JPH05509142A - 星形コムプレッサーの動作特性安定化装置 - 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】 星形コムプレッサーの動作特性安定化装置！本発明は特許請求の範囲１の上位概 念に記載の星形コムプレッサーの動作特性安定化装置に関する。

絶えず開発され続けることを宿命としたエンジンは低いエンジン速度で媒体圧を 高くして行くという傾向にある。従来のコムプレッサーを使用すると、エンジン 動作域はサージラインに極めて接近し、このサージラインに先立つノイズマージ ンへと入り込む。

かかるエンジンの制御性能を改善するには、コムプレッサーが広い動作域と高い 効率という特性を有する必要がある。

現在の装置でかかる要求を満たすには、コムプレッサーの入口通路に極めて有効 な動作域安定（Ｒ５）手段を用いることができる。

ベントチャンバーでかかる動作特性安定化を行うことは古くから知られている。

このやり方は羽根車への流れ動作角が正確でない動作域では効果的である。この 動作特性安定化は変調がベントスペース内のバッファ容量で補償されるような臨 界動作点ではある種の動作特性安定化を可能にする。もしその変調が更に顕著で あると、環状スロットとベントスペース間に循環が生じる。サージラインの領域 では徐々に小さくなる動作角で羽根車は流れにさらされ、羽根車での加圧が増大 する。かくして空気塊がコムプレッサー人口へと逆送される。コムプレッサーが 全体的に送り込む以上の空気が羽根車入口端で取り込まれる。従って、この動作 点での動作角は改善され、サージラインは更に小さな流量へと変わる。羽根車入 口端で音速に達することでチョークマージンが生しる。ここで低圧が生じ、空気 がバイパス管を介して羽根車に送られる。かくしてチョークマージンは右方へと 変わる。この間動作特性安定化装置はほぼその効果を発揮しない。理想的な流れ とか調整とかいう点てはそれは無力である。

バイパス管を介して圧力を均等化させる技術、つまり軸方向のいろいろな個所に 接続され圧力の均等化を生み出し得るバイパス管を介して圧力を均等化する技術 はＤＥ−Ｐｓｉ、４２８，０７７から公知である。

この技術は、Ｈ，Ｄ、ヘンスラー氏による摘要欄（クーンレ、コップアンド力つ シュ社、１９７７年、５７版、第３巻、ＶＧＢ発電技術用の特別寄稿）で説明さ れているように、徐々にではあるが更に発展させられてきている。

動作特性安定化用の現在の手段はＥＰ−Ａ３４８６７４．ＥＰ−Ｂ２２９５１９ 、ＧＢ−ＯＳ２，２２０，４４７を見ると解る。ＥＰ−Ｂ２２９５１９並びにＧ Ｂ−Ｏ８２，２２０，４４７はガスインティクから直接羽根車前縁のうしろに通 じるバイパス管を開示している。ベントスペースを通る流れ（フロー）はベント スペースへの孔（以下孔１という称す）を介しての羽根車前縁前方における差圧 あるいはベントスペースから羽根車側への孔（以下孔２と称す）内の圧力に対す る差によって規ベントスペース内の諸条件は羽根車前縁直前のガスインティク内 のそれと対応しないという欠点がある。これを補う事実上の唯一の制御手段は溝 である。従って、広い溝であればチョークマージンを変えられようが、最適域で は効率を損なうことになろう。その結果効率の相当なロスという点でかかる構成 のものには限度があろう。

かかる否定的な点はＥＰ−Ａ３４８６７４では入口と出口の両方をメインフロー に殆ど垂直に位置させることで回避されている。従って、バイパス管を直接動作 させることをしない。その結果、バイパス管の入口と出口での差圧によってバイ パスフローが生じる。

かかる構成の欠点はバイパス管の両側が羽根車の前方に位置することにある。こ れは、バイパス管での差圧がいずれにしても極めて小さく、従ってかかる構成の ものは羽根車の前方に極端な圧力勾配が生じる時にのみ有効であることを意味す る。しかして、送られて来る容量が高い範囲にある時にもまたこのことは云える から、安定化は極めて早期に図られることが望ましい。エンジンの正常動作点で は、これは速度域は低いのに効率は高く、速度域は高いのにリザーブは大きいこ とを意味する。

公知の構成のもののもつもう一つの欠点はコムプレッサーのタイプに応じて安定 化手段を選択しなければならないことである。コムプレッサーブレードのデザイ ンの違い、形状の違い、結果としての位置の違い、変調強度、サージ領域が安定 化手段を設計するための明確な技術的ガイドラインを与えるのをこれまで不可能 にして来た。また、安定域が一体全体得られるのかどうか、所定のコムプレッサ ー、特に星形のコムプレッサーにどの安定化手段が効果的であるのかを確信を持 って予想することもこれまで不可能であった。現状では、変えるパラメーターの 数を最小にする形で選択の完了することが極めて望ましい。

上述の如き欠点から、本発明の目的は効率をロスすることなく特性域を拡大出来 る星形コムプレッサーの動作特性安定化装置を提供することにあることになる。

上述した如きタイプの動作特性安定化手段に基づき、本発明の目的は特許請求の 範囲１の特徴記載部分になる動作特性安定化装置により達成される。

特許請求の範囲１の記載によると、流れはベントスペースを通過し、該ベントス ペースは壁のところでメインフローに事実上垂直な入口領域内のバイパス管とし て機能する。従って、該領域には追加的に渦が生じ、この領域に関連する欠点が 抑えられる。入口リングのために、この領域は羽根車前縁直前のメインフローの 状態に更に強く関連づけられる。

ベントスペースの他端は羽根車前縁の後方で羽根車と連通ずる。これはＥＰ−Ｏ ３Ｏ３４８６７４の構成のものよりも、動作特性安定化が更に高い圧力差で行わ れ、またベントスペースの出入口管の圧力変化に更に敏感に反応することを意味 する。制御効果は更に顕著である。本発明の構成のものの場合、流れを羽根車へ と結び付けることで大きな圧力差を利用出来る。動作条件を安定させながら、最 適動作域でベントスペースに圧力差零の状態を保つことが出来、従って、ベント スペースはこの動作域で何らの影響も及ぼさないし、また効率のロスも生じない 。

上述したことから明らかなように、本発明になる構成のものは入口領域を最大限 利用することで新しいいろいろな条件に適応できるコムプレッサーを提供するも のである。この目的のため、入口リングが設けてあり、該入口リングは、入口領 域内の流れの動作変化に応じて、ベントスペース内の圧力差を変化させる。従っ て、特殊な用途の場合にも、動作特性安定化を簡単に行うことが出来る。つまり 、入口リング内径のサイズによってベントスペース内の諸条件を調整することが 出来る。入口径を徐々に小さくするにつれて、ベントスペース内の条件が流れ条 件により密に対応することになり、羽根車前縁前方の流れ圧に対応することにな る。

本発明のその他の利点並びに実施例は従属の特許請求の範囲に記載の通りである 。

本発明の利点並びに特徴は添付の図面を参照しながら以下に行う実施例について の説明から明らかになる筈である。

第１図は動作特性を安定化する星形コムプレッサーの部分断面図である。

第２図は動作特性を更に安定化する星形コムプレッサーの部分断面図である。

第３図は別な形状の動作特性安定化機構を有する星形コムプレッサーの部分断面 図である。

第４図は他の星形コムプレッサーの部分断面図である。

第５図は環状スロットを有する星形コムプレッサーの部分断面図である。

第６図は変形した入口リングを有する星形コムプレッサーの部分断面図である。

第１図に部分断面図として示す星形コムプレッサーはコムプレッサ−ロリング１ ０は羽根車入口方向へのメインフローの加速を促す。

入口リングの壁沿いの流れ（フロー）は状態を変化させ、かかる状態の変化はベ ント室３１の状態を環状スロット２２を介して変化させる。

連結孔３３．４５での圧力はスロット２２．３８の寸法づけを行い、流−れの諸 条件を対応させることで決定されてもよい。更に、特性曲線の安定化はコムプレ ッサーのタイプに対応させなくてはならず、この場合羽根車の形状に沿った環状 スロットの位置、その幅と傾斜、更にはベント室の容量、入口の形状、入口溝の 位置が速度系の特性を規定する。上記範囲内での差圧が零になると、循環室の効 果はなくなる。この範囲内では遠心コムプレッサーの動作はなんら影響を受けな い。つまり、なんらの効率上のロスも生じない。

しかして、かかる理想的な場合とは対照的に差圧が生じると、かかる差圧は循環 室を介して均等化され得る。従って、動作域が拡大されると共に、特性曲線の安 定化が最適域の左方で、流れの増大が最適域の右方で生じる。

特性曲線安定化の方法は入口領域における流れの状態に依存するから、入口リン グ１０を取り換えることで最適状態が簡単に可能となり、該入口リングは取付は ピン１２で固定されているだけだから、即座に取り換えて同じように固定出来る 。

輪郭リング２６を保持するウェブ３２は中央に固定するのに加えて軸方向の流れ を安定化させるという目的を果す。

特にボス比の大きい大型コムプレッサーの場合、比較的に広いウェブは特に孔３ ３から孔４５への流れに顕著な後流を生じさせる。その結果、明らかに高い大き なノイズが生じる。かかる場合、循環室のワエブを短くすることでノイズの発錆 は顕著に改善される（第２図）。こうすることで流れは更に大きな距離を与えら れてウェブによる後流を生じさせない。

かかる不利益を回避するには、第２図に示すように構成することが好ましい。ウ ェブは溝とは接触せず、ウェブ自体がその拡散側で円形状にされている。

本発明の他の実施例が第３図に示しである。第１図のものとは違って、環状スロ ット３８はベント室３１内に大きく突出していない。動作角４３での環状スロッ トの理想的な形状を示す第１図の実施例と比較して、連続製造工程における組立 てを簡単にするため、スロットの深さは小さい。輪郭リング２６の取り付けの際 、ハウジングの孔にはめる取り付はピン１３は歪み（回転）防止の働きをする。

ベント室内にはいり込む孔４５は、前述したように傾斜させである。部分４２に は半径方向の係合面が形成してあり、該係合面は輪郭リングの組立を簡単にする 。ピン１３は歪み（回転）防止を保障する。

第１図から第３図に示すものの場合、入口リング１０は入口通路内にはめこまれ 、ピン１２で固定される。第４図には他の変形例が示しである。入口リング１１ ０はハウジングに直接ボルト止めしてあり、ベント室３１の外径を決定する。こ の例は使用者の希望通りにコムプレッサーを使用出来る構成上の可能性を示すも のである。

第５図は更に他の実施例を示す。この場合はベント室は殆ど羽根車の後端にまで 延びている。動作特性の安定化を更に良くするため、この場合３個の環状スロッ ト２２，４５．１３８が設けである。

第６図には入口部の直径１６が輪郭リングのそれよりも小さい実施例が示しであ る。この実施例は入口通路における加速がより高いものになるという利点を有す るし、また孔３３とベント室とにおける差圧比が改善されることにもなる。

前述したように、動作特性安定化装置の動作はスロツト２２，３８並びにベント 室３１における流れの諸条件に左右される。連結孔１こおける流れの条件はスロ ットの影響をうける。

所望の特性は機構全体を調整することで得られるが、この場合、本発明によると 、効率レベルを維持することがより重要である。この点で、チョークマージンを 外方へ押し出すように動作特性安定化装置を調整すると、最良の結果が得られる 。サージラインに関連した特殊サイズのコムプレッサーの動作域はボス比あるい はコムプレ・ソサー形状を変えて設定されるし、特殊サイズのコムプレツサー用 にも同じベント手段が使用される筈であるから、Ｒ８の寸法づけは出口領域ある いは羽根車につし）て行うほうが有利である。

かかる調整に際しては以下の点に考慮すべきである。

１）ベント室３１の領域の寸法づけ ２）ベント室内の諸条件は、吸込み領域内のベント室を多少とも被覆する入口リ ング１０によって付加的に調整されるべきである。

３）羽根車上方の環状スロット３８の領域並びに位置４）羽根車上方の環状スロ ット３８の動作角４３以下これらのパラメーターを最適なものにするデザイン上 の諸特徴１こついて述べる。

入口の径１６は羽根車の後縁（ｔｒａｉｌｉｎｇ　ｅｄｇｅ）径４８の０．６４ から１．２倍であって、好ましくは０．　７から０．　９倍の範囲である。

環状スロット３８の幅３６は羽根車後縁幅５０の０．５５から０．７倍である。

もし他にもまだ環状スロットが設けられていたら、それらスロットの幅は羽根車 後縁幅５０の４分の１以上であってはならない。

環状スロット３８と羽根車４９の後端との間の距離５６で規定される軸方向位置 は羽根車後縁径４８の０．１５から０．　３倍である。

入口溝２２の軸方向位置は羽根車の後端から距離５８のところであって、この距 離５８は羽根車後縁径４８の０．３６から０．６倍である。

入口溝２２の幅２４は環状スロット３８の幅３６の１から１．１倍である。

環状スロット３８の断面積に対する半径方向のベント室３１の断面積の比は環状 スロワ１−の径４０に関する面積の３．５から４．５倍であるベント室３１の内 径３０の比は羽根車後縁径４８の約０．８倍である環状スロット３８の幅３６は 羽根車後縁径４８の０．０３から０．０５倍である。

羽根車後縁径４８の２乗（ｓｑｕａｒｅ）に対する環状スロット３８の面積比は ボス比の０．１０６から０．１５１倍であり、このボス比は出口４８に対する入 口３４における羽根車径の比によって規制され、例えば０．６４から０．７４の 範囲である。

ベント室３１の容積は羽根車後縁径４８の３の累乗（ｔｈｉｒｄ　ｐｏｗｅｒ） の０．０６から０．２３倍である。

これらの比の差が小さいことから、動作特性を安定化させる遠心コムプレッサー の設計にあたっては、どのパラメーターにより注目すべきか明らかであろう。上 記の調整範囲は選択すべき数値がどの範囲内にあるべきかを示す。上記の数値か ら星形コムプレツサーの動作特性を安定化させることが可能であり、安定化され たからといってその効率が損なわれることはないし、動作域は拡大される。

Ｆｉｇ、　１ 国際調査報告 １．Ｉｌ、ｔｈ７□勘にＴ／び９１１０１４３１国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．入口領域（１１）、羽根車（４９）、出口領域（４６，４４）からなる星形 コムプレッサーの動作特性安定化装置であって、該羽根車（４９）はその回転の 際、媒体を入口領域（１１）から出口領域（４６，４４）へと流すように入口領 域（１１）と出口領域（４６，４４）間に配設してあり、該羽根車はこれを囲囲 繞する側壁（４７）の形状に応じて入口径（３４）から出口径（４８）へと変化 する輪郭をその軸に沿って有し、該動作特性安定化装置は入口通路（１１）から 輪郭壁（４７）へと延びかつまた入口領域（１１）の連通孔（３３）および羽根 車前後縁（２，４６）間の輪郭壁（４７）の連通孔（４５）を介してメインフロ ーと連通するベント室またはスペース（３１）を更に有しており、入口リング（ １０）がメインフローを規制しかつまたメインフローに対し距離（１５）にわた ってベントスペース（３１）をカバーするように入口領域（１１）に配設してあ ることを特徴とした星形コムプレッサーの動作特性安定化装置。 ２．入口リング（１０）が交換可能で調整可能であることを特徴とした前記第１ 項記載の星形コムプレッサーの動作特性安定化装置。 ３．入口径（１６）が羽根車後縁径（４８）の０．６４から１．２倍であり、好 ましくは０．７から０．９倍の範囲にあることを特徴とした前記第１項または第 ２項記載の星形コムプレッサーの動作特性安定化装置。 ４．流れ（フロー）を羽根車（４９）へと導く環状スロット（３８）が半径方向 に対して２０度から３０度の動作角を有していることを特徴とした前記第１項か ら第３項までに記載の星形コムプレッサーの動作特性安定化装置。 ５．環状スロット（３８）の幅（３６）が羽根車後縁幅（５０）の０．５５から ０．７倍であることを特徴とした前記第１項から第４項までのいずれかに記載の 星形コムプレッサーの動作特性安定化装置。 ６．少なくとも更にもう一個の環状スロット（１３８）が配設してあり、該スロ ットが羽根車後縁幅（５０）の４分の１に相当する幅を有することを特徴とした 前記第１項から第５項までの少なくとも一つに記載の星形コムプレッサーの動作 特性安定化装置。 ７．羽根車（４９）の後縁から環状スロット（３８）までの距離（５６）で規定 される軸方向位置が羽根車後縁径（４８）の０．１５から０．３倍であることを 特徴とした前記第１項から第６項までの少なくとも一つに記載の星形コムプレッ サーの動作特性安定化装置。 ８．入口溝（２２）の位置が羽根車後縁から距離（５８）のところにあり、この 距離が羽根車後縁径（４８）の０．３６から０．６倍であることを特徴とした前 記第１項から第７項に記載の星形コムプレッサーの動作特性安定化装置。 ９．環状スロット（３８）の幅（３６）に対する入口溝（２２）の幅（２４）の 比が１から１．１であることを特徴とした前記第１項から第８項に記載の星形コ ムプレッサーの動作特性安定化装置。 １０．環状スロット（３８）の半径方向の面積に対するベントスペース（３１） の断面積の比が３．５から４．５であることを特徴とした前記第１項から第９項 に記載の星形コムプレッサーの動作特性安定化装置。 １１．ベントスペース（３１）の内径（３０）の比が羽根車後縁径（４８）のほ ぼ０８倍であることを特徴とした前記第１項から第１０項に記載の星形コムプレ ッサーの動作特性安定化装置。 １２．環状スロット（３８）の幅（３６）が羽根車後縁径（４８）の０．０３か ら００５倍であることを特徴とした前記第１項から第１１項に記載の星形コムプ レッサーの動作特性安定化装置。 １３．羽根車後縁径の２乗に対する環状スロット（３８）の面積比がボス比の０ ．１０６から０．１５１であり、該ボス比が後縁径（４８）に対する入口（３４ ）における羽根車径の比で規定されることを特徴とした前記第１項から第１２項 に記載の星形コムプレッサーの動作特性安定化装置１４．ベントスペース（３１ ）の容積が羽根車後縁径（４８）の３の累乗の０．０６から０．２３倍であるこ とを特徴とした前記第１項から第１３項に記載の星形コムプレッサーの動作特性 安定化装置。 １５．輪郭リング（２６）を担持するウェブの端面が円形状にしてあることを特 徴とした前記第１項から第１４項までの少なくとも１つに記載の星形コムプレッ サーの動作特性安定化装置。