JP5348316B2 - 遠心圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、ディフューザ通路にベーン翼を出没自在とした遠心圧縮機に関する。

ベーン翼をダイアフラムと一体化しておき、ダイアフラム内の流体圧を調節してダイアフラムを変形させそのダイアフラムの変形をベーン翼に伝達し、ディフューザ通路にベーン翼を出没自在とした技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。これにより特許文献１では、遠心圧縮機の運転流量が小流量であるとディフューザ通路にベーン翼を突出させ、遠心圧縮機の運転流量が大流量であるとディフューザ通路壁にベーン翼を埋没させている。

特開２００１−３２９９９６号公報

特許文献１の技術では、ダイアフラムがベーン翼に一体化されているので、ダイアフラムの肉厚がバラついていたり、ダイアフラムの一部の硬さが異なっていたりして、ダイアフラムが正確に変形できないと、ベーン翼の突出方向が規定方向からそれてしまう。ベーン翼の突出方向が規定方向からそれてしまうと、ベーン翼が、ベーン翼をディフューザ通路に突出させるスリットの周縁部に食い付いてしまう場合がある。また、ベーン翼がスリットを通過する際のフリクションが大きくなり、ベーン翼の摩耗やベーン翼を動作させるための駆動力の増大が生じてしまう場合がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、遠心圧縮機において、変形部材の変形を要因としてベーン翼の突出方向が規定方向からそれることを回避する技術を提供することを目的とする。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
ディフューザ通路内に出没自在なベーン翼と、
前記ベーン翼を埋没させるディフューザ通路壁内に設けられる空間と、
前記空間をディフューザ側室と反ディフューザ側室とに仕切り、前記反ディフューザ側室の容積を変更可能に変形するものであって、前記反ディフューザ側室の容積を大きくする際の変形によって前記ベーン翼を規定方向に移動させて前記ディフューザ通路に突出させる変形部材と、
を備えた遠心圧縮機であって、
前記ベーン翼と前記変形部材とは別体であり、前記反ディフューザ側室の容積を大きくする際の変形によって前記変形部材が前記ベーン翼に接触する部分における規定方向の変位だけが前記ベーン翼に作用する遠心圧縮機である。

反ディフューザ側室の容積を大きくする際の変形部材の変形においては、変形部材のベーン翼に接触する部分は、ベーン翼をディフューザ通路に突出させる規定方向に変位するだけでなく、規定方向以外の方向にも変位することがある。このとき変形部材のベーン翼に接触する部分がベーン翼に一体化されていれば、変形部材の変形に伴ってベーン翼も規定方向ではなく、規定方向以外の方向に移動してしまうことがある。

しかしながら本発明では、ベーン翼と変形部材とは別体である。このため、変形部材のベーン翼に接触する部分における規定方向以外の方向の変位は、変形部材のベーン翼に接触する部分をベーン翼に対して転位させるだけで、ベーン翼には作用せず、ベーン翼は規定方向以外の方向へ移動し難くなる。一方、変形部材のベーン翼に接触する部分の規定方向の変位だけは、ベーン翼に作用し、ベーン翼を規定方向に移動させる。したがって、変形部材の変形を要因としてベーン翼の突出方向が規定方向からそれることを回避できる。

よって、ベーン翼の突出方向が規定方向からそれてしまい、ベーン翼が、ベーン翼をディフューザ通路に突出させるスリットの周縁部に食い付いてしまうことを回避できる。また、ベーン翼がスリットを通過する際のフリクションが大きくなり、ベーン翼の摩耗やベーン翼を動作させる駆動力の増大が生じてしまうことを回避できる。

前記ベーン翼を前記ディフューザ通路壁に埋没させるように付勢する付勢部材と、
前記ベーン翼の前記ディフューザ通路への突出量が所定量以下のときに、前記付勢部材の付勢に抗って前記ベーン翼を位置決めするストッパと、
をさらに備え、
前記変形部材は、前記反ディフューザ側室の容積を小さくすることで、前記ストッパに位置決めされた前記ベーン翼から離間可能であるとよい。

ここで、所定量とは、それ以下の突出量であると、遠心圧縮機の運転流量が大流量の場合に対応できる量である。

これによると、ベーン翼のディフューザ通路への突出量が所定量以下の場合には、変形部材を、ストッパに位置決めされたベーン翼から離間させることができる。これにより、ベーン翼から変形部材へ伝熱することを回避できる。したがって、変形部材がベーン翼からの伝熱に起因して熱劣化することを抑制できる。

遠心圧縮機が気体を高流量かつ高過給圧にさせるよう運転する場合に、前記変形部材と前記ストッパに位置決めされた前記ベーン翼とを離間するまで、前記反ディフューザ側室の容積を小さくするとよい。

遠心圧縮機が気体を高流量かつ高過給圧にさせるよう運転する場合には、ディフューザ通路を流通する気体が高温になり、ディフューザ通路壁に埋没させたベーン翼も同様に高温になっている。この場合に、変形部材とストッパに位置決めされたベーン翼とを離間するまで、反ディフューザ側室の容積を小さくするので、変形部材とベーン翼とが離間し、高温のベーン翼から変形部材へ伝熱することを回避できる。したがって、遠心圧縮機が気体を高流量かつ高過給圧にさせるよう運転する場合に、変形部材が高温のベーン翼からの伝熱に起因して熱劣化することを抑制できる。

本発明によれば、遠心圧縮機において、変形部材の変形を要因としてベーン翼の突出方向が規定方向からそれることを回避できる。

本発明の実施例１に係る遠心圧縮機の概略構成を示す図である。 実施例１に係るベーン翼の出没状態を示す図である。 従来のベーン翼の問題点を示す図である。 実施例１に係るベーン翼の特徴を示す図である。

以下、本発明の具体的な実施例について説明する。

＜実施例１＞
（遠心圧縮機の構成）
図１は、本発明の実施例１に係る遠心圧縮機の概略構成を示す図である。図１に示す遠心圧縮機１は、スクロールケーシング２を備え、スクロールケーシング２内の軸中心に羽根車３を備えている。遠心圧縮機１に流入した気体としての空気は、羽根車３の周方向に等間隔に設けられた羽根４にガイドされて、羽根車３の外周側に設けられたディフューザ通路５に流入する。

ディフューザ通路５は、スクロールケーシング２の一部であるディフューザ通路壁に挟まれている。図１左側の一方のディフューザ通路壁は、板状のディフューザプレート６で構成されており、ケーシング本体とは別体である。ディフューザプレート６の配置されたディフューザ通路壁内には、ディフューザプレート６で覆うことのできる空間７が設けられている。空間７は、中空円筒状であり、ディフューザ通路５内に出没自在なベーン翼８を収納可能である。

ベーン翼８は、円環状のディスク９と、ディスク９に一端が固定され周方向に間隔を空けて配置された複数の翼部１０と、を備える。ディフューザプレート６には、ベーン翼８の翼部１０が差し込まれるスリット１１が形成されている。これにより、ベーン翼８のディスク９をディフューザプレート６に近付けると、ベーン翼８の翼部１０がスリット１１からディフューザ通路５内に突出する。一方、ベーン翼８のディスク９をディフューザプレート６（ディフューザ通路５）から離すと、翼部１０がスリット１１にガイドされて空間７に収納されディフューザ通路壁にベーン翼８が埋没する。

ベーン翼８が収納される空間７には、当該空間７を、ディフューザ側室７ａと反ディフューザ側室７ｂとに仕切り、反ディフューザ側室７ｂの容積を変更可能に変形する変形部材としてのダイアフラム１２が配置される。ダイアフラム１２は、ディフューザ側室７ａ方向に膨らむことのできる環状であり、弾性変形可能なようにゴム状弾性体で構成され、外縁と内縁とが空間７の壁に気密に固定されている。ダイアフラム１２は、反ディフューザ側室７ｂを大きくするよう膨らむことで、ベーン翼８のディスク９をディフューザ通路５側へ押圧することができる。ダイアフラム１２とディスク９とは別体である。ダイアフラム１２が膨らむ変形をしていなければ、ダイアフラム１２とディスク９とは離間するようになっている。つまり、ダイアフラム１２は、反ディフューザ側室７ｂの容積を小さくすることで、ストッパ１３に位置決めされたベーン翼８のディスク９から離間可能である。

空間７におけるディフューザ側室７ａには、ベーン翼８をディフューザ通路壁に埋没させるようにベーン翼８のディスク９を付勢する付勢部材としての圧縮バネ１４が設けられている。圧縮バネ１４は、ディフューザ側室７ａ内で圧縮されており、ディスク９をディフューザ通路５方向とは反対方向に付勢している。

ディフューザ側室７ａにおける圧縮バネ１４がベーン翼８のディスク９を付勢してベーン翼８をディフューザ通路壁に埋没させた位置では、圧縮バネ１４の付勢に抗ってベーン翼８のディスク９を位置決めするストッパ１３が設けられている。ディスク９が圧縮バネ１４に付勢された状態でストッパ１３に突き当たることで、ダイアフラム１２の膨らむ変形による作用が無ければ、ベーン翼８をディフューザ通路５に埋没させた状態に維持できる。

本実施例の遠心圧縮機１には、反ディフューザ側室７ｂ内に流体圧をかける流体圧調節機構１５が設けられている。流体圧調節機構１５と反ディフューザ側室７ｂとの間には、流体圧調節機構１５から反ディフューザ側室７ｂに流体を流通させる流体通路１６が設けられている。

（遠心圧縮機の動作）
図２は、本実施例に係るベーン翼の出没状態を示す図であり、図２（ａ）はベーン翼がディフューザ通路内に突出した状態を示し、図２（ｂ）はベーン翼がディフューザ通路壁に埋没した状態を示す。

遠心圧縮機１が空気を低流量かつ低過給圧にさせるよう運転する場合には、流体圧調節機構１５が、反ディフューザ側室７ｂへ流体を流入させて反ディフューザ側室７ｂを加圧し、ダイアフラム１２に膨らむ変形をさせて反ディフューザ側室７ｂの容積を大きくする。これにより、ダイアフラム１２は変位してベーン翼８のディスク９を押圧するので、ディスク９がベーン翼８の翼部１０をディフューザ通路５に突出させる図示矢印Ａの規定方向に移動し、図２（ａ）に示すようにベーン翼８の翼部１０がスリット１１からディフューザ通路５に突出する。

図３は、従来のベーン翼の問題点を示す図である。ここで、反ディフューザ側室の容積を大きくする際のダイアフラムの膨らむ変形においては、ダイアフラムのベーン翼のディスクに接触する部分は、ベーン翼のディスクをディフューザ通路に突出させる規定方向に変位するだけでなく、規定方向以外の方向にも変位することがある。このとき図３の領域Ｃに示すダイアフラムのベーン翼のディスクに接触する部分がベーン翼に一体化されていれば、図示矢印Ｂのダイアフラムの膨らむ変形に伴ってベーン翼も図示破線矢印の規定方向ではなく、図示矢印Ｂの規定方向以外の方向に移動してしまうことがある。そうすると、ベーン翼の翼部の突出方向が規定方向からそれてしまい、ベーン翼の翼部が、スリットの周縁部に食い付いて動かなくなってしまうことがある。また、ベーン翼の翼部が食い付かなくてもスリットの周縁部に擦り付けられてしまい、そのときのフリクションが大きくなり、ベーン翼の翼部の摩耗や流体圧調節機構の駆動力の増大が生じてしまうことがある。

図４は、本実施例に係るベーン翼の特徴を示す図である。本実施例では、ベーン翼８とダイアフラム１２とは別体であり、図４の領域Ｄに示す部分では、ダイアフラム１２がベーン翼８のディスク９に接触しているだけである。このため、ダイアフラム１２が規定方向以外の図示矢印Ｂの方向に変形する場合でも、ダイアフラム１２のベーン翼８に接触する部分における規定方向以外の方向の変位は、ダイアフラム１２のベーン翼８のディスク９に接触する部分をベーン翼８に対して転位させる（位置がずれる）だけで、ベーン翼８には作用せず、ベーン翼８は規定方向以外の方向に移動し難くなる。一方、ダイアフラム１２のベーン翼８のディスク９に接触する部分の規定方向の変位だけは、ベーン翼８に作用し、ベーン翼８を図示矢印Ａの規定方向に移動させる。したがって、本実施例であるとダイアフラム１２の変形を要因としてベーン翼８の翼部１０の突出方向が規定方向からそれることを回避できる。

よって、ベーン翼８の翼部１０の突出方向が規定方向からそれてしまい、ベーン翼８の翼部１０が、スリット１１の周縁部に食い付いて動かなくなってしまうことを回避できる。また、ベーン翼８の翼部１０がスリット１１を通過する際に翼部１０がスリット１１の周縁部に擦り付けられてしまい、そのときのフリクションが大きくなり、ベーン翼８の翼部１０の摩耗や流体圧調節機構１５の駆動力の増大が生じてしまうことを回避できる。

一方、遠心圧縮機１が空気を高流量かつ高過給圧にさせるよう運転する場合には、流体圧調節機構１５が、反ディフューザ側室７ｂから流体を吸引して反ディフューザ側室７ｂを減圧し、ダイアフラム１２にしぼむ変形をさせて反ディフューザ側室７ｂの容積を小さくする。これにより、ダイアフラム１２からはベーン翼８をディフューザ通路５に突出させる規定方向に移動させる力が働かなくなる。そして、ディスク９が圧縮バネ１４に付勢され、ストッパ１３に突き当たり位置決めされ、図２（ｂ）に示すようにベーン翼８の翼部１０がディフューザ通路壁に埋没する。

このとき、流体圧調節機構１５が、ダイアフラム１２とストッパ１３に位置決めされたベーン翼８のディスク９とを離間するまで、反ディフューザ側室７ｂの容積を小さくしており、ダイアフラム１２は変形をしていない定常形状となる。このため、図２（ｂ）に示すように、ダイアフラム１２とストッパ１３に位置決めされたベーン翼８のディスク９とは離間する。ここで、遠心圧縮機１が空気を高流量かつ高過給圧にさせるよう運転する場合には、ディフューザ通路５を流通する空気が約１８０℃の高温になり、ディフューザ通路壁に埋没させたベーン翼８もスリット１１から流入する空気を介して同様に高温になっている。この場合に、ダイアフラム１２とストッパ１３に位置決めされたベーン翼８のディスク９とを離間するまで、流体圧調節機構１５によって反ディフューザ側室７ｂの容積を小さくするので、ダイアフラム１２とベーン翼８のディスク９とが離間し、高温のベーン翼８からダイアフラム１２へ伝熱することを回避できる。したがって、遠心圧縮機１が空気を高流量かつ高過給圧にさせるよう運転する場合に、ゴム状弾性体であるダイアフラム１２が高温のベーン翼８からの伝熱に起因して熱劣化することを抑制でき、ダイアフラム１２の耐久信頼性を向上することができる。

本発明に係る遠心圧縮機は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。例えば、変形部材としては、ダイアフラム以外にも、ベローズでもよく、その材質もゴム状弾性体の他、樹脂や金属等を用いてもよい。また、ダイアフラムとストッパに位置決めされたベーン翼のディスクとを離間する際には、流体圧調節機構によって減圧し続けて反ディフューザ側室の容積を小さくするものでもよい。ダイアフラムを変形させる駆動力も流体圧調節機構による流体圧の調節でなくてもよい。付勢部材としては、圧縮バネ以外にも、引っ張りバネの他、ゴム状弾性体、樹脂等を用いた弾性体等でもよい。ストッパが圧縮バネの付勢に抗ってベーン翼を位置決めする場合としては、ベーン翼がディフューザ通路壁に埋没した位置であるだけでなく、ベーン翼のディフューザ通路への突出量が所定量以下のときである場合であればよい。ここで、所定量とは、それ以下の突出量であると、遠心圧縮機の運転流量が大流量の場合に対応できる量である。

１：遠心圧縮機
２：スクロールケーシング
３：羽根車
４：羽根
５：ディフューザ通路
６：ディフューザプレート
７：空間
７ａ：ディフューザ側室
７ｂ：反ディフューザ側室
８：ベーン翼
９：ディスク
１０：翼部
１１：スリット
１２：ダイアフラム
１３：ストッパ
１４：圧縮バネ
１５：流体圧調節機構
１６：流体通路

Claims (3)

1. ディフューザ通路内に出没自在なベーン翼と、
   前記ベーン翼を埋没させるディフューザ通路壁内に設けられる空間と、
   前記空間をディフューザ側室と反ディフューザ側室とに仕切り、前記反ディフューザ側室の容積を変更可能に変形するものであって、前記反ディフューザ側室の容積を大きくする際の変形によって前記ベーン翼を規定方向に移動させて前記ディフューザ通路に突出させる変形部材と、
   を備えた遠心圧縮機であって、
   前記ベーン翼と前記変形部材とは別体であり、前記反ディフューザ側室の容積を大きくする際の変形によって前記変形部材が前記ベーン翼に接触する部分における規定方向の変位だけが前記ベーン翼に作用する遠心圧縮機。
2. 前記ベーン翼を前記ディフューザ通路壁に埋没させるように付勢する付勢部材と、
   前記ベーン翼の前記ディフューザ通路への突出量が所定量以下のときに、前記付勢部材の付勢に抗って前記ベーン翼を位置決めするストッパと、
   をさらに備え、
   前記変形部材は、前記反ディフューザ側室の容積を小さくすることで、前記ストッパに位置決めされた前記ベーン翼から離間可能である請求項１に記載の遠心圧縮機。
3. 遠心圧縮機が気体を高流量かつ高過給圧にさせるよう運転する場合に、前記変形部材と前記ストッパに位置決めされた前記ベーン翼とを離間するまで、前記反ディフューザ側室の容積を小さくする請求項２に記載の遠心圧縮機。

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