JP4946114B2

JP4946114B2 - 回転機械

Info

Publication number: JP4946114B2
Application number: JP2006077168A
Authority: JP
Inventors: 拓也若林; 真広河田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2026-03-20
Also published as: CN101042145B; JP2007255217A; CN101042145A

Description

本発明はタービン、コンプレッサ等、高速で回転する羽根車を有する回転機械に関するものである。

回転機械、例えば羽根車を高速で回転させるコンプレッサの１つとして、ギアドコンプレッサがあり、該ギアドコンプレッサについて図２により略述する。

図２中、１は軸箱であり、該軸箱１に駆動軸２、羽根車軸３がそれぞれ軸受４，５を介して回転自在に設けられ、前記駆動軸２と前記羽根車軸３とは駆動ギア６、被動ギア７を介して連結されている。

前記羽根車軸３の両軸端部８，９にはそれぞれ羽根車１１，１２が焼嵌めにより嵌着され、該羽根車１１，１２はそれぞれ前記軸箱１に取付けられたハウジング１３，１４に収納され、該ハウジング１３，１４と前記羽根車軸３間には軸封装置１５，１６が設けられている。

前記駆動軸２がモータ等の駆動源（図示せず）によって回転されることで、前記駆動ギア６、前記被動ギア７を介して前記羽根車軸３が増速回転され、前記羽根車１１、前記羽根車１２が高速回転される。

前記羽根車１１の回転により、前記ハウジング１３の吸入口１７より空気等の被圧縮流体が吸入され、環洞流路１８を経て図示しない吐出口より圧縮された流体が吐出される。同様に前記羽根車１２の回転により、前記ハウジング１４の吸入口１９より被圧縮流体が吸入され、環洞流路２１を経て図示しない吐出口より圧縮された流体が吐出される。

回転機械に於いて、回転部の危険速度（固有振動数）は、共振を避ける為定常運転時の回転数（回転周波数）から外れている必要がある。例えば、危険速度が運転回転数よりも高い場合はより高く、危険速度が運転回転数よりも低い場合はより低いことが望ましい。

上記したコンプレッサでは、片持状に突出し、細径となった前記軸端部８，９に重量のある前記羽根車１１，１２が取付けられ、回転部の危険速度は、前記軸端部８，９の剛性によって大きく左右される。

一般的に、コンプレッサを設計する場合、要求される性能を満足する様、羽根車の諸元、羽根車の回転数が決定され、更に他の部位の諸元、例えば前記羽根車軸３の軸径等が決定される。各部位の諸元が決定された後、回転部の危険速度をシミュレーションにより、確認する。

例えば、シミュレーションの結果、回転部の危険速度が、運転時の定常回転に合致、或は定常回転より大きい側の近傍であり、共振の虞れがある場合は、前記回転部の危険速度が大きくなる様に回転部の剛性を高める対策を採っている。簡便な対策として、前記軸端部８，９の軸径を太くし、前記羽根車軸３の剛性を高めている。

然し乍ら、軸径を太くすると前記羽根車１１，１２の嵌合部の所定の嵌合力を得る為の必要肉厚が不足する場合（特に羽根車軸方向先端部）は、前記軸端部８，９の軸径は制限される。該軸端部８，９の軸径を必要なだけ太くできない場合は、嵌合部より内側の前記羽根車軸３の径を変更せざるを得なくなり、該羽根車軸３の支持部も含めて回転機械全体の見直しが必要となる。この為、各部位の最終的な諸元が決定されるのに多くの時間と労力を必要としていた。

特開２００１−１７３５９４号公報

特開２００１−１７３５９７号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、回転部の危険速度が、運転時の定常回転と合致、若しくは近傍とならない様に回転部の剛性の変更を可能とし、回転機械全体の見直しをすることなく回転機械の製作を可能とするものである。

本発明は、定常回転される羽根車軸と、該羽根車軸の軸端部に嵌着される羽根車とを具備し、前記軸端部と前記羽根車の嵌合部は、締嵌め部と隙間嵌め部とを有し、前記締嵌め部によって前記羽根車軸と前記羽根車間のトルク伝達が行われ、前記軸端部の隙間嵌め部の軸形状は回転部の危険速度が定常回転との共振を抑制する様に設定された回転機械に係るものである。

又本発明は、定常回転される羽根車軸と、該羽根車軸の軸端部に嵌着される羽根車とを具備する回転機械に於いて、前記軸端部と前記羽根車の嵌合部は、締嵌め部と隙間嵌め部とを有し、前記締嵌め部は前記羽根車軸と前記羽根車間のトルク伝達が行われる様嵌合状態が設定され、回転部の危険速度をシミュレーションし、前記軸端部の隙間嵌め部の軸形状は前記危険速度が定常回転時での共振を抑制する様な剛性となる様に設定された回転機械に係るものである。

又本発明は、前記軸端部の隙間嵌め部は、前記締嵌め部より太径となっている回転機械に係り、又前記軸端部の隙間嵌め部は、前記締嵌め部より漸次太径となるテーパ形状となっている回転機械に係るものである。

又本発明は、前記軸端部の隙間嵌め部は、前記締嵌め部より細径となっている回転機械に係り、更に又前記軸端部の隙間嵌め部は、前記締嵌め部より漸次細径となるテーパ形状となっている回転機械に係るものである。

本発明によれば、定常回転される羽根車軸と、該羽根車軸の軸端部に嵌着される羽根車とを具備し、前記軸端部と前記羽根車の嵌合部は、締嵌め部と隙間嵌め部とを有し、前記締嵌め部によって前記羽根車軸と前記羽根車間のトルク伝達が行われ、前記軸端部の隙間嵌め部の軸形状は回転部の危険速度が定常回転との共振を抑制する様に設定されたので、簡単な構造で共振が抑制でき、共振を抑制する為の軸端部の変更も回転機械全体の見直しを必要としないので、短時間で簡単に行え、製作費の低減が図れる。

又本発明によれば、定常回転される羽根車軸と、該羽根車軸の軸端部に嵌着される羽根車とを具備する回転機械に於いて、前記軸端部と前記羽根車の嵌合部は、締嵌め部と隙間嵌め部とを有し、前記締嵌め部は前記羽根車軸と前記羽根車間のトルク伝達が行われる様嵌合状態が設定され、回転部の危険速度をシミュレーションし、前記軸端部の隙間嵌め部の軸形状は前記危険速度が定常回転時での共振を抑制する様な剛性となる様に設定されたので、簡単な構造で共振が抑制でき、共振を抑制する為の軸端部の変更も回転機械全体の見直しを必要としないので、短時間で簡単に行え、製作費の低減が図れる等の優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

図１は、本発明に係る回転機械の回転部の一部を示す図である。

図１に於いて、図２中で示したものと同等のものには同符号を付してある。又、図中、矢印Ａは、軸受中心位置を示している。

羽根車軸３の端部には細径の軸端部８が形成されており、該軸端部８は羽根車１１が焼嵌めされる嵌着部８ａと該嵌着部８ａに対し太径となっている軸端補強部８ｂとで構成されている。又、前記羽根車１１に穿設される嵌合孔２３は、前記嵌着部８ａが嵌合する嵌着孔２３ａ、前記軸端補強部８ｂが嵌合する遊び孔２３ｂの段付き孔となっている。

前記羽根車１１は前記軸端部８に焼嵌めによって固着され、更にナット２４が前記軸端部８先端に螺着され、取付けられる。

前記嵌着部８ａの軸径は、前記嵌着孔２３ａ部分が焼嵌めする際に必要な肉厚となる様に設定され、又嵌合軸長は、焼嵌めにより発生する固着力が前記羽根車１１と前記羽根車軸３間のトルク伝達に充分となる様に設定される。又、前記軸端補強部８ｂと前記遊び孔２３ｂとは、充分余裕のある隙間嵌めとなっており、前記嵌着部８ａと前記嵌着孔２３ａとを焼嵌めする際に前記軸端補強部８ｂと前記遊び孔２３ｂとが干渉しない様になっている。

尚、前記遊び孔２３ｂが穿設される部分は、前記羽根車１１を高速回転させた場合に、該羽根車１１の遠心力が大きく作用する部分であり、遠心力の作用によって前記遊び孔２３ｂは拡大する。該遊び孔２３ｂが穿設される部分は、前記軸端補強部８ｂ部分を前記遊び孔２３ｂに焼嵌めしたとしても、遠心力による拡大で焼嵌めの効果は発揮されない。従って、前記遊び孔２３ｂに前記軸端補強部８ｂを隙間嵌めしても、前記羽根車１１の固定力への影響はなく、固定力の不足を招くことはない。

上記した様に、前記羽根車軸３の部位の内、危険速度に最も影響を及す部分は、前記羽根車１１が取付けられ、軸径が細くなっている前記軸端部８であり、該軸端部８の剛性を増大させることが前記羽根車軸３の剛性を増大させることに効果がある。

前記軸端補強部８ｂの径を増大させることで、トルク伝達に影響を与えることなく、前記軸端部８の剛性が増大し、前記羽根車軸３の危険速度を大きくすることができる。又、前記軸端補強部８ｂの径を太くすることについて、前記羽根車軸３の軸径、前記羽根車１１等他の部位については、何ら変更を加える必要がない。従って、回転機械の性能を変更することなく、前記羽根車軸３の剛性の増大を行うことができる。

又、前記軸端補強部８ｂの径を決定する場合の手順の一例としては、回転機械として要求される性能を満足する様に、前記羽根車１１の諸元、定常回転数、軸受等を決定し、前記軸端補強部８ｂの径を仮決めし、回転部を定常回転した場合のシミュレーションを行い、回転部の危険速度を求める。

シミュレーションの結果、危険速度が定常回転数に一致、或は定常回転数の近傍であり、回転部が共振を起す虞れがある場合は、前記軸端補強部８ｂの径を増大又は減少させ、或は形状を変更し、前記軸端部８の剛性を変更し、前記羽根車軸３の危険速度が定常回転と一致しない様に、或は定常回転から離れる様にする。

前記軸端部８の径、形状の変更後、再度シミュレーションにより回転部が定常回転で共振を起さないかどうかを確認する。

尚、前記軸端補強部８ｂの変更については、前記羽根車軸３の支持部等に影響を及すことはないので、回転機械全体の見直しは必要なく、前記軸端補強部８ｂを変更することは簡単である。

又、前記軸端補強部８ｂの形状は、軸の危険速度が運転回転数から外れる様剛性が変更できればよく、軸の危険速度を運転回転数よりも高くする場合には先端側から漸次太径となるテーパ形状としてもよく、軸の危険速度を運転回転数よりも低くする場合には軸の危険速度が小さくなる様に前記軸端補強部８ｂを細径としてもよく、或は先端側から漸次細径となるテーパ形状としてもよい。尚、前記軸端補強部８ｂは、前記遊び孔２３ｂとは非接触でよく、前記軸端補強部８ｂ、前記遊び孔２３ｂの加工、仕上げに精度は要求されない。

本発明の実施の形態に於ける羽根車軸の要部を示す側面図である。回転機械の一例を示す概略図である。

符号の説明

１軸箱
３羽根車軸
５軸受
６駆動ギア
７被動ギア
８軸端部
８ａ嵌着部
８ｂ軸端補強部
１１羽根車
２３嵌合孔
２３ａ嵌着孔
２３ｂ遊び孔

Claims

軸受を介して支持され定常回転される羽根車軸と、該羽根車軸の前記軸受より突出する軸端部に嵌着される羽根車とを具備し、前記軸端部と前記羽根車の嵌合部は、先端側に形成される締嵌め部と軸受側に形成される隙間嵌め部とを有し、前記締嵌め部によって前記羽根車軸と前記羽根車間のトルク伝達が行われ、前記軸端部は前記隙間嵌め部が前記締嵌め部より剛性が増大する様に軸形状が形成され、回転部の危険速度が定常回転との共振を抑制する様に設定されたことを特徴とする回転機械。
軸受を介して支持され定常回転される羽根車軸と、該羽根車軸の前記軸受より突出する軸端部に嵌着される羽根車とを具備する回転機械に於いて、前記軸端部と前記羽根車の嵌合部は、締嵌め部と隙間嵌め部とを有し、前記締嵌め部は前記羽根車軸と前記羽根車間のトルク伝達が行われる様嵌合状態が設定され、回転部の危険速度をシミュレーションし、前記軸端部は前記隙間嵌め部が前記締嵌め部より剛性が増大する様に軸形状が形成され、回転部の危険速度が定常回転との共振を抑制する様に設定されたことを特徴とする回転機械。
前記軸端部の隙間嵌め部は、前記締嵌め部より太径となっている請求項１又は請求項２の回転機械。
前記軸端部の隙間嵌め部は、前記締嵌め部より漸次太径となるテーパ形状となっている請求項１又は請求項２の回転機械。