JP6521277B2 - 車室組み立て体及び回転機械 - Google Patents

Description

本発明は、車室組み立て体及び回転機械に関する。

遠心圧縮機は、回転するインペラの径方向に気体を通り抜けさせ、その際に発生する遠心力を利用してそれら気体を圧縮する。遠心圧縮機において、インペラを軸線方向に多段に備え、気体を段階的に圧縮する多段式の遠心圧縮機が知られている。

このような遠心圧縮機では、水平方向に広がる分割面で分割可能な車室を備える構造がある。このような車室は、上半車室と下半車室とから構成されている。床面上に設置された下半車室に上半車室が載せられてボルト等で締結されることで車室が構成されている。遠心圧縮機では、この車室を貫通するようにロータが配置されている。ロータは、車室に対して回転自在とされている。

例えば、特許文献１には、上下方向に分割可能な車室であるケーシングが記載されている。このケーシングでは、上半車室である第１ケーシングと下半車室である第２ケーシングとを締結固定するフランジボルト同士の間隔を調整している。これにより、第１ケーシング及び第２ケーシングの分割面からの高圧ガスの漏れを抑制している。

上述したような車室では、軸線方向の両端部がロータを挿通させるために開口している。この開口部分には、ロータとの間をシールするラビリンスシール等のシール装置が設けられている。このようなシール装置は、ハウジングに取り付けられることで、間接的に車室に固定されている。そのため、このハウジングの外周面にも、この外周面と上半車室及び下半車室との間からの作動流体の漏れを抑えるために、Ｏリング等のシール部材が設けられている。

特開２０１３−２４９７７１号公報

しかしながら、シール部材を設けていても、ハウジングの外周面と上半車室及び下半車室との間からの作動流体の漏れ出す場合がある。そのため、このハウジングの外周面と上半車室及び下半車室との間からの流体の漏れを高い精度で抑えたいという要望がある。

本発明は、ハウジングの外周面と上半車室及び下半車室との間からの流体の漏れを高い精度で抑えることが可能な車室組み立て体及び回転機械を提供する。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の第一の態様における車室組み立て体は、軸線回りに回転可能なロータが挿通される車室組み立て体であって、鉛直方向の上方を向く水平面である下半フランジ面と、前記下半フランジ面から鉛直方向の下方に凹む下半収容凹部とを有する下半車室と、前記下半フランジ面に当接可能な上半フランジ面と、前記下半フランジ面から前記上方に凹む上半収容凹部とを有する上半車室と、前記下半フランジ面と前記上半フランジ面とを当接させた状態で、前記下半収容凹部と前記上半収容凹部とによって軸線を中心として延びている収容空間を形成するように前記下半車室と前記上半車室とを固定する固定部と、前記収容空間に配置されるハウジングと、前記ハウジングの外周面に設けられて、前記下半収容凹部の内周面及び前記上半収容凹部の内周面に接触するシール部材とを備え、前記下半収容凹部は、前記軸線の延びる軸線方向に延びている下半大径凹部と、前記下半大径凹部と前記軸線方向に隣接し、前記下半大径凹部よりも前記軸線と交差する径方向の大きさが小さくなるように形成されている下半小径凹部と、前記下半大径凹部及び前記下半小径凹部との間に形成されて前記径方向に広がる下半段差面と、を有し、前記上半収容凹部は、前記軸線方向に延びている上半大径凹部と、前記上半大径凹部と前記軸線方向に隣接し、前記上半大径凹部よりも前記径方向の大きさが小さくなるように形成されている上半小径凹部と、前記上半大径凹部及び前記上半小径凹部との間に形成されて前記径方向に広がる上半段差面と、を有し、前記下半フランジ面と前記下半段差面との間に形成されて前記下半フランジ面から前記下半段差面に向かうにしたがって前記下方に向かって傾斜する下半傾斜面、及び、前記上半フランジ面と前記上半段差面との間に形成されて前記上半フランジ面から前記上半段差面に向かうにしたがって前記上方に向かって傾斜する上半傾斜面の少なくとも一方を有する。

このような構成によれば、下半車室及び上半車室が倒れ込むように内側に変形した場合であっても、下半傾斜面や上半傾斜面によって上半フランジ面や下半フランジ面を避けることができる。その結果、下半フランジ面と上半フランジ面とにおいて、強く当たってしまう位置を下半収容凹部や上半収容凹部に面する部分からずらすことができる。そのため、シール部材の近くに高い接触応力が発生する場所をずらして、シール部材の周りで下半フランジ面と上半フランジ面と接触させることができる。したがって、シール部材の周りに隙間が生じてしまうことを高い精度で抑制することができる。

本発明の第二の態様における車室組み立て体では、第一の態様において、前記下半傾斜面及び前記上半傾斜面のうち、前記下半傾斜面のみを有していてもよい。

このような構成によれば、上半車室に比べて加工が容易な下半車室のみに加工を行うことで、シール部材の周りに隙間が生じてしまうことを抑制することができる。

本発明の第三の態様における車室組み立て体では、第一または第二の態様において、前記下半大径凹部は、前記鉛直方向の上方から見た場合に、前記軸線方向における前記下半小径凹部と隣接する側、かつ、前記下半小径凹部よりも前記径方向の外側に角領域を有し、前記下半傾斜面は、前記鉛直方向の上方から見た場合に、前記角領域における前記軸線方向の最も前記下半小径凹部側の最外点と、前記シール部材が接触する前記下半小径凹部の内周面の接触点とを結ぶ仮想線よりも前記下半大径凹部側に形成されていてもよい。

このような構成によれば、シール部材が接触する接触点よりも下半大径凹部側に下半傾斜面と下半フランジ面との境界を形成することができる。そのため、シール部材が配置されている領域での上半フランジ面と下半フランジ面との開きをより高い精度で抑えることができる。

本発明の第四の態様における回転機械では、第一から第三の態様のいずれか一つの車室組み立て体と、前記車室組み立て体内に配置されたロータとを有する。

このような構成によれば、内部を流通する作動流体等の高圧な流体の漏れを高い精度で抑えることができる。

本発明によれば、ハウジングの外周面と上半車室及び下半車室との間からの流体の漏れを高い精度で抑えることができる。

本発明の実施形態の遠心圧縮機の概略断面図である。 本発明の実施形態における下半車室を鉛直方向の上方から見た図である。 本発明の実施形態における上半車室を鉛直方向の下方から見た図である。 下半傾斜面を有していない下半車室における下半フランジ面の下半大径凹部に面する部分の面圧の解析結果を示す図である。 本発明の実施形態における下半傾斜面の面圧の解析結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図１から図５を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態の回転機械は、複数のインペラ４を備える一軸多段式の遠心圧縮機（多段遠心圧縮機）１である。

遠心圧縮機１は、ロータ２と、ダイアフラム群５と、シール装置６と、車室組み立て体１００と、を備えている。

ロータ２は、軸線Ｏを中心として回転する。ロータ２は、軸線Ｏに沿って延びているロータ本体（回転軸）３と、ロータ本体３とともに回転する複数のインペラ４と、を有している。

ロータ本体３には、モータ等の駆動機（不図示）が連結されている。ロータ本体３は、この駆動機によって回転駆動されている。ロータ本体３は、軸線Ｏを中心とする円柱状をなして軸線Ｏの延びる軸線方向Ｄａに延在している。ロータ本体３は、不図示の軸受によって軸線方向Ｄａの両端が回転可能に支持されている。

インペラ４は、ロータ本体３の外周面に固定されている。インペラ４は、ロータ本体３とともに回転することによって遠心力を利用してプロセスガス（作動流体）を圧縮する。インペラ４は、ロータ本体３に対して軸線方向Ｄａに複数段設けられている。本実施形態のインペラ４は、ロータ本体３に対して軸線方向Ｄａの両側に配置された軸受の間に配置されている。インペラ４は、ディスク４ｃと、ブレード４ｂと、カバー４ａとを備えた、いわゆるクローズ型のインペラである。インペラ４は、ディスク４ｃ、ブレード４ｂ、及びカバー４ａによって内部にプロセスガスが流通する流路を画成している。軸線方向Ｄａに沿って同じ方向を向いて配列された複数のインペラ４によってインペラ群が構成されている。本実施形態の遠心圧縮機１は、一つのインペラ群を有している。

ダイアフラム群５は、ロータ２を外部から覆っている。ダイアフラム群５は、複数段のインペラ４のそれぞれに対応して軸線方向Ｄａに配列された複数のダイアフラム５１によって構成されている。ダイアフラム５１は、軸線方向Ｄａに積層されるように複数並んでいる。ダイアフラム５１は、軸線Ｏと交差する方向であるロータ本体３の径方向Ｄｒの内側にインペラ４を収容可能な空間が形成されている。ダイアフラム５１は、相互に接続されることで、インペラ４の流路とともにプロセスガスの流通させる流路を画成している。

ここで、具体的に、ダイアフラム５１によって形成される流路について、軸線方向Ｄａの一方側である上流側から順に説明する。本実施形態では、ダイアフラム群５は、プロセスガスが流通する上流側から順に、吸込口５２、吸込流路５３、複数のディフューザ流路５４、複数の曲がり流路５５、複数のリターン流路５６、吐出流路５７、及び吐出口５８を画成している。

吸込口５２は、外部から吸込流路５３にプロセスガスを流入させる。吸込口５２は、後述する車室１０１の外部から流入してきたプロセスガスをダイアフラム群５の内部に流入させる。吸込口５２は、径方向Ｄｒの外側から径方向Ｄｒの内側に向かって流路面積を徐々に減少させながら、吸込流路５３に接続されている。

吸込流路５３は、吸込口５２とともに、軸線方向Ｄａに複数並ぶインペラ４のうち最も上流側に配置されたインペラ４へ、外部からプロセスガスを流入させる。吸込流路５３は、吸込口５２から径方向Ｄｒの内側に延びている。吸込流路５３は、その向きを径方向Ｄｒから軸線方向Ｄａの他方側である下流側に変化させつつ、インペラ４の上流側を向く入口に接続されている。

ディフューザ流路５４は、インペラ４から径方向Ｄｒの外側に流出したプロセスガスが流入する。ディフューザ流路５４は、インペラ４の径方向Ｄｒの外側を向く出口に接続されている。ディフューザ流路５４は、インペラ４の出口から径方向Ｄｒの外側に向かって延びて、曲がり流路５５に接続されている。

曲がり流路５５は、プロセスガスの流通方向を径方向Ｄｒの外側に向かう方向から径方向Ｄｒの内側に向かう方向へと転向させる。つまり、曲がり流路５５は、径方向Ｄｒから見た場合に、Ｕ字状をなす流路となっている。曲がり流路５５は、ダイアフラム群５の外周面と車室１０１の内周面とによって形成されている。

リターン流路５６は、曲がり流路５５を流通したプロセスガスをインペラ４に流入させる。リターン流路５６は、径方向Ｄｒの内側に向かって延びながら、その流路幅が徐々に拡がっている。リターン流路５６は、ダイアフラム群５の径方向Ｄｒの内側で軸線方向Ｄａの下流側に向かうようにプロセスガスの流通方向を変化させている。

シール装置６は、プロセスガスが車室１０１の内部から外部に漏れることを抑える。シール装置６は、ロータ本体３の外周面を全周にわたってシールしている。本実施形態のシール装置６は、例えば、ラビリンスシールが用いられる。

車室組み立て体１００は、ロータ２、ダイアフラム群５、及びシール装置６を内部に収容している。車室組み立て体１００は、下半車室２００と、上半車室３００と、固定部４００と、ハウジング５００と、シール部材６００とを備えている。

下半車室２００は、床面上に固定されている。下半車室２００には、鉛直方向Ｄｖの下方を向いて開口するように吸込口５２の一部が形成されている。下半車室２００には、鉛直方向Ｄｖの下方を向いて開口するように吐出口５８の一部が形成されている。下半車室２００は、上半車室３００と組み合わされることで、車室１０１を形成している。

車室１０１は、遠心圧縮機１の外装を形成している。車室１０１は、円筒状に形成されている。車室１０１は、中心軸がロータ本体３の軸線Ｏに一致して形成されている。車室１０１は、ダイアフラム群５を内部に収容している。

下半車室２００は、鉛直方向Ｄｖの上方に向いて開口している。下半車室２００は、図２に示すように、下半フランジ面２１０と、下半収容凹部２５０と、下半傾斜面２９０とを有する。

下半フランジ面２１０は、鉛直方向Ｄｖの上方を向く水平面である。下半フランジ面２１０は、車室１０１が鉛直方向Ｄｖの上下に分割される際の一方の分割面である。下半フランジ面２１０には、後述する締結ボルトが螺合される固定孔４０１が複数形成されている。固定孔４０１は、下半フランジ面２１０から鉛直方向Ｄｖの下方に凹んでいる。固定孔４０１は、下半フランジ面２１０の延びる方向に沿って間隔を空けて複数形成されている。下半フランジ面２１０は、第一下半フランジ面２１１と、第二下半フランジ面２１２とを有する。

第一下半フランジ面２１１は、下半収容凹部２５０うち、後述する下半大径凹部２５１と繋がっている。第一下半フランジ面２１１は、鉛直方向Ｄｖの上方から見た場合に、軸線Ｏを挟んで、幅方向Ｄｗに離れて二つ形成されている。第一下半フランジ面２１１は、軸線方向Ｄａに長く伸びている平面である。なお、幅方向Ｄｗは、径方向Ｄｒのうちで、鉛直方向Ｄｖ及び軸線方向Ｄａと直交する水平面と平行な方向である。

第二下半フランジ面２１２は、下半収容凹部２５０うち、後述する下半小径凹部２５２と繋がっている。第二下半フランジ面２１２は、第一下半フランジ面２１１と連続する平面である。第二下半フランジ面２１２は、第一下半フランジ面２１１の軸線方向Ｄａの両側に形成されている。第二下半フランジ面２１２は、鉛直方向Ｄｖの上方から見た場合に、第一下半フランジ面２１１よりも幅方向Ｄｗの内側（軸線Ｏに近づく側）に配置されている。

下半収容凹部２５０は、下半フランジ面２１０から鉛直方向Ｄｖの下方に凹んでいる。下半収容凹部２５０は、鉛直方向Ｄｖの上方から見た場合に、下半車室２００の内面によって覆われた空間である。下半収容凹部２５０は、下半大径凹部２５１と、下半小径凹部２５２と、下半段差面２５３と、を有する。

下半大径凹部２５１は、ダイアフラム群５が収容される空間である。下半大径凹部２５１は、軸線方向Ｄａに延びている。下半大径凹部２５１は、第一下半フランジ面２１１から凹んで形成されている。下半大径凹部２５１は、軸線Ｏを中心に形成された空間である。下半大径凹部２５１は、鉛直方向Ｄｖの上方から見た場合に、二つの第一下半フランジ面２１１に挟まれるように幅方向Ｄｗの内側に形成されている。下半大径凹部２５１は、鉛直方向Ｄｖの上方から見た場合に、略矩形状をなしている。下半大径凹部２５１は、幅方向Ｄｗの内側を向く下半車室２００の内面によって曲がり流路５５の一部を形成している。下半大径凹部２５１は、鉛直方向Ｄｖの上方から見た場合に、軸線方向Ｄａにおける下半小径凹部２５２と隣接する側、かつ、下半小径凹部２５２よりも幅方向Ｄｗの外側（軸線Ｏから遠ざかる側）に位置する下半角領域（角領域）２５１ａを有する。

下半角領域２５１ａは、鉛直方向Ｄｖの上方から見た場合に、下半大径凹部２５１の角を形成する空間である。下半角領域２５１ａは、下半大径凹部２５１の軸線方向Ｄａの両側に形成されている。つまり、下半角領域２５１ａは、後述する下半段差面２５３に面する領域であり、吸込口５２や吐出口５８の一部を形成している。

下半小径凹部２５２は、シール装置６が収容される空間である。下半小径凹部２５２は、下半大径凹部２５１と軸線方向Ｄａに隣接し、軸線方向Ｄａに延びている。下半小径凹部２５２は、下半大径凹部２５１と軸線方向Ｄａで繋がっている空間である。下半小径凹部２５２は、下半大径凹部２５１を挟み込むように、下半大径凹部２５１の軸線方向Ｄａの両側にそれぞれ形成されている。下半小径凹部２５２は、第二下半フランジ面２１２から凹んで形成されている。下半小径凹部２５２は、軸線Ｏを中心に形成された空間である。下半小径凹部２５２は、鉛直方向Ｄｖの上方から見た場合に、二つの第二下半フランジ面２１２に挟まるように幅方向Ｄｗの内側に形成されている。下半小径凹部２５２は、下半大径凹部２５１よりも径方向Ｄｒの大きさが小さくなるように形成されている。つまり、下半小径凹部２５２は、鉛直方向Ｄｖの上方から見た場合に、下半大径凹部２５１よりも小さな矩形状をなしている。具体的には、下半小径凹部２５２は、鉛直方向Ｄｖの上方から見た場合に、下半角領域２５１ａの幅方向Ｄｗの長さ分だけ下半大径凹部２５１よりも小さく形成されている。

下半段差面２５３は、下半大径凹部２５１及び下半小径凹部２５２との間に形成されて径方向Ｄｒに広がる面である。下半段差面２５３は、下半大径凹部２５１を画成する面の一部である。具体的には、下半段差面２５３は、下半大径凹部２５１を形成している下半車室２００の軸線方向Ｄａを向く内面の一部である。下半段差面２５３は、下半フランジ面２１０と下半傾斜面２９０と介して繋がっている。軸線方向Ｄａの一方側の下半段差面２５３は、吸込口５２の一部を形成している。軸線方向Ｄａの他方側の下半段差面２５３は、吐出口５８の一部を形成している。

下半傾斜面２９０は、下半フランジ面２１０と下半段差面２５３との間に形成されている。下半傾斜面２９０は、下半フランジ面２１０から下半段差面２５３に向かうにしたがって鉛直方向Ｄｖの下方に向かって傾斜している。つまり、下半傾斜面２９０は、上半車室３００が下半車室２００と組み合わされた場合に、後述する上半フランジ面３１０と接触しないように形成されている。下半傾斜面２９０は、鉛直方向Ｄｖの上方から見た場合に、軸線方向Ｄａの一方側が下半フランジ面２１０に繋がっている。下半傾斜面２９０は、鉛直方向Ｄｖの上方から見た場合に、軸線方向Ｄａの他方側が下半段差面２５３に繋がっている。下半傾斜面２９０は、鉛直方向Ｄｖの上方から見た場合に、下半角領域２５１ａにおける軸線方向Ｄａの最も下半小径凹部２５２側の最外点２９１と、シール部材６００が接触する下半小径凹部２５２の内周面の接触点２９２とを結ぶ仮想線２９３よりも下半大径凹部２５１側に形成されている。下半傾斜面２９０は、シール部材６００が接触する下半小径凹部２５２の内周面の接触点２９２のうち、軸線方向Ｄａの最も下半大径凹部２５１に近い接触点２９２と、最外点２９１とを結ぶ仮想線２９３よりも下半大径凹部２５１側に形成されている。本実施形態の仮想線２９３は、下半傾斜面２９０と下半フランジ面２１０との境界を形成している。

なお、下半傾斜面２９０は、本実施形態のように仮想線２９３を境界として形成されていることに限定されるものではない。下半傾斜面２９０は、仮想線２９３よりも下半大径凹部２５１側に下半傾斜面２９０と下半フランジ面２１０との境界が配置されていてもよい。

ここで、最外点２９１とは、下半角領域２５１ａにおいて、軸線方向Ｄａの最も外側の点である。つまり、最外点２９１は、吸込口５２や吐出口５８において、最も軸線方向Ｄａの外側の点である。

上半車室３００は、図１に示すように、下半車室２００上に固定されている。上半車室３００は、鉛直方向Ｄｖの下方に向いて開口している。上半車室３００は、下半車室２００と異なり、吸込口５２の一部が形成されている部分が外部と連通するように開口していない。同様に、上半車室３００は、吐出口５８の一部が形成されている部分が外部と連通するように開口していない。上半車室３００は、下半傾斜面２９０に対応する上半傾斜面を有していないだけで、下半車室２００と同様の構成をしている。つまり、上半車室３００は、図３に示すように、鉛直方向Ｄｖの下方から見た際の形状が、下半車室２００を鉛直方向Ｄｖの上方から見た際の形状とほぼ同じ形状をなしている。上半車室３００は、下半フランジ面２１０と対応する上半フランジ面３１０と、下半収容凹部２５０と対応する上半収容凹部３５０とを有する。

上半フランジ面３１０は、鉛直方向Ｄｖの下方を向く水平面である。上半フランジ面３１０は、車室１０１が上下方向に分割される際の他方の分割面である。つまり、上半フランジ面３１０は、下半フランジ面２１０に当接可能とされている。上半フランジ面３１０には、締結ボルトが挿通される貫通孔４０２が複数形成されている。貫通孔４０２は、上半フランジ面３１０から鉛直方向Ｄｖの上方に凹んでいる。貫通孔４０２は、上半フランジ面３１０の延びる方向に沿って間隔を空けて複数形成されている。貫通孔４０２は、上半車室３００が下半車室２００と組み合わされた場合に、固定孔４０１の位置と合うように形成されている。上半フランジ面３１０は、第一上半フランジ面３１１と、第二上半フランジ面３１２とを有する。

第一上半フランジ面３１１は、上半収容凹部３５０うち、後述する上半大径凹部３５１と繋がっている。第一上半フランジ面３１１は、鉛直方向Ｄｖの上方から見た場合に、軸線Ｏを挟んで、幅方向Ｄｗに離れて二つ形成されている。第一上半フランジ面３１１は、軸線方向Ｄａに長く伸びている平面である。第一上半フランジ面３１１は、第一下半フランジ面２１１と同じ形状をしている。

第二上半フランジ面３１２は、上半収容凹部３５０うち、後述する上半小径凹部３５２と繋がっている。第二上半フランジ面３１２は、第一上半フランジ面３１１の軸線方向Ｄａの両側に形成されている。第二上半フランジ面３１２は、第一上半フランジ面３１１と連続する平面である。第二上半フランジ面３１２は、鉛直方向Ｄｖの上方から見た場合に、第一上半フランジ面３１１よりも幅方向Ｄｗの内側に配置されている。第二上半フランジ面３１２は、第二下半フランジ面２１２と同じ形状をしている。

上半収容凹部３５０は、上半フランジ面３１０から鉛直方向Ｄｖの上方に凹んでいる。上半収容凹部３５０は、鉛直方向Ｄｖの下方から見た場合に、上半車室３００の内面に覆われた空間である。上半収容凹部３５０は、上半車室３００と下半車室２００とが組み合わされた場合に、下半収容凹部２５０の鉛直方向Ｄｖの上方に配置される。下半収容凹部２５０と上半収容凹部３５０とによって軸線Ｏを中心として延びている収容空間が車室１０１の内部に形成されている。この収容空間には、ダイアフラム群５やシール装置６等の部材が配置される。上半収容凹部３５０は、上半大径凹部３５１と、上半小径凹部３５２と、上半段差面３５３と、を有する。

上半大径凹部３５１は、下半大径凹部２５１とともに、ダイアフラム群５が収容される空間である。上半大径凹部３５１は、軸線方向Ｄａに延びている。上半大径凹部３５１は、第一上半フランジ面３１１から凹んで形成されている。上半大径凹部３５１は、軸線Ｏを中心に形成された空間である。上半大径凹部３５１は、鉛直方向Ｄｖの下方から見た場合に、二つの第一上半フランジ面３１１に挟まれるように幅方向Ｄｗの内側に形成されている。上半大径凹部３５１は、鉛直方向Ｄｖの下方から見た場合に、略矩形状をなしている。上半大径凹部３５１は、幅方向Ｄｗの内側を向く上半車室３００の内面によって曲がり流路５５の一部を形成している。上半大径凹部３５１は、鉛直方向Ｄｖの下方から見た場合に、軸線方向Ｄａにおける上半小径凹部３５２と隣接する側、かつ、上半小径凹部３５２よりも幅方向Ｄｗの外側に位置する上半角領域３５１ａを有する。

上半角領域３５１ａは、鉛直方向Ｄｖの下方から見た場合に、上半大径凹部３５１の角を形成する空間である。上半角領域３５１ａは、上半大径凹部３５１の軸線方向Ｄａの両側に形成されている。つまり、上半角領域３５１ａは、後述する上半段差面３５３に面する領域であり、吸込口５２や吐出口５８の一部を形成している。

上半小径凹部３５２は、下半小径凹部２５２とともに、シール装置６が収容される空間である。上半小径凹部３５２は、上半大径凹部３５１と軸線方向Ｄａに隣接し、軸線方向Ｄａに延びている。上半小径凹部３５２は、上半大径凹部３５１と軸線方向Ｄａで繋がっている空間である。上半小径凹部３５２は、上半大径凹部３５１を挟み込むように、上半大径凹部３５１の軸線方向Ｄａの両側にそれぞれ形成されている。上半小径凹部３５２は、第二上半フランジ面３１２から凹んで形成されている。上半小径凹部３５２は、軸線Ｏを中心に形成された空間である。上半小径凹部３５２は、鉛直方向Ｄｖの下方から見た場合に、二つの第二上半フランジ面３１２に挟まるように幅方向Ｄｗの内側に形成されている。上半小径凹部３５２は、上半大径凹部３５１よりも径方向Ｄｒの大きさが小さくなるように形成されている。つまり、上半小径凹部３５２は、鉛直方向Ｄｖの下方から見た場合に、上半大径凹部３５１よりも小さな矩形状をなしている。具体的には、上半小径凹部３５２は、鉛直方向Ｄｖの上方から見た場合に、上半角領域３５１ａの幅方向Ｄｗの長さ分だけ上半大径凹部３５１よりも小さく形成されている。

上半段差面３５３は、上半大径凹部３５１及び上半小径凹部３５２との間に形成されて径方向Ｄｒに広がる面である。上半段差面３５３は、上半大径凹部３５１を画成する面の一部である。具体的には、上半段差面３５３は、上半大径凹部３５１を形成している上半車室３００の軸線方向Ｄａを向く内面の一部である。上半段差面３５３は、上半フランジ面３１０と直接繋がっている。軸線方向Ｄａの一方側の上半段差面３５３は、吸込口５２の一部を形成している。軸線方向Ｄａの他方側の上半段差面３５３は、吐出口５８の一部を形成している。上半段差面３５３は、上半車室３００と下半車室２００とが組み合わされた場合に、下半段差面２５３と連続する面である。

固定部４００は、下半フランジ面２１０と上半フランジ面３１０とを当接させた状態で、収容空間を形成するように下半車室２００と上半車室３００とを固定する。本実施形態の固定部４００は、下半フランジ面２１０に形成されている固定孔４０１と、上半フランジ面３１０に形成されている貫通孔４０２と、貫通孔４０２に挿通された状態で固定孔４０１に螺合される締結ボルト（不図示）とを有する。

ハウジング５００は、収容空間に配置されている。本実施形態のハウジング５００は、収容空間のうち、下半小径凹部２５２と上半小径凹部３５２とによって形成される空間に配置されている。ハウジング５００は、収容空間の軸線方向Ｄａの一方側と他方側とにそれぞれ一つずつ設けられている。ハウジング５００は、内部にシール装置６が固定可能とされている。ハウジング５００は、軸線Ｏを中心とする円筒状をなしている。ハウジング５００は、シール装置６を内部に固定した状態で、ロータ本体３が挿通される。ハウジング５００は、シール部材６００介して下半車室２００及び上半車室３００に固定されている。

シール部材６００は、下半車室２００及び上半車室３００とハウジング５００との間をシールしている。シール部材６００は、ハウジング５００の外周面に設けられている。シール部材６００は、下半小径凹部２５２の内周面及び上半小径凹部３５２の内周面に接触している。本実施形態のシール部材６００は、Ｏリングである。シール部材６００は、ハウジング５００の外周面に対して、軸線方向Ｄａの内側の端部に一つ設けられている。

上記のような遠心圧縮機１では、下半車室２００にロータ２やダイアフラム群５を載せた状態で、鉛直方向Ｄｖの上方から上半車室３００が載せられる。この状態で、締結ボルトを貫通孔４０２に挿通させて、先端部分を固定孔４０１に固定する。これにより、車室組み立て体１００と、車室組み立て体１００の内部に配置されるロータ２とを有する遠心圧縮機１が組み立てられる。

遠心圧縮機１が運転されることで、高圧のプロセスガスが流通して、ダイアフラム群５等が配置されている下半大径凹部２５１と上半大径凹部３５１との間の空間に大きな圧力が生じる。このように大きな圧力が生じることで、ハウジング５００の外周面にシール部材６００を設けていても、ハウジング５００の外周面と下半車室２００及び上半車室３００との間からのプロセスガスが漏れてしまう場合がある。

これは、下半車室２００及び上半車室３００におけるシール部材６００と接触する部分に面する下半フランジ面２１０と上半フランジ面３１０との間が開いてしまうためである。これにより、シール部材６００が設けられている部分を迂回するように、下半フランジ面２１０と上半フランジ面３１０との間からプロセスガスが流れ出てしまう。

下半車室２００及び上半車室３００では、ロータ本体３を挿通させるために軸線方向Ｄａの両端部が開口しているためにフランジ無いために肉厚が薄くなっている。さらに、下半車室２００及び上半車室３００では、軸線方向Ｄａの両側に吸込口５２や吐出口５８といった大きな空間が形成されている。そのため、下半車室２００及び上半車室３００では、軸線方向Ｄａの両側部分の剛性が他の部分よりも低くなっている。この状態で、下半車室２００及び上半車室３００の内部に高い圧力が生じると、下半車室２００及び上半車室３００の軸線方向Ｄａの両側に大きな負荷がかかる。これにより、下半車室２００の下半フランジ面２１０及び上半車室３００の上半フランジ面３１０が軸線方向Ｄａの外側に向かって傾くように、下半車室２００及び上半車室３００が変形してしまう。

下半傾斜面２９０や上半傾斜面が形成されていない状態でこのように変形することで、鉛直方向Ｄｖから見た場合に、下半フランジ面２１０の下半大径凹部２５１に面する部分と、上半フランジ面３１０の上半大径凹部３５１に面する部分とが強く当たってしまう。つまり、シール部材６００と接触している部分に面している位置よりも軸線方向Ｄａの中心側で、下半フランジ面２１０と上半フランジ面３１０とが強く当たってしまう。その結果、高い接触応力が発生して強く当たっている部分を支点にして、シール部材６００の周りの下半フランジ面２１０と上半フランジ面３１０と間が開いてしまう。

図４は、本願発明とは異なり下半傾斜面２９０も上半傾斜面も有していない下半車室２００における下半フランジ面２１０の面圧分布を示したものである。図４に示すように、上半フランジ面３１０の上半大径凹部３５１に面する部分と下半フランジ面２１０の下半大径凹部２５１に面する部分との面圧が発生しており、図中の色が濃くなっていることがわかる。一方、この状態では、シール部材６００の周りである接触点２９２の周辺に面圧が発生しておらず、図中の色がついていない。つまり、下半フランジ面２１０と上半フランジ面３１０とが開いてしまい、面圧が生じていないことがわかる。そのため、この状態では、シール部材６００を迂回するように下半フランジ面２１０と上半フランジ面３１０との間からのプロセスガスが漏れてしまう。

ところが、本実施形態では、下半フランジ面２１０と下半段差面２５３との間に鉛直方向Ｄｖの下方に向かって傾斜する下半傾斜面２９０が形成されている。そのため、下半フランジ面２１０及び上半フランジ面３１０が軸線方向Ｄａの外側に向かって傾くように、下半車室２００及び上半車室３００が倒れ込むように変形した場合であっても、下半傾斜面２９０によって、上半フランジ面３１０を避けることができる。つまり、下半傾斜面２９０と上半フランジ面３１０とが接触することを防ぐことができる。その結果、高い接触応力が発生する箇所である下半フランジ面２１０と上半フランジ面３１０における強く当たってしまう位置を下半大径凹部２５１や上半大径凹部３５１に面する部分からずらすことができる。そのため、シール部材６００の近くに高い接触応力が発生する場所をずらして、シール部材６００の周りで下半フランジ面２１０と上半フランジ面３１０とを接触させることができる、したがって、シール部材６００の周りに隙間が生じてしまうことを高い精度で防ぐことができる。これにより、ハウジング５００の外周面と上半車室３００及び下半車室２００との間からのプロセスガスの漏れを高い精度で抑えることができる。

具体的には、図５は下半傾斜面２９０が形成された下半車室２００における下半フランジ面２１０の面圧分布を示したものである。図５に示すように、下半傾斜面２９０の下半大径凹部２５１に面する部分に面圧が発生しておらず、図中の色が濃くなっていない。一方、下半傾斜面２９０の第二下半フランジ面２１２に近い位置に面圧が発生しており、色が濃くなっている。つまり、下半傾斜面２９０の下半大径凹部２５１に面する部分が上半フランジ面３１０と接触していないことがわかる。加えて、シール部材６００に近い接触点２９２の周辺に面圧が発生して図中の色が濃くなっている。つまり、シール部材６００の周りで下半フランジ面２１０と上半フランジ面３１０とが接触していることがわかる。これらからも、下半傾斜面２９０が形成されていることで、シール部材６００の周りに隙間が生じてしまうことを防ぐことができていることがわかる。

また、本実施形態では、下半傾斜面２９０のみが形成されている。つまり、上半車室３００には、下半車室２００の下半傾斜面２９０に相当する上半傾斜面が上半フランジ面３１０と上半段差面３５３との間に形成されていない。これにより、上半車室３００に比べて加工が容易な下半車室２００の対してのみに加工を行うことで、シール部材６００の周りに隙間が生じてしまうことを防ぐことができる。

また、シール部材６００が接触する下半小径凹部２５２の内周面の接触点２９２のうち、軸線方向Ｄａの最も下半大径凹部２５１に近い点と、最外点２９１とを結ぶ仮想線２９３よりも下半大径凹部２５１側に下半傾斜面２９０が形成されている。下半傾斜面２９０は上半フランジ面３１０と接触しないために、下半傾斜面２９０と下半フランジ面２１０との境界が上半フランジ面３１０と接触する。そのため、この境界に高い面圧が生じる。下半傾斜面２９０が仮想線２９３よりも下半大径凹部２５１側に形成されることで、この境界をシール部材６００が接触している接触点２９２よりも下半大径凹部２５１側に形成することができる。したがって、シール部材６００が接触している接触点２９２の周りを上半フランジ面３１０と接触させやすくすることができる。その結果、シール部材６００の周りに隙間が生じてしまうことを高い精度で防ぐことができる。これにより、ハウジング５００の外周面と上半車室３００及び下半車室２００との間からのプロセスガスの漏れをより高い精度で抑えることができる。

また、下半傾斜面２９０と下半フランジ面２１０との境界を仮想線２９３と一致させることで、シール部材６００が接触している接触点２９２の周りを確実に上半フランジ面３１０と接触させることができる。その結果、シール部材６００の周りに隙間が生じてしまうことをより一層高い精度で防ぐことができる。

したがって、このような車室組み立て体１００を有することで、遠心圧縮機１は、内部を流通する作動流体等の高圧な流体の漏れを高い精度で抑えることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

なお、上記実施形態の車室組み立て体１００では、上半車室３００が上半傾斜面を有しておらず、下半車室２００のみが下半傾斜面２９０を有していたが、このような構造に限定されるものではない。車室組み立て体１００は、下半傾斜面２９０及び上半傾斜面の少なくとも一方を有していればよく、下半傾斜面２９０及び上半傾斜面の両方を有していてもよく、上半傾斜面のみを有していてもよい。

また、本実施形態では、回転機械として遠心圧縮機１を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、回転機械は、過給機やポンプであってもよい。

上記した車室組み立て体１００及び回転機械によれば、ハウジング５００の外周面と上半車室３００及び下半車室２００との間からの作動流体の漏れを高い精度で抑えることができる。

１ 遠心圧縮機
Ｏ 軸線
Ｄａ 軸線方向
Ｄｒ 径方向
Ｄｖ 鉛直方向
Ｄｗ 幅方向
２ ロータ
３ ロータ本体
４ インペラ
４ａ ディスク
４ｂ ブレード
４ｃ カバー
５ ダイアフラム群
５１ ダイアフラム
５２ 吸込口
５３ 吸込流路
５４ ディフューザ流路
５５ 曲がり流路
５６ リターン流路
５７ 吐出流路
５８ 吐出口
６ シール装置
１００ 車室組み立て体
２００ 下半車室
２１０ 下半フランジ面
２１１ 第一下半フランジ面
２１２ 第二下半フランジ面
２５０ 下半収容凹部
２５１ 下半大径凹部
２５１ａ 下半角領域
２５２ 下半小径凹部
２５３ 下半段差面
２９０ 下半傾斜面
２９１ 最外点
２９２ 接触点
２９３ 仮想線
３００ 上半車室
３１０ 上半フランジ面
３１１ 第一上半フランジ面
３１２ 第二上半フランジ面
３５０ 上半収容凹部
３５１ 上半大径凹部
３５１ａ 上半角領域
３５２ 上半小径凹部
３５３ 上半段差面
１０１ 車室
４００ 固定部
４０１ 固定孔
４０２ 貫通孔
５００ ハウジング
６００ シール部材

Claims (4)

1. 軸線回りに回転可能なロータが挿通される車室組み立て体であって、
   鉛直方向の上方を向く水平面である下半フランジ面と、前記下半フランジ面から鉛直方向の下方に凹む下半収容凹部とを有する下半車室と、
   前記下半フランジ面に当接可能な上半フランジ面と、前記下半フランジ面から前記上方に凹む上半収容凹部とを有する上半車室と、
   前記下半フランジ面と前記上半フランジ面とを当接させた状態で、前記下半収容凹部と前記上半収容凹部とによって軸線を中心として延びている収容空間を形成するように前記下半車室と前記上半車室とを固定する固定部と、
   前記収容空間に配置されるハウジングと、
   前記ハウジングの外周面に設けられて、前記下半収容凹部の内周面及び前記上半収容凹部の内周面に接触するシール部材とを備え、
   前記下半収容凹部は、
   前記軸線の延びる軸線方向に延びている下半大径凹部と、
   前記下半大径凹部と前記軸線方向に隣接し、前記下半大径凹部よりも前記軸線と交差する径方向の大きさが小さくなるように形成されている下半小径凹部と、
   前記下半大径凹部及び前記下半小径凹部との間に形成されて前記径方向に広がる下半段差面と、を有し、
   前記上半収容凹部は、
   前記軸線方向に延びている上半大径凹部と、
   前記上半大径凹部と前記軸線方向に隣接し、前記上半大径凹部よりも前記径方向の大きさが小さくなるように形成されている上半小径凹部と、
   前記上半大径凹部及び前記上半小径凹部との間に形成されて前記径方向に広がる上半段差面と、を有し、
   前記下半フランジ面と前記下半段差面との間に形成されて前記下半フランジ面から前記下半段差面に向かうにしたがって前記下方に向かって傾斜する下半傾斜面、及び、前記上半フランジ面と前記上半段差面との間に形成されて前記上半フランジ面から前記上半段差面に向かうにしたがって前記上方に向かって傾斜する上半傾斜面の少なくとも一方を有する車室組み立て体。
2. 前記下半傾斜面及び前記上半傾斜面のうち、前記下半傾斜面のみを有する請求項１に記載の車室組み立て体。
3. 前記下半大径凹部は、前記鉛直方向の上方から見た場合に、前記軸線方向における前記下半小径凹部と隣接する側、かつ、前記下半小径凹部よりも前記径方向の外側に角領域を有し、
   前記下半傾斜面は、前記鉛直方向の上方から見た場合に、前記角領域における前記軸線方向の最も前記下半小径凹部側の最外点と、前記シール部材が接触する前記下半小径凹部の内周面の接触点とを結ぶ仮想線よりも前記下半大径凹部側に形成されている請求項２に記載の車室組み立て体。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の車室組み立て体と、
   前記車室組み立て体内に配置されたロータとを有する回転機械。

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