JP2022056948A

JP2022056948A - 遠心圧縮機

Info

Publication number: JP2022056948A
Application number: JP2020164959A
Authority: JP
Inventors: 亮楳山; Akira Umeyama; 芳之中根; Yoshiyuki Nakane
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2022-04-11
Also published as: CN114320950A; EP3978763A1; US11788545B2; CN114320950B; KR20220044130A; US20220099104A1; KR102587032B1

Abstract

【課題】インペラの慣性モーメントの低減と、ハブへの応力分布の不均一の発生の抑制と、の双方を達成可能な遠心圧縮機を提供すること。【解決手段】遠心圧縮機であって、インペラ１００は、ハブ１１０と、複数のブレード１２０と、を備える。各ブレード１２０は、外周面１１２の一方側から他方側に向けて延在し、インペラ１００の回転時に正圧となる正圧面１２２及び負圧となる負圧面１２４を有する。ハブ１１０は、複数のブレード１２０の正圧面１２２と負圧面１２４の間に外周面１１２に開口する肉抜部１１７を有する。肉抜部１１７は、ブレード１２０の負圧面１２４よりも正圧面１２２に近づけて設けられている。【選択図】図２

Description

この発明は、遠心圧縮機に関する。

例えば、特開２００９－１３３２６７号公報には、インペラを備える遠心圧縮機が開示されている。この遠心圧縮機におけるインペラは、外周面及び背面を有するハブと、複数の翼と、を有している。ハブには、外周面と背面とを連通させる貫通孔が形成されている。この貫通孔の形成により、インペラの慣性モーメントが低減されている。

特開２００９－１３３２６７号公報

特開２００９－１３３２６７号公報に記載される遠心圧縮機では、インペラの回転時にハブに生じる応力分布には、改善の余地がある。

本発明の目的は、インペラの慣性モーメントの低減と、ハブへの応力分布の不均一の発生の抑制と、の双方を達成可能な遠心圧縮機を提供することである。

この発明の一局面に従った遠心圧縮機は、回転軸と、前記回転軸に固定されており前記回転軸と一体回転するインペラと、を備える遠心圧縮機であって、前記インペラは、前記回転軸の一方側から他方側に向かうにしたがって次第に拡径する形状を有する外周面と、前記他方側に形成された背面と、を有するハブと、前記ハブの前記外周面に設けられた複数のブレードと、を備え、前記複数のブレードの各々は、前記外周面の一方側から他方側に向けて延在し、前記インペラの回転時に正圧となる正圧面及び負圧となる負圧面を有し、前記ハブは、前記複数のブレードの前記正圧面と前記負圧面の間に前記外周面に開口する肉抜部を有し、前記肉抜部は、前記ブレードの前記負圧面よりも前記正圧面に近づけて設けられている。

この発明によれば、インペラの慣性モーメントの低減と、ハブへの応力分布の不均一の発生の抑制と、の双方を達成可能な遠心圧縮機を提供することができる。

本発明の一実施形態の遠心圧縮機の構成を概略的に示す図である。インペラの斜視図である。図２とは異なる角度におけるインペラの斜視図である。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

図１は、本発明の一実施形態の遠心圧縮機の構成を概略的に示す図である。図１に示されるように、遠心圧縮機１は、インペラ１００と、タービンホイール２００と、回転軸３１０と、モータ３２０と、軸受け３３０と、ケーシング４００と、を備えている。

回転軸３１０は、インペラ１００とタービンホイール２００とを接続している。この回転軸３１０は、モータ３２０により回転駆動される。回転軸３１０は、軸受け３３０で受けられている。なお、モータ３２０は、ロータと、ステータ（図示略）と、を有している。

ケーシング４００は、インペラ１００、タービンホイール２００、回転軸３１０、モータ３２０及び軸受け３３０を収容している。ケーシング４００は、コンプレッサハウジング４１０と、タービンハウジング４２０と、センターハウジング４３０と、を有している。

コンプレッサハウジング４１０は、インペラ１００を収容している。コンプレッサハウジング４１０は、吸込み口４１１と、吐出部４１２と、を有している。コンプレッサハウジング４１０内におけるインペラ１００の吐出側には、ディフューザ（図示略）が設けられている。

タービンハウジング４２０は、タービンホイール２００を収容している。タービンハウジング４２０は、吸込み部４２１と、排出口４２２と、を有している。

センターハウジング４３０は、コンプレッサハウジング４１０とタービンハウジング４２０との間に配置されている。センターハウジング４３０は、モータ３２０と軸受け３３０とを収容している。

センターハウジング４３０は、リアハウジング４４０を有している。リアハウジング４４０は、インペラ１００と軸受け３３０との間に設けられている。

インペラ１００は、吸込み口４１１から吸い込まれたガス（例えば空気）を吐出部４１２から吐出させる。図２及び図３に示されるように、インペラ１００は、ハブ１１０と、複数のブレード１２０と、を備えている。

ハブ１１０は、回転軸３１０に固定されており、軸芯Ａまわりに回転可能である。本実施形態では、軸芯Ａは、回転軸３１０の回転中心軸に相当する。ハブ１１０は、外周面１１２と、背面１１４と、正圧面側部１１６と、負圧面側部１１８と、を有している。

外周面１１２は、回転軸３１０の一方側（図１における上側）から他方側（図１における下側）に向かうにしたがって次第に拡径する形状を有している。換言すれば、外周面１１２は、吸込み側の端部から吐出側の端部に向かうにしたがって次第に当該外周面１１２の外径が大きくなる形状を有している。外周面１１２は、前記一方側から前記他方側に向かうにしたがって回転軸３１０に近づく向きに凸となるように湾曲する形状を有している。

背面１１４は、軸芯Ａと直交している。背面１１４は、前記他方側（吐出側）に形成されている。背面１１４は、平坦に形成されている。

各ブレード１２０は、ハブ１１０の外周面１１２に設けられている。各ブレード１２０は、ハブ１１０の外周面１１２の一方側から他方側に向けて延在している。各ブレード１２０は、ハブ１１０の回転方向に向けて傾倒している。複数のブレード１２０は、複数の第１ブレード１２０Ａと、複数の第２ブレード１２０Ｂと、を有している。

第１ブレード１２０Ａは、外周面１１２の前記一方側の端部の近傍から前記他方側の端部に至るように延びる形状を有している。

第２ブレード１２０Ｂは、外周面１１２のうち径方向における中央部から前記他方側の端部に至るように延びる形状を有している。

図２に示されるように、各ブレード１２０は、正圧面１２２と、負圧面１２４と、を有している。

正圧面１２２は、ブレード１２０のうち軸芯Ａまわりにおけるハブ１１０の回転時に正圧となる面である。

負圧面１２４は、ブレード１２０のうち軸芯Ａまわりにおけるハブ１１０の回転時に負圧となる面である。

図２及び図３に示されるように、ハブ１１０は、外縁部に、複数の正圧面側部１１６と、複数の負圧面側部１１８と、を有している。

周方向における正圧面側部１１６の長さＬ１（図２を参照）は、周方向に互いに隣接する一対のブレード１２０間の距離Ｌ２（図２を参照）の半分以下に設定されている。各正圧面側部１１６は、径方向におけるハブ１１０の外縁部の近傍に形成されることが好ましい。

各負圧面側部１１８は、各正圧面側部１１６からハブ１１０の周方向に沿って延びるとともに各ブレード１２０の負圧面１２４に接している。

ハブ１１０は、複数のブレード１２０の正圧面１２２と負圧面１２４の間において、外周面１１２に開口する肉抜部１１７を有している。換言すれば、肉抜部１１７は、ハブ１１０の外周面１１２のうち、周方向に互いに隣接する第１ブレード１２０Ａ及び第２ブレード１２０Ｂ間の部位に設けられている。肉抜部１１７は、ブレード１２０の負圧面１２４よりも正圧面１２２に近づけて設けられている。肉抜部１１７は、正圧面側部１１６のみに設けられている。肉抜部１１７は、負圧面側部１１８には設けられていない。本実施形態では、各肉抜部１１７は、外周面１１２から背面１１４に通じる貫通孔で構成されている。すなわち、本実施形態では、肉抜部１１７の厚みは、ゼロである。貫通孔は、軸芯Ａと平行な方向にハブ１１０を貫通している。

以上に説明した遠心圧縮機１が駆動されると、ハブ１１０のうち吐出側の近傍でかつブレード１２０の負圧面１２４と接する部位が遠心力によって相対的に高応力となる。本実施形態のインペラ１００では、相対的に高応力となる負圧面側部１１８の厚みが確保され、かつ、相対的に低応力となる正圧面側部１１６の厚みが負圧面側部１１８の厚みよりも小さく設定されているため、インペラ１００の慣性モーメントの低減と、インペラ１００への応力分布の不均一の発生の抑制と、の双方が達成される。

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、全てのブレード１２０は、互いに同じ形状に形成されてもよい。

［態様］
上述した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

この開示の一局面に従った遠心圧縮機は、回転軸と、前記回転軸に固定されており前記回転軸と一体回転するインペラと、を備える遠心圧縮機であって、前記インペラは、前記回転軸の一方側から他方側に向かうにしたがって次第に拡径する形状を有する外周面と、前記他方側に形成された背面と、を有するハブと、前記ハブの前記外周面に設けられた複数のブレードと、を備え、前記複数のブレードの各々は、前記外周面の一方側から他方側に向けて延在し、前記インペラの回転時に正圧となる正圧面及び負圧となる負圧面を有し、前記ハブは、前記複数のブレードの前記正圧面と前記負圧面の間に前記外周面に開口する肉抜部を有し、前記肉抜部は、前記ブレードの前記負圧面よりも前記正圧面に近づけて設けられている。

この遠心圧縮機のインペラでは、相対的に高応力となるハブの負圧側部の厚みよりも、相対的に低応力となる正圧側部の厚みが小さいため、インペラの慣性モーメントの低減と、インペラへの応力分布の不均一の発生の抑制と、の双方が達成される。

また、前記肉抜部は、前記外周面から前記背面に通じる貫通孔で構成されていることが好ましい。

この態様では、インペラの慣性モーメントがより低減され、かつ、インペラの回転時に当該インペラに作用するスラスト荷重も低減される。

また、前記ハブの周方向における各前記肉抜部の長さは、前記周方向における前記正圧面と前記負圧面の長さの半分以下であることが好ましい。

また、前記ブレードは、前記外周面の一方側から他方側に向けて延在する第１ブレードと、前記外周面の径方向における中央部から他方側に向けて延在する第２ブレードとを有し、前記肉抜部は、前記第１ブレードの前記負圧面よりも前記正圧面に近づけて設けられているとともに、前記第２ブレードの前記負圧面よりも前記正圧面に近づけて設けられていることが好ましい。

１遠心圧縮機、１００インペラ、１１０ハブ、１１２外周面、１１４背面、１１６正圧面側部、１１７肉抜部（貫通孔）、１１８負圧面側部、１２０ブレード、１２２正圧面、１２４負圧面、２００タービンホイール、３１０回転軸、３２０モータ、３３０軸受け、４００ケーシング、４１０コンプレッサハウジング、４２０タービンハウジング、４３０センターハウジング、４４０リアハウジング、Ａ軸芯。

Claims

回転軸と、前記回転軸に固定されており前記回転軸と一体回転するインペラと、を備える遠心圧縮機であって、
前記インペラは、
前記回転軸の一方側から他方側に向かうにしたがって次第に拡径する形状を有する外周面と、前記他方側に形成された背面と、を有するハブと、
前記ハブの前記外周面に設けられた複数のブレードと、を備え、
前記複数のブレードの各々は、
前記外周面の一方側から他方側に向けて延在し、前記インペラの回転時に正圧となる正圧面及び負圧となる負圧面を有し、
前記ハブは、前記複数のブレードの前記正圧面と前記負圧面の間に前記外周面に開口する肉抜部を有し、
前記肉抜部は、前記ブレードの前記負圧面よりも前記正圧面に近づけて設けられている、遠心圧縮機。
前記肉抜部は、前記外周面から前記背面に通じる貫通孔で構成されている、請求項１に記載の遠心圧縮機。
前記ハブの周方向における各前記肉抜部の長さは、前記周方向における前記正圧面と前記負圧面の長さの半分以下である、請求項１又は２に記載の遠心圧縮機。
前記ブレードは、前記外周面の一方側から他方側に向けて延在する第１ブレードと、前記外周面の径方向における中央部から他方側に向けて延在する第２ブレードとを有し、
前記肉抜部は、前記第１ブレードの前記負圧面よりも前記正圧面に近づけて設けられているとともに、前記第２ブレードの前記負圧面よりも前記正圧面に近づけて設けられている、請求項１から３のいずれか１項に記載の遠心圧縮機。