(57)【要約】【課題】インペラ外周面とシールプレートとの間の隙間からインペラの背面側への圧縮空気の流入を防いで、該インペラの背面側での圧縮空気の密度を低下させ、インペラの高速回転による空気に対する摩擦熱の発生を抑え、インペラの温度低下を図り得る遠心圧縮機を提供する。【解決手段】インペラ２の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ディフューザ部４を形成するシールプレート５を備えた遠心圧縮機において、前記インペラ２外周面とシールプレート５との間に、インペラ２の背面側への圧縮空気の流入を抑え該インペラ２の背面側での圧縮空気の密度を低下させインペラ２の回転に伴うその背面側における空気に対する摩擦熱の発生を減少させるためのシール手段７を設ける。【選択図】図１
2009019564.tif 000002
【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ディフューザ部を形成するシールプレートを備えた遠心圧縮機において、
前記インペラ外周面とシールプレートとの間に、インペラの背面側への圧縮空気の流入を抑え該インペラの背面側での圧縮空気の密度を低下させインペラの回転に伴うその背面側における空気に対する摩擦熱の発生を減少させるためのシール手段を設けたことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
前記インペラ外周面に対向するシールプレート内周面と、該シールプレート内周面に対向するインペラ外周面との少なくとも一方に、複数のシールフィンを突設してラビリンスシールを形成することにより、前記シール手段を構成した請求項１記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
前記インペラ外周面に対向するシールプレート内周面と、該シールプレート内周面に対向するインペラ外周面とのいずれか一方に、複数のシールフィンを突設してラビリンスシールを形成すると共に、前記インペラ外周面に対向するシールプレート内周面と、該シールプレート内周面に対向するインペラ外周面とのいずれか他方に、前記シールフィンが接触して食い込み可能なコーティングを施してアブレイダブルシールを形成することにより、前記シール手段を構成した請求項１記載の遠心圧縮機。
【請求項４】
前記インペラ外周面に対向するシールプレート内周面と、該シールプレート内周面に対向するインペラ外周面とのいずれか一方に、複数のシールフィンを突設してラビリンスシールを形成すると共に、前記インペラ外周面に対向するシールプレート内周面と、該シールプレート内周面に対向するインペラ外周面とのいずれか他方に、前記シールフィンが接触して食い込み可能なハニカムを装着してハニカムシールを形成することにより、前記シール手段を構成した請求項１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、遠心圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、遠心圧縮機は、産業用のガス圧縮装置、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４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ディフューザ部４を形成するシールプレート５を設け、前記ロータ軸３外周面に対向するシールプレート５内周面に、複数のシールフィン６ａを突設しラビリンスシール６を形成してなる構成を有している。尚、前記ラビリンスシール６はピストンリングタイプシールやカーボンシールなど他のシールでも良い。
【０００４】
図４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るようになっている。
【０００５】
尚、遠心圧縮機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４−３６５９９７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、前記インペラ２外周面とシールプレート５との間の隙間からインペラ２の背面側へ高圧・高密度の圧縮空気の一部が流入し、インペラ２の高速回転によりその背面側において空気に対する摩擦熱が発生し、該摩擦熱がインペラ２に伝わって該インペラ２の温度上昇が引き起こされることが従来から知られている。
【０００７】
本発明は、斯かる実情に鑑み、インペラ外周面とシールプレートとの間の隙間からインペラの背面側への圧縮空気の流入を防いで、該インペラの背面側での圧縮空気の密度を低下させ、インペラの高速回転による空気に対する摩擦熱の発生を抑え、インペラの温度低下を図り得る遠心圧縮機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ディフューザ部を形成するシールプレートを備えた遠心圧縮機において、
前記インペラ外周面とシールプレートとの間に、インペラの背面側への圧縮空気の流入を抑え該インペラの背面側での圧縮空気の密度を低下させインペラの回転に伴うその背面側における空気に対する摩擦熱の発生を減少させるためのシール手段を設けたことを特徴とする遠心圧縮機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】
インペラ外周面とシールプレートとの間に設けたシール手段により、インペラの背面側へ圧縮空気の一部が流入しにくくなり、該インペラの背面側での圧縮空気の密度が低下し、インペラが高速回転してもその背面側において空気に対する摩擦熱が発生しにくくなり、該摩擦熱によるインペラの温度上昇が抑制される。
【００１１】
前記遠心圧縮機においては、前記インペラ外周面に対向するシールプレート内周面と、該シールプレート内周面に対向するインペラ外周面との少なくとも一方に、複数のシールフィンを突設してラビリンスシールを形成することにより、前記シール手段を構成することができる。
【００１２】
又、前記遠心圧縮機においては、前記インペラ外周面に対向するシールプレート内周面と、該シールプレート内周面に対向するインペラ外周面とのいずれか一方に、複数のシールフィンを突設してラビリンスシールを形成すると共に、前記インペラ外周面に対向するシールプレート内周面と、該シールプレート内周面に対向するインペラ外周面とのいずれか他方に、前記シールフィンが接触して食い込み可能なコーティングを施してアブレイダブルシールを形成することにより、前記シール手段を構成することもできる。
【００１３】
更に又、前記遠心圧縮機においては、前記インペラ外周面に対向するシールプレート内周面と、該シールプレート内周面に対向するインペラ外周面とのいずれか一方に、複数のシールフィンを突設してラビリンスシールを形成すると共に、前記インペラ外周面に対向するシールプレート内周面と、該シールプレート内周面に対向するインペラ外周面とのいずれか他方に、前記シールフィンが接触して食い込み可能なハニカムを装着してハニカムシールを形成することにより、前記シール手段を構成することもできる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の遠心圧縮機によれば、インペラ外周面とシールプレートとの間の隙間からインペラの背面側への圧縮空気の流入を防いで、該インペラの背面側での圧縮空気の密度を低下させ、インペラの高速回転による空気に対する摩擦熱の発生を抑え、インペラの温度低下を図り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は本発明を実施する形態の第一例であって、図中、図４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４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に示す如く、インペラ２の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ディフューザ部４を形成するシールプレート５を備えた遠心圧縮機において、前記インペラ２外周面とシールプレート５との間に、インペラ２の背面側への圧縮空気の流入を抑え該インペラ２の背面側での圧縮空気の密度を低下させインペラ２の回転に伴うその背面側における空気に対する摩擦熱の発生を減少させるためのシール手段７を設けた点にある。
【００１７】
本図示例の場合、前記インペラ２外周面に対向するシールプレート５内周面に複数のシールフィン８ａを突設してラビリンスシール８を形成することにより、前記シール手段７を構成してある。
【００１８】
尚、前記インペラ２外周面に対向するシールプレート５内周面の代わりに、該シールプレート５内周面に対向するインペラ２外周面に、複数のシールフィン８ａを突設してラビリンスシール８を形成することにより、前記シール手段７を構成したり、或いは、前記インペラ２外周面に対向するシールプレート５内周面と、該シールプレート５内周面に対向するインペラ２外周面との両方に、複数のシールフィン８ａを交互に突設してラビリンスシール８を形成することにより、前記シール手段７を構成することもできる。
【００１９】
次に、上記図示例の作用を説明する。
【００２０】
インペラ２外周面とシールプレート５との間に設けたシール手段７により、インペラ２の背面側へ圧縮空気の一部が流入しにくくなり、該インペラ２の背面側での圧縮空気の密度が低下し、インペラ２が高速回転してもその背面側において空気に対する摩擦熱が発生しにくくなり、該摩擦熱によるインペラ２の温度上昇が抑制される。
【００２１】
因みに、回転する前記インペラ２のインペラディスク２ａでの発熱量Ｌ（≒摩擦動力）は、
Ｌ＝１／２・Ｃm・ρ・ω3・ｒ5
Ｃm ：トルク係数
ρ ：空気密度
ω ：インペラディスク２ａの回転角速度
ｒ ：インペラディスク２ａの半径
という式で計算され、シール手段７の通過前後で空気の圧力は低下するが、温度はあまり変化しないので、空気密度ρが圧力に対し比例的に低下し、このとき、インペラディスク２ａの回転角速度ωと半径ｒは変化せず、トルク係数Ｃmもあまり変化しないので、空気密度ρが下がれば発熱量も下がる。
【００２２】
こうして、インペラ２外周面とシールプレート５との間の隙間からインペラ２の背面側への圧縮空気の流入を防いで、該インペラ２の背面側での圧縮空気の密度の上昇を抑制し得、インペラ２の高速回転による空気に対する摩擦熱の発生を抑え、インペラ２の温度低下を図り得る。
【００２３】
図２は本発明を実施する形態の第二例であって、図中、図１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２に示す如く、前記インペラ２外周面に対向するシールプレート５内周面に、複数のシールフィン８ａを突設してラビリンスシール８を形成すると共に、前記シールプレート５内周面に対向するインペラ２外周面に、前記シールフィン８ａが接触して食い込み可能な樹脂又は金属のコーティング９ａを施してアブレイダブルシール９を形成することにより、前記シール手段７を構成した点にある。
【００２４】
尚、この場合、前記シールプレート５内周面に対向するインペラ２外周面に、複数のシールフィン８ａを突設してラビリンスシール８を形成すると共に、前記インペラ２外周面に対向するシールプレート５内周面に、前記シールフィン８ａが接触して食い込み可能な樹脂又は金属のコーティング９ａを施してアブレイダブルシール９を形成することにより、前記シール手段７を構成することもできる。
【００２５】
図２に示す例の如く構成すると、インペラ２外周面とシールプレート５との間に設けたシール手段７のシールフィン８ａによってコーティング９ａ自身が削られることにより、製品ごとのバラツキを少なくして最適クリアランスの確保が可能となり、インペラ２の背面側へ圧縮空気の一部が更に流入しにくくなり、該インペラ２の背面側での圧縮空気の密度が更に低下し、インペラ２が高速回転してもその背面側において空気に対する摩擦熱が更に発生しにくくなり、該摩擦熱によるインペラ２の温度上昇が更に抑制される。
【００２６】
こうして、図２に示す例の場合も、図１に示す例の場合と同様、インペラ２外周面とシールプレート５との間の隙間からインペラ２の背面側への圧縮空気の流入を防いで、該インペラ２の背面側での圧縮空気の密度の上昇を抑制し得、インペラ２の高速回転による空気に対する摩擦熱の発生を抑え、インペラ２の温度低下を図り得る。
【００２７】
図３は本発明を実施する形態の第三例であって、図中、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３に示す如く、前記インペラ２外周面に対向するシールプレート５内周面に、複数のシールフィン８ａを突設してラビリンスシール８を形成すると共に、前記シールプレート５内周面に対向するインペラ２外周面に、前記シールフィン８ａが接触して食い込み可能なハニカム１０ａを装着してハニカムシール１０を形成することにより、前記シール手段７を構成した点にある。
【００２８】
尚、この場合、前記シールプレート５内周面に対向するインペラ２外周面に、複数のシールフィン８ａを突設してラビリンスシール８を形成すると共に、前記インペラ２外周面に対向するシールプレート５内周面に、前記シールフィン８ａが接触して食い込み可能なハニカム１０ａを施してハニカムシール１０を形成することにより、前記シール手段７を構成することもできる。
【００２９】
図３に示す例の如く構成すると、インペラ２外周面とシールプレート５との間に設けたシール手段７のシールフィン８ａによってハニカム１０ａ自身が削られることにより、製品ごとのバラツキを少なくして最適クリアランスの確保が可能となり、インペラ２の背面側へ圧縮空気の一部が更に流入しにくくなり、該インペラ２の背面側での圧縮空気の密度が更に低下し、インペラ２が高速回転してもその背面側において空気に対する摩擦熱が更に発生しにくくなり、該摩擦熱によるインペラ２の温度上昇が更に抑制される。
【００３０】
こうして、図３に示す例の場合も、図１及び図２に示す例の場合と同様、インペラ２外周面とシールプレート５との間の隙間からインペラ２の背面側への圧縮空気の流入を防いで、該インペラ２の背面側での圧縮空気の密度の上昇を抑制し得、インペラ２の高速回転による空気に対する摩擦熱の発生を抑え、インペラ２の温度低下を図り得る。
【００３１】
尚、本発明の遠心圧縮機は、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】
【００３２】
【図１】本発明を実施する形態の第一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第二例を示す要部拡大断面図である。
【図３】本発明を実施する形態の第三例を示す要部拡大断面図である。
【図４】従来における遠心圧縮機の一例を示す概要断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
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
７    シール手段
８    ラビリンスシール
８ａ  シールフィン
９    アブレイダブルシール
９ａ  コーティング
１０    ハニカムシール
１０ａ  ハニカム
【図１】
2009019564.tif 000003
【図２】
2009019564.tif 000004
【図３】
2009019564.tif 000005
【図４】
2009019564.tif 000006