(57)【要約】遠心ロータ（２）は、長手方向軸（８）を有するハブ（１０）と、流体インレット（２０）、上流フランジ（１２）と呼ばれ、ハブ（１０）の周りに開口部（２２）を有する第１のフランジと、羽根（１６）により第１のフランジから離隔され、それにより、第１のフランジ（１２）により各々規定され、第２のフランジ（１４）および２つの羽根（１６）が流体インレット（２０）から外周アウトレット（２６）まで延びる、下流フランジ（１４）と呼ばれる第２のフランジとを備え、外周アウトレット（２６）の近くで、第１のフランジ（１２）が、ダクトに向かって凹区域（３２）を有し、第２のフランジ（１４）自体が、ダクトに向かって凸区域（３４）を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
-長手方向軸（８）を有するハブ（１０）と、
-流体インレット（２０）と、
-前記ハブ（１０）の周りに開口部（２２）を有する、上流の第１のフランジ（１２）と、
-羽根（１６）により前記第１のフランジから下流に離隔され、それにより、前記第１のフランジ（１２）によりそれぞれ画定されるチャネルを形成する、第２のフランジ（１４）であって、前記第２のフランジ（１４）および２つの羽根（１６）が、前記流体インレット（２０）から外周アウトレット（２６）まで延びる、第２のフランジ（１４）と
を備える、遠心ロータであって、
前記外周アウトレット（２６）の近傍において、前記第１のフランジ（１２）が、前記チャネルに向かって配向された凹区域（３２）を有し、前記第２のフランジ（１４）が、前記チャネルに向かって配向される凸区域（３４）を有することを特徴とする、
遠心ロータ（２）。
【請求項２】
前記第１のフランジ（１２）および前記第２のフランジ（１４）が、前記長手方向軸の周りに円形形状を有することを特徴とする、請求項１に記載の遠心ロータ。
【請求項３】
前記チャネルから出る前記第１のフランジ（１２）の前記凹領域に対する表面接線が、前記長手方向軸（８）に直交するラジアル平面と、１°〜４５°の角度を形成することを特徴とする、請求項１または２に記載の遠心ロータ。
【請求項４】
前記チャネルから出る前記第１のフランジの前記凹領域に対する前記表面接線が、前記長手方向軸に直交するラジアル平面と、１０°〜３０°の角度を形成することを特徴とする、請求項３に記載の遠心ロータ。
【請求項５】
前記チャネルから出る前記第２のフランジ（１４）の前記凸領域（３４）に対する表面接線（３６）が、前記長手方向軸（８）に直交するラジアル平面と、１°〜４５°の角度を形成することを特徴とする、請求項１〜４のうち一項に記載の遠心ロータ。
【請求項６】
前記チャネルから出る前記第２のフランジ（１４）の前記凸領域（３４）に対する前記表面接線（３６）が、前記長手方向軸（８）に直交するラジアル平面と、１０°〜３０°の角度を形成することを特徴とする、請求項５に記載の遠心ロータ。
【請求項７】
前記羽根（１６）が、前記第１のフランジ（１２）および／または前記第２のフランジ（１４）の外部に前記周縁部（Ｈ、Ｓ）まで延びることを特徴とする、請求項１〜６のうち一項に記載の遠心ロータ。
【請求項８】
前記第１のフランジ（１２）の前記チャネルに隣接する外側周辺（Ｓ）縁部の直径（Ｒｓ）が、前記第２のフランジ（１４）の前記チャネルに隣接する外側周縁部（Ｈ）の（Ｒｈ）よりも大きいことを特徴とする、請求項１〜７のうち一項に記載の遠心ロータ。
【請求項９】
請求項１〜８に記載の遠心ロータ（２）を備えることを特徴とする、遠心コンプレッサ。
【請求項１０】
請求項１〜８に記載の遠心ロータ（２）を備えることを特徴とする、遠心ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の技術分野は、流体圧縮、液体圧縮または気体圧縮の分野に関する。したがって、本発明は、所与の圧力からより高い圧力まで、液体の供給を可能にするポンプと気体の供給を可能にするコンプレッサの両方に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の圧力を高めるための多くの技術が存在する。一般的な技術は、応力が加えられた流体を遠心処理し、それにより、流体の圧力の増大を引き起こすことにある。この技術を実装する場合、関連する流体、環境（サイズなど）および所望の性能（圧縮率など）を含む多くのパラメータに応じて、多くの異なる構造のポンプおよびコンプレッサが存在する。以後、アキシャルディフューザに関連付けられた少なくとも１つの遠心ロータを備えるポンプおよびコンプレッサに焦点を当てる。
【０００３】
遠心ロータは、回転軸を有するロータである。遠心ロータは、回転軸に対して平行方向に流れる流体を圧縮するように設計され、圧縮された流体は、径方向外向きにロータから出る。圧縮された流体が軸方向に流れなければならない場合、１つの解決策は、ロータから出た流体が流れ方向を変えるように方向づけることである。この目的のために使用されるエレメントは、アキシャルディフューザと呼ばれる固定部品であり、圧縮された流体を方向づけるための少なくとも１つのダクトを有する。ダクトの下流端部、すなわちは、遠心ロータから遠隔にある端部は、圧縮された流体を向けたい方向にしたがって軸方向に配向される。アキシャルディフューザの目的は、流出流体をその後、約９０°回転させて、それにより、遠心ロータからの流出流体を軸方向に誘導することである。
【０００４】
文献ＦＲ２８７４２４１には、ラジアルディフューザを備えた切頭ブレードを使用する、高効率の遠心ロータが開示されている。ブレードのウェイクは、ディフューザの中を再び閉じ、他の隣接するブレードのウェイクとともに作動することによって、ディフューザ内で成層流を徐々に大きくする。したがって、本願出願人は、この文書においてディフューザを組み込んだロータを見い出す。非常に厚いブレードが、ロータの下側部分に配置されている。
【０００５】
ＵＳ１，４４７，９１６は、ディフューザを組み込んだロータの別の実施形態を示す。ディフューザは、ブレードを備えるロータ部分をもつ単一部品でも、あるいは、ブレードを備えるロータ部分に固定された別個の部品でもよい。しかしながら、羽根を図示しているすべての図において、羽根は、デバイスの一部の上のみに延び、（遠心ロータに対応する）デバイスの外周アウトプットまでは延びず、遠心ロータに対応する部分は、ディフューザから上流に完全に径方向のアウトレットを有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そのような構造の場合に直面する１つの技術的課題は、当該構造が圧縮された流体における圧力損失の源であるということである。実際には、流体が流れるときに、流体は圧力損失を受けるが、任意の方向変更を受けることを含めて、圧力損失が発見される導管に依存するこの圧力損失を流体が受けることが知られている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
流体自体の性質（特に、流体の粘性）に特に関係する圧力降下をなくすことは可能ではないが、本発明は、でこれらの損失をきる限り最小限に抑える手段を提供するものである。
【０００８】
したがって、発明の目的は、所与の圧縮段階について、この段階の性能を高めるために遠心ロータおよびアキシャルディフューザを備えることであり、すなわち、たとえば、所与のパワーについてより高い圧縮比を得ること、または、所与の圧縮について、ロータを回転させるために加える必要がある機械的パワーを低減することである。
【０００９】
このために、本発明は、
-長手方向軸を有するハブと、
-流体インレットと、
-ハブの周りに開口部を有する、上流の第１のフランジと、
-羽根により前記第１のフランジから下流に離隔され、それにより、第１のフランジにより各々規定されるチャネルを形成する、第２のフランジであって、第２のフランジおよび２つの羽根が、流体インレットから外周アウトレットまで延びる、第２のフランジと
を備える、遠心ロータを提案する。
【００１０】
本発明によれば、外周アウトレットの近傍において、第１のフランジは、チャネルに向かって配向された凹区域を有し、第２のフランジは、チャネルに向かって配向された凸区域を有する。
【００１１】
したがって、アウトレットチャネルに与えられた形態に起因して、ロータから上流のディフューザにおいて、軸方向流への遠心ロータ内の径方向流の移行が実行され、流体が方向を変えると、唐突な圧力の損失が制限される。
【００１２】
ロータの製造を単純にするために、第１のフランジおよび第２のフランジが長手方向軸の周りに円形形状を有するのが有利である。
【００１３】
たとえば、チャネルから出ている第１のフランジの凹領域に対する表面接線は、長手方向軸に直交するラジアル平面と、１°〜４５°の、好ましくは１０°〜３０°の角度を形成することが想定される。同様に、チャネルから出ている第２のフランジの凸領域に対する表面接線は、長手方向軸に直交するラジアル平面と、１°〜４５°の、好ましくは１０°〜３０°の角度を形成することが想定される。
【００１４】
本発明による遠心ロータにおいてより良好に流体を誘導するために、第１のフランジおよび／または第２のフランジの外周縁部まで羽根が延びることが有利である。
【発明の効果】
【００１５】
遠心ロータから出る流体を簡単に加速させるために、第１のフランジのチャネルに隣接する外周縁部の直径が、第２のフランジのチャネルに隣接する外周縁部よりも大きいことが有利である。したがって、遠心ロータのアウトレットに与えられた湾曲形状の外側に対応する、より大きい直径の縁部では、速度はより高くなる。これは、回転の外側に沿って進む経路が、回転の内側に沿って進む経路よりも大きいので好ましい。このようにすると、流体が次いで実質的に長手方向に動くときに、より均一な速度分布が促進される。
【００１６】
本発明はさらに、上述したように、遠心ロータを備える遠心コンプレッサおよび／または遠心ポンプに関する。
【００１７】
本発明の詳細および利点は、添付の図面を参照すると、以下の説明からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】コンプレッサ中に装着されるハーフロータの断面図とともに、先行技術の遠心ロータを示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による遠心ロータのための、図１と同様の図である。
【図３】本発明の第２の実施形態による、図１および図２と同様の図である。
【図４】図２の切断線ＩＶ−ＩＶに沿った斜視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
当業者は、ハウジング４、例えば、コンプレッサハウジングの内側に装着された図１の遠心ロータ２と、長手方向軸８を有するシャフト６とを認識するであろう。以下の説明は、作動しているエアコンプレッサ（または、より一般的には、ガス状流体コンプレッサ）を参照するが、本発明は、液体用のポンプにも適用され得る。
【００２０】
シャフト６により遠心ロータ２を回転させると、空気（または他のガス状流体）は、長手方向軸８に対して長手方向に遠心ロータ２へと引き込まれ、回転しながら遠心ロータ２中で混合流の動きの形態で駆動され、長手方向軸８に関して径方向に現れる。
【００２１】
遠心ロータ２は組み立てられた１つの部品であり、ハブ１０と、第１のフランジまたは上流フランジ１２と、第２のフランジまたは下流フランジ１４と、羽根１６とを含む。
【００２２】
ハブ１０は、シャフト６と遠心ロータ２との間の接続を可能にする。ハブ１０は、全体的に円形で円筒形の管状形状を有し、シャフト６にハブ１０を固定するための手段を備えている。たとえば、典型的には、長手方向スプラインもしくは溝、または他のタイプの接続を受けるために、ハブ１０およびシャフト６に長手方向の溝が設けられる。
【００２３】
下流フランジ１４は、ハブ１０に直接接続され、長手方向軸８に対して径方向に延びる。上流／下流方向は、遠心ロータ２中の空気流の方向に対して規定される。実際には、図１において（ならびに他の図において）、空気は、ロータの右側へと引き込まれ、次いで左側に長手方向に動き、その後、図の左側に向かって長手方向に戻って遠心ロータ２から出る前に、最終的に配向される径方向に駆動される。したがって、上流エレメントは、各図において下流エレメントの右側に配列される。
【００２４】
上流フランジ１２は、下流フランジ１４に面しており、羽根１６により下流フランジ１４に接続され、それにより、２つのフランジ間に空気のためのチャネルが規定される。したがって、空気は、フランジの内側表面と羽根との間に、遠心力により径方向に導入される。
【００２５】
上流フランジ１２は、ハブ１０までは延びておらず、そこから一定の距離を保っている。シーリングベアリング１８が、ハブ１０の前方に面している。遠心ロータ２の内側に向かって、フロントシーリングベアリング１８は、ハブ１０とともに、インレットチャンバ２０の上流に、環状開口部２２をもつインレットチャンバ２０を規定する。外部に向かって、フロントシーリングベアリング１８は、ハウジング４内の回転において遠心ロータ２の封止を生成することを可能にするように機械加工される。たとえば、たとえばラビリンスリング２４のような封止を、遠心ロータ２とハウジング４との間の接触面として使用することができる。各図を見ると分かるように、遠心ロータ２はまた、下流側にさらなるシーリングベアリング１８またはリアシーリングベアリングを含み、リアシーリングベアリング１８は、下流フランジ１４から延び、別のラビリンスリング２４を受ける。
【００２６】
上流フランジ１２と下流フランジ１４との間で空気を駆動するチャネルは各々、フランジの最大直径に、径方向に配向されたアウトレット２６（図１）を有する。次いで、空気は、ディフューザ２８に入り、その中で、径方向よりも長手方向に空気が流れるように誘導される。また、ディフューザ２８中のチャネル３０により、空気流の螺旋状の移動を、実質的に直線移動に変換することが可能になる。
【００２７】
図２および図４は、本発明による遠心ロータの第１の実施形態を示す。図面に示したように、図１における全体的な構造は、図２〜図４における全体的な構造と実質的に同じである。したがって、図１における参照符号は、同様の要素を指すために図２〜図４において使用される。したがって、遠心ロータ２が、長手方向軸８を有するシャフト６の周りに、ハウジング４中に回転可能に装着されていることが分かる。遠心ロータ２は、ハウジング４に対して封止され、したがって詳細には、ラビリンスリング２４（または他のタイプの封止）とともに作動するシーリングベアリング１８を介して封止されることが保証される。ハブ１０は、たとえば、図示されていないスプラインを用いて、ロータとシャフト６との間の接続を可能にする。遠心ロータ２は、羽根１６により相互接続された上流フランジ１２と下流フランジ１４とをさらに備える。上流フランジ１２は、ハブ１０とともに環状開口部２２のインレットチャンバ２０を規定するシーリングベアリング１８を有する。ここでも、遠心ロータ２が長手方向軸８の周りで回転すると、空気（または他の流体）は、螺旋上の遠心力による動きで圧縮されるように開口部２２を通して引き込まれ（縦方向吸気）、次いでやはり、任意選択でチャネルを備えるディフューザ２８内の長手方向に配向されることになる。
【００２８】
先行技術のロータと本発明による遠心ロータ２との間の相違は、本質的にはアウトプット２６にあり、すなわち、上流フランジ１２の最大直径を有する区域、下流フランジ１４の最大直径を有する区域、および羽根１６にある。
【００２９】
先行技術において知られているコンプレッサ（またはポンプ）の遠心ロータと比較して、本発明は、長手方向ディフューザに入る速度ベクトルが向上した遠心ロータ中の空気流（または他の流体）のためのアウトレットを提供することである。この目的のために、空気チャネルがアウトレット２６に近接した遠心ロータ２中でわずかに湾曲している（フランジと羽根によって規定される）ことが予期される。したがって、遠心ロータのアウトプットにおいて、湾曲の外側に向かう空気の速度を高めることを可能にする曲率が生成される。
【００３０】
図１の実施形態では、上流フランジ１２の内面および下流フランジ１４の表面は、実質的に平面であり（わずかに収束しており）、上流フランジ１２の内側表面は、アウトプット２６の近くに凹区域３２を有し、下流フランジ１４の内側表面は、アウトレット２６の近くに、凹区域３２に対向する凸区域３４を有することに留意されたい。
【００３１】
次いで、アウトレット２６における表面３６の下流フランジ１４の内側表面に対する接線を考察する場合、この表面は、実質的に円錐（長手方向軸８の円錐の軸線）であり、点線によって示された径方向平面と、角度αを形成する。図２の実施形態では、この角度は約１５度であり、図３の実施形態では約３０度である。好ましくは、この角度は、１０°〜４５°となる。先行技術の遠心ロータでは、図１により示されるように、この角度は実質的にゼロである。
【００３２】
図が分かりづらくなることを避けるために、上流フランジ１２の内側表面に対する表面接線は図示しなかった。ここでは、長手方向軸８の周りに、実質的に円錐表面が見られ、図示された径方向平面と、好ましくは４５°未満、たとえば、１０〜４５°の角度を形成する。
【００３３】
図４は、羽根１６が、下流フランジ１４の凸区域３４へと延びていることを示す。もちろん、羽根１６は同様に、上流フランジ１２の凹ゾーン３２へと延びる。好ましくは、この図４に示すように、羽根１６は、上流フランジ１２および下流フランジ１４の周縁部まで、すなわち、ロータのアウトプット２６まで延びる。
【００３４】
図３において、Ｈは、下流フランジ１４の内側表面の最大直径を有する線を表し、Ｓは、上流フランジ１２の内側表面の最大直径を有する線を表す。ＳおよびＨは、ＲｓおよびＲｈをそれぞれ半径とする、長手方向軸８上に中心がある円である。図３から明らかなように（図２にも見えているがわずかに不明瞭である）、Ｒｓ＞Ｒｈである。したがって、遠心ロータ２の外側の空気アウトレット表面上での平均速度が同じ場合、点Ｓの近傍の空気の周速度は、点Ｈの近くの空気の周速度よりも高い。これは、絶対接線速度にも当てはまる。空気は、（ロータの吐出「回転」の外部の）上流側部から加速され、それにより、ディフューザの実質的に長手方向セクションのインプットにおける速度をより均一にすることが可能になる。したがって、圧力の損失は、ディフューザ内でのみ低減され、したがって、デバイスの収率を高めることが可能になる。
【００３５】
このようにして、本発明による遠心ロータの形状は、径方向空気流から長手方向流へのより漸進的な遷移を可能にする。ディフューザの移行セクションを通る流体速度の分布は、より均一かつ規則的である。したがって、圧力降下が制限され、アキシャルディフューザ中への流れるにつれて径方向流から軸方向流へと流体が本質的に移行する時に、流体は、収率に関する利得が得られる。
【００３６】
遠心ロータ２中のチャネルは、流れが実質的に径方向である通路を有することに留意されたい。上流フランジの内側表面と下流フランジの内側表面とは各々、反転が反転している。上流フランジ１２の内側表面は、インレットチャンバ２０の近くに凸区域を有し、次いで、湾曲区域の後ろでハブ１０から延び、前記内側表面は、上述したように凹区域を有する。上流フランジ１４の内側表面は、インレットチャンバ２０の近くに凸区域を有し、次いで、湾曲区域の後ろでハブ１０から延び、前記内側表面は、上述したように凹区域を有する。チャネル中の流体の軌跡は、遠心ロータ２のフランジと羽根とによって規定され、したがって、曲線を有する。
【００３７】
湾曲したロータにおいてより良好に流体を誘導するために、羽根１６は、湾曲領域へと（すなわち、上流フランジの内側表面の凹区域および下流フランジの内側表面の凸区域まで）延び、好ましくは、アウトレット２６まで流体を誘導する。したがって、ブレード１６もまた湾曲している。ブレード１６は、好ましくは、インレットチャンバ２０から線Ｈおよび線Ｓまで、あるいは、たとえばこれらの線の周辺まで（これらの線の最小１０ｍｍまで）に延びる。
【００３８】
もちろん、本発明は、非限定的な例として、上述した好適な実施形態に点綴するものではないが、本発明はまた、当業者が想起し得る変形形態に関する。
【００３９】
また、以下の請求の範囲の枠組みに含まれる分野の専門家の範囲内で発見される実施形態に関する変形形態にも関する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2016522357.tif 000007
2016522357.tif 000008
2016522357.tif 000009
2016522357.tif 000010