(57)【要約】【課題】インペラの空気出口部とシュラウドとの接触を確実に回避できる遠心圧縮機を提供する【解決手段】遠心圧縮機１は、シュラウド２内に回転可能に配設されたインペラ３を具備し、インペラ３は、回転軸に固定されるハブ部４と、ハブ部４の外周面に周方向に沿って設けられた複数の羽根５とを有し、前面側から吸い込んだ空気を径方向外側に送り出すように構成されている。ここで、この遠心圧縮機１は、ハブ部４が、その前面４ａに開口する溝部１０を含み、溝部１０内には、径方向に膨張可能なリング１１が、その膨張で溝幅が拡がるように配置されている。よって、リング１１の膨張作用によりインペラ３を変形させ、当該インペラ３の空気出口部６をシュラウド２から離れる方向（背面側）へ変位させることができる。【選択図】図１
2010048188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シュラウド内に回転可能に配設されたインペラを具備する遠心圧縮機であって、
前記インペラは、回転軸に固定されるハブ部と、前記ハブ部の外周面に周方向に沿って設けられた複数の羽根とを有し、前面側から吸い込んだ空気を径方向外側に送り出すように構成され、
前記ハブ部は、その前面に開口する溝部を含み、
前記溝部内には、径方向に膨張可能な膨張体が、その膨張で溝幅が拡がるように配置されていることを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
前記膨張体は、前記溝部内の前面側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
前記溝部は、周方向に延在するように形成され、
前記膨張体は、リング形状を呈することを特徴とする請求項１又は２記載の遠心圧縮機。
【請求項４】
前記インペラの空気出口部の変形を検知するためのセンサを備え、
前記膨張体は、前記センサの検知結果に基づいて膨張するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載の遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の遠心圧縮機としては、例えば特許文献１記載のものが知られている。この遠心圧縮機では、回転軸に固定されるハブ部と当該ハブ部の外周面に設けられた複数の羽根とからなるインペラが、シュラウド内に回転可能に配設されている。
【特許文献１】特開２００３−２１４１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、上述した遠心圧縮機では、インペラ周辺のシュラウドを冷却空気で冷却することにより、インペラ及びシュラウドの熱変形を制御し、インペラの空気出口部とシュラウドとのクリアランス（以下、「チップクリアランス」という）を制御することが図られている。しかしながら、冷却空気でチップクリアランスを制御するのは困難であり、場合によっては、インペラの空気出口部が前面側に変形し、空気出口部とシュラウドとが接触してしまうおそれがある。
【０００４】
そこで、本発明は、インペラの空気出口部とシュラウドとの接触を確実に回避することができる遠心圧縮機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明に係る遠心圧縮機は、シュラウド内に回転可能に配設されたインペラを具備する遠心圧縮機であって、インペラは、回転軸に固定されるハブ部と、ハブ部の外周面に周方向に沿って設けられた複数の羽根とを有し、前面側から吸い込んだ空気を径方向外側に送り出すように構成され、ハブ部は、その前面に開口する溝部を含み、溝部内には、径方向に膨張可能な膨張体が、その膨張で溝幅が拡がるように配置されていることを特徴とする。
【０００６】
この遠心圧縮機では、ハブ部の溝部内に配置された膨張体の膨張作用により、溝部の溝幅が拡がるようにインペラを変形させ、インペラの空気出口部をシュラウドから離れる方向（背面側）へ変位させることができる。その結果、チップクリアランスを最適値に保つように精度よく制御でき、インペラの空気出口部とシュラウドとの接触を確実に回避することが可能となる。
【０００７】
ここで、膨張体の膨張作用によってインペラの空気出口部をシュラウドから離れる方向へ好適に変位させるため、次の構成が好ましい。すなわち、膨張体は、溝部内の前面側に配置されていることが好ましい。また、溝部は、周方向に延在するように形成され、膨張体は、リング形状を呈することが好ましい。
【０００８】
また、インペラの空気出口部の変形を検知するためのセンサを備え、膨張体は、センサの検知結果に基づいて膨張するように構成されていることが好ましい。この場合、インペラの空気出口部の変形を好適に把握することができ、かかる変形に応じて、インペラの空気出口部をシュラウドから離れる方向へ変位させることが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、チップクリアランスを最適値に保つように精度よく制御でき、インペラの空気出口部とシュラウドとの接触を確実に回避することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１１】
まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機の要部を示す概略断面図である。図１に示すように、本実施形態の遠心圧縮機１は、シュラウド２と、このシュラウド２内に配設され、空気を圧縮する遠心式羽根車（インペラ）３とを備えている。なお、図中においては、遠心圧縮機１が軸対称構造体であることから、断面において回転軸Ｇを介した一方側（図示上方側）のみを示している。
【００１２】
インペラ３は、回転軸（図示せず）に一体に固定された略円錐台状のハブ部４を有し、このハブ部４の外周面には、シュラウド２内に吸入された主流空気の流路を形成する複数の羽根５が周方向に等間隔に設けられている。ハブ部４は、シュラウド２に回転可能に支持されている。インペラ３の羽根５における空気出口部６（以下、単に「空気出口部６」いう）とシュラウド２との間には、所定量のチップクリアランスＳが設けられている。
【００１３】
このインペラ３では、回転軸Ｇ回りに高速回転されると、主流空気がインペラ３の前面側から吸い込まれ、インペラ３の径方向外側に高温高圧状態で送り出される。
【００１４】
ここで、インペラ３のハブ部４は、その前面４ａに開口する環状の溝部１０を有している。溝部１０は、その深さ方向がインペラ３の軸方向に略平行に延びるよう構成されている。この溝部１０は、インペラ３の背面側と非連通とされている。溝部１０内には、径方向に膨張可能なリング（膨張体）１１が配置されている。
【００１５】
図２（ａ）は、図１のリングを示す概略断面である。図２（ａ）に示すように、ここでのリング１１は、具体的には、リング形状の金属材からなる本体部１２と、当該本体部１２に埋設されニクロム線からなる通電部１３と、を含んで構成されている。これにより、リング１１にあっては、コントローラ１４（図１参照）から通電部１３を介して本体部１２に通電することで、かかる通電に応じた膨張量で膨張することとなる。
【００１６】
図１に戻り、このリング１１は、溝部１０内において前面４ａ側に位置している。そして、リング１１は、その膨張で溝幅が拡がるように、溝部１０内の対向する一対の内壁面１０ａ，１０ａに当接している。
【００１７】
以上に説明した遠心圧縮機１を用いる場合、まず、インペラ３の回転数に関する空気出口部６の変形量を、算出等により予め把握する。そして、インペラ３を回転軸Ｇ回りに回転する際、把握した変形量に基づく通電量の電力を、コントローラ１４からリング１１へ通電する。
【００１８】
これにより、リング１１が径方向に所定量膨張し、これに伴って溝部１０の溝幅が押し拡げられる。その結果、インペラ３が背面側に倒れるように変形し、空気出口部６がシュラウド２から離れるように所定量移動することとなる。
【００１９】
ところで、従来の遠心圧縮機では、インペラ３の回転による遠心力や、インペラ３の背面側に存在する高温高圧空気によって、インペラ３の空気出口部６が前側に変形してシュラウド２に接触することが懸念される。
【００２０】
この点、本実施形態では、上述したように、溝部１０内に配置されたリング１１の膨張作用によって、空気出口部６をシュラウド２から離れる方向（背面側）へ移動（変位）させることができる。従って、チップクリアランスを最適に保つよう精度よく制御することができ、空気出口部６とシュラウド２との接触を確実に回避することが可能となる。その結果、部分負荷を含む全ての運転条件にて、例えばチップクリアランスを最小に制御することが可能となり、インペラ３の効率を向上することができる。
【００２１】
また、本実施形態では、上述したように、リング１１が溝部１０内の前面４ａ側に配置されている。そのため、リング１１を所定量膨張させた場合、例えば溝部１０内の背面側にリング１１が配置されるときに比べて、空気出口部６が大きく変位する。よって、空気出口部６を好適に変位させることが可能となる。
【００２２】
また、本実施形態では、上述したように、リング形状の膨張体であるリング１１が環状の溝部１０に配置されている。つまり、膨張体及び溝部を環状としている。これにより、リング１１の膨張作用でインペラ３を背面側に倒れるよう好適に変形させ、空気出口部６がシュラウド２から離れる方向へ好適に変位させることができる。
【００２３】
また、本実施形態では、上述したように、溝部１０がインペラ３の背面側と非連通となっている。そのため、インペラ３の背面側の高温高圧空気が、溝部１０を介してインペラ３の前面側に流通することが少ない。よって、溝部１０が高温になり、その温度がインペラ３の前面側の部分に伝熱し、インペラ３が高温になるということを防止できる。その結果、インペラ３の材料強度及び耐久性の低下を抑制することが可能となる。
【００２４】
なお、本実施形態では、膨張体としてのリング１１を、本体部１２に通電部１３を埋設して構成したが、膨張体は、これに限定されるものではなく、径方向に膨張可能なものであれば、種々のものであってもよい。
【００２５】
例えば、図２（ｂ）に示すように、本体部１２と、当該本体部１２の径方向の一方側（図示上側）に設けられ径方向に伸縮する圧電素子１６と、を有するリング１７を、膨張体として構成してもよい。このリング１７は、コントローラ１４から圧電素子１６へ通電して当該圧電素子１６を伸縮させることで、通電に応じた膨張量で膨張する。
【００２６】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。ここでは、上記第１実施形態と異なる点を主に説明する。
【００２７】
図３は、本発明の第２実施形態に係る遠心圧縮機の要部を示す概略断面図である。図３に示すように、本実施形態の遠心圧縮機２０が、上記第１実施形態と異なる点は、センサ２１をさらに備えた点である。
【００２８】
センサ２１は、空気出口部６の変形を検知するためのものであり、シュラウド２において空気出口部６に近接する位置に設けられている。ここでのセンサ２１は、その先端部がシュラウド２から僅かに飛び出るようにシュラウド２内に配置された熱電対を用いている。このセンサ２１は、その先端部に空気出口部６が接触されて生じる摩擦熱による起電力を検知することで、空気出口部６とシュラウド２との接触を検知する。
【００２９】
このセンサ２１は、コントローラ１４に電気的に接続されている。これにより、コントローラ１４は、センサの検知結果に基づいてリング１１へ通電し、リング１１を膨張させる。
【００３０】
以上、本実施形態の遠心圧縮機２０では、インペラ３を回転軸Ｇ回りに回転する際、空気出口部６が変形して当該空気出口部６がセンサ２１の先端部に接触すると、センサ２１によって摩擦熱による起電力が検知される。そして、この起電力をトリガとして、起電力に応じた通電量の電力がコントローラ１４からリング１１へ通電される。これにより、リング１１が径方向に所定量膨張し、これに伴って溝部１０の溝幅が押し拡げられる。その結果、インペラ３が背面側に倒れるように変形し、空気出口部６がシュラウド２から離れるように所定量移動する。
【００３１】
従って、本実施形態においても、上記効果と同様の効果、すなわち、空気出口部６とシュラウド２との接触を確実に回避すると共に、チップクリアランスを最適に保つよう精度よく制御するという効果を奏する。
【００３２】
また、本実施形態では、上述したように、空気出口部６の変形を検知するためのセンサの検知結果に応じて、リング１１が通電され膨張される。よって、空気出口部６の変形を精度よく把握し、かかる変形に応じて空気出口部６を変位させることが可能となる。その結果、チップクリアランスを最適に保つよう一層精度よく制御することができる。
【００３３】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００３４】
例えば、上記実施形態では、センサ２１として、インペラ３との接触を感知する熱電対を用いたが、ギャップセンサを用いる場合もある。この場合、センサ２１は、空気出口部６とシュラウド２との間のチップクリアランスを電圧又は電荷に変換し、この変換した電圧又は電荷の量（信号値）をチップクリアランスとして検知する。そして、信号値が閾値のときをトリガとして、信号値に基づく通電量の電力をコントローラ１４からリング１１へ通電する。
【００３５】
なお、溝部及び膨張体の形状としては、特に環状でなくてもよく、例えば、周方向に沿って断続的に延在する複数の溝部及び膨張体としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機の要部を示す概略断面図である。
【図２】（ａ）は、図１のリングを示す概略断面であり、（ｂ）図１のリングの他の例を示す概略断面である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る遠心圧縮機の要部を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１，２０…遠心圧縮機、２…シュラウド、３…インペラ、４…ハブ部、４ａ…前面、５…羽根、１０…溝部、１０ａ…内壁面、１１，１７…リング（膨張体）、２１…センサ。
【図１】
2010048188.tif 000003
【図２】
2010048188.tif 000004
【図３】
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