(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の壁部分（７、１１）から成りうず巻き状流路（９）を備えたうず巻室（８）内に半径流羽根車（３）が配置され、この羽根車（３）が軸受ハウジング（１）内に駆動回転可能に支持された軸（２）上に置かれたハブ（４）を有し、ハブ（４）の外側輪郭とハブ（４）に対向位置するうず巻室（８）の内側壁部分（７）の外側輪郭とが、軸線方向から半径方向に転向された流路（９）を形成し、うず巻室（８）が軸受ハウジング（１）に固定されている流体機械において、羽根車（３）のハブ（４）の外側輪郭（６）に対向位置するうず巻室（８）の壁部分が、羽根車（３）の最大運動エネルギ、即ち、羽根車の質量慣性モーメントと最大角速度とに基づいて定められる運動エネルギを吸収するために、破壊した羽根車のために生ずる力（Ｆ）によって、うず巻室（８）の内部で軸線方向（ａ）に変位できるように形成され、前記羽根車（３）のハブ（４）の外側輪郭（６）に対向位置するうず巻室（８）の内側壁部分（７）が、うず巻室（８）の外側壁部分（１１）に破壊設定個所（１５）を介して結合され、その破壊設定個所（１５）が、エネルギ吸収中にうず巻室（８）と軸受ハウジング（１）との固定部（１６）が壊れる前に破壊するように設定されていることを特徴とする流体機械。
【請求項２】
羽根車（３）のハブ（４）の外側輪郭（６）に対向位置するうず巻室（８）の内側壁部分（７）が、うず巻室（８）の外側壁部分（１１）に大きく変形可能な軟らかいねじ（１４）によって結合されていることを特徴とする請求項１記載の流体機械。
【請求項３】
うず巻室（８）の内部における内側壁部分（７）の軸線方向変位距離が、破壊エネルギを求める計算式、即ち、前記軸線方向に変位する材料に作用する応力と伸びと、前記材料の容積とに基づいて求める計算式で定められ、その計算式によって、前記内側壁部分（７）の破壊エネルギが、羽根車（３）の吸収すべき最大運動エネルギと予め定められた安全係数との積と同じかそれより大きく定められていることを特徴とする請求項１記載の流体機械。
【請求項４】
予め定められた安全係数が１．２以上であることを特徴とする請求項３記載の流体機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の壁部分から成りうず巻き状流路を備えたうず巻室内に半径流羽根車が配置され、この羽根車が軸受ハウジング内に駆動回転可能に支持された軸上に置かれたハブを有し、ハブの外側輪郭とハブに対向位置するうず巻室の内側壁部分の外側輪郭とが、軸線方向から半径方向に転向された流路を形成し、うず巻室が軸受ハウジングに固定されている流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばターボ過給機の半径流圧縮機あるいはラジアルターボ過給機の半径流タービンのような流体機械の基本的な構成および作用は、既に知られているので、ここでは詳細に説明しない。即ち例えばドイツ特許第１９５０２８０８号明細書に、ターボ過給機の半径流圧縮機の形をした流体機械が記載されている。その場合、うず巻室の内部において、ハブと羽根との直径は流れ方向に増大し、羽根の外側輪郭は弓形をし、それに隣接しトーラス状に外側に湾曲したうず巻き流路壁の輪郭に相応している。そのうず巻室の通路壁はハブと共に、外側に転向された通路部分を画成し、この通路部分に羽根が組み入れられている。この半径方向外側に転向された通路部分に、うず巻き通路に開口する環状通路部分が連通している。
【０００３】
そのようにして通路幅にわたって異なった流れ方向が生ずる。その原因は、流れ通路の転向範囲において作用する遠心力にある。この遠心力により、流れはハブ側通路壁に、反対側のハウジング壁よりも強く接し、このために、空間的に異なった流れ分布が生じ、それに応じて、ハブ側に、その反対側よりも急角度の入口角が生ずる。非対称的な圧縮機流の反作用のために、周期的な横力が発生され、この横力は運転を荒くし、共振作用の際に、羽根車を破壊してしまう。羽根車が破壊すると、その破片がうず巻室から飛び出す。これは絶対に防止されなければならず、そのような破片からの防護は、今日においても実証されねばならない。このために今日において、羽根車を収容するうず巻室の外側に、補助防護装置を設けることが普通に行なわれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の流体機械を、破壊した羽根車の破片がうず巻室から飛び出ることを単純且つ安価な手段で防止し、うず巻室の外側に補助破壊防護装置を設ける必要がないように改良することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明に基づいて請求項１の特徴部分に記載の手段によって解決される。
【０００６】
羽根車のハブの外側輪郭に対向位置するうず巻室の壁部分が、羽根車の総合最大運動エネルギを吸収するために、破壊した羽根車のために生ずる力により、うず巻室の内部で軸線方向に変位できるように形成されていることによって、“衝撃緩衝領域”を備えたうず巻室が形成される。従って、破壊した羽根車の破片がそこからもはや飛び出ることはなくなる。
【０００７】
うず巻室の外側における補助破壊防止装置は省かれる。
【０００８】
羽根車のハブの外側輪郭に対向位置するうず巻室の内側壁部分が、うず巻室の外側壁部分に破壊設定個所を介して結合され、その破壊設定個所が、エネルギ吸収中にうず巻室と軸受ハウジングとの固定部が壊れる前に破壊するように設定されているか、及び／又は、内側壁部分が、うず巻室の外側壁部分に大きく変形可能な軟らかいねじによって結合されていることによって、損傷のないうず巻室が、破壊エネルギに由来する力に基づいて、軸受ハウジングから外れ、破片がうず巻室と軸受ハウジングとの間に生ずる隙間を通って飛び出すことが防止される。
【０００９】
特に、うず巻室の内部における内側壁部分の軸線方向変位距離が、破壊エネルギを求める計算式で定められ、その計算式によって、壁部分の破壊エネルギが、羽根車の吸収すべき最大運動エネルギと予め定められた安全係数との積と同じかそれより大きく定められていることによって、羽根車が破壊した際の流体機械の安全性は計算で求められ、従って完全な流体機械を破壊する経費のかかる破壊試験はもはや不要となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下において図に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１１】
図１には、半径流圧縮機の形をした本発明に基づく流体機械が部分縦断面図で示されている。
【００１２】
図１に示された形式の排気駆動過給機は、その長手方向中央部が軸受ハウジング１に支持されている軸２を有している。この軸２はその軸受から突出する片側軸端にタービンランナ（図示せず）を有し、反対側軸端に半径流圧縮機の羽根車３（概略的に図示）を有している。
【００１３】
この羽根車３は、タービンランナによって駆動される軸２上に固く結合されたハブ４を有している。このハブ４は外周面に半径方向に突出する羽根５が付けられている。ハブ４の外側輪郭６は、うず巻室８の内側壁部分７と共に、軸線方向から半径方向に転向され外側に向けて狭まる流路９を画成している。この流路９の横断面は羽根５の構成に相応している。羽根車３の中央横断面に対して非対称的な縦断面およびそれに応じて羽根車３の長さに関して増加する質量分布が生ずるように、ハブ４と羽根５との直径は入口から出口まで増加している。
【００１４】
半径方向外側に転向され、うず巻室８の内側壁部分７によって画成された流路９は、うず巻室８の外側壁部分１１によって画成されうず巻き通路１０に開口する環状通路１２に連通している。この環状通路１２には固定案内羽根車が設けられている。この案内羽根車の案内羽根１３はうず巻室８の外側壁部分１１に固定されている。
【００１５】
うず巻室８の内側壁部分７は、一方では大きく変形できる軟らかいねじ１４によって、他方では破壊設定個所１５によって、うず巻室８の外側壁部分１１に結合されている。この外側壁部分１１は、うず巻き通路１０および案内羽根１３付き環状通路１２を画成している。
【００１６】
うず巻室８自身は固定結合部１６によって軸受ハウジング１に固定されている。
【００１７】
うず巻室８、ないしはうず巻室８の外側壁部分１１に対して内側壁部分７を変位可能にする、変形可能なねじ１４、破壊設定個所１５および固定結合部１６は、要約すれば次の観点に基づいて実施されねばならない。
【００１８】
羽根車３を包囲する内側壁部分７ないしはその軸線方向変位性は、最大回転運転中における最大運動エネルギ、即ち、好適には１．２以上の安全係数を乗算した値を超える羽根車３の運動エネルギを、“衝撃緩衝領域”として吸収でき、即ち破壊するまでに吸収できるように設定されている。
【００１９】
そのために、うず巻室８の内側壁部分７は、羽根車３の破片によって与えられる軸線方向力Ｆの作用下において羽根車３の運動エネルギを吸収しながら軸線方向ａに変位できるように、外側壁部分１１に固定されている。
【００２０】
その場合、軸線方向に変位する材料の単位容積当たりの破壊エネルギＥbspは次式で計算される。
【数１】
0004880148.tif 000002
ここで、σは材料の応力、εは材料の伸びである。
【００２１】
羽根車の最大運動エネルギＥkinは次式で表される。
Ｅkin＝ＩP・（ω2／２）
ここで、ＩPは回転軸に関する羽根車の質量慣性モーメント、ωは羽根車の最大角速度である。
【００２２】
従って、破壊エネルギＥBは次式で得られる。
ＥB≧安全係数・Ｅkin（安全係数≧１．２）
ＥB＝容積・Ｅbsp
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく流体機械の部分縦断面図。
【符号の説明】
１    軸受ハウジング
２    軸
３    羽根車
４    ハブ
５    羽根車の羽根
６    ハブの外側輪郭
７    内側壁部分
８    うず巻室
９    流路
１０    うず巻き通路
１１    外側壁部分
１２    環状通路
１３    案内羽根
１４    変形可能なねじ
１５    破壊設定個所
１６    固定継手
Ｆ    力
ａ    変位方向
【図１】
0004880148.tif 000003