JP6631094B2

JP6631094B2 - 回転機械

Info

Publication number: JP6631094B2
Application number: JP2015166578A
Authority: JP
Inventors: 兼太郎小田; 誠一郎吉永
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2015-08-26
Filing date: 2015-08-26
Publication date: 2020-01-15
Anticipated expiration: 2035-08-26
Also published as: JP2017044126A

Description

本発明は、流体、例えば、ヘリウムなどの極低温の流体をインペラの回転によって移送する回転機械に関する。

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、液体ヘリウムを極低温排気コンプレッサーで極低圧に減圧することによって４Ｋ以下の極低温を達成することが行われている。特許文献１には、極低温排気コンプレッサーが開示されており、この種の低温回転機械を利用して極低温にされた流体を移送する技術が知られている。この低温回転機械では、回転軸の先端にインペラが取り付けられている。回転軸へのインペラの取り付け態様は様々であるが、例えば、回転軸の先端に設けられたねじ部にインペラを螺合して固定する態様がある。回転軸の先端にインペラを螺合して固定する場合、インペラの螺合による締結回転方向は、流体を移送する正転方向とは逆となり、流体移送中のインペラの締みが防止されている。

特開２０００−３５１９１号公報

しかしながら、インペラが停止すると、慣性力によって正転方向に力が作用し、その結果、インペラの緩みを引き起こす原因となる可能性があった。

本発明は、インペラの取り付けが緩んでしまうことを防止して、回転軸からのインペラの脱落を効果的に防止する回転機械を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、流体を移送する回転機械であって、回転によって流体を移送するインペラと、インペラを貫通すると共に、インペラに螺合される先端部を備えた回転軸と、を備え、回転軸に螺合されるインペラの締結回転方向は、流体を移送する正転方向とは逆の反転方向であり、先端部には、インペラが正転方向に力を受けた際に、インペラの回転を規制する脱落防止部が取り付けられている。

この回転機械では、正転方向に回転している回転軸が減速、あるいは停止し、その結果、インペラに対して正転方向の力、例えば慣性力が作用したとしても、脱落防止部によってインペラの回転が規制されるので、インペラの緩みを防止でき、回転軸からのインペラの脱落を効果的に防止できる。なお、インペラが正転方向に力を受けた際とは、回転軸に対してインペラを正転方向に回転させようとする力が作用した際を意味する。

いくつかの態様において、先端部には、軸線方向に沿ったねじ孔とインロー孔とが奥側から順番に設けられており、脱落防止部は、ねじ孔に螺合するねじ軸部と、インペラに当接して係止する頭部と、ねじ軸部と頭部との間に設けられ、インロー孔に圧入される締り嵌め部と、を備え、ねじ軸部の螺合による締結回転方向は、インペラの正転方向である態様とすることができる。インペラが停止等した場合、インペラにかかる慣性力などの正転方向の力は、脱落防止部のねじ軸部が締まる方向に作用することになり、インペラの緩みが防止される。一方で、インペラの正転時には、締り嵌め部が作用して脱落防止部の緩みは防止され、結果として、回転軸からのインペラの脱落を効果的に防止できる。

また、上記の態様において、脱落防止部は、回転軸の先端部よりも熱膨張率が小さく、流体が低温になる程、先端部は、ねじ軸部及び締り嵌め部に圧着する態様とすることができる。例えば、極低温のヘリウムなどの流体を移送する際において、この態様であれば、脱落防止部は、より効果的にインペラの脱落を防止できる。

いくつかの態様において、先端部は、インペラから露出した先端面と、先端面から突き出た雄ねじ部を備え、脱落防止部は、雄ねじ部に螺合して重なる複数のナットであり、ナットの螺合による締結回転方向は、インペラの正転方向である態様とすることができる。インペラが停止等した場合、インペラにかかる慣性力などの正転方向の力は、脱落防止部のナットが締まる方向に作用することになり、インペラの緩みが防止される。一方で、複数のナットを用いることで、いわゆるダブルナットとして機能し、インペラの正転時には、脱落防止部の緩みは防止され、結果として、回転軸からのインペラの脱落を効果的に防止できる。

また、上記の態様において、複数のナットは、回転軸の先端部よりも熱膨張率が小さく、流体が低温になる程、複数のナットは、雄ねじ部、及び先端面に圧着する態様とすることができる。例えば、極低温のヘリウムなどの流体を移送する際において、この態様であれば、脱落防止部である複数のナットは、より効果的にインペラの脱落を防止できる。

また、本発明の一態様は、ねじ孔を含むインペラと、ねじ孔に螺合する雄ねじが設けられていると共に、雄ねじとは別の締結部分がさらに設けられている先端部、を含む回転軸と、締結部分と締結される脱落防止部と、を有し、ねじ孔と雄ねじの締結回転方向と、脱落防止部と締結部分の締結回転方向とが逆である、回転機械である。

この回転機械では、インペラが緩む方向、つまり、ねじ孔と雄ねじの締結回転方向とは逆となる方向に力が作用すると、脱落防止部には締結回転方向に力が作用することになり、インペラの緩みを防止でき、回転軸からのインペラの脱落を効果的に防止できる。

いくつかの態様において、上記の締結部分は、先端部に設けられた第２のねじ孔であり、脱落防止部は、第２のねじ孔と螺合するねじ軸部を含む軸先端ピースとすることができる。インペラが緩む方向に力が作用すると、軸先端ピースのねじ軸部が第２のねじ孔に締め付けられる。その結果、回転軸からのインペラの脱落を効果的に防止できる。

いくつかの態様において、上記の締結部分は、先端部から突出した第２の雄ねじであり、脱落防止部は、第２の雄ねじと螺合するナットとすることができる。インペラが緩む方向に力が作用すると、ナットが第２の雄ねじに締め付けられる。その結果、回転軸からのインペラの脱落を効果的に防止できる。

本発明のいくつかの態様によれば、回転軸からのインペラの脱落を効果的に防止できる。

冷却システム全体を示す概略の説明図である。第１の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。本実施形態に係る回転軸の先端部、インペラ、及び軸先端ピースを拡大して示す断面図である。本実施形態に係る回転軸の先端部、インペラ、及び軸先端ピースを分解して示す断面図である。第２の実施形態に係る脱落防止部を模式的に示す概略の側面図である。

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。

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。

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。

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１４とを備えている。本実施形態では、駆動モータ１４を駆動部の一例として説明する。

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とを備えており、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。

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。

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。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。

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。

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。

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。

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。

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℃程度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。

[回転軸とインペラとの取り付け構造]
次に、図３、及び図４を参照し、第１の実施形態に係る回転軸１３とインペラ１２との取り付け構造について説明する。インペラ１２は、回転軸１３に固定されるボス部４１と、ボス部４１の外周に設けられた羽根部４２とを備え、ボス部４１には、回転軸１３の軸線Ｌａに沿うようにねじ孔４１ａと、インロー孔４１ｂとが縦方向に並んで形成されている。一方で、回転軸１３の先端部５０には、ボス部４１のねじ孔４１ａに螺合する雄ねじ５１と、インロー孔４１ｂに圧入されるインロー部５２とが設けられている。回転軸１３の雄ねじ５１に螺合されるインペラ１２の締結回転方向は、回転によって主冷媒Ｍｆを移送する正転方向Ｄａとは逆の反転方向Ｄｂである。

回転軸１３の先端部５０は、インペラ１２のボス部４１を貫通し、先端面５０ａはボス部４１から露出している。先端部５０には、軸線Ｌａ方向に沿ったねじ孔５０ｂとインロー孔５０ｃとが奥側から順番に設けられており、インロー孔５０ｃの開口端は、回転軸１３の先端面５０ａに形成されている。

回転軸１３の先端部５０には、インペラ１２の脱落を防止する軸先端ピース６０が取り付けられている。軸先端ピース６０は、先端部５０のねじ孔５０ｂに螺合するねじ軸部６１と、インペラ１２のボス部４１に係合してインペラ１２の脱落を防止する頭部６２とを備える。頭部６２の外表面は、インペラ１２の羽根部４２の形状に円滑に連続するように、湾曲凸状に加工されている。軸先端ピース６０のねじ軸部６１の螺合による締結回転方向は、回転によって主冷媒Ｍｆを移送するインペラ１２の正転方向Ｄａである。

また、軸先端ピース６０は、ねじ軸部６１と頭部６２との間に設けられた締り嵌め部６３を備えている。締り嵌め部６３は先端部５０のインロー孔５０ｃの内径よりも径が僅かに大きい円柱状であり、先端部５０のインロー孔５０ｃに圧入されている。本実施形態では、軸先端ピース６０を脱落防止部の一例として説明している。

軸先端ピース６０は、回転軸１３の先端部５０よりも、熱膨張率が小さい材料からなり、例えば、回転軸１３はステンレス系材料等によって形成され、軸先端ピース６０は、チタン系材料等によって形成される。インペラ１２によって移送される主冷媒Ｍｆは極低温である。つまり、常温で回転軸１３、インペラ１２、及び軸先端ピース６０を取り付けた後、実際に主冷媒Ｍｆを移送する際には回転軸１３と軸先端ピース６０との熱膨張率の差により、先端部５０はねじ軸部６１及び締り嵌め部６３に圧着する。

上述の極低温回転機械１０において、回転軸１３に螺合されるインペラ１２の締結回転方向は、主冷媒Ｍｆを移送する正転方向Ｄａとは逆の反転方向Ｄｂである。主冷媒Ｍｆを移送する際、インペラ１２は正転方向Ｄａに回転しながら、移送される主冷媒Ｍｆによって反転方向Ｄｂへの力を受ける。その結果、インペラ１２は、回転軸１３に締め付けられることになる。次に、回転軸１３の正転方向Ｄａへの回転が減速し、または急停止すると、インペラ１２には、慣性力などの正転方向Ｄａへの力が作用することになる。この正転方向Ｄａへの力とは、回転軸１３に対して、相対的に、インペラ１２を正転方向Ｄａに回転させようとする力である。ここで、回転軸１３に対して、インペラ１２が正転方向Ｄａに回転することは、回転軸１３に対してインペラ１２が緩むことを意味するが、回転軸１３には軸先端ピース６０が取り付けられており、軸先端ピース６０により、インペラ１２の回転が規制されるので、インペラ１２の緩みを防止でき、回転軸１３からのインペラ１２の脱落を効果的に防止できる。

具体的には、回転軸１３の先端部５０には、ねじ孔５０ｂとインロー孔５０ｃとが設けられており、軸先端ピース６０には、ねじ孔５０ｂに螺合するねじ軸部６１と、インロー孔５０ｃに圧入される締り嵌め部６３とが設けられている。そして、ねじ軸部６１の螺合による締結回転方向は、インペラ１２の正転方向Ｄａになっている。ここで、回転軸１３が減速し、または急停止すると、インペラ１２及び軸先端ピース６０には、回転軸１３に対して正転方向Ｄａに回転させようとする力が作用する。この正転方向Ｄａへの力は、インペラ１２を緩めようとする一方で、ねじ軸部６１に対しては締まる方向に作用し、その結果、軸先端ピース６０は、インペラ１２の脱落を抑え込むことになる。なお、インペラ１２の正転時には、締り嵌め部６３が作用して軸先端ピース６０の緩みは防止され、結果として、回転軸１３からのインペラ１２の脱落を効果的に防止できる。

また、正転方向Ｄａへの力を受けたインペラ１２は、結果として軸先端ピース６０の頭部６２に接触し、その際に作用する摩擦により、インペラ１２は、頭部６２を介して軸先端ピース６０のねじ軸部６１を締める方向に作用する。その結果、軸先端ピース６０の締結回転方向への回転を促進することになる。

また、特に、軸先端ピース６０が回転軸１３の先端に取り付けられた状態において、軸先端ピース６０の頭部６２とインペラ１２のボス部４１との間に隙間を空けた態様とすることができる。この隙間は、軸先端ピース６０がインペラ１２の脱落防止機能を発揮するにあたり、より効果的に働く。具体的には、インペラ１２が正転方向Ｄａに回転して緩み、回転軸１３から脱落する方向に動くと、この隙間は無くなり、ボス部４１が頭部６２に接触することになる。ここで、インペラ１２のボス部４１が回転を伴いながら頭部６２に接触すると、インペラ１２の正転方向Ｄａへの回転力が、より強く頭部６２に伝わる。その結果、軸先端ピース６０の締結回転方向（正転方向Ｄａ）への回転が促進され、軸先端ピース６０によるインペラ１２の脱落防止機能が、より効果的に働くことになる。

更に、軸先端ピース６０は、回転軸１３の先端部５０よりも熱膨張率が小さいので、移送対象となる主冷媒（流体）Ｍｆが低温になる程、先端部５０は、ねじ軸部６１及び締り嵌め部６３に圧着する態様となり、軸先端ピース６０は、より効果的にインペラ１２の脱落を防止できる。

また、本実施形態に係る極低温回転機械１０は、ねじ孔４１ａを含むインペラ１２と、ねじ孔４１ａに螺合する雄ねじ５１が設けられている回転軸１３とを備えている。回転軸１３の先端部５０には、雄ねじ５１とは別の締結部分であるねじ孔（第２のねじ孔）５０ｂが設けられており、ねじ孔５０ｂには、脱落防止部の一例である軸先端ピース６０のねじ軸部６１が螺合締結されている。更に、ねじ孔４１ａと雄ねじ５１との締結回転方向と、軸先端ピース６０とねじ孔５０ｂとの締結回転方向とは逆になっている。

本実施形態に係る極低温回転機械１０では、インペラ１２が緩む方向、つまり、ねじ孔４１ａと雄ねじ５１の締結回転方向とは逆方向に力が作用したとしても、この逆方向の力は、軸先端ピース６０を締結する方向に作用する。その結果、軸先端ピース６０は、インペラ１２の緩みを防止し、回転軸１３からのインペラ１２の脱落を防止する。特に、脱落防止部として軸先端ピース６０を用い、軸先端ピース６０のねじ軸部６１がねじ孔５０ｂに螺合するので、インペラ１２が緩む方向に力が作用すると、軸先端ピース６０のねじ軸部６１がねじ孔５０ｂに締め付けられ、回転軸１３からのインペラ１２の脱落を効果的に防止できる。

なお、本実施形態におけるねじ孔４１ａと雄ねじ５１の締結回転方向、つまり、雄ねじ５１に対するねじ孔４１ａの締結回転方向は、インペラ１２の反転方向Ｄｂである。また、軸先端ピース６０とねじ孔５０ｂとの締結回転方向、つまり、ねじ孔５０ｂに対する軸先端ピース６０（ねじ軸部６１）の締結回転方向は、インペラ１２の正転方向Ｄａである。しかしながら、インペラ１２の回転軸１３からの脱落防止という観点から考えると、ねじ孔４１ａと雄ねじ５１の締結回転方向と軸先端ピース６０とねじ孔５０ｂとの締結回転方向とが逆であれば良く、従って、各締結回転方向とインペラ１２の正転方向Ｄａ、及び反転方向Ｄｂとの関係が逆であっても良い。

次に、図５を参照し、第２の実施形態に係る回転軸１３とインペラ１２との取り付け構造について説明する。なお、第２の実施形態に係る取り付け構造において、第１の実施形態に係る取り付け構造と実質的に同様の部材、または同様の構造については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

回転軸１３の先端部５０には、ボス部４１のねじ孔４１ａに螺合する雄ねじ５１と、インロー孔４１ｂに圧入されるインロー部５２とが設けられている。回転軸１３の雄ねじ５１に螺合されるインペラ１２の締結回転方向は、回転によって主冷媒Ｍｆを移送する正転方向Ｄａとは逆の反転方向Ｄｂである。

回転軸１３の先端部５０は、インペラ１２のボス部４１を貫通し、先端面５０ａはボス部４１から露出している。更に、先端部５０には、先端面５０ａから軸線Ｌａ方向に沿って突出した雄ねじ部５３を備えている。雄ねじ部５３はインペラ１２のボス部４１から突き出ており、雄ねじ部５３には、二つ（複数）のナット７２が重なるように螺合している。また、雄ねじ部５３はナット７２から突き出ており、この突き出しに螺合するようにキャップ部７３が固定されている。ナット７２の螺合による締結回転方向は、回転によって主冷媒Ｍｆを移送するインペラ１２の正転方向Ｄａである。本実施形態では、二つのナット７２を脱落防止部の一例として説明している。

雄ねじ部５３に螺合されるナット７２は、回転軸１３の先端部５０よりも、熱膨張率が小さい材料からなり、例えば、回転軸１３はステンレス系材料等によって形成され、ナット７２は、チタン系材料等によってされる。インペラ１２によって移送される主冷媒Ｍｆは極低温である。つまり、常温で回転軸１３、インペラ１２、及びナット７２を取り付けた後、実際に主冷媒Ｍｆを移送する際には回転軸１３とナット７２との熱膨張率の差により、先端部５０はナット７２に圧着する。具体的には、先端部５０がナット７２よりも縮むことで、先端部５０のねじ山がナット７２のねじ溝に係合する力が増えて圧着し、また、先端面５０ａがナット７２に圧着する。

第２の実施形態に係る極低温回転機械１０では、回転軸１３に螺合されるインペラ１２の締結回転方向は、主冷媒Ｍｆを移送する正転方向Ｄａとは逆の反転方向Ｄｂである。したがって、主冷媒Ｍｆを移送する際には、インペラ１２は回転軸１３に締め付けられることになる。次に、インペラ１２の回転が停止して、例えば、慣性力によってインペラ１２が正転方向Ｄａに力を受けたとしても、二つのナット７２により、インペラ１２の回転が規制されるので、インペラ１２の緩みを防止でき、回転軸１３からのインペラ１２の脱落を効果的に防止できる。

具体的には、インペラ１２が停止した場合、その慣性力は、ナット７２が締まる方向に作用することになり、インペラ１２の緩みが防止される。一方で、複数のナット７２を用いることで、いわゆるダブルナットとして機能し、インペラ１２の正転時には、脱落防止部の緩みは防止され、結果として、回転軸１３からのインペラ１２の脱落を効果的に防止できる。

更に、ナット７２は、回転軸１３の先端部５０よりも熱膨張率が小さいので、移送対象となる主冷媒（流体）Ｍｆが低温になる程、先端部５０は、ナット７２に圧着する態様となり、ナット７２は、より効果的にインペラ１２の脱落を防止できる。

また、本実施形態に係る極低温回転機械１０は、ねじ孔４１ａを含むインペラ１２と、ねじ孔４１ａに螺合する雄ねじ５１が設けられている回転軸１３とを備えている。回転軸１３の先端部５０には、雄ねじ５１とは別の締結部分である雄ねじ部（第２の雄ねじ）５３が設けられており、雄ねじ部５３には、脱落防止部の一例であるナット７２が螺合締結されている。更に、ねじ孔４１ａと雄ねじ５１との締結回転方向と、ナット７２と雄ねじ部５３との締結回転方向とは逆になっている。

本実施形態に係る極低温回転機械１０では、インペラ１２が緩む方向、つまり、ねじ孔４１ａと雄ねじ５１の締結回転方向とは逆方向に力が作用したとしても、この逆方向の力は、ナット７２を締結する方向に作用する。その結果、ナット７２は、インペラ１２の緩みを防止し、回転軸１３からのインペラ１２の脱落を防止する。特に、脱落防止部としてナット７２を用い、ナット７２が雄ねじ部５３に螺合するので、インペラ１２が緩む方向に力が作用すると、ナット７２が雄ねじ部５３に締め付けられ、回転軸１３からのインペラ１２の脱落を効果的に防止できる。

なお、本実施形態におけるねじ孔４１ａと雄ねじ５１の締結回転方向、つまり、雄ねじ５１に対するねじ孔４１ａの締結回転方向は、インペラ１２の反転方向Ｄｂである。また、ナット７２と雄ねじ部５３の締結回転方向、つまり、雄ねじ部５３に対するナット７２の締結回転方向は、インペラ１２の正転方向Ｄａである。しかしながら、インペラ１２の回転軸１３からの脱落防止という観点から考えると、ねじ孔４１ａと雄ねじ５１の締結回転方向とナット７２と雄ねじ部５３との締結回転方向とが逆であれば良く、従って、各締結回転方向とインペラ１２の正転方向Ｄａ、及び反転方向Ｄｂとの関係が逆であっても良い。

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、極低温の流体を移送する態様を説明したが、これらに限定されず、常温の流体等を移送する回転機械であってもよい。

本発明は、流体を移送する回転機械において広く応用でき、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。

３循環ライン
３ａ配管
１０極低温回転機械（回転機械）
１２インペラ
１３回転軸
５０先端部
５０ｂねじ孔
５０ｃインロー孔
５３雄ねじ部
６０軸先端ピース（脱落防止部）
６１ねじ軸部
６３締り嵌め部
７２ナット（脱落防止部）
Ｄａ正転方向
Ｄｂ反転方向

Claims

流体を移送する回転機械であって、
回転によって前記流体を移送するインペラと、
前記インペラを貫通すると共に、前記インペラに螺合される先端部を備えた回転軸と、を備え、
前記回転軸に螺合される前記インペラの締結回転方向は、前記流体を移送する正転方向とは逆の反転方向であり、
前記先端部には、前記インペラが前記正転方向に力を受けた際に、前記インペラの回転を規制する脱落防止部が取り付けられており、
前記先端部には、軸線方向に沿ったねじ孔とインロー孔とが奥側から順番に設けられており、
前記脱落防止部は、前記ねじ孔に螺合するねじ軸部と、前記インペラに当接して係止する頭部と、前記ねじ軸部と前記頭部との間に設けられ、前記インロー孔に圧入され、前記ねじ軸部の軸方向に直交する径方向で前記インロー孔に圧着される締り嵌め部と、を備え、
前記ねじ軸部の螺合による締結回転方向は、前記インペラの正転方向であり、
前記脱落防止部は、前記回転軸の前記先端部よりも熱膨張率が小さく、前記流体が低温になる程、前記先端部の前記インロー孔は、前記締り嵌め部に圧着する、回転機械。
ねじ孔を含むインペラと、
前記ねじ孔に螺合する雄ねじが設けられていると共に、前記雄ねじとは別の締結部分がさらに設けられている先端部、を含む回転軸と、
前記締結部分と締結される脱落防止部と、を有し、
前記ねじ孔と前記雄ねじの締結回転方向と、前記脱落防止部と前記締結部分の締結回転方向とが逆であり、
前記締結部分は、前記先端部に設けられると共に、奥から順番に設けられた第２のねじ孔とインロー孔であり、
前記脱落防止部は、前記第２のねじ孔と螺合するねじ軸部と、前記インロー孔に圧入され、前記ねじ軸部の軸方向に直交する径方向で前記インロー孔に圧着される締り嵌め部と、を備えた軸先端ピースであり、
前記軸先端ピースは、前記回転軸の前記先端部よりも熱膨張率が小さく、前記インペラによって移送される流体が低温になる程、前記先端部の前記インロー孔は、前記締り嵌め部に圧着する、回転機械。