JP2018168741A - フランジ同士が締結された流体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フランジ間からの流体のリーク防止に有効な新規な手法を提供すること。【解決手段】フランジ６１，６２同士が締結された流体装置１の製造方法は、フランジ６１，６２同士を締結する締結ステップＳ１と、流体装置１の内部空間に流体を導入し、流体の圧力が作用した状態で、ボルト７０を受けるフランジ６１，６２の座面を構成する部分およびフランジ６１，６２同士の合わせ面６１２を構成する部分を塑性変形に至らしめる加工硬化ステップＳ２と、フランジ６１，６２同士の締結を解除し、座面６１Ａおよび合わせ面６１２のうち少なくとも合わせ面６１２を修正加工する修正加工ステップＳ３と、フランジ６１，６２同士を締結する再締結ステップＳ４とを備える。【選択図】図５

Description

本発明は、締結されるフランジを含んで構成された流体装置においてフランジ間からの流体のリーク（漏洩）を防止する技術に関する。

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、リークが発生してしまう。

ガスの圧力や熱変形に対して十分な耐力を備えた材料を車室に使用できる場合ばかりではない。例えば、車室に導入されるガスに関して耐食性を備えた材料を選定した場合に、材料の降伏強度を超えてフランジが塑性変形するリスクがある。フランジが塑性変形すると、ボルトの軸力が低下し、フランジの合わせ面の面圧が低下するので、フランジ間からガスがリークする可能性がある。

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、ボルトによる締付力（軸力）を増加させることができる。しかし、典型的な植込みボルトから通しボルトに変更するためのフランジ周辺の車室構造の改変を伴う上、運転時に、内圧作用や熱変形の作用により増加する締付力を考慮してボルトとフランジの座面とを降伏応力以下に抑える必要があるため、ボルトに導入する締付力を増加させることには限界がある。

リークを防止するためにフランジ合わせ面に必要な面圧を予め正確に把握することは難しい。そのため、出荷前に、リークに関して試運転を行っている。試運転時にリークが発生した場合、ボルトおよび座面を降伏させない限度でボルトに締付力を導入することが難しい。

以上に基づいて、本発明は、フランジ間からの流体のリーク防止に有効な新規な手法を提供することを目的とする。

本発明は、フランジ同士が締結された流体装置の製造方法であって、フランジ同士を締結部材により締結する締結ステップと、流体装置の内部空間に流体を導入し、流体の圧力が作用した状態で、締結部材を受けるフランジの座面を構成する部分およびフランジ同士の合わせ面を構成する部分を塑性変形に至らしめる加工硬化ステップと、フランジ同士の締結を解除し、座面および合わせ面のうち少なくとも合わせ面を修正加工する修正加工ステップと、フランジ同士を締結する再締結ステップと、を備えることを特徴とする。

本発明の流体装置の製造方法において、加工硬化ステップでは、フランジよりも降伏強度の大きい締結部材によりフランジが締結されていることが好ましい。

本発明の流体装置の製造方法において、修正加工ステップでは、座面および合わせ面のうち少なくとも合わせ面において、降伏により陥没した部位の周りや降伏により突出した凸部を除去することが好ましい。

本発明の流体装置の製造方法においては、加工硬化ステップを、複数回、繰り返して行うことが好ましい。

本発明の流体装置の製造方法において、流体装置は、流体を圧縮する圧縮機であり、流体を圧縮する圧縮機構を収容するケーシングは、半割体から構成され、半割体のそれぞれに備わるフランジ同士が締結されることが好ましい。

本発明の流体装置の製造方法において、圧縮された流体が圧縮機の吐出口に向けて通過す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ることが好ましい。

締結されたフランジを塑性変形させる加工硬化ステップを経ることにより、加工硬化に基づいて、フランジに使用された材料の降伏強度が増加する。そのため、修正加工ステップにより、フランジの降伏による凹凸面を塑性変形前の状態に整え、フランジが締結された状態で再度、流体圧力を作用させた際に、フランジのひずみを弾性域に維持することができる。つまり、流体圧力や熱変形等による応力がフランジに作用したとしても、フランジが塑性変形するのを回避でき、そのため、締結部材による軸力を維持できる。したがって、締付力を増加させなくとも、リーク防止に必要な面圧をフランジの合わせ面に確保してフランジ間を確実にシールすることができる。
本発明によれば、出荷前の流体装置の試験を兼ねた調整作業として、加熱硬化ステップ、修正加工ステップ、および再締結ステップを行うことにより、フランジ周辺の装置構造を変更することなく、事後的に、フランジの強度を向上させることができる。
そのため、フランジを備えた部材に材料強度の低い材料を用いていたとしても、加工硬化および修正加工を経たことで、運転時にフランジに加えられる応力による塑性変形を回避できる。本発明によれば、フランジを備えた部材の材料選択の自由度を向上させることができる。

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２のＩ−Ｉ線断面図に相当する。 図１に示す圧縮機の上半車室を回転軸に近い位置で破断して示す図である。 （ａ）は、上半車室のフランジと下半車室のフランジとがボルトにより締結されている状態を示す模式図である。（ｂ）は、フランジの塑性変形のリスクについて説明するための模式図である。（ｃ）は、修正加工の一例を示す図である。 材料別に、応力−ひずみ曲線を示す模式図である。 本実施形態の圧縮機を製造する手順を示す図である。 （ａ）は、運転後に残留した塑性ひずみを示す模式図である。（ｂ）は、運転後に修正加工した後、再度の運転時にフランジに発生する応力を示す模式図である。 ラチェット変形による塑性変形の累積を示す模式図である。

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本実施形態の流体装置およびその製造方法について説明する。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および図２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、フランジ６１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、フランジ６２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２）と、下半車室３０（図１）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２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２）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２）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および軸部（図示省略）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と、下半車室３０のフランジ６２の図示しない貫通孔とに通される。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にねじ込まれる。

上述した植込みボルト７０Ｂ（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、ボルトの頭部として機能するナット７２にねじ込まれる。

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。

図３（ａ）に、フランジ６１とフランジ６２とがボルト７０により締結されている状態を示す。ボルト７０の一例として植込みボルト７０Ｂを示している。ボルト７０の軸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。

ところが、本実施形態の車室６のように、使用ガスに関する耐食性を備えた材料を選定したり、材料の入手性を優先させたりすると、運転時に、弾性域を超える過大な応力が与えられてフランジ６１，６２が塑性変形するリスクがある。

図４は、本実施形態の車室６に使用されるステンレス鋼と、本実施形態のステンレス鋼よりも降伏強度の大きい機械用合金鋼とのそれぞれの応力−ひずみ曲線を示している。ここで、ステンレス鋼の弾性率と、機械用合金鋼の弾性率とは同等である。

図４には、圧縮機１の運転時にフランジ６１，６２に発生する応力として、フランジ６１，６２の板厚が相対的に大きい場合の運転時応力σ１と、板厚レベルが中の場合の運転時応力σ２と、板厚が小さい場合の運転時応力σ３とを示している。

図４に破線で示すように、機械用合金鋼から車室６が形成されていると、フランジ厚さが大、中、小のいずれの場合でも、運転時にフランジ６１，６２に発生する応力は弾性域にある。
しかし、図４に実線で示すように、ステンレス鋼から車室６が形成されていると、フランジ厚さが大きい場合は、運転時にフランジ６１，６２に発生する応力σ１が弾性域にあるものの、フランジ厚さが中あるいは小の場合は、運転時にフランジ６１，６２に発生する応力σ２，σ３が弾性域を超えるため降伏に至り、フランジ６１，６２が塑性変形する。
ここで、圧縮機１の組立て後に、運転を含む調整作業を行った結果、圧縮機１の運転時の応力範囲に亘りフランジ６１，６２のひずみを弾性域に収めることが可能な厚さにフランジ６１，６２を設定する。本実施形態においては、図６を参照して後述するように、相対的に中程度のフランジ板厚を選定することが好ましい。

図３（ｂ）を参照し、フランジ６１，６２の塑性変形のリスクについて説明する。
図３（ｂ）に示す例では、高圧ガスの圧力やフランジ６１，６２の熱変形により、フランジ６１の座面６１Ａにナット７２が過大な力で押し付けられることで、フランジ６１の降伏強度を超え、座面６１Ａが陥没するようにフランジ６１が塑性変形している。陥没によりフランジ６１に形成された窪み６１Ｂの深さは、例えば、数十μｍ程度である。
ナット７２と座面６１Ａとの間に配置される座金の図示は省略する。実際は、座金と同等の大きさの窪みがフランジ６１に形成される。
上述したように、ボルト７０およびナット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しており、運転時に作用する応力範囲に亘り降伏しない。

座面６１Ａは、植込みボルト７０Ｂのナット７２や、通しボルト７０Ａの場合は頭部７０１を座金を介して受けるものであり、フランジ６１においてボルト７０の軸回りの領域に設定されている。
通しボルト７０Ａの場合は、フランジ６２にも、ナット７２を座金を介して受ける座面が軸周りの領域に設定されている。

座面６１Ａに加え、合わせ面６１２の近傍でも、高圧ガスの圧力やフランジ６１，６２の熱変形により締付力が過大となることで、フランジ６１，６２の降伏強度を超え、塑性変形が生じている。座面６１Ａと比べて、合わせ面６１２ではボルト７０の軸周りのより広い範囲に応力が分散する。図３（ｂ）に示す例では、植込みボルト７０Ｂがフランジ６２を引き上げるため、上側のフランジ６１が陥没している。なお、フランジ６１，６２の塑性変形の態様はボルト７０の種類によっても変わり、図３（ｂ）にはあくまで一例を示している。

図３（ｂ）に示すようにフランジ６１，６２の両方あるいはいずれか一方が塑性変形すると、ボルト７０の軸力（締付力）が低下する。そうすると、リークを防ぐために合わせ面６１２に必要な面圧が不足してしまう。これが、フランジ６１，６２の塑性変形によるリスクに該当する。

フランジ６１，６２の合わせ面６１２に必要な面圧を予め設定することは難しいため、出荷前の圧縮機１を試運転することで、合わせ面６１２からリークしないことを実証すればよい。リークが発生していたならば、締付力を増加させるための調整作業を行うことはできる。
しかしながら、リーク発生後、圧縮機１の運転を止めて行う調整作業において、運転時のフランジ６１，６２の弾性域における変形を考慮しつつ、座面６１Ａと合わせ面６１２とにおいて降伏強度を超えない限度で締付力を増加させることは困難である。

そこで、本実施形態では、塑性変形をリスクと捉えず、むしろ、フランジ６１，６２の塑性変形を積極的に利用した製造プロセスを採用することにより、フランジ６１，６２間からのリーク防止に有効な圧縮機１の製造方法を提供する。

〔圧縮機の製造方法〕
図５を参照し、圧縮機１を製造する手順を説明する。
まず、圧縮機１を適宜、組立てる（組立ステップＳ１）。
この組立ステップＳ１は、上半車室２０のフランジ６１と下半車室３０のフランジ６２とを複数のボルト７０により締結する締結ステップを含む。
組立ステップＳ１では、ロータ３およびダイアフラム群４を組み付け、回転軸３Ａにシール装置５およびシールハウジングホルダ５１を組み付け、それら一式を下半車室３０と上半車室２０との間に収容したならば、フランジ６１，６２を突き合わせて複数のボルト７０により締結する。こうして上半車室２０と下半車室３０とが一体化されることで車室６が構成される。

フランジ６１，６２が締結されたならば、運転ステップＳ２（加工硬化ステップ）を行い、フランジ６１，６２をあえて塑性変形させる。
この運転ステップＳ２では、車室６にプロセスガスを導入し、圧縮機１を所定時間に亘り運転する。運転中は、圧縮されたプロセスガスの圧力がフランジ６１，６２に作用するため、運転前のボルト７０の軸力よりも大きい軸力（締付力）がフランジ６１，６２に作用する。フランジ６１，６２には、ガスの圧力と、フランジ６１，６２およびその周辺における急激な温度勾配とにより、車室６の材料（ステンレス鋼）の弾性域に対応する応力範囲に対して過大な応力が発生する。フランジ６１，６２に加えられた応力が降伏強度を超えることで、座面６１Ａおよび合わせ面６１２を構成するフランジ６１，６２が塑性変形に至る（例えば、図３（ｂ））。
図４に示すように、フランジ厚さレベルが中の場合は、塑性変形により塑性ひずみε２を生じ、フランジ厚さが小さい場合は、塑性変形により塑性ひずみε３を生じる。塑性変形した部位は、硬さが増す（加工硬化）。

運転ステップＳ２の後、圧縮機１の運転を停止すると、ガスの圧力や熱変形による応力が除荷され、図６（ａ）に示すように、座面６１Ａや合わせ面６１２等の塑性変形した部位に塑性ひずみが残留する。フランジ厚さレベルが中の場合に残留する塑性ひずみをεｐ２で示し、フランジ厚さレベルが小の場合に残留する塑性ひずみをεｐ３で示す。
フランジ厚さが中および小の場合の残留応力は、本実施形態で用いるステンレス鋼の降伏強度σｙの約２倍の２σｙであるものとする。

運転ステップＳ２を終えると、例えば図３（ｂ）に示すように、フランジ６１の座面６１Ａの近傍と、フランジ６１，６２の合わせ面６１２の近傍とが塑性変形している。塑性変形していると、ボルト７０による軸力が低下するため、合わせ面６１２からリークするおそれがある。
そこで、フランジ６１，６２によるガスのシール性を確保するため、塑性変形したフランジ６１，６２の少なくとも一方に修正を施す修正加工ステップＳ３（図５）を行う。

修正加工ステップＳ３では、フランジ６１，６２からボルト７０を取り外して締結を解除し、座面６１Ａおよび合わせ面６１２のうち少なくとも合わせ面６１２を切削、研磨等により、塑性変形前の形状に倣って平坦に加工する。フランジ６１の座面６１Ａも、外観向上等のため、平坦に加工することが好ましい。
なお、通しボルト７０Ａにより締結された箇所では、通しボルト７０Ａ（図１）の頭部７０１を受けるフランジ６１の座面と、通しボルト７０Ａの軸部の先端側にねじ込まれるナット７１を受けるフランジ６２の座面とがそれぞれ陥没するように塑性変形する。これらの座面も、塑性変形前と同様に平坦に加工することが好ましい。

修正加工ステップＳ３では、降伏により陥没した部位の周りや、降伏により突出した凸部を除去することで、フランジ６１，６２の合わせ面６１２を平坦に形成すればよい。図３（ｃ）に示す例では、フランジ６２の凸部６２３を二点鎖線に沿って研磨等により除去することで、フランジ６２の上面を平坦に形成する。
修正加工のためフランジ６１，６２が除去されることを考慮し、必要に応じて、予め、剛性および強度の確保のために必要な厚さよりも少し厚い寸法にフランジ６１，６２を形成しておくことが好ましい。つまり、フランジ６１，６２のいずれか一方または両方に予め余肉を持たせておく。例えば、剛性および強度確保のために必要な厚みの約１％分だけ、フランジ６１，６２の厚みを増しておくことができる。

修正加工ステップＳ３を終えたならば、上半車室２０のフランジ６１と下半車室３０のフランジ６２とを改めてボルト７０で締結する再締結ステップＳ４（図５）を行う。このとき、加工硬化前の締結時（ステップＳ１）と同等の締付トルクをボルト７０に導入すればよい。
運転ステップＳ２においてフランジ６１，６２が降伏してもボルト７０は降伏していないため、修正加工ステップＳ３時にフランジ６１，６２から抜き取ったボルト７０をそのままフランジ６１，６２に戻すことができる。無論、再締結ステップＳ４において新しいボルト７０に交換してもよい。

再締結ステップＳ４を終えた圧縮機１を再び運転すると、車室６の材料に関して図６（ｂ）に示すような応力−ひずみ曲線が得られる。フランジ６１，６２に用いる材料の降伏強度は、図６（ａ）に示した残留応力２σｙに相応の降伏強度へと増大している。つまり、上述した運転ステップＳ２および修正加工ステップＳ３を経ることで、加工硬化に基づいて降伏強度が増加する。
ここでは、フランジ厚さが中の場合に、圧縮機１の運転時の応力範囲に亘りフランジ６１，６２のひずみを弾性域に維持できる、つまり、フランジ６１，６２の板厚を大きく確保しなくとも、運転時に作用する応力によりフランジ６１，６２が塑性変形するのを回避でき、そのため、ボルト７０による軸力を維持できる。したがって、締付力を増加させなくとも、リーク防止に必要な面圧を合わせ面６１２に安定して確保できる。
以上で説明したステップＳ１〜Ｓ４を経て、圧縮機１の製造が完了する。

その後に出荷された（ステップＳ５）圧縮機１によれば、運転時にフランジ６１，６２を塑性変形させることなくボルト７０の軸力を維持することができる。そのため、合わせ面６１２に所定の面圧を与えながら、合わせ面６１２からのリークを抑止する効果を安定して得ることができる。
仮に、リークが発生したため、締付力の増加が必要となったとしても、降伏強度が増加しているため、フランジ６１，６２の弾性域においてボルト７０を増し締め可能である。

再締結ステップＳ４の後、出荷前に圧縮機１を運転し、リークしない、あるいはリークが十分に低減されていることを確認するようにしてもよい。

本実施形態の製造方法によれば、出荷前に必要な試運転を兼ねた調整作業（ステップＳ２〜Ｓ４）において、運転時のガス圧力や急激な温度差によりフランジ６１，６２が塑性域にまで変形するため、加工硬化に基づいて降伏強度を増加させることができる。そのため、材料使用量の多い車室６に、入手性は良くても材料強度の低い材料を用いていながら、出荷後の運転時には、フランジ６１，６２に加えられた応力による塑性変形を回避できる。そのため、必要な面圧を合わせ面６１２に確保してリークを防止しながら、安定して運転することができる。本実施形態によれば、車室６の材料選択の自由度を向上させることができる。

本実施形態の手法によれば、車室６の形状等を設計変更することなく、事後的に、圧縮機１を運転して塑性変形を生じさせる製造プロセスによりフランジ６１，６２の降伏強度を増加させることができる。そのため、既存機への適用も可能である。
つまり、新規に圧縮機１を製造する場合に限らず、既存の圧縮機１のフランジ６１，６２間のシール性を向上させる目的で、締結されているフランジ６１，６２に過大な応力が加わり塑性変形するように既存の圧縮機１を運転し（加工硬化ステップ）、塑性変形したフランジ６１，６２の少なくとも合わせ面６１２を平坦に加工してから（修正加工ステップ）、再度、フランジ６１，６２をボルト７０で締結することもできる。本発明における「製造」は、このように既存機を改修することも含む。

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２４，２４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２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。

〔本発明の変形例〕
ところで、圧縮機１の運転時において、フランジ６１，６２には、熱応力ラチェット変形による塑性ひずみが累積する（図７）。熱応力ラチェット変形とは、時間的に変動しない定常応力の作用している部材に、塑性変形を伴う熱応力サイクルが重畳して負荷されるとき、熱応力の方向や大きさに依存して、ある特定の方向に塑性変形が生じ、かつそれが次第に成長することをいう。
このようなラチェット変形を考慮し、フランジ６１，６２に過大な応力を発生させて塑性変形させる加工硬化ステップ（図５のＳ２）を複数回（例えば５回）、繰り返して行うことが好ましい。この加工硬化ステップでは、ボルト７０の軸力によりフランジ６１，６２に板厚方向に定常応力が作用した状態で、熱応力サイクルが重畳負荷される。そうして起こるラチェット変形による塑性変形は、典型的にはフランジ６１，６２の板厚方向に生じる。
圧縮機１の停止を挟んで、加工硬化ステップを繰り返すことで、図７に示すように、フランジ６１，６２の残留ひずみを十分に累積させることができる。こうして、ラチェット変形が与える塑性ひずみへの影響を排除することができるため、修正加工ステップ（図５のＳ３）を終えた後の運転時に得られる軸力が安定し、フランジ６１，６２によるシール性をより安定して確保することができる。

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。

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
６１，６２ フランジ
６１Ａ 座面
６１Ｂ 窪み
７０ ボルト
７０Ａ 通しボルト
７０Ｂ 植込みボルト
７１，７２ ナット
２１０ 周壁
２１１ 前側壁
２１２ 後側壁
６１０，６１０Ｘ 挿通孔
６１２ 合わせ面
６２３ 凸部
７０１ 頭部
Ａ 軸線
Ｄ１ 軸線方向
Ｄ２ 径方向
Ｓ１ 組立ステップ（締結ステップ）
Ｓ２ 運転ステップ（加工硬化ステップ）
Ｓ３ 修正加工ステップ
Ｓ４ 再締結ステップ
Ｓ５ 出荷ステップ

Claims (6)

1. フランジ同士が締結された流体装置の製造方法であって、
   前記フランジ同士を締結部材により締結する締結ステップと、
   前記流体装置の内部空間に流体を導入し、前記流体の圧力が作用した状態で、前記締結部材を受ける前記フランジの座面を構成する部分および前記フランジ同士の合わせ面を構成する部分を塑性変形に至らしめる加工硬化ステップと、
   前記フランジ同士の締結を解除し、前記座面および前記合わせ面のうち少なくとも前記合わせ面を修正加工する修正加工ステップと、
   前記フランジ同士を締結する再締結ステップと、を備える、
   ことを特徴とする流体装置の製造方法。
2. 前記加工硬化ステップでは、
   前記フランジよりも降伏強度の大きい前記締結部材により前記フランジが締結されている、
   請求項１に記載の流体装置の製造方法。
3. 前記修正加工ステップでは、
   前記座面および前記合わせ面のうち少なくとも前記合わせ面において、降伏により陥没した部位の周りや降伏により突出した凸部を除去する、
   請求項１または２に記載の流体装置の製造方法。
4. 前記加工硬化ステップを、複数回、繰り返して行う、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の流体装置の製造方法。
5. 前記流体装置は、前記流体を圧縮する圧縮機であり、
   前記流体を圧縮する圧縮機構を収容するケーシングは、半割体から構成され、
   前記半割体のそれぞれに備わる前記フランジ同士が締結される、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の流体装置の製造方法。
6. 圧縮された前記流体が前記圧縮機の吐出口に向けて通過す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る、
   請求項５に記載の流体装置の製造方法。

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