JP2005351274A - 流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】半径流圧縮機インペラ付きの流体機械、特に排気駆動式過給機を、破損したインペラの破片等の封じ込め保護性が向上するように改良する。
【解決手段】内側挿入ハウジング部分（６）を渦巻きハウジング部分（５）に固定するための可撓性固定装置（８）が少なくとも１本の伸びリーマボルト（１０）を有し、該リーマボルト（１０）が少なくとも１つの伸び軸部（１１）とはめ合いピン部（１２）とを有し、前記伸びリーマボルト（１０）のはめ合いピン部（１２）が、円周方向に作用する力を受けるべく、少なくとも挿入ハウジング部分（６）および渦巻きハウジング部分（５）のフランジ部ないし孔において圧力ばめで導かれる。
【選択図】図２

Description

本発明は請求項１又は４の前文に記載の流体機械、特に排気駆動式過給機に関する。

この種の流体機械は特許文献１で公知である。即ち特許文献１は、半径流圧縮機の形をした流体機械を開示している。この機械は、長手中央範囲で軸受ハウジング内に支持された軸を有し、該軸は軸受から突出した端部にタービンランナおよび半径流圧縮機インペラを支持している。該インペラはタービンランナで駆動され、軸上に回り止め結合されたハブを有し、該ハブの外周面に半径方向に突出する羽根を備えている。ハブの外側輪郭は圧縮機ハウジングの内側輪郭と共に、軸方向から半径方向に転向し、外に向けて狭まる流路を形成している。この流路の断面形状は羽根の形状に相当している。圧縮機ハウジングは剛性固定装置で軸受ハウジングに固定されている。ハブと羽根の直径は流れの入口から出口に向けて増大し、この結果圧縮機インペラの中央横断面に対し非対称的な縦断面およびそれに応じて圧縮機インペラの長さにわたり増大する質量分布も生じている。

かかる流体機械の圧縮機インペラは、不利な運転条件下での長期間の運転後、腐食、浸食および劣化に伴い、圧縮機インペラの破損が避けられない程に著しく弱体化する。圧縮機インペラが２，３個の大きな破片に割れる圧縮機インペラの破損時、それら破片はかなりの遠心力で外向きに投げ出される。この際、破片は圧縮機ハウジングから飛び出る。小形流体機械は比較的大きな壁厚と剛性のハウジング部品によって上述の衝撃ないし力を確実に受けることができる。しかるに大形流体機械では、ハウジング壁厚が鋳造技術上の理由から通常薄くされ、そのため上述のような破損時に、材料ないし物質の破壊限度に速く達し、ハウジングが壊れてしまう。その際圧縮機インペラの破片や部品が流体機械から飛び出し、大きな連鎖破壊が起り得る。圧縮機インペラの破片や部品の飛び出しにより、流体機械全体の所謂封じ込め保護が害される故、破損を防止する必要がある。

流体機械の封じ込め保護を渦巻きハウジング部分の外での、補助的な破壊防護体を省いた状態で保証すべく、特許文献１は、圧縮機ハウジングを外側渦巻きハウジング部分と内側挿入ハウジング部分との２分割構造で形成することを提案する。渦巻きハウジング部分は、流路の半径方向外側に転向する流路部分を有する。内側挿入ハウジング部分は半径方向において外側渦巻きハウジング部分と圧縮機インペラの間に置かれている。内側挿入ハウジング部分の内側輪郭は、圧縮機インペラのハブの外側輪郭と共に、流路の略軸方向に延びる流路部分を形成する。渦巻きハウジング部分は、内側挿入ハウジング部分を少なくとも部分的に包囲する内側シリンダを備える。挿入ハウジング部分は空洞を形成すべく、可撓性固定装置で内側シリンダに取り付けられている。圧縮機ハウジングないし渦巻きハウジング部分の軸受ハウジングへの剛性固定装置は、渦巻きハウジング部分の軸受ハウジングへの固いフランジ継手によって形成されている。内側挿入ハウジング部分の外側渦巻きハウジング部分への可撓性固定装置は、渦巻きハウジング部分の内側シリンダを軸方向に貫通する伸びボルト継手によって形成されている。

挿入ハウジング部分の渦巻きハウジング部分への固定に用いる可撓性固定装置は、外側渦巻きハウジング部分の流体機械軸受ハウジングへの剛性固定装置より小さな破壊抵抗しか持たない。このため特許文献１では、渦巻きハウジング部分に破損したインペラの破片や部品の飛び出しを確実に防止する所謂「衝突緩衝域（クラッシュセクション）」を設けている。特許文献１の流体機械の場合、軸および半径方向に作用する力とトルクが既に確実に吸収又は受容される。しかし特許文献１が開示する流体機械では、内側挿入ハウジング部分の渦巻きハウジング部分への固定に用いる可撓性固定装置がエネルギ吸収中に円周方向に作用する力で破損する虞がある。またその際、圧縮機インペラの破片や部品の飛び出しが考えられ、流体機械の封じ込め保護がもはや保証されない。
欧州特許出願公開第１２３３１９０号明細書

上述の点を考慮して、本発明の課題は、大きな封じ込め保護性を有する新たな流体機械を提供することにある。

この課題は、請求項１に記載の流体機械により解決できる。本発明に基づき、内側挿入ハウジング部分を渦巻きハウジング部分に固定するための可撓性固定装置が少なくとも１本の伸びリーマボルトを有し、このリーマボルト或いは各リーマボルトが少なくとも１つの伸び軸部とはめ合いピン部とを有し、伸びリーマボルト或いは各伸びリーマボルトのはめ合いピン部が、円周方向に作用する力を受けるべく、挿入ハウジング部分および渦巻きハウジング部分の少なくともフランジ部ないし孔において圧力ばめで導かれる。

流体機械の本発明に基づく実施態様を独立請求項４に示す。

本発明の有利な実施態様は、従属請求項および以下の実施例の説明から理解できよう。

以下図を参照して本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。

本発明は、外側渦巻きハウジング部分と内側挿入ハウジング部分とから形成した圧縮機ハウジングを備える流体機械、特に排気駆動式過給機の細部に関する。その内側挿入ハウジング部分は、外側渦巻きハウジング部分に可撓性で釈放可能な固定装置、即ちボルト継手を介して固定されている。内側挿入ハウジング部分の外側渦巻きハウジング部分への、可撓性で釈放可能な固定装置を備えた流体機械は特許文献１で公知なので、該特許文献１の開示内容も参照されたい。以下に図１〜図８を参照して、本発明に基づく流体機械の特許文献１に開示された流体機械と異なる細部についてだけ説明する。

図１と図２は、排気駆動式過給機の半径流圧縮機の形をした本発明に基づく流体機械の第１実施例を示す。この流体機械の軸１は軸受から突出する端部にタービンランナ（図示せず）並びに半径流圧縮機インペラ２を支持している。該インペラ２は、タービンランナで駆動される軸１上に回り止め結合（スプライン結合）されたハブ３を有する。ハブ３の外周面に半径方向に突出する羽根４が付いている。圧縮機ハウジングは外側渦巻きハウジング部分５と内側挿入ハウジング部分６とからなり、渦巻きハウジング部分５は、内側挿入ハウジング部分６を少なくとも部分的に包囲する内側シリンダ７を備えている。挿入ハウジング部分６は、可撓性で釈放可能な固定装置８によって内側シリンダ７に取り付けられている。図１に挿入ハウジング部分６の端面９を示す。

図１と２の実施例では、内側挿入ハウジング部分６の外側渦巻きハウジング部分５への可撓性で釈放可能な固定装置８は複数の伸びリーマボルト１０を有する。該リーマボルト１０は、伸び軸部１１の他にはめ合いピン部１２を備えている。

図２において、各伸びリーマボルト１０のはめ合いピン部１２は、一方で内側挿入ハウジング部分６のフランジ部で、他方で断片的に内側シリンダ７で有効に作用する。そのために各伸びリーマボルト１０のはめ合いピン部１２は、直径を任意に定めることができ、その結果内側挿入ハウジング部分６と内側シリンダ７にある孔に圧力ばめで挿入可能な直径になっている。円周方向に作用する力が各伸びリーマボルト１０のはめ合いピン部１２を介して確実に受けられるので、円周方向に大きな力が作用する際も、固定装置８の破損を確実に防止できる。伸びリーマボルト１０のはめ合いピン部１２は伸びリーマボルト１０のせん断を防ぐ。各伸びリーマボルト１０の伸び軸部１１は軸方向力を確実に受ける。この伸びリーマボルト１０を固定装置８として利用すると、流体機械の封じ込め保護性を著しく改善できる。図１は伸びリーマボルト１０のボルト頭部１３だけを示す。

図３は、内側挿入ハウジング部分６を外側渦巻きハウジング部分５に固定するための、可撓性で釈放可能な固定装置８の第２実施例を示す。図３の実施例では、固定装置８は複数の通常の伸びボルト１５を有し、各伸びボルト１５に力吸収要素１４を付設している。これら要素１４は円周方向に作用する力を受けるために使われ、図１と２の実施例における伸びリーマボルト１０と同様に、円周方向の力を確実に受ける作用をし、従って封じ込め保護性を向上する。軸方向力は伸びボルト１５が受ける。

図３の実施例では、固定装置８は円周方向に互いに間隔を隔てた複数の伸びボルト１５を用いている。各伸びボルト１５に付設した力吸収要素１４を伸びボルト１５と同じ円周位置に配置している。特に図３から解るように、これら力吸収要素１４を、外側渦巻きハウジング部分５の内側シリンダ７と内側挿入ハウジング部分６との間に配置している。図３の実施例の力吸収要素１４は、ばね要素、即ち調整ばねとして形成するとよい。

図４〜７は、本発明に基づく流体機械の異なる実施例を示す。図４〜７の実施例において、内側挿入ハウジング部分６を外側渦巻きハウジング部分５に固定するための可撓性で釈放可能な固定装置８は、円周方向に互いに間隔を隔てた複数の通常の伸びボルト１５と追加的な複数の力吸収要素１６を有している。この要素１６は図４〜７の実施例でも、円周方向に作用する力を受けるべく、従って封じ込め保護を高めるために用いる。軸方向力はここでも伸びボルト１５が受ける。

図４〜７の実施例では、円周方向に互いに間隔を隔てる伸びボルト１５相互間に各々力吸収要素１６を設けている。該要素１６は、内側挿入ハウジング部分６と外側渦巻きハウジング部分５の内側シリンダ７に在る対応した凹所にかみ合い結合的にはめ込んでいる。図４〜７の実施例の力吸収要素１６は、ボルト又はピン部として形成している。

図７から解きるように、内側挿入ハウジング部分６の外周面に、円周方向に互いに間隔を隔て、半径方向に延び且つ他の力吸収要素として作用する突起７を付設し、該突起７を内側シリンダ７又は渦巻きハウジング部分５にある、対応した凹所にかみ合い結合的に係合し、挿入ハウジング部分６の渦巻きハウジング部分５への他の、即ち補助的な固定装置を形成している。突起７は円周方向に作用する力を受け又は吸収し、従って流体機械の封じ込め保護性を向上する。

なお、図４〜７の実施例に関して図７に示す突起１７は、図１、２ないし３の実施例でも勿論採用できる。

図８は、図４〜７の実施例の伸びボルト１５を通常の頭付き植込みボルト１８で置換した本発明の流体機械の実施例を示す。頭付き植込みボルト１８のボルト頭部１３と内側挿入ハウジング部分６の正面又は端面９の間に、軸方向の力を受ける力吸収要素１９を設けている。それに応じ図８の実施例では、伸びボルトを通常の頭付き植込みボルトで置換している。力吸収要素１９はばね要素又は伸びブッシュ、そしてばね要素は皿ばねとして形成するとよい。図８の力吸収要素１９は、既述の如く軸方向力を受けるために使う。ここで本発明に基づく円周方向力の受けは、図４〜７の実施例で述べた如く行うとよい。

本発明に基づく流体機械は、挿入ハウジング部分を渦巻きハウジング部分に固定するために用いる可撓性で釈放可能な固定装置の特別な構成を特徴とする。軸方向並びに円周方向に作用する力とトルクはこの固定装置によって確実に受けられる。初めて円周方向に作用する力も確実に受けられ、この結果、可撓性固定装置のせん断を確実に防止できる。半径方向力は主に挿入ハウジング部分により受けられる。流体機械の封じ込め保護性が向上する。挿入ハウジング部分と渦巻きハウジング部分との結合を釈放可能に形成したことで、挿入ハウジング部分を可撓性で釈放可能な固定装置の釈放後、渦巻きハウジング部分自体を分解する必要なしに渦巻きハウジング部分から取り外せるので、保守点検に便利な構成となる。更に圧縮機インペラの加工も容易になる。

本発明に基づく流体機械の第１実施例における圧縮機ハウジングの外側渦巻きハウジング部分と挿入ハウジング部分との結合部の部分正面図。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図。 本発明に基づく流体機械の第２実施例における圧縮機ハウジングの外側渦巻きハウジング部分と挿入ハウジング部分との結合部の図２に相応した図。 本発明に基づく流体機械の第３実施例における圧縮機ハウジングの外側渦巻きハウジング部分と挿入ハウジング部分との結合部の部分正面図。 図４におけるＶ−Ｖ線に沿った断面図。 図４におけるＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図。 図５におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図。 本発明に基づく流体機械の異なる実施例における圧縮機ハウジングの外側渦巻きハウジング部分と挿入ハウジング部分との結合部の図２、図３、図５に相応した図。

符号の説明

１ 軸、２ 圧縮機インペラ、３ ハブ、４ 羽根、５ 渦巻きハウジング部分、６ 挿入ハウジング部分、７ 内側シリンダ、８ 固定装置、９ 端面、１０ 伸びリーマボルト、１１ 伸び軸部、１２ はめ合いピン部、１３ ボルト頭部、１４、１６、１９ 力吸収要素、１５ 伸びボルト、１７ 突起、１８ 頭付き植込みボルト

Claims (12)

1. 半径流圧縮機インペラ（２）が、軸受ハウジング内に支持された軸（１）上に設けられかつウォーム状流路を備えた圧縮機ハウジング内に配置され、圧縮機インペラ（２）のハブの外側輪郭と圧縮機ハウジングの内側輪郭が軸方向から半径方向に転向する流路を形成し、圧縮機ハウジングが外側渦巻きハウジング部分（５）と内側挿入ハウジング部分（６）とから形成され、外側渦巻きハウジング部分（５）が剛性固定装置により軸受ハウジングに固定され、内側挿入ハウジング部分（６）が渦巻きハウジング部分（５）と圧縮機インペラ（２）の間に配置されかつ可撓性固定装置（８）により渦巻きハウジング部分（５）に固定された半径流圧縮機インペラ付きの流体機械において、
   内側挿入ハウジング部分（６）を渦巻きハウジング部分（５）に固定する可撓性固定装置（８）が少なくとも１本の伸びリーマボルト（１０）を有し、該リーマボルト（１０）が少なくとも１つの伸び軸部（１１）とはめ合いピン部（１２）とを有し、該はめ合いピン部（１２）が、円周方向に作用する力を受けるべく、少なくとも挿入ハウジング部分（６）および渦巻きハウジング部分（５）のフランジ部ないし孔において圧力ばめで導かれたことを特徴とする流体機械。
2. 渦巻きハウジング部分（５）が挿入ハウジング部分（６）を少なくとも部分的に包囲する内側シリンダ（７）を備え、挿入ハウジング部分（６）が内側シリンダ（７）に伸びリーマボルト又は各伸びリーマボルト（１０）によって、該伸びリーマボルト（１０）のはめ合いピン部（１２）が内側シリンダ（７）および挿入ハウジング部分（６）のフランジ部ないし孔において圧力ばめで導かれるように取り付けられたことを特徴とする請求項１記載の流体機械。
3. 内側挿入ハウジング部分の外周面に、円周方向に互いに間隔を隔てた複数の突起が付設され、該突起が、挿入ハウジング部分を渦巻きハウジング部分にかみ合い結合すべく渦巻きハウジング部分の内周面の凹所に係合することを特徴とする請求項１又は２記載の流体機械。
4. 半径流圧縮機インペラ（２）が、軸受ハウジング内に支持された軸（１）上に設けられかつウォーム状流路を備えた圧縮機ハウジング内に配置され、圧縮機インペラ（２）のハブの外側輪郭と圧縮機ハウジングの内側輪郭が軸方向から半径方向に転向する流路を形成し、圧縮機ハウジングが外側渦巻きハウジング部分（５）と内側挿入ハウジング部分（６）とから形成され、外側渦巻きハウジング部分（５）が剛性固定装置により軸受ハウジングに固定され、内側挿入ハウジング部分（６）が渦巻きハウジング部分（５）と圧縮機インペラ（２）との間に配置されかつ可撓性固定装置（８）により渦巻きハウジング部分（５）に固定され、内側挿入ハウジング部分（６）を渦巻きハウジング部分（５）に固定するための可撓性固定装置（８）が少なくとも１本のボルトを有する半径流圧縮機インペラ付きの流体機械において、
   可撓性固定装置（８）が、ボルトに加えて、円周方向に作用する力を受ける少なくとも１つの力吸収要素（１４、１６）を備えることを特徴とする流体機械。
5. 可撓性固定装置（８）が円周方向に分布した複数のボルトおよび複数の力吸収要素（１６）を有し、円周方向に隣接するボルト間に各々１つの力吸収要素（１６）が配置されたことを特徴とする請求項４記載の流体機械。
6. 力吸収要素（１６）がボルト或いはピン部として形成されたことを特徴とする請求項５記載の流体機械。
7. 可撓性固定装置（８）が円周方向に分布する複数のボルトと複数の力吸収要素（１４）を有し、各ボルトに各々力吸収要素（１４）が付設され、該力吸収要素（１４）が渦巻きハウジング部分（５）の内側シリンダ（７）と挿入ハウジング部分（６）との間で各ボルトの円周方向位置に置かれたことを特徴とする請求項４記載の流体機械。
8. 力吸収要素（１４）がばね要素として形成されたことを特徴とする請求項７記載の流体機械。
9. 挿入ハウジング部分（６）の外周面に、円周方向に互いに間隔を隔てられ力吸収要素として作用する突起（１７）が付設され、該突起（１７）が、挿入ハウジング部分（６）を渦巻きハウジング部分（５）にかみ合い結合すべく、渦巻きハウジング部分（５）の内周面の対応した凹所に係合することを特徴とする請求項４から８の１つに記載の流体機械。
10. ボルトが伸びボルト（１５）として形成されたことを特徴とする請求項４から９の１つに記載の流体機械。
11. ボルトが頭付き植込みボルト（１８）として形成され、該ボルト（１８）に、軸方向に作用する力を受ける少なくとも１つの力吸収要素（１９）が付設されたことを特徴とする請求項４から９の１つに記載の流体機械。
12. 各頭付き植込みボルト（１８）に、軸方向に作用する力を受けるための少なくとも１つの力吸収要素（１９）が、該要素（１９）が組立状態において各々の頭付き植込みボルト（１８）のボルト頭部（１３）と挿入ハウジング部分（６）の端面（９）との間に位置するように付設されたことを特徴とする請求項１１記載の流体機械。
    
    

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