JP2008298287A - Fixing system for rotor of rotating fluid machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転流体機械のロータ用の固定システムに関し、より具体的には、遠心型圧縮機のロータと回転シャフトとの間の固定システムに関する。 The present invention relates to a fixing system for a rotor of a rotating fluid machine, and more particularly to a fixing system between a rotor and a rotating shaft of a centrifugal compressor.
圧縮機が機械的エネルギーを用いて圧縮性流体(ガス)の圧力を上昇させることができる機械であることは、知られている。産業用プロセスプラントで用いられる様々なタイプの圧縮機の中で、一般的にドライバ(電気モータ又は蒸気タービン)によって駆動されるロータ又はタービンホイールと呼ばれる機関の回転による遠心加速の形態でエネルギーがガスに供給されるいわゆる遠心圧縮機について言及することができる。 It is known that a compressor is a machine that can use mechanical energy to increase the pressure of a compressible fluid (gas). Among the various types of compressors used in industrial process plants, energy is typically gas in the form of centrifugal acceleration by the rotation of an engine called a rotor or turbine wheel driven by a driver (electric motor or steam turbine). Mention may be made of so-called centrifugal compressors supplied to the plant.
遠心圧縮機には、いわゆる単相構成としての単一のロータ、又は多相圧縮機と呼ばれる直列配置の幾つかのロータを設けることができる。より具体的には、遠心圧縮機の各相は通常、加圧対象ガスのための吸入ダクトと、ガスに運動エネルギーを与えることができるロータと、その機能はロータから出るガスの運動エネルギーを圧力エネルギーに変換することであるディフューザとから構成される。 Centrifugal compressors can be provided with a single rotor in a so-called single-phase configuration or several rotors in series, called a multi-phase compressor. More specifically, each phase of a centrifugal compressor typically has a suction duct for the gas to be pressurized, a rotor capable of imparting kinetic energy to the gas, and its function pressures the kinetic energy of the gas exiting the rotor. It consists of a diffuser that is to convert energy.
遠心圧縮機のロータは一般的に、ディスクの形態であり、その中心部分には様々な数のベーンを支持することができるハブが配置される。ハブには、通常楔留めすることによって遠心圧縮機の回転シャフトに対してロータを拘束することを可能にする中心貫通孔が設けられる。 Centrifugal compressor rotors are generally in the form of discs, at the center of which are arranged hubs capable of supporting various numbers of vanes. The hub is provided with a central through hole that allows the rotor to be constrained relative to the rotary shaft of the centrifugal compressor, usually by wedge fastening.
公知のタイプのロータにおいて、特に特定の流体で作動することができるように鋼鉄ではなく軽金属合金(例えば、アルミニウム)で該ロータを製造した場合に発生する問題の1つは、圧縮機の作動時にシャフトとの間の十分な締まり嵌めを維持することである。事実、機械の作動時に1つ又は複数のロータとシャフトとの間に適切な締まり嵌めを維持することは、ロータの平衡状態を維持しかつロータ自体の仕事エネルギーに必要なトルクをシャフトからロータに伝達するための必要条件である。この第2の態様は、シャフトの上に嵌合取付けしたロータにとって中でも特に重大である。事実、特にアルミニウム合金で製造した場合における熱膨張及びまた遠心力の影響によるロータハブの半径方向膨張は、鋼鉄で製造された同様の最終製品に対して極めて大きくなり、その結果、締まり嵌めの全体的又は部分的喪失を促進し、いずれにしてもトルクの伝達を不十分なものにする。 In known types of rotors, one of the problems that arises when the rotor is made of a light metal alloy (eg, aluminum) rather than steel so that it can operate with a particular fluid is that during compressor operation. Maintaining a good interference fit with the shaft. In fact, maintaining a proper interference fit between one or more rotors and the shaft during machine operation maintains the balance of the rotor and the torque required for the work energy of the rotor itself from the shaft to the rotor. It is a necessary condition for transmission. This second aspect is particularly critical for a rotor fitted on a shaft. In fact, the radial expansion of the rotor hub due to the effects of thermal expansion and / or centrifugal forces, especially when manufactured from aluminum alloys, is very large for similar end products manufactured from steel, resulting in an overall interference fit. Or it promotes partial loss and in any case makes the transmission of torque insufficient.
具体的には、軽量アルミニウム合金で製造したロータは、それらアルミニウム合金がロータハブ−シャフト間の低い特異的接触圧力を引き起こす低い弾性率とロータの作動時に大部分の締まり嵌めの喪失を引き起こす高い熱膨張率とを有するので、単純にはシャフト上に嵌合取付けすることができない。現時点では、アルミニウムで製造したロータの唯一の公知の用途は、シャフトのヘッド上への、すなわちセンタリングシステム及びトルク伝達が極めて容易である圧縮機シャフトの端部でのそれらの嵌合取付けを想定している。 Specifically, rotors made of lightweight aluminum alloys have low elastic modulus that causes low specific contact pressure between the rotor hub and shaft, and high thermal expansion that causes loss of most interference fits during rotor operation. Simply cannot fit onto the shaft. At present, the only known applications of rotors made of aluminum envisage their fitting mounting on the shaft head, ie at the end of the compressor shaft where the torque transmission is very easy. ing.
従って、本発明の目的は、回転流体機械のロータ用の固定システム、より具体的には特にアルミニウム合金で製造したロータを用いる場合にシャフトとロータとの間の締まり嵌めによる力の伝達を保証するのに適した遠心型圧縮機のロータと回転シャフトとの間の固定システムを提供することによって、公知の技術によるロータに関する問題を解決することである。 Accordingly, it is an object of the present invention to ensure the transmission of force by an interference fit between a shaft and a rotor when using a fixing system for a rotor of a rotating fluid machine, more particularly when using a rotor made of aluminum alloy. To solve the problems associated with known art rotors by providing a fixing system between the rotor and rotating shaft of the centrifugal compressor suitable for the above.
本発明の別の目的は、アルミニウム合金で製造したロータの組立体が多相型圧縮機のシャフトの端部の1つに対応するだけでなくそのシャフトに沿っても適切なセンタリング及びトルク伝達を保証するのを可能にする、回転流体機械のロータ用の固定システムを提供することである。 Another object of the present invention is that a rotor assembly made of an aluminum alloy not only corresponds to one of the ends of the shaft of a multiphase compressor, but also provides proper centering and torque transmission along that shaft. It is to provide a fixing system for the rotor of a rotating fluid machine that makes it possible to guarantee.
本発明によるこれら目的は、請求項1に特定したような回転流体機械のロータ用の固定システムを提供することによって達成される。 These objects according to the invention are achieved by providing a fixing system for the rotor of a rotating fluid machine as specified in claim 1.
本発明の更なる詳細は、後続の請求項に示いている。 Further details of the invention are given in the subsequent claims.
本発明による回転流体機械のロータ用の固定システムの特徴及び利点は、添付の概略的な図面を参照しての以下の例示的なかつ非限定的な説明から一層明らかになるであろう。 The features and advantages of a locking system for a rotor of a rotating fluid machine according to the present invention will become more apparent from the following exemplary and non-limiting description with reference to the accompanying schematic drawings.
特に図1を参照すると、この図は、その全体を参照符号10で表した一般的多相型遠心圧縮機を示している。圧縮機10は、その中にシャフト14が回転可能に組立てられたケーシング又はステータ12を含み、シャフト14は、一連の支持軸受16上に載置される。一連のロータ18は、シャフト14上に嵌合取付けされ、次にロータの各々には、ほぼ半径方向の展開部を有する一連の円周方向ベーン20が設けられる。チャネル又はダイヤフラム22がケーシング12上に配置され、これらチャネル又はダイヤフラム22は、圧縮性流体(ガス)を第1の相に向かってまたこの第1の相から後続の層に送って、次に圧縮機10から圧力下で吐出するのを可能にする。
With particular reference to FIG. 1, this figure shows a typical multiphase centrifugal compressor, generally designated 10. The
図2を参照すると、この図は、好ましくはアルミニウム合金で製造され、かつより一般には鋼鉄ロータで発生するものと同じようにシャフト14上に締まり嵌めで組立てられた単一のロータ18の断面図である。
Referring to FIG. 2, this is a cross-sectional view of a
ロータ18は、ほぼ凹面形の第1の前面24及び第1の前面24に対向するほぼ凸面形の第2の後面26を含む輪郭を有する。
The
一般に「ハブ」と呼ばれ、圧縮機10のシャフト14に対して締まり嵌めで拘束されるように構成されたロータ18の中心部分28には、適当な長さを有しかつロータ18自体の後面26に連結されたシャンク30が設けられる。
A
本発明によると、異なる直径を備えた2つの別個の内周面34及び36を有するチェックリング32が、ロータ18のシャンク30上に締まり嵌めによって組立てられる。より大きい直径を有する第1の周面34は、シャンク30の外径De(図3)と締まり嵌めで結合され、一方、小さい直径を有する第2の周面36は、シャフト14上に締まり嵌めで直接結合される。このようにして、圧縮機10の作動時にシャンク30の外径とチェックリング32との間に発生する締まり嵌めの増強を得ることができる。
In accordance with the present invention, a
部品間の締まり嵌めを増大させかつシャフト14から各ロータ18へのトルクの伝達率を高めるために、図2に示すように、シャフト14の外面とチェックリング32の第2の内面36との間に、1つ又はそれ以上のキー38を挿入するのが好ましい。
In order to increase the interference fit between the parts and increase the transmission rate of torque from the
シャフト14からロータ18に伝達することができるトルクをさらに増大させるために、ロータ18の前面側上にもすなわちロータ18自体のアイ40に対応させても、チェックリング32を適用することができる。
In order to further increase the torque that can be transmitted from the
圧縮機10の効率に関するテスト及び制御に基づいて、シャンク30の外径Deとの間のシャフト14の直径Dの比率は基本となるものであり、またチェックリング32の外径Daとの間のシャフト14の直径Dの比率並びにそれぞれシャンク30の有効長さと第2の表面36の長さすなわちチェックリング32の有効長さとを表すシャフト14の軸方向に沿って測定した長さLcとLa(図3参照)との間のシャフト14の直径Dの比率もまた基本となるものであることが判った。
Based on the test and control for the efficiency of the
寸法、張力及び効率間の良好な妥協点は、シャフト14の直径Dに関する以下の比率で得られた。
De/D=1.10〜1.25
Da/D=1.40〜1.60
Lc/D=0.25〜0.35
La/D=0.40〜0.70
図2及び図3に示すように、チェックリング32は、軸方向の障害すなわち言い換えると多相圧縮機10のロータ18のピッチに関係するように、その長さがロータ18のシャンク30に加えてシャフト14の軸方向に延びているので、チェックリング32自体には、ダイヤフラム22に対応するような適当な形状になったその外面の一部分42を設けて、相間ラビリンスシールの直径を増大させることができる。
A good compromise between size, tension and efficiency was obtained with the following ratio for the diameter D of the
D e /D=1.10 to 1.25
D a /D=1.40 to 1.60
L c /D=0.25~0.35
L a /D=0.40-0.70
As shown in FIGS. 2 and 3, the
従って、本発明による回転流体機械のロータ用の、特に遠心型圧縮機のロータと回転シャフトとの間の固定システムは、前に記載した目的を達成することを理解することができる。事実、本システムによると、たとえロータが軽金属合金(アルミニウム合金)で製造されている場合であっても、シャフトからロータに必要なトルクを伝達することが可能になり、また機械のシャフト上におけるロータのセンタリングを維持して、圧縮機の作動時にロータの不均衡を誘発する危険性を除去する。 It can therefore be seen that the fixing system for the rotor of a rotary fluid machine according to the invention, in particular between the rotor of a centrifugal compressor and the rotary shaft, achieves the previously described object. In fact, according to the present system, even if the rotor is made of a light metal alloy (aluminum alloy), it is possible to transmit the necessary torque from the shaft to the rotor, and the rotor on the shaft of the machine. Is maintained to eliminate the risk of inducing rotor imbalance during compressor operation.
このように着想した本発明の回転流体機械のロータ用の固定システムは、とにかく全て同じ発明概念に含まれる多数の修正及び変更を行うことができ、さらに細部全ては、技術的に均等な要素によって置き換えることができる。実際には、使用する材料、また同様に形状及び寸法は、技術的要求により変更することができる。 The inventive locking system for a rotor of a rotating fluid machine of the present invention can make any number of modifications and changes all included in the same inventive concept anyway, and all the details are determined by technically equivalent elements. Can be replaced. In practice, the materials used, as well as the shape and dimensions, can be changed according to technical requirements.
従って、本発明の保護範囲は、提出した特許請求の範囲によって定まる。 Accordingly, the scope of protection of the present invention is determined by the appended claims.
10 圧縮機
12 ケーシング又はステータ
14 シャフト
16 支持軸受
18 ロータ
20 円周方向ベーン
22 チャネル又はダイヤフラム
24 第1の前面
26 第2の後面
28 中心部分
30 シャンク
32 チェックリング
34 第1の内周面
36 第2の内周面
38 キー
40 アイ
42 外面の一部分
D シャフトの直径
Da チェックリングの外径
De 外径
La チェックリングの有効長さ
Lc シャンクの有効長さ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記ロータ(18)のシャンク(30)上に締まり嵌めによって組立てられた少なくとも1つのチェックリング(32)を含み、
前記チェックリング(32)が、前記シャンク(30)に締まり嵌めで結合された第1の内周面(34)と前記シャフト(14)に締まり嵌めで結合された第2の内周面(36)とを有し、前記シャフト(14)から前記ロータ(18)に伝達することができるトルクを増大させる、
ことを特徴とするシステム。 A rotor (18) having a generally concave first front surface (24) and a generally convex second rear surface (26) opposite the first front surface (24); and a rotating fluid machine (10 The center of the rotor (18) configured to include a shank (30) constrained with an interference fit on the rotating shaft (14) and coupled to the second rear surface (26) of the rotor (18). A locking system for a rotor (18) of the rotating fluid machine (10) having a portion (28) and assembled by an interference fit on a shank (30) of the rotor (18) (32)
The check ring (32) has a first inner peripheral surface (34) coupled to the shank (30) with an interference fit and a second inner peripheral surface (36) coupled to the shaft (14) with an interference fit. And increase the torque that can be transmitted from the shaft (14) to the rotor (18).
A system characterized by that.
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