JP5135981B2

JP5135981B2 - 遠心圧縮機

Info

Publication number: JP5135981B2
Application number: JP2007261803A
Authority: JP
Inventors: 知己川久保
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2007-10-05
Filing date: 2007-10-05
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2027-10-05
Also published as: JP2009091935A

Description

本発明は、例えば内燃機関の過給を行う為の過給機に用いられる遠心圧縮機に関するものである。

遠心圧縮機は、高速で回転するインペラにより圧縮性流体、例えば空気を吸引し圧縮するものである。

圧縮過程でエネルギの一部が温度に変換し、圧縮流体が昇温する。高圧力比、更に昇圧のレベルが高くなると、圧縮時に発生する熱量も大きくなり、圧縮流体も高温化する。

この為、高圧縮を行う遠心圧縮機では稼働時のインペラの温度も高くなる。特に、インペラがアルミ系の合金であった場合は、強度上インペラを冷却する必要がある。

従来、インペラを冷却する構造を有する遠心圧縮機として、例えば特許文献１に示されるものがあり、インペラの背面に高圧の冷却ガスを供給し、圧縮された高温の空気がインペラの背面に回込まない様にすると共に供給するガスによりインペラを冷却している。

従来の遠心圧縮機では、圧縮した空気がインペラの背面に回込まない様に、冷却ガスは高圧である必要がある。この為、冷却に使用されるガスは、アフタクーラにより冷却されたガスの一部が配管によりインペラの背面に導かれている。

従って、従来の遠心圧縮機ではインペラ冷却の為の配管が必要であり、更にアフタクーラにより冷却されたガスの一部が使用される為、遠心圧縮機としてのロスが増大する等の問題があった。

特開平４−３６５９９７号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、簡便な構造で確実にインペラの冷却を可能とし、又冷却に伴う遠心圧縮機のロスの低減を図るものである。

本発明は、インペラの背面に臨接する冷却室を形成し、前記インペラの背面に冷却羽根を設け、前記冷却室の内周部と外周部とをそれぞれ外部と連通させ、前記冷却羽根が前記インペラと一体に回転することで、外気が前記冷却室内周部より吸引され、該冷却室を流動して該冷却室の外周部より吐出される様構成した遠心圧縮機に係るものである。

又本発明は、前記インペラを収納するハウジングと前記インペラの最大外周部との間にシールが設けられ、前記冷却室が前記ハウジング内部からシールされた遠心圧縮機に係るものである。

又本願発明は、前記インペラを収納するハウジングがインペラ回転軸を回転自在に支持する軸受ハウジングに設けられ、該軸受ハウジングと前記ハウジングとの間に外部と連通する空間が形成され、前記冷却室の内周部と外周部は前記空間を介して外部に連通する遠心圧縮機に係るものである。

又本発明は、前記ハウジング内部に前記冷却室の内周部とハウジング外部とを連通する吸引流路を形成し、又前記ハウジング内部に前記冷却室の外周部とハウジング外部とを連通する吐出流路とを形成した遠心圧縮機に係るものである。

更に又本発明は、前記インペラを収納するハウジングがインペラ回転軸を回転自在に支持する軸受ハウジングに設けられ、該軸受ハウジングと前記ハウジングとの間に空間が形成され、該空間はディフューザと連通された遠心圧縮機に係るものである。

本発明によれば、インペラの背面に臨接する冷却室を形成し、前記インペラの背面に冷却羽根を設け、前記冷却室の内周部と外周部とをそれぞれ外部と連通させ、前記冷却羽根が前記インペラと一体に回転することで、外気が前記冷却室内周部より吸引され、該冷却室を流動して該冷却室の外周部より吐出される様構成したので、インペラを冷却する場合の冷却空気の給排を別途装置で行う必要がなく、常圧の外気を吸引排出すればよいので、給排の為の動力は軽微でよい。

又本発明によれば、前記インペラを収納するハウジングと前記インペラの最大外周部との間にシールが設けられ、前記冷却室が前記ハウジング内部からシールされたので、前記冷却室が前記ハウジング内部から圧力について縁切りされ、常圧でよいので冷却室を簡単に構成できる。

又本発明によれば、前記インペラを収納するハウジングがインペラ回転軸を回転自在に支持する軸受ハウジングに設けられ、該軸受ハウジングと前記ハウジングとの間に外部と連通する空間が形成され、前記冷却室の内周部と外周部は前記空間を介して外部に連通するので、冷却空気を前記冷却室に導き、排出する為の配管が不要であり、構造が簡単である。

又本発明によれば、前記ハウジング内部に前記冷却室の内周部とハウジング外部とを連通する吸引流路を形成し、又前記ハウジング内部に前記冷却室の外周部とハウジング外部とを連通する吐出流路とを形成したので、冷却空気を前記冷却室に導き、排出する為の配管が不要であり、構造が簡単である。

更に又本発明によれば、前記インペラを収納するハウジングがインペラ回転軸を回転自在に支持する軸受ハウジングに設けられ、該軸受ハウジングと前記ハウジングとの間に空間が形成され、該空間はディフューザと連通されたので、ディフューザからの高圧空気が前記空間に導かれ、該空間が昇圧され、軸受ハウジングの潤滑油が大気側に漏出することが防止される等の優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

先ず、図１に於いて、遠心圧縮機の一例を概略説明する。

軸受ハウジング１に駆動軸２、インペラ回転軸３が軸受４を介して回転自在に設けられ、又前記軸受４にはオイルシール５が設けられている。前記駆動軸２には駆動ギア６が嵌着され、前記インペラ回転軸３には従動軸ギア７が嵌着され、該従動軸ギア７と前記駆動ギア６とは噛合している。前記駆動軸２にはモータ、ガスタービン等の駆動源（図示せず）が連結され、該駆動源によって前記駆動軸２が回転され、該駆動軸２の回転は前記駆動ギア６、前記従動軸ギア７により増速されて前記インペラ回転軸３に伝達される。

前記インペラ回転軸３の一端部には、圧縮部９が設けられる。尚、図示していないが、多段に圧縮する場合は、前記インペラ回転軸３の他端にも圧縮部が設けられ、或は複数の従動軸が設けられ、該複数の従動軸の端部に圧縮部が設けられる。

前記圧縮部９について図２を参照して説明する。

ハウジング１１が前記軸受ハウジング１の側面に取付けられ、該軸受ハウジング１と前記ハウジング１１との間には円盤状の空間１２が形成される。前記軸受ハウジング１のハウジング取付け面には、複数箇所に流路溝１３が刻設され、該流路溝１３は前記空間１２と遠心圧縮機外部とを連通している。

前記ハウジング１１はインペラ１４を収納するインペラ収納部１５、該インペラ収納部１５の周囲に形成されたスクロール１６を有し、前記インペラ収納部１５には前記インペラ１４と同軸の吸入口１７が開口しており、前記インペラ収納部１５と前記スクロール１６との間にはディフューザ１８が形成される。

前記インペラ回転軸３は前記空間１２、前記ハウジング１１の前記インペラ１４の背面壁（ハブ１９）を貫通し、前記インペラ回転軸３の端部に前記インペラ１４が嵌着されている。

前記ハブ１９には前記インペラ１４の背面に臨接する凹部が形成され、該凹部と前記インペラ１４の背面によって、前記インペラ回転軸３と同心で円盤状の冷却室２１が画成される。前記インペラ回転軸３の前記ハブ１９貫通部には前記インペラ回転軸３の周囲に中心間隙２２が形成され、又、前記冷却室２１の周辺部に連通する円弧状の通孔２３が複数箇所に穿設され、前記中心間隙２２、前記通孔２３によって前記冷却室２１が前記空間１２と連通している。

前記インペラ１４の背面に、複数枚の冷却羽根２４が放射状に設けられ、前記インペラ１４が回転することで、前記冷却羽根２４も一体に回転する様になっている。

又、前記インペラ１４の外周縁と前記冷却室２１の周壁面との間にはシール２５が設けられる。該シール２５は、例えばラビリンスパッキンであり、或はハニカムシールであり、圧力境界部に設けられるシールである。尚、前記シール２５によりシールする位置は、前記インペラ１４の外周縁に限られず、前記インペラ１４の背面の外周部分でもよい。

前記駆動軸２がモータ或はガスタービン等の前記駆動源（図示せず）によって回転されることで、前記インペラ回転軸３が前記駆動ギア６、前記従動軸ギア７によって増速されて回転され、前記インペラ１４が高速で回転する。

該インペラ１４の回転により空気が前記吸入口１７より吸入され、前記インペラ１４によって圧縮され、前記ディフューザ１８を経て前記スクロール１６に吐出される。圧縮された空気は、前記ディフューザ１８を通過することで、動圧が圧力に変換され、昇圧する。更に前記スクロール１６を経て図示しない吐出口より高圧縮流体として吐出される。

前記冷却羽根２４が前記インペラ１４と一体に回転され、前記冷却羽根２４の回転により、前記中心間隙２２より前記空間１２の空気が吸引され、更に前記通孔２３から前記空間１２に吐出される。前記空間１２は外部と連通しているので、該空間１２を介して前記冷却室２１を外気が流動する。外部空気が前記冷却室２１を流動することで、前記インペラ１４を冷却する。

尚、前記空間１２内に仕切を設け、外気の流入路と前記冷却室２１からの流出路とを区分し、該冷却室２１での外気の流動が円滑になる様にしてもよい。

又、前記冷却室２１は前記インペラ収納部１５に対して前記シール２５でシールされており、略常圧であり、前記冷却羽根２４は外部の空気が前記中心間隙２２より吸引され、前記通孔２３より吐出するだけの空気の流動を起せばよいので、小さく、又数枚あればよい。従って、前記冷却羽根２４の回転により消費される動力は軽微である。

図３により、本発明が自動車等の過給機に実施された場合を説明する。

図３は、過給機の遠心圧縮機の一部を示しており、図１、図２中で示したものと同等のものには同符号を付してある。

過給機は軸受ハウジング２７の一端にタービン（図示せず）、他端に遠心圧縮機２８が一体的に設けられる構成となっており、前記軸受ハウジング２７に回転自在にインペラ回転軸３が支持され、該インペラ回転軸３の一端にインペラ１４が設けられ、他端にタービンインペラ（図示せず）が設けられる。

前記インペラ１４を収納するハウジング２９と前記軸受ハウジング２７の境界部にはシールプレート３１が設けられている。該シールプレート３１を貫通するインペラ回転軸３にはブッシュ３３が嵌着され、該ブッシュ３３と前記シールプレート３１との間にはオイルシール３７が設けられている。又、前記ハウジング２９の一部を構成するハブ１９と前記ブッシュ３３との間にはエアシール３４が設けられている。

前記ハブ１９と前記シールプレート３１との間には円盤状の空間３８が形成され、前記インペラ１４の背面と前記ハブ１９との間には冷却室２１が形成される。

前記インペラ１４の背面には複数枚の冷却羽根２４が放射状に設けられ、該冷却羽根２４は前記インペラ１４の回転で前記冷却室２１内を回転する様になっている。尚、前記冷却羽根２４は上述したと同様に、前記冷却室２１に空気を流動させるだけでよいので、小さく、又数枚あればよい。

前記インペラ１４の外周縁と前記冷却室２１の内周壁との間にはシール２５が設けられ、該シール２５によって前記ディフューザ１８側と前記冷却室２１との縁切りが行われている。又、前記エアシール３４によって前記冷却室２１と前記軸受ハウジング２７の内部とが圧力に関して縁切りされている。

前記ハブ１９には吸引流路３５が穿設され、該吸引流路３５の一端は前記ハウジング２９の外部、即ち大気側に開口し、前記吸引流路３５の他端は前記冷却室２１の前記冷却羽根２４より中心側に開口する。前記ハブ１９に吐出流路３６が半径方向に穿設され、該吐出流路３６の一端は前記冷却室２１の外周部に開口し、他端は前記ハブ１９の外面、即ち大気側に開口している。

又、前記ハブ１９には前記ディフューザ１８に一端が開口し、他端が前記空間３８に開口する導圧路３９が穿設され、該導圧路３９は前記ディフューザ１８の高圧空気を僅かに前記空間３８に導く様になっている。尚、前記吸引流路３５、前記吐出流路３６、前記導圧路３９はそれぞれ周方向に位置がずれている。

従って、前記冷却室２１は内周部が前記吸引流路３５によって外部と連通し、外周部が前記吐出流路３６によって外部と連通し、更に前記ディフューザ１８と前記空間３８とは前記導圧路３９によって連通している。

前記インペラ１４が回転することで、前記吸入口１７より空気が吸引され圧縮される。又、前記インペラ１４と一体に前記冷却羽根２４が回転することで、前記吸引流路３５を介して外気が前記冷却室２１に吸引され、更に該冷却室２１を流動して前記吐出流路３６より外部に吐出される。外気が前記冷却室２１を流動することで、前記インペラ１４が冷却される。

更に、前記導圧路３９によって前記ディフューザ１８の高圧空気が前記空間３８に導かれることで、該空間３８の圧力が大気より高くなり、前記軸受ハウジング２７から潤滑油が大気側に漏出することが防止される。

本実施の形態に於いても、前記冷却羽根２４の回転によって消費される動力は、軽微であり、又、外気を前記冷却羽根２４に導入する、排出する為の配管は必要とされない。

本発明の第１の実施の形態を示す概略断面図である。本発明の実施の形態の要部を示す拡大図である。本発明の第２の実施の形態を示す概略断面図である。

符号の説明

１軸受ハウジング
２駆動軸
３インペラ回転軸
９圧縮部
１１ハウジング
１２空間
１３流路溝
１４インペラ
１５インペラ収納部
１８ディフューザ
１９ハブ
２１冷却室
２２中心間隙
２３通孔
２４冷却羽根
２５シール
２８遠心圧縮機
２９ハウジング
３１シールプレート
３４エアシール
３５吸引流路
３６吐出流路

Claims

インペラの背面に臨接する冷却室を形成し、前記インペラの背面に冷却羽根を設け、前記冷却室の内周部と外周部とをそれぞれ常圧の外部と連通させ、前記冷却羽根が前記インペラと一体に回転することで、常圧の外気が前記冷却室内周部より吸引され、該冷却室を流動して該冷却室の外周部より吐出される様構成したことを特徴とする遠心圧縮機。
前記インペラを収納するハウジングと前記インペラの最大外周部との間にシールが設けられ、前記冷却室が前記ハウジング内部からシールされた請求項１の遠心圧縮機。
前記インペラを収納するハウジングがインペラ回転軸を回転自在に支持する軸受ハウジングに設けられ、該軸受ハウジングと前記ハウジングとの間に外部と連通する空間が形成され、前記冷却室の内周部と外周部は前記空間を介して外部に連通する請求項１又は請求項２の遠心圧縮機。
前記ハウジング内部に前記冷却室の内周部とハウジング外部とを連通する吸引流路を形成し、又前記ハウジング内部に前記冷却室の外周部とハウジング外部とを連通する吐出流路とを形成した請求項２又は請求項３の遠心圧縮機。
前記インペラを収納するハウジングがインペラ回転軸を回転自在に支持する軸受ハウジングに設けられ、該軸受ハウジングと前記ハウジングとの間に空間が形成され、該空間はディフューザと連通された請求項１又は請求項２の遠心圧縮機。