JP2023150035A - Centrifugal rotary machine - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、遠心回転機械に関する。 The present disclosure relates to centrifugal rotating machines.
一般的に遠心回転機械としての遠心圧縮機は、軸線に沿って延びる回転軸及び回転軸に設けられたインペラからなるロータと、ロータを覆うケーシングと、を有している。インペラとして、クローズドインペラと呼ばれる形式のものが用いられる場合がある。クローズドインペラは、軸線を中心とする円盤状のディスクと、当該ディスクの一方側の面上に設けられた複数のブレードと、これら複数のブレードを一方側から覆う円錐状のカバーと、を有している。カバーの外周面とケーシングの内周面との間にはクリアランス(外側流路)が設けられている。 Generally, a centrifugal compressor as a centrifugal rotating machine has a rotor including a rotating shaft extending along an axis and an impeller provided on the rotating shaft, and a casing that covers the rotor. As the impeller, a type called a closed impeller is sometimes used. A closed impeller has a disk-shaped disk centered on an axis, a plurality of blades provided on one side of the disk, and a conical cover that covers the plurality of blades from one side. ing. A clearance (outer flow path) is provided between the outer peripheral surface of the cover and the inner peripheral surface of the casing.
遠心圧縮機を運転すると、上記のブレード同士が画成する流路内を流体が流れる。流路を入口側から出口側に向かって流れる中途で流体は圧縮されて高圧状態となる。ここで、流路の出口側では、入口側よりも高圧の流体が流通することから、上述の外側流路にも流体が流れ込む。このように、外側流路に多くの流体が流れ込んだ場合、遠心圧縮機の圧縮効率が低下してしまう。そこで、ケーシングの内周面に、流体の流通を防ぐシール部を設ける技術が知られている。例えば下記特許文献1には、シール部の具体例として、ケーシングの内周面におけるインペラの入口側にシールフィンが設けられた構成が開示されている。このようなシールフィンを設けることによって外側流路に流れ込む流体が低減される。
When the centrifugal compressor is operated, fluid flows through the flow path defined by the blades. The fluid is compressed in the middle of flowing through the channel from the inlet side to the outlet side and becomes in a high pressure state. Here, since a higher pressure fluid flows on the outlet side of the channel than on the inlet side, the fluid also flows into the above-mentioned outer channel. In this way, when a large amount of fluid flows into the outer flow path, the compression efficiency of the centrifugal compressor decreases. Therefore, a technique is known in which a seal portion is provided on the inner circumferential surface of the casing to prevent fluid from flowing. For example,
ところで上記のような遠心圧縮機では、外側流路を流れ込む流体は旋回成分(スワール成分)を有している。ロータに変位が発生した際にこのスワール成分が大きいと、クリアランス分布と位相が異なる正弦波状の圧力分布が発生し、ロータの変位に対して直角方向の励振力がロータに作用する。この励振力によってロータの振れ回りを助長される結果、安定性が低下する場合があった。また、遠心圧縮機としては、励振力の低下とともに性能向上を図ることも望まれている。 By the way, in the above centrifugal compressor, the fluid flowing into the outer flow path has a swirl component. If the swirl component is large when displacement occurs in the rotor, a sinusoidal pressure distribution having a phase different from the clearance distribution is generated, and an excitation force in a direction perpendicular to the rotor displacement acts on the rotor. This excitation force may encourage the rotor to whirl around, resulting in a decrease in stability. Furthermore, it is desired that centrifugal compressors have lower excitation force and improved performance.
本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、性能低下を避けながら、安定性を向上させることができる回転機械を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made to solve the above problems, and an object of the present disclosure is to provide a rotating machine that can improve stability while avoiding performance deterioration.
上記課題を解決するために、本開示に係る遠心回転機械は、軸線回りに回転可能な回転軸と、前記回転軸に固定されたディスク、前記ディスクにおける前記軸線方向一方側を向く面に周方向に間隔をあけて設けられた複数のブレード、及び、複数の前記ブレードを覆うカバーを有し、前記軸線方向一方側から導入される作動流体を径方向外側に圧送するインペラと、前記回転軸及び前記インペラを覆うとともに、前記作動流体を導入する第一流路、前記インペラが圧送する前記作動流体が流通する第二流路を区画形成するケーシングと、を備え、前記カバーの外周面にクリアランスを介して対向する前記ケーシングの内周面であるカバー対向面が、前記カバーの外周面よりも表面粗さが大きい粗面とされている。 In order to solve the above problems, a centrifugal rotating machine according to the present disclosure includes a rotating shaft rotatable around an axis, a disk fixed to the rotating shaft, and a surface of the disk facing one side in the axial direction that extends in a circumferential direction. an impeller having a plurality of blades provided at intervals between the blades and a cover that covers the plurality of blades, the impeller configured to force the working fluid introduced from one side in the axial direction outward in the radial direction; a casing that covers the impeller and defines a first flow path through which the working fluid is introduced, and a second flow path through which the working fluid pumped by the impeller flows; A cover facing surface, which is an inner circumferential surface of the casing facing each other, is a rough surface having a surface roughness greater than an outer circumferential surface of the cover.
本開示に係る遠心回転機械は、軸線回りに回転可能な回転軸と、前記回転軸に固定されたディスク、前記ディスクにおける前記軸線方向一方側を向く面に周方向に間隔をあけて設けられた複数のブレード、及び、複数の前記ブレードを覆うカバーを有し、前記軸線方向一方側から導入される作動流体を径方向外側に圧送するインペラと、前記回転軸及び前記インペラを覆うとともに、前記作動流体を導入する第一流路、前記インペラから前記作動流体が排出される第二流路を区画形成するケーシングと、前記カバーの外周面に対向する前記ケーシングの内周面であるカバー対向面に設けられた凹凸構造部材と、を備える。 A centrifugal rotating machine according to the present disclosure includes a rotating shaft rotatable around an axis, a disk fixed to the rotating shaft, and a surface of the disk facing one side in the axial direction provided at intervals in the circumferential direction. an impeller that has a plurality of blades and a cover that covers the plurality of blades and forces the working fluid introduced from one side in the axial direction radially outward; A casing that defines a first channel for introducing fluid and a second channel for discharging the working fluid from the impeller, and a cover-facing surface that is an inner circumferential surface of the casing that faces an outer circumferential surface of the cover. and a concavo-convex structural member.
本開示の回転機械によれば、性能低下を避けながら安定性を向上させることができる。 According to the rotating machine of the present disclosure, stability can be improved while avoiding performance deterioration.
<第一実施形態>
以下、本発明の第一実施形態について図1及び図2を参照して詳細に説明する。
<First embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.
<遠心圧縮機の基本構成>
図1に示すように、本実施形態に係る遠心回転機械としての遠心圧縮機1は、回転軸2、インペラ10、ケーシング30及びシール部70を備えている。本実施形態の遠心圧縮機1は、インペラ10を複数段備えたいわゆる一軸多段遠心圧縮機である。
<Basic configuration of centrifugal compressor>
As shown in FIG. 1, a
回転軸2は、水平方向に延びる軸線O方向に延びる円柱状をなしている。回転軸2は、軸線O方向の第一端部2a側(軸線O方向一方側)及び第二端部2b側(軸線O方向他方側)で、ジャーナル軸受3によって軸線O回りに回転可能に支持されている。回転軸2は、第一端部2aがスラスト軸受4によって支持されている。
The
インペラ10は、回転軸2の外周面に外嵌されており、軸線O方向に間隔をあけて複数段が設けられている。これらインペラ10は、回転軸2とともに軸線O回りに回転することで、軸線O方向一方側から流入する作動流体を径方向外側に向かって圧送する。
回転軸2とインペラ10とによって、遠心圧縮機1のロータが構成されている。
The
The
ケーシング30は、軸線O方向に延びる筒状に形成された部材であって、回転軸2、インペラ10、及びジャーナル軸受3等を覆うようにして収容している。ケーシング30は、ジャーナル軸受3を介して回転軸2を回転可能に支持している。これによりケーシング30に対して回転軸2に取り付けられたインペラ10が相対回転可能となっている。ケーシング30は、導入流路31、接続流路32、排出流路33を有している。
The
導入流路31は、複数のインペラ10のうち最も軸線O方向一方側に配置された最前段のインペラ10に対してケーシング30の外部から作動流体を導入する。導入流路31は、ケーシング30の外周面に開口しており、当該開口部は作動流体の吸込口31aとされている。導入流路31は、径方向内側の部分で最前段のインペラ10の軸線O方向一方側に接続されている。
The
接続流路32は、軸線O方向に隣り合う一対のインペラ10を接続する流路である。接続流路32は、前段側のインペラ10から径方向外側に排出される作動流体を、後段側のインペラ10に軸線O方向一方側から導入する。接続流路32は、ディフューザ流路32a及びリターン流路32bを有している。
ディフューザ流路32aは、インペラ10の径方向外側に接続されており、インペラ10から径方向外側に排出される作動流体を径方向外側に導きながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換する。リターン流路32bは、ディフューザ流路32aの径方向外側に接続されて径方向外側に向かう作動流体を径方向内側に転向させて後段側のインペラ10に案内する。
The
The
排出流路33は、複数のインペラ10のうち最も軸線O方向他方側に配置された最後段のインペラ10から径方向外側に排出される作動流体をケーシング30の外部に排出する。排出流路33は、ケーシング30の外周面に開口しており、当該開口部は作動流体の排出口33aとされている。該排出流路33は、径方向内側の部分で最後段のインペラ10の径方向外側に接続されている。
The
ここで、最前段のインペラ10では、導入流路31が該インペラ10に作動流体を導入する第一流路F1(図2参照)となり、最前段のインペラ10の下流側に続くディフューザ流路32aが当該インペラ10から排出される作動流体が流通する第二流路F2(図2参照)となる。
また、最後段のインペラ10では、最後段のインペラ10に接続されたリターン流路32bが該インペラ10に作動流体を導入する第一流路F1となり、排出流路33が当該インペラ10から圧送される作動流体が流通する第二流路F2となる。
さらに、最前段のインペラ10と最後段のインペラ10との間のインペラ10では、リターン流路32bが該インペラ10に作動流体を導入する第一流路F1となり、ディフューザ流路32aが当該インペラ10から圧送される作動流体が流通する第二流路F2となる。
Here, in the
Furthermore, in the
Furthermore, in the
<インペラの詳細構成>
次に、図2を参照して、インペラ10の詳細構成について説明する。インペラ10は、ディスク11、ブレード12及びカバー20を有するいわゆるクローズドインペラである。
<Detailed configuration of impeller>
Next, the detailed configuration of the
<ディスク>
ディスク11は、軸線Oを中心とした円盤状に形成されている。ディスク11には、軸線Oを中心とした円形をなして軸線O方向に貫通する貫通孔11aが形成されている。貫通孔11aの内周面が回転軸2の外周面に嵌まり込むことによって、インペラ10が回転軸2に一体に固定されている。
<Disc>
The
ディスク11における軸線O方向他方側を向く面は、軸線Oに直交する平面状をなすディスク背面11cとされている。ディスク11における貫通孔11aの軸線O方向一方側の端部からディスク背面11cの径方向外側の端部にかけては、軸方向一方側から他方側に向かうに従って漸次径方向外側に向かって延びるディスク主面11bが形成されている。ディスク主面11bは、軸線O方向一方側の部分は、径方向外側を向いており、軸線O方向他方側に向かうにしたがって軸線O方向一方側を向くように漸次湾曲している。即ち、ディスク主面11bは、軸線O方向一方側から他方側に向かうに従って漸次拡径している。ディスク主面11bは、凹曲面状をなしている。
The surface of the
<ディスク>
ブレード12は、ディスク11におけるディスク主面11bに軸線Oの周方向に間隔をあけて複数設けられている。各ブレード12は、径方向内側から径方向外側に向かうに従ってインペラ10の回転方向後方側に向かって湾曲している。各ブレード12は、回転方の前方側に向かってとなる曲面をなしながら延びている。
<Disc>
A plurality of
<カバー>
カバー20は、複数のブレード12を軸線O方向一方側から覆っている。カバー20は、ディスク11との間にブレード12を挟むように、ディスク11と対向して設けられている。カバー20の内周面(以下、カバー内周面21と称する。)は、軸線O方向一方側から他方側に向かうにしたがって漸次拡径するように形成されている。カバー内周面21は、ディスク主面11bと対応するように該ディスク主面11b同様に湾曲している。カバー内周面21には、ブレード12におけるディスク主面11b側とは反対側の端部が固定されている。
<Cover>
The
カバー内周面21、ディスク主面11b及びブレード12によって、これらの間に軸線O方向一方側から他方側に向かうに従って、回転方向後方側に湾曲しながら径方向外側に延びる流路が形成されている。
A flow path is formed between the cover inner
<ケーシングの詳細構造>
次に、図2を参照してケーシング30の詳細構造を説明する。ケーシング30は、インペラ10に作動流路を導入する第一流路F1と、インペラ10から作動流体が圧送される第二流路F2との間に、インペラ10を内側に収容する空間としてのインペラ収容部40を有している。該インペラ収容部40は、複数のインペラ10の数に応じて複数が設けられている。
<Detailed structure of casing>
Next, the detailed structure of the
インペラ収容部40における軸線O方向他方側の部分となるインペラ10のディスク背面11cに対向する部分は、ディスク対向面50とされている。ディスク対向面50はディスク背面11cに対して間隔をあけて設けられている。
A portion of the
<カバー対向面>
インペラ収容部40における軸線O方向一方側の部分となるインペラ10のカバー外周面22に対向する部分は、カバー対向面60とされている。カバー対向面60の軸線O方向他方側の端部は、入口段差面67を介して第二流路F2に接続されている。入口段差面67は、軸線Oに平行な円筒面状をなしている。カバー対向面60の軸線O方向一方側の端部は、出口段差面68を介して第一流路F1に接続されている。出口段差面68は、軸線Oに直交するとともに軸線O方向一方側を向く平面状をなしている。
<Cover facing surface>
A portion of the
このように第一流路F1と第二流路F2と間に設けられたカバー対向面60とインペラ10外周面との間のクリアランスは、第一流路F1と第二流路F2とを連通させる外側流路F3とされている。外側流路F3の軸線O方向一方側の端部は、第一流路F1に連通している。外側流路F3の軸線O方向他方側の端部は、第二流路F2に連通している。第一流路F1を流通する作動流体の圧力よりも第二流路F2を流通する流体の圧力の方が高い。そのため、外側流路F3には、第二流路F2側から第一流路F1側に向かって、即ち、軸線O方向他方側から軸線O方向一方側に向かって作動流路が流通する。
In this way, the clearance between the
カバー対向面60は、第一面61、第二面62、第三面63、及び第四面64を有している。
第一面61は、カバー対向面60における最も第二流路F2側の部分、即ち、外側流路F3を流通する作動流体の最上流側の部分である。第一面61は、軸線O方向他方側の端部が入口段差面67に接続されている。第一面61は、軸線O方向一方側に向かうにしたがって径方向内側に縮径する円錐面状に延びている。
The
The
第二面62は、第一面61における下流側に接続されている。第二面62は、軸線Oを中心とした円筒面状をなしている。第二面62の軸線O方向他方側の端部が、第一面61に接続されている。
第三面63は、第二面62における下流側の端部から、径方向内側に向かって延びている。第三面63は、軸線Oに直交するとともに軸線O方向他方側を向く平面状をなしている。
The
The
第四面64は、第三面63の径方向内側の端部に接続されている。第四面64は、軸線Oを中心とした円筒面状をなしている。第四面64は、軸線O方向他方側の端部である上流側の端部が第三面63の径方向内側の端部に接続されている。第四面64は、軸線O方向一方側の端部である下流側の端部が出口段差面68の径方向外側の端部に接続されている。
The
<シール部>
シール部70は、外側流路F3に設けられており、該外側流路F3を流通する作動流体の第二流路F2側から第一流路F1側への漏出をシールしている。シール部70は、シールリング71及び複数のフィン72を有する。
<Seal part>
The
シールリング71は、軸線Oを中心とする円筒状をなす部材である。シールリング71は、外周面がケーシング30のカバー対向面60における第四面64に固定されている。
フィン72は、シールリング71の内周面から径方向内側に突出するとともに周方向にわたって延びるように設けられている。フィン72の径方向内側の端部は僅かな隙間を介してカバー20カバー外周面22と対向している。フィン72は軸線O方向に間隔をあけて複数が設けられている。
The
The
<カバー対向面とカバー外周面との詳細構造>
ここで、ケーシング30のカバー対向面60の少なくとも一部は、カバー外周面22よりも表面粗さが大きい凹凸構造の粗面とされている。即ち、カバー対向面60の表面性状は、カバー外周面22の表面性状よりも表面が粗く形成されている。
特に本実施形態では、カバー対向面60におけるシール部70よりも上流側に位置し、かつ、カバー外周面22に径方向に対向する部分となる第一面61及び第二面62が、カバー外周面22よりも表面粗さが大きい粗面とされている。
<Detailed structure of cover facing surface and cover outer peripheral surface>
Here, at least a portion of the cover-facing
In particular, in this embodiment, the
カバー対向面60の粗面の面粗さは、例えば最大高さ(Rmax)で10μm~1000μm、好ましくは20μm~500μm、より好ましく30μm~200μm、さらに好ましくは50μm~150μm、最適には100μm(0.1mm)近傍の80μm~120μmの値に設定されている。
The surface roughness of the rough surface of the
これに対して、カバー外周面22や、カバー対向面60における粗面とされていない部分である第三面63、第四面64の面粗さは、上記よりも小さな値とされている。これらの面粗さは、例えば最大高さ(Rmax)で10μm~40μm、好ましくは20μm~30μmより好ましくは25μmに設定されている。
On the other hand, the surface roughness of the cover outer
カバー対向面60の粗面は例えば以下の(1)から(3)の手法で実現することができる。
(1)切削加工における仕上げ加工工程の省略
インペラ10及びケーシング30を切削加工で製造する場合、インペラ10のカバー外周面22及びケーシング30のカバー対向面60を荒加工にて形成した後、カバー外周面22及びカバー対向面60のうちカバー外周面22のみに仕上げ加工を施す。これによって、インペラ10外周面は滑らかな仕上げ加工面とすることができる一方、カバー対向面60を荒加工による粗面とすることができる。
The rough surface of the
(1) Omission of finishing process in cutting When manufacturing the
(2)鋳造成形における仕上げ加工工程の省略
ケーシング30を鋳造で成形した場合、カバー対向面60に対する仕上げ加工を省略する。これにより、カバー対向面60は鋳肌面となり、上記粗面を実現することができる。インペラ10については、切削加工、鋳造成形のいずれで製造した場合であっても仕上げ加工を施すことによってカバー外周面22を滑らかな仕上げ加工面とする。
(2) Omission of finishing process in casting When the
(3)カバー対向面60への凹凸加工
カバー対向面60とカバー外周面22とを同様の表面粗さで製造した後、カバー対向面60のみに凹凸加工を施す。これにより、カバー対向面60を粗面としての凹凸加工面とすることができる。凹凸加工としては、例えばショットピーニング等の打撃痕を与える手法や、やすりその他の工具等で傷つける手法が挙げられる。一方で、カバー外周面22は仕上げ加工をした後に凹凸加工を施すことのない、非凹凸加工面とする。やすりその他の工具等で傷つける手法の場合、既存の遠心圧縮機1にも容易に適用することができる。
(3) Uneven processing on the
<作用効果>
第二流路F2側から第一流路F1側に向かって外側流路F3を流通する作動流体は、インペラ10の回転圧送により旋回成分(スワール成分)を有している。このスワール成分が大きい場合には、ロータが変位した際に、インペラ10とケーシング30との間のクリアランス分布と位相の異なる正弦波状の圧力分布が発生する。このような圧力分布により、インペラ10にはロータの変位に対して直角方向の励振力が作用する。この励振力によってロータの振れ回りが助長されると、回転安定性が損なわれ、安定した運転ができない場合が生じる。
<Effect>
The working fluid flowing through the outer flow path F3 from the second flow path F2 side toward the first flow path F1 side has a swirl component due to rotational pressure feeding of the
これに対して本実施形態では、上記作動流体のスワール成分を低減させることができるため、回転安定性を維持することができる。即ち、第二流路F2から外側流路F3に流入する作動流体は、第一流路F1側へと進む過程でケーシング30におけるカバー対向面60に接触する。特に作動流体のスワール成分の寄与により、作動流体には遠心力が付与される。そのため、径方向内側のカバー外周面22ではなく径方向外側のカバー対向面60側に作動流体が流通する。
In contrast, in this embodiment, the swirl component of the working fluid can be reduced, so rotational stability can be maintained. That is, the working fluid flowing into the outer flow path F3 from the second flow path F2 comes into contact with the cover-facing
この際、本実施形態では、ケーシング30のカバー対向面60が粗面とされているため、スワール成分を低減させることができる。即ち、外側流路F3を流通する作動流体のスワール成分は、カバー対向面60に接触する際に、当該カバー対向面60の粗面との粘性により速度損失が大きくなる。つまり、スワール成分のエネルギーがカバー対向面60の粗面との間で摩擦エネルギーとして散逸されることになる。その結果、外側流路F3における作動流体のスワール成分を低下させることができ、インペラ10のカバー20に対しての励振力の発生を抑制することが可能となる。これにより、回転軸2の振れ回りが発生することを抑え、安定運転を継続して行うことが可能となる。
At this time, in this embodiment, since the cover-facing
なお、例えば作動流体の圧力が高い第二流路F2の作動流体を外側流路F3内にスワール成分を打ち消す方向に抽気する方法も考えられる。この場合、スワール成分を低減することができるものの、高圧の作動流体の一部を消耗することになるため、遠心圧縮機1としての性能は低下する。本実施形態では、カバー対向面60を粗面とすることにより、このようなデメリットを受けることなく、スワールを低減させることができる。
Note that, for example, a method may also be considered in which the working fluid in the second flow path F2, where the pressure of the working fluid is high, is bled into the outer flow path F3 in a direction that cancels out the swirl component. In this case, although the swirl component can be reduced, a portion of the high-pressure working fluid is consumed, so the performance of the
一方で、カバー20の外周面は粗面とされておらず、カバー対向面60に比べて滑らかな面とされている。そのため、外側流路F3を流通する作動流体の粘性の影響を受けにくい。よって、当該流体によるインペラ10の回転損失の発生を抑制することができる。その結果、性能を維持しながら、安定した運転を行うことが可能となる。
On the other hand, the outer peripheral surface of the
また、外側流路F3を流通する作動流体のうち、励振力として作用するスワール成分は、特にシール部70よりも上流側となる外側流路F3の入口側で顕著となる。そのため、本実施形態のように、カバー対向面60におけるシール部70よりも軸線O方向他方側の部分である第一面61、第二面62のみを粗面とすることで、効果的にスワール成分を低減させることができる。
Further, in the working fluid flowing through the outer flow path F3, the swirl component that acts as an excitation force is particularly noticeable on the inlet side of the outer flow path F3, which is upstream of the
なお、第一実施形態では、カバー対向面60の粗面としての凹凸形状を、軸線O方向に延びるスプライン状としてもよい。即ち、周方向に交互に並設された凸部及び凹部が軸線O方向に延びた構成であってもよい。これにより、凹凸構造が周方向に流通するスワール成分の障害として機能する。そのため、スワール成分をより効果的に低減させることができる。
<第二実施形態>
次に本発明の第二実施形態について図3を用いて説明する。第二実施形態では第一実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
第二実施形態では、ケーシング30のカバー対向面60を粗面とするのではなく、カバー対向面60に凹凸構造部材80を設けることでスワール成分の低減を図っている。
In the first embodiment, the rough surface of the
<Second embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described using FIG. 3. In the second embodiment, the same reference numerals are given to the same components as in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
In the second embodiment, instead of making the cover-facing
即ち、カバー外周面22とカバー対向面60とのうち、カバー対向面60における第一面61及び第二面62のみに、これら第一面61及び第二面62の全域にわたって凹凸構造部材80が設けられている。
凹凸構造部材80は、少なくとも径方向内側を向く面が微細な凹凸構造から形成された粗面とされている。これに対して、カバー外周面22は、実施形態同様、滑らかな仕上げ加工面とされている。
That is, of the cover outer
The
凹凸構造部材80としては、例えば図4に示す単位ラティス91を多数組み合わせてなるラティス構造体90を採用することができる。図4の一例としての単位ラティス91は、複数の棒材91aを組み合わせることで各辺を形成した三角錐状をなしている。単位ラティス91としては当該構造に限定されず、種々の三次元ラティスを採用することができる。微細なラティス構造体90は、積層造形を用いることで容易に実現することができる。
As the
また、凹凸構造部材80として、例えば図5に示す発砲金属材100を採用することができる。発砲金属材100は、ガスによる微細な空間を多量に有する金属からなる構造物である。このような発砲金属材100の材料としては、例えばアルミニウムや鋼材を用いることができる。発砲金属材100の表面には、上記ガスによる微細な空間に基づく凹凸構造が全域にわたって構成されている。
Further, as the
このような第二実施形態においても、第一実施形態同様、凹凸構造部材80の表面の凹凸により、外側流路F3を流通する作動流体からスワール成分を低減させることができる。
凹凸構造部材80として、ラティス構造体90や発砲金属材100等の比較的強度の低い快削材を採用することで、万が一、インペラ10のカバー20がケーシング30に接触した場合であっても、インペラ10の損傷を回避できる。
また、別途凹凸構造部材80を取り付けるのみでスワール成分の低減構造を実現することができるため、既存の遠心圧縮機1にも容易に適用することができる。
Also in the second embodiment, as in the first embodiment, the unevenness on the surface of the
By using a relatively low-strength free-cutting material such as a
Further, since the structure for reducing the swirl component can be realized by simply attaching the
<その他の実施形態>
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
<Other embodiments>
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and can be modified as appropriate without departing from the technical idea of the invention.
実施形態では、カバー対向面60のうち、第一面61及び第二面62のみを粗面とし又はこれらにのみ凹凸構造部材80を設けた例について説明した。しかしながらこれに限定されることはなく、カバー対向面60のその他の部分、即ち、第三面63や第四面64に本発明を適用してもよい。また、第一面61と第二面62とのうち、少なくとも一方に本発明を適用してもよいし、第一面61と第二面62の一部分のみに本発明を適用してもよい。
In the embodiment, an example has been described in which only the
例えば実施形態では本発明を遠心圧縮機1に適用した例について説明したが、これに限定されることはなく、その他の遠心回転機械に適用してもよい。
For example, in the embodiment, an example in which the present invention is applied to the
<付記>
各実施形態に記載の遠心回転機械は、例えば以下のように把握される。
<Additional notes>
The centrifugal rotating machine described in each embodiment can be understood, for example, as follows.
(1)第1の態様に係る遠心回転機械1は、軸線O回りに回転可能な回転軸2と、前記回転軸2に固定されたディスク11、前記ディスク11における前記軸線O方向一方側を向く面に周方向に間隔をあけて設けられた複数のブレード12、及び、複数の前記ブレード12を覆うカバー20を有し、前記軸線O方向一方側から導入される作動流体を径方向外側に圧送するインペラ10と、前記回転軸2及び前記インペラ10を覆うとともに、前記作動流体を導入する第一流路F1、前記インペラ10が圧送する前記作動流体が流通する第二流路F2を区画形成するケーシング30と、を備え、前記カバー20の外周面にクリアランスを介して対向する前記ケーシング30の内周面であるカバー対向面60が、前記カバー20の外周面よりも表面粗さが大きい粗面とされている。
(1) A centrifugal
これにより、クリアランスを流通する作動流体のスワール成分は、ケーシング30におけるカバー対向面60に接触する際に、当該カバー対向面60の粗面との粘性により速度損失が大きくなる。その結果、作動流体のスワール成分を低下させることができ、励振力を低減させることが可能となる。
一方で、カバー20の外周面は粗面とされていないため、クリアランスを流通する作動流体の粘性の影響を受けにくい。よって、当該流体による回転損失が生じてしまうことを抑制することができる。
As a result, when the swirl component of the working fluid flowing through the clearance comes into contact with the cover-facing
On the other hand, since the outer circumferential surface of the
(2)第2の態様に係る遠心回転機械1は、前記カバー対向面60の前記軸線O方向の一部に設けられて、前記カバー対向面60と前記カバー20の外周面との間をシールするシール部70をさらに備え、前記カバー対向面60のうち、前記シール部70よりも前記軸線O方向他方側の領域のみが前記粗面とされている(1)に記載の遠心回転機械1である。
(2) The centrifugal
励振力として作用するスワール成分は、特にシール部70よりも軸線O方向他方側の部分となるクリアランスの作動流体の入口側で顕著となる。そのため、シール部70よりも軸線O方向他方側の部分におけるカバー対向面60を粗面とすることで、効果的にスワール成分を低減させることができる。
The swirl component that acts as an excitation force is particularly noticeable on the working fluid inlet side of the clearance, which is a portion on the other side in the axis O direction than the
(3)第3の態様に係る遠心回転機械1は、前記粗面は、荒加工面であって、前記カバー20の外周面は、仕上げ加工面である(1)又は(2)に記載の遠心回転機械1である。
(3) The centrifugal
ケーシング30を切削加工で形成した場合、ケーシング30のカバー対向面60をあえて仕上げ加工をしない荒加工面とする一方、カバー20の外周面には仕上げ加工を行うことで、励振力を抑えながら性能維持を図ることができる。
When the
(4)第4の態様に係る遠心回転機械1は、前記粗面は、鋳肌面であって、前記カバー20の外周面は、仕上げ加工面である(1)又は(2)に記載の遠心回転機械1である。
(4) The centrifugal
ケーシング30を鋳造した場合、ケーシング30のカバー対向面60をあえて仕上げ加工をしない鋳肌面とする一方、カバー20の外周面には仕上げ加工を行うことで、励振力を抑えながら性能維持を図ることができる。
When the
(5)第5の態様に係る遠心回転機械1は、前記粗面は、凹凸加工面であって、前記カバー20の外周面は、非凹凸加工面である(1)又は(2)に記載の遠心回転機械1である。
(5) The centrifugal
ケーシング30のカバー対向面60のみに凹凸加工を施した凹凸加工面とすることで、励振力を抑えながら性能維持を図ることができる。
By forming a textured surface by processing only the cover-facing
(6)第6の態様に係る遠心回転機械1は、軸線O回りに回転可能な回転軸2と、前記回転軸2に固定されたディスク11、前記ディスク11における前記軸線O方向一方側を向く面に周方向に間隔をあけて設けられた複数のブレード12、及び、複数の前記ブレード12を覆うカバー20を有し、前記軸線O方向一方側から導入される作動流体を径方向外側に圧送するインペラ10と、前記回転軸2及び前記インペラ10を覆うとともに、前記作動流体を導入する第一流路F1、前記インペラ10が圧送する前記作動流体が流通する第二流路F2を区画形成するケーシング30と、前記カバー20の外周面と前記カバー20の外周面に対向する前記ケーシング30の内周面であるカバー対向面60とのうちの前記カバー対向面60のみに設けられた凹凸構造部材80と、を備える。
(6) A centrifugal
これにより、クリアランスを流通する作動流体のスワール成分は、ケーシング30におけるカバー対向面60に設けられた凹凸構造部材80に接触する際に、粘性による速度損失が大きくなる。その結果、作動流体のスワール成分を低下させることができ、励振力を低減させることが可能となる。
一方で、カバー20の外周面には凹凸構造部材80が設けられていないため、クリアランスを流通する作動流体の粘性の影響を受けにくい。よって、当該流体による回転損失が生じてしまうことを抑制することができる。
As a result, when the swirl component of the working fluid flowing through the clearance comes into contact with the
On the other hand, since the
(7)第7の態様に係る遠心回転機械1は、前記凹凸構造部材80は、三次元形状の単位ラティス91を複数組み合わせたラティス構造体90である(7)に記載の遠心回転機械1である。
(7) The centrifugal
これによって、スワール成分を適切に低減させることができる。 Thereby, the swirl component can be appropriately reduced.
(8)第8の態様に係る遠心回転機械1は、前記凹凸構造部材80は、発砲金属材100である(7)に記載の遠心回転機械1である。
(8) A centrifugal
これによっても、スワール成分を適切に低減させることができる。 This also makes it possible to appropriately reduce the swirl component.
1 圧縮機
2 回転軸
2a 第一端部
2b 第二端部
3 ジャーナル軸受
4 スラスト軸受
10 インペラ
11 ディスク
11a 貫通孔
11b ディスク主面
11c ディスク背面
12 ブレード
20 カバー
21 カバー内周面
22 カバー外周面
30 ケーシング
31 導入流路
31a 吸込口
32 接続流路
32a ディフューザ流路
32b リターン流路
33 排出流路
33a 排出口
40 インペラ収容部
50 ディスク対向面
60 カバー対向面
61 第一面
62 第二面
63 第三面
64 第四面
67 入口段差面
68 出口段差面
70 シール部
71 シールリング
72 フィン
80 凹凸構造部材
90 ラティス構造体
91 単位ラティス
91a 棒材
100 発砲金属材
O 軸線
F1 第一流路
F2 第二流路
F3 外側流路
1
Claims (8)
前記回転軸に固定されたディスク、前記ディスクにおける前記軸線方向一方側を向く面に周方向に間隔をあけて設けられた複数のブレード、及び、複数の前記ブレードを覆うカバーを有し、前記軸線方向一方側から導入される作動流体を径方向外側に圧送するインペラと、
前記回転軸及び前記インペラを覆うとともに、前記インペラに前記作動流体を導入する第一流路、前記インペラから前記作動流体が排出される第二流路を区画形成するケーシングと、
を備え、
前記カバーの外周面にクリアランスを介して対向する前記ケーシングの内周面であるカバー対向面が、前記カバーの外周面よりも表面粗さが大きい粗面とされている遠心回転機械。 A rotating shaft that can rotate around the axis,
A disk fixed to the rotating shaft, a plurality of blades provided at intervals in the circumferential direction on a surface of the disk facing one side in the axial direction, and a cover that covers the plurality of blades, an impeller that pumps working fluid introduced from one side radially outward;
a casing that covers the rotating shaft and the impeller and defines a first flow path for introducing the working fluid into the impeller and a second flow path for discharging the working fluid from the impeller;
Equipped with
A centrifugal rotating machine, wherein a cover facing surface, which is an inner circumferential surface of the casing that faces an outer circumferential surface of the cover with a clearance therebetween, is a rough surface having a surface roughness greater than that of the outer circumferential surface of the cover.
前記カバー対向面のうち、前記シール部よりも前記軸線方向他方側の領域のみが前記粗面とされている請求項1に記載の遠心回転機械。 further comprising a seal portion provided on a portion of the cover facing surface in the axial direction to seal between the cover facing surface and the outer circumferential surface of the cover;
The centrifugal rotating machine according to claim 1, wherein only a region of the cover facing surface on the other side in the axial direction of the seal portion is the rough surface.
前記カバーの外周面は、仕上げ加工面である請求項1又は2に記載の遠心回転機械。 The rough surface is a roughly processed surface,
The centrifugal rotating machine according to claim 1 or 2, wherein the outer peripheral surface of the cover is a finished surface.
前記カバーの外周面は、仕上げ加工面である請求項1又は2に記載の遠心回転機械。 The rough surface is a cast surface,
The centrifugal rotating machine according to claim 1 or 2, wherein the outer peripheral surface of the cover is a finished surface.
前記カバーの外周面は、非凹凸加工面である請求項1又は2に記載の遠心回転機械。 The rough surface is a textured surface,
The centrifugal rotating machine according to claim 1 or 2, wherein the outer peripheral surface of the cover is a non-roughened surface.
前記回転軸に固定されたディスク、前記ディスクにおける前記軸線方向一方側を向く面に周方向に間隔をあけて設けられた複数のブレード、及び、複数の前記ブレードを覆うカバーを有し、前記軸線方向一方側から導入される作動流体を径方向外側に圧送するインペラと、
前記回転軸及び前記インペラを覆うとともに、前記作動流体を導入する第一流路、前記インペラが圧送する前記作動流体が流通する第二流路を区画形成するケーシングと、
前記カバーの外周面と前記カバーの外周面に対向する前記ケーシングの内周面であるカバー対向面とのうちの前記カバー対向面のみに設けられた凹凸構造部材と、
を備える遠心回転機械。 A rotating shaft that can rotate around the axis,
A disk fixed to the rotating shaft, a plurality of blades provided at intervals in the circumferential direction on a surface of the disk facing one side in the axial direction, and a cover that covers the plurality of blades, an impeller that pumps working fluid introduced from one side radially outward;
a casing that covers the rotating shaft and the impeller and defines a first flow path through which the working fluid is introduced, and a second flow path through which the working fluid pumped by the impeller flows;
an uneven structure member provided only on the cover-facing surface of the outer circumferential surface of the cover and the cover-facing surface that is the inner circumferential surface of the casing that faces the outer circumferential surface of the cover;
A centrifugal rotating machine equipped with
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022058910A JP2023150035A (en) | 2022-03-31 | 2022-03-31 | Centrifugal rotary machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022058910A JP2023150035A (en) | 2022-03-31 | 2022-03-31 | Centrifugal rotary machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2023150035A true JP2023150035A (en) | 2023-10-16 |
Family
ID=88326260
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022058910A Pending JP2023150035A (en) | 2022-03-31 | 2022-03-31 | Centrifugal rotary machine |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2023150035A (en) |
-
2022
- 2022-03-31 JP JP2022058910A patent/JP2023150035A/en active Pending
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