JP2007056870A - Fluid machine with radial flow compressor impeller and insertion housing part built in fluid machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半径流圧縮機インペラ付き流体機械、並びに、流体機械に組み込むための挿入ハウジング部分に関する。 The present invention relates to a fluid machine with a radial flow compressor impeller and an insert housing part for incorporation into the fluid machine.
例えば過給機の半径流圧縮機等の、流体機械の基本的構造および作用は公知であり、従ってそれについてここでは詳細に説明しない。例えば特許文献1に半径流圧縮機インペラ付き流体機械が開示されている。
The basic structure and operation of a fluid machine, for example a turbocharger radial flow compressor, is known and will therefore not be described in detail here. For example,
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経過後、腐食、浸食および劣化により、圧縮機インペラの破損が避けられない程にひどく弱体化される。圧縮機インペラが少なくとも2個あるいは3個の大きな破片の形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によって外向きに投げ出される。この場合、破片は圧縮機ハウジングから飛び出る。その際、圧縮機インペラの羽根が完全に壊され、残存するハブが軸受ハウジングと圧縮機ハウジングとの間に食い込む。ハブの形状に応じ、ハウジングにかなりの軸方向衝撃力を与える食い込み作用が生ずる。圧縮機インペラの破片や他の機械部品が流体機械から飛び出し、大きな連鎖破壊を生じさせることもある。その結果、事故時に、流体機械全体の封じ込め保護が害されるが、これは防止せねばならない。 The compressor impeller of such a fluid machine is severely weakened to the extent that damage to the compressor impeller is unavoidable due to corrosion, erosion and degradation after a long period of operation under adverse operating conditions. When a compressor impeller breaks, where the compressor impeller breaks into at least two or three large pieces, the pieces are thrown outward by significant centrifugal forces. In this case, debris will pop out of the compressor housing. At that time, the blades of the compressor impeller are completely broken, and the remaining hub bites between the bearing housing and the compressor housing. Depending on the shape of the hub, a biting action is applied that gives the housing a significant axial impact force. Compressor impeller debris and other mechanical parts can pop out of the fluid machine and cause large chain breaks. As a result, in the event of an accident, the containment protection of the entire fluid machine is compromised, but this must be prevented.
流体機械の封じ込め保護を、渦巻きハウジング部分の外部に付加的な破壊防護体を設けずに保証すべく、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。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固定装置によって取り付けている。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、流体機械の軸受ハウジングへの圧縮機ハウジング即ち外側渦巻きハウジング部分の剛性固定装置よりも小さな破壊抵抗を持つ。こうして、特許文献1の技術により、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渦巻きハウジング部分が提供される。破損した圧縮機インペラの破片の運動エネルギは、流体機械の内部で完全に変形エネルギおよび熱に変換される。
In order to ensure the containment protection of the fluid machine without providing an additional destruction protection body outside the spiral housing part,
もっとも、特許文献1における流体機械の場合、挿入ハウジング部分と渦巻きハウジング部分との間に、高価で手間のかかる取付け装置が使用されねばならない。
本発明の課題は、高い封じ込め保護を保証し、安価な製造費で製造できる半径流圧縮機インペラ付き流体機械を提供することにある。また、交換部品として利用される挿入ハウジング部分が容易に組立できるようにすることにある。 An object of the present invention is to provide a fluid machine with a radial flow compressor impeller that guarantees high containment protection and can be manufactured at low manufacturing costs. Another object of the present invention is to make it easy to assemble an insertion housing portion used as a replacement part.
この課題は、本発明の独立請求項に記載の半径流圧縮機インペラ付き流体機械および挿入ハウジング部分によって解決される。従属請求項は本発明の有利な実施態様である。 This object is solved by a fluid machine with a radial compressor impeller and an insert housing part according to the independent claims of the present invention. The dependent claims are advantageous embodiments of the invention.
本発明によれば、圧縮機ハウジングが外側渦巻きハウジング部分と内側挿入ハウジング部分で形成される半径流圧縮機インペラ付き流体機械が設計される。挿入ハウジング部分は空気流入路を形成し、挿入ハウジング部分の前記空気流入路の空気入口に位置された第1端に、挿入ハウジング部分を外側渦巻きハウジング部分に固定するための取付け手段が設けられている。取付け手段は例えば穿孔された小孔の形に形成される。挿入ハウジング部分の前記第1端と反対側に位置する第2端に、保持装置が設けられている。圧縮機インペラの破損時、圧縮機インペラの破片が内側挿入ハウジング部分に向けて放り出される。その際に生じた個々の破片の特に遠心力は、本発明に基づく保持装置によって、軸方向および半径方向に外側渦巻きハウジング部分に作用する押圧力に変換される。挿入ハウジング部分はその押圧力によって外側渦巻きハウジング部分に固着する。 In accordance with the present invention, a fluid machine with a radial compressor impeller is designed in which the compressor housing is formed of an outer spiral housing portion and an inner insert housing portion. The insertion housing part forms an air inflow path, and a mounting means for fixing the insertion housing part to the outer spiral housing part is provided at a first end located at the air inlet of the air inflow path of the insertion housing part. Yes. The attachment means is formed, for example, in the form of a perforated small hole. A holding device is provided at a second end of the insertion housing part opposite to the first end. When the compressor impeller is broken, the fragments of the compressor impeller are ejected toward the inner insertion housing portion. In particular, the centrifugal forces generated by the individual fragments are converted into pressing forces acting on the outer spiral housing part in the axial direction and in the radial direction by means of the holding device according to the invention. The insertion housing part is secured to the outer spiral housing part by its pressing force.
有利な実施態様において、保持装置が、外側渦巻きハウジング部分への固着のために、破損した圧縮機インペラによって主にあるいは部分的だけでも半径方向外側に押される。その結果、ここでは、圧縮機インペラの破損時に生じた力によって、内側挿入ハウジング部分の変形可能部分における変形が生ずる。この変形は、流体機械の外側渦巻きハウジング部分への内側挿入ハウジング部分の固着を生じさせる。固着作用を構造的に実現するために、一方では、圧縮機インペラの破損で生ずるエネルギを変形エネルギに転換することを可能にし、他方では、渦巻きハウジング部分と挿入ハウジング部分の保持要素による固着を選択的に引き起こすべく、特別な変形可能部分を設けることもできる。上述の変形可能部分は外側渦巻きハウジング部分にも設けるか、外側渦巻きハウジング部分にしか設けないようにもできる。 In an advantageous embodiment, the holding device is pushed radially outwards, mainly or only partly, by a broken compressor impeller for securing to the outer spiral housing part. As a result, here, a deformation in the deformable part of the inner insert housing part occurs due to the force generated when the compressor impeller is damaged. This deformation causes the inner insert housing portion to stick to the outer spiral housing portion of the fluid machine. In order to realize the fixing action structurally, on the one hand, it is possible to convert the energy generated by breakage of the compressor impeller into deformation energy, and on the other hand, the fixing by the holding elements of the spiral housing part and the insertion housing part is selected Specially deformable parts can also be provided for this purpose. The deformable part described above can also be provided in the outer spiral housing part or only in the outer spiral housing part.
本発明の実施態様において、渦巻きハウジング部分に、挿入ハウジング部分の保持装置が固着する例えば溝の形をした係留装置が設けられている。この係留装置は、衝撃的に発生する力による係留装置の破損が防止されるように形成されねばならない。 In an embodiment of the invention, the spiral housing part is provided with a mooring device, for example in the form of a groove, to which the holding device for the insertion housing part is secured. This mooring device must be formed in such a way that the mooring device is prevented from being damaged by a shocking force.
固着と変形との組合せは、発生したエネルギを効果的に変形・熱エネルギに変換して吸収することを可能にする。これにより、流体機械の封じ込め保護に対して従来に比べて大きな利点が生ずる。圧縮機インペラの破損時に内側挿入ハウジング部分の位置変化を生じる限りにおいて、挿入ハウジング部分は渦巻きハウジング部分内の同じ位置にとどまる。そのため、圧縮機インペラの破片は、流体機械の内部から出ることはなく、流体機械の他の部品が衝撃力により流体機械から放り出されることもない。 The combination of fixing and deformation makes it possible to effectively convert the generated energy into deformation and heat energy and absorb it. This provides a significant advantage over the prior art for containment protection of fluid machinery. As long as the compressor impeller breaks and the inner insert housing part changes position, the insert housing part remains in the same position in the spiral housing part. Therefore, the fragments of the compressor impeller do not come out of the inside of the fluid machine, and other parts of the fluid machine are not released from the fluid machine by the impact force.
本発明の有利な実施態様において、保持装置は挿入ハウジング部分の外周部にスリーブ(環状フランジ)の形で形成されている。外側渦巻きハウジング部分の溝は係留装置を形成する。その溝は渦巻きハウジング部分の挿入ハウジング部分の対向した側に設けられている。圧縮機インペラが破損した時、スリーブは挿入ハウジング部分の外周部から外に押され、渦巻きハウジング部分の溝に固着する。スリーブと溝はかみ合い結合で固着し、圧縮機インペラの破損で生じたすべての力は、その力が予め変形・熱エネルギに変換されないときには、渦巻きハウジング部分を介して導かれる。 In a preferred embodiment of the invention, the holding device is formed in the form of a sleeve (annular flange) on the outer periphery of the insert housing part. The grooves in the outer spiral housing part form a mooring device. The groove is provided on the opposite side of the insertion housing part of the spiral housing part. When the compressor impeller is broken, the sleeve is pushed out of the outer periphery of the insertion housing part and is fixed in the groove of the spiral housing part. The sleeve and the groove are fixed by meshing connection, and all the force generated by the breakage of the compressor impeller is guided through the spiral housing part when the force is not previously converted into deformation and heat energy.
本発明の他の有利な実施態様において、スリーブは挿入ハウジング部分の中心軸線に対して平行に延び、そのスリーブの自由端は、空気入口開口の方向に向き、圧縮機インペラの破損によりはじめて、係留のために外向きに渦巻きハウジング部分の溝の中に押し込まれる。 In another advantageous embodiment of the invention, the sleeve extends parallel to the central axis of the insert housing part, the free end of the sleeve being oriented in the direction of the air inlet opening and only after the compressor impeller is broken Is pushed outwardly into the groove of the spiral housing part.
この実施態様では、内側挿入ハウジング部分を外側渦巻きハウジング部分の中に難なく組み込むことが可能である。これは、スリーブが、渦巻きハウジング部分にかみ合い結合で組み立てるために利用される挿入ハウジング部分の平らな外周面延長部を形成するからである。従って、挿入ハウジング部分は、渦巻きハウジング部分を分解する必要なしに分解することもできる。これは特に、挿入ハウジング部分が例えば浸食により摩耗して時折交換されねばならないスペア部品であるときに有利である。従って、本発明に基づく流体機械は、保守点検性が良く、安価に保守できる。 In this embodiment, the inner insert housing part can be easily integrated into the outer spiral housing part. This is because the sleeve forms a flat perimeter extension of the insert housing portion that is utilized to mate and assemble to the spiral housing portion. Thus, the insertion housing part can also be disassembled without having to disassemble the spiral housing part. This is particularly advantageous when the insert housing part is a spare part that must be replaced from time to time, for example by erosion. Therefore, the fluid machine according to the present invention has good maintenance and inspection and can be maintained at low cost.
挿入ハウジング部分の内側面、即ち、圧縮機インペラに対向した側の面における形状づけによって、スリーブは圧縮機インペラの破損時にはじめて係留のために溝の中に押し込まれる。この構造は考え得るバヨネット的結合に比べて有利である。即ち、挿入ハウジング部分の中心軸線に対して平行でないスリーブを備えた挿入ハウジング部分を渦巻きハウジング部分に組み立てることができるようにするために、渦巻きハウジング部分の長手方向に切削加工溝を設ける必要がない。 Due to the shaping on the inner surface of the insert housing part, i.e. the side facing the compressor impeller, the sleeve is pushed into the groove for anchoring only when the compressor impeller is broken. This structure is advantageous over possible bayonet couplings. That is, it is not necessary to provide a cutting groove in the longitudinal direction of the spiral housing portion so that the insert housing portion having a sleeve that is not parallel to the central axis of the insert housing portion can be assembled into the spiral housing portion. .
本発明の他の有利な実施態様において、スリーブは少なくとも1つの弾性付与溝を有している。その弾性付与溝によって、スリーブの半径方向への制御した変形がはじめて可能である。圧縮機インペラの破損時における渦巻きハウジング部分の溝へのスリーブの湾曲によって、スリーブの横断面積が変化する。スリーブの円周に規則的な間隔で弾性付与溝を設けることによって、いまや弾性付与溝で分割されたスリーブの他のセグメントを害することなしに、スリーブは曲がることができる。弾性付与溝は、好適には、スリーブの自由端から材料の中に延びる通し溝である。 In another advantageous embodiment of the invention, the sleeve has at least one elasticity imparting groove. Due to the elasticity imparting groove, a controlled deformation in the radial direction of the sleeve is possible for the first time. The sleeve cross-sectional area changes due to the curvature of the sleeve into the groove of the spiral housing portion when the compressor impeller is broken. By providing the elasticizing grooves at regular intervals around the circumference of the sleeve, the sleeve can now bend without harming other segments of the sleeve divided by the elasticizing grooves. The elasticity imparting groove is preferably a through groove extending into the material from the free end of the sleeve.
本発明の他の有利な実施態様において、内側挿入ハウジング部分が外周部に、挿入ハウジング部分の内側輪郭からスリーブに力を伝達するための例えばリブの形をした少なくとも1つの伝達要素を有している。圧縮機インペラの破損が挿入ハウジング部分を変形するだけでなく、スリーブを規定して外側渦巻きハウジング部分の溝の中に押し込むためにも、挿入ハウジング部分の軸方向においてスリーブと挿入ハウジング部分の外周面との間に上述の伝達要素が設けられている。この伝達要素は、有利に、スリーブに対して垂直に延び、そのようにして、挿入ハウジング部分の圧縮機インペラに対向した側の部分とスリーブとの間でブリッジを形成する。伝達要素は、好適には、スリーブに一様に分布され、これによって、上述の弾性付与溝により形成された各スリーブ部分に、少なくとも1つの伝達要素が利用される。 In another advantageous embodiment of the invention, the inner insert housing part has at its outer periphery at least one transmission element, for example in the form of a rib, for transmitting force from the inner contour of the insert housing part to the sleeve. Yes. Compressor impeller breakage not only deforms the insert housing part, but also defines the sleeve and pushes it into the groove of the outer spiral housing part in the axial direction of the insert housing part and the outer peripheral surface of the insert housing part The above-described transmission element is provided between the two. This transmission element advantageously extends perpendicularly to the sleeve and thus forms a bridge between the sleeve on the side of the insert housing part facing the compressor impeller and the sleeve. The transmission elements are preferably distributed uniformly in the sleeve, so that at least one transmission element is utilized for each sleeve portion formed by the above-mentioned elasticity-applying groove.
本発明の他の有利な実施態様において、溝は外側渦巻きハウジング部分の変形可能部分に設けられている。その変形可能部分として、渦巻きハウジング部分のリブが利用され、このため、渦巻きハウジング部分のリブへの作用時、渦巻きハウジング部分の一部も、即ち、リブ自体も変形し、そのようにして、破損した圧縮機インペラのエネルギが変形エネルギに変換される。また、この処置により多量のリブが利用でき、外側渦巻きハウジング部分の軽量化が実現される。 In another advantageous embodiment of the invention, the groove is provided in the deformable part of the outer spiral housing part. As the deformable part, the rib of the spiral housing part is used, so that when acting on the rib of the spiral housing part, part of the spiral housing part, i.e. the rib itself, is also deformed and thus damaged. The energy of the compressed compressor impeller is converted into deformation energy. In addition, a large amount of ribs can be used by this treatment, and the weight of the outer spiral housing portion is realized.
本発明において述べられた非回転構成要素に対して、5%以上の破損伸び率をした材料の利用が提案される。 For the non-rotating components described in the present invention, the use of a material with a failure elongation of 5% or more is proposed.
以下図を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、従来における半径流圧縮機を部分縦断面図で示す。この図が基礎とする排気駆動過給機は軸2を有し、この軸2はその長手中央部位が軸受ハウジング1内に支持され、その軸受から突出した端部に、タービンランナ(図示せず)および図1に概略的に示した半径流圧縮機インペラ3を備える。
FIG. 1 is a partial longitudinal sectional view of a conventional radial compressor. The exhaust-driven supercharger on which this figure is based has a shaft 2, which is supported in the bearing
図示の圧縮機インペラ3は、タービンランナで駆動される軸2上に回り止め結合されたハブ4を備える。このハブ4は外周面に半径方向に突出する羽根5を持つ。ハブ4の外側輪郭6は圧縮機ハウジング8の内側輪郭7と共に、軸方向Aから半径方向Bに転向され外に向けて狭められた流路9を形成する。該流路9の断面形状は羽根5の形状に相応する。圧縮機ハウジング8は剛性の第1固定装置18で軸受ハウジング1に固定されている。ハブ4と羽根5の直径は流れの入口から出口に向けて増大し、このため圧縮機インペラ3の中央横断面に対して非対称的な縦断面と、それに応じて圧縮機インペラ3の長さにわたり増大する質量分布とを生ずる。
The illustrated
圧縮機ハウジング8は外側渦巻きハウジング部分10と内側挿入ハウジング部分12とからなる。渦巻きハウジング部分10は、軸受ハウジング1に剛性固定装置18で固定され、半径方向Bの外側に転向した流路9の流路部分11を有する。内側挿入ハウジング部分12は、半径方向Bにおいて外側渦巻きハウジング部分10と圧縮機インペラ3との間に置かれている。挿入ハウジング部分12の内側輪郭13は圧縮機インペラ3のハブ4の外側輪郭6と共に、ほぼ流路9の軸方向Aに延びる流路部分14を形成している。
The compressor housing 8 comprises an outer
図2は、図1に示した従来の渦巻きハウジング部分および挿入ハウジング部分における本発明に基づいて変更された部分を示す。手間がかかり高価なねじ止め構造で形成された図1の固定装置17は省かれ、DIN規格の取付けボルト22で置き換えられている。挿入ハウジング部分のハウジング30に、その長手軸線に対して平行に延びるスリーブ(環状フランジ)27が設けられている。スリーブ27は円周方向に分布して複数のリブ25で支えられ、これらのリブ25は、圧縮機インペラ3に対向した側の内側輪郭からスリーブに力を伝達するために使われる。
FIG. 2 shows parts of the conventional spiral housing part and insertion housing part shown in FIG. 1 that have been modified according to the present invention. The fixing
渦巻きハウジング部分10にもリブ26が設けられ、これらのリブ26はスリーブの作用時に変形される。渦巻きハウジング部分におけるリブは溝28を有し、この溝28は、圧縮機インペラ3の破損時、スリーブ27が溝28内で変形され、これによって、挿入ハウジングが全体として適当に制動され、渦巻きハウジング部分内に保持されるように形成されている。その溝の形状は、好ましくは、溝の破損が生ぜず、渦巻きハウジング部分の特に変形可能なリブにおける力の作用ができるだけ、圧縮機インペラの破損により生ずる力が渦巻きハウジング部分で受けられるように選択されているように決められている。
The
図3は、図2の部分Xを示し、即ち、挿入ハウジング部分12のスリーブ27を示す。図4は図3の平面図を示す。図4から、スリーブの自由端から材料の中に延びる弾性付与溝23が理解できる。この弾性付与溝はスリーブを完全に分離し、これによって、弾性付与溝で分割されたスリーブの個々のセグメントが半径方向外側に曲がることを可能にしている。
FIG. 3 shows part X of FIG. 2, i.e. shows the
1 軸受ハウジング
2 軸
3 圧縮機インペラ
4 ハブ
5 羽根
6 外側輪郭
7 内側輪郭
8 圧縮機ハウジング
9 流路
10 渦巻きハウジング部分
11 流路部分
12 挿入ハウジング部分
13 内側輪郭
14 流路部分
15 内側シリンダ
16 空洞
17 固定装置
18 固定装置
19 壁
20 尖端
21 隙間
22 取付けボルト
23 弾性付与溝
24 横断面
25 リブ
26 リブ
27 スリーブ
28 溝
29 空気流入路
30 ハウジング
1 bearing housing 2
Claims (15)
The insertion housing part (12) has at least one transmission element (25) for transmitting force from the inner contour (13) to the sleeve (27) at the outer periphery of the insertion housing part (12), the transmission element 15. Insert housing part according to any one of claims 12 to 14, characterized in that (25) extends substantially perpendicular to the sleeve (27).
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