(57)【要約】  遠心式ガス圧縮機又はポンプは、本体（２１１）と、ホイール軸（Ａ）の周りで本体（２１１）に回転自在に取り付けられるホイール（２１２）と、を含む。ホイール（２１２）はハブ（２１２０）と、ハブ（２１２０）に固定される一式のブレード（２１２１）とを有する。本体（２１１）は、ホイール（２１２）の周辺に配置されるディフューザー（２１１１）と、ハブ（２１２０）に対向して配置される流体用の吸入口（２１１０）とを有する。流体が吸入口からディフューザーへと循環するように、ブレード（２１２１）は、吸入口（２１１０）に対向する第１縁部（２１２１１）と、ディフューザー（２１１１）に対向する第２縁部（２１２１２）とを有する。第２縁部（２１２１２）は、ホイール軸（Ａ）の中心にあるブレード包囲シリンダ（Ｃ）の内部に位置する。ホイール（２１２）は、ホイールに固定され、かつ、ブレード包囲シリンダ（Ｃ）を越えて径方向に延在してディフューザー（２１１１）の壁を形成する歯付リング（２１２０１）を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心式ガス圧縮機又はポンプであって、
本体と、
ホイール軸の周りで前記本体に回転自在に取り付けられるホイールと、
を含み、
前記ホイールはハブと、前記ハブに取り付けられる一式のブレードとを有し、
前記本体は、前記ホイールの周辺に配置されるディフューザーと、前記ハブに対向して配置される流体用の吸入口とを有し、
流体が前記吸入口から前記ディフューザーへと循環するように、前記ブレードは、前記吸入口に対向する第１縁部と、前記ディフューザーに対向する第２縁部とを有し、
前記第２縁部は、前記ホイール軸の中心にあるブレード包囲シリンダの内部に位置し、
前記ホイールは、前記ホイールに取り付けられ、かつ、前記ブレード包囲シリンダを越えて径方向に延在して前記ディフューザーの壁を形成する、少なくとも１つのリングを有する、
圧縮機又はポンプ。
【請求項２】
前記本体は、前記ディフューザーの周りにボリュートを含む、請求項１に記載の圧縮機又はポンプ。
【請求項３】
前記リングは、前記圧縮機の前記本体のボアに遊挿され、かつ、その前記ディフューザー側の面がこのレベルにおける前記ボリュートの前記壁と同じ平面にあるように配置される、請求項２に記載の圧縮機又はポンプ。
【請求項４】
前記リングは前記ハブから延在する、請求項１から３のいずれか一項に記載の圧縮機又はポンプ。
【請求項５】
前記ホイールは、前記ブレードに取り付けられるカウルを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の圧縮機又はポンプ。
【請求項６】
前記リングは前記カウルから延在する、請求項５に記載の圧縮機又はポンプ。
【請求項７】
前記カウル及び前記ブレードは、一体化する、請求項４又は５に記載の圧縮機又はポンプ。
【請求項８】
前記リングは、前記ハブから延在する前記ホイールとの一体化を形成する、請求項４から７のいずれか一項に記載の圧縮機又はポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス状流体用遠心式圧縮機又は液体用ポンプなどの回転機に関する。特に、そのような機械の拡散システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心式圧縮機又はポンプなどの回転機は、産業界で広く利用され、特に、内燃機関の分野で利用されている。特段、同一のシャフト上で圧縮機に連結されるタービンは、ターボ圧縮機を形成するように使用される。タービンは、エンジンの排気ガスにより提供され、そして、外気を圧縮してエンジンに過給する圧縮機を駆動する。特定の圧縮機は、電気モータによって駆動される。
【０００３】
図６及び図７は、先行技術に従った遠心式の圧縮機１１を示す。圧縮機１１は、圧縮機本体１１１と、ホイール軸Ａの周りで圧縮機本体１１１に回転自在に取り付けられる回転部とを有する。回転部は、圧縮機本体１１１のベアリング１１３において、回転シャフト１１４に取り付けられる圧縮機ホイール１１２を含む。圧縮機ホイール１１２は、ハブ１１２０と、ハブに取り付けられる一式のブレード１１２１とを含む。圧縮機本体１１１は、ハブ１１２０に対向して配置され、かつ、吸入口１１１０を有する軸方向開口部も含む。圧縮機本体１１１は、圧縮機ホイール１１２の周りにボリュート１１１２を含む。ボリュート１１１２は、圧縮機ホイール１１２の周辺に配置される周辺開口部を含み、かつ、圧縮機ホイール１１２に対して接線方向に実質的に延在する吐出口１１１３につながる。周辺開口部は、ディフューザー１１１１と呼ばれる。軸方向開口部１１１０から、圧縮機ホイール１１２によって駆動されるディフューザー１１１１へとガスが循環するように、ブレード１１２１は、第１縁部１１２１１と、第２縁部１１２１２とを含む。第１縁部１１２１１は、前縁（ｌｅａｄｉｎｇ  ｅｄｇｅ）と呼ばれ、軸方向開口部１１１０に対向し、第２縁部１１２１２は、後縁（ｔｒａｉｌｉｎｇ  ｅｄｇｅ）と呼ばれ、ディフューザー１１１１に対向する。主に加速される圧縮機ホイール１１２によって機械的エネルギーをガスが受け、続いて、このようにして得られた運動エネルギーが、ボリュート内で圧力に変換されるように、ブレード１１２１の形状は研究される。
【０００４】
特定の圧縮機ホイールのバージョンは、カウルされ（ｃｏｗｌｅｄ）、これを行うために、ブレードに取り付けられるカウル（ｃｏｗｌ）を含み、その部分はガイド壁の部分に嵌合する。
【０００５】
同様の種類の機械は、もはやガス状ではなく液体状の流体に使用され得る。この場合、ポンプという用語が圧縮機に代わって使用され得る。
【０００６】
流体の粘度に関連した、ディフューザーの壁に沿う摩擦損失が大きくなるように、ディフューザーにおける流体の速度は、高速である。このレベルでは、流体の速度の接線成分（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）は、非常に高速であり、しばしば顕著である。本発明の目的は、これらの摩擦損失を低減させることである。
【発明の概要】
【０００７】
このような目標を踏まえ、本発明の目的は、遠心式ガス圧縮機又はポンプを提供することである。遠心式ガス圧縮機又はポンプは、本体と、ホイール軸の周りで本体に回転自在に取り付けられるホイールとを含む。ホイールは、ハブと、ハブに取り付けられる一式のブレードとを有する。本体は、ホイールの周辺に配置されるディフューザーと、ハブに対向して配置される流体の吸入口とを有する。流体が吸入口からディフューザーへと循環するように、ブレードは、軸方向開口部に対向する第１縁部と、ディフューザーに対向する第２縁部とを有する。第２縁部は、ホイール軸の中心にあるブレード包囲シリンダ（ｂｌａｄｅ−ｅｎｖｅｌｏｐｉｎｇ  ｃｙｌｉｎｄｅｒ）の内部に位置する。ホイールは、ホイールに取り付けられ、かつ、ブレード包囲シリンダを越えて径方向に延在してディフューザーの壁を形成する少なくとも１つのリングを有する。
【０００８】
リングのおかげで、ディフューザー領域は、ホイールと同じ速度で回転する壁を含む。流体とこの壁との平均速度の差異は、大きく軽減され、これにより、このレベルにおける摩擦損失を大幅に低減させることができる。従って、ディフューザーでは、流体の運動エネルギーにおける損失がより少なく、それ故、ボリュートの吐出口では、圧力の形態で供給されるエネルギーにおける損失がより少ない。ホイールが押圧力（ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｆｏｒｃｅｓ）を受けるということもわかり、その合力（ｒｅｓｕｌｔａｎｔ）は軸方向の力である。特に、ブレードを運ぶ（ｃａｒｒｙ）ホイールの面に行きわたる圧力は、概して、それに対向するものとは大きく異なる。ブレードの第１縁部を越えてリングを追加することから生じるこの面の大きさの変更も、この合力を変える。従って、特に、タービンホイール及び圧縮機ホイールが反対方向に軸方向の力を及ぼす、ターボ圧縮機の場合、この合力を調整することが可能である。
【０００９】
特定の方法で、リングは、圧縮機本体のボアに遊挿され、かつ、そのディフューザー側の面が、このレベルにおけるボリュートの壁と同じ平面にあるように、配置される。リングを出るガス流は、ボリュートの壁により、途切れることなく案内され続け、従って、負荷損失の発生を防ぐことができる。
【００１０】
追加的な特徴によれば、本体は、ディフューザーの周りにボリュートを含む。
【００１１】
一実施形態によれば、リングはハブから延在する。
【００１２】
特定の実施形態において、ホイールは、ブレードに取り付けられるカウルを含む。改良によれば、リングはカウルから延在する。従って、ディフューザー領域は、ホイールと同じ速度で回転する追加的な壁を有する。このリングは単一でよい。ハブの延長上にあるリングとの組み合わせにおいて、流体の流れと同じ速度で実質的に動く壁によって、流体の流れがこの領域に全体的に導かれ、従って、摩擦損失を大幅に削減することができる。押圧力のバランスは、ハブの延長上にあるリングとの構成のバランスに対向する方向に作用され得る。
【００１３】
特定の方法で、カウル及びブレードは一体化する。
【００１４】
他の配置によれば、ハブの延長上のリング及びホイールは、一体化する。従って、ホイールは高い機械的強度を備える。製造では、製造技術におけるわずかな変更のみが求められる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
以下の説明を読むことにより、本発明はより良く理解され、本発明の他の特徴及び利点も明白になるだろう。説明は、添付の図面を参照して行われる。
【図１】本発明の第１の実施形態に従った、圧縮機の機能を果たす機械の縦断面図である。
【図２】図１の詳細な図ＩＩである。
【図３】本発明に従った、タービン及び圧縮機を含むターボ圧縮機の縦断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に従った圧縮機ホイールに関する図２と同様の図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に従った圧縮機ホイールに関する図２と同様の図である。
【図６】先行技術に従った遠心式圧縮機に関する図７の線ＶＩ−ＶＩにおける、縦断面図である。
【図７】圧縮機の図であり、本体は図６の線ＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面図で図示される。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１及び図２などに図示するような、本発明の第１の実施形態に従った圧縮機２１は、圧縮機本体２１１と、ホイール軸Ａの周りで圧縮機本体２１１に回転自在に取り付けられる回転部とを含む。回転部は、圧縮機本体２１１のベアリングで回転シャフト２１４に取り付けられる圧縮機ホイール２１２を含む。圧縮機ホイール２１２は、ハブ２１２０と、ハブ２１２０に取り付けられる一式のブレード２１２１とを有する。圧縮機本体２１１は、ハブ２１２０に対向して配置され、かつ、吸入口２１１０を有する軸方向開口部も含む。圧縮機本体２１１は、圧縮機ホイール２１２の周りにボリュート２１１２を含む。ボリュート２１１２は、ディフューザー２１１１を形成する周辺開口部を含む。ディフューザー２１１１は、圧縮機ホイール２１２の周辺に配置され、かつ、圧縮機ホイール２１２に対して接線方向に実質的に延在する吐出口２１１３に通じる。ブレード２１２１は、ガス吸入口に対向する第１縁部２１２１１と、ディフューザー２１１１に対向する第２縁部２１２１２とを含む。吸入口２１１０から、圧縮機ホイール２１２によって駆動されるディフューザー２１１１へと、ガスは循環する。ホイールによって供給されるエネルギーを用いて圧縮機ホイール２１２を通過するときに、ガスが加速するように、ブレード２１２１の形状が研究される。第２縁部２１２１２は、ホイール軸Ａに対して実質的に平行に延在し、かつ、ブレード包囲シリンダＣと呼ばれる仮想のシリンダに含有される。
【００１７】
本発明に従って、ハブ２１２０は、リング２１２０１の形態の仮想のブレード包囲シリンダＣを越えて延在する。従って、リング２１２０１は、その側部のうちの１つにあるディフューザー２１１１の範囲を定める。リング２１２０１は、圧縮機本体２１１のボア２１１４に遊挿され、かつ、そのディフューザー２１１１側の面が、このレベルにおけるボリュート２１１２の壁と同じ平面にあるように、配置される。
【００１８】
実施において、図示しないが、回転シャフト２１４は、駆動手段によって、毎分２００，０００回転よりも速い速度で回転駆動される。ガス流が、ガスの吸入口２１１０と吐出口２１１３との間で確立される。ホイールの吐出口におけるガスの速度は、ブレードの第２縁部で、動径成分（ｒａｄｉａｌ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）よりも概ね速い接線成分を有する。リングとガス流との間の相対速度は、本質的に動径成分であり、それ故、先行技術に従ったディフューザーの固定壁に対するガス流の速度よりもはるかに遅い。回転自在の壁に沿った摩擦に関する損失は、固定壁の場合か、あるいは、ガスの速度が支配的な接線成分を有する特定の動作モードの場合と比較すると、実質的に半分になる、ということが分かる。
【００１９】
図３に図示する一実施形態において、本発明に従って、ターボ圧縮機は、タービン３０及び圧縮機３１を含む。タービン３０のタービンホイール３０２と圧縮機３１のホイール３１２とは、同じシャフト３２に取り付けられ、シャフト３２は、圧縮機本体３１１と、タービン本体３０１との間に配置されるベアリング３３を用いて、回転自在に取り付けられる。ベアリング３３は、本実施例において、２つのボールベアリングにより形成される。
【００２０】
タービン３０は、タービン本体３０１と、ホイール軸Ａの周りで回転自在にタービン本体３０１に取り付けられる回転部とを含む。回転部は、ハブ３０２０と、ハブ３０２０に取り付けられる一式のブレード３０２１とを有する、タービンホイール３０２を含む。タービン本体３０１は、タービンホイール３０２の周りにタービンボリュート３０１２を含む。タービンボリュート３０１２は、吸入口３０１３を含む。吸入口３０１３は、接線方向に実質的に延在し、かつ、タービンホイール３０２の周辺に配置されるノズル３０１１につながる。タービン本体３０１は、ハブ３０２０に対向して配置され、かつ、ガスのための吐出口３０１０として機能する軸方向開口部も含む。ブレード３０２１とタービン本体３０１との間に小さな空間だけを残すように、タービン本体３０１は、タービンホイール３０２のブレード３０２１に対向するガイド壁３０１４を含む。ノズル３０１１の目的は、吸入口３０１３によってタービンボリュート３０１２に入るガスを導いて、適切な方向及び速度を有するタービンホイール３０２のブレード３０２１に向かせることである。ガスが、タービンホイール３０２を通過することによって減圧され、かつ、エネルギーをそれに蓄積するように、ブレード３０２１の形状は研究される。
【００２１】
圧縮機３１に関する方法と同様の方法で、タービンホイール３０２は、ハブ３０２０からブレード包囲シリンダＣ’を越えて延在するリング３０２０１を含む。リング３０２０１は、ノズル３０１１の壁のうちの１つを形成する。
【００２２】
第３の実施形態によれば、図４に図示するように、圧縮機のホイール４０２はカウル４０２２も含む。カウル４０２２は、ブレード４０２１に取り付けられ、かつ、公知の技術に従って、カウルとハブ４０２０との間にガスを導く。カウル４０２２は、ブレード４０２１との一体化を形成するが、他の手段によって取り付けられることもできる。本発明に従って、ハブを延長するリング４０２０１に対向する第２リング４０２２０によって、カウルは延長される。従って、ディフューザー４０１１は、その範囲を定め、かつ、摩擦損失を制限するように回転自在な２つの壁を含む。
【００２３】
第４の実施形態によれば、図５に図示するように、圧縮機のホイール５０２は、固定されたカウル５０２２もブレード５０２１に含むが、ホイール５０２の最周辺部だけに含む。カウル５０２２は、ブレード５０２１との一体化を形成するが、他の手段によって取り付けられることもできる。本発明に従って、カウルは、第２リング５０２２０によって延長され、第２リング５０２２０はハブを延長するリング５０２０１に実質的に平行である。従って、ディフューザー５０１１は、その範囲を定め、かつ、摩擦損失を制限するように回転自在な２つの壁を含む。
【００２４】
本発明は、単なる実施例として上記で説明した実施形態に限定されない。リングは、カウルのみを備えることができる。機械は、ガス状流体に代わって、液体を循環させることができる。
【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】
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【国際調査報告】
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