JP5430684B2 - 非軸対称自己循環ケーシングトリートメントを有する遠心圧縮機 - Google Patents
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Description
遠心圧縮機の小流量作動点(すなわち、圧縮機の流量が小さい場合)では、内部の流れ場において大幅な流体剥離などの不安定現象が生じて、失速ひいてはサージをもたらす。その結果、圧縮機の効率と圧力比の急速な低下を招き、寿命が短縮し、ひいては、短時間に損傷してしまう。そのため、様々な対策を採用することで、圧縮機の失速等の不安定現象を抑制して、その安定作動範囲を拡大させている。
図1Aにおいて、インペラ13は、インペラ全羽根11とインペラ半羽根12とを有する。またZ−Zはインペラ13の回転軸中心である。図1Aと図1Bに示すように、自己循環ケーシングトリートメントは、一般的に、吸引リング溝1、リング案内路2、及び還流リング溝3からなる。自己循環ケーシングトリートメントの主な構成パラメータは、吸引リング溝1のインペラ全羽根前縁4に対する軸方向距離Srと、吸引リング溝の幅brと、還流リング溝3のインペラ全羽根前縁4に対する軸方向距離Sfと、還流リング溝の幅bfと、還流リング溝の深さhbと、リング案内路2の幅bb等である。
前記吸引リング溝の上流側端面のインペラ全羽根前縁(4)に対する軸方向距離Sr又は前記吸引リング溝の幅brがA(α・D−β・D)2+A0で表され、周方向において放物線状に分布し、
初期位相角θ0の範囲が0≦θ0≦2πであり、
Dはインペラ直径であり、
ケーシングの周方向角度αの定義域がθ0≦α≦θ0+2πであり、
Aは前記軸方向距離Sr又は前記幅brにおける放物線のパラメータであり、
A0は前記放物線の分布の極値点において対応する円周角度βと前記αが等しい場合における前記軸方向距離Sr又は前記幅brの極値である、ことを特徴とするものである。
前記軸方向距離Srの極値A0とインペラ直径Dとの比率が、0.01≦|A0/D|≦0.1の範囲である。
前記幅brの極値A0とインペラ直径Dとの比率が、0.01≦|A0/D|≦0.1の範囲である。
前記吸引リング溝(1)は、中子(6)の壁面に設けられ、前記外殻の内壁面と中子の外壁面が前記リング案内路(2)と還流リング溝(3)を形成する。
図2A、図2B、図3〜図5は、本発明の第1実施形態を示す模式図であり、図2Aはケーシングの外殻5の正面模式図、図2Bは半断面模式図、図3はケーシングの模式図、図4はケーシングの中子6の構成模式図、図5は中子における吸引リング溝の模式図である。
自己循環流路とは、吸引リング溝1、リング案内路2、及び還流リング溝3により、インペラ全羽根前縁より下流側位置からインペラ全羽根前縁より上流側位置へ流体を戻す還流路を意味する。
Sr=A(α・D−β・D)2+A0 ・・・(1)
すなわち、ケーシング10の外殻5と中子6は、ネジ7によって連結される。ケーシング10の外殻5には、周方向にn個(この例では4つ)のネジ孔が均等に配置されており、n個の異なる初期位相角θ0に対応する軸方向距離Srの分布曲線が得られる。圧縮機の性能試験によって、n個の異なる初期位相角θ0から最適な初期位相角θ0を確定する。
図2Aと図2Bにおいて、ケーシング10の外殻5に合計4つのネジ孔が設けられているので、図7に示される4種の異なる吸引リング溝1の軸方向距離Srの放物線状分布が得られる。
図7において、実線は、吸引リング溝1の軸方向距離Srの周方向における放物線状分布であり、周方向の初期位相角θ0の選定を変えることに基づき、多様な表現形式がある。そのうち、θ0は初期位相角であり、その範囲は0≦θ0≦2π(0°≦θ0≦360°)であり、図中、ケーシング10の周方向角度αの定義域がθ0≦α≦θ0+2π(θ0≦α≦θ0+360°)である。
具体的な作動原理は、自己循環ケーシングトリートメントの吸引リング溝1がインペラ翼端領域の気体を吸引し、リング案内路2を経て、還流リング溝3から気体を放出することにある。
周方向上の対応する位置で還流効果がより良くなるように、周方向において放物線状に分布した吸引リング溝1の溝位置(軸方向距離Sr)を用いることで、還流の作用をより効果的に用いて、圧縮機の安定作動範囲を拡大する。
図8Aと図8Bは、溝位置が放物線状分布である非軸対称自己循環ケーシングトリートメント(「非軸対称自己循環CT」)と、軸対称自己循環ケーシングトリートメント(「軸対称自己循環CT」)と、ケーシングトリートメントのない(「CTなし」)の場合の圧縮機の性能比較図である。
図9〜図11は、本発明の第2実施形態を示す模式図であり、図9は圧縮機のケーシング10の模式図、図10はケーシング10の中子6の構成模式図、図11は、中子6における吸引リング溝1の模式図である。
また、図2Aと図2Bは第1実施形態と共通である。
br=A(α・D−β・D)2+A0 ・・・(2)
すなわち、ケーシング10の外殻5と中子6は、ネジ7によって連結され、ケーシング10の外殻5には、周方向にn個(この例では4つ)のネジ孔が均等に配置されており、n個の異なる初期位相角θ0に対応する分布曲線が得られ、圧縮機の性能試験によって、最適な初期位相角θ0を確定する。
例えば、図2Aと図2Bにおいて、ケーシングの外殻5に合計4つのネジ孔が開けられているので、図12に示される4種の異なる吸引リング溝1の幅brの放物線状分布が得られる。
図12において、実線は、吸引リング溝1の幅brの周方向における放物線状の分布であり、周方向の初期位相角θ0の選定を変えることに基づき、多様な表現形式がある。そのうち、θ0は初期位相角であり、その範囲は0≦θ0≦2π(0°≦θ0≦360°)であり、図中、ケーシング10の周方向角度αの定義域がθ0≦α≦θ0+2π(θ0≦α≦θ0+360°)である。
具体的な作動原理は、自己循環ケーシングトリートメントの吸引リング溝1がインペラ翼端領域の気体を吸引し、リング案内路2を経て、還流リング溝3から気体を放出することにある。
周方向上の対応する溝幅で還流効果がより良くなるように、周方向において放物線状に分布した吸引リング溝1の溝幅brを用いることで、還流の作用をより効果的に用いて、圧縮機の安定した作動範囲を拡大するようにする。
図13Aと図13Bは、溝幅が放物線状分布である非軸対称自己循環ケーシングトリートメント(「非軸対称自己循環CT」)と、軸対称自己循環ケーシングトリートメント「軸対称自己循環CT」)と、ケーシングトリートメントのない(「CTなし」)の場合の圧縮機の性能比較図である。
1a 上流側端面、1b 下流側端面、
2 リング案内路、
3 還流リング溝、4 インペラ全羽根前縁、
5 外殻、6 中子、7 ネジ、
10 ケーシング、11 インペラ全羽根、
12 インペラ半羽根、13 インペラ
Claims (4)
- ケーシングの内周面に吸引リング溝(1)、リング案内路(2)、及び還流リング溝(3)を有し、自己循環流路を形成する非軸対称自己循環ケーシングトリートメントを有する遠心圧縮機において、
前記吸引リング溝の上流側端面のインペラ全羽根前縁(4)に対する軸方向距離Sr又は前記吸引リング溝の幅brがA(α・D−β・D)2+A0で表され、周方向において放物線状に分布し、
初期位相角θ0の範囲が0≦θ0≦2πであり、
Dはインペラ直径であり、
ケーシングの周方向角度αの定義域がθ0≦α≦θ0+2πであり、
Aは前記軸方向距離Sr又は前記幅brにおける放物線のパラメータであり、
A0は前記放物線の分布の極値点において対応する円周角度βと前記αが等しい場合における前記軸方向距離Sr又は前記幅brの極値である、ことを特徴とする非軸対称自己循環ケーシングトリートメントを有する遠心圧縮機。 - 前記軸方向距離SrにおけるAとインペラ直径Dとの比率が、0.005/D≦|A|≦0.02/Dの範囲であり、
前記軸方向距離Srの極値A0とインペラ直径Dとの比率が、0.01≦|A0/D|≦0.1の範囲である、ことを特徴とする請求項1に記載の非軸対称自己循環ケーシングトリートメントを有する遠心圧縮機。 - 前記幅brにおけるAとインペラ直径Dとの比率が、0.005/D≦|A|≦0.05/Dの範囲であり、
前記幅brの極値A0とインペラ直径Dとの比率が、0.01≦|A0/D|≦0.1の範囲である、ことを特徴とする請求項1に記載の非軸対称自己循環ケーシングトリートメントを有する遠心圧縮機。 - 前記ケーシングは、外殻(5)と中子(6)からなり、
前記吸引リング溝(1)は、中子(6)の壁面に設けられ、前記外殻の内壁面と中子の外壁面が前記リング案内路(2)と還流リング溝(3)を形成する、ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の非軸対称自己循環ケーシングトリートメントを有する遠心圧縮機。
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