JPH0512693U

JPH0512693U - 遠心圧縮機

Info

Publication number: JPH0512693U
Application number: JP6598991U
Authority: JP
Inventors: 文一長田; 正義田川
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1991-07-26
Filing date: 1991-07-26
Publication date: 1993-02-19

Abstract

(57)【要約】【目的】羽根のメタル温度上昇を抑制して最高許容応
力を低下し、これにより羽根車の許容最高周速の向上を
図る。【構成】回転軸１に設けた羽根車２の主板２ｂ背面と
ケーシング３との間に吐出空気の一部が流入する空気室
４を設ける。該空気室４には、羽根車２の外周付近に回
転軸１と同心円状の上部ラビリンス５を、また羽根車２
の背面ボス２ｃ部付近に上部ラビリンス５よりも小径な
下部ラビリンス６をそれぞれ設ける。上部ラビリンス５
と下部ラビリンス６との間のケーシング３の部分に、外
気と連通する抽気口８を設ける。以上述べた構造におい
て、上部ラビリンス５の外周側半径をＲ₁とし、羽根車
２の出口半径をＲ₂とした場合、Ｒ₁＝（０．９〜０．
７）Ｒ₂の範囲に設定する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ターボ過給機等に適用される遠心圧縮機に係り、特に羽根車背面側の空気室に上部ラビリンスと下部ラビリンスとを設けた遠心圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】

図２は、従来のターボ過給機における羽根車周り部分の断面図である。図２において、回転軸１に多数の羽根２ａを有する羽根車２が一体に回転可能に設けられている共に、羽根車２の主板２ｂの背面とケーシング３との間に、吐出空気の一部が流入する空気室４が設けられている。

【０００３】この空気室４には、羽根車２の外周付近に位置して、回転軸１と同心円状の上部ラビリンス５が設けられると共に、羽根車２の背面ボス部２ｃ付近に上部ラビリンス５よりも小径な下部ラビリンス６が設けられている。また、これら上部ラビリンス５と下部ラビリンス６との間のケーシング３の部分に、抽気通路７を介して外気と連通する抽気口８が設けられ、抽気通路７の途中には抽気弁９が設けられている。

【０００４】以上述べた構成において、羽根車２によって圧縮された空気の大部分はディフューザ１０および渦巻室１１を経て高圧空気となって吐出されるが、一部は羽根車出口２ｄから羽根車背面側の上部ラビリンス５を経て、空気室４に入る。そして、空気室４の空気の一部は下部ラビリンス６から大気中に漏出し、他の一部は抽気口８から抽気通路７および抽気弁９を経て大気に抽気される。

【０００５】このような構成において、抽気弁９の開度を調整して大気への抽気空気量を加減することにより、空気室４の空気圧を適正に保ち、羽根車２に働くスラスト力を計画値以内に設定するようになっている。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、前記のスラスト力を小さくするためには、上部ラビリンス５を極力、羽車車２の主板２ｂの外周側に設置した方が有利であるところから、この上部ラビリンス５は羽根車出口２ｄに近い位置に設置されている。

【０００７】しかるに、上部ラビリンス５の径をこのように大きくすると、ラビリンスの通路面積が半径に比例して大きくなり、この上部ラビリンス５を通過する漏洩流量が大きくなる。

【０００８】また、空気室４の空気は、羽根車２の主板２ｂが回転することによって攪拌されるので、軸動力の一部が消費されることになる。したがって、空気室４の空気温度が上昇し、その上昇による熱の一部は羽根車主板２ｂを経て羽根車２内の空気へ放熱され、また他の一部はケーシング３に熱伝達により放熱される。

【０００９】そのため、図３に示すように、羽根車主板２ｂのメタル温度は、羽根車２の主流空気温度よりも大幅に高くなる傾向にある。すなわち、圧縮機吐出空気温度がＴ_d℃ならば、上部ラビリンス５部の空気温度Ｔ_a3は圧縮機吐出空気温度Ｔ_dよりさらにΔＴ_a3だけ高くなっている。その結果、主板外周側メタル温度Ｔ_mは、羽根車出口２ｄの空気静温度Ｔ_2sよりもΔＴ_mだけ高くなっているだけでなく、羽根車出口２ｄの空気相対全温度Ｔ_w2TよりもさらにΔＴ_wだけ高くなっている。ここに、空気相対全温度Ｔ_w2Tは羽根車出口２ｄの相対速度が壁面摩擦により減速されて、よどみ温度になったと仮定した温度である。

【００１０】この温度上昇の原因は、羽根車２が回転することによって空気室４の空気が攪拌されるために消費された軸動力が、空気室４（上部ラビリンス５部を含む）の空気温度を上昇させたものである。その結果、上部ラビリンス５部から羽根車主板２ｂ側への熱伝達により、羽根車出口２ｄ側の主板メタル温度Ｔ_mも、羽根車出口２ｄの空気静温度Ｔ_2sより大幅に高くなる。

【００１１】遠心圧縮機の羽根車２で、出口部の主板２ｂの温度ひいては羽根２ａのメタル温度が高くなると、使用材料（例えばアルミ材）の最高許容応力が低下することになり、羽根車の許容最高周速を低く押さえる必要が生じてくる。

【００１２】本考案は、このような従来技術の課題を解決するためになされたもので、羽根のメタル温度上昇を抑制して最高許容応力を低下することができ、これにより羽根車の許容最高周速の向上が図れる遠心圧縮機を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

上記の課題を課題するために、本考案は、回転軸に羽根車を一体に回転可能に設けると共に、前記羽根車の主板背面とケーシングとの間に吐出空気の一部が流入する空気室を設け、この空気室には、前記羽根車の外周付近に前記回転軸と同心円状の上部ラビリンスを、また前記羽根車の背面ボス部付近に前記上部ラビリンスよりも小径な下部ラビリンスをそれぞれ設け、これら上部ラビリンスと下部ラビリンスとの間のケーシングの部分に外気と連通する抽気口を設けた遠心圧縮機において、前記上部ラビリンスの外周側半径をＲ₁とし、前記羽根車の出口半径をＲ₂とした場合、Ｒ₁＝（０．９〜０．７）Ｒ₂ の範囲に設定したものである。

【００１４】

【作用】

羽根車の回転によって羽根に作用する遠心力は、羽根車の周速の２乗に比例するので、その大きさは羽根車の出口部が最も大きい。

【００１５】上述した本考案では、羽根車出口の主板メタル温度が羽根車出口の空気相対全温度より低く、かつ羽根車に働く軸方向スラスト力が計画値以内になる範囲で、上部ラビリンスを羽根車の出口半径よりも極力下げた位置に設置するようにしている。

【００１６】したがって、本考案によると、例えば羽根車出口半径Ｒ₂の９０％の位置では、羽根に作用する遠心力は約８０％になる。

【００１７】また、上部ラビリンスの位置を下げることによって、ラビリンス通路面積が小さくなるので、抽気流量が小さくても空気室の圧力が下げられるうえに、攪拌損失が減少するので、その分、発生する発熱量が少なくなる。その結果、羽根車背面から羽根側への熱伝達が小さくなるので、羽根メタル温度も低くなる。

【００１８】ただし、上部ラビリンス位置をあまり下げると、上部ラビリンスよりも半径の大きい側のスラスト力が大きくなるので、上部ラビリンスを設置した効果がなくなる。そこで、本考案は、上部ラビリンスの外周側半径Ｒ₁は、羽根車出口半径Ｒ₂に対して、（０．９〜０．７）Ｒ₂の範囲に設定している。

【００１９】

【実施例】

以下、図１を参照して本考案の一実施例について詳細に説明する。図１は、本実施例に係る遠心圧縮機の羽根車周り部分の断面図であり、図２に示した従来例と対応する構成部分については同一符号を使用し、重複する説明は省略する。

【００２０】図１に示すように、本実施例では、上部ラビリンス５の外周側半径をＲ₁とし、羽根車２の出口半径をＲ₂とした場合、上部ラビリンス５の外周側半径Ｒ₁が、Ｒ₁＝（０．９〜０．７）Ｒ₂ の範囲に設定されている。

【００２１】すなわち、上部ラビリンス５が、少なくとも羽根車出口２ｄから１０％以上、半径の小さい側に設置されている。

【００２２】このような本実施例の構成によると、羽根車２の出口背面側にはラビリンスがないので、熱伝達が少なくなる。

【００２３】また、上部ラビリンス５は羽根車出口半径Ｒ₂の９０％位置から始まるので、上部ラビリンス５のクリアランスは一定でも、通路面積が１０％少なくなるので、漏洩流量は約１０％少なくなる。

【００２４】さらに、空気室４の攪拌損失は半径の５乗と漏洩流量に比例するので、攪拌損失は０．９⁶≒０．５３倍、すなわち４７％位小さくなる。

【００２５】以上の結果、熱伝達による羽根車２の羽根２ａおよび主板２ｂの温度上昇は小さくなり、最高許容応力を低下することができ、これにより羽根車２の許容最高周速の向上が図れるようになる。

【００２６】

【考案の効果】

以上述べたように、本考案によれば、遠心圧縮機において、羽根のメタル温度上昇を抑制して最高許容応力を低下することができ、これにより羽根車の許容最高周速の向上が図れるという優れた効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例に係る遠心圧縮機の羽根車周
り部分の断面図である。

【図２】従来の遠心圧縮機の羽根車周り部分の断面図で
ある。

【図３】羽根車背面側空気温度およびメタル温度の計測
結果を示す図である。

【符号の説明】

１回転軸２羽根車２ａ羽根２ｂ主板２ｃボス部２ｄ羽根車出口３ケーシング４空気室５上部ラビリンス６下部ラビリンス７抽気通路８抽気口９抽気弁１０ディフューザ１１渦巻室Ｒ₁ 上部ラビリンスの外周側半径Ｒ₂ 羽根車の出口半径

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】回転軸に羽根車を一体に回転可能に設ける
と共に、前記羽根車の主板背面とケーシングとの間に吐
出空気の一部が流入する空気室を設け、この空気室に
は、前記羽根車の外周付近に前記回転軸と同心円状の上
部ラビリンスを、また前記羽根車の背面ボス部付近に前
記上部ラビリンスよりも小径な下部ラビリンスをそれぞ
れ設け、これら上部ラビリンスと下部ラビリンスとの間
のケーシングの部分に外気と連通する抽気口を設けた遠
心圧縮機において、前記上部ラビリンスの外周側半径を
Ｒ₁とし、前記羽根車の出口半径をＲ₂とした場合、Ｒ₁＝（０．９〜０．７）Ｒ₂ の範囲に設定したことを特徴とする遠心圧縮機。