JPH0115720B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、遠心圧縮機に係り、更に詳細には遠
心圧縮機に使用される可変幅デイフユーザに係
る。

冷凍システムに使用される遠心圧縮機は、一般
に、比較的広い流量範囲に亙り作動し得ることが
必要とされる。遠心圧縮機の効率及び安定性は、
インペラより離れる作動流体が保有する力学的エ
ネルギを静圧に変換するデイフユーザの能力に大
きく依存している。圧縮機に対する負荷が変化す
ると、それに対応してデイフユーザ内を流れる流
体の体積流量が変化する。デイフユーザの形状や
寸法が一定である場合には、デイフユーザ通路内
を流れる流体の流れはその流量が或るレベル以下
に低下すると不安定になる。流体の流量が更に低
下するとサージ状態になり、作動流体はデイフユ
ーザ通路内にて周期的な流れの逆転を受ける。勿
論このことにより多大は好ましからざる騒音が発
生し、圧縮機の効率が低下する。圧縮機内を流れ
る流体の流量が増大すると、デイフユーザは一定
の通路内を流れる流体の流れを処理し得なくな
り、その結果流体が絞られる条件が生じ、これに
より圧縮機の性能及び効率に悪影響が及ぼされ
る。

広い運転範囲に亙り圧縮機の効率が高い状態に
維持する多数の手段が従来より開発されている。
米国特許第4070123号に於ては、圧縮機の性能を
変化する要求負荷に適合させるべく、インペラホ
イール全体の構造が負荷の変化に応じて変化され
るようになつている。また米国特許第3362625号
には、体積流量が小さい場合に於ける安定性を改
善すべく、デイフユーザ内の流体の流れを制御す
る調節可能な流れ絞り装置が開示されている。こ
れと同一の目的で、米国特許第3957392号に開示
されている如き可変デイフユーザベーンも使用さ
れる。米国特許第3251539号には、デイフユーザ
通路の幅を変化させるために使用される可動のデ
イフユーザ壁を有する遠心冷媒圧縮機が開示され
ている。デイフユーザ通路の幅は圧縮機の入口ガ
イドベーンの位置の変化に応動して変化される。
更にデイフユーザの形状や寸法を入口に於ける流
量に適合させることにより、流量が小さい場合に
於けるサージの発生が回避される。これと同様の
装置が米国特許第4219305号に開示されている。

遠心圧縮機に於て広い流量範囲に亙り高い運転
効率を維持する一つの効果的な方法は、固定デイ
フユーザガイドベーンとの組合せで可変幅デイフ
ユーザを使用することである。かかる構成が米国
特許第2996996号、同第4378194号、及び英国特許
第305214号に開示されている。これらの構成に於
ては、デイフユーザベーンは互に対向するデイフ
ユーザ壁の一方に溶接などにより固定される。ベ
ーンは他方のデイフユーザ壁に設けられた孔を貫
通し、これにより負荷条件の変化に応動してデイ
フユーザの形状や寸法を変化し得るようになつて
いる。デイフユーザベーンをデイフユーザ壁の一
方に固定的に装着することにより、製造、保守、
遠心機械の運転などに関する多数の問題が提起さ
れる。例えば組立時にベーンを固定するための空
間がほとんど存在しない。また各ベーンはそれら
が互に非整合状態にあると、それらが再位置決め
される場合に反対側の壁に固着しまたはこれを摩
擦する。同様に一連のベーンのうちの一つ又はそ
れ以上のベーンが組立時に交換される必要がある
場合には、その交換を行うために機械全体が分解
されなければならない。このことにより長時間の
運転停止が必要とされ、また高コストになる。ベ
ーンが貫通するベーン受入れ孔は上述の整合に関
する問題を回避すべく大きめに形成されることが
ある。このことにより作動流体が漏洩したりデイ
フユーザ領域に於て圧力変動が発生し、これによ
り遠心機械の性能に悪影響が及ぼされる。更に遠
心機械は一般に通常の運転中にも熱成長に曝され
る。熱成長の大きさが製造公差を越えることがあ
り、そのため変化する負荷条件に適合するようデ
イフユーザ通路の幅が変化される際に上述の如き
固着及び／又は摩擦の問題が発生する。

発明の概要 本発明は、上述の如き可変幅デイフユーザに於
けるデイフユーザガイドベーンの取付けに関する
従来の構造に於ける問題に鑑み、可変幅デイフユ
ーザに於けるガイドベーンを製作、組立て及び分
解が容易な構造に於て組込んだデイフユーザの構
造を提供することを目的としている。

かかる目的は、本発明によれば、ケーシングと
前記ケーシング内に回転可能に装着されたインペ
ラとを有する遠心圧縮機に組込まれ前記インペラ
により送られる作動流体の流れを受けその運動エ
ネルギを圧力に変換するデイフユーザにして、遠
心圧縮機の半径方向に配置された固定壁と、前記
固定壁に近接して遠心圧縮機の半径方向に配置さ
れ前記固定壁との間にデイフユーザ通路を郭定し
前記デイフユーザ通路の大きさを変えるべく前記
固定壁に対し相対的に移動可能な可動壁と、前記
可動壁を前記固定壁に対し選択的に移動させる駆
動手段と、各々が翼形の断面形状を有し前記デイ
フユーザ通路を横切つて配置され前記可動壁に形
成された対応する形状の孔内に受入れられて前記
の翼形断面に垂直な方向に前記可動壁に対し摺動
可能である複数個のガイドベーンとを有し、前記
ガイドベーンは各々前記固定壁に固定されること
なく可撓性の付勢手段により前記翼形断面に垂直
の方向に前記固定壁に対し可撓的に押付けられて
いることを特徴とするデイフユーザによつて達成
される。

上記の如く、ガイドベーンが、固定壁及び可動
壁の何れにも溶接等により固定的に接続されるこ
となく、ガイドベーンの固定壁及び可動壁に垂直
の方向の位置が固定壁にガイドベーンが可撓性の
付勢手段により押付けられることにより定めら
れ、固定壁及び可動壁の面に沿う方向のガイドベ
ーンの二次元的位置が可動壁に形成されたガイド
ベーンを通す孔であつてガイドベーンの翼形断面
形状に対応する形状の孔内にガイドベーンが受入
れられることにより定められることにより、固定
壁と可動壁の間に形成される狭いデイフユーザ通
路の部分にガイドベーンを容易に組付けることが
でき、またその組付け不良により可動壁の滑らか
な移動を阻害するようなガイドベーンと可動壁の
間の強い摩擦係合を生ずる如き不都合は完全に回
避される。更にまた、ガイドベーンが固定壁及び
可動壁の何れにも溶接等により固定的に接続され
ていないことから、遠心圧縮機の保守に際してデ
イフユーザ部の分解及び再組立が極めて容易とな
る。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。

添付の各図に於て、第１図は冷却サイクルに使
用される冷媒（作動流体）の圧力を上昇させるた
めに冷凍の技術分野に於て使用される型式の遠心
圧縮機を示している。遠心圧縮機は符号１０にて
全体的に示されており、一連の調節可能な入口ガ
イドベーン１５を経て回転インペラホイール組立
体１３内へ冷媒を導く軸線方向入口１２を有して
いる。インペラホイール組立体１３はそれが遠心
圧縮機の軸線１６に整合するよう任意の適当な手
段により駆動軸１７に固定されている。インペラ
ホイール組立体１３は一連の所定形状のブレード
１９を支持する中央ハブ１８を含んでいる。ブレ
ード１９は軸線方向に流入する冷媒の流れを半径
方向外方へ方向転換し、圧縮された冷媒をブレー
ドの先端２０より符号２２にて全体的に示された
デイフユーザ内へ吐出する通路をそれらの間に郭
定するよう配列されている。デイフユーザ２２は
インペラホイール組立体１３を囲繞しており、圧
縮された冷媒を遠心圧縮機の図には示されていな
い排出ポートへ導くドーナツ形の渦形室、即ちコ
レクタ２３内へ圧縮された冷媒を導くようになつ
ている。

かかる遠心圧縮機の一般的構造は当技術分野に
於てよく知られており、従つて添付の図に於ては
遠心圧縮機の構造は幾分か解図的に示されてい
る。以下の説明より明らかである如く、本発明の
装置は固定されたデイフユーザガイドベーンを有
し広範囲の種々の遠心圧縮機に於て同様の効果を
発揮する可変幅デイフユーザを含んでいる。図示
の遠心圧縮機は本発明が組込まれてよい遠心圧縮
機の代表例であり、如何なる意味に於ても図示の
遠心圧縮機に限定されるものではない。本明細書
に於ける「固定されたデイフユーザガイドベー
ン」はピツチ、即ちデイフユーザ通路内を移動す
る圧縮された冷媒に関する仰角が変化しないエー
ロフオイルを意味する。遠心圧縮機の性能はそれ
が運転されている場合に於てはデイフユーザの幅
を調節することによつて変化される。

第２図及び第３図に於て、デイフユーザ２２は
該デイフユーザの背壁を構成する半径方向に配置
された固定壁２５を含んでいる。またデイフユー
ザの前壁２６もインペラに対し半径方向外方に配
置されており、変化する要求負荷に応じて環状の
デイフユーザ通路４０の幅を変化させ、これによ
り遠心圧縮機の運転特性を変化させるべく、固定
壁２５に近付く方向又はこれより離れる方向へ軸
線方向に移動し得るよう配設されている。変化す
る冷媒の流れ条件に応答して遠心圧縮機の効率を
最大限にするためには、デイフユーザ内を流れる
冷媒の流量を失速を発生させることなくサージ条
件よりも僅かに高い流量に維持することが好まし
い。

デイフユーザの移動可能な前壁２６は符号２７
にて全体的に示されたキヤリツジに固定されてい
る。キヤリツジ２７はシユラウド２８とメインケ
ーシング３０との間にて遠心圧縮機内に移動可能
に装着されている。スタツド３１が前壁２６の背
面に溶接されており、キヤリツジ２７に設けられ
た孔を貫通している。スタツド３１にはナツト３
３がねじ込まれており、該ナツトにより前壁２６
がキヤリツジ２７の正面に対しきつく引き寄せら
れている。前壁２６はドエルピン３４により組立
時に正確に位置決めされる。

キヤリツジ２７は第２図に於ては、デイフユー
ザ通路をその最大流量位置にまで開くべくメイン
ケーシング３０のストツプ面３５に当接する位置
まで完全に後退された状態にて示されている。キ
ヤリツジはねじ３７を介して二重作用ピストン３
８に固定されている。ピストン３８は気体又は液
体の何れにより駆動されてもよいが、説明の目的
で図示の実施例に於ては液体により駆動されるよ
うになつている。ピストンの何れかの側に加圧さ
れた流体を導入することにより、その軸線方向位
置、従つてそれに固定されたキヤリツジの軸線方
向位置が組立てられた状態にて制御される。また
ピストン３８は前述のシユラウド２８とメインケ
ーシング３０との間に摺動可能に装着されてお
り、これによりピストン３８はストツプ面３５に
当接する前述の最大流量位置と、ピストンの正面
がストツパ３６に当接する最小流量位置との間に
キヤリツジを介して前壁２６を駆動し得るように
なつている。第一の膨張可能な室４３がケーシン
グの壁面４４とピストンの正面４５との間に設け
られている。室４３内へ加圧され流体を供給する
ことにより、ピストンはデイフユーザの固定壁２
５へ向けて軸線方向に駆動される。同様にピスト
ンの背面４９とシユラウドの壁面４８との間には
第二の膨張可能な室４７が設けられている。この
室に加圧された流体を導くことにより、ピストン
は前方へ（図にて左方へ）駆動され、これにより
デイフユーザ通路の幅が増大される。

室４３及び４７への流体の供給は一対の流体回
路により図には示されていない供給リザーバより
行われる。室４３に通じる第一の流体回路は流体
チヤンネル５７及び５８を含んでいる。第二の流
体回路は第一の流体回路よりも複雑であり、互い
に共働して第二の室４７内へ流体を供給する流体
チヤンネル５３〜５６よりなつている。実際には
これらの流体チヤンネルは遠心圧縮機の構成要素
に孔を形成し、所定の位置にてその孔を栓塞する
ことによつて形成されている。また実際には流体
チヤンネル５３及び５７の一方は他方の背後に形
成されており、従つて第２図に於ては一つの流体
チヤンネルしか示されていない。流体チヤンネル
５３及び５７はそれぞれねじ込み式のカツプリン
グ６２により供給導管６１に接続されている。

第１図に示されている如く、内部に電気的に駆
動される弁を有する適当な制御装置６０が設けら
れており、該制御装置はピストン３８をデイフユ
ーザの固定壁２５へ向けて又はこれより離れる方
向へ駆動すべく、二つの膨張可能な室４３及び４
７内へ又はこれより外へ流れる駆動流体の流量を
制御する。回転防止ピン３９がピストンとメイン
ケーシングとの間に延在しており、該ピンは組立
てられた状態にあるピストンが回転することを阻
止する。一連のＯリングシール５０がピストン３
８を囲繞しており、室４３及び４７の間にピスト
ンに沿つて流体が相互に通過することを阻止する
ようになつている。制御装置６０内の弁を操作す
ることにより、遠心圧縮機の性能特性を要求負荷
に適合させるべく、キヤリツジ２７の位置、従つ
てデイフユーザ通路の幅を正確に制御し得るよう
になつている。

第３図に示されている如く、デイフユーザの可
動壁の周りには一連のデイフユーザガイドベーン
６３が均等に隔置されている。これらのベーンは
任意の適宜な外形のものであつてよく、一般にデ
イフユーザ通路内に流れる作動流体の運動を制御
する翼形をなしている。ベーンはインペラの先端
より離れる流入流体を体積流量が小さい場合には
好ましからざる騒音や変動を抑制する経路内へ方
向転換する。これらのベーンはそれらの周縁形状
に対し正確な補形をなす所定形状の孔６４内にて
可動壁内に摺動可能に収容されている。ベーン６
３が孔６４内にて自由に運動可能であり、しかも
デイフユーザ通路内に於ける流体損失及び圧力損
失を最小限に抑え得るよう、ベーンは密な嵌合状
態にて孔６４内に収容されている。

各ベーンのすぐ背後にはそれぞれ付勢ばね７２
が配置されている。このばねは一端にてキヤリツ
ジの背壁面に形成された円形のリセス６２Ａ内に
着座する圧縮コイルばねである。各付勢ばねの他
端は、ピン６７により対向するベーンの底面６８
に固定されたばね保持要素６６上に緩く装着され
ている。ばね保持要素はそれが固定されたベーン
に当接するフランジ６９と、ばね７２内に嵌入す
る図にて左方へ突出する円筒部７０とを含んでい
る。組立られた状態に於ては、各ばね７２はキヤ
リツジとばね保持要素のフランジとの間にて圧縮
され、これによりベーンの先端面７３を固定壁の
内面に対し固定的に押付けている。このばねの作
用は、ストップ面３５とストツパ３６との間に於
けるキヤリツジ及びピストンの移動距離全体に亙
り、ベーンをこれに対向する固定壁に押付けられ
た状態に保持することである。各ベーンの先端面
７３は、固定壁２５のベーン受入れ面と補形をな
しており、ベーンが組立時に傾斜することがない
よう十分な接触面積を与えている。このこと及び
ベーンが摺動可能に装着されており、またばね７
２により緩い押圧力にて保持されていることによ
り、各ベーンは組立時に自己整合される。かくし
て熱成長などによる種々の構成要素の大きさや位
置が変化することを補償すべく、各ベーンは自動
的にそれらの相対位置を変化することができる。
同様に成る独立の可撓的装着構造により、ベーン
が当接又はボルトにより固定壁又は可動壁に固定
された他の可変幅デイフユーザの場合に比して、
製造時及び組立時の公差がかなり緩和される。

第１図に示されている如く、メインケーシング
３０内には装着ブラケツト８１により検出ロツド
８０が摺動可能に装着されている。この検出ロツ
ドは可動壁２６内に検出ロツドをシールするベロ
ーズ８３に接続されている。検出ロツドはこれが
種々の位置に駆動される際に可動壁２６と共に移
動し得るようになつている。検出ロツド８０の根
元側端部には枢動アーム８７により検出回路８５
が可動的に接続されている。枢動アーム８７は検
出ロツドの直線変位に応答して可動壁２６の正確
な位置を検出する。検出回路８５には可動壁の位
置を示す出力信号を発生する回路手段が設けられ
ており、その出力信号はデータライン８８を経て
制御装置６０へ伝達され、制御装置内に於て他の
負荷データと組合わせて或る与えられた負荷に対
し最適の位置に可動壁を位置決めするために使用
される。

デイフユーザの変化可能な範囲全体に亙り良好
な空気力学的流れ特性が得られるよう、デイフユ
ーザ通路に沿うベーンが設けられていない半径方
向距離、即ち制御されない半径方向距離がインペ
ラの半径方向長さの約10％又はそれ以下に維持さ
れることが好ましい。また本発明に於けるベーン
構造の自己調節機能により、可動壁がその最大流
量位置と最小流量位置との間に駆動される際に、
ベーンとベーン受入れ孔との間の間隙をベーンが
孔内に固着されることなく約0.010インチ（0.25
mm）に維持することができる。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳
細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内にて種々の実
施例が可能であることは当業者にとつて明らかで
あろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を具現化する遠心圧縮機を示す
部分縦断面図である。第２図は第１図に示された
遠心圧縮機の上方部分を示す拡大部分断面図であ
り、可変幅デイフユーザセクシヨンを詳細に示し
ている。第３図は第２図の線３―３に沿う部分断
面図であり、デイフユーザの可動壁内に摺動可能
に装着された多数のデイフユーザベーンを示して
いる。 １０……遠心圧縮機、１２……軸線方向入口、
１３……インペラホイール組立体、１５……入口
ガイドベーン、１６……軸線、１７……駆動軸、
１８……中央ハブ、１９……ブレード、２０……
ブレードの先端、２２……デイフユーザ、２３…
…コレクタ、２５……固定壁、２６……前壁、２
７……キヤリツジ、２８……シユラウド、３０…
…メインケーシング、３１……スタツド、３３…
…ナツト、３５……ストツプ面、３６……ストツ
パ、３７……ねじ、３８……ピストン、３９……
ピン、４０……デイフユーザ通路、４３……第一
の膨張可能な室、４４……壁面、４５……正面、
４７……第二の膨張可能な室、４８……壁面、４
９……背面、５０……Ｏリングシール、５３〜５
８……流体チヤンネル、６１……供給導管、６２
……カツプリング、６２Ａ……リセス、６３……
ガイドベーン、６４……孔、６６……ばね保持要
素、６７……ピン、６８……底面、６９……フラ
ンジ、７０……円筒部、７２……付勢ばね、７３
……先端面、８０……検出ロツド、８１……ブラ
ケツト、８３……ベローズ、８５……検出回路、
８７……枢動アーム、８８……データライン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ケーシング３０と前記ケーシング内に回転可
   能に装着されたインペラ１３とを有する遠心圧縮
   機に組込まれ前記インペラにより送られる作動流
   体の流れを受けその運動エネルギを圧力に変換す
   るデイフユーザ２２にして、遠心圧縮機の半径方
   向に配置された固定壁２５と、前記固定壁に近接
   して遠心圧縮機の半径方向に配置され前記固定壁
   との間にデイフユーザ通路４０を郭定し前記デイ
   フユーザ通路の大きさを変えるべく前記固定壁に
   対し相対的に移動可能な可動壁２６と、前記可動
   壁を前記固定壁に対し選択的に移動させる駆動手
   段２７，３８，４３，４７と、各々が翼形の断面
   形状を有し前記デイフユーザ通路を横切つて配置
   され前記可動壁に形成された対応する形状の孔６
   ４内に受入れられて前記の翼形断面に垂直な方向
   に前記可動壁に対し摺動可能である複数個のガイ
   ドベーン６３とを有し、前記ガイドベーンは各々
   前記固定壁に固定されることなく可撓性の付勢手
   段７２により前記翼形断面に垂直の方向に前記固
   定壁に対し可撓的に押付けられていることを特徴
   とするデイフユーザ。 ２ 特許請求の範囲第１項のデイフユーザにし
   て、前記可動壁は前記ケーシングにより摺動可能
   に支持されたキヤリツジ２７により支持されてお
   り、前記可撓的付勢手段は前記キヤリツジと前記
   ガイドベーンの各々の間に配置された圧縮ばねで
   あることを特徴とするデイフユーザ。 ３ 特許請求の範囲第２項のデイフユーザにし
   て、前記圧縮ばねはコイルばねであり、前記ガイ
   ドベーンの各々は前記コイルばねの一端を受ける
   円筒部７０を担持していることを特徴とするデイ
   フユーザ。