JP2013053524A - Multi-pressure centrifugal turbo machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2つの圧力レベルを1台で提供できるようにした遠心ポンプ、ブロワ及び圧縮機等の複圧式遠心ターボ機械に関する。 The present invention relates to a multi-pressure centrifugal turbomachine such as a centrifugal pump, a blower and a compressor which can provide two pressure levels by one unit.
従来の遠心ターボ機械は、通常1つの吸込口と1つの出口とを有し、1台の装置で1つの圧力及び流量を供給する。なお、遠心ターボ機械としては、遠心ポンプ、遠心ブロワ及び遠心圧縮機等が知られており、基本的には同様の構成となっている。
遠心ポンプは、ポンプのインペラ入口シュラウド半径に対してポンプのインペラ出口半径が大きく、インペラ出口の流れが子午面において半径方向外向きに流れるように構成されたインペラを有し、非圧縮性流体の昇圧を行う装置である。
Conventional centrifugal turbomachines usually have one inlet and one outlet and supply one pressure and flow rate with one device. In addition, as a centrifugal turbomachine, a centrifugal pump, a centrifugal blower, a centrifugal compressor, and the like are known, and basically have the same configuration.
The centrifugal pump has an impeller configured such that the impeller outlet radius of the pump is larger than the impeller inlet shroud radius of the pump, and the flow of the impeller outlet flows radially outward in the meridian plane. This is a device for boosting.
遠心ブロワは、遠心ポンプと同様の形態を有しており、圧縮性流体を対象として昇圧を行う装置である。遠心ブロワは、一般に大気圧から吸い込んで昇圧する場合、昇圧による圧力上昇が概ね1000kg/m2〜10000kg/m2の数値範囲にある装置を言う。
そして、遠心圧縮機は、上述した遠心ブロワよりさらに高圧まで圧縮性流体を昇圧する装置である。
A centrifugal blower has a form similar to that of a centrifugal pump, and is a device that boosts the pressure of a compressible fluid. Centrifugal blower, generally when boosting is sucked from the atmospheric pressure refers to a device in the numerical range of pressure increase approximately 1000kg / m 2 ~10000kg / m 2 by boosting.
The centrifugal compressor is a device that boosts the compressive fluid to a higher pressure than the centrifugal blower described above.
以下の説明では、上述した遠心ターボ機械のインペラ形態を総称して「遠心インペラ」と呼ぶ。また、インペラ出口の流れが半径方向から一定の角度に傾斜して流れる形態を一般に「斜流インペラ」と呼ぶが、この斜流インペラについても、以下の説明では「遠心インペラ」に包含するものとする。
このような遠心インペラを備えた遠心ターボ機械は、入口から軸方向に流体の流れを吸い込み、遠心インペラの流路が軸方向から半径方向に曲げられているため、出口では流れが半径方向外向きに流出する。なお、遠心ポンプの場合、一般的にはインペラ入口の翼前縁が回転軸に対してケーシング側で吸い込み側に傾斜する子午面形状を有するが、軸方向に吸い込んで半径方向に流出させる基本構造については、遠心ブロワ及び遠心圧縮機と共通である。
In the following description, the above-described centrifugal turbomachine impeller forms are collectively referred to as “centrifugal impellers”. In addition, the form in which the flow at the outlet of the impeller flows at a certain angle from the radial direction is generally referred to as “diagonal flow impeller”, but this mixed flow impeller is also included in the “centrifugal impeller” in the following description. To do.
A centrifugal turbomachine equipped with such a centrifugal impeller sucks a fluid flow in the axial direction from the inlet, and since the flow path of the centrifugal impeller is bent radially from the axial direction, the flow is radially outward at the outlet. To leak. In the case of a centrifugal pump, generally, the blade leading edge of the impeller inlet has a meridian surface shape that inclines toward the suction side on the casing side with respect to the rotation shaft, but the basic structure allows suction in the axial direction and outflow in the radial direction. Is common to centrifugal blowers and centrifugal compressors.
上述した遠心インペラを備えている遠心ターボ機械は、回転軸の周りに回転駆動されることにより、吸い込んだ流体の流れに回転エネルギーを与えて昇圧するメカニズムを有しているが、このような昇圧メカニズムについても、遠心ポンプ、遠心ブロワ及び遠心圧縮機においては同様である。
また、遠心インペラの出口下流には、円形翼列からなるディフューザが設けられ、翼を有するディフューザをベーンドディフューザ、翼のないディフューザをベーンレスディフューザと呼んでいる。このような翼の有無は、通常遠心ターボ機械の要求性能に応じて決められている。なお、ディフューザの下流には、流れを集合させて下流の配管に吐出するスクロールを設けてあるが、遠心ポンプの場合には、上述したディフューザ自体を設置しない構造が多く、従って、遠心インペラの出口下流に直接スクロールが設置されていることも多い。
The centrifugal turbomachine equipped with the centrifugal impeller described above has a mechanism for increasing the pressure by giving rotational energy to the flow of the sucked fluid by being driven to rotate around the rotation axis. The mechanism is the same in a centrifugal pump, a centrifugal blower, and a centrifugal compressor.
Further, a diffuser comprising a circular blade row is provided downstream of the outlet of the centrifugal impeller, and a diffuser having blades is called a vane diffuser, and a diffuser without blades is called a vaneless diffuser. The presence or absence of such blades is usually determined according to the required performance of the centrifugal turbomachine. A scroll that collects the flow and discharges it to the downstream pipe is provided downstream of the diffuser. However, in the case of a centrifugal pump, there are many structures in which the above-described diffuser itself is not installed, and therefore the outlet of the centrifugal impeller In many cases, a scroll is installed directly downstream.
一方、各種プラントでは、同一作動流体において複数の圧力を必要とする場合がある。このようなプラントでは、たとえばプラント毎に異なるポンプを設置して使用する構成が一般的であり、プラント毎に圧力及び流量の設定が異なるポンプを用意していた。
また、半径方向の流速成分を主要成分としてタービンホイールに流入する旋回流体が用いられ、流れの旋回エネルギーを回転動力に変換してエネルギーを放出した流れが軸方向に吐出されるラジアルタービンにおいては、タービン内部にて流体の流量を複数の流路に分割し、流路毎にタービン動翼入口が形成されるとともに、タービン動翼の入口半径が異なるように構成されている。(特許文献1〜3を参照)
On the other hand, various plants may require a plurality of pressures in the same working fluid. In such a plant, for example, a configuration in which different pumps are installed and used for each plant is generally used, and pumps having different pressure and flow rate settings are prepared for each plant.
Further, in a radial turbine in which a swirling fluid that flows into a turbine wheel using a flow velocity component in the radial direction as a main component is used, and a flow that discharges energy by converting swirling energy of the flow into rotational power is discharged in the axial direction, The flow rate of the fluid is divided into a plurality of flow paths inside the turbine, and a turbine blade inlet is formed for each flow path, and the inlet radius of the turbine blade is different. (See Patent Documents 1 to 3)
上述したように、同一作動流体において複数の圧力レベルを必要とする従来の各種プラントでは、必要な圧力レベル毎に異なる遠心ポンプ等の遠心ターボ機械を設置して対応している。このため、遠心ターボ機械毎に電動機等の駆動源が必要となり、この結果、プラントの構成に多数の機器類を必要とし複雑化するという問題が指摘されている。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、1台の遠心ターボ機械で複数の圧力レベルを供給できる複圧式遠心ターボ機械を提供することにある。
As described above, in various conventional plants that require a plurality of pressure levels in the same working fluid, different centrifugal pumps such as centrifugal pumps are installed for each required pressure level. For this reason, a drive source such as an electric motor is required for each centrifugal turbomachine, and as a result, a problem has been pointed out that a large number of devices are required for the configuration of the plant, which makes it complicated.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a multi-pressure centrifugal turbomachine capable of supplying a plurality of pressure levels with a single centrifugal turbomachine.
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明の複圧式遠心ターボ機械は、ケーシング内で回転する1つの遠心インペラが、流体を軸方向に導入する1つの流体入口と、昇圧した流体を異なる圧力で半径方向外向きに吐出する複数の流体出口とを備え、前記遠心インペラで昇圧した流体を異なる複数の圧力で半径方向外向きに吐出することを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
In the double pressure centrifugal turbomachine of the present invention, a single centrifugal impeller that rotates in a casing includes a single fluid inlet that introduces fluid in the axial direction, and a plurality of fluids that discharge the pressurized fluid radially outward at different pressures. A fluid outlet, and the fluid pressurized by the centrifugal impeller is discharged radially outward at a plurality of different pressures.
このような本発明の複圧式遠心ターボ機械によれば、遠心インペラが、流体を軸方向に導入する1つの流体入口と、昇圧した流体を異なる圧力で半径方向外向きに吐出する複数の流体出口とを備え、遠心インペラで昇圧した流体を異なる複数の圧力で半径方向外向きに吐出するので、1台の遠心ターボ機械で複数の圧力レベルに昇圧した流体を供給することが可能になる。
なお、本発明の複圧式遠心ターボ機械は、遠心圧縮機、遠心ブロワ及び遠心ポンプ等に適用可能である。
According to such a multi-pressure centrifugal turbomachine of the present invention, the centrifugal impeller has one fluid inlet for introducing the fluid in the axial direction, and a plurality of fluid outlets for discharging the pressurized fluid radially outward at different pressures. The fluid pressurized by the centrifugal impeller is discharged radially outward at a plurality of different pressures, so that the fluid pressurized to a plurality of pressure levels by a single centrifugal turbomachine can be supplied.
The multi-pressure centrifugal turbomachine of the present invention can be applied to a centrifugal compressor, a centrifugal blower, a centrifugal pump, and the like.
上記の複圧式遠心ターボ機械において、前記流体出口は、前記流体入口から軸方向下流側へ向けて吐出圧力が順次低くなるように配置されるとともに、前記遠心インペラは、低圧側インペラが隣接する高圧側インペラの背板を貫通するように配置されているが好ましい。
あるいは、上記の複圧式遠心ターボ機械において、前記流体出口は、前記遠心インペラのシュラウド面途中に吐出圧力の低い低圧側が配置されていることが好ましい。
In the above-described multi-pressure centrifugal turbomachine, the fluid outlet is arranged such that the discharge pressure is sequentially reduced from the fluid inlet toward the downstream side in the axial direction, and the centrifugal impeller is a high pressure adjacent to the low pressure side impeller. It is preferably arranged so as to penetrate the back plate of the side impeller.
Alternatively, in the above-described multi-pressure centrifugal turbomachine, it is preferable that the fluid outlet has a low-pressure side having a low discharge pressure disposed in the middle of the shroud surface of the centrifugal impeller.
上記の複圧式遠心ターボ機械において、前記遠心インペラは、翼長の入口側及び出口側の少なくとも一部に設けたシュラウドを備えていることが好ましく、これにより、遠心ポンプで一般に設置される目的の強度の担保や、遠心インペラで発生しスラスト軸受で負担すべきスラスト力を低減することが可能になる。 In the above-described double pressure centrifugal turbomachine, the centrifugal impeller preferably includes shrouds provided on at least a part of the inlet side and the outlet side of the blade length. It is possible to reduce the thrust force that must be borne by the thrust bearing that is generated by the centrifugal impeller and borne by the thrust impeller.
上記の複圧式遠心ターボ機械において、前記遠心インペラは、昇圧した流体を高圧で前記流体出口から半径方向外向きに吐出する高圧インペラと、昇圧した流体を低圧で前記流体出口から半径方向外向きに吐出する低圧インペラとを備えていることが好ましい。
すなわち、複圧式遠心ターボ機械の遠心インペラは、流体を軸方向に導入する1つの流体入口と、昇圧した流体を高圧及び低圧の異なる2つの圧力で半径方向外向きに吐出する2つの流体出口とを備え、遠心インペラの高圧インペラが高圧の流体出口部を構成し、低圧インペラが低圧の流体出口部を構成するので、1台の遠心ターボ機械で高低2つの圧力レベルに昇圧した流体を供給することが可能になる。
In the above multi-pressure centrifugal turbomachine, the centrifugal impeller includes a high-pressure impeller that discharges a pressurized fluid radially outward from the fluid outlet at a high pressure, and a pressurized fluid radially outward from the fluid outlet at a low pressure. A low-pressure impeller for discharging is preferably provided.
That is, a centrifugal impeller of a multi-pressure centrifugal turbomachine has one fluid inlet for introducing fluid in an axial direction, and two fluid outlets for discharging pressurized fluid radially outward at two different pressures of high pressure and low pressure. The high-pressure impeller of the centrifugal impeller constitutes a high-pressure fluid outlet, and the low-pressure impeller constitutes a low-pressure fluid outlet, so that the fluid pressurized to two high and low pressure levels is supplied by one centrifugal turbomachine. It becomes possible.
遠心インペラのシュラウド面途中に吐出圧力の低い低圧側が配置されている複圧式遠心ターボ機械において、前記遠心インペラは、前記低圧インペラの背板を形成するようにして、前記高圧インペラの上流端を前記低圧インペラの出口半径より内側に突出させたものが好ましい。 In the double pressure centrifugal turbomachine in which the low pressure side having a low discharge pressure is arranged in the middle of the shroud surface of the centrifugal impeller, the centrifugal impeller forms a back plate of the low pressure impeller, and the upstream end of the high pressure impeller is connected to the upstream end of the high pressure impeller. What protruded inside the exit radius of the low-pressure impeller is preferable.
上記の複圧式遠心ターボ機械において、前記遠心インペラは、高圧インペラ部と、該高圧インペラ部の背板面近傍から分離可能な低圧インペラ部とを組み合わせて一体化する分割・別体構造としてもよい。 In the above-described double pressure centrifugal turbomachine, the centrifugal impeller may have a split / separate structure in which a high pressure impeller portion and a low pressure impeller portion separable from the vicinity of the back plate surface of the high pressure impeller portion are combined and integrated. .
遠心インペラのシュラウド面途中に吐出圧力の低い低圧側が配置されている複圧式遠心ターボ機械において、前記低圧インペラの背板面は、前記高圧インペラのシュラウド上流端を流路側に突出させるように、低圧インペラ背板面にて分割・組立する構造を有することが望ましい。 In the double pressure centrifugal turbomachine in which the low pressure side having a low discharge pressure is arranged in the middle of the shroud surface of the centrifugal impeller, the back plate surface of the low pressure impeller has a low pressure so that the shroud upstream end of the high pressure impeller protrudes toward the flow path. It is desirable to have a structure of dividing and assembling on the impeller back plate surface.
上述した本発明によれば、1台の遠心ターボ機械で複数の圧力レベルを供給できる複圧式遠心ターボ機械となり、従って、同一作動流体において複数の圧力レベルを必要とする各種プラントに適用すれば、プラントの構成に必要な機器類を低減して装置構成を簡略化できるという顕著な効果が得られる。 According to the above-described present invention, a single-pressure centrifugal turbomachine can provide a multiple pressure centrifugal turbomachine capable of supplying a plurality of pressure levels. Therefore, when applied to various plants that require a plurality of pressure levels in the same working fluid, The remarkable effect that the equipment required for the configuration of the plant can be reduced and the device configuration can be simplified can be obtained.
以下、本発明に係る複圧式遠心ターボ機械の一実施形態を図面に基づいて説明する。
<第1の実施形態>
図1及び図2に示す実施形態の複圧式遠心ターボ機械は、複数(2以上)の圧力レベルに昇圧して1台で供給可能な昇圧装置であり、具体的には、非圧縮性流体を昇圧させる遠心ポンプ、圧縮性流体を昇圧させる遠心ブロア及び遠心圧縮機等がある。なお、以下の説明では、複圧式遠心ターボ機械の一例として、高圧及び低圧の2つの圧力レベルを1台で供給可能な遠心圧縮機について説明する。
Hereinafter, an embodiment of a multi-pressure centrifugal turbomachine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
The multi-pressure centrifugal turbomachine of the embodiment shown in FIG. 1 and FIG. 2 is a booster capable of boosting to a plurality of (two or more) pressure levels and supplying it by a single unit. Specifically, an incompressible fluid is supplied. There are a centrifugal pump for boosting pressure, a centrifugal blower for boosting a compressive fluid, a centrifugal compressor, and the like. In the following description, a centrifugal compressor capable of supplying two pressure levels of high pressure and low pressure as a single unit will be described as an example of a double pressure centrifugal turbomachine.
図1(a)は、本実施形態に係る複圧式の遠心圧縮機(複圧式遠心ターボ機械)について、要部の子午面形状を示す断面図、図2は、図1(a)に示した遠心圧縮機の要部断面を軸方向から見た正面図である。
図示の遠心圧縮機Cは、ケーシング11と、ケーシング11に回転可能に支持された回転軸13と、回転軸13の外周に取り付けられてケーシング11内で回転する遠心インペラ15と、を備えている。なお、回転軸13の一端には、遠心インペラ15を回転させる電動機等の駆動源(不図示)が連結されている。
1A is a cross-sectional view showing a meridional shape of a main part of a multi-pressure centrifugal compressor (multi-pressure centrifugal turbomachine) according to the present embodiment, and FIG. 2 is shown in FIG. It is the front view which looked at the principal part cross section of the centrifugal compressor from the axial direction.
The illustrated centrifugal compressor C includes a
遠心インペラ15は、回転軸13の外周に取り付けられたハブ17と、ハブ17の外周面に放射状に間隔を空けて設けられた複数の遠心インペラ翼(以下、「翼」と呼ぶ)19とにより構成される。この翼19は、ハブ17の外周面から外向きに突出して設けられている。
遠心圧縮機Cのケーシング11及び遠心インペラ15は、図1(a)の紙面左側に設けられている流路入口21から軸方向に流体を導入し、遠心インペラ15と一体に回転する翼19によって昇圧した流体を半径方向外向きに流出させる。
The
The
ケーシング11内で回転する遠心インペラ15は、ケーシング11側の出口半径がR1の高圧インペラ19Hと、ケーシング11側の出口半径がR2の低圧インペラ19Lとを備えている。図1(a)に示す構成例では、高圧インペラ19Hと低圧インペラ19Lとが一体に構成されており、この場合、遠心インペラ15は、インペラ入口半径Riに対して、高圧インペラ19Hの出口半径R1が大きく(R1>Ri)設定されており、回転軸13の軸方向において、流路入口21に近い上流側に高圧インペラ19Hを配設し、低圧インペラ19Lは、高圧インペラ19Hの背板31Hに開口した貫通流路33を介して、流路入口21の反対側に配設している。なお、図1(a)において、図中の一点鎖線Piは等圧線である。
The
高圧インペラ19Hで昇圧された流体は、高圧インペラ19Hの外周先端部側に開口する高圧出口流路23Hを通って半径方向外向きに流出する。この高圧出口流路23Hの下流には、高圧側のディフューザ25Hが設けられ、さらにその下流にはスクロール27Hを有している。このように構成された高圧出口流路23H、ディフューザ25H及びスクロール27Hは、高圧の圧力P1で流体を供給する高圧側圧縮機出口29Hとなる。
なお、高圧インペラ19Hが回転するケーシング11内には、下流側に設けられた高圧インペラ19Hの背板31Hに対向し、かつ、低圧側壁面を構成する隔壁37を備えている。
The fluid pressurized by the high-
The
低圧インペラ19Lは、高圧インペラ19Hと同様に、ハブ17の外周面から外向きに突出し、かつ、高圧インペラ19Hの背板31Hの下部を軸方向下流側へ向けて貫通するように設けられている。背板31Hの背面側では、出口半径をR2とした低圧インペラ19Lが同軸の高圧インペラ19Hと一体に回転する。
低圧インペラ19Lの出口半径R2は、高圧インペラ19Hの出口半径R1より小さな値(R2<R1)となる。
Similarly to the
The outlet radius R2 of the
低圧インペラ19Lで昇圧された流体は、低圧インペラ19Lの外周先端部側に開口する低圧出口流路23Lを通って半径方向外向きに流出する。この低圧出口流路23Lの下流には、低圧側のディフューザ25Lが設けられ、さらにその下流にはスクロール27Lを有している。このように構成された低圧出口流路23L、ディフューザ25L及びスクロール27Lは、低圧の圧力P2(P1>P2)で流体を供給する低圧側圧縮機出口29Lとなる。
The fluid pressurized by the
低圧インペラ19Lの出口半径R2は、図中にハッチングで表示した貫通流路33の上壁面半径Rpsより大きい値(R2>Rps)に設定され、低圧側圧縮機出口29Lの低圧出口流路23Lが半径方向外向きのインペラ出口を備えている。この貫通流路33は、高圧インペラ19H側から分岐させた流体を低圧インペラ19L側へ導くための流路である。
なお、低圧インペラ19Lが回転するケーシング11は、下流側に設けられた低圧インペラ19Lの背板31Lに対向して低圧側壁面39を構成している。
The outlet radius R2 of the
In addition, the
図2に示す軸方向の正面図において、気体を圧縮する遠心インペラ15は、液体を圧縮する後述の遠心ポンプと比較して数倍以上の高周速で回転するので、遠心インペラ15の高圧インペラ19H及び低圧インペラ19Lは、そのインペラ翼が翼前縁にてほぼ半径方向要素をもつ翼により構成される。
また、遠心圧縮機Cの場合、高圧インペラ出口23H及び低圧インペラ出口23Lにおいて、高圧インペラ19Hの翼が背板31Hに取り付けられる角度のバックワード角β1や、低圧インペラ19Lの翼が低圧インペラ19Lの背板31Lに取り付けられる角度のバックワード角β2は、たとえば10度〜45度程度の範囲に設定される。
In the front view in the axial direction shown in FIG. 2, the
Further, in the case of the centrifugal compressor C, at the high
上述した遠心圧縮機Cの遠心インペラ15は、図3に示す変形例の遠心インペラ15′のように、高圧インペラ19Hの翼及び低圧インペラ19Lの翼の中間に、それぞれ高圧スプリッタ翼35H及び低圧スプリッタ翼35Lが設置された構成としてもよい。
なお、図3の遠心インペラ15′において、スプリッタ翼35H,35L以外の構成については、図2に示した遠心インペラ15と実質的に同じである。
The
3 is substantially the same as the
次に、図4及び図5に示す遠心ポンプCPの遠心ポンプインペラ55は、上述した遠心インペラ15の構成を適用したものである。
遠心ポンプCPは、ケーシング51と、ケーシング51に回転可能に支持された回転軸53と、回転軸53の外周に取り付けられてケーシング51内で回転する遠心ポンプインペラ55と、を備えている。なお、回転軸53の一端には、遠心ポンプインペラ55を回転させる電動機等の駆動源(不図示)が連結されている。
Next, the
The centrifugal pump CP includes a
遠心ポンプインペラ55は、回転軸53の外周に取り付けられたハブ57と、ハブ57の外周面に放射状に間隔を空けて設けられた複数の遠心インペラ翼(以下、「翼」と呼ぶ)59とにより構成される。この翼59は、ハブ57の外周面から外向きに突出して設けられている。
遠心ポンプCPのケーシング51及び遠心ポンプインペラ55は、流路入口61から軸方向に流体を導入し、遠心ポンプインペラ55と一体に回転する翼59によって昇圧した流体を半径方向外向きに流出させる。
The
The
ケーシング51内で回転する遠心ポンプインペラ55は、ケーシング51側の出口半径がR1の高圧インペラ59Hと、ケーシング51側の出口半径がR2の低圧インペラ59Lとを備えている。この場合、遠心ポンプインペラ55は、インペラ入口半径Riに対して、高圧インペラ59Hの出口半径R1が大きく(R1>Ri)設定されており、回転軸53の軸方向において、流路入口61に近い上流側に高圧インペラ59Hを配設し、低圧インペラ59Lは、高圧インペラ59Hの背板71Hに開口した貫通流路73を介して、流路入口61の反対側に配設している。
The
高圧インペラ59Hで昇圧された流体は、高圧インペラ59Hの外周先端部側に開口する高圧出口流路63Hを通って半径方向外向きに流出する。この高圧出口流路63Hの下流には、スクロール67Hが設けられている。このように構成された高圧出口流路63H及びスクロール67Hは、高圧の圧力P1で流体を供給する高圧側ポンプ出口69Hとなる。
なお、高圧インペラ59Hが回転するケーシング11内には、下流側に設けられた高圧インペラ59Hの背板71Hに対向し、かつ、低圧側壁面を構成する隔壁77を備えている。
The fluid pressurized by the
The
低圧インペラ59Lは、高圧インペラ59Hと同様に、ハブ57の外周面から外向きに突出し、かつ、高圧インペラ59Hの背板71Hの下部を軸方向下流側へ向けて貫通するように設けられている。背板71Hの背面側では、出口半径がR2の低圧インペラ59Lが同軸の高圧インペラ59Hと一体に回転する。
低圧インペラ59Lの出口半径R2は、高圧インペラ59Hの出口半径R1より小さな値(R2<R1)となる。
Similarly to the
The outlet radius R2 of the
低圧インペラ59Lで昇圧された流体は、低圧インペラ59Lの外周先端部側に開口する低圧出口流路63Lを通って半径方向外向きに流出する。この低圧出口流路63Lの下流には、スクロール67Lが設けられている。このように構成された低圧出口流路63L及びスクロール67Lは、低圧の圧力P2(P1>P2)で流体を供給する低圧側ポンプ出口69Lとなる。
The fluid pressurized by the
低圧インペラ59Lの出口半径R2は、図中にハッチングで表示した貫通流路73の上壁面半径Rpsより大きい値(R2>Rps)に設定され、低圧側ポンプ出口69Lの低圧出口流路63Lが半径外向きのインペラ出口を備えている。この貫通流路73は、高圧インペラ59H側から分岐させた流体を低圧インペラ59L側へ導くための流路である。
なお、低圧インペラ59Lが回転するケーシング51は、下流側に設けられた低圧インペラ59Lの背板71Lに対向して低圧側壁面79を構成している。
The outlet radius R2 of the
The
遠心ポンプCPの場合、翼59のインペラ翼前縁は、子午面において半径方向から傾斜している形状が多く、上流に凸の曲線で構成される形状となるものも多い。また、バックワード角β1、β2は、いずれも45度〜70度程度の範囲に設定される。
さらに、遠心ポンプCPでは、翼59のバックワード角が大きいため、結果として隣接する翼と翼の間隔が小さくなり、かつ、翼の長さも長くなるため、遠心圧縮機Cと比較して翼枚数はおおよそ半分となり、また、スプリッタが設けられることもまれである。
In the case of the centrifugal pump CP, the impeller blade leading edge of the
Further, in the centrifugal pump CP, since the backward angle of the
上述したように、遠心ポンプCPでは、高圧側ポンプ出口69H及び低圧側ポンプ出口69Lについては、一般にディフューザのない構成となるが、遠心圧縮機Cと同様に、ディフューザを備えた構成としてもよい。
図示しない遠心ブロワについては、インペラ形状等が、上述した遠心圧縮機C及び遠心ポンプCPの中間、あるいはどちらか一方に似通ったものとなる。
また、遠心圧縮機C、遠心ブロワ及び遠心ポンプCPのいずれにおいても、ケーシングの流体出口は、回転軸の外周側に形成された環状通路になっている構造でもよい。
As described above, in the centrifugal pump CP, the high-pressure
For a centrifugal blower (not shown), the impeller shape or the like is similar to the middle or one of the centrifugal compressor C and the centrifugal pump CP described above.
In any of the centrifugal compressor C, the centrifugal blower, and the centrifugal pump CP, the fluid outlet of the casing may be an annular passage formed on the outer peripheral side of the rotating shaft.
このように、本実施形態において、遠心圧縮機C、遠心ブロワ及び遠心ポンプCPのような遠心ターボ機械が有する特徴的な共通点は、高圧インペラ19H,59Hの背板31H,71H側で、かつ、ハブ13,57側に、昇圧する流体の一部を分流させて導くための貫通流路33,73が設けられており、ハブ13,57側から分岐した低圧インペラ19L、59Lの翼を有することである。
そして、貫通流路33,73側に流れることなく高圧インペラ19H、59H側に導かれた流体は、高圧インペラ19H、59Hの翼によって高圧のP1に昇圧され、貫通流路33,73から低圧インペラ19L、59L側に導かれた流体は、低圧インペラ19L、59Lの翼によって低圧のP2に昇圧される。
Thus, in the present embodiment, the characteristic common features of centrifugal turbomachines such as the centrifugal compressor C, the centrifugal blower, and the centrifugal pump CP are on the
The fluid guided to the
すなわち、上述した実施形態の遠心ターボ機械は、昇圧する流体の入口を1つ備え、ケーシング内で回転する遠心インペラや遠心ポンプインペラには1つの流体入口と2つの流体出口とが設けられ、かつ、昇圧した流体の出口を2つ備えているので、1インペラ2圧式の構成を有する複圧式遠心ターボ機械となる。すなわち、上述した複圧式遠心ターボ機械は、同一動力軸に設置された1つのインペラで流体を昇圧し、2つの異なる圧力及び流量で流体を供給することが可能となる。 That is, the centrifugal turbomachine of the embodiment described above includes one inlet for the fluid to be pressurized, and the centrifugal impeller and the centrifugal pump impeller that rotate in the casing are provided with one fluid inlet and two fluid outlets, and Since there are two outlets for the pressurized fluid, a double-pressure centrifugal turbomachine having a 1-impeller 2-pressure configuration is obtained. That is, the above-described multi-pressure centrifugal turbomachine can pressurize the fluid with one impeller installed on the same power shaft and supply the fluid with two different pressures and flow rates.
このような複圧式遠心ターボ機械は、複数の遠心ポンプCP、遠心ブロワ、遠心圧縮機Cを用いることなく、1台で2つの圧力レベルと流量を提供できるため、たとえば図6に示すように、各種のプラントや設備においてシステム構成の簡素化が可能となり、低コストで高機能のプラントを提供できる。
図6(a)において、図中の符号1は本実施形態で説明した複圧式遠心ターボ機械、3は複圧式遠心ターボ機械を駆動する電動機(駆動源)である。この場合、大気やプレナムの流体供給源5から導入した同一の流体を複圧式遠心ターボ機械1で昇圧し、高圧のP1に昇圧した流体をプラント7Aに供給するとともに、低圧のP2に昇圧した流体をプラント7Bに供給するプラント構成例となる。すなわち、1台の複圧式遠心ターボ機械1が、同一の流体を異なる圧力レベルP1,P2に昇圧してプラント7A,7Bに供給することができる。
Such a multi-pressure centrifugal turbomachine can provide two pressure levels and flow rates without using a plurality of centrifugal pumps CP, centrifugal blowers, and centrifugal compressors C. For example, as shown in FIG. The system configuration can be simplified in various plants and facilities, and a high-performance plant can be provided at low cost.
In FIG. 6A, reference numeral 1 in the drawing denotes a double-pressure centrifugal turbomachine described in the present embodiment, and 3 denotes an electric motor (drive source) that drives the double-pressure centrifugal turbomachine. In this case, the same fluid introduced from the
図6(b)に示すプラント構成例では、プラント7A,7Bから導入した同一の流体を複圧式遠心ターボ機械1で昇圧し、高圧のP1に昇圧した流体をプラント7Aに供給するとともに、低圧のP2に昇圧した流体をプラント7Bに供給している。
また、図6(c)に示すプラント構成例では、プラント7Cの異なる系統から導入した同一の流体を複圧式遠心ターボ機械1で昇圧し、高圧のP1に昇圧した流体及び低圧のP2に昇圧してプラント7Cの異なる系統に供給している。
In the plant configuration example shown in FIG. 6 (b), the same fluid introduced from the
In the example of the plant configuration shown in FIG. 6C, the same fluid introduced from different systems in the
ところで、上記の説明においては、高圧インペラ19H及び低圧インペラ19Lが一体に構成されている遠心インペラ翼19としたが、たとえば図1(b)に示すように、本実施形態の低圧インペラ部19Lは、高圧インペラ部19Hの背板面近傍から、すなわち、背板31Hが形成する面の近傍から分割された構成であってもよい。換言すれば、遠心インペラ15は、高圧インペラ部19Hpと、該高圧インペラ部19Hpの背板面近傍から分離可能な低圧インペラ部19Lpとを組み合わせて一体化する分割・別体構造としてもよい。なお、図1(b)において、図中の破線は、高圧インペラ部Hpと低圧インペラ部Lpとの分割面BLの一例を示しており、図中の一点鎖線Bは、組立ボルトBの軸中心を示している。
By the way, in the above description, the
<第2の実施形態>
本発明に係る複圧式遠心ターボ機械について、第2の実施形態を図7〜図10に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態では、上述した実施形態の高圧インペラ19H、59Hにシュラウドが追設されている。なお、本実施形態の遠心インペラ15についても、一体構造または分割・別体構造のいずれであってもよい。
<Second Embodiment>
A second embodiment of the multi-pressure centrifugal turbomachine according to the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to embodiment mentioned above, and the detailed description is abbreviate | omitted.
In this embodiment, shrouds are additionally provided on the high-
以下の説明では、図1に示した遠心圧縮機Cの高圧インペラ19Hに対して、シュラウド41が翼全体に設けられている。
また、図8に示す変形例では、高圧インペラ19Hに対して、シュラウド41が翼後半(出口側)に設けられている。
In the following description, a
Moreover, in the modification shown in FIG. 8, the
このように構成された遠心圧縮機C等の複圧式遠心ターボ機械は、上述した実施形態と同様の作用効果を奏する。
そして、高圧インペラ19Hにシュラウド41を追設したことにより、特に、高圧インペラ19Hの翼に作用する負荷が大きい場合には、シュラウド41が翼の強度を増すことになるので、信頼性や耐久性の向上に有効である。このようなシュラウド41は、流れの密度が大きい液体を昇圧する遠心ポンプCPは勿論のこと、上述した各種の複圧式遠心ターボ機械においても有効である。
The multi-pressure centrifugal turbomachine such as the centrifugal compressor C configured as described above has the same effects as the above-described embodiment.
Since the
また、遠心圧縮機Cや遠心ブロワにおいては、小流量、低比速度の場合、インペラ出口近傍の翼高さ(出口では出口幅)が翼入口に比べ低くなり、シュラウドクリアランス(翼先端とケーシングとの隙間)が翼高さの割に大きくなる。このため、漏れ損失が増加して効率が低下するという問題を有しているが、この効率低下を防止するためには、シュラウド41を設ける構成が有効である。
In the centrifugal compressor C and the centrifugal blower, when the flow rate is low and the specific speed is low, the blade height near the impeller outlet (the outlet width at the outlet) is lower than the blade inlet, and the shroud clearance (blade tip and casing and The gap) increases for the blade height. For this reason, there is a problem that the leakage loss increases and the efficiency is reduced, but in order to prevent this efficiency reduction, a configuration in which the
第1の実施形態で説明した複圧式遠心ターボ機械では、遠心ポンプCP、遠心ブロワ、遠心圧縮機Cのいずれにおいても、高圧インペラ19H,59Hの背板背面に、図9に示すような静圧分布が発生する。すなわち、図9に示すように、高圧インペラ背板31H,71Hの背面(破線表示)と遠心インペラ入口からシュラウド面(実線表示)のような静圧分布が生じ、この静圧分布は、出口半径R1のインペラ出口静圧が共通の値となり、半径が小さくなると背板背面の静圧がシュラウド面の静圧に比べて高くなる。
このような板背面の静圧分布とシュラウド面の静圧分布との圧力差は、遠心インペラ15を軸方向に押しつけるスラスト力になる。この圧力差をハッチングで表示し、このハッチングの面積が大きいほどスラスト力が大きいことを示す。
In the double pressure centrifugal turbomachine described in the first embodiment, in any of the centrifugal pump CP, the centrifugal blower, and the centrifugal compressor C, a static pressure as shown in FIG. 9 is provided on the back surface of the
The pressure difference between the static pressure distribution on the back surface of the plate and the static pressure distribution on the shroud surface becomes a thrust force that presses the
背板背面の圧力がシュラウド面の圧力に比べて高い理由は、背板背面では、背板背面隙間に流れる流体が、回転する背板と静止したケーシングとの間で、背板のほぼ半分の速度で回転し、その旋回の遠心力により圧力分布ができるためである。
一方、インペラの翼間流路における流れの圧力は、インペラ入口では旋回速度がなく、インペラ出口ではインペラ旋回速度の6〜8割の速度で回転し、翼から仕事を受けて静圧が上昇する。従って、このシュラウドに沿った静圧分布の半径方向の勾配が背板背面に比べて大きくなり、そして、上述したように出口半径R1のインペラ出口静圧が共通の値となる結果として、背板背面の静圧がシュラウド面の静圧に比べて高くなる。
この結果、各半径において背板背面とシュラウド面との静圧差が生じ、この静圧差がインペラを軸方向に押す力、すなわち「スラスト力」になる。
The reason why the pressure on the back of the back plate is higher than the pressure on the shroud surface is that the fluid flowing in the back plate back gap is almost half of the back plate between the rotating back plate and the stationary casing. This is because it rotates at a speed and a pressure distribution is generated by the centrifugal force of the swirl.
On the other hand, the flow pressure in the inter-blade flow path of the impeller has no turning speed at the impeller inlet, and rotates at a speed of 60 to 80% of the impeller turning speed at the impeller outlet. . Therefore, the radial gradient of the static pressure distribution along the shroud is larger than that on the back surface of the back plate, and as described above, the impeller outlet static pressure with the exit radius R1 has a common value. The static pressure on the back surface is higher than the static pressure on the shroud surface.
As a result, a static pressure difference occurs between the back surface of the back plate and the shroud surface at each radius, and this static pressure difference becomes a force that pushes the impeller in the axial direction, that is, a “thrust force”.
また、高圧インペラ背板31H、71Hの背板面には、低圧インペラ19L、59Lの出口がある。しかし、低圧インペラ19L、59Lの出口圧力は、貫通流路33、73と低圧インペラとにより昇圧されて決まり、隔壁37と低圧インペラとの隙間に設けられた漏れ防止機構(不図示)により分離されているので、高圧インペラ出口から独立した静圧になる。
従って、低圧インペラ19L、59Lの出口圧力は、高圧インペラ19H、59Hの背板面における圧力分布とは独立して圧力が決まるため、図9に示すように、出口半径R2の半径にて静圧分布に不連続が生じる。
Moreover, there are outlets for the
Accordingly, the outlet pressures of the
液体を扱う遠心ポンプCPや高密度の気体(フロン等)を扱う遠心ブロワや遠心圧縮機Cでは、このスラスト力の絶対値が大きく、従って、このスラスト力に耐えるだけの大きなスラスト軸受(スラストベアリング等)を設けることが必要となる。この結果、軸受損失が大きくなること、スラスト軸受の負荷能力が小さい場合にはスラスト軸受の寿命が短くなること、スラスト軸受だけでは負荷能力をオーバーするため、別途反対方向のスラストを発生させる構造(いわゆる「バランスピストン」)の設置が不可欠となり、構造が複雑化するなど、性能、寿命、構造的な問題を生じる場合がある。 In the centrifugal pump CP that handles liquids and the centrifugal blower and centrifugal compressor C that handles high-density gas (such as chlorofluorocarbon), the absolute value of this thrust force is large, and therefore a large thrust bearing that can withstand this thrust force (thrust bearing) Etc.). As a result, the bearing loss increases, the life of the thrust bearing is shortened when the load capacity of the thrust bearing is small, and the load capacity is exceeded by the thrust bearing alone. Installation of a so-called “balance piston”) is indispensable, which may cause problems in performance, life, and structure, such as a complicated structure.
上述したスラスト力は、インペラの半径が変化する部分で、しかも、インペラ出口の半径が大きく、面積も大きい半径の大きいインペラ出口近傍の領域の力が主体となる。このため、高圧インペラ19H,59Hにおいて半径変化をする領域の翼先端にシュラウド41を設置することにより、図10に示すように、シュラウド隙間の静圧分布(実線表示)を背板背面の静圧分布(破線表示)とほぼ等しくすることができるようになり、この結果としてスラスト力を低減できることから、上述した性能、寿命及び構造的な問題の改善が可能となる。
The thrust force described above is a portion where the radius of the impeller changes, and the force in the region near the impeller outlet where the radius of the impeller outlet is large and the area is large is large. For this reason, by installing the
<第3の実施形態>
本発明に係る複圧式遠心ターボ機械について、第3の実施形態を図11及び図12に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
本実施形態の遠心インペラは、高圧インペラのシュラウド面途中に低圧インペラ出口を設け、この吐出口から流出する流れを低圧側の出口に導くものである。
<Third Embodiment>
A third embodiment of the multi-pressure centrifugal turbomachine according to the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to embodiment mentioned above, and the detailed description is abbreviate | omitted.
The centrifugal impeller of the present embodiment is provided with a low-pressure impeller outlet in the middle of the shroud surface of the high-pressure impeller, and guides the flow flowing out from the discharge port to the low-pressure side outlet.
以下では、本実施形態の特徴について、図11に示した遠心圧縮機Cの遠心インペラ15Aに適用した場合を例示して説明する。なお、本実施形態の遠心インペラ15Aについても、一体構造または図20に例示したような分割・別体構造のいずれであってもよい。
図示の遠心インペラ15Aは、翼19Aの高圧インペラ19Hの途中に、すなわち、高圧側圧縮機出口29Hに連通する高圧出口流路23Hよりも軸方向において流路入口21側となる位置に開口する低圧出口流路23Lを備えている。この低圧出口流路23Lは、低圧圧縮機出口29Lに連通するもので、その下流側には、ディフューザ25L及びスクロール27Lが設けられている。
Below, the case where it applies to the
The illustrated
この結果、高圧出口流路23H及び低圧出口流路23Lの配置は、軸方向において上述した実施形態の遠心圧縮機と逆になり、軸方向において流路入口21側から低圧出口流路23L及び高圧出口流路23Hの順に配置されている。
このような構成にすれば、翼19Aの高圧インペラ19Hにおいて、シュラウド面の途中には低圧出口流路23Lが設けられているので、遠心インペラ15Aで昇圧された流体は、その一部が昇圧途中に低圧出口流路23Lから流出した後、高圧インペラ19Hによりさらに昇圧される。
As a result, the arrangement of the high-pressure
With such a configuration, in the
こうして低圧出口流路23Lから流出する一部の流体は、ディフューザ25L及びスクロール27Lを経由して低圧側圧縮機出口29Lに導かれる。
この場合、高圧インペラ19Hは、低圧出口流路23Lの下流から翼高さを低くし、その下流でさらの圧力を上昇させることが可能な翼形状とすることが望ましい。すなわち、図11においては、低圧出口流路23Lより上流側の翼高さHが、下流側の翼高さhよりも高く(H>h)設定されていることが望ましい。このような高圧インペラ19Hの高圧出口流路23Hから流出する流体の流れは、ディフューザ25H及びスクロール27Hを経由して高圧側圧縮機出口29Hに導かれる。
Thus, a part of the fluid flowing out from the low pressure
In this case, it is desirable that the high-
上述したように構成された本実施形態の遠心圧縮機等の遠心ターボ機械は、昇圧する流体の入口を1つ備え、ケーシング内で回転する遠心インペラには1つの流体入口と2つの流体出口とが設けられ、かつ、昇圧した流体の出口を2つ備えているので、1インペラ2圧式の構成を有する複圧式遠心ターボ機械となる。すなわち、上述した複圧式遠心ターボ機械は、同一動力軸に設置された1つのインペラで流体を昇圧し、2つの異なる圧力及び流量で流体を供給することが可能となる。
なお、遠心圧縮機、遠心ブロワ及び遠心ポンプの遠心インペラについて、一般的な特徴は上述した実施形態と同様である。
The centrifugal turbomachine such as the centrifugal compressor of the present embodiment configured as described above includes one fluid inlet to be pressurized, and the centrifugal impeller rotating in the casing includes one fluid inlet and two fluid outlets. And two outlets for the pressurized fluid are provided, so that a double-pressure centrifugal turbomachine having a 1-impeller 2-pressure configuration is obtained. That is, the above-described multi-pressure centrifugal turbomachine can pressurize the fluid with one impeller installed on the same power shaft and supply the fluid with two different pressures and flow rates.
The general features of the centrifugal compressor, the centrifugal blower, and the centrifugal impeller of the centrifugal pump are the same as those of the above-described embodiment.
また、本実施形態の遠心インペラについても、上述した第2の実施形態と同様に、高圧インペラ19Hの翼先端にシュラウド41を設けた構成としてもよい。
この場合、図13に示す第1変形例のように、低圧出口流路23Lの位置を除いた高圧インペラ19H及び翼19Aの全長にわたってシュラウド41を設けてもよいし、あるいは、図14に示すように、低圧出口流路23Lから高圧出口流路23Hまでの高圧インペラ部にのみシュラウド41を設けてもよい。さらに、図18に示すように、低圧出口流路23Lより上流側となる翼19Aの翼先端にのみ、シュラウド41を設けた構成としてもよい。
Also, the centrifugal impeller of this embodiment may have a configuration in which a
In this case, a
このようなシュラウド41は、上述した実施形態と同様に、特に、高圧インペラ19Hの翼に作用する負荷が大きい場合に翼の強度を増すことになるので、信頼性や耐久性の向上に有効である。このようなシュラウド41の設置は、流れの密度が大きい液体を昇圧する遠心ポンプCPに限らず、遠心圧縮機Cのような複圧式遠心ターボ機械全般においても有効である。
また、図14に示す第2変形例の構成例については、上述した図7及び図8の関係と同様に、漏れ損失が大きい低圧出口流路23Lから高圧出口流路23Hまでの高圧インペラ部だけにシュラウド41を設置しているので、漏れ損失の低減にも有効である。
Since such a
Further, in the configuration example of the second modification shown in FIG. 14, only the high-pressure impeller portion from the low-
また、図13及び図14に示す構成例は、図7及び図8に示した構成例と同様に、いずれの場合もスラスト力低減にも有効である。
図15は、図11に示した遠心圧縮機Cについて、シュラウド面と背板面の静圧分布を示している。この場合、上述した実施形態で説明したように、背板背面の静圧が高くシュラウド面の静圧が低いため、スラスト力が大きくなっている。従って、シュラウド41を設置することにより、シュラウド面の圧力が背板背面の圧力とほぼ等しくなりこのスラスト力を低減できる。
In addition, the configuration examples shown in FIGS. 13 and 14 are effective in reducing the thrust force in any case, similarly to the configuration examples shown in FIGS. 7 and 8.
FIG. 15 shows the static pressure distribution on the shroud surface and the back plate surface of the centrifugal compressor C shown in FIG. In this case, as described in the above-described embodiment, the thrust force is large because the static pressure on the back surface of the back plate is high and the static pressure on the shroud surface is low. Therefore, by installing the
図15において、シュラウドと背板面の静圧分布は、シュラウド面ではシュラウドの中間部に低圧出口流路23Lが有り、その部分では一定になるが、さらに半径が大きくなると連続的に静圧が増加するという静圧分布を有する。
一方、背板背面は、高圧出口流路23Hから回転軸近傍までほぼ2つの円板面に挟まれた空間であり、この間において静圧は連続的に低下する。
In FIG. 15, the static pressure distribution of the shroud and the back plate surface has a low-
On the other hand, the back surface of the back plate is a space sandwiched between approximately two disk surfaces from the high
図16は、図13に示した実施形態の遠心圧縮機Cについて静圧分布を示したものである。この場合、シュラウド41を設置し、シュラウド41の内径端に設置された漏れ防止機構(不図示)により分離されることにより、低圧出口流路23Lの出口半径R2に対応する部分において、圧力は図15と同じになる。しかし、その他の半径では、シュラウドクリアランス内部の半径平衡の圧力分布となるので、図15の場合と比較して、シュラウド面の圧力が、Ri〜R2ではR2の静圧に対して半径平衡が成立するように上昇し、R2〜R1では背板背面の静圧とほぼ等しくなるので、スラスト力を小さくすることが可能になる。
FIG. 16 shows the static pressure distribution of the centrifugal compressor C of the embodiment shown in FIG. In this case, the
また、図18に示す第3変形例のように、低圧出口流路23Lより上流側となる遠心インペラ15Aの翼先端にのみシュラウド41を設けた構成としても、有益な効果が得られる。
図17に示すように、遠心インペラ15Aの入口部にシュラウド41が設けられていない場合には、翼先端からの漏れ流れ(図中の矢印f参照)により、翼先端部の流れに低流速域が堆積する。また、低圧出口流路23Lに低流速域が到達するような場合には、低圧インペラ19Lの出口圧が期待する圧力に達せず、しかも、低圧出口流路23Lを閉塞するため、低圧出口流路23Lから期待する流量を得られない場合がある。
Further, as in the third modification shown in FIG. 18, a beneficial effect can be obtained even when the
As shown in FIG. 17, when the
このような場合の改善手法として、低圧出口流路23Lの上流部にシュラウド41を設けることにより、遠心インペラ15Aの入口における漏れ損失を低減し、低流速域の堆積を防止して、低圧インペラ19Lから流出する流れの損失増加や流量の低減という問題を改善することができる。
As an improvement method in such a case, by providing a
また、上述したシュラウド41は、以下に説明するように取り付けてもよい。
たとえば図20に示す第4変形例の構成例では、図11に示す遠心圧縮機Cにおいて、低圧出口流路23Lから高圧出口流路23Hまでの間にシュラウド41を設置している。このシュラウド41は、その内径側が低圧インペラ19Lの背板を構成するように、低圧インペラ19Lの出口半径R2から、それより小さい出口半径R3まで流路内に突出させている。
そして、低圧インペラ19Lの流れと高圧インペラ19Hの流れを鋭角状の分岐部においてそれぞれの方向に分岐させるため、シュラウド41には、内側延長部が設けられている。
Moreover, you may attach the
For example, in the configuration example of the fourth modification shown in FIG. 20, in the centrifugal compressor C shown in FIG. 11, the
In order to branch the flow of the low-
すなわち、本実施形態の遠心インペラ15Aは、低圧インペラ19Lとシュラウド41を設置した高圧インペラ19Hとが低圧インペラ背板面で、かつ、高圧インペラ19Hに設置したシュラウド41の上流端を構成する部分により分割され、これらの低圧インペラ19Lと高圧インペラ19Hとを組み合わせた構成のインペラとなっている。
また、図20に示す構成例では、高圧インペラ19Hのシュラウド41の内径側を低圧インペラ19Lの背板を構成するように突出させたが、たとえば図21に示した第5変形例のように、翼先端に設置されるシュラウド部のインペラ出口部を除いて、低圧インペラ19Lの出口半径R2及びそれより大きい半径となる高圧インペラ19Hの部分シュラウド以下の半径部分に対して設置してもよい。
That is, in the
Further, in the configuration example shown in FIG. 20, the inner diameter side of the
図11に示した構成例においては、低圧出口流路23Lが、高圧インペラ19Hの高圧出口流路23Hを構成する軸方向上流を向き、円板または円錐状の面となる背板面を有していない。このため、流れを低圧出口流路23Lに導く作用を有する部分がないため、たとえば図19に矢印f1で示すように、低圧出口流路23Lを迂回して流れる領域が形成され、低圧インペラ19Lに流れを流出させる効果が高圧出口流路23Hに比べて小さく、低圧インペラ19Lから期待する流量を得られないという懸念がある。
In the configuration example shown in FIG. 11, the low-
そこで、低圧インペラ19Lの低圧流路出口23Lに背板効果を有する背板面を流路内に突出させて設置することにより、低圧出口流路23Lに流れを導く効果が大きくなり、かつ、低圧出口流路23Lに流出する流れと、高圧インペラ19Hに流出する流れを、上述した背板面を設けた構造により分岐させることが可能となる。この結果、低圧インペラ19Lから流出する流量と高圧インペラ19Hから流出する流量を確実に得ることが可能になる。
また、低圧インペラ19Lと高圧インペラ19Hとを、低圧インペラ19Lの背板面で分割し、これらを組み合わせた構造の遠心インペラ15Aとすることで、この構造の製作を容易にできる。
Therefore, by installing a back plate surface having a back plate effect at the low
Moreover, the
上述した各実施形態によれば、1台の遠心ターボ機械が複数(2以上)の圧力レベルを供給できる複圧式遠心ターボ機械となる。この結果、同一作動流体において複数の圧力レベルを必要とする各種プラントに適用すれば、プラントの構成に必要な遠心ターボ機械や電動機等の各種機器類を低減し、装置構成を簡略化することが可能になる。
本実施形態の複圧式遠心ターボ機械を適用可能なプラントとしては、たとえば下記のようなものがある。
According to each embodiment mentioned above, it becomes a double pressure type centrifugal turbomachine which one centrifugal turbomachine can supply a plurality of (two or more) pressure levels. As a result, when applied to various plants that require multiple pressure levels in the same working fluid, various devices such as centrifugal turbomachines and electric motors necessary for the plant configuration can be reduced, and the device configuration can be simplified. It becomes possible.
Examples of plants to which the double pressure centrifugal turbomachine of this embodiment can be applied include the following.
(1)各種産業用プラントから高温、高圧の流体で排出される排出エネルギーの動力回収用サイクルの昇圧ポンプ
(2)船舶や車両用の動力源等の熱サイクルを経由して動力を得るシステムの排熱回収用サイクルの昇圧ポンプ
(3)地熱・OTEC等の中低温熱源を利用するバイナリーサイクル発電の動力回収用サイクルの昇圧ポンプ
(4)工場やプラントの圧力源、流量供給装置として、複数の圧力、複数の流量を供給するポンプやブロワが使用されている場合のプラント、設備
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
(1) Booster pump for power recovery cycle of exhaust energy discharged from high temperature and high pressure fluid from various industrial plants (2) System for obtaining power via thermal cycle such as power source for ships and vehicles Exhaust heat recovery cycle booster pump (3) Power recovery cycle booster pump for binary cycle power generation using medium and low temperature heat sources such as geothermal and OTEC (4) Factory and plant pressure sources, multiple flow supply devices Plant and equipment in the case where pumps and blowers that supply pressure and a plurality of flow rates are used Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be changed as appropriate without departing from the scope of the invention. Can do.
1 複圧式遠心ターボ機械
3 電動機
5 流体供給源
7A〜7C プラント
11,51 ケーシング
13,53 回転軸
15,15A 遠心インペラ
17,57 ハブ
19,59 遠心インペラ翼
19H,59H 高圧インペラ
19L,59L 低圧インペラ
21,61 流路入口
23H,63H 高圧出口流路
23L,63L 低圧出口流路
25H,25L ディフューザ
27H,27L,67H,67L スクロール
29H 高圧側圧縮機出口
29L 低圧側圧縮機出口
31H,71H (高圧側インペラの)背板
31L,71L (低圧側インペラの)背板
33,73 貫通流路
35H 高圧スプリッタ翼
35L 低圧スプリッタ翼
41 シュラウド
55 遠心ポンプインペラ
69H 高圧側ポンプ出口
69L 低圧側ポンプ出口
C 遠心圧縮機
CP 遠心ポンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Double pressure type
Claims (8)
The back plate surface of the low pressure impeller has a structure of being divided and assembled on the back plate surface of the low pressure impeller so that the shroud upstream end of the high pressure impeller protrudes toward the flow path side. The double-pressure centrifugal turbomachine according to any one of 6.
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