JP4489361B2 - ガス圧縮装置およびそのノイズ減衰化方法 - Google Patents

ガス圧縮装置およびそのノイズ減衰化方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガス圧縮装置およびそのノイズ減衰化方法に関し、詳細には、回転する羽根車によって生ずる音響エネルギーを減衰させるガス圧縮装置およびそのノイズ減衰化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
遠心力を利用したコンプレッサーのようなガス圧縮装置がガスの圧縮または加圧を含む種々の応用のために種々の工業で広く使用されている。コンプレッサーのこのタイプはガスを圧縮するために比較的高速でケーシング内で回転するように設けられた羽根車を使用する（特許文献１〜特許文献１１）。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許第４,１０６,５８７号
【特許文献２】
米国特許第４,４２１,４５５号
【特許文献３】
米国特許第４,４３３,７５１号
【特許文献４】
米国特許第４,５３１,３６２号
【特許文献５】
米国特許第４,７４３,１６１号
【特許文献６】
米国特許第４,８５８,７２１号
【特許文献７】
米国特許第４,９３０,９７９号
【特許文献８】
米国特許第４,９３２,８３５号
【特許文献９】
米国特許第５,３４０,２７５号
【特許文献１０】
米国特許第５,９７９,５９３号
【特許文献１１】
米国特許第６,１９６,７８９号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このタイプの典型的なコンプレッサーは少なくとも部分的には回転する羽根車によって生ずる比較的高いノイズレベルを発生させる。これは明らかに困ったことであり、また、振動および構造的欠陥を引き起こす。
【０００５】
そこで、本発明は以上の問題点を解決するためになされたものであり、その第１の目的はガスを圧縮する際に発生するノイズを減衰させることができるガス圧縮装置およびそのノイズ減衰化方法を提供することである。
【０００６】
第２の目的はガスを圧縮する際に発生するノイズを減衰させることによって振動を抑制し、構造的な欠陥の防止を図ることができるガス圧縮装置およびそのノイズ減衰化方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の技術的課題を解決するために、第１の発明は、ガスを受け入れる吸引口を持つケーシングと、前記吸引口からガスを受け入れかつ該ガスを圧縮するために前記ケーシングに設けられた羽根車と、前記ケーシングの内壁に設けられたプレートと、前記プレートから伸びる複数の拡散翼と、前記羽根車により生じた音響エネルギーを減衰させるための共鳴器列を形成するように前記プレートに形成された複数のセルと、を有するガス圧縮装置である。
【０００８】
第２の発明は、空洞に拡散チャネルが形成され、前記プレートは前記拡散チャネルを囲む前記ケーシング中の内壁に設けられたガス圧縮装置である。
【０００９】
第３の発明は、前記拡散チャネルからの圧縮ガスを受け入れるために前記拡散チャネルと連通する渦形室が前記ケーシング中に形成されたガス圧縮装置である。
【００１０】
第４の発明は、前記プレートの１面から伸びる第１のセル群、および、前記プレートの反対面から前記第１のセル群にまで伸びる第２のセル群を有するガス圧縮装置である。
【００１１】
第５の発明は、前記第１のセル群の各セルの大きさは、前記第２のセル群の大きさよりも小さいガス圧縮装置である。
【００１２】
第６の発明は、前記セルは、前記プレート上に形成された孔の形状であり、前記第１のセル群の各孔の直径は、前記第２のセル群の直径より小さいガス圧縮装置である。
【００１３】
第７の発明は、前記空洞に拡散チャネルが設けられ、前記第１のセル群は、前記拡散チャネルに面する前記プレートの表面から伸びるガス圧縮装置である。
【００１４】
第８の発明は、前記セルは、拡散翼の各隣接対の間にある前記プレートに均一に分布されているガス圧縮装置である。
【００１５】
第９の発明は、前記セルの個数及び大きさは、前記装置に関係する音響エネルギーの主要なノイズ成分を減衰させるように構成されかつ設けられているガス圧縮装置である。
【００１６】
第１０の発明は、前記共鳴器は、ヘルムホルツ共鳴器または四分の一波長共鳴器のいずれかであるガス圧縮装置である。
【００１７】
第１１の発明は、前記プレートおよび前記拡散翼は一体に形成されたガス圧縮装置である。
【００１８】
第１２の発明は、前記羽根車により生ずる音響エネルギーを減衰するように一群の共鳴器を形成するためにプレートに複数のセルを形成する工程を有する、ケーシングを通って流体が流れるように羽根車を回転しかつ複数の拡散翼が前記ケーシング中のプレートに設けられたガス圧縮装置におけるガス圧縮装置のノイズ減衰化方法である。
【００１９】
第１３の発明は、前記形成工程は、前記プレートの１面から伸びる第１のセル群を形成する工程と、前記プレートの反対面から前記第１のセル群にまで伸びる第２のセル群を形成する工程とを有するガス圧縮装置のノイズ減衰化方法である。
【００２０】
第１４の発明は、前記第１のセル群の各セルの大きさは、第２のセル群の大きさよりも小さいガス圧縮装置のノイズ減衰化方法である。
【００２１】
第１５の発明は、前記セルは、前記プレート上に形成された孔の形状をもち、前記第１のセル群の各孔の直径は、第２のセル群の孔の直径よりも小さいガス圧縮装置のノイズ減衰化方法である。
【００２２】
第１６の発明は、拡散チャネルが前記ケーシングに形成され、第１のセル群は前記拡散チャネルに面する前記プレート面から伸びるガス圧縮装置のノイズ減衰化方法である。
【００２３】
第１７の発明は、前記拡散チャネルから圧縮ガスを受け入れるために拡散チャネルと連通する渦形室を前記ケーシングに形成する工程をさらに有するガス圧縮装置のノイズ減衰化方法である。
【００２４】
第１８の発明は、前記セルは、音響共鳴器を形成し、さらに、前記減衰の程度を増大させるために、前記羽根車の翼通過振動数および／またはその倍音の振動数に同調する工程を有するガス圧縮装置のノイズ減衰化方法である。
【００２５】
第１９の発明は、前記同調工程は、前記セルの個数、大きさおよび／または体積を変更する工程を有するガス圧縮装置のノイズ減衰化方法である。
【００２６】
第２０の発明は、前記共鳴器は、ヘルムホルツ共鳴器または四分の一波長共鳴器のいずれかであるガス圧縮装置のノイズ減衰化方法である。
【００２７】
第２１の発明は、さらに、前記プレート中に前記セルを均一に分布する工程を有するガス圧縮装置のノイズ減衰化方法である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
続いて、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて説明する。該説明は特に指定のない限り本発明を制限するものと解釈してはならない。
図１は、遠心力を利用したコンプレッサーのような高圧のガス圧縮装置の一部を示す。該ガス圧縮装置は圧縮されるべき流体を受け入れるための吸引口１０ａをもつケーシング１０、および空洞中での回転のため設けられた羽根車１２を収容する羽根車用空洞１０ｂを有している。駆動軸（図示せず）は吸引口１０ａを通ってケーシング１０に導入されたガスに速度圧を伝達するために高速で前記羽根車１２を回転させる。前記ケーシング１０は完全に前記駆動軸の周りに及んでおり前記ケーシングの上部のみが図１に描かれている。
【００２９】
前記羽根車１２は前記駆動軸の周りに軸対称に設けられ複数の通路１２bを囲む複数の羽根車翼１２ａを有している。該羽根車１２は圧縮されたガスを前記ケーシング１０中にある２つの環状の向き合う内壁１０ｃと内壁１０ｄとの間で囲まれた拡散通路または拡散チャネル１４に吐出する。該拡散チャネル１４は羽根車１２から外向きの半径方向に伸び、高圧ガスを前記羽根車１２から受け入れ、その後に該ガスは前記ケーシング１０に形成され前記拡散チャネル１４と連通する渦形室（または収集機）１６に達する。該拡散チャネル１４はガスの速度圧を静的な圧力に変換する機能を有し、前記渦形室１６は前記ケーシングの吐出口（図示せず）に前記圧縮ガスをつなげる。
【００３０】
前記羽根車翼１２ａの遠心力による動作およびケーシング１０の設計により、吸引口１０ａから通路１２ｂに導入されたガスは比較的高圧に圧縮される。公知のラビリンス・シール、スラスト・ベアリング、チルトパッド・ベアリングおよび他の同様のハードウェアが前記ケーシング１０内に設けられており、それらは従来通りなので図示し又は記述していない。
【００３１】
環状のプレート２０が内壁１０ｃに形成された窪みまたは溝内に設けられている。図１には該プレート２０の上部のみが示されている。図２においてより詳細に示すように、複数の拡散翼２４が該プレート２０の周りに角度的に間隔を置き、各翼が前記プレート２０から前記プレート２０の半径に対応する角度で各々伸びる。前記プレート２０および拡散翼２４は同一の基体部分から加工されまたは分離して形成することができる。前記拡散翼２４は前記拡散チャネル１４内における静的圧力の回復の増進によって装置の効率を上げ、それらの特定の配置及び機能は従来通りなので、それらをさらに詳しくは記述しない。
【００３２】
図２および図３により詳細に示すように一連の比較的大きなセル（または開口部）３４が各一対の隣接する拡散翼２４の間の前記プレート２０の１面を通って形成されている。前記セル３４は前記プレート２０の厚みの大部分を通って伸びるがその厚み全体を通っていない。図３に示すように、一連の比較的小さなセル（または開口部）３６が各セル３４の底から前記プレート２０の反対面にまで伸びている。各セル３４は比較的大きな径の断面をもつ孔の形状をもち、各セル３６は比較的小さな径の断面をもつ孔の形状をもち、セル３４，３６の形状は本発明の範囲内で変更可能であることを理解すべきである。セル３４，３６は前記プレート２０の対応面を通ってもみ下げ孔を開けることによるような任意の従来通りの方法で形成することができる。セル３４は前記プレート２０の基礎をなす壁によって蓋がされており、そのセル３６の開口端は前記拡散チャネル１４と連通する。
【００３３】
好ましくは、前記セル３４は拡散翼の隣接する各対の間にある複数の環状に伸びる列であって、ある特定の列の前記セル３４は隣接する列のセルからずれまたは変位するように形成する。前記セル３６はそれらの対応する前記セル３４に対して無作為に設けることができる。またはその代わりに均一の分布をもつの任意のパターンに形成することもできる。
【００３４】
動作中には、ガスは前記ケーシング１０の吸引口１０ａに導入され、羽根車１２が比較的高い回転速度で駆動されて図１の矢印によって示されるように、前記ガスを吸引口１０ａ、通路及び拡散チャネル１４を通るように強いる。羽根車翼１２ａの遠心力動作のために、ガスは比較的高い圧力に圧縮される。前記拡散機内での静的圧力の回復を高めることによって動作の効率を増大する間に、拡散チャネル１４は前記ガスの速度圧を静的圧力に変更する。圧縮されたガスは、拡散チャネル１４、渦形室１６を通り吐出のためのケーシングの吐出口に達する。
【００３５】
セル３６がセル３４を拡散チャネル１４につなげているという事実により、該セルは従来の共鳴器理論により集合的にヘルムホルツ共鳴器または四分の一波長共鳴器である音響共鳴器の列として機能する。これは前記羽根車１２の高速回転により、および拡散波との相互作用によって生じた拡散翼２４の領域におけるケーシング１０で生じた音波を著しく減衰させ、そしてノイズが前記プレート２０を迂回しおよび異なる経路を通過する可能性を除去しまたは少なくとも最小化する。
【００３６】
さらに、最大の音減衰が羽根車翼１２ａの通過振動数または他の高振動数で生ずるようにセル３４，３６に同調することによって該振動数で共通に生ずる主要なノイズ要素を効率的に低下させることができる。これはセル３４の体積および／または断面積、個数およびセル３６の深さを変化させることによって達成することができる。また、主要なノイズ要素の振動数が羽根車１２の速度により変化するという事実を考慮すると、より大きな各セル３４ごとにより小さいセル３６の個数を前記プレート２０を横切って空間的に変えることにより、ノイズがより広い振動数帯で減衰させることができる。その結果、定速装置のみならず変速装置においてもノイズを効果的および効率的に減衰させることができる。
【００３７】
加えて、一体的設計としての前記プレートにおける音響共鳴の採用は機械的および熱的負荷がある場合にほとんど変形しない比較的強い構造を保持および維持する。その結果、セル３４および３６によって形成された音響的共鳴はガス圧縮装置の空気力学的性能への悪影響をもたらさない。
【００３８】
（変形例および等価例）
セル３４、３６を形成する特定の技術は上述したものから変更可能である。例えば、セルがその各プレート内に成型された上下続きのライナーを形成しても良い。
【００３９】
前記拡散翼２４は前記プレート２０と一体に形成しまたは装着することができる。
【００４０】
セル３４，３６の相対的な大きさ、形状、個数およびパターンは変更し得る。
【００４１】
上述の設計は遠心性のコンプレッサーとの使用に限定されないだけでなく、空気力学的効果が可動翼によって達成される他のガス圧縮装置にも等しく適用可能である。
【００４２】
前記プレート２０は上述したような羽根車の軸の周りに３６０度の間及ぶことが可能であり、または３６０度未満の角度間隔に広がる各セグメントに形成しても良い。
【００４３】
上述した、「底」、「内部の」、「外部の」、「側部の」のような空間的な関係は、図のみの目的のためであって前記構造の特定の方向または位置を限定しない。
【００４４】
以上説明した各実施の形態は、本発明をより良く理解させるために具体的に説明したものであって、別形態を制限するものではない。したがって、発明の主旨を変更しない範囲で変更可能である。前記開示において他の変形、変更および置換えを意図しているので、特許請求の範囲は広くかつ本発明の範囲と一致するように解釈することが妥当である。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、ガスを圧縮する際に発生するノイズを低下させることができる。またガスを圧縮する際に発生するノイズを減衰させることによって振動を抑制し構造的な欠陥の防止を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るガス圧縮装置の一部断面図
【図２】図１の装置で使用される多数の拡散翼をもったプレートの斜視図
【図３】図１のガス圧縮装置の一部拡大図
【符号の説明】
１０…ケーシング
１０ａ…吸引口
１０ｂ…空洞
１０ｃ、１０ｄ…内壁
１２…羽根車
１２ａ…羽根車翼
１２ｂ…通路
１４…チャネル
１６…渦形室
２０…プレート
２４…拡散翼
３４、３６…セル

Claims (16)

  1. ガスを受け入れる吸引口を持つケーシングと、前記吸引口からガスを受け入れかつ該ガスを圧縮するために前記ケーシングに設けられた羽根車と、前記ケーシングの内壁に設けられたプレートと、前記プレートから伸びる複数の拡散翼と、前記羽根車により生じた音響エネルギーを減衰させるための共鳴器列を形成するように前記プレートに形成された複数のセルと、を有するとともに、
    前記セルは、第１のセル群、および第２のセル群からなり、前記第１のセル群は前記プレートの１面から伸び、前記第２のセル群は前記プレートのその反対面から前記第１のセル群にまで伸び、前記第１のセル群の各セルの大きさは、前記第２のセル群の各セルの大きさよりも小さく形成されたガス圧縮装置。
  2. 空洞に拡散チャネルが形成され、前記プレートは前記拡散チャネルを囲む前記ケーシング中の内壁に設けられた請求項１に記載のガス圧縮装置。
  3. 前記拡散チャネルから圧縮ガスを受け入れるために前記拡散チャネルと連通する渦形室が前記ケーシング中に形成された請求項２に記載のガス圧縮装置。
  4. 前記セルは、前記プレートに形成された孔の形状であり、前記第１のセル群の各孔の直径は、前記第２のセル群の直径より小さい請求項１に記載のガス圧縮装置。
  5. 空洞に拡散チャネルが設けられ、前記第１のセル群は、前記拡散チャネルに面する前記プレートの表面から伸びる請求項１に記載のガス圧縮装置。
  6. 前記セルは、拡散翼の各隣接対の間にある前記プレートに均一に分布されている請求項１に記載のガス圧縮装置。
  7. 前記セルの個数及び大きさは、前記装置に関係する音響エネルギーの主要なノイズ成分を減衰させるように構成されかつ設けられている請求項１に記載のガス圧縮装置。
  8. 前記共鳴器は、ヘルムホルツ共鳴器または四分の一波長共鳴器のいずれかである請求項１に記載のガス圧縮装置。
  9. 前記プレートおよび前記拡散翼は一体に形成された請求項１に記載のガス圧縮装置。
  10. 請求項１に記載の装置を用いたガス圧縮装置のノイズ減衰化方法。
  11. 請求項１に記載の前記装置の前記セルは、前記プレート上に形成された孔の形状をもち、前記第１のセル群の各孔の直径は、第２のセル群の孔の直径よりも小さい請求項１０に記載のガス圧縮装置のノイズ減衰化方法。
  12. 拡散チャネルが、請求項１に記載の前記装置の前記ケーシングに形成され、第１のセル群は前記拡散チャネルに面する前記プレート面から伸びる請求項１０に記載のガス圧縮装置のノイズ減衰化方法。
  13. 前記拡散チャネルから圧縮ガスを受け入れるために拡散チャネルと連通する渦形室を、請求項１に記載の前記装置の前記ケーシングをさらに有する請求項１０に記載のガス圧縮装置のノイズ減衰化方法。
  14. 請求項１に記載の前記装置の前記セルは、音響共鳴器を形成し、さらに、該音響共鳴器は前記減衰の程度を増大させるために、前記羽根車の翼通過振動数および／またはその倍音の振動数に同調する請求項１０に記載のガス圧縮装置のノイズ減衰化方法。
  15. 請求項１に記載の前記装置の前記共鳴器は、ヘルムホルツ共鳴器または四分の一波長共鳴器のいずれかである請求項１４に記載のガス圧縮装置のノイズ減衰化方法。
  16. さらに、請求項１に記載の前記装置の前記プレート中の前記セルは均一に分布する請求項１０に記載のガス圧縮装置のノイズ減衰化方法。
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