WO2012077422A1 - 回転機械 - Google Patents

Abstract

【課題】製造時の作業性が良好で、かつ、回転時におけるインペラとシャフトとのズレを抑制できる回転機械の提供。 【解決手段】回転するシャフトと、前記シャフトに嵌合される略円筒状のハブを有し前記ハブの先端から後端に向うにつれて径方向外側に拡がるように設けられたディスクと前記ディスクの表面に設けられた複数のブレードと、を有するインペラと、を備えた回転機械において、前記ハブは、前記シャフトの半径よりも小さい内半径を有する固締部と、前記固締部の前記内半径よりも大きい内半径を有する緩締部とを有し、前記緩締部は、前記固締部よりも前記ハブの前記先端側に設けられている。

Description

回転機械

　この発明は、インペラを備えた回転機械に関する。
　本願は、２０１０年１２月８日に日本出願された特願２０１０－２７３５８９に基づいて優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　産業用圧縮機やターボ冷凍機、小型ガスタービンなどの回転機械に用いられる遠心圧縮機は、シャフトに固定されたディスクに、複数のブレードを設けたインペラを備えている。遠心圧縮機は、インペラを回転させることにより、ガスに圧力エネルギー及び速度エネルギーを与えている。

　図６は、インペラ２０１を備えた従来の回転機械の説明図である。
　例えば、特許文献１の回転機械は、ディスク２０３、ブレード２０４、およびカバー２０６により構成されたインペラ２０１を備えている。インペラ２０１の軸方向における所定位置に、スリーブ部２０５がインペラ２０１と一体形成されている。このスリーブ部２０５を前記所定位置でシャフト２０２に焼き嵌めすることにより、インペラ２０１はシャフト２０２に固定されている。

　特許文献１には、スリーブ部２０５の内半径をＲとし、長さＬの範囲における厚さをＴとしたとき、インペラ２０１の遠心力がスリーブ部２０５に影響を与えない長さＬは、以下に示す（１）式で示されることが教示されている。

　すなわち、特許文献１には、（１）式を満たすように、長さＬを設定することにより、回転中の遠心力に伴うインペラ２０１の内径の径方向変位が、スリーブ部２０５に影響を及ぼすのを抑制し、インペラ２０１とシャフト２０２とがずれることなく、安定した運転が保持されることが教示されている。

米国特許第４６９７９８７号

　一般に、カバー２０６、ブレード２０４およびディスク２０３は別々の部品として成型され、その後、溶接等によりディスク２０３にブレード２０４およびカバー２０６が装着される。

　特許文献１のインペラ２０１の場合、スリーブ部２０５は、（１）式を満たすように、ディスク２０３の内周部Ｂから長さＬだけ離間した位置に配置されている。つまり、スリーブ部２０５は、軸方向におけるディスク２０３のブレード２０４およびカバー２０６が装着される側に突出するように配置されている。
　このため、溶接等によりディスク２０３にブレード２０４およびカバー２０６を装着する際、ディスク２０３から突出したスリーブ部２０５が邪魔となり、作業性が悪化するという問題があった。

　また、近年の回転機械に用いられる遠心圧縮機は、高出力化や高回転化等の性能向上が要求されている。
　一般に、特許文献１のインペラ２０１の半断面の重心は、ブレード２０４やカバー２０６等が設けられたディスク２０３側に配置される。すなわち、インペラ２０１の半断面の重心は、スリーブ部２０５から大きく離間した位置に配置される。

　特許文献１によれば、長さＬだけ離間してスリーブ部２０５を配置することにより、遠心力によるインペラ２０１の径方向変位がスリーブ部２０５に影響を及ぼすのを抑制できる。
　しかしながら、インペラ２０１の半断面の重心とスリーブ部２０５とが大きく離間することになるため、スリーブ部２０５は、インペラ２０１の遠心力により径方向外側に広がりやすい。特に、インペラ２０１のさらなる高出力化および高回転化が進むと、インペラ２０１の径方向変位の影響を抑制しきれないおそれがある。したがって、スリーブ部２０５が拡がりインペラ２０１とシャフト２０２との間にズレが生じ、回転機械の性能が低下するおそれがある。

　そこで本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、製造時の作業性が良好で、かつ、回転時におけるインペラとシャフトとのズレを抑制できる回転機械の提供を課題とする。

　上記の課題を解決するため、本発明の回転機械は、回転するシャフトと、前記シャフトに嵌合される略円筒状のハブを有し前記ハブの先端から後端に向うにつれて径方向外側に拡がるように設けられたディスクと前記ディスクの表面に設けられた複数のブレードとを有するインペラと、を備えた回転機械であって、前記ハブは、前記シャフトの半径よりも小さい内半径を有する固締部と、前記固締部の前記内半径よりも大きい内半径を有する緩締部と、を有し、前記緩締部は、前記固締部よりも前記ハブの前記先端側に設けられている。

　本発明によれば、ブレードはディスクの表面に設けられており、ハブはディスクの表面から突出することなく設けられている。そのため、ブレードをディスクの表面に装着する際に、ハブが邪魔になることがない。したがって、製造時の作業性が良好な回転機械を提供することができる。
　また、特許文献１では、シャフトに嵌合されるスリーブ部は、インペラの半断面の重心から離間して配置されているため、スリーブ部が径方向外側に拡がりやすい構造となっていた。しかし、本発明によれば、ハブはディスクの裏面から一部が突出するように形成されており、大きな締め代を有する固締部がハブの後端側に設けられている。すなわち、インペラの半断面の重心近傍にハブを有しており、ハブに設けられた固締部が、シャフトに対して強固に嵌合している。したがって、回転時における遠心力により固締部が拡がるのを防止し、インペラとシャフトとのズレを抑制できる。

　本発明の回転機械において、前記ディスクの前記表面の裏面に、前記ハブを囲むように凹んだ溝部を設けてもよい。
　この場合、ディスクの裏面であって、ハブの周囲に溝部を設けることで、回転時の遠心力により固締部が径方向外側に拡がるのを抑制できると共に、固締部の面圧を維持することができる。したがって、回転時におけるインペラとシャフトとのズレを確実に抑制できる。
　さらに、溝部を設けることによりディスクの厚肉部分を除去でき、ディスクの各部の肉厚差を少なくできるので、例えば焼入れや焼き鈍し等によりディスクの強度を上げる際に、ディスク全体をムラなく熱処理することができる。したがって、強度に優れた高性能な回転機械を提供することができる。

　本発明の回転機械において、前記ハブの前記後端に、前記ハブの前記先端に向かって外半径が徐々に大きくなる第１テーパ部を設けてもよい。
　例えば、インペラのレイアウトの都合等により、固締部の長さの短縮が要求される場合がある。この場合、固締部の短縮に伴う面圧の低下を補うために、固締部を厚肉化する必要がある。しかし、固締部を厚肉化すると、遠心力により厚肉部分が径方向外側に引っ張られ、固締部が径方向外側に拡がりインペラとシャフトとのズレが発生するおそれがある。

　しかし、本発明によれば、ハブの後端に第１テーパ部を設けることにより、遠心力により固締部が径方向外側に拡がるのを抑制できる。したがって、第１テーパ部を設けることにより、回転時におけるインペラとシャフトとのズレを確実に抑制しつつ、固締部の長さを短縮して、小型なインペラを提供することができる。

　本発明の回転機械において、前記ハブの前記先端に接するように前記シャフトに嵌合され、前記ディスクへ気流を案内するスリーブをさらに有してもよい。
　この場合、スリーブを配置することで効率的に気流を案内することができる。さらに、ディスクとスリーブとを別体とすることで、ディスクの表面にブレード等を装着した後に、ハブの先端にスリーブを配置できる。したがって、ディスクの表面にブレード等を装着する際に、スリーブが邪魔になることがない。したがって、製造時の作業性が良好な回転機械を提供することができる。

　本発明の回転機械において、前記シャフトに複数の前記インペラを直列に設け、隣り合う一方の前記インペラの前記ハブと、他方の前記インペラの前記ハブとの間に、前記他方のインペラの前記ディスクへ気流を案内するスリーブをさらに有し、前記スリーブの先端に、前記ハブの前記後端に設けられた前記第１テーパ部の形状に一致するように前記スリーブの後端に向かって内半径が徐々に小さくなる第２テーパ部を設けてもよい。

　この場合、スリーブの先端に、第１テーパ部の形状に一致する第２テーパ部を設けているので、第１テーパ部に第２テーパ部を当接させた状態で、スリーブを配置することができる。これにより、第２テーパ部は、径方向外側から第１テーパ部を押さえることができるので、遠心力により固締部が径方向外側に拡がるのを抑制できる。したがって、回転時におけるインペラとシャフトとのズレを確実に抑制できる。

　本発明の回転機械において、前記スリーブの後端および前記ハブの前記先端のいずれか一方に凹部を設け、他方に前記凹部の形状に一致する凸部を設けてもよい。
　この場合、スリーブの後端と緩締部とを凹凸嵌合することができるので、スリーブで緩締部の移動を規制して、遠心力により緩締部が径方向外側に拡がるのを抑制できる。したがって、回転時におけるインペラとシャフトとのズレを確実に抑制できる。

　本発明の回転機械において、前記スリーブの後端に、前記スリーブの前記先端に向かって内半径が徐々に小さくなる第３テーパ部を設け、前記ハブの前記先端に、前記第３テーパ部の形状に一致するように、前記ハブの前記先端に向かって外半径が徐々に小さくなる第４テーパ部を設けてもよい。

　この場合、スリーブの後端に、第３テーパ部を設けている。さらに、ハブの先端に、第３テーパ部の形状に一致した形状の第４テーパ部を設けている。このため、第４テーパ部に第３テーパ部を当接させた状態で、スリーブを配置することができる。これにより、第３テーパ部は、径方向外側から第４テーパ部を押さえることができるので、遠心力により緩締部が径方向外側に拡がるのを抑制できる。したがって、回転時におけるインペラとシャフトとのズレを確実に抑制できる。

　本発明の回転機械において、前記ハブの前記後端から前記ディスクの裏面よりも先端側に亘って前記固締部を設けてもよい。
　この場合、ディスクの裏面よりも先端側に亘って固締部を設けることにより、さらにインペラの半断面の重心に近い位置に固締部を設けることができる。したがって、回転時におけるインペラとシャフトとのズレを抑制できる。

　本発明の回転機械において、前記ハブは、前記固締部と前記緩締部とを接続する中間部をさらに有していてもよい。

　本発明によれば、固締部と緩締部との間に中間部を設けることにより、ディスクの裏面からハブの後端側に離れた位置で固締部がシャフトと嵌合する。これにより、遠心力によりディスクが径方向外側に拡がっても、中間部が撓んで固締部に対する影響を緩和できる。したがって、遠心力により固締部が径方向外側に拡がるのを抑制できるので、回転時におけるインペラとシャフトとのズレを抑制できる。

　本発明の回転機械によれば、ブレードをディスクの表面に装着する際に、ハブが邪魔になることがなく、製造時の作業性が良好になる。
　また、本発明の回転機械によれば、インペラのハブに設けられた固締部が、シャフトに対して強固に嵌合し、回転時における遠心力により固締部が拡がるのを防止し、インペラとシャフトとのズレを抑制できる。

本発明の回転機械を適用した遠心圧縮機の説明図である。 軸方向から見たときの回転機械の説明図である。 図２のＡ－Ａ線に沿った断面図であり、第１実施形態の回転機械の説明図である。 第２実施形態の回転機械の説明図である。 第３実施形態の回転機械の説明図である。 従来技術の回転機械の説明図である。

　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
（遠心圧縮機）
　図１は、本発明の回転機械１を適用した遠心圧縮機１００の説明図である。
　遠心圧縮機１００は、主として、軸線Ｏ周りに回転するシャフト５と、シャフト５に取り付けられ、遠心力を利用してガス（気体）Ｇを圧縮するインペラ１０と、シャフト５を回転可能に支持すると共にガスＧを上流から下流に流す流路１０４を形成したケーシング１０５と、によって構成されている。なお、図示例ではシャフト５にインペラ１０が直列に６個設けられているが、シャフト５にインペラ１０は少なくとも１個設けられていればよい。

　ケーシング１０５の外形は、略円柱状に形成され、その中心を貫くようにしてシャフト５が配置されている。シャフト５の軸方向の両端には、ジャーナル軸受１０５ａが設けられている。また、シャフト５の一端には、スラスト軸受１０５ｂが設けられている。これらジャーナル軸受１０５ａ及びスラスト軸受１０５ｂにより、シャフト５が回転可能に支持されている。これにより、シャフト５は、ジャーナル軸受１０５ａ及びスラスト軸受１０５ｂを介してケーシング１０５に支持されている。

　ケーシング１０５の軸方向の一方側（図１における左側）には、ガスＧを外部から流入させる吸込口１０５ｃが設けられている。また、軸方向の他方側（図１における右側）には、ガスＧが外部に流出する排出口１０５ｄが設けられている。
　ケーシング１０５内には、これら吸込口１０５ｃ及び排出口１０５ｄにそれぞれ連通し、縮径及び拡径を繰り返す内部空間が設けられている。この内部空間は、インペラ１０を収容する空間となり、流路１０４としても機能する。すなわち、吸込口１０５ｃと排出口１０５ｄとは、インペラ１０及び流路１０４を介して連通している。

（第１実施形態の回転機械）
　次に、第１実施形態の回転機械１について説明する。
　図２は、軸方向から見たときの第１実施形態の回転機械１の説明図である。
　図３は、図２のＡ－Ａ線に沿った断面図であり、第１実施形態の回転機械１の説明図である。
　なお、以下の説明では、説明を簡単にするために、遠心圧縮機１００を流れるガスＧの上流側（請求項の「先端側」に相当、図２における左側）を単に前側といい、下流側（請求項の「後端側」に相当、図２における右側）を単に後側として説明する場合がある。また、説明を簡単にするために、シャフト５にインペラ１０が１個設けられている場合について説明する。

（ディスク）
　図２に示す回転機械１はインペラ１０を備えている。このインペラ１０は、ディスク１２と、ディスク１２に設けられた複数のブレード１４と、ディスク１２から所定距離だけ離間して配置されたカバー１６と、を有している。
　ディスク１２は、例えば析出硬化型ステンレス鋼により形成され、軸方向視略円形状をした円盤状の部材である。

　ディスク１２は、前側から後側（図２における左側から右側）に向かって外径が漸次拡大している。ディスク１２の前側面１２ａ（表面）は、径方向断面視で湾曲した状態に形成されている。この湾曲状態に形成された前側面１２ａは、径方向内側に位置する面が軸線Ｏに沿って形成されるとともに、径方向外側に行くに連れて徐々に径方向に沿うように形成されている。そして、ディスク１２の前側面１２ａには、後述するブレード１４が取り付けられる。
　また、ディスク１２の後側面１２ｂ（裏面）は、平坦に形成されている。なお、後述するように、ディスク１２の後側面１２ｂには、溝部１８が設けられている。

　ディスク１２の径方向内側には、シャフト５に嵌合されるハブ２０が設けられている。つまり、ディスク１２は、シャフト５に嵌合される略円筒状のハブ２０を有する。ディスク１２は、ハブ２０の先端から後端に向うにつれて径方向外側に拡がるようにシャフト５に嵌合される。ハブ２０は、一部がディスク１２の後側面１２ｂよりも突出している。ハブ２０は、ディスク１２の前側と後側とを貫通する貫通孔を有する。ハブ２０は、固締部２２と、緩締部２４とを有している。

　固締部２２は、径方向に厚さＴ１、後側から前側（図２における右側から左側）に長さＬ１を有している。さらに、固締部２２は、ディスク１２の後側面１２ｂよりも前側に亘って設けられている。
　固締部２２の内半径Ｒは、シャフト５の半径よりも小さくなるように設定されている。そして、固締部２２は、シャフト５に対して、例えば焼き嵌め等により嵌合される。

　ここで、固締部２２の軸方向の長さＬ１、固締部２２の厚さＴ１、および固締部２２の内半径Ｒは、以下に示す（２）式を満たすように設定されている。

　材料力学の観点からは、（２）式を満たすことで、回転時の遠心力により固締部２２が径方向外側に拡がるのを抑制できる。したがって、（２）式を満たすことにより、固締部２２の面圧を維持でき、インペラ１０とシャフト５とのズレを抑制できる。

　ディスク１２の後側面１２ｂの径方向内側には、固締部２２を囲むように溝部１８が設けられている。溝部１８は、固締部２２（ハブ２０）の全周囲において、ディスク１２の後側面１２ｂを前側面１２ａに沿うように凹ませることにより形成されている。このように溝部１８を設けることにより、軸方向の固締部２２が設けられている範囲において固締部２２の厚さがＴ１となるようにディスク１２の厚肉部分を除去して、固締部２２の厚さを薄肉化している。また、溝部１８を設けることによりディスク１２の各部の肉厚差を小さくして、例えば焼入れや焼き鈍し等によりディスク１２の強度を上げる際に、ディスク１２全体をムラなく熱処理できる。

　固締部２２の前側（図２の左側）には、緩締部２４が設けられている。つまり、緩締部２４は、固締部２２よりもハブ２０の先端側に設けられている。緩締部２４の内半径は、固締部２２の内半径Ｒよりも若干大きく設定されている。緩締部２４の内半径は、シャフト５の半径よりも若干大きく設定されている。したがって、緩締部２４の内周面２４ａとシャフト５の外周面５ａとの間には、クリアランスがある。なお、緩締部２４の内半径を、シャフト５の半径よりも小径になるように設定してもよい。この場合、緩締部２４は、固締部２２よりも小さい締め代でシャフト５に嵌合される。

　ディスク１２の前側面１２ａには、複数のブレード１４が設けられている。これらブレード１４は、例えばディスクと同じ析出硬化型ステンレス鋼からなる板状の部材である。各ブレード１４は、一定の板厚（翼厚）を有する。複数のブレード１４は、ディスク１２の周方向に所定の間隔を空けて配列されて、軸方向視で略放射状に設けられている。また、各ブレード１４は、ディスク１２の前側面１２ａに対して、略垂直になるように立設されている。
　ブレード１４は、ディスク１２の前側面１２ａに対し、例えば隅肉溶接等によって接合される。

　ブレード１４の前側には、カバー１６が設けられている。カバー１６は、図２に示すように平面視略円形の板状の部材である。また、カバー１６は、径方向断面視でブレード１４の側面視形状、およびディスク１２の前側面１２ａに沿うように、湾曲して形成されている。カバー１６は、各ブレード１４の前側先端に、例えば隅肉溶接等により固定され、各ブレード１４の振動を抑制している。

（第１実施形態の効果）
　本実施形態では、ブレード１４はディスク１２の前側面１２ａ（表面）に設けられており、シャフト５に嵌合されるハブ２０は、ディスク１２の後側面１２ｂ（裏面）よりも一部が後側に突出して設けられている。そのため、ブレード１４をディスク１２の前側面１２ａに装着する際に、ハブ２０が邪魔になることがない。したがって、製造時の作業性が良好な回転機械１を提供することができる。
　また、特許文献１では、シャフトに嵌合されるスリーブ部は、インペラの半断面の重心が配置されるディスクから離間して配置されているため、スリーブ部が径方向外側に拡がりやすい構造となっていた。しかし、本発明によれば、ハブ２０はディスク１２の後側面１２ｂから一部が突出するように形成されており、大きな締め代を有する固締部２２が後側から前側に亘って設けられている。すなわち、インペラ１０の半断面の重心近傍にハブ２０を有しており、ハブ２０に設けられた固締部２２が、シャフト５に対して強固に嵌合しているので、回転時におけるインペラ１０とシャフト５とのズレを抑制できる。

　また、本実施形態によれば、ディスク１２の後側面１２ｂよりも前側に亘って固締部２２を設けることにより、さらにインペラ１０の半断面の重心に近い位置に固締部２２を設けることができる。したがって、回転時におけるインペラ１０とシャフト５とのズレを抑制できる。

　また、本実施形態によれば、軸方向においてディスク１２と固締部２２を設けた範囲とが重なる領域、すなわち固締部２２周辺に溝部１８を設けることで、回転時の遠心力により固締部２２が径方向外側に拡がるのを抑制できると共に、固締部２２の面圧を維持することができる。したがって、回転時におけるインペラ１０とシャフト５とのズレを確実に抑制できる。
　さらに、溝部１８を設けることによりディスク１２の厚肉部分を除去でき、ディスク１２の各部の肉厚差を少なくできるので、例えば焼入れや焼き鈍し等によりディスク１２の強度を上げる際に、ディスク１２全体をムラなく熱処理することができる。したがって、強度に優れた高性能な回転機械１を提供することができる。

（第２実施形態の回転機械）
　次に、第２実施形態の回転機械１について説明する。
　図４は、第２実施形態の回転機械１の説明図である。
　第１実施形態では、説明を簡単にするために、シャフト５にインペラ１０が１個設けられている回転機械１について説明した。しかし、第２実施形態では、シャフト５にインペラ１０が複数個（図４においては２個）設けられている点、固締部２２および緩締部２４の形状が異なっている点、ガスＧを整流するスリーブ３０を設けている点等で、第１実施形態とは異なっている。
　また、第２実施形態の回転機械１は、例えば、インペラ１０のレイアウトの都合等により、第１実施形態と比較して固締部２２の長さの短縮が要求される場合を想定している。なお、第１実施形態と同様の構成部分については、詳細な説明を省略する。

　本実施形態の回転機械１は、シャフト５にインペラ１０が直列に複数個設けられている。そして、隣り合う一のディスク１２の後側面１２ｂと、他のディスクの前側面１２ａとの間に、スリーブ３０を設けている。

（ディスク）
　固締部２２は、径方向に厚さＴ２を有しており、後側から前側に亘った長さＬ２に設けられている。また、固締部２２の後端２３には、第１テーパ部２３ａが設けられている。第１テーパ部２３ａは、後端が後側から前側（図４における右側から左側）に向かって徐々に拡がる略テーパ形状に形成されている。

　また、第２実施形態の回転機械１では、例えば、レイアウトの都合等により、第１実施形態と比較して固締部２２が短縮されている。すなわち、第１実施形態における固締部２２の長さＬ１と、第２実施形態における固締部２２の長さＬ２との関係は、Ｌ２＜Ｌ１となっている。

　さらに、第２実施形態の回転機械１では、固締部２２が短縮されたことによる、シャフト５嵌合時の固締部２２の面圧低下を補うために、第１実施形態と比較して固締部２２の厚さを増やしている。すなわち、第１実施形態における固締部２２の厚さＴ１と、第２実施形態における固締部２２の厚さＴ２との関係は、Ｔ２＞Ｔ１となっている。

　ここで、固締部２２の長さＬ２、固締部２２の厚さＴ２、および固締部２２の内半径Ｒは、以下に示す（３）式を満たすように設定されている。

　ここで、固締部２２の圧肉部分が、回転時の遠心力により径方向外側に引っ張られ、固締部２２が拡がるおそれがある。
　しかし、材料力学の観点からは、（３）式を満たすことで、固締部２２が遠心力により拡がるのを抑制できる。
　本実施形態では（３）式を満たすように、固締部２２の長さＬ２、固締部２２の厚さＴ２、および固締部２２の内半径Ｒを設定しているので、固締部２２が遠心力により拡がるのを抑制できる。したがって、回転時におけるインペラ１０とシャフト５とのズレを抑制できる。

　また、緩締部２４の先端２５には、凸部２５ａが設けられている。凸部２５ａは、径方向断面視で前側に頂部を有する略Ｖ字形状に形成されている。凸部２５ａは、後述するようにスリーブ３０に設けられた凹部３２ａと嵌合される。なお、凸部２５ａの形状は、本実施形態の形状に限られることはなく、例えば、径方向断面視で略矩形状であってもよい。

（スリーブ）
　隣り合う一のディスク１２と、他のディスク１２との間には、スリーブ３０が設けられている。なお、先行文献１では、スリーブはディスクと一体形成されていたが、本実施形態のスリーブ３０は、ディスク１２とは別部品として設けられている。

　スリーブ３０は、例えばディスクと同じ析出硬化型ステンレス鋼からなる略円筒形状をした部材である。スリーブ３０は、例えば、シームレス鋼管をカットした後、機械加工することにより形成される。スリーブ３０の内径は、シャフト５の外径よりも若干小径に設定されており、シャフト５に対して焼き嵌め等により嵌合固定されている。また、スリーブ３０の外径は、ディスク１２の緩締部２４の外径と略同一となるように設定されている。
　スリーブ３０は、インペラ１０に流入するガスＧ（図１参照）の上流側、すなわちディスク１２の前側に配置されている。スリーブ３０は、ブレード１４間に流入するガスＧを整流し、効率的にガスＧを案内している。

　スリーブ３０の先端３４には、第２テーパ部３４ａが設けられている。第２テーパ部３４ａは、固締部２２の後端２３に設けられた第１テーパ部２３ａに対応した形状に形成されている。具体的には、第２テーパ部３４ａは、先端が後側から前側（図４における右側から左側）に向かって徐々に拡がる略テーパ形状に形成されている。

　また、スリーブ３０の後端３２には、凹部３２ａが設けられている。凹部３２ａは、緩締部２４の先端２５に設けられた凸部２５ａに対応した形状に形成されている。
　具体的には、凹部３２ａは、径方向断面視で前側が底となる略Ｖ字形状に形成されている。

　このように形成されたスリーブ３０を、隣り合う一方のディスク１２の後側面１２ｂと、他方のディスクの前側面１２ａとの間に配置している。つまり、隣り合う一方のインペラ１０のハブ２０の後端と、他方のインペラ１０のハブ２０の先端との間に、スリーブ３０が配置されている。
　このとき、スリーブ３０の第２テーパ部３４ａと、ディスク１２の第１テーパ部２３ａとを当接させた状態でスリーブ３０を配置している。さらに、スリーブ３０の凹部３２ａと、ディスク１２の凸部２５ａとを嵌合させた状態でスリーブ３０を配置している。

（作用）
　回転機械１を駆動してシャフト５に装着されたインペラ１０を回転させると、遠心力によりディスク１２のハブ２０は径方向外側に引っ張られる。このため、固締部２２および緩締部２４には、径方向外側に拡がろうとする力が働く。
　しかし、第２テーパ部３４ａと第１テーパ部２３ａとを当接させた状態でスリーブ３０を配置している。したがって、第２テーパ部３４ａは、第１テーパ部２３ａを径方向外側から押えて固締部２２の遠心力による移動を規制し、固締部２２が径方向外側に拡がるのを抑制している。
　また、スリーブ３０の凹部３２ａと、ディスク１２の凸部２５ａとを嵌合させた状態でスリーブ３０を配置している。したがって、スリーブ３０の凹部３２ａは、緩締部２４の遠心力による移動を規制し、緩締部２４が径方向外側に拡がるのを抑制している。

（第２実施形態の効果）
　例えば、インペラ１０のレイアウトの都合等により、固締部２２の長さの短縮が要求される場合がある。この場合、固締部２２の短縮に伴う面圧の低下を補うために、固締部２２を厚肉化する必要がある。しかし、固締部２２を厚肉化すると、遠心力により厚肉部分が径方向外側に引っ張られ、固締部２２が径方向外側に拡がりインペラ１０とシャフト５とのズレが発生するおそれがある。
　しかし、本実施形態によれば、リブ２０の固締部２２の後端２３に第１テーパ部２３ａを設けることにより、遠心力により固締部２２が径方向外側に拡がるのを抑制できる。したがって、第１テーパ部２３ａを設けることにより、回転時におけるインペラ１０とシャフト５とのズレを確実に抑制しつつ、固締部２２の長さを短縮して、小型なインペラ１０を提供することができる。

　また、本実施形態によれば、流入するガスＧの上流であるディスク１２の前側にスリーブ３０を配置することで、効率的にガスＧを案内することができる。さらに、ディスク１２とスリーブ３０とを別体とすることで、ディスク１２の前側面１２ａにブレード１４やカバー１６等を溶接等により接合した後に、ディスク１２の前側にスリーブ３０を配置できる。したがって、ディスク１２の前側面１２ａにブレード１４等を接合する際に、スリーブ３０が邪魔になることがない。したがって、製造時の作業性が良好な回転機械１を提供することができる。

　また、本実施形態によれば、スリーブ３０の先端３４に、第１テーパ部２３ａに対応した形状の第２テーパ部３４ａを設けているので、第１テーパ部２３ａに第２テーパ部３４ａを当接させた状態で、スリーブ３０を配置することができる。これにより、第２テーパ部３４ａは、径方向外側から第１テーパ部２３ａを押さえることができるので、遠心力により固締部２２が径方向外側に拡がるのを抑制できる。したがって、回転時におけるインペラ１０とシャフト５とのズレを確実に抑制できる。

　また、本実施形態によれば、スリーブ３０の後端３２に凹部３２ａを設け、リブ２０の緩締部２４の先端２５に、凹部３２ａに対応した凸部２５ａを設けている。これにより、スリーブ３０の後端３２と緩締部２４とを凹凸嵌合することができるので、スリーブ３０で緩締部２４の移動を規制して、遠心力により緩締部２４が径方向外側に拡がるのを抑制できる。したがって、回転時におけるインペラ１０とシャフト５とのズレを確実に抑制できる。

（第３実施形態の回転機械）
　次に、第３実施形態の回転機械１について説明する。
　図５は、第３実施形態の回転機械１の説明図である。
　第１実施形態および第２実施形態では、固締部２２がディスク１２の後側から、ディスク１２の後側面１２ｂよりも前側に亘って設けられていた。しかし、第３実施形態では、ディスク１２の後側面１２ｂから離れた範囲に固締部２２が設けられている点で、第１実施形態および第２実施形態とは異なっている。なお、第１実施形態および第２実施形態と同様の構成部分については、詳細な説明を省略する。

（ディスク）
　ディスク１２の径方向内側には、シャフト５に嵌合されるハブ２０が設けられている。ハブ２０は、一部がディスク１２の後側面１２ｂから突出しており、ディスク１２の前側と後側とを貫通する貫通孔となっている。また、ハブ２０は、後側に設けられた固締部２２と、前側に設けられた緩締部２４と、固締部２２と緩締部２４との間に設けられた中間部２７と、を有している。

　固締部２２は、径方向に厚さＴ３、後側から前側に（軸方向に）亘り長さＬ３を有している。
　また、固締部２２と緩締部２４との間には、中間部２７が設けられている。中間部２７は、固締部２２と同じ厚さＴ３を有しており、固締部２２の前側において長さＣに設けられている。
　中間部２７の内半径は、固締部２２の内半径と略同一か、もしくは、シャフト５の半径よりも小さくなるように、かつ固締部２２の内半径よりも若干大きくなるように設定されている。すなわち、シャフト５に嵌合される際の中間部２７の締め代は、固締部２２の締め代と略同一か、固締部２２の締め代よりも若干小さい締め代となるように設定されている。

　ここで、固締部２２の長さＬ３、固締部２２の厚さＴ３、および固締部２２の内半径Ｒは、以下に示す（４）式を満たすように設定されている。
　また、中間部２７の長さＣ、中間部２７の厚さＴ３、および中間部２７の内半径Ｒは、以下に示す（５）式を満たすように設定されている。

　材料力学の観点からは、（４）式を満たすことで、回転時の遠心力により固締部２２が径方向外側に拡がるのを抑制でき、固締部２２の面圧を維持できる。したがって、回転時におけるインペラ１０とシャフト５とのズレを確実に抑制できる。

　材料力学の観点からは、（５）式を満たすことで、回転時にディスク１２の遠心力により径方向外側に拡げる力が働いても、中間部２７が撓む。したがって、固締部２２に遠心力による影響が伝達するのを抑制し、固締部２２が径方向外側に拡がるのを抑制している。

（第３実施形態の効果）
　本実施形態によれば、固締部２２と緩締部２４との間の長さＣに中間部２７を設けることにより、ディスク１２の後側面１２ｂから離れた範囲で固締部２２がシャフト５と嵌合する。これにより、中間部２７が撓んでディスク１２の遠心力による影響を緩和できる。したがって、遠心力により固締部２２が径方向外側に拡がるのを抑制できるので、回転時におけるインペラ１０とシャフト５とのズレを抑制できる。

　なお、この発明は上述した実施の形態に限られるものではない。
　各実施形態では、回転機械１を遠心圧縮機１００に適用した場合を例にして説明した。
　しかし、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、斜流型の圧縮機に本発明の回転機械１を適用することもできる。
　また、本発明の回転機械１は圧縮機に限定されることなく、例えば、送風機に適用することもできる。

　また、各実施形態の回転機械１では、ブレード１４の前側にカバー１６が設けられたクローズドインペラに本発明を適用している。しかし、本発明はこれに限定されることはなく、ブレード１４の前側にカバー１６が設けられていないオープンインペラに本発明を適用してもよい。

　また、各実施形態の回転機械１では、ハブ２０の一部がディスク１２の後側面１２ｂから突出して形成されていた。しかし、ハブ２０が設けられる長さＬ１、Ｌ２、およびＬ３は、シャフト５の半径Ｒや固締部２２の厚さＴ１、Ｔ２により適宜設定される設計事項である。したがって、ハブ２０がディスク１２の後側面１２ｂから突出していなくてもよい。

　また、各実施形態の回転機械１では、シャフト５にディスク１２を焼き嵌めすることにより嵌合していた。また、第２実施形態の回転機械１では、シャフト５にスリーブ３０を焼き嵌めすることにより嵌合していた。しかし、シャフト５に対するディスク１２およびスリーブ３０の嵌合方法は焼き嵌めに限定されることはなく、例えば、圧入によりシャフト５にディスク１２を嵌合してもよい。

　また、第２実施形態の回転機械１では、緩締部２４の先端２５に凸部２５ａを設け、スリーブ３０の後端３２に凹部３２ａを設け、緩締部２４とスリーブ３０とを凹凸嵌合していた。しかし、緩締部２４の先端２５に凹部を設け、スリーブ３０の後端３２に凸部を設け、緩締部２４とスリーブ３０とを凹凸嵌合してもよい。

　また、第２実施形態の回転機械１では、緩締部２４とスリーブ３０とを凹凸嵌合することにより、回転時の遠心力による緩締部２４の移動を規制していた。しかし、例えば、スリーブの後端３２に、スリーブの先端に向かって内半径が徐々に小さくなる第３テーパ部を設け、ハブ２０の緩締部２４の先端２５に、第３テーパ部の形状に一致するように、ハブ２０の先端に向かって外半径が徐々に小さくなる第４テーパ部を設けてもよい。
　第３テーパ部と第４テーパ部を当接させてスリーブ３０を配置することにより、径方向外側から緩締部２４を押えることができる。したがって、第２実施形態と同様に、緩締部２４の移動を規制し、回転時の遠心力により緩締部２４が径方向外側に拡がるのを抑制することができる。

　本発明の回転機械によれば、ブレードをディスクの表面に装着する際に、ハブが邪魔になることがなく、製造時の作業性が良好になる。
　また、本発明の回転機械によれば、インペラのハブに設けられた固締部が、シャフトに対して強固に嵌合し、回転時における遠心力により固締部が拡がるのを防止し、インペラとシャフトとのズレを抑制できる。

１　回転機械
５　シャフト
５ａ　外周面（周面）
１０　インペラ
１２　ディスク
１２ａ　前側面（一方側の面、表面）
１２ｂ　後側面（他方側の面、裏面）
１４　ブレード
１８　溝部
２０　ハブ
２２　固締部
２３ａ　第１テーパ部
２４　緩締部
２５ａ　凸部
２７　中間部
３０　スリーブ
３２ａ　凹部
３４ａ　第３テーパ部

Claims (9)

1. 　回転するシャフトと、
   　前記シャフトに嵌合される略円筒状のハブを有し前記ハブの先端から後端に向うにつれて径方向外側に拡がるように設けられたディスクと、前記ディスクの表面に設けられた複数のブレードと、を有するインペラと、を備えた回転機械であって、
   　前記ハブは、
   　前記シャフトの半径よりも小さい内半径を有する固締部と、
   　前記固締部の前記内半径よりも大きい内半径を有する緩締部と、
   を有し、
   　前記緩締部は、前記固締部よりも前記ハブの前記先端側に設けられている回転機械。
2. 　前記ディスクの前記表面の裏面に、前記ハブを囲むように凹んだ溝部を設けた請求項１に記載の回転機械。
3. 　前記ハブの前記後端に、前記ハブの前記先端に向かって外半径が徐々に大きくなる第１テーパ部を設けた請求項１または２に記載の回転機械。
4. 　前記ハブの前記先端に接するように前記シャフトに嵌合され、前記ディスクへ気流を案内するスリーブをさらに有する請求項１から３のいずれか１項に記載の回転機械。
5. 　前記シャフトに複数の前記インペラを直列に設け、
   　隣り合う一方の前記インペラの前記ハブと、他方の前記インペラの前記ハブとの間に、前記他方のインペラの前記ディスクへ気流を案内するスリーブをさらに有し、
   　前記スリーブの先端に、前記ハブの前記後端に設けられた前記第１テーパ部の形状に一致するように前記スリーブの後端に向かって内半径が徐々に小さくなる第２テーパ部を設けた請求項４に記載の回転機械。
6. 　前記スリーブの後端および前記ハブの前記先端のいずれか一方に凹部を設け、他方に前記凹部の形状に一致する凸部を設けた請求項４または５に記載の回転機械。
7. 　前記スリーブの後端に、前記スリーブの前記先端に向かって内半径が徐々に小さくなる第３テーパ部を設け、
   　前記ハブの前記先端に、前記第３テーパ部の形状に一致するように、前記ハブの前記先端に向かって外半径が徐々に小さくなる第４テーパ部を設けた請求項４または５に記載の回転機械。
8. 　前記ハブの前記後端から前記ディスクの裏面よりも先端側に亘って前記固締部を設けた請求項１から７のいずれか１項に記載の回転機械。
9. 　前記ハブは、前記固締部と前記緩締部とを接続する中間部をさらに有する請求項１から７のいずれか１項に記載の回転機械。

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