JP4655603B2 - Centrifugal compressor - Google Patents

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Description

この発明はインペラ(羽根車)を備えた遠心圧縮機に関する。   The present invention relates to a centrifugal compressor provided with an impeller (impeller).

気体を圧縮するための圧縮機の一つとして遠心圧縮機が知られている。
従来の遠心圧縮機は、例えば、図6に示すように、インペラ21(羽根車)が取り付けられた回転軸12とハウジング13とを備える。
ハウジング13は、回転軸12を軸支するハウジング本体14とシュラウドハウジング15を有する。
インペラ21はハウジング本体14とシュラウドハウジング15の間に配置される。
図7に示すように、インペラ21は放射状に取り付けられた2種類の回転翼(長形翼23、短形翼25)を備えている。
ハウジング本体14は、回転軸12に接続された駆動手段(図示せず)を収容する。
シュラウドハウジング15は、インペラ21に通じる吸込み口16と、ボリュート17(渦形室)を形成する。
ハウジング本体14とシュラウドハウジング15はインペラ21の外周にディフューザ18を形成している。
ディフューザ18は、具体的には、ハウジング本体14のハウジング壁部14aとシュラウドハウジング15のシュラウド壁部15dにより主に形成される。
ディフューザ18の入口はインペラ21の外周を臨み、出口は吐出口(図示せず)に通じるボリュート17と連通されている。
A centrifugal compressor is known as one of compressors for compressing gas.
For example, as shown in FIG. 6, the conventional centrifugal compressor includes a rotating shaft 12 and a housing 13 to which an impeller 21 (impeller) is attached.
The housing 13 includes a housing body 14 that supports the rotating shaft 12 and a shroud housing 15.
The impeller 21 is disposed between the housing body 14 and the shroud housing 15.
As shown in FIG. 7, the impeller 21 includes two types of rotary blades (long blade 23 and short blade 25) attached in a radial pattern.
The housing body 14 accommodates drive means (not shown) connected to the rotating shaft 12.
The shroud housing 15 forms a suction port 16 communicating with the impeller 21 and a volute 17 (vortex chamber).
The housing body 14 and the shroud housing 15 form a diffuser 18 on the outer periphery of the impeller 21.
Specifically, the diffuser 18 is mainly formed by the housing wall portion 14 a of the housing body 14 and the shroud wall portion 15 d of the shroud housing 15.
The inlet of the diffuser 18 faces the outer periphery of the impeller 21, and the outlet communicates with a volute 17 that leads to a discharge port (not shown).

この遠心圧縮機は、インペラ21の回転により気体をハウジング13へ吸い込む。
吸い込まれた気体はインペラ21を通じてディフューザ18に送られ、少なくとも遠心力により圧縮される。
図7に示すように、インペラ21により圧縮された気体は、半径方向と周方向の速度成分X、Yを含む旋回流である。
ディフューザ18の気体はボリュート17へ圧送される。
図8は、図におけるA−A線の矢視図であり、ハウジング壁部14aとシュラウド壁部15dの間における半径方向の流れの速度分布vgを示す。
圧縮される気体が粘性流体であることから、気体の流れの速度分布vgは、中央付近が最も大きく、両壁部14a、15dに接近するにつれて小さくなる。
This centrifugal compressor sucks gas into the housing 13 by the rotation of the impeller 21.
The sucked gas is sent to the diffuser 18 through the impeller 21 and is compressed by at least centrifugal force.
As shown in FIG. 7, the gas compressed by the impeller 21 is a swirl flow including velocity components X and Y in the radial direction and the circumferential direction.
The gas in the diffuser 18 is pumped to the volute 17.
FIG. 8 is a view taken along the line AA in FIG. 7 and shows a velocity distribution vg of the radial flow between the housing wall portion 14a and the shroud wall portion 15d.
Since the gas to be compressed is a viscous fluid, the velocity distribution vg of the gas flow is the largest in the vicinity of the center and becomes smaller as it approaches both wall portions 14a and 15d.

インペラ21から送り出される気体の流れの速度成分Vは、インペラ21の半径方向の速度成分Xと周方向の速度成分に分けることができる。
吸い込む気体の量が少ない場合(低流量運転時)、半径方向の速度成分Xは周方向の速度成分Yと比較して小さくなる。
低流量運転時には、流れの一部が圧力勾配に対抗できず、気体の一部が壁部14a、15dに沿って逆流する(図8における白抜矢印は主な気体の流れを示し、実線矢印は速度分布に対応する流れを示す。)現象を生じ、この現象は「ディフューザストール」と呼ばれる。
Velocity component V of the flow of gas delivered from the impeller 21 can be divided into radial velocity component X and the circumferential Direction velocity component Y of the impeller 21.
When the amount of gas to be sucked is small (during low flow operation), the radial velocity component X is smaller than the circumferential velocity component Y.
During low flow operation, part of the flow cannot counter the pressure gradient, and part of the gas flows backward along the walls 14a and 15d (the white arrows in FIG. 8 indicate the main gas flow, and solid arrows) Indicates a flow corresponding to the velocity distribution.) A phenomenon occurs, and this phenomenon is called "diffuser stall".

関連する技術として、特許文献1には、ディフューザ入口のディフューザ壁に羽根車(インペラ)と同心円状に設けられた第1のスリットとディフューザ途中のディフューザ壁に第1のスリットと同心円状に設けられた第2のスリットがバイパス流路により連通された遠心圧縮機が開示されている。
実開平6−76697号公報
As a related technique, Patent Document 1 discloses a first slit provided concentrically with an impeller on the diffuser wall at the diffuser inlet, and a first slit provided concentrically with the diffuser wall in the middle of the diffuser. A centrifugal compressor in which the second slit is communicated by a bypass channel is disclosed.
Japanese Utility Model Publication No. 6-76697

従来の遠心圧縮機では、低流量運転時にディフューザストールが生じるという問題がある。こうしたディフューザストールが生じると、遠心圧縮機の安定した運転が行なえなくなる。
特許文献1の技術は、翼を有するベーンドディフューザを備えた遠心圧縮機を適用の対象としている。
つまり、この技術はベーンドディフューザの翼におけるサージングを解消するための技術であり、上記のディフューザストールを解決することはできない。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、気体の流量が低流量であっても、ディフューザストールを防止したり抑制することができる遠心圧縮機の提供にある。
The conventional centrifugal compressor has a problem that a diffuser stall occurs during low flow operation. When such a diffuser stall occurs, the centrifugal compressor cannot be stably operated.
The technique of Patent Document 1 is applied to a centrifugal compressor including a vane diffuser having blades.
In other words, this technique is a technique for eliminating surging in the vane diffuser blade, and the above-described diffuser stall cannot be solved.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a centrifugal compressor capable of preventing or suppressing a diffuser stall even when the gas flow rate is low. .

上記課題を達成するため、本発明は、ハウジングに軸支したインペラと、前記インペラの下流に配置されたディフューザと、前記ディフューザの出口と連通するボリュートとを備え、前記インペラの回転により前記ハウジングへ吸引した気体を少なくとも遠心力により圧縮する遠心圧縮機であって、前記ディフューザと前記ボリュートを連通し、かつ、前記ボリュートの気体の一部を前記ディフューザへ還流する還流通路を前記ハウジングに備え、前記還流通路は、円弧溝状に、前記ディフューザの周方向にわたって形成されることを特徴とする。
本発明によれば、低流量運転時には、ディフューザにおける気体は、インペラからの気体が持つ半径方向の速度成分に加えて、還流通路からの気体の速度成分が加算される。
加算された速度成分により、半径方向の圧力勾配に対抗しうる運動量が付与される。加算された速度成分は壁面近くの低速領域を小さくし、逆流の発生を遅らせる。従って、気体の流量が低流量であっても、ディフューザストールを防止したり抑制することができる。
In order to achieve the above object, the present invention includes an impeller that is pivotally supported on a housing, a diffuser disposed downstream of the impeller, and a volute that communicates with an outlet of the diffuser. A centrifugal compressor that compresses the sucked gas by at least centrifugal force, the diffuser and the volute being communicated, and a reflux passage for returning a part of the gas of the volute to the diffuser is provided in the housing, The reflux passage is formed in a circular arc groove shape in the circumferential direction of the diffuser .
According to the present invention, during low flow operation, the gas in the diffuser is added with the velocity component of the gas from the reflux passage in addition to the radial velocity component of the gas from the impeller.
The added velocity component provides a momentum that can counter the radial pressure gradient. The added velocity component reduces the low-speed region near the wall and delays the occurrence of backflow. Therefore, even if the gas flow rate is low, the diffuser stall can be prevented or suppressed.

また、本発明では、前記還流通路の出口を前記ディフューザの入口付近に設けてよい。
またさらに、前記還流通路を直線状としてもよい。
さらに、本発明では、前記還流通路に開閉弁を設けてもよく、前記開閉弁は好ましくは遠心圧縮機の低流量運転時に開弁されるとよい。
In the present invention, the outlet of the reflux passage may be provided near the inlet of the diffuser.
Furthermore, the reflux passage may be linear.
Furthermore, in the present invention, an opening / closing valve may be provided in the reflux passage, and the opening / closing valve is preferably opened during low flow operation of the centrifugal compressor.

本発明によれば、気体の流量が低流量であっても、ディフューザストールを防止したり抑制することができる遠心圧縮機を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if the flow volume of gas is a low flow volume, the centrifugal compressor which can prevent or suppress a diffuser stall can be provided.

(第1の実施形態)
以下、本発明に係る遠心圧縮機の実施形態について、図1〜図4に基いて説明する。
なお、従来技術と共通又は類似する要素については同一の符号を用いるほか、従来技術の説明の一部を援用する。
この実施形態の遠心圧縮機は、インペラ21(羽根車)が取り付けられた回転軸12とハウジング13を備えている。
図1は遠心圧縮機の概要を破断して示す側面図である。図2はインペラ21の吸込み口16側とディフューザ18の概要を示す正面図である。図3は、還流通路周辺を破断して示す拡大側面である。図4は図2におけるB−B線の矢視図であり、ディフューザ18の入口付近における速度分布を示す図である。
(First embodiment)
Hereinafter, an embodiment of a centrifugal compressor according to the present invention will be described with reference to FIGS.
In addition, about the element which is common or similar to a prior art, the same code | symbol is used and a part of description of a prior art is used.
The centrifugal compressor of this embodiment includes a rotating shaft 12 and a housing 13 to which an impeller 21 (impeller) is attached.
FIG. 1 is a side view showing a schematic outline of a centrifugal compressor. FIG. 2 is a front view showing an outline of the inlet 16 side of the impeller 21 and the diffuser 18. FIG. 3 is an enlarged side view showing the periphery of the reflux passage. FIG. 4 is a view taken along the line BB in FIG. 2 and shows a velocity distribution in the vicinity of the entrance of the diffuser 18.

この実施形態に係る遠心圧縮機と従来の遠心圧縮機は、シュラウドハウジング15の構造が異なる点を除き、残りの要素は従来技術の遠心圧縮機と同一である。
図1及び図2に示すインペラ21は、回転軸12用の軸孔22aを有するディスク22と、ディスク22に放射状に形成された2種類の回転翼23、25を有する。
インペラ21は、ハウジング本体14とシュラウドハウジング15の間に配置され、ハウジング13に対して回転自在である。
インペラ21は、回転により気体を吸込み口16から吸込み、少なくとも遠心力により気体を圧縮してディフューザ18に送り込む機能を有する。
The centrifugal compressor according to this embodiment and the conventional centrifugal compressor are the same as those of the conventional centrifugal compressor except that the structure of the shroud housing 15 is different.
The impeller 21 shown in FIGS. 1 and 2 includes a disk 22 having a shaft hole 22a for the rotating shaft 12, and two types of rotary blades 23 and 25 formed radially on the disk 22.
The impeller 21 is disposed between the housing body 14 and the shroud housing 15 and is rotatable with respect to the housing 13.
The impeller 21 has a function of sucking gas from the suction port 16 by rotation, compressing the gas by at least centrifugal force, and sending it to the diffuser 18.

〔インペラについて〕
インペラ21のディスク22は公知のものを採用することができる。
ディスク22には、図1に示すように長形翼23と短形翼25という2種類の回転翼が形成されている。
長形翼23と短形翼25は、図2に示されるように夫々6枚であり、両者23、25はいずれも薄板である。
長形翼23と短形翼25はディスク22において交互に配置されるとともに、互いに同角度を保つ関係にある。
このため、長形翼23の隣は短形翼25が位置し、短形翼25の隣は長形翼23が位置する。
長形翼23はインデューサ部23aとブレード部23bを備え、短形翼25は実質的に長形翼23のブレード部23bにほぼ相当する部分のみを備える。
長形翼23は、軸孔22aの縁を始点としてディスク22の回転方向と反対方向へ後退しつつディスク22の外周縁22bに達している。
短形翼は、ディスク22において軸孔22aよりも離れた点を始点(図示せず)として後退しつつディスク22の外周縁22bに達している。
[About the impeller]
A known disk 22 can be used for the impeller 21.
As shown in FIG. 1, the disk 22 has two types of rotary blades, a long blade 23 and a short blade 25.
As shown in FIG. 2, there are six long blades 23 and short blades 25, and both 23 and 25 are thin plates.
The long wings 23 and the short wings 25 are alternately arranged on the disk 22 and have a relationship of maintaining the same angle.
For this reason, the short blade 25 is located next to the long blade 23, and the long blade 23 is located next to the short blade 25.
The long blade 23 includes an inducer portion 23 a and a blade portion 23 b, and the short blade 25 includes only a portion substantially corresponding to the blade portion 23 b of the long blade 23.
The long wing 23 reaches the outer peripheral edge 22b of the disk 22 while retreating in the direction opposite to the rotation direction of the disk 22 from the edge of the shaft hole 22a.
The short blades reach the outer peripheral edge 22b of the disk 22 while retreating with a starting point (not shown) at a point away from the shaft hole 22a in the disk 22.

長形翼23の軸孔22a側(上流側)はインデューサ部23aであり、残りの部分(インデューサ部23aより下流側)はブレード部23bとして形成されている。
インデューサ部23aの翼幅は、ブレード部23bと比較して広く設定されている。
ブレード部23bの翼幅は、インデューサ部23aの翼幅よりも狭く、かつ、ディスク22の外周縁22bへ至るにまでさらに狭くなる。
つまり、長形翼23の翼幅は上流側(始点)から下流側(終点)へ向かうにつれて狭くなりディスク22の外周縁22bでは殆ど収束される。
インデューサ部23aは、インペラ21が吸込む気体の向きを変えてブレード部23bの方へ案内する機能を有する。
この実施形態では、インデューサ部23a及びブレード部23bを有する長形翼23と、短形翼25とを備えたインペラ21としたが、長形翼23のみ設けたインペラ21としてもよい。
あるいは、ブレード部23bと独立して設けたインデューサ部23aを有するインペラとしてもよいし、明確なインデューサ部23aを備えないインペラであってもよい。
また、インペラを構成する回転翼の数や種類は限定されず、遠心圧縮機に要求される条件等に応じた回転翼の数や種類を適宜設定することができる。
The long blade 23 has an inducer portion 23a on the shaft hole 22a side (upstream side), and the remaining portion (downstream side from the inducer portion 23a) is formed as a blade portion 23b.
The blade width of the inducer portion 23a is set wider than that of the blade portion 23b.
The blade width of the blade portion 23 b is narrower than the blade width of the inducer portion 23 a and further narrows to reach the outer peripheral edge 22 b of the disk 22.
That is, the blade width of the long blade 23 becomes narrower from the upstream side (start point) to the downstream side (end point), and is almost converged at the outer peripheral edge 22 b of the disk 22.
The inducer portion 23a has a function of guiding the blade portion 23b by changing the direction of the gas sucked by the impeller 21.
In this embodiment, although the impeller 21 includes the long blade 23 having the inducer portion 23a and the blade portion 23b and the short blade 25, the impeller 21 having only the long blade 23 may be used.
Alternatively, it may be an impeller having an inducer portion 23a provided independently of the blade portion 23b, or may be an impeller without a clear inducer portion 23a.
Further, the number and type of rotor blades constituting the impeller are not limited, and the number and type of rotor blades according to conditions required for the centrifugal compressor can be set as appropriate.

〔シュラウドハウジングについて〕
図1に示すシュラウドハウジング15は、吸込み口16を形成する吸込み口壁部15aと、インペラ21に倣うように形成されたシュラウド部15bと、ボリュート17の外殻を形成するボリュート壁部15cと、ディフューザ18とボリュート17と隔絶するシュラウド壁部15dとを備えている。
吸込み口壁部15aはインペラ21の前方において筒状の吸込み口16を形成している。
シュラウド部15bは、インペラ21の吸込み口16側からディフューザ18の入口付近までインペラ21に倣っている。
ボリュート壁部15cは断面円形状のボリュート17を形成し、その端面はハウジング壁部14aに当接している。
シュラウド壁部15dはディフューザ18とボリュート17とを隔絶するほか、対向するハウジング壁部14aによりディフューザ18を形成する。
従って、ここでは、ボリュート17は、シュラウド部15bと、ボリュート壁部15cと、シュラウド壁部15dとにより形成されていると言える。
[About shroud housing]
A shroud housing 15 shown in FIG. 1 includes a suction port wall portion 15a that forms a suction port 16, a shroud portion 15b that is formed to follow the impeller 21, a volute wall portion 15c that forms an outer shell of the volute 17, A diffuser 18 and a volute 17 are provided, and a shroud wall portion 15d is provided.
The inlet port wall portion 15 a forms a cylindrical inlet port 16 in front of the impeller 21.
The shroud portion 15 b follows the impeller 21 from the inlet 16 side of the impeller 21 to the vicinity of the inlet of the diffuser 18.
The volute wall 15c forms a volute 17 having a circular cross section, and its end surface is in contact with the housing wall 14a.
The shroud wall portion 15d isolates the diffuser 18 and the volute 17 and forms the diffuser 18 by the opposing housing wall portion 14a.
Accordingly, it can be said that the volute 17 is formed by the shroud portion 15b, the volute wall portion 15c, and the shroud wall portion 15d.

ディフューザ18は、インペラ21の外周縁22b側を入口とし、ボリュート17側を出口としている。
ディフューザ18はインペラ21から送り込まれた気体の速度エネルギを圧力エネルギに変換する機能を有する。
ディフューザ18の出口はボリュート17と連通し、シュラウド壁部15dの端部は出口を臨む。
このように、ディフューザ18はインペラ21の下流に配置され、インペラ21の周方向にわたって設けられている。
The diffuser 18 has an inlet on the outer peripheral edge 22b side of the impeller 21 and an outlet on the volute 17 side.
The diffuser 18 has a function of converting the velocity energy of the gas fed from the impeller 21 into pressure energy.
The outlet of the diffuser 18 communicates with the volute 17, and the end of the shroud wall 15d faces the outlet.
Thus, the diffuser 18 is disposed downstream of the impeller 21 and is provided over the circumferential direction of the impeller 21.

シュラウド壁部15dは、ボリュート17とディフューザ18とを連通する還流通路26を有する。
還流通路26は、ボリュート17内の高圧の気体の一部をディフューザ18へ還流させるための通路である。
ここでは、ボリュート17から還流通路26を通ってディフューザ18へ流れる気体のことを説明の便宜上還流気体と呼ぶ。
還流通路26は、少なくとも、ディフューザ18における気体の半径方向の速度成分Xを還流気体により増大させるための通路である。
還流通路26の出口はディフューザ18の入口付近に接続され、入口は還流通路26ができるだけ短くなるような位置に設けられている。
このため、還流通路26はシュラウド部15bとシュラウド壁部15dのほぼ間に設けられていると言える。
還流通路26を短縮化する目的は、還流気体が還流通路26を通過することに伴う圧損を抑制することにある。
短縮化された還流通路26は、ディフューザ18おける気体の半径方向の速度成分Xを増大させるために必要な流量を送ることができる。
The shroud wall portion 15 d has a reflux passage 26 that communicates the volute 17 and the diffuser 18.
The reflux passage 26 is a passage for returning a part of the high-pressure gas in the volute 17 to the diffuser 18.
Here, the gas flowing from the volute 17 through the reflux passage 26 to the diffuser 18 is referred to as reflux gas for convenience of explanation.
The reflux passage 26 is a passage for increasing at least the radial velocity component X of the gas in the diffuser 18 by the reflux gas.
The outlet of the reflux passage 26 is connected to the vicinity of the inlet of the diffuser 18, and the inlet is provided at a position where the reflux passage 26 is as short as possible.
For this reason, it can be said that the reflux passage 26 is provided between the shroud portion 15b and the shroud wall portion 15d.
The purpose of shortening the reflux passage 26 is to suppress the pressure loss caused by the reflux gas passing through the reflux passage 26.
The shortened reflux passage 26 can deliver the flow rate required to increase the radial velocity component X of the gas in the diffuser 18.

ここでは、還流通路26は4つの円弧溝状の組み合わせから形成されている。
このため、ディフューザ18のほぼ周方向にわたって還流通路26が形成される。この実施形態では、ボリュート17とディフューザ18がシュラウド壁部15dに隔絶されることから、ボリュート17とディフューザ18が回転軸12の軸芯方向において並ぶように設けられたが、還流通路26はボリュート17とディフューザ18の配置に関係なく設けることができる。
例えば、ディフューザ18の外周側にボリュート17を設けた遠心圧縮機でもよく、この場合、還流通路は、例えばパイプ等の通路形成部材により形成することが好ましい。
Here, the reflux passage 26 is formed from a combination of four arc-shaped grooves.
For this reason, the reflux passage 26 is formed over substantially the circumferential direction of the diffuser 18 . In an embodiment of this, since the volute 17 and the diffuser 18 are isolated in the shroud wall portion 15d, but volute 17 and the diffuser 18 is provided so as to be aligned in the axial direction of the rotary shaft 12, the return passage 26 is volute 17 and the diffuser 18 can be provided regardless of the arrangement.
For example, a centrifugal compressor in which a volute 17 is provided on the outer peripheral side of the diffuser 18 may be used. In this case, the reflux passage is preferably formed by a passage forming member such as a pipe.

図3は遠心圧縮機の低流量運転時の状態を示している。
遠心圧縮機が低流量運転をするとき、インペラ21がディフューザ18へ送り出した気体(図3における白抜矢印)は、ディフューザ18を通過し、ディフューザ18の出口を通じてボリュート17に達する。
ボリュート17の圧力はディフューザ18の圧力よりも高くなっている。
このため、ボリュート17の一部の気体は還流気体(図3における実線矢印)として還流通路26を通過してディフューザ18へ向かう。
還流気体は、ディフューザ18の入口付近においてインペラ21からの気体と合流する。
還流気体は、インペラ21からの気体との合流により、図2における半径方向の速度成分Xを増大させることになる。
つまり、ディフューザ18における気体は、インペラ21からの気体が持つ半径方向の速度成分と、少なくとも還流気体により加算された半径方向の速度成分を含む。
FIG. 3 shows the state of the centrifugal compressor during low flow operation.
When the centrifugal compressor operates at a low flow rate, the gas (the white arrow in FIG. 3) sent out by the impeller 21 to the diffuser 18 passes through the diffuser 18 and reaches the volute 17 through the outlet of the diffuser 18.
The pressure of the volute 17 is higher than the pressure of the diffuser 18.
For this reason, a part of the gas of the volute 17 passes through the reflux passage 26 as the reflux gas (solid arrow in FIG. 3) and travels toward the diffuser 18.
The reflux gas merges with the gas from the impeller 21 in the vicinity of the inlet of the diffuser 18.
The reflux gas increases the velocity component X in the radial direction in FIG. 2 by merging with the gas from the impeller 21.
That is, the gas in the diffuser 18 includes a radial velocity component possessed by the gas from the impeller 21 and at least a radial velocity component added by the reflux gas.

図4は、図2におけるB−B線の矢視図であって、低流量運転時におけるハウジング壁部14aとシュラウド壁部15dの間の流れの速度分布VGを示す。
また、図4において、白抜矢印は主な気体の流れを示し、実線矢印は速度に対応する気体の流れを示す。
さらに、図4では、説明の便宜上、還流通路26を備えない遠心圧縮機の場合の速度分布vgを鎖線にて示す。
この実施形態では、還流通路26がない場合に発達する一部の低速領域L(図4における破線ハッチング)は解消されている。
このため、両壁部14a、15dに沿う気体の逆流は防止されたり抑制される。
これは、還流気体とインペラ21からの気体との合流が、半径方向における速度成分Xを増大させ、少なくとも逆流を招く壁面近くの一部の低速領域Lが埋められるためである。
ここでは、還流気体は図4に示す一部の低速領域Lを解消する。
つまり、ディフューザ18入口への還流による相対的な流量増加により、気体の半径方向成分の速度(運動量)を増大させ、壁面境界層の低速領域Lを縮小させて逆流が防止される。
FIG. 4 is an arrow view taken along the line BB in FIG. 2 and shows a flow velocity distribution VG between the housing wall 14a and the shroud wall 15d during low flow operation.
In FIG. 4, white arrows indicate the main gas flow, and solid arrows indicate the gas flow corresponding to the velocity.
Further, in FIG. 4, for convenience of explanation, the speed distribution vg in the case of a centrifugal compressor not provided with the reflux passage 26 is indicated by a chain line.
In this embodiment, a part of the low speed region L (broken line hatching in FIG. 4) that develops when there is no return passage 26 is eliminated.
For this reason, the backflow of the gas along both wall parts 14a and 15d is prevented or suppressed.
This is because the merging of the reflux gas and the gas from the impeller 21 increases the velocity component X in the radial direction and fills at least a part of the low speed region L near the wall surface that causes the back flow.
Here, the reflux gas eliminates a part of the low speed region L shown in FIG.
That is, the relative flow rate increase due to the reflux to the diffuser 18 inlet increases the velocity (momentum) of the radial component of the gas and reduces the low speed region L of the wall boundary layer to prevent backflow.

この遠心圧縮機が高流量運転される場合、還流通路26は気体がディフューザ18へ向けて通過する。
高流量運転時にもボリュート17の気体が還流通路26を介してディフューザ18へ流れる。
還流気体がディフューザ18に流れることは、遠心圧縮機の性能に大きな影響を与えるものではない。
多少の影響を受ける場合があるとしても、還流気体がディフューザ18に流れることを考慮して、遠心圧縮機を設計すればよい。
When the centrifugal compressor is operated at a high flow rate, the gas passes through the reflux passage 26 toward the diffuser 18.
The gas in the volute 17 flows to the diffuser 18 through the reflux passage 26 even during high flow operation.
The flow of the reflux gas to the diffuser 18 does not greatly affect the performance of the centrifugal compressor.
Even if it may be affected somewhat, the centrifugal compressor may be designed taking into consideration that the reflux gas flows into the diffuser 18.

この実施形態に係る遠心圧縮機は以上の構成を備え、上記のように作動するから以下の作用効果を奏する。
(1)上記の遠心圧縮機は、ディフューザ18とボリュート17を連通し、かつ、ボリュート17の気体の一部をディフューザ18へ還流する還流通路26を備えた構成であるから、ディフューザ18における気体は、インペラ21からの気体が持つ半径方向の速度成分に加えて、還流通路26からの気体(還流気体)の速度成分が加算される。加算された速度成分は壁面近くの低速領域を小さくし、逆流の発生を遅らせる。従って、気体の流量が低流量であっても、ディフューザストールを防止したり抑制することができる。
(2)上記の遠心圧縮機は、還流通路26の出口をディフューザ18の入口付近に設けた構成であるから、ディフューザ18の気体は、還流通路26からの気体(還流気体)の速度成分(半径方向)の加算を早い時期に受けられる。従って、ディフューザストールはディフューザ18の入口付近から出口付近に至る範囲が生じにくくなる。
(3)上記の遠心圧縮機は、還流通路26を直線状とした構成であるから、還流通路26における気体(還流気体)の圧損を抑制し易い。従って、還流通路26における気体は圧損による無駄を抑えて半径方向の速度成分Xの加算ができる
(4)ディフューザ18に還流通路26を設けるだけで、ディフューザストールを防止したり抑制することができる。このため、従来の遠心圧縮機のディフューザ18に還流通路26を設けることで、ディフューザストールを防止したり抑制することができる遠心圧縮機に改造できる。
Since the centrifugal compressor according to this embodiment has the above-described configuration and operates as described above, the following effects can be obtained.
(1) Since the above centrifugal compressor has a configuration in which the diffuser 18 and the volute 17 are communicated with each other and the reflux passage 26 for returning a part of the gas of the volute 17 to the diffuser 18 is provided, the gas in the diffuser 18 is In addition to the radial velocity component of the gas from the impeller 21, the velocity component of the gas (reflux gas) from the reflux passage 26 is added. The added velocity component reduces the low-speed region near the wall and delays the occurrence of backflow. Therefore, even if the gas flow rate is low, the diffuser stall can be prevented or suppressed.
(2) Since the centrifugal compressor has a configuration in which the outlet of the reflux passage 26 is provided near the inlet of the diffuser 18, the gas in the diffuser 18 is a velocity component (radius) of the gas (reflux gas) from the reflux passage 26. (Direction) can be added early. Therefore, the diffuser stall is less likely to occur in the range from the vicinity of the inlet of the diffuser 18 to the vicinity of the outlet.
(3) Since the centrifugal compressor has a configuration in which the reflux passage 26 is linear, it is easy to suppress the pressure loss of the gas (reflux gas) in the reflux passage 26. Therefore, the gas in the recirculation passage 26 can suppress the waste due to pressure loss and add the velocity component X in the radial direction. (4) The diffuser stall can be prevented or suppressed only by providing the recirculation passage 26 in the diffuser 18. For this reason, by providing the reflux passage 26 in the diffuser 18 of the conventional centrifugal compressor, the centrifugal compressor can be modified to prevent or suppress the diffuser stall.

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態に係る遠心圧縮機について図5に基き説明する。
図5は、還流通路26の周辺を破断して示す要部拡大図である。
ここでは、説明の便宜上、先に説明した第1の実施形態で用いた符号を一部共通して用い、共通又は類似する構成についてはその説明を省略し、第1の実施形態の説明を援用するほか、第1の実施形態と異なる構成について説明する。
図5に示す還流通路26は開閉弁27を備えている。
開閉弁27は、還流通路26による気体の通過又は遮断を行う弁である。
この実施形態における開閉弁27は、高流量運転時に還流通路26を閉じ、低流量運転時に還流通路26を開く弁である。
つまり、遠心圧縮機の運転状況に応じて、還流通路26の開閉を行う弁であると言える。
開閉弁27は、その種類や形式は特に問われないが、遠心圧縮機の運転状態に応じて自動的に開閉される弁が好ましい。
開閉弁自体の開閉の手段や制御は適宜公知のものを選択すればよい。
さらに言うと、開閉弁27はボリュート17とディフューザ18の差圧により開閉される弁がより好ましい。
具体的には、例えば、撓み可能なリード式の開閉弁等を用いることができる。
(Second Embodiment)
Next, a centrifugal compressor according to a second embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is an enlarged view of an essential part showing the periphery of the reflux passage 26 in a cutaway manner.
Here, for convenience of explanation, a part of the reference numerals used in the first embodiment described above is used in common, the description of the common or similar configurations is omitted, and the description of the first embodiment is used. In addition, a configuration different from that of the first embodiment will be described.
The reflux passage 26 shown in FIG.
The on-off valve 27 is a valve that allows gas to pass through or shut off through the reflux passage 26.
The on-off valve 27 in this embodiment is a valve that closes the reflux passage 26 during high flow operation and opens the reflux passage 26 during low flow operation.
That is, it can be said that the valve opens and closes the reflux passage 26 according to the operation state of the centrifugal compressor.
The type and form of the on-off valve 27 are not particularly limited, but a valve that automatically opens and closes according to the operating state of the centrifugal compressor is preferable.
As the means and control for opening and closing the on-off valve itself, known ones may be selected as appropriate.
Furthermore, the opening / closing valve 27 is more preferably a valve that is opened / closed by the pressure difference between the volute 17 and the diffuser 18.
Specifically, for example, a bendable open / close valve or the like can be used.

高流量運転時に閉じた開閉弁27は、還流気体がディフューザ18に流れることによる、遠心圧縮機の性能への影響を確実に解消する。
このため、還流気体がディフューザ18に流れることを考慮することなく、遠心圧縮機を設計することができる。
低流量時では開閉弁27は開弁されるから、第1の実施形態と同様の作用効果を奏する。
上記の遠心圧縮機は、還流通路26に開閉弁27を設けた構成であるから、還流気体は遠心圧縮機の運転状態に応じてディフューザ18へ流れたり、遮断されたりする。従って、遠心圧縮機は、ディフューザ18に対する還流気体による影響を受けないように、運転状態を設定することができる。
上記の遠心圧縮機における開閉弁27は遠心圧縮機の低流量運転時に開弁されるから、低流量運転時にディフューザ18へ還流気体が流れ、他方、低流量運転以外の運転状態ではディフューザ18に還流気体が流れない。
従って、遠心圧縮機は低流量運転時にディフューザストールを防止したり抑制することができる。
また、遠心圧縮機は低流量運転以外の運転時には還流気体の影響を受けることはない。
The on-off valve 27 closed at the time of high flow operation reliably eliminates the influence on the performance of the centrifugal compressor caused by the reflux gas flowing into the diffuser 18.
For this reason, the centrifugal compressor can be designed without considering that the reflux gas flows into the diffuser 18.
Since the on-off valve 27 is opened at a low flow rate, the same effect as the first embodiment can be obtained.
Since the centrifugal compressor has a configuration in which the opening / closing valve 27 is provided in the reflux passage 26, the reflux gas flows to or is blocked from the diffuser 18 depending on the operation state of the centrifugal compressor. Therefore, the operation state of the centrifugal compressor can be set so as not to be affected by the reflux gas with respect to the diffuser 18.
Since the on-off valve 27 in the centrifugal compressor is opened when the centrifugal compressor is operated at a low flow rate, the reflux gas flows to the diffuser 18 during the low flow rate operation. Gas does not flow.
Therefore, the centrifugal compressor can prevent or suppress the diffuser stall at the time of low flow operation.
Further, the centrifugal compressor is not affected by the reflux gas during the operation other than the low flow rate operation.

なお、上記の実施形態に係る遠心圧縮機は本発明の一実施形態を示すものであり、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能である。
また、シュラウドハウジング15を除く構成要素は、公知の構成要素や手段を適宜採用することことができる。
The centrifugal compressor according to the above-described embodiment shows an embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the gist of the invention. Is possible.
Moreover, a well-known component and means can be suitably employ | adopted for the component except the shroud housing 15. FIG.

第1の実施形態に係る遠心圧縮機の概要を破断して示す側面図である。It is a side view which fractures | ruptures and shows the outline | summary of the centrifugal compressor which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る遠心圧縮機のインペラとディフューザを示す正面図である。It is a front view which shows the impeller and diffuser of the centrifugal compressor which concern on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る遠心圧縮機の還流通路周辺を破断して示す拡大側面である。It is an enlarged side view which fractures | ruptures and shows the periphery of the recirculation | reflux channel | path of the centrifugal compressor which concerns on 1st Embodiment. 図2におけるB−B線の矢視図であり、ディフューザ入口付近における半径方向の速度分布を示す図である。FIG. 3 is a view taken along the line B-B in FIG. 2 and showing a radial velocity distribution in the vicinity of the diffuser inlet. 第2の実施形態に係る遠心圧縮機の還流通路周辺を破断して示す拡大側面図である。It is an expanded side view which fractures | ruptures and shows the periphery of the recirculation | reflux channel | path of the centrifugal compressor which concerns on 2nd Embodiment. 従来技術に係る遠心圧縮機の概要を破断して示す側面図である。It is a side view which fractures | ruptures and shows the outline | summary of the centrifugal compressor which concerns on a prior art. 従来技術に係る遠心圧縮機のインペラとディフューザを示す正面図である。Is a front view showing an impeller and diffuser engagement Ru centrifugal compressor in the prior art. 図7におけるA−A線の矢視図であり、ディフューザ入口付近における半径方向の速度分布を示す図である。FIG. 8 is a view taken along the line AA in FIG. 7 and showing a radial velocity distribution in the vicinity of the diffuser inlet.

符号の説明Explanation of symbols

21 インペラ
12 回転軸
13 ハウジング
14 ハウジング本体
14a ハウジング壁部
15 シュラウドハウジング
15d シュラウド壁部
16 吸込み口
17 ボリュート
18 ディフューザ
22 ディスク
22a 軸孔
22b 外周縁
23 長形翼
23a インデューサ部
23b ブレード部
25 短形翼
26 還流通路
27 開閉弁
21 Impeller 12 Rotating shaft 13 Housing 14 Housing body 14a Housing wall portion 15 Shroud housing 15d Shroud wall portion 16 Suction port 17 Volute 18 Diffuser 22 Disc 22a Shaft hole 22b Outer peripheral edge 23 Long blade 23a Inducer portion 23b Blade portion 25 Short shape Blade 26 Recirculation passage 27 On-off valve

Claims (5)

ハウジングに軸支したインペラと、前記インペラの下流に配置されたディフューザと、前記ディフューザの出口と連通するボリュートとを備え、前記インペラの回転により前記ハウジングへ吸引した気体を少なくとも遠心力により圧縮する遠心圧縮機であって、前記ディフューザと前記ボリュートを連通し、かつ、前記ボリュートの気体の一部を前記ディフューザへ還流する還流通路を前記ハウジングに備え、前記還流通路は、円弧溝状に、前記ディフューザの周方向にわたって形成されることを特徴とする遠心圧縮機。 A centrifugal compressor comprising: an impeller pivotally supported by a housing; a diffuser disposed downstream of the impeller; and a volute communicating with an outlet of the diffuser, and compressing at least centrifugal force a gas sucked into the housing by rotation of the impeller The compressor includes a return passage that communicates the diffuser and the volute and returns a part of the gas of the volute to the diffuser in the housing, and the return passage has an arc groove shape, and the diffuser A centrifugal compressor characterized by being formed over the circumferential direction . 前記還流通路の出口を前記ディフューザの入口付近に設けたことを特徴とする請求項1記載の遠心圧縮機。 The centrifugal compressor according to claim 1, wherein an outlet of the reflux passage is provided in the vicinity of an inlet of the diffuser. 前記還流通路を直線状とすることを特徴とする請求項1又は2記載の遠心圧縮機。 The centrifugal compressor according to claim 1 or 2, wherein the reflux passage is linear. 前記還流通路に開閉弁を設けたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の遠心圧縮機。 The centrifugal compressor according to any one of claims 1 to 3, wherein an opening / closing valve is provided in the reflux passage. 前記開閉弁は低流量運転時に開弁されることを特徴とする請求項4記載の遠心圧縮機。 5. The centrifugal compressor according to claim 4, wherein the on-off valve is opened during low flow operation.
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