JPH1061587A - 遠心圧縮機 - Google Patents
遠心圧縮機Info
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- JPH1061587A JPH1061587A JP9150732A JP15073297A JPH1061587A JP H1061587 A JPH1061587 A JP H1061587A JP 9150732 A JP9150732 A JP 9150732A JP 15073297 A JP15073297 A JP 15073297A JP H1061587 A JPH1061587 A JP H1061587A
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Classifications
-
- 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
- F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
- F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. 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
- 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
- F04D29/46—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable
- F04D29/462—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable especially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/464—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable especially adapted for elastic fluid pumps adjusting flow cross-section, otherwise than by using adjustable stator blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
- F04D27/02—Surge control
- F04D27/0253—Surge control by throttling
-
- 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
- F05D2250/50—Inlet or outlet
- F05D2250/52—Outlet
Landscapes
- 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】 広い範囲の負荷に対してもフローの安定化が
可能な遠心圧縮機を提供する。 【解決手段】 フローガイドチャンネルセクション44
を備えた内部リング40と、フローガイドチャンネルセ
クション46を備えた外部リング42と、これらのリン
グ、第一の位置である開放位置と、第二の位置である閉
鎖限界位置と、の間で相対的に移動させるための駆動手
段を有した圧縮機である。開放位置においては、フロー
ガイドチャンネルセクション間を通じての流体の流量が
最大となるように、各フローガイドチャンネルが互いに
整列される。閉鎖限界位置においては、フローガイドチ
ャンネルセクション間を通じての流体の流量が制限され
るように、前記各フローガイドチャンネルが互いに整列
される。
可能な遠心圧縮機を提供する。 【解決手段】 フローガイドチャンネルセクション44
を備えた内部リング40と、フローガイドチャンネルセ
クション46を備えた外部リング42と、これらのリン
グ、第一の位置である開放位置と、第二の位置である閉
鎖限界位置と、の間で相対的に移動させるための駆動手
段を有した圧縮機である。開放位置においては、フロー
ガイドチャンネルセクション間を通じての流体の流量が
最大となるように、各フローガイドチャンネルが互いに
整列される。閉鎖限界位置においては、フローガイドチ
ャンネルセクション間を通じての流体の流量が制限され
るように、前記各フローガイドチャンネルが互いに整列
される。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば遠心圧縮機
に関し、主に、遠心圧縮機のディフューザ構造に関す
る。
に関し、主に、遠心圧縮機のディフューザ構造に関す
る。
【0002】
【従来の技術】遠心蒸気圧縮機を、圧縮機への負荷が広
い範囲にわたって変動する用途に用いる際の主な問題の
一つとして、圧縮機全体にわたるフローの安定化が挙げ
られる。圧縮機の流入口、インペラ、ディフューザ通路
は、所望の最大体積フローレート即ち流量率にあわせた
サイズとしなければならない。圧縮機での体積流量率が
低いときは、フローは不安定となる。安定範囲から体積
流量率が低くなるにつれて、わずかに不安定な領域へと
入っていく。この範囲では、ディフューザ通路において
部分的に逆流が現れはじめ、騒音が発生して効率が低下
する。この範囲よりも低い範囲になると、圧縮機はサー
ジ状態として知られる状態となり、ディフューザ通路に
おいてフローが完全に逆流する状態が周期的に生じ、そ
の結果、装置の効率を非常に低下させ、機器の構成要素
の一体性を損なうおそれが生じる。圧縮機の使用環境で
は、多くの場合、所望される体積流量率が広い範囲にわ
たっているので、低体積流量率条件下での安定性を向上
させるために、多くの改良が提案されている。
い範囲にわたって変動する用途に用いる際の主な問題の
一つとして、圧縮機全体にわたるフローの安定化が挙げ
られる。圧縮機の流入口、インペラ、ディフューザ通路
は、所望の最大体積フローレート即ち流量率にあわせた
サイズとしなければならない。圧縮機での体積流量率が
低いときは、フローは不安定となる。安定範囲から体積
流量率が低くなるにつれて、わずかに不安定な領域へと
入っていく。この範囲では、ディフューザ通路において
部分的に逆流が現れはじめ、騒音が発生して効率が低下
する。この範囲よりも低い範囲になると、圧縮機はサー
ジ状態として知られる状態となり、ディフューザ通路に
おいてフローが完全に逆流する状態が周期的に生じ、そ
の結果、装置の効率を非常に低下させ、機器の構成要素
の一体性を損なうおそれが生じる。圧縮機の使用環境で
は、多くの場合、所望される体積流量率が広い範囲にわ
たっているので、低体積流量率条件下での安定性を向上
させるために、多くの改良が提案されている。
【0003】広い動作範囲にわたって機器の効率を高く
維持するために、多くの技術が考案されている。米国特
許第4,070,123号では、インペラホイールの形
状の全体が負荷の変化に応答して変動し、要求される負
荷の変更に応じて機器のパフォーマンスを適合させてい
る。また、米国特許第3,362,625号には、低体
積流量率の条件下において安定性を向上するために、デ
ィフューザフローの絞り弁を調整可能としたものが開示
されており、この可変絞り弁は、ディフューザ内のフロ
ーを一定化するように作動する。
維持するために、多くの技術が考案されている。米国特
許第4,070,123号では、インペラホイールの形
状の全体が負荷の変化に応答して変動し、要求される負
荷の変更に応じて機器のパフォーマンスを適合させてい
る。また、米国特許第3,362,625号には、低体
積流量率の条件下において安定性を向上するために、デ
ィフューザフローの絞り弁を調整可能としたものが開示
されており、この可変絞り弁は、ディフューザ内のフロ
ーを一定化するように作動する。
【0004】遠心機器において広い流量範囲にわたって
動作効率を高くするための周知の技術としては、可変幅
ディフューザを固定式ディフューザガイドベーンととも
に用いるものが知られている。
動作効率を高くするための周知の技術としては、可変幅
ディフューザを固定式ディフューザガイドベーンととも
に用いるものが知られている。
【0005】米国特許第2,996,996号、第4,
378,194号には、可変幅ベーン付きディフューザ
が開示されている。この可変幅ベーン付きディフューザ
は、ディフューザベーンが、ボルト等によって、他のデ
ィフューザ壁の一つに固定されている。ベーンは、他の
壁面に設けられたスロットまたは開口部を通過するよう
に調整されており、これにより、ディフューザの幾何形
状は、負荷条件に応じて変動可能となっている。
378,194号には、可変幅ベーン付きディフューザ
が開示されている。この可変幅ベーン付きディフューザ
は、ディフューザベーンが、ボルト等によって、他のデ
ィフューザ壁の一つに固定されている。ベーンは、他の
壁面に設けられたスロットまたは開口部を通過するよう
に調整されており、これにより、ディフューザの幾何形
状は、負荷条件に応じて変動可能となっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ディフューザ
のブレードを、ディフューザ壁面の一つに固定して設け
ると、特に、機器の製造、メンテナンス、動作等におい
て種々の問題が生じる。例えば、組立時において、ベー
ンの固定のために与えられるスペースが小さい点が挙げ
られる。ベーンに何らかのミスアラインメント、即ち位
置のずれが生じると、ベーンがバインド状態、即ち一方
のベーンと相手方のベーンどうしが重なった状態にな
り、また、ベーンがもとの位置に戻る際に、互いにこす
れ合う。同様に、アッセンブリから、ベーンの一つ、あ
るいは一連の複数のベーンを交換する必要が生じた場
合、一般には、実際に交換を行うためには、機器全体を
分解する必要がある。
のブレードを、ディフューザ壁面の一つに固定して設け
ると、特に、機器の製造、メンテナンス、動作等におい
て種々の問題が生じる。例えば、組立時において、ベー
ンの固定のために与えられるスペースが小さい点が挙げ
られる。ベーンに何らかのミスアラインメント、即ち位
置のずれが生じると、ベーンがバインド状態、即ち一方
のベーンと相手方のベーンどうしが重なった状態にな
り、また、ベーンがもとの位置に戻る際に、互いにこす
れ合う。同様に、アッセンブリから、ベーンの一つ、あ
るいは一連の複数のベーンを交換する必要が生じた場
合、一般には、実際に交換を行うためには、機器全体を
分解する必要がある。
【0007】以上の点から、本発明は、広い範囲の負荷
に対してもフローの安定化が可能な遠心圧縮機を提供す
ることを目的とする。更に、ディフューザのブレード
を、ディフューザ壁面とは分離して設けた構成を有し
て、上記のような安定化が可能な遠心圧縮機を提供する
ことを目的とする。本発明は、圧縮機の特性を調整し
て、フローレートが低くかつ圧縮比が高いという条件に
適合させる場合において、特に有用である。
に対してもフローの安定化が可能な遠心圧縮機を提供す
ることを目的とする。更に、ディフューザのブレード
を、ディフューザ壁面とは分離して設けた構成を有し
て、上記のような安定化が可能な遠心圧縮機を提供する
ことを目的とする。本発明は、圧縮機の特性を調整し
て、フローレートが低くかつ圧縮比が高いという条件に
適合させる場合において、特に有用である。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、遠心圧縮機の
可変幾何形状パイプディフューザに関する。
可変幾何形状パイプディフューザに関する。
【0009】本発明に係る可変幾何形状パイプディフュ
ーザ(分離リングパイプディフューザとも称する)は、
内部リングである第一のリングと、外部リングである第
二のリングとを有する。これら内部及び外部リングに
は、相補的なフローチャンネルセクションが内部に形成
されている。即ち、内部リングの各流入口フローチャン
ネル領域は、外部リング側に設けられた相補的な流入口
フローチャンネル領域を有する。これら内部リング及び
外部リングは、それぞれ互いに回転可能である。好まし
くは、外部リングの内側において、内部リングが周方向
に回転可能である。しかし、内部リングを固定してその
周方向に外部リングを回転可能としても良い。
ーザ(分離リングパイプディフューザとも称する)は、
内部リングである第一のリングと、外部リングである第
二のリングとを有する。これら内部及び外部リングに
は、相補的なフローチャンネルセクションが内部に形成
されている。即ち、内部リングの各流入口フローチャン
ネル領域は、外部リング側に設けられた相補的な流入口
フローチャンネル領域を有する。これら内部リング及び
外部リングは、それぞれ互いに回転可能である。好まし
くは、外部リングの内側において、内部リングが周方向
に回転可能である。しかし、内部リングを固定してその
周方向に外部リングを回転可能としても良い。
【0010】一方のリングが他方に対して回転するとき
に、両方のリングにおける各相補的空気チャンネル領域
のアラインメント(配列)が変化する。これらのリング
は、開放位置である第一の位置と、閉鎖限界位置である
第二の位置と、その中間の位置とをとりえる。第一の位
置においては、各リングの相補的なチャンネルセクショ
ンは、その内部リングと外部リングとの間を流体が最大
流量で流れるように整列される。一方、第二の位置にお
いては、この相補的なチャンネル間を通じて流れる流体
の流量が小さくなる。これらのリングは、上記第一の位
置と第二の位置との間の任意の中間閉鎖位置をとり得
る。
に、両方のリングにおける各相補的空気チャンネル領域
のアラインメント(配列)が変化する。これらのリング
は、開放位置である第一の位置と、閉鎖限界位置である
第二の位置と、その中間の位置とをとりえる。第一の位
置においては、各リングの相補的なチャンネルセクショ
ンは、その内部リングと外部リングとの間を流体が最大
流量で流れるように整列される。一方、第二の位置にお
いては、この相補的なチャンネル間を通じて流れる流体
の流量が小さくなる。これらのリングは、上記第一の位
置と第二の位置との間の任意の中間閉鎖位置をとり得
る。
【0011】閉鎖限界位置である第二の位置において
は、機器の構成パーツの過熱を防ぐために、全開位置に
おけるフローの体積の少なくとも約10%を、ディフュ
ーザを通じて流す必要がある。
は、機器の構成パーツの過熱を防ぐために、全開位置に
おけるフローの体積の少なくとも約10%を、ディフュ
ーザを通じて流す必要がある。
【0012】このような過熱を防ぐために、二つのリン
グ領域間の相対的な回転は、閉鎖限界位置である第二の
閉鎖限界位置を超えて回転しないようにする必要があ
る。
グ領域間の相対的な回転は、閉鎖限界位置である第二の
閉鎖限界位置を超えて回転しないようにする必要があ
る。
【0013】換言すれば、これらのリングは、その間の
流体のフローを完全に閉鎖する位置に調節されることが
あってはならない。二つのリングに許容される相対回転
の程度は、リングが全閉位置にあるときにおけるリング
間の所望のフローによって決定される。チャンネルこの
許容される相対回転の程度は、リングセクション40、
42の体積に関連して、リングセクション40、42に
おける流入口フローチャンネルセクション44、46の
数及び体積によっても決定される。
流体のフローを完全に閉鎖する位置に調節されることが
あってはならない。二つのリングに許容される相対回転
の程度は、リングが全閉位置にあるときにおけるリング
間の所望のフローによって決定される。チャンネルこの
許容される相対回転の程度は、リングセクション40、
42の体積に関連して、リングセクション40、42に
おける流入口フローチャンネルセクション44、46の
数及び体積によっても決定される。
【0014】また、流入口のフローチャンネルが完全に
閉鎖されことがないようにするために、内部リング40
の非チャンネル領域、即ち中実領域の幅を、外部リング
チャンネルセクション46(中空領域)の最小幅よりも
小さくすることで、流入口フローチャンネルが全閉され
ないようにすることも可能である。
閉鎖されことがないようにするために、内部リング40
の非チャンネル領域、即ち中実領域の幅を、外部リング
チャンネルセクション46(中空領域)の最小幅よりも
小さくすることで、流入口フローチャンネルが全閉され
ないようにすることも可能である。
【0015】可変パイプディフューザを閉鎖限界位置に
むけて調整することにより、圧縮機におけるパフォーマ
ンスプロット内のサージポイントを、低フローレート側
に向けて調整することが可能である。この低フローレー
トにおいて圧縮機により生成される圧力は、ディフュー
ザが全開位置にあるときの圧縮機の圧力と実質的に等し
い。従って、本発明は、圧縮機の特性を調整して、フロ
ーレートが低くかつ圧縮比が高いという条件に適合させ
る場合において、特に有用である。このような動作条件
は、例えば、室内温度と外気温度との気温差が大きくな
おかつシステムが低い負荷条件で運転される場合が挙げ
られる。
むけて調整することにより、圧縮機におけるパフォーマ
ンスプロット内のサージポイントを、低フローレート側
に向けて調整することが可能である。この低フローレー
トにおいて圧縮機により生成される圧力は、ディフュー
ザが全開位置にあるときの圧縮機の圧力と実質的に等し
い。従って、本発明は、圧縮機の特性を調整して、フロ
ーレートが低くかつ圧縮比が高いという条件に適合させ
る場合において、特に有用である。このような動作条件
は、例えば、室内温度と外気温度との気温差が大きくな
おかつシステムが低い負荷条件で運転される場合が挙げ
られる。
【0016】与えられた動作条件における圧縮機の効率
は、上述のような可変ディフューザの調整を、圧縮機の
流入口ベーンの調整と組み合わせることによって最適化
される。
は、上述のような可変ディフューザの調整を、圧縮機の
流入口ベーンの調整と組み合わせることによって最適化
される。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図面を通じて、同一部及び
相当部には共通の符号を付して説明する。
施の形態を詳細に説明する。図面を通じて、同一部及び
相当部には共通の符号を付して説明する。
【0018】図1に、遠心圧縮機10を設置状態で示
す。この遠心圧縮機10は、冷媒蒸気を高速に加速する
ためのインペラ12、冷媒の運動エネルギーを圧力エネ
ルギーに変換させながら冷媒を低速とするためのディフ
ューザ14、吐出蒸気を集めて後段で凝縮器へと流すた
めの、コレクタ16の形態での吐出プレナムと、を有す
る。インペラ12への動力は、圧縮機の他端で気密にシ
ールされて高速シャフト19を回転させる電気モータ
(図示せず)により供給される。
す。この遠心圧縮機10は、冷媒蒸気を高速に加速する
ためのインペラ12、冷媒の運動エネルギーを圧力エネ
ルギーに変換させながら冷媒を低速とするためのディフ
ューザ14、吐出蒸気を集めて後段で凝縮器へと流すた
めの、コレクタ16の形態での吐出プレナムと、を有す
る。インペラ12への動力は、圧縮機の他端で気密にシ
ールされて高速シャフト19を回転させる電気モータ
(図示せず)により供給される。
【0019】冷媒流は、圧縮機10で発生して吸入ハウ
ジング31の流入口の開口部29に流入し、ブレードリ
ングアッセンブリ32及びガイドベーン33を流通し、
その後に圧縮吸入領域23に流入する。この領域23は
圧縮領域へとつながる。この圧縮領域は、インペラ12
によってその内側に画定され、かつシュラウド34によ
ってその外側に画定される領域である。圧縮の後に、冷
媒は、ディフューザ14、コレクタ16、吐出ライン
(図示せず)へと流入する。
ジング31の流入口の開口部29に流入し、ブレードリ
ングアッセンブリ32及びガイドベーン33を流通し、
その後に圧縮吸入領域23に流入する。この領域23は
圧縮領域へとつながる。この圧縮領域は、インペラ12
によってその内側に画定され、かつシュラウド34によ
ってその外側に画定される領域である。圧縮の後に、冷
媒は、ディフューザ14、コレクタ16、吐出ライン
(図示せず)へと流入する。
【0020】図1〜3に示されるように、本発明に係る
可変幾何形状パイプディフューザ14は、第一のリング
である内部リング40と、第二のリングである外部リン
グ42と、をそれぞれ有する。これら内部リング及び外
部リングは、相補的なフローチャンネルセクション4
4,46が内部に形成されている。即ち、内部リング4
0の各流入口フローチャンネルセクション44は、外部
リング42に設けられた相補的な流入口フローチャンネ
ルセクション46を有する。これら内部リング40及び
外部リング42は、それぞれ互いに回転可能である。好
ましくは、外部リング42の内部において、内部リング
40が周方向に回転可能である。しかし、内部リング4
0を固定してその周方向に外部リング42を回転可能と
しても良い。
可変幾何形状パイプディフューザ14は、第一のリング
である内部リング40と、第二のリングである外部リン
グ42と、をそれぞれ有する。これら内部リング及び外
部リングは、相補的なフローチャンネルセクション4
4,46が内部に形成されている。即ち、内部リング4
0の各流入口フローチャンネルセクション44は、外部
リング42に設けられた相補的な流入口フローチャンネ
ルセクション46を有する。これら内部リング40及び
外部リング42は、それぞれ互いに回転可能である。好
ましくは、外部リング42の内部において、内部リング
40が周方向に回転可能である。しかし、内部リング4
0を固定してその周方向に外部リング42を回転可能と
しても良い。
【0021】一方のリングが他方に対して回転するとき
に、両方のリングにおける各相補的空気チャンネル領域
のアラインメント(配列)は、図3,4に示されるよう
に変化する。内部リング40と外部リング42とは、第
一の位置と第二の位置との間で任意に調整され得る。第
一の位置は、開放位置であり、図3に示され、相補的な
チャンネル領域は互いに整列されて、内部リング40と
外部リング42との間を通じて、流体が最大流量流れ
る。一方、第二の位置は、図4に示され、閉鎖限界位置
となっており、相補的なチャンネルは配置が互いにずら
されており、チャンネルセクション44,46を通じて
のフローが制限されている。
に、両方のリングにおける各相補的空気チャンネル領域
のアラインメント(配列)は、図3,4に示されるよう
に変化する。内部リング40と外部リング42とは、第
一の位置と第二の位置との間で任意に調整され得る。第
一の位置は、開放位置であり、図3に示され、相補的な
チャンネル領域は互いに整列されて、内部リング40と
外部リング42との間を通じて、流体が最大流量流れ
る。一方、第二の位置は、図4に示され、閉鎖限界位置
となっており、相補的なチャンネルは配置が互いにずら
されており、チャンネルセクション44,46を通じて
のフローが制限されている。
【0022】第二の位置である閉鎖限界位置におけるデ
ィフューザ14を通じての流体のフローは、開位置にお
けるフローレートに関連しており、開位置におけるフロ
ーチャンネルの最大断面積領域(相補的チャンネルセク
ション44、46により画定される)に対する、閉鎖限
界位置におけるディフューザ14のフローチャンネルの
最小断面領域の比によって決定される。この最小フロー
チャンネル領域は、”スロート領域”として知られてお
り、ディフューザ14が開位置にあるときの内部リング
チャンネル44の流通路52の最小直径によって定ま
る。また、この最小フローチャンネル領域は、ディフュ
ーザ14が閉鎖限界位置である第二の位置にあるとき
の、内部リング40及び外部リング42の間のインター
フェース即ち接合面における幅によって調整される。
ィフューザ14を通じての流体のフローは、開位置にお
けるフローレートに関連しており、開位置におけるフロ
ーチャンネルの最大断面積領域(相補的チャンネルセク
ション44、46により画定される)に対する、閉鎖限
界位置におけるディフューザ14のフローチャンネルの
最小断面領域の比によって決定される。この最小フロー
チャンネル領域は、”スロート領域”として知られてお
り、ディフューザ14が開位置にあるときの内部リング
チャンネル44の流通路52の最小直径によって定ま
る。また、この最小フローチャンネル領域は、ディフュ
ーザ14が閉鎖限界位置である第二の位置にあるとき
の、内部リング40及び外部リング42の間のインター
フェース即ち接合面における幅によって調整される。
【0023】例えば、ディフューザチャンネルが、閉鎖
限界位置である第二の位置において1/8平方インチ
(1/8 in.)の最小領域(スロート領域)を有し、
また、開放位置において1/4平方インチ(1/4 i
n.)の最小領域(スロート領域)を有する場合には、デ
ィフューザ14を通じての閉鎖限界位置における流体の
体積フローレートは、全開位置におけるフローレートの
約50%となる。
限界位置である第二の位置において1/8平方インチ
(1/8 in.)の最小領域(スロート領域)を有し、
また、開放位置において1/4平方インチ(1/4 i
n.)の最小領域(スロート領域)を有する場合には、デ
ィフューザ14を通じての閉鎖限界位置における流体の
体積フローレートは、全開位置におけるフローレートの
約50%となる。
【0024】ディフューザ14が閉鎖限界位置である第
二の位置にあるときの圧縮機10を通じての流体のフロ
ーレートは、ディフューザ14が第一の開放位置にある
ときの圧縮機10を通じての流体のフローレートの約1
0〜100%である。
二の位置にあるときの圧縮機10を通じての流体のフロ
ーレートは、ディフューザ14が第一の開放位置にある
ときの圧縮機10を通じての流体のフローレートの約1
0〜100%である。
【0025】閉鎖限界位置である第二の位置においては
(図4)、圧縮機10の構成部が熱力学的に過熱するこ
とを防ぐためには、全開位置にある場合のフロー体積の
少なくとも約10%がディフューザ14をフローする必
要がある。
(図4)、圧縮機10の構成部が熱力学的に過熱するこ
とを防ぐためには、全開位置にある場合のフロー体積の
少なくとも約10%がディフューザ14をフローする必
要がある。
【0026】上記のような過熱が決して生じないように
するために、二つのリング領域間の相対的な回転は、閉
鎖限界位置である第二の閉鎖限界位置を有効化するに必
要な回転量にまで制限する必要がある。
するために、二つのリング領域間の相対的な回転は、閉
鎖限界位置である第二の閉鎖限界位置を有効化するに必
要な回転量にまで制限する必要がある。
【0027】換言すれば、これらのリングは、その間の
流体のフローを完全に閉鎖する位置に達することがあっ
てはならない。二つのリングに許容される相対回転の程
度は、リングが全閉位置にあるときにおけるリング間の
所望のフローによって決定される。この許容される相対
回転の程度は、リングセクション40、42の体積に関
連して、リングセクション40、42における流入口フ
ローチャンネルセクション44、46の数及び体積によ
っても決定される。
流体のフローを完全に閉鎖する位置に達することがあっ
てはならない。二つのリングに許容される相対回転の程
度は、リングが全閉位置にあるときにおけるリング間の
所望のフローによって決定される。この許容される相対
回転の程度は、リングセクション40、42の体積に関
連して、リングセクション40、42における流入口フ
ローチャンネルセクション44、46の数及び体積によ
っても決定される。
【0028】また、流入口のフローチャンネルが完全に
閉鎖されことがないようにするために、内部リング40
の非チャンネル領域、即ち中実領域の幅を、外部リング
チャンネルセクション46(中空領域)の最小幅よりも
小さくすることで、流入口フローチャンネルが全閉され
ないようにすることも可能である。
閉鎖されことがないようにするために、内部リング40
の非チャンネル領域、即ち中実領域の幅を、外部リング
チャンネルセクション46(中空領域)の最小幅よりも
小さくすることで、流入口フローチャンネルが全閉され
ないようにすることも可能である。
【0029】図4に示されるように、R2はインペラチ
ップの半径、R3は内部リング40、R4は外部リングの
半径である。内部リング40の厚みTは、T=R3−R2
として算出され、この厚みTを外部リングチャンネル4
6を通じてのフローの所望の分量(例えばフローの50
%)をブロックするのに必要な厚みより薄くすること
で、ディフューザ14を通じての流体のフローを効率的
に調整することが可能となる。
ップの半径、R3は内部リング40、R4は外部リングの
半径である。内部リング40の厚みTは、T=R3−R2
として算出され、この厚みTを外部リングチャンネル4
6を通じてのフローの所望の分量(例えばフローの50
%)をブロックするのに必要な厚みより薄くすること
で、ディフューザ14を通じての流体のフローを効率的
に調整することが可能となる。
【0030】外部リングに対して内部リングが回転する
ことで、どのような拡散に対しても、その拡散が開始さ
れる前の段階において、ディフューザ14のスロート領
域が減少することとなり、これにより、拡散後のフロー
の加速が抑えられる。また、内部リングの厚みTが薄く
なって行くにつれて、部分的に閉鎖(close-off)され
た可変パイプディフューザを通じてのフローの回転角も
小さくなる。上述した二つの効果は、いずれも、負荷が
ある程度低い状態での動作条件における圧縮機の効率を
向上させるよう作用する。
ことで、どのような拡散に対しても、その拡散が開始さ
れる前の段階において、ディフューザ14のスロート領
域が減少することとなり、これにより、拡散後のフロー
の加速が抑えられる。また、内部リングの厚みTが薄く
なって行くにつれて、部分的に閉鎖(close-off)され
た可変パイプディフューザを通じてのフローの回転角も
小さくなる。上述した二つの効果は、いずれも、負荷が
ある程度低い状態での動作条件における圧縮機の効率を
向上させるよう作用する。
【0031】本発明に係る可変パイプディフューザは、
外部リング42に関して軸方向に移動可能である内部リ
ング40を配置することでも得ることができる。通常、
このような実施形態よりも、周方向に相対的に回転可能
であるリングのペアを配置するという上述の実施形態の
ほうが好ましい場合が多い。なぜなら、一対のディフュ
ーザリングを軸方向に相対移動可能に設けた構成におい
ては、90°のターン(回転)が必要になることから、
回転時のロスが大きいからである。一対(複数)のリン
グを互いに軸方向に移動可能とした構成は、米国特許4,
527,949号、4,378,194号、4,219,305号にも記載されて
おり、これらの各米国特許は、参照として本願に包含さ
れるものである。
外部リング42に関して軸方向に移動可能である内部リ
ング40を配置することでも得ることができる。通常、
このような実施形態よりも、周方向に相対的に回転可能
であるリングのペアを配置するという上述の実施形態の
ほうが好ましい場合が多い。なぜなら、一対のディフュ
ーザリングを軸方向に相対移動可能に設けた構成におい
ては、90°のターン(回転)が必要になることから、
回転時のロスが大きいからである。一対(複数)のリン
グを互いに軸方向に移動可能とした構成は、米国特許4,
527,949号、4,378,194号、4,219,305号にも記載されて
おり、これらの各米国特許は、参照として本願に包含さ
れるものである。
【0032】本発明の動作及び有用性は、本発明に係る
可変パイプディフューザを備えた圧縮機の動作ダイアグ
ラム即ち動作曲線である図5に示される。なお、各動作
曲線において、縦軸のHEADは、圧縮機のヘッド圧力
を示す。図5の動作曲線には、複数の動作パフォーマン
スプロットが示されており、いずれも内部リングセクシ
ョン40及び外部リングセクション42間の個々のポジ
ショニングを示す。各パフォーマンスプロット、例えば
プロット60は、サージポイント、例えばポイント70
により特徴付けられ、このポイントは、最大許容圧力を
示している。従来技術で既に説明したように、サージポ
イント以下のフローレートで圧縮機を作動させると、サ
ージ状態となりやすい。
可変パイプディフューザを備えた圧縮機の動作ダイアグ
ラム即ち動作曲線である図5に示される。なお、各動作
曲線において、縦軸のHEADは、圧縮機のヘッド圧力
を示す。図5の動作曲線には、複数の動作パフォーマン
スプロットが示されており、いずれも内部リングセクシ
ョン40及び外部リングセクション42間の個々のポジ
ショニングを示す。各パフォーマンスプロット、例えば
プロット60は、サージポイント、例えばポイント70
により特徴付けられ、このポイントは、最大許容圧力を
示している。従来技術で既に説明したように、サージポ
イント以下のフローレートで圧縮機を作動させると、サ
ージ状態となりやすい。
【0033】本発明を説明するために、プロット60
を、例えば開放位置である第一の位置とし、プロット6
2を中間状態である2°閉鎖した位置、プロット64を
中間状態である4度閉鎖した位置、プロット68を最大
の8度閉鎖した閉鎖限界位置とする。
を、例えば開放位置である第一の位置とし、プロット6
2を中間状態である2°閉鎖した位置、プロット64を
中間状態である4度閉鎖した位置、プロット68を最大
の8度閉鎖した閉鎖限界位置とする。
【0034】図5において、リングセクション40、4
2を閉鎖限界位置にむけて調整することで、パフォーマ
ンスプロット内のポイント70、72等のサージポイン
トをフローレートの低い側に移動するように調整可能で
あることが示される。従って、フローレートが低い期間
におけるサージ状態は、ディフューザリング40、42
が互いに閉鎖限界位置に近づくよう調整することで回避
することが可能となる。可変ディフューザを有する圧縮
機における図5の動作曲線を、可調整流入口ガイドベー
ンのみを有する圧縮機に対応する図6の動作曲線に比較
すると、本発明をより明瞭に理解可能である。図6にお
いて、プロット80、82、84、86、88は、それ
ぞれ個々のガイドベーン33の位置に対応し、番号が大
きくなるにつれて閉鎖状態に近づいていく。この図か
ら、ガイドベーン33を閉じていくにつれて、本発明に
係るディフューザリングセクション40、42を閉じて
行った場合と同様に、サージポイントのフローレートが
低くなっていくことが示される。従って、流入口ガイド
ベーン33を閉鎖限界位置に近づけることで、サージ状
態を回避することが可能である。
2を閉鎖限界位置にむけて調整することで、パフォーマ
ンスプロット内のポイント70、72等のサージポイン
トをフローレートの低い側に移動するように調整可能で
あることが示される。従って、フローレートが低い期間
におけるサージ状態は、ディフューザリング40、42
が互いに閉鎖限界位置に近づくよう調整することで回避
することが可能となる。可変ディフューザを有する圧縮
機における図5の動作曲線を、可調整流入口ガイドベー
ンのみを有する圧縮機に対応する図6の動作曲線に比較
すると、本発明をより明瞭に理解可能である。図6にお
いて、プロット80、82、84、86、88は、それ
ぞれ個々のガイドベーン33の位置に対応し、番号が大
きくなるにつれて閉鎖状態に近づいていく。この図か
ら、ガイドベーン33を閉じていくにつれて、本発明に
係るディフューザリングセクション40、42を閉じて
行った場合と同様に、サージポイントのフローレートが
低くなっていくことが示される。従って、流入口ガイド
ベーン33を閉鎖限界位置に近づけることで、サージ状
態を回避することが可能である。
【0035】しかし、図6の動作曲線に示されるよう
に、ガイドベーン33を閉鎖限界位置に近づけるにつれ
て、サージポイントにおける圧縮機の最大許容圧力も低
下してしまう。従って、低フローレートでの動作条件で
なおかつある程度高い圧力が要求される場合には、ガイ
ドベーン33のみによる調整では不十分であることが示
される。
に、ガイドベーン33を閉鎖限界位置に近づけるにつれ
て、サージポイントにおける圧縮機の最大許容圧力も低
下してしまう。従って、低フローレートでの動作条件で
なおかつある程度高い圧力が要求される場合には、ガイ
ドベーン33のみによる調整では不十分であることが示
される。
【0036】これに対し、図5の曲線に示されるよう
に、サージポイントにおける圧縮機10からの許容圧力
は、ディフューザリング40、42が閉鎖限界位置に向
かって移動しても、殆ど変動はみられず、実質的に安定
した一定値に維持されます。従って、低フローレートで
の動作条件でなおかつある程度高い圧力が要求される場
合でも、ディフューザリング40、42を閉鎖限界位置
にむけて調整することで、このような要求を満たすこと
ができます。
に、サージポイントにおける圧縮機10からの許容圧力
は、ディフューザリング40、42が閉鎖限界位置に向
かって移動しても、殆ど変動はみられず、実質的に安定
した一定値に維持されます。従って、低フローレートで
の動作条件でなおかつある程度高い圧力が要求される場
合でも、ディフューザリング40、42を閉鎖限界位置
にむけて調整することで、このような要求を満たすこと
ができます。
【0037】低フローレートで、なおかつ最大負荷時に
おける圧力にある程度近い圧力(例えば最大負荷圧力の
90%程度)が要求されるという、上記のような運転条
件は、外気の温度と室内の温度とに大きな差[例えば約
28℃(50°F)程度]があり、一方で冷房されるビ
ルで、随時軽い負荷での冷房がなされる場合によくみら
れる現象である。このような状況では、凝縮器に対応す
る冷媒飽和圧力及び蒸発温度によって、相当高い圧縮機
圧力比(例えば約2.5以上)が要求される一方で、ビ
ル内で生成される熱を除去するために必要となるフロー
レートは、例えば最大負荷時におけるフローレートの2
5%程度と、非常に低くなる。
おける圧力にある程度近い圧力(例えば最大負荷圧力の
90%程度)が要求されるという、上記のような運転条
件は、外気の温度と室内の温度とに大きな差[例えば約
28℃(50°F)程度]があり、一方で冷房されるビ
ルで、随時軽い負荷での冷房がなされる場合によくみら
れる現象である。このような状況では、凝縮器に対応す
る冷媒飽和圧力及び蒸発温度によって、相当高い圧縮機
圧力比(例えば約2.5以上)が要求される一方で、ビ
ル内で生成される熱を除去するために必要となるフロー
レートは、例えば最大負荷時におけるフローレートの2
5%程度と、非常に低くなる。
【0038】図7に、上記調整可能ガイドベーン及び本
発明に係る可変パイプディフューザを共に有した圧縮機
の動作曲線を示す。ディフューザリング40、42の調
整とガイドベーン33の調整とを組み合わせることによ
って、圧縮機の効率が多くの場合において最大化され得
ることが示される。なお、図中のARIラインは、空調
及び冷凍協会(Air Conditioning and Refrigeration I
nstitute:ARI)による、圧縮機マップ[フローに対
するヘッド圧力のマップ]上にプロットされた直線を示
す。
発明に係る可変パイプディフューザを共に有した圧縮機
の動作曲線を示す。ディフューザリング40、42の調
整とガイドベーン33の調整とを組み合わせることによ
って、圧縮機の効率が多くの場合において最大化され得
ることが示される。なお、図中のARIラインは、空調
及び冷凍協会(Air Conditioning and Refrigeration I
nstitute:ARI)による、圧縮機マップ[フローに対
するヘッド圧力のマップ]上にプロットされた直線を示
す。
【0039】図7において、点線で示す曲線111、1
12、113、114、115、116は、可変ディフ
ューザを全開位置として流入口ガイドベーン33を種々
の位置に動かしたときのパフォーマンスプロットを示
す。一方、実線で示す曲線101、102、103、1
04、105は、可変ディフューザを閉鎖限界位置(こ
こでは、閉鎖限界位置におけるフローレートは、全開時
におけるフローレートの40%の値となっている)とし
てガイドベーンを種々の位置に動かしたときの圧縮機の
パフォーマンスプロットを示す。当業者にはよく知られ
ているように、圧縮機は、圧縮機のパフォーマンスの特
性を示すパフォーマンスプロットの”膝”(例えば図6
のポイント81)において、最大効率を示す。図7に示
されるように、例えば、圧力が最大値の0.7倍、フロ
ーレートが最大値の0.3倍であるときには、圧縮機を
プロット104に沿って動作させることで最大効率が得
られる。この際、ディフューザリング40、42を閉鎖
限界位置に調整し、かつ、ガイドベーン33を10°の
位置とすると、圧縮機がプロット104に沿って動作す
る。
12、113、114、115、116は、可変ディフ
ューザを全開位置として流入口ガイドベーン33を種々
の位置に動かしたときのパフォーマンスプロットを示
す。一方、実線で示す曲線101、102、103、1
04、105は、可変ディフューザを閉鎖限界位置(こ
こでは、閉鎖限界位置におけるフローレートは、全開時
におけるフローレートの40%の値となっている)とし
てガイドベーンを種々の位置に動かしたときの圧縮機の
パフォーマンスプロットを示す。当業者にはよく知られ
ているように、圧縮機は、圧縮機のパフォーマンスの特
性を示すパフォーマンスプロットの”膝”(例えば図6
のポイント81)において、最大効率を示す。図7に示
されるように、例えば、圧力が最大値の0.7倍、フロ
ーレートが最大値の0.3倍であるときには、圧縮機を
プロット104に沿って動作させることで最大効率が得
られる。この際、ディフューザリング40、42を閉鎖
限界位置に調整し、かつ、ガイドベーン33を10°の
位置とすると、圧縮機がプロット104に沿って動作す
る。
【0040】図1を再度参照して、外部リング42内で
内部リング40を周方向に回転させるための、簡素な機
械的装置を説明する。内部リング40と一体化されてい
るシリンダ120は、内部リング40と同じ広がりを有
して(coextensively)内部リング40からのびてお
り、シリンダ120から径方向外側にのびているフラン
ジ122に固定されている。
内部リング40を周方向に回転させるための、簡素な機
械的装置を説明する。内部リング40と一体化されてい
るシリンダ120は、内部リング40と同じ広がりを有
して(coextensively)内部リング40からのびてお
り、シリンダ120から径方向外側にのびているフラン
ジ122に固定されている。
【0041】ギア124は、モータ128によってアク
スル(軸)126を通じて駆動され、フランジ122に
ギア状態でかみ合って回転する。モータ128は、内部
リング40を、外部リング42に関して、全開位置、閉
鎖限界位置である第二の位置、及びその中間の任意の位
置にそれぞれ移動させるように選択及びコントロールさ
れる。アクスル126は、従来から知られている格納ハ
ウジング130によって、圧縮機の内部132からアク
スル126を気密にシールされて格納される。このよう
に気密にシールを行うことで、圧縮機10から格納ハウ
ジング130を通じて流体が漏れることも防がれる。
スル(軸)126を通じて駆動され、フランジ122に
ギア状態でかみ合って回転する。モータ128は、内部
リング40を、外部リング42に関して、全開位置、閉
鎖限界位置である第二の位置、及びその中間の任意の位
置にそれぞれ移動させるように選択及びコントロールさ
れる。アクスル126は、従来から知られている格納ハ
ウジング130によって、圧縮機の内部132からアク
スル126を気密にシールされて格納される。このよう
に気密にシールを行うことで、圧縮機10から格納ハウ
ジング130を通じて流体が漏れることも防がれる。
【0042】図2によく示されるように、外側リング4
2には、内部リング40と外部リング42とが確実に整
列するように(即ちアラインメントが狂わないよう
に)、また、これら二つのリング間の接合部を通じて流
体が漏れることのないように、シートを設けることもで
きる。
2には、内部リング40と外部リング42とが確実に整
列するように(即ちアラインメントが狂わないよう
に)、また、これら二つのリング間の接合部を通じて流
体が漏れることのないように、シートを設けることもで
きる。
【図1】可変パイプディフューザを備えた、本発明の一
実施形態に係る圧縮機の側面断面図。
実施形態に係る圧縮機の側面断面図。
【図2】本発明の一実施形態による可変パイプディフュ
ーザの斜視図。
ーザの斜視図。
【図3】本発明に係る可変パイプディフューザの、開放
位置である第一の位置における正面断面図。
位置である第一の位置における正面断面図。
【図4】本発明に係る可変パイプディフューザの、閉鎖
限界位置である第二の位置における正面断面図。
限界位置である第二の位置における正面断面図。
【図5】本発明の一実施形態に係る可変パイプディフュ
ーザの動作曲線を示すグラフ。
ーザの動作曲線を示すグラフ。
【図6】流入口ガイドベーンのみを有する圧縮機の動作
曲線を示すグラフ。
曲線を示すグラフ。
【図7】可変パイプディフューザ及び流入口ガイドベー
ンを備えた、本発明に係る圧縮機の動作曲線を示すグラ
フ。
ンを備えた、本発明に係る圧縮機の動作曲線を示すグラ
フ。
10…遠心圧縮機 12…インペラ 14…ディフューザ 16…コレクタ 19…高速シャフト 23…圧縮吸入領域 29…開口部 31…吸入ハウジング 32…ブレードリングアッセンブリ 33…ガイドベーン 40…内部リング 42…外部リング 44、46…フローチャンネルセクション
Claims (8)
- 【請求項1】 ケーシングと、 前記ケーシング内に回転可能に設けられ、流入口からの
作動流体を、環状で径方向に配置されたディフューザに
流すためのインペラと、 を有する遠心圧縮機において、 複数の第一のフローガイドチャンネルセクションを備え
た、第一のリングである内部リングを有し、 複数の第二のフローガイドチャンネルセクションを備え
た、第二のリングである外部リングを有し、前記各第二
のフローガイドチャンネルセクションは、相補的な第一
のフローガイドチャンネルセクションを有し、 前記第一のリング及び第二のリングを、第一の位置であ
る開放位置と、第二の位置である閉鎖限界位置と、の間
で相対的に移動させるための駆動手段を有し、前記開放
位置においては、前記相補的な第一及び第二のフローガ
イドチャンネルセクション間を通じての流体の流量が最
大となるように前記各フローガイドチャンネルが互いに
整列され、前記閉鎖限界位置においては、前記相補的な
第一及び第二のフローガイドチャンネルセクション間を
通じての流体の流量が制限されるように、前記各フロー
ガイドチャンネルが互いに整列されることを特徴とする
遠心圧縮機。 - 【請求項2】 前記駆動手段は、前記内部リングを前記
外部リング内で周方向に回転させることを特徴とする請
求項1記載の遠心圧縮機。 - 【請求項3】 前記駆動手段は、前記外部リングを前記
内部リングに対して周方向にに回転させることを特徴と
する請求項1記載の遠心圧縮機。 - 【請求項4】 前記駆動手段は、前記内部及び外部リン
グの間の回転を制限するための手段を有し、前記閉鎖限
界位置である前記第一及び第二の各フローガイドチャン
ネルを通じての流体のフローは、前記ディフューザが前
記開放位置にあるときのフローの量の少なくとも10%
以上であることを特徴とする請求項1記載の遠心圧縮
機。 - 【請求項5】 前記駆動手段は、 前記内部リングと一体化されたシリンダと、 前記シリンダから径方向外側に伸びるフランジと、 前記フランジを回転させるギア手段と、 前記ギア手段を駆動するためのモータ手段と、を有する
ことを特徴とする請求項1記載の遠心圧縮機。 - 【請求項6】 前記内部リングは、中実の非チャンネル
セクションを有し、この非チャンネルセクションは、前
記外側リングのフローガイドチャンネルセクションの最
小幅よりもさらに狭くなっていることを特徴とする請求
項1記載の遠心圧縮機。 - 【請求項7】 前記内部リングのサイズは、前記外部リ
ングのフローガイドセクションを通じての流れの所望の
分量をブロックするのに必要な厚みを超えないサイズと
なっていることを特徴とする請求項1記載の遠心圧縮
機。 - 【請求項8】 ケーシングと、 前記ケーシング内に回転可能に設けられ、流入口からの
作動流体を、環状で径方向に配置されたディフューザに
流すためのインペラと、 を有する遠心圧縮機において、 複数の第一のフローガイドチャンネルセクションを備え
た、第一のリングである内部リングを有し、 複数の第二のフローガイドチャンネルセクションを備え
た、第二のリングである外部リングを有し、前記各第二
のフローガイドチャンネルセクションは、相補的な第一
のフローガイドチャンネルセクションを有し、 前記第内部リングと外部リングとを互いに軸方向に移動
させるための駆動手段を有することを特徴とする遠心圧
縮機。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/658801 | 1996-06-07 | ||
US08/658,801 US5807071A (en) | 1996-06-07 | 1996-06-07 | Variable pipe diffuser for centrifugal compressor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1061587A true JPH1061587A (ja) | 1998-03-03 |
JP3115846B2 JP3115846B2 (ja) | 2000-12-11 |
Family
ID=24642759
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP09150732A Expired - Fee Related JP3115846B2 (ja) | 1996-06-07 | 1997-06-09 | 遠心圧縮機 |
Country Status (15)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5807071A (ja) |
EP (1) | EP0811770B1 (ja) |
JP (1) | JP3115846B2 (ja) |
KR (1) | KR100220545B1 (ja) |
CN (1) | CN1097682C (ja) |
AU (1) | AU711217B2 (ja) |
BR (1) | BR9703482A (ja) |
CA (1) | CA2205211C (ja) |
DE (1) | DE69725212T2 (ja) |
ES (1) | ES2206673T3 (ja) |
HK (1) | HK1004682A1 (ja) |
MX (1) | MX9704232A (ja) |
MY (1) | MY125683A (ja) |
SG (1) | SG73453A1 (ja) |
TW (1) | TW369588B (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008309064A (ja) * | 2007-06-14 | 2008-12-25 | Ihi Corp | 遠心圧縮機及び遠心圧縮機の運転制御方法。 |
Families Citing this family (56)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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