JP5444254B2 - 軸流圧縮機用インレットコネクティングピース - Google Patents

Description

本発明は、軸流圧縮機、特にターボ圧縮機用のインレットコネクティングピースに関するものであり、該インレットコネクティングピースはインレットハウジングを備え、該インレットハウジング内には、圧縮すべき流体の流れの方向において、該軸流圧縮機のロータ用の、軸方向において第１の軸受を備える軸受ハウジングが配置されており、該軸受ハウジングは、一つのインレットストラットを介して前記インレットハウジングに接続されており、その際、該インレットストラットは前部断面において前記インレットハウジングに接続されている。

このようなインレットストラットは従来の軸流圧縮機においては純粋に半径方向、つまり、インレットコネクティングピースの長軸に対する直角平面に対して平行に走っているため、圧縮すべき流体の流れの方向において第１又は前にある軸受の軸受中心は、軸方向に、ほぼこの前部断面の面中心の高さに配置されている。換言すると、該軸受は、インレットストラット内でインレットストラットからインレットハウジングへの移行部の下で軸方向中央に配置されている。

ここでいう軸受中心としては、特に、軸受中心軸が対称軸受の対称面を貫通する点、又は軸受の質量中心、軸受の軸方向における両方の前面の間の幾何学的中心、又は軸受の圧力作用点が挙げられる。

前記インレットストラットは、剛性及び製造上の理由からしばしば、インレットコネクティングピースのインレット断面に向かって軸方向に比較的大幅に前方においてインレットハウジングに取り付けられており、それによりたとえば、インレットハウジングのそれぞれの増強物を支持できたり、又は、一次成形の際に壁厚が大幅にさまざまに変化するのが回避される。また、それにより前記第１の又は前にある軸受も相応に大幅に前方に配置されるため、後ろの第２の軸受、つまり、軸流圧縮機のロータの、流れの方向において第１の軸受より後方に配置されている後ろの第２の軸受までの軸受間隙が比較的広くなる。

インレットストラット内には一つの又は複数の流路を形成することができる。そのような流路はたとえば軸受の潤滑のために使用することができ、そのために該軸受内又は該軸受付近において軸受ハウジング内に開口することも、また、たとえばグリースフィッティング、パイプ、隣接するハウジング部分又は同等物への流路を介した潤滑剤の供給又は排出により、インレットハウジングの外側に連絡することもできる。

その際、該流路の長さならびに軸受ハウジングを保持するインレットストラットのそれに伴う弱化、及び、該インレットストラット製造（通常は機械加工）コストを最小限にするため、従来そのような流路は半径方向に走っている。

すると、半径方向の流路により供給を受ける軸受を、軸方向において、該流路がインレットハウジングから出る出口開口部の高さに配置する必要があり、それによりロータの軸受中心間距離が広がって不都合である。

また、軸受中心間距離が広いと、ロータ力学的に悪影響を及ぼす可能性がある。

したがって本発明の課題は、改善されたインレットコネクティングピースを提供することである。

この課題を解決するために、請求項１のおいて書きに記載のインレットコネクティングピースを、その少なくとも一つの特徴的要件を用いて発展させる。請求項１４には、そのようなインレットコネクティングピースを備える軸流圧縮機が記載されており、従属請求項には好適な発展形が記載されている。

本発明のインレットコネクティングピースは、軸流圧縮機用、特にターボ圧縮機用のものであり、好適には取外可能に、又は、圧縮機に固定されて、又は圧縮機と一体で構成されている。該インレットコネクティングピースはインレットハウジングを有しており、該インレットハウジングの内側空間は好適に、圧縮すべき流体の流れの方向において先細になっている。インレットハウジング内には軸受ハウジングが配置されており、該軸受ハウジングには、軸流圧縮機のロータの、前方の又は第１の軸受が収容されている。この軸受は、ラジアル軸受、アキシアル軸受、ラジアル・アキシアル軸受とすることができる。該軸受は、圧縮すべき流体の流れの方向において軸方向に第１の軸受、つまり軸方向において前にある軸受であり、ロータは、インレットコネクティングピースのインレット断面までの軸方向距離がより長い、さらなる複数の軸受で支持することもできる。

軸受ハウジングはインレットハウジング内において、一つの又は複数のインレットストラットを介して支持されている。複数のインレットストラットは該軸受ハウジングの周囲に等間隔で配置することも、又は、互いに異なる角距離で配置することも可能である。インレットストラットが等間隔に配置されている場合、軸受ハウジング内における流れは均一であり、そのためにこれらインレットストラットによる妨害はわずかである。これに対して、インレットストラットの角距離が互いに異なる場合は、該ハウジングの構造的な側面条件、特に外側にあるフィードライン、リブ、さまざまな壁厚などに適応させることができる。

一つの又は複数のインレットストラットは、それぞれが、そのインレットストラットの前部断面においてインレットハウジングに接続されている。特に、一つの又は複数の、好適にはすべてのインレットストラットはたとえば一次成形により一体として、インレットハウジング及び／又は軸受ハウジングに接続されている。同様に、一つの又は複数のインレットストラットは一次成形後に、インレットハウジング及び／又は軸受ハウジングにたとえば溶接又はボルトにより接続することができる。

本発明の第１の実施例では、圧縮すべき流体の流れの方向における第１の軸受の軸受中心は、前部断面の弦長の少なくとも０．１倍、望ましくは少なくとも０．１５倍、さらに望ましくは少なくとも０．２倍、特に、少なくとも０．２５倍の長さだけ、前部断面の面中心から軸方向において後ろに配置されている。このとき弦長としては、前部断面の軸方向、つまり、圧縮すべき流体の流れの方向における最大の長さを示しており、その長さは、前部断面が円形であればその直径に、前部断面が楕円形であればその長軸に相当する。

したがって第１の実施例では、第１軸受を前部断面の面中心の後ろに配置することが提案される。これにより、ロータの質量中心までの軸受間隙、及び、軸流圧縮機のロータの、流れの方向において第１軸受より後方に配置されている、後ろの第２の軸受がある場合はその第２軸受までの軸受間隙が、好適に縮小される。

この時、前記第１軸受は、特に、前記弦長の２／３より後ろ、つまり、前記前部断面の面中心から少なくとも０．１７倍の長さだけ後ろ、望ましくは前記弦長の３／４より後ろ、つまり、前記前部断面の面中心から少なくとも０．２５倍の長さだけ後ろに配置することができる。

軸受ハウジングが複数のインレットストラットを介してインレットハウジングに接続されている場合、本発明の第１の実施形態によると、第１軸受の軸受中心は、少なくとも一つのインレットストラットの前部断面の面中心から、前部断面の弦長の少なくとも０．１倍、０．１５倍、０．２倍、又は０．２５倍の長さだけ、軸方向に後ろに配置される。その場合、複数のインレットストラットにおいて第１軸受がその前部断面の面中心より前に又は面中心に配置される可能性もある。一つの望ましい発展形においては、第１軸受の軸受中心は、すべてのインレットストラットの前部断面の面中心から、それらの前部断面の弦長の少なくとも０．１倍、０．１５倍、０．２倍、又は０．２５倍の長さだけ軸方向に後ろに配置される。

前記軸受中心はもはや、インレットコネクティングピースの長軸上に投影された、該一つの又は複数の前部断面の弦長内に位置する必要はなく、軸方向において該一つの又は複数の前部断面の後方に配置することもできる。しかし同様に前記軸受中心は、インレットコネクティングピースの長軸上に投影された、該一つの又は複数の前部断面の弦長内に位置することもでき、該前部断面の弦長の特に最高で０．７５倍、特に最高で０．５倍の長さだけ、該前部断面の面中心の後方に配置することができる。

本発明の第２の実施形態によると、少なくとも一つのインレットストラット内に一つの流路が形成される。該流路は特に、羽根車用の軸受の潤滑剤供給及び／又は排出のために設けることができる。流路は同様に、冷却流体特に冷却エア、及び／又はシーリング流体、特にシーリングエアの供給及び／又は排出のために用いて、軸流圧縮機を冷却したり、又は、軸流圧縮機内への潤滑剤漏出を回避したりすることができる。その他の流体、たとえば作動液、特に制御軸受の作動液も、流路内に流すことができる。好適な実施形態において、特に前述した機能のために流路は軸受ハウジング内の軸受内又は軸受付近に開口することができる。簡潔に記述するためにここまで流路と記述しているが、前記流路は、流体に追加的に又は流体に代替的に、たとえばケーブル、電線、又は軸受ハウジング内のセンサ用の電線及び／又は光ファイバなどを通すために構成することができる。

本発明の第２の実施形態では、そのような流路が少なくとも部分的に、インレットコネクティングピースの長軸に対する直角平面と鋭角をなすこと、つまり、インレットコネクティングピースの軸方向に対して斜めに、特に、圧縮すべき流体の流れの方向において半径方向外側から半径方向内側へ斜めに走ることを提案している。

従来の、純粋に半径方向に走る流路からこのような構造的変更を行うことにより、ロータ力学的な問題を縮小にするため又は回避するために、軸受を、圧縮すべき流体の流れの方向において軸方向に後方に移動し、それにより軸受中心間距離を短縮することが好適に可能となる。同時に、流路への供給パイプをインレットハウジングの外面に最適に、たとえば圧縮すべき流体の流れの方向においてさらに前方に配置し、それによりインレットストラットの領域においてリブなどの増強物をインレットハウジングの外面に設けることが可能となる。

前記第１及び第２の実施形態は、好適に組み合わせることが可能である。第１の実施形態に基づいて第１軸受がインレットストラットの前部断面に対して軸方向に後方に移動されている場合、該第１軸受はこのインレットストラット内を斜めに走る流路を特に良好に使用することができる。また、インレットストラットの断面が許容するなら、第１の実施形態において流路が純粋に半径方向に走ることも、又は、その反対に、純粋に半径方向に設けられたインレットストラット内に斜めの流路を設けることもでき、その場合は、軸受中心は該インレットストラット内で軸方向において前部断面の面中心の下側に位置する。そのため、以下の説明は、本発明の第１及び／又は第２の実施形態に同じように適用される。

一つの又は複数のインレットストラット内に、それぞれ複数の、特に２つ又は３つの流路を構成することができ、その際、少なくとも一つ、望ましくは複数の、特に望ましくはすべての流路が、インレットコネクティングピースの長軸に対する直角平面と鋭角をなす。そのような流路は望ましくは互いに略平行に走らせることが可能であり、それにより製造が簡単になる。しかしながらこれら流路は、インレットハウジングにおける出口位置と軸受ハウジングにおける出口位置との間に特に最適な道筋を定義するために、直角平面との間に異なる角度をなすこともできる。このようにしてたとえば互いに近接して軸受ハウジング内に開口する複数の流路を、インレットハウジングにおいて軸方向に互いに離れている供給パイプに接続することができ、またその逆も可能である。

たとえば供給路と排出路を最適に分配するために、２つのインレットストラット内において異なる本数の流路を構成することができる。また、同一インレットストラット内又は異なるインレットストラット内の流路の直径は必ずしも同一である必要はなく、たとえば供給又は排出される媒体の性質や量に応じて適応させることができる。

一つの又は複数の流路は略直線的に走らせることができ、そのためどこにおいてもインレットコネクティングピースの長軸に対する直角平面と同一の鋭角をなす。そのような流路は、穴あけにより作成すること、及び、構造において考慮することが特に簡単である。

そのような略直線的に走る流路が、インレットコネクティングピースの長軸に対する直角平面となす角度は、望ましくは１０°〜４０°の範囲、特に２０°〜３０°の範囲とすることができる。これは、軸受中心間距離短縮と製造コスト上昇との間の良好な妥協点である。

一つの又は複数の流路は、折れ曲がった経路とすることもでき、それにより該流路の少なくとも一つの部分が、インレットコネクティングピースの長軸に対する直角平面と鋭角を形成する。そのような流路のそれ以外の部分は、たとえばインレットハウジングの略半径方向に走らせることができる。このようにして、純粋に半径方向に走る流路及び斜めに走る流路の長所を互いに組み合わせることができる。

折れ曲がった経路を持つ流路の前記のような斜めの部分が、インレットコネクティングピースの長軸に対する直角平面との間になす角度は、望ましくは６０°〜８０°の範囲、特に６５°〜７５°の範囲にある。そのような斜めの部分が直角平面に対してなす角度が、折れ曲がりを持たない流路の場合より望ましくは大きくなるのは、該流路の入口と出口との間の軸方向のずれを相殺するために利用できる半径方向の距離がより短くなるためである。

望ましい実施形態においては、２つ又はそれ以上の流路が、軸受ハウジングの内側に連絡する共通の一つの部分内に開口している。該部分は、特に斜めに走る部分とすることができる一方で、該部分に開口する複数の流路は望ましくはインレットハウジングの略半径方向に走っている。それにより、略純粋に半径方向に走る複数の流路により供給又は排出されている場所に、一つの共通の斜めの部分を通って供給を行うことができるため、製造コスト及びインレットストラットの弱化が好適に低下する。

少なくとも一つのインレットストラットの面中心又は面重心を通る放射軸は、少なくとも部分的には、インレットコネクティングピースの長軸に対する直角平面と鋭角をなすことができる。そうするためにたとえば、断面が一定である一つのインレットストラットを、全体的に斜めに、特に、圧縮すべき流体の流れの方向において軸受ハウジングに向かうように構成することができる。そのように後方に向かって傾斜したインレットストラットは、特に直線的な流路を収容するのに特に適している。特に、直線的な流路を収容するために、また、折れ曲がった流路を収容するためにも、ならびに軸方向に後方に移動された第１軸受を支持するために、インレットストラットはまた、インレットハウジングの略半径方向に走らせて、軸受ハウジングに向かって先が広がるようにすることもできる。それにより、面中心又は面重心は、軸受ハウジングに向かって、圧縮すべき流体の流れの方向において後方に移動する。

本発明の一つの実施例のインレットコネクティングピースの片側断面図である。 図１のインレットコネクティングピースの四分割斜視図である。

さらなる長所と特徴は従属請求項及び以下の実施例から理解できる。

図２は、本発明の一つの実施例のインレットコネクティングピースを四分割して、下側かつ圧縮すべき流体の流れの方向に見て左側の四分割部分を取り出した斜視図であり、図１は図２の水平方向の断面図である。

インレットコネクティングピースは、媒体を集めてターボ圧縮機（図示されず）に供給するためのインレットハウジング１を有する。このインレットハウジング１内には軸受ハウジング２が配置されており、該軸受ハウジング２は略円筒形をしており、圧縮すべき媒体の流れの方向（図１及び図２において左から右へ）において前方にある、半球状の前面を有している。この軸受ハウジング２内には、ターボ圧縮機の羽根車を備えるロータ用（図示されず）のラジアル軸受３が設けられており、その軸受中心３aは、図示された軌道輪の軸方向中心に位置している。

軸受ハウジング２は、３つ、４つ又はそれ以上のインレットストラットを介してインレットハウジング１に接続されており、図２には、下のインレットストラット４（断面）及び左のインレットストラット４（一部隠れている）が図示されており、図１にはこの左のインレットストラット４が図示されている。

図示されない一つの変形例においては追加的に、軸受ハウジングに接続されない２つ又はそれ以上のブラインドストラットがインレットハウジングの上半分に配置される。

図１に図示された左のインレットストラット４は、インレットハウジング１に一体で接続されており、該インレットハウジング１に向いた前部断面において、該インレットハウジング１に移行している。該前部断面の面中心１０は図１に図示されており、軸方向において軸受中心３ａより前方に位置しているのが図よりわかる。該軸受中心３ａは、前記面中心１０から、圧縮すべき流体の流れの方向において０．３７５倍の長さだけ軸方向に後方に（図１では右に向かって）位置している。

前記左のインレットストラット４には３つの流路５が形成されており、そのうち、図１の左の前の流路５．１（図１では一点鎖線で表示）は、センサ用の電線を軸受３に導くためのものであって、軸受３の付近において、軸受３の前で軸受ハウジング２内に開口している。真ん中の流路５．２（図１では実線で表示）は、軸受３へ潤滑剤を供給するためのものであって、軸受３内において軸受ハウジング２内に開口している。図１の右の、後方にある流路５．３（図１では二点鎖線で表示）は、軸受ハウジング２にシーリングエアを供給するためのものであって、軸受３の付近において、軸受３の後方で軸受ハウジング２内に開口している。

これら流路５は貫通穴として形成されており、そのため略直線的に走っている。これら流路５は、インレットコネクティングピースの長軸に対する直角平面（図１の投影面に対して垂直の垂直面）とおよそ２３°の鋭角をなし、長軸とおよそ６７°の余角をなす。

下のインレットストラット４内には、軸受ハウジング２の内側から潤滑剤を排出するための２本の流路６が形成されている。これら流路６はインレットコネクティングピースの長軸に対する直角平面と部分的に鋭角をなす。そのためにこれら流路６は折れ曲がって走っており、その際、それぞれ略半径方向に走る部分６．１又は６．２は、これら２つの流路６に共通の部分８に移行し、該共通部分８がインレットコネクティングピースの長軸に対する直角平面とおよそ７２°の鋭角をなしている。

前記共通の、斜めになった部分８はインレットハウジング１の長軸方向（図１の左から右）に走っており、その終端部は円弧状の環状溝７内に開口しており、該環状溝７は前記部分８に対して直角に形成されていて、軸受ハウジング２の下半分において７０°の範囲にわたって延びている。前記共通部分８は軸受３の後方に配置された環状溝７、及び、軸受ハウジング２の内側に向かって開いていて、前記環状溝７からラジアル軸受３の下を通って前方に向かい、半径方向に走る部分６．１、６．２まで続いており、前記２つの流路はこの共通部分８を介して軸受ハウジング２の内側に連絡している。

図２からわかるように軸受３の軸受中心は、下のインレットストラット４の面中心からも軸方向に後方に位置しており、長軸９上に投影されたインレットストラット４の弦長の終わり１／３内に位置している。

特に図１からよくわかるように、インレットストラット４は略半径方向に（図１では上から下へ）延びている。このとき両方の側において、斜めに走る流路５又は斜めの共通部分８に十分な材料があるように、及び、軸受中心を良好に支持できるように、インレットストラット４には、圧縮すべき流体の流れの方向（図１、図２では右）において後方にある出口エッジに略三角形の突出部４．１が設けられている。したがって、インレットストラット４の面中心を通る放射軸は、突出部４．１を有するこの部分において、インレットコネクティングピースの長軸に対する直角平面と鋭角をなす。

１ インレットハウジング
２ 軸受ハウジング
３ ラジアル軸受
３ａ 軸受中心
４ インレットストラット
４．１ 突出部
５．１−５．３ 流路（空気、潤滑剤、又はケーブル用）
６．１、６．２ 流路
７ 環状溝
８ 共通部分
９ 長軸
１０ 前部断面の面中心

Claims (14)

1. 軸流圧縮機、特にターボ圧縮機用のインレットコネクティングピースであって、一つのインレットハウジング（１）を備え、該インレットハウジング（１）内には、圧縮すべき流体の流れの方向において軸方向の第１の、ロータ用軸受（３）、特にラジアル軸受及び／又はアキシアル軸受を備える軸受ハウジング（２）が配置されており、該軸受ハウジング（２）は、端面において前記インレットハウジング（１）に接続している少なくとも一つのインレットストラット（４）を介して、前記インレットハウジング（１）に接続されているインレットコネクティングピースにおいて、
   前記軸受（３）の軸受中心が、流れの方向において、前記端面の弦長の少なくとも０．１倍、特に少なくとも０．１５倍、特に少なくとも０．２倍、特に少なくとも０．２５倍の長さだけ、前記端面の面中心から軸方向において後方に配置されていること、及び、
   少なくとも一つのインレットストラット（４）内において少なくとも一つの流路（５、６）が形成されており、該流路（５、６）が少なくとも部分的に、該インレットコネクティングピースの長軸に対する直角平面と鋭角をなすことを特徴とする、インレットコネクティングピース。
2. 前記軸受ハウジング（２）が、複数の、特に３つ又は４つのインレットストラット（４）を介して前記インレットハウジング（１）に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載のインレットコネクティングピース。
3. 前記軸受ハウジング（２）が、３つ又はそれ以上の、均等に又は不均等に配分されたインレットストラットを介して前記インレットハウジング（１）に接続されており、その際、一つの又は複数のインレットストラットがブラインドストラットとして構成されていることを特徴とする、請求項２に記載のインレットコネクティングピース。
4. 少なくとも一つのインレットストラット（４）内に複数の、特に２つ又は３つの流路（５．１、５.２、５．３；６.１、６．２）が形成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のインレットコネクティングピース。
5. 第１のインレットストラット（４）内に複数の流路（６.１、６．２）が形成されており、また、別の一つのインレットストラット（４）内にそれとは異なる個数の流路（５．１、５.２、５．３）が形成されていることを特徴とする、請求項２及び３に記載のインレットコネクティングピース。
6. 少なくとも一つの流路（５）が略直線状に走っているため、該流路（５）が、前記インレットコネクティングピースの長軸に対する直角平面と常に同じ鋭角をなしていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のインレットコネクティングピース。
7. 略直線状に走る流路（５）が前記インレットコネクティングピースの長軸に対する直角平面となす角度が１０°〜４０°の範囲、特に２０°〜３０°の範囲にあることを特徴とする、請求項５に記載のインレットコネクティングピース。
8. 少なくとも一つの流路（６）が折れ曲がって走っており、該流路の少なくとも一つの部分（８）が、前記インレットコネクティングピースの長軸に対する直角平面と鋭角をなすことを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のインレットコネクティングピース。
9. 折れ曲がって走る流路（６）の一つの部分（８）が、前記インレットコネクティングピースの長軸に対する直角平面となす角度が６０°〜８０°の範囲、特に６５°〜７５°の範囲にあることを特徴とする、請求項７に記載のインレットコネクティングピース。
10. 少なくとも２つの流路（６．１、６．２）が一つの共通部分（８）内に開口しており、該共通部分（８）は前記軸受ハウジング（２）の内側に連絡していることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のインレットコネクティングピース。
11. 一つの流路が、羽根車用の前記軸受（３）の潤滑剤供給及び／又は排出のために構成されていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載のインレットコネクティングピース。
12. 一つの流路（５、６）が、前記軸受（３）内又は前記軸受（３）付近において前記軸受ハウジング（２）内に開口していることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載のインレットコネクティングピース。
13. 少なくとも一つのインレットストラットの面中心を通る放射軸が、少なくとも部分的に、前記インレットコネクティングピースの長軸に対する直角平面と鋭角をなすことを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載のインレットコネクティングピース。
14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載のインレットコネクティングピースを備える軸流圧縮機、特にターボ圧縮機。

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