JP2002194525A - 耐摩耗性を有するツインフロー型タービンハウジング及び該ツインフロー型タービンハウジングの耐摩耗溶射方法 - Google Patents

耐摩耗性を有するツインフロー型タービンハウジング及び該ツインフロー型タービンハウジングの耐摩耗溶射方法

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JP2002194525A
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Keiji Sonoya
啓嗣 園家
Ryoichi Katsuya
涼一 勝谷
Hajime Wakabayashi
元 若林
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スクロールの内周壁面の耐摩耗性を高め、破
孔等の損傷を防止し、寿命を延ばすことができるように
する。 【解決手段】 ガス通路2を形成するスクロール3の内
周面に仕切壁4を設けて、ガス通路2をガス通路部2a
と2bとにタービン軸方向に分割するようにしたツイン
フロー型タービンハウジングとする。スクロール3の内
周壁面に、クロムカーバイドを高速フレーム溶射法によ
り溶射して溶射皮膜5を形成する。スクロール3の巻き
終り部の舌部3aの近傍領域に、他の領域よりも膜厚の
厚い溶射皮膜5aを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は過給機において排ガ
スをタービン翼車に導くためのガス通路を形成する耐摩
耗性を有するツインフロー型タービンハウジング及び該
ツインフロー型タービンハウジングの耐摩耗溶射方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】たとえば、舶用ディーゼル補機に搭載す
る過給機では、該過給機の低速性能の向上を図る一手段
として、タービンハウジング内部のガス通路をタービン
軸方向に仕切壁で分割し、動圧を利用したり各分割ガス
通路部をエンジンの運転状況に合わせて選択的に使用す
る可変容量の考え方が採用されている。
【0003】図5(イ)(ロ)は上記タービンハウジン
グ内部に2つのガス通路部を形成したツインフロー型タ
ービンハウジング1を示すもので、該タービンハウジン
グ1は、通常、鋳鉄(4%C−3%Si)製としてあ
り、ガス通路2を形成するスクロール3の内周面に径方
向に張り出すように仕切壁4が一体に設けられ、ガス通
路2がタービン軸方向に分割されて、2つのガス通路部
2a,2bとされ、該2つのガス通路部2a,2bから
排ガスがタービン翼車(図示せず)に導かれるようにし
てある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記鋳鉄製
のツインフロー型タービンハウジング1の場合、導入さ
れる燃焼排ガス中に含まれる微粒子(主成分:50%A
−50SiO、粒径:10〜50μm)の衝
突作用により、ガス通路部2a,2bの外周面となるス
クロール3の内周壁面が侵食(エロージョン)されて摩
耗し易く、特に、スクロール3の巻き終り部となる舌部
3aの近傍領域のガス通路外周部では、時として、破孔
が発生する場合もある。
【0005】そこで、本発明は、ツインフロー型タービ
ンハウジングにおいて、スクロール内周壁面の耐摩耗性
を向上させて寿命を延ばすことができるようにしようと
するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、ガス通路を形成するスクロールの内周面
に2つのガス通路部が形成されるようにしてあるツイン
フロー型タービンハウジングにおいて、上記スクロール
の内周壁面に、クロムカーバイドによる溶射皮膜を形成
してなる構成とし、更に、スクロール内周面の舌部近傍
領域の溶射皮膜の膜厚を他の領域の膜厚よりも厚くした
構成を有する耐摩耗性を有するツインフロー型タービン
ハウジングとすることにより、スクロール内周壁の耐摩
耗性を高めることができて、寿命を大幅に延ばすことが
できるようになる。
【0007】又、ガス通路を形成するスクロールの内周
面に2つのガス通路部が形成されるようにしてあるツイ
ンフロー型タービンハウジングを、ターンテーブル上に
載置し、且つ該タービンハウジング内に、先端に横向き
のノズルを有する内径ガンを下向きに挿入し、上記ター
ンテーブルによりタービンハウジングを回転させなが
ら、一方のガス通路部側のスクロール内周壁面に、内径
ガンによりクロムカーバイドを溶射して溶射皮膜を形成
させ、次に、上記タービンハウジングを上下に反転させ
てターンテーブル上に載置した後、他方のガス通路部側
のスクロール内周壁面に、同様に溶射皮膜を形成させる
ようにし、更に、ターンテーブルを所要角度範囲だけ反
復回転させる工程を付加して、スクロールの巻き終り部
となる舌部近傍領域のみに、他の領域よりも膜厚の厚い
溶射皮膜を形成させるようにするツインフロー型タービ
ンハウジングの耐摩耗溶射方法とすることにより、2つ
のガス通路部が併存するスクロールの内周壁面に溶射皮
膜を容易に且つ合理的に形成させることができる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
【0009】図1(イ)(ロ)は本発明の実施の一形態
を示すもので、図5(イ)(ロ)に示したと同様に、ガ
ス通路2を形成するスクロール3の内周面に、径方向に
張り出すように設けた仕切壁4により、ガス通路2をタ
ービン軸方向に2つのガス通路部2aと2bに分割する
ようにしてあるツインフロー型タービンハウジングにお
いて、本発明のタービンハウジング1´は、ガス通路部
2a,2bの外周面となるスクロール3の内周壁面に、
クロムカーバイドを溶射して溶射皮膜5を形成して耐摩
耗性を付与した構成とし、又、上記スクロール3の巻き
終り部となる舌部3aの近傍領域に、他の領域の溶射皮
膜5の膜厚よりも厚い溶射皮膜5aを形成して耐摩耗性
を付与した構成とする。
【0010】本発明の耐摩耗性を有するタービンハウジ
ング1´とするために、上記スクロール3のガス通路部
2a側と2b側の内周壁面へクロムカーバイドを溶射し
て溶射皮膜5,5aを形成し耐摩耗性を付与させるよう
にする方法は、図2(イ)(ロ)に示す方法により行う
ようにする。
【0011】先ず、図2(イ)に示す如く、予め、ター
ビンハウジング1´を載置させるためのターンテーブル
6と、溶射ガンを操作するロボット7を用意し、該ロボ
ット7のアーム8の先端部に、先端にノズル9を横向き
に取り付けた溶射ガンとしての内径ガン10を保持させ
て内径ガン10の向きを任意の方向に向けられるように
し、上記ターンテーブル6上に、テーブル回転軸心とタ
ービン軸心とが一致するようにタービンハウジング1´
を載置し、更に、該タービンハウジング1´のスクロー
ル3以外の内面領域を、マスキング治具11aや11b
を用いてマスキングした状態とする。
【0012】上記の状態において、タービンハウジング
1´内に内径ガン10を下向きの姿勢で挿入して、ノズ
ル9の向きである溶射方向を、排ガス出口側のガス通路
部2aへ向けるようにし、ターンテーブル6を回転させ
ながら、内径ガン10によりガス通路部2a側のスクロ
ール3の内周壁面に、溶射皮膜材料としてのクロムカー
バイドを高速フレーム溶射法により溶射して、たとえ
ば、膜厚が150〜500μmの溶射皮膜5を形成させ
ると、ターンテーブル6の回転と内径ガン10による溶
射を一旦停止させるようにする。次に、ターンテーブル
6の回転調整により、タービンハウジング1´のスクロ
ール3の舌部3aの位置を、内径ガン10による溶射方
向に合わせた後、この位置で、ターンテーブル6を前後
に所要角度だけ反復回動変位させながら、内径ガン10
によりクロムカーバイドを集中的に溶射して、舌部3a
近傍領域に、他の領域よりも膜厚が厚い溶射皮膜5aを
形成させるようにする。なお、上記溶射皮膜5を形成す
るためのクロムカーバイドとしては、タービンハウジン
グ1´の母材となる鋳鉄に対する密着性が得られ易いよ
うに、たとえば、Cr+10%Coの組成とした
サーメットを用いるようにする。
【0013】上記のようにして、タービンハウジング1
´のガス通路部2a側のスクロール3の内周壁面への溶
射皮膜5の形成が終了すると、次に、図2(ロ)に示す
如く、タービンハウジング1´を、天地を逆にしてター
ンテーブル6上に載置した後、ガス通路部2b側のスク
ロール3の内周壁面に、上述したガス通路部2a側のス
クロール3の内周壁面への作業と同じ要領で溶射皮膜
5,5aを形成させるようにする。
【0014】上記構成により、本発明のタービンハウジ
ング1´の摩耗し易い個所であるスクロール3の内周壁
面には、クロムカーバイドによる溶射皮膜5が所要の膜
厚となるように形成されているため、ガス通路部2a,
2bを通る燃焼排ガス中の微粒子がスクロール3の内周
壁面に衝突しても、該スクロール3の内周壁面は侵食さ
れにくく、耐摩耗性を有していることになる。したがっ
て破孔等の損傷が生じさせるおそれが少なくなり、寿命
を大幅に延ばすことができる。又、特に損傷を受け易い
スクロール3の巻き終り部となる舌部3aの近傍領域に
は、他の領域よりも膜厚の厚い溶射皮膜5aが形成して
あるため、寿命延長上より有利となる。
【0015】なお、上記実施の形態では、溶射皮膜材料
として、スクロール3の内周壁面への密着性を高めるた
めに、Cr+10%Coを用いるようにした場合
を示したが、Cr+20%NiCrであってもよ
いこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内におい
て種々変更を加え得ることは勿論である。
【0016】
【実施例】上記構成とした本発明のタービンハウジング
1´の耐摩耗性を評価するために行ったブラストエロー
ジョン試験結果について説明する。
【0017】試験体として、表面に溶射皮膜を施さない
球状黒鉛鋳鉄板aと、表面にクロムカーバイドの高速フ
レーム溶射による溶射皮膜を500μmの厚さに形成し
た球状黒鉛鋳鉄板bとを用意し、これらの表面に対し、
タービンハウジングの運転条件下での耐摩耗性比較試験
として、温度を550℃、粒子濃度を100mg/s、
衝突角度を30deg、衝突速度を200m/sとした
試験条件で試験したところ、図3に示す如く、試験体a
の摩耗速度は9.0μm/hr、試験体bの摩耗速度は
0.09μm/hrであり、試験体bは試験体aよりも
100倍も耐摩耗性が高いという結果が得られた。又、
この結果から、溶射皮膜5のない従来のタービンハウジ
ング1と溶射皮膜5を形成した本発明のタービンハウジ
ング1´の寿命を推定すると、スクロール3の肉厚(内
壁初期厚さ)を6mmとした場合、図4に示す如く、従
来のタービンハウジング1は680時間、本発明のター
ビンハウジング1´は5680時間となり、溶射皮膜5
を施工することにより8倍以上の寿命延長となる。因
に、上記ブラストエロージョン試験を300℃の大気圧
下において行った結果は、試験体aの摩耗速度が9.5
μm/hr、試験体bの摩耗速度が0.1μm/hrで
あった。
【0018】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明の耐摩耗性を有
するツインフロー型タービンハウジングによれば、ガス
通路を形成するスクロールの内周面に2つのガス通路部
が形成されるようにしてあるツインフロー型タービンハ
ウジングにおいて、上記スクロールの内周壁面に、クロ
ムカーバイドによる溶射皮膜を形成してなる構成として
あるので、スクロールの内周壁面の耐摩耗性を高めるこ
とができ、これにより、ガス通路を通る燃焼排ガス中の
微粒子による摩耗を受けても侵食されにくくなって、寿
命を大幅に延ばすことができ、更に、スクロール内周面
の舌部近傍領域の溶射皮膜の膜厚を他の領域の膜厚より
も厚くした構成とすることにより、寿命延長の面でより
有利となる、等の優れた効果を発揮する。
【0019】又、本発明のツインフロー型タービンハウ
ジングの耐摩耗溶射方法によれば、ガス通路を形成する
スクロールの内周面に2つのガス通路部が形成されるよ
うにしてあるツインフロー型タービンハウジングを、タ
ーンテーブル上に載置し、且つ該タービンハウジング内
に、先端に横向きのノズルを有する内径ガンを下向きに
挿入し、上記ターンテーブルによりタービンハウジング
を回転させながら、一方のガス通路部側のスクロール内
周壁面に、内径ガンによりクロムカーバイドを溶射して
溶射皮膜を形成させ、次に、上記タービンハウジングを
上下に反転させてターンテーブル上に載置した後、他方
のガス通路部側のスクロール内周壁面に、同様に溶射皮
膜を形成させるようにするので、2つのガス通路部が併
存するスクロール内周壁面に溶射皮膜を容易に形成する
ことができて耐摩耗性を高めることができ、又、ターン
テーブルを所要角度範囲だけ反復回転させる工程を付加
して、スクロールの巻き終り部となる舌部近傍領域のみ
に、他の領域よりも膜厚の厚い溶射皮膜を形成させるよ
うにすることにより、摩耗条件に適した合理的な溶射方
法とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の耐摩耗性を有するツインフロー型ター
ビンハウジングの実施の一形態を示すもので、(イ)は
切断側面図、(ロ)は(イ)のA−A方向矢視図であ
る。
【図2】スクロール内周壁面に耐摩耗性を付与させる方
法を示すもので、(イ)は一方のガス通路部側に溶射皮
膜を形成している状態を示す図、(ロ)は他方のガス通
路部側に溶射皮膜を形成している状態を示す図である。
【図3】ブラストエロージョン試験結果を示す図であ
る。
【図4】図3の試験結果から推定したタービンハウジン
グの寿命を示す図である。
【図5】従来のツインフロー型タービンハウジングの一
例を示すもので、(イ)は切断側面図、(ロ)は(イ)
のB−B方向矢視図である。
【符号の説明】
1´ タービンハウジング 2 ガス通路 2a,2b ガス通路部 3 スクロール 3a 舌部 4 仕切壁 5 溶射皮膜 5´ 溶射皮膜 6 ターンテーブル 9 ノズル 10 内径ガン(溶射ガン)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F01D 25/00 F01D 25/00 L 25/24 25/24 E N F02B 39/00 F02B 39/00 D U (72)発明者 若林 元 神奈川県横浜市磯子区新中原町1番地 石 川島播磨重工業株式会社生産技術開発セン ター内 Fターム(参考) 3G005 EA16 FA14 FA41 GB24 GB25 KA02 KA05 KA07 4D075 AA19 AA37 AA67 AA76 CA02 CA13 CA33 DA19 DA23 DB02 DC16 EA02 EB01 4K031 AA02 AA08 AB02 AB08 CB08 CB14 CB21 CB22 CB45 DA01 EA02 EA05

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガス通路を形成するスクロールの内周面
    に2つのガス通路部が形成されるようにしてあるツイン
    フロー型タービンハウジングにおいて、上記スクロール
    の内周壁面に、クロムカーバイドによる溶射皮膜を形成
    してなる構成を有することを特徴とする耐摩耗性を有す
    るツインフロー型タービンハウジング。
  2. 【請求項2】 スクロール内周面の舌部近傍領域の溶射
    皮膜の膜厚を他の領域の膜厚よりも厚くした請求項1記
    載の耐摩耗性を有するツインフロー型タービンハウジン
    グ。
  3. 【請求項3】 ガス通路を形成するスクロールの内周面
    に2つのガス通路部が形成されるようにしてあるツイン
    フロー型タービンハウジングを、ターンテーブル上に載
    置し、且つ該タービンハウジング内に、先端に横向きの
    ノズルを有する内径ガンを下向きに挿入し、上記ターン
    テーブルによりタービンハウジングを回転させながら、
    一方のガス通路部側のスクロール内周壁面に、内径ガン
    によりクロムカーバイドを溶射して溶射皮膜を形成さ
    せ、次に、上記タービンハウジングを上下に反転させて
    ターンテーブル上に載置した後、他方のガス通路部側の
    スクロール内周壁面に、同様に溶射皮膜を形成させるよ
    うにすることを特徴とするツインフロー型タービンハウ
    ジングの耐摩耗溶射方法。
  4. 【請求項4】 ターンテーブルを所要角度範囲だけ反復
    回転させる工程を付加して、スクロールの巻き終り部と
    なる舌部近傍領域のみに、他の領域よりも膜厚の厚い溶
    射皮膜を形成させるようにする請求項3記載のツインフ
    ロー型タービンハウジングの耐摩耗溶射方法。
JP2000398794A 2000-12-27 2000-12-27 耐摩耗性を有するツインフロー型タービンハウジング及び該ツインフロー型タービンハウジングの耐摩耗溶射方法 Pending JP2002194525A (ja)

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