JP2005504929A - 遠心ホイール - Google Patents

Abstract

本発明は、駆動軸（３）に連結するように設計される金属ハブ（２）を含み、金属ハブ上には入口端シールド（４）および出口端シールド（５）が固定され、これらシールドの間に羽根（７Ａ、７Ｂ）が固定されている遠心ホイールに関する。本発明は、ハブ（２）の周囲でホイールの中央部に一体化される環状の金属インサート（８）を含み、また、金属インサートはホイール羽根の開始部分を形成している金属要素（７Ａ）を含み、入口端シールド（４）、出口端シールド（５）、ベーン（羽根）の残部および周囲部分（７Ｂ）は、ホイールの複合部分を形成するために複合材料でできていることを特徴としている。本発明は、工業用ファンホイールに適用できる。

Description

【０００１】
発明の技術分野
本発明は、ファンや遠心圧縮機タイプの装置に対して取り付ける送風機ホイール、ファンホイールあるいは遠心圧縮機ホイールの技術分野に関する。
【０００２】
本発明は、駆動軸に接続するための金属ハブ、その金属ハブ上に固定される入口板および出口板、これら入口板と出口板との間に固定されるファン羽根を含んでいる遠心圧縮機ホイールに関し、さらにまた、本発明は、そのホイールを製作する方法に関する。
【０００３】
先行技術
様々なファンや圧縮機に対して取り付ける遠心圧縮機ホイールは周知であり、それらホイールは、通常、回転軸の回りに配置される一連の羽根を有しており、この一連の羽根は、ディスク、円錐体やリングの形状、あるいは、あらゆるトロイダル型の形状をなす円形の対称的な片によって、相互に接続されている。
【０００４】
複合材料、例えば、低密度で、短いあるいは長い強化用繊維によって任意に強化された材料を使用して、遠心圧縮機ホイールの全部または一部を製作する提案はすでになされている。
【０００５】
炭素繊維、ガラス繊維、ケブラー（Ｋｅｖｌａｒ、イー・アイ・デユポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニーの登録商標）繊維あるいは他のいかなる同等な材料からなる繊維を含む複合材料の使用は、応力が本質的に遠心力に起因する遠心圧縮機ホイールにとっては、特に有利である。
【０００６】
遠心圧縮機ホイールの全部または一部を製作するために複合材料が使用されているとはいえ、複合材料自身の費用のため、および、複合材料からファンホイールを製作することが困難であるため、そのような使用は制限されたままである。複合材料の遠心ホイールを作るための公知技術は、一般に、適切な鋳型内に樹脂を射出する技術に依存しており、その鋳型は、圧縮機ホイールの全体構造を強化することになる強化用繊維をすでに包含している。残念ながら、射出操作の間中、強化繊維を所望の形状に保持しておくことは非常に難しく、それゆえに、要求される予防措置の数が増加することによって、複雑で難しい製造法となる。さらに、作られる部分、特にファン羽根に、強度の減少をもたらし得る。
【０００７】
圧縮機ホイールにおいて複合材料の使用の普及を制限する他の要因は、特殊で、したがって、高価であるツーリングないし工具を備える必要性があることである。
【０００８】
最後に、複合材料から作られた部分が非常に強くなり得るとはいえ、それにもかかわらず、それらの部分は、この分野において一般に使用される他の材料から作られた部分、特にスチールから作られた部分の剛性より通常劣ったままの剛性を備えることになる。これは、特に、複合材料の異方性に起因したものである。ファン装置の分野においては、与えられた回転数のために、スチールから作られた同様のホイールよりもさらなる変形を、複合材料ホイールにもたらすことになる。特に、複合材料から作られた遠心圧縮機ホイールは、ホイールの前板が入口エアガイドに対して摩擦するのに十分大きい変形をもたらし得る。そのような現象は、特に、大きな幅のホイール（羽根の入口幅をホイールの直径で割った比が０．２より大きい、あるいは、１５０メートル／秒（ｍ／ｓ）を超える速い周速度で回転する、より狭いないし細いホイール）にとって問題となる。
【０００９】
発明の概要
したがって、本発明の目的は、上記に記載された種々の欠点を改善し、さらに、複合材料から製作され変形に耐える改善した能力を備える新規な遠心圧縮機ホイールを提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、回転軸に対して軸直交についての角度の変形に耐える改善した能力を備える新規な遠心圧縮機ホイールを提案することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、簡素化されたデザインないし設計の新規な遠心圧縮機ホイールを提案することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、特に組み立てないしアセンブルや取り付けが単純である新規な遠心圧縮機ホイールを提案することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、外的な作用、侵蝕ないし腐食に好適に耐える新規な遠心圧縮機ホイールを提案することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、特に実施および実行が単純である複合材料の遠心圧縮機ホイールを製作する新規な方法を提供することにある。
【００１５】
本発明に与えられる目的は、駆動軸に接続するための金属ハブを有し、金属ハブに取り付けられる入口板および出口板を備え、これら複数の板の間に羽根が固定されてなる遠心圧縮機ホイールにおいて、ハブの周囲でホイールの中央部に一体化される環状の金属インサートを含み、当該金属インサートは、ホイールの複数の羽根の開始部分を形成している金属要素を備え、一方、羽根の残部および周辺部分とともに入口板および出口板は、ホイールの複合部分を構成するために複合材料から形成されていることを特徴とする遠心圧縮機ホイールにより達成される。
【００１６】
また、本発明に与えられる目的は、金属ハブを有し、当該金属ハブに取り付けられる入口板および出口板を備え、これら複数の板の間に複数の羽根が固定されてなる遠心圧縮機ホイールを製造する方法において、
ａ）ホイールの複数の羽根の開始部分を形成する金属要素を含む金属インサートを作る工程と、
ｂ）前記インサート上にホイールの複合部分を直接に組み付け、複合部分が入口板、出口板および羽根の残部および周囲部分により形成される工程と、を有していることを特徴とする遠心圧縮機ホイールを製作する方法により達成される。
【００１７】
図面の簡単な説明
本発明の他の利点および目的は、限定されることがない説明として単に備えられている添付図面を参照して、以下の説明を読み込むことで詳細に明らかになる。ここに、
図１は、本発明の遠心圧縮機ホイールの実施形態を示す斜視図、
図２は、本発明の第１の変形例を示す部分断面図、
図３は、本発明の他の変形例を示す部分断面図、
図４は、本発明のさらなる変形例を示す部分横断面図、および、
図５は、本発明の圧縮機ホイールを示す断面図であり、２つの平行な板を備える圧縮機ホイールが具体化される方法の詳細を示す図である。
【００１８】
本発明を実行する最良の方法
図１〜５に示すように、本発明の装置は、遠心圧縮機ホイール１を含み、それ自身は、あらゆる公知の手段によって駆動軸３に接続するための金属ハブ２を含んでいる。遠心圧縮機ホイール１は、２枚の板、例えば、中央開口をそれぞれ備えている円板４および５から成り立っており、２枚の板は、流されてファンを通過することになる流体（一般にエア）の流れのための入口板４および出口板５をそれぞれ構成している。
【００１９】
従来の方法において、一連の羽根７は、入口および出口の板４、５の間に挿入され、それゆえスペーサを形成している。複数の羽根７は、時には単に半径方向ではあるが、通常、傾斜した形状に配置されている。この傾斜形状は、遠心圧縮機ホイール１の特定の特徴や適用分野に依存している。
【００２０】
入口および出口の板４、５は、図２〜５に示すように、平坦、円すい形状、あるいは、ホイールの軸について他のいかなる円形の対称的な形状であり得る。また、それら複数の板は、一対の平行板を形成するために（図５）、あるいは、円すい形の入口板４を平坦な出口板と関連している一対の板を形成するために（図２〜４）、十分に等しく対をなして関連付けられている。もちろん、両方の板４、５はまた、本発明の範囲を越えることなく、円すい形状でもあり得る。
【００２１】
本発明の重要な特徴によれば、遠心圧縮機ホイール１は、環状の金属インサート８を含んでいる。その金属インサートは、ハブ２の周囲で、板４、５の中央開口の近くで、圧縮機ホイール１の中央部に一体化されている。また、金属インサートは、ホイール羽根の開始部分を形成している金属要素７Ａを有し、前記ホイールの複合部分を構成するために、入口板４および出口板５は、羽根の残部および周辺７Ｂととともに複合材料から作られている。
【００２２】
したがって、金属要素７Ａは、羽根７の翼前縁を形成している。したがって、複数の羽根は、それぞれ完全な羽根を構成するように、互いに同一線上にある２つのセクション、すなわち金属要素７Ａにより形成される内側セクションと、複合材料７Ｂからなる周囲セクションとから成り立っている。
【００２３】
羽根７の翼前縁を構成している金属材料の高い強度から利益を得る一方、この特定形状のために、複合材料ホイールの変形が非常に減少され、それゆえ、ホイール、特に速い周速度で回転するホイールの全体的な強さが増大することになる。吸い込まれる流体により運ばれる固体粒子あるいは液体からの作用ないしアタックが最大となる場所は、主に羽根の翼前縁である。
【００２４】
図２〜５に示すように、金属インサート８は、その横幅全体の上に複合部分を支持できるような方法で、２枚の板４および５の間に取り付けられている。
【００２５】
そのような形状によって、回転軸に対して軸直交についての角度の変形は、かなり減少される。
【００２６】
図４に示される第１の変形例において、金属インサート８は、ハブ２から独立している環状部分により形成され、いかなる従来の手段によって、例えば溶接やボルトによって、ハブに取り付けられている。
【００２７】
この変形において、金属インサート８は、ハブ２と同心の板形状に、２つの環状本体８Ａ、８Ｂが形成されている。これら２つの環状本体８Ａ、８Ｂは、相互に離れて間隔をあけられている。羽根７の金属開始部を形成している金属要素７Ａは、これらの板の間に配置され、一定の間隔で挿入されている。それぞれ環状本体８Ａ、８Ｂは、締結手段、例えば、一セットのボルト１０によって、対応する板４、５に固定されている。そのボルトは、ハブ２および出口板５を保持し支持するために一の側に備えられ、環状本体８Ａと入口板４とを相互接続するために他の側に備えられている。図４に示すように、ハブ２は、好都合にも、その外側周辺部分において、出口板５を駆動軸３の軸に関連して半径方向に配置させることを可能にする環状平坦部１１を含み得る。図４に示すように、環状平坦部１１は、入口板４に面しているハブ２の内側面上に備えられている。
【００２８】
図２および３に示すように、変形例において、例えば、金属インサート８は、単一の片を形成するように、ハブ２の一体化された部分となっている。そのような実施形態は、当然、製作や、組み立てないしアセンブリがより容易になる。この変形例において、ハブ２は、その周囲の外方部の方へ向かうとともに出口板５を載せて支える段部ないしステップを構成するようにハブの外側面に形成された環状平坦部１１を含んでいる。前板４は、ハブ２の環状前部１２で支えられる。図２に示されるように、環状前部１２は、好都合にも、入口板４を周囲に載せて支える環状リム１３を含んでいる。このような方法で、遠心圧縮機ホイール１の複合材料の部分は、金属ハブ２によりその幅全体で好適に支えられる。他の変形例のように、固着は、一セットのボルト１０によって、あるいは当業者にとって周知の他のいかなる同等の手段によっても実行される。
【００２９】
図３に示すように、本発明の複合材料ホイールは、複数枚の板のうちの一つ、このケースにおいては入口板４の外側面に対して取り付けられる金属環状の補強片１５を含み得る。金属環状の補強片１５は、金属インサート８に、このケースにおいてはハブ２の環状部分１２に、複合部分を支持するために板４を貫通する手段によって、組み付けないしアセンブリされている。この変形例に示すように、金属環状の補強片１５は、入口板４の外側に対して取り付けられている。ある変形例において、組立体ないしアセンブリの強度をさらに強化するために、第２の金属環状の補強片１５を出口板５に対して取り付けることが可能であると理解される。
【００３０】
この金属環状の補強片１５は、ボルト１０によって、従来の方法で固定されている。
【００３１】
金属インサート８は、当業者にとって周知な技術、例えば機械加工や、鋳造を使用して作ることが可能である。あるいは、金属インサートは、溶接によって一緒に組み立てないしアセンブリされる異なる複数の部分から作り上げてもよい。
【００３２】
本発明の圧縮機ホイールの複合部分は、成形複合材料、あるいは、メカニカル方式の一連のステップの間や、接着剤を伴う連続したステップを利用する方法の間に、相互に接続される複合材料の種々の成分や要素を一緒にアセンブリすることに依存している従来の方法のいずれからでも作り得る。ホイールの複合部分を構成する材料は、使用されることになる製造方法の関数として、決定される。
【００３３】
本発明の特徴によれば、金属ハブを有し、当該金属ハブに取り付けられる入口板および出口板を備え、これら複数の板の間に複数の羽根が固定されてなる遠心圧縮機ホイールを製造する方法は、次の工程、
ａ）ホイールの羽根の開始部分を構成している金属要素を含む金属インサートを作る工程と、
ｂ）入口板、出口板および羽根の残部および周囲部分により形成される複合材料ホイール部分に前記インサートを直接に組み立てないしアセンブリするために適切な方法が使用される工程と、を含むという点で特徴とされている。
【００３４】
固定、すなわち、複合部分に対して金属インサートを結合あるいは接合することは、いかなる従来の固定手段を使用して機械的に実行することができる。複合部分は、以前のステップの間に別々に作られている。
【００３５】
好都合にも、固定ステップｂ）は、ホイールの複合部分を金属インサート上に直接にモールドないし成型することによって、複合部分を作る操作と同時に実行される。モールドないし成型操作は、一つ以上の複合材料をオーバーモールドすることにより実行される。
【００３６】
そのような方法は、複合材料を金属インサート上に直接にオーバーモールドする工程が大いに製造を単純化する限りにおいて、当然、ホイールの製造を単純化する。
【００３７】
ホイールの周囲部を形成している複合材料構造をホイールの中央部を形成している金属構造と関係付けている複合材料ホイールを作る際の多数の利点がある。したがって、変形、特に回転軸に対して軸直交についての角度の変形が減じられる。これは、それら複数の片の半径方向の膨張がそれらが受ける遠心力の効果の下で同様に引き起こされるように、円形の対称的な複数の片に与える相対的な寸法によって達成される。
【００３８】
したがって、金属インサートは、ホイールに適用される遠心力のためのサポートを構成し、変形を減じることに適したものである。
【００３９】
平面および平行である前部および後部の複数の板を示している圧縮機ホイールにとって（図５）、圧縮機ホイールは、まったく対称形であり得る。したがって、製作を容易なものとし、道具や設備の費用を減らし、さらに、変形を減じる観点からの利点を呈する。
【００４０】
最後に、吸込み部に金属構造を一体化したので、複合材料ホイールの入口ゾーンは、ホイールの複合部分に、吸い込まれる流体によって運ばれる固体や液体の粒子のような損傷物質に対する優れた防護ないし保護を備えている。
【００４１】
工業上の適用性
本発明の工業上の適用は、遠心圧縮機あるいはファンの設計や製作に存する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の遠心圧縮機ホイールの実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の変形例を示す部分断面図である。
【図３】本発明の他の変形例を示す部分断面図である。
【図４】本発明のさらなる変形例を示す部分断面図である。
【図５】本発明の圧縮機ホイールを示す断面図であり、２つの平行な板を備える圧縮機ホイールが具体化される方法の詳細を示す図である。

Claims (9)

1. 駆動軸（３）に接続するための金属ハブ（２）を有し、金属ハブに取り付けられる入口板（４）および出口板（５）を備え、これら複数の板の間に羽根（７Ａ、７Ｂ）が固定されてなる遠心圧縮機ホイール（１）において、
   ハブ（２）の周囲でホイール（１）の中央部に一体化される環状の金属インサート（８）を含み、当該金属インサートは、ホイール（１）の複数の羽根（７）の開始部分を形成している金属要素（７Ａ）を備え、一方、羽根（７）の残部および周辺部分（７Ｂ）とともに入口板（４）および出口板（５）は、ホイールの複合部分を構成するために複合材料から形成されていることを特徴とするホイール。
2. 金属インサート（８）は、２枚の板（４、５）の間に取り付けられ、その幅全体の上で複合部分を支持していることを特徴とする請求項１に記載のホイール。
3. 金属インサート（８）は、ハブ（２）から独立した環状の片により形成され、ハブに取り付けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のホイール。
4. 金属インサート（８）は、相互に離れて間隔をあけられ２つの環状の本体（８Ａ、８Ｂ）が形成され、これら本体の間に、複数の羽根の金属開始部分を形成している金属要素（７Ａ）が配置されていることを特徴とする請求項３に記載のホイール。
5. 金属インサート（８）は、ハブとともに単一の片を形成するように、ハブ（２）の一体化された部分からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のホイール。
6. 複数の板（４、５）のうちの一の外側面に対して取り付けられるとともに複合部分を支持するために板（４、５）を通して金属インサートに固定される金属環状の補強片（１５）を含んでいることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のホイール。
7. 環状の補強片（１５）は、入口板（４）上で、入口板の外側に対して取り付けられていることを特徴とする請求項６に記載のホイール。
8. 金属ハブを有し、当該金属ハブに取り付けられる入口板および出口板を備え、これら複数の板の間に複数の羽根が固定されてなる遠心圧縮機ホイールを製造する方法において、
   ａ）ホイールの複数の羽根の開始部分を形成する金属要素を含む金属インサートを作る工程と、
   ｂ）前記インサート上にホイールの複合部分を直接に組み付け、複合部分が入口板、出口板および羽根の残部および周囲部分により形成される工程と、を有していることを特徴とする製造方法。
9. 組み付け工程ｂ）は、金属インサート上に直接にホイールの複合部分をモールド成形することにより実行されることを特徴とする請求項８に記載の製造方法。