(57)【要約】  【課題】  回転軸系への励振力の抑制を効果的に行える遠心圧縮機を提供する。  【解決手段】  主軸３と共に軸回転する羽根車４は、互いの内面間に流体の流路を形成するシュラウド５及びディスク６と、これら両者の内面間に設けられたプロファイル７と、より成り、ケーシング２におけるシュラウド５の外面５ａとの対向面２ａに規則的な凹凸を有する。この対向面２ａの凹凸は、主軸３を中心とした複数の放射状の突条１０が形成されて成る。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根車と一体の主軸がケーシング内で軸回転可能に支持されており、羽根車が主軸と共に軸回転することで流体を軸方向前方から吸入し昇圧しながら遠心方向へ送出する遠心圧縮機において、
羽根車は、互いの内面間に流体の流路を形成するシュラウド及びディスクと、このシュラウド及びディスクの内面間に設けられたプロファイルと、より成り、ケーシングにおけるシュラウドの外面との対向面に規則的な凹凸を有することを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
前記対向面の凹凸は、主軸を中心とした複数の放射状の突条が形成されて成ることを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
前記対向面の凹凸は、主軸を中心とした複数の渦巻状の突条が形成されて成ることを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項４】
前記対向面の凹凸は、多数の突起が形成されて成ることを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項５】
前記対向面の凹凸は、多数の穴が形成されて成ることを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項６】
前記対向面の凹凸は、蜂の巣状に穴が形成されて成ることを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項７】
更に、前記ケーシングにおける前記ディスクの外面との対向面に規則的な凹凸を有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主軸と共に軸回転する羽根車により、流体を軸方向前方から吸入し昇圧しながら遠心方向へ送出する遠心圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来一般の遠心圧縮機１は、図１０に示すように、外形がケーシング２より構成されており、このケーシング２内には、羽根車４が一体的に取り付けられた主軸３が軸受等によって軸回転可能に支持されている。羽根車４は、互いの内面間に流体の流路を形成するシュラウド５及びディスク６と、これら両者の内面間に設けられたプロファイル７とより成る。主軸３には駆動モータから軸回転の駆動力が与えられ、羽根車４は主軸３と共に軸回転する。そして、羽根車４の軸回転により、ケーシング２の吸込口から機内に流体が吸入され、羽根車４内すなわちシュラウド５及びディスク６両者の内面間へ軸方向前方から流入する。羽根車４内に流入した流体は、プロファイル７からの揚力及び遠心力によって昇圧されながら遠心方向へ送出され、最終的にケーシング２の吐出口より機外へ吐出される。なお図１０では、このような主たる流体の流れを白抜き矢印で示している。
【０００３】
ところで、このような遠心圧縮機１では、上記した主たる流体の流路を最大限に確保しつつ、ケーシング２内での羽根車４の円滑な軸回転を実現するために、羽根車４の周囲にはケーシング２の内面に対して隙間が形成されている。ここで、以下の説明の便宜上、シュラウド５の外面５ａと対向配置の関係にあるケーシング２の内面を第１の対向面２ａと称するとともに、そのシュラウド５の外面５ａとケーシング２の第１の対向面２ａとで形成される隙間を第１の隙間Ｓ１と称する。更に、ディスク６の外面６ａと対向配置の関係にあるケーシング２の内面を第２の対向面２ｂと称するとともに、そのディスク６の外面６ａとケーシング２の第２の対向面２ｂとで形成される隙間を第２の隙間Ｓ２と称する。
【０００４】
そして、第１の隙間Ｓ１内及び第２の隙間Ｓ２内には、当然に流体が存在するわけであるが、これらの隙間Ｓ１、Ｓ２の流体には羽根車４の軸回転に伴って必然的に旋回力が与えられるため、主軸３を中心とした流体の軸の回転方向と同じ方向の旋回流、いわゆるスワールが生じる。このようなスワールは、羽根車４へ軸振動に対して不安定な反力を与え、主軸３及び羽根車４を一体とした回転軸系の軸振動を助長する励振力を誘発する。特に、小型且つ軽量であってしかも高圧流体の大量な出力が要求される近年の遠心圧縮機１では、羽根車４の軸回転が高速となってスワールの旋回速度も速くなるため、これに追従してスワールによる励振力も増大する。この場合、励振力により回転軸系に不安定な軸振動がもたらされ、騒音の発生や各種部品の破損に至るおそれがある。
【０００５】
また、第１の隙間Ｓ１は羽根車４における主たる流体の流路の上下流端に開口しているため、その上下流端での主たる流体の圧力差により、第１の隙間Ｓ１には、図１０中実線矢印で示すように、羽根車４の下流端側となるシュラウド５の外面の外周縁側から主たる流体の一部が流入して、その内周縁側より羽根車４の上流端側へ流出し、主たる流体に再び合流するといういわゆるリサイクルフローが生じる。このようなリサイクルフローは、回転軸系の軸振動に伴って、径方向で対称となる位置の第１の隙間Ｓ１が互いに広狭逆に変動することから、そこでの局所的な流量が互いに大小逆に変動してしまい、その流量差の分羽根車４にはトルク変動が生じ、結果として羽根車４に不安定化力を与える。つまり、リサイクルフローもまた上記の励振力の要因となり、この励振力により回転軸系に不安定な軸振動がもたらされる。
【０００６】
このような励振力による問題に対して、従来の遠心圧縮機１では、第１の隙間Ｓ１への流体の入口であるシュラウド５の外周面５ｂと対向するケーシング２の内周面２ｃや、第２の隙間Ｓ２への流体の入口であるディスク６の外周面６ｂと対向するケーシング２の内周面２ｄに、複数の溝を刻設し、この溝の流体抵抗によって、第１の隙間Ｓ１や第２の隙間Ｓ２に流入する流体（リサイクルフロー）の旋回速度を低減し、結果としてスワールによる回転軸系への励振力を抑えるようにしている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−１７７６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記した従来の遠心圧縮機１におけるスワール低減用の溝は、第１の隙間Ｓ１や第２の隙間Ｓ２の流体入口での流体に対するスワール低減には有効であるものの、実際に第１の隙間Ｓ１内や第２の隙間Ｓ２内に存在する流体に対しては直接寄与するわけではない。従って、実質的には、スワールの低減が不十分となり、回転軸系への励振力の抑制を効果的に行えるとは言えない。
【０００８】
そこで本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、回転軸系への励振力の抑制を効果的に行える遠心圧縮機を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明による遠心圧縮機は、羽根車と一体の主軸がケーシング内で軸回転可能に支持されており、羽根車が主軸と共に軸回転することで流体を軸方向前方から吸入し昇圧しながら遠心方向へ送出する遠心圧縮機において、羽根車は、互いの内面間に流体の流路を形成するシュラウド及びディスクと、このシュラウド及びディスクの内面間に設けられたプロファイルと、より成り、ケーシングにおけるシュラウドの外面との対向面に規則的な凹凸を有する。これにより、羽根車が軸回転する際、シュラウドの外面とケーシングの第１の対向面とで形成される第１の隙間内に存在する流体に対し、第１の対向面における規則的な凹凸が直接且つ均一な流体抵抗となり、スワールの生成が抑制される。
【００１０】
ここで、実用性を踏まえると、前記対向面の凹凸は、主軸を中心とした複数の放射状の突条が形成されて成っていたり、主軸を中心とした複数の渦巻状の突条が形成されて成っていたりすることが好ましい。特にその第１の対向面の凹凸が渦巻状の突条である場合、第１の空間内に存在する流体に、リサイクルフローの流れとは逆向きの力を及ぼすことができるため、リサイクルフローの抑止も同時に実現できるという利点がある。
【００１１】
また、前記対向面の凹凸は、多数の突起が形成されて成っていたり、多数の穴が形成されて成っていたり、蜂の巣状に穴が形成されて成っていたりしてもよい。
【００１２】
これに加え、ディスクの外面とケーシングの第２の対向面とで形成される第２の隙間内に存在する流体に対してもスワールの抑制を図る目的で、更に、前記ケーシングにおける前記ディスクの外面との対向面に規則的な凹凸を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の遠心圧縮機によれば、第１の隙間内や第２の隙間内に存在する流体に対し、ケーシングの第１の対向面や第２の対向面における規則的な凹凸が直接且つ均一な流体抵抗となるため、スワールの生成を抑制でき、結果として回転軸系への励振力の抑制を効果的に行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳述する。先ず、本発明の第１実施形態である遠心圧縮機について説明する。図１は第１実施形態の遠心圧縮機の要部を示す縦断面図、図２はその遠心圧縮機のケーシングにおける羽根車との対向面を示す平面図である。なお、図中で図１０と同じ名称で同じ機能を果たす部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。後述する第２〜第４実施形態においても同様とする。
【００１５】
本実施形態では、図１及び図２に示すように、シュラウド５の外面５ａとケーシング２の第１の対向面２ａとで形成される第１の隙間Ｓ１において、ケーシング２における第１の対向面２ａには、軸回転する主軸３（羽根車４）を中心とした複数の放射状の突条１０が周方向に均一な間隔で形成されている。つまり、第１の対向面２ａは、規則的な凹凸を有する。なお、図２では、８つの突条１０が形成されているが、周方向に均一な間隔で配置される限り、その数に限定はない。ちなみに、このような第１の対向面２ａの凹凸は、ケーシング２が一般には鋳造品であることから、その製作用の鋳型に凹凸の形状を織り込むことで容易に製作できる。
【００１６】
このような構成にすれば、主軸３と共に羽根車４が軸回転する際、第１の隙間Ｓ１内に存在する流体に対し、第１の対向面２ａにおける規則的な凹凸（本実施形態では各突条１０）が直接且つ均一な流体抵抗となるため、スワールの生成が抑制される。その結果、回転軸系への励振力の抑制を効果的に行える。
【００１７】
また、このような第１の対向面２ａの構成に加え、ディスク６の外面６ａとケーシング２の第２の対向面２ｂとで形成される第２の隙間Ｓ２において、ケーシング２における第２の対向面２ｂにも、同様の放射状の突条１０を形成すると、第２の隙間Ｓ２内に存在する流体に対してもスワールの抑制を図ることができる点で有効である。
【００１８】
次に、本発明の第２実施形態について、図３を参照しながら説明する。本第２実施形態の特徴は、第１実施形態における突条１０の態様を変形し、更にリサイクルフローによる励振力の抑制も図った点にある。
【００１９】
本実施形態では、図３に示すように、ケーシング２における第１の対向面２ａの突条１０が、軸回転する主軸３を中心に渦巻状に形成されている。このような構成にしても、主軸３と共に羽根車４が軸回転する際、渦巻状の突条１０により、第１の隙間Ｓ１内に存在する流体に対し、スワールの生成が抑制されるし、併せてリサイクルフローの流れとは逆向きの力を及ぼすことができるため、リサイクルフローの抑止も同時に実現できる。その結果、回転軸系への励振力の抑制をより効果的に行える。なお図３では、羽根車４の回転方向を破線矢印で示している。
【００２０】
また、ケーシング２における第２の対向面２ｂにも、同様の渦巻状の突条１０を形成することが好ましい。第２の隙間Ｓ２内に存在する流体に対してもスワールを抑制できるからである。
【００２１】
次に、本発明の第３実施形態について、図４〜図６を参照しながら説明する。本第３実施形態の特徴は、第１実施形態におけるケーシング２の対向面の凹凸の態様を変形した点にある。
【００２２】
本実施形態では、図４〜図６に示すように、ケーシング２における第１の対向面２ａに、多数の突起１１が均一な配置で形成されている。このような構成にしても、主軸３と共に羽根車４が軸回転する際、第１の隙間Ｓ１内に存在する流体に対し、第１の対向面２ａにおける規則的な凹凸（本実施形態では各突起１１）が直接且つ均一な流体抵抗となるため、スワールの生成が抑制される。
【００２３】
また、第２の隙間Ｓ２内に存在する流体に対してもスワールを抑制する観点から、ケーシング２における第２の対向面２ｂにも、同様の突起１１を形成することが好ましい。
【００２４】
次に、本発明の第４実施形態について、図７〜図９を参照しながら説明する。本第４実施形態の特徴は、上記の第３実施形態と同様、第１実施形態におけるケーシング２の対向面の凹凸の態様を変形した点にある。
【００２５】
本実施形態では、図７〜図９に示すように、ケーシング２における第１の対向面２ａに、多数の穴１２が均一な配置で形成されている。このような構成にしても、主軸３と共に羽根車４が軸回転する際、第１の隙間Ｓ１内に存在する流体に対し、第１の対向面２ａにおける規則的な凹凸（本実施形態では各穴１２）が直接且つ均一な流体抵抗となるため、スワールの生成が抑制される。
【００２６】
また、第２の隙間Ｓ２内に存在する流体に対してもスワールを抑制する観点から、ケーシング２における第２の対向面２ｂにも、同様の穴１２を形成することが好ましい。
【００２７】
なお、第１の対向面２ａや第２の対向面２ｂの穴１２は、全体の集合として蜂の巣状に成っていても構わない。
【００２８】
その他本発明は上記の各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、遠心圧縮機における回転軸系への励振力の抑制に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態である遠心圧縮機の要部を示す縦断面図である。
【図２】第１実施形態の遠心圧縮機のケーシングにおける羽根車との対向面を示す平面図である。
【図３】本発明の第２実施形態である遠心圧縮機のケーシングにおける羽根車との対向面を示す平面図である。
【図４】本発明の第３実施形態である遠心圧縮機の要部を示す縦断面図である。
【図５】第３実施形態の遠心圧縮機のケーシングにおける羽根車との対向面を示す平面図である。
【図６】第３実施形態の遠心圧縮機のケーシングにおける羽根車との対向面の変形例を示す平面図である。
【図７】本発明の第４実施形態である遠心圧縮機の要部を示す縦断面図である。
【図８】第４実施形態の遠心圧縮機のケーシングにおける羽根車との対向面を示す平面図である。
【図９】第４実施形態の遠心圧縮機のケーシングにおける羽根車との対向面の変形例を示す平面図である。
【図１０】従来の遠心圧縮機の要部を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    遠心圧縮機
２    ケーシング
２ａ    ケーシングにおけるシュラウドの外面との対向面（第１の対向面）
２ｂ    ケーシングにおけるディスクの外面との対向面（第２の対向面）
３    主軸
４    羽根車
５    シュラウド
５ａ    シュラウドの外面
６    ディスク
６ａ    ディスクの外面
７    プロファイル
１０    突条
１１    突起
１２    穴
Ｓ１    シュラウドの外面とケーシングの対向面との隙間（第１の隙間）
Ｓ２    ディスクの外面とケーシングの対向面との隙間（第２の隙間）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006057487.tif 000009
【図８】
2006057487.tif 000010
【図９】
2006057487.tif 000011
【図１０】
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