JP2016084785A - 遠心圧縮機およびそれを備えた過給機 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、羽根車の全部または一部が破断あるいは脱落して案内筒に衝突する場合、その衝撃荷重が大きいために案内筒を取付位置に固定するボルトが破断し、案内筒が取付位置から脱落し、ロータ軸の軸線に沿ってスクロール部から離れる方向に飛散する可能性がある。この場合、案内筒が飛散することによって遠心圧縮機の一部に隙間(口開き)が生じ、その隙間から破断あるいは脱落した羽根車の全部または一部(以下、破断部材という。)が外部に飛散する可能性がある。
本発明の一態様に係る遠心圧縮機は、ロータ軸に取り付けられるとともに取込口から流入する流体を圧縮して吐出口から吐出する羽根車と、該羽根車を収容するとともに前記ロータ軸の軸線方向に延在する案内筒と、該案内筒よりも前記軸線方向に直交する径方向の外周側に配置されるとともに前記吐出口から吐出された圧縮流体が流入する渦形室を形成するスクロール部と、前記案内筒を前記スクロール部に取り付けるとともに頭部と軸部とを有する締結ボルトとを備え、前記スクロール部には、前記スクロール部に形成された前記渦形室と前記案内筒の間に、前記締結ボルトの前記軸部の先端が締結される締結穴が形成されており、前記締結ボルトは、前記頭部が前記案内筒の前記流体が流入する吸入口側の端部に取り付けられるとともに前記軸部の先端が前記締結穴に締結される。
このように、本発明の一態様の遠心圧縮機によれば、羽根車の全部または一部が破断あるいは脱落するのに伴って案内筒が飛散する不具合を抑制することができる。
このようにすることで、締結ボルトの軸部の先端を、ディフューザ部が取り付けられるスクロール部の軸線方向の端部に至るまでの十分な長さとすることができる。これにより、案内筒からの衝撃力に対して軸部が軸線方向に十分な延び量を確保することができる。
突出部を設けることにより、案内筒からの衝撃力に対して軸部が軸線方向に十分な延び量を確保しつつ、スクロール部の径方向の内周側を補強することができる。
このようにすることで、下流側筒部の軸線回りの複数箇所に締結ボルトが配置され、複数の締結ボルトによって下流側筒部が取り囲まれた状態となる。これにより、破断部材が下流側筒部に衝突して下流側筒部に隙間が生じ、その隙間から破断部材が径方向に飛散する場合であっても、破断部材が更に径方向に飛散することが抑制される。
圧延鋼材は大きな塑性変形の後に破壊に至る延性を有するため、案内筒の衝撃力が締結ボルトの弾性限界を超える場合であっても、締結ボルトの軸部を十分に塑性変形させて案内筒の衝撃力を吸収することができる。
本態様に係る過給機によれば、羽根車の全部または一部が破断あるいは脱落するのに伴って案内筒が飛散する不具合を抑制することができる。
以下、本発明の第1実施形態の過給機について図面を参照して説明する。
本実施形態の過給機100は、船舶に用いられる舶用ディーゼル機関(内燃機関)に供給する気体(例えば、空気)を一定圧力(例えば、大気圧)以上に高めて、舶用ディーゼル機関の燃焼効率を高める装置である。
図1に示すように、本実施形態の過給機100は、遠心圧縮機10と、タービン20と、サイレンサとを備えている。遠心圧縮機10とタービン20とは、それぞれロータ軸30に連結されている。
図1および図2に示すように、遠心圧縮機10は、羽根車11と、案内筒12と、ディフューザ部13と、締結ボルト14と、座金15と、スクロール部17とを備えている。
案内筒12は、ロータ軸30の軸線X方向の一端の吸入口12cから流入する気体を取込口11aへ導く吸入流路12dを形成する上流側筒部12aと取込口11aから流入する気体を圧縮して吐出口11bへ導く流路11e(圧縮流路)を形成する下流側筒部12bとを一体に形成した部材である。
ディフューザ翼13aは、羽根車11の吐出口11bの下流側に配置される翼形の部材であり、吐出口11bから渦形室17cに圧縮気体を導く流路を形成する。
座金15は、案内筒12の端部12eと締結ボルト14の頭部14aとの間に挿入される環状部材である。
締結ボルト14による案内筒12のスクロール部17への取り付けについては、追って説明する。
内周側端部17eには、締結ボルト14の先端14cが締結する締結穴17gが形成されている。締結穴17gの内周面には雌ねじが形成されており、締結ボルト14の先端14cに形成された雄ねじと締結するようになっている。
図2に示すように、案内筒12の端部12eには、軸線X方向に延びる貫通穴12fが形成されている。また、スクロール部17の端部17hには、軸線X方向に延びる貫通穴17iが形成されている。また、内側スクロールケーシング17aの内周側端部17eには、軸線X方向に延びる締結穴17gが形成されている。
一方、案内筒12の端部12eの軸線Xに沿ったサイレンサ16側には、締結ボルト14の頭部14aが配置されている。締結ボルト14の頭部14aは、案内筒12がサイレンサ16側に移動することを規制している。
本実施形態の遠心圧縮機10の製造方法は、以下の工程によって遠心圧縮機10を製造する。
第1工程において、取込口11aから流入する空気を圧縮して吐出口11bから吐出する羽根車11をロータ軸30に取り付ける。
第2工程において、吐出口11bから吐出された圧縮空気が流入する渦形室17cを形成するスクロール部17を取り付ける。
第3工程において、羽根車11を収容するとともにロータ軸30の軸線X方向に延在するように案内筒12を取り付ける。第3工程により、スクロール部17が案内筒12よりもロータ軸30の径方向の外周側に配置される。
第4工程において、吐出口11bから吐出された圧縮空気を渦形室17cへ導くとともに内側スクロールケーシング17aにおける軸線X方向の外周側端部17d,内周側端部17eに支持されるようにディフューザ部13を内側スクロールケーシング17aに取り付ける。
以上の工程により、本実施形態の遠心圧縮機10が製造される。
図3に示すように、本実施形態では、締結ボルト14を、軸線Xを中心とした円周C上の複数箇所に配置している。そのため、複数の締結ボルト14の先端14cを複数の貫通穴17iに挿入することにより、案内筒12の中心軸がロータ軸30の軸線Xと一致した状態が維持される。
本実施形態では、案内筒12の中心軸がロータ軸30の軸線Xと一致した状態を維持しながら案内筒12を軸線Xに沿って移動させることができるため、案内筒12の取り付けを容易に行うことができる。
本実施形態の遠心圧縮機10によれば、羽根車11の全部または一部が破断あるいは脱落する場合、破断部材が軸線Xに直交する径方向に飛散して案内筒12に衝突する。破断部材が案内筒12に衝突することにより案内筒12に与えられる衝撃力は、径方向の成分とともにロータ軸30の軸線X方向の成分を有する。衝撃力の軸線X方向の成分は、案内筒12をスクロール部17から離間させる方向に作用する。案内筒12をスクロール部17に取り付ける締結ボルト14の頭部14aは、案内筒12の吸込口12c側の端部12eに取り付けられている。そのため、案内筒12をスクロール部17から離間させる方向の衝撃力が案内筒12の吸込口12c側の端部12eを介して締結ボルト14の頭部14aに伝達される。
このように、本実施形態の遠心圧縮機10によれば、羽根車11の全部または一部が破断あるいは脱落するのに伴って案内筒12が飛散する不具合を抑制することができる。
このようにすることで、締結ボルト14の軸部14bを、ディフューザ部13が取り付けられる内側スクロールケーシング17aの軸線X方向の内周側端部17eに至るまでの十分な長さとすることができる。これにより、案内筒12からの衝撃力に対して軸部14bが軸線X方向に十分な延び量を確保することができる。また、締結ボルト14の軸部14bの長さを長くし、内側スクロールケーシング17aに締結穴17gを設けるという変更点を除き、遠心圧縮機10の他の構成は従来の構成から大きく変更する必要がない。
このようにすることで、下流側筒部12bの軸線X回りの複数箇所に締結ボルト14が配置され、複数の締結ボルト14によって下流側筒部12bが取り囲まれた状態となる。これにより、破断部材が下流側筒部12bに衝突して下流側筒部12bに隙間が生じ、その隙間から破断部材が径方向に飛散する場合であっても、破断部材が更に径方向に飛散することが抑制される。
鉄鋼材料で締結ボルト14を形成する場合、一般構造用圧延鋼材を用いるのが好ましい。一般構造用圧延鋼材は大きく塑性変形した後に破壊に至る延性を有する。そのため、案内筒12の衝撃力が締結ボルト14の弾性限界を超える場合であっても、締結ボルト14の軸部14bを十分に塑性変形させて案内筒12の衝撃力を吸収することができる。
以下、本発明の第2実施形態の過給機について図面を参照して説明する。
第2実施形態は第1実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第1実施形態と同様であるものとし、説明を省略する。
第1実施形態の過給機において、遠心圧縮機10は、案内筒12をスクロール部17に取り付ける締結ボルト14が、案内筒12の軸線X方向の長さを有するものであった。それに対して第2実施形態の過給機において、遠心圧縮機10’は、案内筒12をスクロール部17に取り付ける締結ボルト14が、案内筒12の軸線X方向の長さよりも短い。
突出部17jは、軸線X方向に延びる締結穴17kが形成されている。締結穴17kの内周面には雌ねじが形成されている。
一方、案内筒12の端部12eの軸線Xに沿ったサイレンサ16側には、締結ボルト14’の頭部14’aが配置されている。締結ボルト14’の頭部14’aは、案内筒12がサイレンサ16側に移動することを規制している。
突出部17jは、複数の締結ボルト14のそれぞれが配置される複数箇所にそれぞれ設けるようにすればよい。また、軸線X回りに切れ目無く延在するように円環状に形成してもよい。
突出部17jを設けることにより、案内筒12からの衝撃力に対して軸部14bが軸線X方向に十分な延び量を確保しつつ、内側スクロールケーシング17aの径方向の内周側を補強することができる。特に、突出部17jを軸線X回りに切れ目無く延在するように円環状に形成する場合、内側スクロールケーシング17aの径方向の内周側を十分に補強することができる。
11 羽根車
11a 取込口
11b 吐出口
11e 流路(圧縮流路)
12 案内筒
12a 上流側筒部
12b 下流側筒部
12c 吸入口
12d 吸入流路
12e 端部
13 ディフューザ部
14,14’ 締結ボルト
14a,14’a 頭部
14b,14’b 軸部
14c,14’c 先端
15 座金
17 スクロール部
17a 内側スクロールケーシング
17b 外側スクロールケーシング
17c 渦形室
17d 外周側端部
17e 内周側端部
17f 連結部
17g 締結穴
17h 端部
17j 突出部
17k 締結穴
30 ロータ軸
100 過給機
X 軸線
Claims (6)
- ロータ軸に取り付けられるとともに取込口から流入する流体を圧縮して吐出口から吐出する羽根車と、
該羽根車を収容するとともに前記ロータ軸の軸線方向に延在する案内筒と、
該案内筒よりも前記軸線方向に直交する径方向の外周側に配置されるとともに前記吐出口から吐出された圧縮流体が流入する渦形室を形成するスクロール部と、
前記案内筒を前記スクロール部に取り付けるとともに頭部と軸部とを備える締結ボルトとを備え、
前記スクロール部には、前記スクロール部に形成された前記渦形室と前記案内筒の間に、前記締結ボルトの前記軸部の先端が締結される締結穴が形成されており、
前記締結ボルトは、前記頭部が前記案内筒の前記流体を吸入する吸入口側の端部に取り付けられるとともに前記軸部の先端が前記締結穴に締結される遠心圧縮機。 - 前記吐出口から吐出された前記流体を前記渦形室へ導くとともに前記スクロール部の前記軸線方向の端部に取り付けられるディフューザ部を備え、
前記締結穴が前記軸線方向の端部に形成されている請求項1に記載の遠心圧縮機。 - 前記スクロール部は、前記渦形室を形成する部分から前記径方向の内周側に突出する突出部を有し、
前記締結穴が前記突出部に形成されている請求項1に記載の遠心圧縮機。 - 複数の前記締結ボルトを備え、
前記締結穴は、前記スクロール部の前記軸線回りの複数箇所に形成されており、
前記複数の締結ボルトのそれぞれは、前記頭部が前記案内筒の前記吸入口側の端部に取り付けられるとともに前記軸部の先端が前記複数の締結穴のそれぞれに締結される請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の遠心圧縮機。 - 前記締結ボルトは、圧延鋼材により形成されている請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の遠心圧縮機。
- 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の遠心圧縮機と、
前記軸線回りに回転するとともに前記ロータ軸に連結されるタービンと、を備える過給機。
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