JPH11270491A - 遠心圧縮機におけるインペラのディスク構造 - Google Patents

遠心圧縮機におけるインペラのディスク構造

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JPH11270491A
JPH11270491A JP7206298A JP7206298A JPH11270491A JP H11270491 A JPH11270491 A JP H11270491A JP 7206298 A JP7206298 A JP 7206298A JP 7206298 A JP7206298 A JP 7206298A JP H11270491 A JPH11270491 A JP H11270491A
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JP
Japan
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disk
centrifugal compressor
impeller
taper
radial direction
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JP7206298A
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English (en)
Inventor
Yutaka Hirata
豊 平田
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディスク背面に発生する最大応力を減少させ
る。 【解決手段】 ディスク7の軸心方向D2前面に円周方
向へ向けて空気を圧縮するための複数の羽根8を設ける
と共に、ディスク7の径方向D1外周側先端部における
軸心方向D2背面に、ディスク7の軸心方向D2前面側
に向うようテーパを設ける。テーパを設ける際のディス
ク7径方向D1の起点は、ディスク7径方向D1先端に
テーパが付されていない場合の最大応力発生部位よりも
僅かにディスク7径方向D1外側とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディスク背面に生
じる最大応力を低減させた遠心圧縮機におけるインペラ
のディスク構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば遠心圧縮機を備えた通常の過給機
は図8に示されている。而して、図8に示す過給機1に
おいては、タービン2内に導入されたエンジン排ガス3
のエネルギによりタービン2が回転させられタービン2
と同じ軸4に取付けられている遠心圧縮機5が回転させ
られる。このため、遠心圧縮機5に吸入された空気6は
所定の圧力に圧縮されて送出され、エンジンのシリンダ
内に供給される。
【0003】従って、過給機1を設けることにより、エ
ンジンの発生動力を消費せずに密度の高い空気をエンジ
ンシリンダ内へ圧入し、エンジン出力を増大させること
ができる。
【0004】上述の過給機1における従来の遠心圧縮機
5のインペラのディスク構造は図5、6に示されてお
り、図中、7はディスク、8は羽根であり、ディスク7
及び羽根8によりインペラが構成されている。
【0005】ディスク7の正面から見た形状は図6に示
すごとく、円形に形成され、又その側面形状は図5に示
すごとく、軸心L近傍から径方向D1外周側へ行くに従
い、軸心方向D2の寸法が徐々に減少するよう形成され
ている。
【0006】すなわち、ディスク7は軸心方向D2へ細
長いボス部7aを軸心L部に備え、ボス部7aを貫通す
るよう軸心L部に設けた中空孔7bを介して図8に示す
軸4に外嵌し得るようになっている。
【0007】又、ディスク7は軸心方向D2正面側にお
いて、空気6の入口側一端Aからタービン側他端Bへ向
け径方向D1へは外周まで延び軸心方向D2へはタービ
ン側他端B近傍まで延びる昇り勾配の円弧状の斜辺7c
を有している。
【0008】更にディスク7は、軸心方向D2背面側に
おいてタービン側他端Bから空気6の入口側一端Aへ向
けて、径方向D1へは外径の中途部まで延び且つ軸心方
向D2へはタービン側他端Bから若干空気6の入口側一
端A側へ延びる昇り勾配の円弧状の斜辺7dを有してい
る。
【0009】又、斜辺7dのディスク7径方向D1外周
側端部Xから外周端までのディスク7背面側の面7e
は、該面7eの軸心Lへ向けての延長線Pが軸心Lに対
して直交するようフラットに形成されている。
【0010】羽根8はディスク7の斜辺7c表面にボス
部7aから外周まで延びるよう、ディスク7の円周方向
へ所要の間隔で複数枚設けられており、ディスク7の円
周方向へ隣り合うインペラ8は、図6に示すごとく正面
から見て、湾曲すると共に部分的にオーバハングした構
造となっている。このように、羽根8を湾曲させ且つオ
ーバハングした構造とするのは、遠心圧縮機の高性能化
を図るためである。
【0011】又、羽根8の側面形状は、空気6の入口側
一端Aからタービン側他端B側へ向けて、昇り勾配の斜
辺8aを有し、羽根8のディスク7径方向D1への高さ
方向寸法Hは、空気6の入口側一端A側からタービン側
他端B側へ向けて徐々に減少するよう形成されている。
【0012】上述の遠心圧縮機の運転時にインペラ構造
を高速回転させると、ディスク7には径方向D1外方へ
向けて遠心応力が作用すると共に羽根8のオーバハング
による曲げ応力も付加され、このためディスク7の軸心
方向D2背面側(タービン側他端B側)の図6に仮想線
イ、ロで包囲する範囲つまり羽根8を1ピッチを含む範
囲の応力分布は、図7に示すようになり、最大応力σma
x.Aの発生部位は羽根8の空気出口側近傍となる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、最大応力発
生部位である羽根8の空気出口側近傍は、空気6が圧縮
されて高温となっているため、発生する最大応力σmax.
Aが大きい場合にはディスク7の寿命が短くなったり、
或いは空気の最大圧力比に影響を与えるディスク7の最
大回転数に制約を与えている。
【0014】そこで、上述の最大応力σmax.Aを低下さ
せるためにはディスク7の径方向D1外周側の軸心方向
D2肉厚を厚くしたり或いはディスク7の内周部(ボス
部7a側)の軸心方向D2の長さを長くすることが行わ
れている。
【0015】しかるにディスク7の外周側の軸心方向D
2肉厚を厚くしたりディスク7中心部の内周部の軸心方
向D2の長さを長くすると、ディスク7の重量が嵩み、
遠心圧縮機の大型化、消費エネルギの増大、コストアッ
プ等を招来する。
【0016】本発明は上述の実情に鑑み、ディスク外周
側の軸心方向肉厚を厚くしたり、ディスク中心部の軸心
方向の長さを長くすることなく、ディスク背面に作用す
る最大応力を低下させるようにした遠心圧縮機における
インペラのディスク構造を提供することを目的としてな
したものである。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明は、ディスクの軸
心方向前面に円周方向へ向けて空気を圧縮するための複
数の羽根を備えた遠心圧縮機におけるインペラのディス
ク構造において、ディスクの径方向外周側先端部におけ
る軸心方向背面に、ディスクの径方向外周側へ向うに従
いディスクの前面側へ向うテーパを設けたものである。
【0018】又、本発明はディスクの軸心方向前面に円
周方向へ向けて空気を圧縮するための複数の羽根を備え
た遠心圧縮機におけるインペラのディスク構造におい
て、ディスクの径方向外周側先端部における軸心方向背
面に、ディスクの径方向外周側へ向うに従いディスクの
前面側へ向うテーパをディスク軸心側のディスク前面側
へ向うテーパよりもディスク軸心に対する傾斜角度がゆ
るくなるよう、設けたものである。
【0019】更に本発明では、テーパを設ける際のディ
スク径方向の起点を、ディスク径方向外周側先端部にテ
ーパが付されていない場合の最大応力発生部位近傍とす
ると良い。
【0020】本発明によれば、ディスク背面に生じる最
大応力を減少させることができるためディスクの最大回
転数を増加させることが可能となり、ディスクの寿命を
長期間にすることができる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照しつつ説明する。
【0022】図1〜図3は本発明の実施の形態の一例
で、本発明の実施の形態における遠心圧縮機のインペラ
のディスク構造の基本的構成は図5、6に示す従来のも
のと略同じであるため、同一部分には同一の符号を付し
説明を省略する。又、本発明の遠心圧縮機におけるイン
ペラのディスク構造においては、軸心方向D2から見た
形状は従来のものと同じで図6に示すようになる。
【0023】而して、本実施の形態においては、ディス
ク7の軸心方向D2背面側の面7eの部分に、径方向D
1所要位置Yからディスク7の径方向D1外周側に向け
て、タービン側他端B側から空気6の入口側一端A側へ
向うようテーパが付され、傾斜面7fが形成されてい
る。
【0024】ディスク7の径方向D1先端側をテーパと
する際の軸心方向D2の量Zはディスク7先端におい
て、ディスク7にテーパを設けていない場合の約1/2
程度とする。
【0025】又傾斜面7fの起点となる径方向D1所要
位置Yとしては、図5に示す従来の形状のディスク7の
最大応力発生部位よりも若干径方向D1の外周側が選択
される。
【0026】ディスク7を斯かる形状にした場合にディ
スク7を高速回転させると、ディスク7の軸心方向D2
背面側において図6の仮想線イ、ロで包囲する範囲の応
力分布は図3に示すようになり、最大応力σmax.Bの発
生部位は、従来のものよりも羽根8の空気出口側から離
れた位置となり、しかも同一周速にて最大応力σmax.B
<σmax.Aとなる。
【0027】このため、ディスク7が高速回転してもデ
ィスク7の自重による遠心応力を軽減させることがで
き、且つ湾曲している羽根8による曲げ応力に対しても
十分な厚さを確保することができる。
【0028】従ってディスク7の外周先端側の軸心方向
D2肉厚を大きくしたりディスク7の中心部の軸心方向
D2の長さを長くすることなしに、ディスク7の背面に
生じる最大応力を軽減することができる。
【0029】図4は本発明の実施の形態の他の例であ
る。本発明の実施の形態においては、ディスク7の軸心
方向D2背面側の面は、ディスク7の中心側からディス
ク7の外周側に向けて、タービン側他端B側から空気6
の入口側一端A側へ向うよう、全体的にテーパが付さ
れ、傾斜面7gが形成されている。又傾斜面7gのディ
スク7径方向所要位置Yからディスク7の径方向D1外
周側へ向けて、傾斜面7gの軸心Lに対する傾斜角度θ
1よりも軸心Lに対する傾斜のゆるい傾斜角度θ2のテ
ーパの傾斜面7hが、ディスク7の中心側からディスク
7の外周側へ向けてタービン側他端B側から空気6の入
口側一端A側へ向うよう形成されている(θ2<θ
1)。
【0030】斯かる構成としても前述の実施の形態例と
同様の作用効果を奏することができる。
【0031】図4中、図1に示すものと同一のものには
同一の符号を付してある。
【0032】なお、本発明の実施の形態例においては、
遠心圧縮機のディスク構造を過給機のタービンに接続す
る場合について説明したが、産業用圧縮機に対して適用
することもできること、その他本発明の要旨を逸脱しな
い範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
【0033】
【発明の効果】本発明の遠心圧縮機におけるインペラの
ディスク構造によれば、請求項1〜3の何れにおいても
ディスク背面に発生する最大応力を減少させることがで
きるため、圧縮された空気によりディスクが高温に晒さ
れた場合にもディスクの最大回転数を増加させることが
可能となり、又ディスクの寿命が長期間となる、等種々
の優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の遠心圧縮機におけるインペラのディス
ク構造の実施の形態の一例の縦断面図である。
【図2】図1のII部拡大図である。
【図3】図1に示す遠心圧縮機におけるインペラのディ
スク構造において、ディスク背面の応力分布を示す線図
である。
【図4】本発明の遠心圧縮機におけるインペラのディス
ク構造における実施の形態の他の例の縦断面図である。
【図5】従来の遠心圧縮機におけるインペラのディスク
構造の縦断面図である。
【図6】図5のVI方向矢視図である。
【図7】図5に示す遠心圧縮機におけるインペラのディ
スク構造において、ディスク背面の応力分布を示す線図
である。
【図8】遠心圧縮機を備えた過給機の一般的な構造を示
す概要図である。
【符号の説明】
5 遠心圧縮機 7 ディスク 8 羽根 D1 径方向 D2 軸心方向

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ディスクの軸心方向前面に円周方向へ向
    けて空気を圧縮するための複数の羽根を備えた遠心圧縮
    機におけるインペラのディスク構造において、ディスク
    の径方向外周側先端部における軸心方向背面に、ディス
    クの径方向外周側へ向うに従いディスクの前面側へ向う
    テーパを設けたことを特徴とする遠心圧縮機におけるイ
    ンペラのディスク構造。
  2. 【請求項2】 ディスクの軸心方向前面に円周方向へ向
    けて空気を圧縮するための複数の羽根を備えた遠心圧縮
    機におけるインペラのディスク構造において、ディスク
    の径方向外周側先端部における軸心方向背面に、ディス
    クの径方向外周側へ向うに従いディスクの前面側へ向う
    テーパをディスク軸心側のディスク前面側へ向うテーパ
    よりもディスク軸心に対する傾斜角度がゆるくなるよ
    う、設けたことを特徴とする遠心圧縮機におけるインペ
    ラのディスク構造。
  3. 【請求項3】 請求項2においてテーパを設ける際のデ
    ィスク径方向の起点を、ディスク径方向外周側先端部に
    テーパが付されていない場合の最大応力発生部位近傍と
    した遠心圧縮機におけるインペラのディスク構造。
JP7206298A 1998-03-20 1998-03-20 遠心圧縮機におけるインペラのディスク構造 Pending JPH11270491A (ja)

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Cited By (6)

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