JPH04125601U - 非接触回転機械の羽根 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非接触回転機械において、運転中における羽
根の羽根外周面とケーシング内周面との間のシール間隙
を縮小化し、以って体積効率を高める。 【構成】 羽根１の羽根外周面とケーシング内周面との
間のシール間隙を形成するに当り、羽根１の軸方向任意
の位置におけるシール間隙がこの位置よりも羽根１の自
由端側にある位置におけるシール間隙よりも大きくなら
ない様に構成し、かつ羽根１の自由端におけるシール間
隙が最大となる様に構成した。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本案は一対のローターが互いに非接触状態で同期的に互いに反対方向へ回転し 合い、ポンプや膨張機として機能する非接触回転機械のローターの羽根に関する 。

【０００２】

【従来の技術】

本案を理解する為に、先ず前記非接触回転機械について説明する。 図１に示される各種非接触回転機械において、図１（イ）から図１（ヘ）までに おける上段側のローターは、回転中心体６の外側に固定された固定中空体３の外 周面に密接しながら回転中心体６と一体的に回転する羽根１を有する構成となっ ており（図１（ニ）では下段側のローターも同様の構成となっている）、下段側 ローターと互いに非接触状態で同期歯車によって同期的に互いに反対方向へ回転 し合う様になっている（代表として図１（イ）の側面図を描いた図１（ロ）をも 参照のこと）。この場合、羽根１と一体構造となった羽根側板２に回転中心体６ を圧入などし、羽根１と回転中心体６とが一体的に回転する様にしている。 下段側のローターはローター外周面が固定中空体３に密接する様にされ、望まし くは固定中空体３に欠円部５を形成し、面状に密接させてシール性を向上させる のが良い。上段側のローターの線Ｃは下段側のローターの線ｌの先端部（点又は 小さな丸みとする）によって創成され、本案に係わるこれらの非接触回転機械は ポンプ又は膨張機として機能するものであるが、ポンプとしての作用を逆とすれ ば（ローターの回転は逆となる）膨張機として機能するから、ポンプとして機能 する場合を説明すると、通路９から作動室８内に吸入された流体はローターの回 転に従って圧縮されながら開閉口７が連通口４へ連通すると各々を介して回転中 心体６内へ吐出される様になっている。但し、図１（ホ）では作動室８内の流体 はリード弁１０，１０′を介して吐出側へ吐出され、図１（ヘ）では作動室８は 最大容模状態から吐出側へ連通する様になっている。図１（ロ）では羽根１と一 体構造となった羽根側板２に回転中心体６を圧入などして羽根１と回転中心体６ とを一体・結合させているが、流体圧力や遠心力によるたわみの関係上、羽根１ の長さは余り長くはできず、大型機には図１（ト）に示す構造が良い。即ち図１ （ト）において、羽根１の中間位置で羽根１と回転中心体６とが一体・結合して おり、この部分ではＸ−Ｘ′断面に示されている様に羽根１の羽根側面（線Ｃ， Ｃ′）に連絡する円筒面１１が形成され、この円筒面１１が下段側のローターの ローター外周面に密接する事によって作動室８内の流体をシールしているのであ る。Ｙ−Ｙ′断面とＺ−Ｚ′断面は同一であり、挿入間隙１２には固定中空体３ が挿入され、この固定中空体３が下段側のローターのローター外周面に密接する 事によって作動室８内の流体をシールしているのである。さて以上の様な非接触 回転機械においては羽根１は流体圧力や遠心力による荷重（高速回転機械故、一 般には遠心力が主）を受け、図１（ロ）の構造を例にとって説明すると、図２の 点線の如くたわむ（流体圧力が作用せず静止状態の時の羽根１を実線で示した） 。この時、羽根１は一端固定の等分布荷重を受けるはりと考えられ、羽根１の羽 根外周面（これと一致する直線をｘ軸にとる）は点線示のたわみ曲線Ｌのたわみ 、Ａ点からｘの距離におけるたわみをδとすると、δ＝Ｋ・（ａ^２／２・ｘ^２− ａ／３・ｘ^３＋１／１２・ｘ^４）で与えられる。但しＫは比例定数、ａは羽根１ の軸方向長である。又、羽根１の自由端（先端部）は最大たわみδ_ｍａｘを与え 、ｘ＝ａとおくとδ_ｍａｘ＝Ｋ・１／４・ａ^４である。この様に羽根１に流体圧 力や遠心力による荷重が加わると羽根１はたわみ曲線Ｌに沿ってたわむ為、最大 たわみδ_ｍａｘに相当する分だけ羽根１の羽根外周面とケーシング内周面との間 のシール間隙を予め余分に見込む必要があり（接触を避ける為である）、図形Ａ −Ｂ−Ｃ，即ち斜線の部分に相当する分だけ流体の漏洩面積が増大し、体積効率 が悪化する欠点があった。

【０００３】

【考案が解決しようとする問題点】

本案の目的は、相互接触による焼き付きなどの幣害を来す事なく運転中におけ る羽根の羽根外周面とケーシング内周面との間のシール間隙を縮小化し、以って 流体の漏洩を防止して体積効率を高めるところにある。

【０００４】

【問題点を解決する為の手段】

本案は従来の欠点を解決する為に、羽根の羽根外周面とケーシング内周面との 間のシール間隙を形成するに当り、羽根の軸方向任意の位置におけるシール間隙 がこの位置よりも羽根の自由端側にある位置におけるシール間隙よりも大きくな らない様に構成し、かつ羽根の自由端におけるシール間隙が最大となる様に構成 したのである。

【０００５】

【実施例】

図３は本案による非接触回転機械の羽根の一実施例で（図１（ロ）の構造に本 案を実施したものである）、羽根１の羽根外周面と図示しないケーシング内周面 との間のシール間隙を形成するに当り、羽根１の軸方向任意の位置におけるシー ル間隙がこの位置よりも羽根１の自由端側にある位置におけるシール間隙よりも 大きくならない様にし（同じか小さくなる様に）、かつ羽根１の自由端における シール間隙が最大となる様に構成してある（もちろん、羽根１に荷重が加わらな い静止状態においてである）。ｘ軸は羽根側板２の外周面に一致し、回転中心体 ６の中心軸に平行な進線で、Ｌは図２で述べた様に羽根１の羽根外周面がｘ軸上 にある時の羽根外周面のたわみを示すたわみ曲線、Ｌ′はたわみ曲線Ｌをｘ軸に 関して対称に移した反たわみ曲線を示す（誇張して描いてある）。図３では羽根 １の羽根外周面は反たわみ曲線Ｌ′に一致する様に機械加工により形成されてい る。 従って非接触回転機械を運転させ、羽根１に荷重（流体圧力，遠心力）が加わる と、羽根１の羽根外周面は点線示の如くｘ軸と完全に一致するまでたわむ事にな る（一般には予め設定した一定回転速度で運転させるので、両者を完全一致させ る事が可能である）。従来では羽根１の羽根外周面はｘ軸に一致しており、羽根 １に荷重が加わるとたわみ曲線に沿ってたわむのであり、最大たわみδ_ｍａｘ（ 一般には１０〜２０μｍ位）だけ羽根１の羽根外周面とケーシング内周面との間 のシール間隙を予め余分に見込まなければならない為、流体の漏洩面積は図形Ａ −Ｂ−Ｃに相当する分だけ増加するが、本案によれば一切増加分はない。 Ｌ′はたわみ曲線Ｌをｘ軸に関して対称に移した反たわみ曲線であり、従って羽 根１の羽根外周面を反たわみ曲線Ｌ′に一致させる様に形成すれば、運転中は羽 根１の羽根外周面をｘ軸に完全に一致させる事ができ、羽根１の羽根外周面とケ ーシング内周面との間のシール間隙を従来の様に予め余分に見込む必要は一切な いが、羽根１の羽根外周面の加工が面倒であり、加工を容易にする必要がある。 その為には反たわみ曲線Ｌ′を線分などで近似するのが良い。図４（イ）は反た わみ曲線Ｌ′を斜線１ａで近似したものであり（羽根１の羽根外周面はテーパー 面となる）、図４（ロ）は反たわみ曲線Ｌ′をＡ点まで届かない斜線１ｂとｘ軸 の一部とで近似したものである（羽根１の固定部近傍の羽根外周面は円筒面であ り、羽根１の羽根外周面はこの円筒面と斜線１ｂに相当するテーパー面とから成 る──羽根１の羽根外周面にラビリンス溝を形成しても円筒面、テーパー面と見 做す）。 図４（ロ）の場合、図４（ハ）の如く段差１３をつけても良い。図４（ニ）は反 たわみ曲線Ｌ′を傾きの異なる二つの斜線１ｃ，１ｄで近似したものであり（羽 根１の羽根外周面は２つの円筒面で形成される──３つ以上の円筒面で形成して も良い）、図４（ホ）は反たわみ曲線Ｌ′を斜線１ｅ，１ｆとｘ軸の一部で近似 したものである（羽根１の固定部近傍の羽根外周面は円筒面である）。次に図４ （ヘ）は反たわみ曲線Ｌ′をｘ軸の一部とこれに平行な線分１′ｅとで近似した もので、羽根１の羽根外周面は曲率半径の異なる２つの円筒面で形成され、羽根 １の羽根外周面は荷重が加わると点線の如くｘ軸にほぼ一致する様にたわむ。線 分１′ｅのｘ軸に連絡する段差の部分は図４（ト）に拡大して示す様にｘ軸から 僅かに突出する為、この突出量だけシール間隙を予め余分に見込む必要があり、 従って斜線の部分に相当する分だけ流体漏洩面積の増加はあるが、従来では図形 Ａ−Ｂ−Ｃに相当する部分が流体漏洩面積の増加分であり、従来に比し大幅に流 体漏洩面積が減少している事がわかる。図４（チ）はｘ軸の一部とこれに平行な ２つの線分１ｇ，１ｈで反たわみ曲線Ｌ′を近似したものであり（羽根１の羽根 外周面は曲率半径の異なる３つの円筒面で形成される）、図４（リ）はｘ軸の一 部とこれに平行な線分１_Ｊと斜線１ｉで反たわみ曲線Ｌ′を近似したものである （羽根１の羽根外周面は曲率半径の異なる２つの円筒面と１つのテーパー面で形 成される）、図４ではいずれも点線示の如くたわみ、ｘ軸にほぼ一致する様にな り、流体漏洩面積は大幅に減少する。本案は図１（ト）の構造にも全く同様に実 施できる事は言うまでもない。

【０００６】

【考案の効果】

図３に示す本案では羽根１の羽根外周面は反たわみ曲線Ｌ′に一致する様に機 械加工により形成されている為、運転時には羽根１の羽根外周面はｘ軸に完全一 致するまでたわみ、従ってｘ軸から突出する部分は一切ないので、羽根１の羽根 外周面とケーシング内周面との間のシール間隙は従来の様に羽根１のたわみに相 当する分だけ予め余分に見込む必要は一切ない。従来では羽根１の羽根外周面は たわみ曲線Ｌに沿ってたわむ為、δ_ｍａｘに相当する分だけシール間隙を予め余 分に見込む必要があり、図形Ａ−Ｂ−Ｃに相当する流体漏洩面積の増大があった が、本案ではこの増加分は一切ない。羽根１の羽根外周面を反たわみ曲線Ｌ′に 一致させる時に（その如く形成した時に）効果は最も高いが、反たわみ曲線Ｌ′ は複雑な曲線である為、ｘ軸の一部やこれに平行な線分、更には斜線などにより 近似させて、加工を容易にする事が望ましい。この様な観点から考案させられた ものが図４（イ）から図４（リ）までの本案による実施例であり（羽根１の羽根 外周面は円筒面やテーパー面、又はそれらの組み合わせにより形成される事にな る）、いずれも羽根外周面は荷重を受けると点線示の如くほぼｘ軸に一致する様 にたわみ、ｘ軸から突出する部分が非常に小さい為、流体漏洩面積の増大は殆ど ない（従来ではいずれも図形Ａ−Ｂ−Ｃに相当する流体漏洩面積の増大があった が、本案では大幅に減少しているのである）。この様に本案によれば羽根１の羽 根外周面とケーシング内周面との間の流体漏洩面積を大幅に減少させる事ができ るので、流体の漏洩を防止して体積効率を大幅に向上させる事ができる。従来で は羽根１がたわむと最大たわみに相当する分だけシール間隙を予め余分に見込む 必要があり、この為、余り高速回転させる事はできなかった。本案では羽根１が たわんでも、羽根１の羽根外周面をｘ軸に一致させる様に回転速度を設定する事 ができるので、高速回転させる事が可能であり、従って容量が増大し、同一流体 取扱い量では小型する。又、高速回転が可能な為、結果として流体の漏洩損失が 減少し、体積効率を高める事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本案に係わる各種回転機械を示す図である。

【図２】従来の羽根の荷重によるたわみを示す図。

【図３】本案による非接触回転機械の羽根を示す図。

【図４】本案による非接触回転機械の羽根を示す図であ
る。

【符号の説明】

１は羽根、２は羽根側板、３は固定中空体、４は連通
口、５は欠円部、６は回転中心体、７は開閉口、８は作
動室、９は通路、１０・１０′はリード弁、１１は円筒
面、１２は挿入間隙、１３は段差、Ｌはたわみ曲線、
Ｌ′は反たわみ曲線、１ａ・１ｂ・１ｃ・１ｄ・１ｅ・
１ｆ・１ｇ・１ｈ・１ｉ・１Ｊは反たわみ曲線を近似す
る線である。

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに非接触状態で同期的に互いに反対
   方向へ回転し合う一対のローターの内の少なくとも一方
   のローターが、回転中心体の外側に固定された固定中空
   体の外周面に密接しながら前記回転中心体と一体的に回
   転する羽根を有する様に構成された非接触回転機械にお
   いて、前記羽根の羽根外周面とケーシング内周面との間
   のシール間隙を形成するに当り、羽根の軸方向任意の位
   置におけるシール間隙がこの位置よりも羽根の自由端側
   にある位置におけるシール間隙よりも大きくならない様
   に構成し、かつ羽根の自由端におけるシール間隙が最大
   となる様にした事を特徴とする非接触回転機械の羽根。
2. 【請求項２】 羽根の羽根外周面が少なくとも１つのテ
   ーパー面で形成されている様にした実用新案登録請求の
   範囲第１項記載の非接触回転機械の羽根。
3. 【請求項３】 羽根の固定部近傍の羽根外周面が円筒面
   である実用新案登録請求の範囲第２項記載の接触回転機
   械の羽根。
4. 【請求項４】 羽根の羽根外周面が曲率半径の異なる複
   数の円筒面で形成されている様にした実用新案登録請求
   の範囲第１項記載の非接触回転機械の羽根。