CN102444614B - 离心式流体机械用转子 - Google Patents

Abstract

提供一种离心式流体机械用转子，无需对涡轮进行复杂且困难的加工，能够以简单的构成将涡轮牢固地固定于旋转轴，此外，涡轮从旋转轴容易拆装。在涡轮（1）的轮毂（2）的顶端部（2a）处具有两侧面（5p1）为平面的对置的一对突起部（5），在旋转轴（6）的顶端部处，具有在外周上螺纹设置有阳螺纹的阳螺纹部（6a），并且在比该阳螺纹部靠根部侧，具有两侧面为平面的平面部（6c），具有锁定环（7），该锁定环在中央部具有贯通孔（4）且具有槽部（7b），所述槽部（7b）含有对置的两个平面且收纳上述涡轮的轮毂的突起部和上述旋转轴的平面部，具有锁定螺母（8），该锁定螺母在中央部构成阴螺纹部（8b）、将该阴螺纹部与上述旋转轴的阳螺纹部螺纹固定。

Description

离心式流体机械用转子

技术领域

本发明涉及一种令涡轮（叶轮）高速旋转而对流体进行压缩或者膨胀的离心式压缩机、或者离心式膨胀机等的离心式流体机械用的转子。

背景技术

如公知那样，一般在离心式压缩机或者离心式膨胀机中，其转子是将由轮毂构成的涡轮外嵌并拆装自如地固定在旋转轴上而构成的，所述轮毂具有与该旋转轴嵌合的贯通孔，并且在其外周部设置有多个翼片（叶片）。

由于该涡轮高速地旋转，所以涡轮向旋转轴的固定要求非常地牢固。另一方面，此外还同时要求构成为能够与每隔既定期间的维护相应而使得涡轮从旋转轴的拆装容易进行。因此，在这些离心式流体机械的转子中，对于如何将其涡轮固定于旋转轴，提出有各种方案。

例如在专利文献1中公开有下述内容：在涡轮（叶轮）上设置有同时具有多边形的形状和圆锥状的形状的部位的贯通孔（参照专利文献1的权利要求记载的“涡轮（4），……具有轮毂（6），……上述轮毂（6）……具有贯通孔（8），该贯通孔（8）形成为至少部分地具有多边形的基面（10）的轮毂圆锥体（9）……”等），此外，设置有与该贯通孔的形状对应的轴颈（参照专利文献1的权利要求中记载的“轴颈（7）具有与上述轮毂圆锥体（9）协同动作的轴圆锥体（11）……”等）。

另外，在专利文献1中记载了下述主旨：“压缩机叶轮4首先外嵌于轴颈7，借助形成为带连接螺纹牙的套筒的组装、固定部件37’’而安装于轴圆锥体11。若平面21’与平面止动件22’接触，则形成所要的轴、轮毂结合。”（专利文献1的段落0029）。

专利文献1：日本特开平11-148492号公报

如上所述，在专利文献1所记载的发明中，在涡轮（叶轮）的轮毂上设置有同时具有多边形的形状和圆锥状的形状的部位的贯通孔，此外，还设置有与该贯通孔的形状对应的轴颈。

但是，虽然该现有的转子能够将涡轮牢固地固定于旋转轴（轴颈），但是由于形成涡轮的贯通孔的轮毂的内表面形状以及与其嵌合的旋转轴的外表面形状具有多边形及圆锥状等的复杂的形状，所以基于切削等的机械加工不容易且加工时间变长，存在无法应对高精度化及短工期化的要求的问题。

特别地，随着涡轮的旋转速度的高速化的发展，作为涡轮的材料，从以往的以碳素钢为主体的材料变为使用以耐腐蚀性以及强度都高的不锈钢及钛合金，这些新材料虽然切削阻力表示为低值但与碳素钢相比切削性能差，以这样的难切削材料作为对象，更加难以以高精度高效地机械加工上述具有以往的复杂形状的涡轮等，产生下述不良：需要高度的加工技术、高精度的NC加工装置等的特殊且高价的工作机械。

发明内容

因此，本发明是鉴于上述现有技术的问题及不良而提出的，其课题（目的）在于提供一种离心式流体机械用转子，无需对涡轮等进行复杂且困难的加工，能够以简单的构成将涡轮牢固地固定于旋转轴，此外，涡轮从旋转轴容易拆装。

为了实现上述课题，本发明提出一种离心式流体机械用转子，外嵌于旋转轴的涡轮拆装自如地固定于该旋转轴，其特征在于，在上述涡轮的轮毂的顶端部具有两侧面为平面的对置的一对突起部，在上述旋转轴的顶端部具有在外周上设置有阳螺纹的阳螺纹部，并且在比该阳螺纹部靠根部侧的位置具有两侧面为平面的平面部，具有锁定环，该锁定环在中央部具有贯通孔且具有槽部，所述槽部含有对置的两个平面且收纳上述涡轮的轮毂的突起部和上述旋转轴的平面部，具有锁定螺母，该锁定螺母在中央部设置有阴螺纹部、将该阴螺纹部与上述旋转轴的阳螺纹部螺纹固定。

此外，在该离心式流体机械用转子中，优选上述旋转轴在比该旋转轴的上述平面部靠根部侧的位置具有随着朝向顶端侧而外径变窄地构成的锥部，上述涡轮的轮毂的贯通孔的顶端部随着朝向顶端侧而孔径变窄，并与上述旋转轴的锥部嵌合。

根据本发明的离心式流体机械用转子，令涡轮的轮毂的内表面（贯通孔）的形状为通常的圆形，在其顶端部设置突起部，旋转轴也在其一部分上形成螺纹部和平面部，仅通过这样，就能够使用锁定销与锁定螺母固定涡轮和旋转轴，由于使用这样整体而言简单的构成，无需像以往那样对涡轮及旋转轴进行复杂且困难的机械加工，能够借助一般（通用）的工作机械来容易地高精度且高效地、短时间低成本地进行制作，而且能够实现牢固且拆装自如地固定涡轮与旋转轴的优异效果。

此外，在旋转轴的一部分上设置锥部，在与其对应的涡轮的一部分上也构成与该锥部嵌合的同样形状，从而除了上述效果外，还具有能够正确且迅速地进行涡轮与旋转轴的固定时的二者的定位的效果。

附图说明

图1是表示本发明的典型的实施方式的离心式流体机械用转子的涡轮的立体图。

图2是表示本发明的该实施方式的离心式流体机械用转子的涡轮的局部放大立体图。

图3是表示本发明的该实施方式的离心式流体机械用转子的涡轮的局部放大俯视图。

图4是表示本发明的该实施方式的离心式流体机械用转子的涡轮的纵剖视图。

图5是表示本发明的该实施方式的离心式流体机械用转子的旋转轴的纵剖视图。

图6是表示本发明的该实施方式的离心式流体机械用转子的锁定环的立体图（a）以及纵剖视图（b）。

图7是表示本发明的该实施方式的离心式流体机械用转子的锁定螺母的立体图（a）以及纵剖视图（b）。

图8是表示本发明的该实施方式的离心式流体机械用转子的去除锁定环以及锁定螺母的构成的纵剖视图。

图9是表示本发明的该实施方式的离心式流体机械用转子的含有锁定环以及锁定螺母的整体构成的纵剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图说明将本发明用于离心式压缩机用转子（以下有时简称为本发明转子）时的典型的实施方式。图1～图4表示本发明转子的涡轮的构成，图1是从侧面及上方看涡轮整体的外观的立体图，图2是表示该涡轮的顶端部（气体吸入侧）的局部放大立体图，图3是表示该涡轮的顶端部（气体吸入侧）的局部放大俯视图、此外图4是该涡轮的纵剖视图。

在这些图中，涡轮1如公知的那样包括大致圆锥状的轮毂2、和在该轮毂的外周面上涡旋状地设置的多个（本例中为18片）翼片（叶片）3，利用插入、固定于轮毂2的贯通孔4中的旋转轴（后述）而令该涡轮高速旋转，将主要利用其离心力（所谓离心力作用及扩散作用）而从吸入侧（图1的翼片的上端侧）供给的空气等的气体利用翼片等进行压缩，将压缩后的高压气体从排出侧（图1的翼片的下端侧）排出。另外，各翼片3在位于气体的吸入侧的位置具有前沿部、在位于气体的排出侧的位置具有后沿部、在前沿部和后沿部之间具有套管部。

在本发明中，在该涡轮1的位于气体的吸入侧的轮毂2的具有环状的顶端部2a处具有一对（两个）呈弯曲状的突起部5、5。该突起部5、5在轮毂2的该顶端部2a的环状端面上以相同的高度对置地立设，并隔着贯通孔4而相对于其轴心对称地配置。而且，突起部5如从图2、图3可知的那样，各自的两侧的侧面5p1与该顶端部2a的环状端面垂直并且为相互平行的平面，而且，这些贯通孔4侧的内表面5p2以及翼片3侧外表面5p3分别为与轮毂2的顶端部2a的环状端面的曲率相应的曲率的圆弧状的曲面。即，这些突起部5、5的形状如从图3可知那样为下述形状：与能够利用与贯通孔4的轴心平行的面切断环状的顶端部2a的两侧的圆弧状部分的形状大致相等的形状。

从而，被该一对的突起部5、5夹着而形成在这些突起部的内侧的空间5s为其开口的截面为组合一组的直线的对边和一组的圆弧状的对边而成的四边形的空间。此外，突起部5、5的上表面5p4也是平面。

此外，突起部5的基部（图2的下部）侧的外周部具有弧状槽5d。

设置于涡轮1的轮毂2的中心部的贯通孔4的开口截面为圆形，如图4所示，从轮毂2的气体的吸入侧（该图左侧，有时简称顶端侧）向排出侧（该图右侧，有时简称顶端侧）贯通而形成。该贯通孔4按照从轮毂2的顶端侧朝向后端侧的顺序具有顶端部4a、中央部4b、及后部4c。

该贯通孔4的顶端部4a与上述轮毂2的顶端部2a和突起部5所占的区域对应，形成为随着朝向该顶端侧而孔径逐渐变窄的形状，即在其长度方向中形成为锥形。此外，中央部4b的孔径从与顶端部4a的边界到后部4c一定，后部4c具有比中央部4b稍大的孔径。

接着，图5是固定于上述涡轮1的贯通孔4的旋转轴的纵剖视图，在此，旋转轴6以从顶端侧（气体的吸入侧）到后端侧（气体的排出侧）的顺序由阳螺纹部6a、小圆柱部6b、平面部6c、锥部6d以及根部6e一体地构成。阳螺纹部6a是这些轴构成部件中具有最小的直径的圆柱部件，在其外周面螺纹设置有阳螺纹m。小圆柱部6b由具有比阳螺纹部6a稍大的直径的圆柱部件构成。

而且，平面部6c是能够利用与旋转轴6的轴心平行的面将具有比小圆柱部6b稍大的直径的圆柱部件（严格来讲圆锥台部件）的两侧的弧状部分切断的形状，其两侧的侧面6cp（该图5的朝向近前侧一侧的面）为平面。该平面部6c与基于上述突起部5、5的空间5s的形状对应。

锥部6d由圆柱部件（严格来讲为圆锥台部件）构成，该圆柱部件具有在其长度方向上随着朝向顶端侧而外径逐渐变窄地构成的如文字所述的锥形，该锥形在上述平面部6c的圆弧状的部分也同样地与该锥部6d连续地形成。该锥部6d与平面部6c形成的锥形为以与上述涡轮1的贯通孔4的顶端部4a处的锥形一致的角度或者比例将这些的外径或者孔径缩小而成。

根部6e由与上述锥部6d大致相同直径的长尺寸的圆柱部件构成，其后端侧都公知而未图示，与由收纳主动大齿轮和小齿轮的齿轮箱构成的增速机的主动大齿轮的轴连结，进而，主动大齿轮的轴经由连接器与电动机的轴连结。

接着，在之前描述的涡轮1、其贯通孔4以及旋转轴6的构成之外，说明本发明的构成的安装件（锁定环和锁定螺母）。图6是表示锁定环的图，（a）是其立体图，（b）是其纵剖视图，此外，图7是表示锁定螺母的图，（a）是其立体图，（b）是其纵剖视图。

在此，锁定环7是下述环状体：在其中央部设置有贯通的孔7a，并且与其连通地具有横断其径方向的槽部7b，由形成该槽部7b的槽盖部7c和在槽部7b的两侧突出的呈大致半月状的突出部7d构成。该大致半月状的突出部7d如图所示地隔着槽部7b而对合，其对置的两个侧面7p1都为相互平行的矩形的平面。此外，作为槽部7b的底面的槽盖部7c的内表面7p2也为平面。进而，该锁定销7的外径如图7所示，具有在长度方向上随着朝向其顶端侧（该图左侧）而逐渐变小的锥形。

该锁定环7的槽部7b具有与上述涡轮1的突起部5、5以及旋转轴6的平面部6c对应的形状。

此外，锁定螺母8是下述袋状的螺母：在其内部中央部直到其长度方向的中途地设置有圆柱状的孔8a，在其内周面上具有形成有阴螺纹的阴螺纹部8b。

该锁定螺母8的阴螺纹部8b与设置于上述旋转轴6的顶端部的阳螺纹部6a对应，具有两螺纹部能够相互螺纹结合、螺纹安装的直径和螺距。

接着，基于之前描述的本发明的各构成使用图8以及图9说明向旋转轴6固定以及解除涡轮1的方法（拆装方法），并进一步明确本发明的整体构成。图8是表示将图4中说明的结构的涡轮1外插于图5中说明的结构的旋转轴6的状态的纵剖视图，图9是进一步表示借助图6以及图7中说明的结构的锁定环7以及锁定螺母8将涡轮1与旋转轴固定的最终状态的本发明转子的整体的纵剖视图。

在此，首先在定置的旋转轴6上经由轮毂2的贯通孔4而从其顶端侧慢慢地外插涡轮1。在形成于贯通孔4的顶端部4a与旋转轴6上的锥形相互抵接并密接的时刻，停止涡轮1的外插。在该时刻，旋转轴6的平面部6c的前表面与涡轮1的顶端部所具有的突起部5、5的前表面（图2的上表面5p4）一致，在突起部5、5的内侧形成的空间5s中该平面部6c良好地收纳等、涡轮1与旋转轴6的长度方向上的各部的相对位置自动地位于预先设定的既定位置，即实现了两者的定位正确地进行的临时固定的状态（图8）。

另外，此时，贯通孔4的中央部4b和后部4c也嵌合于旋转轴6的根部6e，但对于后部4c，为了令向旋转轴6的外插变得容易而孔径比中央部4b稍大，所以形成为微小的间隙d。

接着，在图8的状态后，将锁定环7经由其孔7d从旋转轴6的顶端部（阳螺纹部6a）外插，并在其槽部7b中收纳并嵌入涡轮1侧的上述突起部5、5和旋转轴6侧的平面部6c。形成该槽部7b的锁定环7的突出部7d的对置的两个内表面7p1与涡轮1侧的上述突起部5、5的两个侧面5p1以及与旋转轴6侧的平面部6c的两个侧面6cp对应，此外，成为该槽部7b的底面的槽盖部7c的内表面7p2与上述突起部5、5的上表面对应，这些各面都由平面构成，所以能够使锁定环7容易地同时嵌合于涡轮1和旋转轴6。借助该锁定环，涡轮1与旋转轴的旋转方向的相对位置关系固定。

另外，对于锁定环7与涡轮1以及旋转轴6的嵌合尺寸、形状，当然令锁定环7侧稍大而在两者之间设置有微小的间隙时这些的嵌合时的作业性更为优异、更为有利。

而且，最后令锁定螺母8一边旋转一边拧入设置于旋转轴6的顶端部的阳螺纹部6a，借助该螺母可靠地推压而固定之前嵌合的锁定环7，结束向旋转轴6固定涡轮1的作业（图9）。另外，在将锁定螺母8拧入阳螺纹部6a前，也可以在锁定螺母8与锁定环7之间夹插入相当于衬垫（垫圈）的部件。

通过进行这样的利用了本发明的转子的构成的固定作业，能够将涡轮1和旋转轴6维持为牢固并且紧密地固定于设定的固定位置的状态，不会在其轴方向（长度方向）中和旋转方向中产生相互错位或者松动。

此外，在解除涡轮1与旋转轴6的固定状态时，基本上以与上述固定作业相反的顺序进行作业。首先，将锁定螺母8反向旋转而拧松，从旋转轴6的顶端部取下，接着取下锁定环7。接着使用适当的夹具并令其尖部钩住设于涡轮1侧的突起部5、5的弧状槽5d而拉出涡轮1，从旋转轴6的顶端部取下而成为图8的状态。根据这样的本发明的离心式压缩机用转子，能够容易地完成解除作业。

以上，基于用作离心式压缩机用转子时的典型的实施方式详细地说明了本发明，但是本发明当然不限于离心式压缩机用，也可以应用于离心式膨胀机，对于利用旋转轴令在外周部固装有多个翼片（叶片）的涡轮高速旋转而主要借助其离心力对气体等的流体进行处理的全部离心式流体机械，都能够在宽广的范围内进行应用。

附图标记说明

1：涡轮、2：轮毂、2a：顶端部、4：贯通孔、4a：顶端部、4b：中央部、4c：后部、5：突起部、5d：弧状槽、5p1：侧面、5p2：内表面、5p3：外表面、5p4：上表面、5s：空间、6：旋转轴、6a：阳螺纹部、m：阴螺纹部、6b：小圆柱部、6c：平面部、6d：锥部、6e：根部、7：锁定环、7a：孔、7b：槽部、7d：突出部、7c：槽盖部、7p1：侧面、7p2：内表面、8：锁定螺母、8a：孔、8b：阴螺纹部、d：间隙。

Claims (2)

1.一种离心式流体机械用转子，外嵌于旋转轴的涡轮拆装自如地与该旋转轴固定，所述离心式流体机械用转子的特征在于，

在上述涡轮的轮毂的顶端部具有两侧面为平面的对置的一对突起部，

在上述旋转轴的顶端部具有在外周面上设置有阳螺纹的阳螺纹部，

并且在比该阳螺纹部靠根部侧的位置具有两侧面为平面的平面部，

具有锁定环，该锁定环在中央部具有贯通孔，并且具有槽部，所述槽部含有对置的两个平面且收纳上述涡轮的轮毂的突起部和上述旋转轴的平面部，

具有锁定螺母，该锁定螺母在中央部设置有阴螺纹部、将该阴螺纹部与上述旋转轴的阳螺纹部螺纹固定。

2.如权利要求1所述的离心式流体机械用转子，其特征在于，

上述旋转轴在比该旋转轴的上述平面部靠根部侧的位置具有随着朝向顶端侧而外径变窄地构成的锥部，

上述涡轮的轮毂的贯通孔的顶端部随着朝向顶端侧而孔径变窄，并与上述旋转轴的锥部嵌合。