JP2002106492A - タービン圧縮機の構造 - Google Patents
タービン圧縮機の構造Info
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- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
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- F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
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- F04D17/10—Centrifugal pumps for compressing or evacuating
- F04D17/12—Multi-stage pumps
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F04D29/5806—Cooling the drive system
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- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/20—Rotors
- F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明によるタービン圧縮機の構造は、イン
ペラの圧力比を調整できる重要な要素であるブレードの
大きさないし長さは同一に形成して、ハブの外周に圧力
相殺溝を加工することによってタービン圧縮機で問題視
されて来た軸方向への力を支えるスラストベアリングを
効果的に保護する。 【解決手段】 本発明によるタービン圧縮機の構造は、
駆動軸と締結されてモータの回転力が伝達されて回転さ
れるハブ３０ａと、前記ハブ３０ａの前面に用意されて
ハブの回転力を受けて外部流体を圧縮するためのブレー
ド３０ｂと、前記ハブ３０ａの外周に一定な形状で一つ
以上多数個が加工されてインペラ３０の軸方向荷重を減
少させるための圧力相殺溝３０ｃが含まれたインペラが
備わることを特徴とする。
ペラの圧力比を調整できる重要な要素であるブレードの
大きさないし長さは同一に形成して、ハブの外周に圧力
相殺溝を加工することによってタービン圧縮機で問題視
されて来た軸方向への力を支えるスラストベアリングを
効果的に保護する。 【解決手段】 本発明によるタービン圧縮機の構造は、
駆動軸と締結されてモータの回転力が伝達されて回転さ
れるハブ３０ａと、前記ハブ３０ａの前面に用意されて
ハブの回転力を受けて外部流体を圧縮するためのブレー
ド３０ｂと、前記ハブ３０ａの外周に一定な形状で一つ
以上多数個が加工されてインペラ３０の軸方向荷重を減
少させるための圧力相殺溝３０ｃが含まれたインペラが
備わることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はモータの運動エネル
ギーを圧力エネルギーに変えることができるタービン圧
縮機に関するものであり、軸方向の荷重を適正に合わせ
ることができるようにすることによりスラストベアリン
グに対する作用荷重を減少させることができるインペラ
が用いられるタービン圧縮機の構造に関するものであ
る。
ギーを圧力エネルギーに変えることができるタービン圧
縮機に関するものであり、軸方向の荷重を適正に合わせ
ることができるようにすることによりスラストベアリン
グに対する作用荷重を減少させることができるインペラ
が用いられるタービン圧縮機の構造に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】圧縮機はモータによって生じた機械的エ
ネルギーを圧力エネルギーに変換して流体の圧力を高め
ることができるようにした装置である。特に本発明にお
いて関心分野であるタービン圧縮機はインペラの回転力
を利用して流体を軸方向に吸入し遠心方向に吐出するよ
うにして圧縮を行うようにした装置である。また、通常
的に多段のタービンが一緒に使われる多段圧縮方式が適
用されるが、特に２段に圧縮されるようにする２段圧縮
タービン圧縮機が主に使われる。
ネルギーを圧力エネルギーに変換して流体の圧力を高め
ることができるようにした装置である。特に本発明にお
いて関心分野であるタービン圧縮機はインペラの回転力
を利用して流体を軸方向に吸入し遠心方向に吐出するよ
うにして圧縮を行うようにした装置である。また、通常
的に多段のタービンが一緒に使われる多段圧縮方式が適
用されるが、特に２段に圧縮されるようにする２段圧縮
タービン圧縮機が主に使われる。
【０００３】このようなタービン圧縮機は、従来エアコ
ンや特殊な軍事装備等に使われ、圧縮される流体の容量
によって大容量または小容量のものが用いられている。
図５は、従来の２段圧縮式タービン圧縮機の構造を説明
する図面である。図５を参照すると、これはインペラの
背面が相互向かい合うように構成された背中合わせタイ
プの圧縮機であり以下その構成を詳述する。
ンや特殊な軍事装備等に使われ、圧縮される流体の容量
によって大容量または小容量のものが用いられている。
図５は、従来の２段圧縮式タービン圧縮機の構造を説明
する図面である。図５を参照すると、これはインペラの
背面が相互向かい合うように構成された背中合わせタイ
プの圧縮機であり以下その構成を詳述する。
【０００４】内部にモータなどの装備を格納して外部と
分離するために一定形状で用意されたモータケース１
と、前記モータケース１の内部に用意されて電気エネル
ギーを機械的な運動エネルギーに変換するためのモータ
２と、前記モータ２と軸方向に締結されてモータ２と同
一に駆動する駆動軸３と、前記駆動軸３の両端に締結さ
れて駆動軸３の回転運動を流体の運動エネルギーに変え
るための第１、第２インペラ４、５と、
分離するために一定形状で用意されたモータケース１
と、前記モータケース１の内部に用意されて電気エネル
ギーを機械的な運動エネルギーに変換するためのモータ
２と、前記モータ２と軸方向に締結されてモータ２と同
一に駆動する駆動軸３と、前記駆動軸３の両端に締結さ
れて駆動軸３の回転運動を流体の運動エネルギーに変え
るための第１、第２インペラ４、５と、
【０００５】前記駆動軸３に対して軸方向に生じるスラ
スト荷重を支えるために駆動軸の一端部に用意されたス
ラストベアリング６と、前記駆動軸３の放射方向の荷重
を支持するために駆動軸３の両端部に用意されたラジア
ルベアリング７、８と、前記ラジアルベアリング７、８
を前記モータケース１に支持するためにラジアルベアリ
ング７、８とモータケース１との間に配置された第１、
第２ベアリングプレート９、１０と、
スト荷重を支えるために駆動軸の一端部に用意されたス
ラストベアリング６と、前記駆動軸３の放射方向の荷重
を支持するために駆動軸３の両端部に用意されたラジア
ルベアリング７、８と、前記ラジアルベアリング７、８
を前記モータケース１に支持するためにラジアルベアリ
ング７、８とモータケース１との間に配置された第１、
第２ベアリングプレート９、１０と、
【０００６】前記スラストベアリング６の外側に用意さ
れてモータケース１の内部を密閉するためのベアリング
カバー１１と、前記第１、第２インペラ４、５から排出
される高速の流体に内包された運動エネルギーを流体の
圧力エネルギーに変換するために前記インペラ４、５の
吐出端側に用意された第１、第２ディフューザー１２、
１３と、前記第１ディフューザー１２から排出された高
圧の流体に含まれた圧力エネルギーの損失を減少させ、
圧縮された流体が集まるようにするために一定形状で前
記第１ディフューザー１２の外側に用意される第１ボリ
ュートケース１４と、
れてモータケース１の内部を密閉するためのベアリング
カバー１１と、前記第１、第２インペラ４、５から排出
される高速の流体に内包された運動エネルギーを流体の
圧力エネルギーに変換するために前記インペラ４、５の
吐出端側に用意された第１、第２ディフューザー１２、
１３と、前記第１ディフューザー１２から排出された高
圧の流体に含まれた圧力エネルギーの損失を減少させ、
圧縮された流体が集まるようにするために一定形状で前
記第１ディフューザー１２の外側に用意される第１ボリ
ュートケース１４と、
【０００７】前記第１ボリュートケース１４から排出さ
れた流体が第２インペラ５に導入されるようにする連結
管路１５と、前記連結管路１５と前記第２インペラ５と
前記第２ディフューザー１３を順次通過して再度圧縮さ
れた高圧の流体が一時的に集まるようにするために第２
ディフューザーの外側に用意された第２ボリュートケー
ス１６と、前記第２ボリュートケース１６から集まった
高圧の流体が抜け出ることができるようにするために前
記第２ベアリングプレート１０の軸方向に一定な間隔で
加工された流体流路１７と、
れた流体が第２インペラ５に導入されるようにする連結
管路１５と、前記連結管路１５と前記第２インペラ５と
前記第２ディフューザー１３を順次通過して再度圧縮さ
れた高圧の流体が一時的に集まるようにするために第２
ディフューザーの外側に用意された第２ボリュートケー
ス１６と、前記第２ボリュートケース１６から集まった
高圧の流体が抜け出ることができるようにするために前
記第２ベアリングプレート１０の軸方向に一定な間隔で
加工された流体流路１７と、
【０００８】前記流体流路１７を通して流入した流体が
少しの間停滞して前記モータ２を冷却させることができ
るようにするためのモータ室１８と、前記モータ室１８
を満たしている高圧の流体が前記ベアリングカバー１１
を通して外部に流出されないようにするために前記駆動
軸３とベアリングカバー１１の接触面に形成されている
ラビリンスシール１９と、前記モータ室１８の一定位置
に一端が連結されてモータ室１８から高圧の流体が抜け
出るようにするための吐出管２０と、流体が吸入される
ようにするために前記第１インペラ４の前方に用意され
る吸入管２１とで構成されている。
少しの間停滞して前記モータ２を冷却させることができ
るようにするためのモータ室１８と、前記モータ室１８
を満たしている高圧の流体が前記ベアリングカバー１１
を通して外部に流出されないようにするために前記駆動
軸３とベアリングカバー１１の接触面に形成されている
ラビリンスシール１９と、前記モータ室１８の一定位置
に一端が連結されてモータ室１８から高圧の流体が抜け
出るようにするための吐出管２０と、流体が吸入される
ようにするために前記第１インペラ４の前方に用意され
る吸入管２１とで構成されている。
【０００９】このような構成を有する２段圧縮タービン
圧縮機の作動を概略的に説明すると、圧縮される流体は
前記吸入管２１を通って流入し、前記第１インペラ４に
よって一段圧縮され、次いで前記第１ディフューザー１
２を通って高圧の流体となり、次いで前記第１ボリュー
トケース１４を通って圧力損失なしに採集された後、前
記連結管路１５を通って前記第２インペラ５に流入した
後、２段圧縮されて前記第２ディフューザー１３を通っ
て一層高い圧力流体となって、前記第２ボリュートケー
ス１６で採集されて、前記流体流路１７を通して排出さ
れた後、前記モータ室１８を経由して高熱のモータ２を
冷却した後、吐出管２０を通して排出される。
圧縮機の作動を概略的に説明すると、圧縮される流体は
前記吸入管２１を通って流入し、前記第１インペラ４に
よって一段圧縮され、次いで前記第１ディフューザー１
２を通って高圧の流体となり、次いで前記第１ボリュー
トケース１４を通って圧力損失なしに採集された後、前
記連結管路１５を通って前記第２インペラ５に流入した
後、２段圧縮されて前記第２ディフューザー１３を通っ
て一層高い圧力流体となって、前記第２ボリュートケー
ス１６で採集されて、前記流体流路１７を通して排出さ
れた後、前記モータ室１８を経由して高熱のモータ２を
冷却した後、吐出管２０を通して排出される。
【００１０】上述されたような構成と作動について見る
と、前記第１、第２インペラ４、５に加えられる圧力は
相当な水準になっている。このような高圧によって前記
スラストベアリング６には高い荷重が作用するようにな
るが、このような荷重による結果を次に述べる。図６
は、従来のタービン圧縮機に用いられるインペラの平面
図である。図６を参照すると、従来のタービン圧縮機の
インペラ４は円形のハブ４ａに多数個のブレード４ｂが
締結されている。このようなインペラ４の中心に軸方向
に外部流体が流入すれば回転運動をするインペラ４の前
記ブレード４ｂに沿って外部流体は遠心方向に追い出さ
れながらエネルギーを受けて高速高圧の流体になる。
と、前記第１、第２インペラ４、５に加えられる圧力は
相当な水準になっている。このような高圧によって前記
スラストベアリング６には高い荷重が作用するようにな
るが、このような荷重による結果を次に述べる。図６
は、従来のタービン圧縮機に用いられるインペラの平面
図である。図６を参照すると、従来のタービン圧縮機の
インペラ４は円形のハブ４ａに多数個のブレード４ｂが
締結されている。このようなインペラ４の中心に軸方向
に外部流体が流入すれば回転運動をするインペラ４の前
記ブレード４ｂに沿って外部流体は遠心方向に追い出さ
れながらエネルギーを受けて高速高圧の流体になる。
【００１１】図７は、従来のタービン圧縮機に用いられ
るインペラの断面図である。図７を参照すると、インペ
ラの本体を形成するハブ４ａの前面には前記ブレード４
ｂが用意されるが、前記ブレード４ｂを経ながら高速高
圧に変わった流体はインペラ４の背面ではインペラ４の
前面と別に高圧になって相当な量で軸方向の荷重が作用
するようになる。このように作用されるインペラにおけ
る流体の圧力による荷重を図８に概略的に示した。
るインペラの断面図である。図７を参照すると、インペ
ラの本体を形成するハブ４ａの前面には前記ブレード４
ｂが用意されるが、前記ブレード４ｂを経ながら高速高
圧に変わった流体はインペラ４の背面ではインペラ４の
前面と別に高圧になって相当な量で軸方向の荷重が作用
するようになる。このように作用されるインペラにおけ
る流体の圧力による荷重を図８に概略的に示した。
【００１２】図８を通して分かるように、インペラ４の
背面ではブレードを通過した高圧の流体が回り込むので
大きな力で押圧するようになり、インペラ４の前面では
低い圧力の流体があるので小さい力で押圧するようにな
り、結局はインペラ４の背面から前面に押す力がインペ
ラに生じるようになって、このような押圧力が第１、第
２インペラ４、５に各々生じてベクトル合計を形成した
後に残る力Ｆが前記駆動軸３に作用する。ただし、イン
ペラに放射方向に作用される流体の圧力はインペラの対
称形状によって相殺される。
背面ではブレードを通過した高圧の流体が回り込むので
大きな力で押圧するようになり、インペラ４の前面では
低い圧力の流体があるので小さい力で押圧するようにな
り、結局はインペラ４の背面から前面に押す力がインペ
ラに生じるようになって、このような押圧力が第１、第
２インペラ４、５に各々生じてベクトル合計を形成した
後に残る力Ｆが前記駆動軸３に作用する。ただし、イン
ペラに放射方向に作用される流体の圧力はインペラの対
称形状によって相殺される。
【００１３】以上のようにインペラに作用される軸方向
荷重は前記スラストベアリング（図５の６参照）により
支持されて、前記スラストベアリング６に継続的に作用
される軸方向荷重は結局スラストベアリング６の故障を
もたらすようになる。このような問題点を改善するため
に、従来は前記駆動軸３の両端に置かれたインペラ４、
５に加えられる圧力の差を予測してインペラ４、５の外
径を各々調整することによって軸方向荷重が相殺される
ように設計をしてきたが、このようにインペラ４、５の
直径を変化させるとそれによって期待されない効果が生
じ全体的に達成できる圧縮比が変わるようになるので、
タービン圧縮機を設計する時適正な圧縮比などを定める
ことが困難となる。
荷重は前記スラストベアリング（図５の６参照）により
支持されて、前記スラストベアリング６に継続的に作用
される軸方向荷重は結局スラストベアリング６の故障を
もたらすようになる。このような問題点を改善するため
に、従来は前記駆動軸３の両端に置かれたインペラ４、
５に加えられる圧力の差を予測してインペラ４、５の外
径を各々調整することによって軸方向荷重が相殺される
ように設計をしてきたが、このようにインペラ４、５の
直径を変化させるとそれによって期待されない効果が生
じ全体的に達成できる圧縮比が変わるようになるので、
タービン圧縮機を設計する時適正な圧縮比などを定める
ことが困難となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】本発明によるタービン
圧縮機の構造は、インペラの圧力比を調整できる重要な
要素であるブレードの大きさないし長さは同一に形成し
て、ハブの外周に圧力相殺溝を加工することによってタ
ービン圧縮機で問題視されて来た軸方向への力を支える
スラストベアリングを効果的に保護することを目的とす
る。
圧縮機の構造は、インペラの圧力比を調整できる重要な
要素であるブレードの大きさないし長さは同一に形成し
て、ハブの外周に圧力相殺溝を加工することによってタ
ービン圧縮機で問題視されて来た軸方向への力を支える
スラストベアリングを効果的に保護することを目的とす
る。
【００１５】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明によるタービン圧縮機の構造は、駆動軸
と締結用意されてモータの回転力が伝達をされて回転さ
れるハブと、前記ハブの前面に用意されてハブの回転力
を受けて外部流体を圧縮するためのブレードと、前記ハ
ブの外周に一定な形状で一つ以上多数個が加工されてイ
ンペラの軸方向荷重を減少させるための圧力相殺溝が含
まれたインペラが用いられることを特徴とする。
るために本発明によるタービン圧縮機の構造は、駆動軸
と締結用意されてモータの回転力が伝達をされて回転さ
れるハブと、前記ハブの前面に用意されてハブの回転力
を受けて外部流体を圧縮するためのブレードと、前記ハ
ブの外周に一定な形状で一つ以上多数個が加工されてイ
ンペラの軸方向荷重を減少させるための圧力相殺溝が含
まれたインペラが用いられることを特徴とする。
【００１６】このような構成によりスラストベアリング
の保護効果を得ると同時に、全体的なインペラの大きさ
を縮小することによって生じる圧縮比の低下も防止で
き、従来軸方向荷重を合わせるために試行錯誤を行う等
複雑な過程をハブの外周面に圧力相殺溝を徐々に大きく
加工していく過程に単純化させてタービン圧縮機の設計
時に提起される問題点を効果的に無くすことができるよ
うになる。
の保護効果を得ると同時に、全体的なインペラの大きさ
を縮小することによって生じる圧縮比の低下も防止で
き、従来軸方向荷重を合わせるために試行錯誤を行う等
複雑な過程をハブの外周面に圧力相殺溝を徐々に大きく
加工していく過程に単純化させてタービン圧縮機の設計
時に提起される問題点を効果的に無くすことができるよ
うになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照しなが
ら本発明をより詳細に説明する。このような目的を達成
するために本発明によるタービン圧縮機の構造は、駆動
軸と締結されてモータの回転力が伝達されて回転される
ハブと、前記ハブの前面に用意されてハブの回転力を受
けて外部流体を圧縮するためのブレードと、前記ハブの
外周に一定な形状で一つ以上多数個が加工されてインペ
ラの軸方向荷重を減少させるための圧力相殺溝が含まれ
たインペラが備わることを特徴とする。
ら本発明をより詳細に説明する。このような目的を達成
するために本発明によるタービン圧縮機の構造は、駆動
軸と締結されてモータの回転力が伝達されて回転される
ハブと、前記ハブの前面に用意されてハブの回転力を受
けて外部流体を圧縮するためのブレードと、前記ハブの
外周に一定な形状で一つ以上多数個が加工されてインペ
ラの軸方向荷重を減少させるための圧力相殺溝が含まれ
たインペラが備わることを特徴とする。
【００１８】上記のように本発明によるタービン圧縮機
の構造は、インペラのハブにブレードが影響を受けない
範囲内で溝が形成されるようにすることによってインペ
ラの背面に加えられる高圧の流体圧力による荷重を減ら
すことができるように構成されている。図１は、本発明
の一実施形態によるタービン圧縮機に用いられるインペ
ラの平面図で、図２は本発明の一実施形態によるタービ
ン圧縮機に用いられるインペラの垂直断面図である。
の構造は、インペラのハブにブレードが影響を受けない
範囲内で溝が形成されるようにすることによってインペ
ラの背面に加えられる高圧の流体圧力による荷重を減ら
すことができるように構成されている。図１は、本発明
の一実施形態によるタービン圧縮機に用いられるインペ
ラの平面図で、図２は本発明の一実施形態によるタービ
ン圧縮機に用いられるインペラの垂直断面図である。
【００１９】図１及び２を参照すると、本発明によるタ
ービン圧縮機においてインペラはインペラ３０の本体を
形成するハブ３０ａと、前記ハブ３０ａの前面に多数個
用意されて前記ハブ３０ａが回転される場合に一緒に回
転されて流体に圧力を加えるためのブレード３０ｂと、
前記ハブ３０ａの外廓に一定な間隔で前記ブレード３０
ｂの間毎に一定な深さで形成されることによって前記ブ
レード３０ｂを通過した高圧の流体によってインペラ３
０の背面に加えられる圧力を減らすための圧力減殺溝３
０ｃで構成されている。
ービン圧縮機においてインペラはインペラ３０の本体を
形成するハブ３０ａと、前記ハブ３０ａの前面に多数個
用意されて前記ハブ３０ａが回転される場合に一緒に回
転されて流体に圧力を加えるためのブレード３０ｂと、
前記ハブ３０ａの外廓に一定な間隔で前記ブレード３０
ｂの間毎に一定な深さで形成されることによって前記ブ
レード３０ｂを通過した高圧の流体によってインペラ３
０の背面に加えられる圧力を減らすための圧力減殺溝３
０ｃで構成されている。
【００２０】一方、前記圧力減殺溝３０ｃは、インペラ
３０の外周に用意されることとして、インペラ３０が中
心軸を基準に対称になるようにすることによってインペ
ラ３０が回転される時振動等のような衝撃が防止される
ようにするために、各々の圧力減殺溝３０ｃが等間隔で
外周に用意されることが望ましい。ただし本実施形態で
はブレード３０ｂの間にすべて一定形状で加工されるよ
うにしている。前記のような本発明によるインペラの構
成を参照して、本発明の動作をより詳細に説明する。
３０の外周に用意されることとして、インペラ３０が中
心軸を基準に対称になるようにすることによってインペ
ラ３０が回転される時振動等のような衝撃が防止される
ようにするために、各々の圧力減殺溝３０ｃが等間隔で
外周に用意されることが望ましい。ただし本実施形態で
はブレード３０ｂの間にすべて一定形状で加工されるよ
うにしている。前記のような本発明によるインペラの構
成を参照して、本発明の動作をより詳細に説明する。
【００２１】本発明はインペラの自体形状によってスラ
ストベアリング（図５の６参照）におよぶ悪影響を改善
するために創出されたものであり、前記インペラ３０の
前面中心から軸方向に流入した流体がインペラ３０の回
転によって遠心力を受け、遠心力によって外部に流出し
ながら流体は加速を受けて、結局は高圧の流体になる。
そして、前記インペラ３０から流出された流体は高圧に
維持され、前記インペラ３０の背面には流出された高圧
の流体によって圧力が作用するようになる。
ストベアリング（図５の６参照）におよぶ悪影響を改善
するために創出されたものであり、前記インペラ３０の
前面中心から軸方向に流入した流体がインペラ３０の回
転によって遠心力を受け、遠心力によって外部に流出し
ながら流体は加速を受けて、結局は高圧の流体になる。
そして、前記インペラ３０から流出された流体は高圧に
維持され、前記インペラ３０の背面には流出された高圧
の流体によって圧力が作用するようになる。
【００２２】周知のように圧力が一定面積を有する面に
作用するようになれば、面には圧力と同一な方向に力が
生じるがこれを数学式で示すと次のようになる。 〔数学式１〕 Ｆ＝Ｐ×Ａ（Ｆは面に加えられる力で、Ｐは単位面積に
加えられる圧力であり、Ａは圧力が加えられる面の面積
である。）
作用するようになれば、面には圧力と同一な方向に力が
生じるがこれを数学式で示すと次のようになる。 〔数学式１〕 Ｆ＝Ｐ×Ａ（Ｆは面に加えられる力で、Ｐは単位面積に
加えられる圧力であり、Ａは圧力が加えられる面の面積
である。）
【００２３】前記数学式１を本発明によるインペラに適
用させれば、インペラ３０の前面には圧縮される前の流
体によって低い圧力Ｐ1が加わり、インペラ３０の背面
には圧縮された後の流体によって高い圧力Ｐ2が加わ
る。そして、圧力が加えられる面積を調べれば、インペ
ラ３０の前面は複雑な形状を形成しているが圧力はあら
ゆる面に対して垂直方向に作用するので、結局は垂直方
向と水平方向に形成された面積として分けることがで
き、背面も同一に垂直方向と水平方向に形成された面積
に分けることができる。
用させれば、インペラ３０の前面には圧縮される前の流
体によって低い圧力Ｐ1が加わり、インペラ３０の背面
には圧縮された後の流体によって高い圧力Ｐ2が加わ
る。そして、圧力が加えられる面積を調べれば、インペ
ラ３０の前面は複雑な形状を形成しているが圧力はあら
ゆる面に対して垂直方向に作用するので、結局は垂直方
向と水平方向に形成された面積として分けることがで
き、背面も同一に垂直方向と水平方向に形成された面積
に分けることができる。
【００２４】このような事実を参考としてまず垂直方向
で見た面積に関しては、インペラ３０の形状は垂直方向
には３６０゜あらゆる方向に対称を形成しているので、
圧力が加えられる面積においては垂直方向に対して対向
される方向で同一な面積が用意され、これは前面と背面
で同一である。また、図３を参照して水平方向で見た面
積に関しては、インペラ３０の形状は前面と背面で異な
るように形成されているが、全体的に圧力があらゆる面
に垂直で加わるということを参考する時水平方向での面
積は前面と背面で同一である。
で見た面積に関しては、インペラ３０の形状は垂直方向
には３６０゜あらゆる方向に対称を形成しているので、
圧力が加えられる面積においては垂直方向に対して対向
される方向で同一な面積が用意され、これは前面と背面
で同一である。また、図３を参照して水平方向で見た面
積に関しては、インペラ３０の形状は前面と背面で異な
るように形成されているが、全体的に圧力があらゆる面
に垂直で加わるということを参考する時水平方向での面
積は前面と背面で同一である。
【００２５】以上のような結果を数学式１を参照して力
の観点で調べれば、インペラ３０に垂直方向に加えられ
る力はたとえ圧力は前面と背面で異なるが、垂直への一
方向とこれに対向される他方向への面積が同一であるた
めに終局的に力は相互が相殺され、前面と背面に加えら
れる力は垂直方向では差がないということであり、結論
的に前記ラジアルベアリング（図５の７、８参照）に加
えられる力は駆動軸の自体荷重しかない。
の観点で調べれば、インペラ３０に垂直方向に加えられ
る力はたとえ圧力は前面と背面で異なるが、垂直への一
方向とこれに対向される他方向への面積が同一であるた
めに終局的に力は相互が相殺され、前面と背面に加えら
れる力は垂直方向では差がないということであり、結論
的に前記ラジアルベアリング（図５の７、８参照）に加
えられる力は駆動軸の自体荷重しかない。
【００２６】しかし、インペラ３０に水平方向に加えら
れる力はインペラ３０の前面には平均的に低い圧力Ｐ1
が加わって、背面には高い圧力Ｐ2が加わるために軸方
向には背面から前面に押す力が大きくなる。しかし、本
発明では前記圧力減殺溝３０ｃが形成されているために
面積が縮小し背面から前面に押す軸方向の力は減るよう
になってスラストベアリング（図５の６参照）に加えら
れる力はそれだけ減少するようになる。
れる力はインペラ３０の前面には平均的に低い圧力Ｐ1
が加わって、背面には高い圧力Ｐ2が加わるために軸方
向には背面から前面に押す力が大きくなる。しかし、本
発明では前記圧力減殺溝３０ｃが形成されているために
面積が縮小し背面から前面に押す軸方向の力は減るよう
になってスラストベアリング（図５の６参照）に加えら
れる力はそれだけ減少するようになる。
【００２７】特に、このような結果は２段に圧縮される
２段圧縮タービン圧縮機では相当な効果を得ることがで
きるがこれを検討すれば、図４は図５に開示されたよう
な２段圧縮タービン圧縮機に適用される本発明によるイ
ンペラ構造を概略的に示した図面である。図４を参照す
ると、流体を低圧で圧縮する第１インペラ３１と、前記
第１インペラ３１を通して圧縮された流体を高圧で再び
圧縮する第２インペラ３２と、前記第１インペラ３１と
第２インペラ３２とが連結されて一緒に駆動する駆動軸
３とに概略的に示すことができる。
２段圧縮タービン圧縮機では相当な効果を得ることがで
きるがこれを検討すれば、図４は図５に開示されたよう
な２段圧縮タービン圧縮機に適用される本発明によるイ
ンペラ構造を概略的に示した図面である。図４を参照す
ると、流体を低圧で圧縮する第１インペラ３１と、前記
第１インペラ３１を通して圧縮された流体を高圧で再び
圧縮する第２インペラ３２と、前記第１インペラ３１と
第２インペラ３２とが連結されて一緒に駆動する駆動軸
３とに概略的に示すことができる。
【００２８】ところで、前記第１インペラ３１では外部
から直接流入した外部流体を低圧で圧縮するので第１イ
ンペラ３１の通過前と通過後の圧力差が低く、これによ
って第１インペラ３１の背面から前面に加えられる力Ｆ
1は数学式１を参照して見る時低い圧力差によって小さ
くなり、前記第２インペラ３２では背面から前面に加え
られる力Ｆ2は高い圧力差によって、数学式１を同様に
参照する時、前記第１インペラ３１によって加えられる
力Ｆ1より大きくなることが一般的である。
から直接流入した外部流体を低圧で圧縮するので第１イ
ンペラ３１の通過前と通過後の圧力差が低く、これによ
って第１インペラ３１の背面から前面に加えられる力Ｆ
1は数学式１を参照して見る時低い圧力差によって小さ
くなり、前記第２インペラ３２では背面から前面に加え
られる力Ｆ2は高い圧力差によって、数学式１を同様に
参照する時、前記第１インペラ３１によって加えられる
力Ｆ1より大きくなることが一般的である。
【００２９】このような力の構造から推測すれば、前記
圧力減殺溝（図１の３０ｃ参照）が第２インペラ３２に
加工される場合に減少される駆動軸３に対する水平方向
の力の大きさを、前記圧力減殺溝３０ｃが加工される前
の第２インペラ３２から加えられる力Ｆ2と第１インペ
ラ３１から加えられる力Ｆ1の差Ｆ2−Ｆ1ほどなるよう
に調整することによって、従来のインペラ３０の大きさ
を異なるように形成して前記力の差Ｆ2−Ｆ1を調整する
場合とは別に、より難無く軸方向の荷重を取り除くこと
によってスラストベアリング（図５の６参照）の故障を
防止できる。
圧力減殺溝（図１の３０ｃ参照）が第２インペラ３２に
加工される場合に減少される駆動軸３に対する水平方向
の力の大きさを、前記圧力減殺溝３０ｃが加工される前
の第２インペラ３２から加えられる力Ｆ2と第１インペ
ラ３１から加えられる力Ｆ1の差Ｆ2−Ｆ1ほどなるよう
に調整することによって、従来のインペラ３０の大きさ
を異なるように形成して前記力の差Ｆ2−Ｆ1を調整する
場合とは別に、より難無く軸方向の荷重を取り除くこと
によってスラストベアリング（図５の６参照）の故障を
防止できる。
【００３０】一方、インペラの圧縮される程度を決定す
るブレードの大きさないし長さは同一に維持させて、ブ
レードの間にあるハブの外周のみ一定に切削加工するこ
とによって流体が圧縮される程度は同一にしながらも軸
方向の荷重を効果的に減少させることができることであ
る。
るブレードの大きさないし長さは同一に維持させて、ブ
レードの間にあるハブの外周のみ一定に切削加工するこ
とによって流体が圧縮される程度は同一にしながらも軸
方向の荷重を効果的に減少させることができることであ
る。
【００３１】ただし、このようなインペラが使用できる
タービン圧縮機の段数が２段に制限されることはなく、
使用箇処によってインペラの個数を増やしてより高い段
数のタービン圧縮機を使用することもでき、望ましくは
本発明で対を形成する個々のインペラが相互背面が向か
い合うようにすることが設計上においてより便利であ
る。
タービン圧縮機の段数が２段に制限されることはなく、
使用箇処によってインペラの個数を増やしてより高い段
数のタービン圧縮機を使用することもでき、望ましくは
本発明で対を形成する個々のインペラが相互背面が向か
い合うようにすることが設計上においてより便利であ
る。
【００３２】上述のような本発明によるタービン圧縮機
の構造は当業者であれば同一な思想の範囲内で構成要素
の取捨選択または付加、変更によって異なる構造に作り
だすことは容易なことである。
の構造は当業者であれば同一な思想の範囲内で構成要素
の取捨選択または付加、変更によって異なる構造に作り
だすことは容易なことである。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によるタービ
ン圧縮機の構造は、インペラの圧力比を調整できる重要
な要素であるブレードの大きさないし長さは同一に形成
して、ハブの外周に圧力相殺溝を加工することによって
タービン圧縮機で問題視されて来た軸方向への力を支え
るスラストベアリングを効果的に保護できる。
ン圧縮機の構造は、インペラの圧力比を調整できる重要
な要素であるブレードの大きさないし長さは同一に形成
して、ハブの外周に圧力相殺溝を加工することによって
タービン圧縮機で問題視されて来た軸方向への力を支え
るスラストベアリングを効果的に保護できる。
【００３４】また、このようなスラストベアリングの保
護効果を得ると同時に、全体的なインペラの大きさを縮
小することによって生じる圧縮比の低下も防止すること
ができる。一方、従来軸方向荷重を合わせるために試行
錯誤を重ねる等複雑に経た過程をハブの外周面に圧力相
殺溝を徐々に大きく加工していく過程に単純化させてタ
ービン圧縮機の設計時に提起される多くの問題を効果的
に無くすことができる効果がある。
護効果を得ると同時に、全体的なインペラの大きさを縮
小することによって生じる圧縮比の低下も防止すること
ができる。一方、従来軸方向荷重を合わせるために試行
錯誤を重ねる等複雑に経た過程をハブの外周面に圧力相
殺溝を徐々に大きく加工していく過程に単純化させてタ
ービン圧縮機の設計時に提起される多くの問題を効果的
に無くすことができる効果がある。
【図１】本発明の一実施形態によるタービン圧縮機に用
いられるインペラの平面図である。
いられるインペラの平面図である。
【図２】本発明の一実施形態によるタービン圧縮機に用
いられるインペラの垂直断面図である。
いられるインペラの垂直断面図である。
【図３】本発明においてインペラに加えられる荷重を説
明する図面である。
明する図面である。
【図４】本発明によるタービン圧縮機のインペラ構造を
概略的に説明する図面である。
概略的に説明する図面である。
【図５】従来のタービン圧縮機の構造を概略的に説明す
る図面である。
る図面である。
【図６】従来のタービン圧縮機に用いられるインペラの
平面図である。
平面図である。
【図７】従来のタービン圧縮機に用いられるインペラの
断面図である。
断面図である。
【図８】従来のインペラにおける荷重を説明する図面で
ある。
ある。
１…モータケース ２…モータ ３…駆動軸 ４、３１…第１インペラ ４ａ、３０ａ…ハブ ４ｂ、３０ｂ…ブレード ５、３２…第２インペラ ６…スラストベアリング ７、８…放射ベアリング ９…第１ベアリングプレート １０…第２ベアリングプレート １１…ベアリングカバー １２…第１ディフューザー １３…第２ディフューザー １４…第1ボリュートケース １５…連結管路 １６…第２ボリュートケース １７…流体流路 １８…モータ室 １９…ラビリンスシール ２０…吐出管 ２１…吸入管 ３０…インペラ ３０ｃ…圧力減殺溝
フロントページの続き (72)発明者 リー サン−ウク 大韓民国，キョンギー−ド，カンミョン, ハーン−ドン，ジュゴン−アパートメント 1218−308 (72)発明者 キム ヨン−カン 大韓民国，インチョン，ナンドン−グ，カ ンスク ２−ドン 210−３，サミック− モクーワ−アパートメント ２−501 (72)発明者 ジ ヨー−チョル 大韓民国，インチョン，ブピョン−グ，ド ン−ア−アパートメント ７−1503 (72)発明者 スー カン ハ 大韓民国，キョンギー−ド，クーンポ− シ，クムジョン−ドン，ユルゴク−アパー トメント 341−302 Ｆターム(参考） 3H033 AA02 BB03 BB06 BB17 CC01 DD06 DD25 EE10
Claims (6)
- 【請求項１】 駆動軸と締結されてモータの回転力が伝
達されて回転されるハブと、 前記ハブの前面に用意されてハブの回転力を受けて外部
流体を圧縮するためのブレードと、 前記ハブの外周に一定な形状で一つ以上多数個が加工さ
れてインペラの軸方向荷重を減少させるための圧力相殺
溝が含まれるインペラが用いられることを特徴とするタ
ービン圧縮機の構造。 - 【請求項２】 前記圧力相殺溝は、インペラが回転され
る時振動などの悪影響が無いようにするために前記ハブ
の外周に一定な間隔で用意されることを特徴とする請求
項１に記載のタービン圧縮機の構造。 - 【請求項３】 前記圧力相殺溝がインペラの圧縮比に影
響を及ぼさないようにするために前記ブレードの形状と
は関係なく前記ブレードの間に用意されることを特徴と
する請求項１に記載のタービン圧縮機の構造。 - 【請求項４】 前記インペラは、多数個が用意されるこ
とを特徴とする請求項１，２又は３に記載のタービン圧
縮機の構造。 - 【請求項５】 前記インペラは、２個が用意されること
を特徴とする請求項４に記載のタービン圧縮機の構造。 - 【請求項６】 前記インペラは、多数個が相互背面が向
かい合うことができる背中合わせタイプで用意されるこ
とを特徴とする請求項４に記載のタービン圧縮機の構
造。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR56781/2000 | 2000-09-27 | ||
| KR1020000056781A KR20020024933A (ko) | 2000-09-27 | 2000-09-27 | 임펠러가 사용되는 터빈 압축기 구조 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002106492A true JP2002106492A (ja) | 2002-04-10 |
Family
ID=19690723
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001105563A Pending JP2002106492A (ja) | 2000-09-27 | 2001-04-04 | タービン圧縮機の構造 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6499955B2 (ja) |
| JP (1) | JP2002106492A (ja) |
| KR (1) | KR20020024933A (ja) |
| CN (1) | CN1177145C (ja) |
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- 2001-03-15 CN CNB011091614A patent/CN1177145C/zh not_active Expired - Fee Related
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