JPH109196A - Diffuser for centrifugal compressor - Google Patents

Diffuser for centrifugal compressor

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JPH109196A
JPH109196A JP15864796A JP15864796A JPH109196A JP H109196 A JPH109196 A JP H109196A JP 15864796 A JP15864796 A JP 15864796A JP 15864796 A JP15864796 A JP 15864796A JP H109196 A JPH109196 A JP H109196A
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JP
Japan
Prior art keywords
diffuser
wall
centrifugal compressor
centrifugal
temperature
Prior art date
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Pending
Application number
JP15864796A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomoki Kawakubo
知己 川久保
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Publication date
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Publication of JPH109196A publication Critical patent/JPH109196A/en
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress generation of peel-off flow and simplify a structure by controlling a rate of gas flowed into a diffuser according to operation conditions, and improving matching of a centrifugal impeller and the diffuser. SOLUTION: A centrifugal compressor has a centrifugal impeller 1 and a diffuser 2 provided with partition walls for dividing its inner space and forming throat portions. With such a setup, among the partition walls of the diffuser 2, the operation walls to which heat is applied are bent due to temperature variation of gas at an inlet of the diffuser 2 while the operation condition of the centrifugal compressor is shifted between low speed rotation and high speed rated rotation. The inlet of a diffuser throat 21 is increased at a low temperature and decreased at a high temperature.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮機のディフュ
ーザ部の構造に係わり、特に、遠心圧縮機のディフュー
ザの性能の向上を図るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the structure of a diffuser of a compressor, and more particularly to the improvement of the performance of a diffuser of a centrifugal compressor.

【0002】[0002]

【従来の技術】遠心圧縮機は、図7および図8に示すよ
うに、回転せられる遠心羽根車1(インペラ)と、非回
転状態のディフューザ2と、スクロール(ボリュートま
たは渦巻ケーシング)3とを有し、ハブ4に、遠心羽根
車1を取り付けるためのディスク5が設けられ、ディス
ク5に対向する位置にシュラウド6が設けられ、遠心羽
根車1とディフューザ2との間には、接続空間となるベ
ーンレス部7が設けられている。
2. Description of the Related Art As shown in FIGS. 7 and 8, a centrifugal compressor includes a rotating centrifugal impeller 1 (impeller), a non-rotating diffuser 2, and a scroll (volute or spiral casing) 3. A disc 5 for mounting the centrifugal impeller 1 is provided on the hub 4, a shroud 6 is provided at a position facing the disc 5, and a connection space and a connection space are provided between the centrifugal impeller 1 and the diffuser 2. Is provided.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、遠心圧縮機に
あっては、始動時等や低速回転時に、気体に対する遠心
羽根車の圧縮効果が少なくなるために、ディフューザに
流入する流量が適性量を越えて羽根車とディフューザの
マッチングが悪くなり安定作動域の確保が困難になる。
この現象は、高圧力比のものほど顕著になる傾向があ
る。
However, in the case of a centrifugal compressor, the compression effect of the centrifugal impeller on the gas at the time of starting or at a low speed is reduced, so that the flow rate flowing into the diffuser is limited to an appropriate amount. Exceeding this will result in poor matching between the impeller and the diffuser, making it difficult to secure a stable operating area.
This phenomenon tends to be more pronounced at higher pressure ratios.

【0004】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、以下の目的を達成しようとするものである。 遠心羽根車の回転状態に応じてディフューザに流入す
る気体の量をコントロールできること。 遠心羽根車とディフューザのマッチングを改善し、安
定な作動域を拡大すること。 構造が簡単で、他の構造に負担をかけないこと。 コストが抑えられること。
[0004] The present invention has been made in view of the above circumstances, and aims to achieve the following objects. The ability to control the amount of gas flowing into the diffuser according to the state of rotation of the centrifugal impeller. Improve the matching between the centrifugal impeller and the diffuser and extend the stable operating range. The structure is simple and does not burden other structures. Costs should be kept low.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】遠心羽根車と、内部空間
を分割してスロート部を形成する仕切壁が設けられたデ
ィフューザとを有する遠心圧縮機において、前記ディフ
ューザの仕切壁が、遠心羽根車側の熱作動壁と、固定状
態の固定壁とに分割される。熱作動壁には、下流側がデ
ィフューザ側壁に固定され、上流側が温度変化に基づい
て湾曲する機能が付与される。熱作動壁としては、熱膨
張率の異なる高熱膨張率材と低熱膨張率材とを張り合わ
せたバイメタルや、高温変態相および低温変態相を有す
る形状記憶合金が採用される。遠心圧縮機の低速回転と
高速の定格回転との運転状態において、熱作動壁が、デ
ィフューザ入口の気体温度の温度変化を受けて湾曲変形
し、低温時にディフューザスロート部の入口を拡大し、
高温時に入口を縮小させる。
A centrifugal compressor having a centrifugal impeller and a diffuser provided with a partition wall which divides an internal space to form a throat portion, wherein the partition wall of the diffuser is a centrifugal impeller. Side and a fixed wall in a fixed state. The thermal operation wall is provided with a function in which the downstream side is fixed to the diffuser side wall and the upstream side is curved based on a temperature change. As the thermal working wall, a bimetal in which a high thermal expansion material and a low thermal expansion material having different thermal expansion rates are bonded, or a shape memory alloy having a high temperature transformation phase and a low temperature transformation phase is adopted. In the operation state of the low-speed rotation and the high-speed rated rotation of the centrifugal compressor, the heat working wall is bent and deformed by the temperature change of the gas temperature at the diffuser inlet, and expands the inlet of the diffuser throat portion at a low temperature,
Reduce inlet at high temperature.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】以下、本発明の第1実施形態を、
図1ないし図6に基づいて説明する。図1ないし図6に
おいて、符号1は遠心羽根車、符号2はディフューザ、
符号3はスクロール、4はハブ、5はディスクである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described.
A description will be given based on FIGS. 1 to 6. 1 to 6, reference numeral 1 denotes a centrifugal impeller, reference numeral 2 denotes a diffuser,
Reference numeral 3 denotes a scroll, 4 denotes a hub, and 5 denotes a disk.

【0007】ディフューザ2には、図1、図3および図
4に示すように、仕切壁20によってスロート部21が
形成され、かつ、仕切壁20は、小間隙22により、固
定壁23と熱作動壁24とに分割されており、遠心羽根
車1からの入口寄りの上流側に、熱作動壁24が配さ
れ、下流側に固定壁23が配されている。
As shown in FIGS. 1, 3 and 4, a throat portion 21 is formed in the diffuser 2 by a partition wall 20, and the partition wall 20 is thermally actuated by a small gap 22 with a fixed wall 23. The heat operating wall 24 is disposed on the upstream side near the entrance from the centrifugal impeller 1, and the fixed wall 23 is disposed on the downstream side.

【0008】小間隙22は、仕切壁20の表面から内部
に向かう方向に、この表面の法線方向からディフューザ
2内部の気体の流れと逆向きに傾斜されている。固定壁
23は、ディフューザ2の側壁2aに固定され、熱作動
壁24は、固定壁23側の端部がディフューザ2の側壁
2aに固定されている。そして、熱作動壁24の上流側
の端部には、ディフューザ2の側壁2aとの間にクリア
ランス25、25が形成されて湾曲自在とされている。
The small gap 22 is inclined in a direction from the surface of the partition wall 20 toward the inside, in a direction opposite to the gas flow inside the diffuser 2 from the normal direction of the surface. The fixed wall 23 is fixed to the side wall 2 a of the diffuser 2, and the heat operation wall 24 has an end on the fixed wall 23 side fixed to the side wall 2 a of the diffuser 2. Further, at the upstream end of the heat operation wall 24, clearances 25, 25 are formed between the heat operation wall 24 and the side wall 2a of the diffuser 2 so as to be freely bendable.

【0009】熱作動壁24は、図5に示すように、例え
ば2枚の金属板を厚み方向に張り合わされたバイメタル
により構成されており、背面側に低熱膨張率の板材26
が配され、腹面側に高熱膨張率の板材27が位置するよ
うに設定される。
As shown in FIG. 5, the thermal operation wall 24 is made of, for example, a bimetal in which two metal plates are laminated in the thickness direction.
Are arranged, and the plate material 27 having a high coefficient of thermal expansion is set on the abdominal surface side.

【0010】上記の構成の遠心圧縮機においては、遠心
羽根車1が矢印Aで示される回転駆動することにより、
遠心羽根車1に導入された気体が、羽根の間を通過する
際の減速時の主として遠心作用により圧縮されてベーン
レス部7を経由して、ディフューザ2に送り込まれる。
ここで、始動時など遠心羽根車1が低速回転を行ってい
る際には、ディフューザ2に流入する気体は低温状態と
なっており、このとき、熱作動壁24は、図5(a)お
よび図6(a)で示される状態、つまり、スロート間隔
SLが広がった状態となる。
In the centrifugal compressor having the above configuration, the centrifugal impeller 1 is driven to rotate as indicated by an arrow A,
The gas introduced into the centrifugal impeller 1 is compressed mainly by centrifugal action during deceleration when passing between the blades, and is sent to the diffuser 2 via the vaneless portion 7.
Here, when the centrifugal impeller 1 is rotating at a low speed, such as at the time of startup, the gas flowing into the diffuser 2 is in a low temperature state. 6A, that is, a state where the throat interval SL is widened.

【0011】遠心羽根車1の回転数が上昇し、遠心羽根
車1の定格の高速回転時には、ディフューザ2に流入す
る気体の温度が上昇して、高熱膨張率の板材27が、低
熱膨張率の板材26よりも熱膨張するために、図5
(b)および図6(b)に示すように変形し、その結
果、スロート部21のスロート間隔SHが狭められるこ
とになる。
When the number of revolutions of the centrifugal impeller 1 increases, and when the centrifugal impeller 1 rotates at the rated high speed, the temperature of the gas flowing into the diffuser 2 increases, and the plate material 27 having a high thermal expansion coefficient becomes a low thermal expansion coefficient. As shown in FIG.
As shown in FIG. 6B and FIG. 6B, the throat interval SH of the throat portion 21 is reduced as a result.

【0012】このように、遠心羽根車1の回転速度の変
化に対応して、熱作動壁24が変形するので、低速回転
時にスロート間隔SLが拡大した状態としてスロート部
21への気体の送り込みを拡大し、低圧縮時にあっても
安定な作動域を拡大することができる。また、気体の流
速が遅い低速回転時には、熱作動壁24の曲率が大きく
なり、気体の流速が速い高速回転時には、熱作動壁24
の曲率が小さくなるため、スロート部21内部における
剥離流の発生を抑制することができる。
As described above, since the heat operating wall 24 is deformed in response to the change in the rotation speed of the centrifugal impeller 1, the gas is supplied to the throat portion 21 with the throat interval SL expanded at the time of low speed rotation. It is possible to expand the stable operation range even at the time of low compression. In addition, the curvature of the heat working wall 24 becomes large at the time of low-speed rotation where the flow rate of the gas is low, and the heat working wall 24 becomes large at the time of high-speed rotation of the gas at a high speed.
, The occurrence of a separation flow inside the throat portion 21 can be suppressed.

【0013】〔他の実施形態〕前述の熱作動壁24にあ
っては、形状記憶合金によって構成することも可能であ
る。この場合には、高温変態相と低温変態相とを有する
ものとし、バイメタルに準じて、高低温でスロート間隔
SL、SHを設定し得るようにすればよい。
[Other Embodiments] The above-mentioned thermal working wall 24 can be made of a shape memory alloy. In this case, it is sufficient to have a high-temperature transformation phase and a low-temperature transformation phase so that the throat intervals SL and SH can be set at high and low temperatures according to the bimetal.

【0014】[0014]

【発明の効果】本発明の遠心圧縮機のディフューザによ
れば、以下のような優れた効果を奏する。 (1)遠心羽根車の回転状態に応じて、ディフューザの
仕切壁が変形する構成としたので、この回転状態に応じ
てディフューザに流入する気体の量をコントロールでき
る。 (2)流速の変化に対応してディフューザの仕切壁が変
形する構成としたので、遠心羽根車とディフューザのマ
ッチングを改善し、安定な作動域を拡大することができ
る。 (3)温度の変化に対応してディフューザの仕切壁が変
形する構成としたので、構造が簡単で、他の構造に負担
をかけないで上記の効果を得ることができる。 (4)構造が簡単で、コストを抑えることができる。
According to the diffuser for a centrifugal compressor of the present invention, the following excellent effects can be obtained. (1) Since the partition wall of the diffuser is deformed according to the rotation state of the centrifugal impeller, the amount of gas flowing into the diffuser can be controlled according to the rotation state. (2) Since the partition wall of the diffuser is deformed in response to the change in the flow velocity, the matching between the centrifugal impeller and the diffuser can be improved, and the stable operation range can be expanded. (3) Since the configuration is such that the partition wall of the diffuser is deformed in response to a change in temperature, the structure is simple and the above effects can be obtained without imposing a load on other structures. (4) The structure is simple and the cost can be reduced.

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

【図1】本発明に係る遠心圧縮機のディフューザの構造
の第1実施形態を示す一部の記載を省略した正面図であ
る。
FIG. 1 is a front view of a first embodiment of a diffuser structure of a centrifugal compressor according to the present invention, with a part of description omitted.

【図2】図1の遠心羽根車を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing the centrifugal impeller of FIG.

【図3】図1のディフューザの拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of the diffuser of FIG. 1;

【図4】図1の仕切壁を示す側面図である。FIG. 4 is a side view showing the partition wall of FIG. 1;

【図5】図1の仕切壁における熱作動壁の熱作動状況を
示す正面図である。
FIG. 5 is a front view showing a thermal operation state of the thermal operation wall in the partition wall of FIG. 1;

【図6】図5の熱作動壁によるスロート部の変化を示す
作動図である。
FIG. 6 is an operation diagram showing a change of a throat portion by the thermal operation wall of FIG. 5;

【図7】遠心圧縮機の従来例を示す一部の記載を省略し
た平断面図である。
FIG. 7 is a plan cross-sectional view of a conventional example of a centrifugal compressor, in which some descriptions are omitted.

【図8】遠心圧縮機の従来例を示す一部の記載を省略し
た正断面図である。
FIG. 8 is a front cross-sectional view of a conventional example of a centrifugal compressor, in which some descriptions are omitted.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…遠心羽根車 2…ディフューザ 2a…側壁 7…ベーンレス部 20…仕切壁 21…スロート部 22…小間隙 23…固定壁 24…熱作動壁 25…クリアランス 26…低熱膨張率の板材 27…高熱膨張率の板材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Centrifugal impeller 2 ... Diffuser 2a ... Side wall 7 ... Vaneless part 20 ... Partition wall 21 ... Throat part 22 ... Small gap 23 ... Fixed wall 24 ... Thermal working wall 25 ... Clearance 26 ... Low thermal expansion coefficient plate material 27 ... High thermal expansion Rate board material

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 遠心羽根車(1)と、内部空間を分割し
てスロート部(21)を形成する仕切壁(20)が設け
られたディフューザ(2)とを有する遠心圧縮機におい
て、 ディフューザの仕切壁は、ディフューザ入口の気体温度
の温度変化によって、 スロート部(21)の入口部分が、拡大した低温状態と
縮小した高温状態の間を変化することを特徴とする遠心
圧縮機のディフューザ。
1. A centrifugal compressor having a centrifugal impeller (1) and a diffuser (2) provided with a partition wall (20) for dividing an internal space to form a throat portion (21). A diffuser for a centrifugal compressor, wherein a partition wall changes between an expanded low-temperature state and a reduced high-temperature state at an inlet portion of the throat section (21) according to a change in gas temperature at a diffuser inlet.
【請求項2】 ディフューザ(2)の仕切壁(20)
が、遠心羽根車(1)側の熱作動壁(24)とされた一
部分と、固定壁(23)とされた他部分に分割されてい
ることを特徴とする請求項1記載の遠心圧縮機のディフ
ューザ。
2. The partition wall (20) of the diffuser (2).
The centrifugal compressor according to claim 1, characterized in that the centrifugal compressor is divided into a part serving as a heat working wall (24) on the side of the centrifugal impeller (1) and another part serving as a fixed wall (23). Diffuser.
【請求項3】 熱作動壁(24)には、下流側がディフ
ューザ側壁(2a)に固定され、上流側が、温度変化に
基づいて湾曲する機能が付与されていることを特徴とす
る請求項1または2記載の遠心圧縮機のディフューザ。
3. The heat-operating wall (24) has a downstream side fixed to the diffuser side wall (2a) and an upstream side provided with a function of curving based on a temperature change. 3. The diffuser of the centrifugal compressor according to 2.
【請求項4】 熱作動壁(24)として、熱膨張率の異
なる高熱膨張率の板材(27)と、低熱膨張率の板材
(26)とを厚さ方向に張り合わせたバイメタルが採用
されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか
記載の遠心圧縮機のディフューザ。
4. A bimetal in which a plate (27) having a high coefficient of thermal expansion having a different coefficient of thermal expansion and a plate (26) having a coefficient of low thermal expansion are laminated in the thickness direction as the thermal working wall (24). The diffuser for a centrifugal compressor according to any one of claims 1 to 3, wherein:
【請求項5】 熱作動壁(24)として、高温変態相お
よび低温変態相を有する形状記憶合金が採用されている
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか記載の遠心
圧縮機のディフューザ。
5. The diffuser for a centrifugal compressor according to claim 1, wherein a shape-memory alloy having a high-temperature transformation phase and a low-temperature transformation phase is employed as the thermal working wall (24). .
JP15864796A 1996-06-19 1996-06-19 Diffuser for centrifugal compressor Pending JPH109196A (en)

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JP (1) JPH109196A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11268519B2 (en) 2016-12-21 2022-03-08 Saudi Arabian Oil Company Centrifugal pump with adaptive pump stages
US11591899B2 (en) 2021-04-05 2023-02-28 Saudi Arabian Oil Company Wellbore density meter using a rotor and diffuser

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US11268519B2 (en) 2016-12-21 2022-03-08 Saudi Arabian Oil Company Centrifugal pump with adaptive pump stages
US11268520B2 (en) 2016-12-21 2022-03-08 Saudi Arabian Oil Company Centrifugal pump with adaptive pump stages
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