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非対称自己循環ケーシングトリートメントを有する遠心圧縮機と、遠心圧縮機に非対称自己循環ケーシングトリートメントを設ける方法

国内特許コード P150011750
掲載日 2015年3月30日
出願番号 特願2011-553815
登録番号 特許第5583701号
出願日 平成23年2月3日(2011.2.3)
登録日 平成26年7月25日(2014.7.25)
国際出願番号 JP2011052274
国際公開番号 WO2011099419
国際出願日 平成23年2月3日(2011.2.3)
国際公開日 平成23年8月18日(2011.8.18)
優先権データ
  • 201010110299.8 (2010.2.9) CN
  • 201010110311.5 (2010.2.9) CN
発明者
  • ゼン シンチェン
  • リン ルィン
  • ザン ヤンジウィン
  • ヤン ミンヤン
  • 馬場 隆弘
  • 玉木 秀明
出願人
  • 株式会社IHI
  • 清華大学
発明の名称 非対称自己循環ケーシングトリートメントを有する遠心圧縮機と、遠心圧縮機に非対称自己循環ケーシングトリートメントを設ける方法
発明の概要 遠心圧縮機において、ケーシング7の内部には、インペラ全羽根前縁6aより下流側位置からインペラ全羽根前縁6aより上流側位置へ流体を戻す還流路9が形成される。還流路9は、ケーシング7の内周面7aにおける下流側位置に開口して周方向に延びる吸引リング溝9aと、内周面7aにおける上流側位置に開口して周方向に延びる還流リング溝9bと、を有する。吸引リング溝9aの軸方向位置または幅の周方向における分布が、回転軸に関して非対称になっている。
従来技術、競合技術の概要



遠心圧縮機を用いたターボ式圧縮機は、往復動式圧縮機に対し、効率が高く、重量が軽く、運転が安定している等の長所があるものの、その許容作動範囲(すなわち、遠心圧縮機への流量値の範囲)は限られている。遠心圧縮機の小流量作動点(すなわち、圧縮機への流量が小さい場合)では、内部の流れ場において大幅な流体剥離などの現象が生じ、不安定な動作の現象が生じて、失速ひいてはサージをもたらす。その結果、圧縮機の効率と圧力比の急速な低下を招き、寿命が短縮し、ひいては、短時間内に損傷してしまう。そのため、様々な方法を採用することで、圧縮機の失速等の不安定な現象の発生を遅延して、その安定した作動範囲を拡大させている。





安定した作動範囲を拡大させるために、遠心圧縮機にケーシングトリートメントを設けている。例えば、特許文献1~5のように、遠心圧縮機のインペラを囲むケーシングの内周面において、インペラの前縁より下流の吸引リング溝と、インペラの前縁より上流の還流リング溝を形成している。この構成で、遠心圧縮機への流量が少なくなった場合、ケーシング内周面に区画される流路内の流体を、吸引リング溝からケーシング内部へ流入させ、この流体を、還流リング溝から、インペラの前縁より上流にて前記流路に戻す。その結果、インペラへの流量が増加し、遠心圧縮機の動作が安定する。このようにして、安定した作動範囲を拡大させている。

産業上の利用分野



本発明は、非対称自己循環ケーシングトリートメントを有する遠心圧縮機と、遠心圧縮機に非対称自己循環ケーシングトリートメントを設ける方法に関する。遠心圧縮機は、車両や船舶用過給機、産業用圧縮機、航空エンジンなど、各種用途のターボ機械に用いられる。

特許請求の範囲 【請求項1】
回転駆動される回転軸(3)と、該回転軸に固定されるインペラ(5)とを備え、該インペラにより、前記回転軸の半径方向外側に吸入流体を送出して圧縮する遠心圧縮機であって、
前記インペラを囲む内周面を有するケーシング(7)を備え、
前記ケーシングの内部には、インペラ全羽根前縁(6a)より下流側位置からインペラ全羽根前縁より上流側位置へ流体を戻す還流路(9)が形成され、
該還流路は、前記内周面における前記下流側位置に開口して前記回転軸回りの周方向に形成される吸引リング溝(9a)と、前記内周面における前記上流側位置に開口して前記周方向に形成される還流リング溝(9b)と、を有し、
前記回転軸の軸方向における位置を軸方向位置とし、
前記吸引リング溝の軸方向位置の前記周方向における分布が、前記回転軸に関して非対称であることにより、前記還流路が無い場合にインペラ全羽根前縁より上流において生じる、前記周方向の流体圧力分布の不均一を低減するようになっており
前記吸引リング溝の前記周方向の位置が前記周方向に移行するに従って、前記吸引リング溝の軸方向位置は、インペラ全羽根前縁と反対側へ次第に移行し、その後、インペラ全羽根前縁側へ次第に移行して前記吸引リング溝の前記周方向の位置が前記周方向に1周する、ことを特徴とする非対称自己循環ケーシングトリートメントを有する遠心圧縮機。

【請求項2】
回転駆動される回転軸(3)と、該回転軸に固定されるインペラ(5)とを備え、該インペラにより、前記回転軸の半径方向外側に吸入流体を送出して圧縮する遠心圧縮機であって、
前記インペラを囲む内周面を有するケーシング(7)を備え、
前記ケーシングの内部には、インペラ全羽根前縁(6a)より下流側位置からインペラ全羽根前縁より上流側位置へ流体を戻す還流路(9)が形成され、
該還流路は、前記内周面における前記下流側位置に開口して前記回転軸回りの周方向に形成される吸引リング溝(9a)と、前記内周面における前記上流側位置に開口して前記周方向に形成される還流リング溝(9b)と、を有し、
前記吸引リング溝の幅の前記周方向における分布が、前記回転軸に関して非対称になっている、ことを特徴とする非対称自己循環ケーシングトリートメントを有する遠心圧縮機。

【請求項3】
回転駆動される回転軸(3)と、該回転軸に固定されるインペラ(5)とを備え、該インペラにより、前記回転軸の半径方向外側に吸入流体を送出して圧縮する遠心圧縮機に非対称自己循環ケーシングトリートメントを設ける方法であって、
前記遠心圧縮機は、前記インペラを囲む内周面を有するケーシング(7)を備えるものであり、
前記ケーシングの内部に、インペラ全羽根前縁(6a)より下流側位置からインペラ全羽根前縁より上流側位置へ流体を戻す還流路(9)を形成し、
該還流路は、前記内周面における前記下流側位置に開口して前記回転軸回りの周方向に形成される吸引リング溝(9a)と、前記内周面における前記上流側位置に開口して前記周方向に形成される還流リング溝(9b)と、を有し、
前記吸引リング溝の幅の前記周方向における分布が、前記回転軸に関して非対称になるように前記還流路を形成することにより、前記還流路が無い場合にインペラ全羽根前縁より上流において生じる、前記周方向の流体圧力分布の不均一を低減する、ことを特徴とする遠心圧縮機に非対称自己循環ケーシングトリートメントを設ける方法。

【請求項4】
回転駆動される回転軸(3)と、該回転軸に固定されるインペラ(5)とを備え、該インペラにより、前記回転軸の半径方向外側に吸入流体を送出して圧縮する遠心圧縮機に非対称自己循環ケーシングトリートメントを設ける方法であって、
前記遠心圧縮機は、前記インペラを囲む内周面を有するケーシング(7)を備えるものであり、
前記ケーシングの内部に、インペラ全羽根前縁(6a)より下流側位置からインペラ全羽根前縁より上流側位置へ流体を戻す還流路(9)を形成し、
該還流路は、前記内周面における前記下流側位置に開口して前記回転軸回りの周方向に形成される吸引リング溝(9a)と、前記内周面における前記上流側位置に開口して前記周方向に形成される還流リング溝(9b)と、を有し、前記吸引リング溝の前記周方向の位置が前記周方向に移行するに従って、前記吸引リング溝の軸方向位置は、インペラ全羽根前縁と反対側へ次第に移行し、その後、インペラ全羽根前縁側へ次第に移行して前記吸引リング溝の前記周方向の位置が前記周方向に1周し、
前記回転軸の軸方向における位置を軸方向位置とし、
前記吸引リング溝の軸方向位置の前記周方向における分布が、前記回転軸に関して非対称になるように前記還流路を形成することにより、前記還流路が無い場合にインペラ全羽根前縁より上流において生じる、前記周方向の流体圧力分布の不均一を低減する、ことを特徴とする遠心圧縮機に非対称自己循環ケーシングトリートメントを設ける方法。

国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2011553815thum.jpg
出願権利状態 登録
分野
  • 機械工学;照明;加熱;武器;爆破
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