JPS63502199A - 遠心形圧縮機の羽根車 - Google Patents

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】 遠心膨圧縮機の羽根車 技術分野　 本発明は圧縮機の製作構造に係り、より詳細には遠心膨圧縮機の羽根車に関する 。

発明の背景 主要ディスクと羽根と該羽根車内の気体流を良好にするためのウェブ部分と密封 部を設けた封止リング体から構成される閉鎖用ディスクとにより構成された遠心 膨圧縮機の羽根車は当該技術において公知である（例えばレニングラード、マシ ノストロー二出版社、１９８１年発行のＶ、Ｆ、Ｒｉｓ著の「遠心膨圧縮機」ペ ージ３５と１０３参照）。この閉鎖用ディスク自体は一個の鍛造品として一体的 に製作されている。このような閉鎖用ディスクを具えた羽根車の円周速度が１２ ０乃至３００ｍ／Ｓの範囲で操作可能であるという。しかしながら１個の鍛造品 として一体化された閉鎖デ゛イスクの製作では金属材の歩留率が１５％にすぎず 即ち金属材の８５％は屑鉄化され、金属の消費量が実質的に増加し゛、甚しい骨 動力が必要となる。その上、更に大なる円周速度は前述の封止リングに半径方向 に応力差が発生するばかりでなく該封止リングとウェブ連結部に屈撓的変形歪を 惹起する。これらの変形歪の発生は封止リングを半径方向に運動せしめて圧縮機 本体内に実装し々封止リングと密封部間に大きな間隙を生ずる。この間隙が大き く効率は低下する。主要ディスクと羽根と閉鎖用ディスクから成る遠心膨圧縮機 の羽根車は当技術において公知であり、上述した閉鎖用ディスクは羽根車内の圧 縮ガスの流れを円滑にするためのウェブ部分と密封部を設けた封止リングとから 形成され、これらのウェブ部分と封止リングは相互に結合した状態にある（例え ば、モスコラ市マシーノストロー二出版社１９８４年発行のＡ、Ｄ、Ｂｒｕｋ著 「排煙器のガス浄化能」ページ１２０参照）。

上記封止リングは溶接又はリベント結合手段によりウェブ部分に結合されている 。この羽根車の閉鎖用ディスクはウェブ部分に封止リングが結合化されるという 手法を採用しこれらを複合体として製作する。これによってディスク全体を一体 的に製作したものに比較して労力と金属消費率の低減化を計っている。しかしウ ェブ部分と封止リングの継目に高い応力が発生するため円周速度が１２０ｍ／Ｓ 以上に大きくなる場合にはこのような羽根車は実際上使用不可能となる。

光里■監！ 本発明の主たる目的は前述したウェブ部分と封止リングとの結合構成がその継ぎ 目に生ずる応力を減殺しうる如き羽根車を提供することである。これによって円 周速度が１２０ｍ／ｓ以上の範囲に対しても使用可能にすることである。上述し た目的は次の如き構成をもつ遠心膨圧縮機の羽根車により達成されるし即ち、該 羽根車は主要ディスクと、羽根と閉鎖用ディスクから成り、このディスクは羽根 車内の圧縮ガスの流れを円滑化するウェブ部分と密封部を設けるんめの封止リン グとが結合化されたものであって、このウェブと封止リング間の継ぎ目はウェブ 部分と封止リング相互が取外し可能な対向７上記封止リングの対台表面上に一つ の環状肩部が形成され、該環状肩部はウェブ部分の対向表面上に形成された環状 溝内に組込まれるように構成され、この場合にこの内部直径は（１〜１．５　） 　Ｘｌ０−’　・ＤＯ（ただし、Ｄｏはウェブ部分の内部直径とする）により形 成された対合裏面に沿う封止リングの直径より小さい。

ウェブ部分に影響を与える因子は閉鎖用ディスクを構成するウェブの固有の質量 並びに羽根の一部の質量により生ずる遠心力のみである。上記ウェブ部分と封止 リング間に働く作用力は実際上存在しない。これは咳封止リングと選択的な直径 上の差（引張り値）間には如何なる相互作用も観察されず、これらの要素は単に 相互接触作用をもつのみである。ウェブ部分の曲げモーメントが解消されるとい うことはウェブ部分の曲げ作用を除去し、これによって恒常的な負荷の発生を確 保しうる。その結果として円周方向の応力値を低下しかつ半径方向の応力を完全 に解消せしめることができる。それに加えて、閉鎖用ディスクの封止リングは該 封止リング固有の質量に基づく遠心力に従ってその内部応力のみに左右されて発 生するから、そのため半径方向運動は無視しうる。

ウェブ部分と封止リング間の相互作用力の解消並びにウェブ部分と封止リングと の結合部における低応力値はその円周速度が１２０ｍ　／　ｓを実際上超過する ３００ｍ／ｓに達する円周速度において作動する閉鎖用ディスクを具備する羽根 車構成の利用が可能となる。

羽根側に形成した封止リング上の環状肩部並びにこの肩部がウェブ部分の環状溝 内に位置する配置構成は上記封止リングが剛体的物体としてウェブ部分に対し軸 線方向及び半径方向に運動することを防止する。一方何への軸線方向運動は上記 環状肩部と溝の端部側縁表面により防止され、他方側への軸線方向運動は羽根に より防止される。除去しきれないで残る不釣合状態のために生ずる封止リングの 相対的な半径方向運動は上記環状肩部が羽根と接触する個所において発生する摩 擦力により阻止される。この摩擦力は環状肩部と溝部の端部側縁表面を介してウ ェブ部分から羽根へと伝達された軸線方向負荷力により生ずる。これらの負荷は １個の剛体性物体となって封止リングの相対的運動のみを阻止することになる。

実験的研究によると、最適の緊張力即ち封止リングとウェブ部分相互間の対合部 直径間の差異は（１〜１．５）　Ｘｌ０−５・００　（ただしＤｏはウェブ部分 の内部直径とする）の範囲内にあることが判明した。該緊張力の下履値１ｘｉｏ −’・Ｄｏは閉鎖用ディスクが製作されるときの機械的加工精度に基いて左右さ れる。緊張力値がｌＸｌ０−”・Ｄｏ以下においては、どのような固定方法を用 いても上記閉鎖用ディスクを機械的に工作することは困難である。

上記圧縮機を作動するときに封止リングとウェブ部分の接合的継目における引張 力値が１．５　Ｘ　１０−’・Ｄ゛。より大なる場合には、ウェブ部分が封止リ ング上に衝撃作用を生ずることが観察され、この現象は上記継目に高い応力を発 生し、封止リングの内部応力は増大する。従って高い円周速度において密封部内 の間隙を増加せしめる必要があり、これに伴って漏洩作用は増大し圧縮機の能率 は低下する。

凹皿■旦皇星■里 添付図面は本発明に係る遠心膨圧縮機の羽根車部分の概略を長手方向断面で示し たもので、この添付図面を参照し例示の実施例に従って詳細な説明を試みること により本発明はより一そう明らかにされよう。

■を　る　の法 第１図に示した本発明に係る遠心膨圧縮機の羽根車は主要ディスク１と羽根２と から成り、該羽根２は主要ディスク１と一体物として成形されるか又は溶接手段 かリベント結合手段を介して一体的に形成される。閉鎖用ディスク３は羽根２に 溶接か又はリベント結合により強固に結合されかつこの閉鎖用ディスク３は羽根 車内のガス流れを効果的にするための相互に結合された腹板又はウェブ４と封止 リング５とから成る。

この封止リング５はガス漏洩を阻止するための密封部（図示されていない）がそ の内部に組込まれている゛。

上記ウェブ４と封止リング５の継目は取外し可能であって、この継目はウェブ４ の内部表面と封止リング５の外部表面７が接合的に相対面する対合面を形成する 。　゛ウェブ４の内部直径り。はその対合表向間において封止リング５の外部直 径りより小さい。これらの直径Ｄ０とＤ間の直径差は（１〜１．５）　Ｘｌ０− ”・Ｄ、の範囲内に在って、該羽根車の作動期間中はウェブ４と封止リング５と の相互作用を排除し、対合表面６と７からなる継目の圧着応力値を甚だしく減殺 し、１２０ｍ／ｓを越え３００ｍ／ｓに達する高円周速度で羽根車を運転可能に する羽根車構造体が得られる。

羽根２のある封止リング５の対合表面の内側に環状肩部８が形成される。この環 状肩部８は閉鎖ディスク３を形成するウェブ４の対合表面６の内側に形成した環 状溝９内に嵌め込まれている。上記肩部８と環状溝９間には間隙１０が設けられ である。ウェブ４の環状溝９内に環状肩部８を嵌込ませた構造は封止リング５の 軸線方向及び半径方向運動を防止せしめる。環状肩部８の環状側面１１と環状溝 ９の環状側面１２の各側面部並びに環状肩部８の内側縁１３と羽根２の外側縁１ ４の各側縁部は封止リング５の軸線方向運動を阻止している。

封止リング５の外側表面上においては図示されてない密封部を設置するために数 個所の環状段部１５が形成されている。

この遠心膨圧縮機羽根車は次のように作動する。遠心膨圧縮機羽根車が回転する につれて、遠心力が各構成要素部材上に作用する。何となれば羽根２は主要ディ スク１と閉鎖用ディスク３のウェブ４に強固に結合されているから、これらの要 素部材・は各要素自体の質量並びに羽根２の質量に基づく遠心力が作用する。実 際に存在しないものはウェブ４と封止リング５間に働らく相互作用力である。こ れはウェブ４と封止り車運転時にウェブ４と封止リング５の相互作用が観察され ずにこれらの要素が単に接触するという相互関係におかれるように選択されてい るからである。これら封止リング５とウェブ４間の相互作用の解消はウェブ４に 曲げ作用を発生する曲げモーメントがウェブ４上に生じないことを意味する。ウ ェブ４に曲げ作用が生じないことはウェブ４上に及ぼす円周方向応力値を減小さ せ半径方向応力を完全に抹殺するから均一な荷重分布が確保できる。何となれば 封止リング５とウェブ４間には実際上何等の相互作用力が働かないから閉鎖用デ ィスク３の封止リング５に作用する力は封止リング５の固有質量に基づき発生す る遠心力のみへなる。そして封止リング５の円周速度とその質量は小さいためそ の作用力はウェブ４と羽根２の部分の円周速度並びに質量に比較して無視しうる ほどである。

このような理由のために、封止リング５内に生ずる応力並びに結果的には封止リ ング５の半径方向運動は無視しうる。

かくしてウェブ４内の応力値の減小と封止リング５とウェブ４間の相互作用を解 消せしめることは構成された羽根車の円周速度を１２０ｍ／Ｓ以上の３００ｍ／ Ｓはどの高速度で運転することが可能となり、かつ封止リング５の半径方向運動 値を微小値にすることは密封部における間隙を小さくするのに役立ち、これによ ってガス漏洩を減少し、圧縮機効率を高めることにつながる。

潜在する不均合重量によって起される封止リング５の相対的な半径方向運動は環 状肩部８が羽根に接触している所の部分における摩擦力によって阻止される。こ の摩擦力は環状肩部８の内外側の縁部表面１１　、１３と環状溝９の環状溝９の 側部表面１２を介して、ウェブ４から羽根２へ伝達された軸線方向の荷重力によ り生ずる。環状肩部８もまた封止リング５の軸線方向運動を阻止するものであり 、これは環状肩部８、環状溝９並びに羽根２の各側部に形成された端側縁部表面 １１　、１２゜１３　、１４の各々によって達成される。

ここに開示した本発明の利用により得られる技術的並びに経済上の利益は次のと おりである。

（ａ）ウェブ４が封止リング５と接触関係に保持される個所に生ずる応力値が減 殺されるので、羽根車構造体の閉鎖用ディスクは１２０ｍ／Ｓを越えて３００ｍ ／ｓにも達する円周速度で作動することが可能になる。

（ｂ）封止リング５の応力値並びに半径方向運動の著しい減殺作用は密封部の間 隙を最小限に確保して使用するができ、この間隙減小率は圧縮機効率を０．５％ だけ増加させる。

（Ｃ）円周速度が３００ｍ／ｓで運転される圧縮機の場合には閉鎖用ディスク３ のウェブ４を一枚のシート材を用いてスタンプ成形法により製作しかつ封止リン グ５を低合金鋼を用い力と金材の消費量を著しく低減せしめる。

（ｄ）異なる内外周直径から成る閉鎖用ディスク３のウェブ４を１個のダイを利 用する製作が可能となる。

童見上■肌朋性 本発明は閉鎖形遠心羽根車に最も有効に利用できるものであり、更に本発明は遠 心膨圧縮機（ファン）の低水頭用羽根車に利用しうる。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 主要ディスク（１）と羽根（２）と閉鎖用ディスク（３）とが互に強固に結合さ れ、前記閉鎖用ディスク（３）は羽根車内のガス流れを良好にするための結合さ れたウェブ（４）と密封部を設けた封止リング（５）とから成る遠心形圧縮機の 羽根車であって； 前記ウェブ（４）と封止リング（５）の継目は前記ウェブ（４）と封止リング（ ５）に接合された対合表面（６，７）により形成されて取外し可能に形成され、 前記封止リング（５）側の対合表面（７）の羽根（２）側に環状肩部（８）が形 成され、該環状肩部（８）はウェブ（４）側の対合表面（６）の内側に形成した 環状溝内に配置され、かつ該ウェブ（４）の内部直径Ｄ。は、封止リング（５） の外部直径Ｄより（１〜１．５）×１０−３，Ｄ。だけ小さく形成したことを特 徴とする遠心形圧縮機の羽根車。