JP2018168740A - 流体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フランジ間からの流体のリークを十分に防止することが可能な流体装置を提供すること。【解決手段】圧縮機１のケーシング６に備わる半割体２０，３０のそれぞれのフランジ６１，６２同士が、複数のボルト７０と、複数のボルト７０のうちの隣接する２以上のボルト７０に共用される共用座金７８とを用いて締結される。締付力をＦ、共用座金７８の厚さをＴ、締付力の分散した角度をθ、ボルト７０の半径をＲｂ、座面６１Ａにおける締付力の分散した範囲Ｒ１の半径をＲ、座面６１Ａにおける範囲Ｒ１の面積をＡ、フランジ同士の合わせ面における締付力の分散した範囲Ｒ２の面積をａ、と置き、Ｒ＝Ｒｂ＋Ｔ／tanθ、Ａ＝πＲ２であるとすると、Ｆ／Ａは、フランジの材料の降伏強度および共用座金７８の材料の降伏強度よりも低く、Ｆ／ａは、運転時のケーシング内部の流体の圧力に基づいて定められた所定の面圧以上である。【選択図】図６

Description

本発明は、フランジ同士が締結されるケーシングを備えた圧縮機等の流体装置に関する。

圧縮機は、回転軸に結合したロータと、回転軸を支持する軸受と、ロータを収容する車室とを備えており、ロータの回転により、吸込口から車室内にガスを吸い込んで圧縮し、吐出口から吐出する。
圧縮機の車室は、典型的には、水平方向に分割されており、上の半割体のフランジと下の半割体のフランジとがボルトで締結される（特許文献１）。
特許文献１では、フランジ同士の合わせ面に形成した溝と突起とを噛み合わせることにより、車室内部の高圧ガスがフランジ間から外部へとリーク（漏洩）するのを防いでいる。

特許第９７３８１４号（特開昭５２−１１９７０４号公報）

車室の内部には高圧高温のガスが存在するため、ガスの圧力が作用したり、高温のガスと軸受との温度差による熱変形が生じたりすることで、フランジ同士の合わせ面からガスがリークする可能性がある。
特許文献１のようにリーク防止対策としてフランジの合わせ面に溝と突起を形成したとしても、ガスの圧力によっては、また、温度勾配によってフランジが変形したならば、ガスがリークしてしまう。

リークを防止するためには、締結により得られるボルトの軸力（締付力）がボルトの軸の近傍だけでなく、軸周りに十分に分散し、それによってフランジの合わせ面のより広い範囲に亘り所定の面圧が確保されることが望ましい。
ここで、ボルトの頭部や、ボルトに取り付けられるナットと、フランジとの間には、座金が配置される。この座金により締付力が分散される範囲は、座金が配置された１つのボルトの軸の近い範囲に留まるため、リークを防止する効果は限定的である。この座金を厚くすると、締付力が分散される範囲が広がるものの、リークを防止するために十分とは言えない。

リークを防止するため、突き合わせられたフランジの双方を貫通する通しボルトを採用すると、締付力を増加させることができ、植込みボルトと比べて軸周りの広い範囲に締付力が分散する。しかし、それだけでは、リークを十分に防止できる程の広い範囲に亘って合わせ面の面圧を確保することが難しい。

以上より、本発明は、フランジ間からの流体のリークを十分に防止することが可能な流体装置を提供することを目的とする。

本発明の流体装置は、流体が導入され、フランジ同士を突き合わせて締結される半割体から構成されるケーシングを備え、半割体のそれぞれに備わるフランジ同士が、複数の締結部材と、複数の締結部材のうちの隣接する２以上の締結部材に共用される座金と、を用いて締結される。
ここで、締結部材による締付力をＦ、座金の厚さをＴ、座金に配置される締結部材の端部である締結端部から座金を介してフランジへと締付力の分散した角度をθ、締結端部の半径をＲｂ、座金を支えるフランジの座面における締付力の分散した範囲の半径をＲ、座面における締付力の分散した範囲の面積をＡ、フランジ同士の合わせ面における締付力の分散した範囲の面積をａ、と置く。
Ｒ＝Ｒｂ＋Ｔ／tanθ、Ａ＝πＲ^２ であるとすると、Ｆ／Ａは、フランジの材料の降伏強度および座金の材料の降伏強度よりも低く、Ｆ／ａは、運転時のケーシング内部の流体の圧力に基づいて定められた所定の面圧以上である。

本発明の流体装置において、ａは、座金の横断面積に相当することが好ましい。

本発明の流体装置において、複数の締結部材のうちの少なくとも一部の締結部材は、両端側にねじを有する植込みボルトであることが好ましい。

本発明の流体装置において、複数の締結部材のうちの少なくとも一部の締結部材は、突き合わせられたフランジの双方を貫通する通しボルトであることが好ましい。

本発明の流体装置において、通しボルトの一端側と他端側との双方に座金が配置され、通しボルトと、座金と、通しボルトにより締結されたフランジとは、合わせ面に対して線対称に配置されていることが好ましい。

本発明の流体装置において、ケーシングは、流体を圧縮する圧縮機構を収容することが好ましい。
その場合において、圧縮された流体を流体装置の吐出口に向けて通過させる吐出ボリュートは、ケーシングの軸線方向の内側に拡がって形成されていることが好ましい。

本発明によれば、複数の締結部材に共用される共用座金を用いることにより、隣り合う締結部材の間の領域も含め、座面における締付力の分散範囲およびフランジの合わせ面における締付力の分散範囲のいずれも、単一の締結部材に対応する座金と比べて大幅に拡大することができる。そのため、座面において座金やフランジを降伏させないで、運転中のフランジの合わせ面における応力の分布を一様に近づけることができるので、内圧増加や熱変形によるフランジの局所的な降伏を避けつつ、締付力を維持してリークを十分に抑止することができる。

本発明の実施形態に係る遠心圧縮機を示す縦断面図である。図３のＩ−Ｉ線断面図に相当する。 図１に示す圧縮機を示す斜視図である。 図２に示す圧縮機を示す平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、実施形態で用いる共用座金とは異なり、単一のボルトに使用される通常の座金を用いる例を示しており、（ａ）は、植込みボルトを用いた場合に締付力の分散した範囲を示す模式図である。（ｂ）は、通しボルトを用いた場合に締付力の分散した範囲を示す模式図である。 （ａ）〜（ｄ）は単一のボルトに種々の座金を使用した場合のそれぞれにおいて、締付力の分散した範囲を示す模式図である。 フランジの締結に用いられる２つのボルトに、実施形態に係る共用座金が共用されている状態を示す模式図である。 座面と合わせ面とのそれぞれにおける面圧と、共用座金の厚さとの関係を示すグラフである。 （ａ）および（ｂ）は、共用座金の厚さを算出する方法を説明するための模式図である。 通しボルトの両端側に共用座金が配置された例を示す模式図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
以下、添付図面を参照しながら、フランジ同士が締結された流体装置について説明する。本実施形態では、かかる流体装置の一例として、遠心圧縮機について説明する。

〔遠心圧縮機の構成〕
まず、図１〜図３を参照し、本実施形態の遠心圧縮機１の構成を説明する。
遠心圧縮機１（以下、圧縮機１）は、複数のインペラ２を有し、多段式に構成されている。圧縮機１は、プラント設備等に組み込まれており、導入されるプロセスガスを圧縮して吐出する。
圧縮機１は、複数のインペラ２が備えられたロータ３と、ダイアフラム群４と、シール装置５と、上半車室２０および下半車室３０から構成される車室６（ケーシング）とを備えている。

ロータ３は、水平方向に沿って延びている回転軸３Ａと、回転軸３Ａの外周部に結合された複数のインペラ２とを有している。回転軸３Ａの軸線をＡで示し、軸線Ａに沿った方向を軸線方向Ｄ１と称する。回転軸３Ａの両端部は、図示しない軸受により車室６の外側で支持されている。

回転軸３Ａに接続されたモータ等の駆動源により回転軸３Ａが回転するのに伴い、複数のインペラ２が回転駆動される。そうすると、各インペラ２は、プロセスガス（作動流体）を遠心力により圧縮する。

ダイアフラム群４は、複数段のインペラ２のそれぞれに対応して軸線方向Ｄ１に沿って配列された複数のダイアフラム４０から構成されている。ダイアフラム４０は、リターンベーン４０Ｒを介して連結された部材４０Ａ，４０Ｂからなる。
ダイアフラム群４は、インペラ２を外周側から覆っている。
ダイアフラム４０および車室６の内壁は、インペラ２の流路に連通してプロセスガスを通過させる流路を区画している。

ロータ３の回転により吸込口１１から車室６内に吸い込まれたプロセスガスは、吸込流路１２を通じて最初の段のインペラ２に流入し、インペラ２の流路の出口からディフューザ流路１３により径方向外側に向けて流れ、さらに、曲がり流路１４、およびリターン流路１５を通り次段のインペラ２の内周側に位置する流路の入口へと流入する。そして、インペラ２の流路、ディフューザ流路１３、曲がり流路１４、およびリターン流路１５を経て次段のインペラ２へと流入するのを繰り返し、最終段のインペラ２からディフューザ流路１３および吐出ボリュート１６を経て、吐出口１７を通り車室６の外へと吐出される。

吐出ボリュート１６は、車室６の周方向全体に亘り、環状に形成されている。この吐出ボリュート１６は、最終段のインペラ２から流出した高圧ガスが流れるディフューザ流路１３の延長上の位置に対して、軸線方向Ｄ１の内側（上流側）に向けて拡がるように形成されている。
本実施形態では、吐出ボリュート１６の拡がる向きを軸線方向Ｄ１の内側に定めていることにより、車室６の後端部が軸線方向Ｄ１の下流側に向けて膨らむことを抑えている。
車室６の上半車室２０の後端部は、上半車室２０のフランジ６１（図２）よりも背が高い台座２４を有しており、下半車室３０の後端部は、下半車室３０のフランジ６２（図２）よりも背が高い台座３４を有している。

シール装置５は、回転軸３Ａの外周部と車室６との間を全周に亘り封止することにより、車室６の外部へとプロセスガスが漏れるのを防止する。シール装置５としては、ラビリンスシールが好適である。
シール装置５は、回転軸３Ａの両端側にそれぞれ配置されており、シールハウジングホルダ５１に保持される。シールハウジングホルダ５１の外周部と車室６との間はシール部材５２により封止される。

車室６は、略円筒状に形成されており、ロータ３およびダイアフラム群４を内部に収容するとともに、シールハウジングホルダ５１の外周部を包囲する。
車室６は、接触するプロセスガスに関する耐食性を備えた金属材料から形成することができる。本実施形態の車室６は、ステンレス鋼から形成されている。

車室６は、軸線Ａを含む水平面に沿って分割されている上半車室２０（図１〜図３）と、下半車室３０（図１、図２）とを備えている。上半車室２０と下半車室３０とは、それぞれのフランジ６１，６２同士が締結されることで、一体化されている。

上半車室２０は、図１および図３に示すように、ロータ３およびダイアフラム群４を収容する収容部２１と、シールハウジングホルダ５１を包囲する包囲部２２と、収容部２１および包囲部２２の下端から水平方向外側に突出したフランジ６１とを備えている。
収容部２１は、半円筒状の周壁２１０と、周壁２１０の前端を塞ぐ前側壁２１１と、周壁２１０の後端を塞ぐ後側壁２１２とを有している。
包囲部２２は、収容部２１よりも径が小さい半円筒状に形成され、収容部２１よりも前側（上流側）と、収容部２１よりも後側（下流側）とにそれぞれ配置されている。

フランジ６１は、収容部２１および包囲部２２の下端部の全体に亘り配置されている。フランジ６１には、ボルトがそれぞれ挿通される多数の挿通孔６１０（図３）が形成されている。挿通孔６１０は、フランジ６１の全周に亘り分散して配置されている。これらの挿通孔６１０には、それぞれ、上半車室２０と下半車室３０との締結に用いられるボルト７０（図１）が挿通される。

吐出口１７が位置する車室６の後端部６Ｂ付近の挿通孔６１０のうち、軸線方向Ｄ１の最も内側（上流側）に位置し、かつ、車室６の径方向Ｄ２において最も回転軸３Ａに近い位置にある挿通孔６１０Ｘ（図３）には、最終段により圧縮されたガスの圧力に抵抗するため、通しボルト７０Ａ（図１）を用いることが好ましい。通しボルト７０Ａは、植込みボルト７０Ｂ（図１）と比べて、締付力の強化と、軸周りのより広範な範囲への応力分散とを実現する。
その他の挿通孔６１０には、植込みボルト７０Ｂを使用しても、通しボルト７０Ａを使用してもいずれでも良い。

下半車室３０（図１）も、上半車室２０と同様に、収容部３１と、シールハウジングホルダ５１を包囲する包囲部３２と、収容部３１および包囲部３２の下端から水平方向外側に突出したフランジ６２とを備えている。
下半車室３０のフランジ６２には、ボルトが挿通される貫通孔、あるいはボルトがねじ込まれる雌ねじが形成されている。これらの貫通孔および雌ねじの図示は省略する。

下半車室３０のフランジ６２の上面と、上半車室２０のフランジ６１の下面とが互いに突き合わせられる。以下では、フランジ６２の上面と、フランジ６１の下面のことをフランジ６１とフランジ６２との合わせ面６１２（図３）と称する。フランジ６１の合わせ面６１２は水平方向に沿って平坦に形成されている。

上述した通しボルト７０Ａは、頭部７０１（締結端部）および図示しない軸部を有する。フランジ６１の下面とフランジ６２の上面とが突き合わせられた状態で、通しボルト７０Ａの軸部は、上半車室２０のフランジ６１の挿通孔６１０（図３）と、下半車室３０のフランジ６２の図示しない貫通孔とを貫通する。フランジ６２よりも下方に突出した通しボルト７０Ａの軸部はナット７１（締結端部）にねじ込まれる。通しボルト７０Ａおよびナット７１により締結部材が構成されている。

上述した植込みボルト７０Ｂ（埋込みボルト、スタッドボルト）は、両端側にねじを有する。植込みボルト７０Ｂは、フランジ６１の挿通孔６１０と、下半車室３０のフランジ６２の雌ねじとに挿入される。植込みボルト７０Ｂの上端部は、ボルト頭部として機能するナット７２（締結端部）にねじ込まれる。植込みボルト７０Ｂおよびナット７２により締結部材が構成されている。

通しボルト７０Ａ、植え込みボルト７０Ｂ、およびナット７１，７２は、フランジ６１，６２の降伏強度よりも大きい降伏強度を有するものとする。

通しボルト７０Ａや植込みボルト７０Ｂ等のボルト７０の軸力（締付力）が十分に作用することで、フランジ６１とフランジ６２とが十分な締付力で確実に締結される。

さて、圧縮機１の運転時に、車室６の内部のガスの圧力によりフランジ６１の合わせ面６１２に開口（隙間）を生じ、その開口を通じて車室６の外部へとガスがリークするのを防ぐ必要がある。また、ガスの圧縮による昇温に伴い、車室６内の上流側と下流側とに生じる温度差や、特に、車室６内の後端部付近における高圧ガスの温度と、車室６の後端部の近くに位置する軸受（図示しない）との温度差に起因した、フランジ６１，６２の熱変形により、合わせ面６１２から内部のガスがリークするのを防ぐ必要がある。

リークを防止するためには、締付力をボルト７０の軸周りの広い範囲に分散させることが重要である。これを目的として、本実施形態では、隣接する２以上のボルト７０に共用される共用座金７８（図２、図３および図６）を用いている。

共用座金７８を説明する前に、単一のボルト７０に使用される通常の座金について説明する。
図４（ａ）に示すように、ボルト７０（植込みボルト７０Ｂ）によりフランジ６１，６２が締結されているとする。ボルト７０の頭部（ナット７２）とフランジ６１との間には、座金７３が配置されている。ボルト７０による締付力は、ボルト７０の頭部から座金７３を介してフランジ６１に向けて、ボルト７０の軸心を中心として円錐状に拡がるように分散する。これに伴い、ボルト７０の軸部の先端７０Ｃからも、頭部から拡がる向きとは逆向きの円錐状に拡がるように、締付力が分散する。
図４（ａ）に示すように、合わせ面６１２では、範囲Ｒに亘り締付力が分散する。植込みボルト７０Ｂの場合は、フランジ６１の表面と合わせ面６１２との間に、軸から径方向に最も離れた位置にまで締付力が分散した最大の分散範囲が位置する。

図４（ｂ）に示すように通しボルト７０Ａの場合も、頭部７０１から座金７３を介してフランジ６１に向けて、ボルト７０Ａの軸心を中心として円錐状に拡がるように、締付力が分散する。上下対称に、通しボルト７０Ａの下端部に設けられたナット７１からも、逆向きの円錐状に拡がるように、締付力が分散する。
通しボルト７０Ａを用いると、植込みボルト７０Ｂと比べて軸長が長いため、締付力が植込みボルト７０Ｂよりも軸から径方向に離れた位置まで分散する。そのため、合わせ面６１２において締付力が分散した範囲Ｒを植込みボルト７０Ｂを用いる場合と比べて拡大することができる。

図４（ｂ）に示す例では、フランジ６１，６２の板厚が同じであり、通しボルト７０Ａおよびナット７１からなる締結部材と、フランジ６１，６２とは、合わせ面６１２に対して線対称（上下対称）に配置されている。そのため、合わせ面６１２において、軸から径方向に最も離れた位置にまで締付力が分散した、最大の分散範囲Ｒを得ることができる。

しかしながら、リークを十分に防止するためには、図４（ａ）および（ｂ）に示した程度の分散範囲Ｒ１，Ｒ２では足りず、締付力をより広い範囲に分散させることで、フランジ６１，６２の合わせ面６１２における応力の分布を一様に近づける必要がある。そうすれば、運転中の内圧増加や熱変形によるフランジ６１，６２の局所的な降伏を避けつつ、締付力を増加させてリーク防止効果を高めることもできる。

単一のボルト７０に配置される座金を使用しつつ、締付力をより広い範囲に分散させることについて検討する。ここでは、植込みボルト７０Ｂを使用した場合の締付力の分散モデルを示す。
図５（ａ）は、図４（ａ）と同様に、ボルト７０に典型的に選択される座金７３を使用した場合に、ボルト７０の締付力が分散する様子を示している。座金７３は、円環状の平座金である。
この座金７３の厚さや断面積を変更した座金７４〜７６を使用した場合を図５（ｂ）〜（ｄ）にそれぞれ示す。
図５（ａ）〜（ｄ）には、ボルト７０の頭部を支えるフランジ６１の座面６１Ａにおいて締付力が分散した範囲をＲ１で示し、フランジ６１，６２の合わせ面６１２において締付力が分散した範囲をＲ２で示す。
図５（ａ）〜（ｄ）のいずれにおいても、締付力が分散する角度θは同等である。

図５（ｂ）に示すように、座金７３よりも軸方向の断面積（横断面積）が広い座金７４を使用した場合は、締付力が座金７４の内周側に局所的に作用することで、座金７４が塑性変形している。このため、締付力は、座面６１Ａにおいて、座金７４を屈曲させたボルト７０の頭部の外周部７２Ａの位置からフランジ６１に向けて円錐状に分散することとなり、十分に広い範囲には締付力を分散させることができない。
次に、図５（ｃ）では、座金７３よりも厚い座金７５が使用されている。座金７５の断面積の広さは、典型的な座金７３と同等である。そのため、締付力は、ボルト頭部の外周部のほぼ直下に位置する座金７５の外周部７５Ａからフランジ６１に向けて円錐状に分散する。

図５（ｄ）では、基準の座金７３よりも断面積が広く、かつ厚い座金７６が使用されている。この場合は、締付力が、ボルト頭部から厚い座金７６の外周部７６Ａに向けて分散し、さらにフランジ６１へと分散する。

上述した図５（ｂ）および（ｃ）に示す座金７４，７５については、座面６１Ａおよび合わせ面６１２のいずれもついても、締付力の分散範囲Ｒ１，Ｒ２を基準の座金７３により得られる分散範囲Ｒ１_０，Ｒ２_０から拡大する効果はない。
図５（ｄ）に示す座金７６については、座金７６が厚い分だけ、ボルト頭部と座面６１Ａとが離れることで、座面６１Ａにおける分散効果が基準の座金７３と比べれば高い。しかし、締付力が分散する角度θは、基準の座金７３の場合と同等であるので、合わせ面６１２における分散効果は、基準の座金７３と同等である。

以上より、単一のボルト７０に配置される座金の厚さや断面積を変更したり、通しボルト７０Ａを採用したりしたとしても、リークの十分な抑止効果が得られる程には締付力を軸回りに分散できていない。

そこで、本実施形態では、フランジ６１，６２の周方向に隣接する複数のボルト７０に共用される共用座金７８（図６）を用いる。共用座金７８は、平坦な板状に形成されており、複数のボルト７０に個別に対応する複数の円形の孔（図示しない）があいている。それらの孔にそれぞれ、ボルト７０が通される。
本実施形態のフランジ６１，６２は、複数のボルト７０と、共用座金７８とを用いて締結されている。

共用座金７８は、フランジ６１の周方向の一端から他端までに亘り、フランジ６１の表面に接触している。
共用座金７８は、一のボルト７０から隣のボルト７０に届く程に広い断面積を有しており、隣り合うボルト７０の間の領域もフランジ６１の表面に接触している。

この共用座金７８によれば、連続して隣り合うボルト７０の列の一端に位置するボルト７０の位置から、ボルト７０列の他端に位置するボルト７０の位置までに亘り、座面６１Ａにおける分散範囲Ｒ１および合わせ面６１２における分散範囲Ｒ２のいずれも、単一のボルト７０に対応する座金７３を用いる場合（図４（ａ））に対して大幅に拡大することができる。

共用座金７８が共用されるボルト７０の数は、２以上である限り、任意である。図２は、フランジ６１，６２のほぼ全周に亘り連続するように共用座金７８を形成した例を示している。この場合、共用座金７８は、フランジ６１よりも高い位置にある台座２４に座面が設定されるものを除いて、フランジ６１の周方向に連続して隣接する多数のボルト７０に共用されている。この共用座金７８は、例えば、軸線方向Ｄ１に沿って二分割することができる。
もっとも、共用座金７８は、フランジ６１，６２の周方向に分割して構成した方が、容易に製造可能である。図３に示す例では、連続して隣接する２〜４本程度の単位のボルト７０に共用される共用座金７８をフランジ６１の周方向に沿って並べている。

さて、仮に共用座金７８（図６）の厚みが不足しており、運転中に座面６１Ａの位置で発生した面圧により共用座金７８あるいはフランジ６１が降伏に至るとする。例えば共用座金７８が降伏すれば、図４（ｂ）と同様に、フランジ６１の表面に接触しない部分が共用座金７８に生ずる。そうすると、隣り合うボルト７０の間で、共用座金７８がフランジ６１の表面に対して浮いてしまい、接触しない。そのため、各ボルト７０について、単一のボルト７０用の座金７３（図４（ａ））と同程度に締付力が分散するだけであり、図６に示すようにボルト７０間に亘り連続した広い分散範囲Ｒ１，Ｒ２を得ることができない。

座面６１Ａの位置に過大な面圧が発生したことで、フランジ６１が共用座金７８に押圧されて陥没した場合は、ボルト７０の軸長が短くなるため、締付力の分散範囲Ｒ１，Ｒ２が狭くなり、ボルト７０による締付力も低下する。
合わせ面６１２における分散範囲Ｒ２が十分でないために、合わせ面６１２に局所的に過大な面圧が発生してフランジ６１，６２が局所的に降伏するのを避けるためには、座面６１Ａに過大な面圧を発生させないように、応力分散を考慮して共用座金７８に適切な厚みを設定する必要がある。

図７を参照し、共用座金７８に必要な厚さＴを定める条件について説明する。
太い実線は、座面６１Ａにおける面圧ｐ１（締付力／共用座金の断面積）を示す。面圧ｐ１は、座金の厚さＴが増加するにつれて次第に減少する。面圧ｐ１は、後述する面圧ｐ２よりも大きい。
細い実線は、フランジ６１，６２に用いられた材料（例えばステンレス鋼）の降伏面圧ｐｓを示す。本実施形態のフランジ６１，６２の材料の降伏面圧は、共用座金７８に用いられた材料の降伏面圧よりも低い。
但し、それらの降伏面圧の関係が上記とは逆である場合には、降伏面圧ｐｓは、共用座金７８に用いられた材料の降伏面圧に相当するものとする。

図７に示す太い破線は、合わせ面６１２における面圧ｐ２（締付力／合わせ面の面積）を示す。面圧ｐ２は、座金の厚さＴが増加するにつれて次第に減少し、その後は所定値にほぼ収束する。
細い破線は、リークを十分に抑止するのに必要な面圧ｐｎを示す。必要面圧ｐｎは、車室６内部の高圧ガスの圧力に基づいて定められる。

締付力を十分に分散させるため、座面６１Ａに過大な応力が加わり共用座金７８およびフランジ６１，６２のいずれか一方あるいは両方が降伏するのを避け、かつ、合わせ面６１２に、合わせ面６１２の開口を防いでリークを十分に抑止することのできる面圧を確保する必要がある。
つまり、座面６１Ａに作用する応力が、共用座金７８の材料の降伏強度未満でかつフランジ６１，６２の材料の降伏強度未満であり（条件１）、かつ、合わせ面６１２での面圧ｐ２が必要面圧ｐｎ以上である（条件２）ことが成り立つ厚さの範囲Ｒｔから、共用座金７８の厚さＴを定める必要がある。
なお、図７に、ＮＯｘ（窒素酸化物）を吸蔵するＮｏｘ対応材の座面での降伏面圧を一点鎖線で示す。この降伏面圧は、本実施形態の材料の降伏面圧ｐｓよりも低い。そのため、ＮＯｘ対応材が用いられる場合は、共用座金７８に許容される厚さの範囲Ｒｔ´が、範囲Ｒｔよりも狭い。

以上に基づいて、共用座金７８の厚さＴを設定する方法を説明する。
以下で説明する条件１および条件２により、座面６１Ａにおいて共用座金７８やフランジ６１を降伏させないで、合わせ面６１２に十分な分散範囲Ｒ２を得られる共用座金７８の厚みＴを設定することができる。

条件１（図８（ａ）および（ｂ）参照）
Ｆ／Ａ ＜ σｙ

締付力：Ｆ
共用座金の厚さ：Ｔ
分散角度：θ
ボルト頭部の半径：Ｒｂ
座面における分散半径：Ｒ ＝Ｒｂ＋Ｔ／tanθ
座面における分散面積：Ａ ＝πＲ^２
座面における支圧応力：Ｆ／Ａ
材料の降伏強度：σｙ
ここで、θは、ボルト７０の頭部（７２）から共用座金７８を介してフランジ６１へと締付力の分散する角度に相当する。θは、例えば３０〜４５°程度である。
σｙは、フランジ６１，６２の材料の降伏強度および共用座金７８の材料の降伏強度のうちの低い方、あるいは、フランジ６１，６２の材料の降伏強度および共用座金７８の材料の降伏強度が同じ場合はその降伏強度に該当する。

条件２（図６および図８（ｂ）参照）
Ｆ／ａ ＞ ｐｎ

合わせ面における分散面積：ａ
合わせ面における面圧：Ｆ／ａ
必要な面圧：ｐｎ
ａは、共用座金７８の横断面積とみなすことができる。

上記の条件１かつ条件２が成り立つように、つまり、Ｆ／Ａが、材料の降伏強度σｙ未満であり、かつ、Ｆ／ａが、運転時の車室６内部のガスの圧力に基づいて定められた必要面圧ｐｎ以上となるように、共用座金７８の厚さＴを定めることができる。

通しボルト７０Ａ（図９）の場合も、軸方向の両端側から、上記と同様に考えることができる。
つまり、通しボルト７０Ａの両端側に配置される共用座金７８のそれぞれの厚さＴについて、上記の条件１（Ｆ／Ａ ＜ σｙ）と、条件２（Ｆ／ａ ＞ ｐｎ）とから、適切な厚さ範囲を導くことができる。

図９に示すように、通しボルト７０Ａの一端側と他端側との双方に共用座金７８を配置することができる。
図９に示す例のように、通しボルト７０Ａおよびナット７１からなる締結部材と、共用座金７８，７８と、フランジ６１，６２とは、合わせ面６１２に対して線対称に配置されていることが好ましい。そうすると、応力分布を一様に近づけるために締付力の広範囲への分散が望まれる合わせ面６１２に最大の分散範囲Ｒ２を確保できる。

なお、締結部材、共用座金７８，７８、およびフランジ６１，６２が必ずしも合わせ面６１２に対して線対称に配置されている必要はない。フランジ６１，６２の板厚が相違していて、合わせ面６１２から軸方向にシフトした位置で最大の分散範囲が得られる場合も許容される。

図９に示すように、通しボルト７０Ａを採用し、かつ通しボルト７０Ａの両端側に共用座金７８を配置すると、通しボルト７０Ａの軸長が長いことと、複数のボルト７０Ａに共用される共用座金７８を用いることとの相乗効果により、座面６１Ａにおける分散範囲Ｒ１および合わせ面６１２における分散範囲Ｒ２のいずれも十分に確保することができる。

以上で説明したように、本実施形態によれば、複数のボルト７０に共用される共用座金７８を用いることにより、隣り合うボルト７０の間の領域も含め、座面６１Ａにおける分散範囲Ｒ１および合わせ面６１２における分散範囲Ｒ２のいずれも、単一のボルト７０に対応する座金７３によっては実現しない程、大幅に拡大することができる。そのため、座面６１Ａにおいて共用座金７８やフランジ６１を降伏させないで、運転中のフランジ６１，６２の合わせ面６１２における応力の分布を一様に近づけることができるので、内圧増加や熱変形によるフランジ６１，６２の局所的な降伏を避けつつ、締付力を維持してリークを十分に抑止することができる。
本実施形態の共用座金７８によれば、合わせ面６１２における応力分布の一様化が図られて、局所的な降伏を回避できることから、締付力を増加させてリーク防止効果を高めることも可能である。

以下、本実施形態の車室６に備わるリーク防止のための構成を説明する。以下で述べる構成を備える圧縮機１を上述の製造方法（図５）により製造することで、ガスの圧力が最大となる車室６の後端部からのフランジ６１，６２間を通じたリークをより十分に防止することができる。

（１）吐出ボリュート１６（図１）を軸線方向Ｄ１の内側に向けて巻くように拡がる形状とするとともに、（２）インペラ２の最終段および回転軸３Ａに最も近いボルト７０のタイプを通しボルト７０Ａに定め、通しボルト７０Ａの座面を他のボルト７０の座面の位置よりも高くしてある。
通しボルト７０Ａの座面は、上半車室２０の後端部の台座２４の上面および下半車室３０の後端部の台座３４の下面に相当する。通しボルト７０Ａの軸部がねじ込まれるナット７１の座面が、台座３４の下面に相当する。
これらの台座２４，３４を設けていることにより、強度の観点より車室６の後端部に必要な肉厚を確保しながら、通しボルト７０Ａおよびそれを受ける部材が吐出ボリュート１６の位置と干渉するのを避けることができる。

上記の（１）、つまり、吐出ボリュート１６の位置が軸線方向Ｄ１の内側にシフトされることで、吐出口１７から、回転軸３Ａの後端側の軸受までの温度勾配が緩和されるため、急峻な温度差に起因するフランジ６１，６２の熱変形を抑え、リーク防止を図ることができる。
また、上記の（１）により吐出ボリュート１６を軸線方向Ｄ１の内側に向けて退避させているため、上記の（２）により車室６に必要な肉厚を確保しつつ、図３の挿通孔６１０Ｘの位置のように、最終段および回転軸３Ａに出来るだけ近い位置に通しボルト７０Ａを設けることができるし、回転軸３Ａが長くなることも避けられる。回転軸３Ａが短いことで、回転軸３Ａの剛性を十分に確保することができ、剛性を確保しつつ回転軸３Ａの径を小さくすることで車室６の小型化を図ることもできる。
挿通孔６１０Ｘは、軸線方向Ｄ１においても径方向Ｄ２においても、シールハウジングホルダ５１の近傍に位置する。挿通孔６１０Ｘは、フランジ６１の内周側の端縁に近いため、挿通孔６１０Ｘに通されるボルトにより、フランジ６１の内周側の端縁まで面圧を確保できる。このため、フランジ６１，６２によるシール性を向上させることができる。

上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
本発明は、締結されるフランジを備え、内部の流体（気体または液体）の圧力がフランジに作用する限り、圧縮機１の車室６以外にも、過給機やポンプ等の種々の機械のケース、あるいは圧力容器や配管等の種々の構造を製造するために用いることができる。
上記より、本発明の「流体装置」は、車室やケースを備えた種々の機械、容器、および配管を包含する。

本発明における締結部材には、ボルトに限らず、ねじの切られていないものも含めてファスナ全般（リベットも含む）が該当する。
フランジ６１，６２におけるボルト７０の配置形態によっては、本発明における共用座金をフランジ６１，６２の周方向とは異なる方向、例えば、フランジ６１，６２の径方向に隣接した２つのボルトに共用することもできる。

１ 遠心圧縮機（流体装置）
２ インペラ
３ ロータ（圧縮機構）
３Ａ 回転軸
４ ダイアフラム群
５ シール装置
６ 車室（ケーシング）
１１ 吸込口
１２ 吸込流路
１３ ディフューザ流路
１４ 曲がり流路
１５ リターン流路
１６ 吐出ボリュート
１７ 吐出口
２０ 上半車室（半割体）
２１ 収容部
２２ 包囲部
２４ 台座
３０ 下半車室（半割体）
３１ 収容部
３２ 包囲部
３４ 台座
４０ ダイアフラム
４０Ａ，４０Ｂ 部材
４０Ｒ リターンベーン
５１ シールハウジングホルダ
５２ シール部材
６１ フランジ
６１Ａ 座面
６２ フランジ
７０ ボルト
７０Ａ 通しボルト
７０Ｂ 植込みボルト
７０Ｃ 先端
７１，７２ ナット（締結端部）
７２Ａ 外周部
７３ 座金
７４〜７６ 座金
７５Ａ 外周部
７６Ａ 外周部
７８ 共用座金
２１０ 周壁
２１１ 前側壁
２１２ 後側壁
６１０ 挿通孔
６１０Ｘ 挿通孔
６１２ 合わせ面
７０１ 頭部（締結端部）
Ａ 軸線
Ｄ１ 軸線方向
Ｄ２ 径方向
ｐ１ 面圧
ｐ２ 面圧
ｐｎ 必要面圧
ｐｓ 降伏面圧
Ｒ 分散範囲
Ｒ１，Ｒ２ 分散範囲
Ｒ１_０，Ｒ２_０ 分散範囲
Ｒｔ 厚さ範囲
θ 角度

Claims (7)

1. 流体が導入され、半割体から構成されるケーシングを備え、
   前記半割体のそれぞれに備わるフランジ同士が、
   複数の締結部材と、前記複数の締結部材のうちの隣接する２以上の締結部材に共用される座金と、を用いて締結され、
   前記締結部材による締付力をＦ、
   前記座金の厚さをＴ、
   前記座金に配置される前記締結部材の端部である締結端部から前記座金を介して前記フランジへと前記締付力の分散した角度をθ、
   前記締結端部の半径をＲｂ、
   前記座金を支える前記フランジの座面における前記締付力の分散した範囲の半径をＲ、
   前記座面における前記締付力の分散した範囲の面積をＡ、
   前記フランジ同士の合わせ面における前記締付力の分散した範囲の面積をａ、と置き、
   Ｒ＝Ｒｂ＋Ｔ／tanθ、Ａ＝πＲ^２ であるとすると、
   Ｆ／Ａは、前記フランジの材料の降伏強度および前記座金の材料の降伏強度よりも低く、
   Ｆ／ａは、運転時の前記ケーシング内部の前記流体の圧力に基づいて定められた所定の面圧以上である、
   ことを特徴とする流体装置。
2. ａは、前記座金の横断面積に相当する、
   請求項１に記載の流体装置。
3. 複数の前記締結部材のうちの少なくとも一部の前記締結部材は、
   両端側にねじを有する植込みボルトである、
   請求項１または２に記載の流体装置。
4. 複数の前記締結部材のうちの少なくとも一部の前記締結部材は、
   突き合わせられた前記フランジの双方を貫通する通しボルトである、
   請求項１または２に記載の流体装置。
5. 前記通しボルトの一端側と他端側との双方に前記座金が配置され、
   前記通しボルトと、前記座金と、前記通しボルトにより締結された前記フランジとは、前記合わせ面に対して線対称に配置されている、
   請求項４に記載の流体装置。
6. 前記ケーシングは、前記流体を圧縮する圧縮機構を収容する、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の流体装置。
7. 圧縮された前記流体を前記流体装置の吐出口に向けて通過させる吐出ボリュートは、
   前記ケーシングの軸線方向の内側に拡がって形成されている、
   請求項６に記載の流体装置。

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