KR20220044130A

KR20220044130A - 원심 압축기

Info

Publication number: KR20220044130A
Application number: KR1020210128002A
Authority: KR
Inventors: 료 우메야마; 요시유키 나카네
Original assignee: 가부시키가이샤 도요다 지도숏키
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2021-09-28
Publication date: 2022-04-06
Also published as: CN114320950B; KR102587032B1; US20220099104A1; JP2022056948A; CN114320950A; US11788545B2; EP3978763A1

Abstract

원심 압축기로서, 임펠러는, 허브와, 복수의 블레이드를 구비한다. 각 블레이드는, 외주면의 한쪽측으로부터 다른 한쪽측을 향하여 연재(延在)하고, 임펠러의 회전 시에 정압이 되는 정압면 및 부압이 되는 부압면을 갖는다. 허브는, 복수의 블레이드의 정압면과 부압면의 사이에 외주면으로 개구하는 두께 없음부를 갖는다. 두께 없음부는, 블레이드의 부압면보다도 정압면에 근접하여 형성되어 있다.

Description

원심 압축기{CENTRIFUGAL COMPRESSOR}

이 발명은, 원심 압축기에 관한 것이다.

예를 들면, 일본공개특허공보 2009-133267호에는, 임펠러(impeller)를 구비하는 원심 압축기가 개시되어 있다. 이 원심 압축기에 있어서의 임펠러는, 외주면 및 배면을 갖는 허브(hub)와, 복수의 날개를 갖고 있다. 허브에는, 외주면과 배면을 연통시키는 관통공(through hole)이 형성되어 있다. 이 관통공의 형성에 의해, 임펠러의 관성 모멘트가 저감되어 있다.

일본공개특허공보 2009-133267호

일본공개특허공보 2009-133267호에 기재되는 원심 압축기에서는, 임펠러의 회전 시에 허브에 발생하는 응력 분포에는, 개선의 여지가 있다.

본 발명의 목적은, 임펠러의 관성 모멘트의 저감과, 허브로의 응력 분포의 불균일의 발생의 억제와의 쌍방을 달성 가능한 원심 압축기를 제공하는 것이다.

이 발명의 일 국면에 따른 원심 압축기는, 회전축과, 상기 회전축에 고정되어 있고 상기 회전축과 일체 회전하는 임펠러를 구비하는 원심 압축기로서, 상기 임펠러는, 상기 회전축의 한쪽측으로부터 다른 한쪽측을 향함에 따라 점차 확경(擴徑)되는 형상을 갖는 외주면과, 상기 다른 한쪽측에 형성된 배면을 갖는 허브와, 상기 허브의 상기 외주면에 형성된 복수의 블레이드를 구비하고, 상기 복수의 블레이드의 각각은, 상기 외주면의 한쪽측으로부터 다른 한쪽측을 향하여 연재(延在)하고, 상기 임펠러의 회전 시에 정압이 되는 정압면(positive pressure surface) 및 부압이 되는 부압면(negative pressure surface)을 갖고, 상기 허브는, 상기 복수의 블레이드의 상기 정압면과 상기 부압면의 사이에 상기 외주면에 개구하는 두께 없음부(肉拔部:lightening hole)를 갖고, 상기 두께 없음부는, 상기 블레이드의 상기 부압면보다도 상기 정압면에 근접하여 형성되어 있다.

이 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 국면 및 이점은, 첨부의 도면과 관련하여 이해되는 이 발명에 관한 다음의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.

도 1은, 본 발명의 일 실시 형태의 원심 압축기의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는, 임펠러의 사시도이다.
도 3은, 도 2와는 상이한 각도에 있어서의 임펠러의 사시도이다.

(바람직한 실시 형태의 설명)

이 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하에서 참조하는 도면에서는, 동일 또는 그에 상당하는 부재에는, 동일한 번호가 부여되어 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시 형태의 원심 압축기의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1에 나타나는 바와 같이, 원심 압축기(1)는, 임펠러(100)와, 터빈 휠(200)과, 회전축(310)과, 모터(320)와, 베어링(330)과, 케이싱(400)을 구비하고 있다.

회전축(310)은, 임펠러(100)와 터빈 휠(200)을 접속하고 있다. 이 회전축(310)은, 모터(320)에 의해 회전 구동된다. 회전축(310)은, 베어링(330)으로 지지되어 있다. 또한, 모터(320)는, 로터와, 스테이터(도시 생략)를 갖고 있다.

케이싱(400)은, 임펠러(100), 터빈 휠(200), 회전축(310), 모터(320) 및 베어링(330)을 수용하고 있다. 케이싱(400)은, 컴프레서 하우징(410)과, 터빈 하우징(420)과, 센터 하우징(430)을 갖고 있다.

컴프레서 하우징(410)은, 임펠러(100)를 수용하고 있다. 컴프레서 하우징(410)은, 흡입구(411)와, 토출부(412)를 갖고 있다. 컴프레서 하우징(410) 내에 있어서의 임펠러(100)의 토출측에는, 디퓨저(도시 생략)가 형성되어 있다.

터빈 하우징(420)은, 터빈 휠(200)을 수용하고 있다. 터빈 하우징(420)은, 흡입부(421)와, 배출구(422)를 갖고 있다.

센터 하우징(430)은, 컴프레서 하우징(410)과 터빈 하우징(420)의 사이에 배치되어 있다. 센터 하우징(430)은, 모터(320)와 베어링(330)을 수용하고 있다.

센터 하우징(430)은, 리어 하우징(440)을 갖고 있다. 리어 하우징(440)은, 임펠러(100)와 베어링(330)의 사이에 형성되어 있다.

임펠러(100)는, 흡입구(411)로부터 흡입된 가스(예를 들면 공기)를 토출부(412)로부터 토출시킨다. 도 2 및 도 3에 나타나는 바와 같이, 임펠러(100)는, 허브(110)와, 복수의 블레이드(120)를 구비하고 있다.

허브(110)는, 회전축(310)에 고정되어 있고, 축심 A 둘레로 회전 가능하다. 본 실시 형태에서는, 축심 A는, 회전축(310)의 회전 중심축에 상당한다. 허브(110)는, 외주면(112)과, 배면(114)과, 정압면측부(116)와, 부압면측부(118)를 갖고 있다.

외주면(112)은, 회전축(310)의 한쪽측(도 1에 있어서의 상측)으로부터 다른 한쪽측(도 1에 있어서의 하측)을 향함에 따라 점차 확경하는 형상을 갖고 있다. 환언하면, 외주면(112)은, 흡입측의 단부로부터 토출측의 단부를 향함에 따라 점차 당해 외주면(112)의 외경이 커지는 형상을 갖고 있다. 외주면(112)은, 상기 한쪽측으로부터 상기 다른 한쪽측을 향함에 따라 회전축(310)에 근접하는 방향으로 볼록해지도록 만곡하는 형상을 갖고 있다.

배면(114)은, 축심 A와 직교하고 있다. 배면(114)은, 상기 다른 한쪽측(토출측)에 형성되어 있다. 배면(114)은, 평탄하게 형성되어 있다.

각 블레이드(120)는, 허브(110)의 외주면(112)에 형성되어 있다. 각 블레이드(120)는, 허브(110)의 외주면(112)의 한쪽측으로부터 다른 한쪽측을 향하여 연재하고 있다. 각 블레이드(120)는, 허브(110)의 회전 방향을 향하여 경도(傾倒)하고 있다. 복수의 블레이드(120)는, 복수의 제1 블레이드(120A)와, 복수의 제2 블레이드(120B)를 갖고 있다.

제1 블레이드(120A)는, 외주면(112)의 상기 한쪽측의 단부의 근방으로부터 상기 다른 한쪽측의 단부에 이르도록 연장되는 형상을 갖고 있다.

제2 블레이드(120B)는, 외주면(112) 중 지름 방향에 있어서의 중앙부로부터 상기 다른 한쪽측의 단부에 이르도록 연장되는 형상을 갖고 있다.

도 2에 나타나는 바와 같이, 각 블레이드(120)는, 정압면(122)과, 부압면(124)을 갖고 있다.

정압면(122)은, 블레이드(120) 중 축심 A 둘레에 있어서의 허브(110)의 회전 시에 정압이 되는 면이다.

부압면(124)은, 블레이드(120) 중 축심 A 둘레에 있어서의 허브(110)의 회전 시에 부압이 되는 면이다.

도 2 및 도 3에 나타나는 바와 같이, 허브(110)는, 외연부에, 복수의 정압면측부(116)와, 복수의 부압면측부(118)를 갖고 있다.

둘레 방향에 있어서의 정압면측부(116)의 길이 L1(도 2를 참조)은, 둘레 방향으로 서로 인접하는 한 쌍의 블레이드(120) 간의 거리 L2(도 2를 참조)의 절반 이하로 설정되어 있다. 각 정압면측부(116)는, 지름 방향에 있어서의 허브(110)의 외연부의 근방에 형성되는 것이 바람직하다.

각 부압면측부(118)는, 각 정압면측부(116)로부터 허브(110)의 둘레 방향을 따라 연장됨과 함께 각 블레이드(120)의 부압면(124)에 접하고 있다.

허브(110)는, 복수의 블레이드(120)의 정압면(122)과 부압면(124)의 사이에 있어서, 외주면(112)에 개구하는 두께 없음부(117)를 갖고 있다. 환언하면, 두께 없음부(117)는, 허브(110)의 외주면(112) 중, 둘레 방향으로 서로 인접하는 제1 블레이드(120A) 및 제2 블레이드(120B) 사이의 부위에 형성되어 있다. 두께 없음부(117)는, 블레이드(120)의 부압면(124)보다도 정압면(122)에 근접하여 형성되어 있다. 두께 없음부(117)는, 정압면측부(116)에만 형성되어 있다. 두께 없음부(117)는, 부압면측부(118)에는 형성되어 있지 않다. 본 실시 형태에서는, 각 두께 없음부(117)는, 외주면(112)으로부터 배면(114)으로 통하는 관통공으로 구성되어 있다. 즉, 본 실시 형태에서는, 두께 없음부(117)의 두께는, 제로이다. 관통공은, 축심 A와 평행한 방향으로 허브(110)를 관통하고 있다.

이상에 설명한 원심 압축기(1)가 구동되면, 허브(110) 중 토출측의 근방에서 또한 블레이드(120)의 부압면(124)과 접하는 부위가 원심력에 의해 상대적으로 고응력이 된다. 본 실시 형태의 임펠러(100)에서는, 상대적으로 고응력이 되는 부압면측부(118)의 두께가 확보되고, 또한, 상대적으로 저응력이 되는 정압면측부(116)의 두께가 부압면측부(118)의 두께보다도 작게 설정되어 있기 때문에, 임펠러(100)의 관성 모멘트의 저감과, 임펠러(100)로의 응력 분포의 불균일의 발생의 억제와의 쌍방이 달성된다.

예를 들면, 모든 블레이드(120)는, 서로 동일한 형상으로 형성되어도 좋다.

[실시 형태]

전술한 예시적인 실시 형태는, 이하의 실시 형태의 구체예인 것이 통상의 기술자에 의해 이해된다.

이 개시의 일 국면에 따른 원심 압축기는, 회전축과, 상기 회전축에 고정되어 있고 상기 회전축과 일체 회전하는 임펠러를 구비하는 원심 압축기로서, 상기 임펠러는, 상기 회전축의 한쪽측으로부터 다른 한쪽측을 향함에 따라 점차 확경하는 형상을 갖는 외주면과, 상기 다른 한쪽측에 형성된 배면을 갖는 허브와, 상기 허브의 상기 외주면에 형성된 복수의 블레이드를 구비하고, 상기 복수의 블레이드의 각각은, 상기 외주면의 한쪽측으로부터 다른 한쪽측을 향하여 연재하고, 상기 임펠러의 회전 시에 정압이 되는 정압면 및 부압이 되는 부압면을 갖고, 상기 허브는, 상기 복수의 블레이드의 상기 정압면과 상기 부압면의 사이에 상기 외주면에 개구하는 두께 없음부를 갖고, 상기 두께 없음부는, 상기 블레이드의 상기 부압면보다도 상기 정압면에 근접하여 형성되어 있다.

이 원심 압축기의 임펠러에서는, 상대적으로 고응력이 되는 허브의 부압측부의 두께보다도, 상대적으로 저응력이 되는 정압측부의 두께가 작기 때문에, 임펠러의 관성 모멘트의 저감과, 임펠러로의 응력 분포의 불균일의 발생의 억제와의 쌍방이 달성된다.

또한, 상기 두께 없음부는, 상기 외주면으로부터 상기 배면으로 통하는 관통공으로 구성되어 있는 것이 바람직하다.

이 실시 형태에서는, 임펠러의 관성 모멘트가 보다 저감되고, 또한, 임펠러의 회전 시에 당해 임펠러에 작용하는 스러스트 하중도 저감된다.

또한, 상기 허브의 둘레 방향에 있어서의 각 상기 두께 없음부의 길이는, 상기 둘레 방향에 있어서의 상기 정압면과 상기 부압면의 길이의 절반 이하인 것이 바람직하다.

또한, 상기 블레이드는, 상기 외주면의 한쪽측으로부터 다른 한쪽측을 향하여 연재하는 제1 블레이드와, 상기 외주면의 지름 방향에 있어서의 중앙부로부터 다른 한쪽측을 향하여 연재하는 제2 블레이드를 갖고, 상기 두께 없음부는, 상기 제1 블레이드의 상기 부압면보다도 상기 정압면에 근접하여 형성되어 있음과 함께, 상기 제2 블레이드의 상기 부압면보다도 상기 정압면에 근접하여 형성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 청구 범위에 의해 나타나고, 청구 범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

Claims

회전축과, 상기 회전축에 고정되어 있고 상기 회전축과 일체 회전하는 임펠러를 구비하는 원심 압축기로서,
상기 임펠러는,
상기 회전축의 한쪽측으로부터 다른 한쪽측을 향함에 따라 점차 확경하는 형상을 갖는 외주면과, 상기 다른 한쪽측에 형성된 배면을 갖는 허브와,
상기 허브의 상기 외주면에 형성된 복수의 블레이드를 구비하고,
상기 복수의 블레이드의 각각은,
상기 외주면의 한쪽측으로부터 다른 한쪽측을 향하여 연재(延在)하고, 상기 임펠러의 회전 시에 정압이 되는 정압면 및 부압이 되는 부압면을 갖고,
상기 허브는, 상기 복수의 블레이드의 상기 정압면과 상기 부압면의 사이에 상기 외주면에 개구하는 두께 없음부를 갖고,
상기 두께 없음부는, 상기 블레이드의 상기 부압면보다도 상기 정압면에 근접하여 형성되어 있는, 원심 압축기.
제1항에 있어서,
상기 두께 없음부는, 상기 외주면으로부터 상기 배면으로 통하는 관통공으로 구성되어 있는, 원심 압축기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 허브의 둘레 방향에 있어서의 각 상기 두께 없음부의 길이는, 상기 둘레 방향에 있어서의 상기 정압면과 상기 부압면의 길이의 절반 이하인, 원심 압축기.
제1항에 있어서,
상기 블레이드는, 상기 외주면의 한쪽측으로부터 다른 한쪽측을 향하여 연재하는 제1 블레이드와, 상기 외주면의 지름 방향에 있어서의 중앙부로부터 다른 한쪽측을 향하여 연재하는 제2 블레이드를 갖고,
상기 두께 없음부는, 상기 제1 블레이드의 상기 부압면보다도 상기 정압면에 근접하여 형성되어 있음과 함께, 상기 제2 블레이드의 상기 부압면보다도 상기 정압면에 근접하여 형성되어 있는, 원심 압축기.