JP2007247621A - Centrifugal fluid machine - Google Patents

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治雄 三浦
Hideo Nishida
秀夫 西田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent rotating stall in a centrifugal compressor for small flow rate high pressure usage. <P>SOLUTION: In the centrifugal compressor 100, a centrifugal impeller 3 is attached on a rotary shaft 2. A diffuser 8 part including vanes 13 between opposing two wall surfaces is formed in a downstream side of the centrifugal impeller. Many curved minute grooves 21 are formed on at least one of the opposing two surfaces with keeping intervals in a circumference direction. Depth of the curved grooves is preferably set to depth equivalent to thickness of a boundary layer growing between the opposing two wall surfaces. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、遠心流体機械に係り、特に高圧小流量の用途に好適な遠心圧縮機に関する。   The present invention relates to a centrifugal fluid machine, and more particularly to a centrifugal compressor suitable for high pressure and low flow rate applications.

従来の遠心流体機械の例が、非特許文献1に記載されている。この公知文献では、羽根なしディフューザを有する低比速度の遠心圧縮機の旋回失速を低減するために、小弦節比の羽根付きディフューザを羽根車径の1.03倍〜1.2倍の位置から下流側に配置している。この小弦節比ディフューザの羽根の弦節比は、0.68〜0.87である。   An example of a conventional centrifugal fluid machine is described in Non-Patent Document 1. In this known document, in order to reduce the rotational stall of a low specific speed centrifugal compressor having a vaneless diffuser, a vaned diffuser with a low chord ratio is positioned between 1.03 and 1.2 times the impeller diameter. It is arranged on the downstream side. The chord ratio of the vanes of this small chord ratio diffuser is 0.68 to 0.87.

西田 他、「遠心圧縮機の旋回失速に関する研究(第3報、旋回失速の抑制法)」、日本機械学会論文集(B編),第57巻第543号,第154頁〜第160頁、1991年11月Nishida et al., "Study on Rotating Stall of Centrifugal Compressor (3rd Report, Suppression Method of Rotating Stall)", Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers (B), Vol.57, No.543, pp.154-160, November 1991

上記非特許文献1に記載の遠心圧縮機では、小弦節比のディフューザ羽根を羽根車の近くに取り付けたことにより、小流量仕様ではディフューザ内の静圧回復効率が向上し、旋回失速も防止できるという効果が得られている。しかしながら、ディフューザ羽根を羽根車の出口に近づければ近づけるほど、羽根車の羽根枚数に起因する周期的な速度分布および圧力分布が、羽根車出口で大きな流体変動力となってディフューザ羽根に作用する。この流体変動力により、騒音の増加とディフューザ羽根の衝突損失が増加する。   In the centrifugal compressor described in Non-Patent Document 1, by installing a diffuser blade having a small chord joint ratio near the impeller, the static pressure recovery efficiency in the diffuser is improved in the small flow rate specification, and the rotation stall is also prevented. The effect of being able to be obtained is obtained. However, the closer the diffuser blade is to the impeller outlet, the more the periodic velocity distribution and pressure distribution due to the number of impeller blades acts on the diffuser blade as a large fluid fluctuation force at the impeller outlet. . This fluid fluctuation force increases noise and impact loss of the diffuser blades.

ところで、小流量で高圧仕様の遠心圧縮機では、高圧仕様であることと羽根車径に対する羽根車出口幅の割合が小さいので、ケーシング肉厚が相対的に厚く形成されている。また、ディフューザ羽根があると、ディフューザ羽根間において流体はディフューザ羽根に沿って流れるので、比較的摩擦損失が少ない状態で流れる。そのため、ディフューザ羽根での衝突に起因する騒音等については、あまり考慮されていなかった。しかしながら、ディフューザ羽根を羽根車出口に近づければ、旋回失速を回避できることが知られているから、さらに羽根車にディフューザ羽根を近づけることが望まれており、その場合、ディフユーザでの騒音が顕在化する恐れがある。   By the way, in the centrifugal compressor of a small flow rate and a high pressure specification, since the ratio of the impeller exit width with respect to the impeller diameter is small, the casing thickness is relatively thick. Also, if there are diffuser blades, fluid flows along the diffuser blades between the diffuser blades, and therefore flows with relatively little friction loss. For this reason, the noise caused by the collision with the diffuser blade has not been considered much. However, it is known that turning the diffuser blade closer to the impeller exit can avoid turning stall, and therefore it is desirable to further bring the diffuser blade closer to the impeller. There is a risk of becoming.

本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、遠心圧縮機において旋回失速を回避しながら、騒音の増大を防止することにある。本発明の他の目的は、ディフューザにおける圧力回復効率を高めながら、騒音の増大を防止することにある。   The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and an object thereof is to prevent an increase in noise while avoiding a rotating stall in a centrifugal compressor. Another object of the present invention is to prevent an increase in noise while increasing the pressure recovery efficiency in the diffuser.

上記目的を達成する本発明の特徴は、回転軸に遠心羽根車を取り付けた遠心流体機械において、遠心羽根車の下流側に周方向に間隔を置いて多数の曲線溝を形成したディフューザ部を配置したことにある。   A feature of the present invention that achieves the above object is that, in a centrifugal fluid machine having a centrifugal impeller attached to a rotating shaft, a diffuser portion in which a large number of curved grooves are formed at intervals in the circumferential direction on the downstream side of the centrifugal impeller. It is to have done.

そしてこの特徴において、ディフューザ部は対向する2つの壁面を有し、少なくとも一方の壁面に多数の曲線溝を形成するのがよく、山線溝は、遠心羽根車を出た流れがディフューザ部で生じる境界層の厚さのオーダーの深さであるのがよい。また、ディフューザ部は周方向に間隔を置いて多数配置されたベーンを有し、曲線溝はこのベーンと羽根車間に形成されているのがよい。   In this feature, the diffuser portion has two wall surfaces facing each other, and it is preferable to form a large number of curved grooves on at least one wall surface, and in the mountain line groove, the flow exiting the centrifugal impeller occurs in the diffuser portion. The depth should be on the order of the thickness of the boundary layer. Further, the diffuser portion may have a large number of vanes arranged at intervals in the circumferential direction, and the curved groove may be formed between the vane and the impeller.

上記目的を達成する本発明の他の特徴は、回転軸に遠心羽根車を取り付けた遠心流体機械において、遠心羽根車の下流側に対向する2壁面で形成されたディフューザ部を有し、このディフューザ部を形成する壁面に生じる境界層厚さと深さがほぼ同じであって流れ方向に湾曲した曲線溝を周方向に間隔をおいて多数形成したものである。   Another feature of the present invention that achieves the above object is a centrifugal fluid machine having a centrifugal impeller attached to a rotating shaft, and having a diffuser portion formed of two wall surfaces facing the downstream side of the centrifugal impeller. The boundary layer thickness and depth generated on the wall surface forming the section are substantially the same, and a large number of curved grooves curved in the flow direction are formed at intervals in the circumferential direction.

そしてこの特徴において、ディフューザ部は、周方向に間隔を置いて配置された複数のディフューザベーンを有し、遠心羽根車とディフューザベーンの間の羽根無し部の壁面に境界層厚さと深さがほぼ同じ曲線溝を備えるのがよく、ディフューザ部は、周方向に間隔を置いて配置された複数のディフューザベーンを有し、このディフューザベーンの下流の羽根無し部の壁面に、境界層厚さと深さがほぼ同じ曲線溝を備えてもよい。また、曲線溝は、ディフューザベーンが取り付けられた壁面に対向する壁面に形成されてもよく、ディフューザの流路幅が前記羽根車の半径の4%以下であり、このディフューザを形成する対向する壁面の少なくとも一方に曲線溝を形成してもよい。   And in this feature, the diffuser part has a plurality of diffuser vanes arranged at intervals in the circumferential direction, and the boundary layer thickness and depth are approximately on the wall surface of the vaneless part between the centrifugal impeller and the diffuser vane. The same curved groove should be provided, and the diffuser section has a plurality of diffuser vanes arranged at intervals in the circumferential direction, and the boundary layer thickness and depth are formed on the wall surface of the vaneless section downstream of the diffuser vane. May have substantially the same curved grooves. The curved groove may be formed on a wall surface facing the wall surface to which the diffuser vane is attached, and the flow path width of the diffuser is 4% or less of the radius of the impeller, and the facing wall surface forming the diffuser A curved groove may be formed in at least one of these.

本発明によれば、小流量高圧圧縮機の羽根車出口近傍に境界層程度の曲線溝を設けたので、ディフューザにおける圧力回復効率を高めながら、騒音増大を防止できる。また、旋回失速も回避できる。   According to the present invention, since the curved groove of the boundary layer is provided in the vicinity of the impeller outlet of the small flow high pressure compressor, it is possible to prevent an increase in noise while improving the pressure recovery efficiency in the diffuser. Moreover, turning stall can be avoided.

以下、本発明に係る遠心圧縮機の一実施例を、図面を用いて説明する。図4に、石油化学プラント等に用いられる高圧遠心圧縮機100を、縦断面図で示す。遠心圧縮機100は一軸多段の圧縮機で、1本の回転軸2に5枚の遠心羽根車3が取り付けられている。回転軸2の両端部にはラジアル軸受4が設けられており、ラジアル軸受4は半径方向荷重を支持する。一方のラジアル軸受4の近傍には、軸方向荷重を支持するスラスト軸受5が設けられている。回転軸2は、図示しないモータ等の駆動機で回転駆動される。   Hereinafter, an embodiment of a centrifugal compressor according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a high-pressure centrifugal compressor 100 used in a petrochemical plant or the like. The centrifugal compressor 100 is a single-shaft multi-stage compressor, and five centrifugal impellers 3 are attached to one rotating shaft 2. Radial bearings 4 are provided at both ends of the rotary shaft 2, and the radial bearings 4 support a radial load. In the vicinity of one radial bearing 4, a thrust bearing 5 for supporting an axial load is provided. The rotating shaft 2 is rotationally driven by a driving machine such as a motor (not shown).

各羽根車3の下流側である半径方向外方には、羽根付きまたは羽根なしディフューザ8が配置されており、羽根車3で圧縮された作動ガスの速度エネルギーを、圧力エネルギーに変換する。羽根付きディフューザ8の内周側である羽根車3の出口側には、詳細を後述する曲線溝が形成されている。ディフューザ8を出た作動ガスの流れは、断面U字型の流路を経てリターンチャンネル9内を半径方向内向きに流れる。   A vaned or vaneless diffuser 8 is arranged on the downstream side of each impeller 3 in the radial direction, and converts the velocity energy of the working gas compressed by the impeller 3 into pressure energy. On the outlet side of the impeller 3, which is the inner peripheral side of the vaned diffuser 8, a curved groove whose details will be described later is formed. The flow of the working gas exiting the diffuser 8 flows inward in the radial direction in the return channel 9 through a U-shaped cross section flow path.

初段羽根車3の吸い込み側には、半径方向の1箇所に吸込みノズル7が設けられている。最終段羽根車3のディフューザ8よりも下流側には、ディフューザ8を出た流れをまとめて機外に送り出すための吐出ノズルが設けられている。羽根車3および回転軸2,軸受4,5をケーシング1が収容している。なお、ディフューザ8とリターンチャンネル9は、本実施例ではダイヤフラム11,12により形成される。   A suction nozzle 7 is provided at one position in the radial direction on the suction side of the first stage impeller 3. On the downstream side of the diffuser 8 of the final stage impeller 3, there is provided a discharge nozzle for collectively sending the flow exiting the diffuser 8 to the outside of the apparatus. The casing 1 accommodates the impeller 3, the rotating shaft 2, and the bearings 4 and 5. The diffuser 8 and the return channel 9 are formed by diaphragms 11 and 12 in this embodiment.

このように構成した多段遠心圧縮機100では、吸込みノズル7から吸込まれた作動ガスは、羽根車3およびディフューザ8,リターンチャンネル9を有する圧縮段で複数回、本実施例では5回圧縮される。ただし、最終段はリターンチャンネル9を有していない。最終段のディフューザ8を出た流れは、吐出ノズル10から機外に吐出される。   In the multistage centrifugal compressor 100 configured as described above, the working gas sucked from the suction nozzle 7 is compressed a plurality of times in the compression stage having the impeller 3, the diffuser 8, and the return channel 9, and five times in this embodiment. . However, the last stage does not have the return channel 9. The flow exiting the final stage diffuser 8 is discharged from the discharge nozzle 10 to the outside of the apparatus.

図5に、本実施例に示す遠心圧縮機100の1枚の羽根車3部分の詳細を、縦断面図で示す。さらに図6に、図5のA−A断面を示す。この図6では、流れの関係も示している。回転軸2を駆動機が回転駆動すると、羽根車3から角運動量の形で作動流体にエネルギーが伝達される。   FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing details of one impeller 3 portion of the centrifugal compressor 100 shown in this embodiment. Further, FIG. 6 shows an AA cross section of FIG. FIG. 6 also shows a flow relationship. When the driving machine rotates the rotary shaft 2, energy is transmitted from the impeller 3 to the working fluid in the form of angular momentum.

このとき羽根車3内の作動流体は、ポテンシャルエネルギーが静圧上昇という形で上昇するとともに、運動エネルギーが速度エネルギーという形で上昇する。羽根車3から出た作動流体の速度エネルギーは、ディフューザ8内でさらに一部が静圧に変換される。作動流体は、リターンチャンネル9で徐々にラジアル方向の流れに流れ方向が転向され、次段の羽根車3の入口で軸方向を向いた流れになる。   At this time, the working fluid in the impeller 3 rises in the form of an increase in static energy and kinetic energy in the form of velocity energy. A part of the velocity energy of the working fluid exiting from the impeller 3 is further converted into static pressure in the diffuser 8. The working fluid is gradually redirected to a radial flow in the return channel 9, and flows in the axial direction at the inlet of the next stage impeller 3.

本実施例で示した一軸多段遠心圧縮機100では、ディフューザ8内の作動流体の流れに失速域(セル)が発生し、その失速セルが回転方向に旋回して圧力脈動やロータ振動過大の現象を生じる恐れがある。図5を用いて、その理由を説明する。図5において、uは周方向速度を、wは羽根車3に沿う相対流れ速度を、cは絶対流れ速度を、αは流れ角度を示す。添え字2は羽根車3の外周部を示し、添え字uは周方向速度成分を、添え字m2は半径方向速度成分を示す。羽根車3の半径はr2である。   In the single-shaft multistage centrifugal compressor 100 shown in the present embodiment, a stall region (cell) is generated in the flow of the working fluid in the diffuser 8, and the stalled cell swirls in the rotation direction to cause a phenomenon of pressure pulsation and excessive rotor vibration. May result. The reason will be described with reference to FIG. In FIG. 5, u is a circumferential speed, w is a relative flow speed along the impeller 3, c is an absolute flow speed, and α is a flow angle. The subscript 2 indicates the outer peripheral portion of the impeller 3, the subscript u indicates the circumferential speed component, and the subscript m2 indicates the radial speed component. The radius of the impeller 3 is r2.

羽根車3の出口では、羽根車3内に周方向に間隔を置いて配置された羽根3aにほぼ沿って流れる相対流れ速度w2と、羽根車3の出口周速u2で流れを表すことができる。この羽根車3の出ロ流れをベクトル合成すると絶対速度c2が得られ、作動流体は絶対速度c2でディフューザ8に流入する。羽根車3の出口での絶対速度c2は、半径方向流れ速度cm2と周方向速度cu2に分解できる。   At the outlet of the impeller 3, the flow can be expressed by a relative flow velocity w2 that flows substantially along the blade 3a that is disposed in the impeller 3 at intervals in the circumferential direction and an outlet peripheral velocity u2 of the impeller 3. . When the output flow of the impeller 3 is vector-combined, an absolute speed c2 is obtained, and the working fluid flows into the diffuser 8 at the absolute speed c2. The absolute velocity c2 at the exit of the impeller 3 can be decomposed into a radial flow velocity cm2 and a circumferential velocity cu2.

これより、ディフューザ8内の任意の半径位置rにおける作動流体の流れcuは、損失が無いものとするとエネルギー保存則を適用でき、角運動量一定の法則から、次式で表される。   Thus, the energy conservation law can be applied to the flow cu of the working fluid at an arbitrary radial position r in the diffuser 8 if there is no loss, and is expressed by the following equation from the law of constant angular momentum.

r×cu=r2×cu2……(1)
同様に、ディフューザ8内の半径方向速度cmと絶対速度cにもエネルギー保存則を適用すると、半径方向速度cmおよび絶対速度cは、半径方向長さに応じて小さくなる。ディフューザ8の流路幅と羽根車3の出口流路幅を同じに設定すれば、流れ角αは変化しない。
r × cu = r2 × cu2 (1)
Similarly, when the energy conservation law is applied to the radial velocity cm and the absolute velocity c in the diffuser 8, the radial velocity cm and the absolute velocity c are reduced according to the radial length. If the channel width of the diffuser 8 and the outlet channel width of the impeller 3 are set to be the same, the flow angle α does not change.

ディフューザ8内では、作動流体が外径方向に流れるにしたがって絶対速度wが減速し、減速分が静圧上昇に変換される。流れが減速すると減速損失が生じ、静圧回復は上記式(1)に基づいて求めた値ほど大きくはならない。しかし、流れ方向に向かって圧力が上昇するので、作動流体の流れにとっては逆圧力勾配が生じている。   In the diffuser 8, the absolute speed w is reduced as the working fluid flows in the outer diameter direction, and the amount of deceleration is converted into an increase in static pressure. When the flow is decelerated, a deceleration loss occurs, and the static pressure recovery is not as great as the value obtained based on the above equation (1). However, since the pressure increases in the flow direction, a reverse pressure gradient is generated for the flow of the working fluid.

小流量の圧縮機100では、羽根車3やディフューザ8の流路幅は小さい。その結果、ディフューザ8内における作動流体の流れでは、主流に及ぼす境界層の影響が大きい。流量が少ないので、流量に関係する流れの半径方向速度成分cm2も小さくなりがちである。その場合、ディフューザ8の流れ角αが小さくなる。   In the compressor 100 with a small flow rate, the flow path widths of the impeller 3 and the diffuser 8 are small. As a result, in the flow of the working fluid in the diffuser 8, the influence of the boundary layer on the main flow is large. Since the flow rate is small, the radial velocity component cm2 of the flow related to the flow rate tends to be small. In that case, the flow angle α of the diffuser 8 becomes small.

この小流量圧縮機100では、ディフューザ8の壁面近傍で壁面摩擦により流れの半径方向速度成分cmが低下する。そして作動流体の流れの速度低下が続くと、作動流体は半径方向の逆圧力勾配に耐えることができず、逆流し始める。これが、失速セルの発生原因である。失速セルが生じると、ディフューザ8における有効な流路面積が減少し、作動流体の平均流速が上昇する。この結果、失速セル部以外の健全部では、作動流体の流れが安定する。   In this small flow rate compressor 100, the radial velocity component cm of the flow is reduced by the wall friction in the vicinity of the wall surface of the diffuser 8. And if the flow velocity of the working fluid continues to decrease, the working fluid cannot withstand the reverse radial pressure gradient and starts to flow backward. This is the cause of the stalled cell. When a stall cell occurs, the effective flow area in the diffuser 8 decreases, and the average flow rate of the working fluid increases. As a result, the flow of the working fluid is stabilized in the healthy part other than the stalled cell part.

回転軸2が回転する方向に失速セルが移動するときは、失速セルが通過した側では、作動流体の流れ角αが大きくなり、ディフューザ8内で流れの静圧回復が進む。一方、失速セルが進む方向では、作動流体の流れ角αが小さくなり、流れは増速して静圧回復が小さくなる。失速セルが回転軸2の回転方向に旋回すると、ディフューザ8内の静圧分布が軸対称分布からそれるので、回転軸2および羽根車3を有する回転体に対して不均一な力の外力が発生する。この外力は、回転体に強制振動を誘起する恐れがある。   When the stall cell moves in the direction in which the rotating shaft 2 rotates, the flow angle α of the working fluid increases on the side where the stall cell passes, and the static pressure recovery of the flow proceeds in the diffuser 8. On the other hand, in the direction in which the stall cell advances, the flow angle α of the working fluid decreases, the flow increases, and the static pressure recovery decreases. When the stall cell turns in the rotation direction of the rotating shaft 2, the static pressure distribution in the diffuser 8 deviates from the axially symmetric distribution, so that an external force of non-uniform force is applied to the rotating body having the rotating shaft 2 and the impeller 3. appear. This external force may induce forced vibration in the rotating body.

そこで、図1に示すようにいわゆる曲線溝を、ディフューザ8の入ロ流れ角がほぼ100以下となる羽根車3の出口側に設けている。図1は、図5のA−A断面図に相当する図であり、ディフューザ8が羽根付きディフューザ8の例である。ディフューザ8内で速度エネルギーを圧カエネルギーに効率的に変換するために、ディフューザ8には周方向に間隔を置いて複数のベーン13が配置されている。ベーン13の出口の流れ角αは、ベーン
13の入口の流入角α2よりも大きい。ディフューザ8の流路内で、作動流体の流れの通過長さを短くし、摩擦損失を低減している。
Therefore, as shown in FIG. 1, a so-called curved groove is provided on the outlet side of the impeller 3 where the inlet flow angle of the diffuser 8 is approximately 100 or less. FIG. 1 is a view corresponding to the AA cross-sectional view of FIG. 5, and the diffuser 8 is an example of the vaned diffuser 8. In order to efficiently convert velocity energy into pressure energy in the diffuser 8, a plurality of vanes 13 are arranged in the diffuser 8 at intervals in the circumferential direction. The flow angle α at the outlet of the vane 13 is larger than the inflow angle α2 at the inlet of the vane 13. Within the flow path of the diffuser 8, the flow length of the working fluid is shortened to reduce friction loss.

ディフューザ8の流路入口からベーン13入口までは、羽根無しディフューザが形成されている。この羽根無しディフューザの壁面に、羽根車3の出ロにおける流れ角αとほぼ同じ入口角度を有し、上記式(1)で表される角運動量一定の線に沿った螺旋溝21を多数形成する。この溝21の大きさは、ほぼ境界層の厚さと同じであり、おおよそ0.01
mmから0.1mm程度である。また、螺旋溝21は周方向に間隔を置いて形成されている。
A vaneless diffuser is formed from the flow path inlet of the diffuser 8 to the vane 13 inlet. A large number of spiral grooves 21 are formed on the wall surface of the vaneless diffuser having the same entrance angle as the flow angle α at the exit of the impeller 3 and along the constant angular momentum line represented by the above formula (1). To do. The size of the groove 21 is almost the same as the thickness of the boundary layer, and is approximately 0.01.
From mm to 0.1 mm. The spiral grooves 21 are formed at intervals in the circumferential direction.

羽根車3の出口部に螺旋溝21を形成したので、壁面摩擦が低減されるとともに摩擦損失が低減される。この螺旋溝21は、ディフューザ8の壁面に生じる乱流境界層を安定化させ、剥離も防止する。これにより、ディフューザ8のベーン13の入ロ径を、羽根車出口に近づけることができ、羽根車8の羽根枚数ごとに生じる圧力変動や速度変動した流れが、ディフューザ8のベーン13に衝突する際に発生する脈動や振動,騒音を低減できる。   Since the spiral groove 21 is formed at the outlet of the impeller 3, the wall surface friction is reduced and the friction loss is reduced. The spiral groove 21 stabilizes the turbulent boundary layer generated on the wall surface of the diffuser 8 and prevents separation. Thereby, the entrance diameter of the vane 13 of the diffuser 8 can be brought close to the exit of the impeller 8, and the pressure fluctuation or the speed fluctuation flow generated for each number of blades of the impeller 8 collides with the vane 13 of the diffuser 8. Can reduce pulsation, vibration and noise.

なお、上記実施例では螺旋溝21をディフューザ8の流路を形成する壁面の一方側に設けたが、両壁面に設けてもよい。ディフューザ8のベーン13を形成する壁に対向する壁面に螺旋溝21を設けるようにすれば、加工が容易になる。   In the above embodiment, the spiral groove 21 is provided on one side of the wall surface forming the flow path of the diffuser 8, but it may be provided on both wall surfaces. If the spiral groove 21 is provided on the wall surface facing the wall forming the vane 13 of the diffuser 8, the processing becomes easy.

本発明に係る遠心圧縮機100に用いる流れ安定手段の他の例を、図2に横断面図で示す。本実施例では、ディフューザ8のベーン13出口に形成したベーン無しディフューザ8部に、ベーン13の出口における流れ角αを保持した螺旋形の溝を設けている。本実施例によれば、羽根無しディフューザ8流路における摩擦損失が低減され、剥離の発生を抑制できる。   Another example of the flow stabilizing means used in the centrifugal compressor 100 according to the present invention is shown in a cross-sectional view in FIG. In this embodiment, a non-vane diffuser 8 formed at the outlet of the vane 13 of the diffuser 8 is provided with a spiral groove that maintains the flow angle α at the outlet of the vane 13. According to this embodiment, the friction loss in the vaneless diffuser 8 flow path is reduced, and the occurrence of peeling can be suppressed.

本実施例では、ディフューザ8を形成する対向する両壁面に螺旋形溝を形成したが、ディフューザ8のベーン13が形成されていない壁面にだけ螺旋溝を形成してもよい。また、図3に示すように、ディフューザ8を羽根無しディフューザとし、羽根車3の出口部から半径方向外方に、流れ角αが一定になる多数の螺旋溝を、間隔を置いて形成してもよい。   In this embodiment, the spiral grooves are formed on the opposing wall surfaces forming the diffuser 8, but the spiral grooves may be formed only on the wall surface of the diffuser 8 where the vanes 13 are not formed. Further, as shown in FIG. 3, the diffuser 8 is a vaneless diffuser, and a large number of spiral grooves having a constant flow angle α are formed at intervals from the outlet of the impeller 3 in the radial direction. Also good.

なお、羽根無しディフューザ8の流路幅を羽根車3の半径で除した値が、ほぼ4%以下となる場合には、ディフューザ8の流路入口から半径方向外方に延びる曲線溝を形成してもよい。この曲線溝は、ディフューザ8の流路壁面に生じる境界層の厚さと同程度の深さを有し、主流の流れ方向に沿うようにする。   When the value obtained by dividing the flow path width of the vaneless diffuser 8 by the radius of the impeller 3 is approximately 4% or less, a curved groove extending radially outward from the flow path inlet of the diffuser 8 is formed. May be. The curved groove has a depth approximately equal to the thickness of the boundary layer formed on the flow path wall surface of the diffuser 8 and extends along the mainstream flow direction.

曲線溝は、ディフューザ8における摩擦損失を低減するとともに、乱流境界層を安定化させる。その結果、ディフューザ8にベーン13を形成しなくとも、ディフューザ8の流路幅を羽根車3の出口幅よりも狭めて流れ角αを大きくすることが可能になり、ディフューザ8内での失速を回避できる。   The curved groove reduces friction loss in the diffuser 8 and stabilizes the turbulent boundary layer. As a result, even if the vane 13 is not formed in the diffuser 8, the flow passage width of the diffuser 8 can be made narrower than the exit width of the impeller 3, and the flow angle α can be increased. Can be avoided.

上記各実施例に示したように、羽根車3の出口側に設けられるディフューザ8部に周方向に間隔を置いて多数の螺旋溝または曲線溝を形成すると、羽根付きディフューザ8のベーン13の入口側を羽根車3の出口に近づけることができる。図7に、横軸にディフューザ8の流路幅を、縦軸にディフューザ8での逆流開始位置を、それぞれ羽根車3の半径で除して正規化した実験結果を示す。   As shown in the above embodiments, when a number of spiral grooves or curved grooves are formed in the diffuser 8 provided on the outlet side of the impeller 3 at intervals in the circumferential direction, the inlet of the vane 13 of the vaned diffuser 8 is formed. The side can be brought close to the exit of the impeller 3. FIG. 7 shows experimental results obtained by normalizing the horizontal axis by dividing the flow path width of the diffuser 8 and the vertical axis by dividing the backflow start position in the diffuser 8 by the radius of the impeller 3.

羽根なしディフューザ8での逆流開始試験結果は、線rrev/r2であり、この線より下側にディフューザ8のベーン13を取り付けると、逆流は発生しない。図中○印は、もし羽根無しディフューザを用いていると逆流が発生していた条件であるが、○印に示した位置にベーン13の入口を設けたので、逆流が抑制されている。   The backflow start test result in the vaneless diffuser 8 is a line rrev / r2, and when the vane 13 of the diffuser 8 is attached below the line, no backflow occurs. In the figure, a circle mark is a condition in which a reverse flow is generated if a vaneless diffuser is used. However, since the inlet of the vane 13 is provided at the position indicated by the circle mark, the reverse flow is suppressed.

ディフューザ8のベーン13を羽根車3に近づけると衝突損失が増えたり、騒音が増えたりするので、取り付け半径位置を羽根車3の半径のほぼ1.1 倍以上にしてそれらの発生を回避するが、小流量高圧圧縮機ではディフューザ8のベーン13位置を羽根車3に近づけて、旋回失速の発生を防止できる。また、小流量高圧圧縮機ではディフューザ8の流路入口からベーン13の入口までの僅かな距離の間でも、壁面摩擦の影響により流れが剥離することが分かる。したがって、螺旋溝または曲線溝を形成して、羽根付きディフューザ8のベーン13の入口側を羽根車3の出口に近づけることは、このような観点からも有効である。   If the vane 13 of the diffuser 8 is brought close to the impeller 3, collision loss increases and noise increases. Therefore, the installation radius position is set to about 1.1 times the radius of the impeller 3 to avoid them. In the small-flow high-pressure compressor, the vane 13 position of the diffuser 8 can be brought close to the impeller 3 to prevent the rotation stall. Further, it can be seen that in the small flow rate and high pressure compressor, the flow is separated due to the influence of wall surface friction even during a short distance from the flow path inlet of the diffuser 8 to the inlet of the vane 13. Therefore, it is also effective from this point of view to form a spiral groove or a curved groove and bring the inlet side of the vane 13 of the vaned diffuser 8 closer to the outlet of the impeller 3.

本発明に係るディフューザの一実施例の横断面図。The cross-sectional view of one embodiment of the diffuser according to the present invention. 本発明に係るディフューザの他の実施例の横断面図。The cross-sectional view of another embodiment of the diffuser according to the present invention. 本発明に係るディフューザのさらに他の実施例の横断面図。The cross-sectional view of the further another Example of the diffuser which concerns on this invention. 本発明に係る多段遠心圧縮機の一実施例の縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of one Example of the multistage centrifugal compressor which concerns on this invention. 図4に示した多段遠心圧縮機の部分縦断面図。The fragmentary longitudinal cross-section of the multistage centrifugal compressor shown in FIG. 図4のA−A断面図であり、流れを説明する図。It is AA sectional drawing of FIG. 4, and is a figure explaining a flow. ディフューザの入口位置と逆流との関係を説明する図。The figure explaining the relationship between the inlet position of a diffuser, and a backflow.

符号の説明Explanation of symbols

1…ケーシング、2…回転軸、3…羽根車、3a…羽根、4…ラジアル軸受、5…スラスト軸受、6…軸封装置、7…吸込みノズル、8…ディフューザ、9…リターンチャンネル、10…吐出ノズル、11…前側ダイヤフラム、12…後側ダイヤフラム、13…ディフューザベーン、21〜23…微小溝、100…圧縮機。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Casing, 2 ... Rotating shaft, 3 ... Impeller, 3a ... Blade, 4 ... Radial bearing, 5 ... Thrust bearing, 6 ... Shaft seal device, 7 ... Suction nozzle, 8 ... Diffuser, 9 ... Return channel, 10 ... Discharge nozzle, 11 ... front diaphragm, 12 ... rear diaphragm, 13 ... diffuser vane, 21-23 ... minute groove, 100 ... compressor.

Claims (9)

回転軸に遠心羽根車を取り付けた遠心流体機械において、前記遠心羽根車の下流側に周方向に間隔を置いて多数の曲線溝を形成したディフューザ部を配置したことを特徴とする遠心流体機械。   A centrifugal fluid machine having a centrifugal impeller attached to a rotating shaft, wherein a diffuser portion having a plurality of curved grooves formed at intervals in the circumferential direction is disposed downstream of the centrifugal impeller. 前記ディフューザ部は対向する2つの壁面を有し、少なくとも一方の壁面に前記多数の曲線溝を形成したことを特徴とする請求項1に記載の遠心流体機械。   2. The centrifugal fluid machine according to claim 1, wherein the diffuser portion has two opposing wall surfaces, and the multiple curved grooves are formed on at least one of the wall surfaces. 前記曲線溝は、前記遠心羽根車を出た流れがディフューザ部で生じる境界層の厚さのオーダーの深さであることを特徴とする請求項1に記載の遠心流体機械。   2. The centrifugal fluid machine according to claim 1, wherein the curved groove has a depth on the order of the thickness of a boundary layer in which a flow exiting the centrifugal impeller is generated in a diffuser portion. 前記ディフューザ部は周方向に間隔を置いて多数配置されたベーンを有し、前記曲線溝はこのベーンと前記羽根車間に形成されていることを特徴とする請求項2に記載の遠心流体機械。   The centrifugal fluid machine according to claim 2, wherein the diffuser portion includes a plurality of vanes arranged at intervals in a circumferential direction, and the curved groove is formed between the vane and the impeller. 回転軸に遠心羽根車を取り付けた遠心流体機械において、前記遠心羽根車の下流側に、対向する2壁面で形成されたディフューザ部を有し、このディフューザ部を形成する壁面に生じる境界層厚さと深さがほぼ同じであって流れ方向に湾曲した曲線溝を周方向に間隔をおいて多数形成したことを特徴とする遠心流体機械。   In a centrifugal fluid machine having a centrifugal impeller attached to a rotating shaft, a downstream portion of the centrifugal impeller has a diffuser portion formed by two opposing wall surfaces, and a boundary layer thickness generated on the wall surface forming the diffuser portion A centrifugal fluid machine characterized in that a large number of curved grooves having substantially the same depth and curved in the flow direction are formed at intervals in the circumferential direction. 前記ディフューザ部は、周方向に間隔を置いて配置された複数のディフューザベーンを有し、前記遠心羽根車とディフューザベーンの間の羽根無し部の壁面に、境界層厚さと深さがほぼ同じ曲線溝を備えたことを特徴とする請求項5に記載の遠心流体機械。   The diffuser portion has a plurality of diffuser vanes arranged at intervals in the circumferential direction, and a boundary layer thickness and depth are substantially the same on the wall surface of the vaneless portion between the centrifugal impeller and the diffuser vane. The centrifugal fluid machine according to claim 5, further comprising a groove. 前記ディフューザ部は、周方向に間隔を置いて配置された複数のディフューザベーンを有し、このディフューザベーンの下流の羽根無し部の壁面に、境界層厚さと深さがほぼ同じ曲線溝を備えたことを特徴とする請求項5に記載の遠心流体機械。   The diffuser portion has a plurality of diffuser vanes arranged at intervals in the circumferential direction, and a wall surface of a bladeless portion downstream of the diffuser vane is provided with a curved groove having substantially the same boundary layer thickness and depth. The centrifugal fluid machine according to claim 5. 前記曲線溝は、前記ディフューザベーンが取り付けられた壁面に対向する壁面に形成したことを特徴とする請求項6または7に記載の遠心流体機械。   The centrifugal fluid machine according to claim 6 or 7, wherein the curved groove is formed on a wall surface facing a wall surface to which the diffuser vane is attached. 前記ディフューザの流路幅が前記羽根車の半径の4%以下であり、このディフューザを形成する対向する壁面の少なくとも一方に曲線溝を形成したことを特徴とする請求項5に記載の遠心流体機械。
6. The centrifugal fluid machine according to claim 5, wherein a flow path width of the diffuser is 4% or less of a radius of the impeller, and a curved groove is formed on at least one of opposing wall surfaces forming the diffuser. .
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170141222A (en) * 2015-04-30 2017-12-22 컨셉츠 엔알이씨, 엘엘씨 Biased passages in the diffuser and corresponding methods for designing such diffusers
CN114321016A (en) * 2021-12-28 2022-04-12 上海智能网联汽车技术中心有限公司 Two-dimensional zigzag groove device similar to sharkskin

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170141222A (en) * 2015-04-30 2017-12-22 컨셉츠 엔알이씨, 엘엘씨 Biased passages in the diffuser and corresponding methods for designing such diffusers
JP2018514691A (en) * 2015-04-30 2018-06-07 コンセプツ エヌアールイーシー,エルエルシー Deflection passages in the diffuser and corresponding methods for designing such diffusers
US10774842B2 (en) 2015-04-30 2020-09-15 Concepts Nrec, Llc Biased passages for turbomachinery
JP2021050739A (en) * 2015-04-30 2021-04-01 コンセプツ エヌアールイーシー,エルエルシー Biased passage in diffuser and corresponding method for designing such a diffuser
JP7319245B2 (en) 2015-04-30 2023-08-01 コンセプツ エヌアールイーシー,エルエルシー Deflection passages in diffusers and corresponding methods of designing such diffusers
KR102586852B1 (en) * 2015-04-30 2023-10-06 컨셉츠 엔알이씨, 엘엘씨 Biased passages in a diffuser and corresponding method for designing such a diffuser
KR20230145613A (en) * 2015-04-30 2023-10-17 컨셉츠 엔알이씨, 엘엘씨 Biased passages for turbomachinery
KR102710184B1 (en) * 2015-04-30 2024-09-26 컨셉츠 엔알이씨, 엘엘씨 Biased passages for turbomachinery
CN114321016A (en) * 2021-12-28 2022-04-12 上海智能网联汽车技术中心有限公司 Two-dimensional zigzag groove device similar to sharkskin
CN114321016B (en) * 2021-12-28 2024-01-09 上海智能网联汽车技术中心有限公司 Two-dimensional serrated groove device similar to shark skin

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