JP2004036444A

JP2004036444A - シュラウド付インペラーの製造方法

Info

Publication number: JP2004036444A
Application number: JP2002193286A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ochiai; 落合　宏行; Chikao Honda; 本田　親男
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2002-07-02
Filing date: 2002-07-02
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】翼の削りだし加工（すなわち流路の加工）を容易にするとともに、拡散接合をすることができるシュラウド付インペラーの製造方法を提供する。
【解決手段】シュラウド付インペラーを外径側部品５と内径部側部品６とに分割してそれぞれ所定の形状に加工する加工工程と、加工後の両部品を拡散接合する接合工程と、を備える。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心圧縮機に用いられるインペラーの製造方法に係り、とくにシュラウド付インペラーの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
遠心圧縮機に用いられるインペラーには、オープンインペラーとシュラウド付インペラーとがある。図３にシュラウド付インペラーの一例を示す。図３は、シュラウド付インペラーを軸心を含む平面で切断したときの断面図である。
【０００３】
シュラウド付インペラーは、軸方向の先端側（図の上側）から後端側（図の下側）にかけて拡径するように成形されたボス１と、ボス１に削りだしにより成形された翼２と、からなる本体部３と、その外周に同心状に配置されたリング状のシュラウド４と、からなる。
シュラウド４は、翼２の外周端に接合されて一体化されているので、ボス１の軸心部に駆動軸が貫着されると、本体部３とシュラウド４とは一体となって回転し、先端側から導入した流体を後端側外周部へと導くようになっている。
【０００４】
このシュラウド付インペラーは、シュラウドのないオープンインペラーと比較すると、翼とケーシングとの間の隙間がないため、流動損失が少なく、圧縮効率が高いという特徴を有し、航空エンジン等の高圧縮率が要求される遠心圧縮機に用いられている。
【０００５】
ここで本体部３にシュラウド４を接合しようとする場合、十分な強度をもたせるために拡散接合をすることが好ましいが、接合時の荷重により翼２が倒れるように変形してしまい、接合すること自体ができなくなってしまう。
【０００６】
そこで、シュラウド４と本体部３とを一体構造の素材で成形した後に、インペラーの流路（翼間）を削りだし加工で製作する方法や、翼２に荷重の負担のかからないろう付けにより接合する方法が採用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、インペラーの流路は翼間が狭いために、前記削りだし加工では、細いエンドミルを用いなければならない（したがって、１回の削りだし量が少ない）、先端側と後端側の両方から加工しなければならない、エンドミルの角度を変えなければならない等の工夫をしながら加工しなければならず、加工時間が長く、コスト高となるという問題があった。
また、前記ろう付け加工では、接合部の強度が十分ではなく、製品の寿命が短いという問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、シュラウド付インペラーを内径側部品と外径部側部品とに分割してそれぞれ所定の形状に加工する加工工程と、加工後の両部品を拡散接合する接合工程と、を備えたことを特徴とするインペラーの製造方法を提供する。
【０００９】
本発明によれば、翼の削りだし加工が容易になるだけでなく、拡散接合により十分な強度を得ることができる。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記加工工程は、前記インペラーの軸心と同心の円錐面で内径部側部品と外径部側部品とに分割して加工する。このとき、接合工程では、前記インペラーの軸方向に荷重をかけ、前記インペラーの翼間の各空間に嵌め込む支持部材を用いて接合することが好ましい。
【００１１】
本実施形態によれば、翼の削りだし加工が容易になるだけでなく、接合面がテーパー面となり拡散接合の荷重に耐えることができ、十分な強度を得ることができる。
【００１２】
さらに別の好ましい実施形態によれば、前記加工工程は、前記インペラーのシュラウドと本体部とに分割することにより外径部側部品と内径部側部品とに分割して加工し、前記接合工程は、前記インペラーの翼間の各空間に嵌め込む支持部材を用いて接合することが好ましい。
【００１３】
本実施形態では、支持部材を用いることにより、インペラーをシュラウドと本体部とに分割しても拡散接合することができ、その結果、翼の削りだし加工も容易になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１５】
図１は、本発明のシュラウド付インペラーの製造方法の一実施形態を示す図であり、（Ａ）は翼の削りだし加工前の加工工程、（Ｂ）は翼の削りだし後の加工工程、（Ｃ）は接合工程を示す図である。なお、各図は、図３と同様に、シュラウド付インペラーを軸心を含む面で切断したときの断面図である。
【００１６】
図１（Ａ）に示す加工工程では、インペラーの軸心と同心の円錐面の一部で内径部側部品５と外径部側部品６とに分割している。このように分割することにより、各部品５，６の流路のＲが緩和され、各部品５，６の翼２ａ，２ｂの削りだし加工（すなわち流路の加工）が容易になる。
【００１７】
ここで、切断面となる円錐面は、その頂点がインペラーの後端側（図の下側）となるようにするのが好ましい。このように分割することにより、流路の曲率の最も大きい部分で内径部側部品５と外径部側部品６とに分割することができ、各部品５，６の翼２ａ，２ｂの削りだし加工（すなわち流路の加工）が最も容易になる。なお、この円錐面は、頂角が３〜５度程度あれば十分であるが、図に示すようにそれ以上でもよい。
【００１８】
また、インペラーを分割するには、図３に示すシュラウド４と本体部３とが一体に成形された翼を削りだす前の状態の素材を２つに分割するようにしてもよいし、翼を削りだす前の状態の内径部側部品５と外径部側部品６とをそれぞれ鋳造等により成形し、接合面が一致するように表面を機械加工するようにしてもよい。
【００１９】
図１（Ｂ）に示す加工工程では、削りだし加工により、内径部側部品５及び外径部側部品６の翼２ａ，２ｂと駆動軸が貫着される駆動軸用孔７を成形している。このように翼２ａ，２ｂを削りだすことによりインペラーの流路８が成形される。このとき、翼（流路）も２つに分割されているため、従前のような細いエンドミルを用いることなく削りだし加工することができ、一度に削りだす量が増え、加工が容易になるだけでなく、加工時間を大幅に短縮することができる。
【００２０】
図１（Ｃ）に示す接合工程では、内拡散接合により、径部側部品５と外径部側部品６とを接合している。図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、インペラーを円錐面で切断しているため、接合面９がテーパー状になっており、軸心方向に荷重をかけるだけで、径方向の荷重に変換することができる。したがって、拡散接合に必要な荷重を容易にかけることができ、また荷重をかけたとしても翼が倒れるようなことはない。拡散接合するには、接合面９の面粗さをＲａ０．４〜０．８μ程度にラップ仕上げした後、表面を酸洗浄で汚れ等を落とした後、７００〜８００度の高温状態で約４Ｋｇ／ｍｍ^２の圧力を４時間程度かければよい。
【００２１】
次に、図２を用いて、本発明のシュラウド付インペラーの製造方法の他の実施形態について説明する。図２において、（Ａ）は翼の削りだし加工後の加工工程、（Ｂ）は接合工程、（Ｃ）は接合工程で使用する支持部材を示す図である。
【００２２】
図２（Ａ）に示すように、本実施形態では、外径部側部品としてシュラウド４、内径部側部品として本体部３に分割されている。これらの部品は、鋳造等により成形された素材を削りだし加工等の機械加工により、翼２、挿入孔１０、駆動軸用７が形成される。接合時には、シュラウド４の挿入孔１０内に本体部３が挿入され、翼２の外周端及びシュラウド内周面が接合面となる。したがって、ボス１、翼２及びシュラウド４により成形される空間がインペラーの流路となる。
【００２３】
ここで、このまま拡散接合したのでは、その荷重により翼が倒れてしまうので、図２（Ｂ）に示すように、支持部材１１を使用する。図２（Ｂ）は理解を容易にするために、一部の流路のみを拡大して示している。この支持部材１１は、例えば３分割されており、中央部１１ａ及び両端部１１ｂとからなる。これらを組み合わせると流路内に嵌め込むことができる。
【００２４】
この支持部材１１は流路長手方向にある程度の厚みを持って形成されているが、これらは流路に嵌め込むことができるように流路にほぼ沿うように成形されている。支持部材１１は、少なくとも流路の入口側及び出口側の両端部に挿入する必要がある。
【００２５】
また、支持部材１１は、本体部３と同材であることが好ましく、その表面には接合防止材を塗布してから流路に挿入される。接合防止材を塗布することで、支持部材１１がシュラウド４及び本体部３と接合してしまうのを防止することができる。このように支持部材を挿入したことにより、拡散接合時の荷重に翼が耐えることができ、翼が変形することがない。
【００２６】
図１（Ｃ）に示すように、支持部材１１は分割構造となっているので、拡散接合終了後は、例えば中央部１１ａを引っ張り出す又は押し込むことにより、支持部材１１をばらすことで、流路から支持部材１１を取り外すことができる。
【００２７】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない限りで種々に変更できることは勿論である。
【００２８】
【発明の効果】
上述したように、本発明は、翼の削りだし加工（すなわち流路の加工）を容易にすることができ、拡散接合をすることができるようになるので、加工時間を大幅に短縮することができ、低コスト化を図ることができ、製品の寿命を延命することができる等の優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシュラウド付インペラーの製造方法の一実施形態を示す図であり、（Ａ）は翼の削りだし加工前の加工工程、（Ｂ）は翼の削りだし後の加工工程、（Ｃ）は接合工程を示す図である。
【図２】本発明のシュラウド付インペラーの製造方法の他の実施形態を示す図であり、（Ａ）は翼の削りだし加工後の加工工程、（Ｂ）は接合工程、（Ｃ）は接合工程で使用する支持部材を示す図である。
【図３】シュラウド付インペラーを示す断面図である。
【符号の説明】
１　ボス
２　翼
２ａ　内径部側部品の翼
２ｂ　外径部側部品の翼
３　本体部
４　シュラウド
５　内径部側部品
６　外径部側部品
７　駆動軸用孔
８　流路
９　接合面
１０　挿入孔
１１　支持部材
１１ａ　中央部
１１ｂ　両端部

Claims

シュラウド付インペラーの製造方法であって、該インペラーを外径側部品と内径部側部品とに分割してそれぞれ所定の形状に加工する加工工程と、加工後の両部品を拡散接合する接合工程と、を備えたことを特徴とするシュラウド付インペラーの製造方法。
前記加工工程は、前記インペラーの軸心と同心の円錐面で外径部側部品と内径部側部品とに分割して加工することを特徴とする、請求項１に記載のシュラウド付インペラーの製造方法。
前記接合工程は、前記インペラーの軸方向に荷重をかけることを特徴とする、請求項１又は２に記載のシュラウド付インペラーの製造方法。
前記加工工程は、前記インペラーのシュラウドと本体部とに分割することにより外径部側部品と内径部側部品とに分割して加工し、前記接合工程は、前記インペラーの翼間の各空間に嵌め込む支持部材を用いて接合することを特徴とする、請求項１に記載のシュラウド付インペラーの製造方法。