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JP7364504B2 - Impeller and impeller manufacturing method - Google Patents
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JP7364504B2 - Impeller and impeller manufacturing method - Google Patents

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JP7364504B2 JP2020046774A JP2020046774A JP7364504B2 JP 7364504 B2 JP7364504 B2 JP 7364504B2 JP 2020046774 A JP2020046774 A JP 2020046774A JP 2020046774 A JP2020046774 A JP 2020046774A JP 7364504 B2 JP7364504 B2 JP 7364504B2
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Description

本発明は、インペラ、及びインペラの製造方法に関する。 The present invention relates to an impeller and a method for manufacturing an impeller.

一般に、液体、気体等の流体用の遠心力ポンプ、発電機等に使用されるインペラが知られている(特許文献1、2)。
特許文献1には、図10に示すように、シュラウド(第一円盤部)101と、シュラウドの中心部を中心にして渦巻き放射状に形成された複数のブレード(羽根部)103と、シュラウド101と対向して配置され、複数のブレード103と当接するハブ(第二円盤部)102とを備えるインペラ100が開示されている。このインペラ100は、シュラウド101に形成された穴部104と、ブレード103に形成された凸部105とが嵌合して組み合わされる。
Generally, impellers used in centrifugal pumps, generators, etc. for fluids such as liquids and gases are known (Patent Documents 1 and 2).
As shown in FIG. 10, Patent Document 1 describes a shroud (first disk portion) 101, a plurality of blades (vane portions) 103 formed spirally and radially around the center of the shroud, and the shroud 101 and An impeller 100 is disclosed that includes a hub (second disk portion) 102 that is arranged to face each other and comes into contact with a plurality of blades 103. This impeller 100 is assembled by fitting a hole 104 formed in a shroud 101 with a convex part 105 formed in a blade 103.

特許文献2には、図11の(A)に示すように、回転軸を中心に回転するハブ201と、ハブ201に対向して設けられるシュラウド202と、ハブ201とシュラウド202との間に設けられた複数のブレード(羽根)203と、ハブ201、シュラウド202及び複数のブレード203により区画される複数の昇圧流路204と、を備えるインペラ200が開示されている。このインペラ200の昇圧流路204は、流入口204aから流出口204bまで直線状に貫通された貫通孔である。昇圧流路を貫通孔で形成するため、ハブ201、シュラウド202及び複数のブレード203は、分割して製造する必要がなく、これらを一体に形成できる。 As shown in FIG. 11(A), Patent Document 2 describes a hub 201 that rotates around a rotating shaft, a shroud 202 that is provided opposite to the hub 201, and a shroud that is provided between the hub 201 and the shroud 202. An impeller 200 is disclosed that includes a plurality of blades 203 and a plurality of boost passages 204 defined by a hub 201, a shroud 202, and a plurality of blades 203. The boost flow path 204 of this impeller 200 is a through hole extending linearly from the inlet 204a to the outlet 204b. Since the boosting flow path is formed by a through hole, the hub 201, the shroud 202, and the plurality of blades 203 do not need to be manufactured separately, and can be formed integrally.

特開2019-190332号公報JP 2019-190332 Publication 特開2019-157710号公報JP2019-157710A

インペラは、回転しながらインペラ内に流入する流体を、その流れ方向と直交する方向に圧縮して排出する構造を有する。代表的には、円盤部を有するハブと、ハブの円盤面に設けられる複数のブレードからなるオープンインペラ、あるいは、円盤部を有するハブと、ハブと所定間隔を持ってハブに対向して配置される他方の円盤部となるシュラウドと、ハブとシュラウド間に設けられる複数のブレードと、からなるクローズドインペラ等がある。 The impeller has a structure that compresses and discharges fluid flowing into the impeller while rotating in a direction perpendicular to the flow direction of the fluid. Typically, an open impeller is made up of a hub having a disk portion and a plurality of blades provided on the disk surface of the hub, or a hub having a disk portion and an impeller arranged facing the hub at a predetermined distance from the hub. There is a closed impeller, etc., which consists of a shroud that serves as the other disk portion, and a plurality of blades provided between the hub and the shroud.

クローズドインペラは、互いに対向するハブとシュラウドと、ハブとシュラウド間に設けられて互いに対向する一対のブレードで画定される空間に流体流路が形成される。流体流路の流体経路は、ハブ及びシュラウドの中心近傍から放射状に配置された複数のブレードにより決定される。 In the closed impeller, a fluid flow path is formed in a space defined by a hub and a shroud that face each other, and a pair of blades that are provided between the hub and the shroud and face each other. The fluid path of the fluid flow path is determined by a plurality of blades arranged radially from near the center of the hub and shroud.

このようなインペラの設計、製造には、以下の点が要望されている。
(1)クローズドインペラは、オープンインペラと異なり、天井を形成するシュラウドが必要であり、オープンインペラに比較して、より製造が複雑で困難となる。そのため、効率的に製造する手法が求められている。
(2)インペラは、高速で回転し、流体を圧縮して強制的にその流体方向を変えるため、強度が求められると共に応力負荷を低減する必要がある。そのため、特に流体流路の断面形状を柔軟に設計できる方法が求められている。
(3)インペラは、回転数を増加させるために軽量化できることが求められている。
The following points are required for designing and manufacturing such an impeller.
(1) Unlike an open impeller, a closed impeller requires a shroud that forms a ceiling, and is more complicated and difficult to manufacture than an open impeller. Therefore, efficient manufacturing methods are required.
(2) Since the impeller rotates at high speed, compresses the fluid, and forcibly changes the direction of the fluid, it is required to have strength and to reduce the stress load. Therefore, there is a need for a method that can flexibly design the cross-sectional shape of the fluid flow path.
(3) Impellers are required to be lightweight in order to increase the number of revolutions.

以上の要望を参酌しながら、特許文献1、2の構成をより詳細に説明する。
特許文献1のクローズドインペラの場合、シュラウド101と複数のブレード103とを溶接(ロウ付けも含む)をする必要がある。しかし、溶接箇所が多く形状も複雑であるため、溶接が難しく、溶接形状が不安定となる可能性がある。また、シュラウド101にも大きな応力が発生するため、溶接品質が保証されない場合、クローズトインペラの強度低下に繋がる可能性がある。更に、ブレード103とハブ102も同様に溶接接合となる。このような溶接箇所を曲面形状にして応力を緩和させる方法があるが、曲面の曲率半径を大きくしようとすると、溶接時間が長くなり、ブレード103及びハブ102へ大きな熱負荷を生じさせ、材料特性に影響を及ぼし、熱変形を生じさせる可能性がある。
The configurations of Patent Documents 1 and 2 will be explained in more detail while taking into account the above requests.
In the case of the closed impeller of Patent Document 1, it is necessary to weld (including brazing) the shroud 101 and the plurality of blades 103. However, since there are many welding points and the shape is complicated, welding is difficult and the welded shape may become unstable. Moreover, since large stress is generated in the shroud 101, if welding quality is not guaranteed, it may lead to a decrease in the strength of the closed impeller. Furthermore, the blade 103 and the hub 102 are similarly welded together. There is a method to reduce the stress by making the welding point into a curved shape, but if you try to increase the radius of curvature of the curved surface, the welding time will increase, a large thermal load will be generated on the blade 103 and the hub 102, and the material properties will be affected. may cause thermal deformation.

また、特許文献1の流体流路は、放射状にスパイラル曲線を描いており、高速回転するインペラに対し、引張応力、及び圧縮応力が集中し、インペラの破損を誘引する可能性がある。この点について、図12及び図13を用いて説明する。図12は図10に示すクローズドインペラであり、図13は、図10に示すシュラウド101とブレード103とが溶接されたクローズドインペラを示している。 Further, the fluid flow path of Patent Document 1 has a radial spiral curve, and tensile stress and compressive stress are concentrated on the impeller rotating at high speed, which may cause damage to the impeller. This point will be explained using FIGS. 12 and 13. 12 shows the closed impeller shown in FIG. 10, and FIG. 13 shows a closed impeller in which the shroud 101 and blades 103 shown in FIG. 10 are welded together.

図12の(A)に示すように、インペラ100の外部から軸方向にインペラ100内に流体Fが流入すると、領域P1において、回転するインペラ100によって強制的に流体Fの流れ方向が軸方向から径方向に曲げられる。そして、領域P1より下流側の領域P2において、流体流路111内の曲線形状に合わせて流れ方向が曲げられる。その際、ブレード103の内壁面103aには、流体Fからの押圧力を受けて圧力Pが負荷される。 As shown in (A) of FIG. 12, when fluid F flows into the impeller 100 from the outside of the impeller 100 in the axial direction, the rotating impeller 100 forces the flow direction of the fluid F from the axial direction in the region P1. Can be bent radially. Then, in a region P2 downstream of the region P1, the flow direction is bent in accordance with the curved shape within the fluid flow path 111. At this time, a pressure P is applied to the inner wall surface 103a of the blade 103 in response to a pressing force from the fluid F.

内壁面103aに負荷される圧力Pは、図12の(B)に示すように、ブレード103とハブ102との境界部113(破線で囲む部分)に集中し、大きな引張応力が発生する。 As shown in FIG. 12(B), the pressure P applied to the inner wall surface 103a is concentrated at the boundary 113 (the part surrounded by the broken line) between the blade 103 and the hub 102, and a large tensile stress is generated.

上記の引張応力を緩和するためには、図12の(C)に示すように、境界部113に破線で示すような曲面部115を形成することが得策である。ところが溶接中に曲面部115を形成することは簡単ではない。実際には、ブレード103とハブ102とを溶接する際、溶接時の入熱によるブレード103の変形、及び金属組織の変化によって強度が維持できなくなることを防止するため、溶接による入熱量を必要最小限に抑えている。そのため、境界部113の曲面部115は、ブレード103の板厚BTより小さな曲率半径MRとなり、必要十分な応力緩和の効果が得られない。 In order to alleviate the above-mentioned tensile stress, it is advisable to form a curved surface portion 115 as shown by a broken line in the boundary portion 113, as shown in FIG. 12(C). However, it is not easy to form the curved surface portion 115 during welding. In reality, when welding the blade 103 and the hub 102, the amount of heat input during welding is minimized to prevent deformation of the blade 103 due to heat input during welding and the inability to maintain strength due to changes in the metal structure. It is kept to a minimum. Therefore, the curved surface portion 115 of the boundary portion 113 has a radius of curvature MR smaller than the plate thickness BT of the blade 103, and a necessary and sufficient stress relaxation effect cannot be obtained.

また、上述の引張応力は、シュラウドとブレードとが溶接された場合に、双方の接続部で同様に発生する。
インペラ100の模式的な軸断面を図13の(A)に示す。図13の(A)に示すように、流体Fが流体流路201内を高速で流れる際、流体流路111の領域P1では、軸方向(図13の(A)の下方向)に圧力が加わる。その際、シュラウド101とブレード103との繋がり部分である境界部117(破線で囲む部分:すなわち、ブレード103の延び方向における一方端の位置する境界部117)には大きな圧縮応力が加わる。また、図13の(B)に示すように、シュラウド101とブレード103との境界部119(破線で囲む部分:すなわち、ブレード103の全長方向に沿った境界部119)にも大きな圧縮応力が加わる。
Moreover, the above-mentioned tensile stress is generated in the same way at the joint between the shroud and the blade when the shroud and the blade are welded together.
A schematic axial cross section of the impeller 100 is shown in FIG. 13(A). As shown in (A) of FIG. 13, when the fluid F flows at high speed in the fluid flow path 201, pressure increases in the axial direction (downward in (A) of FIG. 13) in the region P1 of the fluid flow path 111. join. At this time, a large compressive stress is applied to the boundary part 117 (the part surrounded by a broken line: that is, the boundary part 117 where one end of the blade 103 in the extending direction is located) which is the connecting part between the shroud 101 and the blade 103. Furthermore, as shown in FIG. 13B, a large compressive stress is also applied to the boundary 119 between the shroud 101 and the blade 103 (the part surrounded by the broken line: that is, the boundary 119 along the entire length of the blade 103). .

このような圧縮応力を緩和するためには、図13の(C)に示すように、境界部119(117も同様)に曲面部121を形成することが得策である。しかし、前述した引張応力の場合と同様に、曲面部121は、ブレード103の板厚BTより小さな曲率半径MRしか形成できず、必要十分な応力緩和の効果が得られない。 In order to alleviate such compressive stress, it is a good idea to form a curved surface part 121 at the boundary part 119 (same as for 117), as shown in FIG. 13(C). However, as in the case of tensile stress described above, the curved surface portion 121 can only form a radius of curvature MR smaller than the plate thickness BT of the blade 103, and a necessary and sufficient stress relaxation effect cannot be obtained.

一方、特許文献2のインペラは、昇圧流路204の断面形状が円形の長孔となっている。しかし、昇圧流路204は、ドリル加工等の切削加工によって直線状に形成されるものであり、スパイラル曲線等の湾曲した昇圧流路の形成は困難である。また、複数の直線状の流路同士を接続する構成も考えられるが、その場合には、溶接又はロウ付け等が必要になり、上述した応力集中の問題が生じることになる。 On the other hand, in the impeller of Patent Document 2, the cross-sectional shape of the boost flow path 204 is a circular elongated hole. However, the pressure boost flow path 204 is formed in a straight line by cutting such as drilling, and it is difficult to form a curved pressure rise flow path such as a spiral curve. Furthermore, a configuration in which a plurality of linear channels are connected to each other can be considered, but in that case, welding or brazing, etc., would be required, and the above-mentioned problem of stress concentration would occur.

また、特許文献1,2の構成では、いずれも機械的強度を高めつつ軽量化することが難しい構成となっている。 Further, in the configurations of Patent Documents 1 and 2, it is difficult to reduce the weight while increasing the mechanical strength.

そこで本発明は、高強度で形状の設計自由度が高く、容易に軽量化できるインペラ、及びインペラの製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide an impeller with high strength, a high degree of freedom in design of shape, and an easily lightweight impeller, and a method for manufacturing the impeller.

本発明は下記の構成からなる。
(1) 軸線を中心とした第1円盤部を有するハブと、
前記第1円盤部に放射状に延びて配置され、前記ハブの回転に伴って前記軸線に沿って流入する流体を、前記第1円盤部の径方向内側から径方向外側に案内する複数のブレードと、
前記ブレードを前記軸線の方向に挟んで、前記第1円盤部に対向して配置された第2円盤部を有するシュラウドと、
を備え、
前記ブレードは、前記軸線を中心とする周方向に互いに間隔を空けて湾曲して配置され、
前記第1円盤部と前記第2円盤部との間には、複数の前記ブレードにより区画された流体流路が形成され、
前記流体流路を囲む、前記ハブ、前記ブレード及び前記シュラウドのそれぞれの内壁面の一部に、前記流体流路の長手方向直交断面において、前記ブレードの肉厚よりも大きな曲率半径の曲面部が設けられたインペラ。
(2) (1)に記載のインペラの製造方法であって、
金属粉末を所定の厚さでベース上に供給し、供給された前記金属粉末をレーザ光の照射により溶融、凝固させて肉盛層を形成する工程と、
形成された前記肉盛層の上に新たに前記金属粉末を所定に厚さに供給して、レーザ光の照射により前記金属粉末を溶融、凝固させる手順を繰り返し、複数の肉盛層を順次積層する工程と、
を有し、
前記肉盛層を前記インペラの形状に積層造形するインペラの製造方法。
The present invention consists of the following configuration.
(1) A hub having a first disk portion centered on the axis;
a plurality of blades that are arranged to extend radially in the first disc part and guide fluid flowing in along the axis as the hub rotates from a radial inside of the first disc part to a radial outside of the first disc part; ,
a shroud having a second disk portion disposed opposite to the first disk portion with the blade in the direction of the axis;
Equipped with
The blades are curved and arranged at intervals in a circumferential direction about the axis,
A fluid flow path defined by a plurality of the blades is formed between the first disc part and the second disc part,
A curved surface portion having a radius of curvature larger than a wall thickness of the blade in a cross section orthogonal to the longitudinal direction of the fluid flow path is formed on a portion of the inner wall surface of each of the hub, the blade, and the shroud surrounding the fluid flow path. Impeller provided.
(2) A method for manufacturing the impeller according to (1), comprising:
supplying metal powder to a predetermined thickness onto the base, melting and solidifying the supplied metal powder by irradiation with laser light to form a built-up layer;
The procedure of newly supplying the metal powder to a predetermined thickness on the formed overlay layer, melting and solidifying the metal powder by irradiation with laser light is repeated, and a plurality of overlay layers are sequentially laminated. The process of
has
A method for manufacturing an impeller, comprising layer-manufacturing the built-up layer into the shape of the impeller.

本発明によれば、インペラを、高強度で形状の設計自由度を高めて、しかも容易に軽量化できる。 According to the present invention, the impeller can be made to have high strength, increase the degree of freedom in designing the shape, and easily reduce the weight.

図1は、本発明に係る第1実施形態のインペラを一部切り欠いて示す斜視図である。FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of an impeller according to a first embodiment of the present invention. 図2は、図1に示すインペラの側面図である。FIG. 2 is a side view of the impeller shown in FIG. 1. 図3は、図2に示すインペラの一部拡大側面図である。3 is a partially enlarged side view of the impeller shown in FIG. 2. FIG. 図4は、流体流路の第2実施形態を示すインペラの一部拡大側面図である。FIG. 4 is a partially enlarged side view of the impeller showing a second embodiment of the fluid flow path. 図5は、流体流路の第3実施形態を示すインペラの一部拡大側面図である。FIG. 5 is a partially enlarged side view of the impeller showing a third embodiment of the fluid flow path. 図6は、流体流路の第4実施形態を示すインペラの一部拡大側面図である。FIG. 6 is a partially enlarged side view of the impeller showing a fourth embodiment of the fluid flow path. 図7の(A)、(B)は、流体流路の第5実施形態を示すインペラの一部拡大側面図である。FIGS. 7A and 7B are partially enlarged side views of an impeller showing a fifth embodiment of a fluid flow path. 図8は、流体流路の第6実施形態を示すインペラの一部拡大側面図である。FIG. 8 is a partially enlarged side view of the impeller showing a sixth embodiment of the fluid flow path. 図9の(A)、(B)は、流体流路の第7実施形態を示すインペラの一部拡大側面図である。FIGS. 9A and 9B are partially enlarged side views of an impeller showing a seventh embodiment of a fluid flow path. 図10は、従来技術のインペラを示す分解斜視図である。FIG. 10 is an exploded perspective view of a conventional impeller. 図11は、別の従来技術によるインペラを示し、(A)はインペラの子午断面を示す概略断面図、(B)はインペラの斜視図である。FIG. 11 shows another conventional impeller, in which (A) is a schematic sectional view showing a meridional section of the impeller, and (B) is a perspective view of the impeller. 図12は、従来技術の課題を示す図で、(A)はインペラの一部概略斜視図、(B)は(A)のXII-XII線断面図、(C)は曲面部を形成した(A)のXII-XII線面図である。FIG. 12 is a diagram illustrating problems with the prior art, in which (A) is a partial schematic perspective view of an impeller, (B) is a cross-sectional view taken along the line XII-XII of (A), and (C) is a curved portion ( It is a XII-XII line view of A). 図13は、従来技術の課題を示す図で、(A)はインペラの模式的な軸断面図、(B)は(A)のXIII-XIII線断面図、(C)は曲面部を形成した(A)のXIII-XIII線断面図である。FIG. 13 is a diagram illustrating the problems of the prior art, in which (A) is a schematic axial cross-sectional view of an impeller, (B) is a cross-sectional view taken along the line XIII-XIII of (A), and (C) is a curved part formed. It is a sectional view taken along the line XIII-XIII of (A).

以下、本発明の構成例について、図面を参照して詳細に説明する。
ここでは、クローズドインペラのブレードに沿った流体流路の形状を、種々の形状に変更した各実施形態を説明する。
Hereinafter, configuration examples of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Here, various embodiments will be described in which the shape of the fluid flow path along the blades of the closed impeller is changed to various shapes.

<第1実施形態>
図1は、本発明に係る第1実施形態のインペラを一部切り欠いて示す概略斜視図である。図2は、図1に示すインペラの側面図である。
<First embodiment>
FIG. 1 is a partially cutaway schematic perspective view of an impeller according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a side view of the impeller shown in FIG. 1.

インペラ1は、例えば、ガスタービン、エンジンの過給機、蒸気タービン等に使用され、鋼材等の金属材料により構成される。図1に示すインペラ1は、ハブ10と、複数のブレード20と、シュラウド30と、を備え、軸線Xを中心に回転駆動される。ハブ10は、軸線Xの近傍に設けられ、軸線Xに沿って延びる第1円筒部11と、第1円筒部11の軸方向と直交する方向に配置されて平面視で円形の第1円盤部12とを有する。ブレード20は、第1円盤部12に軸線X方向に沿って立ちあがるように形成され、かつ、軸線Xを中心とする周方向に互いに間隔を空けて、スパイラル曲線を描くように湾曲して、径方向外側へ放射状に延びて配置される。 The impeller 1 is used, for example, in a gas turbine, an engine supercharger, a steam turbine, etc., and is made of a metal material such as steel. The impeller 1 shown in FIG. 1 includes a hub 10, a plurality of blades 20, and a shroud 30, and is driven to rotate about an axis X. The hub 10 includes a first cylindrical portion 11 that is provided near the axis X and extends along the axis X, and a first disk portion that is arranged in a direction perpendicular to the axial direction of the first cylindrical portion 11 and is circular in plan view. 12. The blades 20 are formed on the first disk portion 12 so as to stand up along the axis X direction, are spaced from each other in the circumferential direction centering on the axis X, are curved in a spiral manner, and have a diameter. They are arranged to extend radially outward.

シュラウド30は、ブレード20を挟んでハブ10と対向して配置される。シュラウド30は、軸線Xの近傍に設けられ、軸線X方向に延びる第2円筒部31と、第2円筒部31の軸方向と直交する方向に配置されて平面視で円形の第2円盤部32とを有する。ハブ10、ブレード20及びシュラウド30は、金属粉末を用いた3次元積層成形法により一体に積層造形される。 The shroud 30 is placed opposite the hub 10 with the blade 20 in between. The shroud 30 includes a second cylindrical portion 31 that is provided near the axis X and extends in the direction of the axis X, and a second disk portion 32 that is arranged in a direction perpendicular to the axial direction of the second cylindrical portion 31 and is circular in plan view. and has. The hub 10, the blades 20, and the shroud 30 are integrally laminated by a three-dimensional laminated molding method using metal powder.

第1円筒部11と第2円筒部31とは、軸線Xの近傍において、径方向に所定の間隔を保って互いに対向して配置される。すなわち、第1円筒部11が内筒部、第2円筒部21が外筒部となる二重筒の配置関係になり、インペラ1の外部から流入する流体の入口側流体流路40を形成する。第1円盤部12と第2円盤部32とは、所定の間隔を保って互いに対向して平行に配置され、第1円盤部12と第2円盤部32との間に、複数のブレード20により区画された流体流路41が形成される。 The first cylindrical portion 11 and the second cylindrical portion 31 are arranged facing each other in the vicinity of the axis X with a predetermined distance maintained in the radial direction. That is, the first cylindrical portion 11 is an inner cylindrical portion and the second cylindrical portion 21 is an outer cylindrical portion, forming a double cylinder arrangement, forming an inlet side fluid flow path 40 for fluid flowing from the outside of the impeller 1. . The first disc part 12 and the second disc part 32 are arranged in parallel and facing each other with a predetermined interval, and a plurality of blades 20 are provided between the first disc part 12 and the second disc part 32. A partitioned fluid flow path 41 is formed.

流体流路41は、ブレード20の湾曲形状に沿って放射状に形成され、軸線Xに近いブレード20の内周縁20aから外周縁20bに向かって径方向外側に流体を案内する。また、ブレード20の内周縁20aには、第1円盤部12の内周縁13と第2円盤部32の内周縁33が接続される。内周縁13は第1円筒部11に接続され、内周縁33は第2円筒部31に接続される。つまり、インペラ1の内周部には、流体流路41と、入口側流体流路40とが屈曲して接続される連結部42が設けられる。連結部42は、軸断面形状が略90度に折れ曲がる滑らかな曲線状となって流体の方向を変更する。 The fluid flow paths 41 are formed radially along the curved shape of the blade 20, and guide fluid radially outward from the inner peripheral edge 20a of the blade 20 near the axis X toward the outer peripheral edge 20b. Furthermore, the inner circumferential edge 20 a of the blade 20 is connected to the inner circumferential edge 13 of the first disk portion 12 and the inner circumferential edge 33 of the second disk portion 32 . The inner peripheral edge 13 is connected to the first cylindrical part 11 , and the inner peripheral edge 33 is connected to the second cylindrical part 31 . That is, the inner peripheral portion of the impeller 1 is provided with a connecting portion 42 in which the fluid flow path 41 and the inlet side fluid flow path 40 are bent and connected. The connecting portion 42 has a smooth curved shape with an axial cross-sectional shape bent at approximately 90 degrees to change the direction of the fluid.

図2に示すように、1つの流体流路41を形成する1対のブレード20は、互いの対向する側にそれぞれブレード内壁面51を有する。第1円盤部12及び第2円盤部32は、互いの対向する側にそれぞれ第1円盤部内壁面52、第2円盤部内壁面53を有する。即ち、流体流路41は、1対のブレード内壁面51、及び1対の第1円盤部内壁面52、第2円盤部内壁面53とで画定される空間として構成される。以降の説明では、それぞれの内壁面を総称して内壁面50(図3参照)とも言う。 As shown in FIG. 2, a pair of blades 20 forming one fluid flow path 41 each have blade inner wall surfaces 51 on opposite sides. The first disc part 12 and the second disc part 32 have a first disc part inner wall surface 52 and a second disc part inner wall surface 53 on opposing sides, respectively. That is, the fluid flow path 41 is configured as a space defined by a pair of blade inner wall surfaces 51 and a pair of first disk inner wall surfaces 52 and second disk inner wall surfaces 53. In the following description, each inner wall surface is also collectively referred to as an inner wall surface 50 (see FIG. 3).

また、図2に示すブレード内壁面51と第1円盤部内壁面52との1対の繋がり部分を境界部60A、ブレード内壁面51と第2円盤部内壁面53との1対の繋がり部分を境界部60Bという。 In addition, a pair of connected portions between the blade inner wall surface 51 and the first disc inner wall surface 52 shown in FIG. It's called 60B.

本構成のインペラ1を製造する金属粉末積層造形法は、概略的には、まず、造形用の材料である金属粉末を所定の厚さでベース上に供給し、金属粉末の表面にレーザ光を照射して、金属粉末を溶融、凝固させて肉盛層を形成する。この肉盛層の上に新たに金属粉末を所定の厚さで供給し、レーザ光の照射により金属粉末を溶融、凝固させて肉盛層上に新たに肉盛層を積層する、という工程を繰り返して、肉盛層を順次に積層して所望の形状の造形体を得る方法である。 Generally speaking, the metal powder additive manufacturing method for manufacturing the impeller 1 with this configuration first supplies metal powder, which is a material for modeling, onto a base at a predetermined thickness, and then irradiates the surface of the metal powder with a laser beam. The metal powder is irradiated to melt and solidify to form a built-up layer. The process involves newly supplying metal powder to a predetermined thickness on top of this build-up layer, melting and solidifying the metal powder by irradiation with laser light, and laminating a new build-up layer on top of the build-up layer. This is a method of repeatedly stacking overlay layers one after another to obtain a shaped body of a desired shape.

具体的には、まず、金属粉末の配置、金属粉末の溶融、凝固を繰り返しながら、ハブ10を積層し、ハブ10の第1円盤部12上に複数のブレード20を積層する。このとき、ブレード20を形成するにあたり、境界部60Aに曲面部70を形成する。また、ブレード20の上にシュラウド30の第2円盤部32を形成する。これと同時に、第1円筒部11及び第2円筒部21も形成する。上記工程により、インペラ1が積層造形される。 Specifically, first, the hub 10 is stacked while repeating the arrangement of metal powder, melting, and solidification of the metal powder, and a plurality of blades 20 are stacked on the first disk portion 12 of the hub 10 . At this time, when forming the blade 20, a curved surface portion 70 is formed at the boundary portion 60A. Further, the second disk portion 32 of the shroud 30 is formed on the blade 20. At the same time, the first cylindrical part 11 and the second cylindrical part 21 are also formed. Through the above steps, the impeller 1 is layered and manufactured.

つまり、金属粉末積層造形法によれば、所望の形状を3次元の形状データ(例えば、CADデータ)から自動的に製造でき、複雑な形状であっても簡便に製造が可能となる。 That is, according to the metal powder additive manufacturing method, a desired shape can be automatically manufactured from three-dimensional shape data (for example, CAD data), and even complex shapes can be easily manufactured.

次に、流体流路41の形状を詳細に説明する。
図3は、図2に示すインペラ1の一部拡大側面図である。
本構成のインペラ1では、境界部60Aに生じる応力の緩和のため、境界部60Aに曲面部70を形成している。曲面部70の曲率半径Rは、ブレード20の肉厚taよりも大きい。ここでいう肉厚taとは、1つのブレード20が有する1対のブレード内壁面51同士の最小距離となる肉厚であり、1つのブレード20の最小厚さもある。
Next, the shape of the fluid flow path 41 will be explained in detail.
FIG. 3 is a partially enlarged side view of the impeller 1 shown in FIG. 2. FIG.
In the impeller 1 having this configuration, a curved surface portion 70 is formed at the boundary portion 60A in order to relieve stress generated at the boundary portion 60A. The radius of curvature R of the curved surface portion 70 is larger than the thickness ta of the blade 20. The wall thickness ta here is the wall thickness that is the minimum distance between a pair of blade inner wall surfaces 51 of one blade 20, and also the minimum thickness of one blade 20.

また、図3に示す第1円盤部内壁面52は、その全体が曲面に形成されているが、周方向両端の曲面部70を除く中間部分は平面であってもよい。 Moreover, although the first disc inner wall surface 52 shown in FIG. 3 is entirely formed into a curved surface, the intermediate portion excluding the curved surface portions 70 at both ends in the circumferential direction may be flat.

境界部60Aに曲面部70が形成されることで、インペラの運転中に流体からの押圧力が作用した場合でも、境界部60Aに応力集中が生じにくくなり、インペラ1の強度が高くなる。なお、上記した曲面部70の曲率半径Rの長さは、以下に説明する各実施形態においても同様である。 By forming the curved surface part 70 in the boundary part 60A, stress concentration is less likely to occur in the boundary part 60A even when a pressing force from a fluid acts during operation of the impeller, and the strength of the impeller 1 is increased. Note that the length of the radius of curvature R of the curved surface portion 70 described above is the same in each embodiment described below.

また、第1円盤部内壁面52の肉厚tbと、第2円盤部内壁面53の肉厚tcは、ブレード20の肉厚taよりも薄く形成される(ta>tb、ta>tc)。また、ハブ10の第1円盤部内壁面52には、周方向の中央の肉厚tbが両端より薄くなるように曲面状に形成されることが好ましい。このような薄肉化によってインペラ1全体の重量が軽減され、同じインペラ1の回転速度であっても発生する遠心力を小さくできる。よって、この点でもインペラ1の強度が相対的に向上し、より高速な回転駆動が可能となる。 Further, the thickness tb of the first disk portion inner wall surface 52 and the wall thickness tc of the second disk portion inner wall surface 53 are formed to be thinner than the thickness ta of the blade 20 (ta>tb, ta>tc). Further, it is preferable that the inner wall surface 52 of the first disk portion of the hub 10 is formed in a curved shape so that the thickness tb at the center in the circumferential direction is thinner than at both ends. Such thinning reduces the weight of the impeller 1 as a whole, and the centrifugal force generated can be reduced even at the same rotational speed of the impeller 1. Therefore, in this respect as well, the strength of the impeller 1 is relatively improved, and higher speed rotational driving becomes possible.

上記した形状のインペラ1は、金属粉末積層造形法により製造することで、曲面部70の曲率半径R、内壁面50の形状を自在に設定できる。そのため、加工が煩雑にならず、設計自由度が向上し、必要十分な強度が簡単に得られる。 The impeller 1 having the above-mentioned shape is manufactured by the metal powder additive manufacturing method, so that the radius of curvature R of the curved surface portion 70 and the shape of the inner wall surface 50 can be freely set. Therefore, the processing is not complicated, the degree of freedom in design is improved, and the necessary and sufficient strength can be easily obtained.

<第2実施形態>
図4は、流体流路41の第2実施形態を示すインペラ1Aの一部拡大側面図である。
本実施形態のインペラ1Aは、1対のブレード内壁面51とシュラウド30の第2円盤部内壁面53との境界部60Bに、ブレード20の肉厚taよりも大きな曲率半径Rを有する曲面部70がそれぞれ形成される。また、1対のブレード内壁面51と第1円盤部内壁面52との境界部60Aには、曲面部70が形成されていない。つまり、本実施形態のインペラ1Aは、第1実施形態の境界部60Aを曲面部70にする代わりに境界部60Bを曲面部70にしている。その他の構成は第1実施形態と同様である。
<Second embodiment>
FIG. 4 is a partially enlarged side view of the impeller 1A showing a second embodiment of the fluid flow path 41. As shown in FIG.
The impeller 1A of the present embodiment has a curved surface portion 70 having a radius of curvature R larger than the wall thickness ta of the blades 20 at a boundary portion 60B between the pair of blade inner wall surfaces 51 and the second disk portion inner wall surface 53 of the shroud 30. Each is formed. Further, the curved surface portion 70 is not formed at the boundary portion 60A between the pair of blade inner wall surfaces 51 and the first disk portion inner wall surface 52. That is, in the impeller 1A of the present embodiment, the boundary portion 60B is made into the curved surface portion 70 instead of the boundary portion 60A in the first embodiment which is made into the curved surface portion 70. Other configurations are similar to those of the first embodiment.

本実施形態のインペラ1Aによっても、第1実施形態と同様に応力集中が境界部60Bで生じにくくなり、インペラ1Aの強度が高くなる。また、第1円盤部内壁面52の肉厚tbと、第2円盤部内壁面53の肉厚tcは、ブレード20の肉厚taよりも薄く形成される(ta>tb、ta>tc)ことで、インペラ1A全体の重量が軽減され、同じインペラ1Aの回転速度であっても発生する遠心力を小さくできる。よって、この点でもインペラ1Aの強度が相対的に向上し、より高速な回転駆動が可能となる。 Also in the impeller 1A of this embodiment, stress concentration is less likely to occur at the boundary portion 60B, as in the first embodiment, and the strength of the impeller 1A is increased. Furthermore, the thickness tb of the first disk inner wall surface 52 and the thickness tc of the second disk inner wall surface 53 are formed thinner than the thickness ta of the blade 20 (ta>tb, ta>tc). The weight of the entire impeller 1A is reduced, and the centrifugal force generated can be reduced even at the same rotational speed of the impeller 1A. Therefore, also in this respect, the strength of the impeller 1A is relatively improved, and higher speed rotational driving becomes possible.

<第3実施形態>
図5は、流体流路41の第3実施形態を示すインペラ1Bの一部拡大側面図である。
本実施形態のインペラ1Bは、境界部60Aと境界部60Bとの双方に曲面部70が形成されている。その他の構成は第1実施形態と同様である。つまり、第3実施形態は、第1実施形態の曲面部70と第2実施形態の曲面部70とを組み合わせた構成となっている。
<Third embodiment>
FIG. 5 is a partially enlarged side view of the impeller 1B showing a third embodiment of the fluid flow path 41. As shown in FIG.
In the impeller 1B of this embodiment, the curved surface portion 70 is formed on both the boundary portion 60A and the boundary portion 60B. Other configurations are similar to those of the first embodiment. In other words, the third embodiment has a configuration in which the curved surface portion 70 of the first embodiment and the curved surface portion 70 of the second embodiment are combined.

本構成のインペラ1Bによれば、全ての境界部60A,60Bが曲面部70を有することで、流体流路41の内壁面50の全体にわたり、応力集中が生じにくくなる。また、より軽量化が図れた構成となる。 According to the impeller 1B having this configuration, all the boundary portions 60A and 60B have the curved surface portions 70, so that stress concentration is less likely to occur over the entire inner wall surface 50 of the fluid flow path 41. In addition, the structure is more lightweight.

<第4実施形態>
図6は、流体流路41の第4実施形態を示すインペラ1Cの一部拡大側面図である。
本構成のインペラ1Cでは、ハブ10側の内壁面50が一対の斜面54,55を有しており、流体流路41の長手方向(流れ方向)直交断面における断面形状が三角状(略三角形で、図6では略二等辺三角形)を呈している。この三角状の各角部が、円弧(真円、楕円形の円弧を含む)、放物線等を含む任意の曲線で形成される(すなわち、角取りされている)。略二等辺三角形の底辺及び斜辺の位置関係は逆でも良く、第2円盤部32側に一対の斜辺が設けられていてもよい。
<Fourth embodiment>
FIG. 6 is a partially enlarged side view of the impeller 1C showing a fourth embodiment of the fluid flow path 41.
In the impeller 1C of this configuration, the inner wall surface 50 on the hub 10 side has a pair of slopes 54, 55, and the cross-sectional shape of the fluid flow path 41 in the longitudinal direction (flow direction) orthogonal cross section is triangular (approximately triangular). , a substantially isosceles triangle in FIG. 6). Each corner of this triangular shape is formed by an arbitrary curve including a circular arc (including a perfect circle or an elliptical arc), a parabola, etc. (that is, it is rounded). The positional relationship between the base and oblique sides of the substantially isosceles triangle may be reversed, and a pair of oblique sides may be provided on the second disk portion 32 side.

本構成のインペラ1Cによれば、流体流路41の断面形状が三角状であり、各角部が曲面状に形成されているため、前述の曲面部70と同様に、応力集中が生じにくくなる。 According to the impeller 1C having this configuration, the cross-sectional shape of the fluid flow path 41 is triangular, and each corner is formed in a curved shape, so that stress concentration is less likely to occur, similar to the curved surface portion 70 described above. .

<第5実施形態>
図7の(A)、(B)は、流体流路41の第5実施形態を示すインペラ1D,1Eの一部拡大側面図である。
図7の(A)に示す本構成のインペラ1Dでは、ブレード内壁面51とハブ10の第1円盤部内壁面52との境界部60Aa,60Abのうち、一方の境界部60Aa(図7の左側)にのみ曲面部70が形成される。また、曲面部70は、図7の(B)に示すように、ブレード内壁面51とハブ10の第1円盤部内壁面52との他方の境界部60Ab(図7の右側)にのみ曲面部70が形成されてもよい。
<Fifth embodiment>
FIGS. 7A and 7B are partially enlarged side views of impellers 1D and 1E showing a fifth embodiment of a fluid flow path 41. FIGS.
In the impeller 1D of this configuration shown in FIG. 7A, one boundary 60Aa (left side in FIG. 7) of the boundaries 60Aa and 60Ab between the blade inner wall surface 51 and the first disk inner wall surface 52 of the hub 10 The curved surface portion 70 is formed only in this area. Further, as shown in FIG. 7B, the curved surface portion 70 is provided only at the other boundary portion 60Ab (on the right side in FIG. 7) between the blade inner wall surface 51 and the first disc inner wall surface 52 of the hub 10. may be formed.

本構成のインペラ1D,1Eによれば、1対の境界部60Aa,60Abのうち、境界部60Aaにのみ曲面部70を形成することで、主に引張応力を緩和させることができる。また、境界部60Abにのみ曲面部70を形成することで、主に圧縮応力を緩和させることができる。さらに、ブレード内壁面51とシュラウド30の第2円盤部内壁面53との境界部60Ba,60Bbのうち、少なくとも一方の境界部にのみ曲面部70を形成してもよい。その場合も、引張応力、圧縮応力を選択的に緩和させることができる。 According to the impellers 1D and 1E having this configuration, by forming the curved surface portion 70 only in the boundary portion 60Aa of the pair of boundary portions 60Aa and 60Ab, tensile stress can be mainly alleviated. Further, by forming the curved surface portion 70 only at the boundary portion 60Ab, compressive stress can be mainly alleviated. Further, the curved surface portion 70 may be formed only at at least one of the boundary portions 60Ba and 60Bb between the blade inner wall surface 51 and the second disk portion inner wall surface 53 of the shroud 30. In that case as well, tensile stress and compressive stress can be selectively relaxed.

上記によれば、必要最小限の部位に曲面部70を形成するだけで、高強度なインペラの構成にできる。 According to the above, a high-strength impeller can be constructed by simply forming the curved surface portion 70 in the minimum necessary portions.

<第6実施形態>
図8は、流体流路41の第6実施形態を示すインペラ1Fの一部拡大側面図である。
本構成のインペラ1Fでは、1対の境界部60Aと1対の境界部60Bとが曲面部70を形成し、第1円盤部内壁面52、第2円盤部内壁面53及び1対のブレード内壁面51が、それぞれ流体流路41の外側に向けて膨らむ曲面形状となっている。
<Sixth embodiment>
FIG. 8 is a partially enlarged side view of the impeller 1F showing a sixth embodiment of the fluid flow path 41.
In the impeller 1F having this configuration, the pair of boundary parts 60A and the pair of boundary parts 60B form a curved surface part 70, and the first disk part inner wall surface 52, the second disk part inner wall surface 53, and the pair of blade inner wall surfaces 51 , each has a curved shape that swells toward the outside of the fluid flow path 41.

また、第1円盤部内壁面52の外側の第1円盤部外表面57は、第1円盤部内壁面52に沿った曲面形状であり、第1円盤部12側の肉厚tbが略一定で、ブレード20の肉厚taより薄く形成されている。同様に、第2円盤部内壁面53の外側の第2円盤部外表面58は、第2円盤部内壁面53に沿った曲面形状であり、第2円盤部32側の肉厚tcが略一定で、ブレード20の肉厚taより薄く形成されている。 Further, the first disk portion outer surface 57 outside the first disk portion inner wall surface 52 has a curved shape along the first disk portion inner wall surface 52, and the wall thickness tb on the first disk portion 12 side is approximately constant, and the blade It is formed thinner than the wall thickness ta of No. 20. Similarly, the second disk portion outer surface 58 on the outside of the second disk portion inner wall surface 53 has a curved shape along the second disk portion inner wall surface 53, and the wall thickness tc on the second disk portion 32 side is approximately constant; It is formed thinner than the wall thickness ta of the blade 20.

本構成のインペラ1Fによれば、第1円盤部外表面57及び第2円盤部外表面58が、内壁面50に沿った曲面形状であるため、ブレード20に重なった第1円盤部外表面57及び第2円盤部外表面58には、軸方向に窪む凹部80が形成される。凹部80は、ブレード20に沿って放射状に形成される。第1円盤部12の肉厚tbと第2円盤部32の肉厚tcが一定で、ブレード20の肉厚taより薄いことと、凹部80が形成されることによって、インペラ1Fの更なる薄肉化と軽量化が図れる。このようなインペラ1Fの形状は、切削や鋳造により形成する場合には工数が増大することになるが、金属粉末積層造形法によれば、簡便に且つ効率良く形成できる。 According to the impeller 1F having this configuration, since the first disk portion outer surface 57 and the second disk portion outer surface 58 have a curved shape along the inner wall surface 50, the first disk portion outer surface 57 overlaps with the blade 20. A recess 80 recessed in the axial direction is formed on the outer surface 58 of the second disk portion. The recesses 80 are formed radially along the blade 20. The thickness tb of the first disk portion 12 and the thickness tc of the second disk portion 32 are constant and thinner than the thickness ta of the blade 20, and the recess 80 is formed, thereby further reducing the thickness of the impeller 1F. This makes it possible to reduce weight. If the shape of the impeller 1F is formed by cutting or casting, the number of man-hours will increase, but it can be formed easily and efficiently by metal powder additive manufacturing.

<第7実施形態>
図9の(A)、(B)は、流体流路41の第7実施形態を示すインペラ1G,1Hの一部拡大側面図である。
前述の第6実施形態では、第1円盤部12と第2円盤部32との双方の外表面を曲面形状にし、ブレード20に沿って凹部80を設けたが、本構成のインペラ1Gでは、図9の(A)に示すように、第1円盤部12と第2円盤部32とのうち、第1円盤部12側のみの外表面を曲面形状に形成し、第1円盤部12側のみ凹部80を設けている。その他の構成は、第6実施形態と同様である。
<Seventh embodiment>
(A) and (B) of FIG. 9 are partially enlarged side views of impellers 1G and 1H showing a seventh embodiment of a fluid flow path 41.
In the above-mentioned sixth embodiment, the outer surfaces of both the first disc part 12 and the second disc part 32 are curved, and the recessed part 80 is provided along the blade 20. However, in the impeller 1G having this configuration, As shown in FIG. 9(A), the outer surface of only the first disk portion 12 side of the first disk portion 12 and the second disk portion 32 is formed into a curved shape, and only the first disk portion 12 side has a concave portion. 80. The other configurations are the same as those in the sixth embodiment.

また、図9の(B)に示すように、第1円盤部12と第2円盤部32とのうち、第2円盤部32側のみの外表面を曲面形状に形成して凹部80を設けたインペラ1Hとしてもよい。 Further, as shown in FIG. 9B, the outer surface of only the second disk portion 32 side of the first disk portion 12 and the second disk portion 32 is formed into a curved shape to provide a recess 80. It is also possible to use an impeller 1H.

本構成のインペラ1G,1Hによれば、第1円盤部12と第2円盤部32とのうち、いずれか一方の外表面を曲面形状にして、凹部80を設けることでも、インペラ1G,1Hの更なる薄肉化と軽量化が図れる。 According to the impellers 1G and 1H of this configuration, the outer surface of either one of the first disc part 12 and the second disc part 32 can be made into a curved shape and the recessed part 80 can be provided. Further thinning and weight reduction can be achieved.

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and those skilled in the art may combine the configurations of the embodiments with each other, or make changes and applications based on the description of the specification and well-known techniques. This is the intended purpose of the invention and falls within the scope for which protection is sought.

例えば、内壁面50によって画成される流体流路の長手方向(流れ方向)に直交する断面での断面形状は、角部の少なくとも1つが曲面部で形成された形状のほか、真円、楕円、三角形、台形、菱形等、種々の形状が選択可能であり、また、境界部における曲面部の形状は、一定の曲率半径の形状に限らず、ベジェ曲線、スプライン曲線等の任意の曲線を用いた形状が選択可能である。 For example, the cross-sectional shape in a cross section perpendicular to the longitudinal direction (flow direction) of the fluid flow path defined by the inner wall surface 50 may be a perfect circle or an ellipse, in addition to a shape in which at least one of the corners is a curved surface. , various shapes such as triangle, trapezoid, rhombus, etc. can be selected, and the shape of the curved surface at the boundary is not limited to a shape with a constant radius of curvature, but any curve such as a Bezier curve or a spline curve can be used. It is possible to select the desired shape.

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
(1) 軸線を中心とした第1円盤部を有するハブと、
前記第1円盤部に放射状に延びて配置され、前記ハブの回転に伴って前記軸線に沿って流入する流体を、前記第1円盤部の径方向内側から径方向外側に案内する複数のブレードと、
前記ブレードを前記軸線の方向に挟んで、前記第1円盤部に対向して配置された第2円盤部を有するシュラウドと、
を備え、
前記ブレードは、前記軸線を中心とする周方向に互いに間隔を空けて湾曲して配置され、
前記第1円盤部と前記第2円盤部との間には、複数の前記ブレードにより区画された流体流路が形成され、
前記流体流路を囲む、前記ハブ、前記ブレード及び前記シュラウドのそれぞれの内壁面の一部に、前記流体流路の長手方向直交断面において、前記ブレードの肉厚よりも大きな曲率半径の曲面部が設けられたインペラ。
このインペラによれば、応力が集中する箇所にブレードの肉厚よりも大きな曲率半径の曲面部を形成することで、応力集中を低減して強度を高められる。
As mentioned above, the following matters are disclosed in this specification.
(1) A hub having a first disk portion centered on the axis;
a plurality of blades that are arranged to extend radially in the first disc part and guide fluid flowing in along the axis as the hub rotates from a radial inside of the first disc part to a radial outside of the first disc part; ,
a shroud having a second disk portion disposed opposite to the first disk portion with the blade in the direction of the axis;
Equipped with
The blades are curved and arranged at intervals in a circumferential direction about the axis,
A fluid flow path defined by a plurality of the blades is formed between the first disc part and the second disc part,
A curved surface portion having a radius of curvature larger than a wall thickness of the blade in a cross section orthogonal to the longitudinal direction of the fluid flow path is formed on a portion of the inner wall surface of each of the hub, the blade, and the shroud surrounding the fluid flow path. Impeller provided.
According to this impeller, by forming a curved surface portion with a radius of curvature larger than the wall thickness of the blade at a location where stress is concentrated, stress concentration can be reduced and strength can be increased.

(2) 前記曲面部は、前記内壁面のうち、前記第1円盤部と前記ブレードとの境界部の少なくとも一部に形成されている(1)に記載のインペラ。
このインペラによれば、第1円盤部とブレードとの境界部に応力集中が生じにくくなる。
(2) The impeller according to (1), wherein the curved surface portion is formed on at least a portion of the boundary between the first disk portion and the blade, on the inner wall surface.
According to this impeller, stress concentration is less likely to occur at the boundary between the first disk portion and the blade.

(3) 前記曲面部は、前記内壁面のうち、前記第ハブ側の面と前記シュラウド側の面との少なくも一方に形成されている(1)又は(2)に記載のインペラ。
このインペラによれば、ハブ及びシュラウドの肉厚を薄くでき、軽量化が図れる。
(3) The impeller according to (1) or (2), wherein the curved surface portion is formed on at least one of a surface on the hub side and a surface on the shroud side of the inner wall surface.
According to this impeller, the wall thickness of the hub and shroud can be reduced, and the weight can be reduced.

(4) 前記流体流路は、前記内壁面のうち、前記第2円盤部と前記ブレードとの境界部の少なくとも一部に形成されている(1)~(3)のいずれか1つに記載のインペラ。
このインペラによれば、シュラウドとブレードの境界部に応力集中が生じにくくなる。
(4) The fluid flow path is defined in any one of (1) to (3), wherein the fluid flow path is formed in at least a portion of the boundary between the second disk portion and the blade on the inner wall surface. impeller.
According to this impeller, stress concentration is less likely to occur at the boundary between the shroud and the blades.

(5) 前記流体流路は、前記第1円盤部及び前記第2円盤部の内周縁に、前記軸線に沿った入口側流体流路と屈曲して接続される連結部が設けられている(1)~(4)のいずれか1つに記載のインペラ。
このインペラによれば、屈曲した連結部を流体が通過することで生じる応力を低減できる。
(5) The fluid flow path is provided with a connecting portion bent and connected to the inlet side fluid flow path along the axis at the inner peripheral edge of the first disk portion and the second disk portion ( The impeller according to any one of 1) to (4).
According to this impeller, it is possible to reduce stress caused by fluid passing through the bent connection portion.

(6) 前記流体流路の長手方向直交断面において、前記内壁面の断面形状は三角状であり、当該三角状の角部は曲線形状である(1)~(5)のいずれか1つに記載のインペラ。
このインペラによれば、流体流路の内壁面の角部における断面形状が曲線形状であることで、各角部での応力集中が緩和されて強度を高められる。
(6) In any one of (1) to (5), in a cross section orthogonal to the longitudinal direction of the fluid flow path, the cross-sectional shape of the inner wall surface is triangular, and the corners of the triangular shape are curved. Impeller as described.
According to this impeller, since the cross-sectional shape at the corners of the inner wall surface of the fluid flow path is curved, stress concentration at each corner is alleviated and the strength can be increased.

(7) 前記流体流路を形成する部分に対応する前記シュラウド及び前記ハブのうち少なくとも一方の外表面は、前記内壁面に沿った曲面である(1)~(6)のいずれか1つに記載のインペラ。
このインペラによれば、シュラウド又はハブの肉厚が薄くなり、軽量化が図れる。
(7) The outer surface of at least one of the shroud and the hub corresponding to the portion forming the fluid flow path is a curved surface along the inner wall surface, according to any one of (1) to (6). Impeller as described.
According to this impeller, the wall thickness of the shroud or hub is reduced, and weight reduction can be achieved.

(8) 前記流体流路を形成する部分に対応する前記シュラウド及び前記ハブの外表面は、それぞれ前記内壁面に沿った曲面である(1)~(6)のいずれか1つに記載のインペラ。
このインペラによれば、シュラウド及びハブの双方の肉厚が薄くなり、更に大きく軽量化できる。
(8) The impeller according to any one of (1) to (6), wherein outer surfaces of the shroud and the hub corresponding to the portions forming the fluid flow path are curved surfaces that follow the inner wall surface, respectively. .
According to this impeller, the wall thickness of both the shroud and the hub can be reduced, and the weight can be further reduced.

(9) 前記流体流路を形成する部分に対応する前記シュラウド及び前記ハブの肉厚は、前記ブレードの肉厚よりも薄い(1)~(8)のいずれか1つに記載のインペラ。
このインペラによれば、ブレードの強度を確保しつつ、全体として軽量化が図れる。
(9) The impeller according to any one of (1) to (8), wherein the wall thickness of the shroud and the hub corresponding to the portion forming the fluid flow path is thinner than the wall thickness of the blade.
According to this impeller, the overall weight can be reduced while ensuring the strength of the blades.

(10) 前記シュラウド、前記ブレード及び前記ハブは、金属材料が積み重なって一体に形成されている(1)~(9)のいずれか1つに記載のインペラ。
このインペラによれば、金属材料の積層構造体であることで、設計自由度の高い高強度な構成にできる。
(10) The impeller according to any one of (1) to (9), wherein the shroud, the blade, and the hub are integrally formed by stacking metal materials.
According to this impeller, since it is a laminated structure of metal materials, it can have a high-strength structure with a high degree of freedom in design.

(11) (1)~(10)のいずれか1つに記載のインペラの製造方法であって、
金属粉末を所定の厚さでベース上に供給し、供給された前記金属粉末をレーザ光の照射により溶融、凝固させて肉盛層を形成する工程と、
形成された前記肉盛層の上に新たに前記金属粉末を所定に厚さに供給して、レーザ光の照射により前記金属粉末を溶融、凝固させる手順を繰り返し、複数の肉盛層を順次積層する工程と、
を有し、
前記肉盛層を前記インペラの形状に積層造形するインペラの製造方法。
このインペラの製造方法によれば、所望の曲率半径を有する曲面部を適切な箇所に効率よく形成できるため、応力集中が生じにくい高強度のインペラを製造できる。
(11) A method for manufacturing an impeller according to any one of (1) to (10), comprising:
supplying metal powder to a predetermined thickness onto the base, melting and solidifying the supplied metal powder by irradiation with laser light to form a built-up layer;
The procedure of newly supplying the metal powder to a predetermined thickness on the formed overlay layer, melting and solidifying the metal powder by irradiation with laser light is repeated, and a plurality of overlay layers are sequentially laminated. The process of
has
A method for manufacturing an impeller, comprising layer-manufacturing the built-up layer into the shape of the impeller.
According to this method of manufacturing an impeller, a curved surface portion having a desired radius of curvature can be efficiently formed at an appropriate location, so a high-strength impeller that is less prone to stress concentration can be manufactured.

1、1A,1B,1C,1D,1E,1F,1G,1H インペラ
10 ハブ
11 第1円筒部
12 第1円盤部
20 ブレード
30 シュラウド
31 第2円筒部
32 第2円盤部
41 流体流路
42 連結部
50 内壁面
51 ブレード内壁面
52 第1円盤部内壁面
53 第2円盤部内壁面
54,55 斜面
57 第1円盤部外表面
58 第2円盤部外表面
60 境界部
70 曲面部
1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, 1H Impeller 10 Hub 11 First cylindrical part 12 First disc part 20 Blade 30 Shroud 31 Second cylindrical part 32 Second disc part 41 Fluid flow path 42 Connection Part 50 Inner wall surface 51 Inner wall surface of the blade 52 Inner wall surface of the first disk portion 53 Inner wall surface of the second disk portion 54, 55 Slope 57 Outer surface of the first disk portion 58 Outer surface of the second disk portion 60 Boundary portion 70 Curved surface portion

Claims (6)

軸線を中心とした第1円盤部を有するハブと、
前記第1円盤部に放射状に延びて配置され、前記ハブの回転に伴って前記軸線に沿って流入する流体を、前記第1円盤部の径方向内側から径方向外側に案内する複数のブレードと、
前記ブレードを前記軸線の方向に挟んで、前記第1円盤部に対向して配置された第2円盤部を有するシュラウドと、
を備え、
前記ブレードは、前記軸線を中心とする周方向に互いに間隔を空けて湾曲して配置され、
前記第1円盤部と前記第2円盤部との間には、複数の前記ブレードにより区画された流体流路が形成され、
前記流体流路を囲む、前記ハブ、前記ブレード及び前記シュラウドのそれぞれの内壁面の一部に、前記流体流路の長手方向直交断面において、前記ブレードの肉厚よりも大きな曲率半径の曲面部が設けられ
前記流体流路を形成する部分に対応する前記シュラウド及び前記ハブのうち少なくとも一方の外表面は、前記内壁面に沿った曲面である、
インペラ。
a hub having a first disk portion centered on the axis;
a plurality of blades that are arranged to extend radially in the first disc part and guide fluid flowing in along the axis as the hub rotates from a radial inside of the first disc part to a radial outside of the first disc part; ,
a shroud having a second disk portion disposed opposite to the first disk portion with the blade in the direction of the axis;
Equipped with
The blades are curved and arranged at intervals in a circumferential direction about the axis,
A fluid flow path defined by a plurality of the blades is formed between the first disc part and the second disc part,
A curved surface portion having a radius of curvature larger than a wall thickness of the blade in a cross section orthogonal to the longitudinal direction of the fluid flow path is formed on a portion of the inner wall surface of each of the hub, the blade, and the shroud surrounding the fluid flow path. established ,
an outer surface of at least one of the shroud and the hub corresponding to a portion forming the fluid flow path is a curved surface along the inner wall surface;
impeller.
軸線を中心とした第1円盤部を有するハブと、
前記第1円盤部に放射状に延びて配置され、前記ハブの回転に伴って前記軸線に沿って流入する流体を、前記第1円盤部の径方向内側から径方向外側に案内する複数のブレードと、
前記ブレードを前記軸線の方向に挟んで、前記第1円盤部に対向して配置された第2円盤部を有するシュラウドと、
を備え、
前記ブレードは、前記軸線を中心とする周方向に互いに間隔を空けて湾曲して配置され、
前記第1円盤部と前記第2円盤部との間には、複数の前記ブレードにより区画された流体流路が形成され、
前記流体流路を囲む、前記ハブ、前記ブレード及び前記シュラウドのそれぞれの内壁面の一部に、前記流体流路の長手方向直交断面において、前記ブレードの肉厚よりも大きな曲率半径の曲面部が設けられ
前記流体流路を形成する部分に対応する前記シュラウド及び前記ハブの外表面は、それぞれ前記内壁面に沿った曲面である
インペラ。
a hub having a first disk portion centered on the axis;
a plurality of blades that are arranged to extend radially in the first disc part and guide fluid flowing in along the axis as the hub rotates from a radial inside of the first disc part to a radial outside of the first disc part; ,
a shroud having a second disk portion disposed opposite to the first disk portion with the blade in the direction of the axis;
Equipped with
The blades are curved and arranged at intervals in a circumferential direction about the axis,
A fluid flow path defined by a plurality of the blades is formed between the first disc part and the second disc part,
A curved surface portion having a radius of curvature larger than a wall thickness of the blade in a cross section orthogonal to the longitudinal direction of the fluid flow path is formed on a portion of the inner wall surface of each of the hub, the blade, and the shroud surrounding the fluid flow path. established ,
The outer surfaces of the shroud and the hub corresponding to the portions forming the fluid flow path are respectively curved surfaces along the inner wall surface .
impeller.
前記流体流路は、前記第1円盤部及び前記第2円盤部の内周縁に、前記軸線に沿った入口側流体流路と屈曲して接続される連結部が設けられている請求項1又は2に記載のインペラ。 2. The fluid flow path according to claim 1, wherein a connecting portion is provided at an inner peripheral edge of the first disk portion and the second disk portion to be bent and connected to the inlet side fluid flow path along the axis. 2. The impeller according to 2 . 前記流体流路を形成する部分に対応する前記シュラウド及び前記ハブの肉厚は、前記ブレードの肉厚よりも薄い請求項1~のいずれか1項に記載のインペラ。 The impeller according to any one of claims 1 to 3 , wherein the wall thickness of the shroud and the hub corresponding to the portion forming the fluid flow path is thinner than the wall thickness of the blade. 前記シュラウド、前記ブレード及び前記ハブは、金属材料が積み重なって一体に形成されている請求項1~のいずれか1項に記載のインペラ。 The impeller according to any one of claims 1 to 4 , wherein the shroud, the blades, and the hub are integrally formed by stacking metal materials. 請求項1~のいずれか1項に記載のインペラの製造方法であって、
金属粉末を所定の厚さでベース上に供給し、供給された前記金属粉末をレーザ光の照射により溶融、凝固させて肉盛層を形成する工程と、
形成された前記肉盛層の上に新たに前記金属粉末を所定に厚さに供給して、レーザ光の照射により前記金属粉末を溶融、凝固させる手順を繰り返し、複数の肉盛層を順次積層する工程と、
を有し、
前記肉盛層を前記インペラの形状に積層造形するインペラの製造方法。
A method for manufacturing an impeller according to any one of claims 1 to 5 , comprising:
supplying metal powder to a predetermined thickness onto the base, melting and solidifying the supplied metal powder by irradiation with laser light to form a built-up layer;
The procedure of newly supplying the metal powder to a predetermined thickness on the formed overlay layer, melting and solidifying the metal powder by irradiation with laser light is repeated, and a plurality of overlay layers are sequentially laminated. The process of
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