JPS6065299A - 遠心圧縮機のディフューザ - 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、遠心機械に係り、更に詳細には遠心機械に使
用される可変幅ディフューザに係る。

冷凍システムに使用される遠心圧縮機は、一般に、比較
的広い流量範囲に厘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■ネルギを静圧に変換するディ
フュ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、それに対応してディフューザ内を流
れる流体の体積流量が変化する。ディフューザのジオメ
トリ−が一定である場合には、ディフューザ通路内を流
れる流体の流れはその流量が成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ザージ状
態になり、作動流体はディフュ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なＧ？ましからざる騒音が発生
され、圧縮機の効率が低下される。口線機内を流れる流
体の流量が増大づると、ディフューザは一定の通路内を
流れる流体の流れを処理し得＜＞くなり、その結果流体
が絞られる条イ！１が生じ、これにより圧縮機の性能及
び効率に悪影響が及はされる。

広い運転範囲に亙り圧縮機の効率を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４．０７０，１２３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して変化されるように
なっている。また米国特許第３．３６２．６２５号には
、体積流量が小さい場合に於ける賃走性を改善すべく、
ディフュ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、米田
特約第３，９５７，３９２＠に開示されている如き可変
ディフューザベーンも使用される。米国特許第３．２５
１．．５３９号には、ディフューザ通路の幅を変化させ
るために使用される可動のディツユ−ｆｕを有する遠心
冷媒圧縮機が開示されている。ディフューザ通路の幅は
圧縮機の入［ｌガイドベーンの１η置の変化に応動して
変化される。更にディフコ−ＩＪ’のジオメトリ−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【）るり−ジの発生が回避される。これと同様
の装置が米国特許第４，２１９，３０５号に開示されて
いる。

遠心機械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、固定ディフューザ“ガイド
ベーンとの組合せで可変幅ディフューザを使用すること
である。かかる構成が米国特許第２．９９６．９９６＠
、同第４，３７８，１９４号、及び英国特許第３０５．
２１４号に開示されている。これらの構成に於ては−デ
ィ７１−ヂベーンは互に対向するディフ−１−Ｉア（（
！の一方に溶接などにより固定される。ベーンは他方の
ディフューザ壁に設けられた孔を與通し、これにより負
荷条件の変化に応動してディフューザのジオメトリ−を
変化し得るようになっている。ディフューザベーンをデ
ィフユーリ゛壁の一方に固定的に装＠ザることにより、
製造、保守、遠心機械の運転などに関する多数の餅題が
提起される。例えば組立時にベーンを固定するための空
［１１；が（、Ｔとんと存在しない。また各ベーンはイ
れらが豆に非整合状態にあると、それらが杓位首決めさ
れる場合に反対側の壁に固着しまたはこれを１９擦づる
。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イ’ＣＬ〕ればならな
い。このことにより長時間の運転停止にが必要とされ、
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づ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湿洩しｌこ
りディフュ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ｉ；；°の運転中にも熱成長に曝される。熱
成長の大ささが製造公差を越えることがあり、そのため
変、化づる負？１８条件に適合するようディフューザ通
路の幅が変化される際に上述の如き固着及び／又は１争
１１Ａの問題が発生する。

発明の概要 従って本発明の主要な目的は、遠心機械を改良りること
である。

本発明他の一つの目的は、可変幅ディフューザを右する
遠心圧縮機を改良することである。

本発明の更に他の一つの目的は、固定されたディフュー
ザガイドベーンを使用して可変幅ディフューザ“Ｌクシ
フンに於ｔプる整合に関する問題の発生を回避すること
である。

本発明の更に他の一つの目的は、可変幅デイフ：Ｌ−リ
”内に自己整合型のディフューザベーンを設（プること
である。

本発明の更に他の一つの目的は、ディフューザ通路内に
固定的に装着されたディフューザベーンを有する可変幅
ディフューザに於て、作動流体の渥洩及び制御不可能な
圧力変動を最小限に抑えることである。

本発明の更に他の一つの目的は、遠心機械を分解する必
要もなく組立時に迅速に交換可能な自己整合型のディフ
ューザベーンを可動壁を備えたディフューザに組込むこ
とである。

本発明の更に他の一つの目的ＩＪ、、ｉ心機械が運転さ
れている状態に於て該遠心機械の性能を変化させること
である。

本発明のこれらの目的及び他の目的は、固定壁及びこれ
に対向する可ＩＪＪ　ｒｉと、デイフ」−一ア通路の幅
を変化させるべく前記可動壁を位置決めする制御機構と
、前記可動壁内に摺動可能に装着された自己整合型の一
連のディフューザベーンと、前記固定壁の対向面に当接
した状態に前記ディフュ−ザベーンをイリ勢する付勢機
構とを含むディフューザを有する遠心機械によって達成
される。

以下に誰何の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

添イ」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を軽て回転インペ
ラホイール組立体１３内へ冷媒を導く軸線方向人口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より旬日２２にて全体的
に示されたディフュ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。ディフューザ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ボートへ
導くドーノーツ形の渦形室、即ら］レクタ２３内へ圧縮
された冷媒を導くよ−うになっている。

かかる′Ｊ会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、従って添（＝１の図に於ては遠心圧
Ｉａ機の構造は幾分か前回的に示されている。

以下の説明より明らかである如く、本発明の駅間は固定
されたディフュ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ィフュ
ーザを含んでいる。図示の遠心圧縮機は本発明が組込ま
れてに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。不明
Ｉｌｌ古に於ける［固定されたディフューザガイドベー
ン−１はピッチ、即ちディフュ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■−ロフＡ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
場合に於てはディフューザの幅を調節することによって
変化される。

第２図及び第３図に於て、ディフューザ２２は該ディフ
］−ザの背壁を構成する半径方向に配置されＩご固定壁
２５を含ｌυでいる。またディフューザ“の前壁２Ｇ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アイフコーザ通路４００幅を
変化させ、これに上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、ディフューザ内を流れる冷媒の流ｉ１
を失速を発生させることなくナ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。

ディフ：ｌ−ザの移動可能な前壁２６は符号２７にて全
体的に示されたキャリッジに固定されている。キャリッ
ジ２７はシニＬ５　ｒラド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。

スタッドが前壁２６の背面に溶接されており、キャリッ
ジ２７に設けられた孔を貫通している。スタッド３１に
はナツト３３がねじ込まれており、該ナツトに上り前壁
２Ｇがギヤリッジ２７の正面に対しきつく引き寄せられ
ている。前壁２６はドエルビン３４にＪ、り組立時に正
確に位置決めされる。

キャリッジ２７は第２図に於ては、ディフューザ通路を
その最大流量位置にまで聞くべくメインケーシング３０
のスト・ツブ面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。キャリッジはねじ３７を介し
て二重作用ビス［〜ン３８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
るにうになっている。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、従っ
てそれに固定されたキャリッ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Ｉこピストン３８は前述
のシュラウド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
ップ而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［・ツバ３６に当接づる最小流量位置との間
にキャリッジを介して前壁２６を駆動し１ｑるようにな
っている。第一の膨張可能な室４３がケーシングの壁面
７１／Ｉとピストンの正面４５との間に設けられていｚ
、、室４３内へ加圧され流体を供給することにＪζす、
ピストンはディフューザの固定壁２５へ向けて軸線方向
に駆動される。同様にピストンの背面／１９どシュラウ
ドの壁面４８ど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
よりディファー９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４
３に通じる第一の流体回路は流体チャンネル５７及び５
８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
供給する流体チャンネル５３〜５６よりなっている。実
際にはこれらの流体チャ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７Ｌを栓塞すること
によって形成されている。また実際には流体チャンネル
５３及び５７の一方は他方の前後に形成されており、従
って第２図に於ては一つの流体チャンネルしか示されて
いない。流体チャンネル５３及び５７はイれぞれねじ込
み式のカップリング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Ｉｌｉ！制御装置６０が段Ｏられてお
り、該制御装置はピストン３８をディフューザの固定壁
２５へ向番ノ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４７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廷在しており、該
ピンは組）ン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′＠囲繞しており、室４３及び４７の間にピストンに
沿って流体が相互に通過Ｊ−ることを阻止するようにな
っている。制御装置６０内の弁を操作１ることにより、
遠心１１縮機の性能特性を要求負荷に適合さＶるべく、
キ↑？リッジ２７の位置、従ってディフューザ通路の幅
を正確に制御し得るようになっている。

第３図に示されている如く、ディツユ−ψの可！ｌｌ壁
の周りには一連のディツユ−１アガイドベーン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
形のものであってよく、一般にディフュ−ザ通路内を流
れる作動流体の運動を制御づるエーロフオイルの形状を
なしている。ベーン（Ｊインペラの先９１ル；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
騒音や変動を発生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６３が孔６４内にて自由に運動可能であり、
しかもディフュ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（まそれぞれイー１勢ばＩＬＩ　
７２が配置されている。このばねは−Ｑｉ、ｌｉにて−
１−ヤリ・ンジの背壁面に形成された円形のリセス６２
△内に着座する圧縮コイルばねである。各イ］勢ぽねの
他端は、ビン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６Ｇ土に緩く装ン１さ１１ている
。ばね保持要素１ま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ｌυで（する。組立られた状態
に於ては、各ばね７２はキ１１リッジとばね保持要素の
フランジとの間にてＪ−ｉ」１！ｉ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ｔロ
ブている。このばねの作用は、ストップ面３５とストッ
パ３６との間に於けるキャリッジ及びピストンの移動距
離全ｆ本に乃り、ベーンをこれに対向する固定壁に押（
＝Ｊりられた状態に保持することである。各ベーンの先
端面７３４よ、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１．＞　６
Ｘよう十分な接触面積を与えている。このこと及びベー
ンか活動可能に装着されており、Ｊ：たばね７２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。かくして熟成良などによる種
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
変幅ディフュ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
は装着ブラケット８１により検出ロッド８０が摺動可能
に装着されている。この検出ロッドは可動壁２６内に検
出ロッドをシールするベローズ８３に接続されている。

検出ロッ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４するようになっている。検出ロッド
８０の根元側端部には枢動アーム８７により検出回路８
５が可動的に接続されている。枢動アーム８７は横巾１
１、りばＩ７′１古艙ホｈ１−炊臂ｌＴ■齢醇りＣ小Ｔ
腑な位置を検出する。検出回路８５には可動壁の（Ｑ置
を示す出力信号を発生する回路手段が設りられており、
その出力信号はデータライン８８を粁で制御１！＆置６
０へ伝達され、制御装置内に於て他の負荷データと組合
わせて成る与えられた９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。

ディフューザの変化可能な範囲全体に亙り良りＹな空気
力学的流れ特性が得られるよう、ディフューザ通路に沿
うベーンが設置′Ｊ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％又はそれ以下に紺持されることが好ましい。また
本発明に於（プるベーン構造の自己調節機能により、可
！ＩＪ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
（０，２５１１１１１１）に射目寺することができる。

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ムのではな
く、本発明の範囲内にて秤々の実施例が可能であること
は当業者にとって明らかであろう。

【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−り方部分を示
づ拡大部分断面図であり、可変幅ディツユ−１Ｆ［クシ
ョ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
ィフューザの可動壁内に摺動可能に装着された多数のデ
、ｆ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・・
・中火ハブ、１９・・・ブレード、２０・・・ブレード
の先端、２２・−・ディフューザ、２３・・・＝ルクタ
、２５・・・固定壁、２６・・・前壁、２７・・・キャ
リッジ、２８・・・シュラ「ンド、３０・・・メインケ
ーシング、３１・・・スタッド、３３・・・ナツト、３
５・・・ストップ面、３６・・・ストッパ、３７・・・
ねＵ、３８・・・ビス１ヘン、３０・・・ピン、４０・
・・ディフューザ通路、４３・・・第一の膨張可ｆｉｔ
＋な室、４４・・・壁面、４５・・・正面、４７・・・
第二の膨張可能な室、４８・−・壁面、４９・・・背面
、５０・・・Ｏリングシール、５３〜５８・・・流体ヂ
トンネル。 ６１・・・供給導管、６２・・・）Ｊツブリング、６２
Ａ・・・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、７
２・・・付勢ばね、７３・・・先端面、８０・・・検出
ロッド、８１・・・ブラケット。 ８３・・・ベローズ、８５・・・検出回路、８７・・・
枢動アーム、８８・・・データライン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ケーシングと、半径方向に配設された環状のディ
   フューザの入口へ流入口より作動流体を導くべく前記ケ
   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
   遠心機械のディフューザにして、 半径方向に配設された固定壁と、 ディフューザ通路を郭定すべく前記固定壁に近接して半
   径方向に配設された可動壁を支持するキャリッジと、 前記ディフューザ通路の大きさが変化されるよう前記ギ
   ヤリッジを前記固定壁に対し位置決めすべく前記主１／
   リッジに駆動連結された駆動手段と、前記可動壁に形成
   された補形的な孔内に摺動可能に装着された一連のディ
   ７ユーザベーンであって、前記可動壁を貫通して延在し
   ｄ前記固定壁に実像で［る一連のディ７ユーザベーンと
   、各ディフューザベーンの前後にて前８Ｃキヤリツジと
   共に運動し得るよう前記キトリッジ内に装着されたイ」
   勢ばねであって、前記キャリッジが前記可動壁を再位置
   決めする際に前記ディフューザベーンを前記固定壁と当
   接した状態に保持すべく前記キャリッジと前記ディフュ
   ーザベーンの背面との間にて圧縮されに付勢ばねど、 を有するディフューザ。
2. （２）ディフューザ通路の入口へ作動流体を磨くインペ
   ラを回転可能に支持づるケーシングを右する遠心機械の
   ディフューザにして、 」′径方向に配設された固定壁、及び前記ディフューザ
   通路の大きさを変化ずべく　Ｔｆｉｉ記固定壁に近接し
   て半径方向に配設された可動壁と、最大流爵位首と最小
   流ｎ１位買どの間にて前記可動壁を前記固定壁に対し選
   択的に位置決めサベ（前記可動壁に駆動連結された駆動
   手段と、前記可動壁は該可動壁に形成された補形的な孔
   内に摺動可能に収容された一連のエーロフオイル形のベ
   ーンを有しており、各ベーンは該ベーンが前記ディフュ
   ーザ通路を横切って延在するよう前記可動壁を貫通して
   延在し月前記固定壁に当接していることと、 前記ベーンが組立時に自己調節し１ｑるよう前記ベーン
   を前記固定壁に当接した状態に付勢すべく各ベーンの背
   部に対し作用する付勢手段ど、を含むディフューザ。