JPH07286597A

JPH07286597A - 遠心式圧縮機用インペラ

Info

Publication number: JPH07286597A
Application number: JP8065994A
Authority: JP
Inventors: Hidemasa Ogose; 英雅生越; Kazuo Aizawa; 和夫相沢; Kanetoshi Hayashi; 謙年林; Toshiaki Otsuka; 俊明大塚
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1994-04-19
Filing date: 1994-04-19
Publication date: 1995-10-31
Anticipated expiration: 2015-08-07
Also published as: JP3075071B2

Abstract

(57)【要約】【目的】軽量化が可能でかつ製作が容易なインペラを
提供する。【構成】孔８とスリット９からなる取付け部１０を有
するハブ２と、取付け部１０に嵌合された羽根１とを備
えたインペラにおいて、（イ）羽根１は、実質的に、棒
６とこの棒を内側に挟みそこを折り返し部１１として折
り重ねられた薄板５とからなり、（ロ）薄板の折り返し
部１１が孔８に、折り重ねられた薄板５の一部がスリッ
ト９にそれぞれ嵌合されていることを特徴とするインペ
ラ。【効果】靱性が高い薄板を用いるので羽根が薄肉化さ
れ、インペラ全体を軽量化できる。羽根の切削加工が不
要なため、材料の歩留りが飛躍的に向上し、製作・加工
が容易である。孔８に折り返し部１１を嵌合させると、
折り返し部１１の内側の棒６が変形して形状の違いを吸
収するので、取付け部の加工精度を高くしなくても実施
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、遠心式圧縮機等の高
速回転用のインペラ（羽根車）に関する。

【０００２】

【従来の技術】海水の淡水化プラント等では、減圧下で
水蒸気等の蒸気を蒸発させて圧縮することにより、塩分
等の不純物を除去する蒸気圧縮方式の設備が設置される
ことがある。この場合、蒸気の圧縮には遠心式圧縮機が
用いられる。例えば、特開昭６０−６２５３９号公報記
載の技術は、真空容器から水蒸気を取り出すのに遠心式
圧縮機を用いている。また、雑誌「化学工場」２５巻第
１号ｐ．８６〜９２記載の技術は、「ステンレス性可撓
性刃翼からなる特殊な圧縮機」を用いている。

【０００３】減圧下での水蒸気の比容積は、例えば４．
６Ｔｏｒｒで２０６．３ｍ³／ｋｇであり、大気圧での
比容積１．６７３ｍ³／ｋｇの約１２３倍もの容積を占
めることになる。そのため、質量流量が少なくても風量
としてはかなり大きくなる。その結果、遠心式圧縮機の
インペラの径は大きくなり、かつ、回転速度も大きい。
例えば、質量流量１０００ｋｇ／ｈ、入口圧力４．２ｔ
ｏｒｒ、出口圧力７．５ｔｏｒｒの場合、インペラの仕
様は、風量３７３０ｍ³／ｍｉｎ、インペラの径１４８
７ｍｍ、回転数４８１７ｒｐｍとなる。この時、インペ
ラの周速は３７５ｍ／ｓとなる。

【０００４】このような高速回転するインペラには、何
よりもまず高い比強度と靱性が要求される。比強度は、
高速回転に伴う遠心力による羽根の自重による破断を防
ぐため高いことが要求される。比強度が十分高くても、
靱性が低いと衝撃に弱くなり羽根が破壊し易くなる。羽
根の一部でも破壊すると、高速回転するインペラにおい
ては破片の衝突が一瞬の内に連鎖的に起こり、全部の羽
根の破壊に到る事故となる。

【０００５】インペラには種々の構造のものがあり、通
常、知られているものは、羽根とハブとが一体削り出
し加工されたインペラ、羽根がハブに溶接されたイン
ペラ、羽根をハブの取付け部に嵌合させたインペラ等
である。

【０００６】図５は、従来技術の羽根をハブの取付け
部に嵌合させたインペラについて、羽根とハブの構造を
示す詳細図である。図中、１は羽根、２はハブ、８は
孔、９はスリット、１０は取付け部、１２は嵌合部をそ
れぞれ示す。羽根１は、厚板から削り出されており、羽
根１の嵌合部１２が、ハブ２の取付け部１０に嵌合させ
て、インペラを構成するようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】まず、羽根とハブと
が一体削り出し加工されたインペラは、羽根の部分の軽
量化が困難である。これは、インペラを削り出す前の素
材の加工度が低いため、羽根の靱性が低いことを補う必
要があり、羽根が厚くなったり、リブをつけたりするこ
とによる。この場合、素材は一般に鍛造されているが、
寸法が大きいので、圧延材等に比べて加工度が低くなる
ことは避けられない。

【０００８】このように、一体削り出し加工されたイン
ペラは、羽根が厚くなるのでハブの部分が大型化し、軽
量化が困難となる。その結果、圧縮機の軸受けが大型化
し、運転時の機械的損失が大きくなり、モータの容量も
大きくなるなど、効率の悪い圧縮機となる。また、一体
削り出し加工するためには、大型の素材の鍛造や熱処理
が必要であり、更に大型の工作機械も必要であるから、
加工・製作が困難である。更に、当然のことながら、材
料の歩留りは最も悪い。

【０００９】次に、羽根がハブに溶接されたインペラ
では、溶接部の靱性が低い。従って、特に靱性の高い溶
接金属を用いたり、特別な溶接方法や条件で製作する必
要があり、製造コストが増加する。しかし、溶接作業に
そのような注意を払っても、溶接部の熱影響部は一般に
組織が粗大化するので、特に羽根の付け根の部分の靱性
が低下することが多い。

【００１０】最後に、羽根をハブの取付け部に嵌合さ
せたインペラは、羽根を削り出す材料に厚板を用いるこ
とができる。従って、一体削り出し加工の材料である鍛
造材に比べて材料の加工度は高いので、羽根の薄肉化即
ち軽量化が可能となる。しかし、削り出しにより羽根を
形成する必要があるので、加工のコストはやはり高く、
材料の歩留りも悪い。

【００１１】また、一般に板厚の中央部は結晶粒度が粗
く靱性が低いが、削り出しにより羽根に形成されるのは
板厚の中央部付近の材料であり、羽根の靱性が低くなる
ことが避けられない。これについては、羽根の部分に別
途鍛造等の加工を施して対処することはできるが、羽根
を個々に鍛造加工するのはコストがかかり、現実的では
ない。

【００１２】更に、羽根の嵌合部（図５の１２）とハブ
の取付け部（同１０）については、嵌合が緩いと運転中
の羽根のズレやガタツキが生じ、逆に嵌合がきついと取
付け部の部分手直し等が必要となる。従って、これらの
加工においては、高い加工精度（例えば許容誤差：−
０，＋数１０μｍ）が要求されることになり、これも加
工コストを押し上げる要因となっている。

【００１３】この発明は、これらの問題を解決するた
め、軽量化が可能でかつ製作が容易なインペラを提供す
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明は、外周に開口
したスリットとそれに連接して設けられた孔とからなる
取付け部を有するハブと、この取付け部に嵌合される羽
根とを備えたインペラにおいて、（イ）前記羽根は、実
質的に、棒とこの棒を内側に挟みそこを折り返し部とし
て折り重ねられた薄板とからなり、（ロ）羽根の折り返
し部が前記孔に、折り重ねられた薄板の一部が前記スリ
ットに、それぞれ嵌合されていることを特徴とする遠心
式圧縮機用インペラである。

【００１５】

【作用】一般に、薄板は、鍛造品や厚板に比べて加工度
が高いので組織が微細となっており、靱性が高い。従っ
て、羽根を薄板で製作することにより、羽根の薄肉化が
可能となる。羽根の製作については、基本的に薄板を羽
根の幅と長さに応じて切断すれば、後は曲げ加工とプレ
ス成形により製作できる。

【００１６】この羽根の折り返し部を、ハブの孔に嵌合
させると、折り返し部に挟まれた棒が変形する。これに
より、ハブの孔と羽根の折り返し部の形状の違いが吸収
される。また、ハブのスリットの寸法を、薄板の折り重
ねられた部分の厚さに合わせて加工すれば、羽根とスリ
ットとの嵌合により羽根がハブに固定される。

【００１７】

【実施例】図１は、発明の実施例の１つとしてインペラ
の構造を示す構造図である。図中、１は羽根、２はハ
ブ、３は回転軸、１０は取付け部をそれぞれ示す。図２
は、羽根１および取付け部１０の詳細図である。図中、
５は薄板、６は棒、７は接合部分、１１は折り返し部、
８は孔、９はスリットをそれぞれ示す。その他の符号
は、図１と同じである。

【００１８】ここでは、棒６に丸棒を用いている。薄板
５は、折り返し部１１で、丸棒６に巻き付くような形で
折り重ねられている。薄板５の合わせ面は、接合部分７
により接合されている。羽根の製作の一例を説明する。
まず、薄板をＵ字型に折り曲げて丸棒６を挟む。次い
で、プレス加工により薄板を折り重ね、折り返し部１１
が丸棒６を挟みこむようプレス成形する。最後に、薄板
５の合わせ面を溶接等により接合する。

【００１９】接合部分７は、この実施例では、薄板５の
合わせ面の周囲に溶接（スポット溶接）により設けられ
ているが、シーム溶接でもよい。また、接合部分は、周
囲のみに限らず全面に設けてもよい。また、接合には接
着材等を用いてもよい。

【００２０】羽根の大半の部分（折り返し部１１を除い
た部分）については、薄板を加工せずそのまま用いてい
るので靱性が高い。また、薄板を長手方向に板取りして
おけば、靱性が高くなる。

【００２１】ハブの取付け部のスリット９は、切削加工
により製作する。この寸法は薄板の厚さの２倍にしてお
けば、折り重ねられた薄板を嵌合させることで、羽根を
ハブに確実に固定することができる。

【００２２】ハブの取付け部の孔８の加工精度は、多少
低くてもよい。特に、折り返し部１１の内側に挟まれた
棒６の強度より羽根の薄板５の強度が高ければ、羽根の
嵌合の際は棒６の断面が多少変形するので、折り返し部
１１との馴染みがよくなる。これと同時に、羽根の折り
返し部の薄板がハブの取付け部の側面に均一に押しつけ
られ、嵌合部における残留応力が均一化されるので、羽
根の嵌合部が破壊しにくくなる。

【００２３】インペラの運転時、折り返し部１１には遠
心力による引抜き力が作用するが、この力は薄板５にお
いては張力として作用する。従って、薄板の強度が高け
れば折り返し部１１で破壊することはない。なお、折り
返し部の曲げ加工は冷間加工で行われるが、曲げ加工の
際に亀裂が生じなければ問題はない。通常の金属薄板で
あれば、１ｔ曲げ（曲げ半径が板厚に等しい曲げ加工）
程度は可能であり、特に延性の低い薄板でない限り、羽
根の材料として用いることが可能である。

【００２４】遠心力による引抜き力については、従来技
術では、例えば前述の図５で説明すると、嵌合部１２と
孔９の接触面に抗力が作用し、その結果、羽根１の嵌合
部１２の内部に剪断応力が発生する。従って、羽根１の
嵌合部１２の強度自体が高いことが必要であり、これは
嵌合部の加工を困難にする。この発明では、引抜き力は
羽根１の薄板５に張力として作用し、折り返し部１１の
内側に挟まれた棒６に対して、その断面積を収縮させる
力即ち圧縮力を及ぼす。

【００２５】一般に、材料の応力が、圧縮応力の場合
は、剪断応力に比べ破壊応力が高いので、棒は破壊しに
くい。実際には、棒が脆性材料でなければ即ちある程度
の延性があれば、棒が破壊することはない。従って、棒
に通常の金属棒を用いれば特に問題ない。このように、
この発明では薄板５の強度が高ければ、遠心力による引
抜き力に十分対抗できることになる。なお、棒６は、丸
棒でなく多角形でもよく、中空の管でもよい。

【００２６】このように、この発明では、強度の高い薄
板と延性のある棒を組み合わせることにより、嵌合部も
含めて高い強度でかつ取付け部によく嵌合する羽根を得
ることができる。なお、薄板５の材料は、アルミ、チタ
ン、又はこれらの合金等、軽量で強度の高いものが望ま
しい。また、これらは、耐蝕性等用途に応じて選択する
のは言うまでもない。

【００２７】図３は、別の実施例を示す図である。ここ
では、薄板５の全面を重ね合わせるのではなく、一部の
面のみ重ね合わせてある。このようにして、羽根１を軽
量化することもできる。図４は、更に別の実施例を示す
図である。ここでは、羽根１を構成する薄板５を折り曲
げて、羽根の剛性を高くしている。

【００２８】

【発明の効果】靱性が高い薄板を用いるので、羽根の薄
肉化が可能である。その結果、インペラ全体を軽量化で
きる。また、羽根の切削加工が不要なため、材料の歩留
りが飛躍的に向上するとともに、製作・加工が容易であ
る。

【００２９】ハブの取付け部に羽根の折り返し部を嵌合
させると、折り返し部の内側に挟まれた棒が変形して形
状の違いを吸収するので、ハブの取付け部の加工精度を
特に高くしなくても容易に実施できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の１つのインペラの構造を示す構造図。

【図２】羽根１および取付け部１０の詳細図。

【図３】別の実施例を示す図。

【図４】更に別の実施例を示す図。

【図５】従来の技術における羽根１および取付け部１０
の詳細図。

【符号の説明】

１羽根２ハブ５薄板６棒８孔９スリット１０取付け部１１折り返し部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大塚俊明東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外周に開口したスリットとそれに連接し
て設けられた孔とからなる取付け部を有するハブと、こ
の取付け部に嵌合される羽根とを備えたインペラにおい
て、（イ）前記羽根は、実質的に、棒とこの棒を内側に
挟みそこを折り返し部として折り重ねられた薄板とから
なり、（ロ）羽根の折り返し部が前記孔に、折り重ねら
れた薄板の一部が前記スリットに、それぞれ嵌合されて
いることを特徴とする遠心式圧縮機用インペラ。