(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心羽根車と、この遠心羽根車の吸い込み側に回動可能に設けられた流量調整手段とを備えた遠心圧縮機において、前記流量調整手段は半円状の互いに逆方向に回転可動な２枚のベーンを有し、前記流量調整手段と前記遠心羽根車間に吸込み流路を縮小する面積調整手段を設け、この面積調整手段の内径をほぼ前記羽根車入口径程度とし、前記面積調整手段が取付けられる配管の内径と面積調整手段の内径との差を遠心羽根車の出口幅に応じて変化させたことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
遠心羽根車と、この遠心羽根車の吸い込み側に回動可能に設けられた流量調整手段とを備えた遠心圧縮機において、前記流量調整手段は円板状のベーンを有し、前記流量調整手段と前記遠心羽根車間に吸込み流路を縮小する面積調整手段を設け、この面積調整手段の内径をほぼ前記羽根車入口径程度とし、前記面積調整手段が取付けられる配管の内径と面積調整手段の内径との差を遠心羽根車の出口幅に応じて変化させたことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項３】
遠心羽根車と、この遠心羽根車の吸い込み側に回動可能に設けられた流量調整手段とを備えた遠心圧縮機において、前記流量調整手段は半円状の互いに逆方向に回転可動な２枚のベーンを有し、前記流量調整手段と前記遠心羽根車間に吸込み流路を縮小する面積調整手段を設け、この面積調整手段の内径をほぼ前記羽根車入口径程度とし、前記面積調整手段が取付けられる配管の内径と面積調整手段の内径との差は遠心羽根車の出口幅が減少するにつれて大きくしたことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項４】
遠心羽根車と、この遠心羽根車の吸い込み側に回動可能に設けられた流量調整手段とを備えた遠心圧縮機において、前記流量調整手段は円板状のベーンを有し、前記流量調整手段と前記遠心羽根車間に吸込み流路を縮小する面積調整手段を設け、この面積調整手段の内径をほぼ前記羽根車入口径程度とし、前記面積調整手段が取付けられる配管の内径と面積調整手段の内径との差は遠心羽根車の出口幅が減少するにつれて大きくしたことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項５】
前記面積調整手段を前記流量調整手段に近接して設け、この面積調整手段に対向する端部を球面状に形成したことを特徴とする請求項1乃至４のいずれか1項に記載の遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流量制御装置を有する遠心圧縮機に係り、特に小流量運転時の特性を改善するのに好適な流量制御装置を有する遠心圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
遠心圧縮機の羽根車入口の上流に、流量制御装置として吸込ダンパあるいはインレットガイドベーンが広く用いられている。吸込ダンパは、たとえば、エッカート著  アキシャル  ウント  ラディアル  コンプレッソーレン  第２版  スプリンガー  １９６１年  ４１８頁  図４３５に示されているように、羽根車上流の流路に設けた断面積を可変とする絞り機構である。そして、圧力損失を発生させ、吸込ダンパを含めた遠心圧縮機の圧力上昇を減少させて流量を制御する。
【０００３】
インレットガイドベーン装置では、たとえば、生井、井上著  ターボ送風機と圧縮機  初版  コロナ社  昭和６３年８月  ６７６頁  図１５．１６に示されているように、羽根車上流の流路に複数のベーンを設け、このベーンが流れに羽根車の回転方向の旋回を与えている。羽根車の消費動力と圧力上昇を同時に低減させて、遠心圧縮機の流量を制御する。
【０００４】
なお、上記インレットガイドベーン等に用いられるベーン起因する振動を防止するために、ベーンに湾曲フィンを取り付けて羽根車の振動を防止することが、特開平７―１３９４９７号公報に示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術に記載の圧縮機の流量制御装置の中で、エッカート著に記載の吸込みダンパは、可動ベーンを１枚有するだけであり、構造が単純な利点を有している。しかしながら、吸込ダンパで圧力損失を発生させているので、エネルギーの無駄遣いになる。また、流れを羽根車入口断面の片方の側に偏らせているので、騒音や振動が発生するおそれがある。このため、大容量の機種ではほとんど使用できない。
【０００６】
また、生井著に記載のインレットガイドベーンは、４枚以上の可動ベーンを有し、エネルギー損失が少ない利点がある。そして、羽根車入口断面における流れが均一に近く、騒音や振動低減を低減できる。しかしながら、多数のベーンを同期して回転させるために構造が複雑になり、大型や大容量の機種では使用可能であるが、小容量機にはコスト面で不向きである。
【０００７】
さらに、上記特開平７―１３９４９７号公報に記載のものは、構造が複雑であり、コストが増大するという不具合がある。なお、羽根車の入口断面積が羽根車の上流側の断面積に比べて著しく小さい場合には、上流側を絞って流量を減少させるために、エネルギー損失が増大したり、羽根車入口断面における流れの不均一が増大するという不具合を生じるおそれがある。
【０００８】
本発明は、上記従来の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、簡単な構成で小流量時の特性を向上させることにある。つまり、吸込ダンパにより流量制御する遠心圧縮機において、小流量運転時のエネルギー損失を低減するとともに、流れの偏流に起因する騒音や振動を低減することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の第１の特徴は、遠心羽根車と、この遠心羽根車の吸い込み側に回動可能に設けられた流量調整手段とを備えた遠心圧縮機において、流量調整手段は半円状の互いに逆方向に回転可動な２枚のベーンを有し、流量調整手段と遠心羽根車間に吸込み流路を縮小する面積調整手段を設け、この面積調整手段の内径をほぼ羽根車入口径程度とし、面積調整手段が取付けられる配管の内径と面積調整手段の内径との差を遠心羽根車の出口幅に応じて変化させたものである。
【００１０】
上記目的を達成するための本発明の第２の特徴は、遠心羽根車と、この遠心羽根車の吸い込み側に回動可能に設けられた流量調整手段とを備えた遠心圧縮機において、流量調整手段は円板状のベーンを有し、流量調整手段と遠心羽根車間に吸込み流路を縮小する面積調整手段を設け、この面積調整手段の内径をほぼ羽根車入口径程度とし、面積調整手段が取付けられる配管の内径と面積調整手段の内径との差を遠心羽根車の出口幅に応じて変化させたものである。
【００１１】
そして、いずれの特徴においても、面積調整手段を流量調整手段に近接して設け、この面積調整手段に対向する端部を球面状に形成することが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のいくつかの実施例を図面を用いて説明する。図１および図２は、本発明の第１の実施例に関する図であり、  図１は本発明に係る遠心圧縮機の羽根車回転軸を含む縦断面であり、図２は図１に示した実施例に用いられる流量制御装置の水平断面図及び側面図である。遠心圧縮機１００は、羽根車１、ディフューザ３、これらを収容するケーシング４、および吸込流路が形成された配管５を備えている。そして、吸込み流路には流量調整板６が配置されており、流量調整板６は回転運動駆動源であるアクチュエータ８により駆動される。流量調整板６とアクチュエータ８は、流量調整装置２０を構成する。
【００１３】
羽根車１の入口径Ｄ１は、吸込流路５の直径ＤＳより小さい。流量調整板６は半円状の板２枚を有し、アクチュエータ８により互いに逆方向に回転駆動される。これら２枚の流量調整板６を全閉状態にすると、吸込流路の大部分を閉鎖可能である。また、流量調整板６を全開状態にすると、吸込流路の大部分を開放可能である。流量調整板６と羽根車入口の間には、円筒形状の面積調整スペーサ７が取り付けられている。面積調整スペーサ７の流量調整板６に面した端面は、流量調整板６が回転して形成する球面に近接する球面状に加工されている。さらに、面積調整スペーサ７の内径は、羽根車１の入口径Ｄ１前後の寸法に加工されている。
【００１４】
作動ガスは、矢印２の方向の流れとなって、圧縮機に吸い込まれる。遠心圧縮機１００を起動するときは、これら２枚の流量調整板６を全閉状態にし、吸込流路の断面積の大部分を閉鎖する。吸込流路の大部分を閉鎖するので、遠心圧縮機の駆動機の起動動力を低減できる。また、流量調整板６を全開状態にして、吸込流路の大部分を開放できるから、全開状態では流量調整装置によるエネルギー損失を最小限に抑えられる。
【００１５】
図２に、流量調整板６ｕ、６ｄの動作を示す。図２の左側の図は、図１の吸込流路５の水平断面図である。図２の右側の図はその側面図であり、下流側から見た図である。作動ガスは、左側の図の矢印２のように流入する。流量調整板を全開および全閉にした状態では、従来の流量調整板が１枚のダンパと同じ流れ状態になる。しかし、全開と全閉の中間開度では違いが著しく、旋回流を発生させることができる。矢印ａ、ｂ、ｃ、ａａ、ｂａ、ｃａは代表的な流れを示す。矢印ａ、ｂ  、ｃ  は断面の上半分側の流量調整板６ｕに流入する流れ、  ａａ、ｂ  ａ、  ｃａは断面の下半分側の流量調整板６ｄに流入する流れである。
【００１６】
初めに、上半分側の流量調整板６ｕに流入する流れａ、ｂ、ｃ  に着目する。配管５の壁面近くの流れａは、壁面５と流量調整板６ｕの間の隙間を通過し、流量調整板６ｕにガイドされて、右から左に向かう速度成分を持つ。流れｂは、下側に潜り込み、その際、上から下に向かう速度成分を持つ。下側に潜り込んだ流れは、下半分側の流量調整板６ｄににガイドされて、左から右に向かう速度成分を持つ。面積調整スペーサ７が流量調整板６ｕに面する端部は、流量調整板６ｕが回転して形成する球面に近接する球面状に加工されているので、流れｃは流れｂと同様に下側に潜り込み、流れｂと合流する。
【００１７】
下半分側の流量調整板６ｄに流入する流れａａ、ｂａ、  ｃａは、下流側から見て流路断面の中心に関して点対称になるので、旋回流が発生する。面積調整スペーサ７がない場合には、流れｃは壁面と流量調整板の間の隙間を通過するので流量調整効果が減少する。しかし、面積調整スペーサ７があると、流れｃは流れｂに合流し、旋回流が強力になる。旋回流が強力になることは、予旋回によるエネルギー損失防止効果が大であることであり、また、羽根車における昇圧作用（オイラーヘッド）の低下を意味する。
【００１８】
図３に、本発明に係る遠心圧縮機の他の実施例の縦断面図を示す。この実施例は、図１に示した第１の実施例とケーシング４、吸込流路５および流量制御板６の寸法が同じである。遠心圧縮機の流量は第１の実施例より少ないが、昇圧能力は等しい。そして、この遠心圧縮機に用いる羽根車１ａの外径は羽根車１と同等であるが、入口径や羽根車出口幅は羽根車１より小さい。本実施例では、面積調整スペーサ７の内側の径を羽根車１ａの入口径にあわせている。羽根車出口幅ｂは第１の実施例より小さくなっているので、ディフューザ幅ｂａが羽根車１ａに合うように、ディフューザ板９の厚さを変更している。
【００１９】
この理由を図４および図５を用いて説明する。図４および図５は、第１の実施例の作用を説明する図２に対応する図である。図４では、上記第１の実施例と同じ内径の面積調整スペーサ７を用いている。本実施例においても、面積調整スペーサ７の流量調整板６に面した端面を流量調整板６が回転して形成する球面に近接する球面状に加工しているので、流れｃは、流れｂと同様に下側に潜り込み、流れｂと合流する。
【００２０】
流れａは壁面と流量調整板６の間の隙間を通過するが、羽根車１ａの流量が少ないので、流速の絶対値が小さい。したがって旋回速度が減少し、流量調整効果が減少する。流量調整効果の減少を補うため、流量調整板６の開度をさらに減少させ、図中の点線で示した位置まで流量調整板を閉じると、流れａｂは壁面と流量調整板の間の隙間を通過せざるを得ず、エネルギー損失が増加する。このことは羽根車入口流れの不均一性が増加し、騒音や振動が増加するおそれがあることを示している。
【００２１】
流量調整板６の開度をさらに減少させると、このような不具合を生じるので、流量調整板６の開度をこれ以上減少させずに、流量を調整する。そのため、図５に示した実施例では、羽根車１ａの入口径に合わせて内径を減少させた面積調整スペーサ７を用いている。この場合、流れａｂは壁面と流量調整板の間の隙間を通過できない。
【００２２】
その結果、流量調整効果が減少せず、流量調整板の開度をこれ以上減少させる必要がない。また、流れａｂ  のエネルギー損失も増加しない。したがって、羽根車の入口流れの不均一が増加せず、騒音や振動が増大することを防止できる。本実施例は、第１の実施例の羽根車、ディフューザおよび面積調整スペーサの寸法を変えるだけであり、変更に要するコストが大きい吸込流路、ケーシング及び流量調整板を変更する必要がなく、安価である。また、第１の実施例と同様に、振動や騒音を引き起こすことなく、流量を容易に制御できる。
【００２３】
本発明のさらに他の実施例を図６に示す。図６が、図１及び図３に示した実施例と異なる点は、流量調整板を１枚にしたことにある。なお、この図６においても、流量調整手段と羽根車間には面積調整スペーサが設けられている。本実施例は、第１、第２の実施例より流量調整作用の効果は減少するが構造を簡便にできる。
【００２４】
流量制御は流量調整板による圧力損失のみによって行われるので、一般的にはエネルギー消費が流量調整板２枚の場合より大きい。しかし、流量調整板下流に面積調整スペーサ７を設けて流路を絞っているので、流量調整板の流量調整作用が大きい。また、羽根車入口流れの均一性も改善できる。この結果、面積調整スペーサ７がない場合と比較すると、エネルギー消費、騒音および振動特性を改善できる。本実施例は、簡便な構造と信頼性が必要な機種に好適である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、羽根車入口の上流側に流量制御装置を有する遠心圧縮機において、２枚の可動ベーンを備えた流量制御装置を設けたので、小流量運転時の消費動力特性を向上し、不均一流れによる騒音と振動の増加を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る遠心圧縮機の一実施例の縦断面図。
【図２】図１に示した実施例に用いる吸込流路と流量制御装置部の水平断面図。
【図３】本発明に係る遠心圧縮機の他の実施例の縦断面図。
【図４】図３に示した実施例に用いる吸込流路と流量制御装置部の水平断面図。
【図５】図３に示した実施例に用いる吸込流路と流量制御装置部の他の実施例の水平断面図。
【図６】本発明に係る遠心圧縮機のさらに他の実施例の縦断面図。
【符号の説明】
１…羽根車、２…流れ、
３…ディフューザ、４…ケーシング、
５…吸込流路、６…流量調整板、
７…面積調整スペーサ、８…アクチュエータ、
９…ディフューザ板。
【図１】
0003578660.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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