JPH09287401A - タービン・ホイール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特に、高回転数の場合に最終回転数の領
域で効率を改善する。 【解決手段】 中心部に位置する軸受け用開口部２と、
これと同軸状にディスク側面３の円周に沿って配置さ
れ、ディスク本体に延びて、流出開口部１４に通じる駆
動空気路５の流入開口部４とを有するディスク状のホイ
ール本体１を備えて構成される。流出開口部１４がディ
スクの円周面７に配置されていると共に、駆動空気路５
が、略軸方向に延びる流入断面６とホイール本体１の中
で、ディスクの前記円周面７の方向に延びる流出断面８
とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はタービン・ホイール
に関し、特に、中心部に位置する軸受け用開口部と、こ
れに対してディスク側面円周で同心円状に配置され、デ
ィスク本体に通じ、それぞれ、流出開口部に通じる駆動
空気流路の流入開口部を備えたディスク形のホイール本
体を備えて構成される、主として金属加工機の駆動ター
ビン用のタービン・ホイールに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のタービン・ホイールはすでに知
られている。駆動空気流路の流出開口部は、その場合、
流入開口部に対向したホイール本体のディスクの側面に
ある。更に、このような既知のタービン・ホイールは、
その円周面に、タービン・ホイール用作動面が流入する
制動用空気を生成するポケット型の窪みを有している。
このような既知のタービン・ホイールの効率は、タービ
ン・ホイールの最終回転数の７０〜７５％に低下する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、特に高回転
数の場合に最終回転数の領域で効率を改善するという趣
旨に沿って、従来技術のタービン・ホイールを改善する
という課題に基づいてなされた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題は、請求項記載
の発明により達成される。本発明は、流出開口部がディ
スクの円周面に配置されると共に、駆動空気路が、略軸
方向に延びる流入断面と、ディスク本体をディスクの円
周面の方向に延びる流出断面とを有することによって効
率を改善するものである。本発明の構成により、主に軸
方向に流れる流入流と、略半径方向に流れる駆動圧縮空
気の流出流が発生する。その場合、半径方向の流出流に
よって、大きい回転角を利用できる大きくて効果的な垂
直方向成分が得られる。それに加えて、駆動圧縮空気が
衝突する際に発生する半径方向の力の成分が、遠心力に
よって増強され、排気が改善されるので、駆動圧縮空気
を本発明に従って案内することによって、排気が改良さ
れる。しかしながら、圧縮空気が停滞すると、駆動空気
路に駆動圧縮空気が流入できないので、駆動空気路を効
果的に排気することが重要である。そこで、本発明のよ
うな駆動空気路を形成することによって、大きい垂直成
分力を獲得して、一層急速に排気できるように、ホイー
ル本体の中での略軸方向に向けられた流入流を、ホイー
ル本体の円周に向けられた流出流の方向に方向転換する
ことが最適化できる。本発明のより好ましい実施形態
は、従属請求項に記載されている。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下に、添付図面に基づいて本発
明の実施形態を詳細に説明する。図１に示すように、こ
の実施形態にかかるタービン・ホイールは、ディスク状
のホイール本体１を備えて構成されている。この種のタ
ービン・ホイールは、例えば、ほぼ２５〜１００ｍｍの
直径と、ほぼ６〜１０ｍｍの厚さを有する。ホイール本
体１は、中心部に軸受け用の開口部２を有しており、こ
の開口部２によって、例えば、図示していないシャフト
に軸受けで支持される。軸受け用開口部２に対して同軸
に、駆動空気路５の流入開口部４が、その外側円周のデ
ィスク側面３に配置されている。図示した実施形態で
は、略９°（中心角）の分岐を備えた多数の流入開口部
４が、ディスク側面３の円周に沿って配置されている。
駆動空気路５は、略軸方向に延びる流入断面６と、ディ
スク本体の中でディスク円周側面７の方向に延びる流出
断面８を備えている。流入開口部４は、ディスク側面３
の半球型の窪み９に移行しており、その窪み９の底か
ら、それぞれの駆動空気路５の流入断面６を介して、ホ
イール本体１の中に延出している。図示した実施形態で
は、流入開口部４は楕円形をしている。特に図４に示す
ように、軸方向中心面に対して直角な横断面に関して、
かつ、タービン・ホイールの駆動方向Ｚから見て、駆動
流路５のそれぞれの流入断面６の縦軸Ｘ−Ｘが、楕円形
の流入開口部４の中心点を通る軸方向中心面Ｙ−Ｙに対
して、鈍角に延びている。

【０００６】その場合、流入断面６の縦軸Ｘ−Ｘは、駆
動方向から見て、楕円形の流入開口部４の前方中心点を
通って延びている。楕円形の流入開口部４と連携したこ
のような構造によって、駆動空気の流入流が大回転角以
上に有効である。その際、両方の開口部が重なり、送風
ノズル１１の流出開口部１２が、流入開口部４よりも小
さいか、もしくはそれと同じである場合に、その流出開
口部１２が、最大送風位置で流入開口部４と同軸に延び
るように（図４を参照）、付加的に本実施形態に従っ
て、側面でホイール本体１に配置された駆動空気用送風
ノズル１１を配置し、そのノズル開口部を形成する、と
いうことを想定している。送風ノズル１１の縦軸Ａ−Ａ
（図４を参照）は、特に、４５°以下の鋭角でディスク
側面３に対して斜めに延びている。その長軸が、それぞ
れ半径方向の中央面に対して直角な横断面に延び、その
短軸が半径方向の中心面に延びるように、流入開口部４
が形成されている。

【０００７】特に、図１及び図２に示すように、駆動空
気路５の流出断面８は、流出開口部１４を有しており、
その流出開口部１４は、それぞれ円周側面７にあり、し
かも、そこに形成された制動ポケット１５にある。駆動
空気路５のそれぞれの流出断面８の縦軸Ｂ−Ｂは、駆動
−回転方向Ｚと反対方向に向けて、鈍角で半径方向の軸
方向中心面Ｙ−Ｙに対して斜めに交差するように延びて
いる。本実施形態に従って、ホイール本体１の回転運動
に関して駆動空気が流出し、それによって、駆動空気路
５の排気が改善され、同時に、駆動空気が流出する際
に、駆動成分が有効に働く。制動ポケット１５は、流出
断面の縦軸Ｂ−Ｂに対して直角に延び、それぞれは流出
開口部１４がある底面１６と、この底面１６に対して９
０°以上、１８０°以下の角度で延びる衝突面１７を有
する。この制動ポケット１５は、制動空気ノズル１８の
流出開口部１９がホイール本体１の円周の輪郭に適合す
るようにホイール本体１の円周に配置された制動空気ノ
ズル１８と共同して作動する。その場合、流出開口部１
９が制動ポケット１５と一致する位置で縦軸Ｄ−Ｄが、
衝突面１７と鈍角を形成するように、ホイール本体１に
関して制動空気ノズル１８を調整する。最適な制動−効
率が得られるように、本実施形態に従った大きさ、形
状、および迎え角の構成に基づいて、衝突面１７を形成
することができる。本実施形態によれば、特にホイール
が回転しているとき、回転方向と反対かつ軸芯からの遠
ざかる方向に流出する場合、回転効率が高くなる。

【０００８】［別実施の形態］図５には、本発明の別実
施形態を示す。このタービン・ホイールは、いわゆる二
重構造になっている。この場合、図１〜４に示したもの
と同じ部品には、同じ図番が付されている。このタービ
ン・ホイールの場合、分離された駆動空気路５の流入開
口部４に吹込みを行う両側に配置された送風ノズル１１
によって、２面で圧縮空気の噴射が行われる。更に、制
動ポケット１５に吹込みを行う２つの制動空気ノズル１
８が、ホイール本体１の円周位置に配置されている。タ
ービン・ホイールの両側の加圧噴射によって、ほぼ係数
２（２倍）の出力上昇が得られるが、縦軸方向の必要な
全取り付け空間は、約６０％しか増加しない。分離され
た両側の駆動空気路および制動空気路によって、ただ１
つの駆動空気路と制動空気路の場合とは対照的に、出力
変動の可能性が著しく改善される。本発明は、図示した
実施形態に制約されるものではなく、本発明の趣旨にお
いて同等な効果のあるすべての構造も含んでいる。従っ
て、タービン・ホイールの円周に、別の区分の流入開口
部を備えることもできる。

【０００９】

【発明の効果】以上に記載したように、本発明によれ
ば、タービン・ホイールの構造を改良することにより、
従来技術によって得られる効率、特に、高回転数の場合
に最終回転数の領域で効率を改善でき、一層効率を高め
ることができた。

【００１０】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構造に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】タービン・ホイールの部分破断側面図

【図２】図１のタービン・ホイールの平面図

【図３】部分的に切断し、送風ノズルと制動ノズルを共
に示すタービン・ホイールの部分図

【図４】図３の矢印ＩＶに従った矢視図

【図５】別実施形態のタービン・ホイールを図４と同一
方向からみた図

【符号の説明】 １ ホイール本体 ２ 軸受け用開口部 ３ ディスク側面 ４ 流入開口部 ５ 駆動空気路 ６ 流入断面 ７ 円周面 ８ 流出断面 １１ 送風ノズル １４ 流出開口部 １５ 制動ポケット １６ 底面 １７ 衝突面 １８ 制動空気ノズル １９ ノズル開口部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 597000869 ＡＳＳＥＬＢＯＲＮＥＲ ＷＥＧ 14- 16， Ｄ‐51429 ＢＥＲＧＩＳＣＨ Ｇ ＬＡＤＢＡＣＨ， ＢＵＮＤＥＳＲＥＰＵ ＢＬＩＫ ＤＥＵＴＳＣＨＬＡＮＤ (72)発明者 ハンス‐ヴェルナー・トロヤーン ドイツ連邦共和国 デー‐51469 ベルギ ッシュ・グラートバッハ マリヤンポー レ・シュトラーセ 81

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心部に位置する軸受け用開口部（２）
   と、これと同軸状にディスク側面（３）の円周に沿って
   配置され、ディスク本体に延びて、流出開口部（１４）
   に通じる駆動空気路（５）の流入開口部（４）とを有す
   るディスク状のホイール本体（１）を備えて構成される
   タービン・ホイールであって、 前記流出開口部（１４）がディスクの円周面（７）に配
   置されていると共に、前記駆動空気路（５）が、略軸方
   向に延びる流入断面（６）と前記ホイール本体（１）の
   中で、ディスクの前記円周面（７）の方向に延びる流出
   断面（８）とを有することを特徴とするタービン・ホイ
   ール。
2. 【請求項２】 前記流入断面（６）の縦軸（Ｘ−Ｘ）
   が、前記流入開口部（４）の中心点を通り半径方向−中
   央面（Ｙ−Ｙ）に対して鋭角で、それに対して直角に位
   置する横断面で、タービン・ホイールの駆動回転方向
   （Ｚ）に延びている請求項１のタービン・ホイール。
3. 【請求項３】 前記流出断面（８）の縦軸（Ｂ−Ｂ）
   が、駆動−回転方向（Ｚ）に対して逆方向、かつ半径方
   向の中央面（Ｙ−Ｙ）に対して斜めに鋭角で延びる請求
   項１又は２のタービン・ホイール。
4. 【請求項４】 前記流入開口部（４）が楕円形をしてい
   て、その短軸が半径方向−中央面（Ｙ−Ｙ）上にあり、
   その長軸が、それに対して直角な横断面上にある請求項
   １〜３のいずれかのタービン・ホイール。
5. 【請求項５】 前記流出開口部（１４）が、ディスクの
   前記円周面（７）に形成された制動ポケット（１５）に
   位置している請求項１〜４のいずれかのタービン・ホイ
   ール。
6. 【請求項６】 前記制動ポケット（１５）が、流出断面
   （８）の縦軸（Ｂ−Ｂ）に対して直角に延び、前記流出
   開口部（１４）が位置する底面（１６）と、それに対し
   て、９０°以上、１８０°以下の角度で延びる衝突面
   （１７）を有する請求項５のタービン・ホイール。
7. 【請求項７】 前記流入開口部（４）の側で、駆動空気
   のための送風ノズル（１１）が配置されていて、ノズル
   開口部（１２）が、最大噴射位置で同軸に個別の前記流
   入開口部（４）と重なり、その形状が前記流入開口部
   （４）の形状に適合するように、前記ノズル開口部（１
   ２）が形成されている請求項１〜６のいずれかのタービ
   ン・ホイール。
8. 【請求項８】 制動空気を噴射するための制動空気ノズ
   ル（１８）が前記ホイール本体（１）の円周領域に配置
   されており、そのノズル開口部（１９）が、前記ホイー
   ル本体（１）の円周の輪郭と制動ポケット（１５）の大
   きさに適合する形状を有している請求項１〜７のいずれ
   かのタービン・ホイール。
9. 【請求項９】 前記駆動空気路（５）の流入断面（６）
   の縦軸（Ｘ−Ｘ）が、前記ホイール本体（１）の駆動回
   転方向（Ｚ）から見て、楕円形の前記流入開口部（４）
   の前方の中心点を通って延びている請求項１〜８のいず
   れかのタービン・ホイール。
10. 【請求項１０】 ディスク本体が、ディスクの両側面
    （３）に設けられた駆動空気路（５）を備えた前記流入
    開口部（４）を有しており、前記駆動空気路（５）が、
    ディスクの前記円周面（７）の流出開口部（１４）に通
    じている請求項１〜９のいずれかのタービン・ホイー
    ル。
11. 【請求項１１】 ディスクの前記側面（３）には、複数
    の送風ノズル（１１）が配置されていて、円周領域に
    は、複数の制動空気ノズル（１８）が配置されている請
    求項１０のタービン・ホイール。