JPS60201100A - 流体機械用ベ−ン駆動装置 - Google Patents

流体機械用ベ−ン駆動装置

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JPS60201100A
JPS60201100A JP59059134A JP5913484A JPS60201100A JP S60201100 A JPS60201100 A JP S60201100A JP 59059134 A JP59059134 A JP 59059134A JP 5913484 A JP5913484 A JP 5913484A JP S60201100 A JPS60201100 A JP S60201100A
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shaft
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arm
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    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/46Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable
    • F04D29/462Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable especially adapted for elastic fluid pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08Centrifugal pumps
    • F04D17/10Centrifugal pumps for compressing or evacuating
    • F04D17/12Multi-stage pumps
    • F04D17/122Multi-stage pumps the individual rotor discs being, one for each stage, on a common shaft and axially spaced, e.g. conventional centrifugal multi- stage compressors

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は流体機械用ベーン駆動装置に係り、特に−軸多
段遠心圧縮機等において容址に応動してベーン角度を変
更させるに好適なベーン駆動装置に関する。
〔発明の背景〕
一軸多段型遠心圧縮機は、第1図の如く、ケーシング1
に回転駆動軸2に複数の羽根車3を取付けている。この
羽根車3は中心側から吸込み、外周縁から吐出させる構
成であるだめ、ケーシング1には流体出口通路たるディ
フューザ4と、入口通路5とを連続して形成し、初段羽
根車3の人口には吸込口6を、最終段羽根車3の出口に
は吐出ロアを接続している。そして、前記戻シ通路5内
には取扱い流体の流れを次段の羽根車3に適正に案内供
給するために固定ガイドベーン8を設けているのが一般
的である。
ところが、固定ガイドベーン8を備えた従来様では、流
量が変わるとべ一78への流入角が変わり、当該ベーン
8による衝突圧力損失が大きくなって効率が低下したり
、剥離を生じる等して、運転領域を狭くする欠点があっ
た。
このため、上記欠点に層目した技術として、特該ディフ
ューザベーン9と前記ガイドベーン8を流量に応じて調
節させるようにしている。すなわち、各ベーン8.9は
回動軸10.11を中心にして回動i’、r NBに取
付けられ、羽根車3を挾む入口通路5とディフューザ4
のベーン8.9を一対として両回動軸10.11に取付
けられ歯車12.13相互が噛合わされている。そして
、外周側の小歯車12にはリング歯車14の内歯が噛合
っている。リング歯車14は回転駆動軸2を中心とする
内歯歯車であり、各段の小歯車12の全部と噛合わされ
ている。更に、リング歯車14の外周の一部にはラック
15が設けてあり、このラック15には駆動操作軸16
に綿着されたビニオン17と噛合っている。
上記構造によれば、流量に対応して駆動操作軸16を回
転させると、歯車の噛合わせにより、リターンベー78
、ディ7ユーサヘーン9が回動して、ベーン角度と流れ
角が一致するように調整できる。この結果、各段ごとに
要求されるベーン角度に調整できるので、流体がベーン
8.9を通流する際の衝突損失を減することができる。
しかしながら、上記従来のベーン駆動装置では、多段圧
縮機に適用すると、ベーン回動に必要な駆動操作軸16
を段数分だけ設置しなければならず、その駆動機を段数
分設けるかあるいは複雑な伝達機構が必要となる欠点が
ある。しかも、全ての段の駆動軸がケーシング1を貫通
することになシ、製作が困難となる問題点もあった。
〔発明の目的〕
本発明は、上記従来の問題点に着目し、−軸多段遠心圧
縮機の如き流体機械において、各段のベーンに必要な角
度を一つの駆動装置により、全段に亘って調整駆動でき
るようにした流体機械用ベーン駆動装置を提供すること
を目的とする。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するために、本発明に係る流体機械用ベ
ーン駆動装置は、流路内に回動可能に配置にシたベーン
を備えた多段型流体機械の駆動軸と平行に操作軸を設け
、この操作軸には各段ごとにベーンの回動軸と回仏伝達
可能に連継されたアームを揺動1jfi’iヒに取付け
し、当該アームを後段に至るに従い順次長尺として回転
半径を増大させて構成し、あるいは前記操作軸の前記流
路の吸込11111に対応する端部を固定して他端を回
転操作端となして構成した。史にはアーム長さの変更と
、操作軸の一端固定の両者を含むように構成したのであ
る。
上記構成によシ、操作軸が1軸であっても、これに取付
けられたアーム長さによって先端回転移動軌跡が回転半
径に比例して増大することを利用し、あるいは操作軸の
ねじれ角が固定端からの長さに比例して増大することを
利用し、史には両者を加味した作用によシ、各段に応じ
たベーン角度に調整できるのである。
〔発明の実施例〕
第3図は第1発明すなわちアーム回転半径を異ならせた
ベーン駆動装置の実施例を示す一軸多段遠心圧縮機への
適用例を示す断面図である。図示の如く、圧縮機のゲー
ジング20には回転駆動軸21が複数の羽根車22を取
付けて支持されている。谷羽根車22の前後には入口通
路23、ディンユーザ24を形成し、入口通路23内に
は入口ガイドベーン25を配置している。
前記入口ガイドベーン25は回動軸26を中心として回
動させることによりその角度を可変としているが、回動
運動を付与するために、回動軸26を入口通路23の側
壁に貫通させ、通路形成壁27に設けたギヤボックス2
8内に臨ませて小歯車29を取付けている。そして、各
段において同一円周上に配Itされた一連の小歯車29
と噛合うリング歯車30をやはりギヤボックス28内に
配置している。したがって、リング歯車30を回転させ
ることで、当該段の入ロガイドペー725は同一回転角
度で回動されるのである。
ここで、前記ケーシング20には、回転駆動軸21と平
行に、前記リング歯車30の外側位置で、入口通路23
とディフューザ24を貫通するように、全段に亘る一本
の回転操作軸31を取付けている。この回転操作軸31
は両端を軸受により回転支持されており、その−刃端に
は1v、動モータ(図示せず)が連結され、所望回転角
度に回転駆動さfl、得るようになっている。このよう
な回転操作1i1+131は、各1夕のギヤボックス2
8内に一部臨捷れているが、このギヤボックス28への
露呈部に前記リング歯車30の外周面に至るアーム32
ケ連結している。そして、アーム32はリング歯車30
の外周面に形成した外歯33と噛合う歯34をその先端
に形成し、操作軸31の回転角に等しい回転角だけ揺動
し、その揺動量だけリング歯車30に回転伝達はせるよ
うにしている。この歯車相互の関係を第4図に示す。
ここで、前記アーム32は当該圧縮機の段数外だけ設け
られるが、この実施例では、特に、アーム32の長さ、
すなわち回転半径rを初段から最終段に至るに従って、
順次段階的に長尺となるように形成している。そして、
このアーム32の長さ変化に応じてこれに噛合うリング
歯車30の肉厚を順次小さくして、操作軸31と小歯車
29間の距離が一定であることに対処している。このよ
うなことから、回転操作軸31が一定角度回転した場合
でも、アーム32の先端回転移動距離は、後段に至るに
従って多くなり、その結果、ベーン回転角変化量を順次
増大させるのである。
斯かる実施例による作用は次のようになる。丑ず、第5
図に入口ガイドベーン25と流体流れ方向の関係を示す
。この図で設計点で運転する場合の入ロガイドベー72
5の位置および流れ方向は実線で示され、ベーン回動角
と流れ角が一致している。流量を減じると、ベーン入口
の速度三角形は破線で示すように、子午面速度成分Cm
4’ は小さくなり、流入角α。′は大きくなる。従っ
て、このときにガイドベーン25を破線のように回転し
てやると、入射時の11iη突損失は設計点運動と略同
じにすることができる。なお、このとき入口ガイドベー
ン25を出た流れは旋回成分Cu、’を持つことになる
。すなわち、羽オ艮車22の入口流れに予旋回を与えて
効率よく流計を減じることができる。
特に多段礪の場合には、後段に至る程予旋回奮大きくし
てやる必要がある。本実施例では、回転j駆動軸21と
平行な回転操作軸31に対して取fJけられたアーム3
2の長さを後段に至る程長くしている。アーム先端の円
弧軌跡は、t=r・θで表わされ、回転角θが一定であ
れば回転半径rに比例する。したがって、回転半径rが
段階的にJk尺となっている実施例では、操作軸31の
回転角全一定に保っても、各段に対応して設けられたア
ーム32は後段になる程、リング歯車30、小歯車29
への回転伝達量が増大し、もってガイドベーン25を各
段の流量に応じた回!ldl量を与えることができる。
なお、隣接段間の回ah Mの差はアーム長さの差で調
整すればよく、また初段ベーンと最終段ベーンの回動世
はψ段アームと最終段アームの長さの差で決定され、リ
ング歯車30の肉厚、およびベーン回動軸26と操作軸
31の軸間距離により制限される。
第6図には、この発明の第2実施例4二丁し、これは各
段のアーム32の先端歯34と噛合うリング歯車30の
外歯を全周歯33Aとなし、尚該全周歯33Aには羽根
車22出口のティフユーザ24内に配置したディフュー
ザベーン350回動軸36に固着した小歯車37を噛合
わせたものである。
これによれば、入口ガイドベーン25とともにディフュ
ーザベーン35を同時回動させつつ、後段に至る程それ
らの回mJ量を増大させることができる。なお、ディフ
ューザベーン35の小宙車37もギヤボックス28内に
配置している。
次に、第7図は第2発明の実施例を示す1Br(8)図
である。この実施例は前述の第1発明の実施例と同じく
多段遠心圧縮機に適用したものであり、ケーシング20
内に支持された回転駆動軸21に複数の羽根車22を取
付け、羽根車22前後の入口通路23とディフューザ2
4を各段連続し、吸込口38から吐出口39に至るまで
の間に取扱流体を圧縮させる構造とされている。そして
、前記入口通路23内に配置4された入口ガイドベーン
25を回動させるために、通路形成壁27内にベーン回
動軸26に取付けた小歯車29を配置し、同一周上の全
小歯車29に噛合うリング歯車30を設け、描該リング
歯車30を回動させることでベーン角度の変更を可能と
している。リング歯車30への回転伝達は、回転駆動軸
21と平行にケーシング20に支持された回転操作軸3
1と、この軸31に揺動可能に各段ごとに対応して取付
けられたアーム32によって行うものとし、アーム32
の先端とリング歯車30の外周歯との歯車機構で回転伝
達させるようにしている。この基本構成は先の第1発明
の実施例と同様である。
ここで、特に当該実施例では、全般に亘って回転操作軸
31に取付いたアーム32の長さを全段数等しくシ、前
記回転操作軸31の吸込口38側の端部をケーシング2
0に固着した固定端40とし、他端を回転操作端41と
しだものである。そして、回転操作端41には回転駆動
機42を連継し、該操作軸31への回転を付与するよう
にしている。
このような実施例の作用は次のようになる。駆動機42
により回転操作軸3工を回動すると、その吸込口端は固
だ端40とされているので、この操作tt*31はねじ
ら八る。このねじれ角φは一般的には次式で示される。
ただし、φはねじれ角(rad、、)、Aは固定端から
の距離、Mはモーメント、dは軸径である。
上記(1)式から理解できるように、操作軸31は固定
端40からの距離に比例して変化する。したがって、最
終段に至る程ねじれ角φが大となってアーム32の先端
回転軌跡長さが大きくなるので、これに応じてベー72
5の角度も段ごとに増大させることが可能となる。特に
、この実施例では、操作軸31のねじれ角φが小さい場
合でも、アーム32を介しているため、アーム長さに比
例して増幅され、わずかなねじり量で容易に後段側の、
予旋回を順次大きくすることが可能となる。
なお、上記実施例では入口ガイドベーンの1駆動を例に
してml明したが、同様にしてディフューザベーンのみ
、あるいは入口ガイドベーンとディフューザベーンの両
者の駆動の場合にも適用できることはいうまでもない。
更に、第3発明に係るベーン駆動装置は、上記した第1
、第2発明の実施例に示される構成を組合わせて得られ
る。すなわち、第7図に示されるベーン駆動装置におい
て、回転操作軸31の固定端側の第1段目のアーム32
の長さを最短とし、次段に干るにしたがって長尺として
、最終段のアーム32の長さを最長とすればよい。そし
て、ベーン回動軸26と回転操作軸31の軸間距離が一
定であるので、アーム長さの変化に応じて、リング歯車
30の肉厚を調整し、回転比を変えてやればよいのであ
る。
このような実施例では、回転操作軸31のねじれ角φの
作用と、アーム32の回転半径rを変えたことによる作
用と相俟って、小さな操作力でベーン25の回転角を段
階的に増大させ、もって流量に応じだベーン角度を簡単
な装置で得ることができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明のいずれの構成によっても
、少なくとも1つの駆動源および回転操作軸にて、容易
に初段から後段へと順次羽根車の予旋回量の変化等、容
量に応じたベーン角度を全段に亘ってrA整でき、もっ
て多段型流体機械の部分負荷効率の向上、運転範囲の拡
大ができるというすぐれた効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は多段遠心圧縮機の断面図、第2図は従来のベー
ン駆動装置を示す断面図、第3図は第1発明の実施例を
示す要部断面図、第4図はアームとベーン間の回転伝達
機構図、第5図はベーンと流れ速度の関係を示す醗明図
、第6図は回転伝達機構の他の実施例を示す機構図、第
7図は第2発明の実施例を示す断■図である。 20・・・ケーシング、21・・・回転駆動軸、22・
・・羽根車、23・・・入口進路、24・・・ディンユ
ーザ)25・・・入ロガイトベーン、26.36・・・
ベーン回動軸、29.37・・・小歯車、30・・・リ
ング歯車、31・・・回転操作軸、32・・・アーム、
35・・・ディフューザベーン、40・・・固定端、4
1・・・回転操作端、42・・・回転部6tJJ磯。 代理人 鵜 沼 辰 之 第・1 図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図 第7図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 流路内に回動可能に配置したベーンを備えだ多
    段型流体機械の駆動軸と平行に操作軸を設け、この操作
    軸には各段ごとにベーンの回動軸と回転伝達iiJ能に
    連継されたアームを揺動可能に取付け、当該アーム全後
    段に至るに従い順次長尺として回転半径を増大させてい
    ること全特徴とする流体機械用ベーン駆動装置。
  2. (2) vIL路内に回動可能に配置したベーンを備え
    た多設型流体機械の駆動軸と平行に操作軸を設け、この
    操作軸には各段ごとにベーンの回転軸と回転伝達LiT
    能に連継されたアームを揺動可能に取付け、前記操作軸
    の前記流路の吸込側に対応する端部を固定し、他端を回
    転操作端としたことを特徴とする流体機械用ベーン駆動
    装置。
  3. (3) 流路内に回転可能に配置したベーンを備えた多
    段型流体@械の駆動軸と平行に操作軸を設け、この操作
    軸には各段ごとにベーンの回動軸と回転伝達可能に連継
    されたアームを揺動可能に取付け、当該アームを後段に
    至るに従い順次長尺として回転半径を増大させ、かつ前
    記操作軸の前記流路の吸込側に対応する端部を固定し、
    他端を回転操作端としたことを特徴とする流体機械用ベ
    ーン駆動装置。
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