JP6109548B2 - Compressor - Google Patents
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Description
本発明は、圧縮機に関するものである。 The present invention relates to a compressor.
圧縮機では、ケーシング内部に設置された羽根車(インペラ)が回転することによって流体が吸引され、吸引された流体は、下流側へ導かれる。ケーシングの内周面のうちインペラの入口近傍に、ケーシングトリートメント、エアセパレータ又は抽気口等を形成することによって、旋回失速やサージングの発生を抑制して、作動範囲を拡大する技術が知られている。 In the compressor, fluid is sucked by rotation of an impeller (impeller) installed inside the casing, and the sucked fluid is guided downstream. A technique is known in which a casing treatment, an air separator, an extraction port, or the like is formed in the vicinity of the impeller inlet on the inner peripheral surface of the casing, thereby suppressing the occurrence of turning stall and surging and expanding the operating range. .
図14及び図15に示すように、一般に、圧縮機の回転数を一定のもとで流量を減少させていくと、旋回失速と呼ばれる流れ場の自励振動が発生する。また、旋回失速とは、圧縮機内に発生した局所的な失速域が、羽根車とは異なる速度で周方向に伝播する現象である。旋回失速が生じると、圧縮機性能は大幅に低下すると共に、翼に断続的な振動応力が加わることで疲労破壊の発生にも繋がるおそれが生じる。 As shown in FIGS. 14 and 15, generally, when the flow rate is decreased under a constant compressor rotation speed, self-excited vibration of the flow field called swirling stall occurs. Further, the turning stall is a phenomenon in which a local stall region generated in the compressor propagates in the circumferential direction at a speed different from that of the impeller. When the rotating stall occurs, the compressor performance is significantly lowered, and intermittent vibration stress is applied to the blades, which may lead to fatigue failure.
旋回失速が発生した後、更に流量を減少させていくと、強い音響を伴う流れの脈動(サージング)が発生し、運転限界に達する。
こうした旋回失速やサージングの発生によって、圧縮機の作動範囲が限定されてしまう。
特許文献1では、圧縮機内の空気流を制御する方法であって、周方向非対称パターンで高圧空気を抽出することによって、旋回失速のような周期性を持つ流れの擾乱を打ち消す技術が開示されている。
When the flow rate is further decreased after the rotation stall, the flow pulsation (surging) with strong sound occurs and the operation limit is reached.
The operation range of the compressor is limited by the occurrence of the turning stall and surging.
Patent Document 1 discloses a technique for controlling an air flow in a compressor, and cancels a flow disturbance having a periodicity such as a rotating stall by extracting high-pressure air in a circumferentially asymmetric pattern. Yes.
ケーシングトリートメントは、例えば、ケーシングのうち翼列が存在する位置と重なる場所に設けられた溝であり、溝内に再循環流れを形成する。翼列内で比較的圧力の高い領域にある流体が溝を通過することによって、低エネルギー流れ領域(翼列の入口の領域)に流体が噴出する。これにより、失速セルの発生が抑制される。 The casing treatment is, for example, a groove provided at a location overlapping the position where the blade row is present in the casing, and forms a recirculation flow in the groove. As the fluid in a relatively high pressure region in the blade row passes through the groove, the fluid is ejected to the low energy flow region (region of the inlet of the blade row). Thereby, generation | occurrence | production of a stall cell is suppressed.
また、エアセパレータは、翼列の上流側に、ケーシングの周方向に沿ってリング状部材を設置することによって、ケーシングに設けられた溝内に再循環流れを形成するのではなく、主流路内に再循環流れを形成する。 In addition, the air separator is not provided with a recirculation flow in a groove provided in the casing by installing a ring-shaped member along the circumferential direction of the casing on the upstream side of the blade row. To form a recirculation flow.
ケーシングトリートメントやエアセパレータは、圧縮機の安定作動範囲を広げるために有効である。しかし、依然として周期性を持った流れの擾乱(旋回失速)が発生する場合があり、圧縮機の効率低下を招いていた。 Casing treatments and air separators are effective in extending the stable operating range of the compressor. However, there may still be periodic disturbances in the flow (swing stall), leading to a reduction in compressor efficiency.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、効率低下を抑えて、効果的に安定作動範囲を広げることが可能な圧縮機を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, Comprising: It aims at providing the compressor which can suppress a efficiency fall and can expand a stable operation range effectively.
発明者は、従来のケーシングトリートメントやエアセパレータが、ケーシングの内面全周に設けられていることに着目し、その結果、ケーシングトリートメントやエアセパレータによって、ある程度失速セルの発生を抑制できるものの、依然として失速セルが発生する場合があるという知見を得た。 The inventor noticed that conventional casing treatments and air separators are provided all around the inner surface of the casing, and as a result, the generation of stalled cells can be suppressed to some extent by the casing treatments and air separators. The knowledge that a cell may occur was acquired.
本発明に係る圧縮機は、インペラと、前記インペラを収容し、前記インペラによって導かれる流体の主流路を形成するケーシングと、前記ケーシングの内面にて前記主流路を分岐して形成されたバイパス流路とを備え、前記バイパス流路は、前記ケーシングの内面にて周方向に不均一に形成されている、又は周方向に非対称に形成されている。 The compressor according to the present invention includes an impeller, a casing that houses the impeller and forms a main flow path of fluid guided by the impeller, and a bypass flow formed by branching the main flow path at an inner surface of the casing The bypass flow path is formed nonuniformly in the circumferential direction on the inner surface of the casing or asymmetrically formed in the circumferential direction.
この構成によれば、圧縮機の主流路を流れる流量を減少させたとき、インペラの翼列内で比較的圧力の高い領域にある流体がパイパス流路を通過することによって、低エネルギー流れ領域(翼列の入口の領域)に流体が噴出する。これにより、失速セルの発生が抑制される。また、バイパス流路が内面にて周方向に非均一に形成されていたり、周方向に非対称に形成されていたりすることから、例えば、周方向にバイパス流路が形成されている領域と形成されていない領域が存在する。更に、バイパス流路は、例えば、幅、高さや長さ、バイパス流路間の間隔などが一定ではない。旋回失速は、周期性を持った流れの擾乱であるが、バイパス流路が不均一又は非対称に形成されることによって、旋回失速の発達や成長を抑制したり、擾乱波の発生周期が失速セルの旋回周期と一致又は近い状態になることを避け、旋回失速の成長を助長することを防いだりする。 According to this configuration, when the flow rate flowing through the main flow path of the compressor is decreased, a fluid in a relatively high pressure area in the impeller blade row passes through the bypass flow path, thereby causing a low energy flow area ( The fluid is ejected into the blade row inlet region). Thereby, generation | occurrence | production of a stall cell is suppressed. In addition, since the bypass channel is formed nonuniformly in the circumferential direction on the inner surface or asymmetrically formed in the circumferential direction, for example, it is formed as a region where the bypass channel is formed in the circumferential direction. There are areas that are not. Furthermore, the bypass channel has, for example, a width, a height and a length, and an interval between the bypass channels that are not constant. Swirl stall is a periodic disturbance of flow, but the development and growth of swirl stall is suppressed or the generation period of turbulence is stalled by forming the bypass flow path non-uniformly or asymmetrically. Thus, it is possible to prevent the turning period from being in agreement with or close to the turning period and to prevent the growth of turning stall.
上記発明において、周方向に複数本の前記バイパス流路が並列して設けられている領域と、前記パイバス流路が設けられていない領域とが、前記ケーシングの内面にて周方向に不均一に形成されている、又は周方向に非対称に形成されてもよい。 In the above invention, a region in which a plurality of the bypass channels are provided in parallel in the circumferential direction and a region in which the bypass channel is not provided are uneven in the circumferential direction on the inner surface of the casing. It may be formed or formed asymmetrically in the circumferential direction.
この構成によれば、周方向に複数本のバイパス流路が並列して設けられている領域で旋回失速の発生を抑制することができる。また、周方向にバイパス流路が形成されている領域と形成されていない領域が存在することによって、旋回失速の発達や成長を抑制したり、擾乱波の発生周期が失速セルの旋回周期と一致又は近い状態になることを避け、旋回失速の成長を助長することを防いだりする。 According to this structure, generation | occurrence | production of turning stall can be suppressed in the area | region where the multiple bypass flow paths are provided in parallel in the circumferential direction. In addition, the existence and non-formation of the bypass flow path in the circumferential direction suppresses the development and growth of swirling stalls, and the disturbance wave generation cycle matches the swirl cycle of the stall cell. Or it avoids becoming close and prevents the growth of turning stall.
上記発明において、前記バイパス流路は、前記ケーシングの内面に形成された溝状の流路でもよい。 In the above invention, the bypass flow path may be a groove-shaped flow path formed on the inner surface of the casing.
この構成によれば、翼列内で比較的圧力の高い領域にある流体が溝を通過することによって、低エネルギー流れ領域(翼列の入口の領域)に流体が噴出し、溝状の流路内に再循環流れが形成される。その結果、失速セルの発生を抑制できる。 According to this configuration, when a fluid in a region having a relatively high pressure in the blade row passes through the groove, the fluid is ejected to a low energy flow region (region of the inlet of the blade row), and the groove-shaped flow path A recirculation flow is formed within. As a result, the generation of stalled cells can be suppressed.
上記発明において、前記バイパス流路は、前記主流路の上流側に形成された第1の開口と、前記主流路の下流側に形成された第2の開口とを有し、前記第1の開口又は前記第2の開口が、前記ケーシングの内面にて周方向に不均一に形成されている、又は周方向に非対称に形成されていてもよい。 In the above invention, the bypass flow path includes a first opening formed on the upstream side of the main flow path and a second opening formed on the downstream side of the main flow path, and the first opening. Alternatively, the second opening may be formed unevenly in the circumferential direction on the inner surface of the casing, or asymmetrically formed in the circumferential direction.
この構成によれば、翼列内で比較的圧力の高い領域にある流体が第2の開口からバイパス流路内に流入し、バイパス流路を通過したのち、第1の開口から低エネルギー流れ領域(翼列の入口の領域)に流体が噴出することによって、バイパス流路内に再循環流れが形成される。その結果、失速セルの発生を抑制できる。また、第1の開口又は第2の開口が、ケーシングの内面にて周方向に不均一に形成されている、又は周方向に非対称に形成されていることによって、旋回失速の発達や成長を抑制したり、擾乱波の発生周期が失速セルの旋回周期と一致又は近い状態になることを避け、旋回失速の成長を助長することを防いだりする。 According to this configuration, the fluid in a relatively high pressure region in the blade row flows into the bypass channel from the second opening, passes through the bypass channel, and then flows from the first opening to the low energy flow region. When the fluid is ejected to the (inlet region of the blade row), a recirculation flow is formed in the bypass channel. As a result, the generation of stalled cells can be suppressed. In addition, the first opening or the second opening is formed unevenly in the circumferential direction on the inner surface of the casing or asymmetrically formed in the circumferential direction, thereby suppressing the development and growth of the rotation stall. In other words, it is possible to prevent the generation period of the disturbance wave from being in a state of being close to or close to the rotation period of the stalled cell, thereby preventing the growth of the rotation stall.
上記発明において、前記バイパス流路は、前記ケーシングのうち前記インペラの翼列が存在する位置と重なる場所であって前記ケーシングの内部に形成されている、又は、前記インペラよりも上流側にてリング状に形成されていてもよい。 In the above invention, the bypass flow path is a place that overlaps with a position where the impeller blade row exists in the casing and is formed inside the casing, or a ring on the upstream side of the impeller. It may be formed in a shape.
この構成によれば、バイパス流路が、ケーシングのうちインペラの翼列が存在する位置と重なる場所であってケーシングの内部に形成されている場合、バイパス流路に形成される再循環流れは、ケーシングの内部を流れる。また、バイパス流路が、インペラよりも上流側にてリング状に形成されている場合、バイパス流路に形成される再循環流れは、主流路内に形成される。 According to this configuration, when the bypass channel is formed in the casing at a position overlapping with the position where the impeller blade row is present in the casing, the recirculation flow formed in the bypass channel is Flows inside the casing. Moreover, when the bypass flow path is formed in a ring shape on the upstream side of the impeller, the recirculation flow formed in the bypass flow path is formed in the main flow path.
本発明によれば、圧縮機において、効率低下を抑えて、効果的に安定作動範囲を広げることができる。 According to the present invention, in the compressor, it is possible to effectively reduce the efficiency reduction and effectively widen the stable operation range.
以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態に係る遠心圧縮機について説明する。
図1に示すように、遠心圧縮機は、図示しないモータまたはタービンなどの駆動装置により回転駆動される回転軸11と、回転軸11に固定され軸線回りに回転するインペラ12と、回転軸11及びインペラ12を収容するとともに流体の主流路を形成するケーシング20と、を具備している。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
A centrifugal compressor according to a first embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 1, the centrifugal compressor includes a
インペラ12は、回転軸11と一体に設けられたハブ13と、ハブ13の外周面に設けられた複数のブレード14と、が備えられている。ハブ13は、回転軸11の一端側の端部13aから他端側の端部13bに向けて、その外径が漸次拡大する湾曲面13cが形成されている。複数のブレード14は、ハブ13の湾曲面13cに、周方向に等間隔に配置されている。
The
ケーシング20は、インペラ12の上流側からインペラ12に向けて、回転軸11の軸線方向に沿って連続する主流路21と、インペラ12の外周側に円環状をなして形成されたディフューザ23と、ディフューザ23の外周(下流)側に周方向に連続して形成され、周方向に直交する断面における断面積が周方向に沿って漸次拡大する渦巻き状のボリュート(図示せず。)などを備えている。
The casing 20 includes a
次に、図1〜図3を参照して、本実施形態の圧縮機に形成されるケーシングトリートメントについて説明する。
ケーシングトリートメントは、例えば、ケーシング20の内面22にて形成される複数本の溝24である。溝24は、バイパス流路の一例である。溝24は、図1及び図2に示すように、一端側がケーシングのうち翼列が存在する位置にあり、他端側がインペラ12より上流側に位置する。圧縮機の主流路21を流れる流量を減少させたとき、溝24内には、図2に示すように、再循環流れが形成される。インペラ12の翼列内で比較的圧力の高い領域にある流体が溝24を通過することによって、インペラ12の上流側の低エネルギー流れ領域(翼列の入口の領域)に流体が噴出する。
Next, with reference to FIGS. 1-3, the casing treatment formed in the compressor of this embodiment is demonstrated.
The casing treatment is, for example, a plurality of
溝24は、図3に示すように、複数本が互いに平行に並列して設けられる。これにより、旋回失速やサージングの発生を効果的に抑制できる。溝は、図9(A)に示すように、軸方向に対して平行に形成されてもよいし、図9(B)に示すように、周方向に対して平行に(軸方向に対して垂直に)形成されてもよい。また、溝は、図9(C)に示すように、軸方向(又は周方向)に対して斜め方向に形成されてもよい。さらに、図9(D)に示すように、溝の代わりに複数のハニカム形状の開口を並べて配置してもよい。なお、ケーシングトリートメントは必ずしも図3又は図9(A)、(B)、(C)のような複数の溝で形成されるものでなく、分割されない単一の溝として形成される場合もある。
As shown in FIG. 3, a plurality of
また、ケーシングトリートメントは、図4に示すように、周方向に複数本の溝24が並列して設けられている設置領域Aと、溝24が設けられていない非設置領域Bとが、ケーシング20の内面22にて周方向に不均一又は周方向に非対称に形成されている。
ここで、ケーシングトリートメントが周方向に不均一(又は非一様)に形成されているとは、例えば、周方向に1箇所以上、溝24が設けられていない非設置領域Bが設けられていることをいう。
As shown in FIG. 4, the casing treatment includes an installation area A in which a plurality of
Here, that the casing treatment is formed unevenly (or non-uniformly) in the circumferential direction is, for example, a non-installation region B where the
また、ケーシングトリートメントが周方向に非対称に形成されているとは、例えば、周方向に複数本の溝24が並列して設けられている設置領域A周方向に2箇所以上に分割して設ける場合において、複数の設置領域Aの設置間隔、設置幅(例えば、図4のW1、W2、W3)又は設置深さ等を異ならせることをいう。例えば、複数の設置領域Aにおいて、少なくとも一つの設置領域Aが残りの設置領域Aに対して設置間隔、設置幅又は設置深さ等が異なればよい。
例えば、図6では、周方向に複数の設置領域Aが設けられる場合において、各設置領域Aの設置間隔θが異なり、ケーシングトリートメントが周方向に非対称である例を示している。また、図7では、周方向に複数の設置領域Aが設けられる場合において、各設置領域Aの設置幅Wが異なり、ケーシングトリートメントが周方向に非対称である例を示している。さらに、図8では、周方向に複数の設置領域Aが設けられる場合において、各設置領域Aの設置深さDが異なり、ケーシングトリートメントが周方向に非対称である例を示している。
Further, the case where the casing treatment is formed asymmetrically in the circumferential direction is, for example, a case where a plurality of
For example, FIG. 6 shows an example in which when a plurality of installation areas A are provided in the circumferential direction, the installation interval θ of each installation area A is different and the casing treatment is asymmetric in the circumferential direction. FIG. 7 shows an example in which when a plurality of installation areas A are provided in the circumferential direction, the installation width W of each installation area A is different and the casing treatment is asymmetric in the circumferential direction. Further, FIG. 8 shows an example in which when a plurality of installation areas A are provided in the circumferential direction, the installation depth D of each installation area A is different and the casing treatment is asymmetric in the circumferential direction.
上述したとおり、ケーシングトリートメントにおいて、設置領域Aと非設置領域Bとが、ケーシング20の内面22にて周方向に不均一又は周方向に非対称に形成されていることによって、単純に全周にケーシングトリートメントを施した場合(溝24を全周に設けた場合)に比べて、圧縮機効率の低下を抑制できる。
すなわち、ケーシングトリートメントを周方向に不均一(又は非一様)に形成することによって、周期性を持った流れの擾乱(旋回失速)を打ち消す乱れパターンを生じさせ、旋回失速の発達や成長を効果的に抑制できる。
As described above, in the casing treatment, the installation area A and the non-installation area B are formed in a uniform manner in the circumferential direction on the
In other words, by forming the casing treatment non-uniformly (or non-uniformly) in the circumferential direction, a turbulence pattern that counteracts the periodic flow disturbance (swirl stall) is generated, and the development and growth of swirl stall is effective. Can be suppressed.
また、ケーシングトリートメントを周方向に非対称に形成することによって、単純に周方向に対称にケーシングトリートメントを形成する場合に比べて、周期性を持った流れの擾乱(旋回失速)を効果的に打ち消すことができる。擾乱波の発生周期(周波数)が、旋回失速セルの旋回周期(周波数)と一致した状態又は近い状態になることを避けることができ、旋回失速の成長を助長することを防げる。 In addition, by forming the casing treatment asymmetrically in the circumferential direction, it effectively cancels out the periodic flow disturbance (swirl stall) compared to simply forming the casing treatment symmetrically in the circumferential direction. Can do. It can be avoided that the generation period (frequency) of the disturbance wave coincides with or close to the rotation period (frequency) of the rotation stall cell, and the growth of the rotation stall can be prevented from being promoted.
なお、上述した例では、遠心圧縮機のケーシング20の内面22にケーシングトリートメントを設置する場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、ケーシングトリートメントは、軸流圧縮機のケーシングの内面に設けられてもよい。図9は、ケーシングの展開図であり、ケーシングトリートメントを構成する複数の溝又は開口部と軸流圧縮機の翼の関係を示している。そして、上述したとおり、複数の溝又は開口が設けられている設置領域Aと、溝又は開口が設けられていない非設置領域Bとが、ケーシングの内面にて周方向に不均一又は周方向に非対称に形成されることによって、遠心圧縮機で説明した場合と同様の作用効果が得られる。
In the example described above, the case where the casing treatment is installed on the
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係る遠心圧縮機のケーシングトリートメントについて説明する。遠心圧縮機の回転軸11、インペラ12及びケーシング20の構成のうち重複する説明は省略する。
[Second Embodiment]
Next, a casing treatment of the centrifugal compressor according to the second embodiment of the present invention will be described. The overlapping description of the configuration of the
ケーシング20の内面には、周方向に凹状の溝33又は段差部34が形成される。そして、ケーシング20から離隔して、ケーシング20よりも内側に筒状の内筒部材30が設置される。これにより、主流路21の上流側に形成された第1の開口31と、主流路21の下流側に形成された第2の開口32とを有するパイパス流路35が形成される。ケーシングトリートメントは、複数のバイパス流路35から構成される。
A
第2の開口32は、図10及び図11に示すように、ケーシング20のうち翼列が存在する位置にあり、第1の開口31は、インペラ12より上流側に位置する。圧縮機の主流路21を流れる流量を減少させたとき、バイパス流路35内には、図10及び図11に示すように、再循環流れが形成される。インペラ12の翼列内で比較的圧力の高い領域にある流体が第2の開口32からバイパス流路35内に流入し、バイパス流路35を通過したのち、第1の開口31から低エネルギー流れ領域(翼列の入口の領域)に流体が噴出する。
As shown in FIGS. 10 and 11, the
バイパス流路35は、複数本が周方向に沿って並列して設けられる。これにより、旋回失速やサージングの発生を効果的に抑制できる。
A plurality of
また、バイパス流路35を有するケーシングトリートメントは、図5に示すように、ケーシング20の内面22にて、第1の開口31及び第2の開口32が周方向に不均一又は周方向に非対称に形成されている。なお、本発明では、第1の開口31と第2の開口32が共に非対称である場合に限定されず、第1の開口31及び開口32のいずれか一方が非対称である場合も、同様の効果が得られる。
Further, in the casing treatment having the
ここで、ケーシングトリートメントが周方向に不均一(又は非一様)に形成されているとは、例えば、周方向に1箇所以上、第1の開口31及び第2の開口32が設けられていない非設置領域が設けられていることをいう。
Here, that the casing treatment is formed unevenly (or non-uniformly) in the circumferential direction is, for example, that the
また、ケーシングトリートメントが周方向に非対称に形成されているとは、例えば、周方向に複数のバイパス流路35を設ける場合において、複数の第1の開口31又は第2の開口32の設置間隔又は設置幅(例えば、図5のW1、W2、W3)を異ならせることをいう。
The casing treatment being formed asymmetrically in the circumferential direction means that, for example, when a plurality of
上述したとおり、ケーシングトリートメントがケーシング20の内面22にて周方向に不均一又は周方向に非対称に形成されていることによって、単純に全周にケーシングトリートメントを施した場合(バイパス流路を全周に設けた場合)に比べて、圧縮機効率の低下を抑制でき、かつ、加工コストを低減できる。
As described above, the casing treatment is formed unevenly in the circumferential direction or asymmetrically in the circumferential direction on the
例えば、ケーシングトリートメントを周方向に不均一(又は非一様)に形成することによって、周期性を持った流れの擾乱(旋回失速)を打ち消す乱れパターンを生じさせ、旋回失速の発達や成長を効果的に抑制できる。 For example, by forming the casing treatment non-uniformly (or non-uniformly) in the circumferential direction, a turbulence pattern that counteracts periodic flow disturbance (swirl stall) is generated, and the development and growth of swirl stall is effective. Can be suppressed.
また、ケーシングトリートメントを周方向に非対称に形成することによって、単純に周方向に対称にケーシングトリートメントを形成する場合に比べて、周期性を持った流れの擾乱(旋回失速)を効果的に打ち消すことができる。擾乱波の発生周期(周波数)が、旋回失速セルの旋回周期(周波数)と一致した状態又は近い状態になることを避けることができ、旋回失速の成長を助長することを防げる。 In addition, by forming the casing treatment asymmetrically in the circumferential direction, it effectively cancels out the periodic flow disturbance (swirl stall) compared to simply forming the casing treatment symmetrically in the circumferential direction. Can do. It can be avoided that the generation period (frequency) of the disturbance wave coincides with or close to the rotation period (frequency) of the rotation stall cell, and the growth of the rotation stall can be prevented from being promoted.
さらに、高圧領域にある流体がバイパス流路35を通過して低圧力部(失速域)に噴出する再循環流れによって、失速セルが発生することを抑制でき、圧縮機の作動範囲が広くなる。
Further, the recirculation flow in which the fluid in the high pressure region passes through the
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態に係る遠心圧縮機のエアセパレータについて説明する。遠心圧縮機の回転軸11、インペラ12及びケーシング20の構成のうち重複する説明は省略する。
[Third Embodiment]
Next, an air separator for a centrifugal compressor according to a third embodiment of the present invention will be described. The overlapping description of the configuration of the
ケーシング20の内面には、周方向に溝又は段差部等が形成されずに、ケーシング20から離隔して、ケーシング20よりも内側に筒状の内筒部材40が設置される。これにより、主流路21の上流側に形成された第1の開口41と、主流路21の下流側に形成された第2の開口42とを有するパイパス流路45が形成される。エアセパレータは、複数のバイパス流路45から構成される。
The inner surface of the casing 20 is not formed with a groove or a stepped portion in the circumferential direction, but is separated from the casing 20 and a cylindrical
第1の開口41及び第2の開口42は、図12及び図13に示すように、インペラ12より上流側であって、ハウジング20によって形成される主流路21内に位置する。圧縮機の主流路21を流れる流量を減少させたとき、バイパス流路45内には、図12及び図13に示すように、再循環流れが形成される。インペラ12の翼列の端部で比較的圧力の高い領域にある流体が第2の開口42からバイパス流路45内に流入し、バイパス流路45を通過したのち、第1の開口41から低エネルギー流れ領域(翼列の入口の領域)に流体が流れる。これにより、インペラ12の上流側にて、流体の流れを順流部と再循環部に分離できる。
As shown in FIGS. 12 and 13, the
バイパス流路45は、複数本が周方向に沿って並列して設けられる。これにより、旋回失速やサージングの発生を効果的に抑制できる。
A plurality of
また、バイパス流路45を有するエアセパレータは、ケーシング20の内面22にて、第1の開口41及び第2の開口42が周方向に不均一又は周方向に非対称に形成されている。
Further, in the air separator having the
ここで、エアセパレータが周方向に不均一(又は非一様)に形成されているとは、例えば、周方向に1箇所以上、第1の開口31及び第2の開口32が設けられていない非設置領域が設けられていることをいう。
Here, the air separator is formed unevenly (or non-uniformly) in the circumferential direction, for example, the
また、エアセパレータが周方向に非対称に形成されているとは、例えば、周方向に複数のバイパス流路45を設ける場合において、複数の第1の開口41又は第2の開口42の設置間隔、設置幅又は設置高さを異ならせることをいう。
Further, the air separator is formed asymmetrically in the circumferential direction, for example, in the case of providing a plurality of
上述したとおり、エアセパレータがケーシング20の内面22にて周方向に不均一又は周方向に非対称に形成されていることによって、単純に全周にエアセパレータを施した場合(バイパス流路を全周に設けた場合)に比べて、圧縮機効率の低下を抑制でき、かつ、加工コストを低減できる。
As described above, when the air separator is simply formed in the circumferential direction on the
例えば、エアセパレータを周方向に不均一(又は非一様)に形成することによって、周期性を持った流れの擾乱(旋回失速)を打ち消す乱れパターンを生じさせ、旋回失速の発達や成長を効果的に抑制できる。 For example, by forming the air separator non-uniformly (or non-uniformly) in the circumferential direction, a turbulence pattern that counteracts the periodic flow disturbance (swirl stall) is generated, and the development and growth of swirl stall is effective. Can be suppressed.
また、エアセパレータを周方向に非対称に形成することによって、単純に周方向に対称にエアセパレータを形成する場合に比べて、周期性を持った流れの擾乱(旋回失速)を効果的に打ち消すことができる。擾乱波の発生周期(周波数)が、旋回失速セルの旋回周期(周波数)と一致した状態又は近い状態になることを避けることができ、旋回失速の成長を助長することを防げる。 In addition, by forming the air separator asymmetrically in the circumferential direction, the flow disturbance (swirl stall) with periodicity can be effectively canceled out compared to simply forming the air separator symmetrically in the circumferential direction. Can do. It can be avoided that the generation period (frequency) of the disturbance wave coincides with or close to the rotation period (frequency) of the rotation stall cell, and the growth of the rotation stall can be prevented from being promoted.
さらに、インペラ12の上流側にて、流体の流れを順流部と再循環部に分離することによって、再循環流れがスパン方向に拡大して成長することを防止し、失速セルが発生することを抑制でき、圧縮機の作動範囲が広くなる。
Further, by separating the fluid flow into the forward flow portion and the recirculation portion on the upstream side of the
図15は、ケーシング面で計測された圧力変動波形を示したもので、細線は計測された圧力変動波形データそのものの波形を示しており、太線はローパスフィルタを通じて計測されたデータから翼通過周波数成分を除外したフィルタリング波形を示している。
失速初生後、旋回失速セルは、周方向に数を増やしながら徐々に成長し、最終的に周期性を持った周方向に複数個の失速セルとして安定する。本発明は、失速セルが、図15に示すような周期性をもった安定状態に成長することを阻害する。この結果、失速セルは、周期性を持たない初生状態において抑制され、旋回失速成長に伴う大幅な性能低下が抑えられ、作動レンジの拡大が図られる。
FIG. 15 shows the pressure fluctuation waveform measured on the casing surface, the thin line shows the waveform of the measured pressure fluctuation waveform data itself, and the thick line shows the blade passing frequency component from the data measured through the low-pass filter. The filtering waveform which excluded is shown.
After stall initiation, the turning stall cell gradually grows while increasing in number in the circumferential direction, and finally stabilizes as a plurality of stall cells in the circumferential direction having periodicity. The present invention inhibits the stalled cell from growing in a stable state having periodicity as shown in FIG. As a result, the stall cell is suppressed in the initial state without periodicity, and a significant performance decrease accompanying the rotation stall growth is suppressed, and the operation range is expanded.
なお、安定した旋回失速セルの旋回周期(周波数)は、圧縮機毎に固有の物である。すなわち、本発明で示すケーシングトリートメントやエアセパレータを含む再循環流路の非対称化は、非対称化によって生じる強制振動的な流れ場の変動周期が、安定した旋回失速セルの旋回周期の整数倍(高調波)となることで、旋回失速を助長することがないよう定める必要がある。 Note that the turning period (frequency) of the stable turning stall cell is unique to each compressor. That is, the asymmetry of the recirculation flow path including the casing treatment and the air separator shown in the present invention is such that the fluctuation period of the forced vibration flow field caused by the asymmetry is an integral multiple (harmonic) of the swirl period of the stable swirl stall cell. It is necessary to determine that it will not promote turning stall.
11 回転軸
12 インペラ
20 ケーシング
21 主流路
24 溝(バイパス流路)
35,45 バイパス流路
11 Rotating
35, 45 Bypass channel
Claims (5)
前記インペラを収容し、前記インペラによって導かれる流体の主流路を形成するケーシングと、
前記ケーシングの内面にて前記主流路を分岐して形成されたバイパス流路と、
を備え、
前記バイパス流路は、前記ケーシングの内面にて周方向に不均一に形成されている、又は周方向に非対称に形成され、
周方向に複数本の前記バイパス流路が並列して設けられている領域と、前記バイパス流路が設けられていない領域とが、前記ケーシングの内面にて周方向に不均一に形成されている、又は周方向に非対称に形成されている圧縮機。 Impeller,
A casing that houses the impeller and forms a main flow path of fluid guided by the impeller;
A bypass channel formed by branching the main channel at the inner surface of the casing;
With
The bypass flow path is formed unevenly in the circumferential direction on the inner surface of the casing, or formed asymmetrically in the circumferential direction,
A region in which a plurality of the bypass channels are provided in parallel in the circumferential direction and a region in which the bypass channels are not provided are formed unevenly in the circumferential direction on the inner surface of the casing. Or a compressor formed asymmetrically in the circumferential direction .
前記インペラを収容し、前記インペラによって導かれる流体の主流路を形成するケーシングと、
前記ケーシングの内面にて形成された溝状の流路と、
を備え、
前記流路は、前記ケーシングの内面にて周方向に不均一に形成されている、又は周方向に非対称に形成され、
周方向に複数本の前記流路が並列して設けられている領域と、前記流路が設けられていない領域とが、前記ケーシングの内面にて周方向に不均一に形成されている、又は周方向に非対称に形成されている圧縮機。 Impeller,
A casing that houses the impeller and forms a main flow path of fluid guided by the impeller;
A groove-shaped flow paths made form Te on the inner surface of the casing,
With
Before SL channel, the circumferentially at the inner surface of the casing is formed nonuniformly, or circumferentially formed asymmetrically,
A region where a plurality of the flow paths are provided in parallel in the circumferential direction and a region where the flow paths are not provided are formed unevenly in the circumferential direction on the inner surface of the casing, or A compressor formed asymmetrically in the circumferential direction .
前記インペラを収容し、前記インペラによって導かれる流体の主流路を形成するケーシングと、
前記インペラよりも上流側にて、前記ケーシングから離隔して、前記ケーシングよりも内側に設置される筒状の内筒部材と、
前記ケーシングの内面と前記内筒部材との間にて周方向に不均一に形成されている、又は周方向に非対称に形成されている複数本のバイパス流路と、
を備える圧縮機。 Impeller,
A casing that houses the impeller and forms a main flow path of fluid guided by the impeller;
On the upstream side of the impeller, apart from the casing, a cylindrical inner cylinder member installed on the inner side of the casing;
A plurality of bypass passages formed unevenly in the circumferential direction between the inner surface of the casing and the inner cylinder member , or formed asymmetrically in the circumferential direction ;
Compressor Ru equipped with.
前記第1の開口又は前記第2の開口が、前記ケーシングの内面にて周方向に不均一に形成されている、又は周方向に非対称に形成されている請求項4に記載の圧縮機。 The bypass channel has a first opening formed on the upstream side of the main channel and a second opening formed on the downstream side of the main channel,
The compressor according to claim 4 , wherein the first opening or the second opening is formed nonuniformly in the circumferential direction on the inner surface of the casing or asymmetrically formed in the circumferential direction.
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