CN108699964A - 涡轮机轴以及增压器 - Google Patents

Abstract

涡轮机轴(20)具备：涡轮机叶轮(9)，其具有设于主体部(21)的背面(21b)的突出部(24)、和设于主体部(21)的背面(21b)中的比突出部(24)更靠径向外侧的被焊接面(23)；以及传动轴(8)，其具有设于一端面(8a)且供突出部插通的端孔(25)、设为比端孔(25)更靠径向外侧且被焊接于被焊接面(23)的焊接面(26)、设为比焊接面(26)更靠另一端侧的第二密封件槽(28)、以及形成于焊接面(26)与第二密封件槽(28)之间且从焊接面(26)侧朝向第二密封件槽(28)侧向径向外侧扩径的扩径部(29)。

Description

涡轮机轴以及增压器

技术领域

本公开涉及具备传动轴和叶轮的涡轮机轴以及增压器。

背景技术

现今，公知有一种传动轴旋转自如地轴支承于轴承壳体的增压器。在传动轴的一端设有涡轮机叶轮。在传动轴的另一端设有压缩机叶轮。这样的增压器与发动机连接。涡轮机叶轮因从发动机排出的排出气体而旋转。因涡轮机叶轮的旋转，压缩机叶轮经由传动轴而旋转。这样，增压器伴随压缩机叶轮的旋转来压缩空气，之后将其送出至发动机。

在专利文献1中记载有一种叶轮与传动轴的焊接构造。具体而言，在设于叶轮的背面的凹陷部插入有形成于传动轴的前端的插入部。并且，在传动轴的靠插入部的基端侧，且在比凹陷部更向径向外侧突出的部位形成有焊接面。该传动轴的焊接面在轴向上抵接于叶轮的背面。利用电子束来焊接焊接面。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-194528号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，在传动轴的外周面形成有密封件槽。在密封件槽设有密封圈。密封件槽所要求的尺寸精度较高。为了抑制传动轴与叶轮的焊接时的热量所引起的热变形，期望抑制从焊接部分向密封件槽导热的技术的开发。

本公开的目的在于提供能够抑制从传动轴与叶轮的焊接部分向密封件槽导热的涡轮机轴以及增压器。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，本公开的一个方案的涡轮机轴具备叶轮和传动轴，上述叶轮具有：突出部，其设于主体部的背面；以及被焊接面，其设于主体部的背面中的比突出部更靠径向外侧，上述传动轴具有：端孔，其设于一端面，且供突出部插通；焊接面，其设为比端孔更靠径向外侧，且被焊接于被焊接面；密封件槽，其设为比焊接面更靠另一端侧；以及扩径部，其形成于焊接面与密封件槽之间，且从焊接面侧朝向密封件槽侧向径向外侧扩径。

优选密封件槽的底面位于比焊接面更靠径向外侧。

优选密封件槽形成为比端孔更靠另一端侧。

优选具备：中心孔，其设于传动轴的端孔的底面，且在轴向上凹陷；以及弯曲部，其设于中心孔的内周面，且包括轴心在内的截面形状呈曲线。

为了解决上述课题，本公开的一个方案的增压器具备上述涡轮机轴。

发明的效果如下。

根据本公开，能够抑制从传动轴与叶轮的焊接部分向密封件槽导热。

附图说明

图1是增压器的简要剖视图。

图2是用于说明涡轮机轴的说明图。

图3是用于说明涡轮机轴的焊接构造的说明图。

图4是将图3的虚线部分放大的提取图。

图5是用于说明第一比较例的第一图。

图6是用于说明第一比较例的第二图。

图7是用于说明第二比较例的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开的实施方式进行详细说明。该实施方式所示的尺寸、材料、其它具体的数值等只不过是用于使发明的理解变得容易的示例，除特别说明的情况之外，并不对本公开进行限定。此外，在本说明书以及附图中，对于实际上具有相同的功能、结构的要件，通过标注相同的符号来省略重复说明。并且，省略与本公开没有直接关系的要件的图示。

图1是增压器C的简要剖视图。以下，将图1所示的箭头L方向作为增压器C的左侧进行说明。将箭头R方向作为增压器C的右侧进行说明。如图1所示，增压器C构成为具备增压器主体1。该增压器主体1具备轴承壳体2。涡轮机壳体4通过紧固螺栓3而安装于轴承壳体2的左侧的一端面。压缩机壳体6通过紧固螺栓5而安装于轴承壳体2的右侧的一端面。

在轴承壳体2形成有轴承孔2a。轴承孔2a在增压器C的左右方向上贯通。在轴承孔2a设有轴承7。由轴承7将传动轴8轴支承为旋转自如。在传动轴8的左端部设有涡轮机叶轮9(叶轮)。涡轮机叶轮9旋转自如地收纳在涡轮机壳体4内。并且，在传动轴8的右端部设有压缩机叶轮10。压缩机叶轮10旋转自如地收纳在压缩机壳体6内。

在压缩机壳体6形成有吸气口11。吸气口11在增压器C的右侧开口。吸气口11与未图示的空气净化器连接。并且，在利用紧固螺栓5连结了轴承壳体2和压缩机壳体6的状态下，形成扩压流路12。扩压流路12由轴承壳体2与压缩机壳体6之间的对置面形成。扩压流路12使空气升压。扩压流路12呈环状地从传动轴8的径向内侧朝向外侧形成。扩压流路12在上述的径向内侧经由压缩机叶轮10而与吸气口11连通。

并且，在压缩机壳体6设有压缩机涡旋流路13。压缩机涡旋流路13呈环状。压缩机涡旋流路13例如位于比扩压流路12更靠传动轴8的径向外侧。压缩机涡旋流路13与未图示的发动机的吸气口连通。压缩机涡旋流路13也与扩压流路12连通。因此，若压缩机叶轮10旋转，则从吸气口11向压缩机壳体6内吸入空气。被吸入的空气在流通于压缩机叶轮10的叶片间的过程中因离心力的作用而增速。增速后的空气在扩压流路12以及压缩机涡旋流路13内升压。升压后的空气被引导至发动机的吸气口。

在涡轮机壳体4形成有喷出口14。喷出口14在增压器C的左侧开口。喷出口14与未图示的排出气体净化装置连接。并且，在涡轮机壳体4设有流路15和涡轮机涡旋流路16。涡轮机涡旋流路16呈环状。涡轮机涡旋流路16例如位于比流路15更靠涡轮机叶轮9的径向外侧。涡轮机涡旋流路16与未图示的气体流入口连通。涡轮机涡旋流路16对从未图示的发动机的排气歧管排出的排出气体进行引导。涡轮机涡旋流路16也与上述的流路15连通。因此，经由流路15以及涡轮机叶轮9的叶片间(后述的多个叶片22之间)向喷出口14引导从气体流入口被引导至涡轮机涡旋流路16的排出气体。被引导至喷出口14的排出气体在其流通过程中使涡轮机叶轮9旋转。

而且，上述的涡轮机叶轮9的旋转力经由传动轴8向压缩机叶轮10传递。如上所述，空气因压缩机叶轮10的旋转力而升压，并被引导至发动机的吸气口。

图2是用于说明涡轮机轴20的说明图。如图2所示，涡轮机轴20由传动轴8和例如径向式的涡轮机叶轮9构成。涡轮机叶轮9的主体部21在涡轮机轴20的轴向(以下简单地称作轴向)上从图2中左侧(一方侧)朝向图2中右侧(另一方侧)扩径。

而且，使主体部21的外周面21a面向轴向的一方侧。使主体部21的背面21b面向轴向的另一方侧。外周面21a以及背面21b的沿轴向观察时的外形例如呈圆形。主体部21的外周面21a的外径朝向轴向的另一方侧逐渐变大。

在外周面21a设有多个叶片22。多个叶片22在外周面21a的周向上分离。多个叶片22从外周面21a沿径向突出。

并且，主体部21的背面21b的径向内侧沿轴向突出。具体而言，背面21b的径向内侧的部位比涡轮机叶轮9(叶片22)沿轴向延伸的位置更向传动轴8侧(压缩机叶轮10侧，图2中右侧)突出。例如在径向式涡轮机叶轮的情况下，如图2所示，比涡轮机叶轮9中的最靠径向外侧存在的最外周部22a(主体部21的外径最大的部分)更向右侧突出。

而且，在传动轴8的后述的端孔插通并焊接主体部21的背面21b的该突出部分。这样，传动轴8被接合在涡轮机叶轮9的主体部21的背面21b。

图3是用于说明涡轮机轴20的焊接构造的说明图。图3中提取地示出包括图2的虚线III部分的传动轴8的轴心在内的截面构造。

如图3所示，在主体部21的背面21b形成有被焊接面23。被焊接面23例如呈环状。被焊接面23被焊接于传动轴8。被焊接面23比设于上述的主体部21的叶片22的最外周部22a(参照图2)更沿轴向(向压缩机叶轮10侧，图2、图3中右侧)突出。

在主体部21的外径最大的部分(主体部21的最大径部分，在图2所示的径向式的涡轮机叶轮9的一个例子中是与最外周部22a大体相同的位置)的径向内侧，至径向外侧为止延伸有主体部21、叶片22。在主体部21的最大径部分，在运转时(涡轮机轴20的旋转时)作用的离心力变大。因此，传动轴8与涡轮机叶轮9之间的焊接部分的位置在轴向上从主体部21的最大径部分向压缩机叶轮10侧偏移。在该情况下，抑制焊接部分因离心力而产生位移。能够缓和应力集中。

在主体部21的背面21b中的被焊接面23的径向内侧形成有突出部24。突出部24比被焊接面23沿轴向突出。并且，在传动轴8的一端面8a设有端孔25。端孔25比后述的焊接面26更沿轴向凹陷。在端孔25插通涡轮机叶轮9的突出部24。通过在端孔25插通突出部24，来以使传动轴8和涡轮机叶轮9各自的轴心成为同轴的方式定位传动轴8和涡轮机叶轮9。

在传动轴8中的端孔25的径向外侧形成有焊接面26。在传动轴8的端孔25插通涡轮机叶轮9的突出部24。这样，在被焊接面23以及焊接面26抵接了的状态下，突出部24的前端面24a从端孔25的底面25a分离。即，传动轴8的在轴向上的定位通过焊接面26来进行。此处，例如认为被焊接面23以及焊接面26是与轴向垂直的面。

此时，焊接面26以及被焊接面23的外周侧暴露。相对于焊接面26以及被焊接面23，从外周侧起遍及周向地照射电子束、激光。这样，对焊接面26以及被焊接面23进行焊接。

并且，在传动轴8的外周面形成有第一密封件槽27、第二密封件槽28(密封件槽)。第一密封件槽27、第二密封件槽28位于比焊接面26更靠图3中右侧(另一端侧)。第一密封件槽27、第二密封件槽28从焊接面26侧起按照第一密封件槽27、第二密封件槽28的顺序配置。密封圈的内周侧分别在第一密封件槽27、第二密封件槽28插通。

图4是将图3的虚线部分放大的提取图。在图4中，传动轴8的焊接面26与涡轮机叶轮9的被焊接面23之间的焊接部分由交叉阴影线示出。在涡轮机轴20的旋转时，对涡轮机叶轮9的主体部21作用的离心应力所产生的位移量(图4中空心箭头a所示)比对传动轴8作用的离心应力所产生的位移量(图4中空心箭头b所示)稍大。此处，例如，对于涡轮机叶轮9的材质而言，考虑镍铬铁材料等Ni基超合金等。对于传动轴8的材质而言，考虑铬钼钢等高强度碳钢等。

图5、图6是用于说明第一比较例的图。图5中示出第一比较例中的与图3对应的部位的剖视图。图6中示出将图5的虚线部分放大的提取图。

如图5所示，在第一比较例中，在传动轴S₁设有突出部S₁a。在涡轮机叶轮T₁设有端孔T₁a。而且，在端孔T₁a插通有突出部S₁a。若传动轴S₁和涡轮机叶轮T₁旋转，则对涡轮机叶轮T₁作用的离心应力所产生的位移量(图6中空心箭头a所示)比对传动轴S₁作用的离心应力所产生的位移量(图6中空心箭头b所示)大。

其结果，在焊接部分中的突出部S₁a的外周面S₁b和端孔T₁a的内周面T₁b的附近(图6中，虚线的圆所示)作用拉伸应力。

在本实施方式中，在传动轴8设有端孔25。在涡轮机叶轮9设有突出部24。在该情况下，如上所述，与涡轮机叶轮9的突出部24的外周面24b相比，端孔25的内周面25b向图4中上侧位移的位移量较小。此时，在焊接部分中的突出部24的外周面24b和端孔25的内周面25b的附近(图4中虚线的圆所示)的径向上作用压缩应力。因此，即使因涡轮机轴20的旋转时的离心力，应力集中于焊接部分中的突出部24的外周面24b和端孔25的内周面25b的附近，也能够防止在由外周面24b和内周面25b形成的缝隙作为裂缝而沿轴向发展的方向上产生力。

并且，如图3所示，也可以在传动轴8的外周面中的焊接面26与第一密封件槽27(第二密封件槽28)之间形成有扩径部29。扩径部29以从焊接面26侧朝向第一密封件槽27侧的方式向径向外侧扩径。如图3所示，扩径部29的包括传动轴8的轴心在内的截面形状(以下，简单地称作截面形状)例如呈曲线。

换言之，扩径部29形成于间隔壁8b。间隔壁8b处于传动轴8中的第一密封件槽27与焊接面26之间。即，间隔壁8b的与轴向垂直的厚度(环状的截面积随着朝向第一密封件槽27而变大。并且，扩径部29例如从焊接面26的外周端起连续形成。

例如，在进行被焊接面23和焊接面26的焊接时，焊接所产生的热量在传动轴8中从焊接面26朝向第一密封件槽27、第二密封件槽28导热。此处，第一密封件槽27、第二密封件槽28所要求的尺寸精度较高。若第一密封件槽27、第二密封件槽28的热变形较大，则例如需要另行进行机械加工等，来确保精度。因此，期望抑制该热变形。在设置扩径部29的情况下，从焊接面26向第一密封件槽27、第二密封件槽28侧传导的热量在径向上扩散。从而能够抑制沿轴向到达的热量。其结果，能够缓和焊接时的导热所引起的第一密封件槽27、第二密封件槽28的热变形。

图7是用于说明第二比较例的说明图。如图7所示，在第二比较例中，传动轴S₂的最大外径与传动轴8的最大外径大致相等。未在传动轴S₂形成扩径部29。

在本实施方式中，相对于第二比较例，不改变传动轴8的最大外径地设置扩径部29。与第二比较例相比，焊接面26、被焊接面23、突出部24、端孔25位于更靠径向内侧。即，为了设置扩径部29，使突出部24的外周面24b以及端孔25的内周面25b相比第二比较例更向径向内侧偏移。

如第一比较例那样设置传动轴S₁的突出部S₁a，并设为在涡轮机叶轮T₁设有端孔T₁a。在该情况下，若在传动轴S₁设置扩径部S₁c，则涡轮机叶轮9的主体部21的最大径部分与突出部S₁a的径向距离变大。因此，因涡轮机轴20的旋转时的离心力，突出部S₁a的外周面S₁b以及端孔T₁a的内周面T₁b之间的位移差变大。焊接部分的拉伸应力进一步变大。

在本实施方式中，在传动轴8设有端孔25。在涡轮机叶轮9设有突出部24。压缩应力作用于焊接部分。因此，也适用于不改变传动轴8的最大外径地设置扩径部的情况。此处，涡轮机叶轮9的突出部24呈实心形状。因此，即使离心应力变大，位移量也难以变大。另一方面，与突出部24的外周面24b相比，传动轴8的端孔25的内周面25b相对于离心应力的增大而产生的位移的增加量更大。

其结果，涡轮机叶轮9的突出部24的外周面24b与端孔25的内周面25b之间的位移差缩小。因此，能够进一步抑制在焊接部分产生的压缩应力。

这样，在传动轴8设有端孔25。在涡轮机叶轮9设有突出部24。并在传动轴8设有扩径部29。其结果，增效地提高抑制应力集中于焊接部分的效果。从而能够抑制向第一密封件槽27、第二密封件槽28导热。

并且，如图3所示，第一密封件槽27的底面27a以及第二密封件槽28的底面28a也可以位于比焊接面26更靠径向外侧。在该情况下，被焊接面23和焊接面26的焊接所产生的热量朝向径向外侧而到达第一密封件槽27、第二密封件槽28。其结果，能够确保导热路径较长，从而能够抑制到达第一密封件槽27、第二密封件槽28的热量。

并且，第二密封件槽28也可以形成为比端孔25的底面25a更靠图3中右侧(另一端侧)。在该情况下，充分确保第二密封件槽28与端孔25之间的壁厚。从而能够提高强度。

并且，也可以在传动轴8的端孔25的底面25a设有在轴向上凹陷的中心孔30。中心孔30设为用于例如在传动轴8的加工时与传动轴8的中心(轴心)一致地将传动轴8安装于加工装置。

并且，也可以在中心孔30的内周面30a形成有弯曲部30b。弯曲部30b的截面形状呈曲线。弯曲部30b的截面形状例如呈中心侧比两端侧更朝向径向内侧突出的曲线。在设置弯曲部30b的情况下，缓和端孔25以及中心孔30附近的应力集中。从而能够提高传动轴8的强度。

以上，参照附图对实施方式进行了说明，但本公开当然不限定于这样的实施方式。对于本领域技术人员而言，在权利要求书所记载的范畴内能够想到各种变更例或者修正例，这是显而易见的，并且当然也了解它们属于技术范围。

例如，在上述的实施方式中，对设有第一密封件槽27、第二密封件槽28双方的情况进行了说明。但是，密封件槽并不限定于此。例如，也可以不设置第一密封件槽27，仅设置第二密封件槽28等，仅在传动轴8设置一个密封件槽。并且，在密封件槽位于比端孔25更靠另一端侧的情况下，与上述的实施方式相同，充分确保密封件槽与端孔25之间的壁厚。从而能够提高强度。

并且，在上述的实施方式中，对扩径部29从焊接面26的外周端起连续形成的情况进行了说明。但是，扩径部29并不限定于此。例如，在焊接面26与第一密封件槽27之间，设置部分扩大的区域即可。例如，扩径部29也可以在旋转轴方向上与焊接面26分离。并且，例如，扩径部29也可以不连续。例如，也可以在扩径部29的中途设置平行部等。在扩径部29从焊接面26的外周端起连续形成的情况下，加工性良好。从而能够提高生产率。

并且，在上述的实施方式中，对扩径部29的截面形状呈曲线的情况进行了说明。但是，若扩径部29以从焊接面26朝向第一密封件槽27、第二密封件槽28的方式向径向外侧扩径，则也可以例如呈直线。

另外，在上述的实施方式中，对突出部24位于扩径部29的径向内侧的情况进行了说明。但是，突出部24并不限定于此。例如，突出部24也可以延伸至比与扩径部29的径向内侧对应的区域更靠压缩机叶轮10侧。

另外，在上述的实施方式中，对第一密封件槽27的底面27a以及第二密封件槽28的底面28a位于比焊接面26更靠径向外侧的情况进行了说明。但是，第一密封件槽27的底面27a以及第二密封件槽28的底面28a也可以位于比焊接面26更靠径向内侧。第一密封件槽27的底面27a以及第二密封件槽28的底面28a也可以径向位置与焊接面26的径向位置相等。

另外，在上述的实施方式中，对第二密封件槽28形成为比端孔25更靠另一端侧的情况进行了说明。但是，第二密封件槽28也可以形成为比端孔25更靠一端侧。第二密封件槽28也可以轴向位置与端孔25的轴向位置相等。

另外，在上述的实施方式中，对在中心孔30的内周面30a形成有弯曲部30b的情况进行了说明。但是，弯曲部30b并非是必需的结构。

另外，在上述的实施方式中，对涡轮机叶轮9是径向式的情况进行了说明。但是，涡轮机叶轮9也可以是斜流式或者轴流式。

另外，在上述的实施方式中，对涡轮机叶轮9的外周面21a以及背面21b的沿轴向观察时的外径呈圆形的情况进行了说明。但是，涡轮机叶轮9的外周面21a以及背面21b并不限定于此。例如，也可以构成为：背面21b并非呈圆形(整圆)，并在背面21b中的多个叶片22之间设有切口(扇形)。

并且，在上述的实施方式中，以涡轮机轴20设于增压器C的情况为例进行了说明。但是，涡轮机轴20例如也可以设于燃气轮机等其它涡轮机。

工业上的可利用性

本公开能够利用于具备传动轴和叶轮的涡轮机轴以及增压器。

符号的说明

C—增压器，8—传动轴，8a—一端面，9—涡轮机叶轮(叶轮)，20—涡轮机轴，21—主体部，21a—外周面，21b—背面，22—叶片，23—被焊接面，24—突出部，25—端孔，25a—底面，26—焊接面，28—第二密封件槽(密封件槽)，28a—底面，29—扩径部，30—中心孔，30a—内周面，30b—弯曲部。

Claims (9)

1.一种涡轮机轴，其特征在于，

具备叶轮和传动轴，

上述叶轮具有：突出部，其设于主体部的背面；以及被焊接面，其设于上述主体部的背面中的比上述突出部更靠径向外侧，

上述传动轴具有：端孔，其设于一端面，且供上述突出部插通；焊接面，其设为比上述端孔更靠径向外侧，且被焊接于上述被焊接面；密封件槽，其设为比上述焊接面更靠另一端侧；以及扩径部，其形成于上述焊接面与上述密封件槽之间，且从上述焊接面侧朝向上述密封件槽侧向径向外侧扩径。

2.根据权利要求1所述的涡轮机轴，其特征在于，

上述密封件槽的底面位于比上述焊接面更靠径向外侧。

3.根据权利要求1所述的涡轮机轴，其特征在于，

上述密封件槽形成为比上述端孔更靠另一端侧。

4.根据权利要求2所述的涡轮机轴，其特征在于，

上述密封件槽形成为比上述端孔更靠另一端侧。

5.根据权利要求1所述的涡轮机轴，其特征在于，具备：

中心孔，其设于上述传动轴的端孔的底面，且在轴向上凹陷；以及

弯曲部，其设于上述中心孔的内周面，且包括轴心在内的截面形状呈曲线。

6.根据权利要求2所述的涡轮机轴，其特征在于，具备：

中心孔，其设于上述传动轴的端孔的底面，且在轴向上凹陷；以及

弯曲部，其设于上述中心孔的内周面，且包括轴心在内的截面形状呈曲线。

7.根据权利要求3所述的涡轮机轴，其特征在于，具备：

中心孔，其设于上述传动轴的端孔的底面，且在轴向上凹陷；以及

弯曲部，其设于上述中心孔的内周面，且包括轴心在内的截面形状呈曲线。

8.根据权利要求4所述的涡轮机轴，其特征在于，具备：

中心孔，其设于上述传动轴的端孔的底面，且在轴向上凹陷；以及

弯曲部，其设于上述中心孔的内周面，且包括轴心在内的截面形状呈曲线。

9.一种增压器，其特征在于，

具备上述权利要求1～8任一项中所述的涡轮机轴。