JPH0842490A - 可変案内羽根付き流体機械 - Google Patents
可変案内羽根付き流体機械Info
- Publication number
- JPH0842490A JPH0842490A JP14250195A JP14250195A JPH0842490A JP H0842490 A JPH0842490 A JP H0842490A JP 14250195 A JP14250195 A JP 14250195A JP 14250195 A JP14250195 A JP 14250195A JP H0842490 A JPH0842490 A JP H0842490A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fluid machine
- flow rate
- diffuser
- angle
- variable guide
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- 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.)
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- Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 流体機械を設計点流量以下の流量域で運転し
たときに発生する不安定現象を回避して流体機械を広い
流量範囲で運転できる可変案内羽根付き流体機械を提供
する。 【構成】 ディフューザ羽根３ａを具備した流体機械に
おいて、流体機械の吸込量を検出する検出装置６と、予
め求められた吸込流量とディフューザ羽根角度との関係
に基づいて、検出装置６によって検出された吸込流量か
らディフューザ羽根角度を決定し制御する制御装置７と
を備えた。
たときに発生する不安定現象を回避して流体機械を広い
流量範囲で運転できる可変案内羽根付き流体機械を提供
する。 【構成】 ディフューザ羽根３ａを具備した流体機械に
おいて、流体機械の吸込量を検出する検出装置６と、予
め求められた吸込流量とディフューザ羽根角度との関係
に基づいて、検出装置６によって検出された吸込流量か
らディフューザ羽根角度を決定し制御する制御装置７と
を備えた。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、遠心及び斜流形の流体
ポンプ、気体用のブロワ、圧縮機などの流体機械に係
り、特に入口案内羽根及びディフューザ羽根付き流体機
械に関するものである。なお本明細書では上記流体機械
を総称してポンプと称する。
ポンプ、気体用のブロワ、圧縮機などの流体機械に係
り、特に入口案内羽根及びディフューザ羽根付き流体機
械に関するものである。なお本明細書では上記流体機械
を総称してポンプと称する。
【０００２】
【従来の技術】従来、遠心及び斜流のポンプを設計点以
外の低流量域で運転すると、羽根車、ディフューザなど
の構成要素で流れの剥離等が発生し、これらの原因によ
って、当該ポンプで発生できる流量に対する圧力の上昇
率が低下して、配管系との不安定現象（サージング等）
が発生してしまい、運転が不能となる欠点があった。こ
れを解決するために、ポンプに接続された配管の他にバ
イパス（送風機、圧縮機の場合には放風）用の配管を設
け、当該ポンプが不安定現象が発生する流量でバイパス
用配管のバルブを開くことによって、装置側の流量は減
少させても当該ポンプの運転状態は変わらないようにす
るなどの方法を採用して不安定現象発生点を回避してい
た。
外の低流量域で運転すると、羽根車、ディフューザなど
の構成要素で流れの剥離等が発生し、これらの原因によ
って、当該ポンプで発生できる流量に対する圧力の上昇
率が低下して、配管系との不安定現象（サージング等）
が発生してしまい、運転が不能となる欠点があった。こ
れを解決するために、ポンプに接続された配管の他にバ
イパス（送風機、圧縮機の場合には放風）用の配管を設
け、当該ポンプが不安定現象が発生する流量でバイパス
用配管のバルブを開くことによって、装置側の流量は減
少させても当該ポンプの運転状態は変わらないようにす
るなどの方法を採用して不安定現象発生点を回避してい
た。
【０００３】しかしながら、この方法は装置側で不安定
現象を回避するものであるので、ポンプの不安定現象発
生点流量を予め決めておき、その流量になったときにバ
イパス用配管のバルブを開く制御を行わなければならな
い。したがって、この方法では、ポンプの不安定現象発
生点流量を正確に把握できないと装置全体の制御が正確
にできないのと、ポンプの回転速度を変えたときの特性
も正確に把握しておかなければ装置全体の制御が正確に
できないので、ポンプを連続的に変化させるような運転
状態では追随できないなどの欠点があった。
現象を回避するものであるので、ポンプの不安定現象発
生点流量を予め決めておき、その流量になったときにバ
イパス用配管のバルブを開く制御を行わなければならな
い。したがって、この方法では、ポンプの不安定現象発
生点流量を正確に把握できないと装置全体の制御が正確
にできないのと、ポンプの回転速度を変えたときの特性
も正確に把握しておかなければ装置全体の制御が正確に
できないので、ポンプを連続的に変化させるような運転
状態では追随できないなどの欠点があった。
【０００４】また、バイパス用配管のバルブを開くこと
によって不安定現象発生点を回避しても、当該ポンプ自
体の運転状態は変わらないのでポンプに不必要な運転を
させることになり、省エネルギーの観点から問題が多か
った。さらにバイパス用配管やバルブが必要なので装置
がコスト高になる欠点があった。
によって不安定現象発生点を回避しても、当該ポンプ自
体の運転状態は変わらないのでポンプに不必要な運転を
させることになり、省エネルギーの観点から問題が多か
った。さらにバイパス用配管やバルブが必要なので装置
がコスト高になる欠点があった。
【０００５】本発明は上述の事情に鑑みなされたもの
で、流体機械を設計点流量以下の流量域で運転したとき
に発生する不安定現象を回避して流体機械を広い流量範
囲で運転できる可変案内羽根付き流体機械を提供するこ
とを目的とする。
で、流体機械を設計点流量以下の流量域で運転したとき
に発生する不安定現象を回避して流体機械を広い流量範
囲で運転できる可変案内羽根付き流体機械を提供するこ
とを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及びその作用】この発明
は、以下のような認識に基づいて行われた。図１は流体
機械（圧縮機）の羽根車出口の状態を示す模式図であ
る。羽根車２から流出する流体の流れ方向をａ（設計流
量），ｂ（小流量），ｃ（大流量）の矢印で示す。この
図から明らかなように設計点以外の流量では、大流量で
はディフューザ３の羽根３ａの圧力面側、小流量ではデ
ィフューザ３の羽根３ａの負圧面側、の流れの迎え角が
過大になり、流れが剥離して図２（無次元流量とディフ
ューザ損失との関係を示す図）に示すようにディフュー
ザでの損失が増大する。その結果、圧縮機の全体性能は
図３（無次元流量と無次元ヘッド係数との関係を示す
図）に示すようになり、設計点より小流量側で右上がり
な特性（不安定）が現れるようになるばかりでなく、あ
る流量でサージングが発生し、配管での圧力変動が大き
くなり、運転ができなくなる。
は、以下のような認識に基づいて行われた。図１は流体
機械（圧縮機）の羽根車出口の状態を示す模式図であ
る。羽根車２から流出する流体の流れ方向をａ（設計流
量），ｂ（小流量），ｃ（大流量）の矢印で示す。この
図から明らかなように設計点以外の流量では、大流量で
はディフューザ３の羽根３ａの圧力面側、小流量ではデ
ィフューザ３の羽根３ａの負圧面側、の流れの迎え角が
過大になり、流れが剥離して図２（無次元流量とディフ
ューザ損失との関係を示す図）に示すようにディフュー
ザでの損失が増大する。その結果、圧縮機の全体性能は
図３（無次元流量と無次元ヘッド係数との関係を示す
図）に示すようになり、設計点より小流量側で右上がり
な特性（不安定）が現れるようになるばかりでなく、あ
る流量でサージングが発生し、配管での圧力変動が大き
くなり、運転ができなくなる。
【０００７】これを解決するためには、ディフューザ羽
根角度を可変にして、流量が低下したときの羽根車出口
流れ（図１のｂの流れ）に適合するように動かせば、デ
ィフューザ羽根での損失は図２の破線で示すように低減
させることができる。その結果、圧縮機の全体性能は図
３の破線で示すように向上させることができ、不安定現
象を回避して安定した特性が得られる。
根角度を可変にして、流量が低下したときの羽根車出口
流れ（図１のｂの流れ）に適合するように動かせば、デ
ィフューザ羽根での損失は図２の破線で示すように低減
させることができる。その結果、圧縮機の全体性能は図
３の破線で示すように向上させることができ、不安定現
象を回避して安定した特性が得られる。
【０００８】本発明は、上記の認識に基づいてなされた
もので、ディフューザ羽根を具備した流体機械におい
て、流体機械の吸込量を検出する検出装置と、予め求め
られた吸込流量と最適なディフューザ羽根角度との関係
に基づいて、上記検出装置によって検出された吸込流量
からディフューザ羽根角度を決定し制御する制御装置と
を備えたことを特徴とするものである。
もので、ディフューザ羽根を具備した流体機械におい
て、流体機械の吸込量を検出する検出装置と、予め求め
られた吸込流量と最適なディフューザ羽根角度との関係
に基づいて、上記検出装置によって検出された吸込流量
からディフューザ羽根角度を決定し制御する制御装置と
を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】本発明者らが考案したディフューザ羽根の
研究によれば、ポンプの無次元吸込流量に対する羽根車
出口でのディフューザ羽根の最適角度は図４に示したよ
うに、ほぼ直線で表され、流量０までディフューザ羽根
を制御すれば、サージング現象を回避できることがわか
った。
研究によれば、ポンプの無次元吸込流量に対する羽根車
出口でのディフューザ羽根の最適角度は図４に示したよ
うに、ほぼ直線で表され、流量０までディフューザ羽根
を制御すれば、サージング現象を回避できることがわか
った。
【００１０】ポンプの場合、回転数を変えたときの無次
元吸込流量に対する羽根車出口でのディフューザ羽根の
最適角度はほぼ一本の直線で表されるが（図４の直線Ｎ
1)、圧縮機の場合はガスの圧縮性のために、回転数ごと
に直線の傾きは異なる（図４の直線Ｎ1 〜Ｎ4)。この傾
きは羽根車出口の状態を予測することにより計算で求め
ることができる。
元吸込流量に対する羽根車出口でのディフューザ羽根の
最適角度はほぼ一本の直線で表されるが（図４の直線Ｎ
1)、圧縮機の場合はガスの圧縮性のために、回転数ごと
に直線の傾きは異なる（図４の直線Ｎ1 〜Ｎ4)。この傾
きは羽根車出口の状態を予測することにより計算で求め
ることができる。
【００１１】従って、いかなる状態でも当該ポンプの無
次元吸込流量さえわかればディフューザ羽根の角度を羽
根車出口流れに最適に合致させて運転できることが可能
となる。その結果、ポンプの無次元吸込流量及びこの無
次元吸込流量からディフューザ羽根の角度を決定し、デ
ィフューザ羽根を可変制御できる制御装置によってディ
フューザ羽根を制御すれば、ポンプの不安定現象を回避
して運転できることになる。
次元吸込流量さえわかればディフューザ羽根の角度を羽
根車出口流れに最適に合致させて運転できることが可能
となる。その結果、ポンプの無次元吸込流量及びこの無
次元吸込流量からディフューザ羽根の角度を決定し、デ
ィフューザ羽根を可変制御できる制御装置によってディ
フューザ羽根を制御すれば、ポンプの不安定現象を回避
して運転できることになる。
【００１２】回転数を制御できる制御装置を有する場合
には、図４の吸込流量によって決定できるディフューザ
羽根角度に従って、ディフューザ羽根を制御し、ヘッド
が所定値を満足しない場合は、回転数をも制御して不安
定状態を回避しながら運転できる。
には、図４の吸込流量によって決定できるディフューザ
羽根角度に従って、ディフューザ羽根を制御し、ヘッド
が所定値を満足しない場合は、回転数をも制御して不安
定状態を回避しながら運転できる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明に係る可変案内羽根付き流体機
械の一実施例を図５乃至図１０を参照して説明する。図
５及び図６は本発明が適用される単段遠心圧縮機を示す
図であり、図５はその縦断面図、図６はその部分側面図
である。羽根車２の下流にあるディフューザ３のディフ
ューザ羽根３ａは、複数の歯車４を介してアクチュエー
タ５に連結されている。また圧縮機の吸込側には、吸込
流量を検出する検出装置６が設置されている。アクチュ
エータ５は制御装置７に接続されており、ディフューザ
羽根３ａの羽根角度が可変になっている。
械の一実施例を図５乃至図１０を参照して説明する。図
５及び図６は本発明が適用される単段遠心圧縮機を示す
図であり、図５はその縦断面図、図６はその部分側面図
である。羽根車２の下流にあるディフューザ３のディフ
ューザ羽根３ａは、複数の歯車４を介してアクチュエー
タ５に連結されている。また圧縮機の吸込側には、吸込
流量を検出する検出装置６が設置されている。アクチュ
エータ５は制御装置７に接続されており、ディフューザ
羽根３ａの羽根角度が可変になっている。
【００１４】図７は、本発明の可変案内羽根付き流体機
械の処理手順を示すフローチャートである。回転数制御
をする場合には、ステップ１で回転数設定を行う。な
お、回転数制御をしない場合には、次のステップに進
む。次に、ステップ２で吸込流量を測定し、ステップ３
で図４に示す無次元吸込流量とディフューザ羽根角度と
の関係よりディフューザ羽根角度を決定する。そして、
ステップ４でディフューザ羽根角度の変更を行う。回転
数制御を行う場合には、ステップ５でヘッドが所定値を
満足するか否かを判定し、満足しない場合にはステップ
１に戻る。
械の処理手順を示すフローチャートである。回転数制御
をする場合には、ステップ１で回転数設定を行う。な
お、回転数制御をしない場合には、次のステップに進
む。次に、ステップ２で吸込流量を測定し、ステップ３
で図４に示す無次元吸込流量とディフューザ羽根角度と
の関係よりディフューザ羽根角度を決定する。そして、
ステップ４でディフューザ羽根角度の変更を行う。回転
数制御を行う場合には、ステップ５でヘッドが所定値を
満足するか否かを判定し、満足しない場合にはステップ
１に戻る。
【００１５】図８は、上記のような圧縮機を用いて得た
データをまとめたものである。横軸に各運転点の流量を
設計点の流量で無次元化した無次元流量、縦軸にディフ
ューザ羽根の角度を取って示したものである。ここで
は、その流量、回転数において羽根角度を変え、流れが
最も安定であるときの羽根角度をプロットした。流れの
安定度は、配管やポンプケーシングに設置した圧力セン
サの変動を目安とした。○印は羽根車の周速マッハ数が
１．２１で、入口案内羽根の角度が０度の時、□印は羽
根車の周速マッハ数が０．８７で、入口案内羽根の角度
が０度の時、△印は羽根車の周速マッハ数が０．８７
で、入口案内羽根の角度が６０度の時の実験結果をプロ
ットしたものである。
データをまとめたものである。横軸に各運転点の流量を
設計点の流量で無次元化した無次元流量、縦軸にディフ
ューザ羽根の角度を取って示したものである。ここで
は、その流量、回転数において羽根角度を変え、流れが
最も安定であるときの羽根角度をプロットした。流れの
安定度は、配管やポンプケーシングに設置した圧力セン
サの変動を目安とした。○印は羽根車の周速マッハ数が
１．２１で、入口案内羽根の角度が０度の時、□印は羽
根車の周速マッハ数が０．８７で、入口案内羽根の角度
が０度の時、△印は羽根車の周速マッハ数が０．８７
で、入口案内羽根の角度が６０度の時の実験結果をプロ
ットしたものである。
【００１６】この結果によるとディフューザの羽根の角
度は流量によってほぼ直線的に変化し、羽根車の周速マ
ッハ数、即ち回転数によって傾きが異なることがわか
る。また、回転数が同じ場合、入口案内羽根の角度が変
わってもディフューザ羽根の角度は流量だけに依存して
いることがわかる。
度は流量によってほぼ直線的に変化し、羽根車の周速マ
ッハ数、即ち回転数によって傾きが異なることがわか
る。また、回転数が同じ場合、入口案内羽根の角度が変
わってもディフューザ羽根の角度は流量だけに依存して
いることがわかる。
【００１７】図９に、従来のディフューザ羽根を固定し
た装置での全体性能と、本発明による装置での性能の比
較を示す。本発明による装置の性能は従来のものに比べ
て、締切り流量付近まで安定して運転できることがわか
る。
た装置での全体性能と、本発明による装置での性能の比
較を示す。本発明による装置の性能は従来のものに比べ
て、締切り流量付近まで安定して運転できることがわか
る。
【００１８】図１０は、本発明の可変案内羽根付き流体
機械の他の実施例の処理手順を示すフローチャートであ
る。まず、ステップ１で入口案内羽根（図でＩＧＶと表
記）の角度の設定を行う。次に、ステップ２で吸込流量
を測定し、ステップ３で図４に示す無次元吸込流量とデ
ィフューザ羽根角度を決定する。そして、ステップ４で
ディフューザ羽根角度の変更を行う。さらに、ステップ
５で、入口案内羽根の角度が９０度（全閉状態）か否か
を判断し、全閉であれば制御を終了する。全閉でなけれ
ば、ステップ６においてヘッドが所定値を満足するか否
かを判定し、所定値であれば制御を終了する。所定値を
満足しない場合は、ステップ７で、さらにヘッドが所定
値よりも大きいか否かを判断し、所定値よりも大きい場
合には入口案内羽根の角度を増加（閉方向）させ（ステ
ップ８）、小さい場合には入口案内羽根の角度を減少
（開方向）させる（ステップ９）ように制御する。な
お、図５乃至図１０に図示した実施例においては、制御
装置を１ユニット設置した例を示したが、制御装置を機
能別に分離して複数の制御装置としてもよい。
機械の他の実施例の処理手順を示すフローチャートであ
る。まず、ステップ１で入口案内羽根（図でＩＧＶと表
記）の角度の設定を行う。次に、ステップ２で吸込流量
を測定し、ステップ３で図４に示す無次元吸込流量とデ
ィフューザ羽根角度を決定する。そして、ステップ４で
ディフューザ羽根角度の変更を行う。さらに、ステップ
５で、入口案内羽根の角度が９０度（全閉状態）か否か
を判断し、全閉であれば制御を終了する。全閉でなけれ
ば、ステップ６においてヘッドが所定値を満足するか否
かを判定し、所定値であれば制御を終了する。所定値を
満足しない場合は、ステップ７で、さらにヘッドが所定
値よりも大きいか否かを判断し、所定値よりも大きい場
合には入口案内羽根の角度を増加（閉方向）させ（ステ
ップ８）、小さい場合には入口案内羽根の角度を減少
（開方向）させる（ステップ９）ように制御する。な
お、図５乃至図１０に図示した実施例においては、制御
装置を１ユニット設置した例を示したが、制御装置を機
能別に分離して複数の制御装置としてもよい。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、流
体機械を設計点流量以下の流量域で運転したときに発生
するサージング等の不安定現象を回避して、流体機械を
広い流量範囲で運転することができる。
体機械を設計点流量以下の流量域で運転したときに発生
するサージング等の不安定現象を回避して、流体機械を
広い流量範囲で運転することができる。
【図１】羽根車出口の流体の状態を示す模式図である。
【図２】無次元流量とディフューザ損失との関係を示す
図である。
図である。
【図３】無次元流量と無次元ヘッド係数との関係を示す
図である。
図である。
【図４】無次元吸込流量とディフューザ羽根角度との関
係を示す図である。
係を示す図である。
【図５】本発明の可変案内羽根付き流体機械の一例であ
る単段遠心圧縮機を示す縦断面図である。
る単段遠心圧縮機を示す縦断面図である。
【図６】図５の部分側面図である。
【図７】本発明の可変案内羽根付き流体機械の処理手順
を示すフローチャートである。
を示すフローチャートである。
【図８】本発明の一実施例の可変案内羽根付き流体機械
の効果を説明するグラフである。
の効果を説明するグラフである。
【図９】無次元流量と効率及びヘッド係数との関係を示
す図である。
す図である。
【図１０】本発明の可変案内羽根付き流体機械の他の実
施例の処理手順を示すフローチャートである。
施例の処理手順を示すフローチャートである。
２ 羽根車 ３ ディフューザ部 ３ａ ディフューザ羽根 ４ 歯車 ５ アクチュエータ ６ 検出装置 ７ 制御装置
Claims (5)
- 【請求項１】 ディフューザ羽根を具備した流体機械に
おいて、 流体機械の吸込量を検出する検出装置と、 予め求められた吸込流量とディフューザ羽根角度との関
係に基づいて、上記検出装置によって検出された吸込流
量からディフューザ羽根角度を決定し制御する制御装置
とを備えたことを特徴とする可変案内羽根付き流体機
械。 - 【請求項２】 上記吸込流量とディフューザ羽根角度の
関係は、ほぼ直線的な関係であることを特徴とする請求
項１に記載の可変案内羽根付き流体機械。 - 【請求項３】 上記直線関係は、羽根車の回転数によっ
て勾配が決まることを特徴とする請求項２に記載の可変
案内羽根付き流体機械。 - 【請求項４】 上記制御装置は、上記ディフューザ羽根
角度を変えたときにヘッドが所定値を満足しない場合
に、流体機械の回転数制御を行うことを特徴とする請求
項１ないし３のいずれかに記載の可変案内羽根付き流体
機械。 - 【請求項５】 上記流体機械は入口案内羽根を有し、上
記制御装置は、上記ディフューザ羽根角度を変えたとき
にヘッドが所定値を満足しない場合に、流体機械の入口
案内羽根角度を変えることを特徴とする請求項１ないし
４のいずれかに記載の可変案内羽根付き流体機械。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14250195A JP3606637B2 (ja) | 1994-05-23 | 1995-05-17 | 可変案内羽根付き流体機械 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6-132559 | 1994-05-23 | ||
| JP13255994 | 1994-05-23 | ||
| JP14250195A JP3606637B2 (ja) | 1994-05-23 | 1995-05-17 | 可変案内羽根付き流体機械 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002255316A Division JP2003097494A (ja) | 1994-05-23 | 2002-08-30 | 可変案内羽根付き流体機械 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0842490A true JPH0842490A (ja) | 1996-02-13 |
| JP3606637B2 JP3606637B2 (ja) | 2005-01-05 |
Family
ID=26467102
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14250195A Expired - Fee Related JP3606637B2 (ja) | 1994-05-23 | 1995-05-17 | 可変案内羽根付き流体機械 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3606637B2 (ja) |
-
1995
- 1995-05-17 JP JP14250195A patent/JP3606637B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3606637B2 (ja) | 2005-01-05 |
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20041005 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |