WO2013122000A1

WO2013122000A1 - インペラ及びこれを備えた回転機械

Info

Publication number: WO2013122000A1
Application number: PCT/JP2013/053044
Authority: WO
Inventors: 信頼八木; 大輔平田
Original assignee: 三菱重工コンプレッサ株式会社; 三菱重工業株式会社
Priority date: 2012-02-13
Filing date: 2013-02-08
Publication date: 2013-08-22
Also published as: US20150198046A1; EP2944823A1; CN103958899A; US9951627B2; EP2816236B1; JP5967966B2; US11073020B2; US20140356179A1; CN103958899B; EP2816236A4; EP2944823B1; JP2013164054A; EP2816236A1

Abstract

このインペラは、軸線回りに回動される回転軸に対してグリップ部が熱変形により固定される筒部と、グリップ部よりも軸線方向他側に設けられ回転軸の径方向外側に向かって延出するディスク本体部と、を備えたディスク部と、ディスク本体部から軸線方向に突出するブレード部とを備え、ディスク部は、筒部をディスク本体部よりも軸線方向他側に延長するフープ応力抑制部を備える。

Description

インペラ及びこれを備えた回転機械

　この発明は、インペラ及びこのインペラが回転軸に固定されてなる回転機械に関するものである。本願は、２０１２年２月１３日に、日本に出願された特願２０１２－０２８７６３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　ターボ冷凍機や小型ガスタービン等にあっては、遠心圧縮機などの回転機械が用いられている。この回転機械は、回転軸に固定されたディスク部に複数のブレードが設けられたインペラを有しており、インペラを回転させることで、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。

　上記インペラにあっては、回転軸が高速回転される際に、インペラの取付孔の内周面近傍の引っ張り応力が高くなりインペラが破損する可能性があった。このインペラの破損を防止するべく、特許文献１には、上記引っ張り応力を低減する技術が開示されている。この特許文献１のインペラは、インペラの中央部に取付孔が貫通している。この取付孔には、その内周面全体にわたって僅かな隙間嵌め、又は締まり嵌めで嵌め合うようにして回転軸が挿入されている。そして、取付孔の内周面には、引っ張り応力を低減するための応力低減窪みが形成されている。

特開２００５－００２８４９

　図１４は、高速回転時にインペラ６１０に作用する応力のシミュレーション結果を示すコンタ図である。このインペラ６１０は、ディスク部３０とブレード部４０とからなる、いわゆるオープン型のインペラである。図１５を参照し、ディスク部３０は、回転軸５に対して前記回転軸５の軸線Ｏ方向前側のグリップ部（図１５中、左側部）３３が焼き嵌め等により固定される筒部３２と、グリップ部３３よりも軸線Ｏ方向後側に設けられて回転軸５の径方向外側に向かって延びるディスク本体部３５とを備えている。このように形成されたインペラ６１０において、回転軸５の高速回転時に作用する応力が最大となる箇所（応力が集中する箇所）は、上記グリップ部３３とは反対側の、軸線Ｏ方向後側の角部近傍となる。これは、回転時の遠心力や流路側とディスク背面側とのガス圧差により生じるスラスト方向荷重（スラスト力）などによって、ディスク部３０の角部が、図１５中の破線に示す径方向外側に変位しようとするからである。この角部近傍における応力集中は、インペラ６１０の周方向に作用する引っ張り応力であるフープ応力が主体となる。なお、図１５において、フープ応力が集中する箇所を符号「ｆ」で示している。

　上記ディスク部３０の角部近傍におけるフープ応力の大きさは、高速回転になるほど増大するため、例えば、意図しない高速回転となった場合には、ディスク部３０が強度不足に陥る可能性がある。この強度不足を防止するためには、例えば、筒部３２の内周全面で筒部３２を回転軸５の外周面に固定させる方法が考えられる。更に、特許文献１のように複数個所で、筒部３２を回転軸５の外周面に固定させる方法も考えられる。しかし、回転軸５からインペラ６１０を取り外す際などに、ディスク部３０の広範囲に亘り温度上昇させる必要があり、組立性及びメンテナンス性が悪くなってしまう。

　この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、回転軸に対して容易に着脱可能であると共に、回転時に応力が局所集中するのを防止することができるインペラ及び前記インペラを備える回転機械を提供するものである。

　上記の課題を解決するために以下の構成を採用する。
　本発明の第一の態様に係るインペラは、軸線回りに回動される回転軸が挿通されるとともに、前記回転軸の軸線方向一側に設けられて前記回転軸に固定されるグリップ部を有する略筒状の筒部と、前記グリップ部よりも軸線方向他側に設けられ前記筒部から前記回転軸の径方向外側に向かって延出するディスク本体部と、前記筒部と前記ディスク本体部を備えたディスク部と、前記ディスク本体部から前記軸線方向一側に突出するブレード部とを備え、前記ディスク部は、前記筒部から、前記ディスク本体部よりも前記軸線方向他側に延出されたフープ応力抑制部を備える。

　このように、軸線方向一側のグリップ部のみで固定されることで、回転軸に対する着脱を容易とすることができる。その一方で、回転軸に固定されていない軸線方向他側において、軸線方向他側に延長されたフープ応力抑制部によって遠心力による径方向への変形の剛性を高めることで、インペラが軸線方向他側において径方向に浮き上がるように変形することを抑制することができる。これにより、径方向に変形することにより生じるフープ応力の増大を抑制することができる。

　上記インペラにおいて、前記筒部は、前記筒部の内周面に、フープ応力が集中する位置の軸線方向両側に設けられ、前記ディスク部に作用する軸方向応力が集中する位置を前記フープ応力が集中する位置から径方向外側に変位させる第一軸方向応力変位溝および第二軸方向応力変位溝を備えていてもよい。
　このようにすることで、軸方向応力が集中する箇所を、第一軸方向応力変位溝および、第二軸方向応力変位溝よりも径方向外側に変位させることができる。これにより、軸方向応力が集中する箇所とフープ応力が集中する箇所とを径方向に離間することができるため、ディスク部における応力集中を低減することができる。

　上記インペラにおいて、前記ディスク部は、前記フープ応力抑制部を別部材として備えていてもよい。
　このようにすることで、フープ応力抑制部の材料として、ディスク部よりもヤング率の高い材料などを採用できるため、フープ応力抑制部をより変形し難くすることができる。

　上記インペラにおいて、前記ディスク本体部の前記軸線方向の他側面と、前記フープ応力抑制部とに亘るリブを備えていてもよい。
　このように構成することで、ディスク本体部背面の重量増加を抑制しつつ、ディスク部の背面剛性を向上することができる。

　本発明の第二の態様に係る回転機械は、上記インペラを備える。
　このように構成することで、インペラのメンテナンス性を向上することができる。更に、回転時におけるインペラの破損を防止できるため、信頼性の向上を図ることができる。

　本発明によれば、回転軸に対して容易に着脱可能としつつ、回転時に応力が局所集中するのを防止することができる。

この発明の実施形態における遠心圧縮機の縦断面図である。この発明の第一実施形態におけるインペラの縦断面図である。上記インペラのシミュレーション結果を示す図である。上記インペラのフープ応力および軸方向応力の説明図である。この発明の第二実施形態における図２に相当する縦断面図である。上記インペラのシミュレーション結果を示す図である。上記インペラのフープ応力および軸方向応力の説明図である。上記第二実施形態の第一変形例における図２に相当する縦断面図である。図８Ａの部分拡大図である。上記第二実施形態の第二変形例における図２に相当する縦断面図である。上記第二実施形態の第三変形例における図２に相当する縦断面図である。上記第三変形例における軸線方向後側から見た側面図である。上記第二実施形態の第四変形例における図２に相当する縦断面図である。上記第四変形例における図７に相当する説明図である。従来のインペラにおける図３に相当する図である。従来のインペラにおけるフープ応力の説明図である。

　本発明の第一実施形態における回転機械およびインペラについて図面を参照して説明する。
　図１は、この実施形態の回転機械である遠心圧縮機１００の概略構成を示す構成図である。
　図１に示すように、遠心圧縮機１００のケーシング１０５には、ジャーナル軸受１０５ａおよびスラスト軸受１０５ｂを介して回転軸５が軸支されている。回転軸５は、軸線Ｏ回りに回動可能とされ、軸線Ｏ方向に並んで複数のインペラ１０が取り付けられている。
　各インペラ１０は、回転軸５の回転による遠心力を利用してケーシング１０５に形成された上流側の流路１０４から供給されるガスＧを下流側の流路１０４へと段階的に圧縮して流す。

　ケーシング１０５には、回転軸５の軸線Ｏ方向の前側（図１における左側）に、外部からガスＧを流入させるための吸込口１０５ｃが形成されている。また、軸線Ｏ方向の後側（図１における右側）には、外部へガスＧを流出させるための排出口１０５ｄが形成されている。なお、以下の説明においては、紙面左側を「前側」、紙面右側を「後側」と称する。

　上記遠心圧縮機１００の構成により、回転軸５が回転すると、吸込口１０５ｃからガスＧが流路１０４に流入して、このガスＧがインペラ１０によって段階的に圧縮された後に排出口１０５ｄから排出される。なお、図１においては、回転軸５にインペラ１０が直列に６個設けられた一例を示しているが、インペラ１０は、回転軸５に対して少なくとも１個設けられていればよい。以下の説明では、説明を簡単化するために、回転軸５にインペラ１０が１個設けられている場合を例にして説明する。

　図２に示すように、上記遠心圧縮機１００のインペラ１０は、回転軸５に対して焼き嵌めにより固定されるディスク部３０と、このディスク部３０の軸線Ｏ方向の前側面３１から突出して設けられた複数のブレード部４０と、を備える。上記遠心圧縮機１００のインペラ１０は、いわゆるオープン型のインペラである。

　ディスク部３０は、回転軸５に対して外嵌される略円筒状の筒部３２を備えている。筒部３２は、軸線Ｏ方向一側となる前側に設けられ、回転軸５の外周面に固定されるグリップ部３３と、前記グリップ部３３よりも軸線Ｏ方向他側となる後側において回転軸５の外径よりも僅かに大径に形成されて回転軸５の外周面との間に隙間が形成された非グリップ部３４とを備えている。グリップ部３３は、回転軸５に固定されていない状態で回転軸５よりも小径に形成されていて、焼き嵌めにより回転軸５に固定されている。

　更に、ディスク部３０は、グリップ部３３よりも軸線Ｏ方向他側で、筒部３２の非グリップ部３４から径方向外側に向かって延びる略円板状のディスク本体部３５を備えている。
　ディスク本体部３５は、径方向内側ほど厚肉に形成されている。また、ディスク部３０は、前側面３１と、筒部３２の外周面３２ａとを滑らかに繋ぐ凹状の曲面３１ａを備えている。

　ブレード部４０は、ディスク本体部３５の周方向に等間隔で複数配列されている。これらブレード部４０は、略一定の板厚を有し、側面視で径方向外側に向かってやや先細りに形成されている。更に、これらブレード部４０は、上記ディスク部３０の前側面３１から軸線Ｏ方向前側に向かって突出して形成されている。なお、上述した流路１０４は、インペラ１０の配置箇所において、前側面３１と、曲面３１ａと、外周面３２ａと、周方向に互いに対向するブレード部４０の面４０ａと、前側面３１および曲面３１ａに対向するケーシング１０５の壁面とにより形成されている。

　上述したディスク部３０は、ディスク本体部３５よりも軸線Ｏ方向前側と反対側となる後側に、フープ応力抑制部５０を備えている。このフープ応力抑制部５０は、筒部３２から軸線Ｏ方向後側に延長するように延出形成されている。ここで、図３中、ディスク本体部３５の最も軸線Ｏ方向後側の位置をＣ－Ｃ線で示している。このＣ－Ｃ線よりも軸線Ｏ方向後側に形成されている部分がフープ応力抑制部５０である。

　フープ応力抑制部５０は、ディスク部３０の径方向外側から径方向内側に向かって、所定の径方向厚さＴ１になる位置まで軸線Ｏ方向後側に漸次減厚して形成されている。これにより、フープ応力抑制部５０は、軸線Ｏ方向の後側面５１が凹状の曲面に形成されている。ここで、フープ応力抑制部５０における軸線Ｏ方向の長さＬ１や、径方向の厚さ寸法Ｔ１は、軽量化の観点から、回転軸５における回転数の最大値（作用するフープ応力の最大値）と、インペラ１０の必要強度とに基づき、最小限の長さＬ１や厚さＴ１に設定されるのが好ましい。なお、厚さＴ１の値が大きいほどインペラ１０に作用するフープ応力の最大値は低減される。

　図３は、本実施形態のインペラ１０における、高速回転時の応力分布のシミュレーション結果を示すコンタ図である。なお、図３においては、高い応力が作用している箇所ほど濃色で示している（図６も同様）。

　図３に示すように、フープ応力抑制部５０を備えるインペラ１０の場合、回転時に作用する応力が高い範囲は、フープ応力抑制部５０を備えていないインペラ（図１４参照）の場合よりも、軸線Ｏ方向に広がりを見せている。しかし、その最大値は低減されている。
　これは、フープ応力抑制部５０によって遠心力による径方向への筒部３２の剛性を高めることで、インペラ１０が軸線Ｏ方向他側において径方向に浮き上がるように変形することを抑制することができ、これによりインペラ１０の径方向に変形することにより生じるフープ応力の増大を抑制することができるためである。

　また、上記インペラ１０にあっては、軸線Ｏ方向において、グリップ部３３とディスク本体部３５との間の傾斜部５２の径方向の部材寸法を、十分な剛性が得られる適正な部材寸法に設定するのが好ましい。このようにすることで、グリップ部３３が設けられたフープ応力抑制部５０と軸線Ｏ方向の反対側の前側においても、筒部３２の径方向への変形を抑制できるため、フープ応力の低減に寄与することができる。

　したがって、上述した第一実施形態のインペラによれば、筒部３２に作用するフープ応力の最大値を低減することができる。この結果、回転軸５に固定される箇所を軸線Ｏ方向前側のグリップ部３３のみとして回転軸５に対して容易に着脱可能とする一方、回転時に応力が局所集中するのを防止することができる。

　次に、この発明の第二実施形態におけるインペラ２１０および、前記インペラ２１０について図面を参照して説明する。なお、この第二実施形態のインペラ２１０は、上述した第一実施形態のインペラ１０に対して、更にフープ応力と軸方向応力とを離間させる機能を追加したものである。そのため、上述した第一実施形態と同一部分には同一符号を付して説明する。

　まず、図４に基づいて、上述した第一実施形態のインペラ１０に作用するフープ応力と軸方向応力について説明する。
　図４に示すように、インペラ１０は、フープ応力抑制部５０によってフープ応力が分散され均されているものの、ディスク本体部３５の径方向内側に位置する内径部３２ｂにフープ応力が集中する。なお、図４中、フープ応力が最も集中する箇所を符号「ｆ」で示している。

　一方、このインペラ１０においても、回転軸５の回転時には、内径部３２ｂが遠心方向（径方向）外側に変位しようとするため、内径部３２ｂが回転軸５から径方向外側に浮き上がるように湾曲する（図４中、破線で示す）。また、インペラ１０には、流体からスラスト力が作用する。そして、この遠心力による湾曲変形とスラスト力による軸線方向の変形とにより、軸線Ｏ方向の一側及び他側の両方向へ引っ張られる力である軸線方向応力が作用するようになる。
　そして、この軸線Ｏ方向の応力と、フープ応力との重なりにより応力集中が生じてしまう。
　なお、図４中、軸方向応力を矢印ｊで示す。また、図４においては、内径部３２ｂの変形を誇張して示している。

　図５に示すように、この第二実施形態のインペラ２１０は、上述した第一実施形態のインペラ１０と同様に、ディスク部３０とブレード部４０とを有するオープン型のインペラである。ディスク部３０は、ディスク本体部３５と、筒部３２とを備えている。

　ディスク本体部３５は、非グリップ部３４から径方向外側に向かって延びて略円板状を呈している。ディスク本体部３５は、径方向内側ほど厚肉に形成されている。また、ディスク部３０は、前側面３１と、筒部３２の外周面３２ａとを滑らかに繋ぐ凹状の曲面３１ａを備えている。ブレード部４０は、上述した第一実施形態と同様に形成され、前側面３１から突出して形成されている。

　上述したディスク部３０は、ディスク本体部３５よりも軸線Ｏ方向後側に、フープ応力抑制部５０を備えている。このフープ応力抑制部５０は、筒部３２を軸線Ｏ方向後側に延長するように延出して形成されている。

　また、筒部３２およびフープ応力抑制部５０は、その内周面３２ｃ，５０ａに、それぞれ軸線Ｏを中心とする円環状の第一溝（第一軸方向応力変位溝）６１および第二溝（第二軸方向応力変位溝）６２を備えている。つまり、第一溝６１は、Ｃ－Ｃ線よりも軸線Ｏ方向後側に配置されている。一方、第二溝６２は、第一溝６１とは所定の間隔を空けて、Ｃ－Ｃ線よりも軸線Ｏ方向前側に配置されている。

　一般に回転時の遠心力は、前記Ｃ－Ｃ線上またはその近傍で最大値となる。このため、図４に示したように、フープ応力はＣ－Ｃ線と非グリップ部３４の最内径部が交差する箇所またはその近傍で最大応力を示す。一方、回転時には、流路側とディスク背面側とのガス圧差により生じるスラスト方向荷重（スラスト力）に基づく軸方向応力も発生する。本実施形態のように溝（第一溝６１及び第二溝６２）を設けた場合、スラスト力は前記溝の周囲において高い値を示す。例えば、本実施形態のように溝の一部が円弧状である丸溝の場合には、前記円弧の頂点部である溝の最深部で軸方向応力は最大値を示す。このため、本実施形態において軸方向応力は、第一溝６１の最深部６１ａと第二溝６２の最深部６２ａとを結ぶ方向で最大応力を示す。このように、第一溝６１及び第二溝６２を設けることにより、軸線方向応力が最大となる箇所を、第一実施形態よりも径方向外側に変位させることができる。この結果、軸方向応力の集中箇所をフープ応力の集中箇所から離間させることができる。

　図６は、本実施形態のインペラ２１０における、高速回転時の応力分布のシミュレーション結果を示すコンタ図である。

　インペラ２１０に作用する応力は、フープ応力と軸方向応力を重畳したものである。図６に示すように、軸方向応力の集中箇所をフープ応力の集中箇所から離間させた場合（図７参照）には、離間させない場合（図３参照）よりも、回転時に作用する応力の最大値が低減している。このように、第一溝６１及び第二溝６２を設けることにより、回転時の応力の局所集中を第一実施形態のインペラ１０よりも更に抑制することが可能となる。

　この結果、ディスク部３０における応力集中を低減して、とりわけインペラ２１０の高速回転時における変形を抑制することが可能となる。図７には、回転時のインペラ２１０の変位概念を破線で示している。

　なお、図５では第一溝６１の溝深さｄ１が第二溝６２の溝深さｄ２よりも深い場合について示している。しかし、本発明は両溝深さｄ１，ｄ２の相対量に限定されるものではない。また、本発明は第一溝６１及び第二溝６２の幅、第一溝６１と第二溝６２の距離等にも限定されるものではない。フープ応力の集中箇所と軸方向応力の集中箇所の離間を有意に行い得る設定であれば同様に成立する。第一溝６１の溝深さｄ１及び第二溝６２の諸元は、回転時におけるインペラ２１０の十分な強度を確保できるものであればよい。

　また、本実施形態では、第一溝６１および第二溝６２の一部が断面円弧状である丸溝の場合について説明したが、本発明はこの形状に限らない。例えば、角溝等であっても良い。

　また、第一溝６１、第二溝６２それぞれについて、軸線Ｏ方向に直交する基準面に対して対称な形状である場合を示したが、本発明はこのような場合に限らない。第一変形例として例えば、図８Ａ，図８Ｂに示すように、軸線Ｏ方向に直交する基準面（図８Ｂ中の基準面Ｄ）に対して第一溝６１、第二溝６２のそれぞれの形状が非対称な形状である場合にも成立する。このような場合においても第一溝６１の最深部６１ａ、第二溝６２の最深部６２ａで軸方向応力は最大値を示す。溝幅を大きくすると回転時のインペラ強度を十分確保できない場合に、軸方向応力の集中箇所をフープ応力の集中箇所から極力離す場合に特に有効である。

　更に、本実施形態では、第一溝６１はＣ－Ｃ線よりも軸線Ｏ方向後側に配置され、第二溝６２は第一溝６１とは所定の間隔を空けてＣ－Ｃ線よりも軸線Ｏ方向前側に配置されている場合を示した。これは一般的に、Ｃ－Ｃ線上またはその近傍にフープ応力が集中するためである。これは、Ｃ－Ｃ線はディスク本体部３５の最も軸線Ｏ方向後側に位置していること、及び、遠心力は半径に比例することに基づく。但し、インペラ形状及びインペラ内の重量分布によっては、フープ応力の集中箇所はＣ－Ｃ線とは外れた箇所に発生する可能性もある。この場合は、Ｃ－Ｃ線の位置に拘ることなく、第一溝６１はフープ応力の集中箇所よりも後側に配置し、第二溝６２は第一溝６１とは所定の間隔を空けて、前記フープ応力の集中箇所よりも軸線Ｏ方向前側に配置すれば良く、少なくとも筒部３２とフープ応力抑制部５０に連続する内周面において、軸線Ｏ方向に沿って、フープ応力の集中箇所の軸線Ｏ方向一側に第一溝６１が、また、軸線Ｏ方向他側に第二溝６２が形成されていれば良い。

　なお、この発明は上述した各実施形態の構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。
　例えば、上述した第二実施形態の第二変形例として、図９に示すインペラ３１０のように、筒部３２及びディスク本体部３５に対して、フープ応力抑制部３５０を別部材として備えていてもよい。この図９に示す第二変形例の場合、ディスク部３０の軸線Ｏ方向後側面３６に後側から見て円環状の凹部３７が形成されている。そして、フープ応力抑制部３５０は、上記凹部３７の径方向内側の管状部３８に焼き嵌めにより固定される管状部３５２と、管状部３５２の軸線Ｏ方向後側において径方向内側に屈曲された屈曲部３５３とを備えている。この場合、屈曲部３５３の前側面３５３ａと、筒部３２の後側面３２ｄと、管状部３５２の内周面３５２ａとにより、上述した第一溝６１と同様の機能を備える第一溝３６１が形成されている。

　上記第二変形例のように形成することで、ヤング率が高い材料をフープ応力抑制部３５０の材料として利用することができるため、フープ応力抑制部３５０を、ディスク部３０よりも変形し難くすることができる。なお、図９においては、管状部３５２と屈曲部３５３との角部が面取りされて軽量化されている一例を示しているが、面取りを省略しても良い。

　また、例えば、上述した第二実施形態の第三変形例として図１０、図１１に示すインペラ４１０のように、フープ応力抑制部５０の後側面５１（図２参照）を、軸線Ｏ方向後側から見て、所定間隔で放射状に形成されたリブ４５１に置き換えても良い。このリブ４５１は、ディスク本体部３５の軸線Ｏ方向における後側面３９とフープ応力抑制部５０とに亘って形成されている。このように形成することで、フープ応力の集中する箇所と軸方向応力の集中する箇所とが重なって局所の応力集中が生じるのを防止することができると共に、ディスク部３０の剛性低下を抑制しつつディスク部３０を軽量化することが可能となる。その結果、回転数制御のレスポンス向上、回転開始時のトルク軽減、および、軸系の安定化を図ることができる。

　また、上述した第二実施形態においては、グリップ部３３（一側部）を筒部３２の軸線Ｏ方向前側に配置する場合について説明したが、例えば、上述した第二実施形態の第四変形例として図１２に示すインペラ５１０のように、回転軸５に焼き嵌めされるグリップ部４３３を、ディスク本体３５の軸線Ｏ方向一側として後側に設けるようにしても良い。そして、フープ応力抑制部４５０を、ディスク本体３５に対してグリップ部４３３と反対側となる軸線Ｏ方向他側として前側に設ける。この場合、フープ応力が集中する箇所は、ディスク本体部３５の最も軸線Ｏ方向前側又はその近傍となる。そして、この第四変形例のインペラ５１０は、軸線Ｏ方向においてグリップ部４３３と反対側になる軸線Ｏ方向前側に、筒部３３を軸線Ｏ方向前側に延長するフープ応力抑制部４５０を備えていことで、フープ応力抑制部４５０によって、上述したフープ応力の集中が防止されている。

　そして、この第四変形例の場合も、上述した第一溝６１と第二溝６２とがそれぞれ設けられている。図１３に示すように、第一溝６１と第二溝６２とが設けられていることで、第二実施形態と同様、回転時におけるフープ応力の集中する箇所と軸方向応力の集中する箇所とが離間され、局所への応力集中が抑制可能となっている。

　ここで、図１２、図１３に示すインペラ５１０の場合においても、軸線Ｏ方向において、グリップ部４３３とディスク本体部３５との間に形成される傾斜部４５１の径方向の部材寸法を、十分な剛性が得られる適正な部材寸法に設定するのが好ましい。このようにすることで、フープ応力が集中する箇所の後側においても、筒部３２の浮き上がりを抑制できるため、更なるフープ応力の低減に寄与することができる。

　また、上述した第二実施形態においては、Ｃ－Ｃ線よりも軸線Ｏ方向の前側及び後側の各々に第一溝６１、第二溝６２が１ケずつ設けられる場合について示したが、本発明はこの場合に限定されない。軸線Ｏ方向の前側及び後側の少なくとも一方に複数の溝が設けられる場合にも同様に適用できる。この場合、第二実施形態と同様に、回転時におけるフープ応力の集中箇所と軸方向応力の集中箇所とが離間され、局所への応力集中を抑制すると共に、より一層の軽量化を図ることができる。

　また、上述した各実施形態では、回転軸５へのディスク部３０の固定を、焼き嵌めにより行う場合について説明したが、これに限るものではない。少なくとも軸線Ｏ方向の一側でグリップ部が設けられて、回転軸５の外周面に固定されていれば良い。また、焼き嵌めや冷やし嵌めも含む熱変形を利用した固定方法において、加熱または冷却による着脱が容易となるため好適である。

　また、上述した各実施形態では、ディスク部３０とブレード部４０のみを有するオープン型インペラを例に説明したが、本発明はこの場合に限定されない。ディスク部３０とブレード部４０に対して更にカバー部を有するクローズ型インペラにおいても同様に適用できる。

　更に、上述した各実施形態では、回転機械として遠心圧縮機１００の一例を説明したが、遠心圧縮機１００に限られず、例えば、各種産業用圧縮機やターボ冷凍機、小型ガスタービンにも本発明のインペラを適用可能である。

　このインペラによれば、回転軸に対して容易に着脱可能としつつ、回転時に応力が局所集中するのを防止することができる。

　１００　遠心圧縮機（回転機械）
　５　回転軸
　３０　ディスク部
　３１　前側面
　３２　筒部
　３２ｃ　内周面
　３３，４３３　グリップ部（一側部）
　３５　ディスク本体部
　３９　後側面
　４０　ブレード部
　５０　フープ応力抑制部
　５０ａ　内周面
　６１　第一溝（第一軸方向応力変位溝）
　６２　第二溝（第二軸方向応力変位溝）
　Ｏ　軸線

Claims

　軸線回りに回動される回転軸が挿通されるとともに、前記回転軸の軸線方向一側に設けられて前記回転軸に固定されるグリップ部を有する略筒状の筒部と、
　前記グリップ部よりも軸線方向他側に設けられ前記筒部から前記回転軸の径方向外側に向かって延出するディスク本体部と、
　前記筒部と前記ディスク本体部を備えたディスク部と、
　前記ディスク本体部から前記軸線方向一側に突出するブレード部と、を備え、
　前記ディスク部は、
　前記筒部から、前記ディスク本体部よりも前記軸線方向他側に延出されたフープ応力抑制部を備えるインペラ。
　前記ディスク部は、前記筒部または前記フープ応力抑制部の内周面に、フープ応力が集中する位置の軸線方向両側に設けられ、前記ディスク部に作用する軸方向応力が集中する位置を前記フープ応力が集中する位置から径方向外側に変位させる第一軸方向応力変位溝および第二軸方向応力変位溝を備える請求項１に記載のインペラ。
　前記ディスク部は、前記筒部及びディスク本体部に対して前記フープ応力抑制部を別部材として備える請求項２に記載のインペラ。
　前記ディスク本体部と、前記フープ応力抑制部とに亘るリブを備える請求項３に記載のインペラ。
　請求項１から請求項４の何れか一項に記載のインペラを備える回転機械。