Basic Principles and Energy Transfer in Centrifugal Compressor Part - I

Summary

この講義では、流体機械の基本的な原理について説明されており、特に遠心圧縮機について詳しく触れています。遠心圧縮機は、エネルギーを流体に供給し、静圧を上昇させることによって内部エネルギーを得る機械です。主にインペラ、ケース、拡散器から成り、流体はインペラによって軸方向に吸引され、その後、ラジアル方向に加速されます。拡散器では流速が減少し、圧力が増加します。このメカニズムは、遠心力による圧力上昇とインペラの回転運動を活用して、空気などの圧縮性流体を圧縮します。

Takeaways

• 😀 流体機械の基本的な原理とそれに基づくペルトンタービン、フランシスタービン、カプランタービン、遠心ポンプ、往復動ポンプについて説明。
• 😀 流体機械の中で、使用される流体が水以外（空気、蒸気、ガスなど）である場合、圧縮性の流れが関与する。
• 😀 圧縮性流れを扱う機械は、一般的にターボ機械（Turbo machines）として知られており、詳細な議論はコースの範囲外。
• 😀 流体機械の中で、圧縮空気を使用する遠心圧縮機（Centrifugal Compressor）の動作原理を説明。
• 😀 遠心圧縮機は、エネルギーが外部から供給され、流体が内部エネルギー（静圧と動圧）を得ることで動作する。
• 😀 流体が圧縮機を通過する際、動圧は静圧に変換される。これにより、流体の速度が減少し、静圧が増加する。
• 😀 遠心圧縮機は、インペラ、ディフューザー、ケースという3つの主要な部品から構成される。
• 😀 インペラは回転する部品で、流体にエネルギーを与えて静圧と動圧の両方を増加させる。
• 😀 ディフューザーは静的な部品で、流体の速度を減少させることで、動圧を静圧に変換する。
• 😀 インペラは軸方向に吸引した空気をラジアル方向に排出する。この動作により、圧力が増加する。

Q & A

遠心圧縮機の基本的な構成部品は何ですか？

遠心圧縮機は主に3つの部品から成り立っています。1つ目は静止ケース、2つ目は回転するインペラー（ローター）、そして3つ目はディフューザー（静止部分）です。

遠心圧縮機はどのようにしてエネルギーを流体に供給しますか？

遠心圧縮機は、流体に外部からエネルギーを供給し、そのエネルギーを静圧の上昇と流速の上昇として流体に転送します。主に静圧が上昇しますが、流速も一時的に増加します。

遠心圧縮機で流体がどのように流れるのか説明してください。

流体はインペラーの入口（インペラアイ）から吸引され、インペラーの回転により放射方向に押し出されます。これにより、流体の圧力が上昇します。

ディフューザーの役割は何ですか？

ディフューザーは、流体の流速を減少させ、流体の静圧を増加させる部分です。これにより、圧力が上昇し、流速は低くなります。

遠心圧縮機が「遠心」圧縮機と呼ばれる理由は何ですか？

流体がインペラーによって回転し、その結果として遠心力（または中心向き加速度）が発生し、圧力が放射方向に向かって上昇するため、これらの機械は「遠心圧縮機」と呼ばれます。

インペラー内で流体がどのように扱われるか説明してください。

インペラーは流体を吸引し、その回転によって流体に圧力と速度を与えます。流体はインペラーの羽根を通過し、最終的には放射方向に押し出されます。

遠心圧縮機の設計において、インペラーの羽根はどのように配置されていますか？

インペラーの羽根は、入口付近では曲線を描き、出口付近ではほぼ直線的で放射方向に向かっています。これにより、流体がインペラーをスムーズに通過し、効率的に圧力が上昇します。

遠心圧縮機のエネルギー転送のメカニズムを簡単に説明してください。

遠心圧縮機では、インペラーの回転によって流体にエネルギーが転送されます。このエネルギーは主に流体の静圧を上昇させ、また一時的に流速も増加します。

流体がディフューザーを通過する際、なぜ圧力が上昇するのですか？

ディフューザーでは、流体の流速が減少することにより、圧力が上昇します。これは連続の方程式に基づき、流体の速度が低下すると、圧力が増加するためです。

遠心圧縮機における「相対速度」とは何ですか？

相対速度とは、流体がインペラーに対してどのように動くかを示す速度で、インペラーが回転しているため、流体の速度はインペラーの動きに対して相対的に測定されます。