JP2010203242A - 遠心圧縮機、回転機械、及びハウジングの組付方法 - Google Patents

Abstract

【課題】遠心圧縮機１の性能を向上させつつ、遠心圧縮機１の製造コストの低減を図ること。
【解決手段】コンプレッサハウジング７のシュラウド７ｓをブレード１９の外縁の径方向外側部分に一旦当接させてから、取付プレート５のフランジ部２９とコンプレッサハウジング７の相手フランジ部３１との間隔を調節して、コンプレッサハウジング７のシュラウド７ｓとブレード１９の外縁の径方向外側部分との軸方向のクリアランスを設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、遠心圧縮機等の回転機械、及びハウジングの組付方法に関する。

近年、過給機又はガスタービン等に用いられる遠心圧縮機（回転機械の一例）については種々の開発がなされており、先行技術として特許文献１に示すものがある。そして、先行技術に係る遠心圧縮機の構成等について説明すると、次のようになる。

過給機におけるベアリングハウジング（固定フレームの一例）には、円状の取付プレートが一体的に設けられており、この取付プレートには、コンプレッサハウジングが設けられてあって、このコンプレッサハウジングは、内側に、シュラウドを有している。また、コンプレッサハウジングのシュラウド内には、インペラが回転可能に配設されており、このインペラは、ベアリングハウジングに回転可能に設けられたロータ軸（タービン軸）の一端部に同軸状に一体的に連結したハブ、及びハブの外周面に周方向に間隔を置いて設けられた複数枚のブレードを備えている。ここで、各ブレードの外縁は、コンプレッサハウジングのシュラウドに沿うように延びている。

コンプレッサハウジングにおけるインペラの入口側（シュラウドの上流側周縁）には、空気（ガスの一例）吸入する吸入口が形成されており、コンプレッサハウジングと取付プレートの間におけるインペラの出口側には、圧縮した高圧空気（高圧ガスの一例）を減速させて昇圧する環状のディフューザ流路が形成されている。また、コンプレッサハウジングの内部には、渦巻き状のスクロール流路がインペラを囲むように形成されており、このスクロール流路は、ディフューザ流路に連通してある。更に、コンプレッサハウジングの適宜位置には、高圧空気を吐出する吐出口が形成されており、この吐出口は、スクロール流路に連通してある。

従って、ロータ軸を回転させて、インペラを一体的に回転させることにより、吸入口からインペラ側に吸入した空気を遠心力を利用して圧縮することができる。そして、圧縮された高圧空気は、ディフューザ流路内において減速して昇圧され、スクロール流路を経由して吐出口から吐出される。

特開２００４−３２４５６９号公報

ところで、遠心圧縮機の性能（回転機械の性能）の向上させるには、コンプレッサハウジングのシュラウドとブレードの外縁の径方向外側部分（下流側部分）との軸方向（インペラの軸方向）のチップクリアランスを小さくして、空気の洩れ（クリアランスフロー）を抑える必要がある。一方、軸方向のチップクリアランスは、コンプレッサハウジング、インペラ等の軸方向の寸法公差によって設定され、軸方向のチップクリアランスを小さくするには、コンプレッサハウジング、インペラ等の軸方向の寸法公差幅を極力小さくしなければならず、遠心圧縮機の製造コストが高くなる。つまり、遠心圧縮機の性能を向上させつつ、遠心圧縮機の製造コストの低減を図ることは容易でないという問題がある。

なお、軸方向のチップクリアランスを小さくするために、コンプレッサハウジングのシュラウドにブレードとの接触を許容するアブレイダブル被膜をコーティングしたり、コンプレッサハウジングの内側にブレードとの接触を許容する樹脂ピースを嵌め込んだりする対策もとられているが、コンプレッサハウジングの構成が複雑化して、前述と同様の問題が生じるものである。

そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の遠心圧縮機等を提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴は、遠心力を利用してガスを圧縮する遠心圧縮機において、固定フレームに一体的に設けられた円状の取付プレートと、前記取付プレートに設けられ、内側にシュラウドを有したハウジングと、前記ハウジングの前記シュラウド内に回転可能に配設され、前記固定フレームに回転可能に設けられたロータ軸の端部に同軸状に一体的に連結したハブ、及び前記ハブの外周面に周方向に間隔を置いて設けられかつ外縁が前記ハウジングの前記シュラウドに沿うように延びた複数枚のブレードを備えたインペラと、を具備し、前記ハウジングにおける前記インペラの入口側にガスを吸入する吸入口が形成され、前記ハウジングと前記取付プレートの間における前記インペラの出口側に圧縮した高圧ガスを減速させて昇圧する環状のディフューザ流路が形成され、前記ハウジングの内部に前記ディフューザ流路に連通した渦巻き状のスクロール流路が前記インペラを囲むように形成され、前記ハウジングに前記スクロール流路に連通しかつ高圧ガスを吐出する吐出口が形成され、前記取付プレートの周縁に径方向外側へ突出した突出部が形成され、前記ハウジングの周縁に径方向外側へ突出しかつ前記取付プレートの前記突出部に対向する相手突出部が形成され、更に、前記取付プレートの前記突出部と前記ハウジングの前記相手突出部を締結する締結部材と、前記取付プレートの前記突出部と前記ハウジングの前記相手突出部の間隔を調節する調節部材と、を具備したことを要旨とする。

なお、本願の明細書及び特許請求の範囲の記載において、「一体的に設けられ」とは、一体成形されたことも含む意である。

第１の特徴によると、前記ロータ軸を回転させて、前記インペラを一体的に回転させることにより、前記吸入口から前記インペラ側に吸入したガスを遠心力を利用して圧縮することができる。そして、圧縮された高圧ガスは、前記ディフューザ流路内において減速して昇圧され、前記スクロール流路を経由して前記吐出口から吐出される（前記遠心圧縮機の稼動に関する作用）。

前記遠心圧縮機の稼動に関する作用の他に、前記固定フレームに前記取付プレートを一体的に設け、かつ前記ロータ軸の端部に前記ハブが同軸状に連結した状態の下で、前記取付プレートに前記ハウジングを組み付ける場合には、次のように行う。

即ち、前記取付プレートの前記突出部と前記ハウジングの前記相手突出部を対向させつつ、前記ハウジングを前記固定フレームに対して相対的に接近させることにより、前記ハウジングの前記シュラウド内に前記インペラを収容して、前記ハウジングの前記シュラウドと前記ブレードの外縁の径方向外側部分を当接させる。次に、前記調節部材によって前記取付プレートの前記突出部と前記ハウジングの前記相手突出部との間隔を調節して、前記ハウジングの前記シュラウドと前記ブレードの外縁の径方向外側部分との軸方向（前記インペラの軸方向）のクリアランスを設定（調節）する。そして、前記締結部材によって前記ハウジングの前記突出部と前記取付プレートの前記相手突出部を締結する（前記ハウジングの組付に関する作用）。

本発明の第２の特徴は、固定フレームに一体的に設けられた円状の取付プレートと、前記取付プレートに設けられ、内側にシュラウドを有したハウジングと、前記ハウジングの前記シュラウド内に回転可能に配設され、前記固定フレームに回転可能に設けられたロータ軸の端部に同軸状に一体的に連結したハブ、及び前記ハブの外周面に周方向に間隔を置いて設けられかつ外縁が前記ハウジングの前記シュラウドに沿うように延びた複数枚のブレードを備えたインペラと、を具備し、前記取付プレートの周縁に径方向外側へ突出した突出部が形成され、前記ハウジングの周縁に径方向外側へ突出しかつ前記取付プレートの前記突出部に対向する相手突出部が形成され、更に、前記取付プレートの前記突出部と前記ハウジングの前記相手突出部を締結する締結部材と、前記取付プレートの前記突出部と前記ハウジングの前記相手突出部の間隔を調節する調節部材と、を具備したことを要旨とする。

なお、「回転機械」には、遠心圧縮機、タービン等が含まれる。

第２の特徴によると、第１の特徴による前記ハウジングの組付に関する作用と同様の作用を奏する。

本発明の第３の特徴は、回転機械における固定フレームに円状の取付プレートを一体的に設け、かつ前記固定フレームに回転可能に設けられたロータ軸の端部にインペラにおけるハブが同軸状に連結した状態の下で、前記取付プレートにハウジングを組み付けるハウジングの組付方法において、前記取付プレートの周縁に形成した突出部と前記ハウジングの周縁に形成した相手突出部を対向させつつ、前記ハウジングを前記固定フレームに対して相対的に接近させることにより、前記ハウジングのシュラウド内に前記インペラを収容して、前記ハウジングの前記シュラウドと前記インペラにおけるブレードの外縁の径方向外側部分を当接させる当接工程と、前記当接工程の終了後、前記取付プレートの前記突出部と前記ハウジングの前記相手突出部との間隔を調節して、前記ハウジングの前記シュラウドと前記ブレードの外縁の径方向外側部分との軸方向のクリアランスを設定（調節）する調節工程と、前記調節工程の終了後に、前記取付プレートの前記突出部と前記ハウジングの前記相手突出部を締結する締結工程と、を具備したことを要旨とする。

本発明によれば、前記ハウジングの前記シュラウドと前記ブレードの外縁の径方向外側部分を一旦当接させてから、前記取付プレートの前記突出部と前記ハウジングの前記相手突出部との間隔を調節して、前記ハウジングの前記シュラウドと前記ブレードの外縁の径方向外側部分との軸方向のクリアランスを設定しているため、前記ハウジング、前記インペラ等の軸方向の寸法公差幅を小さくしなくても、軸方向のクリアランスを極力小さくすることができる。よって、前記遠心圧縮機等の前記回転機械の性能を向上させつつ、前記回転機械の製造コストの低減を図ることができる。

本発明の実施形態に係る遠心圧縮機の側断面図である。 本発明の実施形態に係る遠心圧縮機の正面図であって、インペラを省略してある。 図３（ａ）は、図２におけるIIIA-IIIA線に沿った拡大断面図、図３（ｂ）は、図２におけるIIIB-IIIB線に沿った拡大断面図である。 図４（ａ）は、締結ねじの別態様を示しかつ図２におけるIIIA-IIIA線に沿った拡大断面図に相当する図、図４（ｂ）は、調節ボルトの別態様を示しかつ図２におけるIIIB-IIIB線に沿った拡大断面図に相当する図である。 本発明の実施形態に係るハウジングの組付方法を説明する図である。 図６（ａ）は、本発明の実施形態に係るハウジングの組付方法における当接工程を説明する拡大図、図６（ｂ）は、本発明の実施形態に係るハウジングの組付方法における調節工程を説明する拡大図である。

本発明の実施形態について図１から図６を参照して説明する。なお、図面中、「Ｆ」は、前方向を指し、「Ｒ」は、後方向を指してある。

図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る遠心圧縮機１は、車両用過給機等の過給機に用いられ、遠心力を利用して空気（ガスの一例）を圧縮するものである。そして、本発明の実施形態に係る遠心圧縮機１の具体的な構成は、以下のようになる。

過給機におけるベアリングハウジング３（固定フレームの一例）の一側（前側）には、円状の取付プレート５が一体的に設けられており、この取付プレート（シールプレート）５の前側には、コンプレッサハウジング７が設けられてあって、このコンプレッサハウジング７は、内側に、シュラウド７ｓを有している。なお、取付プレート５は、ベアリングハウジング３と一体成形されてあっても構わない。

コンプレッサハウジング７のシュラウド７ｓ内には、インペラ９が回転可能に配設されている。

具体的には、コンプレッサハウジング７のシュラウド７ｓ内には、ハブ１１が配設されており、このハブ１１は、ベアリングハウジング３に複数のスラスト軸受１３及びラジアル軸受（図示省略）を介して回転可能に設けられたロータ軸（タービン軸）１５の一端部（前端部）に固定ナット１７を介して一体的に連結してある。また、ハブ１１の外周面は、インペラ９の軸心方向から径方向外側に向かって延びている。更に、ハブ１１の外周面には、複数枚のブレード１９が周方向に間隔を置いて設けられており、各ブレード１９の外縁は、コンプレッサハウジング７のシュラウド７ｓに沿うように延びている。

コンプレッサハウジング７におけるインペラ９の入口側（シュラウド７ｓの上流側周縁）には、空気吸入する吸入口２１が形成されており、この吸入口２１は、エアクリーナー（図示省略）に接続可能である。また、コンプレッサハウジング７と取付プレート５の間におけるインペラ９の出口側には、圧縮した高圧空気（高圧ガスの一例）を減速させて昇圧する環状のディフューザ流路２３が形成されている。更に、コンプレッサハウジング７の内部には、渦巻き状のスクロール流路２５がインペラ９を囲むように形成されており、このスクロール流路２５は、ディフューザ流路２３に連通してある。そして、コンプレッサハウジング７の適宜位置には、高圧空気を吐出する吐出口２７が形成されており、この吐出口２７は、スクロール流路２５（換言すれば、スクロール流路２５及びディフューザ流路２３）に連通してあって、内燃機関の吸気マニホールド（図示省略）に接続可能である。

従って、ロータ軸１５を回転させて、インペラ９を一体的に回転させることにより、吸入口２１からインペラ９側に吸入した空気を遠心力を利用して圧縮することができる。そして、圧縮された高圧空気は、ディフューザ流路２３内において減速して昇圧され、スクロール流路２５を経由して吐出口２７から吐出される（遠心圧縮機１の稼動に関する作用）。

続いて、本発明の実施形態の要部について説明する。

図１、図２、及び図３（ａ）（ｂ）に示すように、取付プレート５の周縁には、径方向外側に突出したフランジ部２９（突出部の一例）が形成されており、コンプレッサハウジング７の周縁には、径方向外側へ突出しかつ取付プレート５のフランジ部２９に対向する相手フランジ部３１（相手突出部の一例）が形成されてる。また、コンプレッサハウジング７の相手フランジ部３１には、複数の締結ねじ３３（締結部材の一例）が周方向に間隔を保ちながら貫通して設けられており、各締結ねじ３３は、取付プレート５のフランジ部２９に螺合してある。そして、取付プレート５のフランジ部２９には、複数の調節ボルト３５が周方向に間隔を保ちながら螺合して設けられており、各調節ボルト３５は、対応関係にある締結ねじ３３に隣接（近接）してあって、各調節ボルト３５の先端部は、コンプレッサハウジング７の相手フランジ部３１の対向面を押圧するようになっている。

なお、コンプレッサハウジング７の相手フランジ部３１に複数の締結ねじ３３が貫通して設けられる代わりに、図４（ａ）に示すように、取付プレート５のフランジ部２９に複数の締結ねじ３３（調節部材の一例）が貫通して設けられ、各締結ねじ３３がコンプレッサハウジング７の相手フランジ部３１に螺合するようにしても構わない。また、締結ねじ３３を用いる代わりに、カップリング等の別の締結部材を用いても構わない。更に、取付プレート５のフランジ部２９に複数の調節ボルト３５が螺合して設けられる代わりに、図４（ｂ）に示すように、コンプレッサハウジング７の相手フランジ部３１に複数の調節ボルト３５が螺合して設けられ、各調節ボルト３５の先端部が取付プレート５のフランジ部２９の対向面を押圧するようにしても構わない。

図３（ａ）（ｂ）及び図１に示すように、コンプレッサハウジング７の相手フランジ部３１の基端側には、嵌合凹部３７が形成されており、取付プレート５のフランジ部２９の基端側には、嵌合凹部３７に嵌合可能な嵌合凸部３９が形成されている。また、取付プレート５の嵌合凸部３９の外周面には、コンプレッサハウジング７の嵌合凹部３７の内周面側に圧接可能なＯリング４１が周溝を介して設けられている。

続いて、本発明の実施形態に係るハウジングの組付方法（換言すれば、コンプレッサハウジング７の組付に関する作用）について説明する。

本発明の実施形態に係るハウジングの組付方法は、ベアリングハウジング３に円状の取付プレート５を一体的に設け、かつベアリングハウジング３に複数のスラスト軸受１３及びラジアル軸受を介して回転可能に設けられたロータ軸１５の前端部にハブ１１が同軸状に連結した状態の下で、取付プレート５にコンプレッサハウジング７を組み付けるハウジングの組付方法であって、(i)当接工程と、(ii)調節工程と、(iii)締結工程とを具備している。そして、各工程の具体的な内容は、次のようになる。

(i)当接工程
図５に示すように、取付プレート５のフランジ部２９とコンプレッサハウジング７の相手フランジ部３１を対向させつつ、コンプレッサハウジング７をベアリングハウジング３に対して接近させる。これにより、コンプレッサハウジング７のシュラウド７ｓ内にインペラ９を収容して、コンプレッサハウジング７のシュラウド７ｓとブレード１９の外縁の径方向外側部分（下流側部分）を当接させる。

(ii)調節工程
前記当接工程の終了後、取付プレート５のフランジ部２９に螺合した複数の調節ボルト３５を締め付けて、複数の調節ボルト３５の先端部によってコンプレッサハウジング７の相手フランジ部３１の対向面を押圧する。これにより、複数の調節ボルト３５によって取付プレート５のフランジ部２９とコンプレッサハウジング７の相手フランジ部３１との間隔を調節して、コンプレッサハウジング７のシュラウド７ｓとブレード１９の外縁の径方向外側部分との軸方向（インペラ９の軸方向）のクリアランスを設定（調節）する。

(iii)締結工程
前記調節工程の終了後に、取付プレート５のフランジ部２９を貫通しかつコンプレッサハウジング７の相手フランジ部３１に螺合した複数の締結ねじ３３を締め付けて、取付プレート５のフランジ部２９とコンプレッサハウジング７の相手フランジ部３１を締結する。これにより、コンプレッサハウジング７を取付プレート５に対して固定して、コンプレッサハウジング７の組付が完了する。

以上の如き、本発明の実施形態によれば、コンプレッサハウジング７のシュラウド７ｓをブレード１９の外縁の径方向外側部分に一旦当接させてから、取付プレート５のフランジ部２９とコンプレッサハウジング７の相手フランジ部３１との間隔を調節して、コンプレッサハウジング７のシュラウド７ｓとブレード１９の外縁の径方向外側部分との軸方向のクリアランスを設定しているため、コンプレッサハウジング７、インペラ９等の軸方向の寸法公差幅を小さくしなくても軸方向のクリアランスを小さくすることができる。よって、遠心圧縮機１の性能を向上させつつ、遠心圧縮機１の製造コストの低減を図ることができる。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、例えば、遠心圧縮機１に適用した構成をタービン等の遠心圧縮機１以外の回転機械に適用する等、その他、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。

１ 遠心圧縮機
３ ベアリングハウジング（固定フレーム）
５ 取付プレート
７ コンプレッサハウジング（ハウジング）
７ｓ シュラウド
９ インペラ
１１ ハブ
１９ ブレード
２１ 吸入口
２３ ディフューザ流路
２５ スクロール流路
２７ 吐出口
２９ フランジ部（突出部）
３１ 相手フランジ部（相手突出部）
３３ 締結ねじ（締結部材）
３５ 調節ボルト（調節部材）

Claims (5)

1. 遠心力を利用してガスを圧縮する遠心圧縮機において、
   固定フレームに一体的に設けられた円状の取付プレートと、
   前記取付プレートに設けられ、内側にシュラウドを有したハウジングと、
   前記ハウジングの前記シュラウド内に回転可能に配設され、前記固定フレームに回転可能に設けられたロータ軸の端部に同軸状に一体的に連結したハブ、及び前記ハブの外周面に周方向に間隔を置いて設けられかつ外縁が前記ハウジングの前記シュラウドに沿うように延びた複数枚のブレードを備えたインペラと、を具備し、
   前記ハウジングにおける前記インペラの入口側にガスを吸入する吸入口が形成され、前記ハウジングと前記取付プレートの間における前記インペラの出口側に圧縮した高圧ガスを減速させて昇圧する環状のディフューザ流路が形成され、前記ハウジングの内部に前記ディフューザ流路に連通した渦巻き状のスクロール流路が前記インペラを囲むように形成され、前記ハウジングに前記スクロール流路に連通しかつ高圧ガスを吐出する吐出口が形成され、
   前記取付プレートの周縁に径方向外側へ突出した突出部が形成され、前記ハウジングの周縁に径方向外側へ突出しかつ前記取付プレートの前記突出部に対向する相手突出部が形成され、
   更に、前記取付プレートの前記突出部と前記ハウジングの前記相手突出部を締結する締結部材と、
   前記取付プレートの前記突出部と前記ハウジングの前記相手突出部の間隔を調節する調節部材と、を具備したことを特徴とする遠心圧縮機。
2. 前記調節部材は、前記取付プレートの前記突出部又は前記ハウジングの前記相手突出部のうちの一方に螺合して設けられ、前記調節部材の先端部が前記ハウジングの前記相手突出部又は前記取付プレートの前記突出部のうちの他方の対向面を押圧するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
3. 固定フレームに一体的に設けられた円状の取付プレートと、
   前記取付プレートに設けられ、内側にシュラウドを有したハウジングと、
   前記ハウジングの前記シュラウド内に回転可能に配設され、前記固定フレームに回転可能に設けられたロータ軸の端部に同軸状に一体的に連結したハブ、及び前記ハブの外周面に周方向に間隔を置いて設けられかつ外縁が前記ハウジングの前記シュラウドに沿うように延びた複数枚のブレードを備えたインペラと、を具備し、
   前記取付プレートの周縁に径方向外側へ突出した突出部が形成され、前記ハウジングの周縁に径方向外側へ突出しかつ前記取付プレートの前記突出部に対向する相手突出部が形成され、
   更に、前記取付プレートの前記突出部と前記ハウジングの前記相手突出部を締結する締結部材と、
   前記取付プレートの前記突出部と前記ハウジングの前記相手突出部の間隔を調節する調節部材と、を具備したことを特徴とする回転機械。
4. 回転機械における固定フレームに円状の取付プレートを一体的に設け、かつ前記固定フレームに回転可能に設けられたロータ軸の端部にインペラにおけるハブが同軸状に連結した状態の下で、前記取付プレートにハウジングを組み付けるハウジングの組付方法において、
   前記取付プレートの周縁に形成した突出部と前記ハウジングの周縁に形成した相手突出部を対向させつつ、前記ハウジングを前記固定フレームに対して相対的に接近させることにより、前記ハウジングのシュラウド内に前記インペラを収容して、前記ハウジングの前記シュラウドと前記インペラにおけるブレードの外縁の径方向外側部分を当接させる当接工程と、
   前記当接工程の終了後、前記取付プレートの前記突出部と前記ハウジングの前記相手突出部との間隔を調節して、前記ハウジングの前記シュラウドと前記ブレードの外縁の径方向外側部分との軸方向のクリアランスを設定する調節工程と、
   前記調節工程の終了後に、前記取付プレートの前記突出部と前記ハウジングの前記相手突出部を締結する締結工程と、を具備したことを特徴とするハウジングの組付方法。
5. 前記回転機械は、遠心圧縮機であることを特徴とする請求項４に記載のハウジングの組付方法。

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