(57)【要約】【課題】  インペラとケーシングとの接触を確実に防止することができる遠心圧縮機を提供する。【解決手段】  遠心圧縮機１は、ケーシング２と、このケーシング２内に配設され、空気を圧縮する遠心式インペラ３とを備えている。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状のハブ部４を有し、このハブ部４の外周面には、ケーシング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。インペラ３のハブ部４には、インペラ３の前後方向に貫通し、インペラ３の背面側の高温高圧空気をインペラ３の前面側に導くための空気通路９が設けられている。空気通路９は、ハブ部４の前面に開口する環状の溝部１０と、ハブ部４の後面（背面）から溝部１０の底部まで延びるような複数の貫通孔１１とからなっている。【選択図】  図１
2010001868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、前記ケーシング内に回転可能に配設されたインペラとを備えた遠心圧縮機において、
前記インペラは、回転軸に一体に固定されたハブ部と、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、前記インペラの前面側から吸い込んだ空気を前記インペラの径方向外側に送り出すように構成されており、
前記ハブ部には、前記インペラの前後方向に貫通し、前記インペラの背面側の空気を前記インペラの前面側に導くための空気通路が設けられていることを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
前記空気通路は、前記ハブ部の前面に開口する溝部と、前記ハブ部の背面から前記溝部まで延びる貫通孔とを有することを特徴とする請求項１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、ケーシング内に回転可能に配設されたインペラを備えた遠心圧縮機に関するものである。
【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に記載されているように、略円錐状に形成されたハブに複数の翼をラジアル状に取り付けてなるインペラと、このインペラを収容するケーシングとを備えたものが知られている。
【特許文献１】特開２００６−９７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、インペラの回転時に生じる遠心力とインペラの背面側に存在する高温高圧空気とによって、インペラの空気出口部が前面側に変形してケーシングに接触するおそれがある。この不具合を解決するためには、インペラの空気出口部の変形量を予測し、インペラとケーシングとの隙間（チップクリアランス）が所定量となるようにインペラの位置を調整することが考えられる。しかし、インペラの背面部及び翼の形状、インペラの温度分布等は複雑であるため、インペラの変形量を予測してチップクリアランスを調整することは困難である。
【０００４】
本発明の目的は、インペラとケーシングとの接触を確実に防止することができる遠心圧縮機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ケーシングと、ケーシング内に回転可能に配設されたインペラとを備えた遠心圧縮機において、インペラは、回転軸に一体に固定されたハブ部と、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、インペラの前面側から吸い込んだ空気をインペラの径方向外側に送り出すように構成されており、ハブ部には、インペラの前後方向に貫通し、インペラの背面側の空気をインペラの前面側に導くための空気通路が設けられていることを特徴とするものである。
【０００６】
このような本発明の遠心圧縮機においては、インペラの背面側の高圧空気が空気通路を通ってインペラの前面側に導かれるため、インペラの背面圧力が低下するようになる。これにより、インペラの背面部近傍に位置するインペラの空気出口部がインペラの前面側に変形することが抑制されるため、インペラの空気出口部とケーシングとの接触を防止することができる。
【０００７】
好ましくは、空気通路は、ハブ部の前面に開口する溝部と、ハブ部の背面から溝部まで延びる貫通孔とを有する。
【０００８】
この場合には、インペラの背面側の高温空気が貫通孔を通って溝部に導入されるため、溝部内の温度が上昇し、熱膨張により溝部が広がり、これに伴ってインペラの空気出口部がインペラの背面側に移動するようになる。これにより、インペラの空気出口部とケーシングとの接触を一層防止することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、インペラとケーシングとの接触を確実に防止し、インペラの破損等を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係わる遠心圧縮機の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明に係わる遠心圧縮機の一実施形態の要部を示す概略断面図である。同図において、本実施形態の遠心圧縮機１は、ケーシング２と、このケーシング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。
【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状のハブ部４を有し、このハブ部４の外周面には、ケーシング２内に吸入された空気（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の前面には連結部６が固定され、この連結部６は軸受７を介してケーシング２に回転可能に支持されている。羽根５とケーシング２のシュラウド８との間には、所定の隙間（チップクリアランス）が設けられている。
【００１３】
このようなインペラ３が高速回転することで、主流空気がインペラ３の前面側から吸い込まれてインペラ３の径方向外側に送り出される。インペラ３の径方向外側には、インペラ３で作られた高速空気の速度エネルギーを圧力に変換して吐出するディフューザ（図示せず）が配置されている。インペラ３の背面は、ディフューザの出口と連通している。このため、インペラ３の背面側には、インペラ３から送り出された高温空気が高圧状態で存在することとなる。
【００１４】
インペラ３のハブ部４には、インペラ３の前後方向に貫通し、インペラ３の背面側の高温高圧空気をインペラ３の前面側に導くための空気通路９が設けられている。空気通路９は、ハブ部４の前面に開口する環状の溝部１０と、ハブ部４の後面（背面）から溝部１０の底部まで延びる複数の貫通孔１１とからなっている。溝部１０は、その底部から開口部までインペラ３の軸方向に略平行に延びている。貫通孔１１は、ハブ部４が略円錐状に形成されていることに対応して、ハブ部４の背面から環状溝１０までインペラ３の軸方向に対して斜めに延びている。
【００１５】
なお、ハブ部４に設ける溝部の形状としては、特に環状でなくても良い。例えば、ハブ部４の周方向に沿って延びる複数の溝部を設けると共に、各溝部に連通するように複数の貫通孔１１を設けても良い。
【００１６】
図２は、比較例として、従来一般の遠心式インペラを示す概略断面図である。図中、上記の遠心圧縮機１と同じ要素には、同じ符号を付してある。図２に示す遠心圧縮機５０では、インペラ３のハブ部４に上記の空気通路９が設けられていない。このような構造では、以下の不具合が発生する。
【００１７】
即ち、インペラ３の高速回転による遠心力とインペラ３の背面側に存在する高温高圧空気とによって、インペラ３の空気出口部３ｂが前側に変形してシュラウド８に接触することがある。これを回避するために、インペラ３の空気出口部３ｂの変形量を予測し、インペラ３とシュラウド８とのチップクリアランスが所定量となるようにインペラ３の位置を調整している。しかし、インペラ３の背面部及び羽根５の形状、インペラ３の温度分布等は複雑であるため、インペラ３の変形量を予測することは非常に難しい。このため、チップクリアランスの調整を行っても、インペラ３の空気出口部３ｂがシュラウド８に接触してしまう。また、インペラ３の空気出口部３ｂでは空気圧力（空気密度）が高いため、チップクリアランスばらつきの性能への感度が高く、微妙なチップクリアランスのばらつきが性能に大きく影響する。
【００１８】
また、インペラ３の背面側の高圧空気によってインペラ３の背面に加わる圧力（背面圧力）が高くなるため、インペラ３の前側にかかるスラスト力が高くなり、軸受７にダメージを与えてしまう。
【００１９】
これに対し本実施形態では、インペラ３のハブ部４に空気通路９を形成したので、以下のような作用効果が得られる。
【００２０】
即ち、インペラ３の背面側の高温空気が貫通孔１１を通って溝部１０に導入されるため、図３に示すように、溝部１０を形成するハブ部４の内壁面の温度が上昇し、ハブ部４の内壁面の熱膨張により溝部１０の開口側が広がる。従って、ハブ部４の前端部がインペラ３の径方向外側に変形し、これに伴ってインペラ３の空気出口部３ｂが後側に移動するようになる（矢印参照）。これに加え、インペラ３の背面側の高圧空気が貫通孔１１及び溝部１０を通ってインペラ３の前面側へ流れるため、インペラ３の背面圧力が低下し、インペラ３の空気出口部３ｂが前側に変形すること自体が抑制される。以上により、インペラ３の空気出口部３ｂがケーシング２のシュラウド８に接触することが防止されるため、インペラ８の破損等を防止することができる。また、インペラ３の空気出口部３ｂの前側への変形が抑制されるため、インペラ３とシュラウド８とのチップクリアランスの調整が不要となる。
【００２１】
このとき、ハブ部４の前端部がインペラ３の径方向外側に変形することに伴い、インペラ３の空気入口部３ａが同方向に変形するが、その変形メカニズムは単純であり計算に乗りやすいため、インペラ３の空気入口部３ａの変形量を容易に且つ精度良く予測することができる。また、インペラ３の空気入口部３ａでは、インペラ３の空気出口部３ｂに比べて空気圧力（空気密度）が相対的に低いため、チップクリアランスばらつきの性能への感度が低い。このため、チップクリアランスばらつきによる性能低下への影響が軽減され、量産時の性能ばらつきを小さくすることができる。従って、インペラ３の空気入口部３ａの変形による影響は極めて少ない。
【００２２】
さらに、インペラ３の背面側の高圧空気が貫通孔１１及び溝部１０を通ってインペラ３の前面側へ流入することで、インペラ３の背面圧力が低下するため、背面圧力によりインペラ３の前側にかかるスラスト力が減少する。従って、軸受７に与えるダメージが低減されるため、インペラ３をスムーズに高速回転させることができる。
【００２３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、インペラ３のハブ部４に溝部１０及び貫通孔１１からなる空気通路９を形成したが、特に溝部は設けずに、インペラ３の前後方向に貫通する孔部をハブ部４に形成するだけでも良い。この場合でも、インペラ３の背面側の高圧空気が当該孔部を通ってインペラ３の前面側へ流れるため、インペラ３の背面圧力の低下によってインペラ３の空気出口部３ｂの変形自体が抑制される。これにより、インペラ３とケーシング２との接触を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係わる遠心圧縮機の一実施形態の要部を示す概略断面図である。
【図２】比較例として従来一般の遠心式インペラを示す概略断面図である。
【図３】図１に示したインペラの背面側の高温高圧空気が空気通路を通ってインペラ３の前面側へ流れたときの状態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１…遠心圧縮機、２…ケーシング、３…インペラ、４…ハブ部、５…羽根、９…空気通路、１０…溝部、１１…貫通孔。
【図１】
2010001868.tif 000003
【図２】
2010001868.tif 000004
【図３】
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