叶轮、旋转机械及旋转机械的组装方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及叶轮、叶轮固定于旋转轴而成的旋转机械及旋转机械的组装方法。
[0002]本申请主张基于2013年6月4日于日本申请的日本专利申请2013-117596号的优先权，并将其内容援用于此。
【背景技术】
[0003]在涡轮制冷机和小型燃气轮机等中，有具备离心式压缩机等旋转机械的装备。离心式压缩机具有在固定于旋转轴的圆盘部设置有多个叶片的叶轮。离心式压缩机通过使这些叶轮旋转来对气体赋予压力能及速度能。
[0004]例如，对氢等较轻的流体进行压缩时以及得到更高的增压时等，需使上述离心式压缩机的叶轮进行高速旋转。更具体而言，对氢进行压缩时，例如，使叶轮的转速从数千rpm上升至数万rpm等，需使叶轮进行高速旋转。尤其，在形成于叶轮的径向中央部的安装孔中揷入旋转轴而安装孔内周面整体夹持于旋转轴的离心式压缩机中，使叶轮进行高速旋转时，安装孔的内周面附近的拉伸应力变高且有破损的可能性。
[0005]因此，为了防止上述内周面附近的拉伸应力变高，提出有在安装孔的内周面形成应力降低凹坑的方案(例如，参考专利文献I)。
[0006]以往技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本专利公开2005-002849号公报
[0009]发明的概要
[0010]发明要解决的技术课题
[0011]上述叶轮中，为了使相对于旋转轴的装卸轻松而提高维修性等，在筒部的前方具有固定于旋转轴的夹持部。
[0012]图12是表示在前方具有夹持部33的叶轮610中进行高速旋转时发挥作用的应力的模拟结果的轮廓图。该叶轮610由圆盘部30和叶片部40构成，是所谓开放型的叶轮。如图13所示，圆盘部30具备:筒部32，该旋转轴5的轴线的O方向前侧的夹持部(图13中，左侧部)33通过热套配合等固定于旋转轴5 ;及圆盘主体部35，比夹持部33更靠轴线O方向后侧设置且朝向旋转轴5的径向外侧延伸。
[0013]如此形成的叶轮610中，旋转轴5高速旋转时发挥作用的应力变得最大的部位(应力集中的部位)为上述夹持部33的相反侧，即轴线O方向后侧的角部附近。这是因为通过由旋转时的离心力和流路侧与圆盘后侧面侧之间的气压差产生的推力方向荷载(推力)等，圆盘部30的角部具有向图13中虚线所示的径向外侧位移的倾向。关于该角部附近的应力集中，作为在叶轮610的周向上发挥作用的拉伸应力的环向应力成为主体。图13中环向应力所集中的部位以符号“f”表示。
[0014]上述圆盘部30的角部附近的环向应力的大小，越是高速旋转就越是增大。因此，例如，发生意外的高速旋转时，存在圆盘部30陷入强度不足的可能性。为了防止该强度不足，例如，可以考虑以筒部32的内周整个表面使筒部32固定于旋转轴5的外周面的方法。另外，也可以考虑如专利文献I在多个部位使筒部32固定于旋转轴5的外周面的方法。但是，当从旋转轴5拆卸叶轮610时等，需遍及圆盘部30的广大范围提高温度，并导致组装性及维修性变差。并且，如上述导致拉伸应力变大。
[0015]另一方面，为了在不恶化组装性及维修性的情况下降低圆盘部30的角部附近的环向应力，例如，如图14中示出的叶轮710，可以考虑增加圆盘部30的后侧面侧的壁厚。图15是表示增加圆盘部30的后侧面侧的壁厚时的模拟结果的轮廓图。如该图15所示，增加圆盘部30的后侧面侧的壁厚而使其成为接近等应力状态的形状，从而与上述图12的情况相比，环状应力的大小整体上变得更小。
[0016]然而，如图16所示，在轴线O方向前侧具有夹持部33时，在轴线O方向的中央部，如图16中用虚线表示，存在发生回弯而无法充分降低应力的可能性。并且，叶轮610的重量增加，并且叶轮610的轴线O方向的跨距变长，由此轴振动增大而存在无法使叶轮610高速旋转的可能性。
【发明内容】
[0017]本发明提供一种相对于旋转轴能够轻松地进行装卸，并能够充分降低旋转时的应力，并且能够进行进一步高速旋转的叶轮、具备叶轮的旋转机械及旋转机械的组装方法。
[0018]用于解决技术课题的手段
[0019]根据本发明的第一方式，叶轮具备:圆盘部，其具备:筒部，插穿有绕轴线转动的旋转轴，且所述旋转轴的轴线方向的一部分作为夹持部固定于所述旋转轴；及圆盘主体部，从所述筒部朝向所述旋转轴的径向外侧延伸，叶片部，从所述圆盘主体部向轴线方向的第一方向侧突出；加强部件安装部，比所述圆盘主体部更靠所述轴线方向的第二方向侧的所述筒部形成；及加强部件，由比强度高于所述圆盘部的材料形成，且以从外侧覆盖的方式安装于所述加强部件安装部。
[0020]根据本发明的第二方式，关于叶轮，第一方式的叶轮的所述加强部件安装部具备:安装部主体，与所述筒部一体形成；环部件，由具有所述安装部主体的线膨胀系数以上的线膨胀系数的材料形成，且安装于所述安装部主体，所述加强部件也可安装于所述环部件。
[0021]根据本发明的第三方式，关于叶轮，第一或第二方式的叶轮中，也可具备夹持加强部件，其在比所述加强部件更靠所述轴线方向的第二方向侧配置所述夹持部，且安装在配置有所述筒部所述夹持部的位置而加强该夹持部。
[0022]根据本发明的第四方式，关于叶轮，第一至第三方式中的任一方式所述的叶轮中，所述加强部件的直径与所述圆盘主体部的直径的比例可以是0.35到0.8。
[0023]根据本发明的第五方式，旋转机械具备第一至第四方式中任一方式所述的叶轮。
[0024]根据本发明的第六方式，旋转机械的组装方法为具备第一方式的叶轮的旋转机械的组装方法，该方法具备:安装工序，将加强部件安装于所述加强部件安装部；及叶轮安装工序，将所述叶轮安装于所述旋转轴。
[0025]根据本发明的第七方式，旋转机械的组装方法为具备第二方式的叶轮的旋转机械的组装方法，该方法具备:加强部件安装工序，将所述加强部件安装于所述环部件；环部件安装工序，将安装有所述加强部件的所述环部件安装于所述安装部主体；及叶轮安装工序，将所述叶轮安装于所述旋转轴。
[0026]发明效果
[0027]根据本发明，相对于旋转轴能够轻松地进行装卸，并能够充分降低旋转时的环向应力，并且能够进行进一步高速旋转。
【附图说明】
[0028]图1是该发明的实施方式中的离心式压缩机的纵剖视图。
[0029]图2是该发明的第一实施方式中的叶轮的纵剖视图。
[0030]图3是该发明的第一实施方式中的加强部件的立体图。
[0031]图4A是上述加强部件的安装位置为r2/D = 1.0时的说明图。
[0032]图4B是上述加强部件的安装位置为r2/D = 0.66时的说明图。
[0033]图4C是上述加强部件的安装位置为r2/D = 0.49时的说明图。
[0034]图4D是上述加强部件的安装位置为r2/D = 0.35时的说明图。
[0035]图5是表示相对于上述r2/D的圆盘部的最大应力的曲线图。
[0036]图6是表示上述叶轮的模拟结果的图。
[0037]图7A是表示上述叶轮的安装步骤中未安装加强部件的状态的图。
[0038]图7B是表示上述叶轮的安装步骤中将叶轮安装在加强部件上的状态的图。
[0039]图7C是表示上述叶轮的安装步骤中将叶轮固定在旋转轴上的状态的图。
[0040]图8是该发明的第二实施方式中的相当于图2的纵剖视图。
[0041]图9是表示上述第二实施方式的叶轮的安装步骤的流