(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１か所に吸引口が設けられた入口流路と前記入口流路に接続された接続流路とが形成されたケーシングと、
前記ケーシングに挿入された主軸と、
前記主軸に固定され、前記入口流路に配置された羽根車と、
前記入口流路の前記羽根車よりも上流側に配置された複数の入口ガイドベーンを有する入口ガイドベーンユニットと、を有し、
前記入口ガイドベーンユニットは、前記吸引口側の前記入口ガイドベーンの配置間隔が、前記吸引口側とは反対側の前記入口ガイドベーンの配置間隔よりも狭いことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
前記入口ガイドベーンユニットは、全ての入口ガイドベーンのうち前記吸引口側の端部側にある２５％の第１群の前記入口ガイドベーンの配置間隔が、全ての入口ガイドベーンのうち前記吸引口とは反対側の端部側にある２５％の第２群の前記入口ガイドベーンの配置間隔よりも狭い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】
前記入口ガイドベーンユニットは、前記入口ガイドベーンの間隔の最大値ｄｍａｘと最小値ｄｍｉｎとの関係が０．６≦ｄｍｉｎ／ｄｍａｘ＜１．０であることを特徴とする請求項１または２に記載の遠心圧縮機。
【請求項４】
前記入口ガイドベーンユニットは、前記入口ガイドベーンの間隔が、前記主軸の回転方向に沿ってｓｉｎ関数の基準線を基準とし、前記基準線の振幅の２０％以下の範囲で変化することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
【請求項５】
前記入口ガイドベーンユニットは、前記入口ガイドベーンの間隔の最も広い位置が、前記吸引口とは反対側の端部から前記主軸の回転方向上流側に０°より大きく４０°以下移動した位置にあることを特徴とする請求項４に記載の遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入口ガイドベーンを有し、吸引口が１か所の遠心圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ冷凍機、石油化学プラントや天然ガスプラント等においては、遠心圧縮機が用いられている。遠心圧縮機では、インペラ（羽根車）の回転により流体に運動エネルギーを与えると共に、径方向外側に流体を吹き出すことで遠心力による圧力上昇を得ている。特許文献１には、遠心圧縮機の１つであるターボチャージャ（過給機）において、インペラ（コンプレッサ用ブレード）の上流側に流入した空気を整流し、かつ、流入する空気の量を調整する入口ガイドベーンを備えているものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−７１１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
入口ガイドベーンは、羽根車に対する角度、つまり開度を可変とし、流路内の抵抗を変更可能とすることで、流入する空気の量を調整することができる。また、遠心圧縮機には、入口ガイドベーンが固定されているものもある。遠心圧縮機は、主軸の回転方向において、インペラに流入する流体の量に分布ができ、流量の差が大きくなると運転の効率が低下する。
【０００５】
本発明は上述した課題を解決するものであり、羽根車に効率よく空気を流入させることができ、運転効率を向上できる遠心圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために、本発明は、遠心圧縮機であって、１か所に吸引口が設けられた入口流路と前記入口流路に接続された接続流路とが形成されたケーシングと、前記ケーシングに挿入された主軸と、前記主軸に固定され、前記入口流路に配置された羽根車と、前記入口流路の前記羽根車よりも上流側に配置された複数の入口ガイドベーンを有する入口ガイドベーンユニットと、を有し、前記入口ガイドベーンユニットは、前記吸引口側の前記入口ガイドベーンの配置間隔が、前記吸引口側とは反対側の前記入口ガイドベーンの配置間隔よりも狭いことを特徴とする。
【０００７】
ここで、前記入口ガイドベーンユニットは、全ての入口ガイドベーンのうち前記吸引口側の端部側にある２５％の第１群の前記入口ガイドベーンの配置間隔が、全ての入口ガイドベーンのうち前記吸引口とは反対側の端部側にある２５％の第２群の前記入口ガイドベーンの配置間隔よりも狭いことが好ましい。
【０００８】
また、前記入口ガイドベーンユニットは、前記入口ガイドベーンの間隔の最大値ｄｍａｘと最小値ｄｍｉｎとの関係が０．６≦ｄｍｉｎ／ｄｍａｘ＜１．０とが好ましい。
【０００９】
また、前記入口ガイドベーンユニットは、前記入口ガイドベーンの間隔が、前記主軸の回転方向に沿ってｓｉｎ関数の基準線を基準とし、前記基準線の振幅の２０％以下の範囲で変化することが好ましい。
【００１０】
また、前記入口ガイドベーンユニットは、前記入口ガイドベーンの間隔の最も広い位置が、前記吸引口とは反対側の端部から前記主軸の回転方向上流側に０°より大きく４０°以下移動した位置にあることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、入口ガイドベーンの配置間隔を位置に応じて変化させることで、羽根車に流入する流体の周方向の分布を平均化することができ、運転効率を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本実施形態に係る圧縮機の概略構成図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３は、入口ガイドベーンユニットの部分拡大図である。
【図４】図４は、流入する流体の流量の分布の一例を示すグラフである。
【図５】図５は、入口ガイドベーンの位置と間隔との関係の一例を示すグラフである。
【図６】図６は、入口ガイドベーンの一例を示す模式図である。
【図７】図７は、入口ガイドベーンの位置と間隔との関係の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。圧縮機１は、例えば、冷凍機、石油化学プラントや天然ガスプラントへの圧縮空気の供給装置として用いることができる。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態の圧縮機（遠心圧縮機）１は、多段圧縮の遠心圧縮機である。本実施形態では、圧縮機１を多段式圧縮の圧縮機の場合で説明するが一段圧縮の圧縮機でもよい。圧縮機１は、ケーシング２と、駆動部４と、主軸６と、圧縮部１４と、を有する。
【００１５】
ケーシング２は、筐体であり、駆動部４と主軸６と圧縮部１４とが収容されている。ケーシング２は、圧縮する対象の流体、本実施形態では空気が流れる流路が形成されている。ケーシング２は、空気が流れる流路の上流の端の開口が吸引口１２となり、空気が流れる流路の下流の端の開口が吐出口１６となる。本実施形態の圧縮機１は、吸引口１２が１つである。ケーシング２は、吸引口１２と圧縮部１４との間の空気の流路が吸引流路１０２となる。ケーシング２は、吐出口１６と圧縮部１４との間の空気の流路が吐出流路１０４となる。圧縮機１は、吸引流路１０２が、主軸６の軸方向に対して傾斜した向き、本実施形態では、主軸６の軸方向に直交する向きに配置されている。
【００１６】
駆動部４は、電動機および動力伝達部を有する。駆動部４は、電動機の出力を動力伝達部で主軸６に伝達し、主軸６を回転させる。主軸６は、ケーシング２に挿入され、ケーシング２に対して回転可能に支持されている。主軸６は、駆動部４により回転される。主軸６は、圧縮部１４の回転部が固定されている。
【００１７】
圧縮部１４は、ケーシング２に配置されており、吸引口１２から流入した空気を圧縮して吐出口１６から排出する。圧縮部１４は、圧縮ユニット１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄを有する。圧縮ユニット１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄは、吸引流路１０２と吐出流路１０４との間にこの順で配置されている。圧縮ユニット１８ａは、吸引流路１０２と接続されている。圧縮ユニット１８ｄは、吐出流路１０４と接続されている。圧縮ユニット１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄは、配置位置が異なるのみで同様の形状であるので、代表して圧縮ユニット１８ａについて説明する。
【００１８】
圧縮ユニット１８ａは、流体を吸引して圧縮した後に吐出するようにケーシング２により形成された流路を有している。圧縮ユニット１８ａの流路は、入口流路３３と、返流路３５と、を有する。入口流路３３は、上流側が吸引流路１０２と接続し、下流側が返流路３５と接続する。返流路３５は、下流側が次の段の圧縮ユニット１８ｂの入口流路３３と接続する。圧縮ユニット１８ａは、入口流路３３に羽根車（インペラ）３２が設けられ、返流路３５にリターンベーン３４が設けられる。羽根車（インペラ）３２は、主軸６に固定されている。羽根車３２は、表面に多数のブレード３２ａが配置されている。羽根車３２は、主軸６とともに回転することで、入口流路３３に流入する空気を返流路３５に向けて送る。また、入口流路３３は、羽根車３２の下流側がディフューザとなり、羽根車３２で加速された流体を減速させて昇圧させる。返流路３５は、リターンベーン３４が配置されている。リターンベーン３４は、返流路３５を流れる流体を整流する。返流路３５を通過した流体は、圧縮ユニット１８ｂに流入する。
【００１９】
圧縮機１は、駆動部４の電動機の駆動により動力伝達部を介して圧縮部１４の主軸６が回転する。すると、主軸６と共に羽根車３２が回転する。これにより、流体は、吸引口１２から吸入され、吸引流路１０２に流入し、入口ガイドベーンユニット１００を経て、圧縮ユニット１８ａの入口流路３３に流入し、羽根車３２で加速された後、ディフューザで運動エネルギーを内部エネルギーに変換される。さらに、流体は、返流路３５により、圧縮ユニット１８ｂの入口流路３３に折り返され、羽根車３２で加速された後、ディフューザで運動エネルギーを内部エネルギーに変換される。圧縮機１は、圧縮ユニット１８ｃ、１８ｄで同様に圧縮された後、吐出流路１０４の吐出口１６から吐出される。
【００２０】
次に、図１に加え、図２から図３を用いて、入口ガイドベーンユニット（ＩＧＶ、案内ガイドベーン）１００について説明する。図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。図３は、入口ガイドベーンユニットの部分拡大図である。
【００２１】
入口ガイドベーンユニット１００は、上述したように、流体の流れ方向において、流体の流れ方向の最上流に配置された圧縮ユニット１８ａの羽根車３２の上流側の流路に配置されている。入口ガイドベーンユニット１００は、複数の入口ガイドベーン１０１を有する。複数の入口ガイドベーン１０１は、図２に示すように、主軸６の回転方向に所定の間隔で、主軸６の全周に配置されている。つまり、入口ガイドベーン１０１は、主軸６の回転方向（周方向）に隣接する入口ガイドベーン１０１と離れて配置されている。入口ガイドベーン１０１は、主軸６の径方向に伸びた板状の部材である。入口ガイドベーン１０１は、回転方向の位置によって、形状が異なり、吸引口１２の面が、吸引口１２から流入した空気を主軸６の中心側に案内するように吸引口１２とは反対側に凸の曲面となる。吸引口１２から流入した空気は、入口ガイドベーン１０１の間を通過して、流入流路３３の羽根車３２が配置されている位置に進む。
【００２２】
入口ガイドベーンユニット１００は、入口ガイドベーン１０１の間隔をｄとした場合、主軸６の回転方向の位置によって間隔が変化する。ここで、間隔ｄは、図３に示すように、隣接する２つの入口ガイドベーン１０１の主軸６の中心側の端部を結ぶ最小の円の直径である。入口ガイドベーンユニット１００は、吸引口側端部１２０の入口ガイドベーン１０１の間隔を、終端側端部１２２の入口ガイドベーン１０１の間隔よりも狭い。吸引口側端部１２０は、主軸６の回転方向Ｒにおいて、吸引口１２に最も近い位置である。終端側端部１２２は、主軸６の回転方向Ｒにおいて、終端１１２に最も近い位置である。終端１１２は、吸引流路１０２における空気の流れ方向の吸引口１２とは反対側の位置であり、回転方向Ｒにおいて、吸引口側端部１２０から１８０度回転した位置である。ここで、本実施形態では、終端側端部を０度とし、回転方向Ｒに回転するほど増加する角度（周方向位置）をθとする。
【００２３】
図４は、流入する流体の流量の分布の一例を示すグラフである。図４は、本実施形態の吸引口側端部１２０の入口ガイドベーン１０１の間隔を、終端側端部１２２の入口ガイドベーン１０１の間隔よりも狭くした圧縮機１の入口流路３３に流入する空気（入口ガイドベーン１０１を通過した後の空気）の重量流量の計測結果である。比較例は、入口ガイドベーン１０１の間隔を、回転方向Ｒにおいて一定とした場合の量流量の計測結果である。圧縮機１は、入口ガイドベーン１０１の間隔を位置によって調整し、吸引口側端部１２０の入口ガイドベーン１０１の間隔を、終端側端部１２２の入口ガイドベーン１０１の間隔よりも狭くすることで、吸引口が１か所であり、周方向の一部からのみ空気が流入する構造であっても、図４に示すように回転方向Ｒの位置（周方向位置）における空気の重量流量を平均化することができる。具体的には、入口ガイドベーン１０１の間隔を調整することで、間隔を一定とするよりも、空気の重量流量を平均化することができる。入口ガイドベーンユニット１００は、羽根車３２に均一に空気を供給することができる。
【００２４】
ここで、入口ガイドベーンユニット１００は、全ての入口ガイドベーン１０１のうち吸引口側端部１２０側にある２５％の第１群１３０の入口ガイドベーン１０１の配置間隔が、全ての入口ガイドベーン１０１のうち終端側端部１２２側にある２５％の第２群１３２の入口ガイドベーン１０１の配置間隔よりも狭いことが好ましい。ここで、全ての入口ガイドベーン１０１の２５％の枚数が、小数点を含む場合、数値を切り上げる。入口ガイドベーンユニット１００は、第１群１３０の配置間隔を第２群１３２の配置間隔よりも狭くすることで、空気の重量流量を平均化することができる。入口ガイドベーンユニット１００は、羽根車３２に均一に空気を供給することができる。
【００２５】
また、上述では、吸引口側端部１２０側、終端側端部１２２側のそれぞれに配置された全体の枚数のうち２５％の枚数の入口ガイドベーンの間隔を比較したがこれに限定されない。入口ガイドベーンユニット１００は、吸引口側端部１２０を基点として、前後４５度、つまり９０°の範囲に含まれる入口ガイドベーンの間隔を、終端側端部１２２を基点として、前後４５°、つまり９０°の範囲に含まれる入口ガイドベーンの間隔よりも狭くしてもよい。このように角度を基準して設定した範囲に含まれる入口ガイドベーンの間隔が上記関係を満たすことでも均一に空気を供給することができる。
【００２６】
また、入口ガイドベーンの間隔は、回転方向において、徐々に変化することが好ましいが、同じ間隔で配置された入口ガイドベーンがあってもよい。
【００２７】
入口ガイドベーンユニット１００は、入口ガイドベーン１０１の間隔の最大値ｄｍａｘと最小値ｄｍｉｎとの関係が０．６≦ｄｍｉｎ／ｄｍａｘ＜１．０であることが好ましい。配置間隔の差を上記範囲とすることで、より確実に空気の重量流量を平均化することができる。
【００２８】
入口ガイドベーンユニット１００は、入口ガイドベーン１０１の間隔が回転方向Ｒに徐々に変化することが好ましい。具体的には、回転方向Ｒの一周のうち、半周（角度範囲１８０°分）は、増加する領域とし、半周（角度範囲１８０°分）は、減少する領域とすることが好ましい。
【００２９】
図５は、入口ガイドベーンの位置と間隔との関係の一例を示すグラフである。図５に示す入口ガイドベーンユニット１００は、一周３６０度が１周期となり、終端側端部であるθが１８０°で間隔が最大となり、吸込口端部であるθが０°、３６０°で間隔が最小となるｓｉｎ関数に基づいて、入口ガイドベーン１０１の間隔が増減する。図５に示すように、ｓｉｎ関数に基づいて、入口ガイドベーン１０１の間隔が増減させることで、より流量を均一にできる。また、ｓｉｎ関数で変化させる場合も最大値と最小値の差は上記範囲とすることが好ましい。
【００３０】
ここで、ｓｉｎ関数に基づいて、ｓｉｎ関数上の点に基づいて、入口ガイドベーンの間隔を変化させることが好ましいが、これに限定されない。入口ガイドベーンユニットは、前記主軸の回転方向に沿ったｓｉｎ関数の基準線を基準とし、基準線の振幅の２０％以下の範囲で入口ガイドベーンの間隔を変化するようにしてもよい。つまり、入口ガイドベーンの間隔は、ｓｉｎ関数上の点から一定の範囲でずれてもよい。例えば、入口ガイドベーンの間隔が複数枚の間で同じ間隔とし、間隔が段階的に変化するようにしてもよい。このように、ｓｉｎ関数の基準線を基準とし、基準線の振幅の２０％以下の範囲で前記入口ガイドベーンの間隔を変化することでも、回転方向において空気の重量流量を平均化することができる。また、入口ガイドベーンユニットは、前記主軸の回転方向に沿ったｓｉｎ関数の基準線を基準とし、基準線の振幅の５％以下の範囲で入口ガイドベーンの間隔を変化することがより好ましく、基準線の振幅の５％以下の範囲で入口ガイドベーンの間隔を変化することがさらに好ましい。
【００３１】
図６は、入口ガイドベーンの一例を示す模式図である。また、入口ガイドベーン１０１は、図６に示すように、吸引口１０２側の面である圧力面１４０の主軸６の中心１４２側の端部の延長線と、端部と中心１４２を結んだ線とのなす角θａが、０°以上１０°以下であることが好ましい。このように、なす角θａは、入口ガイドベーン１０１の中心側の端部を中心として、回転方向と反対側の方向が正となる。入口ガイドベーン１０１の圧力面１４０が上記範囲を満たす形状とすることで、整流効果をより向上させることができる。
【００３２】
図７は、入口ガイドベーンの位置と間隔との関係の一例を示すグラフである。図５に示す例では、入口ガイドベーンの間隔を、θが０°の時に最大となり、１８０°の時に最小となる間隔としたがこれに限定されない。入口ガイドベーンユニット１００は、図７の第２パターンに示すように、入口ガイドベーン１０１の間隔の最も広い位置が、終端側端部から主軸の回転方向上流側に０°より大きく４０°以下移動した位置の間にあることが好ましい。つまり、図７に示す図５の第１パターンとのずれ量１６０を回転方向上流側に０°より大きく４０度以下とすることが好ましい。このように、入口ガイドベーン１０１の間隔の最も広い位置を回転方向上流側にずらすことで、インペラの影響を加味して、重量流量を調整することができ、回転方向において空気の重量流量を平均化することができる。ここで、入口ガイドベーンの間隔は、入口ガイドベーン１０１の間隔の最も広い位置と同様に入口ガイドベーン１０１の間隔の最も狭い位置も回転方向上流側にずらすことが好ましく、吸引口側端部から主軸の回転方向上流側に０°より大きく４０°以下移動した位置にあることが好ましい。
【符号の説明】
【００３３】
１  圧縮機
２  ケーシング
４  駆動部
６  主軸
１２  吸引口
１４  圧縮部
１６  吐出口
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ  圧縮ユニット
３２  羽根車
３２ａ  ブレード
３３  入口流路
３４  リターンベーン
３５  返流路
１００  入口ガイドベーンユニット
１０１  入口ガイドベーン
１０２  吸引流路
１０４  吐出流路
１２０  吸引口側端部
１２２  終端側端部
１３０  第１群
１３２  第２群
１６０  ずれ量
【図１】
0006258237.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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【図７】
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