JPS64561B2 - - Google Patents

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JPS64561B2
JPS64561B2 JP58144910A JP14491083A JPS64561B2 JP S64561 B2 JPS64561 B2 JP S64561B2 JP 58144910 A JP58144910 A JP 58144910A JP 14491083 A JP14491083 A JP 14491083A JP S64561 B2 JPS64561 B2 JP S64561B2
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JP
Japan
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flow
impeller
section
outer diameter
guide vane
Prior art date
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Expired
Application number
JP58144910A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6036702A (en
Inventor
Hideomi Harada
Shinji Yosomya
Akira Yajima
Mitsunori Onodera
Konosuke Umezawa
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Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
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Publication date
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Publication of JPS6036702A publication Critical patent/JPS6036702A/en
Publication of JPS64561B2 publication Critical patent/JPS64561B2/ja
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  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、多段の遠心式或いは斜流の圧縮機、
ブロワなどの多段ターボ機械に関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides a multi-stage centrifugal or mixed flow compressor,
It relates to multi-stage turbomachinery such as blowers.

従来、この種の多段のターボ機械では通常、羽
根車を出たあとの流れは、デイフユーザ、Uター
ブ部及び戻り流路を通つて次の段の羽根車に導か
れるように構成されている。これらの流路の要素
のうち、デイフユーザにおいては、案内翼の無い
壁面のみにより構成されたものか、或いは多数の
案内翼又は案内流路を円周上に配置して構成され
たものが用いられている。
Conventionally, this type of multi-stage turbomachine is usually configured such that the flow after leaving the impeller is guided to the next stage impeller through a diffuser, a U-turn, and a return passage. Among these channel elements, in the differential user, one is used that is composed only of a wall surface without guide vanes, or one that is composed of a large number of guide vanes or guide channels arranged on the circumference. ing.

第1図は従来の2段の遠心圧縮機の断面図で、
羽根車1は軸10により駆動され、吸込口7から
ガスを吸引し、外径D1を有する羽根車1の出口
からこれを吐き出す。その後、ガスは案内翼の無
いデイフユーザ部3を通つて減速し、流路の外径
D2の部分からUターン部4に入り、案内羽根6
を有する戻り流路5を径て次の段の羽根車1′に
吸込まれる。2はケーシング、11及び11′は
ガスの漏洩を防ぐ軸ラビリンスシール12は羽根
車からの漏洩を防ぐライナーリング、14は羽根
の間隔をとるスペーサである。第1図の例では、
デイフユーザ3には案内翼は無く、ケーシングの
壁面で構成される流路の面積が、直径の増加と共
に増加する為、ガスは減速し圧縮される。15は
軸ナツト、13は最終段のガスを集めて送り出す
為の渦巻室である。
Figure 1 is a cross-sectional view of a conventional two-stage centrifugal compressor.
The impeller 1 is driven by a shaft 10 and sucks gas through an inlet 7 and discharges it through an outlet of the impeller 1 having an outer diameter D 1 . After that, the gas passes through the diffuser section 3 without guide vanes, decelerates, and
Enter the U-turn section 4 from the D 2 part, and guide the guide vane 6.
It is sucked into the next stage impeller 1' through a return flow path 5 having a diameter. 2 is a casing; 11 and 11' are shaft labyrinth seals for preventing gas leakage; 12 is a liner ring for preventing leakage from the impeller; and 14 is a spacer for spacing the blades. In the example in Figure 1,
The diff user 3 has no guide vanes, and the area of the flow path formed by the wall surface of the casing increases as the diameter increases, so the gas is decelerated and compressed. 15 is a shaft nut, and 13 is a vortex chamber for collecting and sending out the final stage gas.

このようにデイフユーザ部3に案内翼の無いも
のでは、羽根車1を出た高速の流体の流れを十分
に減速して圧力のエネルギに変換するには、かな
り長い流路を必要とし、一般には羽根車1外径
D1に対して約1.6〜2倍の外径D2を持つデイフユ
ーザ部3が使われている。デイフユーザ部3に案
内羽根のないものは、構造簡単、適用流量範囲が
広いという利点はあるが、上記の理由で、羽根車
1を収容する機械全体のケーシング2の外径は大
きなものになり、しかも効率が悪い。
In this way, in the case where the differential user part 3 does not have guide vanes, a fairly long flow path is required to sufficiently decelerate the high-speed fluid flow exiting the impeller 1 and convert it into pressure energy. Impeller 1 outer diameter
A differential user portion 3 having an outer diameter D 2 approximately 1.6 to 2 times larger than D 1 is used. The differential user section 3 without guide vanes has the advantage of a simple structure and a wide range of applicable flow rates, but for the above reasons, the outer diameter of the casing 2 of the entire machine that houses the impeller 1 is large. Moreover, it is inefficient.

これに対して、効率を改善する目的で従来から
案内翼付きのデイフユーザが用いられている。こ
れは円周上に配列された案内翼どうしの間の流路
面積を漸増させることにより、流れを効率良く減
速して圧力を回復しようとするものである。
In contrast, differential users with guide vanes have been used to improve efficiency. This is an attempt to efficiently decelerate the flow and restore pressure by gradually increasing the flow path area between the guide vanes arranged on the circumference.

この従来例を第2図及び第3図により示せば、
羽根車1から吐き出されたガスは、案内翼8を有
するデイフユーザ部3によつて整流減速される。
案内翼8は第3回に示すように、円周上に多数枚
が配列され、翼と翼との間で流路が形成され、通
常、流れの旋回方向に合わせて図のようにわん曲
した形となつているのが普通である。このような
案内翼8付きの場合は、減速昇圧の効果が翼無し
の場合に比べて大きいので、案内翼8の外径D3
及びデイフユーザ部3の外径D2は比較的小さく
することができる。その割合は、1.5〜1.7位が一
般的であるが、運転流量範囲が狭いのが欠点であ
る。
If this conventional example is shown in FIGS. 2 and 3,
Gas discharged from the impeller 1 is rectified and decelerated by a diff user section 3 having guide vanes 8 .
As shown in Part 3, a large number of guide vanes 8 are arranged on the circumference, a flow path is formed between the vanes, and the guide vanes 8 are usually curved as shown in the figure according to the swirling direction of the flow. It is normal to have this shape. In the case with such a guide vane 8, the effect of deceleration and pressure increase is greater than in the case without a blade, so the outer diameter D 3 of the guide vane 8
Also, the outer diameter D2 of the differential user section 3 can be made relatively small. The ratio is generally around 1.5 to 1.7, but the disadvantage is that the operating flow rate range is narrow.

また効率の面で見れば、翼無しの場合に比べ
て、設計点近傍では効率は高くなるが、案内翼8
が円周上に重なつて配列されているため、翼と翼
の間で構成される最小面積部で流れが閉塞を起こ
すことと、翼を固定しておくと、流れの方向と翼
の角度が、設計点以外では合わなくなる為、広い
流量範囲で使用するには適さない、などの欠点が
あつた。
Also, in terms of efficiency, the efficiency is higher near the design point compared to the case without blades, but the guide blades 8
are arranged so that they overlap on the circumference, the flow will be blocked at the smallest area between the blades, and if the blades are fixed, the direction of the flow and the angle of the blades will change. However, it had drawbacks such as being unsuitable for use over a wide flow range because it would not match outside of the design point.

また、Uターン部4及び戻り流路5についてみ
れば、流れがデイフユーザ部3を出てから次の段
に移る場合には、この流れを圧縮機外周から内周
に向つてUターン部4によりUターンさせる。こ
の流れは周方向の速度成分を持つた旋回流である
のでこれを軸中心に向う所の旋回の無い流れに整
流する為に、戻り流路5には案内羽根6を設けて
いる。
Regarding the U-turn section 4 and the return passage 5, when the flow moves to the next stage after leaving the differential user section 3, the U-turn section 4 directs the flow from the outer circumference of the compressor toward the inner circumference. Make a U-turn. Since this flow is a swirling flow having a velocity component in the circumferential direction, a guide vane 6 is provided in the return flow path 5 in order to rectify the flow into a flow without swirling toward the axial center.

従来のものにおいてはデイフユーザ部分3から
出た流れは、周方向成分が多く残つた旋回流であ
るので、これを受けた案内羽根6はかなり長い曲
線部分を備えて内周部近くで半径方向に向かう直
線部分により、流れを半径方向に揃えることにな
る。従つて案内羽根6の長さが長くなることによ
り、摩擦損失が増加し、また、案内羽根6の全長
のうち半径方向に向く直線部分の長さが結果的に
短かくなるので、十分な半径向きの整流効果が得
られない欠点があつた。
In the conventional type, the flow coming out of the differential user part 3 is a swirling flow with a large circumferential component remaining, so the guide vanes 6 that receive this flow have a fairly long curved part and flow in the radial direction near the inner periphery. The heading straight section will align the flow radially. Therefore, as the length of the guide vane 6 becomes longer, friction loss increases, and the length of the straight portion facing in the radial direction of the total length of the guide vane 6 becomes shorter as a result. The drawback was that the direction rectification effect could not be obtained.

本発明は、従来のものの上記の如き欠点を除
き、効率が高く、広い流量範囲にわたつて運転が
可能であり、しかもケーシング外径を小さくする
ことができる多段ターボ機械を提供することを目
的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a multi-stage turbomachine that has high efficiency, can be operated over a wide flow rate range, and can have a small outer diameter of the casing, while eliminating the above-mentioned drawbacks of the conventional ones. It is something to do.

この目的を達成するために、発明者らは多くの
実験研究を重ね、その時に得られた知見に基づき
本発明がなされた。
In order to achieve this objective, the inventors conducted many experimental studies, and based on the knowledge obtained at that time, the present invention was made.

即ち、従来においてはデイフユーザ部の外径
D2はデイフユーザによる昇圧効果のみに着目し
て、大きい方が好ましい、と考えられていた。例
えば第4図は外径比D2/D1と圧力回復率との関
係の実験結果を示すグラフであるが、翼付デイフ
ユーザA(本願発明の構成に準じたもの)、翼なし
デイフユーザBの何れの場合においても外径比
D2/D1が大きい方が圧力回復率は大であり、圧
力の上昇が大である。従来はこのようなデイフユ
ーザ部分における効果のみに着目し、外径比
D2/D1が比較的大きくとられていた。
In other words, in the past, the outer diameter of the differential user part
Focusing only on the boosting effect of the differential user, it was thought that a larger D 2 would be preferable. For example, FIG. 4 is a graph showing the experimental results of the relationship between the outer diameter ratio D 2 /D 1 and the pressure recovery rate. In either case, the outer diameter ratio
The larger D 2 /D 1 is, the greater the pressure recovery rate and the greater the pressure rise. Conventionally, we focused only on the effect in the differential user part, and looked at the outer diameter ratio.
D 2 /D 1 was set relatively large.

しかし、発明者らの研究によれば、多段圧縮機
でデイフユーザにおける減速効果が上るならば、
むしろ外径比D2/D1が大きいと、かえつて全体
として損失を招き、効率が低下することが確かめ
られた。そして本発明は、従来の習慣に反して外
径比D2/D1をできるだけ小さくするように構成
し、さらに外径比D2/D1を小さくすることによ
り新たに発生する後述の問題点を解決して、なさ
れたものである。
However, according to the inventors' research, if the multistage compressor improves the deceleration effect in the differential user,
In fact, it was confirmed that when the outer diameter ratio D 2 /D 1 is large, it actually causes loss as a whole and reduces efficiency. The present invention is configured to make the outer diameter ratio D 2 /D 1 as small as possible, contrary to the conventional practice, and furthermore, by reducing the outer diameter ratio D 2 /D 1 , the problem that will be newly generated will be solved. This was done by solving the problem.

発明者らの研究によれば、従来のものの如く圧
力回復のためにデイフユーザ長さを長くとる(そ
の結果外径比D2/D1も大となる)と、デイフユ
ーザ部3の流路と共に戻り流路5の流路も長くな
り、それらの流路における摩擦損失が増大し、か
えつて効率が低下することが確かめられた。
According to the inventors' research, if the length of the diff user is made long for pressure recovery as in the conventional system (as a result, the outer diameter ratio D 2 /D 1 is also increased), the flow path of the diff user part 3 will return. It was confirmed that the flow path of the flow path 5 also became longer, and the friction loss in those flow paths increased, and on the contrary, the efficiency decreased.

しかしながら、ただ単にD2/D1を小にしたの
みではそれに伴ない新たな問題点を生ずる。
However, simply reducing D 2 /D 1 causes new problems.

即ち、デイフユーザ部3の案内翼8が、従来に
おける第3図に示す如く自由渦の旋回に添つて弯
曲する構造であると、案内翼8を出た流体は周方
向の速度成分がかなり大きいので、戻り流路5の
案内羽根6の入口も周方向に対して比較的浅い角
度で構成して流れを受け入れるようにする。一
方、案内羽根6の中ではこの流れを半径方向に転
向せねばならないが、案内羽根6の全長のうち半
径方向に向く直線部分が長くとれない。従つて方
向の転向を短い距離で行なわねばならないが、こ
れを行なうのは困難であり、次段の羽根車1′に
旋回成分(周方向成分)を持つた流体が流れ込
み、次段において所要の圧力を発生することが困
難となる。
That is, if the guide vanes 8 of the differential user section 3 have a conventional structure that curves as the free vortex rotates as shown in FIG. 3, the fluid exiting the guide vanes 8 has a considerably large circumferential velocity component. The inlet of the guide vane 6 of the return passage 5 is also formed at a relatively shallow angle with respect to the circumferential direction to receive the flow. On the other hand, this flow must be diverted in the radial direction within the guide vane 6, but the straight radial portion of the entire length of the guide vane 6 cannot be made long. Therefore, the direction must be changed over a short distance, but this is difficult, and the fluid with a swirling component (circumferential component) flows into the impeller 1' of the next stage, and the required rotation is carried out in the next stage. It becomes difficult to generate pressure.

この問題を解決するために発明者らはさらに研
究を行ない、案内翼のカンバー線が、従来は、半
径が大きくなるにつれ第3図の如く次第に周方向
に対する角度が浅くなつていたものを、逆に、半
径が大きくなるにつれて半径方向に近づくように
逆向きに反りを持たせたことによりこれを解決し
た。即ち、これにより、戻り流路5の案内羽根6
の入口に入る流れの方向が半径方向に近くなり、
案内羽根6の全長は短くとも、半径方向に近い部
分の長さは従来のものよりかえつて長くなり、次
段の羽根車1′の吸込口には旋回成分の殆んどな
い流れを送り込むことができ、次段の圧縮特性を
損うのを防ぐことができた。
In order to solve this problem, the inventors conducted further research and found that the camber line of the guide vane has been changed from the conventional method where the angle with respect to the circumferential direction gradually becomes shallower as the radius increases, as shown in Figure 3. This problem was solved by creating a warp in the opposite direction so that it approaches the radial direction as the radius increases. That is, as a result, the guide vanes 6 of the return flow path 5
The direction of the flow entering the inlet of is closer to the radial direction,
Although the overall length of the guide vane 6 is short, the length of the part near the radial direction is on the contrary longer than that of the conventional guide vane, and a flow with almost no swirl component is sent to the suction port of the next stage impeller 1'. This made it possible to prevent damage to the compression characteristics of the next stage.

前述の第4図は、デイフユーザ部3のみにおけ
る性能を比較したものであるが、本願発明は、デ
イフユーザ部3以外の流路も含め、総合的に性能
の向上をはかるものであり、第5図にその実験結
果を示す。第5図は、圧縮機の1段目の羽根車1
の入口から、次の段の入口に至る流路、即ち、羽
根車1、デイフユーザ部3、Uターン部4及び戻
り流路5を総合した圧縮機一段落当りの性能を示
している。図の縦軸は圧力を、横軸は流量を表わ
す無次元係数(それぞれ圧力係数、流量係数)
で、図中の3本の曲線は、それぞれデイフユーザ
部3外径D2と羽根車1外径D1との比が1.2,1.4,
1.6の各場合を示している。
The above-mentioned FIG. 4 compares the performance only in the differential user section 3, but the present invention aims to improve the performance comprehensively, including flow paths other than the differential user section 3, and FIG. The experimental results are shown below. Figure 5 shows the impeller 1 of the first stage of the compressor.
The flow path from the inlet to the inlet of the next stage, that is, the impeller 1, the diffuser section 3, the U-turn section 4, and the return flow path 5, is shown to represent the overall performance per stage of the compressor. The vertical axis of the figure is the pressure, and the horizontal axis is the dimensionless coefficient that represents the flow rate (pressure coefficient and flow coefficient, respectively).
The three curves in the figure have ratios of the outer diameter D 2 of the differential user part 3 and the outer diameter D 1 of the impeller 1 of 1.2, 1.4,
1.6 each case is shown.

この実験によると、デイフユーザ部3の出入口
で観察した第4図の結果とは異なり、デイフユー
ザ部3の長さを十分に長くとつて圧力を回復する
よりも、却つて径の小さな所でUターン部4に接
続せしめ、戻り流路5に通して方が効果的である
ことが判つた。この理由は、デイフユーザ部3を
長くすれば、それだけ戻り流路5も長くなり、却
つて摩擦損失が増加する為である。
According to this experiment, unlike the results shown in Fig. 4 observed at the entrance and exit of the differential user section 3, it was found that rather than making the length of the differential user section 3 sufficiently long to recover the pressure, U-turns were made at a point with a small diameter. It has been found that it is more effective to connect it to section 4 and pass it through return channel 5. The reason for this is that the longer the differential user section 3 becomes, the longer the return flow path 5 becomes, which actually increases friction loss.

実験によれば、デイフユーザ部3としては、従
来方式に比べて短かすぎると考えられるD2/D1
=1.2〜1.45近くの間で、デイフユーザ部3から
戻り流路5まで含めた全体で最も良好な圧力回復
が得られることが判つた。即ち、第5図におい
て、D2/D1の値が大きくなると、大流量側で効
率の低下が著しい。
According to experiments, D 2 /D 1 is considered to be too short for the differential user section 3 compared to the conventional method.
It has been found that the best pressure recovery can be obtained in the entire range from the diffuser section 3 to the return flow path 5 when the pressure is close to 1.2 to 1.45. That is, in FIG. 5, as the value of D 2 /D 1 increases, the efficiency decreases significantly on the large flow rate side.

第6図は、この傾向を判り易く説明する為に、
横軸にD2/D1をとり、縦軸に第5図の流量,
,における三つの圧力値を比較したものであ
る。即ち、D2/D1=1.2の場合が、どの流量にお
いても圧力が高いので、これを1として、他の
D2/D1の圧力との比をとつたものである。これ
を見ても、流量が→→と多くなるに従い、
D2/D1の比の大きいものは、一段落当りの圧力
上昇が低くなることが明瞭である。第6図におい
て縦軸の圧力の低下を2%迄許容するとすれば、
D2/D1の最適な範囲は1.2〜1.45とみてよい。こ
の範囲内にD2の寸法をとれば、従来に比べて効
率が向上すると共に圧縮機ケーシング2の外径は
小さくなり、それだけ重量も軽くできるという大
きな効果を生ずる。
Figure 6 shows this trend in order to explain it in an easy-to-understand manner.
D 2 /D 1 is plotted on the horizontal axis, and the flow rate in Figure 5 is plotted on the vertical axis.
This is a comparison of three pressure values at , . In other words, in the case of D 2 /D 1 = 1.2, the pressure is high at any flow rate, so let this be considered 1 and other
It is calculated by taking the ratio of the pressure of D 2 /D 1 . Looking at this, as the flow rate increases →→,
It is clear that the larger the ratio of D 2 /D 1 is, the lower the pressure rise per stroke becomes. In Figure 6, if we allow a decrease in pressure on the vertical axis of up to 2%,
The optimal range of D 2 /D 1 can be considered to be 1.2 to 1.45. If the dimension D 2 is set within this range, the efficiency will be improved compared to the conventional compressor casing 2, and the outer diameter of the compressor casing 2 will be reduced, resulting in a significant reduction in weight.

さらに、案内翼を設けると、案内翼なしのデイ
フユーザに比べ適用流量範囲が狭くなる、という
問題点に対しては、案内翼相互の間隔を広げるこ
と、例えば翼長さよりも広げることにより解決可
納である。
Furthermore, the problem that the provision of guide vanes narrows the applicable flow range compared to a differential user without guide vanes can be solved by widening the spacing between the guide vanes, for example by making them wider than the blade length. It is.

即ち、本発明は、デイフユーザに翼型の案内翼
を設け、この翼のカンバー線の反りの方向を流れ
が半径方向に向うような形に選定して取付けるこ
とにより、翼を出た後で、かなりの圧力上昇が得
られ、且つ流れの方向が半径方向に転向している
ので、デイフユーザ径を大きくせずに、直ちに流
体をUターン部に導き、戻り流路に通すようにす
れば、戻り案内羽根も短かく設計できるため、損
失の少ない効率の高い流路が設計でき、ケーシン
グの大きさも小さくでき、かつ内周部で十分に半
径方向に揃つた流れを得ることができるので、次
の段の羽根車の特性を損なうことがない、という
効果を生ずる。
That is, in the present invention, an airfoil-shaped guide vane is provided in the diff user, and the warp direction of the camber line of this vane is selected and attached in such a manner that the flow is directed in the radial direction, so that after leaving the vane, Since a considerable pressure increase is obtained and the flow direction is turned in the radial direction, if the fluid is immediately guided to the U-turn section and passed through the return flow path without increasing the diameter of the diffuser, the return flow can be reduced. Since the guide vanes can be designed to be short, a highly efficient flow path with low loss can be designed, the size of the casing can be made small, and the flow can be sufficiently aligned in the radial direction at the inner periphery. This produces the effect that the characteristics of the stage impeller are not impaired.

また、案内翼は、板状でなく、断面形状が翼形
をなしていることが好ましい。
Further, it is preferable that the guide vanes have an airfoil-like cross-sectional shape rather than a plate-like shape.

この理由は、 (1) ターボ機械では運転流量が広範囲に変るのが
一般であり、流量が変ると翼に入る流れの流入
角度が変化する。この場合翼前面で流れの衝突
が生じたり、又、翼面で流れが乱れたりする
が、流れをスムースにする為の翼型を使用すれ
ば、流入角に対して鈍感になり、流入角が変つ
ても翼面に沿つてスムースに流れる利点があ
る。
The reasons for this are: (1) In turbomachinery, the operating flow rate generally varies over a wide range, and when the flow rate changes, the inlet angle of the flow entering the blade changes. In this case, a collision of flows occurs at the front of the blade, and the flow is disturbed at the blade surface, but if an airfoil is used to smooth the flow, it becomes insensitive to the inflow angle, and the inflow angle becomes It has the advantage of flowing smoothly along the wing surface even if the airflow changes.

(2) 上述の理由で、翼面に沿つて流れがスムース
に流れるので、損失が最小に抑えられる。もし
薄い板状の案内羽根の場合は、流れの剥離等が
起き易く、損失も増える。
(2) For the reasons mentioned above, the flow flows smoothly along the blade surface, so losses are minimized. If the guide vanes are thin plate-shaped, flow separation is likely to occur and losses will increase.

(3) 壁面に沿う流れがスムースであるので、翼の
入口方向と出口方向のいわゆる転向角を大きく
とれ、その為に流れの減速作用が大きくなる。
それだけ昇圧が大きい。
(3) Since the flow along the wall is smooth, the so-called turning angle between the inlet and outlet directions of the blades can be made large, which increases the flow deceleration effect.
That's how big the boost is.

(4) 翼と翼の間の流れは、翼の背面と腹面とには
さまれた流れとなる。この場合、背面を通る流
れは流速が速く、腹面を通る流れは流速が殆ん
ど変らない。その結果流速の速くるなる背面側
の圧力は低くなり、腹面側を通る流れは圧力が
それよりも高いので、流れは点線の方向に圧力
の低い方へ向おうとする。この為、一般に流速
の速い流れは、慣性作用もあつて背面からはが
れようとして背面の終端部分では渦が生じる恐
れがあるが、これを点線の流れが押し戻すの
で、結果として渦は出来難い。つまり、剥離を
抑える効果がある。
(4) The flow between the wings is a flow sandwiched between the dorsal surface and the ventral surface of the wing. In this case, the flow rate through the dorsal surface is high, and the flow rate through the ventral surface hardly changes. As a result, the pressure on the back side where the flow rate is faster is lower, and the flow passing through the ventral side has a higher pressure, so the flow tends to move toward the lower pressure side in the direction of the dotted line. For this reason, in general, a flow with a high velocity may try to separate from the back surface due to inertia and create a vortex at the end of the back surface, but since the flow shown by the dotted line pushes this back, it is difficult to form a vortex. In other words, it has the effect of suppressing peeling.

このように翼型にすることにより、揚力作用の
影響(翼の腹面と背面に圧力差が著しく生じる現
象)によつて、却つて流れはスムーズに流れ、且
つ大きな転向角を与えることが可能になる。これ
によつて、短い区間で大きな減速効果を得られ、
それだけ圧力上昇が効果的に生ずることになる。
しかも、流量が広い範囲で変つても翼の上述した
効果は変らない利点がある。この点が、単に板状
のガイドベーンを利用するのとは、根本的に異つ
た効果を奏する。
By creating an airfoil shape like this, the flow flows smoothly due to the effect of lift (a phenomenon in which a significant pressure difference occurs between the ventral surface and the back surface of the wing), and it is possible to provide a large turning angle. Become. As a result, a large deceleration effect can be obtained in a short section,
This effectively increases the pressure accordingly.
Moreover, there is an advantage that the above-mentioned effects of the blades do not change even if the flow rate changes over a wide range. This point provides a fundamentally different effect from simply using a plate-shaped guide vane.

本発明は羽根車、デイフユーザ部、Uターン部
及び戻り流路を有する多段ターボ機械において、
前記デイフユーザ部に円周上等間隔に案内翼を配
置し、該案内翼の断面形状は、カンバー線の接線
の方向が、半径が大になるにつれて半径方向に近
づくように反りを持たせた翼型形状となし、かつ
該デイフユーザ部の出口部分の外径D2は、前記
羽根車の外径D1に対し、 D2=(1.2〜1.45)D1 であることを特徴とする多段ターボ機械である。
The present invention provides a multi-stage turbomachine having an impeller, a differential user section, a U-turn section, and a return passage.
Guide vanes are arranged at equal intervals on the circumference in the differential user part, and the cross-sectional shape of the guide vanes is warped so that the direction of the tangent to the camber line approaches the radial direction as the radius increases. A multi-stage turbomachine, characterized in that the outer diameter D 2 of the outlet portion of the differential user portion is D 2 =(1.2 to 1.45) D 1 with respect to the outer diameter D 1 of the impeller. It is.

本発明の実施例を図面を用いて説明する。第7
図及び第8図は2段の遠心圧縮機を示す。
Embodiments of the present invention will be described using the drawings. 7th
8 and 8 show a two-stage centrifugal compressor.

デイフユーザ部3の案内翼9は、翼型に製作さ
れ、しかも羽根車1を出た後の流れの旋回方向を
半径方向に転向させるように、カンバー線16の
接線方向が、半径が大になるにつれて半径方向に
近づくように反りが与えられている。
The guide vanes 9 of the differential user section 3 are manufactured in the shape of an airfoil, and the radius is large in the tangential direction of the camber line 16 so as to turn the swirling direction of the flow after leaving the impeller 1 in the radial direction. The curvature is applied so that it approaches the radial direction.

第7図、第8図のように構成された案内翼9の
形状と位置関係を更に詳細に第9図に示す。この
図で案内翼9は、弦の長さL(翼型の先端と後端
を直線で結んだ長さ)を有し、この弦は半径方向
と角8をなすように取り付けられている。一方、
第9図には、羽根車1の直径D1での流れの速度
ベクトルを記してあるが、uは羽根車1の外周速
度、cは羽根車1の外周から吐き出されるガスの
絶対速度を示す。cが半径方向となす角はαで示
されており、δはαよりも数度小さい目に取り付
けるように構成されている。
FIG. 9 shows the shape and positional relationship of the guide vanes 9 configured as shown in FIGS. 7 and 8 in more detail. In this figure, the guide vane 9 has a chord length L (the length obtained by connecting the tip and rear ends of the airfoil with a straight line), and this chord is attached so as to form an angle 8 with the radial direction. on the other hand,
In FIG. 9, the velocity vector of the flow at the diameter D 1 of the impeller 1 is shown, where u indicates the outer peripheral speed of the impeller 1 and c indicates the absolute velocity of the gas discharged from the outer circumference of the impeller 1. . The angle that c makes with the radial direction is designated α, and δ is configured to be attached to the eye several degrees smaller than α.

このように構成することにより、羽根車1を出
たガスの流れは翼面に沿つて流れる際に、揚力作
用の影響を受けて、翼の無い場合の旋回流れの方
向よりも、半径方向側に転向されることになり、
デイフユーザ面積の増加と相まつて非常に大きな
減速昇圧効果があることが確認されている。この
案内翼9は第8図、第9図では明瞭にカンバー線
16の接線方向が半径が大になるにつれて半径方
向に近づくように描かれているが、この効果は前
述したように流れを旋回流れから半径方向に転向
することにあり、このような効果を有する翼形状
であればカンバー線16の反りの如何によらずこ
の発明の範ちゆうに入る。
With this configuration, when the gas flow that exits the impeller 1 flows along the blade surface, it is influenced by the lifting force, and the gas flow is directed to the radial side rather than the direction of the swirling flow when there are no blades. will be transferred to
It has been confirmed that, together with an increase in the differential user area, there is a very large deceleration and boosting effect. The guide vanes 9 are clearly depicted in FIGS. 8 and 9 in such a way that the tangential direction of the camber line 16 approaches the radial direction as the radius increases, but this effect causes the flow to swirl as described above. The purpose is to divert the flow in the radial direction, and any blade shape that has this effect falls within the scope of the present invention, regardless of the curvature of the camber wire 16.

第9図において、案内翼9を出た直後のガスの
流れは速度ベクトルをv1で示され、又従来方式の
翼の無い場合のこの部分における流れの速度ベク
トルはv2で示されている。この二つの流れを、半
径方向と周方向という直角座標に記入したものが
第10図である。この図のv1とv2とは、半径方向
の速度成分v1″とv2″とが共に等しくvMである所か
ら、全く同一流量の場合を示している。即ち、案
内翼9の後端に位置する直径D3の流れ場におい
て、案内翼9によつて、より半径方向に近い方向
に転向された速度v1の方が、翼の無い場合の速度
v2よりも減速されていることは明らかである。別
の表現をすれば、流速のおそくなつた分だけ、圧
力は高くなるわけである。更に第10図で重要な
ことは、流れの旋回成分即ち、周方向の速度成分
v1′とv2′を比較すると、v2の方にはまだ大きな旋
回成分が残つていることが判る。
In Fig. 9, the velocity vector of the gas flow immediately after leaving the guide vane 9 is indicated by v 1 , and the velocity vector of the flow in this part without the conventional vane is indicated by v 2. . FIG. 10 shows these two flows plotted on rectangular coordinates in the radial direction and the circumferential direction. In this figure, v 1 and v 2 indicate the case where the flow rates are exactly the same since the velocity components v 1 '' and v 2 '' in the radial direction are both equal v M . That is, in a flow field with a diameter D 3 located at the rear end of the guide vane 9, the velocity v 1 that is turned in a direction closer to the radial direction by the guide vane 9 is higher than the velocity without the vane.
It is clear that the speed is slower than v 2 . In other words, the pressure increases as the flow rate decreases. Furthermore, what is important in Fig. 10 is the swirling component of the flow, that is, the velocity component in the circumferential direction.
Comparing v 1 ′ and v 2 ′, it can be seen that v 2 still has a large swirling component.

次にこれらの流れが、Uターン部4を通つて戻
り流路5に入る場合を第11図a及びbにより説
明する。
Next, the case where these flows enter the return channel 5 through the U-turn portion 4 will be explained with reference to FIGS. 11a and 11b.

戻り流路5には、通常案内羽根17が設けられ
ているが、この案内羽根17の役目は、前段のデ
イフユーザ部3から流入する周方向速度成分を持
つた旋回流を、軸中心に向う所の旋回の無い流れ
に整流することにある。この作用を第11図で説
明すると、案内羽根17はその外周部が、流れを
スムーズに迎え入れるように流れの方向に曲げら
れている。その先端が、半径方向となす角度をγ
とすると、流入する旋回流の周方向成分が大きい
程γは大きな角度となる。従来のものの如くこの
γが大きい場合の一例が第11図の案内羽根1
7′である。
The return flow path 5 is usually provided with a guide vane 17, and the role of this guide vane 17 is to direct the swirling flow having a circumferential velocity component flowing from the front-stage diff user section 3 toward the axial center. The goal is to rectify the flow without swirling. This effect will be explained with reference to FIG. 11. The outer peripheral portion of the guide vane 17 is bent in the direction of the flow so as to smoothly receive the flow. The angle that the tip makes with the radial direction is γ
Then, the larger the circumferential component of the inflowing swirling flow, the larger the angle γ becomes. An example of a case where this γ is large as in the conventional one is the guide vane 1 shown in Fig. 11.
It is 7'.

一般に従来の翼無しデイフユーザを持つたター
ボ機械の場合、D2/D1の比にもよるが、このγ
の値は約55〜65度であり、これを短い距離で流れ
の方向を中心に向けて転向させることは困難で、
案内羽根17′の場合図に示したように必然的に
大きな曲線部分を持つた羽根となり、中心に向う
直線部分18が短くなる。このことは次の段に吸
込まれるガスが全く旋回成分を持たないで流れる
ことは困難なことを示し、実際上はかなりの旋回
成分を残したまま羽根車1′に吸込まれることに
なる。遠心式や斜流式のターボ機械において、回
転する方向に旋回分を持つた流れを羽根車が吸込
むとヘツドが減少し、所要の圧力が達成できなく
なることは、理論的にも実験的にもよく知られて
いる。これを避ける為には、第11図に示した戻
り案内羽根17のように転向をできるだけ短く完
了して直線部分19を長くとることが得策であ
る。
In general, in the case of a conventional turbomachine with a differential bladeless user, this γ depends on the ratio of D 2 /D 1 .
The value of is approximately 55 to 65 degrees, which is difficult to turn the direction of flow toward the center over a short distance;
In the case of the guide vane 17', as shown in the figure, the vane inevitably has a large curved section, and the straight section 18 toward the center is short. This shows that it is difficult for the gas to be sucked into the next stage to flow without any swirling component; in reality, it will be sucked into the impeller 1' with a considerable swirling component remaining. . Both theoretically and experimentally, in centrifugal or mixed-flow turbomachinery, when the impeller sucks in a flow that has a swirl in the direction of rotation, the head decreases and the required pressure cannot be achieved. well known. In order to avoid this, it is a good idea to complete the turning as short as possible and make the straight portion 19 long, like the return guide vane 17 shown in FIG. 11.

本実施例においては、デイフユーザ部3の案内
翼9を逆向きに反らせることにより戻り流路5に
流入する流れの旋回成分を小にしたので角度γは
小にすることができ、計算による一例では案内羽
根17の場合γは45〜55度程度となり、その為に
戻り案内羽根17の直線部分19は、17′によ
うな従来例の直線部分18に比べて長くすること
ができ、殆んど旋回成分の無い流れを2段目羽根
車1′に送ることができる。これにより、2段目
の羽根車1′のヘツドも設計通り確保でき、且つ
戻り流路5の長さも短かくできるので、摩擦によ
る損失も減少する。
In this embodiment, the swirling component of the flow flowing into the return flow path 5 is reduced by bending the guide vanes 9 of the differential user section 3 in the opposite direction, so that the angle γ can be made small. In the case of the guide vane 17, γ is about 45 to 55 degrees, so the straight part 19 of the return guide vane 17 can be made longer than the straight part 18 of the conventional example such as 17', and almost A flow without swirling components can be sent to the second stage impeller 1'. As a result, the head of the second-stage impeller 1' can be secured as designed, and the length of the return passage 5 can also be shortened, so that losses due to friction are also reduced.

第11図aは、デイフユーザ部3を出る流れ
が、Uターン部4で折れ曲り、戻り流路5に入る
模様を速度ベクトルで表したもので、実線で示し
た速度ベクトルが本発明の実施例の構成により実
現した流れの方向であり、点線で示したベクトル
が従来の方法で減速した場合の流れの方向を示
す。この図のようにUターン部4では入る流れと
出る流れは半径方向に対して同じ角度βをなし、
この角βに合わせて戻り流路5の案内羽根6の入
口角度を設定することになる。この角βが小さい
と案内羽根6は流れを容易に半径方向に向けるこ
とができる。第11図のbで、羽根17はβの小
さい場合、17′はβの大きい流れの場合を示し、
旋回成分が大きく残つている従来の流れでは、β
が大きくなるので、案内羽根17′は、流れを半
径方向に向ける為に大きくわく曲させねばなら
ず、この為に、半径方向に向つて案内する翼の直
線部分18の長さが短くなり、流路長さが増すと
同時に十分に流れを半径方向に整流することが困
難となる。
FIG. 11a shows a velocity vector representing a pattern in which the flow exiting the differential user section 3 is bent at the U-turn section 4 and enters the return channel 5, and the velocity vector shown by the solid line is the embodiment of the present invention. This is the direction of flow realized by the configuration, and the vector indicated by the dotted line indicates the direction of flow when deceleration is performed using the conventional method. As shown in this figure, in the U-turn section 4, the incoming flow and the outgoing flow form the same angle β with respect to the radial direction.
The entrance angle of the guide vane 6 of the return flow path 5 is set in accordance with this angle β. If this angle β is small, the guide vanes 6 can easily direct the flow in the radial direction. In Fig. 11b, the blade 17 shows the case where β is small, and 17' shows the case where β is large,
In the conventional flow where a large swirling component remains, β
, the guide vanes 17' must be greatly curved in order to direct the flow in the radial direction, which reduces the length of the straight section 18 of the vane that guides in the radial direction. As the length of the flow path increases, it becomes difficult to sufficiently rectify the flow in the radial direction.

これに対して、本発明の実施例の構成によれ
ば、流れが案内羽根17の入口部分で、すでに従
来のものよりも半径方向に向いているので、曲線
部の流路長さが短くでき、その分直線部分19を
十分長くとることができるので流れの案内効果が
高く、次の段の羽根車1′に真直に流入させるこ
とができ、次段の性能が低下することがない。
On the other hand, according to the configuration of the embodiment of the present invention, the flow is already oriented in the radial direction at the inlet portion of the guide vane 17 than in the conventional configuration, so that the length of the flow path at the curved portion can be shortened. , since the straight portion 19 can be made sufficiently long, the flow guiding effect is high and the flow can flow straight into the impeller 1' of the next stage, without degrading the performance of the next stage.

即ち、ターボ機械では、羽根車の入口の流れ
が、回転方向の旋回成分を持つているとヘツドが
減少し、所要の圧力が達成できなくなる現象があ
るので、これを防ぐことにも効果があるわけであ
る。
In other words, in turbomachinery, if the flow at the inlet of the impeller has a swirling component in the direction of rotation, the head decreases and the required pressure cannot be achieved, so this is effective in preventing this. That's why.

以上は遠心式圧縮機について説明したが、本発
明はその他、斜流式のものにも、ブロワなどにも
適用できる。
Although a centrifugal compressor has been described above, the present invention can also be applied to a mixed flow type compressor, a blower, and the like.

本発明により、デイフユーザ部外径を小となし
てターボ機械全体の寸法を小となしかつ軽量とな
し、従来のものに比べ効率を向上することがで
き、しかも広い流量範囲に適用する多段ターボ機
械を提供することができ、実用上極めて大なる効
果を奏することができる。
According to the present invention, the outer diameter of the differential user part can be reduced to make the overall size of the turbomachine smaller and lighter, and the efficiency can be improved compared to conventional ones.Moreover, the multistage turbomachine can be applied to a wide flow rate range. can be provided, and can have extremely great practical effects.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来例の縦断面図、第2図は別の従来
例の縦断面図、第3図はそのA−A線横断面図、
第4図は外径比と圧力回復率との関係を示すグラ
フ、第5図は流量係数と圧力係数との関係を示す
グラフ、第6図は外径比と圧力係数比との関係を
示すグラフ、第7図は本発明の実施例の縦断面
図、第8図はそのB−B線横断面図、第9図はデ
イフユーザ案内翼の説明図、第10図はデイフユ
ーザ案内翼出口におけるベクトル比較図、第11
図aはUターン部の前後における流れのベクトル
比較図で左側は従来、右側は本発明の実施例、第
11図bは戻り流路の案内羽根比較図で左側は従
来、右側は本発明の実施例を示す。 1,1′……羽根車、2……ケーシング、3…
…デイフユーザ部、4……Uターン部、5……戻
り流路、6……案内羽根、7……吸込口、8,9
……案内翼、10……軸、11,11′……ラビ
リンスシール、12……ライナーリング、13…
…渦巻室、14……スペーサ、15……軸ナツ
ト、16……カンバー線、17……案内羽根、1
8,19……直線部分。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a conventional example, FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of another conventional example, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line A-A.
Figure 4 is a graph showing the relationship between outer diameter ratio and pressure recovery rate, Figure 5 is a graph showing the relationship between flow coefficient and pressure coefficient, and Figure 6 is a graph showing the relationship between outer diameter ratio and pressure coefficient ratio. Graph, FIG. 7 is a longitudinal sectional view of the embodiment of the present invention, FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line B-B, FIG. 9 is an explanatory diagram of the differential user guide vane, and FIG. 10 is a vector at the outlet of the differential user guide vane. Comparison diagram, 11th
Figure a is a comparison diagram of the flow vectors before and after the U-turn section, the left side is the conventional one, the right side is the embodiment of the present invention, and Figure 11b is a comparison diagram of the guide vanes of the return flow path, the left side is the conventional one, and the right side is the inventive embodiment. An example is shown. 1, 1'... impeller, 2... casing, 3...
... Difference user part, 4 ... U-turn part, 5 ... Return flow path, 6 ... Guide vane, 7 ... Suction port, 8, 9
...Guide vane, 10...Shaft, 11, 11'...Labyrinth seal, 12...Liner ring, 13...
...volute chamber, 14... spacer, 15... shaft nut, 16... camber wire, 17... guide vane, 1
8,19...straight line part.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 羽根車、デイフユーザ部、Uターン部及び戻
り流路を有する多段ターボ機械において、前記デ
イフユーザ部に円周上等間隔に案内翼を配置し、
該案内翼の断面形状は、カンバー線の接線の方向
が、半径が大になるにつれて半径方向に近づくよ
うに反りを持たせた翼型形状となし、かつ該デイ
フユーザ部の出口部分の外径D2は、前記羽根車
の外径D1に対し、 D2=(1.2〜1.45)D1 であることを特徴とする多段ターボ機械。
[Scope of Claims] 1. In a multi-stage turbomachine having an impeller, a differential user section, a U-turn section, and a return flow path, guide vanes are arranged at equal intervals on the circumference in the differential user section,
The cross-sectional shape of the guide vane is an airfoil shape that is curved so that the direction of the tangent to the camber line approaches the radial direction as the radius increases, and the outer diameter D of the outlet portion of the differential user portion 2 is a multi-stage turbomachine characterized in that, with respect to the outer diameter D1 of the impeller, D2 =(1.2 to 1.45) D1 .
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