋ぎ部材14を、翼型断面の柱状部材14C,14D,14Eとすることにより、繋ぎ部材14による流路抵抗を可及的に小さくし、スリット状流体循環路12内を流れる圧縮流体を、翼型に沿って旋回流を保ったままスムーズに流体出口12Bへと循環させることができる。従って、繋ぎ部材14による圧力損失を最小限に抑え、効率の低下を抑制することができる。   Thus, by making the connecting member 14 columnar members 14C, 14D, and 14E having an airfoil cross section, the flow resistance by the connecting member 14 is made as small as possible, and the compression flowing in the slit fluid circulation path 12 is performed. The fluid can be smoothly circulated along the airfoil to the fluid outlet 12B while maintaining a swirling flow. Therefore, the pressure loss due to the connecting member 14 can be minimized, and the decrease in efficiency can be suppressed.

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、2段遠心圧縮機の低段側に適用した例について説明したが、高段側に適用してもよいことはもちろんである。また、2段遠心圧縮機に限らず、単段もしくは3段以上の多段遠心圧縮機にも同様に適用できることは云うまでもない。   In addition, this invention is not limited to the invention concerning the said embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it can change suitably. For example, in the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to the lower stage side of the two-stage centrifugal compressor has been described, but it is needless to say that the present invention may be applied to the higher stage side. Needless to say, the present invention is not limited to the two-stage centrifugal compressor, and can be similarly applied to a single-stage or three-stage or more multi-stage centrifugal compressor.

1 遠心圧縮機
2 ケーシング
2B ハブ側ケーシング
5A,5B インペラ
5C ハブディスク
5D インペラの外周端
7A,7B ベーンレスディフューザ
12 スリット状流体循環路
12A 流体入口
12B 流体出口
13A,13B 2つのハブ側ケーシング部材
14 繋ぎ部材
14A 円形断面の柱状部材
14B,14B’ ヒレ付き柱状部材
14C,14D,14E 翼型断面の柱状部材
R2 インペラの出口半径
b ベーンレスディフューザの流路幅
b1 スリット状流体循環路の幅
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Centrifugal compressor 2 Casing 2B Hub side casing 5A, 5B Impeller 5C Hub disk 5D Impeller outer peripheral end 7A, 7B Vaneless diffuser 12 Slit fluid circulation path 12A Fluid inlet 12B Fluid outlet 13A, 13B Two hub side casing members 14 Connecting member 14A Columnar members 14B, 14B 'with fins having circular cross-sections Columnar members 14C, 14D, 14E with fins R2 Impeller outlet radius b Vaneless diffuser channel width b1 Slit-shaped fluid circulation channel width

Claims (7)

インペラの出口側にベーンレスディフューザが設けられている遠心圧縮機において、
前記ベーンレスディフューザのハブ側ケーシング壁面に流体入口が開口され、前記インペラのハブディスク背面と対向する前記ハブ側ケーシング壁面に流体出口が開口されているスリット状の流体循環路が設けられており、
前記スリット状流体循環路の前記流体入口は、開口部の中心が前記インペラの出口半径をR2としたとき、1.1R2ないし1.4R2の位置にあって、前記ベーンレスディフューザでの旋回失速開始半径位置よりも半径方向外側位置に開口されていることを特徴とする遠心圧縮機。
In the centrifugal compressor provided with a vaneless diffuser on the outlet side of the impeller,
A fluid inlet is provided in the hub side casing wall surface of the vaneless diffuser, and a slit-like fluid circulation path in which a fluid outlet is opened in the hub side casing wall surface facing the rear surface of the hub disk of the impeller is provided.
The fluid inlet of the slit-like fluid circulation path is located at a position of 1.1R2 to 1.4R2, where the center of the opening is R2 when the outlet radius of the impeller is R2, and start of turning stall in the vaneless diffuser A centrifugal compressor, wherein the centrifugal compressor is opened at a radially outer position than a radial position.
前記スリット状流体循環路の前記流体出口は、開口部の中心が0.90R2ないし0.97R2の位置にあって、前記インペラの外周端よりも半径方向内側位置に開口されていることを特徴とする請求項1に記載の遠心圧縮機。   The fluid outlet of the slit-like fluid circulation path is characterized in that the center of the opening is located at a position of 0.90R2 to 0.97R2 and is opened at a position radially inward from the outer peripheral end of the impeller. The centrifugal compressor according to claim 1. 前記スリット状流体循環路の幅は、前記ベーンレスディフューザの流路幅の少なくとも20%以上とされていることを特徴とする請求項1または2に記載の遠心圧縮機。   The centrifugal compressor according to claim 1 or 2, wherein a width of the slit-shaped fluid circulation path is at least 20% or more of a flow path width of the vaneless diffuser. 前記スリット状流体循環路内には、周方向の複数箇所に繋ぎ部材が設けられ、該繋ぎ部材を介して前記スリット状の流体循環路を形成する2つのハブ側ケーシング部材が一体に結合されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の遠心圧縮機。   In the slit-like fluid circulation path, connecting members are provided at a plurality of locations in the circumferential direction, and two hub side casing members that form the slit-like fluid circulation path are integrally coupled via the connecting member. The centrifugal compressor according to any one of claims 1 to 3, wherein the centrifugal compressor is provided. 前記繋ぎ部材は、円形断面の柱状部材とされていることを特徴とする請求項4に記載の遠心圧縮機。   The centrifugal compressor according to claim 4, wherein the connecting member is a columnar member having a circular cross section. 前記繋ぎ部材は、円形断面の柱状部材から流体の旋回方向に向って延長されているヒレを有するヒレ付き柱状部材とされていることを特徴とする請求項4または5に記載の遠心圧縮機。   6. The centrifugal compressor according to claim 4, wherein the connecting member is a columnar member with a fin having a fin extending from a columnar member having a circular cross section toward a direction of swirling of the fluid. 前記繋ぎ部材は、翼型断面の柱状部材とされていることを特徴とする請求項4に記載の遠心圧縮機。
The centrifugal compressor according to claim 4, wherein the connecting member is a columnar member having an airfoil cross section.
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