(57)【要約】【課題】インペラの温度上昇を抑制することで機械的強度の向上が図られた高信頼性を得ることのできる、遠心圧縮機、及び遠心圧縮機の運転方法を提供する。【解決手段】回転軸２に複数の羽根３が設けられ、回転軸２が回転することにより気体を導くインペラ１と、インペラ１を囲むように設けられ、回転軸２上流方向に延びて気体の吸込口１４を形成するシュラウド壁１２を含むハウジング１０と、を備えた遠心圧縮機Ｓである。シュラウド壁１２のうちインペラ１の中腹部に対応する位置に開口部２０が形成され、開口部２０から液滴が噴霧される。【選択図】図１
2008303854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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遠心圧縮機。
【請求項２】
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ことを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
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ことを特徴とする請求項１又は２に記載の遠心圧縮機。
【請求項４】
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ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
【請求項５】
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遠心圧縮機の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【特許文献１】特開２０００−１２０５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【発明の効果】
【００１０】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の遠心圧縮機の一実施形態に係る概略構成を示す要部断面図である。
【図２】インペラの概略斜視図である。
【図３】インペラ及びインペラを収容するシュラウド壁の概略断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
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）
【図１】
2008303854.tif 000003
【図２】
2008303854.tif 000004
【図３】
2008303854.tif 000005