JPH0842493A - 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
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- JPH0842493A JPH0842493A JP14250395A JP14250395A JPH0842493A JP H0842493 A JPH0842493 A JP H0842493A JP 14250395 A JP14250395 A JP 14250395A JP 14250395 A JP14250395 A JP 14250395A JP H0842493 A JPH0842493 A JP H0842493A
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- fluid machine
- angle
- flow rate
- guide vanes
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 流体機械を設計点流量以外の流量域で運転し
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】 入口案内羽根４とディフューザ羽根６を具備
した流体機械において、必要とされる流体機械の運転状
態を入力する入力装置３と、該入力装置によって入力さ
れた運転状態が達成できるように、検出された吸込流量
とヘッドとから入口案内羽根の角度を算出する演算処理
装置Ｕと、前記入口案内羽根を算出された角度に駆動制
御する第１制御駆動装置５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。
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】 入口案内羽根４とディフューザ羽根６を具備
した流体機械において、必要とされる流体機械の運転状
態を入力する入力装置３と、該入力装置によって入力さ
れた運転状態が達成できるように、検出された吸込流量
とヘッドとから入口案内羽根の角度を算出する演算処理
装置Ｕと、前記入口案内羽根を算出された角度に駆動制
御する第１制御駆動装置５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。
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。
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。
【０００２】
【従来の技術とその課題】従来、遠心及び斜流のポンプ
を設計点以外の流量域で運転すると、羽根車、ディフュ
ーザなどの各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、当該ポンプの効率が、設計点流量のそ
れと比べて低下する欠点があった。
を設計点以外の流量域で運転すると、羽根車、ディフュ
ーザなどの各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、当該ポンプの効率が、設計点流量のそ
れと比べて低下する欠点があった。
【０００３】これを解決するためには、入口案内羽根や
ディフューザ羽根を可変にして、羽根車に流入する流れ
や羽根車から流出する流れにこれらの案内羽根を最適に
適合するように、各案内羽根の角度を調節して性能を向
上させる試みがなされてきた。
ディフューザ羽根を可変にして、羽根車に流入する流れ
や羽根車から流出する流れにこれらの案内羽根を最適に
適合するように、各案内羽根の角度を調節して性能を向
上させる試みがなされてきた。
【０００４】その代表的なものとして特公平４−１８１
５８号、特公平４−１８１５９号、特開昭６３−２３９
３９８号、特開昭６３−２３０９９９号がある。しか
し、これらは、入口案内羽根、ディフューザ羽根の種々
の角度における圧縮機全体性能を無次元化した特性とし
て把握しておく必要があり、さらに当該圧縮機を装置に
組み込んで最適な案内羽根の角度を算出する場合、角度
を変えた数点で圧縮機全体性能を計測しないと最適点が
決定できず、案内羽根角度を確定するまでに時間が掛か
る欠点があった。また、制御方法が非常に複雑になり、
装置のコストと制御用ソフトに多大なコストが掛かる欠
点があった。
５８号、特公平４−１８１５９号、特開昭６３−２３９
３９８号、特開昭６３−２３０９９９号がある。しか
し、これらは、入口案内羽根、ディフューザ羽根の種々
の角度における圧縮機全体性能を無次元化した特性とし
て把握しておく必要があり、さらに当該圧縮機を装置に
組み込んで最適な案内羽根の角度を算出する場合、角度
を変えた数点で圧縮機全体性能を計測しないと最適点が
決定できず、案内羽根角度を確定するまでに時間が掛か
る欠点があった。また、制御方法が非常に複雑になり、
装置のコストと制御用ソフトに多大なコストが掛かる欠
点があった。
【０００５】一方、羽根車出口の流れ角度を算出する方
法として特開平４−８１５９８号がある。この方法では
流れ角度を算出する方法にいくつかの仮定が入るのと、
一般に羽根車出口では流れが歪むために壁面の静圧から
流れ角度を算出することに無理があり、さらに流れが不
安定となる領域では、精度上に問題があるなどの欠点が
多かった。
法として特開平４−８１５９８号がある。この方法では
流れ角度を算出する方法にいくつかの仮定が入るのと、
一般に羽根車出口では流れが歪むために壁面の静圧から
流れ角度を算出することに無理があり、さらに流れが不
安定となる領域では、精度上に問題があるなどの欠点が
多かった。
【０００６】また、入口案内羽根やディフューザ羽根の
角度を変えるとポンプの特性が大幅に変わるために、羽
根車から流出する流れの角度を何らかの方法で把握する
手段を用いない場合は、各案内羽根の角度ごとに性能試
験を前もって詳細に行い、この試験結果をもとに入口案
内羽根やディフューザ羽根の角度を決めるという方法が
取られてきた。
角度を変えるとポンプの特性が大幅に変わるために、羽
根車から流出する流れの角度を何らかの方法で把握する
手段を用いない場合は、各案内羽根の角度ごとに性能試
験を前もって詳細に行い、この試験結果をもとに入口案
内羽根やディフューザ羽根の角度を決めるという方法が
取られてきた。
【０００７】さらに、この方法を用いてポンプの運転を
自動制御する場合、入口案内羽根やディフューザ羽根の
角度を、少なくとも３回は変えて（特公平４−１８１５
９号）、当該ポンプのその時点での運転状態を把握し
て、入口案内羽根やディフューザ羽根の角度を決定する
方法を取らねばならず、設定までの時間がかかり、特に
サージング点付近の運転などのように瞬時に状態を決定
しなければならない運転点では問題が多かった。また、
回転数が変わるような制御ではこれらの制御がさらに難
しくなり、制御装置も高級になり、装置のコストと制御
ソフトのコストがかかる欠点があった。
自動制御する場合、入口案内羽根やディフューザ羽根の
角度を、少なくとも３回は変えて（特公平４−１８１５
９号）、当該ポンプのその時点での運転状態を把握し
て、入口案内羽根やディフューザ羽根の角度を決定する
方法を取らねばならず、設定までの時間がかかり、特に
サージング点付近の運転などのように瞬時に状態を決定
しなければならない運転点では問題が多かった。また、
回転数が変わるような制御ではこれらの制御がさらに難
しくなり、制御装置も高級になり、装置のコストと制御
ソフトのコストがかかる欠点があった。
【０００８】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外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外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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、入口案内羽根とディフューザ羽根を具備した流体機
械において、必要とされる流体機械の運転状態を入力す
る入力装置と、該入力装置によって入力された運転状態
が達成できるように、検出された吸込流量とヘッドとか
ら入口案内羽根の角度を算出する演算処理装置と、上記
入口案内羽根を算出された角度に駆動制御する第１制御
駆動装置とを備えたことを特徴とする可変案内羽根付き
流体機械である。請求項２に記載の発明は、上記演算処
理装置が、基準の流量・圧力係数特性曲線と要求される
運転点を通る特定の曲線との交点、及び要求される運転
点の流量圧力係数に基づき、入口案内羽根角度を決定す
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
流体機械である。請求項３に記載の発明は、上記演算処
理装置において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ディフューザ羽根角度が決
定され、さらに上記ディフューザ羽根を上記演算処理装
置において決定された角度に駆動制御する第２制御駆動
装置を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の
可変案内羽根付き流体機械である。請求項４に記載の発
明は、上記吸込流量とディフューザ羽根角度の関係が、
ほぼ直線的な関係であることを特徴とする請求項３に記
載の可変案内羽根付き流体機械である。請求項５に記載
の発明は、上記直線関係が、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４に記載の可変案内
羽根付き流体機械である。請求項６に記載の発明は、さ
らに、流体機械の回転数制御を行う第３制御駆動装置を
具備したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか
に記載の可変案内羽根付き流体機械である。
は、入口案内羽根とディフューザ羽根を具備した流体機
械において、必要とされる流体機械の運転状態を入力す
る入力装置と、該入力装置によって入力された運転状態
が達成できるように、検出された吸込流量とヘッドとか
ら入口案内羽根の角度を算出する演算処理装置と、上記
入口案内羽根を算出された角度に駆動制御する第１制御
駆動装置とを備えたことを特徴とする可変案内羽根付き
流体機械である。請求項２に記載の発明は、上記演算処
理装置が、基準の流量・圧力係数特性曲線と要求される
運転点を通る特定の曲線との交点、及び要求される運転
点の流量圧力係数に基づき、入口案内羽根角度を決定す
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
流体機械である。請求項３に記載の発明は、上記演算処
理装置において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ディフューザ羽根角度が決
定され、さらに上記ディフューザ羽根を上記演算処理装
置において決定された角度に駆動制御する第２制御駆動
装置を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の
可変案内羽根付き流体機械である。請求項４に記載の発
明は、上記吸込流量とディフューザ羽根角度の関係が、
ほぼ直線的な関係であることを特徴とする請求項３に記
載の可変案内羽根付き流体機械である。請求項５に記載
の発明は、上記直線関係が、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４に記載の可変案内
羽根付き流体機械である。請求項６に記載の発明は、さ
らに、流体機械の回転数制御を行う第３制御駆動装置を
具備したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか
に記載の可変案内羽根付き流体機械である。
【００１０】
【作用】請求項１に記載の発明においては、演算処理装
置が、検出された吸込流量とヘッドとから入口案内羽根
の角度を算出し、第１制御駆動装置が入口案内羽根を算
出された角度に駆動制御し、これにより、入力装置から
入力された必要な運転状態が達成される。請求項２に記
載の発明においては、演算処理装置において、基準の流
量・圧力係数特性曲線と要求される運転点を通る特定の
曲線との交点、及び要求される運転点の流量圧力係数に
基づいて入口案内羽根角度が決定され、これに基づき第
１制御駆動装置が入口案内羽根を算出された角度に駆動
制御して、入力装置から入力された必要な運転状態が達
成される。請求項３に記載の発明においては、上記演算
処理装置において、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ディフューザ羽根角度
が決定され、第２駆動制御装置によってディフューザ羽
根が決定された角度に駆動制御される。請求項４に記載
の発明においては、吸込流量とディフューザ羽根角度の
関係がほぼ直線的な関係として与えられる。請求項５に
記載の発明においては、上記直線関係が、羽根車の回転
数によって勾配が決まる。請求項６に記載の発明におい
ては、上記第１又は第２の駆動制御装置による制御に加
え、第３駆動制御装置により流体機械の回転数制御が行
われ、これにより入力装置から入力された必要な運転状
態が達成される。
置が、検出された吸込流量とヘッドとから入口案内羽根
の角度を算出し、第１制御駆動装置が入口案内羽根を算
出された角度に駆動制御し、これにより、入力装置から
入力された必要な運転状態が達成される。請求項２に記
載の発明においては、演算処理装置において、基準の流
量・圧力係数特性曲線と要求される運転点を通る特定の
曲線との交点、及び要求される運転点の流量圧力係数に
基づいて入口案内羽根角度が決定され、これに基づき第
１制御駆動装置が入口案内羽根を算出された角度に駆動
制御して、入力装置から入力された必要な運転状態が達
成される。請求項３に記載の発明においては、上記演算
処理装置において、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ディフューザ羽根角度
が決定され、第２駆動制御装置によってディフューザ羽
根が決定された角度に駆動制御される。請求項４に記載
の発明においては、吸込流量とディフューザ羽根角度の
関係がほぼ直線的な関係として与えられる。請求項５に
記載の発明においては、上記直線関係が、羽根車の回転
数によって勾配が決まる。請求項６に記載の発明におい
ては、上記第１又は第２の駆動制御装置による制御に加
え、第３駆動制御装置により流体機械の回転数制御が行
われ、これにより入力装置から入力された必要な運転状
態が達成される。
【００１１】
【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１乃至図９を参照して説明する。
械の一実施例を図１乃至図９を参照して説明する。
【００１２】図１及び図２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１はその縦断面図、図２
はその部分側面図である。これは、吸込配管１からの流
体に羽根車２によって運動エネルギーを与え、これをデ
ィフューザ３に送って昇圧し、スクロール４から吐出配
管５に送り出すものである。吸込配管１には、扇状の入
口案内羽根６が周方向に複数配置され、これには、伝達
機構７を介してアクチュエータ８が連結されている。下
流側のディフューザ３にはディフューザ羽根３ａが配置
され、これも伝達機構９を介してアクチュエータ１０に
接続されている。吸込配管１には、吸込流量を測定する
ための流量センサ１１が設けられ、吐出配管５には、吐
出圧力（ヘッド）を測定するための圧力センサ１２が設
けられている。２つのアクチュエータ８，１０を制御す
る制御装置１３が設けられており、流量センサ１１及び
圧力センサ１２の出力端子がこれに接続されている。
遠心圧縮機を示す図であり、図１はその縦断面図、図２
はその部分側面図である。これは、吸込配管１からの流
体に羽根車２によって運動エネルギーを与え、これをデ
ィフューザ３に送って昇圧し、スクロール４から吐出配
管５に送り出すものである。吸込配管１には、扇状の入
口案内羽根６が周方向に複数配置され、これには、伝達
機構７を介してアクチュエータ８が連結されている。下
流側のディフューザ３にはディフューザ羽根３ａが配置
され、これも伝達機構９を介してアクチュエータ１０に
接続されている。吸込配管１には、吸込流量を測定する
ための流量センサ１１が設けられ、吐出配管５には、吐
出圧力（ヘッド）を測定するための圧力センサ１２が設
けられている。２つのアクチュエータ８，１０を制御す
る制御装置１３が設けられており、流量センサ１１及び
圧力センサ１２の出力端子がこれに接続されている。
【００１３】図３は、制御装置の構成を示すブロック図
である。この図に示されるように、可変案内羽根付き流
体機械は、流体機械の回転数、吸込流量及びヘッド上昇
を測定算出し、吸込流量による最適なディフューザ羽根
３ａの角度を決定する演算部２１と、入口案内羽根６が
全開のときの流体機械性能を前もって記憶しておく記憶
部２２とからなる演算処理装置Ｕを有し、さらに、必要
とされる流体機械の運転状態を入力する入力装置２３、
入口案内羽根６を可変制御する第１制御駆動装置２４、
ディフューザ羽根３ａを可変制御する第２制御駆動装置
２５、羽根車２の回転数、即ち流体機械の回転数を制御
する第３制御駆動装置２６を備えている。
である。この図に示されるように、可変案内羽根付き流
体機械は、流体機械の回転数、吸込流量及びヘッド上昇
を測定算出し、吸込流量による最適なディフューザ羽根
３ａの角度を決定する演算部２１と、入口案内羽根６が
全開のときの流体機械性能を前もって記憶しておく記憶
部２２とからなる演算処理装置Ｕを有し、さらに、必要
とされる流体機械の運転状態を入力する入力装置２３、
入口案内羽根６を可変制御する第１制御駆動装置２４、
ディフューザ羽根３ａを可変制御する第２制御駆動装置
２５、羽根車２の回転数、即ち流体機械の回転数を制御
する第３制御駆動装置２６を備えている。
【００１４】本流体機械では、入力装置２３によって入
力された要求性能が発揮できるように、演算部２１と記
憶部２２とからなる演算処理装置Ｕを用い、入口案内羽
根６の角度を算出して入口案内羽根６を駆動制御し、吸
込流量によって決定される最適ディフューザ羽根角度
（後述する）になるようにディフューザ羽根３ａを駆動
制御し、さらに、回転数を駆動制御して運転するように
なっている。
力された要求性能が発揮できるように、演算部２１と記
憶部２２とからなる演算処理装置Ｕを用い、入口案内羽
根６の角度を算出して入口案内羽根６を駆動制御し、吸
込流量によって決定される最適ディフューザ羽根角度
（後述する）になるようにディフューザ羽根３ａを駆動
制御し、さらに、回転数を駆動制御して運転するように
なっている。
【００１５】図４は、制御装置において、入口案内羽根
６を流体機械の要求性能を発揮できるように設定し、さ
らにディフューザ羽根３ａを駆動制御してサージングを
防止しつつ安定な運転を行なうためのフローチャートを
示すものである。入口案内羽根６の設定では、羽根車２
の回転数Ｎ、要求される流量Ｑ及びヘッドＨに対応する
入口案内羽根の角度αを決定する。
６を流体機械の要求性能を発揮できるように設定し、さ
らにディフューザ羽根３ａを駆動制御してサージングを
防止しつつ安定な運転を行なうためのフローチャートを
示すものである。入口案内羽根６の設定では、羽根車２
の回転数Ｎ、要求される流量Ｑ及びヘッドＨに対応する
入口案内羽根の角度αを決定する。
【００１６】まず、回転数が変更可能な流体機械である
場合には、事前に適当な回転数を設定しておく。ステッ
プ１で、要求する流量Ｑ、ヘッドＨを入力し、ステップ
２で流量係数φ、圧力係数ψを計算する。次に、ステッ
プ３で流量係数φ、圧力係数ψを通る２次曲線係数を算
出し、ステップ４で入口案内羽根０度のときの特性との
交点φ′，ψ′を計算して、ステップ５で次式から入口
案内羽根の角度を算出する（ｋは定数）。 α＝arctan（ｋ（ψ′−ψ）／φ′） 次に、ステップ６で入口案内羽根角度制御を行い、ステ
ップ７でαが０（全開）か否かを判定する。０でない場
合には、ステップ９でヘッド、流量を測定して、φ”，
ψ”を計算する。次に、ステップ１０でヘッドＨが適正
値か否かを判定し、適正値でない場合には、ステップ１
１でα′を計算し、さらにステップ１２で（α−α′）
を計算し、次にステップ６に戻る。
場合には、事前に適当な回転数を設定しておく。ステッ
プ１で、要求する流量Ｑ、ヘッドＨを入力し、ステップ
２で流量係数φ、圧力係数ψを計算する。次に、ステッ
プ３で流量係数φ、圧力係数ψを通る２次曲線係数を算
出し、ステップ４で入口案内羽根０度のときの特性との
交点φ′，ψ′を計算して、ステップ５で次式から入口
案内羽根の角度を算出する（ｋは定数）。 α＝arctan（ｋ（ψ′−ψ）／φ′） 次に、ステップ６で入口案内羽根角度制御を行い、ステ
ップ７でαが０（全開）か否かを判定する。０でない場
合には、ステップ９でヘッド、流量を測定して、φ”，
ψ”を計算する。次に、ステップ１０でヘッドＨが適正
値か否かを判定し、適正値でない場合には、ステップ１
１でα′を計算し、さらにステップ１２で（α−α′）
を計算し、次にステップ６に戻る。
【００１７】ステップ６でαが０の場合には、回転数が
変更できない場合はそのような要求が達成されないの
で、ステップ１に戻り、設定を変更する。回転数変更可
能な場合には、ステップ８で回転数の変更を行い、ステ
ップ９に行く。ステップ１０においてヘッドＨが適正値
である場合には、ステップ１３以降の工程で、ディフュ
ーザ羽根３ａを駆動制御する。すなわち、ステップ９で
測定された吸込流量に基づいて、ステップ１３で図７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１４でディフューザ羽根角度の変更を行う。その時点
のヘッドと流量を測定し、それに基づいてステップ１５
でφ”，ψ”を計算する。次に、ステップ１６でヘッド
Ｈが所定値か否かを判定し、所定値でない場合にはステ
ップ１１に戻る。
変更できない場合はそのような要求が達成されないの
で、ステップ１に戻り、設定を変更する。回転数変更可
能な場合には、ステップ８で回転数の変更を行い、ステ
ップ９に行く。ステップ１０においてヘッドＨが適正値
である場合には、ステップ１３以降の工程で、ディフュ
ーザ羽根３ａを駆動制御する。すなわち、ステップ９で
測定された吸込流量に基づいて、ステップ１３で図７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１４でディフューザ羽根角度の変更を行う。その時点
のヘッドと流量を測定し、それに基づいてステップ１５
でφ”，ψ”を計算する。次に、ステップ１６でヘッド
Ｈが所定値か否かを判定し、所定値でない場合にはステ
ップ１１に戻る。
【００１８】ステップ１３で用いた図７のグラフは、圧
縮機を用いて得られ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。
縮機を用いて得られ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。
【００１９】以下に、上記式の求め方を示す。図５は、
流体機械の特性曲線と抵抗曲線の説明図である。最初の
条件として、入口案内羽根が０度のときの性能は既知と
する。次に、任意要項（与えられた要項）の、流量Ｑ及
びヘッドＨから、流量係数φ（４・Ｑ／（π・Ｄ2 2・Ｕ
2 ））及び圧力係数ψ（ｇ・Ｈ／（Ｕ2 2））を計算す
る。この任意要項点（φ，ψ）と原点（固定抵抗がある
場合にはその値は既知として、ψ軸の切片の値を求め
る）を通る抵抗曲線を２次曲線と仮定して、この抵抗曲
線の係数を求める。この抵抗曲線と、既知の入口案内羽
根０度のときの特性曲線との交点の座標（φ′，ψ′）
を数値計算等で求める。
流体機械の特性曲線と抵抗曲線の説明図である。最初の
条件として、入口案内羽根が０度のときの性能は既知と
する。次に、任意要項（与えられた要項）の、流量Ｑ及
びヘッドＨから、流量係数φ（４・Ｑ／（π・Ｄ2 2・Ｕ
2 ））及び圧力係数ψ（ｇ・Ｈ／（Ｕ2 2））を計算す
る。この任意要項点（φ，ψ）と原点（固定抵抗がある
場合にはその値は既知として、ψ軸の切片の値を求め
る）を通る抵抗曲線を２次曲線と仮定して、この抵抗曲
線の係数を求める。この抵抗曲線と、既知の入口案内羽
根０度のときの特性曲線との交点の座標（φ′，ψ′）
を数値計算等で求める。
【００２０】座標値φ′から、流量Ｑ′を次の式で求め
る。 Ｑ′＝φ′・π・Ｄ2 2・Ｕ2 ／４ 羽根車入口面積をＡ1 とすると、次の式から羽根車入口
軸流速度Ｃm1が求まる。 Ｃm1＝Ｑ′／Ａ1 ＝φ′・π・Ｄ2 2・Ｕ2 ／（４・
Ａ1 ） 流体機械のヘッドＨ′は、羽根車出口周速Ｕ2 と絶対速
度の周方向成分Ｃu2との積Ｕ2 ・Ｃu2と、羽根車入口周
速Ｕ1と絶対速度の周方向成分Ｃｕ1 との積Ｕ1・Ｃu1の
差から次式で求められる。 Ｈ′＝（Ｕ2・Ｃｕ2−Ｕ1・Ｃu1）／ｇ ここで、 ψ′＝（ｇ・Ｈ′／Ｕ2 2）であるから、 ψ′＝（Ｕ2 ・Ｃu2−Ｕ1 ・Ｃu1）／Ｕ2 2となる。 今、入口案内羽根角度は０度としているので絶対速度の
周方向成分Ｃu1は０となる。従って、羽根車出口の絶対
速度の周方向速度成分Ｃu2は次の式で求められる。 Ｃu2＝Ｕ2 ・ψ′
る。 Ｑ′＝φ′・π・Ｄ2 2・Ｕ2 ／４ 羽根車入口面積をＡ1 とすると、次の式から羽根車入口
軸流速度Ｃm1が求まる。 Ｃm1＝Ｑ′／Ａ1 ＝φ′・π・Ｄ2 2・Ｕ2 ／（４・
Ａ1 ） 流体機械のヘッドＨ′は、羽根車出口周速Ｕ2 と絶対速
度の周方向成分Ｃu2との積Ｕ2 ・Ｃu2と、羽根車入口周
速Ｕ1と絶対速度の周方向成分Ｃｕ1 との積Ｕ1・Ｃu1の
差から次式で求められる。 Ｈ′＝（Ｕ2・Ｃｕ2−Ｕ1・Ｃu1）／ｇ ここで、 ψ′＝（ｇ・Ｈ′／Ｕ2 2）であるから、 ψ′＝（Ｕ2 ・Ｃu2−Ｕ1 ・Ｃu1）／Ｕ2 2となる。 今、入口案内羽根角度は０度としているので絶対速度の
周方向成分Ｃu1は０となる。従って、羽根車出口の絶対
速度の周方向速度成分Ｃu2は次の式で求められる。 Ｃu2＝Ｕ2 ・ψ′
【００２１】本発明者の研究によれば、羽根車出口での
絶対速度の周方向速度成分Ｃu2は流量にだけ依存して、
入口案内羽根角度によって変わらないことがわかった。
この結果を用いると、任意要項（与えられた要項）のψ
は、 ψ＝（Ｕ2 2・ψ′−Ｕ1 ・Ｃu1）／Ｕ2 2 ＝ψ′−Ｕ1 ・Ｃu1／Ｕ2 2 と表されるので、羽根車入口での絶対速度の周方向速度
成分Ｃu1は Ｃu1＝（ψ′−ψ）・Ｕ2 2／Ｕ1 となる。
絶対速度の周方向速度成分Ｃu2は流量にだけ依存して、
入口案内羽根角度によって変わらないことがわかった。
この結果を用いると、任意要項（与えられた要項）のψ
は、 ψ＝（Ｕ2 2・ψ′−Ｕ1 ・Ｃu1）／Ｕ2 2 ＝ψ′−Ｕ1 ・Ｃu1／Ｕ2 2 と表されるので、羽根車入口での絶対速度の周方向速度
成分Ｃu1は Ｃu1＝（ψ′−ψ）・Ｕ2 2／Ｕ1 となる。
【００２２】任意要項を満足させるための入口案内羽根
の角度は、羽根車入口での二乗平均径をＤ1rms とする
と、 α1 ＝arctan（Ｃu1／Ｃm1） ＝arctan（Ａ1 ・（ψ′−ψ）・Ｕ2 ／（Ｄ2 2・φ′・
Ｕ1 ）） ＝arctan（Ａ1 ・（ψ′−ψ）／（Ｄ2 ・Ｄ1rms ・
φ′）） ここで定数ｋを ｋ＝Ａ1 ／（Ｄ2 ・Ｄ1rms ） とすると、 α1 ＝arctan（ｋ（ψ′−ψ）／φ′） となり、上記式が求められる。
の角度は、羽根車入口での二乗平均径をＤ1rms とする
と、 α1 ＝arctan（Ｃu1／Ｃm1） ＝arctan（Ａ1 ・（ψ′−ψ）・Ｕ2 ／（Ｄ2 2・φ′・
Ｕ1 ）） ＝arctan（Ａ1 ・（ψ′−ψ）／（Ｄ2 ・Ｄ1rms ・
φ′）） ここで定数ｋを ｋ＝Ａ1 ／（Ｄ2 ・Ｄ1rms ） とすると、 α1 ＝arctan（ｋ（ψ′−ψ）／φ′） となり、上記式が求められる。
【００２３】図６は、演算処理装置Ｕにおいてディフュ
ーザ羽根角度を決定する方法を説明する図である。ポン
プの場合は、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（図６の直線Ｎ1 ）、すなわち、
流量と最適羽根角度は比例する。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
６の直線Ｎ1 〜Ｎ4)。
ーザ羽根角度を決定する方法を説明する図である。ポン
プの場合は、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（図６の直線Ｎ1 ）、すなわち、
流量と最適羽根角度は比例する。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
６の直線Ｎ1 〜Ｎ4)。
【００２４】図７は、図６のグラフの裏付けのデータで
あり、本発明者が圧縮機を用いて得たデータをまとめた
ものである。横軸は、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、縦軸は本発明によるディフュ
ーザ羽根の角度を取って示している。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。この図で、○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。
あり、本発明者が圧縮機を用いて得たデータをまとめた
ものである。横軸は、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、縦軸は本発明によるディフュ
ーザ羽根の角度を取って示している。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。この図で、○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。
【００２５】演算処理装置Ｕでは、このグラフに沿って
羽根車２の回転速度及び吸込流量から最適ディフューザ
羽根角度を決定する。圧縮機の場合、まず、羽根車の周
速マッハ数、即ち回転数によって基準とすべき直線の傾
きが決定される。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。ポンプの場合
には対象の流体が非圧縮性であるので、一つの直線でよ
い。次に、測定された流量に応じてディフューザの羽根
角度が決定される。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変わらな
い。
羽根車２の回転速度及び吸込流量から最適ディフューザ
羽根角度を決定する。圧縮機の場合、まず、羽根車の周
速マッハ数、即ち回転数によって基準とすべき直線の傾
きが決定される。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。ポンプの場合
には対象の流体が非圧縮性であるので、一つの直線でよ
い。次に、測定された流量に応じてディフューザの羽根
角度が決定される。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変わらな
い。
【００２６】このようにしてディフューザ羽根を制御し
てもヘッドが所定値を満足しない場合は、さらに回転数
をも制御して不安定状態を回避しながら運転される。従
って、いかなる状態でも当該圧縮機の無次元流量さえわ
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
に合致させて運転することが可能となった。
てもヘッドが所定値を満足しない場合は、さらに回転数
をも制御して不安定状態を回避しながら運転される。従
って、いかなる状態でも当該圧縮機の無次元流量さえわ
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
に合致させて運転することが可能となった。
【００２７】このように、本実施例では、入力装置２３
によって入力された要求性能が発揮できるように入口案
内羽根６の角度を算出して、入口案内羽根６を駆動制御
して運転がされる。入口案内羽根６の角度を変えると羽
根車内の流れ状態が変わり、従って、羽根車出口流れ状
態も変わるが、圧縮機の無次元吸込流量を測定し、図６
の関係に従ってディフューザ羽根３ａの最適角度が一義
的に決定される。
によって入力された要求性能が発揮できるように入口案
内羽根６の角度を算出して、入口案内羽根６を駆動制御
して運転がされる。入口案内羽根６の角度を変えると羽
根車内の流れ状態が変わり、従って、羽根車出口流れ状
態も変わるが、圧縮機の無次元吸込流量を測定し、図６
の関係に従ってディフューザ羽根３ａの最適角度が一義
的に決定される。
【００２８】図８に一例として、横軸はこの装置を取付
けた遠心圧縮機の無次元流量、縦軸は上から圧力係数及
び効率をとって、この装置を取付けた遠心圧縮機の性能
を示すが、広い運転範囲で高効率な運転ができることが
確認された。
けた遠心圧縮機の無次元流量、縦軸は上から圧力係数及
び効率をとって、この装置を取付けた遠心圧縮機の性能
を示すが、広い運転範囲で高効率な運転ができることが
確認された。
【００２９】図９に、ディフューザ羽根を固定して、入
口案内羽根だけを可変にした場合の遠心圧縮機の全体性
能を示すが、図８に示す本発明による装置の性能はこの
図に比べて大流量，小流量とも、性能が大幅に改善され
ていることが分かり、本発明による効果が明らかであ
る。
口案内羽根だけを可変にした場合の遠心圧縮機の全体性
能を示すが、図８に示す本発明による装置の性能はこの
図に比べて大流量，小流量とも、性能が大幅に改善され
ていることが分かり、本発明による効果が明らかであ
る。
【００３０】図１乃至図８に図示した実施例において
は、制御駆動装置を第１、第２、第３制御駆動装置に機
能別に分離したが、１つの制御駆動装置としてもよい。
は、制御駆動装置を第１、第２、第３制御駆動装置に機
能別に分離したが、１つの制御駆動装置としてもよい。
【００３１】
【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外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
安定に運転することができる。
体機械を設計点流量以外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
安定に運転することができる。
【図１】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２】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部分側面図である。
る単段遠心圧縮機を示す部分側面図である。
【図３】本発明に係る可変案内羽根付き流体機械の一実
施例を示すブロック図である。
施例を示すブロック図である。
【図４】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５】流体機械の特性曲線と抵抗曲線の説明図であ
る。
る。
【図６】無次元流量とディフューザ羽根角度との関係を
示す図である。
示す図である。
【図７】図７の裏付けとなるデータを示す図である。
【図８】本発明の装置の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。
数との関係を示す図である。
【図９】従来の装置の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。
との関係を示す図である。
１ 演算部 ２ 記憶部 ３ 入力装置 ４ 入口案内羽根 ５ 第１制御駆動装置 ６ ディフューザ羽根 ７ 第２制御駆動装置 ８ 羽根車 ９ 第３制御駆動装置 Ｕ 演算処理装置
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成７年８月８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
Claims (6)
- 【請求項１】 入口案内羽根を具備した流体機械におい
て、 必要とされる流体機械の運転状態を入力する入力装置
と、 該入力装置によって入力された運転状態が達成できるよ
うに、検出された吸込流量とヘッドとから入口案内羽根
の角度を算出する演算処理装置と、 上記入口案内羽根を算出された角度に駆動制御する第１
制御駆動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】 上記演算処理装置は、基準の流量・圧力
係数特性曲線と要求される運転点を通る特定の曲線との
交点、及び要求される運転点の流量圧力係数に基づき、
入口案内羽根角度を決定す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】 上記流体機械はさらにディフューザ羽根
を有し、上記演算処理装置においては予め求められた吸
込流量とディフューザ羽根角度との関係に基づいてディ
フューザ羽根角度が決定され、さらに上記ディフューザ
羽根を上記演算処理装置において決定された角度に駆動
制御する第２制御駆動装置を有することを特徴とする請
求項１又は２に記載の可変案内羽根付き流体機械。 - 【請求項４】 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３に記載の可変案内羽根付き流体機械。 - 【請求項５】 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４に記載の可変
案内羽根付き流体機械。 - 【請求項６】 さらに、流体機械の回転数制御を行う第
３制御駆動装置を具備したことを特徴とする請求項１な
いし５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 |
|---|---|---|---|
| JP07142503A JP3093958B2 (ja) | 1994-05-27 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP13808294 | 1994-05-27 | ||
| JP6-138082 | 1994-05-27 | ||
| JP07142503A JP3093958B2 (ja) | 1994-05-27 | 1995-05-17 | 可変案内羽根付き流体機械 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0842493A true JPH0842493A (ja) | 1996-02-13 |
| JP3093958B2 JP3093958B2 (ja) | 2000-10-03 |
Family
ID=26471220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07142503A Expired - Fee Related JP3093958B2 (ja) | 1994-05-27 | 1995-05-17 | 可変案内羽根付き流体機械 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3093958B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015151986A (ja) * | 2014-02-19 | 2015-08-24 | 株式会社日立製作所 | 流体機械 |
-
1995
- 1995-05-17 JP JP07142503A patent/JP3093958B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015151986A (ja) * | 2014-02-19 | 2015-08-24 | 株式会社日立製作所 | 流体機械 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3093958B2 (ja) | 2000-10-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |