JPH09203394A - 多段遠心圧縮機のリターンベーン - Google Patents
多段遠心圧縮機のリターンベーンInfo
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- JPH09203394A JPH09203394A JP8010027A JP1002796A JPH09203394A JP H09203394 A JPH09203394 A JP H09203394A JP 8010027 A JP8010027 A JP 8010027A JP 1002796 A JP1002796 A JP 1002796A JP H09203394 A JPH09203394 A JP H09203394A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vane
- return
- return vane
- impeller
- side wall
- Prior art date
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
- F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
- F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
- F04D29/441—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/444—Bladed diffusers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
- F04D17/08—Centrifugal pumps
- F04D17/10—Centrifugal pumps for compressing or evacuating
- F04D17/12—Multi-stage pumps
- F04D17/122—Multi-stage pumps the individual rotor discs being, one for each stage, on a common shaft and axially spaced, e.g. conventional centrifugal multi- stage compressors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2250/00—Geometry
- F05D2250/70—Shape
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 リターンベーンの前縁部及び出口部の形状を
流体流れに合致した形状とすることにより、リターンベ
ーンにおける圧力損失を低減するとともにインペラ入口
のヘッドの低下を防止する。 【解決手段】 複数枚のリターンベーンを有する多段遠
心圧縮機において、上記リターンベーンは、その前縁部
において、側壁部の羽根角を円周方向線に対して寝かせ
るとともに、中央部の羽根角を上記円周方向線に対して
立てて形成し、その出口部において、側壁部の羽根角を
上記インペラの回転方向に向けて傾斜せしめた羽根角と
なすとともに、中央部の羽根角を上記インペラの反回転
方向へ向けて傾斜した羽根角となし、入口羽根角を流体
流入角に合致させ、出口側は流体流出角を一定化させ
る。
流体流れに合致した形状とすることにより、リターンベ
ーンにおける圧力損失を低減するとともにインペラ入口
のヘッドの低下を防止する。 【解決手段】 複数枚のリターンベーンを有する多段遠
心圧縮機において、上記リターンベーンは、その前縁部
において、側壁部の羽根角を円周方向線に対して寝かせ
るとともに、中央部の羽根角を上記円周方向線に対して
立てて形成し、その出口部において、側壁部の羽根角を
上記インペラの回転方向に向けて傾斜せしめた羽根角と
なすとともに、中央部の羽根角を上記インペラの反回転
方向へ向けて傾斜した羽根角となし、入口羽根角を流体
流入角に合致させ、出口側は流体流出角を一定化させ
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は多段遠心圧縮機のリ
ターンベーンの形状に関する。
ターンベーンの形状に関する。
【0002】
【従来の技術】図3には産業用、ターボ冷凍機、ガスタ
ービン等に使用される多段遠心圧縮機のロータ軸心線に
沿って視たる構造図が示されている。
ービン等に使用される多段遠心圧縮機のロータ軸心線に
沿って視たる構造図が示されている。
【0003】図3において、20はモータ、タービン、
エンジン等の駆動源(図示せず)に直結されて回転駆動
されるロータ、7は同ロータに固着されて同時に回転す
るインペラ、8は同インペラ7の流体出口に設けられた
ディフューザ、9は同ディフューザ8を経た流体を次段
のインペラに導く案内流路である戻り流路である。
エンジン等の駆動源(図示せず)に直結されて回転駆動
されるロータ、7は同ロータに固着されて同時に回転す
るインペラ、8は同インペラ7の流体出口に設けられた
ディフューザ、9は同ディフューザ8を経た流体を次段
のインペラに導く案内流路である戻り流路である。
【0004】上記戻り流路9の次段入口上流部の直状流
路には円周方向等間隔にリターンベーン10が配設さ
れ、次段への流体流れのガイド部材の機能をなしてい
る。
路には円周方向等間隔にリターンベーン10が配設さ
れ、次段への流体流れのガイド部材の機能をなしてい
る。
【0005】図6には前記リターンベーン10の従来の
1例が示され、図7には同リターンベーン10内通路に
おける流体の圧力分布が示されている。図3及び図6に
おいて、ディフューザ8を経た流体は戻り流路9からリ
ターンベーン10に入る。この場合、ディフューザ8内
で発達した側壁部のねじれ境界層がそのままリターンベ
ーン10に流入して、同リターンベーンの前縁部1の中
央部10aにおいては図6の矢印12で示される流れ、
側壁部10bにおいては矢印11で示される流れとな
り、前縁部1において流入角度差が生ずる。
1例が示され、図7には同リターンベーン10内通路に
おける流体の圧力分布が示されている。図3及び図6に
おいて、ディフューザ8を経た流体は戻り流路9からリ
ターンベーン10に入る。この場合、ディフューザ8内
で発達した側壁部のねじれ境界層がそのままリターンベ
ーン10に流入して、同リターンベーンの前縁部1の中
央部10aにおいては図6の矢印12で示される流れ、
側壁部10bにおいては矢印11で示される流れとな
り、前縁部1において流入角度差が生ずる。
【0006】これに対して、かかる流体を受け入れるリ
ターンベーン10の前縁部1の形状は2次元形状である
ため、インシデンスによる圧力損失が発生する。
ターンベーン10の前縁部1の形状は2次元形状である
ため、インシデンスによる圧力損失が発生する。
【0007】一方、上記リターンベーン10内の流路1
00の側壁部では上記境界層がリターンベーン10の腹
側10c(正圧)と背側10d(負圧)との圧力差によ
って図7のように動かされ、中央部10aの2次流れ1
4と側壁部10bの2次流れ13との間で大きな2次流
れ渦が形成せしめられる。この2次流れ渦によって負圧
部である背側10d寄りに境界層の蓄積部101が肥大
されて形成され、これがリターンベーン10内における
圧力損失発生の要因となっている。
00の側壁部では上記境界層がリターンベーン10の腹
側10c(正圧)と背側10d(負圧)との圧力差によ
って図7のように動かされ、中央部10aの2次流れ1
4と側壁部10bの2次流れ13との間で大きな2次流
れ渦が形成せしめられる。この2次流れ渦によって負圧
部である背側10d寄りに境界層の蓄積部101が肥大
されて形成され、これがリターンベーン10内における
圧力損失発生の要因となっている。
【0008】また上記2次流れ渦によって、本来ロータ
20の軸方向に沿って流出するように設定されるべき戻
り流路9出口の流体は、上記のように、側壁部10bで
はインペラの反回転方向へオーバーターンする2次流れ
13となり、また中央部10aでは上記回転方向にアン
ダーターンする2次流れ14となる(図7参照)。この
ため、リターンベーン出口部の流出角βf0はリターンベ
ーン10の幅方向に大きな流出角度差が生ずる一方、リ
ターンベーン10の出口羽根角β0 は一定であることか
ら、かかる角度差がインペラ7のヘッドを低下させる要
因ともなっている。
20の軸方向に沿って流出するように設定されるべき戻
り流路9出口の流体は、上記のように、側壁部10bで
はインペラの反回転方向へオーバーターンする2次流れ
13となり、また中央部10aでは上記回転方向にアン
ダーターンする2次流れ14となる(図7参照)。この
ため、リターンベーン出口部の流出角βf0はリターンベ
ーン10の幅方向に大きな流出角度差が生ずる一方、リ
ターンベーン10の出口羽根角β0 は一定であることか
ら、かかる角度差がインペラ7のヘッドを低下させる要
因ともなっている。
【0009】本発明の目的は、リターンベーンの前縁部
及び出口部の形状を流体流れに合致した形状とすること
により、リターンベーンにおける圧力損失を低減すると
ともにインペラ入口のヘッドの低下を防止することにあ
る。
及び出口部の形状を流体流れに合致した形状とすること
により、リターンベーンにおける圧力損失を低減すると
ともにインペラ入口のヘッドの低下を防止することにあ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するもので、その要旨とする手段は、ディフューザ出
口とインペラ入口との間の戻り流路に円周方向に沿って
複数枚のリターンベーンを設けてなる多段遠心圧縮機に
おいて、上記リターンベーンは、その前縁部において、
側壁部の羽根角を円周方向線に対して小さくして寝かせ
るとともに、中央部の羽根角を上記円周方向線に対して
大きくして立て、その出口部において、側壁部の羽根角
を上記インペラの回転方向に向けて傾斜せしめた羽根角
となすとともに、中央部の羽根角を上記インペラの反回
転方向へ向けて傾斜した羽根角となしたことを特徴とす
る多段遠心圧縮機のリターンベーンにある。
決するもので、その要旨とする手段は、ディフューザ出
口とインペラ入口との間の戻り流路に円周方向に沿って
複数枚のリターンベーンを設けてなる多段遠心圧縮機に
おいて、上記リターンベーンは、その前縁部において、
側壁部の羽根角を円周方向線に対して小さくして寝かせ
るとともに、中央部の羽根角を上記円周方向線に対して
大きくして立て、その出口部において、側壁部の羽根角
を上記インペラの回転方向に向けて傾斜せしめた羽根角
となすとともに、中央部の羽根角を上記インペラの反回
転方向へ向けて傾斜した羽根角となしたことを特徴とす
る多段遠心圧縮機のリターンベーンにある。
【0011】上記手段によれば、ディフューザ内で発達
したねじれ境界層を伴ない、側壁部において円周方向に
寝かされかつ中央部において円周方向に立てられた流体
の流れがリターンベーンの前縁部に流入するのに対し
て、同前縁部の羽根角は上記流体の流入角と略一致した
角度に形成されているので、前縁部のインシデンスが減
少し、これによる圧力損失が低減される。
したねじれ境界層を伴ない、側壁部において円周方向に
寝かされかつ中央部において円周方向に立てられた流体
の流れがリターンベーンの前縁部に流入するのに対し
て、同前縁部の羽根角は上記流体の流入角と略一致した
角度に形成されているので、前縁部のインシデンスが減
少し、これによる圧力損失が低減される。
【0012】またリターンベーンの出口部においては、
側壁部がインペラの回転方向に傾斜し、かつ中央部が反
回転方向に傾斜するような羽根角に形成されているの
で、側壁寄りの流れはインペラ回転方向に中央寄りの流
れは反回転方向に夫々変向されることにより、オーバー
ターンが無くなり、側壁側のベーン間圧力差が緩和され
て2次流れ渦の発生が抑制される。
側壁部がインペラの回転方向に傾斜し、かつ中央部が反
回転方向に傾斜するような羽根角に形成されているの
で、側壁寄りの流れはインペラ回転方向に中央寄りの流
れは反回転方向に夫々変向されることにより、オーバー
ターンが無くなり、側壁側のベーン間圧力差が緩和され
て2次流れ渦の発生が抑制される。
【0013】これにより、ベーン負圧面上の境界層の肥
大が抑制されて圧力損失が低減される。また、ベーン出
口部における流体の流出角が均一化され、次段のインペ
ラへのヘッドの低下が防止される。
大が抑制されて圧力損失が低減される。また、ベーン出
口部における流体の流出角が均一化され、次段のインペ
ラへのヘッドの低下が防止される。
【0014】
【発明の実施の形態】以下図1〜図3、及び図4〜図5
を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図1に
は本発明の実施の第1形態に係るリターンベーンの流路
にう断面図(A)及び(A)のZ−Z矢視図(B)、図
3には多段遠心圧縮機のロータ軸心線に沿う構造図、図
4〜図5にはリターンベーン角度の比較線図が示されて
いる。
を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図1に
は本発明の実施の第1形態に係るリターンベーンの流路
にう断面図(A)及び(A)のZ−Z矢視図(B)、図
3には多段遠心圧縮機のロータ軸心線に沿う構造図、図
4〜図5にはリターンベーン角度の比較線図が示されて
いる。
【0015】この2つの実施形態においては、図3に示
されるリターンベーン10の形状を以下に述べるように
改良したもので、その他の構成は図3に示されるものと
同様である。
されるリターンベーン10の形状を以下に述べるように
改良したもので、その他の構成は図3に示されるものと
同様である。
【0016】上記リターンベーン10は、第1形態にお
いては、図1に示されるように、その前縁部1におい
て、中央部6が出口部21(下流側)寄りに低くなるよ
うに入口半径R2 を下げ、両側壁部5が上流側(ディフ
ューザ8側)寄りに高くなるように入口半径R1 を上げ
ている。これによってリターンベーン10の中心線2を
従来のもの(あるいは既設のもの)から変更することな
く、ベーン入口の羽根角αを変える。
いては、図1に示されるように、その前縁部1におい
て、中央部6が出口部21(下流側)寄りに低くなるよ
うに入口半径R2 を下げ、両側壁部5が上流側(ディフ
ューザ8側)寄りに高くなるように入口半径R1 を上げ
ている。これによってリターンベーン10の中心線2を
従来のもの(あるいは既設のもの)から変更することな
く、ベーン入口の羽根角αを変える。
【0017】また、上記リターンベーン10は、その出
口部21において、図1に示されるように、その側壁部
3でインペラ回転方向にベーン中心線2を傾けるととも
に、中央部4でインペラの反回転方向に傾けて形成され
る。これによって、リターンベーン10の出口部21に
おいて、負圧面である背側10dが、中央部が円周方向
に陥没した凹形状の羽根面となり、図5のβ1 に示され
るようなベーンの幅方向に変化する羽根角となる。
口部21において、図1に示されるように、その側壁部
3でインペラ回転方向にベーン中心線2を傾けるととも
に、中央部4でインペラの反回転方向に傾けて形成され
る。これによって、リターンベーン10の出口部21に
おいて、負圧面である背側10dが、中央部が円周方向
に陥没した凹形状の羽根面となり、図5のβ1 に示され
るようなベーンの幅方向に変化する羽根角となる。
【0018】上記のように構成されたリターンベーン1
0を備えた多段遠心圧縮機の運転時において、流体はイ
ンペラ7で圧縮され、ディフューザ8を経て戻り流路9
内のリターンベーン10に入り、該リターンベーン10
において整流されて次段のインペラ入口へと送られる。
0を備えた多段遠心圧縮機の運転時において、流体はイ
ンペラ7で圧縮され、ディフューザ8を経て戻り流路9
内のリターンベーン10に入り、該リターンベーン10
において整流されて次段のインペラ入口へと送られる。
【0019】この際においてリターンベーン10の前縁
部1は上記のように中央部6の入口半径R2 が小さく、
側壁部5の入口半径R1 が大きくなるように形成されて
いるので、図4に示されるように、その入口羽根角α1
は流体の流入角αf と略一致する。これによって、イン
シデンスが減少し、流体の圧力損失が低減される。
部1は上記のように中央部6の入口半径R2 が小さく、
側壁部5の入口半径R1 が大きくなるように形成されて
いるので、図4に示されるように、その入口羽根角α1
は流体の流入角αf と略一致する。これによって、イン
シデンスが減少し、流体の圧力損失が低減される。
【0020】また上記実施形態においては、出口部21
寄りの側壁部3がインペラ回転方向に傾斜しているの
で、側壁部近傍の流体流れは同側壁部3に案内されてイ
ンペラ回転方向寄りに変向され、従来のもののようなオ
ーバーターンが無くなり、また中央部4がインペラの反
回転方向に傾けられているので、中央部近傍の流体流れ
はこの同中央部4に案内されてインペラ反回転方向寄り
に変向され、従来のもののようなアンダーターンが抑制
される。
寄りの側壁部3がインペラ回転方向に傾斜しているの
で、側壁部近傍の流体流れは同側壁部3に案内されてイ
ンペラ回転方向寄りに変向され、従来のもののようなオ
ーバーターンが無くなり、また中央部4がインペラの反
回転方向に傾けられているので、中央部近傍の流体流れ
はこの同中央部4に案内されてインペラ反回転方向寄り
に変向され、従来のもののようなアンダーターンが抑制
される。
【0021】これによってリターンベーン10の流路1
00における2次流れ渦の発生が抑制され、負圧面であ
るベーン背側、10d上の境界層の肥大が緩和される。
従って、かかるベーン出口部21の羽根角の形成によ
り、図5のβf1に示されるように、流体の流出角が均一
化され、次段のインペラ7へのヘッドの低下が防止され
る。
00における2次流れ渦の発生が抑制され、負圧面であ
るベーン背側、10d上の境界層の肥大が緩和される。
従って、かかるベーン出口部21の羽根角の形成によ
り、図5のβf1に示されるように、流体の流出角が均一
化され、次段のインペラ7へのヘッドの低下が防止され
る。
【0022】図2には、本発明の実施の第2形態に係る
リターンベーン10の断面図が示されている。この実施
形態においては、リターンベーン前縁部1の入口半径R
は側壁部5、中央部6の双方同一とし、側壁部5を円周
方向(インペラの反回転方向)に伸長せしめて入口の羽
根角αを円周方向線に対して小さくし(いわゆる寝かせ
て)、また中央部6を円周方向に縮めて入口羽根角αを
円周方向線に対して大きくし(いわゆる立てて)、ベー
ン前縁部で負圧面である背側10dが凸形状となる羽根
面に形成している。出口部21の形状は図1に示される
第1形態と同様である。
リターンベーン10の断面図が示されている。この実施
形態においては、リターンベーン前縁部1の入口半径R
は側壁部5、中央部6の双方同一とし、側壁部5を円周
方向(インペラの反回転方向)に伸長せしめて入口の羽
根角αを円周方向線に対して小さくし(いわゆる寝かせ
て)、また中央部6を円周方向に縮めて入口羽根角αを
円周方向線に対して大きくし(いわゆる立てて)、ベー
ン前縁部で負圧面である背側10dが凸形状となる羽根
面に形成している。出口部21の形状は図1に示される
第1形態と同様である。
【0023】このように形成することにより、前縁部1
における側壁部5及び中央部6の羽根角α1 が図4に示
される第1形態のものと同様に流体の流入角αf とベー
ンの全幅に亘って一致し、上記第1形態と同様な作用、
効果が得られる。
における側壁部5及び中央部6の羽根角α1 が図4に示
される第1形態のものと同様に流体の流入角αf とベー
ンの全幅に亘って一致し、上記第1形態と同様な作用、
効果が得られる。
【0024】尚、上記第1形態、第2形態における、前
縁部1の羽根角αの調整量についてはディフューザ8流
出角及び実験データの分布から求め、また出口部21の
羽根角βの調整量についてはリターンベーン流出角の粘
性流動解析算出値と実験データとの対比によって求め
る。
縁部1の羽根角αの調整量についてはディフューザ8流
出角及び実験データの分布から求め、また出口部21の
羽根角βの調整量についてはリターンベーン流出角の粘
性流動解析算出値と実験データとの対比によって求め
る。
【0025】
【発明の効果】本発明は以上のように構成されており、
本発明によれば、リターンベーン前縁部の羽根角を流体
の流入角に合致せしめたことによりインシデンスが減少
しこれによる圧力損失を低減することができる。
本発明によれば、リターンベーン前縁部の羽根角を流体
の流入角に合致せしめたことによりインシデンスが減少
しこれによる圧力損失を低減することができる。
【0026】また、出口部における羽根角の調整により
リターンベーン側壁部のオーバーターンが無くなって側
壁寄りのベーン間圧力差が緩和されることによって2次
流れ渦の発生が低減される。これにより、ベーン負圧面
上の境界層の肥大が抑制されて圧力損失が低減される。
さらに、ベーン出口部における流体の流出角が均一化さ
れ、次段のインペラへのヘッドの低下を防止することが
できる。
リターンベーン側壁部のオーバーターンが無くなって側
壁寄りのベーン間圧力差が緩和されることによって2次
流れ渦の発生が低減される。これにより、ベーン負圧面
上の境界層の肥大が抑制されて圧力損失が低減される。
さらに、ベーン出口部における流体の流出角が均一化さ
れ、次段のインペラへのヘッドの低下を防止することが
できる。
【図1】本発明の実施の第1形態に係る図で、(A)は
多段遠心圧縮機用リターンベーンの流路に沿う断面図
(図3のW−W断面図)、(B)は(A)のZ−Z矢視
図。
多段遠心圧縮機用リターンベーンの流路に沿う断面図
(図3のW−W断面図)、(B)は(A)のZ−Z矢視
図。
【図2】本発明の実施の第2形態に係る図1応当図。
【図3】多段遠心圧縮機のロータ軸心線に沿う構造図。
【図4】上記各実施形態における入口角の変化を示す線
図。
図。
【図5】上記各実施形態における出口角の変化を示す線
図。
図。
【図6】従来のリターンベーンを示す図1応当図。
【図7】リターンベーン流路内の圧力分布を示す線図
(図6のY−Y矢視図)。
(図6のY−Y矢視図)。
10 リターンベーン 1 前縁部 2 ベーン中心線 3 側壁部(出口部側) 4 中央部(出口部側) 5 側壁部(前縁部側) 6 中央部(前縁部側) 7 インペラ 8 ディフューザ 9 戻り流路 10c 腹側(正圧面) 10d 背側(負圧面) 20 ロータ
Claims (1)
- 【請求項1】 ディフューザ出口とインペラ入口との間
の戻り流路に円周方向に沿って複数枚のリターンベーン
を設けてなる多段遠心圧縮機において、上記リターンベ
ーンは、その前縁部において、側壁部の羽根角を円周方
向線に対して小さくして寝かせるとともに、中央部の羽
根角を上記円周方向線に対して大きくして立て、その出
口部において、側壁部の羽根角を上記インペラの回転方
向に向けて傾斜せしめた羽根角となすとともに、中央部
の羽根角を上記インペラの反回転方向へ向けて傾斜した
羽根角となしたことを特徴とする多段遠心圧縮機のリタ
ーンベーン。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8010027A JPH09203394A (ja) | 1996-01-24 | 1996-01-24 | 多段遠心圧縮機のリターンベーン |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8010027A JPH09203394A (ja) | 1996-01-24 | 1996-01-24 | 多段遠心圧縮機のリターンベーン |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09203394A true JPH09203394A (ja) | 1997-08-05 |
Family
ID=11738922
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8010027A Withdrawn JPH09203394A (ja) | 1996-01-24 | 1996-01-24 | 多段遠心圧縮機のリターンベーン |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09203394A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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