JP2002235694A - 遠心式圧縮機用ロータの製造方法 - Google Patents

遠心式圧縮機用ロータの製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロータが、中央に穴（１１）が設けられた一
体のディスク（１０）から製造される遠心式圧縮機用の
ロータの製造方法を提供する。 【解決手段】 この方法は、絶縁媒体中で、ロータの極
性と反対の極性を有する少なくとも１つの第１の電極を
使用することからなり、前記ロータのブレード（１４）
及びキャビティ（１３）を製造するために、前記第１の
電極が一体のディスク（１０）の外径から始まって作用
し、ブレード（１４）の形状寸法を正確に製造するため
に、第１の荒削り段階と、それに続く、第１の荒削り段
階に使用する電極の形状と類似の形状を有する工具によ
る第２の仕上げ段階からなる処理が、連続経路で行われ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、遠心式圧縮機用の
ロータを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】遠心式圧縮機という用語は、通常は、ロ
ータの中心に向かって収束する幾つかの通路を形成する
ようにラジアル状に配置される幾つかのブレードから構
成される、１つ又は複数のロータ又はインペラを使用す
ることにより、受け取った流体の圧力変化のために必要
なエネルギーを該受け取った流体に伝えて、圧縮可能流
体を、受け取った時よりも大きい圧力にする機械、と定
義される。
【０００３】より具体的には、遠心式高圧圧縮機は、通
常は、標準的な方法で試験されるロータ２０を備える。
本発明による方法についての以下の説明に特に関連性を
有すると想定される事実として、所定の直径に関して、
ロータの形状寸法は一定のものであり、また異なる用途
についても同じくロータの形状寸法は一定のものであ
る。より具体的には、これら遠心式圧縮機用のロータの
主たる構成要素は、ハブ、シュラウド、及びブレードで
ある。
【０００４】気体の密度が高いことから、高圧圧縮機の
技術分野における本当に重大な問題は、ロータの安定性
を保証することである。
【０００５】気体の密度に比例し、気体のためのラビリ
ンスにより誘起される合成力が、前記ロータに影響を与
える許容できない準同期振動を生じることがある。実際
には、これらの力に対するロータの感度は、多かれ少な
かれ、ロータの可撓性に比例して増加する。更に、ロー
タ全体の動的挙動は、この種の用途には特に重要なもの
であり、同じ作動状況（すなわち、同じベアリング、気
体の同じ温度及び圧力等）においてロータの剛性を高め
る最も簡単な手段は、直径の大きいシャフトを使用する
ことである。
【０００６】それゆえ、従来技術では、シャフトとハブ
の両方の直径を大きくして、外乱に対する感度を低下さ
せ、それにより、遠心式高圧圧縮機に特徴的な回転力学
的挙動を向上させている。このため、スペーサを取り除
き、シャフト上に直接に空気力学的な通路を得ている。
【０００７】より具体的には、前方のものは２部分より
なり、後方のものは一体片からなる２つのリングが、軸
位置を維持し、高水準の硬度を有するコーティングがシ
ャフトを保護するようにしている。
【０００８】これらの特徴は、空気力学的な通路が変動
しないよう保証し、この構成が特に効率的にシャフトの
剛性を確実に増すようにするが、これらの変更は、これ
ら遠心式圧縮機のロータ製造には異なる技術が考慮され
なければならないことを意味している。
【０００９】特に公知の技術について言えば、ブレード
は、通常は、ハブ（又はシュラウド）をミリングし、次
いで、部品を接合するために開口部の内側から溶接を行
うことにより作られる。内側から溶接するにはブレード
が薄すぎる流量係数の低いロータには、別の技術が使用
される。
【００１０】事実、当該技術においては、ブレードの主
端と同一直径を有するノーズ部、すなわち、シュラウド
前部があることから、２つの部品はハブの後ろからスロ
ット溶接される（ブレードをシュラウド上に機械加工さ
れる）。溶接が行われた後に熱処理も行われるが、これ
は、理解されているように、生成される残留張力を減ら
すためである。
【００１１】各ロータは、ロータの吸気口において必要
な空気力学的な空間を作り出すために、スペーサにより
互いに離間させられる。したがって、これらのことか
ら、ハブの直径を大きくし、それによって外側からのス
ロット溶接の直径を大きくすることが極めて困難になる
ことは明らかである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の要求が満たされるような、遠心式圧縮機用のロータを
製造する方法を提供することである。
【００１３】本発明の別の目的は、求められる期待値に
合致する極めて高水準の寸法精度を得ることのできる、
遠心式圧縮機用ロータを製造する方法を提供することで
ある。
【００１４】本発明の別の目的は、ロータの高水準の構
造的な抵抗力を得る可能性をもたらす遠心式圧縮機用ロ
ータの製造方法を提供することである。
【００１５】本発明の更に別の目的は、完成品の高水準
の寸法精度と共に最適な表面品質を得ることのできる、
遠心式圧縮機用ロータの製造方法を提供することであ
る。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明によるこれらの目
的及びその他の目的は、遠心式圧縮機用のロータを製造
する方法により達成され、該方法において、前記ロータ
は、中央に穴が設けられた一体のディスクから製造さ
れ、絶縁媒体中において、前記ロータの極性と反対の極
性を有する少なくとも１つの第１の電極を使用し、前記
ロータのブレード及びキャビティを形成するために、該
第１の電極が該一体のディスクの外径から始まって作用
し、前記ブレードの形状寸法を正確に製造するために、
第１の荒削り段階と、それに続く、第１の荒削り段階に
使用する電極の形状と類似の形状を有する工具による第
２の仕上げ段階とからなる処理が、連続経路において行
われる。
【００１７】一実施形態によると、本発明による方法
は、ディスクの内側における前記ブレードの主端を丸く
するために、前記ロータの内側部分においてブレード表
面に電極が作用する、更なる仕上げ段階を含む。
【００１８】別の形態として、本発明による方法の好適
な変形によると、電極は、ブレードの正圧側及び負圧側
の両方の輪郭の各々を製造できるような形状にされてお
り、電極が本方法による少なくとも第１の荒削り段階を
行う。実際は、この電極は、第１及び第２の部分を有
し、この第１及び第２の部分がブレードを設けるために
必要な空間により互いに離間されている。
【００１９】本発明によるロータの製造方法の更なる特
徴は、本明細書に添付する他の請求項に記載する。
【００２０】本発明による遠心式圧縮機用ロータの製造
方法における特徴及び利点は、添付の概略図を参照し、
限定する目的ではない実施例によりなされる以下の代表
的な実施形態の説明から、更に明らかとなるであろう。
【００２１】電気侵食の方法は他の多くの加工方法の中
から最終的に選択されたものであるという理解に基づい
て、特に関連ある図面を参照し、本発明による方法を説
明する。実際は、電気侵食の加工作業において、２つの
金属部品を絶縁液体の中に浸し、電源に接続する。
【００２２】電源のスイッチをオンにした場合には、２
つの金属部品間に電圧が生じる。２つの部品を、互いに
適切な距離をとって配置した場合には、電圧が放電さ
れ、２つの部品間の距離を電気スパークが通り抜ける。
このスパークが当たった部分では、金属が溶融するほど
に加熱される。
【００２３】次々に（決して同時ではなく）放たれるこ
れらスパークを大量に当てた後に、電極の形状にならっ
て、所望の形状の金属片を段階的に製造することができ
る。侵食が起こる前に、これらスパークを毎秒ごとに数
十万回生成させる必要がある。結果は、放電の強度、周
波数、持続時間、長さ、及び極性に依存して、大きな変
動がある。
【００２４】電気侵食には、型彫りＥＤＭと、ワイヤカ
ットＥＤＭと言う名称で技術的に公知の２つの異なる方
法があり、ここでＥＤＭとは、放電加工を表わす。上述
の２つの電気侵食方法において、電源の電気エネルギー
は、所望の結果に従って、高度な先進技術の形式による
制御されたパルス発生器によって変換される。ＥＤＭ法
は、通常は、金属残渣の全てを除去するように、継続的
に再生されろ過される絶縁液中で行われる。
【００２５】この手段により、たとえこの工程が数時間
または数日間を要するとしても、全ての工程を通じて、
外部的条件は変化せずに維持される。
【００２６】本装置により提供される可能性は非常に大
きく、すなわち、切削及び除去の高速化、極めて効率的
な自動制御、繰り返される非常に長い製造サイクルの相
互連結とデータ蓄積が可能であり、最終形状、及び完全
に滑らかなものから極めて荒いものまで加工される金属
表面のほとんど１００％の監視が可能である。これら並
外れた特性を有することから、ＥＤＭは大きな将来性の
ある技術であると考えられる。
【００２７】型彫りＥＤＭ技術の場合には、所望の形状
は金属を除く形で三次元電極により形成される。３つの
主軸ｘ、ｙ、ｚ上の動きを重ね合わせることにより、他
のいかなる加工システムによっても得られない方法で、
最も変化に富む形状、凹部及びキャビティが形成でき
る。例えば、単体の鋼材に螺旋状のキャビティを形成す
ること、又は長方形の穴を開けること、或いは機械的圧
力を加えることのできない非常に薄い硬化した金属板を
加工することができる。
【００２８】ワイヤカットＥＤＭ方法の場合には、所望
の形状がコンピュータに記憶され、機械が理解できるコ
ードの形で送信され、続いてその機械がワイヤを経路に
沿って案内し、独自に形状を切削する。切削を要する複
雑な形状、または角のある形状、円錐形などその他の例
外的な表面の場合、上下ワイヤ案内システムがその場合
に合わせて異なる動作を実行する。
【００２９】
【発明の実施の形態】更に遠心式圧縮機ロータ製造方法
の説明に関して、より詳細に、以下に説明を行う。
【００３０】図１に明確に示すように、開始点は鋼製の
一体のディスク１０であり、電気侵食によりラジアル圧
縮機ロータを製造するために、中央に穴１１が開いてい
る。より具体的に述べると、本発明の方法においては、
数値制御された機械を使用することが好ましい。この方
法に使用する工具及びロータ自体は、反対の極性を有す
る電極であり、絶縁手段は、通常は、油又は高水準の抵
抗性を有する特定の流体である。
【００３１】ロータを製造するために、２つの異なる形
式の工具を使用する。参照番号１２として示す第１の電
極は、ディスク１０の外径から始まって、ロータのブレ
ード１４及びキャビティ１３を製造できる。
【００３２】第１の電極１２は、キャビティ１３の孔自
体と同一形状を有し、図１及び図２に示すように移動
し、図１及び図２において、開始時の位置と終了時の位
置を見出すことができる。この第１段階の最終状態も図
２に示されており、電極１２の侵食部分の間に残った材
料部分は、未だ荒い状態のブレード１４の外表面であ
る。平坦な物体であることから、電極１２はまた軸方向
に移動させる必要がある。
【００３３】連続経路による加工は、全体的な侵食で始
まり、形状が電極１２に類似しているが、ブレード１４
の形状寸法を正確に製造可能な特定の工具による仕上げ
段階が続く。電極１２が作業完了した時には、ディスク
１０の内側のブレード１４は平坦な主端を有する。
【００３４】それ故、ブレード１４の表面１７及び１８
に別の電極１６を作用させ、また表面２０上に作用可能
な更なる電極１９を使用して、図４及び図５に示す加工
処理を行う必要がある。或いは、図３に示すような特定
の形状を有する電極１５により、電気侵食方法の荒削り
段階を行うこともできる。
【００３５】実際は、この電極１５は、特定の形状を有
することから、ブレード１４の正圧側及び負圧側の両方
の側面の輪郭を形成する。より具体的には、電極１５
は、ブレード１４の存在のために必要な距離だけ離間し
た第１の部分１５’及び第２の部分１５”を有する。
【００３６】本発明による遠心式圧縮機用のロータ製造
方法における特徴及び利点は、以下の説明から明らかと
なる。上記の利点をより明確かつ正確に特定するため
に、次のまとめとなる点及び見解について述べる。
【００３７】第１に、本発明による方法を用いること
で、ロータのハブの直径を大きくすることができる。ロ
ータのハブの直径を大きくできることに加えて、電気侵
食を用いる主な利点は、第１に、構造的な不連続性がな
いことである。
【００３８】別の重要な利点は、高水準の構造的な抵抗
力が得られると共に、高水準の寸法精度が得られ、最終
的には、完成品の最適な表面品質が得られる可能性があ
るということである。
【００３９】これらすべての点は、高圧力で再注入が行
われる機械のために設計されたロータを製造する場合に
は、特に重要である。
【００４０】事実、高圧力及び高密度を伴うことから、
特に吐出スクロールとして知られている位相において、
空気力学的場の歪みに起因する圧力パルスが、目だって
大きな周期的な力を生じさせることがある。しかしなが
ら、この点に関し、本発明による方法は、ロータ内部の
いかなる治金的な不連続性をも避けることができ、著し
い技術的前進を明らかに示すという事実が理解されるで
あろう。関連する遠心式圧縮機は、寸法精度に関して、
通常は、極めて低い流量係数を特徴とする。
【００４１】幾何学的観点から、これは時として約０．
３〜０．４インチ（７．６〜１０．２mm）という極めて
狭い空気力学的通路が生じる結果となる。低い流量水準
を有するこれらロータについて、スロット溶接として知
られている加工工程に関連する歪みにより、ブレードの
幅が、５％又はそれ以上、増減することがある。
【００４２】一方、説明した方法によるスパーク侵食、
すなわち電気侵食では、得ることのできる精度は、１〜
２％であり、これは、期待される性能水準と得られる性
能水準の間により正確な一致をもたらすものである。
【００４３】最後に、本発明の主題である遠心式圧縮機
用のロータ製造方法に対して、発明の着想に固有の新規
性の原則から逸脱することなく、他に多くの変更を加え
ることが可能なことは明らかである。本発明の実用にお
いて、要求に応じていかなる材料、寸法及び形状も使用
でき、技術的に均等な他のものと置き換えることができ
ることもまた明らかである。本発明の技術的範囲は添付
の特許請求の範囲により特定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の方法による、遠心式圧縮機に使用す
ることを目的とするロータ上に作用する、侵食の第１の
作用位置にある電気侵食用の電極を示す図。
【図２】 圧縮機のロータ上に作用する、第２の作用位
置にある図１の電気侵食用の電極を示す図。
【図３】 別の作用位置にある、図１のロータ上に作用
する電気侵食用の第２の電極を示す図。
【図４】 更に別の作用位置にある、図１のロータの内
側部分に作用する電気侵食用の第３の電極を示す図。
【図５】 更に別の作用位置にある、図１のロータの内
側部分に作用する電気侵食用の第４の電極を示す図。
【符号の説明】
１０ ディスク １１ 穴 １２ 電極 １３ 孔 １４ ブレード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウンベルト・マリオッティ イタリア、50127・フィレンツェ、ヴィー ア・ヴィットーリオ・ボッテゴ、９番 Ｆターム(参考） 3H033 AA02 BB03 BB06 CC01 DD01 DD25 EE00 EE11

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ロータが、中央に穴（１１）が設けられ
    た一体のディスク（１０）から製造される遠心式圧縮機
    用のロータの製造方法であって、絶縁媒体中で、前記ロ
    ータの極性と反対の極性を有する少なくとも１つの第１
    の電極を使用することからなり、前記ロータのブレード
    （１４）及びキャビティ（１３）を形成するために、前
    記第１の電極が前記一体のディスク（１０）の外径から
    始まって作用し、前記ブレード（１４）の形状寸法を正
    確に製造するために、第１の荒削り段階と、それに続
    く、前記第１の荒削り段階に使用する電極の形状と類似
    の形状を有する工具による第２の仕上げ段階とからなる
    処理が、連続経路において行われることを特徴とする方
    法。
  2. 【請求項２】 前記ディスク（１０）の内側における前
    記ブレード（１４）の主端を丸くするために、前記ロー
    タの内側部分の前記ブレード（１４）の表面（１７、１
    ８、２０）上に電極（１６、１９）が作用する、更なる
    仕上げ段階を含むことを特徴とする、請求項１に記載の
    方法。
  3. 【請求項３】 電極（１５）は、前記ブレード（１４）
    の正圧側及び負圧側の両方の輪郭の各々を形成できるよ
    うな形状にされており、前記電極（１５）が、前記方法
    による少なくとも前記第１の荒削り段階を行うことを特
    徴とする、請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記電極（１５）は第１及び第２の部分
    （１５’、１５”）を有し、前記第１及び第２の部分
    （１５’、１５”）がブレード（１４）が存在するため
    に必要な距離だけ離れていることを特徴とする、請求項
    ３に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記第１の電極（１２）が前記キャビテ
    ィ（１３）の開口部自体とほぼ同じ形状を有し、点によ
    り定められ円周上の円弧に類似させることができる曲線
    に沿って移動することを特徴とする、請求項１に記載の
    方法。
  6. 【請求項６】 前記製造方法が、型彫りＥＤＭ形式の電
    気侵食方法であり、該方法は絶縁流体中で行われ、該絶
    縁流体は全ての金属残渣を取り除くように連続的に再生
    されろ過されることを特徴とする、請求項１に記載の方
    法。
  7. 【請求項７】 三次元電極により前記ディスク（１０）
    の金属を取り除く形で所望の形状が形成され、３つの主
    軸ｘ、ｙ、ｚ上での移動を重ね合わせることにより、シ
    ュラウド開口部内側の円環状の表面を含む所望の最も変
    化に富む形状、凹み、及びキャビティを製造可能である
    ことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記方法が、ワイヤカットＥＤＭ形式の
    電気侵食方法であって、所望の形状がコンピュータのメ
    モリに蓄積され、機械が理解できるコードの形で送信さ
    れ、次いで、機械が電極を加工経路に沿って案内しその
    形状を独自に切削することを特徴とする、請求項１に記
    載の方法。
  9. 【請求項９】 前記使用される絶縁手段が、高抵抗率を
    有する油又は特定の流体であることを特徴とする、前記
    請求項のいずれか１項に記載の方法。
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IT2000A002595 2000-11-30

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EP (1) EP1211009B1 (ja)
JP (1) JP2002235694A (ja)
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