JPH0378599A - 半径流圧縮機回転子の不平衡補償装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、特許請求の範囲第１項の謂わゆる上位概念項
に記載の装置に関する。

特に、背面関係で両側に放射状の羽根らしくは翼を備え
、一体的に構成された謂わゆる「複流型」半径流圧縮機
の羽根車もしくは翼車においては、設計基賭に対応して
極めて正確に仕上げられた翼形及び流路構造が空気動力
学的影響を受けないように局部的材料除去または局部的
材料付加により円板不平衡（不釣合い）を補償すること
は殆ど不可能である。この種の回転子の基本的構成にお
いては、回転子軸線に向かい内側に比較的強く引き締め
られた輪郭形状にも拘わらず所要の剛性及び強度要件を
満たずことができるように、前後の軸端を有する半径流
ホイールを組み合わせて溶接等により一体の回転子構造
に形成している。この場合、比較的大きな構造長と相俟
って、回転子の円周方向の輪郭線を内側に向かい空間的
に比較的大きく半径方向に減少する理由は、就中、予め
定められた比較的小さい回転子直径で、圧縮機の複流型
半径流翼車で比較的高い質量流量及び流入速度が実現さ
れるからである。しかしながら、このような構造である
ために、重量不平衡補償の目的で内側から加工が可能で
ある周辺材料ストリップを、複流型半径流翼車の前側及
び後側に装置することにより謂わゆる「重量平衡」を実
現することは不可能である。重量平衡は、いずれの場合
にも、軸に着脱可能な端部回転機素（例えば、吸込ファ
ン）を利用してのみ実現可能でる。しかしながら、その
結果として、複流圧縮機の翼車の両側で回転子直径が比
較的大きくなってしまう。また、着脱もしくは取外し可
能な端部回転車もしくはホイールは、仮にこの種の回転
子構造において平衡用周辺フランジ等で空気動力学的に
妨害を伴うことなく関連の付加回転ホイールを覆うこと
が可能であったとしてら、これは、回転子の強度の低下
を惹起するという理由からも望ましくない。従って、こ
の種の複流圧縮機の回転子においては、単に局部的な動
力学的不平衡だけを、該回転子に固定接続もしくは回転
子と一体に形成された軸端部で補正することが可能であ
るに過ぎず、この場合の不平衡の補正は、軸端部の関連
の軸受領域における局部的材料除去により行われるが、
その際、回転子質ｔ１１の最も大きな部分を占める複流
型翼車の静的不平衡自体のｈｌｉ正は行うことができな
い。

発明の概要 本発明の課題は、回転子の直径が比較的大きく絞られて
いるにも拘わらず、特に、静的翼車円板不平衡もしくは
残留不平衡を、空気動力学的及び強度影響を実質的に伴
うことなく運転信頼性を確保、しつつ、比較的簡単な仕
方で除去することができる背面関係で羽根が設けられた
複流型半径流翼車を有する回転子のための装置を提供す
ることにある。

本発明によれば、上の課題は、特許請求の範囲第１項の
謂わゆる特徴項に記載の構成によって解決される。

本発明によれば、特に、過給機構造における公知の残留
不平衡補償方法の欠点もしくは困難、即ち、翼表面の翼
車入口側領域における材料除去が、要求される高い圧縮
機圧力特性に鑑み羽根表面における変更が実際上、振動
等の理由から最♀や許されないという問題、即ち、運転
特性に合わせて予め定められた羽根の固イラ°周波数を
、上記材料除去により最早や変更することができないと
いう困雅が回避される。

本発明によれば、関連の軸方向の貫通孔の空気動力学的
に平坦もしくは円滑な閉鎖が可能となり、それにより、
翼車円板における空気動力学的に平坦もしくは円滑な流
れ通路壁を実現することができる。本発明によれば、挿
入物は最も広い意味において、閉鎖コック（栓）と表現
することもできる。

この場合、不平衡（静的残留不平衡）は、例えば、最大
の偏心質量の箇所に軸方向の貫通孔を事後的に設けて、
次いで該貫通孔を挿入物で充填し且つ同時に挿入物で覆
うように貫通孔の端を閉鎖し、その場合に該挿入物の重
δ１を、上記貫通孔により除去された円板質量よりも本
質的に軽くすることにより除去することが可能である。

特に、合目的的な実施態様においては、所定の半径上に
同じ形状の複数の貫通孔を周辺方向に分布して、仕上げ
られた回転子もしくは翼車に設け、これら総ての貫通孔
を、残留不平衡補償要件に従い、翼車円板の比重に対し
それぞれの挿入物の固有の比重が混成的に分布されるよ
うにして該挿入物で閉鎖することができる。

軸方向の孔においては、遠心力が、孔の軸線に対して垂
直に作用するので、基本的には、１つまたは複数の挿入
物成るいは栓が孔から放出される可能性は考慮しなくて
もよく、このことは特に、半径方向に比較的長い支持長
を有する比較的長い軸方向の貫通孔に付いて当て嵌まる
。

しかしながら本発明の実施態様においては、例えば、発
生ずる回転数及び遠心力に鑑みて挿入物の局部的接着成
るいは圧着だけでは不充分であると考えられる場合、挿
入物の軸方向固定手段を設けることも可能である。

本発明の実施態様において、挿入物が、局部的充填材料
（鉛球等）を有する合成材料から製造される場合には、
いずれの事例においてら、充填材料（最大の質量を有す
る）が、円板の中心断面領域に位置するようにすべであ
る。即ち、充填材は、遠心力が軸方向充填区間に対して
直ｆＣ１に作用することに鑑み孔の最も肉厚つの領域に
おいて支持されるように配置すべきである。

例えば、既に周辺に亙って均等に一連の分布された軸方
向貫通孔が形成されている複流型翼車においては、例え
ば、予め製造された一連の合成材料挿入物もしくはコッ
クを保管しておき、必要に応じて異なった重さでの充填
に用いることができる。平衡化においては、重量をベー
スに挿入物を計算機のプログラムで選択して関連の孔に
挿入し、例えば接着材で固定することができる。

本発明によれば、挿入物は、関連の回転子もしくは円板
材料よりも重量が小さいか成るいは後者に等しいか成る
いは後者より重く製造しておき、そして例えば、不平衡
補償要件適するように、相応に混成した分布で翼車円板
の軸方向貫通孔に固定することができる。

以下、本発明の実施例を、添付図面を参照し詳細に説明
する。

好適な実施例の説明 第１図は、半径流圧縮機の回転子Ｉにおける不平衡補償
、特に、ガスタービン駆動装置の背面関係で羽根が設け
られた複流構造の半径流圧縮機の翼車２における静的不
平衡補償のための装置を示す。第１図を参照するに、翼
車円板Ｒは圧縮機翼車２の半径方向外周領域に、軸方向
の孔３ををしており、この孔３は挿入物４′により充填
されており、該挿入物４゛は、隣接する放射羽根部分間
で孔３の端を空気動力学的に平坦となるように覆い閉ざ
している。このようにして、軸方向の孔３を形成するこ
とにより実現される翼車円板３の材料除去並びにそれに
続いて行われる極めて軽量の合成材料挿入物４°の充填
により、不平衡補償が回転子軸線Ａに対する回転子重心
（Ｓ）の偏心位置からの変位という仕方で実現される。

例えば、回転子の重心がＳ′で示すように（Ｓに対して
１８０°）変位していたと仮定すると、その結果生ずる
不平衡は、挿入物４′が相応に高い比重を有する限りに
おいて、上述の孔３に収容される該挿入物４゜の構造形
態に依存して補償することができる。換言するならば、
関連の回転子軸線Δに対する回転子重心ｓ、ｓ’の対応
の変位は、回転子円板における対称の質量変位を表し、
関連の重心ｓ、ｓ”は回転子軸線Ａを垂直に横切る中心
平面Ｅ内に位置する。第１図に示した回転子Ｉには、更
に端側に、例えば、翼車円板Ｒに溶接された軸端部４及
び５が設けられている。更に第１図に示した構造から出
発して、例えば、軸端部４及び５の切削された外面に、
複流型半径流圧縮機翼車２に圧縮空気を矢印Ｆ及びＦ゛
で示す方向に供給する別の半径流翼車（図示しないが、
例えば吸込ファン）を設けることができる。背面関係で
羽根が設けられた複流型半径流圧縮機翼車２は、流れの
方向に連続したテーパ付きの半径流圧縮機回転羽根６及
び７を有しており、これら羽根から、高圧に圧縮された
圧縮機空気を比較的に高い流出速度でデイフユーザに供
給することができ、このデイフユーザから圧縮空気は適
当な仕方でガス・タービン駆動装置の燃焼室内に流出す
ることができる。更に、第１図に見られるように、２つ
の軸端部４及び５には、回転子軸線Ａの方向に比較的大
きく絞られた外周輪郭面Ｕが形成されており、この外周
面Ｕは、挿入物４゛が貫通する翼車円板Ｉｔの関連の側
部輪郭に平坦に（同面関係で）連続している。その場合
、関連の挿入物４°のための１つまたは複数個の軸方向
の貫通孔３は、均等な相対間隔で、翼車円板周面上に配
設されている２つの隣接する半径流圧縮機翼６及び７間
に延在する。従って、回転子軸線へに対する回転子重心
Ｓ及びＳ′の既述の変位と関連して、挿入物４°は、例
えば、翼車円板Ｒの材料よりも低い比重または高い比重
を有する合成材料から形成される。なお、動作安全上い
ずれの場合にも、挿入物４°は、翼車円板の熱膨張係数
に等しいかまたはそれに近似する熱膨張係数を有するこ
とが肝要である。挿入物４°（第１図）並びに８（第２
図）は、例えば合成材料から形成することができ、また
必要に応じ、１つの部材成るいは分割された部材として
形成することができる。

更に、関連の挿入物４°もしくは８を、カボーン、ガラ
ス成るいはセラミック・ファイバで補強した合成材料か
ら製造することも可能である。

更に、本発明の実施に当たっては、挿入物（Ｉｌ’を数
または複数）７１°もしくは８を、例えば熱可塑性樹脂
或るいはポリイミドのような合成樹脂母材内に埋設した
上述の種類の繊維またはそれら繊維の組合せから製造す
ることも可能である。繊維の種類の選択成るいはその配
列方向の゛選択に応じ、挿入物４°もしくは８の熱膨張
係数を翼車円板Ｒの熱膨張係数と、可能な限り均等な運
転膨張が実現されるように互いに調和させることが可能
である。繊維または、組合せ繊維の所定の巻付は方向（
周辺補強）により、更に、挿入物４゛もしくは８に作用
する比較的高い遠心力荷重を補償することができ、それ
により、挿入物４′もしくは８の変形を可能最小限度に
抑えることができる。

第２図に示す実施例においては、挿入物８は、鉛からな
る充填材料を有する。この場合、鉛充填材は、挿入物８
の円筒状の中空室９内に積層もしくは埋設された鉛層ｌ
Ｏから構成されている。不平衡補償要件に従って、挿入
物８（第２図）の円筒状の中空室９の長さしを変えて、
必要に応じ鉛層の充填量を加誠することが可能である。

第２図に示した実施例に対する変形例として更に、挿入
物８（第２図）の中空室９内に填隙鉛酸るいは該鉛の代
わりに対応の填隙材料を鋳込み、挿入物８の中空室９内
に巻き込まれ且つ（または）打ち込まれた鉛箔もしくは
鉛層を形成することが可能である。

基本的には、挿入物４′（第１図）及び８（第２図）は
、それぞれ関連の軸方向の貫通孔３内に挿入して接着す
ることができる。この固定方法（接着）が、発生する遠
心力荷重に関して充分でない場合には、第３図及び第４
図に示すように、挿入物（図示せず）に対し付加的に軸
方向に機械的に作用する固定手段を設けることができる
。

即ち、第３図に示すように、挿入物を翼車円板Ｒの長平
方向に収斂／発散するスピンドル形状の貫通孔１０゛内
に軸方向に固定することができる。

これに対して第４図に示す例の場合には、はぼ中心部に
拡大周辺部分を有する挿入物を該拡大部分が環状溝Ｉ２
内に係合するようにして軸方向の１“↓通孔１３に係止
固定するごとができる。

第５図の実施例においては、挿入物は、ねじ１４により
互いに締着されて圧着らしくはプレス（圧着部Ｐ）によ
り軸方向の貫通孔３内に固定された分割要素１５及び１
６から構成される。この場合、２つの分割要素１５．１
６は、ねじ１４により、互いに補完関係にある回転対称
円錐座着面（輪郭Ｋ）を介して互いに圧接される。第５
図に示した構造においては、ねじ１４のねじ頭部は一方
の分割要素１６の対応の切欠き内部で可動に案内され、
その他側では他方の分割要素１５はねじ係合する。第５
図に示した実施例においては、基本的には、２つの分割
要素１５及び１６は同じ比重を有する同一の工作材料か
ら製作することができるが、しかしながらまた、これら
２つの分割要素１５及び１６を合成材料から形成し、他
方、ねじ１４は金属工作材料から形成し、該ねじ１４が
２つの分割要素１５及び１６に対して比較的大きな質量
部分を占め、それにより補償用釣り合せ重量要素として
の働きをなすようにすることら可能である。

しかしながらまた、用途及び適用例に従い、２つの分割
要素１５及び１６を互いに異なる比重を有゛４゛る互い
に異なる材料から製作することも可能であることは言う
までもない。この変形例は、回転子らしくは翼車円板Ｒ
の偏心質量もしくは在留不平衡を補償する場合に有用で
あろう。

以上、図示し説明した補償用釣り合せ重量要素の構造形
態に鑑み、翼車円板には、図示していない仕方で、１つ
または複数の半径線上に、予め製作されて周辺部に渡り
均等に分布配設された軸方向の貫通孔及び／または盲孔
を設け、それらを総て挿入物で充填して閉鎖し、その場
合、該挿入物をそれぞれの比重を考慮し不平衡を補償す
る仕方で分布することができる。盲の軸孔（図示せず）
を使用する場合には、発生する遠心力荷重に応答して挿
入物が孔から放出されないように、該盲孔を可能な限り
長く形成すべきであることに留意されべきである。

本発明はまた、過給機回転子、特にその半径流圧縮機の
回転子または回転円板にも使用するのにも適している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、複流型の背面関係で設けられた羽根を有する
半径流圧縮機の翼車の回転子部分を軸端側を切除して示
す概略中心縦断面図、第２図は、局部的不平衡補償の目
的で鉛層充填材を有する合成材料製挿入物を備えた第１
図の半径流圧縮機翼車の半径方向外部部分断面図、第３
図は、縦軸方向に収斂／発散している挿入物用軸方向貫
通孔を備えた第１図の半径流圧縮機の翼車の半径方向外
側部分の部分断面図、第４図は、中心部に環状溝を備え
た挿入物用軸方向貫通孔を有する第１図に示した半径流
圧縮機翼車の半径方向外側部分の部分断面図、そして第
５図は、軸方向貫通孔内にねじ／模型の接続により締着
された２つの分割部分からなる挿入物を備えた第１図の
半径流圧縮機翼車の半径方向外側部分断面図である。 ２・・・圧縮機翼車 ３．１０’　；１３・・・貫通孔 ４．８．１０．１４、［５，１６・・・挿入物４．５・
・・軸端部 ６．７・・・半径流圧縮機翼

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流体機関の半径流圧縮機回転子の不平衡の補償、特
   に、回転子の半径方向外側周辺領域に設けられた少なく
   とも１つの軸方向の孔が、該孔を端側で回転子表面と同
   面関係で閉鎖する挿入物を備えているガス・タービン機
   関の複流式半径流圧縮機の翼車の静的不平衡補償装置に
   おいて、 前記挿入物（４′、８）は、 前記回転子の隣接する半径流羽根部分間に配設された貫
   通孔（３、１０′、１３）を充填し、カーボン、ガラス
   またはセラミック繊維で補強された合成材料から形成さ
   れ、 熱膨張に関して、回転子の熱膨張と同じであるかまたは
   それに近似し、且つ 回転子材料の密度とは異なる密度を有することを特徴と
   する 半径流圧縮機回転子の不平衡補償装置。 ２、挿入物（４′、８）が、合成樹脂部材として形成さ
   れた熱可塑性樹脂或るいはポリイミド内に埋設された前
   記繊維またはその組合せからなる請求項１に記載の半径
   流圧縮機回転子の不平衡補償装置。 ３、挿入物（８）が、鉛からなる充填材料により不平衡
   補償機能を有するように形成されている請求項１または
   ２に記載の半径流圧縮機回転子の不平衡補償装置。 ４、充填材料が、挿入物（８）内に積層もしくは埋設さ
   れた鉛球（１０）からなる請求項３に記載の半径流圧縮
   機回転子の不平衡補償装置。 ５、充填材料が挿入物内に鋳込まれた鉛からなる請求項
   ３に記載の半径流圧縮機回転子の不平衡補償装置。 ６、充填材料が、挿入物内に巻装及び（または）打ち込
   まれた鉛箔（層）から形成されている請求項３に記載の
   半径流圧縮機回転子の不平衡補償装置。 ７、挿入物が、回転子の翼車円板（Ｒ）の長手方向に収
   斂／発散するスピンドル状のに貫通孔（１０′）内で軸
   方向に固定されている請求項１乃至６のいずれかに記載
   の半径流圧縮機回転子の不平衡補償装置。 ８、挿入物が、貫通孔（１３）の環状溝（１２）内に係
   合するほぼ中央の拡大円周部分（１１）を備えている請
   求項１乃至７のいずれかに記載の半径流圧縮機回転子の
   不平衡補償装置。 ９、圧縮機回転子の翼車円板が１つまたは複数の半径線
   上で周辺部に互いに均等に分布して予め形成されている
   軸方向の貫通孔を備え、該貫通孔総てを、それぞれの比
   重が不平衡を補償するパターンで分布される挿入物によ
   り充填し閉鎖した請求項１乃至８のいずれかに記載の半
   径流圧縮機回転子の不平衡補償装置。