JP2013147984A - インペラ、および回転機械 - Google Patents

Abstract

【課題】グリップ部の剛性を十分に確保しつつ、グリップ部の温度制御を容易にして、焼き嵌め時にグリップ部の加熱作業にかかる時間を短縮することができる。
【解決手段】軸線Ｏ回りに回動される回転軸５に対して、グリップ部３３が焼き嵌めにより固定される固定部３２と、固定部３２の軸線Ｏ方向他側から径方向外側に向かって延びる本体部３５とを備えるディスク部３０と、該ディスク部３０の軸線Ｏ方向の他側面３１から突出して設けられるブレード部４０とを備え、固定部３２は、回転軸５に対して固定されるグリップ部３３の軸線Ｏ方向他側に、グリップ部３３よりも薄肉に形成されてグリップ部３３から軸線Ｏ方向他側への熱伝導を制限する熱伝導制限部を備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

この発明は、インペラ、および、インペラを備える回転機械に関するものである。

従来、遠心圧縮機等の回転機械にあっては、回転軸に対してインペラを焼き嵌めして固定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

インペラを回転軸に固定する方法としては、上述した焼き嵌めの他に、回転軸を熱収縮させてインペラを固定する冷やし嵌めや、回転軸とインペラ内周面とに対を成すキーおよびキー溝を形成して機械的に固定する方法が知られている。このようにインペラを回転軸に対して強固に固定することによって、回転軸の回転力をインペラに効率よく伝達することができると共に、回転時にインペラの背面側から作用するスラスト力などによってインペラが移動して振動するのを防止することが可能となる。

図４は、従来のインペラの一例を示している。このインペラ３１０は、ディスク部３３０と、ブレード部３４０と、カバー部３５０とを備えている。
ディスク部３３０は、略円筒状に形成されて軸線Ｏ方向の一側に位置するグリップ部３３３が回転軸５に固定される固定部３３２と、固定部３３２の軸線Ｏ方向他側からインペラ３１０の径方向外側に向かって延在する本体部３３５とを備えている。

ブレード部３４０は、本体部３３５の軸線Ｏ方向の他側面３３１から軸線Ｏ方向他側に向かって突出して形成されている。このブレード部３４０は、本体部３３５の周方向に所定の等間隔で複数形成されている。このブレード部３４０の軸線Ｏ方向他側端には、略円板状のカバー部３５０が設けられている。このカバー部３５０は、ブレード部３４０に対して一体的に形成され、ブレード部３４０を軸線Ｏ方向他側から覆っている。

そして、上記インペラ３１０は、固定部３３２のグリップ部３３３が、回転軸５に焼き嵌めにより固定されることで、回転軸５に対して固定的に取り付けられている。

特開平９−４２１９３号公報

ところで、上記インペラ３１０にあっては、焼き嵌め時に加熱する必要があり、その際のグリップ部３３３の温度制御が難しく、組み付け作業の作業時間が長時間化してしまうという課題がある。
上記温度制御を簡単化するためには、グリップ部３３３の肉厚を薄肉化することが考えられるが、このようにグリップ部３３３を薄肉化すると、当該グリップ部３３３の剛性が十分に得られず、回転時に一側部３３３の面圧が低下してインペラ３１０が振動してしまう虞がある。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、グリップ部の剛性を十分に確保しつつ、焼き嵌めによりグリップ部の温度制御を容易にして作業時間を短縮することができるインペラ、および回転機械を提供するものである。

上記の課題を解決するために以下の構成を採用する。
この発明に係るインペラは、軸線回りに回動される回転軸に対して、前記軸線方向の一側部が焼き嵌めにより固定される固定部と、該固定部の前記軸線方向の他側部から径方向外側に向かって延びる本体部とを備えるディスク部と、該ディスク部の前記軸線方向の他側面から突出して設けられるブレード部とを備え、前記固定部は、前記回転軸に対して固定されるグリップ部の前記軸線方向他側に、該グリップ部よりも薄肉に形成されて前記グリップ部から前記軸線方向他側への熱伝導を制限する熱伝導制限部を備えることを特徴としている。
このようにすることで、熱伝導制限部が薄肉に形成されて伝熱面積が減少され、グリップ部から軸線方向他側への熱伝導が制限されて、グリップ部から熱容量が大きい本体部への熱伝導を抑制することができるため、グリップ部を薄肉化することなしに、効率よくグリップ部を昇温させることができる。

さらに、この発明に係るインペラは、上記インペラにおいて、前記グリップ部の前記軸線方向他側に溝部を備え、前記熱伝導制限部は、前記溝部の底壁からなるようにしてもよい。
このようにすることで、溝部を形成するだけで、グリップ部の軸線方向他側において、一部分だけ薄肉に形成された熱伝導制限部を形成することができるため、容易に熱伝導制限部６１を形成することができるとともに、固定部の剛性低下を最小限に抑えつつ、グリップ部から本体部への伝熱を抑制することができる。

また、この発明に係る回転機械は、上記インペラを備えることを特徴としている。
このようにすることで、インペラの組み付け作業等にかかる作業時間を短縮することができると共に、回転時にインペラが振動するのを防止して、回転軸の回転力を効率よくインペラに伝達させることができる。

この発明によれば、グリップ部の剛性を十分に確保しつつ、グリップ部の温度制御を容易にして、焼き嵌め時にグリップ部の加熱作業にかかる時間を短縮することができる効果がある。

この発明の第一実施形態における遠心圧縮機の縦断面図である。 上記ロータを構成するインペラの縦断面図である。 この発明の第二実施形態におけるインペラの図２に相当する縦断面図である。 従来のインペラの図２に相当する縦断面図である。

次に、この発明の第一実施形態におけるインペラ、および回転機械について図面を参照して説明する。
図１は、この実施形態の回転機械である遠心圧縮機１００の概略構成を示す構成図である。
図１に示すように、遠心圧縮機１００のケーシング１０５には、ジャーナル軸受１０５ａおよびスラスト軸受１０５ｂを介して回転軸５が軸支されている。この回転軸５は、軸線Ｏ回りに回動される。回転軸５には、複数のインペラ１０が軸線Ｏ方向に並んで取り付けられている。各インペラ１０は、回転軸５の回転による遠心力を利用してケーシング１０５に形成された上流側の流路１０４から供給されるガスＧを下流側の流路１０４へと段階的に圧縮して流す。

ケーシング１０５には、回転軸５の軸線Ｏ方向の他側（図１における左側）に、外部からガスＧを流入させるための吸込口１０５ｃが形成されると共に、軸線Ｏ方向の一側（図１における右側）に、外部へガスＧを流出させるための排出口１０５ｄが形成されている。

上記遠心圧縮機１００の構成により、回転軸５が回転すると、吸込口１０５ｃからガスＧが流路１０４内に流入して、軸線Ｏ方向に並んで取り付けられた複数のインペラ１０によって段階的に圧縮される。そして、この圧縮されたガスＧが、排出口１０５ｄから排出される。なお、図１においては、回転軸５にインペラ１０が直列に６個設けられた一例を示しているが、インペラ１０は、回転軸５に対して少なくとも１個設けられていればよい。以下の説明では、説明を簡単化するために、回転軸５にインペラ１０が１個設けられている場合を例にして説明する。

図２に示すように、インペラ１０は、いわゆるクローズドインペラである。インペラ１０は、回転軸５に対して外嵌されるディスク部３０と、このディスク部３０の軸線Ｏ方向の他側面３１から突出して設けられた複数のブレード部４０と、ブレード部４０に対して一体的に形成されるとともに、ブレード部４０を軸線Ｏ方向他側から覆うように形成されたカバー部５０とを備えている。そして、これらディスク部３０とブレード部４０とカバー部５０とによって上述した流路１０４の一部が構成されている。

ブレード部４０は、略一定の板厚で形成されてディスク部３０の他側面３１から軸線Ｏ方向の他側に向かって突出して形成されている。このブレード部４０は、ディスク部３０の他側面３１において周方向に等間隔で複数配列されている。また、ブレード部４０は、側面視で径方向外側に向かってやや先細り形状とされている。

カバー部５０は、軸線Ｏ方向の一側面５０ａがブレード部４０の他側縁４０ａに取付られている。このカバー部５０は、径方向外側の厚さ寸法がやや薄い板状に形成されている。カバー部５０は、径方向における内側部が、軸線Ｏ方向における他側に向かって湾曲して形成されている。

ディスク部３０は、回転軸５に対して外嵌される略円筒状の固定部３２と、固定部３２の軸線Ｏ方向における他側部３２ａから、径方向外側に向かって延在する略円板状の本体部３５とを備えている。本体部３５は、上記カバー部５０と同様に、径方向の内側部が軸線Ｏ方向他側に向かって湾曲して形成されている。

固定部３２は、その軸線Ｏ方向の一側部であり、回転軸５に対して固定されるグリップ部３３を備えている。グリップ部３３は、その内径が、回転軸５の外径よりも僅かに小径に形成されて回転軸５に対して焼き嵌めにより固定されている。また、固定部３２は、グリップ部３３よりも軸線Ｏ方向他側に、非グリップ部３４を備えている。非グリップ部３４は、その内径が、回転軸５の外径よりも僅かに大径に形成されて回転軸５に対して隙間嵌めされている。なお、固定部３２は、単一の金属材料により形成され、固定部３２内においては金属材料の熱伝導率は略一定とされている。

非グリップ部３４には、グリップ部３３と他側部３２ａとの間の外周面３４ａに、軸線Ｏを中心にした略環状の環状溝部６０が形成されている。そして、この環状溝部６０は、グリップ部３３の軸線Ｏ方向他側に隣接して配置されている。環状溝部６０の底壁６０ａは、グリップ部３３よりも薄肉に形成され、本発明の熱伝導制限部６１を形成している。この熱伝導制限部６１が形成されることで、グリップ部３３よりも軸線Ｏ方向他側において、固定部３２の伝熱面積（軸線Ｏに対して垂直な断面の面積）が縮小されている。つまり熱伝導制限部６１によって、グリップ部３３から軸線Ｏ方向他側への熱伝導が制限されることとなる。なお、熱伝導制限部６１においては、固定部３２における剛性を十分に確保できる程度の厚さ寸法が確保されている。

この実施形態におけるインペラ１０および、インペラ１０を備えた遠心圧縮機１００は上記構成を備えており、次に、インペラ１０を回転軸５へ固定する手順について説明する。
まず、ディスク部３０と、ブレード部４０と、カバー部５０とを溶接や切削等により一体的に形成する。
次いで、固定部３２のグリップ部３３をバーナー等により加熱して、グリップ部３３の内径が回転軸５の外径よりも大径となるまで熱膨張させる。

この際、固定部３２においては、加熱されて高温となっているグリップ部３３の熱が、相対的に低温な本体部３５に向かって熱伝導される。しかしながら、熱伝導制限部６１において、グリップ部３３よりも伝熱面積を減少させて総伝熱量を減少させているため、グリップ部３３から軸線Ｏ方向他側への熱伝導が制限される。つまり、グリップ部３３の熱流束よりも、非グリップ部３４の熱流速が減少される。そのため、熱伝導制限部６１を形成しない場合と比較して、グリップ部３３の温度低下が緩やかになり、グリップ部３３の迅速な昇温が可能となる。

次に、熱膨張させたグリップ部３３の内側に回転軸５を挿通させてインペラ１０を所定の取付位置に配置させる。そして、固定部３２のとりわけグリップ部３３を自然冷却等により温度低下させて熱収縮させる。すると、グリップ部３３の内周面３３ａと回転軸５の外周面５ａとの面圧が上昇して、グリップ部３３が回転軸５を外周側から締め付ける状態となる。これによりインペラ１０が回転軸５に固定される。

したがって、上述した第一実施形態のインペラ１０によれば、熱伝導制限部６１が薄肉に形成されて伝熱面積が減少されるので、グリップ部３３から軸線方向他側への熱伝導が制限され、グリップ部３３よりも熱容量が相対的に大きい本体部３５への熱伝導を抑制することができる。その結果、効率よくグリップ部３３を昇温させることができるため、グリップ部３３の温度制御が容易になり、グリップ部３３を焼き嵌めする際の加熱作業に係る時間を短縮することができる。

さらに、環状溝部６０を形成するだけで、グリップ部３３の軸線Ｏ方向他側において、一部分だけ薄肉に形成された熱伝導制限部６１を形成することができるため、容易に熱伝導制限部６１を形成することができるとともに、固定部３２の剛性低下を最小限に抑えつつ、グリップ部３３から本体部３５への伝熱を抑制することができる。

また、上述した第一実施形態の回転機械である遠心圧縮機１００によれば、インペラ１０の組み付け作業等にかかる作業時間を短縮することができると共に、遠心圧縮機１００の回転時にインペラ１０が振動するのを防止して、回転軸５の回転力を効率よくインペラ１０に伝達させることができる。

次に、この発明の第二実施形態におけるインペラ２１０について図面を参照して説明する。なお、この第二実施形態のインペラ２１０は、上述した第一実施形態の熱伝導制限部６１の形状が異なるだけであるため、上述した第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明する。

図３に示すように、この実施形態におけるインペラ２１０は、上述した第一実施形態のインペラ１０と同様に、ディスク部３０と、ブレード部４０と、カバー部５０とを備えている。なお、ブレード部４０と、カバー部５０との構成は、上述した第一実施形態と同様であるため詳細説明を省略する。

ディスク部３０は、第一実施形態のディスク部３０と同様に、略円筒状の固定部２３２と、固定部２３２の軸線Ｏ方向の他側部２３２ａから、軸線Ｏを中心とする径方向外側に向かって延在する略円板状の本体部３５を備えている。

固定部２３２は、軸線Ｏ方向一側に、回転軸５に対して固定されるグリップ部２３３を備えている。このグリップ部２３３は、その内径が、回転軸５の外径よりも僅かに小径に形成され、回転軸５に対して焼き嵌めにより固定されている。また、固定部２３２は、グリップ部２３３よりも軸線Ｏ方向他側に非グリップ部２３４を備えている。非グリップ部２３４は、その内径が、回転軸５の外径よりも僅かに大径に形成され、回転軸５に隙間嵌めされている。この第二実施形態の固定部３２も、単一の金属材料により形成され、固定部３２内においては金属材料の熱伝導率は略一定とされている。

そして、上記固定部２３２は、グリップ部２３３の厚さが、当該グリップ部２３３よりも軸線Ｏ方向他側の非グリップ部２３４の暑さよりも肉厚に形成されている。換言すれば、固定部２３２は、グリップ部２３３よりも軸線Ｏ方向他側に非グリップ部２３４を有し、この固定部２３２の非グリップ部２３４が、グリップ部２３３よりも薄肉に形成されている。この薄肉に形成されている固定部２３２の非グリップ部２３４が、熱伝導制限部２６１を形成する。

したがって、上述した第二実施形態のインペラ２１０によれば、上記グリップ部２３３が相対的に厚肉に形成されていることで、バーナー等でグリップ部２３３を加熱する際に、グリップ部２３３へ入熱される単位時間当たりの熱量を増加することができる。

そして、グリップ部２３３を厚肉に形成していない場合と比較して、非グリップ部２３４の伝熱面積は拡大されていないため、グリップ部２３３へ加えられる単位時間当たりの熱量の増加分だけ、グリップ部２３３を迅速に昇温させることができる。
とりわけ、第二実施形態のインペラ２１０の場合、グリップ部２３３を厚肉に形成するだけでよいため、容易に熱伝導制限部２６１を形成することができる点で有利となる。

なお、この発明は上述した各実施形態の構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。
例えば、上述した第一実施形態では、環状溝部６０を、非グリップ部３４の外周面３４ａに形成する場合について説明したが、環状溝部６０の底壁６０ａの厚さが、グリップ部３３の厚さよりも薄肉化されればよく、例えば、環状溝部６０を非グリップ部３４の内周面３４ｂ側に形成するようにしてもよい。さらに、環状溝部６０を、外周面３４ａと内周面３４ｂとの両方に形成するようにしてもよい。

また、上述した第一実施形態における図２の一例では、環状溝部６０が角溝状に形成された場合を示したが、熱伝導制限部６１がグリップ部３３よりも薄肉に形成できれば良く、溝形状は角溝状に限られるものではない。また、環状溝部６０がグリップ部３３に隣接配置される一例を示したが、環状溝部６０は、グリップ部３３からやや離間配置されていても良い。

さらに、上述した第一実施形態では、環状に形成された環状溝部６０を形成する場合について説明したが、環状に限られず、非グリップ部３４の周方向に部分的に溝部を形成するようにしても良い。

また、上述した各実施形態では、本発明を、カバー部５０を一体的に備えるいわゆるクローズ型のインペラに適用する場合について説明したが、カバー部５０を一体的に備えていないオープン型のインペラに適用するようにしても良い。

５ 回転軸
３０ ディスク部
３１ 他側面
３２ 固定部
３２ａ，２３２ａ 他側部
３３ グリップ部（一側部）
３５ 本体部
４０ ブレード部
６０ 環状溝部（溝部）
６０ａ 底壁
６１，２６１ 熱伝導制限部
２３４ 非グリップ部（熱伝導制限部）

Claims (3)

1. 軸線回りに回動される回転軸に対して、軸線方向の一側部が焼き嵌めにより固定される固定部と、該固定部の軸線方向の他側部から径方向外側に向かって延びる本体部とを備えるディスク部と、
   該ディスク部の前記軸線方向の他側面から突出して設けられるブレード部とを備え、
   前記固定部は、前記回転軸に対して固定されるグリップ部の前記軸線方向他側に、該グリップ部よりも薄肉に形成されて前記グリップ部から前記軸線方向他側への熱伝導を制限する熱伝導制限部を備えることを特徴とするインペラ。
2. 前記グリップ部の前記軸線方向他側に溝部を備え、
   前記熱伝導制限部は、前記溝部の底壁からなる請求項１に記載のインペラ。
3. 請求項１又は２に記載のインペラを備えることを特徴とする回転機械。

Images