JP2019127827A - Turbo compressor - Google Patents

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JP2019127827A
JP2019127827A JP2018007769A JP2018007769A JP2019127827A JP 2019127827 A JP2019127827 A JP 2019127827A JP 2018007769 A JP2018007769 A JP 2018007769A JP 2018007769 A JP2018007769 A JP 2018007769A JP 2019127827 A JP2019127827 A JP 2019127827A
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impeller
pressure
surging
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turbo compressor
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JP2018007769A
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Japanese (ja)
Inventor
洪志 孫
Hong Zhi Sun
洪志 孫
直芳 庄山
Naoyoshi Shoyama
直芳 庄山
文紀 河野
Fuminori Kono
文紀 河野
道美 日下
Michimi Kusaka
道美 日下
朋一郎 田村
Tomoichiro Tamura
朋一郎 田村
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Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Abstract

To eliminate a disadvantage at a turbo compressor that a surging cannot be detected when a high-low pressure difference in a refrigeration cycle is low.SOLUTION: This invention relates to a turbo compressor comprising an impeller 7 for use in compressing working fluid; a rotor 5 having a revolving shaft 6 rotated in integration with said impeller; a casing 9 having a casing wall surface 9a oppositely facing against a back surface of said impeller 7 constituted to form a first space 18a between said casing wall surface 9a and the back surface of said impeller 7; a first pressure sensor 14 for use in detecting a pressure at said first space 18a; and a control unit 15 for use in judging occurrence of surging on the basis of a detected value of said first pressure sensor 14.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、ターボ機械に関する。   The present disclosure relates to a turbomachine.

ヒートポンプサイクルや冷凍サイクル装置では、回転の運動エネルギーにより冷媒の圧力を高めるターボ圧縮機が用いられる。ターボ圧縮機は、流量と圧力比の関係に制約があり、一定の回転数の場合、吐出弁を絞って流量を減らすと圧力比は上昇するが、流量がある程度以下となると、周期的な逆流現象、即ちサージングが発生する。サージングが発生すると、回転軸が異常振動を起こし、軸受が損傷する場合がある。一般的にサージング発生限界流量は回転数とともに増加する特性を持ち、このサージング発生限界流量よりも小さい流量側のサージング発生領域を避けるように、ターボ圧縮機は運転されるのが通常である。   In the heat pump cycle and the refrigeration cycle apparatus, a turbo compressor that increases the pressure of the refrigerant by the rotational kinetic energy is used. The turbo compressor has a restriction on the relationship between the flow rate and the pressure ratio. When the rotation speed is constant, the pressure ratio increases when the flow rate is reduced by restricting the discharge valve. A phenomenon or surging occurs. When surging occurs, the rotating shaft may vibrate abnormally and the bearings may be damaged. Generally, the surging generation limit flow rate has a characteristic of increasing with the rotational speed, and the turbo compressor is usually operated so as to avoid a surging generation region on the flow rate side smaller than the surging generation limit flow rate.

しかし、実際の運転においては、意図せずサージングが発生してしまうことが想定される。このため、ターボ圧縮機の制御器はサージング検出装置を備え、サージング発生を検出した場合は、回転数減少などのサージング発生領域から離れる方向に運転条件を変更する技術があった。   However, in actual operation, it is assumed that surging will occur unintentionally. For this reason, the controller of the turbo compressor has a surging detection device, and when detecting the occurrence of surging, there has been a technique for changing the operating condition in a direction away from the surging occurrence region such as a decrease in the rotational speed.

図4に特許文献1に記載のサージング検出装置を示す。圧力検出器101で吐出配管102の圧力低下を検出し、サージング判定回路103がサージングと判定し、防止装置104を作動するような装置である。図5は特許文献1に記載されたサージングの判定原理を示すものである。曲線cはサージングを起こしている一例であって、この場合は、あらかじめ設定された時間ΔT1内に少なくとも2度急激な圧力低下Δpが起きているため、図4のサージング判定回路103はこれをサージングと判定し、サージングから自動脱出信号を出し防止装置104が作動する。   FIG. 4 shows a surging detection device described in Patent Document 1. The pressure detector 101 detects a pressure drop in the discharge pipe 102, the surging determining circuit 103 determines surging, and the prevention device 104 is activated. FIG. 5 shows the judgment principle of surging described in Patent Document 1. In FIG. The curve c is an example in which surging occurs. In this case, since the rapid pressure drop Δp occurs at least twice within a preset time ΔT1, the surging determination circuit 103 in FIG. It is determined that the automatic escape signal is output from surging and the prevention device 104 is activated.

特公昭58−15639Japanese Patent Publication No. 58-15639

しかしながら、特許文献1に記載の技術では、低外気温冷房運転や冷媒種類により作動圧力が低い運転条件など、冷凍サイクルの高低圧力差が小さい場合、サージング発生時に高圧側から冷媒が逆流すると高圧側に溜まっている液冷媒が蒸発し相変化するが、高圧側の熱容量が大きいために高圧側の温度変化が小さく、また、高圧側の圧力検出器の周囲圧力変化も微小で、サージングを検知できない課題があった。   However, in the technology described in Patent Document 1, when the high / low pressure difference in the refrigeration cycle is small, such as low outside air temperature cooling operation or operating conditions with low operating pressure due to refrigerant type, high pressure side when refrigerant flows back from high pressure side at surging occurrence The liquid refrigerant accumulated in the refrigerant evaporates and changes its phase, but the heat capacity on the high pressure side is large, so the temperature change on the high pressure side is small, and the ambient pressure change on the high pressure side pressure sensor is too small to detect surging There was a problem.

本開示は、低外気温冷房運転や冷媒種類により作動圧力が低い運転条件など、冷凍サイクルの高低圧力差が小さい場合においても、ターボ圧縮機においてサージングの発生の有無を高精度に判断できる新たな技術を提供する。   The present disclosure is a new method capable of highly accurately determining the occurrence of surging in a turbo compressor even when the high / low pressure difference in the refrigeration cycle is small, such as a low outside air temperature cooling operation or an operating condition with low operating pressure due to refrigerant types. Provide technology.

本開示の第1態様は、
作動流体を圧縮するためのインペラと、
前記インペラと一体となって回転する回転軸を有する回転体と、
前記インペラの背面と対向するケーシング壁面を有し、前記ケーシング壁面と前記インペラの背面との間に第1空間を形成するように構成されたケーシングと、
前記第1空間の圧力を検出するための第1圧力検出器と、
前記第1圧力検出器の検出値に基づいてサージングの発生を判定する制御器と、
を備えた、ターボ圧縮機を提供する。
The first aspect of the present disclosure is:
An impeller for compressing the working fluid;
A rotating body having a rotating shaft that rotates integrally with the impeller;
A casing having a casing wall surface facing the back surface of the impeller, and a casing configured to form a first space between the casing wall surface and the back surface of the impeller;
A first pressure detector for detecting the pressure in the first space;
A controller that determines the occurrence of surging based on a detection value of the first pressure detector;
A turbo compressor including the above is provided.

本開示の第2態様は、
作動流体を圧縮するためのインペラと、
前記インペラと一体となって回転する回転軸を有する回転体と、
前記インペラの背面と対向するケーシング壁面を有し、前記ケーシング壁面と前記インペラの背面との間に第1空間を形成し、前記回転体が貫通する領域を介して前記第1空間と連通する第2空間を形成するように構成されたケーシングと、
前記第2空間の圧力を検出するための第2圧力検出器と、
前記第2圧力検出器の検出値に基づいてサージングの発生を判定する制御器と、
を備えた、ターボ圧縮機を提供する。
The second aspect of the present disclosure is:
An impeller for compressing the working fluid;
A rotating body having a rotating shaft that rotates integrally with the impeller;
A casing wall surface facing the back surface of the impeller, a first space formed between the casing wall surface and the back surface of the impeller, and in communication with the first space via a region through which the rotating body penetrates; A casing configured to form two spaces;
A second pressure detector for detecting the pressure in the second space;
A controller that determines the occurrence of surging based on the detection value of the second pressure detector;
A turbo compressor including the above is provided.

低外気温冷房運転や冷媒種類により作動圧力が低い運転条件など、冷凍サイクルの高低圧力差が小さい場合においても、ターボ圧縮機においてサージングの発生の有無を高精度に判断できる。   Even when the difference between the high and low pressures of the refrigeration cycle is small, such as the low outside temperature cooling operation or the operation condition where the operating pressure is low depending on the type of refrigerant, it is possible to accurately determine whether surging has occurred in the turbo compressor.

実施形態1に係る冷凍サイクル装置の構成図である。1 is a configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係るターボ圧縮機の断面図である。1 is a cross-sectional view of a turbo compressor according to Embodiment 1. FIG. サージングにおける圧力時系列データの比較チャートである。It is a comparison chart of pressure time series data in surging. 特許文献1に記載のサージング検出装置の構成図である。It is a block diagram of the surging detection apparatus of patent document 1. FIG. 特許文献1に記載のサージング検出装置の判定原理についての説明図である。It is explanatory drawing about the judgment principle of the surging detection apparatus of patent document 1. FIG.

<本発明者らの検討に基づく知見>
大型のヒートポンプサイクル及び冷凍サイクル装置において回転の運動エネルギーにより作動流体の圧力を高めるターボ圧縮機を使用することが考えられる。ターボ圧縮機を適切に運転するために、ターボ圧縮機における作動流体の流量と圧力比との関係には所定の制約がある。
<Knowledge based on studies by the present inventors>
It is conceivable to use a turbocompressor to increase the pressure of the working fluid by means of the kinetic energy of rotation in large heat pump cycles and refrigeration cycle units. In order to operate the turbo compressor properly, the relationship between the flow rate of the working fluid and the pressure ratio in the turbo compressor has certain limitations.

ターボ圧縮機においてインペラの回転数が一定である場合、吐出流路における作動流体の流量を調節するための弁(吐出弁)を絞って作動流体の流量を減らすと圧力比が上昇する。この場合、作動流体の流量が所定値よりも少なくなると、周期的な作動流体の逆流現象、すなわち、サージングが発生する。ターボ圧縮機においてサージングが発生すると、回転軸が異常振動を起こし、軸受が損傷する可能性がある。加えて、ターボ圧縮機における吐出側空間の高温ガスの一部が吸入側空間に流れるので、インペラに吸い込まれる作動流体の温度が上昇してしまう。   When the rotation speed of the impeller is constant in the turbo compressor, the pressure ratio increases when the flow rate of the working fluid is reduced by restricting the valve (discharge valve) for adjusting the flow rate of the working fluid in the discharge flow path. In this case, when the flow rate of the working fluid is less than a predetermined value, a periodic backflow phenomenon of the working fluid, that is, surging occurs. If surging occurs in the turbo compressor, the rotating shaft may vibrate abnormally and the bearing may be damaged. In addition, since a part of the hot gas in the discharge side space in the turbo compressor flows into the suction side space, the temperature of the working fluid sucked into the impeller rises.

サージングが発生する作動流体の流量の臨界値は、インペラの回転数が増加するにつれ大きくなる。従って、ターボ圧縮機は、典型的には、作動流体の流量が、サージングが発生する作動流体の流量の臨界値以下にならないように運転される。しかし、ターボ圧縮機の実際の運転では、サージングが意図せず発生してしまう可能性がある。このため、特許文献1に記載の技術のように、ターボ圧縮機にサージング検出装置を組み込み、サージングの発生を検出した場合に、サージングが解消されるようにターボ圧縮機の運転条件を変更することが考えられる。   The critical value of the working fluid flow rate at which surging occurs increases as the rotational speed of the impeller increases. Therefore, the turbo compressor is typically operated so that the flow rate of the working fluid does not fall below the critical value of the working fluid flow rate at which surging occurs. However, in the actual operation of the turbo compressor, surging may occur unintentionally. For this reason, as in the technology described in Patent Document 1, incorporating a surging detection device into the turbo compressor and changing the operating conditions of the turbo compressor so that the surging is eliminated when the occurrence of the surging is detected. Is considered.

しかし、条件によっては、サージングが発生したときの作動流体の圧力変動又は温度変動が小さい場合がある。例えば、作動流体が常温(20℃±15℃:日本工業規格JIS Z 8703)において絶対圧で大気圧よりも低い飽和蒸気圧を有する場合又は軽度のサージングが発生する場合には、サージングが発生したときの作動流体の圧力変動又は温度変動が小さくなりやすい。この場合、サージングの発生の有無を判断するための作動流体の圧力の閾値を低く定めることも考えられるが、サージングが発生していない通常運転においてもその閾値を超える可能性があり、サージングの発生を誤検出してしまう。また、サージングの発生の有無を判断するための作動流体の圧力の閾値を高く定めると、実際にサージングが発生していてもサージングが非検出となる可能性がある。この場合、サージングが発生した状態でターボ圧縮機の運転が継続され、回転軸が異常振動して軸受が損傷する可能性がある。   However, depending on the conditions, pressure fluctuation or temperature fluctuation of the working fluid when surging occurs may be small. For example, if the working fluid has a saturated vapor pressure that is lower than the atmospheric pressure at normal temperature (20 ° C. ± 15 ° C .: Japanese Industrial Standard JIS Z 8703), or if mild surging occurs, surging has occurred. Sometimes the pressure fluctuation or temperature fluctuation of the working fluid tends to be small. In this case, it may be possible to set the working fluid pressure threshold low to determine whether surging has occurred, but it may exceed that threshold even in normal operation where surging has not occurred. Will be detected incorrectly. Further, if the threshold value of the working fluid pressure for determining whether surging has occurred or not is set high, surging may not be detected even if surging actually occurs. In this case, the operation of the turbo compressor is continued in the state where the surging has occurred, and there is a possibility that the rotating shaft abnormally vibrates to damage the bearing.

そこで、本発明者らは、ターボ圧縮機において、サージングが発生したときの作動流体の圧力変動が小さい場合でも、サージングの有無を高精度に判断できる技術の開発を試みた。具体的に、本発明者らは、常温において絶対圧で大気圧よりも低い飽和蒸気圧を有する作動流体を用いるターボ圧縮機を試作した。そのうえで、本発明者らは、サージングが発生する条件でそのターボ圧縮機を運転させ、サージングの有無を高精度に判断できる技術について日夜検討を重ねた。検討の結果、本発明者らは、サージングが発生しているときにインペラ背面空間に流入した冷媒の圧力変化が大きく検出されることを新たに見出した。このような新たな知見に基づいて、本発明者らは本開示のターボ圧縮機を案出した。なお、上記の知見は、本発明者らの検討に基づく知見であり、先行技術として自認するものではない。   Therefore, the present inventors have attempted to develop a technology capable of determining the presence or absence of surging with high accuracy even when the pressure fluctuation of the working fluid when surging occurs is small in the turbo compressor. Specifically, the present inventors made a prototype of a turbo compressor using a working fluid having a saturated vapor pressure lower than the atmospheric pressure at an ordinary pressure at normal temperature. In addition, the present inventors have conducted day and night studies on a technology capable of operating the turbo compressor under conditions where surging occurs and determining the presence or absence of surging with high accuracy. As a result of the study, the present inventors have newly found that a change in pressure of the refrigerant flowing into the impeller back space is largely detected when surging occurs. Based on such new findings, the present inventors have devised the turbo compressor of the present disclosure. In addition, said knowledge is knowledge based on examination of the present inventors, and does not admit as prior art.

本開示の第1態様は、
作動流体を圧縮するためのインペラと、
前記インペラと一体となって回転する回転軸を有する回転体と、
前記インペラの背面と対向するケーシング壁面を有し、前記ケーシング壁面と前記インペラの背面との間に第1空間を形成するように構成されたケーシングと、
前記第1空間の圧力を検出するための第1圧力検出器と、
前記第1圧力検出器の検出値に基づいてサージングの発生を判定する制御器と、
を備えた、ターボ圧縮機を提供する。
The first aspect of the present disclosure is:
An impeller for compressing the working fluid;
A rotating body having a rotating shaft that rotates integrally with the impeller;
A casing having a casing wall surface facing the back surface of the impeller, and a casing configured to form a first space between the casing wall surface and the back surface of the impeller;
A first pressure detector for detecting the pressure in the first space;
A controller that determines the occurrence of surging based on a detection value of the first pressure detector;
A turbo compressor including the above is provided.

本開示の第2態様は、
作動流体を圧縮するためのインペラと、
前記インペラと一体となって回転する回転軸を有する回転体と、
前記インペラの背面と対向するケーシング壁面を有し、前記ケーシング壁面と前記インペラの背面との間に第1空間を形成し、前記回転体が貫通する領域を介して前記第1空間と連通する第2空間を形成するように構成されたケーシングと、
前記第2空間の圧力を検出するための第2圧力検出器と、
前記第2圧力検出器の検出値に基づいてサージングの発生を判定する制御器と、
を備えた、ターボ圧縮機を提供する。
The second aspect of the present disclosure is:
An impeller for compressing the working fluid;
A rotating body having a rotating shaft that rotates integrally with the impeller;
A casing wall surface facing the back surface of the impeller, a first space is formed between the casing wall surface and the back surface of the impeller, and the first space communicates with the first space through a region through which the rotating body passes. A casing configured to form two spaces;
A second pressure detector for detecting the pressure in the second space;
A controller that determines the occurrence of surging based on the detection value of the second pressure detector;
A turbo compressor including the above is provided.

本開示によれば、サージング発生時、高圧側から一定の冷媒が逆流した際、インペラ背面空間に流入した冷媒が相変化しないため、圧力検出器の周囲の圧力変化が大きく検出される。よって、低外気温冷房運転や冷媒種類により作動圧力が低い運転条件など、冷凍サイクルの高低圧力差が小さい場合においても、サージングの有無を高精度に判断できる。   According to the present disclosure, when a constant refrigerant flows back from the high pressure side at the time of surging occurrence, the refrigerant flowing into the impeller rear space does not undergo a phase change, so that a pressure change around the pressure detector is largely detected. Therefore, even when the difference between the high and low pressures of the refrigeration cycle is small, such as the low outside air temperature cooling operation or the operation condition where the operating pressure is low depending on the refrigerant type, the presence or absence of surging can be determined with high accuracy.

以下、本開示の実施形態について、図1〜図3を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は本発明の例示に過ぎず、本発明がこれらに限定されるわけではない。   Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 1 to 3. The following embodiments are merely examples of the present invention, and the present invention is not limited thereto.

<実施の形態1>
図1は、実施形態1に係る冷凍サイクル装置の構成図を示す。
<Embodiment 1>
FIG. 1 shows a configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to a first embodiment.

冷凍サイクル装置1は、蒸発器3と、ターボ圧縮機2と、凝縮器4と、を備えている。冷凍サイクル装置1は、例えば、冷房専用の空気調和装置を構成している。冷凍サイクル装置1で用いられる作動流体(冷媒)は特に限定されないが、例えば、水、アルコール、又はエーテルを主成分として含む流体である。   The refrigeration cycle apparatus 1 includes an evaporator 3, a turbo compressor 2, and a condenser 4. The refrigeration cycle apparatus 1 constitutes, for example, an air conditioner dedicated to cooling. The working fluid (refrigerant) used in the refrigeration cycle apparatus 1 is not particularly limited, and is, for example, a fluid containing water, alcohol, or ether as a main component.

ターボ圧縮機2は、インペラ(羽根車)の回転で冷媒にエネルギーを与えることにより、冷媒の圧力を上昇させる。   The turbo compressor 2 increases the pressure of the refrigerant by applying energy to the refrigerant by the rotation of the impeller (impeller).

蒸発器3は、例えば、断熱性及び耐圧性を有する容器を含む。蒸発器3は、冷媒液を貯留するとともに、外部と熱交換することにより冷媒を容器の内部で蒸発させる。蒸発器3に貯留された冷媒液の温度、及び、蒸発器3で発生した冷媒蒸気の温度は、例えば5℃である。また、蒸発器3は、シェルチューブ熱交換器のように、冷媒液と他の熱媒体とが間接的に熱交換する間接型の熱交換器であってもよいし、噴霧式や充填材式のような直接接触型の熱交換器であってもよい。   The evaporator 3 includes, for example, a container having heat insulation and pressure resistance. The evaporator 3 stores the refrigerant liquid and evaporates the refrigerant inside the container by exchanging heat with the outside. The temperature of the refrigerant liquid stored in the evaporator 3 and the temperature of the refrigerant vapor generated in the evaporator 3 are 5 ° C., for example. The evaporator 3 may be an indirect heat exchanger in which the refrigerant liquid and other heat medium indirectly exchange heat, such as a shell tube heat exchanger, or a spray type or a filler type. Such a direct contact type heat exchanger may be used.

凝縮器4は、例えば、断熱性及び耐圧性を有する容器を含む。凝縮器4は、冷媒液を貯留するとともに、外部と熱交換することにより冷媒蒸気を内部で凝縮させる。凝縮器4に導入される冷媒蒸気の温度は100℃〜150℃、凝縮器4で凝縮した冷媒液の温度は、例えば35℃である。また、凝縮器4は、シェルチューブ熱交換器のように冷媒と他の熱媒体とが間接的に熱交換する間接型の熱交換器であってもよいし、噴霧式や充填材式のような直接接触型の熱交換器であってもよい。   The condenser 4 includes, for example, a container having heat insulating properties and pressure resistance. The condenser 4 stores the refrigerant liquid and condenses the refrigerant vapor inside by exchanging heat with the outside. The temperature of the refrigerant vapor introduced into the condenser 4 is 100 ° C. to 150 ° C., and the temperature of the refrigerant liquid condensed in the condenser 4 is, for example, 35 ° C. Further, the condenser 4 may be an indirect heat exchanger in which the refrigerant and other heat medium indirectly exchange heat, such as a shell tube heat exchanger, or a spray type or a filler type. It may be a direct contact type heat exchanger.

図2は、実施の形態1に係るターボ圧縮機2の断面図を示す。   FIG. 2 shows a cross-sectional view of the turbo compressor 2 according to the first embodiment.

ターボ圧縮機2は、回転体5と、ボリュート8と、ケーシング9と、軸受装置10、電動機11、圧縮機内吸入空間16、圧縮機内吐出空間17、インペラ背面空間18を備えている。   The turbo compressor 2 includes a rotating body 5, a volute 8, a casing 9, a bearing device 10, a motor 11, an in-compressor suction space 16, an in-compressor discharge space 17, and an impeller back space 18.

回転体5は回転軸6とインペラ7とから構成される。   The rotating body 5 is composed of a rotating shaft 6 and an impeller 7.

回転軸6は、例えば、水平に延びている円柱状の部材である。回転軸6は、高速で回転することでインペラ7を回転される。回転軸6の回転数は、例えば、5000rpm〜100000rpmである。回転軸6は、S45CHなどの強度の高い鉄系材料で構成される。   The rotation shaft 6 is, for example, a cylindrical member extending horizontally. The rotating shaft 6 rotates the impeller 7 by rotating at a high speed. The rotation speed of the rotating shaft 6 is, for example, 5000 rpm to 100000 rpm. The rotating shaft 6 is made of a high strength iron-based material such as S45CH.

インペラ7は、回転軸6に接続され高速で回転する。インペラ7の回転数は例えば5000rpm〜100000rpmである。インペラ7は、例えば、アルミやジュラルミン、鉄、セラミックなどで構成され、冷媒蒸気に回転方向の速度を与える。   The impeller 7 is connected to the rotating shaft 6 and rotates at high speed. The rotation speed of the impeller 7 is, for example, 5000 rpm to 100 000 rpm. The impeller 7 is made of, for example, aluminum, duralumin, iron, ceramic or the like, and gives the refrigerant vapor a rotational speed.

ボリュート8は、インペラ7より吐出される冷媒蒸気を集めるための吐出空間17を形成する部品である。吐出空間17は、円周方向に断面積が拡大することで、流速や角運動量が一定となるように構成される。ボリュート8は、FC250やFCD400、又は、SS400などの鉄系材料やACD12などのアルミ系材料で構成される。   The volute 8 is a part that forms a discharge space 17 for collecting refrigerant vapor discharged from the impeller 7. The discharge space 17 is configured such that the flow velocity and the angular momentum become constant by the cross-sectional area expanding in the circumferential direction. The volute 8 is made of an iron-based material such as FC250, FCD400, or SS400, or an aluminum-based material such as ACD12.

ケーシング9は、圧縮機のケーシングとして作用する部材、あるいは、ベーンレスディフューザの流路を構成する部材である。ケーシング9は、FC250やFCD400、又は、SS400などの鉄系材料やACD12などのアルミ系材料で構成される。   The casing 9 is a member that acts as a casing of the compressor, or a member that constitutes a flow path of the vaneless diffuser. The casing 9 is made of an iron-based material such as FC 250 or FCD 400 or SS 400 or an aluminum-based material such as ACD 12.

軸受装置10は、回転軸6の少なくともラジアル方向の荷重を支持する流体潤滑軸受である。潤滑剤には、冷媒の主成分と同じ主成分を含む流体が用いられる。   The bearing device 10 is a fluid-lubricated bearing that supports at least the radial load of the rotating shaft 6. As the lubricant, a fluid containing the same main component as the main component of the refrigerant is used.

電動機11は、回転子12、固定子13を含む。回転子12は円筒状部材で、回転軸6に焼嵌めされる。固定子13は回転子12の外周側に一定のすきまを以って設置され、外周側をケーシング9よって固定される。ケーシング9はボリュート8に固定される。   The motor 11 includes a rotor 12 and a stator 13. The rotor 12 is a cylindrical member and is shrink-fit to the rotating shaft 6. The stator 13 is installed on the outer peripheral side of the rotor 12 with a certain clearance, and the outer peripheral side is fixed by the casing 9. The casing 9 is fixed to the volute 8.

圧縮機内吸入空間16は、圧縮機2が吸入した冷媒蒸気をインペラ7に供給するための蒸気流路である。   The compressor intake space 16 is a steam flow path for supplying the refrigerant vapor sucked by the compressor 2 to the impeller 7.

圧縮機内吐出空間17は、吐出された冷媒蒸気を圧縮機2の出口から吐出するための蒸気流路である。   The discharge space 17 in the compressor is a steam flow path for discharging the discharged refrigerant vapor from the outlet of the compressor 2.

インペラ背面空間18は、インペラ背面7aとインペラ背面7aに対向するケーシング壁面9aとの間に形成された第1空間18a、および、第1空間18aに連通する空間のうち、インペラ背面7aを挟んで圧縮機内吸入空間16と反対側に形成された第2空間18bで構成される。第2空間18bは、例えば、回転軸6が貫通する領域19(軸貫通部)を介して第1空間18aと連通した空間である。第2空間18bは、電動機11が収容される空間であってもよい。インペラ背面空間18は、閉空間であってもよい。インペラ背面空間18の第1空間18aは、オリフィスまたは隙間により狭い絞り部を有してしてもよい。絞り部の口径またはクリアランスは、例えばインペラ背面7aと、インペラ背面7aに対向するケーシング壁面9aとの隙間の10%〜60%である。   The impeller back surface space 18 sandwiches the impeller back surface 7a among the first space 18a formed between the impeller back surface 7a and the casing wall surface 9a facing the impeller back surface 7a, and the space communicating with the first space 18a. It is comprised by the 2nd space 18b formed in the opposite side to the suction space 16 in a compressor. The second space 18b is, for example, a space that communicates with the first space 18a via a region 19 (shaft penetrating portion) through which the rotating shaft 6 passes. The second space 18b may be a space in which the electric motor 11 is accommodated. The impeller back space 18 may be a closed space. The first space 18 a of the impeller back space 18 may have a narrowed portion narrower than the orifice or gap. The aperture or clearance of the throttle portion is, for example, 10% to 60% of the gap between the impeller back surface 7a and the casing wall surface 9a facing the impeller back surface 7a.

サージング検出装置は、インペラ背面空間18の圧力を検知する圧力検出器14と、圧力検出器14の出力信号を演算し、サージングを判定する制御器15から構成される。   The surging detection device includes a pressure detector 14 that detects the pressure in the impeller back space 18 and a controller 15 that calculates the output signal of the pressure detector 14 and determines surging.

圧力検出器14は、ケーシング9に設置されており、制御器15に電気的に接続されている。圧力検出器14は、第1空間18aの圧力を検出する第1圧力検出器14aまたは/および第2空間18bの圧力を検出する第2圧力検出器18b(図示せず)から構成される。   The pressure detector 14 is installed in the casing 9 and electrically connected to the controller 15. The pressure detector 14 includes a first pressure detector 14a that detects the pressure in the first space 18a and / or a second pressure detector 18b (not shown) that detects the pressure in the second space 18b.

以上のように構成された冷凍サイクル装置1、ターボ圧縮機2およびサージング検出装置について、以下のその動作、作用を説明する。   The following operations and effects of the refrigeration cycle apparatus 1, the turbo compressor 2, and the surging detection apparatus configured as described above will be described.

冷凍サイクル装置1内は、ある一定期間(例えば夜間)放置された場合、ほぼ室温に均温、均圧されている。まず初めにターボ圧縮機2を起動すると、蒸発器3内の冷媒蒸気圧力が低下し、外気から吸熱することで冷媒蒸気が発生する。蒸発器3内で発生した冷媒蒸気は、ターボ圧縮機2に吸入、圧縮され、吐出される。ターボ圧縮機2から吐出された高圧の冷媒蒸気は、凝縮器4に導入され、外気に熱を放熱することで凝縮し冷媒液となる。凝縮器4内で生成した冷媒液は、管路を通って蒸発器3に戻される。   The inside of the refrigeration cycle apparatus 1 is equalized and pressure-equalized to approximately room temperature when it is left for a fixed period (for example, at night). First, when the turbo compressor 2 is started, the pressure of the refrigerant vapor in the evaporator 3 is reduced, and the refrigerant vapor is generated by absorbing heat from the outside air. The refrigerant vapor generated in the evaporator 3 is sucked, compressed, and discharged into the turbo compressor 2. The high-pressure refrigerant vapor discharged from the turbo compressor 2 is introduced into the condenser 4 and is condensed by radiating heat to the outside air to become a refrigerant liquid. The refrigerant liquid generated in the condenser 4 is returned to the evaporator 3 through a pipe line.

以上のように蒸発器3、ターボ圧縮機2、凝縮器4の一連の動作により冷凍サイクル装置1は例えば冷房専用の空気調和機を実現している。   As described above, the refrigeration cycle apparatus 1 realizes, for example, an air conditioner dedicated to cooling by a series of operations of the evaporator 3, the turbo compressor 2, and the condenser 4.

ターボ圧縮機2は、電動機11が作動することによって回転軸6及びインペラ7が回転する。これにより、冷媒蒸気が圧縮機内吸入空間16に流入し、インペラ7に導入される。インペラ7は、回転軸6の回転によって圧縮機内吸入空間16から冷媒蒸気を導入し、冷媒蒸気を圧縮する。圧縮された冷媒蒸気は圧縮機内吐出空間17を通って凝縮器4へ吐出される。   In the turbo compressor 2, the rotary shaft 6 and the impeller 7 rotate by the operation of the motor 11. Thus, the refrigerant vapor flows into the compressor suction space 16 and is introduced into the impeller 7. The impeller 7 introduces refrigerant vapor from the compressor intake space 16 by the rotation of the rotating shaft 6 and compresses the refrigerant vapor. The compressed refrigerant vapor is discharged to the condenser 4 through the discharge space 17 in the compressor.

サージング発生時には、インペラ背面とケーシングの壁面との間の流路からガスがインペラ背面空間18に流入する。   When surging occurs, gas flows into the impeller back space 18 from the flow path between the back surface of the impeller and the wall surface of the casing.

前記のサージング検出装置は、圧力検出器14を備え、インペラ背面空間圧力が一定時間における変化率が基準値を超える場合、(例えば0.15〜0.6kPa/sec)、サージング発生と判定する。制御器15はサージング回避運転を実施するため、固定子12に与える回転磁界の周波数を下げ、回転体5の回転周波数を下げる。ただし、サージング回避運転の手段は回転数低下だけではなく、入口案内弁や放風弁(バイパス弁)など、ターボ圧縮機が備える制御手段に応じて選択される。   The surging detection device includes the pressure detector 14, and determines that the surging occurs when the rate of change of the impeller back space pressure exceeds a reference value (for example, 0.15 to 0.6 kPa / sec). In order to perform the surging avoidance operation, the controller 15 reduces the frequency of the rotating magnetic field applied to the stator 12 and decreases the rotating frequency of the rotating body 5. However, the means for the surging avoidance operation is selected not only according to the decrease in the rotational speed, but also according to the control means provided in the turbo compressor, such as an inlet guide valve and a discharge valve (bypass valve).

回避運転が開始後、一定時間(例えば1min)以内に再びサージングを検出しなかった場合、回避運転を終了し通常運転に戻る。回避運転中再びサージングを検出した場合、さらにサージング発生領域から離れる方向へ運転条件を変更し回避運転を続け、一定時間(例えば1min)以内に再びサージングを検出しなかったら、回避運転を終了し通常運転に戻る。   If surging is not detected again within a certain time (for example, 1 min) after the avoidance operation is started, the avoidance operation is terminated and the normal operation is resumed. If surging is detected again during avoidance operation, the operation condition is changed in a direction away from the surging occurrence area and avoidance operation is continued, and if surging is not detected again within a predetermined time (for example, 1 min), avoidance operation is ended and normal Return to driving.

図3は、サージングにおける圧力時系列データの例である。   FIG. 3 is an example of pressure time-series data in surging.

サージング発生時、高圧側から蒸気が逆流し、高圧側の圧力が低下するが、高圧側の熱容量が大きく凝縮器4に溜まっている液が蒸発するため、圧力検出器の周囲の圧力変化が小さい(例えば変化率0.09kPa/sec)。   When surging occurs, steam flows back from the high pressure side and the pressure on the high pressure side decreases, but the heat capacity on the high pressure side is large and the liquid accumulated in the condenser 4 evaporates, so the pressure change around the pressure detector is small (For example, change rate 0.09 kPa / sec).

サージング発生時、高圧側から蒸気が逆流し、低圧側の圧力が上昇するが、低圧側の熱容量が大きく逆流した蒸気は蒸発器3で凝縮するため、圧力検出器の周囲の圧力変化が小さい(例えば変化率0.03kPa/sec)。   When surging occurs, steam flows back from the high pressure side, and the pressure on the low pressure side rises, but the heat capacity on the low pressure side is large, and the vapor that has flowed back flows condenses in the evaporator 3, so the pressure change around the pressure detector is small ( For example, the rate of change is 0.03 kPa / sec).

通常時、インペラ背面空間圧力はインペラ7の遠心力作用とディフューザー作用による静圧と等しいため、高圧側の圧力より低い。サージング発生時、高圧側から一定の蒸気が逆流しインペラ背面空間の圧力が上昇する。インペラ背面空間は閉空間、または絞り部で流れが止められる。また熱容量が小さく、かつ流入したガスが凝縮しないため、圧力検出器の周囲の圧力変化が大きく検出される(例えば変化率0.23kPa/sec)。   Under normal conditions, the impeller back space pressure is lower than the pressure on the high pressure side because it is equal to the static pressure due to the centrifugal force action and the diffuser action of the impeller 7. When surging occurs, a certain amount of steam flows back from the high pressure side to increase the pressure in the impeller rear space. The impeller back space is closed or the flow is stopped by the throttle. In addition, since the heat capacity is small and the inflowing gas is not condensed, a large pressure change around the pressure detector is detected (for example, a change rate of 0.23 kPa / sec).

以上のように本実施形態においては、低外気温冷房運転や冷媒種類により作動圧力が低い運転条件など、冷凍サイクルの高低圧力差が小さく高圧側吐出管では検知できない場合においても、サージングを検出できる。   As described above, in the present embodiment, surging can be detected even when the high / low pressure difference in the refrigeration cycle is small and can not be detected by the high pressure side discharge pipe, such as a low outside air temperature cooling operation or an operating condition with low operating pressure due to refrigerant types. .

本開示のターボ圧縮機は、ヒートポンプ、冷凍機及び空調機に有用である。   The turbo compressor of the present disclosure is useful for a heat pump, a refrigerator and an air conditioner.

1 冷凍サイクル装置
2 ターボ圧縮機
3 蒸発器
4 凝縮器
5 回転体
6 回転軸
7 インペラ
7a インペラ背面
8 ボリュート
9 ケーシング
9a インペラ背面に対向する壁面
10 軸受装置
11 電動機
12 回転子
13 固定子
14 圧力検出器
15 制御器
16 圧縮機内吸入空間
17 圧縮機内吐出空間
18 インペラ背面空間
Reference Signs List 1 refrigeration cycle apparatus 2 turbo compressor 3 evaporator 4 condenser 5 rotating body 6 rotating shaft 7 impeller 7a impeller back 8 volute 9 casing 9 a wall surface facing the impeller back 10 bearing device 11 electric motor 12 rotor 13 stator 14 pressure detection Unit 15 Controller 16 Compressor internal suction space 17 Compressor internal discharge space 18 Impeller rear space

Claims (3)

作動流体を圧縮するためのインペラと、
前記インペラと一体となって回転する回転軸を有する回転体と、
前記インペラの背面と対向するケーシング壁面を有し、前記ケーシング壁面と前記インペラの背面との間に第1空間を形成するように構成されたケーシングと、
前記第1空間の圧力を検出するための第1圧力検出器と、
前記第1圧力検出器の検出値に基づいてサージングの発生を判定する制御器と、
を備えた、ターボ圧縮機。
An impeller for compressing the working fluid;
A rotating body having a rotating shaft that rotates integrally with the impeller;
A casing having a casing wall surface facing the back surface of the impeller, the casing being configured to form a first space between the casing wall surface and the back surface of the impeller;
A first pressure detector for detecting the pressure in the first space;
A controller that determines the occurrence of surging based on a detection value of the first pressure detector;
Equipped with a turbo compressor.
作動流体を圧縮するためのインペラと、
前記インペラと一体となって回転する回転軸を有する回転体と、
前記インペラの背面と対向するケーシング壁面を有し、前記ケーシング壁面と前記インペラの背面との間に第1空間を形成し、前記回転体が貫通する領域を介して前記第1空間と連通する第2空間を形成するように構成されたケーシングと、
前記第2空間の圧力を検出するための第2圧力検出器と、
前記第2圧力検出器の検出値に基づいてサージングの発生を判定する制御器と、
を備えた、ターボ圧縮機。
An impeller for compressing the working fluid;
A rotating body having a rotating shaft that rotates integrally with the impeller;
A casing wall surface facing the back surface of the impeller, a first space is formed between the casing wall surface and the back surface of the impeller, and the first space communicates with the first space through a region through which the rotating body passes. A casing configured to form two spaces;
A second pressure detector for detecting the pressure in the second space;
A controller that determines the occurrence of surging based on the detection value of the second pressure detector;
Equipped with a turbo compressor.
冷媒液を蒸発させ冷媒蒸気を発生する蒸発器と、前記蒸発器が発生する冷媒蒸気を吸入し、圧縮して吐出する請求項1または2に記載のターボ圧縮機と、前記ターボ圧縮機で圧縮された冷媒蒸気を導入し冷媒液を生成する凝縮器と、を備える冷凍サイクル装置。   The turbo compressor according to claim 1 or 2, wherein an evaporator which evaporates a refrigerant liquid to generate refrigerant vapor, and suctions, compresses and discharges the refrigerant vapor generated by the evaporator, and the turbo compressor And a condenser for introducing the refrigerant vapor and generating a refrigerant liquid.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114542501A (en) * 2020-11-24 2022-05-27 麦克维尔空调制冷(武汉)有限公司 Control method and control device of compressor and heat exchange system

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