JP3850906B2 - 流体機械のランナ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハブが長手方向において異なった質量分布を有し、ハブを貫通する軸に特に締付けバンドで取り付けられ、少なくとも片側の端面の範囲に対向面を備えた環状の心出し機構に対する座を有しているような流体機械、特にラジアル圧縮機のランナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の配置構造はドイツ連邦共和国特許第２５３７５３８号明細書で知られている。ここではハブが遠心力および加熱によって歪みを生じた場合に軸との接触を完全にあるいは部分的に失うことを心出しリングによって防止しようとしている。その危険は特に大きな質量をもった範囲において生ずる。公知の配置構造の場合にハブ側の座は円筒状の座り面を有している。従って心出し機構の対向面も円筒状をしている。この場合、心出し作用が既に停止状態においてあるいは低い回転数の範囲に有効に働く場合には高い回転数において許容できない応力集中を生ずるというおそれがある。しかし座り範囲にまず間隙を生じさせることによってそのような許容できない応力集中を回避する場合、心出し作用は上部回転数範囲においてはじめて有効になる。従って公知の配置構造は確実ではなく十分に信頼できないことが判明している。
【０００３】
【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ランナの配置構造を、簡単で安価な手段によって、許容できない応力集中を生ずるおそれなしにあらゆる運転状態において心出し作用が有効になるように改良することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によればこの課題は冒頭に述べた形式のランナにおいて、座および対向面が円錐面および対向円錐面として形成されることによって解決される。
【０００５】
これによって上述の欠点が完全に除去される。本発明は、ハブが遠心力および加熱に基づいて半径方向の歪みおよび同時に軸方向の横収縮を生ずるという考えに基づいている。座の円錐状の形成はそれに合わされ、そのようにしてハブの半径方向の歪みおよび軸方向の横収縮を心出し機構がこれに追従することなしに許容している。互いに接触する円錐面は相応した相対運動しか行わない。しかし互いに接触する円錐面がすべての対向接触範囲において一様に接触して支えるので、許容できないような応力集中が起こらないことが保証される。あらゆる運転状態において互いに接触する円錐面が一様に接触して支えるので、この円錐面は許容できない面圧が避けられるような大きさに有利に寸法づけられる。更にこの場合、停止状態において既に有効に作用するバイアス圧を与えることができ、これによりすべての運転状態において高い信頼性が生ずる。
【０００６】
本発明の有利な実施態様は各従属請求項に記載されている。例えばハブ側の座およびこれに対応する対向面は勾配角度αを有し、この角度は式α＝ｔａｎ^- Δｒ／Δｌで計算され、そのΔｒは遠心力および加熱の作用のもとで生ずるハブの半径方向における歪みであり、Δｌは同時に軸方向に生ずるハブの横収縮である。この処置によって、円錐面の経過が精確にハブの運動に追従するので、上述の利点の最適化が図れる。
【０００７】
本発明の他の有利な実施態様において、心出し機構は中実の心出しリングとして形成され、この心出しリングは軸の円筒状部分の上に取り付けられ、対向円錐面を有する張出し部を有している。この処置は簡単な製造および組立を可能にする。
【０００８】
本発明の他の特に有利な実施態様では、座の範囲において互いに接触する少なくとも一方の円錐面が強化プラスチックから成る滑り面として形成される。これによって、発生する力が受けとめられるだけでなく、互いに接触する円錐面の相対滑りが圧力のもとで腐食なしに可能であり、これによって確実な機能および長寿命が保証される。
【０００９】
【実施例】
以下図に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１０】
排気ガスターボ過給機の基本的な構造および作用は従来技術において知られているので、それについての説明はここでは省略する。図１における排気ガスターボ過給機はその中央長手範囲が機械ハウジングに支持されている軸１を有している。この軸１はその軸受から突出している両側端にそれぞれタービンランナ（図示せず）および（概略的に図示した）圧縮機ランナ２を支持している。この圧縮機ランナ２は単流ラジアル圧縮機ランナとして形成されている。圧縮機ランナ２は円周面に羽根３を備え軸１上に取り付けられているハブ４を有している。羽根３およびハブ４の直径は軸１の長手方向に増大しているので、ランナ２はその中央横平面に対して非対称の縦断面形状をしており、従ってランナ２の質量分布も長手方向に増大している。
【００１１】
ハブ４は円錐形の締付けバンドによって軸１上に固定される。このためにハブ４の孔と軸１の円錐範囲との間隔を埋め合わせる円錐ブッシュ５が設けられている。このブッシュ５はランナ２の小さい方の直径の側の端面から押し込められている。ブッシュ５の長さはハブ４の長さより短く、従ってハブ４の大きい方の直径の側の範囲に締付けバンドの無い範囲が生ずる。
【００１２】
ハブ４はその内側端面即ち大きな直径の側の端面範囲に軸方向に端面側凹所６の中に突出する環状の段部７を備えている。凹所６の中にはまり込む環状の心出しリング８がこの段部７に接触している。段部７の円周面は隣接する端面から上っている円錐面９として形成されている。この円錐面９は心出しリング８に対応する円錐座を形成している。心出しリング８は段部７を覆う張出し部１０を備えている。この張出部１０は円錐面９に接触する同じ勾配の対向円錐面１１を有する。心出しリング８はその孔で軸１の円筒状部分１２の上に取り付けられ、ストッパ１３によって示されているように軸方向に固定されている。従って心出しリング８は軸１上を案内されハブ４に属する堅牢な心出し機構を形成している。
【００１３】
運転中にハブ４に作用する遠心力および加熱に基づいて、ハブ４は矢印Δｒで示されているように半径方向に歪みを生ずる。同時にハブ４は矢印Δｌで示されているように軸方向に横収縮を生ずる。円錐面９ないし対向円錐面１１の勾配角度αはΔｒ：Δｌの比率に合わされている。その場合角度αに対してα＝ｔａｎ^- Δｒ／Δｌが成り立っている。この角度αの寸法づけは、あらゆる運転状態において円錐座の範囲における精確な対向接触およびそれに伴ってその都度有効な全面への一様な力分布を確実に保証する。これによってハブ４は全回転数領域のすべての運転点において心出しリング８によって半径方向に有効に接触支持され心出しされる。これによって不均一な力作用に基づくランナ２のふらつき運動および特に大きな直径の範囲における心出しの狂いに基づくこのふらつき運動の増幅が起こらないことが保証される。
【００１４】
この作用は、円錐面９および／又はこれに対応する対向円錐面１１が滑り面および押圧面として形成されることによって助長される。このために適した材料として強化プラスチック例えばガラス繊維および／又は炭素繊維強化プラスチックが使用される。図示の実施例の場合心出しリング８全体は簡単にそのような材料から作られるので、これに一体形成された対向面１１は自動的に所望の滑り特性および支持特性を有し、従って押圧状態における腐食なしに滑り確実な力の伝達が保証される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく排気ガスターボ過給機のラジアル圧縮機ランナの一部縦断面図。
【符号の説明】
１ 軸
２ ランナ
３ 羽根
４ ハブ
５ ブッシュ
８ 心出しリング
９ 円錐面
１０ 張出し部
１１ 対向円錐面
１２ 軸の円筒状部分

Claims (6)

1. ハブ（４）が、長手方向において異なった質量分布を有し、ハブを貫通する軸（１）に特に締付けバンドで取り付けられ、かつ少なくとも片側の端面範囲に対向面を備え、環状の心出し機構に対する座として働く、軸方向に突出した段部（ 7 ）を有している流体機械のランナにおいて、
   前記段部（７）の座が、端面から上がっている円錐面（９）と、同じ勾配の対向円錐面（１１）としての心出しリング（８）の対向面とにより形成され、
   更に円錐面（９）および対向円錐面（１１）の勾配角度（α）が式α＝ｔａｎ ^- Δｒ／Δｌで計算され、その際Δｒが遠心力および加熱の作用のもとで生ずるハブ（４）の半径方向における歪みであり、Δｌが同時に軸方向に生ずるハブ（４）の横収縮であることを特徴とする流体機械のランナ。
2. 心出し機構が堅牢な心出しリング（８）として形成され、この心出しリング（８）が軸（１）の円筒状部分（１２）の上に取り付けられ、対向円錐面（１１）を有する張出し部（１０）を有していることを特徴とする請求項１記載のランナ。
3. 心出し機構がハブ側の円錐面（９）にバイアス圧をもって接触することを特徴とする請求項１又は２記載のランナ。
4. 互いに接触する円錐面（９、１１）の少なくとも一つが滑り支持面として形成されることを特徴とする請求項１ないし３の１つに記載のランナ。
5. 滑り支持面が強化プラスチック特に繊維強化プラスチックから成っていることを特徴とする請求項４記載のランナ。
6. 心出しリング（８）の少なくともその滑り面が強化プラスチック特に繊維強化プラスチックから成ることを特徴とする請求項５記載のランナ。

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