葉輪、旋轉機械及旋轉機械的組裝方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及葉輪、葉輪固定于旋轉軸而成的旋轉機械及旋轉機械的組裝方法。
[0002]本申請主張基于2013年6月4日于日本申請的日本專利申請2013-117596號的優(yōu)先權，并將其內容援用于此。
【背景技術】
[0003]在渦輪制冷機和小型燃氣輪機等中，有具備離心式壓縮機等旋轉機械的裝備。離心式壓縮機具有在固定于旋轉軸的圓盤部設置有多個葉片的葉輪。離心式壓縮機通過使這些葉輪旋轉來對氣體賦予壓力能及速度能。
[0004]例如，對氫等較輕的流體進行壓縮時以及得到更高的增壓時等，需使上述離心式壓縮機的葉輪進行高速旋轉。更具體而言，對氫進行壓縮時，例如，使葉輪的轉速從數千rpm上升至數萬rpm等，需使葉輪進行高速旋轉。尤其，在形成于葉輪的徑向中央部的安裝孔中揷入旋轉軸而安裝孔內周面整體夾持于旋轉軸的離心式壓縮機中，使葉輪進行高速旋轉時，安裝孔的內周面附近的拉伸應力變高且有破損的可能性。
[0005]因此，為了防止上述內周面附近的拉伸應力變高，提出有在安裝孔的內周面形成應力降低凹坑的方案(例如，參考專利文獻I)。
[0006]以往技術文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:日本專利公開2005-002849號公報
[0009]發(fā)明的概要
[0010]發(fā)明要解決的技術課題
[0011]上述葉輪中，為了使相對于旋轉軸的裝卸輕松而提高維修性等，在筒部的前方具有固定于旋轉軸的夾持部。
[0012]圖12是表示在前方具有夾持部33的葉輪610中進行高速旋轉時發(fā)揮作用的應力的模擬結果的輪廓圖。該葉輪610由圓盤部30和葉片部40構成，是所謂開放型的葉輪。如圖13所示，圓盤部30具備:筒部32，該旋轉軸5的軸線的O方向前側的夾持部(圖13中，左側部)33通過熱套配合等固定于旋轉軸5 ;及圓盤主體部35，比夾持部33更靠軸線O方向后側設置且朝向旋轉軸5的徑向外側延伸。
[0013]如此形成的葉輪610中，旋轉軸5高速旋轉時發(fā)揮作用的應力變得最大的部位(應力集中的部位)為上述夾持部33的相反側，即軸線O方向后側的角部附近。這是因為通過由旋轉時的離心力和流路側與圓盤后側面?zhèn)戎g的氣壓差產生的推力方向荷載(推力)等，圓盤部30的角部具有向圖13中虛線所示的徑向外側位移的傾向。關于該角部附近的應力集中，作為在葉輪610的周向上發(fā)揮作用的拉伸應力的環(huán)向應力成為主體。圖13中環(huán)向應力所集中的部位以符號“f”表示。
[0014]上述圓盤部30的角部附近的環(huán)向應力的大小，越是高速旋轉就越是增大。因此，例如，發(fā)生意外的高速旋轉時，存在圓盤部30陷入強度不足的可能性。為了防止該強度不足，例如，可以考慮以筒部32的內周整個表面使筒部32固定于旋轉軸5的外周面的方法。另外，也可以考慮如專利文獻I在多個部位使筒部32固定于旋轉軸5的外周面的方法。但是，當從旋轉軸5拆卸葉輪610時等，需遍及圓盤部30的廣大范圍提高溫度，并導致組裝性及維修性變差。并且，如上述導致拉伸應力變大。
[0015]另一方面，為了在不惡化組裝性及維修性的情況下降低圓盤部30的角部附近的環(huán)向應力，例如，如圖14中示出的葉輪710，可以考慮增加圓盤部30的后側面?zhèn)鹊谋诤?。圖15是表示增加圓盤部30的后側面?zhèn)鹊谋诤駮r的模擬結果的輪廓圖。如該圖15所示，增加圓盤部30的后側面?zhèn)鹊谋诤穸蛊涑蔀榻咏葢顟B(tài)的形狀，從而與上述圖12的情況相比，環(huán)狀應力的大小整體上變得更小。
[0016]然而，如圖16所示，在軸線O方向前側具有夾持部33時，在軸線O方向的中央部，如圖16中用虛線表示，存在發(fā)生回彎而無法充分降低應力的可能性。并且，葉輪610的重量增加，并且葉輪610的軸線O方向的跨距變長，由此軸振動增大而存在無法使葉輪610高速旋轉的可能性。

【發(fā)明內容】

[0017]本發(fā)明提供一種相對于旋轉軸能夠輕松地進行裝卸，并能夠充分降低旋轉時的應力，并且能夠進行進一步高速旋轉的葉輪、具備葉輪的旋轉機械及旋轉機械的組裝方法。
[0018]用于解決技術課題的手段
[0019]根據本發(fā)明的第一方式，葉輪具備:圓盤部，其具備:筒部，插穿有繞軸線轉動的旋轉軸，且所述旋轉軸的軸線方向的一部分作為夾持部固定于所述旋轉軸；及圓盤主體部，從所述筒部朝向所述旋轉軸的徑向外側延伸，葉片部，從所述圓盤主體部向軸線方向的第一方向側突出；加強部件安裝部，比所述圓盤主體部更靠所述軸線方向的第二方向側的所述筒部形成；及加強部件，由比強度高于所述圓盤部的材料形成，且以從外側覆蓋的方式安裝于所述加強部件安裝部。
[0020]根據本發(fā)明的第二方式，關于葉輪，第一方式的葉輪的所述加強部件安裝部具備:安裝部主體，與所述筒部一體形成；環(huán)部件，由具有所述安裝部主體的線膨脹系數以上的線膨脹系數的材料形成，且安裝于所述安裝部主體，所述加強部件也可安裝于所述環(huán)部件。
[0021]根據本發(fā)明的第三方式，關于葉輪，第一或第二方式的葉輪中，也可具備夾持加強部件，其在比所述加強部件更靠所述軸線方向的第二方向側配置所述夾持部，且安裝在配置有所述筒部所述夾持部的位置而加強該夾持部。
[0022]根據本發(fā)明的第四方式，關于葉輪，第一至第三方式中的任一方式所述的葉輪中，所述加強部件的直徑與所述圓盤主體部的直徑的比例可以是0.35到0.8。
[0023]根據本發(fā)明的第五方式，旋轉機械具備第一至第四方式中任一方式所述的葉輪。
[0024]根據本發(fā)明的第六方式，旋轉機械的組裝方法為具備第一方式的葉輪的旋轉機械的組裝方法，該方法具備:安裝工序，將加強部件安裝于所述加強部件安裝部；及葉輪安裝工序，將所述葉輪安裝于所述旋轉軸。
[0025]根據本發(fā)明的第七方式，旋轉機械的組裝方法為具備第二方式的葉輪的旋轉機械的組裝方法，該方法具備:加強部件安裝工序，將所述加強部件安裝于所述環(huán)部件；環(huán)部件安裝工序，將安裝有所述加強部件的所述環(huán)部件安裝于所述安裝部主體；及葉輪安裝工序，將所述葉輪安裝于所述旋轉軸。
[0026]發(fā)明效果
[0027]根據本發(fā)明，相對于旋轉軸能夠輕松地進行裝卸，并能夠充分降低旋轉時的環(huán)向應力，并且能夠進行進一步高速旋轉。
【附圖說明】
[0028]圖1是該發(fā)明的實施方式中的離心式壓縮機的縱剖視圖。
[0029]圖2是該發(fā)明的第一實施方式中的葉輪的縱剖視圖。
[0030]圖3是該發(fā)明的第一實施方式中的加強部件的立體圖。
[0031]圖4A是上述加強部件的安裝位置為r2/D = 1.0時的說明圖。
[0032]圖4B是上述加強部件的安裝位置為r2/D = 0.66時的說明圖。
[0033]圖4C是上述加強部件的安裝位置為r2/D = 0.49時的說明圖。
[0034]圖4D是上述加強部件的安裝位置為r2/D = 0.35時的說明圖。
[0035]圖5是表示相對于上述r2/D的圓盤部的最大應力的曲線圖。
[0036]圖6是表示上述葉輪的模擬結果的圖。
[0037]圖7A是表示上述葉輪的安裝步驟中未安裝加強部件的狀態(tài)的圖。
[0038]圖7B是表示上述葉輪的安裝步驟中將葉輪安裝在加強部件上的狀態(tài)的圖。
[0039]圖7C是表示上述葉輪的安裝步驟中將葉輪固定在旋轉軸上的狀態(tài)的圖。
[0040]圖8是該發(fā)明的第二實施方式中的相當于圖2的縱剖視圖。
[0041]圖9是表示上述第二實施方式的葉輪的安裝步驟的流