JPH08326689A - 遠心圧縮機 - Google Patents
遠心圧縮機Info
- Publication number
- JPH08326689A JPH08326689A JP7136686A JP13668695A JPH08326689A JP H08326689 A JPH08326689 A JP H08326689A JP 7136686 A JP7136686 A JP 7136686A JP 13668695 A JP13668695 A JP 13668695A JP H08326689 A JPH08326689 A JP H08326689A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- impeller
- suction
- centrifugal compressor
- cap
- casing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
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- Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 吸込ベーンとインペラまでの間に絞り部を有
する吸込ケーシングを備えた遠心圧縮機のインペラの振
動をなくする。 【構成】 吸込ケーシング４の吸込ベーン２側の大径部
４ａの内径をｄ1 、インペラ５側の小径部４ａの内径を
ｄ2 、インペラキャップ６の基端側最大径をｄ3とした
とき、インペラ５のハブボス部５ａに装着されるインペ
ラキャップ６の頂角θを、２・ｔａｎ-1｛１．７（ｄ2
／ｄ1 ）4 −５６（ｄ3 ／ｄ2 −０．５）｜ｄ3 ／ｄ2
−０．５｜−０．７｝以下にすると、インペラキャップ
６の近傍におけるガスの旋回流にインペラ５の振動の原
因となる渦が発生しない頂角θとなるので、インペラ５
が振動するようなことがない。
する吸込ケーシングを備えた遠心圧縮機のインペラの振
動をなくする。 【構成】 吸込ケーシング４の吸込ベーン２側の大径部
４ａの内径をｄ1 、インペラ５側の小径部４ａの内径を
ｄ2 、インペラキャップ６の基端側最大径をｄ3とした
とき、インペラ５のハブボス部５ａに装着されるインペ
ラキャップ６の頂角θを、２・ｔａｎ-1｛１．７（ｄ2
／ｄ1 ）4 −５６（ｄ3 ／ｄ2 −０．５）｜ｄ3 ／ｄ2
−０．５｜−０．７｝以下にすると、インペラキャップ
６の近傍におけるガスの旋回流にインペラ５の振動の原
因となる渦が発生しない頂角θとなるので、インペラ５
が振動するようなことがない。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化学プラント用、例え
ばポリエチレン、ポリプロピレン用圧縮機やターボ冷凍
機等に供される遠心圧縮機であって、より詳しくは、絞
り部を有する吸込ケーシングを備えた遠心圧縮機のイン
ペラの振動を確実に防止することを可能ならしめるよう
にした遠心圧縮機に関する。
ばポリエチレン、ポリプロピレン用圧縮機やターボ冷凍
機等に供される遠心圧縮機であって、より詳しくは、絞
り部を有する吸込ケーシングを備えた遠心圧縮機のイン
ペラの振動を確実に防止することを可能ならしめるよう
にした遠心圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】吸込ケーシングの内側に設けた吸込ベー
ンの開閉で吐出側ケーシングから吐出される吐出ガス容
量を制御する遠心圧縮機は、例えば、特開平５−１５７
０９５号公報に開示されている。以下、これをその断面
図の図８を参照しながら、同明細書と添付図面に記載さ
れている同名称および同符号を以て説明すると、この遠
心圧縮機は、ターボ冷凍機における遠心圧縮機であっ
て、同図に示す符号１０ａ，１０ｂは上下一対の吸込ベ
ーンで、これら吸込ベーン１０ａ，１０ｂは吸込ケーシ
ング１Ａの内側に取付けられている。これら吸込ベーン
１０ａ，１０ｂは、吸込ケーシング１Ａを貫通する駆動
軸１１，１１によって軸心回りに回動されて開閉される
ように構成されている。
ンの開閉で吐出側ケーシングから吐出される吐出ガス容
量を制御する遠心圧縮機は、例えば、特開平５−１５７
０９５号公報に開示されている。以下、これをその断面
図の図８を参照しながら、同明細書と添付図面に記載さ
れている同名称および同符号を以て説明すると、この遠
心圧縮機は、ターボ冷凍機における遠心圧縮機であっ
て、同図に示す符号１０ａ，１０ｂは上下一対の吸込ベ
ーンで、これら吸込ベーン１０ａ，１０ｂは吸込ケーシ
ング１Ａの内側に取付けられている。これら吸込ベーン
１０ａ，１０ｂは、吸込ケーシング１Ａを貫通する駆動
軸１１，１１によって軸心回りに回動されて開閉される
ように構成されている。
【０００３】従って、インペラ１３の回転により前記吸
込ケーシング１Ａを通してガスが吸込まれると、駆動軸
１１，１１が回動されて吸込ベーン１０ａ，１０ｂが開
閉される。すると、これら吸込ベーン１０ａ，１０ｂの
開閉角度に応じて、吸込ケーシング１Ａの吸込ベーン１
０ａ，１０ｂのインペラ１３側に吸込ガスの旋回流が発
生し、これによって吸込ガス量が加減されるので、吐出
ガス量が制御される。なお、符号１２は、駆動軸１１に
装着されたカム、符号１４はスプリング、符号１５は前
記スプリング１４でカム１１側に付勢されるニードルバ
ルブの弁本体を構成するロッド、符号１６ａはインペラ
１３の吐出側ケーシング１Ｂに形成されたバイパス流路
１６のガス入口、符号１６ｂはバイパス流路１６のガス
出口で、これらはカム１２を介して駆動軸１１，１１の
回動と連動して、吐出ガスを吸込側にバイパスさせる働
きをするものである。
込ケーシング１Ａを通してガスが吸込まれると、駆動軸
１１，１１が回動されて吸込ベーン１０ａ，１０ｂが開
閉される。すると、これら吸込ベーン１０ａ，１０ｂの
開閉角度に応じて、吸込ケーシング１Ａの吸込ベーン１
０ａ，１０ｂのインペラ１３側に吸込ガスの旋回流が発
生し、これによって吸込ガス量が加減されるので、吐出
ガス量が制御される。なお、符号１２は、駆動軸１１に
装着されたカム、符号１４はスプリング、符号１５は前
記スプリング１４でカム１１側に付勢されるニードルバ
ルブの弁本体を構成するロッド、符号１６ａはインペラ
１３の吐出側ケーシング１Ｂに形成されたバイパス流路
１６のガス入口、符号１６ｂはバイパス流路１６のガス
出口で、これらはカム１２を介して駆動軸１１，１１の
回動と連動して、吐出ガスを吸込側にバイパスさせる働
きをするものである。
【０００４】この遠心圧縮機は、上記の通り、駆動軸を
回動させることにより吸込ベーンを開閉し、吸い込まれ
るガスを旋回流として吐出ガス量を調整するものである
が、吸込ケーシングの径方向の中心を通る軸心に対する
吸込ベーンの開閉角度が小さいときは何ら問題はない。
しかしながら、吸込ベーンの開閉角度が４５〜６０度に
なると、ガスの旋回流の旋回中心が、吸込ケーシングの
径方向の中心を通る軸心に対して偏心し、吐出側ケーシ
ングの吸込口で吸込圧にアンバランスが生じるので、回
転しているインペラに振動が生じる。振動の程度によっ
てはターボ圧縮機が破損する恐れがあり、ターボ圧縮機
やターボ冷凍機の運転を継続し得なくなるという解決す
べき課題があった。
回動させることにより吸込ベーンを開閉し、吸い込まれ
るガスを旋回流として吐出ガス量を調整するものである
が、吸込ケーシングの径方向の中心を通る軸心に対する
吸込ベーンの開閉角度が小さいときは何ら問題はない。
しかしながら、吸込ベーンの開閉角度が４５〜６０度に
なると、ガスの旋回流の旋回中心が、吸込ケーシングの
径方向の中心を通る軸心に対して偏心し、吐出側ケーシ
ングの吸込口で吸込圧にアンバランスが生じるので、回
転しているインペラに振動が生じる。振動の程度によっ
てはターボ圧縮機が破損する恐れがあり、ターボ圧縮機
やターボ冷凍機の運転を継続し得なくなるという解決す
べき課題があった。
【０００５】そこで、本願出願人は、特願平６−２２７
８９４号において、上記課題を解決し得る遠心圧縮機を
提案した。以下、この遠心圧縮機の概要を、その模式的
断面図の図９を参照しながら説明する。
８９４号において、上記課題を解決し得る遠心圧縮機を
提案した。以下、この遠心圧縮機の概要を、その模式的
断面図の図９を参照しながら説明する。
【０００６】即ち、インペラ５の吸込口におけるハブボ
ス部５ｂの外形Ｄh とインペラ５の吸込口における外径
Ｄs0とのハブ比Ｄh ／Ｄs0が０．２５以上である遠心圧
縮機の前記インペラ５の吸込口から吸込ベーン１を回動
させる駆動軸２の軸心ＣＬまでの距離Ｌと吸込ケーシン
グ３の駆動軸配置位置における内径Ｄとの比Ｌ／Ｄを
１．５以下にしたものである。つまり、ハブ比Ｄh ／Ｄ
s0が０．２５以上でインペラ５が振動し易い遠心圧縮機
に対して、距離Ｌを短くして、ガスの旋回流の中心がそ
れほど偏心しないうちにガスを吸込むことにより、吸込
時の負荷バランスの偏向程度を少なくして、インペラ５
の振動を抑制するようにしたものである。
ス部５ｂの外形Ｄh とインペラ５の吸込口における外径
Ｄs0とのハブ比Ｄh ／Ｄs0が０．２５以上である遠心圧
縮機の前記インペラ５の吸込口から吸込ベーン１を回動
させる駆動軸２の軸心ＣＬまでの距離Ｌと吸込ケーシン
グ３の駆動軸配置位置における内径Ｄとの比Ｌ／Ｄを
１．５以下にしたものである。つまり、ハブ比Ｄh ／Ｄ
s0が０．２５以上でインペラ５が振動し易い遠心圧縮機
に対して、距離Ｌを短くして、ガスの旋回流の中心がそ
れほど偏心しないうちにガスを吸込むことにより、吸込
時の負荷バランスの偏向程度を少なくして、インペラ５
の振動を抑制するようにしたものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、遠心圧縮機
では、インペラの吸込口の直前の吸込ケーシングの内径
よりも、上流側の吸込ベーン側の吸込ケーシングの内径
が大径、つまり吸込ベーンとインペラとの間にレジュー
サ部（以下、絞り部という。）が設けられたものがあ
る。このような絞り部があると、吸込ベーンの働きで旋
回流となったガスが吸込口に吸込まれるに際して、イン
ペラキャップの近傍で渦が発生し、渦によって吸込圧に
アンバランスが生じるので、例え上記従来例のように配
慮した遠心圧縮機でもインペラが振動することがある。
では、インペラの吸込口の直前の吸込ケーシングの内径
よりも、上流側の吸込ベーン側の吸込ケーシングの内径
が大径、つまり吸込ベーンとインペラとの間にレジュー
サ部（以下、絞り部という。）が設けられたものがあ
る。このような絞り部があると、吸込ベーンの働きで旋
回流となったガスが吸込口に吸込まれるに際して、イン
ペラキャップの近傍で渦が発生し、渦によって吸込圧に
アンバランスが生じるので、例え上記従来例のように配
慮した遠心圧縮機でもインペラが振動することがある。
【０００８】従って、本発明は、吸込ベーンとインペラ
との間に絞り部があっても、確実にインペラの振動の発
生を防止し得る遠心圧縮機の提供を目的とする。
との間に絞り部があっても、確実にインペラの振動の発
生を防止し得る遠心圧縮機の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の請求項１に係る遠心圧縮機が採用した手
段の特徴とするところは、大径部と絞り部と小径部とを
有し、小径部側が吸込口となるインペラが内設された吐
出側ケーシングに接続されてなる吸込ケーシングの前記
大径部の内側に、前記吸込ケーシングを直角に貫通する
駆動軸の回動による開閉で、吐出側ケーシングから吐出
される吐出ガスの容量制御を行う複数の吸込ベーンが設
けられてなる遠心圧縮機において、前記大径部の内径を
ｄ1 、前記小径部の内径をｄ2 、前記インペラに設けら
れるインペラキャップの基端側の最大径をｄ3 としたと
き、インペラキャップの頂角θを、２・ｔａｎ-1｛１．
７（ｄ2 ／ｄ1 ）4 −５６（ｄ3 ／ｄ2 −０．５）｜ｄ
3 ／ｄ2 −０．５｜−０．７｝以下としたところにあ
る。
めに、本発明の請求項１に係る遠心圧縮機が採用した手
段の特徴とするところは、大径部と絞り部と小径部とを
有し、小径部側が吸込口となるインペラが内設された吐
出側ケーシングに接続されてなる吸込ケーシングの前記
大径部の内側に、前記吸込ケーシングを直角に貫通する
駆動軸の回動による開閉で、吐出側ケーシングから吐出
される吐出ガスの容量制御を行う複数の吸込ベーンが設
けられてなる遠心圧縮機において、前記大径部の内径を
ｄ1 、前記小径部の内径をｄ2 、前記インペラに設けら
れるインペラキャップの基端側の最大径をｄ3 としたと
き、インペラキャップの頂角θを、２・ｔａｎ-1｛１．
７（ｄ2 ／ｄ1 ）4 −５６（ｄ3 ／ｄ2 −０．５）｜ｄ
3 ／ｄ2 −０．５｜−０．７｝以下としたところにあ
る。
【００１０】また、本発明の請求項２に係る遠心圧縮機
が採用した手段の特徴とするところは、請求項１に記載
の遠心圧縮機において、前記インペラの先端から駆動軸
の中心までの距離をＬとしたとき、該距離Ｌと前記大径
部の内径ｄ1 との比Ｌ／ｄ1を１．５以下としたところ
にある。
が採用した手段の特徴とするところは、請求項１に記載
の遠心圧縮機において、前記インペラの先端から駆動軸
の中心までの距離をＬとしたとき、該距離Ｌと前記大径
部の内径ｄ1 との比Ｌ／ｄ1を１．５以下としたところ
にある。
【００１１】
【作用】本発明の請求項１に係る遠心圧縮機によれば、
前記インペラキャップの頂角θが２・ｔａｎ-1｛１．７
（ｄ2 ／ｄ1 ）4 −５６（ｄ3 ／ｄ2 −０．５）｜ｄ3
／ｄ2 −０．５｜−０．７｝以下に設定され、ｄ3 が大
きいときにはインペラキャップの頂角θが小さくなり、
ｄ3 が小さいときにはインペラキャップの頂角θが大き
くなるが、インペラキャップの頂角θは、このインペラ
キャップ近傍でのガス流の渦の発生を防止し得る角度に
なり、吐出側ケーシングの吸込口における吸込圧に渦の
発生に基づくアンバランスが生じなくなるので、インペ
ラの振動が抑制される。
前記インペラキャップの頂角θが２・ｔａｎ-1｛１．７
（ｄ2 ／ｄ1 ）4 −５６（ｄ3 ／ｄ2 −０．５）｜ｄ3
／ｄ2 −０．５｜−０．７｝以下に設定され、ｄ3 が大
きいときにはインペラキャップの頂角θが小さくなり、
ｄ3 が小さいときにはインペラキャップの頂角θが大き
くなるが、インペラキャップの頂角θは、このインペラ
キャップ近傍でのガス流の渦の発生を防止し得る角度に
なり、吐出側ケーシングの吸込口における吸込圧に渦の
発生に基づくアンバランスが生じなくなるので、インペ
ラの振動が抑制される。
【００１２】また、本発明の請求項２に係る遠心圧縮機
によれば、インペラの先端から駆動軸の中心までの距離
Ｌと大径部の内径ｄ1 との比Ｌ／ｄ1 が１．５以下に設
定されるので、それほど偏心しないうちに、ガスの旋回
流をインペラにより吸込むことができる。
によれば、インペラの先端から駆動軸の中心までの距離
Ｌと大径部の内径ｄ1 との比Ｌ／ｄ1 が１．５以下に設
定されるので、それほど偏心しないうちに、ガスの旋回
流をインペラにより吸込むことができる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例に係る遠心圧縮機を、
その模式的断面図の図１（ａ）と、インペラの上側拡大
図の図１（ｂ）と、絞り比ｄ2 ／ｄ1 に対する旋回流の
偏心強度レベルの関係説明図の図２と、絞り比ｄ2 ／ｄ
1 に対するｔａｎα（ｄ3／ｄ2 の値毎の）の関係説明
図の図３と、インペラキャップ近傍におけるガスの流れ
状況説明図の図４および図５と、Ｌ／ｄ1 に対する旋回
流の偏心レベルの関係説明図の図６とを参照しながら説
明する。
その模式的断面図の図１（ａ）と、インペラの上側拡大
図の図１（ｂ）と、絞り比ｄ2 ／ｄ1 に対する旋回流の
偏心強度レベルの関係説明図の図２と、絞り比ｄ2 ／ｄ
1 に対するｔａｎα（ｄ3／ｄ2 の値毎の）の関係説明
図の図３と、インペラキャップ近傍におけるガスの流れ
状況説明図の図４および図５と、Ｌ／ｄ1 に対する旋回
流の偏心レベルの関係説明図の図６とを参照しながら説
明する。
【００１４】先ず、図１（ａ）と図１（ｂ）とに基づい
て、本発明の実施例に係る遠心圧縮機１の構成を説明す
ると、同図に示す符号２は吸込ベーンであり、この吸込
ベーン２は後述する構成になる吸込ケーシング４の内側
に取付けられている。この吸込ベーン２は、前記吸込ケ
ーシング４を直角に貫通する駆動軸３の回転によって回
動されて開閉されるように構成されている。前記吸込ケ
ーシング４は、吸込ベーン３側の内径ｄ1 の大径部４ａ
と、大径インペラ５の吸込口の直前の内径ｄ2の小径部
４ｂとを備えると共に、これら大径部４ａと小径部４ｂ
との間は、大径部４ａ側から小径部４ｂ側になるほど次
第に内径が小径となる絞り部４ｃによってつながれてい
る。そして、前記インペラ５は吸込ケーシング４に接続
されてなる吐出側ケーシング７に内設されており、この
インペラ５の吸込口７ａ側の回転中心には、頂角がθ
（θ＝２α）で、最大径がｄ3 のインペラキャップ６が
設けられている。
て、本発明の実施例に係る遠心圧縮機１の構成を説明す
ると、同図に示す符号２は吸込ベーンであり、この吸込
ベーン２は後述する構成になる吸込ケーシング４の内側
に取付けられている。この吸込ベーン２は、前記吸込ケ
ーシング４を直角に貫通する駆動軸３の回転によって回
動されて開閉されるように構成されている。前記吸込ケ
ーシング４は、吸込ベーン３側の内径ｄ1 の大径部４ａ
と、大径インペラ５の吸込口の直前の内径ｄ2の小径部
４ｂとを備えると共に、これら大径部４ａと小径部４ｂ
との間は、大径部４ａ側から小径部４ｂ側になるほど次
第に内径が小径となる絞り部４ｃによってつながれてい
る。そして、前記インペラ５は吸込ケーシング４に接続
されてなる吐出側ケーシング７に内設されており、この
インペラ５の吸込口７ａ側の回転中心には、頂角がθ
（θ＝２α）で、最大径がｄ3 のインペラキャップ６が
設けられている。
【００１５】本発明は、このような構成になる遠心圧縮
機１の前記インペラ５に設けられたインペラキャップ６
の頂角θと、インペラ５の先端から駆動軸３の径方向の
中心を通る軸心ＣＬまでの距離Ｌとを後述するように規
定した。即ち、インペラキャップ６の頂角θを、２ｔａ
ｎ-1｛１．７（ｄ2 ／ｄ1 ）4 −５６（ｄ3 ／ｄ2 −
０．５）｜ｄ3 ／ｄ2 −０．５｜−０．７｝以下にする
と共に、インペラ５の先端から駆動軸３の径方向の中心
を通る軸心ＣＬまでの距離Ｌと、前記大径部の内径ｄ1
との比Ｌ／ｄ1 を１．５以下にしたものである。
機１の前記インペラ５に設けられたインペラキャップ６
の頂角θと、インペラ５の先端から駆動軸３の径方向の
中心を通る軸心ＣＬまでの距離Ｌとを後述するように規
定した。即ち、インペラキャップ６の頂角θを、２ｔａ
ｎ-1｛１．７（ｄ2 ／ｄ1 ）4 −５６（ｄ3 ／ｄ2 −
０．５）｜ｄ3 ／ｄ2 −０．５｜−０．７｝以下にする
と共に、インペラ５の先端から駆動軸３の径方向の中心
を通る軸心ＣＬまでの距離Ｌと、前記大径部の内径ｄ1
との比Ｌ／ｄ1 を１．５以下にしたものである。
【００１６】以下、インペラ５の振動発生防止を可能な
らしめるインペラキャップ６の好ましい頂角θを導出す
るに到った経緯を説明する。図２は、ｄ3 ／ｄ2 ＝０．
３９（ｄ3 ＝０．３９・ｄ2 ）、α（＝θ／２）＝４５
°のインペラキャップ６を有するインペラ５に対して、
ｄ2 ／ｄ1 （以下、絞り比という。）を変化させた場合
の実験結果を示している。即ち、同図によれば、絞り比
ｄ2 ／ｄ1 が０．９よりも小さくなると、下記の数式で
定義される旋回流の偏心強度レベルΦが振動発生レベル
Ｐよりも大きくなり、インペラ５が振動していることが
測定された。
らしめるインペラキャップ６の好ましい頂角θを導出す
るに到った経緯を説明する。図２は、ｄ3 ／ｄ2 ＝０．
３９（ｄ3 ＝０．３９・ｄ2 ）、α（＝θ／２）＝４５
°のインペラキャップ６を有するインペラ５に対して、
ｄ2 ／ｄ1 （以下、絞り比という。）を変化させた場合
の実験結果を示している。即ち、同図によれば、絞り比
ｄ2 ／ｄ1 が０．９よりも小さくなると、下記の数式で
定義される旋回流の偏心強度レベルΦが振動発生レベル
Ｐよりも大きくなり、インペラ５が振動していることが
測定された。
【００１７】
【数１】 なお、上記数式に用いられている各記号はそれぞれ下記
の通りである。 φ（τ）；旋回流の圧力（τの関数） τ ；時間 ｅ ；自然対数 ｊ ；複素数 ω ；旋回流の偏心周波数
の通りである。 φ（τ）；旋回流の圧力（τの関数） τ ；時間 ｅ ；自然対数 ｊ ；複素数 ω ；旋回流の偏心周波数
【００１８】図３は、ｄ3 ／ｄ2 の値を段階的に変化さ
せ、それぞれのｄ3 ／ｄ2 の値に対して、絞り比ｄ2 ／
ｄ1 に対してα（ｔａｎα）がどのように変化するかを
調べ、これにより旋回流の偏心強度レベルを振動発生レ
ベルＰよりも小さくし得るαを調べた実験結果を示して
いる。
せ、それぞれのｄ3 ／ｄ2 の値に対して、絞り比ｄ2 ／
ｄ1 に対してα（ｔａｎα）がどのように変化するかを
調べ、これにより旋回流の偏心強度レベルを振動発生レ
ベルＰよりも小さくし得るαを調べた実験結果を示して
いる。
【００１９】吸込ケーシング４に絞り部４ｃがあると、
吸込口７ａ側になるほど断面積が減少するため、流体速
度ｖは増加する。即ち、流体速度ｖと断面積との間には
ｖ∝１／（ｄ2 ／ｄ1 ）2 の関係がある。一方、流体の
運動エネルギーは、流速の２乗に比例するから、旋回流
のエネルギーＥは、Ｅ∝ｖ2 ∝１／（ｄ2 ／ｄ1 ）4と
なることが推定される。さらに、インペラ５のインペラ
キャップ６が取付けられるハブボス部５ａの径と、絞り
部４ｃの絞り比もガスの旋回流に影響を及ぼすことが推
定され、その影響力Ｅ′は、ｄ3 ／ｄ2 の関数として与
えられると推定される。
吸込口７ａ側になるほど断面積が減少するため、流体速
度ｖは増加する。即ち、流体速度ｖと断面積との間には
ｖ∝１／（ｄ2 ／ｄ1 ）2 の関係がある。一方、流体の
運動エネルギーは、流速の２乗に比例するから、旋回流
のエネルギーＥは、Ｅ∝ｖ2 ∝１／（ｄ2 ／ｄ1 ）4と
なることが推定される。さらに、インペラ５のインペラ
キャップ６が取付けられるハブボス部５ａの径と、絞り
部４ｃの絞り比もガスの旋回流に影響を及ぼすことが推
定され、その影響力Ｅ′は、ｄ3 ／ｄ2 の関数として与
えられると推定される。
【００２０】ところで、α（＝θ／２）が大きいと、図
４に示すように、ガスの流れ方向がインペラキャップ６
により急激に曲げられるため、インペラ５の近傍の上流
側で渦が発生すると考えられる。一方、図５に示すよう
に、αが小さいと、ガスの流れ方向は徐々に変えられ、
スムーズに吸込口７ａから吸込まれる。即ち、渦が発生
しないので、インペラ５が振動しなくなることを示唆し
ている。
４に示すように、ガスの流れ方向がインペラキャップ６
により急激に曲げられるため、インペラ５の近傍の上流
側で渦が発生すると考えられる。一方、図５に示すよう
に、αが小さいと、ガスの流れ方向は徐々に変えられ、
スムーズに吸込口７ａから吸込まれる。即ち、渦が発生
しないので、インペラ５が振動しなくなることを示唆し
ている。
【００２１】以上のことを考慮して、図３に示したデー
タを解析した結果、この図３中に示されているデータに
は、ｔａｎα＝１．７（ｄ2 ／ｄ1 ）4 −５６（ｄ3 ／
ｄ2−０．５）｜ｄ3 ／ｄ2 −０．５｜−０．７の関係
が存在することが判明した。さらに、頂角θ＝２α≦２
・ｔａｎ-1｛１．７（ｄ2 ／ｄ1 ）4 −５６（ｄ3／ｄ
2 −０．５）｜ｄ3 ／ｄ2 −０．５｜−０．７｝を満足
するインペラキャップ６をインペラ５のハブボス部５ａ
に取付ければ、インペラキャップ６の近傍に渦が発生せ
ず、インペラ５が振動しないことが判った。
タを解析した結果、この図３中に示されているデータに
は、ｔａｎα＝１．７（ｄ2 ／ｄ1 ）4 −５６（ｄ3 ／
ｄ2−０．５）｜ｄ3 ／ｄ2 −０．５｜−０．７の関係
が存在することが判明した。さらに、頂角θ＝２α≦２
・ｔａｎ-1｛１．７（ｄ2 ／ｄ1 ）4 −５６（ｄ3／ｄ
2 −０．５）｜ｄ3 ／ｄ2 −０．５｜−０．７｝を満足
するインペラキャップ６をインペラ５のハブボス部５ａ
に取付ければ、インペラキャップ６の近傍に渦が発生せ
ず、インペラ５が振動しないことが判った。
【００２２】なお、上記ｔａｎα＝１．７（ｄ2 ／
ｄ1 ）4 −５６（ｄ3 ／ｄ2 −０．５）｜ｄ3 ／ｄ2 −
０．５｜−０．７の関係は、下記のようにして図３から
求めたものである。即ち、ｄ2 ／ｄ1 およびｄ3 ／ｄ2
をパラメータとする実験データを図にプロットした結
果、これらはｄ3 ／ｄ2 をパラメータとした曲線群とな
ることが判明した。曲線群のそれぞれの曲線はｄ2 ／ｄ
1 の増加と共にｔａｎαの値が増加しており、その増加
傾向を解析したところ、これらの曲線は旋回流のエネル
ギーＥ∝１／（ｄ2 ／ｄ1 ）4 の関係から推定されたｄ
2 ／ｄ1 の４次式で表すことができ、さらに比例定数を
１．７にすると実験値と良く一致した。次いで、ｄ3 ／
ｄ2 の値の相違によるｔａｎαへの影響を調べたとこ
ろ、（ｄ3 ／ｄ2−０．５）｜ｄ3 ／ｄ2 −０．５｜に
比例し、比例定数を５６にすることにより実験値と良く
一致することが判明した。そこで、これらの曲線を総合
し、実験値との比較を行ったところ、固定定数を−０．
７として上記数式を構成すると、図３に示したｄ3 ／ｄ
2 をパラメータとする全ての曲線が実験値と良く一致し
たからである。
ｄ1 ）4 −５６（ｄ3 ／ｄ2 −０．５）｜ｄ3 ／ｄ2 −
０．５｜−０．７の関係は、下記のようにして図３から
求めたものである。即ち、ｄ2 ／ｄ1 およびｄ3 ／ｄ2
をパラメータとする実験データを図にプロットした結
果、これらはｄ3 ／ｄ2 をパラメータとした曲線群とな
ることが判明した。曲線群のそれぞれの曲線はｄ2 ／ｄ
1 の増加と共にｔａｎαの値が増加しており、その増加
傾向を解析したところ、これらの曲線は旋回流のエネル
ギーＥ∝１／（ｄ2 ／ｄ1 ）4 の関係から推定されたｄ
2 ／ｄ1 の４次式で表すことができ、さらに比例定数を
１．７にすると実験値と良く一致した。次いで、ｄ3 ／
ｄ2 の値の相違によるｔａｎαへの影響を調べたとこ
ろ、（ｄ3 ／ｄ2−０．５）｜ｄ3 ／ｄ2 −０．５｜に
比例し、比例定数を５６にすることにより実験値と良く
一致することが判明した。そこで、これらの曲線を総合
し、実験値との比較を行ったところ、固定定数を−０．
７として上記数式を構成すると、図３に示したｄ3 ／ｄ
2 をパラメータとする全ての曲線が実験値と良く一致し
たからである。
【００２３】従って、上式によれば、ｄ3 が大きいとき
にはインペラキャップ６の頂角θを小さくし、ｄ3 が小
さいときにはインペラキャップ６の頂角θを大きくして
も良いことになる。つまり、ｄ3 が大きくインペラキャ
ップ６の頂角θが小さいときにはガスの流れ方向がイン
ペラキャップ６により急激に曲げられることがなくで渦
が発生しないのでインペラ５の振動の発生が防止され、
一方ｄ3 が小さくインペラキャップ６の頂角θが大きい
ときにはガスの流れ方向がインペラキャップ６により急
激に曲げられても、インペラキャップ６に沿う流路が短
く渦が発生しにくい、つまり頂角θを渦が発生しない角
度にすることができ、渦の発生に起因する吸込圧にアン
バランスが生じないので、インペラ５が振動しなくなる
ものと理解することができる。
にはインペラキャップ６の頂角θを小さくし、ｄ3 が小
さいときにはインペラキャップ６の頂角θを大きくして
も良いことになる。つまり、ｄ3 が大きくインペラキャ
ップ６の頂角θが小さいときにはガスの流れ方向がイン
ペラキャップ６により急激に曲げられることがなくで渦
が発生しないのでインペラ５の振動の発生が防止され、
一方ｄ3 が小さくインペラキャップ６の頂角θが大きい
ときにはガスの流れ方向がインペラキャップ６により急
激に曲げられても、インペラキャップ６に沿う流路が短
く渦が発生しにくい、つまり頂角θを渦が発生しない角
度にすることができ、渦の発生に起因する吸込圧にアン
バランスが生じないので、インペラ５が振動しなくなる
ものと理解することができる。
【００２４】なお、インペラ５の振動を防ぐためには頂
角θを小さくすれば良い。しかしながら、頂角θを小さ
くすると、必然的にインペラキャップ６の基端部から先
端までの長さが長くなって抵抗増による圧損の増大をき
たし、結果的に遠心圧縮機１の吐出効率が低下すること
になるので、頂角θを上記関係式から求められる角度と
同角またはやや小さい角度にすることが好ましい。
角θを小さくすれば良い。しかしながら、頂角θを小さ
くすると、必然的にインペラキャップ６の基端部から先
端までの長さが長くなって抵抗増による圧損の増大をき
たし、結果的に遠心圧縮機１の吐出効率が低下すること
になるので、頂角θを上記関係式から求められる角度と
同角またはやや小さい角度にすることが好ましい。
【００２５】次いで、ｄ2 ／ｄ1 ＝０．９、ｄ3 ／ｄ2
＝０．５５、α＝４５°の場合について、距離Ｌと旋回
流の偏心強度レベルとの関係を調べた。その結果は、図
６に示すとおりで、Ｌ／ｄ1 ≦１．５では旋回流の偏心
強度レベルは振動発生レベルＰよりも低レベルでインペ
ラ５が振動するようなことがなかった。
＝０．５５、α＝４５°の場合について、距離Ｌと旋回
流の偏心強度レベルとの関係を調べた。その結果は、図
６に示すとおりで、Ｌ／ｄ1 ≦１．５では旋回流の偏心
強度レベルは振動発生レベルＰよりも低レベルでインペ
ラ５が振動するようなことがなかった。
【００２６】このように、インペラキャップ６の頂角
を、図３に示した角度以下とすることがインペラ５の振
動の抑制に効果があり、またインペラキャップ６の頂角
に加えて、Ｌ／ｄ1 の値を１．５以下にすることがイン
ペラ５の振動の抑制に大きく寄与することができる。な
お、流体の圧力が１０ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇ以上の高圧にな
ると、旋回流がインペラ５を振動させる力も大きくなる
が、このような高圧の遠心圧縮機のインペラの振動の発
生防止に、本発明に係る技術的思想を適用すると特に効
果的である。
を、図３に示した角度以下とすることがインペラ５の振
動の抑制に効果があり、またインペラキャップ６の頂角
に加えて、Ｌ／ｄ1 の値を１．５以下にすることがイン
ペラ５の振動の抑制に大きく寄与することができる。な
お、流体の圧力が１０ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇ以上の高圧にな
ると、旋回流がインペラ５を振動させる力も大きくなる
が、このような高圧の遠心圧縮機のインペラの振動の発
生防止に、本発明に係る技術的思想を適用すると特に効
果的である。
【００２７】ところで、他の実施例に係る遠心圧縮機の
模式的断面図の図７（ａ）と、図７（ａ）のＡ−Ａ線断
面図の図７（ｂ）とに示すように、吸込ケーシング４の
反インペラ５側の太径部４ａに、吸込ケーシング４の外
周からガスを吸込み、吸込んだガスを周方向に複数設け
られた入口ガイドベーン８により旋回させ、ガスの旋回
流を吸込ケーシング４の大径部４ａ、絞り部４ｃ、小径
部４ｂを経てインペラ５で吸引する構成の遠心圧縮機１
もある。このような構成の遠心圧縮機１のインペラ５
と、入口ガイドベーン８とに対しても本発明の技術的思
想を適用することが可能である。
模式的断面図の図７（ａ）と、図７（ａ）のＡ−Ａ線断
面図の図７（ｂ）とに示すように、吸込ケーシング４の
反インペラ５側の太径部４ａに、吸込ケーシング４の外
周からガスを吸込み、吸込んだガスを周方向に複数設け
られた入口ガイドベーン８により旋回させ、ガスの旋回
流を吸込ケーシング４の大径部４ａ、絞り部４ｃ、小径
部４ｂを経てインペラ５で吸引する構成の遠心圧縮機１
もある。このような構成の遠心圧縮機１のインペラ５
と、入口ガイドベーン８とに対しても本発明の技術的思
想を適用することが可能である。
【００２８】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の請求項１
又は２に係る遠心圧縮機によれば、インペラキャップの
頂角θの設定により、ガスの旋回流の流れ方向の急激な
曲がりを無くしてインペラキャップの近傍における渦の
発生を防止し、あるいはガスの旋回流の旋回中心の偏心
量が少ない状態で、インペラにより効果的に吸引するこ
とが可能になって、インペラの振動の発生が抑制される
ので、遠心圧縮機の安定運転の継続に大いに寄与するこ
とができる。
又は２に係る遠心圧縮機によれば、インペラキャップの
頂角θの設定により、ガスの旋回流の流れ方向の急激な
曲がりを無くしてインペラキャップの近傍における渦の
発生を防止し、あるいはガスの旋回流の旋回中心の偏心
量が少ない状態で、インペラにより効果的に吸引するこ
とが可能になって、インペラの振動の発生が抑制される
ので、遠心圧縮機の安定運転の継続に大いに寄与するこ
とができる。
【図１】図１（ａ）は本発明の実施例に係る遠心圧縮機
の模式的断面図、図１（ｂ）はインペラの上部側拡大図
である。
の模式的断面図、図１（ｂ）はインペラの上部側拡大図
である。
【図２】本発明の実施例に係り、絞り比ｄ2 ／ｄ1 に対
する旋回流の偏心強度レベルの関係説明図である。
する旋回流の偏心強度レベルの関係説明図である。
【図３】本発明の実施例に係り、絞り比ｄ2 ／ｄ1 に対
するｔａｎα（ｄ3 ／ｄ2 の値毎の）の関係説明図であ
る。
するｔａｎα（ｄ3 ／ｄ2 の値毎の）の関係説明図であ
る。
【図４】インペラキャップ近傍におけるガスの流れ状況
説明図である。
説明図である。
【図５】インペラキャップ近傍におけるガスの流れ状況
説明図である。
説明図である。
【図６】本発明の実施例に係り、Ｌ／ｄ1 に対する旋回
流の偏心強度レベルの関係説明図である。
流の偏心強度レベルの関係説明図である。
【図７】図７（ａ）は他の実施例に係る遠心圧縮機の模
式的断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ線断面図
である。
式的断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ線断面図
である。
【図８】従来例に係る遠心圧縮機（特開平５−１５７０
９５号）の断面図である。
９５号）の断面図である。
【図９】従来例に係る遠心圧縮機（特願平６−２２７８
９４号）の断面図である。
９４号）の断面図である。
１…遠心圧縮機，２…吸込ベーン，３…駆動軸，４…吸
込ケーシング，４ａ…大径部，４ｂ…小径部，４ｃ…絞
り部，５…インペラ，５ａ…ハブボス部，６…インペラ
キャップ，７…吐出側ケーシング，７ａ…吸込口，８…
入口ガイドベーン，ｄ1 …吸込ケーシングの大径部の内
径，ｄ2 …吸込ケーシングの小径部の内径，ｄ3 …イン
ペラキャップの基端側の最大径，ＣＬ…駆動軸の軸心，
Ｌ…インペラの吸込口から駆動軸の軸心までの距離，Ｐ
…振動発生レベル，θ…インペラキャップの頂角，α…
θ／２。
込ケーシング，４ａ…大径部，４ｂ…小径部，４ｃ…絞
り部，５…インペラ，５ａ…ハブボス部，６…インペラ
キャップ，７…吐出側ケーシング，７ａ…吸込口，８…
入口ガイドベーン，ｄ1 …吸込ケーシングの大径部の内
径，ｄ2 …吸込ケーシングの小径部の内径，ｄ3 …イン
ペラキャップの基端側の最大径，ＣＬ…駆動軸の軸心，
Ｌ…インペラの吸込口から駆動軸の軸心までの距離，Ｐ
…振動発生レベル，θ…インペラキャップの頂角，α…
θ／２。
Claims (2)
- 【請求項１】 大径部と絞り部と小径部とを有し、小径
部側が吸込口となるインペラが内設された吐出側ケーシ
ングに接続されてなる吸込ケーシングの前記大径部の内
側に、前記吸込ケーシングを直角に貫通する駆動軸の回
動による開閉で、吐出側ケーシングから吐出される吐出
ガスの容量制御を行う複数の吸込ベーンが設けられてな
る遠心圧縮機において、前記大径部の内径をｄ1 、前記
小径部の内径をｄ2 、前記インペラに設けられるインペ
ラキャップの基端側の最大径をｄ3 としたとき、インペ
ラキャップの頂角θを、２・ｔａｎ-1｛１．７（ｄ2 ／
ｄ1 ）4 −５６（ｄ3 ／ｄ2 −０．５）｜ｄ3 ／ｄ2 −
０．５｜−０．７｝以下としたことを特徴とする遠心圧
縮機。 - 【請求項２】 前記インペラの先端から駆動軸の中心ま
での距離をＬとしたとき、該距離Ｌと前記大径部の内径
ｄ1 との比Ｌ／ｄ1 を１．５以下としたことを特徴とす
る請求項１に記載の遠心圧縮機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7136686A JPH08326689A (ja) | 1995-06-02 | 1995-06-02 | 遠心圧縮機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7136686A JPH08326689A (ja) | 1995-06-02 | 1995-06-02 | 遠心圧縮機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08326689A true JPH08326689A (ja) | 1996-12-10 |
Family
ID=15181108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7136686A Withdrawn JPH08326689A (ja) | 1995-06-02 | 1995-06-02 | 遠心圧縮機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08326689A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8286428B2 (en) * | 2008-11-19 | 2012-10-16 | Ford Global Technologies | Inlet system for an engine |
| WO2019097611A1 (ja) * | 2017-11-15 | 2019-05-23 | 三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社 | コンプレッサインペラ、コンプレッサ及びターボチャージャ |
| CN111120405A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-05-08 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种轴向偏置的非对称蜗壳及其设计方法 |
-
1995
- 1995-06-02 JP JP7136686A patent/JPH08326689A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8286428B2 (en) * | 2008-11-19 | 2012-10-16 | Ford Global Technologies | Inlet system for an engine |
| WO2019097611A1 (ja) * | 2017-11-15 | 2019-05-23 | 三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社 | コンプレッサインペラ、コンプレッサ及びターボチャージャ |
| CN110770449A (zh) * | 2017-11-15 | 2020-02-07 | 三菱重工发动机和增压器株式会社 | 压缩机叶轮、压缩机以及涡轮增压器 |
| JPWO2019097611A1 (ja) * | 2017-11-15 | 2020-04-09 | 三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社 | コンプレッサインペラ、コンプレッサ及びターボチャージャ |
| EP3712438A4 (en) * | 2017-11-15 | 2021-04-21 | Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd. | COMPRESSOR IMPELLER, COMPRESSOR AND TURBOCHARGER |
| US11143199B2 (en) | 2017-11-15 | 2021-10-12 | Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd. | Compressor impeller, compressor, and turbocharger |
| CN111120405A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-05-08 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种轴向偏置的非对称蜗壳及其设计方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020806 |