JP5449117B2 - 回転機械 - Google Patents

Description

この発明は、インペラを備えた回転機械に関するものである。

産業用圧縮機やターボ冷凍機、小型ガスタービンなどの回転機械に用いられる遠心圧縮機は、シャフトに固定されたディスクに、複数のブレードを設けてなるインペラを備えている。遠心圧縮機は、インペラを回転させて、ガスに圧力エネルギー及び速度エネルギーを与えている。

図６は、インペラ２０１を備えた従来の回転機械の説明図である。
例えば、特許文献１の回転機械は、ディスク２０３、ブレード２０４、およびカバー２０６により構成されたインペラ２０１を備えている。インペラ２０１の軸方向における所定位置には、スリーブ部２０５がインペラ２０１と一体形成されている。そして、このスリーブ部２０５を前記所定位置でシャフト２０２に焼き嵌めすることにより、インペラ２０１をシャフト２０２に固定している。

ここで、特許文献１には、スリーブ部２０５の半径をＲとし、距離Ｌの範囲における肉厚をＴとしたとき、インペラ２０１の遠心力がスリーブ部２０５に影響を与えない距離Ｌは、
Ｌ≧１．８√ＲＴ・・・（１）
で示されることが教示されている。

すなわち、特許文献１には、（１）式を満たすように距離Ｌを設定することにより、回転中の遠心力に伴うインペラ２０１の内径の径方向変位が、スリーブ部２０５に影響を及ぼすのを抑制し、インペラ２０１とシャフト２０２とがずれることなく、安定した運転が保持されることを教示されている。

米国特許第４６９７９８７号明細書

ところで、一般に、カバー２０６、ブレード２０４およびディスク２０３は別部品として成型され、その後、溶接等によりディスク２０３にブレード２０４およびカバー２０６が装着される。

ここで、特許文献１のインペラ２０１の場合、スリーブ部２０５は、（１）式を満たすように、距離Ｌだけディスク２０３の内周部Ｂから離間した位置に配置されており、軸方向におけるブレード２０４およびカバー２０６が装着される側に突出している。
このため、溶接等によりディスク２０３にブレード２０４およびカバー２０６を装着する際、ディスク２０３から突出したスリーブ部２０５が邪魔となり、作業性が悪化するという問題があった。

また、近年の回転機械に用いられる遠心圧縮機は、高出力化や高回転化等の性能向上が要求されている。
ここで、一般に、特許文献１のインペラ２０１の重心は、ブレード２０４やカバー２０６等が設けられたディスク２０３側に配置される。すなわち、インペラ２０１の重心は、スリーブ部２０５から大きく離間した位置に配置される。

そして、特許文献１では、距離Ｌだけ離間してスリーブ部２０５を配置することにより、遠心力によるインペラ２０１の径方向変位がスリーブ部２０５に影響を及ぼすのを抑制しているとしている。
しかしながら、インペラ２０１の重心とスリーブ部２０５とが大きく離間することとなるため、スリーブ部２０５は、インペラ２０１の遠心力により外径側に広がりやすい構造となっている。特に、インペラ２０１のさらなる高出力化および高回転化が進むと、インペラ２０１の径方向変位の影響を抑制しきれないおそれがある。したがって、スリーブ部が拡径してインペラ２０１とシャフトとの間にズレが生じ、回転機械の性能が低下するおそれがある。

そこで本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、製造時の作業性が良好で、かつ、回転駆動時におけるインペラとシャフトとのズレを抑制できる回転機械の提供を課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明の回転機械は、回転駆動するシャフトと、前記シャフトの周面に設けられたディスクと、前記ディスクの一方側の面から突出し、前記シャフトの周方向に沿って設けられた複数のブレードと、を有するインペラと、を備えた回転機械であって、前記ディスクは、前記シャフトに嵌合される嵌合部を有し、前記嵌合部は、他方側から前記一方側に亘って所定範囲に設けられたグリップ部と、前記グリップ部の前記一方側に設けられた遊嵌部と、を有し、前記グリップ部は、前記遊嵌部よりも大きな締め代によって前記シャフトに嵌合され、前記ディスクの前記他方側の面であって、前記嵌合部の周囲に、前記他方側から前記一方側に凹んだ肉盗み部を設けたことを特徴としている。

本発明によれば、ブレードはディスクの一方側の面に設けられており、嵌合部は特許文献１のようにディスクの一方側の面から突出することなく設けられているので、ブレードをディスクの一方側の面に装着する際に、嵌合部が邪魔になることがない。したがって、製造時の作業性が良好な回転機械を提供することができる。
また、特許文献１では、シャフトに嵌合されるスリーブ部は、インペラの重心が配置されるディスクから離間して配置されているため、スリーブ部が外径側に広がりやすい構造となっていた。しかし、本発明によれば、嵌合部はディスクの他方側の面から一部が突出するように形成されており、大きな締め代を有するグリップ部が他方側から一方側に亘って設けられている。すなわち、インペラの重心近傍に嵌合部を有しており、嵌合部に設けられたグリップ部が、シャフトに対して強固に嵌合している。したがって、回転駆動時における遠心力によりグリップ部が拡径するのを防止し、インペラとシャフトとのズレを抑制できる。
また、ディスクの他方側の面であって、嵌合部の周囲に肉盗み部を設けることで、回転駆動時の遠心力によりグリップ部が外径側に拡径するのを抑制できると共に、グリップ部の面圧を維持することができる。したがって、回転駆動時におけるインペラとシャフトとのズレを確実に抑制できる。
さらに、肉盗み部を設けることによりディスクの厚肉部分を除去でき、ディスクの各部の肉厚差を少なくできるので、例えば焼入れや焼き鈍し等によりディスクの強度を上げる際に、ディスク全体をムラなく熱処理することができる。したがって、強度に優れた高性能な回転機械を提供することができる。

また、前記グリップ部の前記他方側における外周縁部に、前記他方側から前記一方側に向かって拡径するグリップテーパ部を設けることが望ましい。
例えば、インペラのレイアウトの都合等により、グリップ部の長さの短縮が要求される場合がある。この場合、グリップ部の短縮に伴う面圧の低下を補うために、グリップ部を厚肉化する必要がある。しかし、グリップ部を厚肉化すると、遠心力により厚肉部分が外径側に引っ張られ、グリップ部が外径側に拡径してインペラとシャフトとのズレが発生するおそれがある。

しかし、本発明によれば、グリップ部の外周縁部にグリップテーパ部を設けることにより、遠心力によりグリップ部が外径側に拡径するのを抑制できる。したがって、グリップテーパ部を設けることにより、回転駆動時におけるインペラとシャフトとのズレを確実に抑制しつつ、グリップ部の長さを短縮して、小型なインペラを提供することができる。

また、前記ディスクの前記一方側に、前記ディスクへの気流を案内するスリーブを配置することが望ましい。
本発明によれば、スリーブを配置することで効率的に気流を案内することができる。さらに、ディスクとスリーブとを別体とすることで、ディスクの一方側の面にブレード等を装着した後に、ディスクの一方側にスリーブを配置できる。したがって、ディスクの一方側の面にブレード等を装着する際に、スリーブが邪魔になることがない。したがって、製造時の作業性が良好な回転機械を提供することができる。

また、前記シャフトに沿って複数の前記ディスクを直列に設け、前記ディスクの前記一方側に、前記ディスクへの気流を案内するスリーブを配置し、隣り合う一の前記ディスクと、他の前記ディスクとの間に前記スリーブを設け、前記スリーブの前記一方側における内周縁部に、前記グリップテーパ部に対応して、前記他方側から前記一方側に向かって拡径する第１スリーブテーパ部を設けることが望ましい。

本発明によれば、スリーブの一方側における内周縁部に、グリップテーパ部に対応した形状の第１スリーブテーパ部を設けているので、グリップテーパ部に第１スリーブテーパ部を当接させた状態で、スリーブを配置することができる。これにより、第１スリーブテーパ部は、外径側からグリップテーパ部を押さえることができるので、遠心力によりグリップ部が外径側に拡径するのを抑制できる。したがって、回転駆動時におけるインペラとシャフトとのズレを確実に抑制できる。

また、前記スリーブの前記他方側および前記遊嵌部の前記一方側のいずれか一方に凹部を設け、前記スリーブの前記他方側および前記遊嵌部の前記一方側のいずれか他方に前記凹部に対応した凸部を設けたことが望ましい。
本発明によれば、スリーブの他方側と遊嵌部とを凹凸嵌合することができるので、スリーブで遊嵌部の移動を規制して、遠心力により遊嵌部が外径側に拡径するのを抑制できる。したがって、回転駆動時におけるインペラとシャフトとのズレを確実に抑制できる。

また、前記スリーブの前記他方側における内周縁部に、前記他方側から前記一方側に向かって縮径する第２スリーブテーパ部を設け、前記遊嵌部の前記一方側における外周縁部に、前記第２スリーブテーパ部に対応して、前記他方側から前記一方側に向かって縮径する遊嵌テーパ部を設けることが望ましい。

本発明によれば、スリーブの他方側における内周縁部に、第２スリーブテーパ部を設けている。さらに、遊嵌部の一方側における外周縁部に、第２スリーブテーパ部に対応した形状の遊嵌テーパ部を設けている。このため、遊嵌テーパ部の外周縁部に第２スリーブテーパ部の内周縁部を当接させた状態で、スリーブを配置することができる。これにより、第２スリーブテーパ部は、外径側から遊嵌テーパ部を押さえることができるので、遠心力により遊嵌部が外径側に拡径するのを抑制できる。したがって、回転駆動時におけるインペラとシャフトとのズレを確実に抑制できる。

また、前記ディスクの前記他方側から、前記ディスクの前記他方側の面よりも前記一方側に亘って前記グリップ部を設けていることが望ましい。
本発明によれば、ディスクの他方側の面よりも一方側に亘ってグリップ部を設けることにより、さらにインペラの重心に近い位置にグリップ部を設けることができる。したがって、回転駆動時におけるインペラとシャフトとのズレを抑制できる。

また、前記嵌合部は、前記グリップ部と前記遊嵌部との間に中間部を有し、前記中間部は、前記グリップ部と略同一の締め代か、または前記グリップ部よりも小さい締め代によって前記シャフトに嵌合されていることが望ましい。
また、前記グリップ部は、前記ディスクの前記他方側の面から前記他方側に離れた範囲で、前記シャフトと嵌合していることが望ましい。

本発明によれば、グリップ部と遊嵌部との間に中間部を設け、他方側の面から他方側に離れた範囲でグリップ部がシャフトと嵌合することにより、遠心力によりディスクが外径側に拡径しても、中間部が撓んでグリップ部に対する影響を緩和できる。したがって、遠心力によりグリップ部が外径側に拡径するのを抑制できるので、回転駆動時におけるインペラとシャフトとのズレを抑制できる。

本発明によれば、ブレードはディスクの一方側の面に設けられており、嵌合部は特許文献１のようにディスクの一方側の面から突出することなく設けられているので、ブレードをディスクの一方側の面に装着する際に、嵌合部が邪魔になることがない。したがって、製造時の作業性が良好な回転機械を提供することができる。
また、特許文献１では、シャフトに嵌合されるスリーブ部は、インペラの重心が配置されるディスクから離間して配置されているため、スリーブ部が外径側に広がりやすい構造となっていた。しかし、本発明によれば、嵌合部はディスクの他方側の面から一部が突出するように形成されており、大きな締め代を有するグリップ部が他方側から一方側に亘って設けられている。すなわち、インペラの重心近傍に嵌合部を有しており、嵌合部に設けられたグリップ部が、シャフトに対して強固に嵌合している。したがって、回転駆動時における遠心力によりグリップ部が拡径するのを防止し、インペラとシャフトとのズレを抑制できる。
また、ディスクの他方側の面であって、嵌合部の周囲に肉盗み部を設けることで、回転駆動時の遠心力によりグリップ部が外径側に拡径するのを抑制できると共に、グリップ部の面圧を維持することができる。したがって、回転駆動時におけるインペラとシャフトとのズレを確実に抑制できる。
さらに、肉盗み部を設けることによりディスクの厚肉部分を除去でき、ディスクの各部
の肉厚差を少なくできるので、例えば焼入れや焼き鈍し等によりディスクの強度を上げる
際に、ディスク全体をムラなく熱処理することができる。したがって、強度に優れた高性
能な回転機械を提供することができる。

本発明の回転機械を適用した遠心圧縮機の説明図である。 軸方向から見たときの回転機械の説明図である。 図２のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、第１実施形態の回転機械の説明図である。 第２実施形態の回転機械の説明図である。 第３実施形態の回転機械の説明図である。 従来技術の回転機械の説明図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
（遠心圧縮機）
図１は、本発明の回転機械１を適用した遠心圧縮機１００の説明図である。
遠心圧縮機１００は、主として、軸線Ｏ周りに回転するシャフト５と、シャフト５に取り付けられ、遠心力を利用してガス（気体）Ｇを圧縮するインペラ１０と、シャフト５を回転可能に支持すると共にガスＧを上流側から下流側に流す流路１０４を形成したケーシング１０５と、によって構成されている。なお、図示例ではシャフト５にインペラ１０が直列に６個設けられているが、シャフト５にインペラ１０は少なくとも１個設けられていればよい。

ケーシング１０５は、外形が略円柱状に形成されたもので、中心を貫くようにしてシャフト５を配置している。ケーシング１０５のうちシャフト５の軸方向の両端には、ジャーナル軸受１０５ａが設けられている。また、シャフト５の一端には、スラスト軸受１０５ｂが設けられている。これらジャーナル軸受１０５ａ及びスラスト軸受１０５ｂには、シャフト５が回転可能に支持されている。これにより、シャフト５は、ジャーナル軸受１０５ａ及びスラスト軸受１０５ｂを介してケーシング１０５に支持されている。

ケーシング１０５のうち軸方向の一方側（図１における左側）には、ガスＧを外部から流入させる吸込口１０５ｃが設けられている。また、軸方向の他方側（図１における右側）には、ガスＧが外部に流出する排出口１０５ｄが設けられている。
ケーシング１０５内には、これら吸込口１０５ｃ及び排出口１０５ｄにそれぞれ連通し、縮径及び拡径を繰り返す内部空間が設けられている。この内部空間は、インペラ１０を収容する空間として機能すると共に流路１０４としても機能する。すなわち、吸込口１０５ｃと排出口１０５ｄとは、インペラ１０及び流路１０４を介して連通している。

（第１実施形態の回転機械）
次に、第１実施形態の回転機械１について説明する。
図２は、軸方向から見たときの第１実施形態の回転機械１の説明図である。
図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、第１実施形態の回転機械１の説明図である。
なお、以下の説明では、説明を簡単にするために、遠心圧縮機１００を流れるガスＧの上流側（請求項の「一方側」に相当、図２における左側）を単に前側といい、下流側（請求項の「他方側」に相当、図２における右側）を単に後側として説明する場合がある。また、説明を簡単にするために、シャフト５にインペラ１０が１個設けられている場合について説明する。

（ディスク）
図２に示す回転機械１はインペラ１０を備えており、このインペラ１０は、ディスク１２と、ディスク１２に設けられた複数のブレード１４と、ディスク１２から所定距離だけ離間して配置されたカバー１６と、を有している。
ディスク１２は、例えば析出硬化型ステンレス鋼により形成される、軸方向視略円形状をした円盤状の部材である。

ディスク１２は、前側から後側（図２における左側から右側）に向かって外径が漸次拡径しており、ディスク１２の前側面１２ａ（一方側の面）は、径方向断面視で湾曲した状態に形成されている。この湾曲状態に形成された前側面１２ａは、径方向内側に位置する面が軸線Ｏに沿って形成されるとともに、径方向外側に行くに連れて徐々に径方向に沿う、略凹型に形成されている。そして、ディスク１２の前側面１２ａには、後述するブレード１４が取り付けられる。
また、ディスク１２の後側面１２ｂ（他方側の面）は、平坦に形成されている。なお、後述するように、ディスク１２の後側面１２ｂには、肉盗み部１８が設けられている。

ディスク１２の軸方向視略中央には、シャフト５に嵌合される嵌合部２０が設けられている。嵌合部２０は、一部がディスク１２の後側面１２ｂから突出しており、ディスク１２の前側と後側とを貫通する貫通孔となっている。嵌合部２０は、グリップ部２２と、遊嵌部２４とを有している。

グリップ部２２は、径方向に肉厚Ｔ１を有しており、後側から前側（図２における右側から左側）に亘った所定範囲Ｌ１に設けられている。さらに、グリップ部２２は、ディスク１２の後側面１２ｂよりも前側に亘って設けられている。
また、グリップ部２２の半径Ｒは、シャフト５の半径よりも小径になるように設定されている。そして、グリップ部２２は、シャフト５に対して、例えば焼き嵌め等により嵌合される。

ここで、グリップ部２２の所定範囲Ｌ１、グリップ部２２の肉厚Ｔ１、およびグリップ部２２の半径Ｒは、
Ｌ１／√ＲＴ１≧０．８〜０．９・・・（２）
を満たすように設定されている。

材料力学によれば、（２）式を満たすようにグリップ部２２の所定範囲Ｌ１、グリップ部２２の肉厚Ｔ１、およびグリップ部２２の半径Ｒを設定することで、回転駆動時の遠心力によりグリップ部２２が外径側に拡径するのを抑制できるとされている。したがって、（２）式を満たすことにより、グリップ部２２の面圧を維持でき、インペラ１０とシャフト５とのズレを抑制できる。

また、ディスク１２とグリップ部２２を設けた所定範囲Ｌ１とが重なる領域に、肉盗み部１８を設けている。肉盗み部１８は、グリップ部２２の全周囲において、ディスク１２の後側面１２ｂを前側面１２ａに沿うように凹ませることにより形成される。肉盗み部１８を設けることにより、グリップ部２２周辺のディスク１２の厚肉部分を除去してグリップ部２２を薄肉化している。また、肉盗み部１８を設けることによりディスク１２の各部の肉厚差を小さくして、例えば焼入れや焼き鈍し等によりディスク１２の強度を上げる際に、ディスク１２全体をムラなく熱処理できるようにしている。

グリップ部２２の前側（図２の左側）には、遊嵌部２４が設けられている。遊嵌部２４の半径は、シャフト５の半径よりも若干大径に設定されている。したがって、遊嵌部２４の内周面２４ａとシャフト５の外周面５ａとの間には、クリアランスが発生している。なお、遊嵌部２４の半径を、シャフト５の半径よりも小径になるように、かつグリップ部２２の半径Ｒよりも若干大径になるように設定してもよい。この場合、遊嵌部２４は、グリップ部２２よりも小さい締め代でシャフト５に嵌合される。

ディスク１２の前側面１２ａには、複数のブレード１４が設けられている。ブレード１４は、例えばディスクと同じ析出硬化型ステンレス鋼からなる板状の部材である。ブレード１４は、一定の板厚（翼厚）を有し、ディスク１２の周方向に沿って、軸方向視で略放射状に設けられている。また、ブレード１４は、ディスク１２の前側面１２ａに対して、略垂直になるように立設されている。
ブレード１４は、ディスク１２の前側面１２ａに対し、例えば隅肉溶接等によって接合される。

ブレード１４の前側には、カバー１６が設けられている。カバー１６は、図２に示すように平面視略円形の板状の部材である。また、カバー１６は、径方向断面視でブレード１４の側面視形状、およびディスク１２の前側面１２ａに沿うように、湾曲して形成されている。そして、カバー１６は、各ブレード１４の前側先端に、例えば隅肉溶接等により固定され、各ブレード１４の振動を抑制している。

（第１実施形態の効果）
本実施形態によれば、ブレード１４はディスク１２の前側面１２ａ（一方側の面）に設けられており、シャフト５に嵌合される嵌合部はディスク１２の後側面１２ｂ（他方側の面）に一部が突出して設けられているので、ブレード１４をディスク１２の前側面１２ａに装着する際に、嵌合部２０が邪魔になることがない。したがって、製造時の作業性が良好な回転機械１を提供することができる。
また、特許文献１では、シャフトに嵌合されるスリーブ部は、インペラの重心が配置されるディスクから離間して配置されているため、スリーブ部が外径側に広がりやすい構造となっていた。しかし、本発明によれば、嵌合部２０はディスク１２の後側面１２ｂから一部が突出するように形成されており、大きな締め代を有するグリップ部２２が後側（他方側）から前側（一方側）に亘って設けられている。すなわち、インペラ１０の重心近傍に嵌合部２０を有しており、嵌合部２０に設けられたグリップ部２２が、シャフト５に対して強固に嵌合しているので、回転駆動時におけるインペラ１０とシャフト５とのズレを抑制できる。

また、本実施形態によれば、ディスク１２の後側面１２ｂよりも前側に亘ってグリップ部２２を設けることにより、さらにインペラ１０の重心に近い位置にグリップ部２２を設けることができる。したがって、回転駆動時におけるインペラ１０とシャフト５とのズレを抑制できる。

また、本実施形態によれば、ディスク１２とグリップ部２２を設けた範囲とが重なる領域、すなわちグリップ部２２周辺に肉盗み部１８を設けることで、回転駆動時の遠心力によりグリップ部２２が外径側に拡径するのを抑制できると共に、グリップ部２２の面圧を維持することができる。したがって、回転駆動時におけるインペラ１０とシャフト５とのズレを確実に抑制できる。
さらに、肉盗み部１８を設けることによりディスク１２の厚肉部分を除去でき、ディスク１２の各部の肉厚差を少なくできるので、例えば焼入れや焼き鈍し等によりディスク１２の強度を上げる際に、ディスク１２全体をムラなく熱処理することができる。したがって、強度に優れた高性能な回転機械１を提供することができる。

（第２実施形態の回転機械）
次に、第２実施形態の回転機械１について説明する。
図４は、第２実施形態の回転機械１の説明図である。
第１実施形態では、説明を簡単にするために、シャフト５にインペラ１０が１個設けられている回転機械１について説明した。しかし、第２実施形態では、シャフト５にインペラ１０が複数個（図４においては２個）設けられている点、グリップ部２２および遊嵌部２４の形状が異なっている点、ガスＧを整流するスリーブ３０を設けている点等で、第１実施形態とは異なっている。
また、第２実施形態の回転機械１は、例えば、インペラ１０のレイアウトの都合等により、第１実施形態と比較してグリップ部２２の長さの短縮が要求される場合を想定している。なお、第１実施形態と同様の構成部分については、詳細な説明を省略する。

本実施形態の回転機械１は、シャフト５にインペラ１０が直列に複数個設けられている。そして、隣り合う一のディスク１２の後側面１２ｂと、他のディスクの前側面１２ａとの間に、スリーブ３０を設けている。

（ディスク）
グリップ部２２は、径方向に肉厚Ｔ２を有しており、後側から前側に亘った所定範囲Ｌ２に設けられている。また、グリップ部２２の後側端部２３には、グリップテーパ部２３ａが設けられている。グリップテーパ部２３ａは、外周縁部が後側から前側（図４における右側から左側）に向かって漸次拡径する略テーパ形状に形成されている。

また、第２実施形態の回転機械１では、例えば、レイアウトの都合等により、第１実施形態と比較してグリップ部２２が短縮されている。すなわち、第１実施形態におけるグリップ部２２の所定範囲Ｌ１と、第２実施形態におけるグリップ部２２の所定範囲Ｌ２との関係は、Ｌ２＜Ｌ１となっている。

さらに、第２実施形態の回転機械１では、グリップ部２２が短縮されたことによる、シャフト５嵌合時のグリップ部２２の面圧低下を補うために、第１実施形態と比較してグリップ部２２の肉厚を増やしている。すなわち、第１実施形態におけるグリップ部２２の肉厚Ｔ１と、第２実施形態におけるグリップ部２２の肉厚Ｔ２との関係は、Ｔ２＞Ｔ１となっている。

ここで、グリップ部２２の所定範囲Ｌ２、グリップ部２２の肉厚Ｔ２、およびグリップ部２２の半径Ｒは、
Ｌ２／√ＲＴ２＜０．８〜０．９・・・（３）
を満たすように設定されている。

ここで、グリップ部２２の圧肉部分が、回転駆動時の遠心力により外径側に引っ張られ、グリップ部２２が拡径するおそれがある。
しかし、材料力学によれば、（３）式を満たすことで、グリップ部２２が遠心力により拡径するのを抑制できるとされている。
本実施形態では（３）式を満たすように、グリップ部２２の所定範囲Ｌ２、グリップ部２２の肉厚Ｔ２、およびグリップ部２２の半径Ｒを設定しているので、グリップ部２２が遠心力により拡径するのを抑制できる。したがって、回転駆動時におけるインペラ１０とシャフト５とのズレを抑制できる。

また、遊嵌部２４の前側端部２５には、凸部２５ａが設けられている。凸部２５ａは、径方向断面視で前側に頂部を有する略Ｖ字形状に形成されている。凸部２５ａは、後述するようにスリーブ３０に設けられた凹部３２ａと嵌合される。なお、凸部２５ａの形状は、本実施形態の形状に限られることはなく、例えば、径方向断面視で略矩形状をしていてもよい。

（スリーブ）
隣り合う一のディスク１２と、他のディスク１２との間には、スリーブ３０が設けられている。なお、先行文献１では、スリーブはディスクと一体形成されていたが、本実施形態のスリーブ３０は、ディスク１２とは別部品として設けられている。

スリーブ３０は、例えばディスクと同じ析出硬化型ステンレス鋼からなる略円筒形状をした部材である。スリーブ３０は、例えば、シームレス鋼管をカットした後、機械加工することにより形成される。スリーブ３０の内径は、シャフト５の外径よりも若干小径に設定されており、シャフト５に対して焼き嵌め等により嵌合固定されている。また、スリーブ３０の外径は、ディスク１２の遊嵌部２４の外径と略同一となるように設定されている。
スリーブ３０は、インペラ１０に流入するガスＧ（図１参照）の上流側、すなわちディスク１２の前側に配置されている。スリーブ３０は、ブレード１４間に流入するガスＧを整流し、効率的にガスＧを案内している。

スリーブ３０の前側端部３４には、第１スリーブテーパ部３４ａが設けられている。第１スリーブテーパ部３４ａは、グリップ部２２の後側端部２３に設けられたグリップテーパ部２３ａに対応した形状に形成されている。具体的には、第１スリーブテーパ部３４ａは、内周縁部が後側から前側（図４における右側から左側）に向かって漸次拡径する略テーパ形状に形成されている。

また、スリーブ３０の後側端部３２には、凹部３２ａが設けられている。凹部３２ａは、遊嵌部２４の前側端部２５に設けられた凸部２５ａに対応した形状に形成されている。具体的には、凹部３２ａは、径方向断面視で前側に底部を有する略Ｖ字形状に形成されている。

このように形成されたスリーブ３０を、隣り合う一のディスク１２の後側面１２ｂと、他のディスクの前側面１２ａとの間に配置している。
このとき、スリーブ３０の第１スリーブテーパ部３４ａと、ディスク１２のグリップテーパ部２３ａとを当接させた状態でスリーブ３０を配置している。さらに、スリーブ３０の凹部３２ａと、ディスク１２の凸部２５ａとを嵌合させた状態でスリーブ３０を配置している。

（作用）
回転機械１を駆動してシャフト５に装着されたインペラ１０を回転させると、遠心力によりディスク１２の嵌合部２０は外径側に引っ張られる。このため、グリップ部２２および遊嵌部２４には、外径側に拡径しようとする力が働く。
しかし、第１スリーブテーパ部３４ａとグリップテーパ部２３ａとを当接させた状態でスリーブ３０を配置している。したがって、第１スリーブテーパ部３４ａは、グリップテーパ部２３ａを外径側から押えてグリップ部２２の遠心力による移動を規制し、グリップ部２２が外径側に拡径するのを抑制している。
また、スリーブ３０の凹部３２ａと、ディスク１２の凸部２５ａとを嵌合させた状態でスリーブ３０を配置している。したがって、スリーブ３０の凹部３２ａは、遊嵌部２４の遠心力による移動を規制し、遊嵌部２４が外径側に拡径するのを抑制している。

（第２実施形態の効果）
例えば、インペラ１０のレイアウトの都合等により、グリップ部２２の長さの短縮が要求される場合がある。この場合、グリップ部２２の短縮に伴う面圧の低下を補うために、グリップ部２２を厚肉化する必要がある。しかし、グリップ部２２を厚肉化すると、遠心力により厚肉部分が外径側に引っ張られ、グリップ部２２が外径側に拡径してインペラ１０とシャフト５とのズレが発生するおそれがある。
しかし、本本実施形態によれば、グリップ部２２の後側端部２３における外周縁部にグリップテーパ部２３ａを設けることにより、遠心力によりグリップ部２２が外径側に拡径するのを抑制できる。したがって、グリップテーパ部２３ａを設けることにより、回転駆動時におけるインペラ１０とシャフト５とのズレを確実に抑制しつつ、グリップ部２２の長さを短縮して、小型なインペラ１０を提供することができる。

また、本実施形態によれば、流入するガスＧの上流側であるディスク１２の前側にスリーブ３０を配置することで、効率的にガスＧを案内することができる。さらに、ディスク１２とスリーブ３０とを別体とすることで、ディスク１２の前側面１２ａにブレード１４やカバー１６等を溶接等により接合した後に、ディスク１２の前側にスリーブ３０を配置できる。したがって、ディスク１２の前側面１２ａにブレード１４等を接合する際に、スリーブ３０が邪魔になることがない。したがって、製造時の作業性が良好な回転機械１を提供することができる。

また、本実施形態によれば、スリーブ３０の前側端部３４における内周縁部に、グリップテーパ部２３ａに対応した形状の第１スリーブテーパ部３４ａを設けているので、グリップテーパ部２３ａに第１スリーブテーパ部３４ａを当接させた状態で、スリーブ３０を配置することができる。これにより、第１スリーブテーパ部３４ａは、外径側からグリップテーパ部２３ａを押さえることができるので、遠心力によりグリップ部２２が外径側に拡径するのを抑制できる。したがって、回転駆動時におけるインペラ１０とシャフト５とのズレを確実に抑制できる。

また、本実施形態によれば、スリーブ３０の後側端部３２に凹部３２ａを設け、遊嵌部２４の前側端部２５に、凹部３２ａに対応した凸部２５ａを設けている。これにより、スリーブ３０の後側端部３２と遊嵌部２４とを凹凸嵌合することができるので、スリーブ３０で遊嵌部２４の移動を規制して、遠心力により遊嵌部２４が外径側に拡径するのを抑制できる。したがって、回転駆動時におけるインペラ１０とシャフト５とのズレを確実に抑制できる。

（第３実施形態の回転機械）
次に、第３実施形態の回転機械１について説明する。
図５は、第３実施形態の回転機械１の説明図である。
第１実施形態および第２実施形態では、グリップ部２２がディスク１２の後側から、ディスク１２の後側面１２ｂよりも前側に亘って設けられていた。しかし、第３実施形態では、ディスク１２の後側面１２ｂから離れた範囲にグリップ部２２が設けられている点で、第１実施形態および第２実施形態とは異なっている。なお、第１実施形態および第２実施形態と同様の構成部分については、詳細な説明を省略する。

（ディスク）
ディスク１２の軸方向視略中央には、シャフト５に嵌合される嵌合部２０が設けられている。嵌合部２０は、一部がディスク１２の後側面１２ｂから突出しており、ディスク１２の前側と後側とを貫通する貫通孔となっている。また、嵌合部２０は、後側に設けられたグリップ部２２と、前側に設けられた遊嵌部２４と、グリップ部２２と遊嵌部２４との間に設けられた中間部２７と、を有している。

グリップ部２２は、径方向に肉厚Ｔ３を有しており、後側から前側に亘った所定範囲Ｌ３に設けられている。
また、グリップ部２２と遊嵌部２４との間には、中間部２７が設けられている。中間部２７は、グリップ部２２と同じ肉厚Ｔ３を有しており、グリップ部２２の前側において所定範囲Ｃに設けられている。
中間部２７の半径は、グリップ部２２の半径と略同一か、もしくは、シャフト５の半径よりも小径になるように、かつグリップ部２２の半径よりも若干大径になるように設定されている。すなわち、シャフト５に嵌合される際の中間部２７の締め代は、グリップ部２２の締め代と略同一か、グリップ部２２の締め代よりも若干小さい締め代となるように設定されている。

ここで、グリップ部２２の所定範囲Ｌ３、グリップ部２２の肉厚Ｔ３、およびグリップ部２２の半径Ｒは、
Ｌ３／√ＲＴ３≧０．８〜０．９・・・（４）
を満たすように設定されている。
また、中間部２７の所定範囲Ｃ、中間部２７の肉厚Ｔ３、および中間部２７の半径Ｒは、
Ｃ／√ＲＴ３≧０．８〜０．９・・・（５）
を満たすように設定されている。

材料力学によれば、（４）式を満たすように、グリップ部２２の所定範囲Ｌ３、グリップ部２２の肉厚Ｔ３、およびグリップ部２２の半径Ｒを設定することで、回転駆動時の遠心力によりグリップ部２２が外径側に拡径するのを抑制でき、グリップ部２２の面圧を維持できるとされている。したがって、回転駆動時におけるインペラ１０とシャフト５とのズレを確実に抑制できる。

また、材料力学によれば、（５）式を満たすように、中間部２７の所定範囲Ｃ、中間部２７の肉厚Ｔ３、および中間部２７の半径Ｒを設定することで、回転駆動時にディスク１２の遠心力により外径側に拡径する力が働いても、中間部２７が撓むとされている。したがって、グリップ部２２に遠心力による影響が伝達するのを抑制し、グリップ部２２が外径側に拡径するのを抑制している。

（第３実施形態の効果）
本実施形態によれば、グリップ部２２と遊嵌部２４との間の所定範囲Ｃに中間部２７を設け、ディスク１２の後側面１２ｂから離れた範囲でグリップ部２２がシャフト５と嵌合することにより、中間部２７が撓んでディスク１２の遠心力による影響を緩和できる。したがって、遠心力によりグリップ部２２が外径側に拡径するのを抑制できるので、回転駆動時におけるインペラ１０とシャフト５とのズレを抑制できる。

なお、この発明は上述した実施の形態に限られるものではない。
各実施形態では、回転機械１を遠心圧縮機１００に適用した場合を例にして説明した。しかし、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、斜流型の圧縮機に本発明の回転機械１を適用することもできる。
また、本発明の回転機械１は圧縮機に限定されることなく、例えば、送風機に適用することもできる。

また、各実施形態の回転機械１では、ブレード１４の前側にカバー１６が設けられた、いわゆるクローズドインペラのインペラ１０に本発明を適用している。しかし、本発明はこれに限定されることはなく、ブレード１４の前側にカバー１６が設けられていない、いわゆるオープンインペラのインペラに本発明を適用してもよい。

また、各実施形態の回転機械１では、嵌合部２０の一部がディスク１２の後側面１２ｂから突出して形成されていた。しかし、嵌合部２０が設けられる所定範囲Ｌ１、Ｌ２、およびＬ３は、シャフト５の半径Ｒやグリップ部２２の肉厚Ｔ１、Ｔ２により適宜設定される設計事項である。したがって、嵌合部２０がディスク１２の後側面１２ｂから突出していなくてもよい。

また、各実施形態の回転機械１では、シャフト５にディスク１２を焼き嵌めすることにより嵌合していた。また、第２実施形態の回転機械１では、シャフト５にスリーブ３０を焼き嵌めすることにより嵌合していた。しかし、シャフト５に対するディスク１２およびスリーブ３０の嵌合方法は焼き嵌めに限定されることはなく、例えば、圧入によりシャフト５にディスク１２を嵌合してもよい。

また、第２実施形態の回転機械１では、遊嵌部２４の前側端部２５に凸部２５ａを設け、スリーブ３０の後側端部３２に凹部３２ａを設け、遊嵌部２４とスリーブ３０とを凹凸嵌合していた。しかし、遊嵌部２４の前側端部２５に凹部を設け、スリーブ３０の後側端部３２に凸部を設け、遊嵌部２４とスリーブ３０とを凹凸嵌合してもよい。

また、第２実施形態の回転機械１では、遊嵌部２４とスリーブ３０とを凹凸嵌合することにより、回転駆動時の遠心力による遊嵌部２４の移動を規制していた。しかし、例えば、スリーブの後側端部３２における内周縁部に、後側から前側に向かって縮径する第２スリーブテーパ部を設け、遊嵌部２４の前側端部２５における外周縁部に、第２スリーブテーパ部に対応した、後側から前側に向かって縮径する遊嵌テーパ部を設けてもよい。
第２スリーブテーパ部と遊嵌テーパ部を当接させてスリーブ３０を配置することにより、外径側から遊嵌部２４を押えることができる。したがって、第２実施形態と同様に、遊嵌部２４の移動を規制し、回転駆動時の遠心力により遊嵌部２４が外径側に拡径するのを抑制することができる。

１・・・回転機械 ５・・・シャフト ５ａ・・・外周面（周面） １０・・・インペラ １２・・・ディスク １２ａ・・・前側面（一方側の面） １２ｂ・・・後側面（他方側の面） １４・・・ブレード １８・・・肉盗み部 ２０・・・嵌合部 ２２・・・グリップ部 ２３ａ・・・グリップテーパ部 ２４・・・遊嵌部 ２５ａ・・・凸部 ２７・・・中間部 ３０・・・スリーブ ３２ａ・・・凹部 ３４ａ・・・第１スリーブテーパ部

Claims (9)

1. 回転駆動するシャフトと、
   前記シャフトの周面に設けられたディスクと、前記ディスクの一方側の面から突出し、前記シャフトの周方向に沿って設けられた複数のブレードと、を有するインペラと、
   を備えた回転機械であって、
   前記ディスクは、前記シャフトに嵌合される嵌合部を有し、
   前記嵌合部は、
   他方側から前記一方側に亘って所定範囲に設けられたグリップ部と、
   前記グリップ部の前記一方側に設けられた遊嵌部と、
   を有し、
   前記グリップ部は、前記遊嵌部よりも大きな締め代によって前記シャフトに嵌合され、
   前記ディスクの前記他方側の面であって、前記嵌合部の周囲に、前記他方側から前記一方側に凹んだ肉盗み部を設けたことを特徴とする回転機械。
2. 前記グリップ部の前記他方側における外周縁部に、前記他方側から前記一方側に向かって拡径するグリップテーパ部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の回転機械。
3. 前記ディスクの前記一方側に、前記ディスクへの気流を案内するスリーブを配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の回転機械。
4. 前記シャフトに沿って複数の前記ディスクを直列に設け、
   前記ディスクの前記一方側に、前記ディスクへの気流を案内するスリーブを配置し、
   隣り合う一の前記ディスクと、他の前記ディスクとの間に前記スリーブを設け、
   前記スリーブの前記一方側における内周縁部に、前記グリップテーパ部に対応して、前記他方側から前記一方側に向かって拡径する第１スリーブテーパ部を設けたことを特徴とする請求項２に記載の回転機械。
5. 前記スリーブの前記他方側および前記遊嵌部の前記一方側のいずれか一方に凹部を設け、前記スリーブの前記他方側および前記遊嵌部の前記一方側のいずれか他方に前記凹部に対応した凸部を設けたことを特徴とする請求項３または４に記載の回転機械。
6. 前記スリーブの前記他方側における内周縁部に、前記他方側から前記一方側に向かって縮径する第２スリーブテーパ部を設け、
   前記遊嵌部の前記一方側における外周縁部に、前記第２スリーブテーパ部に対応して、前記他方側から前記一方側に向かって縮径する遊嵌テーパ部を設けたことを特徴とする請求項３または４に記載の回転機械。
7. 前記ディスクの前記他方側から、前記ディスクの前記他方側の面よりも前記一方側に亘って前記グリップ部を設けたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の回転機械。
8. 前記嵌合部は、前記グリップ部と前記遊嵌部との間に中間部を有し、
   前記中間部は、前記グリップ部と略同一の締め代か、または前記グリップ部よりも小さい締め代によって前記シャフトに嵌合されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の回転機械。
9. 前記グリップ部は、前記ディスクの前記他方側の面から前記他方側に離れた範囲で、前記シャフトと嵌合していることを特徴とする請求項８に記載の回転機械。

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