WO2014069439A1 - インペラ及びこれを備えた回転機械 - Google Patents

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stress relaxation
stress
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信頼 八木
寛之 宮田
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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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Definitions

  • the present invention relates to an impeller and a rotating machine in which the impeller is fixed to a rotating shaft.
  • Rotating machines such as centrifugal compressors are used for turbo refrigerators and small gas turbines.
  • This rotating machine has an impeller in which a plurality of blade portions are provided on a disk portion fixed to a rotating shaft.
  • the rotating machine applies pressure energy and velocity energy to the gas by rotating the impeller.
  • the impeller is attached to the rotor shaft by shrink fitting.
  • mass imbalance may occur in the circumferential direction due to misalignment in the rotor shaft or manufacturing errors during processing.
  • mass imbalance may occur in the circumferential direction due to misalignment in the rotor shaft or manufacturing errors during processing.
  • a centrifugal force is generated by the rotation, thereby causing moment unbalance or dynamic unbalance. Therefore, since shaft vibration may increase, adjustment is performed in advance before operation such as during manufacturing, trial operation, or local installation.
  • the present invention provides an impeller capable of quickly and easily performing balance adjustment at the site where the apparatus is installed, and a rotating machine equipped with the impeller.
  • the impeller includes a disk-shaped disk portion attached to a rotating shaft, and a blade portion provided on a surface on one side in the axial direction of the disk portion, and the disk A mounting hole for mounting a weight adjusting weight is formed on the back surface on the other side in the axial direction of the portion.
  • the impeller includes the disk portion in the impeller of the first aspect provided on at least one side in the radial direction of the mounting hole on the back surface, You may have the stress relaxation means which relieve
  • the impeller includes an axial wall portion in which the stress relieving means in the impeller of the second aspect blocks a radial stress on the meridian surface, It may be provided in at least one of the radial directions.
  • the rotating machine includes the rotor having the impeller according to any one of the first to third aspects.
  • FIG. 2 It is meridian sectional drawing equivalent to FIG. 2 in 3rd embodiment of this invention. It is a rear view equivalent to FIG. 3 in 3rd embodiment of this invention. It is meridian sectional drawing equivalent to FIG. 2 in 4th embodiment of this invention. It is a rear view equivalent to FIG. 3 in 4th embodiment of this invention. It is a rear view equivalent to FIG. 3 in the modification of 1st Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a centrifugal compressor 1 which is a rotating machine of this embodiment.
  • the centrifugal compressor 1 is a so-called geared compressor including a speed increasing mechanism 2.
  • the speed increasing mechanism 2 includes a gear 4 that is rotationally driven by a drive source (not shown) and covered with a cover 3.
  • the gear 4 is meshed with a pinion 5 that is a sufficiently smaller gear than the gear 4.
  • the pinion 5 is fixed to the central portion in the longitudinal direction of the pinion shaft 6 rotatably supported by the bearing 7.
  • the pinion shaft 6 in this embodiment has impellers 8 and 9 attached to both ends thereof. These impellers 8 and 9 have a cantilever structure with respect to the bearing 7. The impellers 8 and 9 compress and flow the gas G supplied from the upstream flow path (not shown) using the centrifugal force generated by the rotation of the pinion shaft 6.
  • the casing 10 is formed with a suction passage 12 through which the gas G flows from the upstream flow path and a discharge passage 13 through which the gas G flows out to the outside. Further, a lid portion 11 is disposed at the center of the internal space of the suction passage 12 outside the impellers 8 and 9 in the axial direction.
  • the impellers 8 and 9, the pinion shaft 6, the lid 11, and the pinion 5 constitute the rotor R of this embodiment.
  • the axial direction is indicated by a one-dot chain line.
  • FIG. 2 shows the meridian surface of the impeller 8.
  • the impeller 8 of the centrifugal compressor 1 includes a disk portion 30, a plurality of blade portions 40, and a cover portion 50.
  • the centrifugal compressor 1 is a so-called closed impeller.
  • the disk part 30 is fixed to the pinion shaft 6 by shrink fitting or the like.
  • the plurality of blade portions 40 are provided so as to protrude from the front side surface (surface on one side in the axial direction) 31 of the disk portion 30.
  • the cover portion 50 has an annular shape in front view formed at the front end of the blade portion 40.
  • the meridian surface of the impeller 8 means a longitudinal section passing through the meridian of the impeller 8 having a circular shape when viewed from the front and the axis of the pinion shaft 6.
  • the disk portion 30 includes a substantially cylindrical tube portion 32 that is externally fitted to the pinion shaft 6.
  • the disk part 30 includes a disk-shaped disk main body part 35 extending from the cylindrical part 32 toward the radially outer side on the rear side in the axial direction.
  • the disc body 35 is formed thicker toward the inner side in the radial direction.
  • the disc main body portion 35 includes a concave curved surface 31 a that smoothly connects the front side surface 31 and the outer peripheral surface 32 a of the cylindrical portion 32.
  • the above-described lid portion 11 (see FIG. 1) is attached so as to cover the end surface 32b of the cylindrical portion 32 and the end surface 6a of the pinion shaft 6 from the outside in the axial direction. Therefore, in order to access the end surface 32b on the axially outer side of the cylindrical portion 32, it is necessary to remove the casing 10 and the lid portion 11 described above.
  • a plurality of blade portions 40 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the disk main body portion 35. These blade portions 40 have a substantially constant plate thickness.
  • the blade part 40 is tapered toward the radially outer side in a side view. That is, the gas flow path of the impeller 8 includes the front side surface 31, the curved surface 31a, the outer peripheral surface 32a, the surface 40a of the blade portion 40 facing each other in the circumferential direction, and the cover portion 50 facing the front side surface 31 and the curved surface 31a. And the wall surface 50a.
  • the disk unit 30 includes a plurality of balance holes 33 on a rear side surface (a rear surface on the other side in the axial direction) 51. More specifically, the disk unit 30 includes the same number or more of the balance holes 33 as the blade unit 40.
  • the balance holes 33 are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction at an intermediate position in the radial direction of the disk portion 30 where the blade portion 40 is provided in the radial direction. These balance holes 33 are formed with a predetermined depth in the axial direction.
  • the balance hole 33 is formed with a female screw on the inner peripheral surface so that a male screw-shaped weight member W for weight adjustment can be screwed.
  • the above-mentioned predetermined depth of the balance hole 33 is, for example, the thickness in the axial direction of the disk main body 35 at the radial position where the balance hole 33 is formed in consideration of a decrease in strength of the disk main body 35. ", It is preferable that the depth is from about T / 2 to about T / 4.
  • the inner diameter of the balance hole is set according to the outer diameter of the impeller 8. For example, when the outer diameter of the impeller 8 is “D”, it is preferably about 0.004D to 0.060D.
  • the weight member W is prepared in advance with various weights.
  • stress relaxation recesses 36 and 37 are formed on the rear side surface 51 of the disk portion 30 on the radially outer side of the balance hole 33 and on the radially inner side of the balance hole 33, respectively. .
  • the stress relaxation recesses 36 and 37 are formed in a substantially annular shape.
  • Concave curved surfaces 36c and 37c are formed between the opposing inner side surfaces 36a and 37a of the stress relaxation recesses 36 and 37 and the bottom surfaces 36b and 37b connecting the axial front ends of the inner side surfaces 36a and 37a.
  • Convex curved surfaces 36 d and 37 d are formed between the inner side surfaces 36 a and 37 a and the rear side surface 51.
  • the stress relaxation recesses 36 and 37 have a depth from the rear side surface 51 to the deepest portion of T / 2 or less.
  • the stress relaxation recesses 36 and 37 have a radial groove width of 0.004D or more.
  • FIG. 5A is a diagram for explaining the stress acting on the impeller 8 when the stress relaxation recesses 36 and 37 are not provided.
  • FIG. 5B is a diagram for explaining the stress acting on the impeller 8 when the stress relaxation recesses 36 and 37 are provided.
  • a centrifugal force acts on the disk portion 30 toward the radially outer side (indicated by an arrow) as the impeller 8 rotates. This centrifugal force causes a tensile stress in the disk main body 35. This tensile stress is highest at the radially inner corner of the rear side surface 51 of the impeller 8 and locally increased at the corner 33a of the balance hole 33 due to stress concentration.
  • the impeller 8 can be obtained without removing the components such as the lid portion 11 and the suction passage 12 adjacent to each other in the axial direction of the disk portion 30.
  • the weight member can be appropriately attached to the balance hole 33 by removing the casing 10 that covers the outer side in the radial direction. Therefore, the balance adjustment of the impeller 8 at the site where the centrifugal compressor 1 is installed can be performed quickly and easily.
  • the impeller 8 can cope with high-speed rotation as much as the stress concentration is relaxed. Furthermore, since the curved surfaces 36c, 37c, 36d, and 37d are formed in the stress relaxation recesses 36 and 37, respectively, it is possible to further reduce the stress concentration.
  • the impeller 108 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the impeller 108 of the second embodiment is different from the impeller 8 of the first embodiment described above only in the shape of the stress relaxation means. Therefore, while using FIG. 1, the same reference numerals are given to the same parts as those in the first embodiment described above (hereinafter, the same applies to the second to fourth embodiments).
  • a balance hole 33 is formed on the rear side surface 51 of the disk portion 130 as in the first embodiment.
  • stress relaxation thinned portions stress relaxation means
  • wall portions 136a and 137a extending forward in the axial direction are formed at positions spaced apart from the balance hole 33 by a predetermined distance radially inward and radially outward.
  • a space where the rear side surface 51 of the disk portion 130 is not disposed is located on the radially inner side and the radially outer side of the wall portions 136a and 137a.
  • the stress relaxation thinned portions 136 and 137 may be formed by cutting or may be formed by forging. In the case of cutting, the amount of cutting increases, so forming by forging is advantageous in terms of yield.
  • the space is formed on the radially inner side and the radially outer side of the balance hole 33, so that, as with the impeller 8 of the first embodiment, at the time of rotation. It is possible to prevent the tensile stress due to the centrifugal force from acting on the balance hole 33. As a result, the impeller 108 can be rotated at a higher speed.
  • the impeller 208 in this embodiment includes a balance hole 33 in the disk portion 30, as with the impeller 8 of the first embodiment described above.
  • Stress relaxation holes 236 and 237 are formed in the disk portion 30 on the radially inner side and the radially outer side of the balance hole 33.
  • the stress relaxation holes 236 and 237 when viewed from the rear side in the axial direction, form positions and shapes that form a pseudo ellipse (indicated by a broken line in the drawing) D with respect to the balance hole 33. It is formed with. More specifically, in the pseudo ellipse D, the major axis a1 faces the radial direction of the impeller 8, and the minor axis a2 is the diameter of the balance hole 33.
  • Each of the stress relaxation holes 236 and 237 has a circular shape with the radius between the end on the long axis a1 side and the closest focal points s1 and s2 around the two focal points s1 and s2 of the ellipse D. ing.
  • the balance hole 33 and the stress relaxation holes 236 and 237 are arranged so as not to overlap in the radial direction of the impeller 8.
  • the balance hole 33 and the stress relaxation holes 236 and 237 are formed to extend in the axial direction so as to be parallel to each other.
  • the balance hole 33 and the stress relaxation holes 236 and 237 are preferably arranged as close as possible. Thus, by bringing the balance hole 33 and the stress relaxation holes 236 and 237 as close as possible, it is possible to further reduce the radial tensile stress on the balance hole 33.
  • the impeller 208 of the third embodiment described above the tensile stress in the radial direction viewed from the axial direction by the stress relaxation holes 236 and 237 is expressed by the arrow in FIG. 8 without forming an elliptical hole. As shown by, it can be bypassed in the same manner as when an elliptical hole is formed. Therefore, the stress acting on the balance hole 33 can be efficiently reduced, and the impeller 310 can be made to correspond to higher speed rotation.
  • an impeller 308 according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • an annular groove 60 centering on the pinion shaft 6 is formed on the rear side surface 51 of the disk portion 30.
  • the groove 60 includes a pair of inner side surfaces 61 that are separated toward the rear side in the axial direction, and a bottom surface 62 that connects the inner side surfaces 61 on the front side in the axial direction.
  • the inner side surface 61 of the groove 60 and the rear side surface 51 of the disk portion 30 are connected by a gently convex curved surface 63.
  • a plurality of screw holes 64 are arranged on the bottom surface 62 of the groove 60 at predetermined intervals in the circumferential direction of the disk portion 30. These screw holes 64 are formed so as to extend in the axial direction of the disk portion 30.
  • a weight portion W2 having a width dimension slightly smaller than the width dimension in the radial direction of the bottom surface 62 is detachable.
  • the weight part W2 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and a through hole 66 for penetrating the screw 65 is formed in a substantially central part thereof.
  • the weight portion W2 can be fixed to the disc main body 35 by arranging the axis of the through hole 66 on the extension of the axis of the screw hole 64 and screwing the screw 65 into the screw hole 64. ing.
  • the weight portion W2 is attached to the disc main body portion 35 and protrudes rearward in the axial direction from the rear side surface 51 of the disc portion 30. Spaces are formed on the radially inner side and the radially outer side of the protruding portion. In other words, on the radially inner side and the radially outer side of the radially inner side surface 68 and the radially outer surface 69 of the weight portion W2, stress relaxation portions 336 and 337 where the rear side surface 51 of the disc main body portion 35 is not disposed are formed. ing.
  • the inner side surface 61 of the groove 60 constituting the stress relaxation portions 336 and 337 functions as an axial wall portion that bypasses the radial stress on the meridian plane.
  • the weight part W2 can be easily attached to and detached from the disk part 30. Further, since the radially inner side surface 68 and the radially outer surface 69 are formed, the tensile stress in the radial direction on the meridian surface bypasses the through hole 66, so that stress concentration on the through hole 66 can be suppressed. Further, since the weight portion W2 can be easily increased in size by making the weight portion W2 into a rectangular parallelepiped shape, it is advantageous when it is desired to increase the mass of the weight portion W2 as compared with the case where the weight portion has a male screw shape.
  • the present invention is not limited to the configuration of each of the embodiments described above, and the design can be changed without departing from the gist thereof.
  • the number of balance holes 33 and the number of blade portions 40 are equal to or greater.
  • the number of balance holes 33 may be equal to or less than the number of blade portions 40.
  • the balance hole 33 extends in the axial direction has been described as an example, but the balance hole 33 may be formed obliquely with respect to the axis.
  • the opening of the balance hole 33 is formed obliquely so as to face inward in the radial direction, it is possible to prevent the weight member W from being detached by the centrifugal force generated when the impeller 8 rotates.
  • the case of screwing has been described.
  • the weight member W can be fixed inside the balance hole 33, it is not limited to screwing, and for example, an interference fit or the like may be used.
  • the centrifugal compressor 1 is a geared compressor.
  • the present invention is not limited to the geared compressor.
  • the present invention can be applied to an impeller of another type of compressor.
  • it is not restricted to a compressor, What is necessary is just a rotary machine using an impeller.
  • the closed type impellers 8 and 9 including the cover unit 50 have been described as an example, but the present invention can also be applied to an open type impeller that does not include the cover unit 50.
  • the stress relaxation recesses 36 and 37 are provided on the radially inner side and the radially outer side of the balance hole 33 has been described, but only the stress relaxation recess 36 on the radially outer side is provided. You may make it provide.
  • the stress relaxation recessed part 36 is provided in the radial direction outer side of the balance hole 33, since the mass of the impeller 8 on the radial direction outer side decreases, the tensile stress accompanying a centrifugal force can be suppressed. Further, the position where the tensile stress becomes high can be moved to the front side of the balance hole 33. As a result, even when only the stress relaxation recess 36 is provided, the stress concentration in the balance hole 33 can be sufficiently reduced.
  • the stress relaxation recesses 36 and 37 are formed in an annular shape. However, it is sufficient if the radial tensile stress to the balance hole 33 can be bypassed. It is not limited.
  • the stress relaxation recesses 36 and 37 may be provided only in the radial direction of the place where the balance hole 33 is disposed so as to be intermittent in the circumferential direction.
  • inner side surface 36a, 37a extended toward an axial direction was demonstrated, it should just be able to form the stress relaxation recessed parts 36 and 37, and may incline with respect to an axial direction.
  • the weight portion W2 is attached to the disc main body portion 35 using the screw 65 as a fastening member.
  • the present invention is not limited to this configuration.
  • the weight portion W2 may be fixed to the groove 60 by an interference fit.
  • the weight portion W2 can be removed by cutting the weight portion W2 along the groove 60 to form a slit-like cut.
  • ⁇ Can be widely applied to rotating machines in which an impeller and an impeller are fixed to a rotating shaft, such as a turbo refrigerator and a small gas turbine.
  • Impeller 30 Disc part 33 Balance hole (Mounting hole) 36, 37 Stress relaxation recess (stress relaxation means) 40 Blade part 36a, 37a, 61 Inner side surface (Axial wall part) 66 Through hole (Mounting hole) 68 Radial inner surface (Axial wall) 69 Radial outer surface (axial wall) 136,137 Stress relief thinning part (stress relaxation means) 136a Wall (Axial wall) 137a Wall (Axial wall) 236, 237 Stress relaxation hole (stress relaxation means) 336,337 Stress relaxation part (stress relaxation means) W, W2 Weight part (weight) R rotor

Abstract

　回転軸（６）に取り付けられる円板状のディスク部（３０）と、前記ディスク部（３０）の軸方向一方側となる前側面（３１）に設けられたブレード部（４０）とを備え、ディスク部（３０）の軸方向他方側となる後側面（５１）には、径方向でブレード部（４０）が設けられる位置に、重量調整用のウェイト部材Ｗを取り付けるためのバランスホール（３３）が形成されていることを特徴としている。

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１０月３０日に、日本に出願された特願２０１２－２３８７４０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部が設けられたインペラを有している。回転機械は、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。
　上記インペラは、ロータ軸に焼き嵌め等によって取り付けられる。しかし、ロータ軸への組み込み位置ずれや、加工時の製作誤差等により、周方向に質量のアンバランスが生じる場合がある。例えば、ロータ軸の回転中心に対して回転体の質量の中心軸が傾斜している場合には、回転により遠心力が生じることで、モーメントのアンバランスないしは、動アンバランスが生じてしまう。そのため、軸振動が大きくなる可能性があるため、製造時、試運転時、あるいは現地設置時などの運転前に、事前に調整が行われる。
　特に、増速機内蔵型のギアド圧縮機など、インペラが単段で構成され、且つ、オーバーハング軸構造となっている場合、バランス調整を行うための錘は、インペラに取り付ける必要がある。
　そこで、回転体のアンバランスに起因する振動を防止するために、ファンやインペラのブレード部を支持し、且つ、ロータ軸に取り付けられるディスク部の筒部の軸方向端面に、深さの異なる複数のバランスホールを設けてバランス調整するものが提案されている。さらに、複数のバランスホールに適宜錘を装着することでバランス調整を行うものが提案されている（例えば、特許文献１～３参照）。
特表２０１２－５０２２１３号公報 特開２０００－３５６１０７号公報 特開２００８－２９１６５７号公報
　ところで、上記インペラは、装置を納入する現地にてバランス調整を行ってその妥当性を検証することが要望されている。しかしながら、上述したようにディスク部の筒部の軸方向端面にバランスホールを設けている場合、吸込み配管などインペラの筒部に隣接する部品を取り外さないとバランスホールにアクセスできない。これら筒部に隣接する部品の取り外し作業には、熟練を要し手間が掛かるため、バランス調整に掛かるリードタイムが長くなってしまう。
　この発明は、装置が設置される現地でのバランス調整を迅速且つ容易に行うことができるインペラ及びこれを備えた回転機械を提供する。
　この発明の第一の態様によれば、インペラは、回転軸に取り付けられる円板状のディスク部と、前記ディスク部の軸方向一方側となる表面に設けられたブレード部とを備え、前記ディスク部の軸方向他方側となる背面には、重量調整用の錘を取り付けるための取付用穴が形成されている。
　この発明の第二の態様によれば、インペラは、上記第一の態様のインペラにおける前記ディスク部が、前記背面における前記取付用穴の径方向の少なくとも一方側に設けられ、前記取付用穴に遠心力によって生じる応力集中を緩和させる応力緩和手段を有していても良い。
　この発明の第三の態様によれば、インペラは、上記第二の態様のインペラにおける前記応力緩和手段が、子午面における径方向への応力を遮断する軸方向壁部を、前記取付用穴の径方向の少なくとも一方に備えていても良い。
　この発明の第四の態様によれば、回転機械は、上記第一から第三の態様の何れか一つの態様のインペラを有するロータを備えている。
　上述したインペラ及び回転機械によれば、装置が設置される現地でのバランス調整を迅速且つ容易に行うことが可能になる。
この発明の実施形態における遠心圧縮機の部分断面斜視図である。 この発明の第一実施形態におけるインペラの子午線断面図である。 上記インペラの背面図である。 上記インペラのバランスホール周縁の拡大図である。 上記インペラのディスク部に作用する応力の説明図であって、応力緩和凹部を設けていない比較例である。 上記インペラのディスク部に作用する応力の説明図であって、応力緩和凹部を設けている場合である。 この発明の第二実施形態における図２に相当する子午線断面図である。 この発明の第三実施形態における図２に相当する子午線断面図である。 この発明の第三実施形態における図３に相当する背面図である。 この発明の第四実施形態における図２に相当する子午線断面図である。 この発明の第四実施形態における図３に相当する背面図である。 この発明の第一実施形態の変形例における図３に相当する背面図である。
　次に、この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１を示す斜視図である。
　図１に示すように、遠心圧縮機１は、増速機構２を内蔵したいわゆるギアド圧縮機である。増速機構２は、駆動源（図示せず）により回転駆動されカバー３によって覆われた歯車４を備えている。歯車４には、歯車４よりも十分に小さい歯車であるピニオン５が噛み合わされている。このピニオン５は、軸受７により回転可能に支持されたピニオンシャフト６の長手方向の中央部に固定されている。
　この実施形態におけるピニオンシャフト６は、その両端部に、インペラ８，９がそれぞれ取り付けられている。これらインペラ８，９は、軸受７に対して片持ち構造となっている。インペラ８，９は、それぞれピニオンシャフト６の回転による遠心力を利用して上流側流路（図示せず）から供給されるガスＧを圧縮して流す。
　ケーシング１０には、上流側流路からガスＧを流入させる吸込通路１２と、外部へガスＧを流出させるための排出通路１３とが形成されている。また、インペラ８，９の軸方向外側には、吸込通路１２の内部空間の中央部に蓋部１１が配置されている。ここで、インペラ８，９、ピニオンシャフト６、蓋部１１、および、ピニオン５によりこの実施形態のロータＲが構成されている。図２中、軸方向を一点鎖線で示す。
　上記遠心圧縮機１の構成により、増速機構２を介してピニオンシャフト６が回転すると、吸込通路１２に流入したガスＧがインペラ８，９によって圧縮される。その後、圧縮されたガスＧが、インペラ８，９の径方向外側の排出通路１３を介してケーシング１０の外部に排出される。インペラ８，９は同様な形状であるため、以下の説明では、インペラ８についてのみ詳述する。以下のインペラ８の説明において、ピニオンシャフト６の軸線に対して、ガスＧが流入する側を前側、その反対側を後側（又は背面側）と称する。以下の説明において特に記載が無い場合、「径方向」とはインペラ８，９の径方向を指し、「軸方向」とはロータＲの軸方向を指している。
　図２はインペラ８の子午面を示している。図２に示すように、上記遠心圧縮機１のインペラ８は、ディスク部３０と、複数のブレード部４０と、カバー部５０とを備えている。この遠心圧縮機１は、いわゆるクローズ型のインペラである。
　ディスク部３０は、ピニオンシャフト６に対して焼き嵌め等により固定される。
　複数のブレード部４０は、ディスク部３０の前側面（軸方向一方側となる表面）３１から突出して設けられている。
　カバー部５０は、ブレード部４０の前端に形成された正面視で円環状をなしている。
　インペラ８の子午面とは、正面視円形のインペラ８の子午線およびピニオンシャフト６の軸線を通る縦断面を意味する。
　ディスク部３０は、ピニオンシャフト６に対して外嵌される略円筒状の筒部３２を備えている。ディスク部３０は、その軸線方向後側で、筒部３２から径方向外側に向かって延びる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。ディスク本体部３５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。上述した蓋部１１（図１参照）は、上記筒部３２の端面３２ｂとピニオンシャフト６の端面６ａとを軸方向外側から覆うようにして取り付けられている。そのため、筒部３２の軸方向外側の端面３２ｂにアクセスするためには、上述したケーシング１０および蓋部１１を取り外す必要がある。
　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ている。ブレード部４０は、側面視で径方向外側に向かって先細りに形成されている。つまり、インペラ８のガス流路は、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に対向するカバー部５０の壁面５０ａとにより画成される。
　図２、図３に示すように、ディスク部３０は、後側面（軸方向他方側となる背面）５１に複数のバランスホール３３を備えている。より具体的には、ディスク部３０は、ブレード部４０と同数以上のバランスホール３３を備えている。バランスホール３３は、径方向においてブレード部４０が設けられるディスク部３０の径方向の中間位置で、周方向に所定間隔で並んで配置されている。これらバランスホール３３は、軸方向に所定の深さで形成されている。またバランスホール３３は、重量調整用の雄ネジ形状のウェイト部材Ｗを螺着可能とするように内周面に雌ネジが形成されている。上述したバランスホール３３の所定の深さとは、ディスク本体部３５の強度低下を考慮して、例えば、バランスホール３３が形成される径方向位置におけるディスク本体部３５の軸方向の厚さを「Ｔ」とすると、Ｔ／２からＴ／４程度の深さまでとするのが好ましい。バランスホールの内径は、インペラ８の外径に応じて設定され、例えば、インペラ８の外径を「Ｄ」とすると、０．００４Ｄから０．０６０Ｄ程度とされるのが好ましい。ウェイト部材Ｗは種々の重さのものが予め用意されている。
　図２～図４に示すように、ディスク部３０の後側面５１には、バランスホール３３の径方向外側と、バランスホール３３の径方向内側とにそれぞれ応力緩和凹部３６，３７が形成されている。応力緩和凹部３６，３７は、略円環状に形成されている。応力緩和凹部３６，３７の対向する内側面３６ａ，３７ａと、これら内側面３６ａ，３７ａの軸方向前端部同士を接続する底面３６ｂ，３７ｂとの間には、凹状の曲面３６ｃ，３７ｃが形成されている。内側面３６ａ，３７ａと後側面５１との間には、凸状の曲面３６ｄ，３７ｄが形成されている。これら応力緩和凹部３６，３７は、後側面５１から最深部までの深さがＴ／２以下とされている。応力緩和凹部３６，３７は、径方向の溝幅が０．００４Ｄ以上とされている。
　図５Ａは、応力緩和凹部３６，３７を設けていない場合のインペラ８に作用する応力を説明するための図である。また、図５Ｂは、応力緩和凹部３６，３７を設けた場合に、インペラ８に作用する応力を説明するための図である。
　図５Ａに示すように、応力緩和凹部３６，３７を設けていない場合は、インペラ８が回転することによって径方向外側（矢印で示す）に向かってディスク部３０に遠心力が作用する。この遠心力によってディスク本体部３５に引張応力が生じる。この引張応力は、インペラ８における後側面５１の径方向内側の角部で最も高くなるとともに、応力集中によりバランスホール３３の角部３３ａで局部的に高くなっている。
　これに対して、図５Ｂに示すように、応力緩和凹部３６，３７を設けている場合には、遠心力によってディスク本体部３５に引張応力が作用したとしても、応力緩和凹部３６，３７の子午面における径方向への引張応力が応力緩和凹部３６，３７の対向する内側面３６ａ，３７ａ、および、バランスホール３３を迂回するように作用する。そのため、バランスホール３３の角部３３ａにおける引張応力の応力集中が抑制されている。
　したがって、上述した第一実施形態のインペラ８、および、遠心圧縮機１によれば、ディスク部３０の軸方向に隣接する蓋部１１や吸込通路１２などの構成部品を取り外すことなしに、インペラ８を径方向外側から覆っているケーシング１０を取り外して、バランスホール３３にウェイト部材を適宜装着することができる。そのため、遠心圧縮機１を設置する現地でのインペラ８のバランス調整を迅速且つ容易に行うことが可能になる。
　また、回転時の遠心力によって生じるバランスホール３３への応力集中を応力緩和凹部３６，３７によって緩和させることができるため、応力集中による疲労を抑制できる。その結果、応力集中が緩和された分だけインペラ８が高速回転に対応可能となる。
　さらに、応力緩和凹部３６，３７に、それぞれ曲面３６ｃ，３７ｃ，３６ｄ，３７ｄが形成されることで、更なる応力集中の軽減を図ることが可能となっている。
　次に、この発明の第二実施形態におけるインペラ１０８について図面を参照して説明する。この第二実施形態のインペラ１０８は、上述した第一実施形態のインペラ８に対して、応力緩和手段の形状が異なるだけである。そのため、図１を援用すると共に、上述した第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明する（以下、第二から第四実施形態も同様）。
　図６に示すように、この第二実施形態のインペラ１０８は、第一実施形態と同様に、ディスク部１３０の後側面５１にバランスホール３３が形成されている。インペラ１０８のバランスホール３３の径方向内側および径方向外側には、それぞれ応力緩和肉抜き部（応力緩和手段）１３６，１３７が形成されている。より具体的には、バランスホール３３から径方向内側および径方向外側に所定距離離間した位置には、軸方向の前側に延びる壁部１３６ａ，１３７ａが形成されている。さらに、これら壁部１３６ａ，１３７ａよりも径方向内側および径方向外側には、ディスク部１３０の後側面５１が配置されない空間となっている。
　応力緩和肉抜き部１３６，１３７は、切削により形成しても良く、また鍛造により形成するようにしてもよい。切削の場合には切削量が多くなってしまうため、鍛造により形成する方が歩留まりの点で有利となる。
　したがって、上述した第二実施形態のインペラ１０８によれば、バランスホール３３の径方向内側および径方向外側に空間が形成されていることで、第一実施形態のインペラ８と同様に、回転時の遠心力による引張応力がバランスホール３３へ作用することを防止することができる。その結果、インペラ１０８をより高速で回転させることが可能となる。
　次に、この発明の第三実施形態のインペラ２０８について図面を参照して説明する。
　図７に示すように、この実施形態におけるインペラ２０８は、上述した第一実施形態のインペラ８と同様に、ディスク部３０にバランスホール３３を備えている。ディスク部３０には、バランスホール３３の径方向内側および径方向外側に、応力緩和穴２３６，２３７が形成されている。
　図８に示すように、軸方向の後側から見て、応力緩和穴２３６，２３７は、バランスホール３３に対して擬似的な楕円（図中破線で示す）Ｄを形成するような位置および形状で形成されている。より具体的には、この擬似的な楕円Ｄは、その長軸ａ１がインペラ８の径方向を向き、短軸ａ２がバランスホール３３の直径とされている。応力緩和穴２３６，２３７は、それぞれ楕円Ｄの２つの焦点ｓ１，ｓ２を中心として、長軸ａ１側の端部と、各直近の焦点ｓ１，ｓ２との間の距離を半径とした円形とされている。
　バランスホール３３と応力緩和穴２３６，２３７とは、インペラ８の径方向で重ならないように配置されている。バランスホール３３と応力緩和穴２３６，２３７とは、互いに平行となるように軸方向に延びて形成されている。バランスホール３３と応力緩和穴２３６，２３７とは、可能な限り接近させて配置されることが好ましい。このようにバランスホール３３と応力緩和穴２３６，２３７とを可能な限り接近させることで、バランスホール３３への径方向の引張応力をより少なくすることが可能となる。
　したがって、上述した第三実施形態のインペラ２０８によれば、楕円形状の穴を形成することなしに、応力緩和穴２３６，２３７によって軸方向から見た径方向の引張応力を、図８中の矢印で示すように楕円形状の穴を形成する場合と同様に迂回させることができる。そのため、バランスホール３３に作用する応力を効率よく低下させることができ、その分、インペラ３１０をより高速回転に対応させることが可能になる。
　次に、この発明の第四実施形態におけるインペラ３０８について図面を参照しながら説明する。
　図９、図１０に示すように、この第四実施形態のインペラ３０８は、ディスク部３０の後側面５１にピニオンシャフト６を中心とした円環状の溝６０が形成されている。この溝６０は、軸方向後側ほど離間する一対の内側面６１とこれら内側面６１を軸方向前側で接続する底面６２とを備えている。溝６０の内側面６１とディスク部３０の後側面５１とは、緩やかな凸状の曲面６３で接続されている。この溝６０の底面６２には、複数のビス穴６４が、ディスク部３０の周方向に所定間隔で配置されている。これらビス穴６４は、ディスク部３０の軸方向に延びるように形成されている。
　上記溝６０には、この底面６２の径方向の幅寸法よりも僅かに小さい幅寸法を有したウェイト部Ｗ２が着脱可能となっている。ウェイト部Ｗ２は、略直方体状をなしており、その略中央部には、ビス６５を貫通するための貫通孔６６が形成されている。この貫通孔６６の軸線を、上記ビス穴６４の軸線の延長線上に配置させてビス６５をビス穴６４に螺入することで、ウェイト部Ｗ２をディスク本体部３５に固定することが可能となっている。
　ウェイト部Ｗ２は、ディスク本体部３５に取り付けられた状態で、ディスク部３０の後側面５１よりも軸方向後側に突出する。この突出している部分の径方向内側および径方向外側には、空間が形成されている。言い換えれば、ウェイト部Ｗ２の径方向内側面６８と径方向外側面６９との径方向内側および径方向外側には、ディスク本体部３５の後側面５１が配置されない応力緩和部３３６，３３７が形成されている。応力緩和部３３６，３３７を構成する溝６０の内側面６１は、それぞれ子午面における径方向への応力を迂回させる軸方向壁部として機能している。
　したがって、上述した第四実施形態のインペラ３０８によれば、ウェイト部Ｗ２をディスク部３０に対して簡単に着脱することができる。また、径方向内側面６８と径方向外側面６９とが形成されることで、子午面における径方向への引張応力が貫通孔６６を迂回するため、貫通孔６６への応力集中を抑制できる。また、ウェイト部Ｗ２を直方体状とすることでウェイト部Ｗ２の大型化が容易となるため、ウェイト部が雄ネジ形状の場合よりもウェイト部Ｗ２の質量を増加したい場合に有利となる。
　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、上述した各実施形態においては、バランスホール３３の個数とブレード部４０の個数とを同数以上にする場合について説明した。しかし、バランスホール３３の個数は、ブレード部４０と同数以下であってもよい。
　さらに、上記各実施形態においては、バランスホール３３が軸線方向に向かって延びる場合を一例にして説明したが、バランスホール３３が軸線に対して斜めに形成されていても良い。特に、バランスホール３３の開口部が径方向内側を向くように斜めに形成した場合、インペラ８の回転時に生じる遠心力によってウェイト部材Ｗが離脱することを防止可能となる。
　また、ウェイト部材Ｗをバランスホール３３に対して固定する方法として、ネジ止めする場合について説明した。しかし、ウェイト部材Ｗがバランスホール３３内部に固定可能な方式であれば、ネジ止めに限られるものではなく、例えば、締まり嵌め等を用いてもよい。
　また、上述した各実施形態においては、遠心圧縮機１がギアド圧縮機の場合について説明したが、ギアド圧縮機に限られるものではない。例えば、他の形式の圧縮機のインペラに対しても適用可能である。さらに、圧縮機に限られず、インペラを用いる回転機械であればよい。更に、カバー部５０を備えるクローズ型のインペラ８，９を一例にして説明したが、カバー部５０を備えないオープン型のインペラにも適用可能である。
　また、上述した第一実施形態においては、バランスホール３３の径方向内側と、径方向外側とにそれぞれ応力緩和凹部３６，３７を設ける場合について説明したが、径方向外側の応力緩和凹部３６だけを設けるようにしても良い。このように応力緩和凹部３６をバランスホール３３の径方向外側に設けた場合、インペラ８の径方向外側の質量が減少するため、遠心力に伴う引張応力を抑制できる。また、引張応力が高くなる位置をバランスホール３３の前側に移動させることができる。その結果、応力緩和凹部３６だけを設けた場合も十分にバランスホール３３への応力集中を軽減することが可能となる。
　さらに、上述した第一実施形態においては、応力緩和凹部３６，３７を円環状に形成する場合について説明したが、バランスホール３３への径方向の引張応力を迂回可能であれば良く、この構成に限られるものではない。例えば、図１１に示す変形例のように、応力緩和凹部３６，３７をバランスホール３３の配置される箇所の径方向にだけ設けて、周方向に断続的となるように形成しても良い。また、内側面３６ａ，３７ａが軸方向に向かって延びる場合について説明したが、応力緩和凹部３６，３７が形成できればよく、軸方向に対して傾斜してもよい。
　さらに、上述した第二実施形態では、バランスホール３３の径方向内側および径方向外側に切削や鍛造により空間を形成する場合について説明したが、バランスホール３３およびその周囲を後側面５１から後側に突出させるように形成しても良い。
　また、上述した第四実施形態においては、ウェイト部Ｗ２を締結部材としてビス６５を用いてディスク本体部３５に取り付ける場合について説明した。しかし、この構成に限られず、例えば、ウェイト部Ｗ２を締まり嵌めにより溝６０に固定するようにしても良い。この場合、溝６０に沿ってウェイト部Ｗ２を切削してスリット状の切り込みを形成することでウェイト部Ｗ２を取り外すことが可能となる。
　ターボ冷凍機や小型ガスタービン等、インペラ及びインペラが回転軸に固定されてなる回転機械に広く適用できる。
　８，９　インペラ
　３０　ディスク部
　３３　バランスホール（取付用穴）
　３６，３７　応力緩和凹部（応力緩和手段）
　４０　ブレード部
　３６ａ，３７ａ，６１　内側面（軸方向壁部）
　６６　貫通孔（取付用穴）
　６８　径方向内側面（軸方向壁部）
　６９　径方向外側面（軸方向壁部）
　１３６，１３７　応力緩和肉抜き部（応力緩和手段）
　１３６ａ　壁部（軸方向壁部）
　１３７ａ　壁部（軸方向壁部）
　２３６，２３７　応力緩和穴（応力緩和手段）
　３３６，３３７　応力緩和部（応力緩和手段）
　Ｗ，Ｗ２　ウェイト部（錘）
　Ｒ　ロータ

Claims (6)

  1. 　回転軸に取り付けられる円板状のディスク部と、
    　前記ディスク部の軸方向一方側となる表面に設けられたブレード部とを備え、
    　前記ディスク部の軸方向他方側となる背面には、重量調整用の錘を取り付けるための取付用穴が形成されているインペラ。
  2. 　上記ディスク部は、
    　前記背面における前記取付用穴の径方向の少なくとも一方側に設けられ、前記取付用穴に遠心力によって生じる応力集中を緩和させる応力緩和手段を有する請求項１に記載のインペラ。
  3. 　前記応力緩和手段は、子午面における径方向への応力を迂回させる軸方向壁部を、前記取付用穴の径方向の少なくとも一方に備える請求項２に記載のインペラ。
  4. 　請求項１に記載のインペラを有するロータを備える回転機械。
  5. 　請求項２に記載のインペラを有するロータを備える回転機械。
  6. 　請求項３に記載のインペラを有するロータを備える回転機械。
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