(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インペラの背面に位置して該インペラの外径よりも大きく形成され且つハウジングとの間で圧縮空気の減速を行うディフューザ部を形成するシールプレートを備え、前記ディフューザ部に、圧縮空気を減速及び整流するための複数の翼部材を配設してなる遠心圧縮機のディフューザ構造において、
前記翼部材を、ハウジング側から張り出すハウジング側片持翼と、該ハウジング側片持翼に対向配置されるようシールプレート側から張り出すシールプレート側片持翼とから構成し、
前記ハウジング側片持翼の先端部とシールプレート側片持翼の先端部とにそれぞれ、互いに重なり合うオーバーラップ部を形成し、
前記オーバーラップ部を、テーパ面が互いに対向する楔形状としたことを特徴とする遠心圧縮機のディフューザ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心圧縮機のディフューザ構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、遠心圧縮機は、産業用ガス圧縮装置、ターボチャージャやジェットエンジン等に広く用いられている。
【０００３】
図７は従来における遠心圧縮機の一例を示す概要断面図であって、該遠心圧縮機は、ハウジング１内に、インペラディスク２ａに複数のインペラブレード２ｂを配設してなるインペラ２をロータ軸３を中心として回転自在に設けると共に、前記インペラ２のインペラディスク２ａ背面に位置して該インペラ２の外径よりも大きく形成され且つハウジング１との間で圧縮空気の減速を行うディフューザ部４を形成するシールプレート５を設け、該ディフューザ部４を形成するシールプレート５の外周部に、円環部材６に圧縮空気を減速及び整流するための複数の翼部材７を配設してなるディフューザ部材８を図示していない皿ネジ等によって取り付けてなる構成を有している。
【０００４】
図７に示される遠心圧縮機においては、ロータ軸３によりインペラ２が高速で回転駆動され、空気の圧縮が行われ、圧縮空気が前記ディフューザ部材８の翼部材７により減速及び整流されて吐出されるようになっている。
【０００５】
尚、遠心圧縮機のディフューザ構造の一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
【特許文献１】特開平５−７１４９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述の如き従来の遠心圧縮機では、前記ディフューザ部材８の翼部材７は、シールプレート５側から張り出す片持梁のような構造となっているため、固有振動数が低く、特に、流量の大きな遠心圧縮機では、前記翼部材７の張出し長さも長くなり、インペラ２通過による圧縮空気の励振周波数と前記翼部材７の固有振動数とが一致して該翼部材７が共振し、運転時の振動や騒音の原因になると共に、前記翼部材７自体の強度に影響を及ぼす虞があった。
【０００７】
本発明は、斯かる実情に鑑み、翼部材の固有振動数を大きくすることができ、インペラ通過による圧縮空気の励振周波数と前記翼部材の固有振動数との一致を避けて該翼部材の共振を防止し得、運転時の振動や騒音の発生を抑制し且つ前記翼部材自体への悪影響をも回避し得る遠心圧縮機のディフューザ構造を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、インペラの背面に位置して該インペラの外径よりも大きく形成され且つハウジングとの間で圧縮空気の減速を行うディフューザ部を形成するシールプレートを備え、前記ディフューザ部に、圧縮空気を減速及び整流するための複数の翼部材を配設してなる遠心圧縮機のディフューザ構造において、
前記翼部材を、ハウジング側から張り出すハウジング側片持翼と、該ハウジング側片持翼に対向配置されるようシールプレート側から張り出すシールプレート側片持翼とから構成し、
前記ハウジング側片持翼の先端部とシールプレート側片持翼の先端部とにそれぞれ、互いに重なり合うオーバーラップ部を形成し、
前記オーバーラップ部を、テーパ面が互いに対向する楔形状としたことを特徴とする遠心圧縮機のディフューザ構造にかかるものである。
【０００９】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１０】
前述の如く、翼部材を、ハウジング側から張り出すハウジング側片持翼と、該ハウジング側片持翼に対向配置されるようシールプレート側から張り出すシールプレート側片持翼とから構成すると、翼部材としてのハウジング側片持翼とシールプレート側片持翼はいずれも片持梁のような構造となっているが、ハウジング側片持翼の張出し長さとシールプレート側片持翼の張出し長さとがそれぞれ短くなることから、インペラ通過による圧縮空気の励振周波数と前記ハウジング側片持翼及びシールプレート側片持翼の固有振動数とが一致せず該ハウジング側片持翼及びシールプレート側片持翼が共振しなくなり、運転時の振動や騒音が発生しにくくなると共に、前記ハウジング側片持翼及びシールプレート側片持翼からなる翼部材自体の強度に影響を及ぼす心配がなくなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の遠心圧縮機のディフューザ構造によれば、翼部材の固有振動数を大きくすることができ、インペラ通過による圧縮空気の励振周波数と前記翼部材の固有振動数との一致を避けて該翼部材の共振を防止し得、運転時の振動や騒音の発生を抑制し且つ前記翼部材自体への悪影響をも回避し得るという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００１６】
図１及び図２は本発明を実施する形態の参考例であって、図中、図７と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図７に示す従来のものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図１及び図２に示す如く、ディフューザ部材８の翼部材７を、ハウジング１側から張り出すハウジング側片持翼７ａと、該ハウジング側片持翼７ａに対向配置されるようシールプレート５側から張り出すシールプレート側片持翼７ｂとから構成した点にある。
【００１７】
本図示例の場合、前記シールプレート側片持翼７ｂは、従来のディフューザ部材８の翼部材７（図７参照）と同様、ディフューザ部４を形成するシールプレート５の外周部に埋め込まれるように取り付けられる円環部材６に配設すると共に、前記ハウジング側片持翼７ａは、前記円環部材６と対向するハウジング１の位置に埋め込まれるように取り付けられる円環部材６´に配設し、前記ハウジング側片持翼７ａの先端部とシールプレート側片持翼７ｂの先端部は、図２に示す如く、突き合わせるようにしてある。尚、このときにできる隙間ｃは、極力小さくすることが望ましい。
【００１８】
次に、上記図示例の作用を説明する。
【００１９】
前述の如く、翼部材７を、ハウジング１側から張り出すハウジング側片持翼７ａと、該ハウジング側片持翼７ａに対向配置されるようシールプレート５側から張り出すシールプレート側片持翼７ｂとから構成すると、翼部材７としてのハウジング側片持翼７ａとシールプレート側片持翼７ｂはいずれも片持梁のような構造となっているが、ハウジング側片持翼７ａの張出し長さとシールプレート側片持翼７ｂの張出し長さとがそれぞれ短くなることから、インペラ通過による圧縮空気の励振周波数と前記ハウジング側片持翼７ａ及びシールプレート側片持翼７ｂの固有振動数とが一致せず該ハウジング側片持翼７ａ及びシールプレート側片持翼７ｂが共振しなくなり、運転時の振動や騒音が発生しにくくなると共に、前記ハウジング側片持翼７ａ及びシールプレート側片持翼７ｂからなる翼部材７自体の強度に影響を及ぼす心配がなくなる。
【００２０】
ここで、前記翼部材７（ハウジング側片持翼７ａ、シールプレート側片持翼７ｂ）を、図２に示す如く、高さｂ、張出し長さｌ、厚さｔのまっすぐな一様断面の片持梁として考えた場合、その固有振動数ｆrは、
【数１】
0005003325.tif 000002
但し、Ｅ：縦弾性係数［Ｎ／ｍ2］
Ｉ：断面二次モーメント［ｍ4］
Ａ：断面積［ｍ2］
ρ：密度［ｋｇ／ｍ3］
λr：振動モードによって定まる無次元係数
という式で表され、故に
【数２】
0005003325.tif 000003
となり、ｌを小さくすれば、固有振動数ｆrを大きくすることができる。
【００２１】
一方、幅Ｗのディフューザ部４における流路中央部には隙間ｃができる形となるが、該隙間ｃが前記幅Ｗのおよそ１％程度以下であれば、前記隙間ｃからの圧縮空気の漏れによる圧力損失は遠心圧縮機の性能を大きく低下させることはない。尚、前記幅Ｗが２０［ｍｍ］程度の遠心圧縮機の場合、前記隙間ｃはおよそ０．１［ｍｍ］程度に設定することが可能である。又、図４に示す如く、遠心圧縮機の中心軸からその半径方向へ延ばした任意の基準線をベースとして、該基準線と、翼部材７の基端を通る円との交点からの圧縮空気の流れの向きを、翼部材７に対する圧縮空気の流入角θとした場合、該圧縮空気の流入角θに対する損失係数は、流路中央部に隙間ｃができる本発明の翼部材７（図４に示す線図における実線参照）と、従来の翼部材７（図４に示す線図における破線参照）とでほとんど変化しないことが数値シミュレーションでも明らかとなっている。
【００２２】
因みに、［数２］式より、前記翼部材７の厚さｔを厚くしても固有振動数ｆrを大きくすることは可能であるが、前記翼部材７の厚さｔを厚くすると、圧縮空気の抵抗が増え、効率低下につながり、性能上不利となるため、好ましくない。又、前記翼部材７を片持ではなく両端固定とすれば、厚さｔを厚くせずに固有振動数ｆrを大きくすることは可能であるが、前記翼部材７を両端固定とするのは、製作が困難でコストアップにつながり、やはり好ましくない。
【００２３】
こうして、翼部材７の固有振動数を大きくすることができ、インペラ２通過による圧縮空気の励振周波数と前記翼部材７の固有振動数との一致を避けて該翼部材７の共振を防止し得、運転時の振動や騒音の発生を抑制し且つ前記翼部材７自体の強度への影響をも回避し得る。
【００２４】
図５は本発明を実施する形態の一例におけるハウジング側片持翼７ａとシールプレート側片持翼７ｂとの対向部分を示す断面図であって、図５中、図１及び図２と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１及び図２に示すものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図５に示す如く、前記ハウジング側片持翼７ａの先端部とシールプレート側片持翼７ｂの先端部とにそれぞれ、互いに重なり合うオーバーラップ部９を形成し、該オーバーラップ部９を、テーパ面１０が互いに対向する楔形状とした点にある。
【００２５】
図５に示す如く、前記ハウジング側片持翼７ａの先端部とシールプレート側片持翼７ｂの先端部とにそれぞれ、互いに重なり合うオーバーラップ部９を形成すると、前記ハウジング側片持翼７ａとシールプレート側片持翼７ｂの対向部分における隙間からの圧縮空気の漏れによる圧力損失を更に低減させることが可能となり、遠心圧縮機の性能低下防止に役立つ。
【００２６】
又、前記オーバーラップ部９は、前述の如くテーパ面１０が互いに対向する楔形状とする代わりに、図６に示す如く、切欠部１１が互いに嵌合するように対向する段付形状とすることもできる。
【００２７】
尚、本発明の遠心圧縮機のディフューザ構造は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明を実施する形態の参考例を示す概要断面図である。
【図２】本発明を実施する形態の参考例におけるハウジング側片持翼とシールプレート側片持翼との対向部分を示す断面図であって、図１のＩＩ−ＩＩ断面相当図である。
【図３】本発明を実施する形態の参考例における翼部材をまっすぐな一様断面の片持梁として考えた場合の斜視図である。
【図４】本発明を実施する形態の参考例における圧縮空気の流入角に対する損失係数を、従来例における損失係数と比較した線図である。
【図５】本発明を実施する形態の一例におけるハウジング側片持翼とシールプレート側片持翼との対向部分を示す断面図であって、図１のＩＩ−ＩＩ断面相当図である。
【図６】本発明を実施する形態の参考例におけるハウジング側片持翼とシールプレート側片持翼との対向部分の変形例を示す断面図であって、図１のＩＩ−ＩＩ断面相当図である。
【図７】従来における遠心圧縮機のディフューザ構造の一例を示す概要断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    ハウジング
２    インペラ
２ａ  インペラディスク
２ｂ  インペラブレード
３    ロータ軸
４    ディフューザ部
５    シールプレート
６    円環部材
６´  円環部材
７    翼部材
７ａ  ハウジング側片持翼
７ｂ  シールプレート側片持翼
８    ディフューザ部材
９    オーバーラップ部
１０    テーパ面
１１    切欠部
【図１】
0005003325.tif 000004
【図２】
0005003325.tif 000005
【図３】
0005003325.tif 000006
【図４】
0005003325.tif 000007
【図５】
0005003325.tif 000008
【図６】
0005003325.tif 000009
【図７】
0005003325.tif 000010