(57)【要約】【課題】ダイアフラムの組立や分解の作業性と剛性を確保しつつ、ケーシングの内径を小さくする。【解決手段】回転軸３０と回転軸の外周側に少なくとも１つのインペラ３１〜３４を有する回転体３と、この回転体を囲む筒状のケーシング１０とケーシング内を軸方向に仕切る複数のダイアフラム１１〜１４とを有する静止体２と、この静止体と回転体によって画成され作動流体Ａが流れる流路と、を備える回転機械１のダイアフラム連結構造に関する。ダイアフラムは連結部材２３〜２５によって互いに連結され、この連結部材は、ダイアフラム１１，１２の隣り合う二つの間に、かつ、これらダイアフラムのうち少なくとも一方の外周面１１Ａ，１２Ａに設けられる。【選択図】図１
2014129752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と該回転軸の径方向における外周側に固定される少なくとも１つのインペラとを有する回転体と、
該回転体を囲む筒状のケーシングと該ケーシングの内部空間を前記回転軸の軸方向に仕切る複数のダイアフラムとを有する静止体と、
該静止体と前記回転体とによって画成され作動流体が流れる流路と、
を備える回転機械のダイアフラム連結構造において、
前記ダイアフラムは連結部材によって互いに連結され、
該連結部材は、前記ダイアフラムの隣り合う二つの間に、かつ、これらダイアフラムのうち少なくとも一方の外周面に設けられることを特徴とするダイアフラム連結構造。
【請求項２】
前記連結部材は、
前記外周面から内方に向けて挿入されることを特徴とする請求項１に記載のダイアフラム連結構造。
【請求項３】
前記流路は、
前記作動流体が前記インペラの出口から外方に向けて流れるディフューザ流路と、
該ディフューザ流路の下流側に接続され前記作動流体の流れ方向を外方から内方へと転向させる曲り流路と、
該曲り流路の下流側に接続され前記作動流体が内方に向けて流れるリターン流路と、
を有し、
前記連結部材は隣り合う二つの前記曲り流路の間に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載のダイアフラム連結構造。
【請求項４】
隣り合う二つの前記ダイアフラムは、
これらの一方と他方の互いに前記軸方向に対向する面の一方から他方に向けて前記軸方向に突出する凸部と、
前記対向する面の他方から前記凸部に対応して引っ込む凹部と、
を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のダイアフラム連結構造。
【請求項５】
前記連結部材は、
隣り合う二つの前記ダイアフラムの前記外周面に跨っていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のダイアフラム連結構造。
【請求項６】
前記連結部材の前記軸方向における両端部は、前記軸方向以外の方向に突出する突出部を有していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のダイアフラム連結構造。
【請求項７】
前記連結部材は、
前記凸部及び前記凹部を貫通していることを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載のダイアフラム連結構造。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載のダイアフラム連結構造を備える回転機械。
【請求項９】
回転軸と、該回転軸の径方向における外周側に固定される少なくとも１つのインペラと、該インペラと前記回転軸を囲む筒状のケーシングと、該ケーシングの内部空間を前記回転軸の軸方向に仕切るように設けられる複数のダイアフラムと、を少なくとも準備する第１の工程と、
前記第１の工程において準備された前記複数のダイアフラムのうち、互いに隣り合ういずれか二つの前記ダイアフラムを選択する第２の工程と、
前記第２の工程において選択された前記二つのダイアフラムを、これらの前記軸方向において互いに対向する端面にて接触させる第３の工程と、
前記第３の工程において接触させられた前記二つのダイアフラムの間に、かつ、これらダイアフラムのうち少なくとも一方の外周面に連結部材を設けて互いに連結する第４の工程と、
前記第４の工程において連結された前記ダイアフラムの前記軸方向における一方側あるいは他方側に隣り合うダイアフラムを選択して、前記第３の工程及び前記第４の工程を繰り返して、残りの前記ダイアフラムの全てを一体に連結させる第５の工程と、
前記第５の工程において一体に連結された前記ダイアフラムを、前記回転軸及び前記インペラとともに、前記ケーシング内の所定の位置に組み付けて、作動流体が流れる流路を画成する第６の工程と、
を備えることを特徴とする回転機械の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機械のケーシング内部空間に設けられたダイアフラムの連結構造及び回転機械、並びに、回転機械の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、遠心圧縮機やタービン、ポンプなどの回転機械は、ケーシングやダイアフラム、軸受などの静止体と、ケーシングの内部空間において回転自在に支持されたインペラや回転軸などの回転体とを有する。例えば、従来の多段遠心圧縮機では、ケーシングに固定された軸受によって回転自在に支持された回転軸と、回転軸の軸方向に沿って複数配置されて回転軸と一体に回転するインペラとが、ケーシングの内部空間に組み込まれる。一方、ケーシングの内周側に固定された複数のダイアフラムと、ケーシング、インペラによって、作動流体が流れる吸込み流路やインペラ流路、ディフューザ流路、曲り流路、リターン流路、吐出し流路などの流路が画成される。
【０００３】
前記複数のダイアフラムは、流路よりも外周側に各ダイアフラムを貫通して設けられたボルト孔に、締結ボルト（タイボルトともいう）を挿通して締め付けることにより一体に連結されている。これらの締結ボルトを用いて連結することにより、ダイアフラムやケーシングなど静止体の組立や分解の作業性を向上させることができる。また、流路を画成する構成の１つである静止体の剛性を向上させることができるので、流路形状の変形を低減して性能の低下を防止することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
具体的には、図１０に示すように、従来の多段遠心圧縮機１００では、軸Ｃを中心として内径２Ｒ０及び肉厚ｔを有する筒状形状をなすケーシング１０１に軸受１０２，１０３が固定されている。軸受１０２，１０３によって回転自在に支持された回転軸１０４と、回転軸１０４の軸方向に沿って回転軸１０４の外周側に固定された複数のインペラ１０５〜１０８が、ケーシング１０１の内部空間に組み込まれている。一方、ケーシング１０１の内周側には外径２Ｒ０を有する複数のダイアフラム１０９〜１１３が固定されている。更に、ダイアフラム１０９〜１１３の内周側には複数のダイアフラム１１４〜１１６とリターンベーン１１７〜１１９が固定されている。
【０００５】
これらのダイアフラム１０９〜１１６は、ケーシング１０１、インペラ１０５〜１０８と共に作動流体が流れる流路１２０を画成している。ダイアフラム間に画成された流路１２０よりも外周側には、ダイアフラム１０９〜１１２を貫通するボルト孔１２１が、回転軸１０４の周方向に複数設けられている。また、ダイアフラム１０９のボルト孔１２１の内壁面にはメネジ１２２が設けられている。このボルト孔１２１に、締結ボルト１２３を挿通して締め付けることにより、複数のダイアフラム１０９〜１１２が一体となるように連結される構造となっている。また、ダイアフラム１１３も別のボルトによってダイアフラム１１２に連結されている。一方、ダイアフラム１１４〜１１６は、それぞれリターンベーン１１７〜１１９によってダイアフラム１１０〜１１２に固定支持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５７−０４６０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、遠心圧縮機などの回転機械では、性能向上のための高圧化が望まれている。しかしながら、ケーシングの内壁面に作用する内圧が高くなるほどケーシングに要求される強度も自ずと高くなり、強度を確保するためにはケーシングの肉厚ｔを厚くしなければならなくなる。これにより、装置が大型化及び重量化するとともに、それに伴ってコストも増加してしまう。また、装置が大型化及び重量化すると、回転による遠心力や温度差、圧力差などによって生じる変形量が増加してしまう。例えば、静止体と回転体との間に設けたシールクリアランスの変化量が増加することによって、装置の性能や信頼性の低下という問題が生じてしまう。
【０００８】
そこで、高圧化を図りつつ、ケーシングに要求される強度を下げるためには、内圧が作用するケーシング内壁面の面積を小さく、即ち、ケーシングの内径を小さくすればよい。これにより、ケーシングに要求される強度を下げて、ケーシングの肉厚ｔを薄くすることができ、装置の小型化、軽量化、コスト低減、及び、変形量低減による性能と信頼性の向上を図ることができる。しかしながら、前記ダイアフラムは、流路を画成する部分の外側に締結ボルトを挿通するために所定の肉厚を確保する必要がある。このため、流路の形状を変えることなく、即ち、性能を維持したままダイアフラムの外径を小さくすることによってケーシングの内径を小さくすることが困難であった。
【０００９】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、静止体の組立や分解の作業性と剛性を確保しつつ、ケーシング内径を小さくすることで、高圧化を図る回転機械において、装置の小型化、軽量化、コスト低減、性能及び信頼性の向上を達成することができるダイアフラム連結構造及び回転機械、並びに、回転機械の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供している。
即ち、本発明のダイアフラム連結構造は、回転軸と該回転軸の径方向における外周側に固定される少なくとも１つのインペラとを有する回転体と、該回転体を囲む筒状のケーシングと該ケーシングの内部空間を前記回転軸の軸方向に仕切るように設けられる複数のダイアフラムとを有する静止体と、該静止体と前記回転体とによって画成され作動流体が流れる流路と、を備える回転機械のダイアフラム連結構造において、前記ダイアフラムは連結部材によって互いに連結され、該連結部材は、前記ダイアフラムの隣り合う二つの間に、かつ、これらダイアフラムのうち少なくとも一方の外周面に設けられることを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、連結部材が隣り合う二つのダイアフラムの間に設けられるので、隣り合う二つのダイアフラム同士を順次連結していけばよい。よって、従来のように複数のダイアフラムに設けられたボルト孔の周方向位置の全てが一連となるように位置合わせした状態で締結ボルトを挿通させる必要がなく、組立作業性を向上させることができる。
【００１２】
また、連結部材が隣り合う二つのダイアフラムのうち少なくとも一方の外周面に設けられるので、従来の締結ボルトを軸方向に挿通させるためのボルト孔を流路よりも外周側のダイアフラムに設ける必要がない。よって、流路よりも外周側のダイアフラムにボルト孔を穿孔するための大きな余肉を設ける必要もなく、外周面に連結部材を設置するための小さな余肉があれば十分なため、その分、ダイアフラムの外径、即ち、ケーシングの内径を小さくすることができる。
【００１３】
これらにより、高圧化を図る回転機械において、ダイアフラムの組立や分解の作業性と剛性を確保しつつ、ケーシング内径を小さくすることで、装置の小型化、軽量化、コスト低減、性能及び信頼性の向上を達成することができる。
【００１４】
上記ダイアフラム連結構造において、前記連結部材は、前記外周面から内方に向けて挿入されてもよい。
【００１５】
上記構成によれば、連結部材をダイアフラムに対して内方に向けて挿入するので、ダイアフラムの外周側に連結部材を軸方向に挿入するための大きな余肉を設ける必要がなく、ダイアフラムの外径を更に小さくすることができる。
【００１６】
上記ダイアフラム連結構造において、前記流路は、前記作動流体が前記インペラの出口から外方に向けて流れるディフューザ流路と、該ディフューザ流路の下流側に接続され前記作動流体の流れ方向を前記外方から反対方向へと転向させる曲り流路と、該曲り流路の下流側に接続され前記作動流体が前記反対方向に向けて流れるリターン流路と、を有し、前記連結部材は隣り合う二つの前記曲り流路の間に設けられてもよい。
【００１７】
上記構成によれば、互いに隣り合う二つの曲り流路の間の部分を利用して連結部材を挿入することができるので、流路の中でも外周側に位置する曲り流路の更に外周側に、連結部材を設けるための余肉を確保する必要がなく、ダイアフラムの外径を更に小さくすることができる。
【００１８】
上記ダイアフラム連結構造において、隣り合う二つの前記ダイアフラムは、これらの一方と他方の互いに前記軸方向に対向する面の一方から他方に向けて前記軸方向に突出する凸部と、前記対向する面の他方から前記凸部に対応して引っ込む凹部と、を設けてもよい。
【００１９】
上記構成によれば、隣り合う二つのダイアフラムが、一方の円柱状の凸部と、これに対応した他方の円筒状の凹部とを有するので、容易に調芯して組み立てることができる。
【００２０】
上記ダイアフラム連結構造において、前記連結部材は、隣り合う二つの前記ダイアフラムの前記外周面に跨ってもよい。
上記構成によれば、連結部材の径方向寸法を小さくできるので、ダイアフラムの外径を更に小さくすることができる。
【００２１】
上記ダイアフラム連結構造において、前記連結部材の前記軸方向における両端部は、前記軸方向以外の方向に突出する突出部を有していてもよい。
上記構成によれば、連結部材の両端部に、軸方向以外に突出する突出部を有しているので、隣り合う二つのダイアフラムを連結するとともに、軸方向及び周方向の相対移動を規制することができる。よって、ダイアフラムの組立や分解の作業性と剛性を更に向上することができる。
【００２２】
上記ダイアフラム連結構造において、前記連結部材は、前記凸部及び前記凹部を貫通してもよい。
上記構成によれば、凸部及び凹部を径方向に貫通する連結部材収容部としての孔（ネジ孔を含む）を設ければよいので容易に加工できる。
【００２３】
また、本発明の回転機械は、上記ダイアフラム連結構造を備えてもよい。
上記構成によれば、回転機械の小型化、軽量化、コスト低減、性能及び信頼性の向上を達成しつつ、高圧化を図ることができる。
【００２４】
また、本発明の回転機械の製造方法は、回転軸と、該回転軸の径方向における外周側に固定される少なくとも１つのインペラと、該インペラと前記回転軸を囲む筒状のケーシングと、該ケーシングの内部空間を前記回転軸の軸方向に仕切るように設けられる複数のダイアフラムと、を少なくとも準備する第１の工程と、前記第１の工程において準備された前記複数のダイアフラムのうち、互いに隣り合ういずれか二つの前記ダイアフラムを選択する第２の工程と、前記第２の工程において選択された前記二つのダイアフラムを、これらの前記軸方向において互いに対向する端面にて接触させる第３の工程と、前記第３の工程において接触させられた前記二つのダイアフラムの間に、かつ、これらダイアフラムのうち少なくとも一方の外周面に連結部材を設けて互いに連結する第４の工程と、前記第４の工程において連結された前記ダイアフラムの前記軸方向における一方側あるいは他方側に隣り合うダイアフラムを選択して、前記第３の工程及び前記第４の工程を繰り返して、残りの前記ダイアフラムの全てを一体に連結させる第５の工程と、前記第５の工程において一体に連結された前記ダイアフラムを、前記回転軸及び前記インペラとともに、前記ケーシング内の所定の位置に組み付けて、作動流体が流れる流路を画成する第６の工程と、を備えることを特徴とする。
上記方法によれば、隣り合う二つのダイアフラム同士を連結部材によって順次連結していけばよいので、組立作業性を向上させることができる。よって、回転機械を容易に製造することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ダイアフラムの外径を小さくすることができるので、ダイアフラムの組立や分解の作業性と剛性を確保しつつ、ケーシング内径を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第一実施形態に係るダイアフラム連結構造を採用した多段遠心圧縮機の一例を示す断面図である。
【図２】図１における領域Ｐを拡大したダイアフラム連結構造の断面図である。
【図３】（ａ）は図２における矢印Ｑの方向からダイアフラム及び連結部材の外周面を見た矢視図であり、（ｂ）〜（ｈ）は本発明の第一実施形態の第一変形例に係るダイアフラム連結構造において、図２における矢印Ｑの方向から見た矢視図である。
【図４】本発明の第一実施形態の第二変形例に係るダイアフラム連結構造の断面図及び上面図である。
【図５】本発明の第一実施形態の第三変形例に係るダイアフラム連結構造において、連結部材の周辺を拡大した断面図及び上面図である。
【図６】本発明の第二実施形態に係るダイアフラム連結構造の断面図及び上面図である。
【図７】本発明の第二実施形態の第一変形例に係るダイアフラム連結構造の断面図及び上面図である。
【図８】本発明の第二実施形態の第二変形例に係るダイアフラム連結構造の断面図及び上面図である。
【図９】本発明の第二実施形態の第三変形例に係るダイアフラム連結構造の断面図及び上面図である。
【図１０】従来のダイアフラム連結構造を採用した多段遠心圧縮機の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態のダイアフラム連結構造について図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
図１に示すように、本実施形態のダイアフラム連結構造を採用した多段遠心圧縮機１は、静止体２、回転体３及び流路４を備えている。静止体２は、ケーシング１０、ダイアフラム１１〜１７、リターンベーン１８〜２０、軸受２１，２２、及び、ダイアフラム連結部材（連結部材）２３〜２５を有している。回転体３は、回転軸３０及びインペラ３１〜３４を有している。流路４は、静止体２及び回転体３によって作動流体Ａが流れる通路を画成したものであり、吸込み口４０、吸込み流路４１、インペラ流路４２、ディフューザ流路４３、曲り流路４４、リターン流路４５、吐出し流路４６及び吐出し口４７を有している。本実施形態の多段遠心圧縮機１により圧縮される作動流体Ａとしては、空気や二酸化炭素、プロパン、エチレン、液化天然ガス等がある。
【００２９】
なお、本明細書における軸方向、径方向及び周方向とは、特段の注釈がない限り、回転軸３０の軸Ｃを基準にした軸方向、径方向及び周方向を示すものとする。また、上流側及び下流側とは、特段の注釈がない限り、軸方向における作動流体Ａの流れ方向を基準にした上流側及び下流側、即ち、図１における左側及び右側を示すものとする。また、特段の注釈がない限り、外周側及び内周側とは径方向における外側及び内側を示し、外方及び内方とは径方向における外側を向く方向及び内側を向く方向を示すものとする。
【００３０】
ケーシング１０は、軸Ｃを中心とした内径２Ｒ及び肉厚ｔを有する筒状形状をなしている。ケーシング１０の内周面（内壁面）１０Ａには、円環形状をなす外径２Ｒのダイアフラム１１〜１４（本実施形態では４つ）が、ケーシング１０の内部空間を軸方向に仕切るように複数固定されている。そのうち、ダイアフラム１２〜１４の軸方向上流側の端面には、周方向に沿って複数の断面視翼形状をなすリターンベーン１８〜２０（本実施形態では軸方向に３箇所）の軸方向下流側の端面がそれぞれ固定されている。また、リターンベーン１８〜２０の軸方向上流側の端面には、複数の円環形状をなすダイアフラム１５〜１７（本実施形態では３つ）の軸方向下流側の端面がそれぞれ固定されている。換言すれば、ダイアフラム１５〜１７は、リターンベーン１８〜２０を介して、ダイアフラム１２〜１４によって支持されるとともに、ダイアフラム１１〜１４によって軸方向に画成された空間内に収納されるように設置されている。
【００３１】
また、軸方向におけるケーシング１０の両端面近傍には、その内周側に軸受２１，２２が固定されている。軸受２１，２２の内周面には、円柱形状をなす回転軸３０が回転自在となるように支持されている。更に、回転軸３０の外周面には、円環形状をなすインペラ３１〜３４の内周面が軸方向に沿って複数（本実施形態では４つ）固定されており、回転軸３０と一体となって軸Ｃ周りに回転することができる。
【００３２】
インペラ３１〜３４は、ケーシング１０及びダイアフラム１１〜１７によって画成された空間内に収納されるように設置されている。インペラ３１〜３４は、それぞれハブ、インペラ翼及びシュラウドを有している。ハブは円環形状をなし、その内周面が回転軸３０の外周面に固定されている。インペラ翼は断面視翼形状をなし、その内周面がハブの外周面に一体的に固定、または、ハブと一体成形されるとともに、周方向に沿って複数設けられている。シュラウドは円環形状をなし、その内周面がインペラ翼の外周面に一体的に固定、または、インペラ翼と一体成形されるとともに、ダイアフラム１１〜１４の内周面に対して径方向に一定の間隔を空けて配置されている。
【００３３】
ケーシング１０の内部空間には、ケーシング１０、ダイアフラム１１〜１７及びリターンベーン１８〜２０を含む静止体２と、インペラ３１〜３４を含む回転体３によって流路４が画成されている。
【００３４】
ここで、軸方向上流側から順に流路４の各構成を説明する。まず最上流には、ケーシング１０の外周側に開口された円形状、長円形状または矩形状をなす吸込み口４０が設けられている。次いで、この吸込み口４０は、その出口から内方に向かって流路の断面積を徐々に減少させながら、その向きを軸方向下流側に変化させつつ、その断面形状が軸Ｃを中心とする円環状に遷移していく吸込み流路４１へと続いている。この吸込み流路４１は、ケーシング１０とダイアフラム１１により画成され、その出口は、インペラのうち最も上流側に配置された第１段インペラ３１により画成されるインペラ流路４２Ａ（４２）の入口に接続される流路となっている。
【００３５】
吸込み流路４１の出口に接続されるインペラ流路４２Ａ（４２）は、ハブ、インペラ翼及びシュラウドにより画成され、その向きが図１の矢印Ｄで示すように軸方向下流側から徐々に外方へと変化しながら、その出口がディフューザ流路４３Ａ（４３）の入口へと接続される流路となっている。前述の通り、インペラ３１〜３４は軸Ｃ周りに回転軸３０と一体に回転するので、このインペラ流路４２も同様に軸Ｃ周りに回転する。
【００３６】
インペラ流路４２Ａ（４２）の出口に接続されるディフューザ流路４３Ａ（４３）は、ダイアフラム１１及びダイアフラム１５により画成される断面視直線状をなす流路となっており、外方に向かって延びて、その出口が曲り流路４４Ａ（４４）の入口へと接続されている。なお、本実施形態では用いていないが、ダイアフラム１１とダイアフラム１５との間にディフューザ流路４３Ａ（４３）を横切るように断面視翼形状のディフューザベーンを周方向に複数設けてもよい。
【００３７】
ディフューザ流路４３Ａ（４３）の出口に接続される曲り流路４４Ａ（４４）は、その向きが図１の矢印Ｅで示すように外方から徐々に軸方向下流側へと変化し、リターン流路４５Ａ（４５）に接続される出口では図１の矢印Ｆで示すように内方へと転向する断面視Ｕ字状の流路となっている。曲り流路４４Ａ（４４）もダイアフラム１１及びダイアフラム１５により画成されている。ケーシング１０の内部空間に画成される流路４のうち、吸込み流路４１及び吐出し流路４６を除けば、曲り流路４４が最も径方向外周側に設けられている。
【００３８】
曲り流路４４Ａ（４４）の出口に接続されるリターン流路４５Ａ（４５）は、内方に向かって断面視直線状に延びながら、その流路高さが徐々に拡がっている。次いで、このリターン流路４５Ａ（４５）は、その出口直前で向きを図１の矢印Ｇで示すように軸方向下流側に変化させて、下流側に配置された第２段インペラ流路４２Ｂ（４２）の入口へと接続されている。また、リターン流路４５Ａ（４５）は、ダイアフラム１２、ダイアフラム１５及びリターンベーン１８により画成されている。
【００３９】
更に下流側に画成された第２段及び第３段のインペラ流路４２Ｂ，４２Ｃ、ディフューザ流路４３Ｂ，４３Ｃ、曲り流路４４Ｂ，４４Ｃ及びリターン流路４５Ｂ，４５Ｃについては、上述の第１段と同様であり、その繰り返しとなるため、その説明は省略する。また、第４段のインペラ流路４２Ｄ及びディフューザ流路４３Ｄも、第１段と同様であるため、その説明は省略する。
【００４０】
第４段のディフューザ流路４３Ｄの出口には、ダイアフラム１４及びケーシング１０により画成される吐出し流路４６の入口が接続されている。この吐出し流路４６は、図１の矢印Ｈで示すように入口から外方に延びてから軸方向下流側に一旦転向した後、外方に再度転向する。その出口は、ケーシング１０の外周側に開口された円形状、長円形状または矩形状をなす吐出し口４７に接続されている。
【００４１】
ところで、ケーシング１０の内周面１０Ａに対して、それぞれの外周面１１Ａ〜１４Ａが固定されているダイアフラム１１〜１４は、それぞれの軸方向に対向する端面を互いに接触させた状態で、複数の連結部材２３〜２５（本実施形態では軸方向に３箇所）によって軸方向に連結されている。例えば、図２に示すように、ダイアフラム１１はその軸方向下流側の端面１１Ｂを、その軸方向下流側に隣り合うダイアフラム１２の軸方向上流側の端面１２Ｂと互いに接触させた状態で、連結部材２３によって軸方向に一体に連結されている。なお、図２はケーシング１０の図示を便宜上省略している。
【００４２】
また、ダイアフラム１２には、その軸方向上流側の端面１２Ｂに対して垂直に、端面１２Ｂから流路４４Ａ，４５Ａに面する流路面まで軸方向上流側に向けて延びる、軸Ｃを中心とする円柱状の凸部１２Ｃが設けられている。
【００４３】
一方、ダイアフラム１１には、その軸方向下流側の端面１１Ｂに対して垂直に、端面１１Ｂから流路４４Ａ，４５Ａに面する流路面まで前記凸部１２Ｃに対応して軸方向上流側に向けて延びる、円筒状の凹部１１Ｃが前記凸部１２Ｃと中心軸Ｃを共通にして設けられている。
【００４４】
よって、隣り合う二つのダイアフラム１１，１２を組み立てる際には、対応した径方向寸法を有する凸部１２Ｃ及び凹部１１Ｃを互いに嵌合するように組み付ける。これによって、ダイアフラム１１，１２は多段遠心圧縮機１の回転軸Ｃを中心として容易に調芯して組立ることができる。
【００４５】
連結部材２３は、図２の紙面と垂直方向から見た断面は略矩形形状であり、その上面（外周面）及び底面（内周面）は略平面状である。一方、図３（ａ）に示すように、ダイアフラムに設置した状態における、その両端（軸方向両端）には、周方向に突出する略円形状の突出部２３Ａ，２３Ｂを備えている。また、隣り合う二つのダイアフラム１１，１２の外周面１１Ａ，１２Ａには、二つのダイアフラム１１，１２の間に溝（連結部材収容部）２６が周方向に沿って複数設けられている。溝２６は、連結部材２３に対応した形状をなして内方に向けて掘り込まれている。その結果、溝２６の周方向側面２６Ａ，２６Ｂには、連結部材２３に対応するように周方向における溝２６の内側へ突出する溝側突出部２６ａ，２６ｂが形成される。即ち、溝２６は、図２に示すように、互いに隣り合う二つの曲り流路４４Ａ，４４Ｂのうち、相対的に上流側の曲り流路４４Ａを画成するダイアフラム１１と下流側の曲り流路４４Ｂを画成するダイアフラム１２の外周部に位置する領域Ｓに跨って設けられている。
【００４６】
この隣り合う二つのダイアフラム１１，１２の外周面１１Ａ，１２Ａにわたって形成された溝２６に、連結部材２３を内方に向けて挿入することにより、突出部２３Ａ，２３Ｂと溝側突出部２６ａ，２６ｂとが対応するため、ダイアフラム１１，１２を互いに連結することができる。また、隣り合う二つのダイアフラム１１，１２が軸方向及び周方向に相対移動することを防止することができる。なお、図示はしないが連結部材２３に予め工具取り付け用のフック部や、連結部材２３の引き抜き方向へボルトを挿入してジャッキアップするためのメネジなどを設けておくことで、溝２６から連結部材２３を容易に取り外すことができる。
【００４７】
よって、ダイアフラム１１，１２の組立や分解の作業性を向上することができる。また、流路４を画成する構成の１つである静止体２（ケーシング１０及びダイアフラム１１〜１７）の剛性を向上させることができる。よって、流路４の形状が変形することを低減して、多段遠心圧縮機１の性能が低下することを防止できる。
【００４８】
また、連結部材２３が、隣り合う二つのダイアフラム１１，１２の外周面１１Ａ，１２Ａにわたって設けられた溝２６に、外周面１１Ａ，１２Ａ側から内方に向けて挿入されるので、図１０に示す従来例のように、締結ボルトを軸方向に挿通させるためのボルト孔をダイアフラム１１，１２の外周部に設ける必要がない。
【００４９】
よって、従来例のように、流路４よりも外周側のダイアフラム１１，１２にボルト孔を穿孔するための大きな余肉ｒ０（図２及び図１０参照）を設ける必要がなく、外周面１１Ａ，１２Ａに連結部材２３及び溝２６を設けるための小さな余肉ｒ（図１及び図２参照）があればよい。したがって、ダイアフラム１１，１２の外径２Ｒ、即ち、ケーシング１０の内径２Ｒを、従来のケーシング内径２Ｒ０よりも余肉の差分２Δｒ＝２（ｒ０−ｒ）だけ小さくすることができる。
【００５０】
また、連結部材２３及び溝２６が、隣り合う二つのダイアフラム１１，１２の間において、外周面１１Ａ，１２Ａに跨って設けられているので、連結部材２３及び溝２６の径方向寸法を小さくすることが容易になる。よって、ダイアフラム１１，１２の外径２Ｒ、即ち、ケーシング１０の内径２Ｒを更に小さくしやすくなる。
【００５１】
特に、連結部材２３及び溝２６は、互いに隣り合う二つの曲り流路４４Ａ，４４Ｂのうち、相対的に上流側の曲り流路４４Ａを画成するダイアフラム１１と下流側の曲り流路４４Ｂを画成するダイアフラム１２の外周部に位置する領域Ｓに設けられている。よって、曲り流路４４Ａと曲り流路４４Ｂとの間の余肉（領域Ｓ）を利用して、連結部材２３を挿入するための溝２６を形成することができる。よって、ケーシング１０の内部空間に画成された流路４の中でも外周側に位置する曲り流路４４Ａ，４４Ｂを形成することにより必然的に生じる余肉を利用して溝２６を設けて連結部材２３を挿入しているので、ダイアフラム連結のためにわざわざ余肉を確保する必要がなく、ダイアフラムの外径２Ｒを更に小さくすることができる。
【００５２】
なお、ダイアフラム１２，１３間の連結部材２４と溝２７、及び、ダイアフラム１３，１４間の連結部材２５と溝２８も、連結部材２３と溝２６との構成と同様に、隣り合う二つのダイアフラムを一体に連結するとともに、軸方向及び周方向の相対移動を規制するという作用効果を奏することができる。
【００５３】
これらにより、高圧化を図る多段遠心圧縮機１において、ダイアフラムの組立や分解の作業性と剛性を確保しつつ、ケーシング内径を小さくすることで、装置の小型化、軽量化、コスト低減、性能及び信頼性の向上を達成することができる。
【００５４】
また、連結部材２３〜２５を用いることで、隣り合う二つのダイアフラム同士を順次連結していけばよい。例えば、最初に、隣り合う二つのダイアフラム１１，１２を互いに接触させて連結部材２３により一体に連結させる。次に、ダイアフラム１１に連結されたダイアフラム１２の軸方向下流側の端面にダイアフラム１３の軸方向上流側の端面を接触させて連結部材２４により一体に連結させる。最後に、ダイアフラム１１，１２に連結されたダイアフラム１３の軸方向下流側の端面にダイアフラム１４の軸方向上流側の端面を接触させて連結部材２５により一体に連結させる。こうすることで、図１０に示す従来例のように、４つのダイアフラム１０９〜１１２に設けられたボルト孔１２１の周方向位置の全てが一連となるように位置合わせしてから、締結ボルト１２３を挿通させる必要性がなくなる。よって、組立作業性を従来よりも格段に向上させることができる。
【００５５】
なお、連結部材２３〜２５の両端（軸方向両端）において周方向に突出する突出部２３Ａ，２３Ｂの形状は、図３（ｂ）〜（ｈ）に示す「第一実施形態の第一変形例」のように、図３（ａ）のような円形状以外であっても構わない。また、図３（ｇ）に示すように、周方向に複数設ける連結部材２３は、突出部２３Ａ，２３Ｂによって隣接するダイアフラムの連結及び相対移動防止を達成できれば、同一形状でなくてもよいし、同一方向に設置されなくてもよい。これらによっても、図３（ａ）に示した連結部材２３と同じ作用効果を奏することができる。また、図３（ｈ）に示すように、直線形状の連結部材２３であっても、その向きを軸Ｃと平行な方向に対して傾斜させて、かつ、互いの傾斜角度を不均一に変化させてもよい。このように、突出部２３Ａ，２３Ｂ、及び、溝側突出部２６ａ，２６ｂを傾斜させることにより、図３（ａ）に示した連結部材２３と同様に、隣り合うダイアフラム１１，１２の軸方向及び周方向の相対移動を規制するという作用効果を奏することができる。
【００５６】
あるいは、連結部材２３〜２５の軸方向両端が、図１〜３に示したように周方向に突出するのではなく、図４に示す「第一実施形態の第二変形例」のように、径方向に突出する突出部２３Ｃ，２３Ｄを設けてもよい。即ち、連結部材２３の上面及び側面は平面状であるが、図４に示すように、その両端（軸方向両端）には、底面が内方に突出する矩形状の突出部２３Ｃ，２３Ｄを備えている。また、溝２６の底面２６Ｃ，２６Ｄにも、連結部材２３に対応するように、径方向における溝２６の内側（外方）へ突出する溝側突出部２６ｃ，２６ｄが形成されている。これによっても、図１〜３に示した連結部材２３と同じ作用効果を奏することができる。なお、本変形例の連結部材２３や溝２６における、径方向に突出する突出部２３Ｃ，２３Ｄ、及び、溝側突出部２６ｃ，２６ｄは必ずしも矩形状である必要はなく、隣り合う二つのダイアフラム１１，１２を互いに連結して、軸方向及び周方向の相対移動を規制することができれば、他の形状でも構わない。
【００５７】
あるいは、図５に示す「第一実施形態の第三変形例」のように、連結部材２３の両端（軸方向両端）に穿孔したボルト孔２３Ｅ，２３Ｆ、及び、ダイアフラム１１，１２の外周面１１Ａ，１２Ａにおける溝２６の底面に穿孔したメネジ孔１１Ｄ，１２Ｄの各々に、連結ボルト２９を挿入して締め付けることで隣り合う二つのダイアフラム１１，１２を互いに連結させてもよい。この場合、締め付けることで連結部材２３と一体となったボルト２９の先端側のネジ部２９Ａ，２９Ｂが、連結部材２３の軸方向両端において内方に突出する突出部に相当する部位として、メネジ孔１１Ｄ，１２Ｄに作用する。換言すれば、連結ボルト２９は連結部材２３の一部として構成される。これによっても、図１〜４に示した連結部材２３と同じ作用効果を奏することができる。
【００５８】
次に、本実施形態の多段遠心圧縮機１の組立方法とともに、その製造方法について説明する。
まず、図１に示す、回転軸３０と、回転軸３０の径方向における外周側に固定されるインペラ３１〜３４と、このインペラ３１〜３４と回転軸３０を囲む筒状のケーシング１０と、ケーシング１０の内部空間を回転軸３０の軸方向に仕切るように設けられる複数のダイアフラム１１〜１７と、を少なくとも準備する（第１の工程）。
【００５９】
次いで、第１の工程において準備された複数のダイアフラム１１〜１７のうち、互いに隣り合ういずれか二つのダイアフラム（例えば、ここではダイアフラム１１，１２とする）を選択する（第２の工程）。
【００６０】
次いで、第２の工程において選択された二つのダイアフラム１１，１２を、これらの軸方向において互いに対向する端面１１Ｂ，１２Ｂにて接触させる（第３の工程）。
【００６１】
次いで、第３の工程において接触させられた二つのダイアフラム１１，１２の間に、かつ、これらダイアフラム１１，１２の外周面１１Ａ，１２Ａに連結部材２３を設けて、ダイアフラム１１，１２を互いに連結する（第４の工程）。
【００６２】
次いで、第４の工程において連結されたダイアフラム１１，１２の軸方向における一方側あるいは他方側（ここでは、軸方向下流側）に隣り合うダイアフラム１３を選択して、第３の工程及び第４の工程を繰り返す。これにより、ダイアフラム１１〜１３が連結部材２３，２４によって一体に連結される。残りのダイアフラム１４も同様に第３の工程及び第４の工程を順次繰り返すことで、ダイアフラム１１〜１４が連結部材２３〜２５によって一体に連結される。なお、ダイアフラム１５〜１７は別途準備しておいたリターンベーン１８〜２０を介して、ダイアフラム１２〜１４に対して予め固定しておけばよい。このようにして、全てのダイアフラム１１〜１７を一体に連結させる（第５の工程）。
【００６３】
次いで、第５の工程において一体に連結されたダイアフラム１１〜１７を、回転軸３０及びインペラ３１〜３４とともに、ケーシング１０内の所定の位置に組み付けて、作動流体Ａが流れる流路４を画成する（第６の工程）。
【００６４】
こうすることで、図１０に示す従来例のように、４つのダイアフラム１０９〜１１２に設けられたボルト孔１２１の周方向位置の全てが一連となるように位置合わせしてから、締結ボルト１２３を挿通させる必要性がない。即ち、互いに隣接する二つのダイアフラムを接触させた際に、その二つの周方向位置のみを位置合わせすればよい。残りのダイアフラムについても同様に順次、周方向の位置合わせをしていけばよいので、複数のダイアフラムの組立作業性を従来よりも格段に向上させることができる。よって、多段遠心圧縮機１を容易に製造することができる。なお、第２の工程において選択するダイアフラムは、隣接していればダイアフラム１１，１２以外でもよい。
【００６５】
（第二実施形態）
次に、第二実施形態に係るダイアフラム連結構造について説明する。
なお、本実施形態では、連結部材、連結部材収容部、及び、ダイアフラムの凸部及び凹部の構成が、上述した変形例を含む第一実施形態と相違するのみであるため、その他の同様の部分については同じ符号を用いて、その説明を省略する。
【００６６】
図６に示すように、本実施形態における隣り合う二つのダイアフラム１１，１２には、軸線としての中心軸Ｃを共通にして、それぞれ２つの凹部１１Ｃ，１１Ｅ、及び、凸部１２Ｃ，１２Ｅが設けられている。凹部１１Ｅ及び凸部１２Ｅは、凹部１１Ｃ及び凸部１２Ｃよりも外周側に配置され、凹部１１Ｃ及び凸部１２Ｃと同様に、互いに対応する寸法を有している。また、ダイアフラム１１，１２は、凹部１１Ｅ及び凸部１２Ｅの下流端と垂直に接続して、凹部１１Ｅ及び凸部１２Ｅから外周面１１Ａ，１２Ａまで外方に延びる端面１１Ｆ，１２Ｆを備えている。また、ダイアフラム１１，１２は、互いに対向する端面１１Ｂ，１２Ｂ、または、端面１１Ｆ，１２Ｆにより互いに接している。
【００６７】
更には、凹部１１Ｅ及び凸部１２Ｅの互いに重なり合う領域において、ダイアフラム１１にはボルト孔（連結部材収容部）１１Ｇが、また、ダイアフラム１２にはメネジ孔（連結部材収容部）１２Ｇがそれぞれ軸方向及び周方向に位置を合わせて穿孔されている。これらボルト孔１１Ｇ及びメネジ孔１２Ｇに対して、凹部１１Ｅ及び凸部１２Ｅを貫通するように、連結ボルト（連結部材）５０を内方に向けて挿入して締め付けることで、隣り合う二つのダイアフラム１１，１２を互いに一体に連結させることができる。これにより、第一実施形態と同じ作用効果に加えて、第一実施形態のような溝２６〜２８をダイアフラム１１，１２に形成するためのミーリング加工が不要となり、旋削加工のみで製造することができるので、加工が容易となり、製造コストを低減することができる。なお、連結ボルト５０ではなく、連結ピンなどを連結部材５０として用いてもよい。
【００６８】
あるいは、図７に示す「第二実施形態の第一変形例」のように、第一実施形態における連結部材５０が貫通する凹部１１Ｅ及び凸部１２Ｅの凹凸の向きを逆にしてもよい。即ち、ダイアフラム１１には、その軸方向下流側の端面１１Ｂの外周端と垂直に接続して、端面１１Ｂから軸方向上流側に向けて延びることで、円柱状の凸部１１Ｈが軸方向下流側に突出している。一方、ダイアフラム１２には、その軸方向上流側の端面１２Ｂの外周端と垂直に接続して、端面１２Ｂから軸方向上流側に向けて延びることで、円筒状の凹部１２Ｈが凸部１１Ｈに対応するように軸方向下流側に引っ込んでいる。また、ダイアフラム１１，１２は、凸部１１Ｈ及び凹部１２Ｈの上流端と垂直に接続して、凸部１１Ｈ及び凹部１２Ｈから外周面１１Ａ，１２Ａまで外方に延びる端面１１Ｉ，１２Ｉを備えている。また、ダイアフラム１１，１２は、互いに対向する端面１１Ｂ，１２Ｂ、または、端面１１Ｉ，１２Ｉにより互いに接している。
【００６９】
更には、凸部１１Ｈ及び凹部１２Ｈの互いに重なり合う領域において、ダイアフラム１１にはメネジ孔（連結部材収容部）１１Ｊが、また、ダイアフラム１２にはボルト孔（連結部材収容部）１２Ｊがそれぞれ軸方向及び周方向に位置を合わせて穿孔されている。これらボルト孔１２Ｊ及びメネジ孔１１Ｊに対して、凸部１１Ｈ及び凹部１２Ｈを貫通するように、連結ボルト（連結部材）５０を内方に向けて挿入して締め付けることで、隣り合う二つのダイアフラム１１，１２を互いに一体に連結させる。これによって、第二実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００７０】
あるいは、第一実施形態における端面１１Ｂ，１２Ｂ、及び、円筒面１１Ｃ，１２Ｃを設けずに、図８に示す「第二実施形態の第二変形例」のように変更してもよい。即ち、凹部１１Ｅ及び凸部１２Ｅの軸方向上流端と所定の角度をもって傾斜接続して、凹部１１Ｅ及び凸部１２Ｅから曲り流路４４Ａに面する流路面まで内方へ所定の角度を保ったまま傾斜して延びる円錐面１１Ｋ，１２Ｋを設けてもよい。
【００７１】
あるいは、第二実施形態の第二変形例のような円錐面１１Ｋ，１２Ｋを設けずに、図９に示す「第二実施形態の第三変形例」のように、凹部１１Ｅ及び凸部１２Ｅを曲り流路４４Ａに面する流路面まで軸方向上流側に延ばしてもよい。
【００７２】
なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更や組合せを加えることが可能である。例えば、以上で説明した各実施形態では、多段遠心圧縮機１の例を用いて説明したが、これに限ることはなく、複数のダイアフラムを軸方向に連結させる構造を有する単段遠心圧縮機、タービン、ポンプ、ガスタービン、蒸気タービンなどの回転機械に対して本発明を適用することができる。
【００７３】
また、上記実施形態では、４つのインペラの例を用いて説明したが、これに限ることはなく、４つ以外でもよい。同様に、ダイアフラムやリターンベーンの個数も限定されず、インペラの個数など構造上の要因に伴って適宜変更してもよい。よって、連結部材の個数もダイアフラムの個数によって変更しても構わない。
【００７４】
また、上記実施形態では、連結部材の突出部は周方向または径方向に突出すると説明したが、これに限ることはなく、軸方向以外の方向に突出する突出部を有していればよい。また、連結ボルトは凸部及び凹部を径方向に貫通すると説明したが、これに限ることはなく、軸方向以外の方向に貫通していればよい。例えば、図４に示した突出部２３Ｃ，２３Ｄは内方に突出すると説明したが、径方向に対して周方向および軸方向のうちの少なくとも一方に所定の角度で傾斜させた方向に突出した突出部（不図示）としても構わない。即ち、軸方向に隣り合う二つのダイアフラムが互いに組立または分解される方向は軸方向であるため、軸方向以外に突出していれば軸方向に隣り合う二つのダイアフラムを連結するとともに、軸方向に相対移動することを規制することができる。
【００７５】
また、上記実施形態では、連結部材１つに対して突出部を１つ又は２つ設けると説明したが、これに限ることはなく、３つ以上でも構わない。例えば、図５に示した連結部材２３を周方向に複数配置することに限られず、それら複数の連結部材２３のうちの少なくとも２つ以上を一体に接続させてもよい。即ち、隣り合う二つのダイアフラムの間に、この周方向に延びるバンド状の連結部材（不図示。例えば、１／４周分や１／２周分など）を設置して、その軸方向両端に連結ボルトや連結ピン等を挿入して隣り合うダイアフラムを一体に連結させてもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１     多段遠心圧縮機
２     静止体
３     回転体
４     流路
１０   ケーシング
１０Ａ ケーシング内周面
１１   ダイアフラム
１１Ａ ダイアフラム外周面
１１Ｃ 凹部
１２   ダイアフラム
１２Ａ ダイアフラム外周面
１２Ｃ 凸部
１３   ダイアフラム
１３Ａ ダイアフラム外周面
１４   ダイアフラム
１４Ａ ダイアフラム外周面
１５   ダイアフラム
１６   ダイアフラム
１７   ダイアフラム
１８   リターンベーン
１９   リターンベーン
２０   リターンベーン
２１   軸受
２２   軸受
２３   連結部材
２３Ａ 突出部
２３Ｂ 突出部
２３Ｃ 突出部
２３Ｄ 突出部
２４   連結部材
２５   連結部材
２６   溝（連結部材収容部）
２７   溝（連結部材収容部）
２８   溝（連結部材収容部）
２９   連結ボルト（連結部材）
２９Ａ ネジ部（突出部）
２９Ｂ ネジ部（突出部）
３０   回転軸
３１   インペラ
３２   インペラ
３３   インペラ
３４   インペラ
４２   インペラ流路
４３   ディフューザ流路
４４   曲り流路
４５   リターン流路
５０   連結ボルト（連結部材）
Ａ     作動流体
Ｃ     軸
Ｒ     ケーシング内径（ダイアフラム外径）
ｒ     余肉
Ｓ     領域
ｔ     肉厚
【図１】
2014129752.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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