WO2012114996A1 - インペラ及びこれを備えたロータ並びにインペラの製造方法 - Google Patents

インペラ及びこれを備えたロータ並びにインペラの製造方法 Download PDF

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WO2012114996A1
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inner peripheral
impeller
outer peripheral
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PCT/JP2012/053783
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中庭 彰宏
仁志 篠原
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三菱重工業株式会社
三菱重工コンプレッサ株式会社
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    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23PMETAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/006Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass turbine wheels
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/266Rotors specially for elastic fluids mounting compressor rotors on shafts
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    • Y10T29/49Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316Impeller making

Definitions

  • the present invention relates to an impeller in a rotary machine such as a centrifugal compressor and a rotor in which the impeller is fixed to a rotary shaft.
  • an impeller 81 used in a rotary machine such as a centrifugal compressor is configured by a disk 82, a blade 83, and a cover 84.
  • the disc 82 in the impeller 81 is formed by integrally forming a cylindrical portion 82a and an annular disc portion 82b.
  • the cylindrical portion 82a is fitted on the rotation shaft.
  • the annular disk portion 82b projects radially outward from a portion on one side (right side in FIG. 6) in the axis O direction on the outer peripheral surface of the cylindrical portion 82a.
  • a plurality of blades 83 are arranged at intervals in the circumferential direction on the surface on the other side (left side in FIG. 6) in the axis O direction of the annular disk portion 82b.
  • a cover 84 is integrally attached so as to cover these blades 83 from the other side in the axis O direction.
  • Such an impeller 81 is integrally fixed to the rotating shaft by shrink-fitting the other side of the inner peripheral surface of the cylindrical portion 82a of the disk 82 in the axis O direction to the rotating shaft.
  • the shrink-fitted portion is separated from the center of gravity of the impeller 81.
  • the disk 82, the blade 83, and the cover 84 are separately formed, and then these members are integrated by welding.
  • welding distortion, poor welding, or the like may occur.
  • a manufacturing method has been proposed in which the disc 82, the blade 83, and the cover 84 are integrally formed by cutting an impeller material as a base material using a processing tool 90.
  • Patent Document 1 proposes a method of manufacturing an impeller by diffusion bonding an inner peripheral part and an outer peripheral part in which a flow path between blades is formed so that these flow paths are connected to each other. Has been.
  • the processing tool 90 can easily access a portion that becomes a flow path between the blades 83 in the impeller material.
  • the processing tool 90 it is difficult for the processing tool 90 to interfere with a portion of the impeller material that becomes the cylindrical portion 82a or the cover 84 of the disk 82 and to process it into a desired shape. Therefore, a lot of time and labor are required for processing, and the manufacturing cost is increased.
  • the configuration shown in FIG. 7 can be considered. That is, the cylindrical portion 82a of the disk 82 is formed to extend from the annular disk portion 82b to one side in the axial direction. And let the part of the axial direction one side in the internal peripheral surface of the cylindrical part 82a be a shrink-fit place. However, in this case, the shrink-fitted portion is closer to the center of gravity of the impeller 81 than the impeller 81 shown in FIG. As a result, it is necessary to increase the thickness in the radial direction of the shrink-fitted portion so as to be able to withstand centrifugal force, resulting in an increase in cost.
  • cylindrical portion 82a is further extended to one side in the axial direction so that the position of the shrinkage fit is further separated from the center of gravity.
  • the rotation shaft is lengthened, and the shaft rigidity is lowered.
  • the impeller described in Patent Document 1 has high accessibility of the machining tool for both the inner peripheral part and the outer peripheral part. However, it is necessary to form flow paths in both the inner peripheral part and the outer peripheral part, and to perform diffusion bonding so that these flow paths communicate with each other. As a result, the manufacturing cost increases.
  • This invention is made
  • the impeller is an impeller composed of an inner peripheral part and an outer peripheral part, and the inner peripheral part is formed in a cylindrical shape centering on an axis.
  • the outer peripheral part is circumferentially spaced from an annular disk fitted on a portion of the outer peripheral surface of the inner peripheral part on one side in the axial direction and a surface facing the other axial direction of the annular disk.
  • a plurality of blades that are formed to form a flow path extending in the radial direction; and the plurality of blades are covered from the other side in the axial direction, and the inner peripheral side parts are spaced in the radial direction in the axial direction.
  • a cover having an insertion hole for insertion is integrally formed.
  • the inner peripheral part is formed in a cylindrical shape, and therefore can be easily formed by cutting.
  • the outer peripheral part has a configuration in which a blade is provided on the other axial side of the annular disk and a cover is provided on the other axial side of the blade. For this reason, there is no member on the radially inner side of the blade and the flow path before the outer peripheral part is fitted on the inner peripheral part. Therefore, the machining tool can be easily accessed from the inside in the radial direction to the blade and the flow path formed between the blades.
  • a disk is constituted by these inner peripheral part and the annular disk, and an impeller provided with the disk, blade and cover is obtained. Can do.
  • the impeller is externally fitted to the inner peripheral part by shrink fitting the annular disk.
  • the fitting can be made stronger by fitting the outer peripheral part to the inner peripheral part by shrink fitting.
  • the cost can be reduced as compared with, for example, diffusion bonding.
  • the impeller is provided with an edge that rises cylindrically from the radially inner side to the other side in the axial direction on the cover, and the edge and the inner peripheral part A fluid introduction portion to the flow path is formed by the outer peripheral surface of the first and second flow paths.
  • the introduction portion to the flow path is formed by the edge portion of the cover and the outer peripheral surface of the inner peripheral side component.
  • At least a part of a fitting portion between the inner peripheral part and the outer circular part in the outer peripheral part is formed in a stepped shape.
  • At least a part of a fitting portion between the inner peripheral part and the outer circular part in the outer peripheral part is formed in a tapered shape.
  • these inner peripheral parts and outer peripheral parts are mutually fixed to the fitting part of the said inner peripheral part and the said annular disc in the said outer peripheral part.
  • a key member is interposed.
  • the rotor includes any one of the impellers described above and a rotation shaft on which a portion on the other axial side of the inner peripheral surface of the inner peripheral part of the impeller is fitted.
  • the impeller can be easily attached to and detached from the rotating shaft.
  • the rotor is externally fitted to the rotary shaft by shrink fitting the inner peripheral part. As a result, the rotor can be more firmly attached to the rotating shaft.
  • an inner peripheral part of the impeller is formed integrally with the rotor. Has been. In this case, there is no need to perform the work of fixing the inner peripheral part to the rotating shaft. Therefore, the number of work steps when configuring the rotor can be reduced.
  • an impeller manufacturing method is an impeller manufacturing method including an inner peripheral part and an outer peripheral part, wherein the inner peripheral part has a cylindrical shape centered on an axis.
  • a plurality of annular discs that can be externally fitted to a portion on one axial side of the outer peripheral surface of the inner peripheral part, and a surface facing the other axial side of the annular disc in the circumferential direction.
  • the inner peripheral part can be easily formed because of its simple shape. Furthermore, the machining tool can be easily accessed with respect to the blade and the flow path in the outer peripheral part. Further, the impeller can be easily obtained only by fitting the outer peripheral part to the inner peripheral part.
  • the inner peripheral part and the outer peripheral part can be easily integrally formed respectively.
  • an impeller can be comprised by fitting an inner peripheral part and an outer peripheral part mutually. Therefore, the manufacturing time can be shortened and the manufacturing cost can be kept low.
  • the rotor 1 is a member used for a rotary machine such as a compressor or a turbine. As shown in FIG. 1, the rotor 1 is configured such that an impeller 10 is integrally attached to the outer peripheral side of the rotating shaft 2.
  • the rotating shaft 2 is a member that has a cylindrical shape extending in the direction of the axis O and is rotatable around the axis O.
  • the impeller 10 is a member that sends out a fluid flowing in the direction of the axis O toward the radially outer side.
  • the right side in FIG. 1 is referred to as “one side in the direction of the axis O”
  • the left side in FIG. 1 is referred to as “the other side in the direction of the axis O”.
  • One side in the direction of the axis O is the downstream side of the fluid.
  • the other side in the direction of the axis O is the upstream side of the fluid.
  • the impeller 10 includes two members, an inner peripheral part 20 and an outer peripheral part 30.
  • the inner peripheral part 20 is formed in a substantially cylindrical shape with the axis O as the center.
  • the outer peripheral surface 21 of the inner peripheral part 20 includes a small diameter part 22, an enlarged diameter part 23, and a large diameter part 24.
  • the small diameter portion 22 is a portion including an end portion on the other side of the outer peripheral surface 21 of the inner peripheral side component 20 in the axis O direction.
  • the enlarged diameter portion 23 is a portion that is continuously located on one side of the small diameter portion 22 in the direction of the axis O and gradually increases in diameter toward the one side of the direction of the axis O.
  • the large-diameter portion 24 is a portion that is continuously located on one side in the axis O direction of the enlarged diameter portion 23 and includes an end portion on one side in the axis O direction on the outer peripheral surface 21 of the inner peripheral part 20.
  • the diameter of the large diameter portion 24 is slightly larger than that of the small diameter portion 22.
  • the inner peripheral surface 25 of the inner peripheral part 20 is composed of a first inner peripheral surface 26 and a second inner peripheral surface 27.
  • the first inner peripheral surface 26 is a portion corresponding to the small-diameter portion 22 of the outer peripheral surface 21, that is, a portion including an end portion on the other side in the axis O direction on the inner peripheral surface 25 of the inner peripheral side component 20.
  • the inner diameter of the first inner peripheral surface 26 is set slightly smaller than the outer diameter of the outer peripheral surface 21 of the rotating shaft 2.
  • the second inner peripheral surface 27 is continuously located on one side in the axis O direction of the first inner peripheral surface 26 in the inner peripheral surface 25 of the inner peripheral side component 20, and is an end on the one side in the axis O direction of the inner peripheral surface 25. It is a part including a part.
  • the inner diameter of the second inner peripheral surface 27 is set to a size that allows the rotation shaft 2 to be inserted.
  • the outer peripheral part 30 is a member in which an annular disk 31, a blade 40 and a cover 50 are integrally formed.
  • the annular disk 31 is a disk-shaped member formed around the axis O.
  • a fitting hole 32 that penetrates in the direction of the axis O is formed in the center of the annular disk 31.
  • the inner diameter of the fitting hole 32 is formed to be the same as or slightly smaller than the outer diameter of the large-diameter portion 24 of the inner peripheral part 20.
  • the dimension of the fitting hole 32 in the axis O direction is substantially the same as the dimension of the large diameter portion 24 of the inner peripheral part 20 in the axis O direction.
  • the surface of the annular disk 31 facing the other side in the direction of the axis O has a curved surface 33 that gradually recedes toward one side in the direction of the axis O as it goes from the inside in the radial direction to the outside.
  • a plurality of blades 40 are provided so as to rise from the curved surface 33 of the annular disk 31 toward the other side in the axis O direction.
  • Each blade 40 extends over the entire radial direction of the annular disk 31. Specifically, each blade 40 extends so as to curve in one circumferential direction from the radially inner side toward the outer side.
  • a plurality of such blades 40 are provided at intervals in the circumferential direction.
  • a space between the blades 40 adjacent to each other in the circumferential direction becomes a flow path R through which fluid flows.
  • the cover 50 is a member that is disposed so as to cover the plurality of blades 40 from the other side in the axis O direction and is provided integrally with the blades 40.
  • the cover 50 has a cover main body 51 and an edge portion 52.
  • the cover body 51 is formed in a disc shape with the axis O as the center.
  • An insertion hole 53 that penetrates in the direction of the axis O is formed in the center of the cover body 51.
  • the edge portion 52 is formed so as to rise from the inside in the radial direction of the cover main body 51 in a cylindrical shape on one side in the axis O direction so that the insertion hole 53 extends to one side in the axis O direction.
  • the inner diameter of the insertion hole 53 is formed larger than the outer diameter of the outer peripheral surface 21 of the inner peripheral member.
  • the blade 40 and the cover 50 In the outer peripheral side component 30 composed of the annular disk 31, the blade 40 and the cover 50, the radially inner end of the blade 40 and the radially inner end of the flow path R formed between the blades 40. There are no other components on the radially inner side of the part. Therefore, in the outer peripheral member 30, the blade 40 and the flow path R are in a state of facing the axis O, respectively.
  • the impeller 10 is configured such that the outer peripheral part 30 is externally fitted to the inner peripheral part 20 by shrink fitting.
  • the outer peripheral part 30 has a fitting hole 32 that is externally fitted to the large-diameter portion 24 on the outer peripheral surface 21 of the inner peripheral part 20.
  • the fitting part 60 of the inner peripheral side component 20 and the outer peripheral side component 30 is formed by the fitting hole 32 and the large diameter part 24 fitting.
  • annular disk 31 of the outer peripheral part 30 and the inner peripheral part 20 are fixed and integrated.
  • a disk 61 in the impeller 10 is formed by the integrated inner peripheral part 20 and the annular disk 31.
  • an introduction portion 62 is formed between the small diameter portion 22 and the large diameter portion 23 of the outer peripheral surface 21 of the inner peripheral component 20 and the inner peripheral surface of the insertion hole 53 in the cover 50 of the outer peripheral component 30. .
  • the introduction part 62 is formed to guide the fluid to the flow path R between the blades 40.
  • the first inner peripheral surface 26 of the inner peripheral surface 25 of the inner peripheral part 20 is externally fitted to the outer peripheral surface 3 of the rotating shaft 2.
  • the impeller 10 having the inner peripheral part 20 and the rotary shaft 2 are firmly fixed and integrated by shrink fitting the first inner peripheral surface 26 to the outer peripheral surface 3 of the rotary shaft 2.
  • a rotor 1 is configured.
  • the inner peripheral part 20 is molded.
  • the inner peripheral part 20 is formed by cutting a long and narrow cylindrical bloom material made of carbon steel to produce a disk-shaped member, and cutting the disk-shaped member with a processing tool.
  • the outer peripheral part 30 is molded.
  • the outer peripheral part 30 is formed by cutting a disk-shaped member with a processing tool.
  • the outer peripheral part 30 and the inner peripheral part 20 are fixed and integrated by fitting the outer peripheral part 30 to the inner peripheral part 20 by shrink fitting. That is, for example, the fitting hole 32 of the outer peripheral part 30 is heated to enlarge the fitting hole 32. In this state, the inner peripheral part 20 is arranged in the fitting hole 32 of the outer peripheral part 30. And the fitting hole 32 is cooled and diameter-reduced, and the fitting hole 32 is closely_contact
  • the rotor 1 is obtained by fitting the impeller 10 to the rotary shaft 2 by shrink fitting by the following method.
  • the diameter of the insertion hole 53 is increased by heating the first inner peripheral surface 26 of the inner peripheral part 20 of the impeller 10.
  • the rotary shaft 2 is inserted through the first inner peripheral surface 26 and the second inner peripheral surface 27.
  • the first inner peripheral surface 26 is cooled to reduce the diameter.
  • the 1st inner peripheral surface 26 is stuck to the outer peripheral surface 3 of the rotating shaft 2, and the impeller 10 and the rotating shaft 2 are integrally fixed.
  • the rotor 1 of this embodiment can be obtained.
  • the inner peripheral part 20 is formed in a cylindrical shape. For this reason, the inner peripheral side part 20 can be easily shape
  • a blade 40 is provided on the other side of the annular disk 31 in the axis O direction, and a cover 50 is provided on the other side of the blade 40 in the axis O direction. For this reason, nothing exists on the radially inner side of the blade 40 and the flow path R before the outer peripheral part 30 is fitted onto the inner peripheral part 20. Therefore, the machining tool can be easily accessed from the inside in the radial direction to the blade 40 and the flow path R formed between the blades 40. As a result, the outer peripheral part 30 can be easily integrally formed using a processing tool such as a 5-axis cutting device.
  • the impeller 10 provided with the disk 61, the blade 40, and the cover 50 can be obtained only by fitting the inner peripheral part 20 and the outer peripheral part 30 as described above. Therefore, the manufacturing time can be shortened and the manufacturing cost can be kept low.
  • the fitting between the outer peripheral part 30 and the inner peripheral part 20 is performed by shrink fitting. For this reason, fitting of both components can be strengthened more. In addition, for example, the manufacturing cost can be reduced as compared with the case where both are bonded to diffusion bonding or the like.
  • the introduction portion 62 to the flow path R is formed by the edge portion 52 of the cover 50 and the outer peripheral surface 21 of the inner peripheral side component 20. For this reason, for example, when the impeller 10 is applied to a compressor, the fluid can be smoothly guided to the flow path R between the blades 40. Furthermore, since it is not necessary to provide a separate member or the like to form the introduction portion 62, an increase in manufacturing cost can be suppressed.
  • the impeller 10 according to the present embodiment, only a part of the inner peripheral surface 25 of the inner peripheral part 20 is externally fitted to the rotary shaft 2. For this reason, the impeller 10 can be easily attached to and detached from the rotating shaft 2. Further, the first inner peripheral surface 26 that is particularly fitted on the rotary shaft 2 is disposed on one side in the axis O direction of the inner peripheral surface 25 of the inner peripheral component 20. For this reason, the fitting position can be separated from the center of gravity of the impeller 10. As a result, the influence of the centrifugal force during rotation of the rotor 1 can be reduced, and the impeller 10 can be prevented from being detached from the rotating shaft 2 due to the centrifugal force. In the present embodiment, the inner peripheral part 20 of the impeller 10 is externally fitted to the rotary shaft 2 by shrink fitting. For this reason, the impeller 10 can be more firmly attached to the rotating shaft 2.
  • the fitting portion 60 between the inner peripheral part 20 and the outer peripheral part 30 may be formed in a step shape. That is, in this first modification, the large diameter portion 24 of the inner peripheral part 20 is reduced in diameter by one step at an arbitrary position from the other side in the axis O direction toward the one side, thereby moving toward the one side in the axis O direction.
  • An inner circumferential step 71 is formed.
  • the outer diameter side step portion 72 is formed toward the other side of the axis O direction by reducing the diameter of the large diameter portion 24 of the outer peripheral part 30 by one step at any position from the other side of the axis O direction toward the one side. Yes.
  • the outer peripheral step part 72 and the inner peripheral step part 71 come into contact with each other.
  • the position in the axis O direction between the inner peripheral part 20 and the outer peripheral part 30 can be uniformly determined. For this reason, it is possible to easily perform positioning in the direction of the axis O when the inner peripheral part 20 and the outer peripheral part 30 are fitted.
  • the fitting portion 60 between the inner peripheral part 20 and the outer peripheral part 30 may be formed in a tapered shape.
  • the large diameter portion 24 of the inner peripheral part 20 is formed in a tapered shape that gradually decreases in diameter toward the one side in the axis O direction.
  • the fitting hole 32 of the outer peripheral part 30 is formed in a tapered shape that gradually decreases in diameter as it goes to one side in the axis O direction.
  • the taper angles of the large diameter portion 24 and the fitting hole 32 are the same.
  • the inner peripheral part 20 and the outer peripheral part are fitted in the fitting portion 60 between the inner peripheral part 20 and the outer peripheral part 30.
  • a key member 73 may be interposed to fix 30 to each other.
  • the inner peripheral part 20 and the outer peripheral part 30 can be fixed and integrated more firmly.
  • you may comprise the fitting part 60 of the inner peripheral part 20 and the outer peripheral part 30 by combining a 1st modification to a 3rd modification suitably.
  • the fitting between the inner peripheral part 20 and the outer peripheral part 30 is not limited to the above-described configuration, and both may be fixed and integrated with each other by, for example, spline bonding, or may be fixed and integrated by welding. But you can.
  • the inner peripheral part 20 may be formed integrally with the rotary shaft 2.
  • the inner peripheral component 20 and the rotary shaft 2 are integrally formed by forming the inner peripheral component 20 on the outer peripheral surface 3 of the rotary shaft 2.
  • the inner peripheral part and the outer peripheral part can be easily integrally formed respectively.
  • an impeller can be comprised by fitting an inner peripheral part and an outer peripheral part mutually. Therefore, it is possible to provide an impeller that can keep the manufacturing cost low.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

このインペラは、内周側部品(20)と外周側部品(30)との二つの部品からインペラ(10)を構成する。内周側部品(20)は、円筒状に成形される。外周側部品(30)は、内周側部品(20)の外周面(21)に外嵌される環状円盤(31)と、環状円盤(31)の軸線O方向他方側を向く面に周方向に間隔をあけて複数設けられて径方向に向かって延びる流路を形成するブレード(40)と、複数のブレード(40)を軸線方向他方側から覆い、内周側部品(20)が径方向に間隔をあけて軸線O方向に挿通する挿通孔(53)を有するカバー(50)とを一体的に成形することにより形成される。

Description

インペラ及びこれを備えたロータ並びにインペラの製造方法
 本発明は、例えば遠心圧縮機等の回転機械におけるインペラ及びこのインペラが回転軸に固定されているロータに関する。本願は、2011年2月24日に、日本に出願された特願2011-038380号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
 図6に示すように、遠心圧縮機等の回転機械に用いられるインペラ81は、ディスク82、ブレード83及びカバー84によって構成されている。
 このインペラ81におけるディスク82は、円筒部82a及び環状円盤部82bとが一体成形されて構成されている。円筒部82aは回転軸に外嵌される。環状円盤部82bは、円筒部82aの外周面における軸線O方向一方側(図6における右側)の部分から径方向外側に張り出す。ブレード83は、環状円盤部82bの軸線O方向他方側(図6における左側)の面に周方向に間隔をあけて複数配置されている。そして、これらブレード83を軸線O方向他方側から覆うようにカバー84が一体に取り付けられている。
 このようなインペラ81は、ディスク82の円筒部82aの内周面における軸線O方向他方側の部分が、回転軸に焼き嵌めされることによって回転軸に一体に固定される。このように円筒部82aの内周面の一部のみが焼き嵌めされることによって、インペラ81の回転軸への取り付け及び取り外しを容易に行うことができる。また、焼き嵌め箇所がインペラ81の重心から離間する。この結果、回転時の遠心力によりインペラ81が回転軸から外れることを回避できる。
 上記インペラ81の製造方法としては、ディスク82、ブレード83及びカバー84をそれぞれ別個に成形し、その後、これら部材を溶接にて一体化させる手法が知られている。しかし、前記インペラ81の製造方法では、溶接ひずみや溶接不良等が発生する場合がある。
 これに対して、母材としてのインペラ材に加工工具90を用いて切削加工を施すことにより、ディスク82、ブレード83及びカバー84を一体成形する製造方法が提案されている。
 また、例えば特許文献1には、ブレード間の流路を形成した内周側部品と外周側部品とを、これらの流路が互いに接続されるように拡散接合させてインペラを製造する方法が提案されている。
特開2004-36444号公報
 インペラ81を一体成形する場合に、加工時間の短縮化を図ることが望まれる。そのため、図6に示すインペラ81を一体成形する場合には、インペラ材におけるブレード83間の流路となる箇所に加工工具90が容易にアクセス可能であることが好ましい。ところが、図6のインペラ81では、インペラ材におけるディスク82の円筒部82aやカバー84となる部分に、加工工具90が干渉して所望の形状に加工することが困難である。そのため、加工に多くの時間及び労力がかかり、製造コストの増加を招く。
 これに対して、流路への加工工具90のアクセス性を向上するために、例えば図7に示す構成が考えられる。すなわち、ディスク82の円筒部82aを環状円盤部82bから軸線方向一方側に延びるように成形する。そして、円筒部82aの内周面における軸線方向一方側の部分を焼き嵌め箇所とする。しかしながら、この場合、図6に示すインペラ81に比べて焼き嵌め箇所がインペラ81の重心位置に接近する。この結果、焼き嵌め箇所の径方向の厚みを遠心力に耐えられるように厚くする必要があり、コストの上昇を招く。
 なお、円筒部82aを軸線方向一方側にさらに延ばして焼き嵌め箇所の位置を重心からさらに離間させることも考えられる。しかし、この場合、例えば複数段のインペラ81を備える遠心圧縮機では、回転軸の長大化を招き、軸の剛性が低下する。
 一方、特許文献1に記載のインペラは、内周側部品、外周側部品ともに加工工具のアクセス性は高い。しかし、内周側部品と外周側部品との両方に流路を形成し、且つ、これらの流路が互いに連通するように拡散接合を施す必要がある。そのため、製造コストの高騰を招く。
 本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、製造コストを低く抑えることの可能なインペラを提供することを目的とする。
 上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を提供している。
 本発明の第1の態様によれば、インペラは、内周側部品と外周側部品とから構成されるインペラであって、前記内周側部品は、軸線を中心とした円筒状に形成されており、前記外周側部品は、前記内周側部品の外周面における前記軸線方向一方側の部分に外嵌される環状円盤と、環状円盤の前記軸線方向他方側を向く面に周方向に間隔をあけて複数設けられ、径方向に向かって延びる流路を形成するブレードと、前記複数のブレードを前記軸線方向他方側から覆い、前記内周側部品が径方向に間隔をあけて前記軸線方向に挿通する挿通孔を有するカバーとが一体成形されて構成される。
 このような第1の態様に係るインペラでは、内周側部品が円筒状に形成されているため、切削加工によって容易に成形できる。また、外周側部品は、環状円盤の軸線方向他方側にブレードが設けられ、且つブレードのさらに軸線方向他方側にカバーが設けられた構成である。このため、外周側部品が内周側部品に外嵌される前の段階においては、ブレード及び流路の径方向内側には部材が何も存在しない。したがって、ブレード及びこれらブレード間の形成された流路に対して、加工工具を径方向内側から容易にアクセスすることができる。
 そして、内周側部品に外周側部品の環状円盤を外嵌させる工程のみで、これら内周側部部品と環状円盤とによってディスクが構成され、当該ディスク、ブレード及びカバーを備えたインペラを得ることができる。
 また、本発明の第2の態様によれば、インペラは、前記環状円盤が焼き嵌めによって前記内周側部品に外嵌される。
 焼き嵌めにより外周側部品を内周側部品へ嵌合させることで、嵌合をより強固にすることができる。この他、例えば拡散接合等を行う場合に比べて、コストの低減を図ることができる。
 また、本発明の第3の態様によれば、インペラは、前記カバーに、その径方向内側から前記軸線方向他方側に円筒状に立ち上がる縁部が設けられ、前記縁部と前記内周側部品の外周面とによって前記流路への流体の導入部が形成される。
 本発明の第3の態様によれば、カバーにおける縁部と内周側部品の外周面とによって流路への導入部が形成される。この結果、流体を円滑にブレード間の流路へと導くことができる。
 本発明の第4の態様に係るインペラにおいては、前記内周側部品と前記外周側部品における前記環状円盤との嵌め合い部の少なくとも一部が、段差状に形成されている。
 この構成により、内周側部品と外周側部品との軸線方向の位置を容易に定めることができる。
 本発明の第5の態様に係るインペラにおいては、前記内周側部品と前記外周側部品における前記環状円盤との嵌め合い部の少なくとも一部が、テーパ状に形成されている。
 この構成により、嵌め合い部の面圧を一定にすることができる。したがって、インペラの重心を適正な箇所に維持することができ、回転時のがたつき等を回避できる。
 さらに、本発明の第6の態様に係るインペラにおいては、前記内周側部品と前記外周側部品における前記環状円盤との嵌め合い部に、これら内周側部品と外周側部品とを互いに固定するキー部材が介在されている。
 この構成により、内周側部品と外周側部品とをより強固に固定して一体化させることができる。
 本発明の第7の態様によれば、ロータは、上記いずれかのインペラと、インペラの前記内周側部品の内周面における軸線方向他方側の部分が外嵌される回転軸を備える。
 この構成により、ロータは、内周側部品の内周面の一部のみを回転軸に外嵌されるため、インペラの回転軸への取り付け及び取り外しを容易に行うことができる。
 本発明の第8の態様によれば、ロータは、前記内周側部品が焼き嵌めによって前記回転軸に外嵌される。
 この結果、ロータを回転軸に対してより強固に取り付けることができる。
 本発明の第9の態様によれば、ロータは、上記いずれかのインペラと、前記インペラと一体に回転する回転軸とを備えるロータにおいて、前記インペラの内周側部品が前記ロータと一体に成形されている。
 この場合、内周側部品を回転軸に固定する作業を行う必要がない。そのため、ロータを構成する際の作業工程数を減らすことができる。
 本発明の第10の態様によれば、インペラの製造方法は、内周側部品と外周側部品とからなるインペラの製造方法であって、軸線を中心とした円筒状をなす前記内周側部品を成形する工程と、前記内周側部品の外周面における軸線方向一方側の部分に外嵌可能な環状円盤と、前記環状円盤の軸線方向他方側を向く面に周方向に間隔をあけて複数設けられ、径方向に向かって延びる流路を形成するブレードと、前記複数のブレードを軸線方向他方側から覆い、前記内周側部品が径方向に間隔をあけて前記軸線方向に挿通する挿通孔を有するカバーとを有する前記外周側部品を一体成形する工程と、前記内周側部品における軸線方向他方側の部分に前記環状円盤を外嵌させることにより前記内周側部品と前記外周側部品とを固定一体化する工程とを備える。
 このような特徴のインペラの製造方法では、内周側部品が単純な形状のため容易に成形することができる。さらに、外周側部品におけるブレード及び流路に対して加工工具を容易にアクセスすることができる。また、外周側部品を内周側部品に外嵌させることのみをもって容易にインペラを得ることができる。
 本発明によれば、内周側部品及び外周側部品をそれぞれ容易に一体成形することができる。また、内周側部品及び外周側部品を互いに嵌合させることでインペラを構成することができる。そのため、製造時間の短縮化を図り、製造コストを低く抑えることが可能となる。
本発明の一実施形態に係るロータの軸線を含む断面図である。 本発明の一実施形態の第一変形例に係るロータの軸線を含む断面図である。 本発明の一実施形態の第二変形例に係るロータの軸線を含む断面図である。 本発明の一実施形態の第三変形例に係るロータの軸線を含む断面図である。 本発明の一実施形態の第四変形例に係るロータの軸線を含む断面図である。 従来例に係るロータの軸線を含む断面図である。 従来例に係るロータの軸線を含む断面図である。
 以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
 ロータ1は、例えば圧縮機やタービン等の回転機械に用いられる部材である。図1に示すように、ロータ1は、回転軸2の外周側にインペラ10が一体に取り付けられる構成である。回転軸2は、軸線O方向に延びる円柱状をなして軸線O回りに回転可能な部材である。インペラ10は、軸線O方向に流通する流体を径方向外側へと向かって送り出す部材である。
 以下では、図1における右側を「軸線O方向一方側」と称し、図1の左側を「軸線O方向他方側」と称する。この軸線O方向一方側が、流体の下流側となる。また、軸線O方向他方側が流体の上流側となる。
 インペラ10は、内周側部品20と外周側部品30との2つの部材から構成される。
 内周側部品20は、軸線Oを中心とした略円筒状に形成されている。内周側部品20の外周面21は、小径部22、拡径部23及び大径部24とから構成される。
 小径部22は、内周側部品20の外周面21における軸線O方向他方側の端部を含む部分である。拡径部23は、小径部22の軸線O方向一方側に連続して位置し、軸線O方向一方側に向かうに従って漸次拡径する部分である。また、大径部24は、拡径部23の軸線O方向一方側に連続して位置し、内周側部品20の外周面21における軸線O方向一方側の端部を含む部分である。大径部24の径は、小径部22よりも一回り大きい。
 また、内周側部品20の内周面25は、第一内周面26と第二内周面27とから構成されている。第一内周面26は、内周側部品20の内周面25における軸線O方向他方側の端部を含む部分、即ち、上記外周面21の小径部22に対応する部分である。第一内周面26の内径は、回転軸2の外周面21の外径よりも僅かに小さく設定されている。第二内周面27は、内周側部品20の内周面25における第一内周面26の軸線O方向一方側に連続して位置し、内周面25の軸線O方向一方側の端部を含む部分である。また、第二内周面27の内径は、回転軸2が挿通可能な大きさに設定されている。
 外周側部品30は、環状円盤31と、ブレード40とカバー50とが一体的に成形された部材である。
 環状円盤31は、軸線Oを中心として形成された円盤状の部材である。環状円盤31の中央には、軸線O方向に貫通する嵌合孔32が形成されている。この嵌合孔32の内径は、上記内周側部品20の大径部24の外径と同一か僅かに小さい程度に形成されている。なお、嵌合孔32の軸線O方向の寸法は、上記内周側部品20の大径部24の軸線O方向の寸法と略同一である。
 また、環状円盤31における軸線O方向他方側を向く面は、径方向内側から外側に向かうに従って軸線O方向一方側に緩やかに後退する湾曲面33を有する。
 ブレード40は、上記環状円盤31の湾曲面33から軸線O方向他方側に向かって立ち上がるように複数設けられている。各ブレード40は、環状円盤31の径方向全域にわたるように延在している。具体的には、各ブレード40は、径方向内側から外側に向かうにしたがって周方向一方向に湾曲するように延在している。このようなブレード40は、周方向に間隔をあけて複数設けられている。そして、周方向に互いに隣り合うブレード40の間の空間が、流体が流通する流路Rとなる。
 カバー50は、上記複数のブレード40を軸線O方向他方側から覆うように配置され、これらブレード40と一体に設けられた部材である。このカバー50は、カバー本体51と、縁部52とを有する。カバー本体51は、軸線Oを中心として円盤状に形成されている。カバー本体51の中央には軸線O方向に貫通する挿通孔53が形成されている。縁部52は、カバー本体51の径方向内側から、上記挿通孔53を軸線O方向一方側に延在させるようにして軸線O方向一方側に円筒状に立ち上がるように形成されている。挿通孔53の内径は、内周側部材の外周面21の外径よりも大きく形成されている。
 このような環状円盤31、ブレード40及びカバー50から構成される外周側部品30においては、上記ブレード40の径方向内側の端部及びブレード40間に形成された流路Rの径方向内側の端部のさらに径方向内側には、他の構成要素が存在しない。したがって、外周側部材30において、ブレード40及び流路Rは、それぞれ軸線Oに面した状態となる。
 そして、本実施形態では、インペラ10は、外周側部品30が内周側部品20に焼き嵌めにより外嵌されて構成されている。具体的には、外周側部品30は、その嵌合孔32が内周側部品20の外周面21における大径部24に外嵌されている。そして、嵌合孔32と大径部24とが嵌合することによって内周側部品20と外周側部品30との嵌め合い部60が形成されている。
 このように内周側部品20と外周側部品30とが嵌合することによって、外周側部品30の環状円盤31と内周側部品20とが固定されて一体化される。この一体化された内周側部品20と環状円盤31により、インペラ10におけるディスク61が形成されている。また、内周側部品20の外周面21の小径部22及び拡径部23と外周側部品30のカバー50における挿通孔53の内周面との間には、導入部62が形成されている。導入部62は、ブレード40間の流路Rに流体を導くために形成される。
 また、インペラ10は、内周側部品20の内周面25における第一内周面26が回転軸2の外周面3に外嵌されている。特に本実施形態では、第一内周面26が回転軸2の外周面3に焼き嵌めされることによって、内周側部品20を有するインペラ10と回転軸2とが強固に固定一体化されてロータ1が構成されている。
 次に上記インペラ10の製造方法について説明する。
 まず、内周側部品20を成形する。この内周側部品20は、炭素鋼から形成される細長い円柱形状のブルーム材を切断して円盤状部材を作製し、加工工具により円盤状部材に対して切削加工を施すことによって成形される。
 また、この内周側部品20の成形とは別に、外周側部品30を成形する。この外周側部品30も内周側部品20と同様に、円盤状部材に対して加工工具による切削加工を施すことによって成形する。
 次いで、外周側部品30を内周側部品20に対して焼き嵌めにより嵌合させることにより外周側部品30と内周側部品20とを固定して一体化させる。即ち、例えば外周側部品30の嵌合孔32を加熱して嵌合孔32を拡径させる。この状態で外周側部品30の嵌合孔32内に内周側部品20を配置する。そして、嵌合孔32を冷却して縮径させ、嵌合孔32を外周側部品30の大径部24に密着させる。これによって、外周側部品30と内周側部品20とを一体に固着させる。このようにして、本実施形態のインペラ10を得ることができる。
 また、以下の方法により、インペラ10を回転軸2に焼き嵌めにより外嵌させてロータ1を得る。まず、インペラ10の内周側部品20における第一内周面26を加熱することで挿通孔53を拡径させる。この状態で第一内周面26及び第二内周面27に回転軸2を挿通させる。そして、第一内周面26を冷却して縮径させる。これにより、第一内周面26を回転軸2の外周面3に密着させて、インペラ10と回転軸2とを一体に固着させる。このようにして、本実施形態のロータ1を得ることができる。
 以上のように、本実施形態のインペラ10においては、内周側部品20は円筒状に形成されている。このため、円盤状部材に切削加工を施すことによって内周側部品20を容易に成形することができる。
 また、外周側部品30においては、環状円盤31の軸線O方向他方側にブレード40が設けられ、且つ、ブレード40のさらに軸線O方向他方側にカバー50が設けられている。このため、外周側部品30が内周側部品20に外嵌される前の段階においてはブレード40及び流路Rの径方向内側には何も存在しない。したがって、ブレード40及びこれらブレード40間に形成された流路Rに対して加工工具を径方向内側から容易にアクセスすることができる。この結果、例えば5軸の切削加工装置等の加工工具を用いて、外周側部品30を容易に一体成形することができる。
 そして、本実施形態では、上記のような内周側部品20と外周側部品30とを嵌合させるだけで、ディスク61、ブレード40及びカバー50を備えたインペラ10を得ることができる。そのため、製造時間の短縮化を図ることができ、製造コストを低く抑えることが可能となる。
 また、外周側部品30と内周側部品20との嵌合は、焼き嵌めにより行われる。このため、両部品の嵌合をより強固にすることができる。この他、例えば拡散接合等に両者を接合する場合に比べて、製造コストの低減を図ることができる。
 また、カバー50における縁部52と内周側部品20の外周面21とによって流路Rへの導入部62が形成される。このため、例えば、インペラ10を圧縮機に適用した際に、流体をブレード40間の流路Rへと円滑に導くことができる。さらに、導入部62を形成するために別途部材等を設ける必要がないため、製造コストの上昇を抑えることができる。
 また、本実施形態に係るインペラ10は、内周側部品20の内周面25の一部のみを回転軸2に外嵌することとした。このため、インペラ10の回転軸2への取り付け及び取り外しを容易に行うことができる。さらに、特に回転軸2に外嵌される第一内周面26が内周側部品20の内周面25の軸線O方向一方側に配置されている。このため、インペラ10の重心位置から嵌合位置を離間させることができる。この結果、ロータ1の回転時の遠心力による影響を低減させ、遠心力に起因してインペラ10が回転軸2から外れることを回避できる。
 また、本実施形態では、インペラ10の内周側部品20を、焼き嵌めによって回転軸2に外嵌させる。このため、インペラ10を回転軸2に対してより強固に取り付けることができる。
 以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、これらに限定されることはなく、多少の設計変更等も可能である。
 例えば、本実施形態の第一変形例として、図2に示すように、内周側部品20と外周側部品30との嵌め合い部60が段差状に形成されていてもよい。即ち、この第一変形例では、内周側部品20の大径部24が、軸線O方向他方側から一方側に向かう任意の位置において、一段縮径することにより軸線O方向一方側に向かって内周側段差部71が形成されている。さらに、外周側部品30の大径部24が軸線O方向他方側から一方側に向かう任意の位置において、一段縮径することにより軸線O方向他方側に向かって外周側段差部72が形成されている。そして、内周側部品20と外周側部品30とが互いに嵌合した際には、外周側段差部72と上記内周側段差部71とが互いに当接する。
 これによって、内周側部品20と外周側部品30との軸線O方向位置を一律に定めることができる。このため、内周側部品20と外周側部品30とを嵌合させる際の軸線O方向の位置決めを容易に行うことが可能となる。
 また、例えば、第一実施形態の第二変形例として、図3に示すように、内周側部品20と外周側部品30との嵌め合い部60がテーパ状に形成されていてもよい。即ち、この第二変形例では、内周側部品20の大径部24が軸線O方向一方側に向かうにしたがって漸次縮径するテーパ状に形成されている。また、外周側部品30の嵌合孔32が軸線O方向一方側に向かうに従って漸次縮径するテーパ状に形成されている。これら大径部24及び嵌合孔32のテーパの角度は互いに同一とされている。
 これによって、嵌め合い部60の面圧を一定にすることができるため、インペラ10の重心を適正な箇所に維持することができる。その結果、回転時のがたつき等を回避することが可能となる。
 さらに、例えば、第一実施形態の第三変形例として、図4に示すように、内周側部品20と外周側部品30との嵌め合い部60に、これら内周側部品20と外周側部品30とを互いに固定するキー部材73が介在してもよい。これによって、内周側部品20と外周側部品30とをより強固に固定一体化することができる。
 さらに、第一変形例から第三変形例を適宜組み合わせることで、内周側部品20と外周側部品30との嵌め合い部60を構成してもよい。
 なお、内周側部品20と外周側部品30との嵌合は、上記構成のみならず、例えばスプライン接合によって両者が互いに固定一体化されていてもよく、また、溶接によって固定一体化された構成でもよい。
 また、例えば第一実施形態の第四変形例として、図5に示すように、内周側部品20が回転軸2と一体に形成されているものであってもよい。この場合は、回転軸2を切削加工により削り出す際に、回転軸2の外周面3に内周側部品20を形成することで、内周側部品20と回転軸2とを一体成形する。この結果、内周側部品20を回転軸2に固定する作業を行う必要がないため、ロータ1を構成する際の作業工程数を減らすことができる。
 本発明によれば、内周側部品及び外周側部品をそれぞれ容易に一体成形することができる。また、内周側部品及び外周側部品を互いに嵌合させることでインペラを構成することができる。そのため、製造コストを低く抑えることの可能なインペラを提供することができる。
1 ロータ
2 回転軸
3 外周面
10 インペラ
20 内周側部品
21 外周面
22 小径部
23 拡径部
24 大径部
25 内周面
26 第一内周面
27 第二内周面
30 外周側部品
31 環状円盤
32 嵌合孔
33 湾曲面
40 ブレード
50 カバー
51 カバー本体
52 縁部
53 挿通孔
60 嵌め合い部
61 ディスク
62 導入部
71 内周側段差部
72 外周側段差部
73 キー部材
O 軸線
R 流路

Claims (10)

  1.  内周側部品と外周側部品とからなるインペラであって、
     前記内周側部品は、軸線を中心とした円筒状をなしており、
     前記外周側部品は、
    前記内周側部品の外周面における前記軸線方向一方側の部分に外嵌される環状円盤と、
    環状円盤の前記軸線方向他方側を向く面に周方向に間隔をあけて複数設けられ、径方向に向かって延びる流路を形成するブレードと、
    複数の前記ブレードを前記軸線方向他方側から覆い、前記内周側部品が径方向に間隔をあけて前記軸線方向に挿通する挿通孔を有するカバーとが一体成形されてなるインペラ。
  2.  前記環状円盤が焼き嵌めによって前記内周側部品に外嵌される請求項1に記載のインペラ。
  3.  前記カバーに、その径方向内側から前記軸線方向他方側に円筒状に立ち上がる縁部が設けられ、
     前記縁部と前記内周側部品の外周面とによって前記流路への流体の導入部が形成される請求項2に記載のインペラ。
  4.  前記内周側部品と前記外周側部品における前記環状円盤との嵌め合い部の少なくとも一部が、段差状に形成されている請求項1から3のいずれか一項に記載のインペラ。
  5.  前記内周側部品と前記外周側部品における前記環状円盤との嵌め合い部の少なくとも一部が、テーパ状に形成されている請求項1から4のいずれか一項に記載のインペラ。
  6.  前記内周側部品と前記外周側部品における前記環状円盤との嵌め合い部に、これら内周側部品と外周側部品とを互いに固定するキー部材が介在されている請求項1から5のいずれか一項に記載のインペラ。
  7.  請求項1から6のいずれか一項に記載のインペラと、
     インペラの前記内周側部品の内周面における軸線方向他方側の部分が外嵌される回転軸を備えるロータ。
  8.  前記内周側部品が焼き嵌めによって前記回転軸に外嵌される請求項7に記載のロータ。
  9.  請求項1から6のいずれか一項に記載のインペラと、
     前記インペラと一体に回転する回転軸とを備えるロータにおいて、
     前記インペラの内周側部品が前記回転軸と一体成形されているロータ。
  10.  内周側部品と外周側部品とからなるインペラの製造方法であって、
     軸線を中心とした円筒状をなす前記内周側部品を成形する工程と、
     前記内周側部品の外周面における軸線方向一方側の部分に外嵌可能な環状円盤と、前記環状円盤の軸線方向他方側を向く面に周方向に間隔をあけて複数設けられ、径方向に向かって延びる流路を形成するブレードと、前記複数のブレードを軸線方向他方側から覆い、前記内周側部品が径方向に間隔をあけて前記軸線方向に挿通する挿通孔を有するカバーとを有する前記外周側部品を一体成形する工程と、
     前記内周側部品における軸線方向他方側の部分に前記環状円盤を外嵌させることにより前記内周側部品と前記外周側部品とを固定一体化する工程とを備えるインペラの製造方法。
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