(57)【要約】【課題】旋回失速を発生することなく安定した運転が可能になる流量範囲の広い遠心圧縮機を提供すること。【解決手段】クローズドインペラ２を使用するとともにベーンレスディフューザ３を備えている遠心圧縮機において、ベーンレスディフューザ３のインペラシュラウド５側となる周方向側壁３ａに設けた入口孔１１と、インペラシュラウド５のディスク入口部に配設されたラビリンスシール４の直後に設けた出口孔１２との間を接続する連通孔１０を設け、入口孔１１の開口中心位置Ｄｈを、クローズドインペラ２の外径Ｄｉを基準にして、１．１〜１．３倍（Ｄｈ＝１．１Ｄｉ〜１．３Ｄｉ）の範囲に設定した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クローズドインペラを使用するとともにベーンレスディフューザを備えている遠心圧縮機において、
前記ベーンレスディフューザのインペラシュラウド側となる周方向側壁に設けた入口孔と、インペラシュラウドのディスク入口部に配設されたラビリンスシール直後に設けた出口孔との間を接続する連通孔を設け、
前記入口孔の開口中心位置Ｄｈが、前記クローズドインペラの外径Ｄｉを基準にして、１．１〜１．３倍（Ｄｈ＝１．１Ｄｉ〜１．３Ｄｉ）の範囲に設定されていることを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
前記出口孔が、前記連通孔をインペラ回転方向と逆向きに傾斜させて開口してい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】
前記入口孔が周方向に複数設けられてい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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石油化学や天然ガスのプラント等に用いられるベーンレスディフューザを備えた遠心圧縮機に係り、特に、遠心圧縮機における旋回失速の防止技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ハウジング内にインペラを回転可能に支持し、このインペラが回転することによりハウジングの流体入口から空気やガス等の流体を吸引して遠心力を与え、その運動エネルギをディフューザ及びスクロール部で圧力エネルギに変換して送り出すように構成された遠心圧縮機が知られている。
上述した遠心圧縮機には、たとえば石油化学や天然ガスプラント等に用いられる高圧の産業用遠心圧縮機がある。このような遠心圧縮機においては、クローズドインペラを使用するとともに、ベーンレスディフューザが標準的な構成要素として採用されている。図５は、従来のベーンレスディフューザ部を示す断面図であり、図中の符号１は遠心圧縮機の回転軸、２は回転軸１と一体に回転するクローズドインペラ、３は遠心力を与えた流体の流路となるベーンレスディフューザ、４はラビリンスシール、５はインペラシュラウドである。
【０００３】
また、羽根つきディフューザのベーン形状や取付構造などを変えずに流量特性を改善するため、ディフューザのスロート部にバイパス孔を形成し、このバイパス孔と、圧縮機吸込側の低圧部であるインペラの外周に対向する入口部とを連通するバイパス通路を設けることが提案されている。なお、この提案のバイパス孔は、羽根つき可変ディフューザを備えた遠心圧縮機だけでなく、固定羽根つきディフューザや羽根なしディフューザの場合にも同様に適用可能とされる。（たとえば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開平９−１１９３９６号公報（図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した高圧の産業用遠心圧縮機においては、ベーンレスディフューザ部における旋回失速の問題を有している。この旋回失速は、たとえば図６に示すように、遠心圧縮機をｑ１以下の低流量域で運転した場合に発生することが知られている。なお、この場合の流量ｑ１は遠心圧縮機における旋回失速発生点となり、低流量域の流量範囲Ｗ１が旋回失速発生領域となる。
このような旋回失速は、回転軸１の軸振動、及び遠心圧縮機の圧縮流体出口に接続される吐出配管（不図示）の振動を増大させる原因となるため好ましくない。
【０００５】
従って、旋回失速が発生する低流量域（Ｗ１）を最小限に狭めることにより、換言すれば旋回失速点の流量ｑ１をより低流量側に移動させることにより、旋回失速を発生することなく安定した運転が可能となる流量範囲を広げた遠心圧縮機の開発が望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、旋回失速を発生することなく安定した運転が可能になる流量範囲の広い遠心圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る遠心圧縮機は、クローズドインペラを使用するとともにベーンレスディフューザを備えている遠心圧縮機において、
前記ベーンレスディフューザのインペラシュラウド側となる周方向側壁に設けた入口孔と、インペラシュラウドのディスク入口部に配設されたラビリンスシール直後に設けた出口孔との間を接続する連通孔を設け、前記入口孔の開口中心位置Ｄｈが、前記クローズドインペラの外径Ｄｉを基準にして、１．１〜１．３倍（Ｄｈ＝１．１Ｄｉ〜１．３Ｄｉ）の範囲に設定されていることを特徴とするものである。
【０００７】
このような遠心圧縮機によれば、ベーンレスディフューザのインペラシュラウド側となる周方向側壁に設けた入口孔と、インペラシュラウドのディスク入口部に配設されたラビリンスシール直後に設けた出口孔との間を接続する連通孔を設け、入口孔の開口中心位置Ｄｈが、クローズドインペラの外径Ｄｉを基準にして、旋回失速を発生し始める半径位置とされる１．１〜１．３倍の範囲に設定されているので、入口孔周辺の静圧を低下させて周方向の圧力分布を不均一にすることができる。この場合、入口孔を一箇所とすれば、遠心圧縮機の効率を最小限に抑えることができる。
【０００８】
上記の遠心圧縮機において、前記出口孔は、前記連通孔をインペラ回転方向と逆向きに傾斜させて開口していることが好ましく、これにより、ラビリンスに流入する流れの旋回流を緩和することができる。
また、上記の遠心圧縮機において、前記入口孔を周方向に複数設けることが好ましく、これにより、周方向の圧力分布をより一層不均一にすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
上述した本発明によれば、入口孔周辺の静圧を低下させて周方向の圧力分布を不均一にするので、失速域（失速セル）の旋回を妨げることで旋回失速が生じにくくなる。この結果、旋回失速を発生する低流量値（旋回失速発生点）を引き下げ、安定した運転が可能となる流量範囲を広げることができる。このような旋回失速の防止効果は、入口孔の数を周方向にますことでより一層顕著になる。
【００１０】
また、出口孔にインペラ回転方向と逆向きの傾斜を設けることで、ラビリンスに流入する流れの旋回流を緩和して不安低振動を低減するスワールキャンセラーの効果を得ることができる。
従って、旋回失速を発生する旋回失速発生点（流量値）がより低流量側となり、旋回失速が発生する心配のない安定した運転が可能となる流量範囲を広げた遠心圧縮機を提供するという顕著な効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る遠心圧縮機の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、遠心圧縮機のベーンレスディフューザ部を示す断面図である。この遠心圧縮機は、石油化学や天然ガスプラント等に用いられる高圧の産業用であり、図示しないシュラウド付きのクローズドインペラ２を使用するとともに、ベーンレスディフューザ３を備えた構成とされる。
クローズドインペラ２は、ケーシングに支持されている回転軸１から周方向へ突出して取付けられ、図示しない駆動源から駆動力を得る回転軸１と一体に回転する。クローズドインペラ２が回転すると、ハウジングの流体入口（不図示）から空気やガス等の流体を吸引し、この流体に遠心力を与えてベーンレスディフューザ３に送出する。
【００１２】
ベーンレスディフューザ３は、クローズドインペラ２が回転する空間に連結され、クローズドインペラ２により遠心力を与えられた流体の運動エネルギを圧力エネルギに変換して送り出す流路である。なお、ベーンレスディフューザ３の下流側は、ケーシングの流体出口（不図示）に連通している。
また、図中の符号４はラビリンスシールであり、クローズドインペラ２とインペラシュラウド５のディスク入口部５ａ（図２参照）との間に形成される隙間から流体が漏出するのを防止する目的で取付けられている。
【００１３】
このように、クローズドインペラ２を使用するとともにベーンレスディフューザ３を備えている遠心圧縮機には、ベーンレスディフューザ３のインペラシュラウド５側となる周方向側壁３ａに設けた入口孔１１と、インペラシュラウド５のディスク入口部５ａに配設されたラビリンスシール４の直後に設けた出口孔１２との間を接続する連通孔１０が設けられている。なお、図１に示す構成例では、遠心圧縮機の効率低下を抑制するため、入口孔１１は一箇所とされる。
このような連通孔１０を設けることにより、高圧側の入口孔１１から低圧側の出口孔１２へ流体の一部が流出するため、入口孔１１の周辺では静圧が低下する。この結果、ベーンレスディフューザ３の周方向側壁３ａでは、回転軸１と交差する周方向の圧力分布が不均一になる。
【００１４】
上述した入口孔１１の開口中心位置Ｄｈは、クローズドインペラ２の外径Ｄｉを基準にして、１．１〜１．３倍（Ｄｈ＝１．１Ｄｉ〜１．３Ｄｉ）の範囲に設定する。これは、旋回失速の開始位置及び圧力変動の大きい位置が、クローズドインペラ２の外径Ｄｉを基準にして１．１〜１．３倍（Ｄｈ＝１．１Ｄｉ〜１．３Ｄｉ）の範囲にあるという知見を得たことに基づいている。
すなわち、入口孔１１は、クローズドインペラ２の先端部が回転する軌跡の直径を外径Ｄｉとすれば、この外径Ｄｉより周方向の外側となるベーンレスディフューザ３の周方向側壁３ａに設けられ、その開口中心は、回転軸１を中心とする直径Ｄｈの仮想円上に位置している。
【００１５】
このような構成の遠心圧縮機とすれば、ベーンディフューザ３内で旋回失速が発生し始める周方向の領域（Ｄｈ＝１．１Ｄｉ〜１．３Ｄｉ）に入口孔１１を開口させたことにより、周方向の圧力分布を不均一にして失速域（失速セル）の旋回を妨げることができるので、旋回失速は発生しにくくなる。この結果、図３に示すように、旋回失速発生点の流量をｑ２（ｑ２＜ｑ１）まで低下させることができるので、旋回失速が発生する低流量域の流量範囲（旋回失速発生領域）Ｗ２が従来のＷ１より狭まり、安定した運転を可能にする流量範囲が広がることとなる。
また、上述した入口孔１１は、周方向に複数開口させて連通孔１０と接続することにより、旋回失速の防止効果をより一層増すことができる。
【００１６】
ところで、上述した実施形態の出口孔１２は、図２に示すように、回転軸１と直交する方向にまっすぐ伸びる連通孔１０から開口しているが、図４に示す変形例のように、インペラ回転方向と逆向きの傾斜を設けた出口孔１２Ａとしてもよい。この出口孔１２Ａは、インペラ回転方向と逆向き（図示の例では反時計回り）に傾斜させた傾斜通路１３を備えた連通孔１０Ａから開口しており、従って、入口孔１１から流入した高圧流体は、傾斜通路１３先端の出口孔１２から、出口孔１２に向かって回転してくるクローズドインペラ２の方向へ向けて流出することとなる。すなわち、入口孔１１から流入した高圧流体は、ラビリンス４に流入する流れの旋回流を打ち消す方向に傾斜しているので、ラビリンス４に流入する旋回流を緩和して不安低振動を低減するというスワールキャンセラーの効果を得ることができる。
【００１７】
このように、本発明の遠心圧縮機によれば、旋回失速を発生する旋回失速発生点（流量値）をより低流量側へ移動させることができるので、旋回失速を発生する心配のない安定した運転が可能となる流量範囲を広げることができる。従って、旋回失速に起因する回転軸１の軸振動、及び遠心圧縮機の圧縮流体出口に接続される吐出配管（不図示）の振動を増大させる原因が解消され、遠心圧縮機及びこれを使用する装置の信頼性や耐久性を向上させることができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る遠心圧縮機の一実施形態を示す図で、（ａ）はベーンレスディフューザ部を示す要部断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】（ａ）は図１（ａ）のＢ部拡大図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図３】本発明による遠心圧縮機の旋回失速発生点を示す遠心圧縮機の性能曲線図である。
【図４】図２（ｂ）の変形例を示す図である。
【図５】従来例として遠心圧縮機のベーンレスディフューザ部を示す要部断面図である。
【図６】図５に示す従来例の旋回失速発生点を示す遠心圧縮機の性能曲線図である。
【符号の説明】
【００１９】
１    回転軸
２    クローズドインペラ
３    ベーンレスディフューザ
４    ラビリンスシール
１０，１０Ａ    連通孔
１１    入口孔
１２，１２Ａ    出口孔
１３    傾斜通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007177737.tif 000007
【図６】
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