JP3720217B2 - Centrifugal compressor - Google Patents

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JP3720217B2
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博美 小林
秀夫 西田
要一 田中
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株式会社 日立インダストリイズ
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、比較的高圧で小容量のガスを取り扱うにあたっての流体性能および信頼性を向上させた羽根車およびディフューザを備える遠心圧縮機に関する。
【0002】
【従来の技術】
遠心圧縮機用ディフューザは大きく分けるとベーンレスディフューザとベーン付きディフューザに分類され、それぞれ機能的にメリット・デメリットを有するものとなっている。
【0003】
まず、回転する羽根車から吐出される流れの方向は流量と共に変化するので、運転状態および流量が広い範囲に変化する遠心圧縮機にはベーンレスディフューザがよく用いられる。
【0004】
しかし、取扱い流量の小さい、いわゆる低比速度の圧縮機に適用した場合には、羽根車は設計上その流出角、すなわちディフューザ入口流れ角が小さくなり、また流路の高さは低くなるため、ディフューザにベーンレスディフューザを用いると、摩擦損失が大きくなり、効率が低下するという問題がある。
【0005】
またベーンレスディフューザの場合、低比速度の圧縮機においては、多くの場合ベーンレスディフューザで旋回失速が発生し、高圧の流体を取り扱う圧縮機では旋回失速による流体加振により作動範囲が制約されるという問題があった。
【0006】
一方、ベーン付きディフューザにおいては、羽根車を流出した流れがある程度減速し、羽根出口の後流を一様化するためのベーンレスディフューザ区間を設けるために、羽根出口外周半径R1とディフューザベーン前縁径R3の間に一定の距離δを取った構成が多く見られる。
【0007】
例として米国特許No.3,771,925および米国特許No.3,824,029にはこの距離δを十分に取ると同等にベーンレスディフューザ区間を形成した構成にある遠心圧縮機が見られる。
【0008】
まず米国特許No.3,771,925に開示されている遠心圧縮機においては、羽根車が側板を持たないオープン形のものであって芯板外径を羽根出口外周径よりも大きくし、羽根出口外周とディフューザのベーン前縁の間を広くして、この間の減速により衝撃波を緩和することを狙っている。
【0009】
次に米国特許No.3,824,029に開示されている遠心圧縮機においては、羽根車の芯板および側板の外径を羽根出口外周径よりもかなり大きくし、この回転流路部分で減速させ、その出口直後に流体を導入するためのスクロールを配置している。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記の距離δを大きく取りすぎた場合には、前記のベーンレスディフューザに近い構成となるため、旋回失速が問題となるような低比速度段での使用においてディフューザ入口流れ角が小さくなり、特に壁面近くの流体は羽根車出口を境として半径方向の圧力勾配が急に高くなることによって壁面付近の流れは羽根車出口へ逆流しやすくなる。この逆流はまた旋回失速の引き金になると考えられており、このようなディフューザ、つまり距離δを大きく取りすぎた構成では旋回失速の抑制が十分でないものとなる。
【0011】
そこで上記の壁面付近の逆流を防止する意味で、ディフューザベーン前縁半径R3と羽根車外周半径R2との比、すなわちディフューザベーン前縁半径比R3/R2を小さくすることによって、羽根車出口直後の主流をディフューザベーンで拘束させ、逆流が発生する部分をなくす方法が考えられる。
【0012】
しかしこの方法は旋回失速を防止するには有効であるが、一方で従来の一般的な構成にある羽根車においては羽根出口外周半径R1と羽根車外周半径R2が等しいためディフューザベーンの前縁半径比R3/R2が小さくなると、その間の羽根出口外周半径R1とディフューザベーン前縁径R3の間の距離δも小さくなり、羽根車を出た直後の高速の気流がディフューザベーンに衝突し、騒音が大きくなったりあるいは振動の原因になる可能性がある。
【0013】
逆に言えば、距離δを小さくすることなく、ディフューザベーンの前縁半径比R3/R2を小さくして旋回失速を防止することができれば、より低騒音で信頼性の高い遠心圧縮機を提供することができる。
【0014】
ここで距離δを十分に取ると同等にベーンレスディフューザ区間を形成した遠心圧縮機の例にある上記従来技術について検討する。
【0015】
まず米国特許No.3,771,925については旋回失速に対して全く考慮しておらず、衝撃波対策のため芯板のみ円板の径を大きくはしているが、そのためディフューザベーン前縁との距離も長く、そして側板のないオープン形の羽根車であるため側板側での逆流が旋回失速の原因となる可能性が高く、この公知例では旋回失速防止には効果的でない。
【0016】
次に米国特許No.3,824,029については芯板、側板の両方の円板外径を大きくすることで、回転流路部分での効果的な減速を狙ってはいるが、しかしベーン付きディフューザに比べるとその減速は小さく、効率は高くない。またディフューザの機能をすべて回転流路で構成するには、芯板、側板の両方の円板外径を羽根出口外周径に比べてかなり大きくする必要があるが、大きくしすぎると遠心応力による強度上の制約が生じるため、実用的でないという問題がある。
【0017】
以上のように特に低比速度の遠心圧縮機においては、効率などの性能のほかにディフューザで発生する旋回失速の防止、および低騒音・低振動の高い信頼性が要求されるが、上記従来の技術ではこれらを同時に全て満足するには至っていないという問題があった。
【0018】
したがって上記問題点に鑑み本発明の課題は、特に比較的低比速度・高圧の範囲での作動を前提とし、ディフューザで発生する旋回失速を防止し、高効率で、低騒音・低振動の信頼性の高い遠心圧縮機を提供することである。
【0019】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明による遠心圧縮機は次の構成を採用する。
【0020】
(1)芯板と側板の2つの円板とその間に狭設された複数の羽根からなる遠心羽根車と、該遠心羽根車の外周側下流に複数の静止ベーンを内設するベーン付きディフューザを備えた遠心圧縮機において、該遠心羽根車の羽根出口外周径よりも該芯板および該側板の円板外径を大きくし、該静止ベーンをその前縁内周径が該遠心羽根車の該芯板および該側板の円板外周に近接するよう設置し、前記遠心羽根車の羽根出口外周径R1と前記静止ベーンの前縁内周径R3の比R3/R1を1.1以下にした構成とする。
【0021】
このように構成することにより本発明は、羽根車の羽根出口とディフューザのベーン前縁の間に所定の半径方向距離をとり、羽根車とディフューザベーンの干渉作用を弱くすることとなり、羽根車出口流れがディフューザに流入する際の騒音や振動を低く抑えることができる。
【0022】
さらに羽根出口直後を羽根車の芯板および側板からなる回転流路(回転ディフューザ)で構成することにより、回転壁面付近の流体には遠心力が作用し、この部分が静止壁において発生しやすい回転壁面への逆流・剥離を抑制する、すなわち旋回失速の発生を抑える作用をする。
【0023】
そしてこの回転流路部分を通過した流れは、その直後にディフューザベーンに流入するため、ここではベーンにより流れは転向・減速する。つまり旋回失速の引き金となる壁面近傍の逆流を抑制しつつ、効果的に流れを減速・圧縮することができる。
【0024】
また、前記遠心羽根車の羽根出口外周径R1と前記静止ベーンの前縁内周径R3の比R3/R1を1.1以下にすることで、芯板・側板の遠心応力による強度的制約を問題とせずに、旋回失速を抑制することが可能となる。
【0025】
(2)また、本発明は、芯板と側板の2つの円板とその間に狭設された複数の羽根からなる遠心羽根車と、該遠心羽根車の外周側下流に複数の静止ベーンを内設するベーン付きディフューザを備えた遠心圧縮機において、該遠心羽根車の羽根出口外周径よりも該芯板および該側板の円板外径を大きくし、該静止ベーンをその前縁内周径が該遠心羽根車の該芯板および該側板の円板外周に近接するよう設置し、前記遠心羽根車の前記芯板と前記側板の2つの円板のいずれか一方の円板外径を他方よりも小さくし、前記静止ベーンをその前縁内周径が該芯板および該側板の両円板外周に近接するよう前縁を傾斜させて設置した構成とする
このように構成することにより、上記(1)の基本作用が得られるとともに、羽根車出口流れがディフューザベーン前縁に達するまでのタイミングがベーン高さ方向によって変わるため発生する衝撃が分散されることとなり、全体の騒音・振動を低減させることが可能となる。
【0026】
このように構成することにより、羽根車出口流れがディフューザベーン前縁に達するまでのタイミングがベーン高さ方向によって変わるため発生する衝撃が分散されることとなり、全体の騒音・振動を低減させることが可能となる。
【0027】
)また、上記()においても好ましくは、前記遠心羽根車の羽根出口外周径R1と前記静止ベーンの平均前縁内周径R3mの比R3m/R1を1.1以下にすることで芯板・側板の遠心応力による強度的制約を問題とせずに、旋回失速を抑制することが可能となる。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を説明する。
【0029】
まず図1は本発明を適用した遠心圧縮機のうち多段圧縮機の形態にある場合の軸方向断面図である。この図において、段階的に出口高さの異なる5つの遠心圧縮機が1本の回転軸4に連通して軸設しており、各段の遠心圧縮機間の流体流路にはリターンチャンネル10が設けられ、また各段圧縮機の回転軸4周りにはラビリンスシール12、13により気密シールされた上でケーシング8で覆われている構成となっている。
【0030】
以降、このうちの1段の遠心圧縮機のみに着目して説明する。
【0031】
図2は本実施形態の遠心圧縮機の断面形状を示したもので、回転軸4に羽根車1が取り付けられ、羽根車1は芯板1b、側板1c、複数の羽根1aからなっている。羽根車1の外周には、その羽根車1の芯板1b、側板1cの外縁に近接して複数のベーン2aを備えたベーン付きディフューザ2が設置されている。
【0032】
この図2の羽根車出口付近の詳細を図3に示す。また図3のA−A方向視図を図4に示す。主流3は羽根車1を流出してディフューザ2へ導かれるが、羽根車の羽根1a間を流出した後、ディフューザ2に流入する前に、羽根車1の芯板1bと側板1cで構成される回転流路7内を流れる。
【0033】
この回転流路7では、壁面付近を流れる流体3aには、羽根車1の芯板1bと側板1cとの粘性効果による遠心力が作用し、これにより壁面付近の剥離が抑制される。そして本発明ではこの回転流路7の出口直後にディフューザのベーン2aが配置されているので、羽根車1を出た流れは逆流することなくディフューザベーン2aに導かれて拘束されることで旋回失速の発生が抑制される。
【0034】
また本実施形態では、羽根車1の羽根1a外周とディフューザベーン2aの前縁との間に所定の距離δ1をとることができるので、羽根車1とディフューザベーン2aの干渉作用を弱くし、羽根車出口流れがディフューザ2に流入する際に発生する騒音や振動を低く抑えることができる。
【0035】
なお図3の実施形態において、半径方向隙間距離δ2は物理的に可能な範囲で小さくすることが望ましい。文献(Senoo Y. , Ishida M. :Behavior of Severly Asymmetric Flow In a Vaneless Diffuser,: ASME J. of Engineering for Power, Vol.99(1977-3)によれば、羽根車の後流の影響は羽根出口外周径の1.1倍の位置でほぼ周方向に一様化するといわれている。したがって流れが一様化すればディフューザベーン2aの干渉作用は弱くなるので、ベーン前縁半径比R3/R1は1.1以上にする必要はなくなる。これらより、ディフューザベーンによる流れの減速効果を発揮し、効率を高くするために、羽根車1の羽根1aの外周径R1とベーン2a前縁の半径R3との比、R3/R1は1.1以下にすることが望ましい。
【0036】
このようにR1、R3を選ぶと、羽根車外周半径R2の範囲はR2/R1が1.1以下となり、この範囲であれば、芯板・側板の遠心応力による強度的制約もそれほど問題にならない。
【0037】
図5に示す第2の実施形態では、羽根車1の芯板1eと側板1dのそれぞれの半径R2h、R2sを異なるように設定している。ただし各々の円板の外周とディフューザの前縁までの距離δ2は図2の場合と同程度に小さくし、それに合わせてディフューザのベーン2dの前縁が回転軸方向に対して斜めの形状となっている。その結果すなわちベーン2dの前縁の芯板側の半径R3hと側板側の半径R3sも異なるものとなっている。
【0038】
本発明がおよそ適用を前提としている低比速度・低流量の遠心圧縮機の場合には、羽根車出口直後における流速・流量の分布が壁面表面のごく一部を除いて出口高さ方向に一様であるため、図2または図3に示すようにベーンの前縁が壁面に対して垂直(出口高さ方向・回転軸方向に対して平行)な形状にある場合には、羽根車から流出した流れがベーン前縁の高さ方向に対して同時に衝突することになり、この結果、集中的に最も大きな衝撃が発生することになる。
【0039】
これに対し、図5に示す本実施形態では、図2または図3の実施形態による効果の他に、ディフューザのベーン2dの前縁を回転軸方向に対して斜めにしたことにより、羽根車1を流出した流れがディフューザのベーン2dの前縁に達するまでの距離が、ベーン高さ方向に異なる。これにより流れがベーン2d前縁に衝突するタイミングがベーン高さ方向に変わるため発生する衝撃が(時系列で)分散されることになり、その結果翼通過周波数騒音(羽根車の羽根数×回転周波数の成分の騒音)の発生をも抑制可能となって、ひいては全体の騒音あるいは振動を低くする効果がある。
【0040】
また図5に示している本実施形態では羽根車の芯板1eを側板1dよりも大きな外径で形成し、それに合わせてベーン2d前縁の側板側の内周を芯板側の内周よりも小さく形成した構成としているが、本発明はこれに限定することなく、それら大小関係を全て逆にして構成することも可能であり、同様に騒音・振動を抑制する効果が発揮されるものである。
【0041】
なお図5の本実施形態においても、上記同様の理由により、ディフューザベーンによる流れの減速効果を発揮し、効率を高くするために、羽根車の羽根1aの外周径R1とベーン2d前縁の平均半径R3mとの比、R3m/R1は1.1以下にすることが望ましい。ここでR3mはR3m=(R3s+R3h)/2である。
【0042】
また上記の半径比R3/R1及びR3m/R1の値についてより詳しく述べると、芯板・側板の遠心応力による強度適制約を考慮した場合にはできるだけ1.0に近い低い値に設定したい反面、羽根車からの流れを一様化してディフューザベーンへの干渉作用を弱くしたい場合にはできるだけ高い値に設定したいといった矛盾が生じることになる。
【0043】
実際の設計においてはこれら2つの要素の兼ね合いを計って半径比が設定されるものであり、現在のところ通常の場合には1.05の値が実機の数値として最も望ましく、さらに羽根車の材質に高強度のものを選定した場合などには1.07程度の値が最も望ましいことが解っている。
【0044】
【発明の効果】
本発明によれば、ディフューザとしてベーン付きディフューザを用いている低比速度の遠心圧縮機において、高効率で、かつ羽根車の羽根外周とディフューザのベーンとの間に所定の距離をとることにより、羽根車とディフューザの干渉を抑え、低騒音・低振動を実現するとともに、ディフューザ部で旋回失速を防止する効果があるので、作動範囲が広く信頼性の高い圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した多段圧縮機の軸方向断面図である。
【図2】本発明の実施形態を表す遠心圧縮機の部分断面図である。
【図3】図2の羽根車出口とディフュー部分の詳細部分断面図である。
【図4】図3のA−A方向視図である。
【図5】本発明の第2の実施形態を表す遠心圧縮機の部分断面である。
【符号の説明】
1 羽根車
1a 羽根車の羽根
1b、1e 羽根車の芯板
1c、1d 羽根車の側板
2 ディフューザ
2a、2d ディフューザのベーン
3 主流の方向
3a 壁面近傍を流れる流体の流れ方向
4 回転軸
5 ベーンレスディフューザ
6 回転方向
7 回転流路(回転ディフューザ)部
8 ケーシング
9 軸受け
10 リターンチャンネル
11 吐出スクロール
12、13 ラビリンスシール
R1 羽根出口外周半径
R2 羽根車外周半径
R3 ディフューザベーン前縁半径
δ1 羽根出口とディフューザベーン前縁との隙間距離
δ2 羽根車外周とディフューザベーン前縁との隙間距離
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a centrifugal compressor provided with an impeller and a diffuser that have improved fluid performance and reliability when handling a small volume of gas at a relatively high pressure.
[0002]
[Prior art]
Diffusers for centrifugal compressors can be broadly classified into vaneless diffusers and vaned diffusers, and each has functional advantages and disadvantages.
[0003]
First, since the direction of the flow discharged from the rotating impeller changes with the flow rate, a vaneless diffuser is often used for a centrifugal compressor in which the operating state and the flow rate change over a wide range.
[0004]
However, when applied to a so-called low specific speed compressor with a small handling flow rate, the impeller is designed to reduce its outflow angle, that is, the diffuser inlet flow angle, and the flow path height is low. When a vaneless diffuser is used as a diffuser, there is a problem that friction loss increases and efficiency decreases.
[0005]
In the case of a vaneless diffuser, in a low specific speed compressor, in many cases, a rotating stall occurs in the vaneless diffuser, and in a compressor that handles a high-pressure fluid, the operating range is limited by fluid excitation due to the rotating stall. There was a problem.
[0006]
On the other hand, in the diffuser with vanes, the vane outlet outer peripheral radius R1 and the diffuser vane leading edge are provided in order to provide a vaneless diffuser section in which the flow flowing out of the impeller decelerates to some extent and the wake of the vane outlet becomes uniform. Many configurations have a constant distance δ between the diameters R3.
[0007]
As an example, U.S. Pat. No. 3,771,925 and U.S. Pat. No. 3,824,029 show a centrifugal compressor having a configuration in which a vane-less diffuser section is equally formed if this distance δ is sufficiently taken.
[0008]
First, in the centrifugal compressor disclosed in US Pat. No. 3,771,925, the impeller is an open type having no side plate, the outer diameter of the core plate is larger than the outer diameter of the blade outlet, and the outer periphery of the blade outlet and the diffuser The aim is to reduce the shock wave by widening the space between the leading edges of the vanes and reducing the speed during this period.
[0009]
Next, in the centrifugal compressor disclosed in U.S. Pat. No. 3,824,029, the outer diameter of the impeller core plate and side plate is made considerably larger than the outer diameter of the blade outlet, and is decelerated at this rotating flow path portion. Immediately after that, a scroll for introducing the fluid is arranged.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the distance δ is excessively large, the configuration becomes close to the vaneless diffuser, so that the diffuser inlet flow angle becomes small in use at a low specific speed stage in which turning stall becomes a problem. In particular, the fluid near the wall surface tends to flow backward to the impeller outlet as the pressure gradient in the radial direction suddenly increases at the impeller outlet. This reverse flow is also considered to trigger a turning stall, and such a diffuser, that is, a configuration in which the distance δ is set too large, does not sufficiently suppress the turning stall.
[0011]
Therefore, in order to prevent the backflow near the wall surface, the ratio between the diffuser vane leading edge radius R3 and the impeller outer peripheral radius R2, that is, the diffuser vane leading edge radius ratio R3 / R2 is reduced, so that A method of constraining the mainstream with a diffuser vane and eliminating the portion where backflow occurs can be considered.
[0012]
However, this method is effective in preventing the rotation stall, but in the conventional impeller having the general configuration, the outer radius R1 of the vane outlet is equal to the outer radius R2 of the impeller, and therefore the leading edge radius of the diffuser vane. When the ratio R3 / R2 is reduced, the distance δ between the blade outlet outer peripheral radius R1 and the diffuser vane leading edge radius R3 is also reduced, and a high-speed air flow immediately after exiting the impeller collides with the diffuser vane, resulting in noise. It may become large or cause vibration.
[0013]
In other words, if the diffuser vane leading edge radius ratio R3 / R2 can be reduced to prevent turning stall without reducing the distance δ, a centrifugal compressor with lower noise and higher reliability can be provided. be able to.
[0014]
Here, the above prior art in an example of a centrifugal compressor in which a vane-less diffuser section is equally formed when the distance δ is sufficiently taken into consideration will be examined.
[0015]
First, U.S. Pat.No. 3,771,925 does not take into account turning stall at all, and the diameter of the disk is increased only for the core plate for shock wave countermeasures, but the distance from the leading edge of the diffuser vane is therefore long, And since it is an open type impeller without a side plate, there is a high possibility that a reverse flow on the side plate side will cause a turning stall, and this known example is not effective in preventing turning stall.
[0016]
Next, in US Patent No. 3,824,029, the outer diameter of both the core plate and the side plate is increased, aiming at effective deceleration at the rotating flow path, but compared to the diffuser with vane. The deceleration is small and the efficiency is not high. In addition, in order to configure all the functions of the diffuser with a rotating flow path, it is necessary to make the outer diameters of both the core plate and the side plate considerably larger than the outer diameter of the blade outlet. Due to the above constraints, there is a problem that it is not practical.
[0017]
As described above, particularly in a centrifugal compressor with a low specific speed, in addition to performance such as efficiency, prevention of turning stall generated in the diffuser and high reliability with low noise and low vibration are required. There was a problem that the technology did not satisfy all of these simultaneously.
[0018]
Therefore, in view of the above-mentioned problems, the object of the present invention is to operate in a relatively low specific speed and high pressure range, prevent the turning stall generated in the diffuser, and have high efficiency, low noise and low vibration reliability. It is to provide a highly efficient centrifugal compressor.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the centrifugal compressor according to the present invention adopts the following configuration.
[0020]
(1) A centrifugal impeller composed of two discs of a core plate and a side plate and a plurality of blades narrowed between them, and a diffuser with a vane in which a plurality of stationary vanes are provided downstream on the outer peripheral side of the centrifugal impeller In the centrifugal compressor provided, the outer diameters of the discs of the core plate and the side plates are made larger than the outer diameter of the blade outlet of the centrifugal impeller, and the inner diameter of the leading edge of the stationary vane is the inner diameter of the centrifugal impeller. A configuration in which the ratio R3 / R1 between the outer peripheral diameter R1 of the centrifugal impeller and the inner peripheral diameter R3 of the stationary vane is set to 1.1 or less by being installed close to the outer periphery of the core plate and the side plate. And
[0021]
Thus the present invention by configuring takes a predetermined radial distance between the vane leading edge of the blade outlet diffuser of the impeller, adjacent possible to weaken the interference of the impeller and the diffuser vanes, the impeller outlet Noise and vibration when the flow flows into the diffuser can be kept low.
[0022]
Furthermore, by configuring a rotating flow path (rotating diffuser) consisting of the impeller core plate and side plates immediately after the blade outlet, centrifugal force acts on the fluid near the rotating wall surface, and this part is likely to occur on the stationary wall. It acts to suppress backflow and separation on the wall surface, that is, to suppress the occurrence of turning stall.
[0023]
Since the flow that has passed through the rotating flow path portion flows into the diffuser vane immediately after that, the flow is turned and decelerated by the vane here. That is, it is possible to effectively decelerate and compress the flow while suppressing the backflow in the vicinity of the wall surface that triggers the turning stall.
[0024]
Further, by setting the ratio R3 / R1 before Symbol centrifugal impeller vane exit outside diameter R1 and the stationary vane of the leading edge inner circumferential diameter R3 to 1.1 or less, the strength constraints due to the centrifugal stress of the core plate, the side plate It becomes possible to suppress the turning stall without causing a problem.
[0025]
(2) The present invention also includes a centrifugal impeller composed of two discs, a core plate and a side plate, and a plurality of blades narrowed therebetween, and a plurality of stationary vanes on the outer peripheral side downstream of the centrifugal impeller. In the centrifugal compressor provided with the diffuser with vane to be installed, the outer diameters of the discs of the core plate and the side plate are made larger than the outer diameter of the blade outlet of the centrifugal impeller, and the inner diameter of the front edge of the stationary vane is The centrifugal impeller is installed close to the outer circumference of the core plate and the side plate, and the outer diameter of one of the two discs, the core plate and the side plate of the centrifugal impeller , is set from the other. also small, the stationary vane leading edge thereof in the circumference and configuration which is installed in an inclined leading edge to proximate to both the disc outer periphery of the core plate and the side plate.
By configuring in this way, the basic action (1) is obtained, and the generated impact is dispersed because the timing until the impeller outlet flow reaches the diffuser vane leading edge varies depending on the vane height direction. Thus, it is possible to reduce the overall noise and vibration.
[0026]
By configuring in this way, the impact that occurs because the timing until the impeller outlet flow reaches the leading edge of the diffuser vane varies depending on the vane height direction, so that the generated impact is dispersed and the overall noise and vibration can be reduced. It becomes possible.
[0027]
( 3 ) Also in ( 2 ) above, preferably, the ratio R3m / R1 of the blade outlet outer peripheral diameter R1 of the centrifugal impeller and the average front edge inner peripheral diameter R3m of the stationary vane is 1.1 or less. It is possible to suppress the rotation stall without causing a problem of strength restriction due to the centrifugal stress of the core plate / side plate.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0029]
First, FIG. 1 is a sectional view in the axial direction when the centrifugal compressor to which the present invention is applied is in the form of a multistage compressor. In this figure, five centrifugal compressors having different outlet heights in stages are connected to a single rotating shaft 4 and are provided with a return channel 10 in a fluid flow path between the centrifugal compressors of each stage. Further, the rotary shaft 4 of each stage compressor is hermetically sealed by labyrinth seals 12 and 13 and covered with a casing 8.
[0030]
Hereinafter, only one of the centrifugal compressors among them will be described.
[0031]
FIG. 2 shows a cross-sectional shape of the centrifugal compressor of the present embodiment. An impeller 1 is attached to a rotating shaft 4, and the impeller 1 includes a core plate 1b, a side plate 1c, and a plurality of blades 1a. On the outer periphery of the impeller 1, a diffuser 2 with a vane including a plurality of vanes 2a is installed in the vicinity of the outer edges of the core plate 1b and the side plate 1c of the impeller 1.
[0032]
Details of the vicinity of the exit of the impeller in FIG. 2 are shown in FIG. FIG. 4 shows a view in the direction AA in FIG. The main flow 3 flows out of the impeller 1 and is guided to the diffuser 2, and is composed of the core plate 1 b and the side plate 1 c of the impeller 1 after flowing out between the blades 1 a of the impeller and before flowing into the diffuser 2. It flows in the rotating flow path 7.
[0033]
In this rotating flow path 7, centrifugal force due to the viscous effect of the core plate 1b and the side plate 1c of the impeller 1 acts on the fluid 3a flowing near the wall surface, thereby suppressing separation near the wall surface. In the present invention, since the vane 2a of the diffuser is disposed immediately after the exit of the rotating flow path 7, the flow exiting the impeller 1 is guided to the diffuser vane 2a without being backflowed and restrained, thereby causing a turning stall. Is suppressed.
[0034]
In the present embodiment, since a predetermined distance δ1 can be taken between the outer periphery of the blade 1a of the impeller 1 and the front edge of the diffuser vane 2a, the interference action between the impeller 1 and the diffuser vane 2a is weakened. Noise and vibration generated when the vehicle outlet flow flows into the diffuser 2 can be reduced.
[0035]
In the embodiment of FIG. 3, it is desirable that the radial clearance distance δ2 be as small as physically possible. According to the literature (Senoo Y., Ishida M .: Behavior of Severly Asymmetric Flow In a Vaneless Diffuser ,: ASME J. of Engineering for Power, Vol. 99 (1977-3), It is said that it is uniform in the circumferential direction at a position 1.1 times the outer diameter of the outlet, so if the flow becomes uniform, the interference action of the diffuser vane 2a becomes weak, so the vane leading edge radius ratio R3 / R1 Therefore, the outer diameter R1 of the blade 1a of the impeller 1 and the radius R3 of the leading edge of the vane 2a are required in order to exhibit the effect of reducing the flow rate by the diffuser vane and increase the efficiency. The ratio R3 / R1 is preferably 1.1 or less.
[0036]
When R1 and R3 are selected in this way, the range of the impeller outer peripheral radius R2 is R2 / R1 of 1.1 or less, and within this range, the strength constraint due to the centrifugal stress of the core plate / side plate is not a problem. .
[0037]
In the second embodiment shown in FIG. 5, the radii R2h and R2s of the core plate 1e and the side plate 1d of the impeller 1 are set differently. However, the distance δ2 between the outer periphery of each disk and the front edge of the diffuser is made as small as in the case of FIG. 2, and the front edge of the vane 2d of the diffuser is inclined with respect to the rotational axis direction accordingly. ing. As a result, the radius R3h on the core plate side and the radius R3s on the side plate side of the front edge of the vane 2d are also different.
[0038]
In the case of a centrifugal compressor having a low specific speed and a low flow rate, on which the present invention is presumed to be applied, the flow velocity / flow rate distribution immediately after the impeller outlet is uniform in the outlet height direction except for a small part of the wall surface. 2 or 3, if the vane has a leading edge that is perpendicular to the wall surface (parallel to the outlet height direction and rotation axis direction), the vane flows out of the impeller. The resulting flow collides simultaneously with the height direction of the leading edge of the vane, and as a result, the largest impact is intensively generated.
[0039]
On the other hand, in this embodiment shown in FIG. 5, in addition to the effects of the embodiment of FIG. 2 or 3, the front edge of the vane 2d of the diffuser is inclined with respect to the rotation axis direction, thereby impeller 1 The distance until the flow that has flowed out reaches the leading edge of the diffuser vane 2d differs in the vane height direction. As a result, the impact that occurs because the flow collides with the vane 2d leading edge changes in the direction of the vane height (in time series), and as a result, the blade passing frequency noise (number of impeller blades × rotation) Generation of frequency component noise) can be suppressed, and the overall noise or vibration can be reduced.
[0040]
In the present embodiment shown in FIG. 5, the core plate 1e of the impeller is formed with an outer diameter larger than that of the side plate 1d, and the inner periphery on the side plate side of the front edge of the vane 2d is accordingly adjusted from the inner periphery on the core plate side. However, the present invention is not limited to this, and can be configured by reversing all the magnitude relations, and the effect of suppressing noise / vibration is also exhibited. is there.
[0041]
In the present embodiment of FIG. 5 as well, for the same reason as described above, the average of the outer peripheral diameter R1 of the impeller blade 1a and the leading edge of the vane 2d is exhibited in order to exert the effect of reducing the flow by the diffuser vane and increase the efficiency. The ratio with the radius R3m, R3m / R1, is preferably 1.1 or less. Here, R3m is R3m = (R3s + R3h) / 2.
[0042]
Further, the values of the above-mentioned radius ratios R3 / R1 and R3m / R1 will be described in more detail. In order to make the flow from the impeller uniform and weaken the interference action to the diffuser vane, a contradiction arises in that it is desired to set the value as high as possible.
[0043]
In actual design, the radius ratio is set by considering the balance between these two factors. At present, a value of 1.05 is the most desirable value in actual cases, and the material of the impeller It is known that a value of about 1.07 is most desirable when a high-strength material is selected.
[0044]
【The invention's effect】
According to the present invention, in a low specific speed centrifugal compressor using a vaned diffuser as a diffuser, with high efficiency and by taking a predetermined distance between the outer periphery of the impeller blade and the vane of the diffuser, Since the interference between the impeller and the diffuser is suppressed, low noise and vibration are realized, and there is an effect of preventing the rotating stall at the diffuser portion, it is possible to provide a compressor having a wide operation range and high reliability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an axial sectional view of a multistage compressor to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a centrifugal compressor representing an embodiment of the present invention.
3 is a detailed partial cross-sectional view of an impeller outlet and a diffused portion of FIG. 2. FIG.
4 is a view in the AA direction of FIG. 3;
FIG. 5 is a partial cross-section of a centrifugal compressor representing a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 impeller 1a impeller blade 1b, 1e impeller core plate 1c, 1d impeller side plate 2 diffuser 2a, 2d diffuser vane 3 main flow direction 3a flow direction of fluid flowing near wall surface 4 rotating shaft 5 vaneless Diffuser 6 Rotating direction 7 Rotating flow path (rotating diffuser) section 8 Casing 9 Bearing 10 Return channel 11 Discharge scroll 12, 13 Labyrinth seal R1 Blade outlet outer radius R2 Impeller outer radius R3 Diffuser vane leading edge radius δ1 Blade outlet and diffuser vane Clearance distance between the leading edge δ2 Clearance distance between the outer periphery of the impeller and the leading edge of the diffuser vane

Claims (3)

芯板と側板の2つの円板とその間に狭設された複数の羽根からなる遠心羽根車と、該遠心羽根車の外周側下流に複数の静止ベーンを内設するベーン付きディフューザを備えた遠心圧縮機において、
該遠心羽根車の羽根出口外周径よりも該芯板および該側板の円板外径を大きくし、該静止ベーンをその前縁内周径が該遠心羽根車の該芯板および該側板の円板外周に近接するよう設置し
前記遠心羽根車の羽根出口外周径R1と前記静止ベーンの前縁内周径R3の比R3/R1を1.1以下にしたことを特徴とする遠心圧縮機。
A centrifugal impeller comprising two discs of a core plate and a side plate and a plurality of blades narrowed therebetween, and a vaned diffuser for installing a plurality of stationary vanes on the outer peripheral side downstream of the centrifugal impeller In the compressor,
The outer diameter of the core plate and the side plate is larger than the outer diameter of the blade outlet of the centrifugal impeller, and the inner diameter of the front edge of the stationary vane is the circle of the core plate and the side plate of the centrifugal impeller. Install it close to the outer periphery of the plate ,
A centrifugal compressor characterized in that a ratio R3 / R1 between a blade outlet outer peripheral diameter R1 of the centrifugal impeller and a front edge inner peripheral diameter R3 of the stationary vane is 1.1 or less .
芯板と側板の2つの円板とその間に狭設された複数の羽根からなる遠心羽根車と、該遠心羽根車の外周側下流に複数の静止ベーンを内設するベーン付きディフューザを備えた遠心圧縮機において、
該遠心羽根車の羽根出口外周径よりも該芯板および該側板の円板外径を大きくし、該静止ベーンをその前縁内周径が該遠心羽根車の該芯板および該側板の円板外周に近接するよう設置し、
前記遠心羽根車の前記芯板と前記側板の2つの円板のいずれか一方の円板外径を他方よりも小さくし、前記静止ベーンをその前縁内周径が該芯板および該側板の両円板外周に近接するよう前縁を傾斜させて設置したことを特徴とする遠心圧縮機。
A centrifugal impeller comprising two discs of a core plate and a side plate and a plurality of blades narrowed therebetween, and a vaned diffuser for installing a plurality of stationary vanes on the outer peripheral side downstream of the centrifugal impeller In the compressor,
The outer diameter of the core plate and the side plate is larger than the outer diameter of the blade outlet of the centrifugal impeller, and the inner diameter of the front edge of the stationary vane is the circle of the core plate and the side plate of the centrifugal impeller. Install it close to the outer periphery of the plate,
The outer diameter of one of the two discs of the core plate and the side plate of the centrifugal impeller is made smaller than the other, and the inner diameter of the front edge of the stationary vane is equal to that of the core plate and the side plate. A centrifugal compressor characterized in that the front edge is inclined so as to be close to the outer circumferences of both disks.
請求項2記載の遠心圧縮機において、前記遠心羽根車の羽根出口外周径R1と前記静止ベーンの平均前縁内周径R3mの比R3m/R1を1.1以下にしたことを特徴とする遠心圧縮機。  The centrifugal compressor according to claim 2, wherein a ratio R3m / R1 of a blade outlet outer peripheral diameter R1 of the centrifugal impeller and an average front edge inner peripheral diameter R3m of the stationary vane is 1.1 or less. Compressor.
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