JPH09239484A - 遠心圧縮機用羽根車の製造方法及び製造用治具 - Google Patents

遠心圧縮機用羽根車の製造方法及び製造用治具

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JPH09239484A
JPH09239484A JP4501096A JP4501096A JPH09239484A JP H09239484 A JPH09239484 A JP H09239484A JP 4501096 A JP4501096 A JP 4501096A JP 4501096 A JP4501096 A JP 4501096A JP H09239484 A JPH09239484 A JP H09239484A
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JP
Japan
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disk
blades
manufacturing
impeller
centrifugal compressor
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JP4501096A
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Naoyuki Hashimoto
直行 橋本
Mitsuo Oyama
光男 大山
Iwao Kawashima
巖 川嶋
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IHI Corp
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IHI Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 羽根が3次元形状をなしている場合にあって
も、その影響を低減しながら、大型化への対応を容易に
するとともに、製造コストの低減、羽根車の精度向上を
図る。 【解決手段】 ディスクを鍛造するとともに、複数の羽
根を精密鋳造により成形し、複数の羽根をディスクに組
み合わせて羽根の位置を設定した後、複数の羽根とディ
スクとを溶接し、熱処理により所定の機械的性質を付与
した状態としてから、羽根及びディスクを精密仕上げし
て所望形状及び寸法に仕上げる技術が採用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、遠心圧縮機用羽根
車の製造方法及び製造用治具に係り、特に、精度向上と
製造の容易化とを図るものである。
【0002】
【従来の技術】図5は、遠心圧縮機の羽根車(インペ
ラ)の構造例を示すものである。該羽根車(インペラ)
は、傘状のディスク1に、例えば2種類の長さを有する
長羽根2と短羽根3とが一体に複数配されたものであ
り、両羽根2,3が、薄い板を捻ったような3次元形状
とされるとともに、厚さを徐々に変化させたものとなっ
ている。
【0003】このような構造の羽根車を製造する方法と
して、次のような手法が考えられ、形状の単純なものや
小型のものについては一部実施されている。 (1)ステンレス鋼等の所望材料を精密鋳造することに
より、一体成形する方法。 (2)マシニングセンタ等の精密切削機械を使用して円
柱または円盤状ブロックから削り出す方法。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の精密鋳
造法であると、羽根の部分が3次元形状であるために
鋳造時や鋳造後に収縮及び変形し易い、ディスクの厚
さの変化が大きいために厚肉部にピンホール等の欠陥が
発生し易くなる、形状の複雑化に伴い鋳造が困難にな
り、設備費の増大を招く等の課題が残され、後者の削り
出し法であると、切削量の増大とともに切削コスト、
材料コストが大幅に増加する、機械設備の制限を受け
易い等の課題が残される。そして、これらの傾向は、羽
根車の大型化とともに顕著になる。
【0005】本発明は、これらの課題に鑑みてなされた
もので、以下の目的を達成しようとするものである。 1)羽根の部分の3次元形状による影響を受けにくし、
大型化への対応を容易にすること。 2)製造コストの低減を図ること。 3)羽根車の精度向上を図ること。 4)製造設備による制限を緩和して、羽根車の大型化を
可能とすること。
【0006】
【課題を解決するための手段】ディスクを傘状等の所望
形状に鍛造する工程と、鍛造されたディスクを切削加工
して各部の形状及び寸法を設定する工程と、複数の羽根
を精密鋳造により成形する工程と、複数の羽根をディス
クに組み合わせて羽根の位置を設定する工程と、複数の
羽根とディスクとの接合箇所を溶接する工程と、羽根及
びディスクを熱処理して金属組織をマルテンサイト化す
る工程と、マルテンサイト化した羽根及びディスクを精
密仕上げして所望形状及び寸法に仕上げる工程とを有す
る技術が採用される。複数の羽根とディスクとの組み合
わせにより、これらの接合箇所に角度の等しい溶接開先
を形成する技術が採用される。羽根とディスクとの組み
合わせ後、複数の羽根とディスクとの接合箇所に、溶接
作業に先立って仮溶接を施して位置ずれの発生を妨げる
ことが望ましい。接合箇所の溶接作業に先立って、複数
の羽根の回りに金属リングを外嵌するとともに、金属リ
ングと複数の羽根との接触箇所を仮溶接して、溶接時の
変形及び変位の発生を妨げることが望ましい。複数の羽
根とディスクとを組み合わせる際に、ディスクの表面に
治具を配して、該治具に複数の羽根を当接させることに
より、複数の羽根とディスクの表面との間に角度の一定
な溶接開先を形成する。治具にあっては、ディスクの裏
面に半径外方向に突出した状態に当接する位置決めリン
グと、該位置決めリングに組み合わされてディスクの表
面に当接状態とされるスペーサと、該スペーサと組み合
わせ状態にディスクの表面に半径方向に沿って配される
第1の当て板と一体に立上げられる支持板と、該支持板
に支持されて第1の当て板から離間した箇所に配される
第2の当て板と、位置決めリングと第1の当て板と第2
の当て板とを着脱可能に組み付ける締結具とを具備する
ものが採用される。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る遠心圧縮機用
羽根車の製造方法及び製造用治具の一実施形態につい
て、図1ないし図5に基づいて説明する。
【0008】図1は、遠心圧縮機用羽根車の製造工程の
実施状況を示している。以下、遠心圧縮機用羽根車の製
造例について、図2ないし図4を参照しながら、工程順
に説明する。
【0009】〔ディスクの製造〕 S1:ディスク1にあっては、図2及び図3に示すよう
に、所望形状である傘状でかつ湾曲面状の表面1aを有
する形状に、鍛造技術に基づき、ステンレス鋼等の所望
の金属材料により製造される(鍛造される)。 S2:鍛造されたディスク1は、適宜機械を利用した切
削加工により、各部の形状及び寸法が設定される。
【0010】〔羽根の製造〕 S3:長羽根2及び短羽根3(両羽根2,3)にあって
は、前述したように、薄い板を捻ったような3次元形状
で、かつ、厚さを徐々に変化させたものとする必要があ
るが、これらの両羽根2,3は、大小等の種類別に複数
の金型を用意しておいて、これに基づく精密鋳造により
成形される。両羽根2,3にあっても、ステンレス鋼等
の所望の金属材料により製造される。 S4:精密鋳造によって製造した両羽根2,3は、高い
精度で形成される。したがって、寸法調整等の仕上げ加
工を必要としない場合が多いが、必要に応じて仕上げ加
工が付加される。
【0011】〔ディスク及び羽根の組み合わせ〕 S5:個々に製造されたディスク1及び両羽根2,3
は、治具10を使用して組み付けられる。
【0012】該治具10にあっては、ディスク1の裏面
に半径外方向に突出した状態に当接させられ両羽根2,
3の配列に合わせたピッチの位置合わせ穴(タップ穴)
11aとピンを立てた状態とする位置合わせ穴(ピン
穴)11bとが交互に複数対形成された位置決めリング
11と、該位置決めリング11と組み合わされてディス
ク1の表面1aに当接させられるスペーサ12と、該ス
ペーサ12と組み合わされて図2に示すようにディスク
1の半径方向に沿って配される第1の当て板13と、該
第1の当て板13と一体に立上げられる支持板14と、
該支持板14に支持されて第1の当て板13から離間し
た箇所にディスク1の半径方向に沿って配される第2の
当て板15と、位置決めリング11と第1の当て板13
と第2の当て板15とを着脱可能に組み付けるボルト,
ナット等からなる締結具(ボルト)16と、これらの組
み付けを補助して第1の当て板13をスペーサ12に固
定するボルト17A,位置決めピン(位置合わせピン)
17B及びガイドピン17Cとを具備するものが採用さ
れる。
【0013】S6:治具10をディスク1に取り付けた
状態として、両羽根2,3の位置決めが行なわれる。図
2及び図3に示すように、ディスク1の裏面に位置決め
リング11を当て、ディスク1の表面にスペーサ12を
当て、締結具16及び位置決めピン17Bを位置合わせ
穴11a,11bに嵌合させるとともに、これら位置決
めリング11及びスペーサ12を締結具16で締結して
ディスク1を挟んだ状態とする。また、第1の当て板1
3及び第2の当て板15をボルト17Aを回転中心とし
て若干回動させ、ガイドピン17Cを位置決めリング1
1の外周部に接触させて、第1の当て板13及び第2の
当て板15の側部13a,15aの位置を設定する。
【0014】位置を設定した第1の当て板13及び第2
の当て板15の側部13a,15aに、両羽根2,3を
立て懸けるように接触させることにより、各羽根2,3
の位置が設定される。なお、全組の羽根2,3につい
て、治具10を取り付けることにより、同様に位置を設
定する。
【0015】各羽根2,3について、取り付け位置を設
定することにより、図4に示すように、各羽根2,3と
ディスク1の表面1aとの間に、角度αの等しい溶接開
先Wが形成される。ディスク1と羽根2,3との接合箇
所には、溶接開先Wによる溶接作業に先立って仮溶接が
施され、以下の溶接作業による位置ずれや変形の発生の
抑制がなされる。
【0016】さらに、各羽根2,3の回りには、各羽根
2,3の側部が図5に示すように、傾斜状態となってい
ることに基づき、複数の金属リング(補強リング)18
が外嵌されるとともに、図2に示すように、金属リング
18と各羽根2,3との接触箇所を仮溶接して、位置ず
れを抑制することにより、溶接時の変形及び変位の発生
を妨げることが行なわれる。なお、位置決めに使用され
た治具10は、以下に説明する溶接作業に先立って撤去
される。
【0017】〔溶接開先による溶接〕 S7:各羽根2,3を固定状態とした後、各羽根2,3
とディスク1の表面1aとの接合箇所、つまり、溶接開
先Wに溶接を施すことにより、各羽根2,3がディスク
1の表面1aに取り付けられる。この場合の溶接作業
は、溶接開先Wの角度αが全部の溶接開先Wについて一
定となっているため、各羽根2,3の厚さを考慮して実
施される。
【0018】〔熱処理〕 S8:溶接により組み付けられた羽根車は、高温状態ま
での加熱及び急冷等の熱処理により、金属組織のマルテ
ンサイト化が促進される。
【0019】各羽根2,3をディスク1に取り付けた
後、各羽根2,3の回りに取り付けた金属リング18に
あっては、除去される。
【0020】S9:マルテンサイト化した羽根車は、精
密仕上げが施されて、ディスク1及び各羽根2,3を所
望形状及び寸法となるように加工される。この際に、溶
接歪みによる僅かな寸法の変化や、前述の金属リング1
8の取り付け痕の除去等の切削または研磨加工が行なわ
れ、精度の高い羽根車(インペラ)が製造されることに
なる。
【0021】
【発明の効果】本発明に係る遠心圧縮機用羽根車の製造
方法及び製造用治具によれば、以下のような効果を奏す
る。 (1) ディスクの部分を鍛造するとともに、羽根の部
分を精密鋳造により成形して、これらを組み合わせる手
法を採用することにより、全体の製作性を向上させ、か
つ低コスト化を図ることができる。 (2) 羽根の部分のみを精密鋳造することにより、3
次元形状をなす場合や複雑な形状をなす場合にあって
も、高い精度で製作することができる。また、ディスク
表面と一定の角度をなすような複雑な溶接開先も作り込
むことができる。 (3) 複数の羽根とディスクとを溶接する構造とする
ことにより、羽根の大きさが複数となる場合や、形状が
異なる場合にあっても組み合わせの融通性を得て、仕様
の変更に対応することができる。 (4) 鍛造と精密鋳造との組み合わせにより、最終的
な仕上げ加工を単純化し、かつ加工代を小さくして、加
工労力を低減することができる。 (5) 複数の羽根とディスクとを組み合わ時に、治具
を使用して位置合わせをすることにより、羽根の配置精
度の向上に加えて溶接作業性を高めることができる。 (6) 複数の羽根とディスクとを個々に精密加工する
ことにより、機械設備の制限を少なくし、羽根車の大型
化を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る遠心圧縮機用羽根車の製造方法に
よる製造工程の実施状況を示すフローチャートである。
【図2】本発明に係る遠心圧縮機用羽根車の製造方法の
実施状況を示す一部の記載を省略した正断面図である。
【図3】本発明に係る遠心圧縮機用羽根車の製造方法の
実施状況を示す一部の記載を省略した平面図である。
【図4】図2に示す羽根の溶接開先の状況を示す一部の
記載を省略した斜視図である。
【図5】遠心圧縮機用羽根車の構造例を示す斜視図であ
る。
【符号の説明】
1 ディスク 1a 表面 2 長羽根(羽根) 3 短羽根(羽根) 10 治具 11 位置決めリング 11a 位置合わせ穴(タップ穴) 11b 位置合わせ穴(ピン穴) 12 スペーサ 13 第1の当て板 13a 側部 14 支持板 15 第2の当て板 15a 側部 16 締結具(ボルト) 17A ボルト 17B 位置決めピン(位置合わせピン) 17C ガイドピン 18 金属リング(補強リング) W 溶接開先
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F04D 29/28 F04D 29/28 R

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ディスク(1)を鍛造する工程と、鍛造
    されたディスクを切削加工する工程と、複数の羽根
    (2,3)を精密鋳造する工程と、複数の羽根をディス
    クに組み合わせて羽根の位置を設定する工程と、複数の
    羽根とディスクとの接合箇所を溶接する工程と、羽根及
    びディスクを精密仕上げする工程とを有することを特徴
    とする遠心圧縮機用羽根車の製造方法。
  2. 【請求項2】 複数の羽根(2,3)とディスク(1)
    との溶接後に、羽根及びディスクを熱処理して金属組織
    をマルテンサイト化する工程を付加することを特徴とす
    る請求項1記載の遠心圧縮機用羽根車の製造方法。
  3. 【請求項3】 複数の羽根(2,3)とディスク(1)
    との組み合わせにより、これらの接合箇所に角度の等し
    い溶接開先(W)を形成することを特徴とする請求項1
    または2記載の遠心圧縮機用羽根車の製造方法。
  4. 【請求項4】 接合箇所の溶接作業に先立って、複数の
    羽根(2,3)の回りに金属リング(18)を外嵌し、
    金属リングと複数の羽根との接触箇所を仮溶接して固定
    状態とすることを特徴とする請求項1、2または3記載
    の遠心圧縮機用羽根車の製造方法。
  5. 【請求項5】 複数の羽根(2,3)とディスク(1)
    とを組み合わせる際に、ディスクの表面(1a)に治具
    (10)を配して、該治具に複数の羽根を当接させて位
    置決めを行なうことを特徴とする請求項1、2、3また
    は4記載の遠心圧縮機用羽根車の製造方法。
  6. 【請求項6】 複数の羽根(2,3)とディスク(1)
    とを組み合わせる際に、これらの位置決めを行なう治具
    (10)であって、ディスクの裏面に半径外方向に突出
    した状態に当接する位置決めリング(11)と、該位置
    決めリングに接続されディスクの表面(1a)に配され
    る第1の当て板(13)と、該第1の当て板に接続され
    第1の当て板から離間した箇所に配される第2の当て板
    (15)と、位置決めリングと第1の当て板と第2の当
    て板とを着脱可能に組み付ける締結具(16)とを具備
    することを特徴とする遠心圧縮機用羽根車製造用治具。
JP4501096A 1996-03-01 1996-03-01 遠心圧縮機用羽根車の製造方法及び製造用治具 Withdrawn JPH09239484A (ja)

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