JP2002147397A - 流体機械 - Google Patents

流体機械

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 破壊した羽根車の破片がうず巻室から飛び出
ることを防止する。 【解決手段】 複数の壁部分７、１１から成りうず巻き
状流路９を備えたうず巻室８に半径流羽根車３が配置さ
れ、この羽根車３が軸受ハウジング１内に駆動回転可能
に支持された軸２上に置かれたハブ４を有し、ハブ４の
外側輪郭とハブ４に対向位置するうず巻室８の内側壁部
分７の外側輪郭とが、軸線方向から半径方向に転向され
た流路９を形成し、うず巻室８が軸受ハウジング１に固
定されている流体機械において、羽根車３のハブ４の外
側輪郭６に対向位置するうず巻室８の壁部分が、羽根車
３の総合最大運動エネルギを吸収するために、破壊した
羽根車のために生ずる力Ｆによって、うず巻室８の内部
で軸線方向ａに変位できるように形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の壁部分から
成りうず巻き状流路を備えたうず巻室内に半径流羽根車
が配置され、この羽根車が軸受ハウジング内に駆動回転
可能に支持された軸上に置かれたハブを有し、ハブの外
側輪郭とハブに対向位置するうず巻室の内側壁部分の外
側輪郭とが、軸線方向から半径方向に転向された流路を
形成し、うず巻室が軸受ハウジングに固定されている流
体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えばターボ過給機の半径流圧縮機ある
いはラジアルターボ過給機の半径流タービンのような流
体機械の基本的な構成および作用は、既に知られている
ので、ここでは詳細に説明しない。即ち例えばドイツ特
許第１９５０２８０８号明細書に、ターボ過給機の半径
流圧縮機の形をした流体機械が記載されている。その場
合、うず巻室の内部において、ハブと羽根との直径は流
れ方向に増大し、羽根の外側輪郭は弓形をし、それに隣
接しトーラス状に外側に湾曲したうず巻き流路壁の輪郭
に相応している。そのうず巻室の通路壁はハブと共に、
外側に転向された通路部分を画成し、この通路部分に羽
根が組み入れられている。この半径方向外側に転向され
た通路部分に、うず巻き通路に開口する環状通路部分が
連通している。
【０００３】そのようにして通路幅にわたって異なった
流れ方向が生ずる。その原因は、流れ通路の転向範囲に
おいて作用する遠心力にある。この遠心力により、流れ
はハブ側通路壁に、反対側のハウジング壁よりも強く接
し、このために、空間的に異なった流れ分布が生じ、そ
れに応じて、ハブ側に、その反対側よりも急角度の入口
角が生ずる。非対称的な圧縮機流の反作用のために、周
期的な横力が発生され、この横力は運転を荒くし、共振
作用の際に、羽根車を破壊してしまう。羽根車が破壊す
ると、その破片がうず巻室から飛び出す。これは絶対に
防止されなければならず、そのような破片からの防護
は、今日においても実証されねばならない。このために
今日において、羽根車を収容するうず巻室の外側に、補
助防護装置を設けることが普通に行なわれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
に述べた形式の流体機械を、破壊した羽根車の破片がう
ず巻室から飛び出ることを単純且つ安価な手段で防止
し、うず巻室の外側に補助破壊防護装置を設ける必要が
ないように改良することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明に基づ
いて請求項１の特徴部分に記載の手段によって解決され
る。
【０００６】羽根車のハブの外側輪郭に対向位置するう
ず巻室の壁部分が、羽根車の総合最大運動エネルギを吸
収するために、破壊した羽根車のために生ずる力によ
り、うず巻室の内部で軸線方向に変位できるように形成
されていることによって、“衝撃緩衝領域”を備えたう
ず巻室が形成される。従って、破壊した羽根車の破片が
そこからもはや飛び出ることはなくなる。
【０００７】うず巻室の外側における補助破壊防止装置
は省かれる。
【０００８】羽根車のハブの外側輪郭に対向位置するう
ず巻室の内側壁部分が、うず巻室の外側壁部分に破壊設
定個所を介して結合され、その破壊設定個所が、エネル
ギ吸収中にうず巻室と軸受ハウジングとの固定部が壊れ
る前に破壊するように設定されているか、及び／又は、
内側壁部分が、うず巻室の外側壁部分に大きく変形可能
な軟らかいねじによって結合されていることによって、
損傷のないうず巻室が、破壊エネルギに由来する力に基
づいて、軸受ハウジングから外れ、破片がうず巻室と軸
受ハウジングとの間に生ずる隙間を通って飛び出すこと
が防止される。
【０００９】特に、うず巻室の内部における内側壁部分
の軸線方向変位距離が、破壊エネルギを求める計算式で
定められ、その計算式によって、壁部分の破壊エネルギ
が、羽根車の吸収すべき最大運動エネルギと予め定めら
れた安全係数との積と同じかそれより大きく定められて
いることによって、羽根車が破壊した際の流体機械の安
全性は計算で求められ、従って完全な流体機械を破壊す
る経費のかかる破壊試験はもはや不要となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下において図に示した実施例を
参照して本発明を詳細に説明する。
【００１１】図１には、半径流圧縮機の形をした本発明
に基づく流体機械が部分縦断面図で示されている。
【００１２】図１に示された形式の排気駆動過給機は、
その長手方向中央部が軸受ハウジング１に支持されてい
る軸２を有している。この軸２はその軸受から突出する
片側軸端にタービンランナ（図示せず）を有し、反対側
軸端に半径流圧縮機の羽根車３（概略的に図示）を有し
ている。
【００１３】この羽根車３は、タービンランナによって
駆動される軸２上に固く結合されたハブ４を有してい
る。このハブ４は外周面に半径方向に突出する羽根５が
付けられている。ハブ４の外側輪郭６は、うず巻室８の
内側壁部分７と共に、軸線方向から半径方向に転向され
外側に向けて狭まる流路９を画成している。この流路９
の横断面は羽根５の構成に相応している。羽根車３の中
央横断面に対して非対称的な縦断面およびそれに応じて
羽根車３の長さに関して増加する質量分布が生ずるよう
に、ハブ４と羽根５との直径は入口から出口まで増加し
ている。
【００１４】半径方向外側に転向され、うず巻室８の内
側壁部分７によって画成された流路９は、うず巻室８の
外側壁部分１１によって画成されうず巻き通路１０に開
口する環状通路１２に連通している。この環状通路１２
には固定案内羽根車が設けられている。この案内羽根車
の案内羽根１３はうず巻室８の外側壁部分１１に固定さ
れている。
【００１５】うず巻室８の内側壁部分７は、一方では大
きく変形できる軟らかいねじ１４によって、他方では破
壊設定個所１５によって、うず巻室８の外側壁部分１１
に結合されている。この外側壁部分１１は、うず巻き通
路１０および案内羽根１３付き環状通路１２を画成して
いる。
【００１６】うず巻室８自身は固定結合部１６によって
軸受ハウジング１に固定されている。
【００１７】うず巻室８、ないしはうず巻室８の外側壁
部分１１に対して内側壁部分７を変位可能にする、変形
可能なねじ１４、破壊設定個所１５および固定結合部１
６は、要約すれば次の観点に基づいて実施されねばなら
ない。
【００１８】羽根車３を包囲する内側壁部分７ないしは
その軸線方向変位性は、最大回転運転中における最大運
動エネルギ、即ち、好適には１．２以上の安全係数を乗
算した値を超える羽根車３の運動エネルギを、“衝撃緩
衝領域”として吸収でき、即ち破壊するまでに吸収でき
るように設定されている。
【００１９】そのために、うず巻室８の内側壁部分７
は、羽根車３の破片によって与えられる軸線方向力Ｆの
作用下において羽根車３の運動エネルギを吸収しながら
軸線方向ａに変位できるように、外側壁部分１１に固定
されている。
【００２０】その場合、特別な破壊エネルギＥbspは次
式で計算される。
【数１】 ここで、δは材料の応力、εは材料の伸びである。
【００２１】羽根車の最大エネルギＥkinは次式で表さ
れる。 Ｅkin＝ＩP・（ω2／２） ここで、ｌPは回転軸に関する羽根車の質量慣性モーメ
ント、ωは羽根車の最大角速度である。
【００２２】従って、破壊エネルギＥBは次式で得られ
る。 ＥB≧安全係数・Ｅkin（安全係数≧１．２） ＥB＝容積・Ｅbsp
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく流体機械の部分縦断面図。
【符号の説明】
１ 軸受ハウジング ２ 軸 ３ 羽根車 ４ ハブ ５ 羽根車の羽根 ６ ハブの外側輪郭 ７ 内側壁部分 ８ うず巻室 ９ 流路 １０ うず巻き通路 １１ 外側壁部分 １２ 環状通路 １３ 案内羽根 １４ 変形可能なねじ １５ 破壊設定個所 １６ 固定継手 Ｆ 力 ａ 変位方向

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の壁部分（７、１１）から成りうず
    巻き状流路（９）を備えたうず巻室（８）内に半径流羽
    根車（３）が配置され、この羽根車（３）が軸受ハウジ
    ング（１）内に駆動回転可能に支持された軸（２）上に
    置かれたハブ（４）を有し、ハブ（４）の外側輪郭とハ
    ブ（４）に対向位置するうず巻室（８）の内側壁部分
    （７）の外側輪郭とが、軸線方向から半径方向に転向さ
    れた流路（９）を形成し、うず巻室（８）が軸受ハウジ
    ング（１）に固定されている流体機械において、羽根車
    （３）のハブ（４）の外側輪郭（６）に対向位置するう
    ず巻室（８）の壁部分が、羽根車（３）の総合最大運動
    エネルギを吸収するために、破壊した羽根車のために生
    ずる力（Ｆ）によって、うず巻室（８）の内部で軸線方
    向（ａ）に変位できるように形成されていることを特徴
    とする流体機械。
  2. 【請求項２】 羽根車（３）のハブ（４）の外側輪郭
    （６）に対向位置するうず巻室（８）の内側壁部分
    （７）が、うず巻室（８）の外側壁部分（１１）に破壊
    設定個所（５）を介して結合され、その破壊設定個所
    （５）が、エネルギ吸収中にうず巻室（８）と軸受ハウ
    ジング（１）との固定部（１６）が壊れる前に破壊する
    ように設定されていることを特徴とする請求項１記載の
    流体機械。
  3. 【請求項３】 羽根車（３）のハブ（４）の外側輪郭
    （６）に対向位置するうず巻室（８）の内側壁部分
    （７）が、うず巻室（８）の外側壁部分（１１）に大き
    く変形可能な軟らかいねじ（１４）によって結合されて
    いることを特徴とする請求項１記載の流体機械。
  4. 【請求項４】 羽根車（３）のハブ（４）の外側輪郭
    （６）に対向位置するうず巻室（８）の内側壁部分
    （７）が、うず巻室（８）の外側壁部分（１１）に、一
    部で破壊設定個所（５）を介して結合され、一部で大き
    く変形可能な軟らかいねじ（１４）によって結合され、
    破壊設定個所（５）は、エネルギ吸収中にうず巻室
    （８）と軸受ハウジング（１）との固定部（１６）が壊
    れる前に破壊するように設定されていることを特徴とす
    る請求項１記載の流体機械。
  5. 【請求項５】 うず巻室（８）の内部における内側壁部
    分（７）の軸線方向変位距離が、破壊エネルギを求める
    計算式で定められ、その計算式によって、壁部分（７）
    の破壊エネルギが、羽根車（３）の吸収すべき最大運動
    エネルギと予め定められた安全係数との積と同じかそれ
    より大きく定められていることを特徴とする請求項１記
    載の流体機械。
  6. 【請求項６】 予め定められた安全係数が１．２以上で
    あることを特徴とする請求項５記載の流体機械。
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