JP5145117B2

JP5145117B2 - 圧縮機のハウジング

Info

Publication number: JP5145117B2
Application number: JP2008135540A
Authority: JP
Inventors: 誠一茨木; 靖明陣内; 正希東條
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2008-05-23
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2028-05-23
Also published as: EP2123916A2; US20090290979A1; US8251650B2; EP2123916B1; EP2123916A3; JP2009281323A

Description

本発明は、圧縮機、例えば、航空用ガスタービン、舶用過給機、自動車用過給機等に用いられる遠心圧縮機や斜流圧縮機のハウジングに関するものである。

航空用ガスタービン、舶用過給機、自動車用過給機等に用いられる圧縮機としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。
特開２００８−１９７９８号公報

ところで近年、軽量化およびコスト低減等の観点から圧縮機のハウジング全体を樹脂で作るといった試みがなされている。しかしながら、図６に二点鎖線で示すように、圧縮機１００で圧縮された高温（例えば、１８０℃）の空気により、ハウジング１０２の出口部（より詳しくは、ボリュート１０１を備えた端部）が熱変形し、ブレード７の翼端７ａとハウジング１０２の内周面１０２ａとの隙間（クリアランス）が拡大して、圧縮機１００の効率が低下してしまうといった問題点があった。

そこで、図７に示すような、ハウジング２０２を半径方向外側に向かって全体的に肉厚にするとともに、ボリュート１０１を形成するハウジング２０２の端部にリブ２０３を配置した圧縮機２００のハウジング２０２も考えられている。しかしながら、このような圧縮機２００のハウジング２０２では、半径方向の寸法が増加し、圧縮機２００全体が大型化して、圧縮機２００全体の重量が増加してしまうといった問題点があった。
なお、図７中のハウジング２０２の中央部に描いた実線は、図６に示すハウジング１０２の肉厚を示している。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、圧縮機の大型化および効率低下を招くことなく、圧縮機の軽量化を図ることができる圧縮機のハウジングを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明の第１の態様に係る圧縮機のハウジングは、複数枚のブレードと、これら複数枚のブレードの根元部に配置される本体とを備えたインペラを回転軸線回りに回転可能に収容するとともに、一端部に、作動流体を前記インペラに導く吸込流路が形成され、他端部にボリュートが形成された圧縮機のハウジングであって、前記ブレードの翼端を取り囲むように周方向および軸方向に沿って延びる、樹脂材料からなる内筒と、この内筒を取り囲むように周方向および軸方向に沿って延びる、樹脂材料からなる外筒とを備え、前記内筒と前記外筒とが、前記ボリュートの側と反対の側に位置する一端部で接合あるいはかん合され、それ以外の部分には、隙間が設けられている。

本発明に係る圧縮機のハウジングによれば、内筒と外筒とはそれぞれの一端部のみ（または一端部および中央部）で接合されており、内筒の他端部と外筒の他端部とは接合あるいはかん合されていないため、圧縮された高温（例えば、１８０℃）の空気によって、外筒の他端部（ボリュートを備えた端部）のみが熱変形することとなる。
これにより、ブレードの翼端と内筒の内周面との隙間（クリアランス）を常に適正な値に保つことができて、圧縮機の効率低下を防止することができる。
また、ハウジングの肉厚を、鋳造アルミ合金や鋳鉄や鋳鋼等の金属材料で作られたハウジングの肉厚と同程度とすることができるので、当該ハウジングの大型化を回避することができて、圧縮機の大型化を回避することができる。
さらに、ハウジング全体が樹脂材料で形成されることとなるので、当該ハウジングの軽量化を図ることができる。
また、本発明に係る圧縮機のハウジングによれば、内筒と外筒とはそれぞれの一端部のみで接合あるいはかん合されており、その他の部分は、隙間を設けているので、圧縮された高温（例えば、１８０℃）の空気によって、外筒の他端部（ボリュートを備えた端部）のみが熱変形することとなる。さらに隙間を設けていることにより内筒から外筒への熱伝達が抑制されて外筒の温度上昇が抑制されるのでハウジングの変形が抑えられる。
これにより、ブレードの翼端と内筒の内周面との隙間（クリアランス）を常に適正な値に保つことができて、圧縮機の効率低下を防止することができる。

本発明の第２の態様に係る圧縮機のハウジングは、複数枚のブレードと、これら複数枚のブレードの根元部に配置される本体とを備えたインペラを回転軸線回りに回転可能に収容するとともに、一端部に、作動流体を前記インペラに導く吸込流路が形成され、他端部にボリュートが形成された圧縮機のハウジングであって、前記ブレードの翼端を取り囲むように周方向および軸方向に沿って延びる、金属材料からなる内筒と、この内筒を取り囲むように周方向および軸方向に沿って延びる、樹脂材料からなる外筒とを備え、前記内筒と前記外筒とが、前記ボリュートの側と反対の側に位置する一端部で接合あるいはかん合され、それ以外の部分には、隙間が設けられている。

本発明に係る圧縮機のハウジングによれば、内筒と外筒とはそれぞれの一端部のみ（または一端部および中央部）で接合あるいはかん合されており、内筒の他端部と外筒の他端部とは接合されていないため、圧縮された高温（例えば、１８０℃）の空気によって、外筒の他端部（ボリュートを備えた端部）のみが熱変形することとなる。
これにより、ブレードの翼端と内筒の内周面との隙間（クリアランス）を常に適正な値に保つことができて、圧縮機の効率低下を防止することができる。
また、内筒を鋳造アルミ合金等の金属材料で作製することにより、万が一、ブレードが損傷して半径方向外側に飛散したとしても、ブレードの破片がハウジングの外側に飛び出すことを防止することができて、圧縮機の信頼性を向上させることができる。
さらに、内筒の肉厚を薄くすることができるので、ハウジング全体の肉厚を薄くすることができて、当該ハウジングおよび圧縮機の小型化を図ることができる。
さらにまた、ハウジングの大部分（主たる部分）が樹脂材料で形成されることとなるので、当該ハウジングの軽量化を図ることができる。
また、本発明に係る圧縮機のハウジングによれば、内筒と外筒とはそれぞれの一端部のみで接合あるいはかん合されており、その他の部分は、隙間を設けているので、圧縮された高温（例えば、１８０℃）の空気によって、外筒の他端部（ボリュートを備えた端部）のみが熱変形することとなる。さらに隙間を設けていることにより内筒から外筒への熱伝達が抑制されて外筒の温度上昇が抑制されるのでハウジングの変形が抑えられる。
これにより、ブレードの翼端と内筒の内周面との隙間（クリアランス）を常に適正な値に保つことができて、圧縮機の効率低下を防止することができる。

上記ハウジングのいずれかを備えた圧縮機によれば、圧縮機の大型化および効率低下を招くことなく、圧縮機の軽量化が図られ、圧縮機の信頼性が向することとなる。

本発明に係る圧縮機のハウジングによれば、圧縮機の大型化および効率低下を招くことなく、圧縮機の軽量化を図ることができるという効果を奏する。

以下、本発明の第１参考実施形態に係る圧縮機のハウジングについて、図１および図２を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る圧縮機のハウジング（以下、「ハウジング」という。）を具備した圧縮機（以下、「遠心圧縮機」という。）の断面図、図２は図１の要部を拡大した図である。
図１に示すように、遠心圧縮機１は、ハウジング２と、ハウジング２に軸支されて回転するインペラ３と、インペラ３の周囲にハウジング２と一体に設けられたボリュート（スクロール）４と、インペラ３とボリュート４との間に、インペラ３の周囲を取り囲むように環状に設けられたディフューザ５とを備えている。
なお、図１中の白抜き矢印は空気（作動流体）の流れを、符号Ｃはインペラ３の回転軸線を、符号Ｒは吸込流路を示している。

インペラ３は、ハブ（本体）６と、このハブ６の表面（以下、「ハブ面」という。）６ａ上に放射状に設けられた（配置された）複数枚のブレード（動翼）７とを備えている。
ブレード７はそれぞれ、ハブ６の小径側端部６ｂにその前縁ＬＥが位置するとともに、ハブ６の大径側端部６ｃにその後縁ＴＥが位置するようにハブ面６ａ上に設けられている。

さて、本実施形態に係るハウジング２は、ブレード７の翼端７ａを取り囲むように周方向および軸方向に沿って延びる内筒８と、この内筒８を取り囲むように周方向および軸方向に沿って延びる外筒９とを備えている。
内筒８は、その一端（図１において左側の端）がブレード７の前縁ＬＥよりも上流側に位置し、その他端（図１において右側の端）がブレード７の後縁ＴＥよりも下流側に位置するとともに、その他端部が半径方向外側に拡径する中空円筒状の部材であり、ポリアミド系等の樹脂材料で作られている。また、ブレード７の翼端７ａと対向する内筒８の内周面８ａは、ブレード７の翼端７ａとの間に所定の隙間（クリアランス）ができるように形成されている。

外筒９は、その一端（図１において左側の端）が内筒８の一端よりも上流側に位置し、その他端（図１において右側の端）が内筒８の他端よりも下流側に位置するとともに、内筒８の半径方向外側を取り囲むように形成された中空の部材であり、ポリアミド系等の樹脂材料で作られている。また、外筒９の他端部には、ボリュート４が形成されている。
そして、これら内筒８と外筒９とは、半径方向外側に拡径する他端部を除いた部分（すなわち、一端部または中央部）が、例えば、接着剤等を介して接合またはかん合されており、内筒８の他端部と外筒９の他端部とは互いに接合されておらず、外筒９の他端部は、内筒８の他端部に対して変形できるようになっている。

本実施形態に係るハウジング２によれば、内筒８の他端部と外筒９の他端部とは接合されておらず、圧縮された高温（例えば、１８０℃）の空気によって、外筒９の他端部（ボリュート４を備えた端部）のみが熱変形することとなる。
これにより、ブレード７の翼端７ａと内筒８の内周面８ａとの隙間（クリアランス）を常に適正な値に保つことができて、遠心圧縮機１の効率低下を防止することができる。
また、ハウジング２の肉厚を、アルミ鋳鉄や鋳鋼等の金属材料で作られたハウジングの肉厚と同程度とすることができるので、当該ハウジング２の大型化を回避することができて、遠心圧縮機１の大型化を回避することができる。
さらに、ハウジング２全体が樹脂材料で形成されることとなるので、当該ハウジング２の軽量化を図ることができる。

本発明の第２参考実施形態に係るハウジングは、前記第１参考実施形態において内筒８が鋳造アルミ合金等の金属材料で作られているものであり、さらに好適である。
内筒８を鋳造アルミ合金等の金属材料で作製することにより、万が一、ブレード７が損傷して半径方向外側に飛散したとしても、ブレード７の破片がハウジング２の外側に飛び出すことを防止することができて、遠心圧縮機１の信頼性を向上させることができる。
また、内筒８の肉厚を薄くすることができるので、ハウジング２全体の肉厚を薄くすることができて、当該ハウジング２および遠心圧縮機１の小型化を図ることができる。

本発明の第１実施形態に係るハウジングについて、図３を参照しながら説明する。
図３に示すように、本実施形態に係るハウジング２２は、第１参考実施形態および第２参考実施形態のところで説明した外筒９の代わりに、外筒２３が設けられているという点で上述した第１参考実施形態および第２参考実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１参考実施形態および第２参考実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。

外筒２３の、内筒８の他端部と対向する部分は、その半径方向内側に内筒８が接合された際に、内筒８の外周面８ｂとの間に図３に示すような隙間２４を形成する薄肉部２５とされている。

本実施形態に係るハウジング２２によれば、内筒８の他端部と外筒２３の他端部との間に隙間２４が形成されており、圧縮された高温（例えば、１８０℃）の空気によって、外筒２３の他端部（ボリュート４を備えた端部）のみが熱変形することとなる。さらに隙間２４を設けていることにより内筒８から外筒２３への熱伝達が抑制されるので前記第１および第２参考実施形態に比較し外筒の温度上昇が抑制されるのでハウジングの変形が抑えられる。
これにより、ブレード７の翼端７ａと内筒８の内周面８ａとの隙間（クリアランス）を常に適正な値に保つことができて、遠心圧縮機２１の効率低下を防止することができる。
また、ハウジング２２の肉厚を、鋳造アルミ合金や鋳鉄や鋳鋼等の金属材料で作られたハウジングの肉厚と同程度とすることができるので、当該ハウジング２２の大型化を回避することができて、遠心圧縮機２１の大型化を回避することができる。
さらに、ハウジング２２全体が樹脂材料で形成されることとなるので、当該ハウジング２２の軽量化を図ることができる。

なお、本実施形態において内筒８が鋳造アルミ合金等の金属材料で作られているとさらに好適である。
内筒８を鋳造アルミ合金等の金属材料で作製することにより、万が一、ブレード７が損傷して半径方向外側に飛散したとしても、ブレード７の破片がハウジング２２の外側に飛び出すことを防止することができて、遠心圧縮機２１の信頼性を向上させることができる。
また、内筒８の肉厚を薄くすることができるので、ハウジング２２全体の肉厚を薄くすることができて、当該ハウジング２２および遠心圧縮機２１の小型化を図ることができる。

本発明の第３参考実施形態に係るハウジングについて、図４を参照しながら説明する。
図４に示すように、本実施形態に係るハウジング４２は、ポリアミド系等の樹脂材料で作られたハウジング本体４３の内部に、鋳造アルミ合金等の金属材料で作られた芯材４４が、ブレード７の翼端７ａを取り囲むように周方向および軸方向に沿って埋め込まれているという点で上述した実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。

芯材４４は、その一端（図４において左側の端）がブレード７の前縁ＬＥよりも上流側に位置し、その他端（図４において右側の端）がブレード７の後縁ＴＥよりも下流側に位置するとともに、その他端部が半径方向外側に拡径する中空円筒状の部材である。また、ブレード７の翼端７ａと対向するハウジング本体４３の内周面４３ａは、ブレード７の翼端７ａとの間に所定の隙間（クリアランス）ができるように形成されている。

本実施形態に係るハウジング４２によれば、ハウジング本体４３の内部に埋め込まれた芯材４４によって、当該ハウジング４２の他端部（ボリュート４を備えた端部）の熱による変形が防止（阻止）されることとなる。
これにより、ブレード７の翼端７ａとハウジング本体４３の内周面４３ａとの隙間（クリアランス）を常に適正な値に保つことができて、遠心圧縮機４１の効率低下を防止することができる。
また、ハウジング４２の肉厚を、アルミ鋳鉄や鋳鋼等の金属材料で作られたハウジングの肉厚と同程度とすることができるので、当該ハウジング４２の大型化を回避することができて、遠心圧縮機４１の大型化を回避することができる。
さらに、ハウジング４２の大部分（主たる部分）が樹脂材料で形成されることとなるので、当該ハウジング４２の軽量化を図ることができる。

さらに、芯材４４が鋳造アルミ合金等の金属材料で作製されているので、万が一、ブレード７が損傷して半径方向外側に飛散したとしても、ブレード７の破片がハウジング４２の外側に飛び出すことを防止することができて、遠心圧縮機４１の信頼性を向上させることができる。
さらにまた、芯材４４が鋳造アルミ合金等の金属材料で作製されているので、ハウジング４２全体の肉厚を薄くすることができて、当該ハウジング４２および遠心圧縮機４１のさらなる小型化を図ることができる。

本発明の第４参考実施形態に係るハウジングについて、図５を参照しながら説明する。
本実施形態に係るハウジング５２は、ポリアミド系等の樹脂材料で作られており、図５に示すように、半径方向内側に位置するボリュート４の内壁面から、インペラ３の回転軸線Ｃとほぼ直交する平面に沿って半径方向内側に切り込まれたスリット５３を備えているという点で上述した実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。

本実施形態に係るハウジング５２によれば、当該ハウジング５２の他端部にスリット５３が形成されており、圧縮された高温（例えば、１８０℃）の空気によって、当該ハウジング５２の他端部（ボリュート４を備えた端部）のみが熱変形することとなる。
これにより、ブレード７の翼端７ａとハウジング５２の内周面５２ａとの隙間（クリアランス）を常に適正な値に保つことができて、遠心圧縮機５１の効率低下を防止することができる。
また、ハウジング５２の肉厚を、アルミ鋳鉄や鋳鋼等の金属材料で作られたハウジングの肉厚と同程度とすることができるので、当該ハウジング５２の大型化を回避することができて、遠心圧縮機５１の大型化を回避することができる。
さらに、ハウジング５２全体が樹脂材料で形成されることとなるので、当該ハウジング５２の軽量化を図ることができる。

なお、本発明は遠心圧縮機のみに適用され得るものではなく、斜流圧縮機にも適用され得るものである。

また、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、適宜必要に応じて変形実施、変更実施、組合せ実施することができる。
例えば、図３を用いて説明した第１実施形態では、隙間２４が内筒８の他端部のみに形成されているが、内筒８の一端から他端にわたって隙間２４を形成させることもできる。

本発明の第１及び第２参考実施形態に係る圧縮機のハウジングを具備した圧縮機の断面図である。図１の要部を拡大した図である。本発明の第１実施形態に係る圧縮機のハウジングを具備した圧縮機の要部を拡大した図である。本発明の第３参考実施形態に係る圧縮機のハウジングを具備した圧縮機の断面図である。本発明の第４参考実施形態に係る圧縮機のハウジングを具備した圧縮機の断面図である。従来の圧縮機のハウジングを具備した圧縮機の断面図であって、従来の問題点を説明するための図である。従来の圧縮機のハウジングを具備した圧縮機の断面図であって、従来の問題点を説明するための図である。

１遠心圧縮機（圧縮機）
２ハウジング
３インペラ
４ボリュート
６ハブ（本体）
７ブレード
８内筒
９外筒
２１遠心圧縮機（圧縮機）
２２ハウジング
２３外筒
４１遠心圧縮機（圧縮機）
４２ハウジング
４３ハウジング本体
４４芯材
５１遠心圧縮機（圧縮機）
５２ハウジング
５３スリット
Ｃ回転軸線
Ｒ吸込流路

Claims

複数枚のブレードと、これら複数枚のブレードの根元部に配置される本体とを備えたインペラを回転軸線回りに回転可能に収容するとともに、一端部に、作動流体を前記インペラに導く吸込流路が形成され、他端部にボリュートが形成された圧縮機のハウジングであって、
前記ブレードの翼端を取り囲むように周方向および軸方向に沿って延びる、樹脂材料からなる内筒と、この内筒を取り囲むように周方向および軸方向に沿って延びる、樹脂材料からなる外筒とを備え、
前記内筒と前記外筒とが、前記ボリュートの側と反対の側に位置する一端部で接合あるいはかん合され、それ以外の部分は、隙間を設けたことを特徴とする圧縮機のハウジング。
複数枚のブレードと、これら複数枚のブレードの根元部に配置される本体とを備えたインペラを回転軸線回りに回転可能に収容するとともに、一端部に、作動流体を前記インペラに導く吸込流路が形成され、他端部にボリュートが形成された圧縮機のハウジングであって、
前記ブレードの翼端を取り囲むように周方向および軸方向に沿って延びる、金属材料からなる内筒と、この内筒を取り囲むように周方向および軸方向に沿って延びる、樹脂材料からなる外筒とを備え、
前記内筒と前記外筒とが、前記ボリュートの側と反対の側に位置する一端部で接合あるいはかん合され、それ以外の部分は、隙間を設けたことを特徴とする圧縮機のハウジング。
請求項１または２に記載の圧縮機のハウジングを備えてなることを特徴とする圧縮機。