JP3093958B2 - Fluid machinery with variable guide vanes - Google Patents

Fluid machinery with variable guide vanes

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JP3093958B2
JP3093958B2 JP07142503A JP14250395A JP3093958B2 JP 3093958 B2 JP3093958 B2 JP 3093958B2 JP 07142503 A JP07142503 A JP 07142503A JP 14250395 A JP14250395 A JP 14250395A JP 3093958 B2 JP3093958 B2 JP 3093958B2
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  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、遠心及び斜流形の流体
ポンプ、気体用のブロワ、圧縮機などの流体機械に係
り、特に入口案内羽根及びディフューザ羽根付き流体機
械に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fluid machine such as a centrifugal or diagonal fluid pump, a blower for gas, a compressor, and the like, and more particularly to a fluid machine having inlet guide vanes and diffuser vanes.

【0002】[0002]

【従来の技術とその課題】従来、遠心及び斜流のポンプ
を設計点以外の流量域で運転すると、羽根車、ディフュ
ーザなどの各構成要素で流れの剥離等が発生し、これら
の原因によって、当該ポンプの効率が、設計点流量のそ
れと比べて低下する欠点があった。
2. Description of the Related Art Conventionally, when a centrifugal or mixed flow pump is operated in a flow rate region other than the design point, flow separation occurs in each component such as an impeller and a diffuser. There is a disadvantage that the efficiency of the pump is reduced as compared with the design point flow rate.

【0003】これを解決するためには、入口案内羽根や
ディフューザ羽根を可変にして、羽根車に流入する流れ
や羽根車から流出する流れにこれらの案内羽根を最適に
適合するように、各案内羽根の角度を調節して性能を向
上させる試みがなされてきた。
[0003] In order to solve this problem, the inlet guide vanes and diffuser vanes are made variable so that each guide vane can be optimally adapted to the flow flowing into and out of the impeller. Attempts have been made to improve performance by adjusting the angle of the blades.

【0004】その代表的なものとして特公平4−181
58号、特公平4−18159号、特開昭63−239
398号、特開昭63−230999号がある。しか
し、これらは、入口案内羽根、ディフューザ羽根の種々
の角度における圧縮機全体性能を無次元化した特性とし
て把握しておく必要があり、さらに当該圧縮機を装置に
組み込んで最適な案内羽根の角度を算出する場合、角度
を変えた数点で圧縮機全体性能を計測しないと最適点が
決定できず、案内羽根角度を確定するまでに時間が掛か
る欠点があった。また、制御方法が非常に複雑になり、
装置のコストと制御用ソフトに多大なコストが掛かる欠
点があった。
A typical example is Japanese Patent Publication No. 4-181.
No. 58, Japanese Patent Publication No. 4-18159, JP-A-63-239
398 and JP-A-63-230999. However, it is necessary to grasp the overall performance of the compressor at various angles of the inlet guide vane and the diffuser vane as a dimensionless characteristic. When calculating the angle, the optimum point cannot be determined unless the overall performance of the compressor is measured at several points where the angle is changed, and it takes a long time to determine the guide blade angle. Also, the control method becomes very complicated,
There is a disadvantage that the cost of the apparatus and the control software are very high.

【0005】一方、羽根車出口の流れ角度を算出する方
法として特開平4−81598号がある。この方法では
流れ角度を算出する方法にいくつかの仮定が入るのと、
一般に羽根車出口では流れが歪むために壁面の静圧から
流れ角度を算出することに無理があり、さらに流れが不
安定となる領域では、精度上に問題があるなどの欠点が
多かった。
On the other hand, as a method of calculating the flow angle at the exit of the impeller, there is JP-A-4-81598. In this method, there are some assumptions in the method of calculating the flow angle,
In general, at the impeller outlet, the flow is distorted, so that it is impossible to calculate the flow angle from the static pressure on the wall surface. In the region where the flow is unstable, there are many disadvantages such as a problem in accuracy.

【0006】また、入口案内羽根やディフューザ羽根の
角度を変えるとポンプの特性が大幅に変わるために、羽
根車から流出する流れの角度を何らかの方法で把握する
手段を用いない場合は、各案内羽根の角度ごとに性能試
験を前もって詳細に行い、この試験結果をもとに入口案
内羽根やディフューザ羽根の角度を決めるという方法が
取られてきた。
If the angle of the inlet guide vane or the diffuser vane is changed, the characteristics of the pump will be greatly changed. A method has been adopted in which a performance test is performed in detail for each of the angles in advance, and the angles of the entrance guide blades and the diffuser blades are determined based on the test results.

【0007】さらに、この方法を用いてポンプの運転を
自動制御する場合、入口案内羽根やディフューザ羽根の
角度を、少なくとも3回は変えて(特公平4−1815
9号)、当該ポンプのその時点での運転状態を把握し
て、入口案内羽根やディフューザ羽根の角度を決定する
方法を取らねばならず、設定までの時間がかかり、特に
サージング点付近の運転などのように瞬時に状態を決定
しなければならない運転点では問題が多かった。また、
回転数が変わるような制御ではこれらの制御がさらに難
しくなり、制御装置も高級になり、装置のコストと制御
ソフトのコストがかかる欠点があった。
Furthermore, when the operation of the pump is automatically controlled by using this method, the angles of the inlet guide vanes and the diffuser vanes are changed at least three times (Japanese Patent Publication No. 4-1815).
No. 9), it is necessary to determine the angle of the inlet guide vanes and diffuser vanes by grasping the operating state of the pump at that point in time, and it takes time to set the pump, especially in the vicinity of the surging point, etc. There are many problems at the operating point where the state must be determined instantaneously as described above. Also,
In the control in which the number of revolutions is changed, these controls are more difficult, and the control device is expensive, and the cost of the device and the cost of the control software are high.

【0008】本発明は上述の事情に鑑みなされたもの
で、流体機械を設計点流量以外の流量域で運転したとき
に発生する不安定現象を回避して流体機械を広い流量範
囲で運転できる可変案内羽根付き流体機械を提供するこ
とを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and has a variable configuration capable of operating a fluid machine in a wide flow range while avoiding an unstable phenomenon that occurs when the fluid machine is operated in a flow range other than a design point flow rate. It is an object to provide a fluid machine with guide vanes.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、入口案内羽根とディフューザ羽根を具備した流体機
械において、必要とされる流体機械の運転状態を入力す
る入力装置と、該入力装置によって入力された運転状態
が達成できるように、検出された吸込流量とヘッドとか
ら入口案内羽根の角度を算出する演算処理装置と、上記
入口案内羽根を算出された角度に駆動制御する第1制御
駆動装置とを備え、上記演算処理装置を、基準の流量・
圧力係数特性曲線と要求される運転点を通る特定の曲線
との交点、及び要求される運転点の流量圧力係数に基づ
き、入口案内羽根角度を決定することを特徴とする可変
案内羽根付き流体機械である。これにより、演算処理装
置において、基準の流量・圧力係数特性曲線と要求され
る運転点を通る特定の曲線との交点、及び要求される運
転点の流量圧力係数に基づいて入口案内羽根角度が決定
され、これに基づき第1制御駆動装置が入口案内羽根を
算出された角度に駆動制御して、入力装置から入力され
た必要な運転状態が達成される。また、上記演算処理装
置において予め求められた吸込流量とディフューザ羽根
角度との関係に基づいてディフューザ羽根角度を決定
し、さらに上記ディフューザ羽根を上記演算処理装置に
おいて決定した角度に駆動制御する第2制御駆動装置を
有するようにしてもよい。これにより、上記演算処理装
置において、予め求められた吸込流量とディフューザ羽
根角度との関係に基づいてディフューザ羽根角度が決定
され、第2駆動制御装置によってディフューザ羽根が決
定された角度に駆動制御される。上記吸込流量とディフ
ューザ羽根角度の関係を、ほぼ直線的な関係にしてもよ
い。これにより、吸込流量とディフューザ羽根角度の関
係がほぼ直線的な関係として与えられる。また、上記直
線関係を、羽根車の回転数によって勾配を決めるように
してもよい。これにより、上記直線関係が、羽根車の回
転数によって勾配が決まる。さらに、流体機械の回転数
制御を行う第3制御駆動装置を具備してもよい。これに
より、上記第1又は第2の駆動制御装置による制御に加
え、第3駆動制御装置により流体機械の回転数制御が行
われ、これにより入力装置から入力された必要な運転状
態が達成される。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an input device for inputting a required operating state of a fluid machine in a fluid machine having an inlet guide vane and a diffuser vane, and the input device. And an arithmetic processing unit for calculating the angle of the inlet guide blade from the detected suction flow rate and the head so as to achieve the operating state input by the controller, and a first control for driving and controlling the inlet guide blade to the calculated angle. And a driving device, and the arithmetic processing device is provided with a reference flow rate
Pressure coefficient characteristic curve and a specific curve through the required operating point
And the required operating point flow pressure coefficient.
A fluid machine with variable guide vanes characterized by determining an inlet guide vane angle . This ensures that the processing unit, the intersection with a particular curve passing through the operating point and the required reference flow rate and pressure coefficient curve, and the inlet guide vane angle based on the flow rate pressure coefficient of the required operating point It is determined, and based on this, the 1st control drive device drives and controls the entrance guide blade to the calculated angle, and the required operating state input from the input device is achieved. Further, a second control for determining the diffuser blade angle based on the relationship between the suction flow rate and the diffuser blade angle previously determined in the arithmetic processing device, and further controlling the drive of the diffuser blade to the angle determined in the arithmetic processing device. You may make it have a drive device. Thereby, in the arithmetic processing unit, the diffuser blade angle is determined based on the relationship between the suction flow rate and the diffuser blade angle determined in advance, and the second drive control device drives and controls the diffuser blade to the determined angle. . The relationship between the suction flow rate and the diffuser blade angle may be a substantially linear relationship. Thus, the relationship between the suction flow rate and the diffuser blade angle is given as a substantially linear relationship. Further, the gradient of the linear relationship may be determined by the rotation speed of the impeller. Thus, the gradient of the linear relationship is determined by the rotation speed of the impeller. Further, a third control drive device for controlling the rotation speed of the fluid machine may be provided. As a result, in addition to the control by the first or second drive control device, the rotation speed control of the fluid machine is performed by the third drive control device, whereby the necessary operating state input from the input device is achieved. .

【0010】[0010]

【作用】請求項1に記載の発明においては、演算処理装
置が、検出された吸込流量とヘッドとから入口案内羽根
の角度を算出し、第1制御駆動装置が入口案内羽根を算
出された角度に駆動制御し、これにより、入力装置から
入力された必要な運転状態が達成される。
According to the first aspect of the present invention, the arithmetic processing unit calculates the angle of the inlet guide blade from the detected suction flow rate and the head, and the first control drive unit calculates the angle of the inlet guide blade. In this way, the required operating state input from the input device is achieved.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明に係る可変案内羽根付き流体機
械の一実施例を図1乃至図9を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of a fluid machine with variable guide vanes according to the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0012】図1及び図2は、本発明が適用される単段
遠心圧縮機を示す図であり、図1はその縦断面図、図2
はその部分側面図である。これは、吸込配管1からの流
体に羽根車2によって運動エネルギーを与え、これをデ
ィフューザ3に送って昇圧し、スクロール4から吐出配
管5に送り出すものである。吸込配管1には、扇状の入
口案内羽根6が周方向に複数配置され、これには、伝達
機構7を介してアクチュエータ8が連結されている。下
流側のディフューザ3にはディフューザ羽根3aが配置
され、これも伝達機構9を介してアクチュエータ10に
接続されている。吸込配管1には、吸込流量を測定する
ための流量センサ11が設けられ、吐出配管5には、吐
出圧力(ヘッド)を測定するための圧力センサ12が設
けられている。2つのアクチュエータ8,10を制御す
る制御装置13が設けられており、流量センサ11及び
圧力センサ12の出力端子がこれに接続されている。
FIGS. 1 and 2 are views showing a single-stage centrifugal compressor to which the present invention is applied. FIG.
Is a partial side view thereof. The impeller 2 gives kinetic energy to the fluid from the suction pipe 1 and sends it to the diffuser 3 to increase the pressure, and sends it out of the scroll 4 to the discharge pipe 5. A plurality of fan-shaped inlet guide vanes 6 are arranged in the suction pipe 1 in the circumferential direction, and an actuator 8 is connected to the inlet guide vanes 6 via a transmission mechanism 7. A diffuser blade 3 a is arranged on the diffuser 3 on the downstream side, and is also connected to an actuator 10 via a transmission mechanism 9. The suction pipe 1 is provided with a flow rate sensor 11 for measuring a suction flow rate, and the discharge pipe 5 is provided with a pressure sensor 12 for measuring a discharge pressure (head). A control device 13 for controlling the two actuators 8 and 10 is provided, and output terminals of the flow sensor 11 and the pressure sensor 12 are connected thereto.

【0013】図3は、制御装置の構成を示すブロック図
である。この図に示されるように、可変案内羽根付き流
体機械は、流体機械の回転数、吸込流量及びヘッド上昇
を測定算出し、吸込流量による最適なディフューザ羽根
3aの角度を決定する演算部21と、入口案内羽根6が
全開のときの流体機械性能を前もって記憶しておく記憶
部22とからなる演算処理装置Uを有し、さらに、必要
とされる流体機械の運転状態を入力する入力装置23、
入口案内羽根6を可変制御する第1制御駆動装置24、
ディフューザ羽根3aを可変制御する第2制御駆動装置
25、羽根車2の回転数、即ち流体機械の回転数を制御
する第3制御駆動装置26を備えている。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the control device. As shown in this figure, the fluid machine with variable guide vanes measures and calculates the rotation speed, suction flow rate, and head elevation of the fluid machine, and determines an optimal angle of the diffuser blade 3a based on the suction flow rate, A storage unit 22 for storing in advance the fluid machine performance when the inlet guide vanes 6 are fully opened; and a storage unit 22 for further storing an input unit 23 for inputting a required operating state of the fluid machine.
A first control drive device 24 that variably controls the inlet guide blade 6;
A second control drive device 25 for variably controlling the diffuser blades 3a and a third control drive device 26 for controlling the rotation speed of the impeller 2, that is, the rotation speed of the fluid machine, are provided.

【0014】本流体機械では、入力装置23によって入
力された要求性能が発揮できるように、演算部21と記
憶部22とからなる演算処理装置Uを用い、入口案内羽
根6の角度を算出して入口案内羽根6を駆動制御し、吸
込流量によって決定される最適ディフューザ羽根角度
(後述する)になるようにディフューザ羽根3aを駆動
制御し、さらに、回転数を駆動制御して運転するように
なっている。
In this fluid machine, the angle of the entrance guide blade 6 is calculated by using an arithmetic processing unit U including an arithmetic unit 21 and a storage unit 22 so that the required performance input by the input device 23 can be exhibited. Drive control of the inlet guide blade 6, drive control of the diffuser blade 3a so as to have an optimum diffuser blade angle (described later) determined by the suction flow rate, and further drive control of the number of rotations to drive the operation. I have.

【0015】図4は、制御装置において、入口案内羽根
6を流体機械の要求性能を発揮できるように設定し、さ
らにディフューザ羽根3aを駆動制御してサージングを
防止しつつ安定な運転を行なうためのフローチャートを
示すものである。入口案内羽根6の設定では、羽根車2
の回転数N、要求される流量Q及びヘッドHに対応する
入口案内羽根の角度αを決定する。
FIG. 4 shows a control device for setting the inlet guide vanes 6 so as to exhibit the required performance of the fluid machine, and for controlling the operation of the diffuser vanes 3a to perform a stable operation while preventing surging. It shows a flowchart. In the setting of the entrance guide blade 6, the impeller 2
Of the inlet guide vanes corresponding to the rotation speed N, the required flow rate Q, and the head H are determined.

【0016】まず、回転数が変更可能な流体機械である
場合には、事前に適当な回転数を設定しておく。ステッ
プ1で、要求する流量Q、ヘッドHを入力し、ステップ
2で流量係数φ、圧力係数ψを計算する。次に、ステッ
プ3で流量係数φ、圧力係数ψを通る2次曲線係数を算
出し、ステップ4で入口案内羽根0度のときの特性との
交点φ′,ψ′を計算して、ステップ5で次式から入口
案内羽根の角度を算出する(kは定数)。 α=arctan(k(ψ′−ψ)/φ′) 次に、ステップ6で入口案内羽根角度制御を行い、ステ
ップ7でαが0(全開)か否かを判定する。0でない場
合には、ステップ9でヘッド、流量を測定して、φ”,
ψ”を計算する。次に、ステップ10でヘッドHが適正
値か否かを判定し、適正値でない場合には、ステップ1
1でα′を計算し、さらにステップ12で(α−α′)
を計算し、次にステップ6に戻る。
First, in the case of a fluid machine whose rotation speed can be changed, an appropriate rotation speed is set in advance. In step 1, the required flow rate Q and head H are input, and in step 2, the flow coefficient φ and the pressure coefficient ψ are calculated. Next, in step 3, a quadratic curve coefficient passing through the flow coefficient φ and the pressure coefficient 、 is calculated. In step 4, the intersections φ ′ and ψ ′ with the characteristic when the inlet guide vane is at 0 ° are calculated, and in step 5 Then, the angle of the entrance guide blade is calculated from the following equation (k is a constant). α = arctan (k (ψ′−ψ) / φ ′) Next, at step 6, the entrance guide vane angle control is performed, and at step 7, it is determined whether or not α is 0 (fully open). If it is not 0, the head and the flow rate are measured in step 9 and φ ″,
Then, it is determined in step 10 whether or not the head H has an appropriate value.
In step 12, α ′ is calculated, and in step 12, (α−α ′)
And then return to step 6.

【0017】ステップ6でαが0の場合には、回転数が
変更できない場合はそのような要求が達成されないの
で、ステップ1に戻り、設定を変更する。回転数変更可
能な場合には、ステップ8で回転数の変更を行い、ステ
ップ9に行く。ステップ10においてヘッドHが適正値
である場合には、ステップ13以降の工程で、ディフュ
ーザ羽根3aを駆動制御する。すなわち、ステップ9で
測定された吸込流量に基づいて、ステップ13で図7に
示す無次元吸込流量とディフューザ羽根角度との関係よ
り、ディフューザ羽根角度を決定する。そして、ステッ
プ14でディフューザ羽根角度の変更を行う。その時点
のヘッドと流量を測定し、それに基づいてステップ15
でφ”,ψ”を計算する。次に、ステップ16でヘッド
Hが所定値か否かを判定し、所定値でない場合にはステ
ップ11に戻る。
If α is 0 in step 6, if the number of revolutions cannot be changed, such a request is not satisfied, so the process returns to step 1 to change the setting. If the number of revolutions can be changed, the number of revolutions is changed in step 8 and the procedure goes to step 9. If the head H is at the proper value in step 10, the drive of the diffuser blade 3a is controlled in steps 13 and subsequent steps. That is, based on the suction flow rate measured in step 9, the diffuser blade angle is determined in step 13 from the relationship between the dimensionless suction flow rate and the diffuser blade angle shown in FIG. Then, at step 14, the diffuser blade angle is changed. The head and the flow rate at that time are measured, and step 15
To calculate φ ″, ψ ″. Next, at step 16, it is determined whether or not the head H has a predetermined value. If not, the process returns to step 11.

【0018】ステップ13で用いた図7のグラフは、圧
縮機を用いて得られたデータをまとめたものである。横
軸に各運転点の流量を設計点の流量で無次元化した無次
元流量、縦軸にディフューザ羽根の角度を取って示した
ものである。ここでは、その流量、回転数において羽根
角度を変え、流れが最も安定であるときの羽根角度をプ
ロットした。流れの安定度は、配管やポンプケーシング
に設置した圧力センサの変動を目安とした。
The graph of FIG. 7 used in step 13 summarizes data obtained by using the compressor. The horizontal axis shows the dimensionless flow obtained by dimensioning the flow at each operating point by the flow at the design point, and the vertical axis shows the angle of the diffuser blade. Here, the blade angle was changed at the flow rate and the rotation speed, and the blade angle when the flow was most stable was plotted. The stability of the flow was based on the fluctuation of the pressure sensor installed in the piping or pump casing.

【0019】以下に、上記式の求め方を示す。図5は、
流体機械の特性曲線と抵抗曲線の説明図である。最初の
条件として、入口案内羽根が0度のときの性能は既知と
する。次に、任意要項(与えられた要項)の、流量Q及
びヘッドHから、流量係数φ(4・Q/(π・D2 2・U
2 ))及び圧力係数ψ(g・H/(U2 2))を計算す
る。この任意要項点(φ,ψ)と原点(固定抵抗がある
場合にはその値は既知として、ψ軸の切片の値を求め
る)を通る抵抗曲線を2次曲線と仮定して、この抵抗曲
線の係数を求める。この抵抗曲線と、既知の入口案内羽
根0度のときの特性曲線との交点の座標(φ′,ψ′)
を数値計算等で求める。
The method of obtaining the above equation will be described below. FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a characteristic curve and a resistance curve of the fluid machine. As an initial condition, the performance when the entrance guide vane is at 0 degrees is known. Next, the flow rate coefficient φ (4 · Q / (π · D 2 2 · U) is calculated from the flow rate Q and the head H of the optional requirements (given requirements).
2)) and pressure coefficient ψ (g · H / (U 2 2)) is calculated. Assuming that a resistance curve passing through the arbitrary essential points (φ, ψ) and the origin (if there is a fixed resistance, its value is known, and the value of the intercept of the ψ axis is obtained) as a quadratic curve, this resistance curve Find the coefficient of. Coordinates (φ ′, ψ ′) of the intersection of this resistance curve and the characteristic curve at the known entrance guide vane of 0 °
Is obtained by numerical calculation or the like.

【0020】座標値φ′から、流量Q′を次の式で求め
る。 Q′=φ′・π・D2 2・U2 /4 羽根車入口面積をA1 とすると、次の式から羽根車入口
軸流速度Cm1が求まる。 Cm1=Q′/A1 =φ′・π・D2 2・U2 /(4・
1 ) 流体機械のヘッドH′は、羽根車出口周速U2 と絶対速
度の周方向成分Cu2との積U2 ・Cu2と、羽根車入口周
速U1と絶対速度の周方向成分Cu1 との積U1・Cu1
差から次式で求められる。 H′=(U2・Cu2−U1・Cu1)/g ここで、 ψ′=(g・H′/U2 2)であるから、 ψ′=(U2 ・Cu2−U1 ・Cu1)/U2 2となる。 今、入口案内羽根角度は0度としているので絶対速度の
周方向成分Cu1は0となる。従って、羽根車出口の絶対
速度の周方向速度成分Cu2は次の式で求められる。 Cu2=U2 ・ψ′
From the coordinate value φ ′, the flow rate Q ′ is obtained by the following equation. When Q '= φ' · π · D a 2 2 · U 2/4 impeller inlet area and A 1, it is obtained the impeller inlet axial velocity Cm 1 from the following equation. Cm 1 = Q '/ A 1 = φ' · π · D 2 2 · U 2 / (4 ·
A 1 ) The head H ′ of the fluid machine is composed of a product U 2 · Cu 2 of the circumferential speed U 2 of the impeller outlet and the circumferential component Cu 2 of the absolute speed, and a circumferential direction of the circumferential speed U 1 of the impeller inlet and the absolute speed. from the difference of the product U 1 · Cu 1 with component Cu 1 obtained by the following equation. H ′ = (U 2 .Cu 2 −U 1 .Cu 1 ) / g Here, since ψ ′ = (g · H ′ / U 2 2 ), ψ ′ = (U 2 .Cu 2 −U 1) · Cu 1) / U 2 2 become. Now, since the entrance guide vane angle is set to 0 degree, the circumferential component Cu 1 of the absolute velocity becomes 0. Thus, the circumferential velocity component Cu 2 of the absolute velocity of the impeller outlet is obtained by the following expression. Cu 2 = U 2 · ψ '

【0021】本発明者の研究によれば、羽根車出口での
絶対速度の周方向速度成分Cu2は流量にだけ依存して、
入口案内羽根角度によって変わらないことがわかった。
この結果を用いると、任意要項(与えられた要項)のψ
は、 ψ=(U2 2・ψ′−U1 ・Cu1)/U2 2 =ψ′−U1 ・Cu1/U2 2 と表されるので、羽根車入口での絶対速度の周方向速度
成分Cu1は Cu1=(ψ′−ψ)・U2 2/U1 となる。
According to the study of the present inventor, the circumferential velocity component Cu 2 of the absolute velocity at the impeller outlet depends only on the flow rate,
It turns out that it does not change with the entrance guide blade angle.
By using this result, it is possible to ψ
Is, ψ = (U 2 2 · ψ'-U 1 · Cu 1) / U 2 2 = Since denoted ψ'-U 1 · Cu 1 / U 2 2, the peripheral of the absolute velocity at the impeller inlet The directional velocity component Cu 1 is expressed as Cu 1 = (ψ′−ψ) ・ U 2 2 / U 1 .

【0022】任意要項を満足させるための入口案内羽根
の角度は、羽根車入口での二乗平均径をD1rms とする
と、 α1 =arctan(Cu1/Cm1) =arctan(A1 ・(ψ′−ψ)・U2 /(D2 2・φ′・
1 )) =arctan(A1 ・(ψ′−ψ)/(D2 ・D1rms ・
φ′)) ここで定数kを k=A1 /(D2 ・D1rms ) とすると、 α1 =arctan(k(ψ′−ψ)/φ′) となり、上記式が求められる。
The angle of the inlet guide vane to satisfy any essential point is, when the root mean square diameter at the impeller inlet and D 1 rms, α 1 = arctan (Cu 1 / Cm 1) = arctan (A 1 · ( ψ'-ψ) · U 2 / (D 2 2 · φ '·
U 1 )) = arctan (A 1 · (ψ′-ψ) / (D 2 · D 1 rms ·
φ ′)) Here, assuming that the constant k is k = A 1 / (D 2 · D 1 rms), α 1 = arctan (k (ψ′−φ) / φ ′), and the above equation is obtained.

【0023】図6は、演算処理装置Uにおいてディフュ
ーザ羽根角度を決定する方法を説明する図である。ポン
プの場合は、回転数を変えたときの無次元吸込流量に対
する羽根車出口でのディフューザ羽根の最適角度は、ほ
ぼ一本の直線で表され(図6の直線N1 )、すなわち、
流量と最適羽根角度は比例する。圧縮機の場合は、ガス
の圧縮性のために回転数ごとに直線の傾きは異なる(図
6の直線N1 〜N4)。
FIG. 6 is a diagram for explaining a method of determining the diffuser blade angle in the arithmetic processing unit U. In the case of a pump, the optimum angle of the diffuser blade at the impeller outlet with respect to the dimensionless suction flow rate when the rotation speed is changed is represented by a substantially single straight line (straight line N 1 in FIG. 6), that is,
The flow rate and the optimal blade angle are proportional. If the compressor is the slope of the line for each rotational speed for compression of the gas it is different (linear N 1 to N 4 in FIG. 6).

【0024】図7は、図6のグラフの裏付けのデータで
あり、本発明者が圧縮機を用いて得たデータをまとめた
ものである。横軸は、各運転点の流量を設計点の流量で
無次元化した無次元流量、縦軸は本発明によるディフュ
ーザ羽根の角度を取って示している。ここでは、その流
量、回転数において羽根角度を変え、流れが最も安定で
あるときの羽根角度をプロットした。流れの安定度は、
配管やポンプケーシングに設置した圧力センサの変動を
目安とした。この図で、○印は羽根車の周速マッハ数が
1.21で、入口案内羽根の角度が0度の時、□印は羽
根車の周速マッハ数が0.87で、入口案内羽根の角度
が0度の時、△印は羽根車の周速マッハ数が0.87
で、入口案内羽根の角度が60度の時の実験結果をプロ
ットしたものである。
FIG. 7 is data supporting the graph of FIG. 6, and summarizes data obtained by the inventor using a compressor. The horizontal axis represents the dimensionless flow rate obtained by dimensioning the flow rate at each operating point by the flow rate at the design point, and the vertical axis represents the angle of the diffuser blade according to the present invention. Here, the blade angle was changed at the flow rate and the rotation speed, and the blade angle when the flow was most stable was plotted. The flow stability is
The fluctuation of the pressure sensor installed in the piping or pump casing was used as a guide. In this figure, the mark ○ indicates that the peripheral speed Mach number of the impeller is 1.21 and the angle of the inlet guide blade is 0 degree, and the mark □ indicates that the peripheral speed Mach number of the impeller is 0.87 and the inlet guide blade is When the angle is 0 degrees, the mark △ indicates that the peripheral speed Mach number of the impeller is 0.87.
9 is a plot of an experimental result when the angle of the entrance guide blade is 60 degrees.

【0025】演算処理装置Uでは、このグラフに沿って
羽根車2の回転速度及び吸込流量から最適ディフューザ
羽根角度を決定する。圧縮機の場合、まず、羽根車の周
速マッハ数、即ち回転数によって基準とすべき直線の傾
きが決定される。この傾きは羽根車出口の状態を予測す
ることにより計算で求めることができる。ポンプの場合
には対象の流体が非圧縮性であるので、一つの直線でよ
い。次に、測定された流量に応じてディフューザの羽根
角度が決定される。回転数が同じ場合、入口案内羽根の
角度が変わってもディフューザ羽根の角度は変わらな
い。
The arithmetic processing unit U determines the optimum diffuser blade angle from the rotation speed and the suction flow rate of the impeller 2 along this graph. In the case of a compressor, first, the gradient of a straight line to be used as a reference is determined based on the peripheral speed Mach number of the impeller, that is, the rotation speed. This inclination can be obtained by calculation by predicting the state of the impeller exit. In the case of a pump, one straight line may be used because the target fluid is incompressible. Next, the blade angle of the diffuser is determined according to the measured flow rate. When the rotation speed is the same, the angle of the diffuser blade does not change even if the angle of the inlet guide blade changes.

【0026】このようにしてディフューザ羽根を制御し
てもヘッドが所定値を満足しない場合は、さらに回転数
をも制御して不安定状態を回避しながら運転される。従
って、いかなる状態でも当該圧縮機の無次元流量さえわ
かればディフューザ羽根の角度を羽根車出口流れに最適
に合致させて運転することが可能となった。
If the head does not satisfy the predetermined value even when the diffuser blades are controlled in this way, the operation is further performed while controlling the rotation speed to avoid an unstable state. Therefore, in any state, if the dimensionless flow rate of the compressor is known, the operation can be performed with the angle of the diffuser blade optimally matched to the flow at the exit of the impeller.

【0027】このように、本実施例では、入力装置23
によって入力された要求性能が発揮できるように入口案
内羽根6の角度を算出して、入口案内羽根6を駆動制御
して運転がされる。入口案内羽根6の角度を変えると羽
根車内の流れ状態が変わり、従って、羽根車出口流れ状
態も変わるが、圧縮機の無次元吸込流量を測定し、図6
の関係に従ってディフューザ羽根3aの最適角度が一義
的に決定される。
As described above, in this embodiment, the input device 23
Is calculated by calculating the angle of the inlet guide blade 6 so that the required performance input can be exhibited, and the drive is performed by controlling the drive of the inlet guide blade 6. When the angle of the inlet guide vanes 6 is changed, the flow state inside the impeller changes, and therefore the flow state at the impeller outlet also changes. However, the dimensionless suction flow rate of the compressor was measured, and FIG.
The optimal angle of the diffuser blade 3a is uniquely determined according to the relationship.

【0028】図8に一例として、横軸はこの装置を取付
けた遠心圧縮機の無次元流量、縦軸は上から圧力係数及
び効率をとって、この装置を取付けた遠心圧縮機の性能
を示すが、広い運転範囲で高効率な運転ができることが
確認された。
As an example in FIG. 8, the horizontal axis represents the dimensionless flow rate of the centrifugal compressor equipped with this device, and the vertical axis represents the performance of the centrifugal compressor equipped with this device, taking the pressure coefficient and efficiency from above. However, it was confirmed that highly efficient operation was possible in a wide operation range.

【0029】図9に、ディフューザ羽根を固定して、入
口案内羽根だけを可変にした場合の遠心圧縮機の全体性
能を示すが、図8に示す本発明による装置の性能はこの
図に比べて大流量,小流量とも、性能が大幅に改善され
ていることが分かり、本発明による効果が明らかであ
る。
FIG. 9 shows the overall performance of the centrifugal compressor when the diffuser blades are fixed and only the inlet guide blades are variable. The performance of the apparatus according to the present invention shown in FIG. It can be seen that the performance is greatly improved for both large flow rates and small flow rates, and the effect of the present invention is clear.

【0030】図1乃至図8に図示した実施例において
は、制御駆動装置を第1、第2、第3制御駆動装置に機
能別に分離したが、1つの制御駆動装置としてもよい。
In the embodiment shown in FIGS. 1 to 8, the control drive device is divided into the first, second and third control drive devices according to their functions, but may be one control drive device.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、流
体機械を設計点流量以外の流量域で運転したときに発生
する不安定現象を回避して、流体機械を広い流量範囲で
安定に運転することができる。
As described above, according to the present invention, the fluid machine can be operated stably in a wide flow rate range by avoiding an unstable phenomenon that occurs when the fluid machine is operated in a flow rate range other than the design point flow rate. Can drive.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の可変案内羽根付き流体機械の一例であ
る単段遠心圧縮機を示す縦断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a single-stage centrifugal compressor which is an example of a fluid machine with variable guide blades according to the present invention.

【図2】本発明の可変案内羽根付き流体機械の一例であ
る単段遠心圧縮機を示す部分側面図である。
FIG. 2 is a partial side view showing a single-stage centrifugal compressor which is an example of a fluid machine with variable guide blades according to the present invention.

【図3】本発明に係る可変案内羽根付き流体機械の一実
施例を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing one embodiment of a fluid machine with variable guide blades according to the present invention.

【図4】本発明の可変案内羽根付き流体機械の処理手順
を示すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure of the fluid machine with variable guide vanes of the present invention.

【図5】流体機械の特性曲線と抵抗曲線の説明図であ
る。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a characteristic curve and a resistance curve of the fluid machine.

【図6】無次元流量とディフューザ羽根角度との関係を
示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a dimensionless flow rate and a diffuser blade angle.

【図7】図7の裏付けとなるデータを示す図である。FIG. 7 is a view showing data supporting the data shown in FIG. 7;

【図8】本発明の装置の無次元流量と効率及びヘッド係
数との関係を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the dimensionless flow rate, the efficiency, and the head coefficient of the apparatus of the present invention.

【図9】従来の装置の無次元流量と効率及びヘッド係数
との関係を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a dimensionless flow rate, efficiency, and a head coefficient of a conventional device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 演算部 2 記憶部 3 入力装置 4 入口案内羽根 5 第1制御駆動装置 6 ディフューザ羽根 7 第2制御駆動装置 8 羽根車 9 第3制御駆動装置 U 演算処理装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Operation part 2 Storage part 3 Input device 4 Entrance guide blade 5 First control drive device 6 Diffuser blade 7 Second control drive device 8 Impeller 9 Third control drive device U Processing device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F04D 27/02 F04D 27/00 101 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) F04D 27/02 F04D 27/00 101

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 入口案内羽根を具備した流体機械におい
て、 必要とされる流体機械の運転状態を入力する入力装置
と、 該入力装置によって入力された運転状態が達成できるよ
うに、検出された吸込流量とヘッドとから入口案内羽根
の角度を算出する演算処理装置と、 上記入口案内羽根を算出された角度に駆動制御する第1
制御駆動装置とを備え 上記演算処理装置は、基準の
流量・圧力係数特性曲線と要求される運転点を通る特定
の曲線との交点、及び要求される運転点の流量圧力係数
に基づき、入口案内羽根角度を決定することを特徴とす
る可変案内羽根付き流体機械。
An input device for inputting a required operating state of a fluid machine in a fluid machine having inlet guide vanes, and a suction detected so as to achieve the operating state input by the input device. An arithmetic processing unit for calculating the angle of the inlet guide blade from the flow rate and the head; and a first drive control for driving the inlet guide blade to the calculated angle.
And a control drive device , wherein the arithmetic processing device is
Specification through flow rate / pressure coefficient characteristic curve and required operating point
Intersection with the curve and the required operating point flow pressure coefficient
A fluid machine with variable guide vanes, characterized in that an inlet guide vane angle is determined based on the following .
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