JP2008303854A - Centrifugal compressor and method of operating centrifugal compressor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、遠心圧縮機、及び遠心圧縮機の運転方法に関するものである。 The present invention relates to a centrifugal compressor and a method for operating the centrifugal compressor.
遠心圧縮機は、流入して来た気体をインペラの回転軸の遠心方向に90°偏向させ、インペラの下流部に設けたディフューザで圧力を高める方式の圧縮機である。また、遠心圧縮機は高圧を必要とする場合には、一本の軸に多数の羽根車を取り付けた多段式のものが用いられる。
一般に遠心圧縮機は、上記羽根車の数によらず、効率向上及び出力向上を目的として中間冷却が行われている。下記の特許文献1には多段式遠心圧縮機にて中間冷却を行う場合の構成が開示されている。この構成では、インペラ下流のディフューザ内に冷却水噴射ノズルを設け、このノズルから冷却水を噴射することで中間冷却が行われる。
In general, the centrifugal compressor is subjected to intermediate cooling for the purpose of improving efficiency and improving output regardless of the number of impellers. The following
ところで、上記構成の遠心圧縮機はディフューザにて圧縮された気体が高温となり、インペラの下流側が高温に曝され、インペラの温度上昇を招く。しかしながら、上記文献に開示された構成では、インペラ下流のディフューザ内に冷却水が噴射されるため、この冷却水は上述したインペラの温度を低下させることに寄与しない。すなわち、上記従来技術では、インペラの温度が高温になることでインペラの機械的強度が低下し、信頼性が低下するおそれがあった。 By the way, in the centrifugal compressor having the above-described configuration, the gas compressed by the diffuser becomes a high temperature, and the downstream side of the impeller is exposed to a high temperature, which causes the impeller to rise in temperature. However, in the configuration disclosed in the above document, since cooling water is injected into the diffuser downstream of the impeller, this cooling water does not contribute to lowering the temperature of the impeller described above. That is, in the above-described prior art, there is a possibility that the mechanical strength of the impeller is lowered due to the high temperature of the impeller, and the reliability is lowered.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、インペラの温度上昇を抑制することで機械的強度を向上させ、高い信頼性を備える、遠心圧縮機、及び遠心圧縮機の運転方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such circumstances, and improves the mechanical strength by suppressing the temperature rise of the impeller, and has a high reliability, and a method of operating the centrifugal compressor The purpose is to provide.
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。
本発明の遠心圧縮機は、回転軸に複数の羽根が設けられ、前記回転軸が回転することにより気体を導くインペラと、該インペラを囲むように設けられ、前記回転軸上流方向に延びて前記気体の吸込口を形成するシュラウド壁を含むハウジングと、を備えた遠心圧縮機において、前記シュラウド壁のうち前記インペラの中腹部に対応する位置に開口部が形成され、該開口部から液滴が噴霧されることを特徴とする。
The present invention employs the following configuration in order to solve the above problems.
The centrifugal compressor of the present invention is provided with a plurality of blades on a rotating shaft, an impeller that guides gas when the rotating shaft rotates, and is provided so as to surround the impeller, and extends in the upstream direction of the rotating shaft, and And a housing including a shroud wall that forms a gas suction port, and an opening is formed at a position corresponding to a middle part of the impeller in the shroud wall, and droplets are generated from the opening. It is sprayed.
また、上記遠心圧縮機においては、前記開口部は、前記気体が流れる上流側から下流側に向かって形成される構成とするのが望ましい。 In the centrifugal compressor, it is desirable that the opening is formed from the upstream side through which the gas flows toward the downstream side.
また、上記遠心圧縮機においては、前記シュラウド壁は、回転軸の方向からの断面視略円形形状に形成されており、該シュラウド壁の周方向に沿って、複数の前記開口部は均等に配置されるのが望ましい。 In the centrifugal compressor, the shroud wall is formed in a substantially circular shape in a sectional view from the direction of the rotation axis, and the plurality of openings are evenly arranged along the circumferential direction of the shroud wall. It is desirable to be done.
また、上記遠心圧縮機においては、前記開口部は、前記羽根の回転により生じる前記気体の流れに沿うように前記シュラウド壁に形成される構成とするのが望ましい。 In the centrifugal compressor, it is desirable that the opening is formed in the shroud wall so as to follow the gas flow generated by the rotation of the blades.
本発明の遠心圧縮機の運転方法は、回転軸に複数の羽根が設けられ、前記回転軸が回転することにより気体を導くインペラと、該インペラを囲むように設けられ、前記回転軸上流方向に延びて前記気体の吸込口を形成するシュラウド壁を含むハウジングと、を備えた遠心圧縮機の運転方法において、前記インペラの回転時に、前記シュラウド壁のうち前記羽根の中腹部に対向する位置に形成された開口部から液滴を噴霧することを特徴とする。 In the operation method of the centrifugal compressor of the present invention, the rotating shaft is provided with a plurality of blades, the impeller that guides the gas by rotating the rotating shaft, the surrounding impeller, and the upstream direction of the rotating shaft. A housing including a shroud wall extending to form the gas suction port, and a method of operating the centrifugal compressor, wherein the shroud wall is formed at a position facing a middle part of the blade during rotation of the impeller. The liquid droplets are sprayed from the formed opening.
本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
インペラによる気体の流動過程にて、気体の温度が上昇した際に気体中に混合された噴霧状の液滴が蒸発した際の蒸発潜熱により下流に向かう気体中から熱が奪われ、これによってインペラの温度上昇を抑制することができる。また、インペラの中腹部に噴霧された液滴はインペラの羽根に対して速度が抑えられたものとなる。さらに、噴霧によって液滴が微細化されるので気体中に液滴が混合された際に羽根にダメージが及ぶことが無くなり、所謂ドレンエロージョンが防止されたものとなる。したがって、気体の流動過程に伴う圧縮工程に起因するインペラの温度上昇を良好に防止でき、インペラの機械的強度を向上させ高信頼性なものとなる。
According to the present invention, the following effects can be obtained.
During the gas flow process by the impeller, when the temperature of the gas rises, heat is taken away from the gas going downstream by the latent heat of vaporization when the spray droplets mixed in the gas evaporate. Temperature rise can be suppressed. Moreover, the droplet sprayed on the middle part of the impeller has a reduced speed with respect to the impeller blades. Further, since the droplets are refined by spraying, the blades are not damaged when the droplets are mixed in the gas, and so-called drain erosion is prevented. Therefore, the temperature rise of the impeller resulting from the compression process accompanying the gas flow process can be satisfactorily prevented, and the mechanical strength of the impeller is improved and high reliability is achieved.
以下、本発明の遠心圧縮機、及び遠心圧縮機の運転方法の位置実施形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の遠心圧縮機の一実施形態を示す要部断面図であり、図2はインペラ(羽根車)の概略斜視図であり、図3はインペラ及びインペラを収容するシュラウド壁をインペラの回転軸方向から視た概略断面構成図である。 Hereinafter, the position embodiment of the centrifugal compressor of this invention and the operating method of a centrifugal compressor is demonstrated with reference to drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part showing an embodiment of a centrifugal compressor of the present invention, FIG. 2 is a schematic perspective view of an impeller (impeller), and FIG. 3 shows an impeller and a shroud wall that accommodates the impeller It is the general | schematic cross-section block diagram seen from the rotating shaft direction.
図1に示すように、遠心圧縮機Sは、インペラ(羽根車)1と、インペラ1を囲むように設けられたシュラウド壁12を含むハウジング10とを備えている。
As shown in FIG. 1, the centrifugal compressor S includes an impeller (impeller) 1 and a
また、図1,図2に示すように、インペラ1は、所定の軸線Oまわりに回転可能に設けられた回転軸2と、回転軸2(軸線O)を基準として放射状に配置された複数の羽根3を有している。羽根3を備えたインペラ1は軸線Oまわりに回転する。羽根3は、軸線O(回転軸2)まわりに等間隔で複数設けられている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図1に示すように、シュラウド壁12はインペラ1の羽根3に対して外側に設けられており、軸線O方向上流側に向けて延びるように形成されている。そして、シュラウド壁12は軸線O方向上流側に延びることにより吸込口14を形成している。また、ハウジング10の下流側にはディフューザ部16及びディフューザ部16に接続するスクロール状の圧縮流路17が形成されている。
As shown in FIG. 1, the
インペラ1は、不図示のタービンの羽根車に軸を介して連結され、エンジンの排気によってタービンの羽根車が回転することにより軸を介して回転する。そして、インペラ1が回転することにより、吸込口14からの吸気を圧縮してエンジンに吸気するようになっている。
The
シュラウド壁12のうち、前記インペラ1の羽根3の中腹部に対応する位置には、インペラ1に向けて液滴を噴霧する噴霧口(開口部)20が形成されている。前記シュラウド壁12は、図3に示すように断面視略円形をなしており、上流側に外気(空気)の吸込口が形成されている。図3に示すように、前記噴霧口20は前記シュラウド壁12に複数形成されており、具体的にはシュラウド壁12の周方向に沿って均等に形成されている。これら噴霧口20は、空気が流れる上流側から下流側に向かって形成されている(図1参照)。また、噴霧口20はシュラウド壁12の外周面と内周面との間を貫通した状態に形成されており、シュラウド壁12の内面(インペラ)側における開口部が外面側における開口部に対して、回転軸2の回転方向にずれた状態となっている。具体的には、噴霧口20は、インペラ1における羽根3の回転により生じる空気の流れに沿うように前記シュラウド壁12に形成されている。
A spray port (opening) 20 for spraying droplets toward the
なお、前記噴霧口20から噴霧される液滴としては水を用いるのが望ましい。前記噴霧口20から噴霧される水は、遠心圧縮機Sの外部から所定の流路を経て供給されるものである。この噴霧口20から噴霧された水は、羽根3の中腹部、すなわち、羽根3の外周部とシュラウド壁12との間に生じる空間21中に供給される構成となっている。
In addition, it is desirable to use water as a droplet sprayed from the
次に上述した構成を備える遠心圧縮機Sの運転方法について説明する。
吸込口14からインペラ1に向かってエアが送られつつ、インペラ1が軸線Oまわりに回転する。ここでインペラの回転とともに、前記噴霧口20から水をインペラ1の羽根3の中腹部に対応する位置に噴霧する。
Next, an operation method of the centrifugal compressor S having the above-described configuration will be described.
The
すなわち、羽根3の外周部とシュラウド壁12との間に生じる空間21中を流れる外気中に噴霧状の水分が含まれた状態となる。水分を含んだ外気は、インペラ1の回転により、インペラ1の下流側に設けられたディフューザ部16及びディフューザ部16に接続するスクロール状の圧縮流路17に送られることで圧縮される。一般に遠心圧縮機では、外部から導入された外気は圧縮工程によって常温(20℃程度)から200℃まで上昇する。
That is, the sprayed moisture is contained in the outside air flowing in the
ここで、アルミ合金の削り出しで形成されるインペラ1は、上記200℃のような高温に曝されると、機械的強度が低下することで、信頼性が低下してしまうといった問題がある。
Here, when the
そこで、本実施形態に係る遠心圧縮機Sにおいては、上記の圧縮工程に伴い、前記外気中に含まれた噴霧状の水滴が蒸発する。すると、液滴の蒸発潜熱によって外気から熱が奪われることでインペラ1の下流側における温度が上昇することを抑制できる。
Therefore, in the centrifugal compressor S according to the present embodiment, the sprayed water droplets contained in the outside air evaporate along with the compression step. Then, it can suppress that the temperature in the downstream of the
ところで、液滴を噴霧する位置がインペラ1に対して上流過ぎると、噴霧により微細化されなかった液滴によるドレンエロージョンが生じるおそれがある。また、液滴を噴霧する位置がインペラ1に対して下流過ぎると、インペラ1の温度上昇を十分に抑制することができない。
そのため、インペラ1に対して液滴を噴霧する位置が重要となる。
By the way, if the position where the droplets are sprayed is too upstream with respect to the
Therefore, the position where the droplets are sprayed on the
本実施形態に係る遠心圧縮機Sでは、インペラ1の中腹部に液滴を噴霧する構成を採用している。これにより、羽根3の中腹部に噴霧された液滴は羽根3に対して相対速度が抑えられ、さらには噴霧状からなる液滴は非常に微細なものとなる。よって、噴霧時に羽根3に水滴によるダメージが及ぶことが無くなり、所謂ドレンエロージョンが発生するのを防止できる。
The centrifugal compressor S according to the present embodiment employs a configuration in which droplets are sprayed on the middle part of the
また、本実施形態に係る遠心圧縮機Sは、前記噴霧口20を構成する開口が上流から下流に向かって形成されているので、噴霧された液滴を外気中の流れにスムーズに導入することができ、上記のドレンエロージョンをより良好に防止できる。
Moreover, since the opening which comprises the said
また、本実施形態に係る遠心圧縮機Sは、前記噴霧口20が図3に示したように前記シュラウド壁12の周方向に沿って均等に形成することで、インペラ1の各羽根3により生じる外気の流路中に液滴が略均等に噴霧されることとなり、インペラ1における冷却効率を向上することができる。
Further, the centrifugal compressor S according to the present embodiment is generated by the
さらに、本実施形態に係る遠心圧縮機Sは、噴霧口20は、インペラ1における羽根3の回転により生じる空気の流れに沿うように前記シュラウド壁12に形成されており、これによりシュラウド壁12内に噴霧された液滴を外気の流れに良好に合流させることができる。
Further, in the centrifugal compressor S according to the present embodiment, the
以上述べたように、本実施形態に係る遠心圧縮機S、及びその運転方法によれば、インペラ1の回転時により生じる外気の流動過程において、外気中に混在された噴霧状の水が温度上昇に伴って蒸発し、この蒸発潜熱によって下流に導入される気体中の熱を奪うことができ、これによってアルミ合金等の高熱に弱い材料から構成されるインペラ1の温度上昇を抑制できる。
また、羽根3の中腹部に噴霧された液滴は羽根3に対して相対速度が抑えられ、さらには噴霧状からなる液滴は非常に微細なものとなる。よって、液滴が混在した外気が羽根3に接触した際でも、羽根3にダメージが及ぶことが無く、所謂ドレンエロージョンの発生を防止できる。したがって、外気の流動過程に伴う圧縮工程に起因するインペラ1の温度上昇を良好に防止でき、結果的にインペラ1の機械的強度を向上させることで信頼性の高い遠心圧縮機Sを提供することができる。また、機械的強度による制約がなくなるので、駆動条件の選択幅が拡がる。
As described above, according to the centrifugal compressor S and the operation method thereof according to the present embodiment, the temperature of the sprayed water mixed in the outside air rises in the flow process of the outside air caused by the rotation of the
Further, the droplet sprayed on the middle part of the
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更が可能である。例えば、上記実施形態では1段遠心圧縮機について説明したが、本発明は2段遠心圧縮機等の多段式の遠心圧縮機についても同様に適用可能である。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, In the range which does not deviate from the meaning of this invention, it can change suitably. For example, in the above embodiment, a single-stage centrifugal compressor has been described. However, the present invention is also applicable to a multistage centrifugal compressor such as a two-stage centrifugal compressor.
S…遠心圧縮機、1…インペラ、2…回転軸、3…羽根、10…ハウジング、12…シュラウド壁、20…噴霧口(開口部) S ... centrifugal compressor, 1 ... impeller, 2 ... rotating shaft, 3 ... blade, 10 ... housing, 12 ... shroud wall, 20 ... spray port (opening)
Claims (5)
前記シュラウド壁のうち前記インペラの中腹部に対応する位置に開口部が形成され、該開口部から液滴が噴霧されることを特徴とする遠心圧縮機。 A plurality of blades are provided on the rotating shaft, an impeller that guides gas by rotating the rotating shaft, and a shroud that is provided so as to surround the impeller and extends in the upstream direction of the rotating shaft to form the gas suction port A centrifugal compressor comprising a housing including a wall;
A centrifugal compressor characterized in that an opening is formed at a position corresponding to the middle part of the impeller in the shroud wall, and droplets are sprayed from the opening.
該シュラウド壁の周方向に沿って、複数の前記開口部は均等に配置されることを特徴とする請求項1又は2に記載の遠心圧縮機。 The shroud wall is formed in a substantially circular shape in sectional view from the direction of the rotation axis,
The centrifugal compressor according to claim 1 or 2, wherein the plurality of openings are evenly arranged along a circumferential direction of the shroud wall.
前記インペラの回転時に、前記シュラウド壁のうち前記羽根の中腹部に対向する位置に形成された開口部から液滴を噴霧することを特徴とする遠心圧縮機の運転方法。 A plurality of blades are provided on the rotating shaft, an impeller that guides gas by rotating the rotating shaft, and a shroud that is provided so as to surround the impeller and extends in the upstream direction of the rotating shaft to form the gas suction port A housing including a wall, and a method of operating a centrifugal compressor comprising:
A method of operating a centrifugal compressor, wherein droplets are sprayed from an opening formed at a position of the shroud wall facing a middle part of the blade during rotation of the impeller.
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2007
- 2007-06-11 JP JP2007154013A patent/JP2008303854A/en active Pending
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