軸流圧縮機
【課題】ロータ及びロータ軸部の嵌合部の加工に要するコストを抑えつつ、ロータ軸部に対してロータを強固に嵌合できるようにする。
【解決手段】軸流圧縮機１０は、動翼３４を有するロータ３１と、ロータ３１の一端面に接合される第１押え部材４１と、ロータ３１の他端面に接合される第２押え部材４２と、第１押え部材４１、ロータ３１及び第２押え部材４２を貫通するロータ軸部４６と、第１押え部材４１及び第２押え部材４２によってロータ３１を挟み込んだ状態で第１押え部材４１及び第２押え部材４２をロータ軸部４６に固定するナット４３と、を備える。ロータ軸部４６は、ロータ３１の少なくとも一部を構成する材質よりも低い線膨張係数を有する材質で構成されている。ロータ３１の少なくとも一部を構成する材質は、アルミニウム又はアルミニウム合金であってもよい。
【解決手段】軸流圧縮機１０は、動翼３４を有するロータ３１と、ロータ３１の一端面に接合される第１押え部材４１と、ロータ３１の他端面に接合される第２押え部材４２と、第１押え部材４１、ロータ３１及び第２押え部材４２を貫通するロータ軸部４６と、第１押え部材４１及び第２押え部材４２によってロータ３１を挟み込んだ状態で第１押え部材４１及び第２押え部材４２をロータ軸部４６に固定するナット４３と、を備える。ロータ軸部４６は、ロータ３１の少なくとも一部を構成する材質よりも低い線膨張係数を有する材質で構成されている。ロータ３１の少なくとも一部を構成する材質は、アルミニウム又はアルミニウム合金であってもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸流圧縮機、例えば水蒸気を圧縮する軸流圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軸流圧縮機等の圧縮機に用いられるロータは、駆動時にロータ軸部に対して周方向に変位しないように軸部に強固に嵌合させる必要がある。例えば、下記特許文献１には、ロータとロータ軸部との嵌合をキー結合、ツースカップリング又はポリゴンフィットを用いて行うことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平５−２１２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、キー結合では、前記特許文献１の中でも指摘されているように嵌合穴の拡がりに起因してロータ軸部の振動が生じてしまう。また、ツースカップリング又はポリゴンフィットを用いた嵌合では、カップリングの加工作業に手間がかかるため、製造コスト上不利となる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、ロータ及びロータ軸部の嵌合部の加工に要するコストを抑えつつ、ロータ軸部に対してロータを強固に嵌合できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するため、本発明は、作動流体を圧縮するための軸流圧縮機であって、動翼を有するロータと、前記ロータの一端面に接触する第１押え部材と、前記ロータの他端面に接触する第２押え部材と、前記第１押え部材、前記ロータ及び前記第２押え部材を貫通するロータ軸部と、前記第１押え部材及び前記第２押え部材によって前記ロータを挟み込んだ状態で前記第１押え部材及び前記第２押え部材を前記ロータ軸部に固定する固定部と、を備え、前記ロータ軸部は、前記ロータの少なくとも一部を構成する材質よりも低い線膨張係数を有する材質で構成されている軸流圧縮機である。
【０００７】
本発明の軸流圧縮機では、第１押え部材と第２押え部材とによってロータをロータ軸部の軸方向両側から挟み込んでいる。この軸流圧縮機においては、作動流体を圧縮する駆動時に生ずる熱によってロータが膨張するが、ロータ軸部が、ロータの少なくとも一部を構成する材質よりも低い線膨張係数を有する材質で構成されているので、ロータ軸部の軸方向の膨張量に比べてロータの軸方向の膨張量の方が大きい。このため、ロータの膨張によってロータと第１押え部材との間の押圧力が増大するとともに、ロータと第２押え部材との間の押圧力が増大する。したがって、駆動時にはロータの組み付け時に比べて固定部による結合力が増大するため、ロータと押え部材との嵌め合いとして、ツースカップリング、キー結合等による嵌め合いを用いなくても周方向の相対変位を生じないようにすることができる。このため、嵌合部の加工に要するコストを抑えることができる。しかも、ロータ軸部へのロータの組み付け時における組み付け作業が煩雑にならないようにしつつ、駆動時にはロータがロータ軸部に対して周方向に回動しない程度の結合力を得ることができる。
【０００８】
ここで、 前記作動流体は、水蒸気であってもよい。また、前記ロータの少なくとも一部を構成する材質は、アルミニウム又はアルミニウム合金であってもよい。
【０００９】
前記ロータは、前記動翼を前記ロータ軸部の軸方向に複数有し、少なくとも最上流段の動翼を除いた動翼がアルミニウム製又はアルミニウム合金製であるのが好ましい。この態様では、最上流段の動翼での作動流体（水蒸気など）によるエロージョンを回避しつつロータの軽量化を図ることができる。
【００１０】
また、前記最上流段の動翼は、アルミニウム製又はアルミニウム合金製であり、かつ陽極酸化被膜処理が施されていてもよい。この態様では、作動流体が水蒸気であれば、最上流段の動翼のエロージョンを防止しつつロータのさらなる軽量化を図ることができる。
【００１１】
また、前記最上流段の動翼は、チタン製、チタン合金製、ステンレス製又はステンレス合金製であってもよい。この態様では、作動流体が水蒸気であれば、エロージョンを防止しつつ最上流段の動翼の耐久性を確保することができる。
【００１２】
また、前記ロータは、軸方向に配置される複数の動翼と、隣り合う前記動翼間にそれぞれ配置されるスペーサとを有していてもよく、この場合には、前記スペーサと前記動翼とは別体に形成されるとともに互いに嵌合されているのが好ましい。この態様では、軸流圧縮機の駆動時におけるロータの膨張量とロータ軸部の膨張量との差に応じて増大する押え部材の押圧力により、スペーサと動翼とが互いに周方向に相対的に回動しない程度の結合力を得ることができる。また、動翼とスペーサとが別体に構成されているので、動翼とスペーサを別個に成形加工することができる。このため、小さな加工用素材を用いることができ、ロータの加工性を向上することができる。
【００１３】
また、前記ロータ軸部が貫通している前記ロータの内側空間には円板状部材が設けられ、前記ロータ軸部はこの円板状部材を貫通していてもよい。この態様では、ロータ軸部が配設されるロータの内側空間をロータ軸部に比べて大径に形成し、この内側空間に円板状部材が配設される。このため、ロータの中央部を中空状に形成できるので、ロータの軽量化を図ることができる。しかも、円板状部材によってロータ軸部の中間部を支持することができるので、ロータ軸部の固有振動数を上げることができる。
【００１４】
また、前記ロータ軸部は、チタン製又はチタン合金製であってもよい。この態様では、駆動時におけるロータの熱膨張量とロータ軸部の熱膨張量との差を確保し易くなり、しかもロータ軸部の剛性を上げることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、ロータ及びロータ軸部の嵌合部の加工に要するコストを抑えつつ、ロータ軸部に対してロータを強固に嵌合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る軸流圧縮機の概略構成を示す図である。
【図２】動翼と第１押え部材との嵌合部を主として示す断面図である。
【図３】動翼とスペーサとの嵌合部を主として示す断面図である。
【図４】本発明のその他の実施形態に係る軸流圧縮機における動翼及びスペーサの嵌合部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態に係る軸流圧縮機１０は、冷凍機に設けられる圧縮機として構成されるものであり、蒸発器１２及び凝縮器１３を有する冷媒回路１４に設けられている。この軸流圧縮機１０は、蒸発器１２で蒸発した作動流体（冷媒）としての水蒸気を圧縮する。この水蒸気は、比較的低温、低圧の水蒸気である。本実施形態の軸流圧縮機１０で圧縮される作動流体たる水蒸気は、その軸流圧縮機１０の入り口から吐出口において、例えば大気圧以下の圧力で５℃から１５０℃の範囲の温度、動翼が７段程度の複数段となる場合は、例えば、５℃から２５０℃の範囲の温度となる。この冷媒回路１４では、軸流圧縮機１０で圧縮された作動流体が凝縮器１３に送られ、凝縮器１３において凝縮される。作動流体が相変化を伴って冷媒回路１４を循環する。そして、蒸発器１２において冷媒が蒸発することにより、２次側熱媒体に冷熱を供給することができる。この２次側熱媒体は、図外の利用側装置に供給されて冷却対象としての室内空気等を冷却する。
【００１９】
軸流圧縮機１０は、作動流体を圧縮する圧縮空間ＣＳを有する圧縮部２０と、圧縮部２０を駆動するための電動機２２と、圧縮空間ＣＳから吐出された作動流体の流速を減速するための減速部２４と、を備えている。軸流圧縮機１０のケーシング２６は、圧縮部２０に配置される円筒状の第１ケース部２７と、圧縮部２０の一端側（上流側）に配置される第２ケース部２８と、圧縮部２０の他端側（下流側）となる減速部２４に配置される第３ケース部２９とを備えている。
【００２０】
圧縮部２０は、第１ケース部２７と、第１ケース部２７内に配置されたロータ３１とを備えている。第１ケース部２７とロータ３１との間の空間が、作動流体を圧縮するための圧縮空間ＣＳとして機能する。この圧縮空間ＣＳは、図１の左側が吸入口ＣＳ１となり、右側が吐出口ＣＳ２となる。したがって、蒸発器１２で蒸発した作動流体は図１の左側の吸入口ＣＳ１を通して圧縮空間ＣＳ内に吸入され、この作動流体は圧縮空間ＣＳ内を図１の左から右に移動するにつれて圧縮されて吐出口ＣＳ２から吐出される。
【００２１】
第１ケース部２７の内周面には、複数の静翼３３が軸方向に間隔をおいて固定されている。この第１ケース部２７は、軸方向が水平になるように設置される。
【００２２】
ロータ３１は、複数の動翼３４と複数のスペーサ３５とを備えている。これらの複数の動翼３４は、静翼３３と交互に位置するように軸方向に間隔をおいて配置されている。スペーサ３５は、円筒状に形成される部材であり、静翼３３の径方向内側に配置されるとともに、隣り合う動翼３４の間にそれぞれ配置されている。図例では、４つの動翼３４と４つのスペーサ３５が設けられた構成を示しているがこれに限られるものではない。
【００２３】
動翼３４は、円筒状のボス部３７と、このボス部３７の周囲に一体的に形成された翼部３８とを備えている。すなわち、動翼３４は、後述するように、何れもアルミニウム製又はアルミニウム合金製であり、１つの素材から削り出して成形した一体成形品である。翼部３８はボス部３７の周方向に複数形成されている。ボス部３７の外周面及び内周面はスペーサ３５の外周面及び内周面と面一の状態となっている。
【００２４】
圧縮部２０は、駆動軸４０と、第１押え部材４１と、第２押え部材４２と、固定部の一例としてのナット４３と、円板状部材４４とを備えている。駆動軸４０は、ロータ軸部４６と、ロータ軸部４６の両端部にそれぞれ配置された２つのエンド軸部４７，４７とを備えている。
【００２５】
ロータ軸部４６は、第１ケース部２７の軸心上に配置されており、第１ケース部２７の軸方向に沿って延びている。ロータ軸部４６の両端部は、軸方向において動翼３４及びスペーサ３５の外側に位置しており、この両端部にはそれぞれ雄ねじ部４６ａ（図２参照）が設けられている。
【００２６】
第１押え部材４１は、最上流段の動翼３４に接触するように配置され、また第２押え部材４２は、最下流段の動翼３４の外側に位置するスペーサ３５に接触するように配置されている。第１押え部材４１と第２押え部材４２とは、同じ構成の部材であるが、軸方向において逆向きに配設される。
【００２７】
第１押え部材４１は、円板状に形成されており、該押え部材４１には、ロータ軸部４６を挿通させる中央貫通孔４１ａが形成されている。中央貫通孔４１ａは、図２に拡大して示すように、中間部に段差部が形成された段付き孔となっている。この中央貫通孔４１ａの小径部はロータ軸部４６を挿通可能であるがナット４３を挿通できない内径を有しており、大径部はナット４３を挿入可能な内径を有している。
【００２８】
第１押え部材４１には、外周端部における軸方向の一方の端面から突出するロータ側嵌合部４１ｂと、外周端部における軸方向のもう一方の端面から突出するエンド側嵌合部４１ｃとが一体的に設けられている。
【００２９】
ロータ側嵌合部４１ｂは、軸方向に見て中央貫通孔４１ａと同心状の円環状に形成されており、軸方向端面が平坦面となっている。ロータ側嵌合部４１ｂは、動翼３４のボス部３７に形成された端部嵌合部３７ａと嵌合される。
【００３０】
ボス部３７の端部嵌合部３７ａは、最上流段の動翼３４において、吸入口ＣＳ１側の端面（ロータ３１における軸方向外側の端面）に形成されている。そして、ボス部３７の端部嵌合部３７ａは、ボス部３７と同心状の円環状に形成されており、軸方向の端面が平坦面となっている。この端部嵌合部３７ａは第１押え部材４１のロータ側嵌合部４１ｂの内側に圧入等によって入り込んで該ロータ側嵌合部４１ｂに嵌合する。そして、第１押え部材４１のロータ側嵌合部４１ｂと動翼３４の端部嵌合部３７ａとが嵌合されることにより、第１押え部材４１の軸心と最上流段の動翼３４の軸心とが一致するようになっている。端部嵌合部３７ａ及びロータ側嵌合部４１ｂは、何れも軸方向端面が平坦面に形成されているので、ボス部３７及び第１押え部材４１の加工に要するコストを抑えることができる。この点は、第２押え部材４２についても同様である。
【００３１】
エンド側嵌合部４１ｃは、軸方向に見て円環状に形成されており、このエンド側嵌合部４１ｃには、エンド軸部４７の端部に形成されたフランジ部４７ａが嵌合される。フランジ部４７ａはエンド側嵌合部４１ｃと同心状の円環状に形成されており、フランジ部４７ａがエンド側嵌合部４１ｃに嵌合することにより、エンド軸部４７と第１押え部材４１とが同軸状となる。この状態で、エンド軸部（第１エンド軸部）４７と第１押え部材４１とがボルト４９によって互いに固定される。なお、エンド軸部４７には、ナット４３及びロータ軸部４６の端部を受入れ可能な凹部４７ｂがフランジ部４７ａ側の端面から内側に延びるように形成されている。
【００３２】
第２押え部材４２も第１押え部材４１と同様に、段付き孔からなる中央貫通孔が形成されるとともに、ロータ側嵌合部とエンド側嵌合部を備えている。第２押え部材４２のロータ側嵌合部は最下流段の動翼３４の外側に位置するスペーサ３５の端部嵌合部に嵌合している。この端部嵌合部は、スペーサ３５の吐出口ＣＳ２側の端面（ロータ３１における軸方向外側の端面）に形成されており、最上流段の動翼３４に形成されている端部嵌合部３７ａと同じ形状のものである。第２押え部材４２のエンド側嵌合部は、吐出部側のエンド軸部（第２エンド軸部）４７のフランジ部に嵌合している。このフランジ部は、第１エンド軸部４７のフランジ部４７ａと同じ形状である。
【００３３】
第１押え部材４１及び第２押え部材４２において、中央貫通孔４１ａに挿通されたロータ軸部４６の雄ねじ部４６ａにナット４３を螺合することにより、ロータ３１（動翼３４及びスペーサ３５）を挟み込んだ状態でナット４３によって第１押え部材４１及び第２押え部材４２を軸方向の両側から締め付けることができる。ナット４３を螺合する際には、第１押え部材４１及び第２押え部材４２は予め定められたトルク値で締め付けられる。なお、ここでいう「予め定められたトルク値」は、後述するとおり、ロータ３１とロータ軸部４６との線膨張係数の相違、ひいては両者の駆動時の膨張量の相違に基づき、ロータ３１の組み付け時よりも駆動時のほうがナット４３による結合力が増大することを考慮して定められる。これにより、互いに隣り合う動翼３４とスペーサ３５とは互いに嵌合されている。
【００３４】
図３に示すように、互いに隣り合う動翼３４とスペーサ３５とは互いに嵌合されている。すなわち、動翼３４のボス部３７には、スペーサ３５に対向する端面において軸方向に突出する第１嵌合部３７ｂが形成されている。ボス部３７は円筒状に形成されており、第１嵌合部３７ｂは、このボス部３７の内周部に沿うように、ボス部３７と同心状の円環状に形成されており、第１嵌合部３７ｂの軸方向端面は平坦面となっている。一方、スペーサ３５には、動翼３４のボス部３７と対向する端面において軸方向に突出する第２嵌合部３５ａが形成されている。第２嵌合部３５ａはスペーサ３５の外周部に沿うように、スペーサ３５と同心状の円環状に形成されており、第２嵌合部３５ａの軸方向端面は平坦面となっている。第２嵌合部３５ａの内径は第１嵌合部３７ｂの外径に対応しているので、両嵌合部３７ｂ，３５ａを嵌合させることにより動翼３４とスペーサ３５とを同心状に互いに結合することができる。すなわち、動翼３４とスペーサ３５とは別体に構成され、その後に互いに嵌合される。ボス部３７の第１嵌合部３７ｂ及びスペーサ３５の第２嵌合部３５ａは、何れも軸方向端面が平坦面に形成されているので、ボス部３７及びスペーサ３５の加工に要するコストを抑えることができる。
【００３５】
スペーサ３５及びボス部３７の内径は、ロータ軸部４６の外径よりも十分大きい。このため、スペーサ３５及びボス部３７が繋がって形成される円筒部とロータ軸部４６との間には軸方向に延びる空間が形成されている。この空間すなわちロータ３１の内側空間３１ａには、円板状部材４４が設けられている。スペーサ３５には、第２嵌合部３５ａよりも内側の部位に、円板状部材４４の厚みに対応する幅の凹部３５ｂが形成されており、この凹部３５ｂに円板状部材４４の外周部が挿入され、この状態で円板状部材４４とスペーサ３５とがボルト５１によって締結されている。すなわち、円板状部材４４は動翼３４のボス部３７とスペーサ３５との間に隙間なく挟み込まれている。
【００３６】
円板状部材４４は、ロータ軸部４６に対して垂直になる姿勢で配設されており、その中央部には厚み方向に貫通する貫通孔４４ａが形成されている。この貫通孔４４ａにはロータ軸部４６が挿通されている。したがって、ロータ軸部４６は、その中間部位の複数個所で円板状部材４４に支持されている。
【００３７】
上流段の動翼３４と下流段の動翼３４とでは、運転中に温度差が生ずる。このため、動翼３４及びそれに接するスペーサ３５の熱膨張により、軸方向において、円板状部材４４とロータ軸部４６との相対的な位置関係が変化する。したがって、長期期間、運転を行うためには、ロータ軸部４６は円板状部材４４に対して軸方向に動き易くなっているのが好ましい。このため、円板状部材４４の貫通孔４４ａの内周面及びロータ軸部４６の外周面が、研磨や他の手段などの表面処理により、滑らかな面となっていてもよい。
【００３８】
動翼３４は、何れもアルミニウム製又はアルミニウム合金製であり、またスペーサ３５は、何れもアルミニウム製又はアルミニウム合金製である。言い換えるとロータ３１は、アルミニウム製又はアルミニウム合金製である。一方、ロータ軸部４６はチタン製又はチタン合金製である。したがって、ロータ軸部４６は、アルミニウムよりも低い線膨張係数を有する材質で構成されている。このため、軸流圧縮機１０の駆動時に発生する熱によりロータ３１及びロータ軸部４６が膨張する際には、ロータ軸部４６よりもロータ３１の方がより軸方向に膨張する。なお、動翼３４の材質は前記の材質と異なる材質で構成されていてもよい。
【００３９】
また、第１押え部材４１及び第２押え部材４２は、ステンレス製又はステンレス合金製である。なお、円板状部材４４は、アルミニウム製又はアルミニウム合金製である。なお、第１押え部材４１、第２押え部材４２及び円板状部材４４の材質は前記の材質と異なる材質で構成されていてもよい。
【００４０】
本実施形態では、最上流段の動翼３４も含めて、動翼３４はアルミニウム製又はアルミニウム合金製となっている。なお、少なくとも最上流段の動翼３４については、陽極酸化被膜処理が施されていてもよい。この場合には、動翼３４の軽量化を図りながら動翼３４のエロージョンを効果的に防止することができる。また、最上流段の動翼３４は、チタン製、チタン合金製、ステンレス製又はステンレス合金製としてもよい。この場合には、エロージョンを防止しつつ最上流段の動翼３４の耐久性を確保することができる。
【００４１】
図１に示すように、両端部のエンド軸部４７，４７は、それぞれ軸受け５５，５５によって支持されており、ロータ軸部４６と同軸上に配置されている。軸受け５５は、エンド軸部４７の主部４７ｃにおいてエンド軸部４７を回転可能に支持する。主部４７ｃはフランジ部４７ａとは反対側にロータ軸部４６と同軸上に延びる部分である。
【００４２】
両軸受け５５，５５は、それぞれハウジング５６，５７に収められている。一端部側の軸受け５５を収納する上流側のハウジング５６は、第２ケース部２８との間に円筒状の空間を形成するように設けられ、この空間は、圧縮空間ＣＳに導入される作動流体が流れる上流側空間ＵＳとなる。一方、他端部側の軸受け５５を収納する下流側のハウジング５７は、第３ケース部２９との間に円筒状の空間を形成するように設けられ、この空間は、圧縮空間ＣＳから導出された作動流体が流れる下流側空間ＤＳとなる。
【００４３】
各ハウジング５６，５７は複数の支持部材５９，５９を介して第２ケース部２８又は第３ケース部２９に支持されている。各支持部材５９は、棒状に形成されるとともに、周方向に放射状に配設されている。支持部材５９，５９は上流側空間ＵＳ及び下流側空間ＤＳに配置されているが、断面が流線形となっていることにより、作動流体の流れを阻害しないようになっている。なお、図例では、下流側空間ＤＳの支持部材５９がハウジング５７の内側まで入り込んだ構成となっているが、このハウジング５７の内側に入り込んでいる部位については棒状に形成されていなくてもよい。
【００４４】
支持部材５９には、潤滑剤を供給及び排出するための給排通路５９ａが形成されている。潤滑剤は、第２ケース部２８及び第３ケース部２９の外部から導入され、この給排通路５９ａの１つを通って軸受け５５に供給され、他の給排通路５９ａを通って軸受け５５から排出される。
【００４５】
吐出口ＣＳ２側のエンド軸部４７は、下流側のハウジング５７内に配置されており、このエンド軸部４７には、フレキシブルカップリング６１を介して電動機２２の回転軸２２ａが接続されている。圧縮部２０の駆動軸４０と電動機２２の回転軸２２ａとが増速機を介することなく接続されているので、電動機２２の回転数とロータ３１の回転数とは同じ回転数となっている。
【００４６】
前記減速部２４は、第３ケース部２９によって形成された下流側空間ＤＳを有している。第３ケース部２９は、第１ケース部２７の軸方向一端部に繋がる外周面部２９ａと、外周面部２９ａの内側に配置されて軸方向に延びる内周面部２９ｂと、外周面部２９ａ及び内周面部２９ｂの軸方向端部同士を接続する端面部２９ｃと、を備えている。
【００４７】
外周面部２９ａには、排出ポート６５が設けられている。この排出ポート６５には、下流側空間ＤＳ内で減速された作動流体を凝縮器１３に導くための配管が接続されている。
【００４８】
内周面部２９ｂには、ハウジング５７との接続部から径方向内側に延出されるように電動機支持部６６が設けられている。電動機２２は、減速部２４の内周面部２９ｂの内側に配置されるとともに、電動機支持部６６に取り付けられている。
【００４９】
本実施形態に係る軸流圧縮機１０では、電動機２２の回転軸２２ａが回転すると、圧縮部２０の駆動軸４０も同じ回転数で回転し、ロータ３１が軸回りに回転する。これに伴い、上流側空間ＵＳ内の作動流体が吸入口ＣＳ１を通して圧縮空間ＣＳに吸入され、圧縮空間ＣＳ内では作動流体が圧縮されながら図１の右方向に送られ、吐出口ＣＳ２を通して下流側空間ＤＳに吐出される。この作動流体は減速部２４内において減速されるとともに圧力回復し、排出ポート６５を通して排出される。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態では、第１押え部材４１と第２押え部材４２とによってロータ３１を軸方向両側から挟み込んでいる。この軸流圧縮機１０においては、水蒸気を圧縮する駆動時に生ずる熱によってロータ３１が膨張するが、ロータ軸部４６が、ロータ３１を構成するアルミニウムよりも低い線膨張係数を有する材料で構成されているので、ロータ軸部４６の軸方向の膨張量に比べてロータ３１の軸方向の膨張量の方が大きい。このため、ロータ３１の膨張によってロータ３１と第１押え部材４１との間の押圧力が増大するとともに、ロータ３１と第２押え部材４２との間の押圧力が増大する。したがって、駆動時にはロータ３１の組み付け時に比べてナット４３による結合力が増大するため、ロータ３１と押え部材４１，４２との嵌め合いとして、ツースカップリング、キー結合等による嵌め合いを用いなくても周方向の相対変位を生じないようにすることができる。このため、嵌合部の加工に要するコストを抑えることができる。特に、その嵌合部の軸方向の端面（例えば、ロータ側嵌合部４１ｂや端部嵌合部３７ａの軸方向の端面）を略平坦面とすることができるので、嵌合部の加工に要するコストを抑えることができる効果は大きい。しかも、ロータ軸部４６へのロータ３１の組み付け時における組み付け作業が煩雑にならないようにしつつ、駆動時にはロータ３１がロータ軸部４６に対して周方向に回動しない程度の結合力を得ることができる。なお、第１押え部材４１のロータ側嵌合部４１ｂは、ロータ３１の最上流段の動翼３４のボス部３７に形成された端部嵌合部３７ａと嵌合される。第１押え部材４１は、ロータ３１を構成するアルミニウムよりも低い線膨張係数を有する材料（ステンレス）で構成されているので、駆動時の第１押え部材４１の径方向の膨張量よりもロータ３１の径方向の膨張量の方が大きい。したがって、駆動時にはロータ３１の組み付け時に比べてロータ側嵌合部４１ｂ（第１押え部材４１）と端部嵌合部３７ａ（ロータ３１）との嵌合がより強固となる。このことは第２押え部材４２とロータ３１との嵌合についても同様である。また、ロータ３１をアルミニウム製又はアルミニウム合金製としているので、その分ロータ３１の軽量化を図ることができる。すなわち、作動流体として水蒸気が用いられるとともに、軸流圧縮機１０に導入されるときの水蒸気の温度が例えば大気圧以下の圧力で１５０℃以下に設定されているので、ロータ３１をアルミニウム製又はアルミニウム合金製にすることができる。したがって、ロータ３１の軽量化を図るとともに、ロータ３１の加工精度を向上させることができる。そして、ロータ３１と押え部材４１，４２との嵌め合いとして（及び動翼３４とスペーサ３５との嵌め合いとして）、軸方向端面が周方向に平坦な円環状の接触面での嵌め合い構造を採用しても、周方向の相対変位を生じないようにすることができる。したがって、ツースカップリング、キー結合等による嵌め合い構造を用いなくてもいいので、嵌合部の加工に要するコストを抑えることができる。なお、動翼を７段程度の複数段とした場合、下流側の温度が２５０℃程度になるため、下流側をチタン製又はチタン合金製のロータとしてもよい。
【００５１】
さらに本実施形態では、スペーサ３５と動翼３４とが別体に形成されるとともに互いに嵌合される構成となっているので、軸流圧縮機１０の駆動時におけるロータ３１の膨張量とロータ軸部４６の膨張量との差に応じて増大する押え部材４１，４２の押圧力により、スペーサ３５と動翼３４とが互いに周方向に相対的に回動しない程度の結合力を得ることができる。また、動翼３４とスペーサ３５とが別体に構成されているので、動翼３４とスペーサ３５を別個に成形加工することができる。このため、小さな加工用素材を用いることができ、ロータ３１の加工性を向上することができる。
【００５２】
また本実施形態では、ロータ軸部４６が配設されるロータ３１の内側空間３１ａをロータ軸部４６に比べて大径に形成し、この内側空間３１ａに円板状部材４４が配設される。このため、ロータ３１の中央部を中空状に形成できるので、ロータ３１の軽量化を図ることができる。しかも、円板状部材４４によってロータ軸部４６の中間部を支持することができるので、ロータ軸部４６の固有振動数を上げることができる。
【００５３】
また本実施形態では、ロータ軸部４６がチタン製又はチタン合金製であり、円板状部材４４がステンレス製又はステンレス合金製であるので、駆動時におけるロータ３１の熱膨張量とロータ軸部４６の熱膨張量との差を確保し易くなり、しかもロータ軸部４６の剛性を上げることができる。
【００５４】
なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、前記実施形態では、冷凍機に用いられる軸流圧縮機１０として構成した例について説明したが、これに限られるものではない。例えば、軸流圧縮機１０を例えば、冷却水を得るためのチラー、空調装置、濃縮機等に用いられる圧縮機として構成してもよい。
【００５５】
作動流体は、水蒸気に限定されるものではない。例えば、空気、酸素、窒素、炭化水素系のプロセスガス等の種々の流体を作動流体として適用することができる。
【００５６】
また前記実施形態では、第１押え部材４１が動翼３４に接触する一方で第２押え部材４２がスペーサ３５に接触する構成としたがこれに限られるものではなく、各押え部材４１，４２は動翼３４及びスペーサ３５の何れに接触する構成であってもよい。すなわち、両押え部材４１，４２の何れもが動翼３４に接触する構成、両押え部材４１，４２の何れもがスペーサ３５に接触する構成、又は、第１押え部材４１がスペーサ３５に接触する一方で第２押え部材４２が動翼３４に接触する構成であってもよい。
【００５７】
また前記実施形態では、ロータ３１が複数の動翼３４を有する構成としたが、これに限られるものではなく、１つの動翼３４を有する構成としてもよい。
【００５８】
また前記実施形態では、動翼３４とスペーサ３５とを別体に構成するとともにこれらを互いに嵌合させる構成としたが、これに限られるものではなく、動翼３４とスペーサ３５が一体的に構成されていてもよい。
【００５９】
また前記実施形態では、円板状部材４４がボルト５１によってスペーサ３５に締結される構成としたが、これに限られるものではない。例えば、図４に示すように、円板状部材４４がスペーサ３５に対してロータ軸部４６の軸方向に変位可能に配置される構成であってもよい。具体的には、円板状部材４４が円錐台形状に形成されていてもよい。この場合、円板状部材４４の外周面４４ｂは、軸方向に対して傾斜するとともにスペーサ３５の凹部３５ｂ内に配置されている。凹部３５ｂの内周面３５ｃも円板状部材４４の外周面４４ｂの傾斜に対応するように傾斜している。そして、凹部３５ｂの内周面３５ｃと円板状部材４４の外周面４４ｂとが互いに接触している。また、ロータ軸部４６の軸方向における凹部３５の幅は、円板状部材４４の厚みよりも大きい。このため、遠心力又は熱によるスペーサ３５の変形に応じて、円板状部材４４が軸方向に移動することができる。したがって、この構成では、スペーサ３５の変形に対応することができる。
【符号の説明】
【００６０】
３１ ロータ
３１ａ 内側空間
３３ 静翼
３４ 動翼
３５ スペーサ
４０ 駆動軸
４１ 第１押え部材
４２ 第２押え部材
４３ ナット（固定部の一例）
４４ 円板状部材
４６ ロータ軸部
４７ エンド軸部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸流圧縮機、例えば水蒸気を圧縮する軸流圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軸流圧縮機等の圧縮機に用いられるロータは、駆動時にロータ軸部に対して周方向に変位しないように軸部に強固に嵌合させる必要がある。例えば、下記特許文献１には、ロータとロータ軸部との嵌合をキー結合、ツースカップリング又はポリゴンフィットを用いて行うことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平５−２１２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、キー結合では、前記特許文献１の中でも指摘されているように嵌合穴の拡がりに起因してロータ軸部の振動が生じてしまう。また、ツースカップリング又はポリゴンフィットを用いた嵌合では、カップリングの加工作業に手間がかかるため、製造コスト上不利となる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、ロータ及びロータ軸部の嵌合部の加工に要するコストを抑えつつ、ロータ軸部に対してロータを強固に嵌合できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するため、本発明は、作動流体を圧縮するための軸流圧縮機であって、動翼を有するロータと、前記ロータの一端面に接触する第１押え部材と、前記ロータの他端面に接触する第２押え部材と、前記第１押え部材、前記ロータ及び前記第２押え部材を貫通するロータ軸部と、前記第１押え部材及び前記第２押え部材によって前記ロータを挟み込んだ状態で前記第１押え部材及び前記第２押え部材を前記ロータ軸部に固定する固定部と、を備え、前記ロータ軸部は、前記ロータの少なくとも一部を構成する材質よりも低い線膨張係数を有する材質で構成されている軸流圧縮機である。
【０００７】
本発明の軸流圧縮機では、第１押え部材と第２押え部材とによってロータをロータ軸部の軸方向両側から挟み込んでいる。この軸流圧縮機においては、作動流体を圧縮する駆動時に生ずる熱によってロータが膨張するが、ロータ軸部が、ロータの少なくとも一部を構成する材質よりも低い線膨張係数を有する材質で構成されているので、ロータ軸部の軸方向の膨張量に比べてロータの軸方向の膨張量の方が大きい。このため、ロータの膨張によってロータと第１押え部材との間の押圧力が増大するとともに、ロータと第２押え部材との間の押圧力が増大する。したがって、駆動時にはロータの組み付け時に比べて固定部による結合力が増大するため、ロータと押え部材との嵌め合いとして、ツースカップリング、キー結合等による嵌め合いを用いなくても周方向の相対変位を生じないようにすることができる。このため、嵌合部の加工に要するコストを抑えることができる。しかも、ロータ軸部へのロータの組み付け時における組み付け作業が煩雑にならないようにしつつ、駆動時にはロータがロータ軸部に対して周方向に回動しない程度の結合力を得ることができる。
【０００８】
ここで、 前記作動流体は、水蒸気であってもよい。また、前記ロータの少なくとも一部を構成する材質は、アルミニウム又はアルミニウム合金であってもよい。
【０００９】
前記ロータは、前記動翼を前記ロータ軸部の軸方向に複数有し、少なくとも最上流段の動翼を除いた動翼がアルミニウム製又はアルミニウム合金製であるのが好ましい。この態様では、最上流段の動翼での作動流体（水蒸気など）によるエロージョンを回避しつつロータの軽量化を図ることができる。
【００１０】
また、前記最上流段の動翼は、アルミニウム製又はアルミニウム合金製であり、かつ陽極酸化被膜処理が施されていてもよい。この態様では、作動流体が水蒸気であれば、最上流段の動翼のエロージョンを防止しつつロータのさらなる軽量化を図ることができる。
【００１１】
また、前記最上流段の動翼は、チタン製、チタン合金製、ステンレス製又はステンレス合金製であってもよい。この態様では、作動流体が水蒸気であれば、エロージョンを防止しつつ最上流段の動翼の耐久性を確保することができる。
【００１２】
また、前記ロータは、軸方向に配置される複数の動翼と、隣り合う前記動翼間にそれぞれ配置されるスペーサとを有していてもよく、この場合には、前記スペーサと前記動翼とは別体に形成されるとともに互いに嵌合されているのが好ましい。この態様では、軸流圧縮機の駆動時におけるロータの膨張量とロータ軸部の膨張量との差に応じて増大する押え部材の押圧力により、スペーサと動翼とが互いに周方向に相対的に回動しない程度の結合力を得ることができる。また、動翼とスペーサとが別体に構成されているので、動翼とスペーサを別個に成形加工することができる。このため、小さな加工用素材を用いることができ、ロータの加工性を向上することができる。
【００１３】
また、前記ロータ軸部が貫通している前記ロータの内側空間には円板状部材が設けられ、前記ロータ軸部はこの円板状部材を貫通していてもよい。この態様では、ロータ軸部が配設されるロータの内側空間をロータ軸部に比べて大径に形成し、この内側空間に円板状部材が配設される。このため、ロータの中央部を中空状に形成できるので、ロータの軽量化を図ることができる。しかも、円板状部材によってロータ軸部の中間部を支持することができるので、ロータ軸部の固有振動数を上げることができる。
【００１４】
また、前記ロータ軸部は、チタン製又はチタン合金製であってもよい。この態様では、駆動時におけるロータの熱膨張量とロータ軸部の熱膨張量との差を確保し易くなり、しかもロータ軸部の剛性を上げることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、ロータ及びロータ軸部の嵌合部の加工に要するコストを抑えつつ、ロータ軸部に対してロータを強固に嵌合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る軸流圧縮機の概略構成を示す図である。
【図２】動翼と第１押え部材との嵌合部を主として示す断面図である。
【図３】動翼とスペーサとの嵌合部を主として示す断面図である。
【図４】本発明のその他の実施形態に係る軸流圧縮機における動翼及びスペーサの嵌合部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態に係る軸流圧縮機１０は、冷凍機に設けられる圧縮機として構成されるものであり、蒸発器１２及び凝縮器１３を有する冷媒回路１４に設けられている。この軸流圧縮機１０は、蒸発器１２で蒸発した作動流体（冷媒）としての水蒸気を圧縮する。この水蒸気は、比較的低温、低圧の水蒸気である。本実施形態の軸流圧縮機１０で圧縮される作動流体たる水蒸気は、その軸流圧縮機１０の入り口から吐出口において、例えば大気圧以下の圧力で５℃から１５０℃の範囲の温度、動翼が７段程度の複数段となる場合は、例えば、５℃から２５０℃の範囲の温度となる。この冷媒回路１４では、軸流圧縮機１０で圧縮された作動流体が凝縮器１３に送られ、凝縮器１３において凝縮される。作動流体が相変化を伴って冷媒回路１４を循環する。そして、蒸発器１２において冷媒が蒸発することにより、２次側熱媒体に冷熱を供給することができる。この２次側熱媒体は、図外の利用側装置に供給されて冷却対象としての室内空気等を冷却する。
【００１９】
軸流圧縮機１０は、作動流体を圧縮する圧縮空間ＣＳを有する圧縮部２０と、圧縮部２０を駆動するための電動機２２と、圧縮空間ＣＳから吐出された作動流体の流速を減速するための減速部２４と、を備えている。軸流圧縮機１０のケーシング２６は、圧縮部２０に配置される円筒状の第１ケース部２７と、圧縮部２０の一端側（上流側）に配置される第２ケース部２８と、圧縮部２０の他端側（下流側）となる減速部２４に配置される第３ケース部２９とを備えている。
【００２０】
圧縮部２０は、第１ケース部２７と、第１ケース部２７内に配置されたロータ３１とを備えている。第１ケース部２７とロータ３１との間の空間が、作動流体を圧縮するための圧縮空間ＣＳとして機能する。この圧縮空間ＣＳは、図１の左側が吸入口ＣＳ１となり、右側が吐出口ＣＳ２となる。したがって、蒸発器１２で蒸発した作動流体は図１の左側の吸入口ＣＳ１を通して圧縮空間ＣＳ内に吸入され、この作動流体は圧縮空間ＣＳ内を図１の左から右に移動するにつれて圧縮されて吐出口ＣＳ２から吐出される。
【００２１】
第１ケース部２７の内周面には、複数の静翼３３が軸方向に間隔をおいて固定されている。この第１ケース部２７は、軸方向が水平になるように設置される。
【００２２】
ロータ３１は、複数の動翼３４と複数のスペーサ３５とを備えている。これらの複数の動翼３４は、静翼３３と交互に位置するように軸方向に間隔をおいて配置されている。スペーサ３５は、円筒状に形成される部材であり、静翼３３の径方向内側に配置されるとともに、隣り合う動翼３４の間にそれぞれ配置されている。図例では、４つの動翼３４と４つのスペーサ３５が設けられた構成を示しているがこれに限られるものではない。
【００２３】
動翼３４は、円筒状のボス部３７と、このボス部３７の周囲に一体的に形成された翼部３８とを備えている。すなわち、動翼３４は、後述するように、何れもアルミニウム製又はアルミニウム合金製であり、１つの素材から削り出して成形した一体成形品である。翼部３８はボス部３７の周方向に複数形成されている。ボス部３７の外周面及び内周面はスペーサ３５の外周面及び内周面と面一の状態となっている。
【００２４】
圧縮部２０は、駆動軸４０と、第１押え部材４１と、第２押え部材４２と、固定部の一例としてのナット４３と、円板状部材４４とを備えている。駆動軸４０は、ロータ軸部４６と、ロータ軸部４６の両端部にそれぞれ配置された２つのエンド軸部４７，４７とを備えている。
【００２５】
ロータ軸部４６は、第１ケース部２７の軸心上に配置されており、第１ケース部２７の軸方向に沿って延びている。ロータ軸部４６の両端部は、軸方向において動翼３４及びスペーサ３５の外側に位置しており、この両端部にはそれぞれ雄ねじ部４６ａ（図２参照）が設けられている。
【００２６】
第１押え部材４１は、最上流段の動翼３４に接触するように配置され、また第２押え部材４２は、最下流段の動翼３４の外側に位置するスペーサ３５に接触するように配置されている。第１押え部材４１と第２押え部材４２とは、同じ構成の部材であるが、軸方向において逆向きに配設される。
【００２７】
第１押え部材４１は、円板状に形成されており、該押え部材４１には、ロータ軸部４６を挿通させる中央貫通孔４１ａが形成されている。中央貫通孔４１ａは、図２に拡大して示すように、中間部に段差部が形成された段付き孔となっている。この中央貫通孔４１ａの小径部はロータ軸部４６を挿通可能であるがナット４３を挿通できない内径を有しており、大径部はナット４３を挿入可能な内径を有している。
【００２８】
第１押え部材４１には、外周端部における軸方向の一方の端面から突出するロータ側嵌合部４１ｂと、外周端部における軸方向のもう一方の端面から突出するエンド側嵌合部４１ｃとが一体的に設けられている。
【００２９】
ロータ側嵌合部４１ｂは、軸方向に見て中央貫通孔４１ａと同心状の円環状に形成されており、軸方向端面が平坦面となっている。ロータ側嵌合部４１ｂは、動翼３４のボス部３７に形成された端部嵌合部３７ａと嵌合される。
【００３０】
ボス部３７の端部嵌合部３７ａは、最上流段の動翼３４において、吸入口ＣＳ１側の端面（ロータ３１における軸方向外側の端面）に形成されている。そして、ボス部３７の端部嵌合部３７ａは、ボス部３７と同心状の円環状に形成されており、軸方向の端面が平坦面となっている。この端部嵌合部３７ａは第１押え部材４１のロータ側嵌合部４１ｂの内側に圧入等によって入り込んで該ロータ側嵌合部４１ｂに嵌合する。そして、第１押え部材４１のロータ側嵌合部４１ｂと動翼３４の端部嵌合部３７ａとが嵌合されることにより、第１押え部材４１の軸心と最上流段の動翼３４の軸心とが一致するようになっている。端部嵌合部３７ａ及びロータ側嵌合部４１ｂは、何れも軸方向端面が平坦面に形成されているので、ボス部３７及び第１押え部材４１の加工に要するコストを抑えることができる。この点は、第２押え部材４２についても同様である。
【００３１】
エンド側嵌合部４１ｃは、軸方向に見て円環状に形成されており、このエンド側嵌合部４１ｃには、エンド軸部４７の端部に形成されたフランジ部４７ａが嵌合される。フランジ部４７ａはエンド側嵌合部４１ｃと同心状の円環状に形成されており、フランジ部４７ａがエンド側嵌合部４１ｃに嵌合することにより、エンド軸部４７と第１押え部材４１とが同軸状となる。この状態で、エンド軸部（第１エンド軸部）４７と第１押え部材４１とがボルト４９によって互いに固定される。なお、エンド軸部４７には、ナット４３及びロータ軸部４６の端部を受入れ可能な凹部４７ｂがフランジ部４７ａ側の端面から内側に延びるように形成されている。
【００３２】
第２押え部材４２も第１押え部材４１と同様に、段付き孔からなる中央貫通孔が形成されるとともに、ロータ側嵌合部とエンド側嵌合部を備えている。第２押え部材４２のロータ側嵌合部は最下流段の動翼３４の外側に位置するスペーサ３５の端部嵌合部に嵌合している。この端部嵌合部は、スペーサ３５の吐出口ＣＳ２側の端面（ロータ３１における軸方向外側の端面）に形成されており、最上流段の動翼３４に形成されている端部嵌合部３７ａと同じ形状のものである。第２押え部材４２のエンド側嵌合部は、吐出部側のエンド軸部（第２エンド軸部）４７のフランジ部に嵌合している。このフランジ部は、第１エンド軸部４７のフランジ部４７ａと同じ形状である。
【００３３】
第１押え部材４１及び第２押え部材４２において、中央貫通孔４１ａに挿通されたロータ軸部４６の雄ねじ部４６ａにナット４３を螺合することにより、ロータ３１（動翼３４及びスペーサ３５）を挟み込んだ状態でナット４３によって第１押え部材４１及び第２押え部材４２を軸方向の両側から締め付けることができる。ナット４３を螺合する際には、第１押え部材４１及び第２押え部材４２は予め定められたトルク値で締め付けられる。なお、ここでいう「予め定められたトルク値」は、後述するとおり、ロータ３１とロータ軸部４６との線膨張係数の相違、ひいては両者の駆動時の膨張量の相違に基づき、ロータ３１の組み付け時よりも駆動時のほうがナット４３による結合力が増大することを考慮して定められる。これにより、互いに隣り合う動翼３４とスペーサ３５とは互いに嵌合されている。
【００３４】
図３に示すように、互いに隣り合う動翼３４とスペーサ３５とは互いに嵌合されている。すなわち、動翼３４のボス部３７には、スペーサ３５に対向する端面において軸方向に突出する第１嵌合部３７ｂが形成されている。ボス部３７は円筒状に形成されており、第１嵌合部３７ｂは、このボス部３７の内周部に沿うように、ボス部３７と同心状の円環状に形成されており、第１嵌合部３７ｂの軸方向端面は平坦面となっている。一方、スペーサ３５には、動翼３４のボス部３７と対向する端面において軸方向に突出する第２嵌合部３５ａが形成されている。第２嵌合部３５ａはスペーサ３５の外周部に沿うように、スペーサ３５と同心状の円環状に形成されており、第２嵌合部３５ａの軸方向端面は平坦面となっている。第２嵌合部３５ａの内径は第１嵌合部３７ｂの外径に対応しているので、両嵌合部３７ｂ，３５ａを嵌合させることにより動翼３４とスペーサ３５とを同心状に互いに結合することができる。すなわち、動翼３４とスペーサ３５とは別体に構成され、その後に互いに嵌合される。ボス部３７の第１嵌合部３７ｂ及びスペーサ３５の第２嵌合部３５ａは、何れも軸方向端面が平坦面に形成されているので、ボス部３７及びスペーサ３５の加工に要するコストを抑えることができる。
【００３５】
スペーサ３５及びボス部３７の内径は、ロータ軸部４６の外径よりも十分大きい。このため、スペーサ３５及びボス部３７が繋がって形成される円筒部とロータ軸部４６との間には軸方向に延びる空間が形成されている。この空間すなわちロータ３１の内側空間３１ａには、円板状部材４４が設けられている。スペーサ３５には、第２嵌合部３５ａよりも内側の部位に、円板状部材４４の厚みに対応する幅の凹部３５ｂが形成されており、この凹部３５ｂに円板状部材４４の外周部が挿入され、この状態で円板状部材４４とスペーサ３５とがボルト５１によって締結されている。すなわち、円板状部材４４は動翼３４のボス部３７とスペーサ３５との間に隙間なく挟み込まれている。
【００３６】
円板状部材４４は、ロータ軸部４６に対して垂直になる姿勢で配設されており、その中央部には厚み方向に貫通する貫通孔４４ａが形成されている。この貫通孔４４ａにはロータ軸部４６が挿通されている。したがって、ロータ軸部４６は、その中間部位の複数個所で円板状部材４４に支持されている。
【００３７】
上流段の動翼３４と下流段の動翼３４とでは、運転中に温度差が生ずる。このため、動翼３４及びそれに接するスペーサ３５の熱膨張により、軸方向において、円板状部材４４とロータ軸部４６との相対的な位置関係が変化する。したがって、長期期間、運転を行うためには、ロータ軸部４６は円板状部材４４に対して軸方向に動き易くなっているのが好ましい。このため、円板状部材４４の貫通孔４４ａの内周面及びロータ軸部４６の外周面が、研磨や他の手段などの表面処理により、滑らかな面となっていてもよい。
【００３８】
動翼３４は、何れもアルミニウム製又はアルミニウム合金製であり、またスペーサ３５は、何れもアルミニウム製又はアルミニウム合金製である。言い換えるとロータ３１は、アルミニウム製又はアルミニウム合金製である。一方、ロータ軸部４６はチタン製又はチタン合金製である。したがって、ロータ軸部４６は、アルミニウムよりも低い線膨張係数を有する材質で構成されている。このため、軸流圧縮機１０の駆動時に発生する熱によりロータ３１及びロータ軸部４６が膨張する際には、ロータ軸部４６よりもロータ３１の方がより軸方向に膨張する。なお、動翼３４の材質は前記の材質と異なる材質で構成されていてもよい。
【００３９】
また、第１押え部材４１及び第２押え部材４２は、ステンレス製又はステンレス合金製である。なお、円板状部材４４は、アルミニウム製又はアルミニウム合金製である。なお、第１押え部材４１、第２押え部材４２及び円板状部材４４の材質は前記の材質と異なる材質で構成されていてもよい。
【００４０】
本実施形態では、最上流段の動翼３４も含めて、動翼３４はアルミニウム製又はアルミニウム合金製となっている。なお、少なくとも最上流段の動翼３４については、陽極酸化被膜処理が施されていてもよい。この場合には、動翼３４の軽量化を図りながら動翼３４のエロージョンを効果的に防止することができる。また、最上流段の動翼３４は、チタン製、チタン合金製、ステンレス製又はステンレス合金製としてもよい。この場合には、エロージョンを防止しつつ最上流段の動翼３４の耐久性を確保することができる。
【００４１】
図１に示すように、両端部のエンド軸部４７，４７は、それぞれ軸受け５５，５５によって支持されており、ロータ軸部４６と同軸上に配置されている。軸受け５５は、エンド軸部４７の主部４７ｃにおいてエンド軸部４７を回転可能に支持する。主部４７ｃはフランジ部４７ａとは反対側にロータ軸部４６と同軸上に延びる部分である。
【００４２】
両軸受け５５，５５は、それぞれハウジング５６，５７に収められている。一端部側の軸受け５５を収納する上流側のハウジング５６は、第２ケース部２８との間に円筒状の空間を形成するように設けられ、この空間は、圧縮空間ＣＳに導入される作動流体が流れる上流側空間ＵＳとなる。一方、他端部側の軸受け５５を収納する下流側のハウジング５７は、第３ケース部２９との間に円筒状の空間を形成するように設けられ、この空間は、圧縮空間ＣＳから導出された作動流体が流れる下流側空間ＤＳとなる。
【００４３】
各ハウジング５６，５７は複数の支持部材５９，５９を介して第２ケース部２８又は第３ケース部２９に支持されている。各支持部材５９は、棒状に形成されるとともに、周方向に放射状に配設されている。支持部材５９，５９は上流側空間ＵＳ及び下流側空間ＤＳに配置されているが、断面が流線形となっていることにより、作動流体の流れを阻害しないようになっている。なお、図例では、下流側空間ＤＳの支持部材５９がハウジング５７の内側まで入り込んだ構成となっているが、このハウジング５７の内側に入り込んでいる部位については棒状に形成されていなくてもよい。
【００４４】
支持部材５９には、潤滑剤を供給及び排出するための給排通路５９ａが形成されている。潤滑剤は、第２ケース部２８及び第３ケース部２９の外部から導入され、この給排通路５９ａの１つを通って軸受け５５に供給され、他の給排通路５９ａを通って軸受け５５から排出される。
【００４５】
吐出口ＣＳ２側のエンド軸部４７は、下流側のハウジング５７内に配置されており、このエンド軸部４７には、フレキシブルカップリング６１を介して電動機２２の回転軸２２ａが接続されている。圧縮部２０の駆動軸４０と電動機２２の回転軸２２ａとが増速機を介することなく接続されているので、電動機２２の回転数とロータ３１の回転数とは同じ回転数となっている。
【００４６】
前記減速部２４は、第３ケース部２９によって形成された下流側空間ＤＳを有している。第３ケース部２９は、第１ケース部２７の軸方向一端部に繋がる外周面部２９ａと、外周面部２９ａの内側に配置されて軸方向に延びる内周面部２９ｂと、外周面部２９ａ及び内周面部２９ｂの軸方向端部同士を接続する端面部２９ｃと、を備えている。
【００４７】
外周面部２９ａには、排出ポート６５が設けられている。この排出ポート６５には、下流側空間ＤＳ内で減速された作動流体を凝縮器１３に導くための配管が接続されている。
【００４８】
内周面部２９ｂには、ハウジング５７との接続部から径方向内側に延出されるように電動機支持部６６が設けられている。電動機２２は、減速部２４の内周面部２９ｂの内側に配置されるとともに、電動機支持部６６に取り付けられている。
【００４９】
本実施形態に係る軸流圧縮機１０では、電動機２２の回転軸２２ａが回転すると、圧縮部２０の駆動軸４０も同じ回転数で回転し、ロータ３１が軸回りに回転する。これに伴い、上流側空間ＵＳ内の作動流体が吸入口ＣＳ１を通して圧縮空間ＣＳに吸入され、圧縮空間ＣＳ内では作動流体が圧縮されながら図１の右方向に送られ、吐出口ＣＳ２を通して下流側空間ＤＳに吐出される。この作動流体は減速部２４内において減速されるとともに圧力回復し、排出ポート６５を通して排出される。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態では、第１押え部材４１と第２押え部材４２とによってロータ３１を軸方向両側から挟み込んでいる。この軸流圧縮機１０においては、水蒸気を圧縮する駆動時に生ずる熱によってロータ３１が膨張するが、ロータ軸部４６が、ロータ３１を構成するアルミニウムよりも低い線膨張係数を有する材料で構成されているので、ロータ軸部４６の軸方向の膨張量に比べてロータ３１の軸方向の膨張量の方が大きい。このため、ロータ３１の膨張によってロータ３１と第１押え部材４１との間の押圧力が増大するとともに、ロータ３１と第２押え部材４２との間の押圧力が増大する。したがって、駆動時にはロータ３１の組み付け時に比べてナット４３による結合力が増大するため、ロータ３１と押え部材４１，４２との嵌め合いとして、ツースカップリング、キー結合等による嵌め合いを用いなくても周方向の相対変位を生じないようにすることができる。このため、嵌合部の加工に要するコストを抑えることができる。特に、その嵌合部の軸方向の端面（例えば、ロータ側嵌合部４１ｂや端部嵌合部３７ａの軸方向の端面）を略平坦面とすることができるので、嵌合部の加工に要するコストを抑えることができる効果は大きい。しかも、ロータ軸部４６へのロータ３１の組み付け時における組み付け作業が煩雑にならないようにしつつ、駆動時にはロータ３１がロータ軸部４６に対して周方向に回動しない程度の結合力を得ることができる。なお、第１押え部材４１のロータ側嵌合部４１ｂは、ロータ３１の最上流段の動翼３４のボス部３７に形成された端部嵌合部３７ａと嵌合される。第１押え部材４１は、ロータ３１を構成するアルミニウムよりも低い線膨張係数を有する材料（ステンレス）で構成されているので、駆動時の第１押え部材４１の径方向の膨張量よりもロータ３１の径方向の膨張量の方が大きい。したがって、駆動時にはロータ３１の組み付け時に比べてロータ側嵌合部４１ｂ（第１押え部材４１）と端部嵌合部３７ａ（ロータ３１）との嵌合がより強固となる。このことは第２押え部材４２とロータ３１との嵌合についても同様である。また、ロータ３１をアルミニウム製又はアルミニウム合金製としているので、その分ロータ３１の軽量化を図ることができる。すなわち、作動流体として水蒸気が用いられるとともに、軸流圧縮機１０に導入されるときの水蒸気の温度が例えば大気圧以下の圧力で１５０℃以下に設定されているので、ロータ３１をアルミニウム製又はアルミニウム合金製にすることができる。したがって、ロータ３１の軽量化を図るとともに、ロータ３１の加工精度を向上させることができる。そして、ロータ３１と押え部材４１，４２との嵌め合いとして（及び動翼３４とスペーサ３５との嵌め合いとして）、軸方向端面が周方向に平坦な円環状の接触面での嵌め合い構造を採用しても、周方向の相対変位を生じないようにすることができる。したがって、ツースカップリング、キー結合等による嵌め合い構造を用いなくてもいいので、嵌合部の加工に要するコストを抑えることができる。なお、動翼を７段程度の複数段とした場合、下流側の温度が２５０℃程度になるため、下流側をチタン製又はチタン合金製のロータとしてもよい。
【００５１】
さらに本実施形態では、スペーサ３５と動翼３４とが別体に形成されるとともに互いに嵌合される構成となっているので、軸流圧縮機１０の駆動時におけるロータ３１の膨張量とロータ軸部４６の膨張量との差に応じて増大する押え部材４１，４２の押圧力により、スペーサ３５と動翼３４とが互いに周方向に相対的に回動しない程度の結合力を得ることができる。また、動翼３４とスペーサ３５とが別体に構成されているので、動翼３４とスペーサ３５を別個に成形加工することができる。このため、小さな加工用素材を用いることができ、ロータ３１の加工性を向上することができる。
【００５２】
また本実施形態では、ロータ軸部４６が配設されるロータ３１の内側空間３１ａをロータ軸部４６に比べて大径に形成し、この内側空間３１ａに円板状部材４４が配設される。このため、ロータ３１の中央部を中空状に形成できるので、ロータ３１の軽量化を図ることができる。しかも、円板状部材４４によってロータ軸部４６の中間部を支持することができるので、ロータ軸部４６の固有振動数を上げることができる。
【００５３】
また本実施形態では、ロータ軸部４６がチタン製又はチタン合金製であり、円板状部材４４がステンレス製又はステンレス合金製であるので、駆動時におけるロータ３１の熱膨張量とロータ軸部４６の熱膨張量との差を確保し易くなり、しかもロータ軸部４６の剛性を上げることができる。
【００５４】
なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、前記実施形態では、冷凍機に用いられる軸流圧縮機１０として構成した例について説明したが、これに限られるものではない。例えば、軸流圧縮機１０を例えば、冷却水を得るためのチラー、空調装置、濃縮機等に用いられる圧縮機として構成してもよい。
【００５５】
作動流体は、水蒸気に限定されるものではない。例えば、空気、酸素、窒素、炭化水素系のプロセスガス等の種々の流体を作動流体として適用することができる。
【００５６】
また前記実施形態では、第１押え部材４１が動翼３４に接触する一方で第２押え部材４２がスペーサ３５に接触する構成としたがこれに限られるものではなく、各押え部材４１，４２は動翼３４及びスペーサ３５の何れに接触する構成であってもよい。すなわち、両押え部材４１，４２の何れもが動翼３４に接触する構成、両押え部材４１，４２の何れもがスペーサ３５に接触する構成、又は、第１押え部材４１がスペーサ３５に接触する一方で第２押え部材４２が動翼３４に接触する構成であってもよい。
【００５７】
また前記実施形態では、ロータ３１が複数の動翼３４を有する構成としたが、これに限られるものではなく、１つの動翼３４を有する構成としてもよい。
【００５８】
また前記実施形態では、動翼３４とスペーサ３５とを別体に構成するとともにこれらを互いに嵌合させる構成としたが、これに限られるものではなく、動翼３４とスペーサ３５が一体的に構成されていてもよい。
【００５９】
また前記実施形態では、円板状部材４４がボルト５１によってスペーサ３５に締結される構成としたが、これに限られるものではない。例えば、図４に示すように、円板状部材４４がスペーサ３５に対してロータ軸部４６の軸方向に変位可能に配置される構成であってもよい。具体的には、円板状部材４４が円錐台形状に形成されていてもよい。この場合、円板状部材４４の外周面４４ｂは、軸方向に対して傾斜するとともにスペーサ３５の凹部３５ｂ内に配置されている。凹部３５ｂの内周面３５ｃも円板状部材４４の外周面４４ｂの傾斜に対応するように傾斜している。そして、凹部３５ｂの内周面３５ｃと円板状部材４４の外周面４４ｂとが互いに接触している。また、ロータ軸部４６の軸方向における凹部３５の幅は、円板状部材４４の厚みよりも大きい。このため、遠心力又は熱によるスペーサ３５の変形に応じて、円板状部材４４が軸方向に移動することができる。したがって、この構成では、スペーサ３５の変形に対応することができる。
【符号の説明】
【００６０】
３１ ロータ
３１ａ 内側空間
３３ 静翼
３４ 動翼
３５ スペーサ
４０ 駆動軸
４１ 第１押え部材
４２ 第２押え部材
４３ ナット（固定部の一例）
４４ 円板状部材
４６ ロータ軸部
４７ エンド軸部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体を圧縮するための軸流圧縮機であって、
動翼を有するロータと、
前記ロータの一端面に接触する第１押え部材と、
前記ロータの他端面に接触する第２押え部材と、
前記第１押え部材、前記ロータ及び前記第２押え部材を貫通するロータ軸部と、
前記第１押え部材及び前記第２押え部材によって前記ロータを挟み込んだ状態で前記第１押え部材及び前記第２押え部材を前記ロータ軸部に固定する固定部と、を備え、
前記ロータ軸部は、前記ロータの少なくとも一部を構成する材質よりも低い線膨張係数を有する材質で構成されている軸流圧縮機。
【請求項２】
前記作動流体は水蒸気である請求項１に記載の軸流圧縮機。
【請求項３】
前記ロータの少なくとも一部を構成する材質は、アルミニウム又はアルミニウム合金である請求項１に記載の軸流圧縮機。
【請求項４】
前記ロータは、前記動翼を前記ロータ軸部の軸方向に複数有し、
少なくとも最上流段の動翼を除いた動翼がアルミニウム製又はアルミニウム合金製である請求項１から３の何れか１項に記載の軸流圧縮機。
【請求項５】
前記最上流段の動翼は、アルミニウム製又はアルミニウム合金製であり、かつ陽極酸化被膜処理が施されている請求項４に記載の軸流圧縮機。
【請求項６】
前記最上流段の動翼は、チタン製、チタン合金製、ステンレス製又はステンレス合金製である請求項４に記載の軸流圧縮機。
【請求項７】
前記ロータは、軸方向に配置される複数の動翼と、隣り合う前記動翼間にそれぞれ配置されるスペーサとを有し、
前記スペーサと前記動翼とは別体に形成されるとともに互いに嵌合されている請求項１から６の何れか１項に記載の軸流圧縮機。
【請求項８】
前記ロータ軸部が貫通している前記ロータの内側空間には円板状部材が設けられ、前記ロータ軸部はこの円板状部材を貫通している請求項１から７の何れか１項に記載の軸流圧縮機。
【請求項９】
前記ロータ軸部は、チタン製又はチタン合金製である請求項８に記載の軸流圧縮機。
【請求項１】
作動流体を圧縮するための軸流圧縮機であって、
動翼を有するロータと、
前記ロータの一端面に接触する第１押え部材と、
前記ロータの他端面に接触する第２押え部材と、
前記第１押え部材、前記ロータ及び前記第２押え部材を貫通するロータ軸部と、
前記第１押え部材及び前記第２押え部材によって前記ロータを挟み込んだ状態で前記第１押え部材及び前記第２押え部材を前記ロータ軸部に固定する固定部と、を備え、
前記ロータ軸部は、前記ロータの少なくとも一部を構成する材質よりも低い線膨張係数を有する材質で構成されている軸流圧縮機。
【請求項２】
前記作動流体は水蒸気である請求項１に記載の軸流圧縮機。
【請求項３】
前記ロータの少なくとも一部を構成する材質は、アルミニウム又はアルミニウム合金である請求項１に記載の軸流圧縮機。
【請求項４】
前記ロータは、前記動翼を前記ロータ軸部の軸方向に複数有し、
少なくとも最上流段の動翼を除いた動翼がアルミニウム製又はアルミニウム合金製である請求項１から３の何れか１項に記載の軸流圧縮機。
【請求項５】
前記最上流段の動翼は、アルミニウム製又はアルミニウム合金製であり、かつ陽極酸化被膜処理が施されている請求項４に記載の軸流圧縮機。
【請求項６】
前記最上流段の動翼は、チタン製、チタン合金製、ステンレス製又はステンレス合金製である請求項４に記載の軸流圧縮機。
【請求項７】
前記ロータは、軸方向に配置される複数の動翼と、隣り合う前記動翼間にそれぞれ配置されるスペーサとを有し、
前記スペーサと前記動翼とは別体に形成されるとともに互いに嵌合されている請求項１から６の何れか１項に記載の軸流圧縮機。
【請求項８】
前記ロータ軸部が貫通している前記ロータの内側空間には円板状部材が設けられ、前記ロータ軸部はこの円板状部材を貫通している請求項１から７の何れか１項に記載の軸流圧縮機。
【請求項９】
前記ロータ軸部は、チタン製又はチタン合金製である請求項８に記載の軸流圧縮機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１９６１８８（Ｐ２０１１−１９６１８８Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６０５７９（Ｐ２０１０−６０５７９）
【出願日】平成２２年３月１７日（２０１０．３．１７）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【出願人】（０００２１３２９７）中部電力株式会社 (811)
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（５０７３８５７８５）ダニッシュ テクノロジカル インスティテュート (7)
【出願人】（５０７３８５７９６）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１７日（２０１０．３．１７）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【出願人】（０００２１３２９７）中部電力株式会社 (811)
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（５０７３８５７８５）ダニッシュ テクノロジカル インスティテュート (7)
【出願人】（５０７３８５７９６）
【Ｆターム（参考）】
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