JP4946114B2 - Rotating machine - Google Patents
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Description
本発明はタービン、コンプレッサ等、高速で回転する羽根車を有する回転機械に関するものである。 The present invention relates to a rotating machine having an impeller that rotates at high speed, such as a turbine and a compressor.
回転機械、例えば羽根車を高速で回転させるコンプレッサの1つとして、ギアドコンプレッサがあり、該ギアドコンプレッサについて図2により略述する。 One compressor that rotates a rotating machine, for example, an impeller at high speed, is a geared compressor. The geared compressor is briefly described with reference to FIG.
図2中、1は軸箱であり、該軸箱1に駆動軸2、羽根車軸3がそれぞれ軸受4,5を介して回転自在に設けられ、前記駆動軸2と前記羽根車軸3とは駆動ギア6、被動ギア7を介して連結されている。
In FIG. 2, 1 is a shaft box, and a
前記羽根車軸3の両軸端部8,9にはそれぞれ羽根車11,12が焼嵌めにより嵌着され、該羽根車11,12はそれぞれ前記軸箱1に取付けられたハウジング13,14に収納され、該ハウジング13,14と前記羽根車軸3間には軸封装置15,16が設けられている。
前記駆動軸2がモータ等の駆動源(図示せず)によって回転されることで、前記駆動ギア6、前記被動ギア7を介して前記羽根車軸3が増速回転され、前記羽根車11、前記羽根車12が高速回転される。
When the
前記羽根車11の回転により、前記ハウジング13の吸入口17より空気等の被圧縮流体が吸入され、環洞流路18を経て図示しない吐出口より圧縮された流体が吐出される。同様に前記羽根車12の回転により、前記ハウジング14の吸入口19より被圧縮流体が吸入され、環洞流路21を経て図示しない吐出口より圧縮された流体が吐出される。
Due to the rotation of the
回転機械に於いて、回転部の危険速度(固有振動数)は、共振を避ける為定常運転時の回転数(回転周波数)から外れている必要がある。例えば、危険速度が運転回転数よりも高い場合はより高く、危険速度が運転回転数よりも低い場合はより低いことが望ましい。 In a rotating machine, the critical speed (natural frequency) of the rotating part needs to deviate from the rotational speed (rotational frequency) during steady operation in order to avoid resonance. For example, it is desirable that it is higher when the dangerous speed is higher than the driving speed, and lower when the dangerous speed is lower than the driving speed.
上記したコンプレッサでは、片持状に突出し、細径となった前記軸端部8,9に重量のある前記羽根車11,12が取付けられ、回転部の危険速度は、前記軸端部8,9の剛性によって大きく左右される。
In the compressor described above, the
一般的に、コンプレッサを設計する場合、要求される性能を満足する様、羽根車の諸元、羽根車の回転数が決定され、更に他の部位の諸元、例えば前記羽根車軸3の軸径等が決定される。各部位の諸元が決定された後、回転部の危険速度をシミュレーションにより、確認する。
In general, when designing a compressor, the specifications of the impeller and the rotational speed of the impeller are determined so as to satisfy the required performance, and further specifications of other parts, for example, the shaft diameter of the
例えば、シミュレーションの結果、回転部の危険速度が、運転時の定常回転に合致、或は定常回転より大きい側の近傍であり、共振の虞れがある場合は、前記回転部の危険速度が大きくなる様に回転部の剛性を高める対策を採っている。簡便な対策として、前記軸端部8,9の軸径を太くし、前記羽根車軸3の剛性を高めている。
For example, as a result of simulation, if the critical speed of the rotating part matches the steady rotation during operation or is close to the side larger than the steady rotation and there is a possibility of resonance, the dangerous speed of the rotating part is large. Measures are taken to increase the rigidity of the rotating part. As a simple measure, the
然し乍ら、軸径を太くすると前記羽根車11,12の嵌合部の所定の嵌合力を得る為の必要肉厚が不足する場合(特に羽根車軸方向先端部)は、前記軸端部8,9の軸径は制限される。該軸端部8,9の軸径を必要なだけ太くできない場合は、嵌合部より内側の前記羽根車軸3の径を変更せざるを得なくなり、該羽根車軸3の支持部も含めて回転機械全体の見直しが必要となる。この為、各部位の最終的な諸元が決定されるのに多くの時間と労力を必要としていた。
However, when the shaft diameter is increased, the
本発明は斯かる実情に鑑み、回転部の危険速度が、運転時の定常回転と合致、若しくは近傍とならない様に回転部の剛性の変更を可能とし、回転機械全体の見直しをすることなく回転機械の製作を可能とするものである。 In view of such circumstances, the present invention makes it possible to change the rigidity of the rotating part so that the critical speed of the rotating part does not coincide with or be close to the steady rotation during operation, and the rotation without reexamination of the entire rotating machine. The machine can be manufactured.
本発明は、定常回転される羽根車軸と、該羽根車軸の軸端部に嵌着される羽根車とを具備し、前記軸端部と前記羽根車の嵌合部は、締嵌め部と隙間嵌め部とを有し、前記締嵌め部によって前記羽根車軸と前記羽根車間のトルク伝達が行われ、前記軸端部の隙間嵌め部の軸形状は回転部の危険速度が定常回転との共振を抑制する様に設定された回転機械に係るものである。 The present invention includes an impeller shaft that is rotated in a steady state and an impeller that is fitted to a shaft end portion of the impeller shaft, and the fitting portion of the shaft end portion and the impeller includes a tight fitting portion and a gap. Torque transmission between the impeller shaft and the impeller is performed by the interference fitting portion, and the shaft shape of the gap fitting portion of the shaft end portion causes the critical speed of the rotating portion to resonate with steady rotation. This relates to a rotating machine set to be suppressed.
又本発明は、定常回転される羽根車軸と、該羽根車軸の軸端部に嵌着される羽根車とを具備する回転機械に於いて、前記軸端部と前記羽根車の嵌合部は、締嵌め部と隙間嵌め部とを有し、前記締嵌め部は前記羽根車軸と前記羽根車間のトルク伝達が行われる様嵌合状態が設定され、回転部の危険速度をシミュレーションし、前記軸端部の隙間嵌め部の軸形状は前記危険速度が定常回転時での共振を抑制する様な剛性となる様に設定された回転機械に係るものである。 According to the present invention, in a rotating machine including an impeller shaft that is normally rotated and an impeller that is fitted to a shaft end portion of the impeller shaft, the fitting portion of the shaft end portion and the impeller includes: The interference fitting portion and the gap fitting portion, and the interference fitting portion is set in a fitting state so that torque is transmitted between the impeller shaft and the impeller, and simulates the critical speed of the rotating portion, and the shaft The shaft shape of the gap fitting portion at the end portion is related to a rotating machine in which the critical speed is set to have such rigidity that suppresses resonance during steady rotation.
又本発明は、前記軸端部の隙間嵌め部は、前記締嵌め部より太径となっている回転機械に係り、又前記軸端部の隙間嵌め部は、前記締嵌め部より漸次太径となるテーパ形状となっている回転機械に係るものである。 The present invention also relates to a rotating machine in which the gap fitting portion of the shaft end portion has a larger diameter than the interference fitting portion, and the gap fitting portion of the shaft end portion gradually increases in diameter from the interference fitting portion. This relates to a rotating machine having a tapered shape.
又本発明は、前記軸端部の隙間嵌め部は、前記締嵌め部より細径となっている回転機械に係り、更に又前記軸端部の隙間嵌め部は、前記締嵌め部より漸次細径となるテーパ形状となっている回転機械に係るものである。 Further, the present invention relates to a rotary machine in which the gap fitting portion of the shaft end portion has a diameter smaller than that of the interference fitting portion, and the gap fitting portion of the shaft end portion is gradually narrower than the interference fitting portion. The present invention relates to a rotating machine having a tapered shape as a diameter.
本発明によれば、定常回転される羽根車軸と、該羽根車軸の軸端部に嵌着される羽根車とを具備し、前記軸端部と前記羽根車の嵌合部は、締嵌め部と隙間嵌め部とを有し、前記締嵌め部によって前記羽根車軸と前記羽根車間のトルク伝達が行われ、前記軸端部の隙間嵌め部の軸形状は回転部の危険速度が定常回転との共振を抑制する様に設定されたので、簡単な構造で共振が抑制でき、共振を抑制する為の軸端部の変更も回転機械全体の見直しを必要としないので、短時間で簡単に行え、製作費の低減が図れる。 According to the present invention, it includes an impeller shaft that rotates normally and an impeller that is fitted to the shaft end portion of the impeller shaft, and the fitting portion of the shaft end portion and the impeller is an interference fitting portion. And the clearance fitting portion transmits torque between the impeller shaft and the impeller, and the shaft shape of the gap fitting portion of the shaft end portion is such that the critical speed of the rotating portion is a steady rotation. Since it is set to suppress the resonance, the resonance can be suppressed with a simple structure, and the change of the shaft end part to suppress the resonance does not require a review of the entire rotating machine, so it can be easily performed in a short time, Production costs can be reduced.
又本発明によれば、定常回転される羽根車軸と、該羽根車軸の軸端部に嵌着される羽根車とを具備する回転機械に於いて、前記軸端部と前記羽根車の嵌合部は、締嵌め部と隙間嵌め部とを有し、前記締嵌め部は前記羽根車軸と前記羽根車間のトルク伝達が行われる様嵌合状態が設定され、回転部の危険速度をシミュレーションし、前記軸端部の隙間嵌め部の軸形状は前記危険速度が定常回転時での共振を抑制する様な剛性となる様に設定されたので、簡単な構造で共振が抑制でき、共振を抑制する為の軸端部の変更も回転機械全体の見直しを必要としないので、短時間で簡単に行え、製作費の低減が図れる等の優れた効果を発揮する。 Further, according to the present invention, in a rotating machine including an impeller shaft that is rotated in a steady state and an impeller that is fitted to the shaft end of the impeller shaft, the shaft end and the impeller are fitted together. The part has a tight fitting part and a gap fitting part, and the tight fitting part is set in a fitting state so that torque is transmitted between the impeller shaft and the impeller, and simulates the critical speed of the rotating part, The shaft shape of the gap fitting portion at the end of the shaft is set so that the critical speed has such rigidity as to suppress resonance during steady rotation, so that resonance can be suppressed with a simple structure and resonance can be suppressed. The change of the shaft end for this purpose does not require a review of the entire rotating machine, so it can be done easily in a short time and exhibits excellent effects such as reduced production costs.
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る回転機械の回転部の一部を示す図である。 FIG. 1 is a view showing a part of a rotating part of a rotating machine according to the present invention.
図1に於いて、図2中で示したものと同等のものには同符号を付してある。又、図中、矢印Aは、軸受中心位置を示している。 In FIG. 1, the same components as those shown in FIG. In the figure, an arrow A indicates the bearing center position.
羽根車軸3の端部には細径の軸端部8が形成されており、該軸端部8は羽根車11が焼嵌めされる嵌着部8aと該嵌着部8aに対し太径となっている軸端補強部8bとで構成されている。又、前記羽根車11に穿設される嵌合孔23は、前記嵌着部8aが嵌合する嵌着孔23a、前記軸端補強部8bが嵌合する遊び孔23bの段付き孔となっている。
A
前記羽根車11は前記軸端部8に焼嵌めによって固着され、更にナット24が前記軸端部8先端に螺着され、取付けられる。
The
前記嵌着部8aの軸径は、前記嵌着孔23a部分が焼嵌めする際に必要な肉厚となる様に設定され、又嵌合軸長は、焼嵌めにより発生する固着力が前記羽根車11と前記羽根車軸3間のトルク伝達に充分となる様に設定される。又、前記軸端補強部8bと前記遊び孔23bとは、充分余裕のある隙間嵌めとなっており、前記嵌着部8aと前記嵌着孔23aとを焼嵌めする際に前記軸端補強部8bと前記遊び孔23bとが干渉しない様になっている。
The shaft diameter of the fitting portion 8a is set so as to have a thickness required when the fitting hole 23a portion is shrink-fitted, and the fitting shaft length is determined by the fixing force generated by shrink fitting. It is set to be sufficient for torque transmission between the
尚、前記遊び孔23bが穿設される部分は、前記羽根車11を高速回転させた場合に、該羽根車11の遠心力が大きく作用する部分であり、遠心力の作用によって前記遊び孔23bは拡大する。該遊び孔23bが穿設される部分は、前記軸端補強部8b部分を前記遊び孔23bに焼嵌めしたとしても、遠心力による拡大で焼嵌めの効果は発揮されない。従って、前記遊び孔23bに前記軸端補強部8bを隙間嵌めしても、前記羽根車11の固定力への影響はなく、固定力の不足を招くことはない。
The portion where the play hole 23b is formed is a portion where the centrifugal force of the
上記した様に、前記羽根車軸3の部位の内、危険速度に最も影響を及す部分は、前記羽根車11が取付けられ、軸径が細くなっている前記軸端部8であり、該軸端部8の剛性を増大させることが前記羽根車軸3の剛性を増大させることに効果がある。
As described above, the portion of the
前記軸端補強部8bの径を増大させることで、トルク伝達に影響を与えることなく、前記軸端部8の剛性が増大し、前記羽根車軸3の危険速度を大きくすることができる。又、前記軸端補強部8bの径を太くすることについて、前記羽根車軸3の軸径、前記羽根車11等他の部位については、何ら変更を加える必要がない。従って、回転機械の性能を変更することなく、前記羽根車軸3の剛性の増大を行うことができる。
By increasing the diameter of the shaft
又、前記軸端補強部8bの径を決定する場合の手順の一例としては、回転機械として要求される性能を満足する様に、前記羽根車11の諸元、定常回転数、軸受等を決定し、前記軸端補強部8bの径を仮決めし、回転部を定常回転した場合のシミュレーションを行い、回転部の危険速度を求める。
Further, as an example of the procedure for determining the diameter of the shaft
シミュレーションの結果、危険速度が定常回転数に一致、或は定常回転数の近傍であり、回転部が共振を起す虞れがある場合は、前記軸端補強部8bの径を増大又は減少させ、或は形状を変更し、前記軸端部8の剛性を変更し、前記羽根車軸3の危険速度が定常回転と一致しない様に、或は定常回転から離れる様にする。
As a result of the simulation, if the critical speed is equal to or close to the steady rotational speed and there is a possibility that the rotating part may resonate, the diameter of the shaft
前記軸端部8の径、形状の変更後、再度シミュレーションにより回転部が定常回転で共振を起さないかどうかを確認する。
After changing the diameter and shape of the
尚、前記軸端補強部8bの変更については、前記羽根車軸3の支持部等に影響を及すことはないので、回転機械全体の見直しは必要なく、前記軸端補強部8bを変更することは簡単である。
Note that the change of the shaft
又、前記軸端補強部8bの形状は、軸の危険速度が運転回転数から外れる様剛性が変更できればよく、軸の危険速度を運転回転数よりも高くする場合には先端側から漸次太径となるテーパ形状としてもよく、軸の危険速度を運転回転数よりも低くする場合には軸の危険速度が小さくなる様に前記軸端補強部8bを細径としてもよく、或は先端側から漸次細径となるテーパ形状としてもよい。尚、前記軸端補強部8bは、前記遊び孔23bとは非接触でよく、前記軸端補強部8b、前記遊び孔23bの加工、仕上げに精度は要求されない。
Further, the shape of the shaft
1 軸箱
3 羽根車軸
5 軸受
6 駆動ギア
7 被動ギア
8 軸端部
8a 嵌着部
8b 軸端補強部
11 羽根車
23 嵌合孔
23a 嵌着孔
23b 遊び孔
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