JP2001317492A - 遠心型圧縮機及びそれを用いたジェットエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造で、比較的薄いインペラブ
レードを用いたものであってもインペラブレードとケー
シングシュラウドとの接触時に母材の損傷を防止可能な
遠心型圧縮機を提供する。 【解決手段】 ケーシングシュラウドに於けるインペ
ラブレードに対向する面のうち、インペラホイールの回
転軸に沿う上流側部分を樹脂コーティングし、かつ回転
軸に対して角度を有する下流側部分を金属コーティング
することで、回転軸のぶれにより削られるのは、樹脂コ
ーティングのみとなり、そのショックも小さく、インペ
ラブレードに影響を及ぼす心配もない。しかも全面金属
溶射するのに比較して軽量化される。また、比較的高温
となるが回転軸に対して角度を有し、回転軸のぶれによ
る影響の少ない下流側部分を溶射などにより金属コーテ
ィングとすることで、その部分の膜厚精度を高めること
ができ、インペラブレードとケーシングシュラウドとの
隙間を小さくでき、圧縮効率が低下しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インペラと、ケー
シングシュラウドとで画定された圧縮室に軸線方向から
吸込んだ気体を圧縮して径方向外向きに吐出する遠心型
圧縮機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、例えばジェットエンジンに用
いられる圧縮機として、排気タービンにより駆動されて
回転するインペラと、ケーシングシュラウドとで画定さ
れた圧縮室に軸線方向前方から吸込んだ気体を圧縮して
径方向外向きに吐出し、燃焼室に供給する遠心型圧縮機
がある。

【０００３】このような遠心型圧縮機にあっては、イン
ペラブレードとケーシングシュラウドとの隙間が小さい
ほど気体のリークが少なくなり、圧縮効率は向上する。

【０００４】ところが、上記隙間を小さくすると運転中
の振動などにより回転軸がぶれたときに、インペラブレ
ードとケーシングシュラウドとが接触し易くなり、これ
らが共に損傷し、その交換等のメンテナンスが厄介にな
ると共にそのコストも高騰する問題があった。

【０００５】そこで、例えば特開平８−２１９０９２号
公報には、インペラブレード及びケーシングシュラウド
の互いの対向面に金属の溶射材をコーティングし、かつ
インペラブレード側の溶射材よりもケーシングシュラウ
ド側の溶射材を摩耗し易くした構造とすることで、イン
ペラブレードとケーシングシュラウドとが接触してもケ
ーシングシュラウド側の溶射材のみを摩耗させて母材を
保護するようにした構造が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、溶射材
同士の接触も金属同士の接触であるため、実際には或る
程度大きな力がブレードに加わることを避けることはで
きず、厚いブレードで有れば良いが、特に比較的薄いブ
レードを用いた場合、依然接触による損傷を必ずしも防
止できない。

【０００７】溶射材に代えて接触してもショックの少な
い樹脂材をコーティングすることも考えられるが、圧縮
機の吐出側は気体が圧縮されることにより高温になり、
特にジェットエンジンの圧縮機の場合、近傍に燃焼室が
配置されることなどから吐出側が一層高温になるため、
その耐久性が問題となる。

【０００８】本発明は、上記したような従来技術の問題
点を解決するべく案出されたものであり、簡単な構造
で、比較的薄いインペラブレードを用いたものであって
もインペラブレードとケーシングシュラウドとの接触時
に母材の損傷を防止可能な遠心型圧縮機を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
べく、本発明では、ブレード９ｂ及びホイール９ａから
なるインペラ９と、ケーシングシュラウド２０とで画定
された圧縮室ＨＣＲに軸線方向から吸込んだ気体を圧縮
して径方向外向きに吐出する遠心型圧縮機ＨＣに於て、
前記ケーシングシュラウド２０に於ける前記インペラブ
レード９ｂに対向する面のうち、前記インペラホイール
９ａの回転軸（アウタシャフト７）に沿う上流側部分を
樹脂コーティング（樹脂コーティング部３０）し、かつ
前記回転軸に対して角度を有する下流側部分を金属コー
ティング（金属コーティング部３１）するものとした。

【００１０】回転軸がぶれたときに接触するのは回転軸
に平行な面であり、これはインペラの構造から比較的低
温の上流側部分である。ケーシングシュラウドのこの部
分を、金属に比較的して軟質の摩耗容易な樹脂でコーテ
ィングすることにより、回転軸のぶれにより削られるの
は、この樹脂コーティングのみとなり、そのショックも
小さく、インペラブレードに影響を及ぼす心配もない。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
について添付の図面を参照して詳細に説明する。

【００１２】図１は、本発明が適用された複軸バイパス
ジェットエンジンの模式的縦断面図である。このエンジ
ン１は、同軸上に配置されたそれぞれが円筒状をなすア
ウタケーシング３とインナケーシング４とを有し、互い
の間は複数の整流板２で連結されている。また、同心的
に組み合わされた中空軸からなるアウタシャフト７及び
インナシャフト８が、それぞれが互いに独立した軸受５
ｆ・５ｒ・６ｆ・６ｒをもってケーシング３、４の中心
部に支持されている。

【００１３】アウタシャフト７には、その前側に高圧遠
心型圧縮機ＨＣのインペラ９が、そして後側に逆流燃焼
室１０のノズルＮに隣接配置された高圧タービンＨＴの
タービンホイール１１が、それぞれ一体的に結合されて
いる。

【００１４】インナシャフト８には、その前端にフロン
トファン１２が、フロントファン１２の後方に低圧軸流
コンプレッサＬＣの動翼を構成するコンプレッサホイー
ル１３が、そして後端に燃焼ガスの噴射ダクト１４中に
低圧タービンＬＴの動翼を置いた一対のタービンホイー
ル１５ａ・１５ｂが、それぞれ一体的に結合されてい
る。

【００１５】フロントファン１２の中心には、ノーズコ
ーン１６が設けられ、フロントファン１２の後方には、
アウタケーシング３の内周面にその外端を結合させた静
翼１７が配置されている。

【００１６】インナケーシング４の前端部内周には、低
圧軸流コンプレッサＬＣの静翼１８が配置されている。
そしてその後方には、フロントファン１２が吸入し、か
つ低圧軸流コンプレッサＬＣが予圧した空気を高圧遠心
型圧縮機ＨＣへと送り込むための吸入ダクト１９が画定
され、これにケーシングシュラウド２０及びインペラ９
により画定される高圧遠心型圧縮機ＨＣの圧縮室ＨＣＲ
が連結されている。また吸入ダクト１９の内周側には、
前記したアウタシャフト７並びにインナシャフト８の前
側を支持する軸受５ｆ・６ｆの軸受箱２１が結合されて
いる。

【００１７】フロントファン１２が吸入した空気は、そ
の一部が上記のように低圧軸流コンプレッサＬＣを経て
高圧遠心型圧縮機ＨＣへと送り込まれる。そしてその残
りの比較的低速かつ大量の空気は、アウタケーシング３
とインナケーシング４との間に形成されたバイパスダク
ト２２から後方へ噴射され、低速域での主たる推力とな
る。

【００１８】高圧遠心型圧縮機ＨＣの外周部には、ディ
フューザ２３が結合されており、その直後に設けられた
逆流燃焼室１０へ高圧空気を送り込むようになってい
る。

【００１９】逆流燃焼室１０では、その後端面に設けら
れた燃料噴射ノズル２４から噴射された燃料とディフュ
ーザ２３から送り込まれた高圧空気とを混合して燃焼さ
せる。そして後方を向くノズルＮから噴射ダクト１４を
経て大気中へ噴射する燃焼ガスにより、高速域での主た
る推力を得る。

【００２０】なお、噴射ダクト１４の内周側には、前記
したアウタシャフト３並びにインナシャフト４の後側を
支持する軸受５ｒ・６ｒの軸受箱２５が結合されてい
る。

【００２１】このエンジン１のアウタシャフト７には、
図示されていないギア機構を介してスタータモータ２６
の出力軸が連結されている。このスタータモータ２６を
駆動すると、高圧遠心コンプレッサＨＣのインペラホイ
ール９がアウタシャフト７と共に駆動され、高圧空気が
逆流燃焼室１０へ送り込まれる。この高圧空気と燃料と
を混合して燃焼させると、その燃焼ガスの噴射圧で高圧
タービンＨＴのタービンホイール１１並びに低圧タービ
ンＬＴのタービンホイール１５ａ・１５ｂが駆動され
る。この高圧タービンホイール１１の回転力で高圧遠心
型圧縮機ＨＣのインペラ９が、そして低圧タービンホイ
ール１５ａ・１５ｂの回転力でフロントファン１２及び
低圧軸流コンプレッサＬＣのコンプレッサホイール１３
が、それぞれ駆動される。そして燃焼ガスの噴射圧で高
圧タービンホイール１１並びに低圧タービンホイール１
５ａ・１５ｂが駆動されると、燃料供給量と吸入空気量
との自己フィードバック的釣り合いに応じて定まる状態
でエンジン１が回転を継続することとなる。

【００２２】図２は、本発明が適用された遠心型圧縮機
ＨＣの要部を拡大して示す。遠心型圧縮機ＨＣは、イン
ペラホイール９ａに多数のインぺラブレード９ｂが形成
された形状をなすインペラ９と、インペラブレード９ｂ
に沿うようにこれを外囲するケーシングシュラウド２０
を有し、インペラホイール９ａとケーシングシュラウド
２０とにより画定された圧縮室ＨＣＲにて図に於ける左
側から吸い込んだ気体を圧縮してディフューザ２３側、
即ち逆流燃焼室１０側に吐出するようになっている。

【００２３】ケーシングシュラウド２０の内面、即ちイ
ンペラブレード９ｂとの対向面のうち、インペラホイー
ル９ａの回転軸としてのアウタシャフト７に沿う上流側
部分が樹脂コーティングされ（樹脂コーティング部３
０）、かつアウタシャフト７に対して角度を有する下流
側部分が金属コーティングされている（金属コーティン
グ部３１）。その厚みは例えば共に１．５ｍｍ程度であ
る。また、ケーシングシュラウド２０の内面とインペラ
ブレード９ｂ外縁との隙間は例えば０．１５ｍｍ程度で
ある。

【００２４】金属コーティング部３１は、例えばＡｌ−
Ｃｕなどの被削性に優れた合金を溶射することにより形
成している。また、樹脂コーティング部３０は、金属コ
ーティング部３１を形成した後に、２液性のエポキシ樹
脂を塗布することにより形成している。ここで、樹脂コ
ーティング部３０と金属コーティング部３１との境界部
３２は、ケーシングシュラウド２０の内面の法線方向に
対して傾斜している。これにより、両コーティング部の
接触面積が大きくなり、その密着性が向上して特に樹脂
コーティング部３０が剥がれ難くなっている。

【００２５】回転軸がぶれたときにインペラ９が移動す
る方向は、図２の矢印に示すように回転軸（アウタシャ
フト７）と直交する方向である。従って、インペラブレ
ード９ｂと接触するのは回転軸に平行な上流側部分、即
ち樹脂コーティング部３０である。即ち、回転軸のぶれ
により削られるのは、この樹脂コーティングのみとな
る。

【００２６】尚、本構成では特に明記しないが、実際に
はインペラブレード９ｂ外縁にも例えばＣｒ−Ｍｏ−Ｓ
ｉ−Ｃ−Ｃｕ−Ｆｅ等の耐摩耗性に優れた合金の溶射に
よる金属コーティングを施すと良い。

【００２７】

【発明の効果】上記した説明により明らかなように、本
発明による遠心型圧縮機によれば、ケーシングシュラウ
ドに於けるインペラブレードに対向する面のうち、回転
軸がぶれたときに接触する回転軸に平行な低温の上流側
部分を、金属に比較して軟質の摩耗容易な樹脂でコーテ
ィングすることで、回転軸のぶれにより削られるのは、
樹脂コーティングのみとなり、そのショックも小さく、
インペラブレードに影響を及ぼす心配もない。しかも全
面金属の溶射材でコーティングするのに比較して軽量化
される。また、比較的高温となるが回転軸に対して角度
を有し、回転軸のぶれによる影響の少ない下流側部分を
溶射などにより金属コーティングとすることで、その部
分の膜厚精度を高めることができ、インペラブレードと
ケーシングシュラウドとの隙間を小さくでき、圧縮効率
が低下する心配もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されたジェットエンジンの概略縦
断面図。

【図２】図１の遠心型圧縮機の要部拡大図。

【符号の説明】

１ ジェットエンジン ７ アウタシャフト（回転軸） ９ インペラ ９ａ インペラホイール ９ｂ インペラブレード ２０ ケーシングシュラウド ３０ 樹脂コーティング部 ３１ 金属コーティング部 ＨＣ 遠心型圧縮機 ＨＣＲ 燃焼室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 佳史 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 3H022 AA02 BA01 CA54 CA55 DA08 3H034 AA02 AA16 BB03 BB06 CC03 DD05 DD24 EE09 EE13 EE18

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブレード及びホイールからなるインペ
   ラと、ケーシングシュラウドとで画定された圧縮室に軸
   線方向から吸込んだ気体を圧縮して径方向外向きに吐出
   する遠心型圧縮機であって、 前記ケーシングシュラウドに於ける前記インペラブレー
   ドに対向する面のうち、前記インペラホイールの回転軸
   に沿う上流側部分が樹脂コーティングされ、かつ前記回
   転軸に対して角度を有する下流側部分が金属コーティン
   グされていることを特徴とする遠心型圧縮機。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の遠心型圧縮機を吸気
   側に備えることを特徴とするジェットエンジン。