JPH0842494A - Fluid machine with variable guide vane - Google Patents

Fluid machine with variable guide vane

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JPH0842494A
JPH0842494A JP7142504A JP14250495A JPH0842494A JP H0842494 A JPH0842494 A JP H0842494A JP 7142504 A JP7142504 A JP 7142504A JP 14250495 A JP14250495 A JP 14250495A JP H0842494 A JPH0842494 A JP H0842494A
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JP
Japan
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pressure
diffuser
fluid machine
angle
flow rate
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Application number
JP7142504A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideomi Harada
英臣 原田
Kazuo Takei
和生 武井
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Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
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Publication date
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Publication of JPH0842494A publication Critical patent/JPH0842494A/en
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Abstract

PURPOSE:To enable a fluid machine to be operated in a wide flow range by avoiding any unstable phenomenon generated at operating the fluid machine in the flow range except the design point flow. CONSTITUTION:In a fluid machine provided with diffuser vanes 4, it is provided with an input device 3 for inputting the required operating condition of the fluid machine, a pressure detecting device for detecting the pressure on the diffuser vane pressure face side on the disc having the diffuser vanes 4, fitted thereon, pressure on the negative pressure face side, and pressure on the other inlet side position, a computation processing device U for computing the operating condition of the fluid machine so as to exhibit the required performance input by the input device, consequently deciding the direction of flow from an impeller 8 based on the pressure detected by the pressure detecting device so as to decide the angle of the diffuser vane, and a first control drive device 5 for driving and controlling the diffuser vane into its decided angle.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、遠心及び斜流形の液体
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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fluid machine such as a centrifugal and mixed flow type liquid pump, a blower for gas and a compressor, and more particularly to a fluid machine with an inlet guide vane and a diffuser vane. In the present specification, the above fluid machines are generically called pumps.

【0002】[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。これを解決するため
に、ポンプに可変の入口案内羽根やディフューザ羽根を
取付けてこれを流れに適合するように動かして運転する
方法が取られてきた。
2. Description of the Related Art Conventionally, when centrifugal and mixed flow pumps are operated in a flow rate range other than the design point, flow separation occurs in each constituent element such as an impeller and a diffuser. There is a drawback that the efficiency of the pump is lower than that of the design point flow rate. In order to solve this, a method has been adopted in which a variable inlet guide vane or a diffuser vane is attached to a pump, and this is operated by moving the vane so as to match the flow.

【0003】その代表的なものとして、特公平4−18
158号、特公平4−18159号、特開昭63−23
9398号、特開昭63−230999号、特開昭55
−107097号等がある。
As a typical example thereof, Japanese Patent Publication No. 4-18
No. 158, Japanese Examined Patent Publication No. 4-18159, JP-A-63-23
9398, JP-A-63-230999, JP-A-55
-107097 and the like.

【0004】ところで、ディフューザ羽根を当該ポンプ
の運転状態に適合させるように最適に制御するには、羽
根車から流出する流れを前もって正確に把握しておく必
要がある。さらに、入口案内羽根があるポンプでは、入
口案内羽根の角度を変えると羽根車から流出する流れ
が、案内羽根の角度ごとに変化してしまうので、当該ポ
ンプの性能を入口案内羽根の角度ごとに前もって把握し
ておく必要がある。
By the way, in order to optimally control the diffuser blades so as to match the operating state of the pump, it is necessary to accurately grasp the flow out of the impeller in advance. Furthermore, in a pump with inlet guide vanes, if the angle of the inlet guide vanes is changed, the flow out of the impeller will change for each angle of the guide vanes, so the performance of the pump will be different for each angle of the inlet guide vanes. You need to know in advance.

【0005】上記のような従来の技術においては、入口
案内羽根の角度ごとにディフューザ羽根角度を決めて試
験を行い、このデータを基に案内羽根を制御しなければ
ならないので、制御方法が非常に複雑になり、装置およ
び制御用ソフトに多大なコストがかかる欠点があった。
さらに、当該ポンプを装置に組み込んで、最も適した案
内翼の角度で運転するには最適値を自動的に選択するま
での時間がかかるなどの欠点が多かった。
In the conventional technique as described above, it is necessary to determine the diffuser vane angle for each angle of the inlet guide vane and conduct the test, and to control the guide vane based on this data. There is a drawback that it becomes complicated, and the apparatus and control software are very expensive.
Further, there are many drawbacks such that it takes time to automatically select the optimum value in order to operate the pump at the most suitable guide vane angle by incorporating the pump into the device.

【0006】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号があるが、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。
As a method for calculating the flow angle at the outlet of the impeller, there is Japanese Patent Laid-Open No. 4-81598. However, in this method, some assumptions are made in the method for calculating the flow angle, and in general, the flow at the outlet of the impeller is Since it is distorted, it is impossible to calculate the flow angle from the static pressure of the wall surface, and in the region where the flow becomes unstable, there are many drawbacks such as accuracy problems.

【0007】また、ディフューザ羽根に圧力孔を設け、
この圧力を測定して羽根車から流出する流れ方向を算出
する方法として特開昭57−56699号があるが、こ
の方法は翼厚さの薄いディフューザ羽根では採用するこ
とができず、また、加工上のコストが掛かるなどの欠点
も多かった。
Further, pressure holes are provided in the diffuser blades,
Japanese Patent Laid-Open No. 57-56699 discloses a method for measuring the pressure and calculating the flow direction outflowing from the impeller, but this method cannot be adopted for a diffuser blade having a small blade thickness, and is also processed. There were many drawbacks such as the above cost.

【0008】ディフューザ羽根の圧力面側、負圧面側の
壁面圧力を測定する方法としては特開昭62−5179
4号があるが、ディフューザの壁面に圧力孔があるため
にディフューザ羽根を回転させた場合、角度によって圧
力孔の相対的な位置が変わり、場合によっては圧力孔が
ディフューザ羽根の影に隠れてしまい、測定が不能とな
る欠点があった。
As a method of measuring the wall surface pressure on the pressure surface side and the negative pressure surface side of the diffuser blade, Japanese Patent Laid-Open No. 62-5179.
Although there is No. 4, when the diffuser blade is rotated because there is a pressure hole in the wall of the diffuser, the relative position of the pressure hole changes depending on the angle, and in some cases the pressure hole is hidden behind the diffuser blade. However, there was a drawback that measurement became impossible.

【0009】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。
Further, if the angle of the inlet guide vanes or diffuser vanes is changed, the characteristics of the pump will change drastically. Therefore, unless a means for grasping the angle of the flow flowing out from the impeller is used, each guide vane A method has been taken in which a performance test is carried out in advance for each angle, and the angles of the inlet guide vanes and diffuser vanes are determined based on the test results.

【0010】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
8号、特公平4−18159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いので、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。
Further, when the pump operation is automatically controlled by using this method, the angles of the inlet guide vanes and diffuser vanes are changed at least three times (Japanese Patent Publication No. 4-1815).
No. 8 and Japanese Examined Patent Publication No. 4-18159) Since it is necessary to take a method to determine the angles of the inlet guide vanes and diffuser vanes by grasping the operating state of the pump at that time, it takes a long time to set, especially There were many problems at the driving point where the state must be determined instantaneously, such as driving near the surging point.

【0011】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。
Further, in the control in which the number of revolutions is changed, these controls become more difficult, and the control device becomes high-grade.
There is a drawback that the cost of the device and the cost of the control software are high.

【0012】ディフューザ羽根上に圧力孔を設けてこの
圧力を測定して羽根の角度を決める方法として特開昭5
7−56699号があるが、羽根車から流出する流れ
は、ポンプの作動状態によって幅方向に大きく変化する
ために、ディフューザ羽根の中央付近だけで測定する
と、流れ角度の誤差が大きいという欠点がある。
As a method for determining a blade angle by providing a pressure hole on the diffuser blade and measuring the pressure,
No. 7-56699 exists, but the flow out of the impeller greatly changes in the width direction depending on the operating state of the pump. Therefore, if it is measured only near the center of the diffuser blade, the flow angle error is large. .

【0013】また、ディフューザ羽根面上に圧力孔があ
るので、流れの全圧を測定する場合もあり、高速の流れ
を扱うものでは静圧に比べて圧力レベルが大きくなっ
て、圧力検出装置として測定範囲の過大なものを使う必
要があり、測定精度に問題が生じる欠点があった。ま
た、この方法は、翼厚さの薄いディフューザ羽根では採
用することができず、コストも掛かるなどの問題もあっ
た。
Further, since there is a pressure hole on the surface of the diffuser blade, the total pressure of the flow may be measured. In the case of handling a high-speed flow, the pressure level becomes larger than the static pressure, and the pressure detecting device is used. It is necessary to use an excessively large measurement range, which causes a problem in measurement accuracy. Further, this method cannot be adopted for diffuser blades having a thin blade, and there is a problem in that the cost is high.

【0014】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。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and is capable of operating a fluid machine in a wide flow rate range while avoiding an unstable phenomenon that occurs when the fluid machine is operated in a flow rate area other than the design point flow rate. An object of the present invention is to provide a fluid machine with guide vanes.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】図1は、この発明に想到
するに至った考え方を説明するもので、羽根車8出口の
状態を示す模式図である。羽根車8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羽根4の圧力
面側、小流量ではディフューザ羽根4の負圧面側の流れ
の迎え角が過大になり、流れが剥離してしまう。この結
果、図2(a)に無次元吸込流量と無次元ディフューザ
損失との関係として示すように、ディフューザでの損失
が増大する。その結果、ポンプの全体性能は、図2
(b)に無次元吸込流量とポンプ効率との関係として示
すように設計点より小流量側及び大流量側で効率が低下
してしまう。
FIG. 1 is a schematic view showing the state of the outlet of the impeller 8 for explaining the concept leading to the present invention. The flow directions of the fluid flowing out from the impeller 8 are indicated by arrows of a (design flow rate), b (small flow rate), and c (large flow rate). As is clear from this figure, at flow rates other than the design point, the angle of attack of the flow on the pressure surface side of the diffuser blade 4 at a large flow rate and the flow angle on the suction surface side of the diffuser blade 4 at a small flow rate become excessive, and the flow is separated. Will end up. As a result, the loss in the diffuser increases as shown in the relationship between the dimensionless suction flow rate and the dimensionless diffuser loss in FIG. As a result, the overall performance of the pump is
As shown in (b) as the relationship between the dimensionless suction flow rate and the pump efficiency, the efficiency decreases on the small flow rate side and the large flow rate side from the design point.

【0016】これを解決するために、ディフューザ羽根
を可変にして流量が設計流量からずれたときは、羽根車
出口流れ(図1のb及びc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(a)の破線の
ようにすることができる。その結果、圧縮機の全体性能
は図2(b)の破線のようにすることができ、広い流量
範囲で効率の高い運転が可能となる。
In order to solve this, when the diffuser vanes are made variable and the flow rate deviates from the design flow rate, the diffuser vanes can be moved by moving the diffuser vanes so as to match the impeller outlet flow (flows b and c in FIG. 1). Can be made as shown by the broken line in FIG. As a result, the overall performance of the compressor can be set as shown by the broken line in FIG. 2B, and highly efficient operation can be performed in a wide flow rate range.

【0017】本発明は、このような考察に基づいてなさ
れたもので、請求項1に記載の発明は、ディフューザ羽
根を具備した流体機械において、ディフューザ羽根の圧
力面側と負圧面側及びディフューザ部の所定の位置の圧
力を検出する圧力検出装置と、上記圧力検出装置で検出
された圧力に基づき上記ディフューザ羽根の角度を決定
する演算処理装置と、上記ディフューザ羽根を決定され
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。
The present invention has been made on the basis of the above consideration, and the invention according to claim 1 is a fluid machine equipped with diffuser blades, wherein the pressure surface side and the suction surface side of the diffuser blade and the diffuser portion. Pressure detecting device for detecting the pressure at a predetermined position, an arithmetic processing device for determining the angle of the diffuser blade based on the pressure detected by the pressure detecting device, and drive control of the diffuser blade to the determined angle. A fluid machine with variable guide vanes, comprising: a first control drive device.

【0018】請求項2に記載の発明は、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を備え、上
記演算処理装置は、上記入力装置によって入力された要
求性能が発揮できるように流体機械の運転状態を算出す
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、上記圧力検
出装置は、上記ディフューザ羽根が取り付けられた盤上
に設けられてい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、さらに、入口案内羽根と、該入口案内羽根を
予め定められた演算式に基づき算出された角度に駆動制
御する第2制御駆動装置とを具備したことを特徴とする
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
流体機械である。請求項5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4のいずれかに記載の
可変案内羽根付き流体機械である。
The invention according to claim 2 is further provided with an input device for inputting a required operating state of the fluid machine, and the arithmetic processing device is capable of exhibiting the required performance input by the input device. The fluid machine with variable guide vanes according to claim 1, wherein the operating state of the fluid machine is calculated. The invention according to claim 3 is the fluid machine with variable guide vanes according to claim 1 or 2, wherein the pressure detecting device is provided on a board to which the diffuser vanes are attached. . The invention according to claim 4 further comprises: an inlet guide vane; and a second control drive device for driving and controlling the inlet guide vane to an angle calculated based on a predetermined arithmetic expression. The fluid machine with variable guide vanes according to any one of claims 1 to 3. The invention according to claim 5 further comprises a third control drive device for controlling the rotational speed of the fluid machine, wherein the fluid machine with variable guide vanes according to any one of claims 1 to 4 is provided. is there.

【0019】また、発明者らは、ポンプの吸い込み配
管、ディフューザ、吐出配管にそれぞれ圧力センサを取
付けて、圧縮機の流量を変化させる実験を行った。図3
(a)は上記センサの出力の波形信号を示すものであ
り、左側がディフューザの周方向2カ所の位置で測定し
た圧力変動、右側が吸込配管及び吐出配管で測定した圧
力変動の測定結果を示すものである。この図から明らか
なように、流量が設計点流量より少なくなると、まずデ
ィフューザでの圧力の変動値が大きくなり(の左
図)、さらに流量を低下させると配管での変動が大きく
なり(の右図)、サージングが発生することがわか
る。
The inventors also conducted an experiment in which a pressure sensor was attached to each of the suction pipe, the diffuser and the discharge pipe of the pump to change the flow rate of the compressor. FIG.
(A) shows the waveform signal of the output of the above sensor, the left side shows the pressure fluctuation measured at two positions in the circumferential direction of the diffuser, and the right side shows the measurement result of the pressure fluctuation measured at the suction pipe and the discharge pipe. It is a thing. As is clear from this figure, when the flow rate is less than the design point flow rate, the fluctuation value of the pressure in the diffuser becomes large first (left figure), and when the flow rate is further decreased, the fluctuation in the pipe becomes large (right side). (Fig.), It can be seen that surging occurs.

【0020】図3(b)は、設計流量を基準とした無次
元流量と圧縮機のヘッドを設計流量でのヘッドを基準と
して無次元化した無次元ヘッド係数との関係を示す図で
ある。図3(b)における,,は、それぞれ図3
(a)の3通りの流量,,に対応している。従っ
て、このような状態量の変動を定量的に把握することに
より、適当なしきい値に基づいてサージング発生を回避
した安定な運転を行なうことが可能である。
FIG. 3 (b) is a diagram showing the relationship between the dimensionless flow rate based on the design flow rate and the dimensionless head coefficient obtained by making the head of the compressor dimensionless based on the head at the design flow rate. In FIG. 3 (b), and are respectively shown in FIG.
It corresponds to the three flow rates of (a). Therefore, by quantitatively grasping such a change in the state quantity, it is possible to perform stable operation while avoiding the occurrence of surging based on an appropriate threshold value.

【0021】請求項6に記載の発明は、このような考察
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、ディフューザ羽根の少なくとも圧
力面側と負圧面側の圧力を検出する圧力検出装置と、基
準流量を設定し、この基準流量より大きい流量において
は、上記圧力検出装置で検出された圧力に基づいて羽根
車から流出する流れの方向を決定して上記ディフューザ
羽根の角度を制御し、上記基準流量以下においては、上
記圧力検出装置で検出された圧力値の変動値を算出し、
この変動値が予め定められたしきい値以下となるように
ディフューザ角度を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である。
The invention according to claim 6 is based on such consideration, and in a fluid machine equipped with a diffuser blade, a pressure for detecting at least the pressure surface side and the suction surface side pressure of the diffuser blade. A detector and a reference flow rate are set, and at a flow rate higher than this reference flow rate, the direction of the flow out of the impeller is determined based on the pressure detected by the pressure detection apparatus to control the angle of the diffuser blade. However, at the reference flow rate or less, calculate the fluctuation value of the pressure value detected by the pressure detection device,
A fluid machine with variable guide vanes, comprising: a control device for controlling a diffuser angle so that the variation value is equal to or less than a predetermined threshold value.

【0022】[0022]

【作用】請求項1に記載の発明においては、圧力検出装
置が、ディフューザ羽根の圧力面側と負圧面側及びディ
フューザ部の所定の位置の圧力を検出し、演算処理装置
が上記圧力検出装置で検出された圧力に基づいて上記デ
ィフューザ羽根の角度を決定し、第1制御駆動装置が上
記ディフューザ羽根を決定された角度に駆動制御するこ
とにより、サージング発生に敏感な位置からの圧力信号
を直接的に捕らえてこれをもとにディフューザ羽根角度
を制御し、その結果、可変案内羽根付き流体機械が安定
的に運転される。
In the invention described in claim 1, the pressure detecting device detects the pressure at the pressure surface side and the negative pressure surface side of the diffuser blade and at a predetermined position of the diffuser portion, and the arithmetic processing device is the pressure detecting device. The angle of the diffuser vane is determined based on the detected pressure, and the first control drive device drives and controls the diffuser vane at the determined angle to directly output a pressure signal from a position sensitive to surging. And the diffuser vane angle is controlled based on this, and as a result, the fluid machine with variable guide vanes operates stably.

【0023】請求項6に記載の発明においては、制御装
置が、基準流量より大きい流量においては、圧力検出装
置で検出された圧力に基づいて羽根車から流出する流れ
の方向を決定して上記ディフューザ羽根の角度を制御
し、基準流量以下においては、圧力検出装置で検出され
た圧力値の変動値を算出し、この変動値が予め定められ
たしきい値以下となるようにディフューザ角度を制御す
るので、流体機械の特性に応じてそれぞれの流量域での
適切な制御がなされる。
In a sixth aspect of the present invention, the controller determines the direction of the flow out of the impeller based on the pressure detected by the pressure detection device at a flow rate higher than the reference flow rate. The blade angle is controlled, and when the flow rate is equal to or lower than the reference flow rate, the fluctuation value of the pressure value detected by the pressure detection device is calculated, and the diffuser angle is controlled so that the fluctuation value is equal to or lower than a predetermined threshold value. Therefore, appropriate control is performed in each flow rate range according to the characteristics of the fluid machine.

【0024】入口案内羽根がある場合には、演算処理装
置を用い、入口案内羽根の角度を演算式に基づいて算出
して、第2制御駆動装置によって入口案内羽根を自動的
に制御し、さらに第3制御駆動装置で流体機械の回転数
を制御する。ディフューザ羽根と入口案内羽根の両方が
ある場合には、第1,第2の両方の制御駆動装置によっ
てディフューザ羽根と入口案内羽根の両方及び第3の制
御駆動装置で回転数を、上記方法で自動的に制御して運
転できるようにする。
If there is an inlet guide vane, a processor is used to calculate the angle of the inlet guide vane based on an arithmetic expression, and the second control drive unit automatically controls the inlet guide vane. The rotation speed of the fluid machine is controlled by the third control drive device. When both the diffuser vane and the inlet guide vane are present, the rotation speeds of both the diffuser vane and the inlet guide vane and the third control drive unit are automatically adjusted by the above method by the first and second control drive units. So that it can be operated by controlling it dynamically.

【0025】[0025]

【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4乃至図12を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a fluid machine with variable guide vanes according to the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0026】図4及び図5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4はその縦断面図、図5は
その部分側面図である。これらの図に示されるように、
ディフューザ羽根4は複数の歯車11を介して第1制御
駆動装置の一部を構成するアクチュエータ12に連結さ
れ、羽根角度は可変になっている。また入口案内羽根6
は複数の歯車13を介して第2制御駆動装置の一部を構
成するアクチュエータ14に連結され、羽根角度は可変
になっている。
4 and 5 are views showing a single-stage centrifugal compressor to which the present invention is applied, FIG. 4 is a longitudinal sectional view thereof, and FIG. 5 is a partial side view thereof. As shown in these figures,
The diffuser vane 4 is connected via a plurality of gears 11 to an actuator 12 forming a part of the first control drive device, and the vane angle is variable. Also, the entrance guide blade 6
Is connected to an actuator 14 forming a part of the second control drive device via a plurality of gears 13, and the blade angle is variable.

【0027】図6は、本発明の可変案内羽根付き流体機
械の制御機構を説明するブロック図である。図6に示さ
れるように可変案内羽根付きポンプは、演算部1と記憶
部2とからなる演算処理装置Uと、必要とされるポンプ
の運転状態を入力できる入力装置3、ディフューザ羽根
4を可変制御できる第1制御駆動装置5と、入口案内羽
根6を可変制御できる第2制御駆動装置7、羽根車8の
回転数、即ちポンプの回転数を制御できる第3制御駆動
装置9を備えている。
FIG. 6 is a block diagram for explaining the control mechanism of the fluid machine with variable guide vanes according to the present invention. As shown in FIG. 6, in the pump with variable guide vanes, an arithmetic processing unit U including an arithmetic unit 1 and a storage unit 2, an input device 3 capable of inputting a required operating state of the pump, and a diffuser vane 4 are variable. It is provided with a controllable first control drive device 5, a second control drive device 7 capable of variably controlling the inlet guide vanes 6, and a third control drive device 9 capable of controlling the rotation speed of the impeller 8, that is, the rotation speed of the pump. .

【0028】図7はディフューザ羽根の取付けられる盤
上に設けた圧力孔の説明図であり、図7(a)は正面
図、図7(b)は断面図である。これらの穴は一つの盤
上でも別の盤上に1つずつでも構わない。図7に示され
るように、ディフューザ羽根4の取り付けられる円盤1
0上に圧力孔11が設けられている。11−1はディフ
ューザ羽根圧力面の圧力検出用圧力孔、11−2はディ
フューザ羽根負圧面の圧力検出用圧力孔、11−3は入
口側に設けた基準圧力の検出用圧力孔を示す。この3個
の圧力孔にはそれぞれ圧力検出器が設けられ、これよっ
てそれぞれの位置での圧力が検出される。
7 (a) and 7 (b) are front views and FIG. 7 (b) is a sectional view, respectively. These holes may be on one board or one on another board. As shown in FIG. 7, the disc 1 to which the diffuser vane 4 is attached
0 is provided with a pressure hole 11. Reference numeral 11-1 is a pressure detecting pressure hole on the diffuser blade pressure surface, 11-2 is a pressure detecting pressure hole on the diffuser blade negative pressure surface, and 11-3 is a reference pressure detecting pressure hole provided on the inlet side. A pressure detector is provided in each of the three pressure holes, so that the pressure at each position is detected.

【0029】圧力検出器の出力は、図6に示すように制
御機構の演算処理装置Uに入力され、ここにおいて、圧
力孔11−3の圧力によって流れの動圧ΔPdが計算さ
れる。演算処理装置Uは、さらに圧力孔11−1と圧力
孔11−2の圧力差(P1−P2)を計算し、これとΔP
dの比、ξ=(P1−P2)/ΔPdを求め、この値から
当該ディフューザの羽根角度を算出する。これは、例え
ば図8に示すグラフに沿って行われる。この図は、本発
明者が圧縮機を用いて得たデータをまとめて、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
って示したものである。
The output of the pressure detector is input to the arithmetic processing unit U of the control mechanism as shown in FIG. 6, where the dynamic pressure ΔPd of the flow is calculated by the pressure of the pressure hole 11-3. The arithmetic processing unit U further calculates the pressure difference (P 1 -P 2 ) between the pressure hole 11-1 and the pressure hole 11-2, and the calculated pressure difference ΔP
The ratio of d, ξ = (P 1 −P 2 ) / ΔPd, is obtained, and the blade angle of the diffuser is calculated from this value. This is done, for example, according to the graph shown in FIG. This figure summarizes the data obtained by the inventor using the compressor, and the horizontal axis is
The dimensionless flow rate in which the flow rate at each operating point is made dimensionless by the flow rate at the design point, and the vertical axis indicates the angle of the diffuser blade according to the present invention.

【0030】図8において、無次元流量が0.6より大
きな流量では、図7に示した11−3における圧力によ
って流れの動圧ΔPdを計算し、圧力孔11−1及び1
1−2における圧力の差(P1−P2)との比ξ=(P1
−P2)/ΔPdを求め、この値から当該ディフューザ
の羽根角度を演算処理装置Uにより算出し、さらにディ
フューザ羽根4を第1駆動装置5によって可変制御して
決定した羽根角度を示す。
In FIG. 8, when the dimensionless flow rate is larger than 0.6, the dynamic pressure ΔPd of the flow is calculated by the pressure in 11-3 shown in FIG. 7, and the pressure holes 11-1 and 1-1 are calculated.
Ratio with pressure difference (P 1 −P 2 ) in 1-2 ξ = (P 1
−P 2 ) / ΔPd is obtained, the blade angle of the diffuser is calculated from this value by the arithmetic processing unit U, and the blade angle determined by variably controlling the diffuser blade 4 by the first drive unit 5 is shown.

【0031】なお、動圧ΔPdは、以下のようにして求
められる。羽根車出口の半径方向速度成分Cm2は、Pr
を羽根車入口の圧力Piと、圧力孔11−3の圧力P3
の比(Pr=P3/Pi)とし、吸込流量をQ、羽根車出
口のブロッケージをBとすると、 Cm2=(1/Pr(1/k)Q/(πD22B) と表される。羽根車出口の周方向速度成分Cu2は、羽
根車のすべり係数をσ、羽根車の周速をU2、羽根車出
口の羽根角度をβ2とすると、 Cu2=σU2−Cm2cotβ2 と表される。従って、羽根車出口の絶対速度Cは、 C2=Cm2 2+Cu2 2 と表される。羽根車出口の密度ρ2は、羽根車入口の密
度をρ1とすると、 ρ2=ρ1(Pr(1/k) 表され、従って、羽根車出口の動圧ΔPdは、 ΔPd=C2/2ρ2 から求まる。従って、ξは ξ=(P1−P2)/ΔPd から求まる。
The dynamic pressure ΔPd is obtained as follows. The radial velocity component Cm 2 at the impeller exit is P r
The pressure P i of the impeller inlet and the ratio of the pressure P 3 in the pressure hole 11-3 (Pr = P 3 / P i), the suction flow Q, When the blockage of the impeller outlet B, Cm 2 = (1 / P r ) (1 / k) Q / (πD 2 b 2 B) Cu 2 = σU 2 −Cm 2 cotβ, where Cu 2 is the slip coefficient of the impeller, U 2 is the peripheral speed of the impeller, and β 2 is the blade angle at the exit of the impeller. Expressed as 2 . Therefore, the absolute velocity C at the impeller outlet is expressed as C 2 = Cm 2 2 + Cu 2 2 . The density ρ 2 at the impeller outlet is expressed as ρ 2 = ρ 1 (P r ) (1 / k) , where ρ 1 is the density at the impeller inlet. Therefore, the dynamic pressure ΔPd at the impeller outlet is ΔPd = It can be obtained from C 2 / 2ρ 2 . Therefore, ξ is obtained from ξ = (P 1 −P 2 ) / ΔPd.

【0032】流れ角に対するξの値は、予め検定風胴に
て求めておく。図9は、その一例を示すもので、横軸に
流れに対する羽根角度、縦軸に検定時の11−1と11
−2の差圧と、動圧ΔPd(これは、流れの全圧Ptと
静圧Psの差を測定すれば求まる。これは、上記の方法
とは異なる一般的な方法である。)の比から求めたξの
値を示した。この曲線を記憶装置に記憶しておき、上記
方法から求めた圧縮機出口でのξから、羽根に対する流
れの角度を求めることができる。一方、羽根車出口での
流れ角αは、 α=arctan(Cm2/Cu2) から求まるから、両者の差を計算すれば、ディフューザ
羽根の流れの角度に対しての偏差角を求めることができ
る。この偏差角度分だけディフューザ羽根の角度を修正
すれば、羽根車から流出する流れにディフューザ羽根の
角度を一致させることができる。一回で一致できない場
合は、数回このステップを繰り返せば完全に一致させる
ことが可能である。
The value of ξ with respect to the flow angle is obtained in advance by a verification wind tunnel. FIG. 9 shows an example thereof, in which the horizontal axis indicates the blade angle with respect to the flow and the vertical axis indicates 11-1 and 11 at the time of verification.
The ratio between the -2 differential pressure and the dynamic pressure ΔPd (this is obtained by measuring the difference between the total flow pressure Pt and the static pressure Ps. This is a general method different from the above method). The value of ξ obtained from By storing this curve in a storage device, the angle of the flow with respect to the blade can be obtained from ξ at the compressor outlet obtained by the above method. On the other hand, the flow angle α at the outlet of the impeller is obtained from α = arctan (Cm 2 / Cu 2 ), so if the difference between the two is calculated, the deviation angle from the flow angle of the diffuser blade can be obtained. it can. If the angle of the diffuser blade is corrected by this deviation angle, the angle of the diffuser blade can be matched with the flow flowing out from the impeller. If you cannot match at once, you can repeat this step several times to get a perfect match.

【0033】また、図8において、無次元流量が0.6
より小さな流量域においては、図7に示した11−3の
圧力孔を変動圧力測定装置に接続して、微小時間ごとの
振幅の変動値Fpを求め、これとしきい値Fp*を比較
することによって、微小時間ごとの振幅の変動値がしき
い値以下になるようにディフューザ羽根4を第1駆動装
置5によって可変制御して決定した羽根角度を示す。変
動値Fpの求め方を図10を用いて説明する。この図に
おいて、Tは1回の変動値を算出する微小時間であり、
δtは変動値を算出する元となる圧力値Pi(Q,t)
のサンプリングピッチである。変動値Fp,Fp*は、
時間Tの間にδtのピッチで測定された状態量の単位時
間当たりの標準偏差であり、以下の式で与えられる。 Fp(Q)=[1/TΣ{Pi(Q,t)−Mi
(Q)}21/2 ただし、 Mi(Q)=1/TΣPi(Q,t) 一定のバイアスを持ついわゆるDCデータも、そうでな
いACデータもいずれも上式で取り扱うことができる。
Further, in FIG. 8, the dimensionless flow rate is 0.6.
In a smaller flow rate range, the pressure hole 11-3 shown in FIG. 7 is connected to a fluctuating pressure measuring device to obtain a fluctuating value Fp of the amplitude for each minute time, and compare this with a threshold value Fp *. Shows the blade angle determined by variably controlling the diffuser blade 4 by the first drive device 5 so that the variation value of the amplitude for each minute time becomes equal to or less than the threshold value. How to obtain the variation value Fp will be described with reference to FIG. In this figure, T is a minute time for calculating the fluctuation value once,
δt is the pressure value P i (Q, t) that is the basis for calculating the fluctuation value
Is the sampling pitch of. The fluctuation values Fp and Fp * are
It is the standard deviation per unit time of the state quantity measured at the pitch of δt during the time T and is given by the following equation. Fp (Q) = [1 / TΣ {Pi (Q, t) −Mi
(Q)} 2 ] 1/2 However, Mi (Q) = 1 / TΣPi (Q, t) Both so-called DC data having a constant bias and AC data not having such a bias can be handled by the above equation.

【0034】測定時間Tは、状態量の変動の指標値を精
度良く算出でき、しかも迅速な対応が採れるように短い
時間であることが必要である。この実施例では、このよ
うな時間Tを設定する目安として60/ZN(秒)を用
いる。ここで、Nは羽根車8の回転数(回/分)で、Z
は羽根車8の羽根の枚数Zであり、従って、60/ZN
は、羽根車8が回転することによる本質的に発生する圧
力等の状態量の変動の周期である。Tは、このような本
質的変動による影響を受けない程度に大きく設定する必
要があり、従って、以下のような条件が課される。 T≧K1・60/ZN 従って、実際には、Tはこの下限値に設定すればよい。
ここで、K1は流体機械によって決まる定数で、当該機
械の試験時、あるいは量産品であればその代表品の性能
を予め調べ、定数入力装置3によって設定しておく。
The measurement time T needs to be a short time so that the index value of the variation of the state quantity can be accurately calculated and a quick response can be taken. In this embodiment, 60 / ZN (second) is used as a standard for setting such time T. Here, N is the number of rotations of the impeller 8 (times / minute), and Z
Is the number Z of blades of the impeller 8, and therefore 60 / ZN
Is a cycle of fluctuations in state quantities such as pressure that are essentially generated by the rotation of the impeller 8. T needs to be set large enough not to be affected by such an essential variation, and therefore the following conditions are imposed. T ≧ K 1 · 60 / ZN Therefore, in practice, T should be set to this lower limit value.
Here, K 1 is a constant determined by the fluid machine, and when the machine is tested, or if it is a mass-produced product, the performance of its representative product is checked in advance and set by the constant input device 3.

【0035】次に、サンプリングピッチであるδtの設
定方法について述べる。このようなサンプリング周期δ
tは、正確な指標値を算出するという観点からは小さい
程好ましい。しかし、過度のサンプリングによりコンピ
ュータに負荷が掛かって算出に時間が掛かるのは却って
好ましくない。この実施例では、このような時間δtを
設定する目安として、ここでも60/ZN(秒)を用い
る。すなわち、δtを、羽根車2が回転することにより
本質的に発生する圧力等の状態量の変動による影響を受
けない程度に小さく設定する必要がある。従って、以下
のような条件が課される。 δt≦K・60/ZN
Next, a method of setting the sampling pitch δt will be described. Such a sampling period δ
From the viewpoint of calculating an accurate index value, t is preferably as small as possible. However, it is rather undesirable that the computer is overloaded due to excessive sampling and the calculation takes time. In this embodiment, 60 / ZN (seconds) is also used as a standard for setting such time δt. That is, it is necessary to set δt small enough not to be affected by the fluctuation of the state quantity such as the pressure that is essentially generated by the rotation of the impeller 2. Therefore, the following conditions are imposed. δt ≦ K ・ 60 / ZN

【0036】さらに、この実施例では、図3で説明した
ように、設計点の場合と、より低流量で運転が不安定
になる及びの場合においてそれぞれ振幅周期が異な
ることに鑑み、設定を変えるようにしている。すなわ
ち、ヘッドが右上がりになる不安定領域を検出する場
合のサンプリング周期δtは、K2・60/ZNであ
り、サージング現象を検出する場合のサンプリング周
期δtは、K3・60/ZNである。ここで、K2,K3
は流体機械によって決まる定数で、K1の場合と同様
に、当該機械の試験時、あるいは量産品であればその代
表品の性能を予め調べ、入力装置3によって設定してお
く。
Further, in this embodiment, as described with reference to FIG. 3, the setting is changed in view of the fact that the amplitude period is different between the design point and the case where the operation becomes unstable at a lower flow rate. I am trying. That is, the sampling period δt for detecting an unstable region in which the head rises to the right is K 2 · 60 / ZN, and the sampling period δt for detecting the surging phenomenon is K 3 · 60 / ZN. . Where K 2 and K 3
Is a constant determined by the fluid machine, and similarly to the case of K 1 , the performance of the representative machine is examined in advance during the test of the machine or in the case of a mass-produced product, and is set by the input device 3.

【0037】流体機械の運転時の変動値は、その都度上
記のように算出されるが、サージング発生の判断基準と
なる変動値(しきい値γ)の求め方を以下に示す。図1
1は本発明者の研究によって得られたデータで、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、縦軸は圧力の変動値を設計点での変動値(=F
*)で無次元化した無次元変動値を示す。図中の○印
はディフューザ壁面での圧力の測定結果から得られたも
のを示す。ここでの条件は、以下の通りである。 N=9000rpm, Z=17 K1=2000, K2=5, K3=20
The fluctuation value during the operation of the fluid machine is calculated as described above each time, and the method for obtaining the fluctuation value (threshold value γ) as a criterion for determining the occurrence of surging will be shown below. FIG.
1 is the data obtained by the research of the present inventor, the horizontal axis is a dimensionless flow rate in which the flow rate at each operating point is made dimensionless by the flow rate at the design point, and the vertical axis is the fluctuation value of the pressure at the design point. Value (= F
p * ) indicates a dimensionless variation value. The circles in the figure indicate those obtained from the measurement results of the pressure on the diffuser wall surface. The conditions here are as follows. N = 9000 rpm, Z = 17 K 1 = 2000, K 2 = 5, K 3 = 20

【0038】この結果から、無次元流量が0.6より小
さな流量域から無次元変動値8が増大することがわか
る。ここで、ポンプが安定的に運転できる限界値を適宜
設定してこれをしきい値とすればよい。この例では、F
p/Fp*として1.5が限界となると判定し、しきい
値γとして1.5Fp*を用いる。次に、それぞれの流
量においてこの値がこのグラフで示されるしきい値以下
になるようにデイフューザ羽根を回転させることによ
り、図8に示した無次元流量0.6以下の領域での関係
が得られる。この図から、無次元流量が0.6より小さ
な流量におけるディフューザ羽根角度は、流量に比例し
て変わることがわかる。これとポンプの吸込流量及びヘ
ッド上昇を演算処理装置Uにより算出し、さらにディフ
ューザ羽根4を第1制御駆動装置5によって可変制御す
れば、ディフューザ羽根4を最適に制御できることにな
る。
From this result, it is understood that the dimensionless fluctuation value 8 increases from the flow rate region where the dimensionless flow rate is smaller than 0.6. Here, a limit value with which the pump can be operated stably can be set appropriately and used as a threshold value. In this example, F
It is determined that 1.5 is the limit for p / Fp * , and 1.5Fp * is used as the threshold γ. Next, by rotating the diffuser vanes so that this value becomes equal to or less than the threshold value shown in this graph at each flow rate, the relationship in the region of the dimensionless flow rate of 0.6 or less shown in FIG. 8 is obtained. To be From this figure, it can be seen that the diffuser vane angle changes in proportion to the flow rate when the dimensionless flow rate is smaller than 0.6. By calculating this, the suction flow rate of the pump, and the head rise by the arithmetic processing unit U, and further variably controlling the diffuser blade 4 by the first control drive unit 5, the diffuser blade 4 can be optimally controlled.

【0039】さらに、本発明者らは、入口案内羽根をポ
ンプの要求性能を発揮できるように設定する方法も考案
した。図12にその際のフローチャートを示す。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、適正値であれば制御を終わり、適正
値でない場合には、ステップ11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。
Furthermore, the present inventors also devised a method of setting the inlet guide vanes so as to exhibit the required performance of the pump. FIG. 12 shows a flowchart in that case. First,
In the case of a fluid machine whose rotation speed can be changed, an appropriate rotation speed is set in advance. In step 1, the requested flow rate Q and head H are input, and in step 2, the flow rate coefficient φ and the pressure coefficient ψ are calculated. Next, in step 3, the flow coefficient φ,
The quadratic curve coefficient passing through the pressure coefficient ψ is calculated, and the intersection points φ ′, ψ ′ with the characteristics when the inlet guide vane is 0 degrees are calculated in step 4, and the angle of the inlet guide vane is calculated from the following equation in step 5. Calculate (k is a constant). α = arctan (k (φ′−φ) / φ ′) Next, in step 6, the inlet guide vane angle control is performed, and in step 7, it is determined whether or not α is 0 (fully open). If it is not 0, the head and flow rate are measured in step 9 to obtain φ ″,
ψ ″ is calculated. Next, in step 10, it is determined whether or not the head H is an appropriate value, and if it is an appropriate value, the control ends, and if it is not an appropriate value, α ′ is calculated in step 11, and In step 12, (α-α ') is calculated, and then the process returns to step 6.

【0040】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。
If α is 0 in step 6, such a request cannot be achieved if the number of rotations cannot be changed. Therefore, the process returns to step 1 and the setting is changed. If the number of revolutions can be changed, the number of revolutions is changed in step 8 and the process proceeds to step 9.

【0041】次に上記の式の根拠を説明する。図13
は、ポンプの特性曲線と抵抗曲線の説明図であり、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。まず、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
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。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・
1
Next, the basis of the above equation will be described. FIG.
[Fig. 3] is an explanatory diagram of a characteristic curve and a resistance curve of the pump. As a first condition, the performance when the inlet guide vanes are 0 degrees is known. First, the flow rate Q of the optional requirement (given requirement)
From the head H, the flow coefficient φ (4 ・ Q / (π ・ D 2 2
U 2 )) and pressure coefficient ψ (g · H / (U 2 2 )). This resistance curve is assumed to be a quadratic curve that passes through this arbitrary essential point (φ, ψ) and the origin (if there is a fixed resistance, the value is known and the intercept value of the ψ axis is determined). Find the coefficient of. Coordinates (φ ', ψ') of the intersection of this resistance curve and the characteristic curve when the known inlet guide vane is 0 degree
Is calculated by numerical calculation. From the coordinate value φ ′, the flow rate Q ′ is calculated by the following formula. When Q '= φ' · π · D a 2 2 · U 2/4 impeller inlet area and A 1, it is obtained the impeller inlet axial velocity Cm 1 from the following equation. Cm 1 = Q '/ A 1 = φ' ・ π ・ D 2 2・ U 2 / (4 ・
A 1 )

【0042】ポンプのヘッドH′は、羽根車出口周速U
2 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
1・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′ 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。
The head H'of the pump has a peripheral speed U of the impeller outlet.
From the difference between the product U 2 · Cu 2 of 2 and the circumferential component Cu 2 of the absolute velocity and the product U 1 · Cu 1 of the impeller inlet circumferential velocity U 1 and the circumferential component Cu 1 of the absolute velocity, Desired. H ′ = (U 2 · Cu 2 −U 1 · Cu 1 ) / g where ψ ′ = (g · H ′ / U 2 2 ), then ψ ′ = (U 2 · Cu 2 −U 1・ Cu 1 ) / U 2 2 . Since the angle of the inlet guide vanes is now 0 degree, the circumferential direction component C U1 of the absolute velocity is 0. Therefore, the circumferential velocity component Cu 2 of the absolute velocity at the impeller exit is obtained by the following equation. Cu 2 = U 2 · ψ ′ According to the research by the present inventor, it was found that the circumferential velocity component Cu 2 of the absolute velocity at the impeller outlet depends only on the flow rate and does not change depending on the inlet guide vane angle. . Using this result, ψ of an arbitrary element (given element) is ψ = (U 2 2 · φ′−U 1 · Cu 1 ) / U 2 2 = φ′−U 1 · Cu 1 / U 2 2 , the circumferential velocity component Cu 1 of the absolute velocity at the impeller inlet is Cu 1 = (φ′−φ) · U 2 2 / U 1 .

【0043】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′・
1 )) =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′) から求められる。
The angle of the inlet guide vane to satisfy any essential point is, when the root mean square diameter at the impeller inlet and D 1 rms, α 1 = arctan (Cu 1 / Cm 1) = arctan (A 1 · ( ψ'-ψ) ・ U 2 / (D 2 2・ φ '・
U 1 )) = arctan (A 1 · (ψ′−ψ) / (D 2 · D 1 rms ·
φ ′)) Here, when the constant k is k = A 1 / (D 2 · D 1 rms), α 1 = arctan (k (φ′−φ) / φ ′) can be obtained.

【0044】このように、入力装置3によって入力され
た要求性能が発揮できるように、演算処理装置Uによっ
て、入口案内羽根6の角度を算出して、第2制御駆動装
置7によって入口案内羽根6を自動的に制御して運転で
きるようにした。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。ディフューザ羽根4がある場合は、演算処理装
置により流れに対して最適な角度を算出することができ
る。
In this way, the arithmetic processing unit U calculates the angle of the inlet guide vanes 6 so that the required performance input by the input unit 3 can be exerted, and the second control drive unit 7 controls the inlet guide vanes 6 to operate. It became possible to operate by controlling automatically. Changing the angle of the inlet guide vanes 6 changes the flow condition in the impeller and therefore also the impeller exit flow condition. When there is the diffuser vane 4, the optimum angle for the flow can be calculated by the arithmetic processing unit.

【0045】これはポンプの回転数が変わっても同じな
ので、回転数が変わり、入口案内羽根の角度が変わっ
た、どのような運転点でもディフューザ羽根の角度を最
適状態で運転することが可能となる。
Since this is the same even when the rotation speed of the pump changes, the rotation speed changes and the angle of the inlet guide blades changes, so that it is possible to operate the diffuser blade angle at the optimum state at any operating point. Become.

【0046】入口案内羽根6及びディフューザ羽根4の
角度によっては入力装置3で指定した流量及びヘッドを
満足しない場合もあるので、その際は第2制御駆動装置
7によって入口案内羽根6を動かして微調節する。
Depending on the angles of the inlet guide vanes 6 and the diffuser vanes 4, the flow rate and head specified by the input device 3 may not be satisfied. In that case, the second control drive device 7 moves the inlet guide vanes 6 to slightly Adjust.

【0047】図14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。
In FIG. 14, as an example, the abscissa represents the dimensionless flow rate of the centrifugal compressor equipped with this device, and the ordinate represents the pressure coefficient and efficiency from the top to show the performance of the centrifugal compressor equipped with this device. As shown, it was confirmed that highly efficient operation can be performed in a wide operating range.

【0048】図15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14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。ポンプの場合、回転数を変えた場合にも無次元特
性としては同一の結果が得られる。
In FIG. 15, with the diffuser blade fixed,
The overall performance of the centrifugal compressor when only the inlet guide vanes are variable is shown. The performance of the apparatus according to the present invention shown in FIG. 14 is significantly improved compared to this figure at both large and small flow rates. That is, the effect of the present invention is clear. In the case of the pump, the same result is obtained as the dimensionless characteristic even when the rotation speed is changed.

【0049】図4乃至図14に図示した実施例において
は、演算処理装置Uを1ユニット設置した例を示した
が、演算処理装置を機能別に分離して複数の演算処理装
置としてもよい。また、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。
In the embodiments shown in FIGS. 4 to 14, the example in which one unit of the arithmetic processing unit U is installed is shown, but the arithmetic processing unit may be divided into plural units according to their functions. Further, although the control drive device is divided into the first, second, and third control drive devices according to their functions, one control drive device may be used.

【0050】[0050]

【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
運転することができる。
As described above, according to the present invention, the unstable phenomenon that occurs when the fluid machine is operated in a flow rate range other than the design point flow rate is avoided, and the fluid machine is operated in a wide flow rate range. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】羽根車出口の流体の状態を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a state of fluid at an outlet of an impeller.

【図2】図2(a)は、無次元吸込流量と無次元ディフ
ューザ損失との関係を示す図であり、図2(b)は、無
次元吸込流量とポンプ効率との関係を示す図である。
FIG. 2 (a) is a diagram showing a relationship between a dimensionless suction flow rate and a dimensionless diffuser loss, and FIG. 2 (b) is a view showing a relationship between a dimensionless suction flow rate and a pump efficiency. is there.

【図3】ポンプの各所における圧力変動状態を示す図で
ある。
FIG. 3 is a diagram showing a pressure fluctuation state in various parts of the pump.

【図4】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。
FIG. 4 is a vertical sectional view showing a single-stage centrifugal compressor which is an example of a fluid machine with variable guide vanes according to the present invention.

【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部分側面図である。
FIG. 5 is a partial side view showing a single-stage centrifugal compressor which is an example of a fluid machine with variable guide vanes according to the present invention.

【図6】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。
FIG. 6 is a block diagram showing an embodiment of a fluid machine with variable guide vanes according to the present invention.

【図7】ディフューザ羽根の取付けられる盤上に設けた
圧力孔を示す図であり、(a)は正面図、(b)は断面
図である。
7A and 7B are views showing a pressure hole provided on a board to which a diffuser blade is attached, where FIG. 7A is a front view and FIG. 7B is a sectional view.

【図8】無次元流量とディフューザ羽根角度との関係を
示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the dimensionless flow rate and the diffuser blade angle.

【図9】予め検定風胴にて求めた流れ角に対するξの関
係を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the relationship of ξ with respect to the flow angle previously obtained by the test wind tunnel.

【図10】本発明の可変案内羽根付き流体機械における
変動値の求め方を説明するグラフである。
FIG. 10 is a graph illustrating how to obtain a variation value in the fluid machine with variable guide vanes according to the present invention.

【図11】本発明の可変案内羽根付き流体機械における
しきい値の求め方を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing how to obtain a threshold value in the fluid machine with variable guide vanes of the present invention.

【図12】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。
FIG. 12 is a flowchart showing a processing procedure of the fluid machine with variable guide vanes of the present invention.

【図13】ポンプの特性曲線と抵抗曲線の説明図であ
る。
FIG. 13 is an explanatory diagram of a characteristic curve and a resistance curve of the pump.

【図14】本発明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。
FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the dimensionless flow rate, efficiency and head coefficient of the present invention.

【図15】従来の技術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。
FIG. 15 is a diagram showing a relationship between a dimensionless flow rate, efficiency, and a head coefficient in the conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 演算部 2 記憶部 U 演算処理装置 3 入力装置 4 ディフューザ羽根 5 第1制御駆動装置 6 入口案内羽根 7 第2制御駆動装置 8 羽根車 9 第3制御駆動装置 10 円盤 11(11−1,11−2,11−3) 圧力孔 DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS 1 arithmetic unit 2 storage unit U arithmetic processing device 3 input device 4 diffuser blade 5 first control drive device 6 inlet guide vane 7 second control drive device 8 impeller 9 third control drive device 10 disk 11 (11-1, 11) -2, 11-3) Pressure hole

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成7年8月7日[Submission date] August 7, 1995

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項6[Name of item to be corrected] Claim 6

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0021[Correction target item name] 0021

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0021】請求項6に記載の発明は、このような考察
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、ディフューザ羽根の少なくとも圧
力面側と負圧面側の圧力を検出する圧力検出装置と、基
準流量を設定し、この基準流量より大きい流量において
は、上記圧力検出装置で検出された圧力に基づいて上
ディフューザ羽根の角度を制御し、上記基準流量以下に
おいては、上記圧力検出装置で検出された圧力値の変動
値を算出し、この変動値が予め定められたしきい値以下
となるようにディフューザ角度を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であ
る。
The invention according to claim 6 is based on such consideration, and in a fluid machine equipped with a diffuser blade, a pressure for detecting at least the pressure surface side and the suction surface side pressure of the diffuser blade. a detection device, to set the reference flow rate, in the larger flow rate than the reference rate, and control the angle of the upper Symbol diffuser blades based on the detected pressure by the pressure detection device, in the following the reference flow rate, the pressure A variable guide vane, comprising: a control device that calculates a fluctuation value of the pressure value detected by the detection device, and controls the diffuser angle so that the fluctuation value is equal to or less than a predetermined threshold value. It is a fluid machine with.

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0023[Name of item to be corrected] 0023

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0023】請求項6に記載の発明においては、制御装
置が、基準流量より大きい流量においては、圧力検出装
置で検出された圧力に基づいて上記ディフューザ羽根の
角度を制御し、基準流量以下においては、圧力検出装置
で検出された圧力値の変動値を算出し、この変動値が予
め定められたしきい値以下となるようにディフューザ角
度を制御するので、流体機械の特性に応じてそれぞれの
流量域での適切な制御がなされる。
[0023] In the invention of claim 6, the control device, in the larger flow rate than the reference rate, and control the angle of the upper Symbol diffuser blades based on the pressure detected by the pressure detecting device, the reference flow rate or less Calculates the fluctuation value of the pressure value detected by the pressure detection device, and controls the diffuser angle so that this fluctuation value is equal to or less than a predetermined threshold value. Appropriate control is performed in the flow rate range.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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、 ディフューザ羽根の圧力面側と負圧面側及びディフュー
ザ部の所定の位置の圧力を検出する圧力検出装置と、 上記圧力検出装置で検出された圧力に基づき上記ディフ
ューザ羽根の角度を決定する演算処理装置と、 上記ディフューザ羽根を決定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。
1. A fluid machine including a diffuser blade, a pressure detecting device for detecting pressure at a pressure surface side and a negative pressure surface side of the diffuser blade, and a predetermined position of the diffuser portion, and a pressure detected by the pressure detecting device. A fluid machine with variable guide vanes, comprising: an arithmetic processing unit that determines the angle of the diffuser vane based on the above; and a first control drive device that drives and controls the diffuser vane to the determined angle.
【請求項2】 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を備え、上記演算処理装置は、上記
入力装置によって入力された要求性能が発揮できるよう
に流体機械の運転状態を算出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。
2. An input device for inputting a required operating state of the fluid machine is further provided, and the arithmetic processing unit calculates the operating state of the fluid machine so that the required performance input by the input device can be exhibited. The fluid machine with variable guide vanes according to claim 1, wherein
【請求項3】 上記圧力検出装置は、上記ディフューザ
羽根が取り付けられた盤上に設けられていることを特徴
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。
3. The fluid machine with variable guide vanes according to claim 1, wherein the pressure detecting device is provided on a board to which the diffuser vanes are attached.
【請求項4】 さらに、入口案内羽根と、該入口案内羽
根を予め定められた演算式に基づき算出された角度に駆
動制御する第2制御駆動装置とを具備したことを特徴と
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。
4. An inlet guide vane and a second control drive device for driving and controlling the inlet guide vane to an angle calculated based on a predetermined arithmetic expression. 4. A fluid machine with variable guide vanes according to any one of 3 to 3.
【請求項5】 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4のいずれかに記載の可変案内羽根付き流体機械。
5. The fluid machine with variable guide vanes according to claim 1, further comprising a third control drive device for controlling the rotation speed of the fluid machine.
【請求項6】 ディフューザ羽根を具備した流体機械に
おいて、 ディフューザ羽根の少なくとも圧力面側と負圧面側の圧
力を検出する圧力検出装置と、 基準流量を設定し、この基準流量より大きい流量におい
ては、上記圧力検出装置で検出された圧力に基づいて羽
根車から流出する流れの方向を決定して上記ディフュー
ザ羽根の角度を制御し、 上記基準流量以下においては、上記圧力検出装置で検出
された圧力値の変動値を算出し、この変動値が予め定め
られたしきい値以下となるようにディフューザ角度を制
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。
6. A fluid machine having a diffuser vane, wherein a pressure detecting device for detecting pressure on at least a pressure surface side and a negative pressure surface side of the diffuser vane, a reference flow rate is set, and at a flow rate higher than this reference flow rate, Based on the pressure detected by the pressure detection device, the direction of the flow flowing out of the impeller is determined to control the angle of the diffuser blade, and at the reference flow rate or less, the pressure value detected by the pressure detection device is set. And a control device for controlling the diffuser angle so that the variation value becomes equal to or less than a predetermined threshold value.
JP7142504A 1994-05-27 1995-05-17 Fluid machine with variable guide vane Pending JPH0842494A (en)

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JP6-138083 1994-05-27
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