JP2008521381A - 過回転防止装置付き軸流タービン - Google Patents

Abstract

本発明に係る軸流タービンモータは、駆動ブレード外周列（１３）及び駆動ブレード（１３）の頂部に対して径方向にクランプされるバンド型周囲壁要素（１６）を備えたロータ（１２）と、少なくとも一つの圧縮媒体導入ノズル（１１）を備え、駆動ブレード（１３）及び壁要素（１６）を囲む環状内面（１４）を有するハウジング（１０）とを備え、前記壁要素（１６）が、前記ロータ（１２）が所定の速度レベルに達するまで遠心力に抗し、かつ、その駆動ブレード（１３）とのクランプ係合を維持するが、前記所定の速度レベルを超えた速度レベルの時に、膨張して、その駆動ブレード（１３）とのクランプ係合を緩め、ハウジング環状内面（１４）と接触するよう配置され、それにより、ロータ（１２）が危険な高速レベルに達することを防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一つ又は複数の駆動ブレード外周列及び駆動ブレードの頂部に対して径方向にクランプされた一つのバンド型周囲壁要素が設けられたロータと、動力となる加圧媒体用の導入ノズルが設けられ、かつ、ロータを囲む環状内面を有するステータとを備えたタイプの軸流タービンモータに関する。

タービンモータに関する問題は、装置へのダメージ及び作業者の負傷が生じ得る危険な高回転レベルにロータが達することを防止するための、簡単でありながら信頼できる過回転防止安全装置を完成させることが困難なことにある。通常、任意の適当なタイプの調速機によって、安全で適当な速度が与えられるが、調速機が故障した場合、作業者と他の装置を損傷や負傷から保護するのに適した独立して動作する過回転防止装置がある必要がある。タービンモータは非常に高い速度レベルで動作するので、機械式速度応答アクチュエータ及び加圧媒体遮断バルブを備えたタイプの、信頼性があり、かつ、安全に動作する過回転防止装置を設計するのは困難である。また、このようなアクチュエータ及びバルブ構造は、高価な機械加工を必要とする部品を多く含むので、構造上、相当複雑であり、製造コストが高い。

本発明の主目的は、簡単で非常に安価であるが効果的である過回転防止安全装置を備えた軸流タービンモータを作り出すことにある。

本発明の他の目的及び利点は、以下の説明及び特許請求の範囲から明らかになる。

以下、本発明の好ましい実施例を添付図面を参照して説明する。

図１及び図２には、本発明を説明する実施例が示されている。そのため、図面には、少なくとも一つの圧縮空気ノズル１１を有するハウジング１０と、ハウジング１０内にジャーナル軸受けされ、かつ、一つの駆動ブレード外周列１３を有するロータ１２とを備えた空気圧一段式タービンを示している。ハウジング１０には、ロータ１２及び駆動ブレード１３を囲む環状内面１４が形成されており、また、空気ノズル１１は、圧縮空気の実質的に軸方向の流れを駆動ブレード１３の入口端部において駆動ブレード１３上に向けるように配置され、それによりロータ１２を駆動する。加圧空気は、駆動ブレード１３の出口端部から低圧力で排気される。

本発明によるタービンモータには、ロータ速度を所定のレベルに保つために任意の適当なタイプの不図示の調速機が設けられている。この調速機は、例えば、最も効果的な研磨作業を得るため、かつ、研磨工具の耐用時間を可能な限り長くするために、研磨工具の回転速度が一定のレベルに維持されるべきであるグラインダーに応用する場合に必須である。また、このような応用においては、研磨工具の破壊や爆発の危険があるので、ロータ速度が何らかの高速レベルに達することを安全に防止することも重要である。このような高速レベルに達しないことを保証するために、たとえ、調速機が故障したとしても、調速機によって通常保証される速度レベルをかなり上回る速度レベルの時のみ作動状態になる独立作動過回転防止装置をタービンに設ける必要がある。

ロータ１２の外周上、即ち、駆動ブレード１３の頂部上には、駆動ブレード１３を囲む壁要素を形成するエンドレスカバーバンド１６が設けられている。このバンド１６の目的の一つは、ロータブレード１３を通過する有利な空気流を作り出し、タービンの効率を高めることにある。駆動ブレード１３を通過する膨張空気流を得るために、駆動ブレード１３の出口端部には拡径部が形成される。このことは、カバーバンド１６が、駆動ブレード１３の出口端部の位置で、より大きな内径を有することを意味する。従って、カバーバンド１６は、駆動ブレード１３の出口端部の位置に大きな直径部分１９を有し、また、駆動ブレード１３の入口端部の位置に小さい直径部分２０を有する。カバーバンド１６の外面には、ロータ１２の周りからの空気漏れを減少させるための多数の円周リブ１７が形成されている。

本発明によれば、バンド１６を適当な材料で形成し、かつ、バンド１６に適当な直径を持たせ、ロータ速度レベルが調速機によって通常与えられる速度を超えた時に、バンド１６を遠心力の作用で変形させることによって、バンド１６を過回転保護装置として機能させることを目的としている。非常に高い速度レベルに達した時、バンド１６は、その駆動ブレード１３との接触を緩くするように、変形して膨張する。次いで、バンド１６は、駆動ブレード１３の全体にわたる圧力差によって、空気流の方向に移動させられ、バンド１６は、ハウジング１０の環状内面１４と駆動ブレード１３との間に詰まる。その結果、バンド１６は、ロータ１２上に制動力を生じさせ、ロータ１２が、危険な高速レベルに達することを防止する。図２に示すように、バンド１６には、バンド１６を変形しやすくさせるための脆弱溝１８が設けられ得る。図２では、一つの溝１８しか見えていないが、バンド１６の完全なバランスを確保するように配置された少なくとももう一つの溝がある。

図３に示した図表における曲線は、バンド１６の膨張に関する歪みが、ロータ１２の回転速度の増加につれて、どのように増加するかを示しており、１００００rad/secを超えたある点Ｙで、バンド１６は、一つ又は複数の溝１８において、突然変形し始める。これは、バンド１６の膨張が、突然、急激に強まることを意味している。このことは、非常に顕著であり、かつ、過回転防止装置を作動状態にする速度レベルを良好な精度で決めることを可能にする曲線の屈曲部分により示されている。この速度レベルは、調速機によって通常与えられる速度レベル、この実施例では、１００００rad/secより低い速度レベルから簡単に分離することができる。

降伏点Ｙを通過すると、カバーバンド材料の変形又はバンド１６の限界が生じ、バンド１６は膨張して駆動ブレード１３から離れる。次いで、バンド１６は、駆動ブレード１３の全体にわたる圧力降下によって、軸方向に移動させられ、駆動ブレード１３とハウジング環状内面１４との間に詰まる。何らかの危険な高速レベルに達する代わりに、ロータ１２は、直ちに、安全な速度レベルまで制動されるか、又は、停止させられる。

実施例では、バンド１６はアルミ合金で形成され、縮小方法(shrinking process)によって、駆動ブレード１３上にクランプされる。しかし、バンド１６はプラスチック材料で形成されてもよく、縮小する代わりに、バンド１６は、圧入によってロータ駆動ブレード１３上に設けられ得る。

本発明による過回転防止装置を有する空気圧タービンの部分図である。 本発明による駆動ブレード保護バンドの斜視図である。 ロータ速度に関する駆動ブレード保護バンドの歪みを示すダイアグラムである。

Claims (3)

1. 駆動ブレード外周列（１３）及び駆動ブレード（１３）の頂部に対して径方向にクランプされるバンド型周囲壁要素（１６）を備えたロータ（１２）と、
   少なくとも一つの圧縮媒体導入ノズル（１１）及びロータ（１２）を囲む環状内面（１４）を有するステータ（１０）と
   を備えた軸流タービンモータにおいて、
   前記壁要素（１６）が、前記ロータ（１２）が所定の速度レベルに達するまで遠心力に抗し、かつ、その駆動ブレード（１３）とのクランプ係合を維持するが、前記所定の速度レベルを超えた速度レベルの時に、膨張して、その駆動ブレード（１３）とのクランプ係合を緩め、ハウジング環状内面（１４）と接触するよう配置され、それにより、ロータ（１２）が危険な高速レベルに達することを防止する
   ことを特徴とする軸流タービンモータ。
2. 前記壁要素（１６）が、一つ又は複数の脆弱部分（１８）を備え、
   前記脆弱部分（１８）が、前記所定の速度レベルを超えた速度レベルの時に限界になることを目的とし、
   それにより、壁要素（１６）を分裂させ、ロータ（１２）の回転運動を妨げるようにする
   ことを特徴とする請求項１に記載のタービン。
3. 前記壁要素（１６）が、大きな直径部分（１９）と小さな直径部分（２０）とを有し、かつ、
   前記大きな直径部分（１９）と同じ外形を有する少なくとも一つの外周リブ（１７）を前記小さな直径部分（２０）に配置した
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のタービン。

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