JP6617458B2

JP6617458B2 - Rotating machine

Info

Publication number: JP6617458B2
Application number: JP2015145968A
Authority: JP
Inventors: 克弥藤咲; 兼太郎小田; 誠一郎吉永
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2015-07-23
Filing date: 2015-07-23
Publication date: 2019-12-11
Anticipated expiration: 2035-07-23
Also published as: JP2017025811A

Description

本発明は、断熱容器内の配管を通過する流体、例えば、極低温のヘリウムなどの流体を移送する回転機械に関する。 The present invention relates to a rotating machine for transferring a fluid passing through a pipe in a heat insulating container, for example, a fluid such as cryogenic helium.

従来から、例えば超電導磁石を極低温で冷却するためにヘリウムが用いられており、超臨界ヘリウム循環装置用の低温回転機械が知られている（特許文献１参照）。この種の低温回転機械では、保冷容器などの断熱容器にインペラを収容するケーシングが固定されており、断熱容器外に配置された駆動用電動機は、回転軸を介してインペラを回転させることで、ヘリウム等の流体を循環移送する。ケーシングは、回転軸の一部を包囲する筒状部と、筒状部の上端に設けられたフランジとを備え、フランジの外周部は、断熱容器の取り付け面上に載置され、固定されている。 Conventionally, for example, helium is used to cool a superconducting magnet at an extremely low temperature, and a low-temperature rotating machine for a supercritical helium circulation device is known (see Patent Document 1). In this type of low-temperature rotating machine, a casing that accommodates the impeller is fixed in a heat insulating container such as a cold container, and the driving motor disposed outside the heat insulating container rotates the impeller via a rotating shaft, Circulates and transfers a fluid such as helium. The casing includes a cylindrical portion that surrounds a part of the rotating shaft, and a flange provided at the upper end of the cylindrical portion, and an outer peripheral portion of the flange is placed and fixed on a mounting surface of the heat insulating container. Yes.

特開平６−１９３５９８号公報JP-A-6-193598

極低温回転機械を作動させて流体を移送する際、断熱容器内は低温に冷却されるので、ケーシングの筒状部は熱収縮により縮径し、フランジを回転軸寄りに引っ張る。すると、フランジは、筒状部側が沈み込むように撓み、その結果、フランジと筒状部との接続角が広がる方向に作用し、接続部の応力集中が大きくなる可能性がある。 When the cryogenic rotating machine is operated to transfer the fluid, the inside of the heat insulating container is cooled to a low temperature, so that the cylindrical portion of the casing is reduced in diameter by thermal contraction, and the flange is pulled closer to the rotating shaft. Then, the flange bends so that the cylindrical portion side sinks. As a result, the flange acts on the direction in which the connection angle between the flange and the cylindrical portion is widened, and there is a possibility that the stress concentration in the connecting portion increases.

本発明は、ケーシングのフランジと筒状部との接続部に対し、筒状部の縮径に起因して生じる応力集中を低減できる回転機械を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the rotary machine which can reduce the stress concentration which arises due to the diameter reduction of a cylindrical part with respect to the connection part of the flange of a casing and a cylindrical part.

本発明の一態様は、断熱容器内の配管を通過する流体を移送する回転機械であって、断熱容器内に配置され、回転によって流体を移送するインペラと、インペラを収容すると共に、配管に接続されたケーシングと、を備え、ケーシングは、断熱容器内で、少なくともインペラの回転軸の一部を包囲すると共に、一方の端部がインペラ側に配置された筒状部と、筒状部の他方の端部に接続され、断熱容器に固定されたフランジと、を備え、回転軸の軸線方向を基準にした場合に、フランジと筒状部との接続部は、断熱容器に固定されたフランジの固定部よりも一方の端部側に寄って設けられている。 One aspect of the present invention is a rotating machine that transfers a fluid that passes through a pipe in a heat insulating container, the impeller that is disposed in the heat insulating container and transfers the fluid by rotation, and accommodates the impeller and is connected to the pipe A casing that surrounds at least a part of the rotating shaft of the impeller in the heat insulating container, and has one end portion disposed on the impeller side, and the other end of the cylindrical portion. And a flange fixed to the heat insulating container, and the connecting portion between the flange and the cylindrical portion is a flange fixed to the heat insulating container. It is provided closer to one end side than the fixed part.

この回転機械において、筒状部とフランジとの接続部には熱収縮によって縮径する方向に力が作用する。この場合、フランジには、断熱容器との固定部を支点とし、筒状部との接続部を力点としてモーメントが作用する。ここで、本態様では、回転軸の軸線方向を基準にした場合に、フランジと筒状部との接続部は、断熱容器に固定されたフランジの固定部よりも一方の端部側に寄って設けられている。その結果、モーメントは、フランジと筒状部との接続角が狭くなる方向に作用し易くなり、筒状部の縮径に起因して生じる応力集中を低減できる。 In this rotating machine, a force acts on the connecting portion between the cylindrical portion and the flange in the direction of reducing the diameter by heat shrinkage. In this case, a moment acts on the flange with a fixed portion with the heat insulating container as a fulcrum and a connecting portion with the cylindrical portion as a power point. Here, in this aspect, when the axial direction of the rotating shaft is used as a reference, the connecting portion between the flange and the cylindrical portion is closer to one end side than the fixing portion of the flange fixed to the heat insulating container. Is provided. As a result, the moment is likely to act in the direction in which the connection angle between the flange and the cylindrical portion is narrowed, and the stress concentration caused by the reduced diameter of the cylindrical portion can be reduced.

いくつかの態様において、フランジには、接続部に沿って応力の逃がし溝を形成することができる。逃がし溝を形成することにより、より効果的に応力集中を低減できる。 In some embodiments, the flange may be formed with a stress relief groove along the connection. By forming the relief groove, stress concentration can be reduced more effectively.

いくつかの態様において、フランジは、筒状部に接続された内周部と、断熱容器に固定された外周部とを備え、内周部側の厚さは、外周部側の厚さよりも厚い構成とすることができる。内周部側の厚さを厚くすることで、フランジの内周部側の撓みを軽減し、筒状部の縮径による接続角の変化を低減できる。 In some embodiments, the flange includes an inner peripheral portion connected to the tubular portion and an outer peripheral portion fixed to the heat insulating container, and the thickness on the inner peripheral portion side is thicker than the thickness on the outer peripheral portion side. It can be configured. By increasing the thickness on the inner peripheral side, the deflection on the inner peripheral side of the flange can be reduced, and the change in the connection angle due to the reduced diameter of the cylindrical portion can be reduced.

いくつかの態様において、フランジは、回転軸に対向する側の内周面と、内周面の反対側で、且つ外縁に沿った外周面とを備え、外周面の一部は、断熱容器に固定された固定部であり、回転軸の軸線方向において、外周面の固定部よりも筒状部側には、断熱容器に固定されていない非固定部を設けることもできる。非固定部を設けることで、回転軸の軸線方向における接続部と固定部との距離を離すことができ、筒状部の縮径に起因して生じる応力集中の低減に有効である。 In some embodiments, the flange includes an inner peripheral surface on the side facing the rotation axis, and an outer peripheral surface on the opposite side of the inner peripheral surface and along the outer edge, and a part of the outer peripheral surface is provided on the heat insulating container. A non-fixed portion that is a fixed portion that is not fixed to the heat insulating container may be provided on the cylindrical portion side of the fixed portion on the outer peripheral surface in the axial direction of the rotation shaft. By providing the non-fixed part, the distance between the connecting part and the fixed part in the axial direction of the rotating shaft can be increased, which is effective in reducing stress concentration caused by the reduced diameter of the cylindrical part.

いくつかの態様において、外周面に設けられた固定部は、回転軸の軸線方向において、筒状部側とは反対側である外側の端縁に沿って設けることもできる。固定部を外側の端縁に設けることで、結果的に、回転軸の軸線方向における接続部と固定部との距離を離すことができ、筒状部の縮径に起因して生じる応力集中の低減に有効である。 In some embodiments, the fixing portion provided on the outer peripheral surface can be provided along an outer edge that is opposite to the cylindrical portion side in the axial direction of the rotation shaft. By providing the fixed portion on the outer edge, as a result, the distance between the connecting portion and the fixed portion in the axial direction of the rotating shaft can be increased, and the stress concentration caused by the reduced diameter of the cylindrical portion can be reduced. Effective for reduction.

本発明のいくつかの態様によれば、回転機械のケーシングにおけるフランジと筒状部との接続部に対し、筒状部の縮径に起因して生じる応力集中を低減できる。 According to some aspects of the present invention, the stress concentration caused by the reduced diameter of the cylindrical portion can be reduced with respect to the connecting portion between the flange and the cylindrical portion in the casing of the rotary machine.

冷却システム全体を示す概略の説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the whole cooling system. 本実施形態に係る極低温回転機械を一部破断して示す側面図である。It is a side view which shows the cryogenic rotary machine which concerns on this embodiment partially fractured | ruptured. 本実施形態に係る低温側ケーシング部を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the low temperature side casing part which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る低温側ケーシング部の筒状部の縮径によって生じるモーメントを示す説明図であり、図４（ａ）は低温側ケーシング部の概略の断面図、図４（ｂ）は筒状部に縮径する方向に力が作用する前の状態を説明する図、図４（ｃ）は筒状部に縮径する方向に力が作用している状態を説明する図である。It is explanatory drawing which shows the moment which arises by the diameter reduction of the cylindrical part of the low temperature side casing part which concerns on this embodiment, FIG. 4 (a) is rough sectional drawing of a low temperature side casing part, FIG.4 (b) is cylindrical. FIG. 4C is a diagram illustrating a state before a force is applied in the direction of reducing the diameter of the portion, and FIG. 4C is a view illustrating a state in which the force is applied in a direction of reducing the diameter of the cylindrical portion. 比較例に係る低温側ケーシング部の筒状部の縮径によって生じるモーメントを示す説明図であり、図５（ａ）は低温側ケーシング部の概略の断面図、図５（ｂ）は筒状部に縮径する方向に力が作用する前の状態を説明する図、図５（ｃ）は筒状部に縮径する方向に力が作用している状態を説明する図である。It is explanatory drawing which shows the moment which arises by the diameter reduction of the cylindrical part of the low temperature side casing part which concerns on a comparative example, Fig.5 (a) is schematic sectional drawing of a low temperature side casing part, FIG.5 (b) is a cylindrical part. FIG. 5C is a diagram illustrating a state in which a force is acting in the direction of reducing the diameter of the cylindrical portion.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same reference numerals are given to the same elements, and duplicate descriptions are omitted.

まず、図１を参照して極低温回転機械１０が備え付けられた冷却システム１について説明する。冷却システム１は、循環する流体によって超電導磁石２を冷却するためのシステムである。この冷却システム１では、循環する流体としてヘリウムを使用するが、冷却対象によっては窒素、水素、ネオン等の流体であってもよい。本実施形態では、極低温回転機械１０を回転機械の一例として説明する。 First, the cooling system 1 provided with the cryogenic rotating machine 10 will be described with reference to FIG. The cooling system 1 is a system for cooling the superconducting magnet 2 with a circulating fluid. In this cooling system 1, helium is used as a circulating fluid, but depending on the object to be cooled, a fluid such as nitrogen, hydrogen, or neon may be used. In the present embodiment, the cryogenic rotating machine 10 will be described as an example of a rotating machine.

冷却システム１は、ヘリウム（以下、「主冷媒」という）Ｍｆが循環する循環ライン３と、循環ライン３を通過する主冷媒Ｍｆを圧送するサーキュレータポンプなどの極低温回転機械１０と、循環ライン３を通過する主冷媒Ｍｆを４Ｋ程度（極低温）にまで冷却する冷却装置４と、超電導磁石２と循環ライン３とを熱交換可能に接続する第一熱交換器５と、循環ライン３の超電導磁石２よりも下流側に配置され、冷却装置４と循環ライン３とを熱交換可能に接続する第二熱交換器６と、を備えている。 The cooling system 1 includes a circulation line 3 through which helium (hereinafter referred to as “main refrigerant”) Mf circulates, a cryogenic rotating machine 10 such as a circulator pump that pumps the main refrigerant Mf passing through the circulation line 3, and a circulation line 3. The cooling device 4 that cools the main refrigerant Mf that passes through to about 4K (very low temperature), the first heat exchanger 5 that connects the superconducting magnet 2 and the circulation line 3 so that heat exchange is possible, and the superconductivity of the circulation line 3 The second heat exchanger 6 is disposed downstream of the magnet 2 and connects the cooling device 4 and the circulation line 3 so that heat exchange is possible.

図１、及び図２に示されるように、循環ライン３は、主冷媒Ｍｆが通過する配管３ａを備えており、外気温（常温）の影響を避けるために断熱容器８内に配置されている。断熱容器８内は、対流による主冷媒Ｍｆの温度上昇を防止するために真空に保持されている。断熱容器８の天井部分８ａには、極低温回転機械１０の主要部１１が設置されている。極低温回転機械１０の主要部１１は、回転によって主冷媒Ｍｆを移送するインペラ１２と、回転軸１３を介してインペラ１２を回転させる駆動モータ（駆動部）１４とを備えている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the circulation line 3 includes a pipe 3 a through which the main refrigerant Mf passes, and is arranged in the heat insulating container 8 in order to avoid the influence of outside air temperature (normal temperature). . The inside of the heat insulating container 8 is kept in vacuum in order to prevent the temperature of the main refrigerant Mf from rising due to convection. A main part 11 of the cryogenic rotating machine 10 is installed on the ceiling portion 8 a of the heat insulating container 8. The main part 11 of the cryogenic rotary machine 10 includes an impeller 12 that transfers the main refrigerant Mf by rotation, and a drive motor (drive part) 14 that rotates the impeller 12 via a rotating shaft 13.

極低温回転機械１０は、主要部１１を収容するケーシング１５を備えている。ケーシング１５は、駆動モータ１４を収容する常温側ケーシング部１６と、インペラ１２を収容する低温側ケーシング部１７とを備えている。常温側ケーシング部１６は、断熱容器８の外側に配置され、低温側ケーシング部１７は、主に断熱容器８の内側（内部）に配置されている。 The cryogenic rotating machine 10 includes a casing 15 that houses the main part 11. The casing 15 includes a normal temperature side casing portion 16 that accommodates the drive motor 14 and a low temperature side casing portion 17 that accommodates the impeller 12. The normal temperature side casing portion 16 is disposed outside the heat insulating container 8, and the low temperature side casing portion 17 is mainly disposed inside (inside) the heat insulating container 8.

低温側ケーシング部１７は、インペラ１２を収容し、循環ライン３の配管３ａに接続されたインペラ室１８と、回転軸１３に沿ってインペラ室１８から立設された薄肉円筒状の筒状部１９と、筒状部１９の上端側から張り出すように設けられた固定フランジ部２０とを備えている。低温側ケーシング部１７は、断熱容器８の区画壁８１に形成された円形孔に通され、固定フランジ部２０が区画壁８１に溶接により固定されている。 The low temperature side casing portion 17 accommodates the impeller 12, an impeller chamber 18 connected to the pipe 3 a of the circulation line 3, and a thin cylindrical cylindrical portion 19 erected from the impeller chamber 18 along the rotation shaft 13. And a fixed flange portion 20 provided so as to protrude from the upper end side of the cylindrical portion 19. The low temperature side casing portion 17 is passed through a circular hole formed in the partition wall 81 of the heat insulating container 8, and the fixing flange portion 20 is fixed to the partition wall 81 by welding.

常温側ケーシング部１６は、回転軸１３を囲むように立設され、駆動モータ１４を収容する筒状の胴体部１６ａと、胴体部１６ａの上部開口を塞ぐ蓋部１６ｂと、胴体部１６ａの下端に設けられたフランジ部１６ｃとを備えている。フランジ部１６ｃは、低温側ケーシング部１７の固定フランジ部２０の上面に重なり、シール部材を挟んで密閉状態を確保しながら固定フランジ部２０にボルト止めされている。また、蓋部１６ｂは、胴体部１６ａにボルト止めされている。フランジ部１６ｃのボルトを緩め、低温側ケーシング部１７から常温側ケーシング部１６を離脱させることで、主要部１１を低温側ケーシング部１７から引き出すことができる。具体的には、常温側ケーシング部１６に支持された回転軸１３と一緒に、インペラ１２、及び後述の断熱部２３の一部、及び中間伝熱部２７を低温側ケーシング部１７から引き出すことができ、更に、常温側ケーシング部１６の蓋部１６ｂを開くことで、容易に主要部１１をメンテナンスできる。 The normal temperature side casing portion 16 is erected so as to surround the rotating shaft 13, and includes a cylindrical body portion 16a that houses the drive motor 14, a lid portion 16b that closes an upper opening of the body portion 16a, and a lower end of the body portion 16a. And a flange portion 16c provided on the surface. The flange portion 16c overlaps the upper surface of the fixed flange portion 20 of the low temperature side casing portion 17, and is bolted to the fixed flange portion 20 while ensuring a sealed state with a seal member interposed therebetween. The lid portion 16b is bolted to the body portion 16a. The main part 11 can be pulled out from the low temperature side casing part 17 by loosening the bolt of the flange part 16 c and detaching the normal temperature side casing part 16 from the low temperature side casing part 17. Specifically, the impeller 12, a part of a heat insulating part 23 to be described later, and the intermediate heat transfer part 27 can be pulled out from the low temperature side casing part 17 together with the rotating shaft 13 supported by the room temperature side casing part 16. Furthermore, the main part 11 can be easily maintained by opening the cover part 16b of the room temperature side casing part 16.

常温側ケーシング部１６の内部には、駆動モータ１４を挟むように上下二箇所にラジアル軸受部２１が配置されており、更に、駆動モータ１４と下側のラジアル軸受部２１との間には、回転軸１３方向の荷重を受けながら回転軸１３を支えるスラスト軸受部２２が配置されている。 Inside the normal temperature side casing portion 16, radial bearing portions 21 are arranged at two places above and below so as to sandwich the drive motor 14. Further, between the drive motor 14 and the lower radial bearing portion 21, A thrust bearing portion 22 that supports the rotary shaft 13 while receiving a load in the direction of the rotary shaft 13 is disposed.

低温側ケーシング部１７の内部には断熱材が収容されて断熱部２３が形成されている。断熱部２３には、回転軸１３が貫通する円形の貫通孔２３ａが形成されており、その結果、断熱部２３は回転軸１３の一部を包囲している。なお、本実施形態では、低温側ケーシング部１７の内部に断熱材を収容することで断熱部２３を形成するが、低温側ケーシング部１７の内部に真空の断熱室を形成し、更に断熱室内に対流防止材を配置して断熱部とすることも可能である。 A heat insulating material is accommodated inside the low temperature side casing portion 17 to form a heat insulating portion 23. The heat insulating portion 23 is formed with a circular through hole 23 a through which the rotary shaft 13 passes. As a result, the heat insulating portion 23 surrounds a part of the rotary shaft 13. In the present embodiment, the heat insulating portion 23 is formed by accommodating a heat insulating material inside the low temperature side casing portion 17. However, a vacuum heat insulating chamber is formed inside the low temperature side casing portion 17, and further inside the heat insulating chamber. It is also possible to arrange a convection prevention material to form a heat insulating part.

断熱部２３は、上下二段に分かれており、上段断熱部２４と下段断熱部２５との間には、−１９０℃程度の定温に維持された中間伝熱部２７が配置されている。中間伝熱部２７は、サーマルアンカーとも呼ばれ、回転軸１３と同等以上の熱伝導性を有し、例えば銅板等によって形成される。中間伝熱部２７は、回転軸１３を介して高温側から低温側に伝わる侵入熱量を低減するために設けられており、更に断熱部２３を介して僅かに伝わる侵入熱量の低減にも有効である。なお、下段断熱部２５は更に内側部分２５ａと外側部分２５ｂとに分割されており、メンテナンス時には、内側部分２５ａのみが回転軸１３や中間伝熱部２７と一緒に引き出される。 The heat insulation part 23 is divided into upper and lower two stages, and an intermediate heat transfer part 27 maintained at a constant temperature of about −190 ° C. is disposed between the upper heat insulation part 24 and the lower heat insulation part 25. The intermediate heat transfer section 27 is also called a thermal anchor, has a thermal conductivity equal to or higher than that of the rotary shaft 13, and is formed of, for example, a copper plate. The intermediate heat transfer section 27 is provided to reduce the amount of intrusion heat transmitted from the high temperature side to the low temperature side via the rotary shaft 13, and is also effective in reducing the amount of intrusion heat slightly transmitted through the heat insulating section 23. is there. The lower heat insulating portion 25 is further divided into an inner portion 25a and an outer portion 25b, and only the inner portion 25a is pulled out together with the rotating shaft 13 and the intermediate heat transfer portion 27 during maintenance.

中間伝熱部２７は、筒状部１９の内面側に設けられた環状突出部３０に接触する。環状突出部３０は、−１９０℃程度に維持されながら循環するヘリウム（以下、「副冷媒」という）Ｓｆによって定温に維持されている。中間伝熱部２７は、回転軸１３から伝わった熱量を環状突出部３０との間で熱交換することにより、−１９０℃程度の定温に維持されている。なお、本実施形態では副冷媒Ｓｆとしてヘリウムを利用する態様を例示するが、必要に応じて窒素等であってもよい。 The intermediate heat transfer portion 27 contacts an annular protrusion 30 provided on the inner surface side of the tubular portion 19. The annular protrusion 30 is maintained at a constant temperature by helium (hereinafter referred to as “sub-refrigerant”) Sf that circulates while being maintained at about −190 ° C. The intermediate heat transfer section 27 is maintained at a constant temperature of about −190 ° C. by exchanging heat with the annular protrusion 30 for the amount of heat transferred from the rotary shaft 13. In the present embodiment, an example in which helium is used as the auxiliary refrigerant Sf is illustrated, but nitrogen or the like may be used as necessary.

極低温回転機械１０は、副冷媒Ｓｆを循環させる冷却ライン３１を備えている（図１参照）。環状突出部３０内に形成された副冷媒Ｓｆの流路３０ａは、１パスで入口と出口とを有し、中間伝熱部２７の回りを略１周するように形成されている。冷却ライン３１は、副冷媒Ｓｆを循環させるラインであり、環状突出部３０に形成された副冷媒Ｓｆの入口と出口とのそれぞれに接続された配管３１ａ、及びサーキュレータポンプ（図示省略）等を備えている。冷却ライン３１は、第三熱交換器７を介して冷却装置１１０との間で熱交換可能に配置されており、熱交換後の副冷媒Ｓｆは、−１９０℃に維持されて筒状部１９の環状突出部３０に供給され、環状突出部３０から排出された副冷媒Ｓｆは第三熱交換器７に到達して再び冷却される。 The cryogenic rotating machine 10 includes a cooling line 31 for circulating the sub refrigerant Sf (see FIG. 1). The flow path 30a of the sub-refrigerant Sf formed in the annular projecting portion 30 has an inlet and an outlet in one pass, and is formed so as to make one round around the intermediate heat transfer portion 27. The cooling line 31 is a line for circulating the sub refrigerant Sf, and includes a pipe 31a connected to each of the inlet and the outlet of the sub refrigerant Sf formed in the annular protrusion 30, a circulator pump (not shown), and the like. ing. The cooling line 31 is arranged to be able to exchange heat with the cooling device 110 via the third heat exchanger 7, and the sub-refrigerant Sf after heat exchange is maintained at −190 ° C. The sub refrigerant Sf supplied to and discharged from the annular protrusion 30 reaches the third heat exchanger 7 and is cooled again.

[低温側ケーシング部の構造]
図３に示されるように、低温側ケーシング部１７の筒状部１９は、固定フランジ部２０の下面２０ａに接続されている。固定フランジ部２０は、断熱容器８の内側に面する下面２０ａ、断熱容器８の外側に面する上面２０ｂ、断熱部２３を介して回転軸１３に対向する内側であり、円形の内縁に沿った周端面（以下、「内周面」という）２０ｃ、及び内周面２０ｃとは反対側であり、円形の外縁に沿った周端面（以下、「外周面」という）２０ｄを備えている。 [Structure of low-temperature casing]
As shown in FIG. 3, the cylindrical portion 19 of the low temperature side casing portion 17 is connected to the lower surface 20 a of the fixed flange portion 20. The fixed flange portion 20 is a lower surface 20a facing the inner side of the heat insulating container 8, an upper surface 20b facing the outer side of the heat insulating container 8, and an inner side facing the rotary shaft 13 via the heat insulating portion 23, and is along a circular inner edge. A peripheral end face (hereinafter referred to as “inner peripheral face”) 20c and a peripheral end face (hereinafter referred to as “outer peripheral face”) 20d that is opposite to the inner peripheral face 20c and along a circular outer edge are provided.

下面２０ａには、内周面２０ｃに沿うように筒状部１９の上端部１９ａが接続されており、筒状部１９の内面と固定フランジ部２０の内周面２０ｃとは段差無く、連続するようにつながっている。また、下面２０ａには、筒状部１９の外周に沿うように応力の逃がし溝２０ｅが環状に形成されている。 An upper end portion 19a of the cylindrical portion 19 is connected to the lower surface 20a along the inner peripheral surface 20c, and the inner surface of the cylindrical portion 19 and the inner peripheral surface 20c of the fixed flange portion 20 are continuous without any step. So connected. In addition, a stress relief groove 20e is formed in an annular shape on the lower surface 20a along the outer periphery of the cylindrical portion 19.

外周面２０ｄは、断熱容器８に溶接により固定されている。断熱容器８の区画壁８１には、固定フランジ部２０の外径に倣った円形孔が形成されており、区画壁８１の円形孔に沿った内端面８１ａに、固定フランジ部２０の外周面２０ｄが当接し、溶接されている。外周面２０ｄのうち、溶接個所である固定部２０ｆは外側である上側の端縁２０ｙに沿って設けられており、内側（筒状部１９側）である下部には溶接されていない非固定部２０ｇが意図的に形成されている。本実施形態では、断熱容器に固定されたフランジの一例として固定フランジ部２０を説明する。 The outer peripheral surface 20d is fixed to the heat insulating container 8 by welding. The partition wall 81 of the heat insulation container 8 is formed with a circular hole that follows the outer diameter of the fixed flange portion 20, and the outer peripheral surface 20 d of the fixed flange portion 20 is formed on the inner end surface 81 a along the circular hole of the partition wall 81. Are in contact and welded. Of the outer peripheral surface 20d, the fixing portion 20f which is a welding portion is provided along the upper edge 20y which is the outer side, and is not welded to the lower portion which is the inner side (the cylindrical portion 19 side). 20 g is intentionally formed. In the present embodiment, the fixed flange portion 20 will be described as an example of a flange fixed to the heat insulating container.

固定フランジ部２０は、内周面２０ｃ側の内周部２０ｈと、外周面２０ｄ側の外周部２０ｊとを備え、内周部２０ｈの下面２０ａには筒状部１９が接続され、また逃がし溝２０ｅが形成されている。また、外周部２０ｊの下面２０ａには、複数の環状溝が同心となるように形成されている。内周部２０ｈの厚さｄ１は、外周部２０ｊの厚さｄ２よりも厚くなっている。 The fixed flange portion 20 includes an inner peripheral portion 20h on the inner peripheral surface 20c side and an outer peripheral portion 20j on the outer peripheral surface 20d side. The tubular portion 19 is connected to the lower surface 20a of the inner peripheral portion 20h, and the escape groove 20e is formed. A plurality of annular grooves are formed concentrically on the lower surface 20a of the outer peripheral portion 20j. The thickness d1 of the inner peripheral portion 20h is thicker than the thickness d2 of the outer peripheral portion 20j.

筒状部１９は、下端部（一方の端部）１９ｂがインペラ１２を収容するインペラ室１８に接続されており、上端部（他方の端部）１９ａは固定フランジ部２０との接続部１９ｘである。筒状部１９の上端部１９ａは、回転軸１３の軸線Ｌａ方向において、固定フランジ部２０よりも下端部１９ｂ側に寄って設けられている。この作用について説明する。 The cylindrical portion 19 has a lower end portion (one end portion) 19 b connected to the impeller chamber 18 that houses the impeller 12, and an upper end portion (the other end portion) 19 a is a connection portion 19 x with the fixed flange portion 20. is there. The upper end portion 19 a of the cylindrical portion 19 is provided closer to the lower end portion 19 b side than the fixed flange portion 20 in the axis La direction of the rotating shaft 13. This operation will be described.

図４は、この作用を説明するために低温側ケーシング部１７を模式的に示す断面図である。また、図５は、比較例１００に係り、筒状部１１９の上端部１１９ａが固定フランジ部１２０よりも上側、つまり下端部１１９ｂ側とは反対側に設けられている態様を模式的に示す断面図である。なお、ここでは、筒状部１９，１１９の上端部１９ａ，１１９ａと固定フランジ部２０，１２０の固定部２０ｆ，１２０ｆとの配置の違いに起因して生じる作用の差異を明確にすべく、比較例１００にも本実施形態と同様に、応力の逃がし溝１２０ｅを設けている。 FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the low-temperature side casing portion 17 in order to explain this action. 5 is a cross-sectional view schematically showing an aspect in which the upper end portion 119a of the cylindrical portion 119 is provided on the upper side of the fixed flange portion 120, that is, on the side opposite to the lower end portion 119b side, according to the comparative example 100. FIG. Here, in order to clarify the difference in action caused by the difference in arrangement between the upper end portions 19a, 119a of the cylindrical portions 19, 119 and the fixing portions 20f, 120f of the fixing flange portions 20, 120, a comparison is made. Similarly to the present embodiment, the example 100 is also provided with a stress relief groove 120e.

図４（ａ）に示されるように、低温側ケーシング部１７は、断熱容器８に固定された上部、つまり駆動モータ１４側である固定フランジ部２０で最も温度が高く、下部、つまりインペラ１２側である内部のインペラ室１８で最も温度が低くなるような温度分布となる。ここで固定フランジ部２０からインペラ室１８への侵入熱量を極力低減させる必要があり、固定フランジ部２０とインペラ室１８との間には断面積をできるだけ小さくして侵入熱量の低減を図るべく、薄肉の筒状部１９が配置されている。筒状部１９は、温度による熱収縮によって縮径するので、最大でも２ｍｍ程度の差ではあるが、上端部１９ａ（接続部１９ｘ）の径が最も大きく、下端部１９ｂの径が最も小さくなる。 As shown in FIG. 4 (a), the low temperature side casing portion 17 has the highest temperature at the upper portion fixed to the heat insulating container 8, that is, the fixed flange portion 20 on the drive motor 14 side, and the lower portion, that is, the impeller 12 side. The temperature distribution is such that the temperature is lowest in the internal impeller chamber 18. Here, it is necessary to reduce the amount of intrusion heat from the fixed flange portion 20 to the impeller chamber 18 as much as possible. In order to reduce the amount of intrusion heat between the fixed flange portion 20 and the impeller chamber 18 as small as possible, A thin cylindrical portion 19 is arranged. Since the diameter of the cylindrical portion 19 is reduced by thermal contraction due to temperature, the diameter of the upper end portion 19a (connection portion 19x) is the largest and the diameter of the lower end portion 19b is the smallest, although the difference is about 2 mm at the maximum.

筒状部１９には熱収縮によって縮径する方向に力が作用する。ここで、筒状部１９の上端部１９ａは固定フランジ部２０に屈曲して接続された接続部１９ｘであり、筒状部１９に縮径しようとする力が作用すると接続部１９ｘに応力集中が生じる。逃がし溝２０ｅは、この応力を逃がす作用を奏する。 A force acts on the cylindrical portion 19 in the direction of reducing the diameter due to thermal contraction. Here, the upper end portion 19a of the cylindrical portion 19 is a connection portion 19x that is bent and connected to the fixed flange portion 20. When a force for reducing the diameter acts on the cylindrical portion 19, stress concentration occurs in the connection portion 19x. Arise. The relief groove 20e has an effect of releasing this stress.

比較例（図５）も基本的に同様であり、筒状部１１９の上端部１１９ａと下端部１１９ｂとを備え、上端部１１９ａには縮径する方向に力が作用する。ここで、固定フランジ部１２０の固定部１２０ｆを支点として見た場合に、筒状部１１９の上端部１１９ａは縮径力が作用する力点である。ここで、筒状部１１９に作用する縮径力は、筒状部１１９の軸線、実質的には回転軸１１３の軸線Ｌｂに直交する方向に作用する。つまり、支点と力点とが、仮に回転軸１１３の軸線Ｌｂ方向で同じ高さであれば、力点に作用する縮径力の延長線上に支点が存在することになり、支点を中心にして力点に対する下側へのモーメントは働かないと仮定できる。一方で、この比較例１００では、力点が支点よりも上側に配置されており、力点には下側に回転させようとするモーメントが働く（図５（ｂ）参照）。その結果、筒状部１１９の上端部１１９ａと固定フランジ部１２０との接続角は、θ１からθ２に広がってしまい、筒状部１１９の上端部１１９ａに過度の負荷をかけてしまう。 The comparative example (FIG. 5) is basically the same, and includes an upper end portion 119a and a lower end portion 119b of the cylindrical portion 119, and a force acts on the upper end portion 119a in the direction of reducing the diameter. Here, when the fixed portion 120f of the fixed flange portion 120 is viewed as a fulcrum, the upper end portion 119a of the cylindrical portion 119 is a power point at which a diameter reducing force acts. Here, the diameter reducing force acting on the tubular portion 119 acts in a direction perpendicular to the axis of the tubular portion 119, substantially the axis Lb of the rotating shaft 113. That is, if the fulcrum and the force point have the same height in the direction of the axis Lb of the rotating shaft 113, the fulcrum exists on the extension line of the diameter reducing force acting on the force point, and the force point is centered on the fulcrum. It can be assumed that the downward moment does not work. On the other hand, in this comparative example 100, the power point is arranged on the upper side of the fulcrum, and a moment to rotate downward acts on the power point (see FIG. 5B). As a result, the connection angle between the upper end portion 119a of the cylindrical portion 119 and the fixed flange portion 120 increases from θ1 to θ2, and an excessive load is applied to the upper end portion 119a of the cylindrical portion 119.

これに対し、本実施形態に係る低温側ケーシング部１７（図４参照）では、筒状部１９の接続部１９ｘが固定フランジ部２０の固定部２０ｆよりも下側、つまり力点が支点よりも下側に配置されており、力点には上側に回転させようとするモーメントが働く（図４（ｂ）参照）。その結果、筒状部１９の接続部１９ｘと固定フランジ部２０との接続角は、α１からα２に縮まり、筒状部１９の上端部１９ａにかかる応力集中を低減させる。なお、この応力集中を低減させるという効果は、比較例のみならず、力点と支点とが同じ高さの場合にも奏し得ないので、力点と支点とを同じ高さにした場合と比較しても有利である。 On the other hand, in the low temperature side casing part 17 (refer FIG. 4) which concerns on this embodiment, the connection part 19x of the cylindrical part 19 is below the fixing part 20f of the fixing flange part 20, ie, a power point is below a fulcrum. The moment that tries to rotate upward is applied to the power point ( see FIG . 4B ). As a result, the connection angle between the connecting portion 19x of the cylindrical portion 19 and the fixed flange portion 20 is reduced from α1 to α2, and the stress concentration on the upper end portion 19a of the cylindrical portion 19 is reduced. The effect of reducing the stress concentration cannot be achieved not only in the comparative example but also when the power point and the fulcrum are the same height, so compared with the case where the force point and the fulcrum are the same height. Is also advantageous.

［本実施形態に係る極低温回転機械の効果］
上述の通り、本実施形態に係る極低温回転機械１０では、回転軸１３の軸線Ｌａ方向を基準にした場合に、固定フランジ部２０と筒状部１９との接続部１９ｘは、固定フランジ部２０の固定部２０ｆよりも下端部１９ｂ側に寄って設けられている。その結果、モーメントは、固定フランジ部２０と筒状部１９との接続角が狭くなる方向に作用し易くなり、筒状部１９の縮径に起因して生じる応力集中を低減できる。 [Effect of cryogenic rotating machine according to this embodiment]
As described above, in the cryogenic rotating machine 10 according to the present embodiment, when the axis La direction of the rotating shaft 13 is used as a reference, the connecting portion 19x between the fixed flange portion 20 and the cylindrical portion 19 is fixed to the fixed flange portion 20. The fixing portion 20f is provided closer to the lower end portion 19b side. As a result, the moment easily acts in the direction in which the connection angle between the fixed flange portion 20 and the cylindrical portion 19 becomes narrow, and the stress concentration caused by the reduced diameter of the cylindrical portion 19 can be reduced.

また、この固定フランジ部２０には、接続部１９ｘに沿って応力の逃がし溝２０ｅを形成しているので、より効果的に応力集中を低減できる。 Further, since the stress relief groove 20e is formed in the fixed flange portion 20 along the connection portion 19x, the stress concentration can be more effectively reduced.

また、固定フランジ部２０は、筒状部１９に接続された内周部２０ｈと、断熱容器８に固定された外周部２０ｊとを備え、内周部２０ｈ側の厚さｄ１は、外周部２０ｊ側の厚さｄ２よりも厚い。その結果、固定フランジ部２０の内周部２０ｈ側の撓みを軽減し、筒状部１９の縮径による接続角の変化を低減できる。 The fixed flange portion 20 includes an inner peripheral portion 20h connected to the tubular portion 19 and an outer peripheral portion 20j fixed to the heat insulating container 8. The thickness d1 on the inner peripheral portion 20h side is equal to the outer peripheral portion 20j. It is thicker than the side thickness d2. As a result, bending of the fixed flange portion 20 on the inner peripheral portion 20 h side can be reduced, and a change in connection angle due to the reduced diameter of the tubular portion 19 can be reduced.

また、固定フランジ部２０は、回転軸１３に対向する側の内周面２０ｃと、内周面２０ｃの反対側で、且つ外縁に沿った外周面２０ｄとを備え、外周面２０ｄの一部は、断熱容器８に固定された固定部２０ｆであり、回転軸１３の軸線Ｌａ方向において、外周面２０ｄの固定部２０ｆよりも筒状部１９側には、断熱容器８に固定されていない非固定部２０ｇが設けられている。非固定部２０ｇを設けることで、回転軸１３の軸線Ｌａ方向における接続部１９ｘと固定部２０ｆとの距離を離すことができ、筒状部１９の縮径に起因して生じる応力集中の低減に有効である。 The fixed flange portion 20 includes an inner peripheral surface 20c on the side facing the rotation shaft 13, and an outer peripheral surface 20d on the opposite side of the inner peripheral surface 20c and along the outer edge, and a part of the outer peripheral surface 20d is The fixing portion 20f fixed to the heat insulating container 8 is not fixed to the heat insulating container 8 on the cylindrical portion 19 side of the fixing portion 20f of the outer peripheral surface 20d in the axial line La direction of the rotating shaft 13. A portion 20g is provided. By providing the non-fixed portion 20g, the distance between the connecting portion 19x and the fixed portion 20f in the axis La direction of the rotating shaft 13 can be increased, and the stress concentration caused by the reduced diameter of the cylindrical portion 19 can be reduced. It is valid.

また、外周面２０ｄに設けられた固定部２０ｆは、回転軸１３の軸線Ｌａ方向において、筒状部１９側とは反対側である上側（外側）の端縁２０ｙに沿って設けられており、結果的に、回転軸１３の軸線Ｌａ方向における接続部１９ｘと固定部２０ｆとの距離を離すことができ、筒状部１９の縮径に起因して生じる応力集中の低減に有効である。 Further, the fixing portion 20f provided on the outer peripheral surface 20d is provided along the upper (outer) edge 20y opposite to the cylindrical portion 19 side in the axis La direction of the rotating shaft 13. As a result, the distance between the connecting portion 19x and the fixed portion 20f in the axis La direction of the rotating shaft 13 can be increased, which is effective in reducing stress concentration caused by the reduced diameter of the cylindrical portion 19.

以上、実施形態について説明したが、本発明は、以上の実施形態のみに限定されない。例えば、上記の実施形態では、断熱部を区画する中間伝熱部や冷却ラインを設ける態様によって説明したが、中間伝熱部や冷却ラインを省略した態様であっても良い。また、応力の逃がし溝を設けることなく、フラットなフランジに筒状部を接続する態様であっても良い。更に、フランジと断熱容器との固定は溶接に限定されず、ボルト止め等であってもよい。 As mentioned above, although embodiment was described, this invention is not limited only to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, the description has been given based on the aspect in which the intermediate heat transfer section and the cooling line that divide the heat insulating section are provided. Moreover, the aspect which connects a cylindrical part to a flat flange, without providing the stress relief groove | channel may be sufficient. Furthermore, the fixing of the flange and the heat insulating container is not limited to welding, and may be bolted or the like.

本発明は、断熱容器内の配管を通過する流体を移送する回転機械において広く利用でき、サーキュレータポンプなどの流体移送手段のみならず、コンプレッサーやタービン、インデューサ等であっても良い。 The present invention can be widely used in rotating machines that transfer fluid passing through piping in a heat insulating container, and may be not only fluid transfer means such as a circulator pump but also a compressor, turbine, inducer, and the like.

３循環ライン
３ａ配管
８断熱容器
１０極低温回転機械（回転機械）
１２インペラ
１３回転軸
１５ケーシング
１９筒状部
１９ａ上端部（他方の端部）
１９ｂ下端部（一方の端部）
１９ｘ接続部
２０固定フランジ部（フランジ）
２０ｃ内周面
２０ｄ外周面
２０ｅ逃がし溝
２０ｆ固定部
２０ｇ非固定部
２０ｈ内周部
２０ｊ外周部
２０ｙ端縁
Ｌａ回転軸の軸線
α１接続角
α２接続角 3 Circulation line 3a Piping 8 Heat insulation container 10 Cryogenic rotating machine (rotating machine)
12 Impeller 13 Rotating shaft 15 Casing 19 Cylindrical part 19a Upper end part (the other end part)
19b Lower end (one end)
19x connection 20 fixed flange (flange)
20c Inner peripheral surface 20d Outer peripheral surface 20e Relief groove 20f Fixed part 20g Non-fixed part 20h Inner peripheral part 20j Outer peripheral part 20y Edge La Rotational shaft axis α1 Connection angle α2 Connection angle

Claims

A rotating machine for transferring a fluid passing through a pipe in an insulated container,
An impeller disposed in the heat insulating container and transferring the fluid by rotation;
A casing connected to the pipe, and containing the impeller,
The casing is
A cylindrical portion that surrounds at least a part of the rotating shaft of the impeller in the heat insulating container, and has one end portion disposed on the impeller side, and
A flange connected to the other end of the cylindrical portion and fixed to the heat insulating container,
When the axial direction of the rotating shaft is used as a reference, the connecting portion between the flange and the cylindrical portion is provided closer to the one end side than the fixing portion of the flange fixed to the heat insulating container. It is in you is,
A rotary machine in which a stress relief groove is formed along the connection portion in the flange .

The flange includes an inner peripheral surface on the side facing the rotating shaft, and an outer peripheral surface on the opposite side of the inner peripheral surface and along the outer edge,
The rotating machine according to claim 1, wherein a part of the outer peripheral surface is the fixed portion fixed to the heat insulating container.

The flange includes an inner peripheral part connected to the cylindrical part, and an outer peripheral part fixed to the heat insulating container,
The rotating machine according to claim 1, wherein a thickness on the inner peripheral side is thicker than a thickness on the outer peripheral side.

A rotating machine for transferring a fluid passing through a pipe in an insulated container,
An impeller disposed in the heat insulating container and transferring the fluid by rotation;
A casing connected to the pipe, and containing the impeller,
The casing is
A cylindrical portion that surrounds at least a part of the rotating shaft of the impeller in the heat insulating container, and has one end portion disposed on the impeller side, and
A flange connected to the other end of the cylindrical portion and fixed to the heat insulating container,
When the axial direction of the rotating shaft is used as a reference, the connecting portion between the flange and the cylindrical portion is provided closer to the one end side than the fixing portion of the flange fixed to the heat insulating container. And
The flange includes an inner peripheral surface on the side facing the rotation shaft, and an outer peripheral surface on the opposite side of the inner peripheral surface and along the outer edge,
A part of the outer peripheral surface is the fixed portion fixed to the heat insulating container,
In the axial direction of the rotary shaft, wherein the outer peripheral surface said cylindrical portion than the fixed portion of the non-fixed portions that are not fixed to the insulated container are provided, rotating machinery.

The rotation according to claim 4, wherein the fixed portion provided on the outer peripheral surface is provided along an outer edge that is opposite to the cylindrical portion side in the axial direction of the rotation shaft. machine.