JP2016145534A - 遠心圧縮機およびそれを備えた過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】羽根車の全部または一部が破断あるいは脱落して外部に飛散する不具合を抑制し、かつ案内筒および羽根車のメンテナンスを容易に行うことを可能にする。
【解決手段】ロータ軸３０に取り付けられる羽根車１１と、羽根車１１を収容する空気案内筒１２と、空気案内筒１２よりも径方向の外周側に配置されるスクロール部１３とを備え、空気案内筒１２は、ロータ軸３０の軸線Ｘ方向の一端の吸入口１２ｃから流入する流体を取込口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から流入する流体を圧縮して吐出口１１ｂへ導く流路１１ｅを形成する下流側筒部１２ｂとを一体的に形成し、かつ下流側筒部１２ｂの外周面に突起部１２ｅが形成された部材であり、空気案内筒１２は、スクロール部１３が取り付けられた状態で軸線Ｘ方向に沿って取り外し可能となっている遠心圧縮機を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、遠心圧縮機およびそれを備えた過給機に関する。

従来、船舶等に用いられる内燃機関に供給する空気を大気圧以上に高める過給機の圧縮機として、遠心圧縮機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。遠心圧縮機は、ロータ軸に取り付けられる羽根車と、羽根車をロータ軸の軸線回りに収容する案内筒と、案内筒から吐出される圧縮空気が流入するスクロール部とを備えている。遠心圧縮機は、取込口から軸線方向に流入する空気を圧縮しつつ軸線方向から傾斜した方向に案内して吐出口から圧縮空気を吐出する。

遠心圧縮機においては、高速回転による遠心力の影響によって、羽根車の全部または一部が破断あるいは脱落する不具合が発生する可能性がある。特許文献２には、羽根車（コンプレッサインペラー）の全部または一部が遠心力でロータ軸の軸線方向に直交する径方向に飛散した場合でも飛散した羽根車によって潤滑油が漏れ出さないように、潤滑油を収容するタンクを保護する衝撃吸収隔壁を設けた遠心圧縮機が開示されている。

また、特許文献３には、コンプレッサホイールを収容する挿入壁の下流に配置した領域に目標裂損箇所を設けことが開示されている。コンプレッサホイールが裂損した場合に目標裂損箇所で裂損させることにより、コンプレッサホイールの裂損により半径方向に作用する力が軸方向に作用する力に変換される。
また、特許文献３には、挿入壁の外方へ突出するブレーキ要素とコンプレッサケーシングの内壁に設けられるブレーキ突起とを共働させることにより軸方向に作用する力を無効にすることが開示されている。

特開２０１１−１１７４１７号公報 特開２００１−１３２４６５号公報 特許第４０８８１６１号公報

特許文献２に開示された遠心圧縮機では、高速回転による遠心力の影響によって羽根車の全部または一部が破断あるいは脱落する不具合が発生する場合に、潤滑油を収容するタンクが保護される。
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径方向に飛散する場合、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。）が外側に位置する案内筒を破損させて外部に飛散する可能性がある。また、破断部材が案内筒と衝突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、その隙間から破断部材が外部に飛散する可能性がある。

また、特許文献３に開示された挿入壁は、目標裂損箇所で裂損して軸方向に移動する際にブレーキ要素がブレーキ突起と接触する構造となっている。そのため、挿入壁を軸方向に沿って取り外すことができず、挿入壁やそれに収容されるコンプレッサホイールのメンテナンスを容易に行うことができない。

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、羽根車の全部または一部が破断あるいは脱落してロータ軸の軸線方向に直交する径方向に飛散する場合に破断部材が外部に飛散する不具合を抑制し、かつ案内筒および羽根車のメンテナンスを容易に行うことが可能な遠心圧縮機およびそれを備えた過給機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を採用する。
本発明の第１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へ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を備え、該案内筒は、前記ロータ軸の軸線方向の一端の吸入口から流入する前記流体を前記取込口へ導く吸入流路を形成する上流側筒部と、前記取込口から流入する前記流体を圧縮して前記吐出口へ導く圧縮流路を形成する下流側筒部とを一体的に形成し、かつ前記下流側筒部の外周面に補強部が設けられた部材であり、前記案内筒は、前記スクロール部が取り付けられた状態で前記軸線方向に沿って取り外し可能となっている。

本発明の第１態様に係る遠心圧縮機において、ロータ軸の回転に伴う遠心力によりロータ軸に取り付けられる羽根車の全部または一部が破断あるいは脱落すると、ロータ軸の軸線方向に直交する径方向に破断部材が飛散する。羽根車はロータ軸の軸線回りに案内筒の下流側筒部に収容されているため、破断部材は下流側筒部の内周面に衝突する。破断部材の衝突により下流側筒部の内周面に衝撃が加えられるが、補強部により下流側筒部の強度が高められている。そのため、破断部材の衝突により下流側筒部の一部に隙間（口開き）が生じ、その隙間から破断部材が外部に飛散する不具合を抑制することができる。

また、本発明の第１態様に係る遠心圧縮機においては、案内筒が、スクロール部が取り付けられた状態で軸線方向に沿って取り外し可能となっている。そのため、スクロール部が取り付けられた状態で案内筒をスクロール部から軸線方向に沿って取り外すとともに、案内筒の内部に収容された羽根車を軸線方向に沿って取り外すことができる。

このように、本発明の第１態様に係る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してロータ軸の軸線方向に直交する径方向に飛散する場合に破断部材が外部に飛散する不具合を抑制し、かつ案内筒および羽根車のメンテナンスを容易に行うことが可能な遠心圧縮機を提供することができる。

本発明の第２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へ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を備え、該案内筒は、前記ロータ軸の軸線方向の一端の吸入口から流入する前記流体を前記取込口へ導く吸入流路を形成する上流側筒部と、前記取込口から流入する前記流体を圧縮して前記吐出口へ導く圧縮流路を形成する下流側筒部とを一体的に形成し、かつ前記上流側筒部の板厚よりも前記下流側筒部の板厚を厚くした部材であり、前記案内筒は、前記スクロール部が取り付けられた状態で前記軸線方向に沿って取り外し可能となっている。

本発明の第２態様に係る遠心圧縮機において、ロータ軸の回転に伴う遠心力によりロータ軸に取り付けられる羽根車の全部または一部が破断あるいは脱落すると、ロータ軸の軸線方向に直交する径方向に破断部材が飛散する。羽根車はロータ軸の軸線回りに案内筒の下流側筒部に収容されているため、破断部材は下流側筒部の内周面に衝突する。破断部材の衝突により下流側筒部の内周面に衝撃が加えられるが、下流側筒部の板厚は上流側筒部の板厚よりも厚い。そのため、破断部材の衝突により下流側筒部の一部に隙間（口開き）が生じ、その隙間から破断部材が外部に飛散する不具合を抑制することができる。

また、本発明の第２態様に係る遠心圧縮機においては、案内筒が、スクロール部が取り付けられた状態で軸線方向に沿って取り外し可能となっている。そのため、スクロール部が取り付けられた状態で案内筒をスクロール部から軸線方向に沿って取り外すとともに、案内筒の内部に収容された羽根車を軸線方向に沿って取り外すことができる。

このように、本発明の第２態様に係る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してロータ軸の軸線方向に直交する径方向に飛散する場合に破断部材が外部に飛散する不具合を抑制し、かつ案内筒および羽根車のメンテナンスを容易に行うことが可能な遠心圧縮機を提供することができる。

第１態様に係る遠心圧縮機において、前記補強部は、前記ロータ軸の軸線回りに延在するともに前記軸線方向に直交する径方向の外周側に向けて突出する突起部であってもよい。
この突起部を軸線方向の適切な位置（例えば、羽根車の重心位置近傍）に設けることにより、破断部材の衝突により下流側筒部の一部に隙間（口開き）が生じ、その隙間から破断部材が外部に飛散する不具合を抑制することができる。

上記態様に係る遠心圧縮機において、前記羽根車と前記案内筒とは、互いに圧着性の高い材料により構成されているものであってもよい。
このようにすることで、破断部材が案内筒に衝突する際に、破断部材の一部と案内筒の一部とがそれぞれ溶解して圧着する。この圧着により、破断部材の案内筒への衝突による衝撃力の一部を熱エネルギに変換して吸収することができる。

ここで、例えば、羽根車と案内筒のそれぞれをアルミニウム合金により形成することにより、羽根車と案内筒の圧着性を高めることができる。
また、例えば、羽根車をアルミニウム合金により形成し、案内筒を圧延鋼材により形成することにより、羽根車と案内筒の圧着性を高めることができる。案内筒に圧延鋼材を採用する場合、案内筒の延性を高めることができるため、案内筒の強度を高めつつ、破断した案内筒同士が衝突する際に吸収される衝撃力をより大きくすることができる。

本発明の一態様に係る過給機は、上記のいずれかに記載の遠心圧縮機と、内燃機関から排出された排気ガスにより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。
本発明の一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してロータ軸の軸線方向に直交する径方向に飛散する場合に、破断部材が外部に飛散する不具合を抑制することができる。

本発明によれば、羽根車の重心位置近傍の全部または一部が破断あるいは脱落してロータ軸の軸線方向に直交する径方向に飛散する場合に、破断部材が外部に飛散する不具合を抑制し、かつ案内筒および羽根車のメンテナンスを容易に行うことが可能な遠心圧縮機およびそれを備えた過給機を提供することができる。

第１実施形態の過給機を示す縦断面図である。 図１に示す遠心圧縮機の要部拡大図である。 空気案内筒をスクロール部から取り外した状態を示す要部拡大図である。 第２実施形態の遠心圧縮機の要部拡大図である。 第３実施形態の遠心圧縮機の要部拡大図である。 第４実施形態の遠心圧縮機の要部拡大図である。

〔第１実施形態〕
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）に供給する空気（気体）を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１６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。

遠心圧縮機１０は、過給機１００の外部から流入する空気を圧縮し、舶用ディーゼル機関を構成するシリンダライナ（図示略）の内部と連通する掃気トランク（図示略）に圧縮した空気（以下、圧縮空気（圧縮流体）という。）を供給する装置である。
遠心圧縮機１０は、羽根車１１と、空気案内筒（案内筒）１２と、スクロール部１３と、コンテインメントリング１４と、サイレンサ１６とを備えている。

空気案内筒１２とスクロール部１３は、複雑な形状を形成するために鋳造により製造された金属部材からなる。この金属部材として、例えば、鉄を主成分とし、炭素を２％以上含有するＦｅ−Ｃ系合金である鋳鉄が用いられる。鋳鉄であればねずみ鋳鉄など種々の材料を用いることが可能であるが、基地組織中の黒煙が球状化しているダクタイル鋳鉄（ＦＣＤ：Ｆｅｒｒｕｍ Ｃａｓｔｉｎｇ Ｄｕｃｔｉｌｅ）を用いるのが好ましい。
鋳造による金属材は、鋳込み形成により複雑な形状を形成しやすい反面、脆性特性を有する。

タービン２０は、タービンハウジング２１と、タービン翼２２と、タービンディスク２３と、タービンノズル２４とを備えている。タービンハウジング２１は、軸線Ｘ回りに配置される中空の筒状部材であり、その内部にタービン翼２２と、タービンディスク２３と、タービンノズル２４とを収容している。タービンハウジング２１には、図１の右方に示す矢印に沿って舶用ディーゼル機関から排出される排気ガスが流入する。

タービンハウジング２１に導かれた排気ガスは、タービンノズル２４を通過する際に静圧膨張し、タービン翼２２に導かれる。タービン翼２２は、ロータ軸３０に固定された円板状のタービンディスク２３の外周面に軸線回りに一定間隔で取り付けられている。タービンディスク２３には、静圧膨張した排気ガスがタービン翼２２を通過することによって軸線Ｘ回りの回転力が与えられる。この回転力は、ロータ軸３０を回転させる動力となり、ロータ軸３０に連結された羽根車１１を軸線Ｘ回りに回転させる。
ここで、タービンディスク２３は円板状であるものとしたが、ここでいう”円”とは真円に限られないものとする。

このように本実施形態の過給機１００は、舶用ディーゼル機関から排出される排気ガスをタービン２０に導いてタービン翼２２が取り付けられたタービンディスク２３を軸線Ｘ回りに回転させる。タービンディスク２３の回転に伴ってロータ軸３０を介して連結された羽根車１１が回転し、取込口１１ａから流入する空気が圧縮され、圧縮空気が吐出口１１ｂから吐出される。吐出口１１ｂから吐出された圧縮空気はスクロール部１３に流入し、舶用ディーゼル機関の掃気トランク（図示略）に導かれる。

サイレンサ１６は、遠心圧縮機１０内で発生する騒音のレベルを低下させる装置である。図１に示すように、サイレンサ１６は、軸線Ｘに直交する方向から流入する空気を、空気案内筒１２の取込口１１ａに導く流路を画定する。流路の周囲には消音材１６ａが配置されている。この消音材１６ａによって、遠心圧縮機１０内で発生する騒音の一部が吸収され、騒音のレベルが低下する。

次に、遠心圧縮機１０が備える各構成について説明する。
図２に示すように、羽根車１１は、軸線Ｘに沿って延びるロータ軸３０に取り付けられており、ロータ軸３０が軸線Ｘ回りに回転するのに伴って、軸線Ｘ回りに回転する。羽根車１１は、軸線Ｘ回りに回転することにより、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は、アルミニウム合金により形成されている。

図２に示すように、羽根車１１は、ロータ軸３０に取り付けられるハブ１１ｃと、ハブ１１ｃの外周面上に取り付けられるブレード１１ｄと、流路１１ｅ（圧縮流路）とを備える。羽根車１１には、ハブ１１ｃの外周面と空気案内筒１２の内周面により形成される空間が設けられており、この空間が複数枚のブレード１１ｄにより複数の空間に仕切られている。そして、羽根車１１は、軸線Ｘ方向に沿って取込口１１ａから流入する空気に径方向の遠心力を与えて軸線Ｘ方向に直交した方向（羽根車１１の半径方向）に吐出させ、吐出口１１ｂから吐出された圧縮空気をディフューザ１３ａに流入させる。

空気案内筒１２は、羽根車１１をロータ軸３０の軸線Ｘ回りに収容するとともにロータ軸３０の軸線Ｘ方向に沿って取込口１１ａから流入する空気を吐出口１１ｂから吐出する部材である。空気案内筒１２は、羽根車１１とともに、軸線Ｘに沿って取込口１１ａから流入する空気を、軸線Ｘに直交する径方向に案内して吐出口１１ｂへ導く流路１１ｅを形成する。空気案内筒１２の詳細な構造については、後述する。

スクロール部１３は、吐出口１１ｂから吐出された圧縮空気が流入するとともに、圧縮空気に付与された運動エネルギー（動圧）を圧力エネルギー（静圧）に変換する装置である。スクロール部１３は、空気案内筒１２よりも軸線Ｘ方向に直交する径方向の外周側に配置されている。
スクロール部１３は、図１に示すように、ロータ軸３０を支持する軸受部１７を保持する軸受台１５およびに取り付けられている。

スクロール部１３は、ディフューザ１３ａと、ディフューザディスク１３ｂと、外側スクロールケーシング１３ｃ（図１参照。）と、内側スクロールケーシング１３ｄと、渦形室１３ｅを備える。渦形室１３ｅは、外側スクロールケーシング１３ｃと、内側スクロールケーシング１３ｄとによって画定される空間である。
図２に示すように、内側スクロールケーシング１３ｄは、締結ボルト４３により空気案内筒１２の吸入口１２ｃ側端部に連結されている。

ディフューザ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１３ｅに圧縮空気を導く流路を形成する。ディフューザ１３ａは、ロータ軸３０と同軸に配置される円環形状のディフューザディスク１３ｂの円周方向の複数箇所に設けられている。ディフューザ１３ａは、羽根車１１の全周に設けられる圧縮空気の吐出口１１ｂを囲むように設けられている。
図２に示すように、ディフューザディスク１３ｂは、締結ボルト４４により内側スクロールケーシング１３ｄに連結されている。

ディフューザ１３ａは、羽根車１１の吐出口１１ｂから吐出された圧縮空気の流速を減速させることにより、圧縮空気に付与された運動エネルギー（動圧）を圧力エネルギー（静圧）に変換する。ディフューザ１３ａを通過する際に流速が減速された圧縮空気は、ディフューザ１３ａと連通した渦形室１３ｅに流入する。渦形室１３ｅに流入した作動流体は、吐出配管（図示略）へと吐出される。

コンテインメントリング１４は、空気案内筒１２よりも径方向の外周側かつスクロール部１３よりも径方向の内周側に配置される円筒状部材である。図１に示すように、コンテインメントリング１４は、ロータ軸３０と同軸に配置されている。図２に示すように、コンテインメントリング１４は、締結ボルト４２によって空気案内筒１２に連結されている。

コンテインメントリング１４は、圧延により製造された金属部材からなる。この金属部材として、例えば、鉄を主成分とし、炭素を微量（約０．２％）含有するＦｅ−Ｃ系合金である鉄鋼材料が用いられる。鉄鋼材料であれば種々の材料を用いることが可能であるが、ＳＳ４００と呼ばれる一般構造用圧延鋼材（ＪＩＳ Ｇ ３１０１；ＡＳＴＭ Ａ２８３）を用いるのが好ましい。

圧延による金属材は、圧延工程に適した組成からなり、大きな塑性変形の後に破壊に至る延性を保有する。一方、鋳造による金属材は、鋳造工程に適した組成からなり、破壊に至る伸びが圧延による金属材よりも小さい。このように、圧延による金属材は、破壊に至る伸びが鋳造による金属材よりも大きい。すなわち、圧延による金属材の延性が高い。したがって、圧延による金属材は、鋳造による金属材よりも衝撃に対する破壊強度が高い特性を有する。

このように、コンテインメントリング１４は、空気案内筒１２よりも延性が高い。そのため、コンテインメントリング１４は、羽根車１１が破損や脱落した際でも、破断部材が径方向に飛散して空気案内筒１２に衝突する場合に、破断部材が外部に飛散することを抑制する。
つまり、空気案内筒１２が破断部材の衝突により脆性破壊してしまう場合であっても、コンテインメントリング１４が塑性変形することによって羽根車の全部または一部が外部に飛散する不具合が抑制される。

次に、空気案内筒１２の詳細な構造について説明する。
図２に示すように、空気案内筒１２は、上流側筒部１２ａと下流側筒部１２ｂとを一体的に形成した部材である。上流側筒部１２ａと下流側筒部１２ｂとの境界位置は、取込口１１ａの位置と一致している。この取込口１１ａの位置は、複数枚のブレード１１ｄにより仕切られる空間の入口位置と一致している。

上流側筒部１２ａは、ロータ軸３０の軸線Ｘ方向の一端の吸入口１２ｃから流入する空気を取込口１１ａに導く吸入流路１２ｄを形成する部材である。また、下流側筒部１２ｂは、取込口１１ａから流入する空気を圧縮して吐出口１１ｂへ導く流路１１ｅを形成する部材である。

図２に示すように、下流側筒部１２ｂの外周面には、下流側筒部１２ｂの内周面に加えられる衝撃に対する下流側筒部１２ｂの強度を高める突起部１２ｅ（補強部）が設けられている。図２に示す突起部１２ｅは、ロータ軸３０の軸線Ｘ回りに全周に渡って延在するとともに軸線Ｘ方向に直交する径方向の外周側に向けて突出している。

突起部１２ｅは、下流側筒部１２ｂの外周面の任意の位置に設けることができる。例えば、図２に符号１２ｆで示す位置に突起部１２ｅを設けるようにしてもよい。符号１２ｆの位置は図２において実線で示す突起部１２ｅの位置よりも羽根車１１の軸線Ｘ方向の重心位置Ｐ１に近い位置である。重心位置Ｐ１または重心位置Ｐ１に近接する位置に突起部１２ｅを設けることにより、重心位置Ｐ１に近接する位置の空気案内筒１２を補強することができる。
また、突起部１２ｅは、図２に符号１２ｅで示す位置と符号１２ｆで示す位置との２箇所あるいはそれ以上の箇所に設けるようにしても良い。このようにすることで、空気案内筒１２の強度を高めることができる。

突起部１２ｅの径方向の長さＬ１は、下流側筒部１２ｂの板厚Ｔ１の２倍以上とするのが望ましい。また、突起部１２ｅの軸線Ｘ方向の長さＬ２は、板厚Ｔ１と同じかそれ以上の長さとするのが望ましい。
図２に示すように、長さＬ１は、突起部１２ｅが下流側筒部１２ｂから径方向に隆起する位置における下流側筒部１２ｂの外周面から突起部１２ｅの先端部までの径方向の距離となっている。

図２においては、突起部１２の先端部がコンテインメントリング１４の内周面から十分に離間するように長さＬ１を設定した例であるが他の態様であってもよい。例えば、突起部１２の先端部がコンテインメントリング１４の内周面に接触しない範囲で、突起部１２の先端部をコンテインメントリング１４の内周面に近付けるようにしてもよい。突起部１２の長さＬ１を十分に確保することにより、空気案内筒１２の強度を高めることができる。

突起部１２の先端部がコンテインメントリング１４の内周面に接触しないようにしているのは、これらを接触させることにより破断部材が空気案内筒１２に衝突した際の衝撃力がコンテインメントリング１４を介して他の部材に直接的に伝達されることを回避するためである。

図２に示すように、上流側筒部１２ａは、上流側筒部本体１２ｈと連結部材１２ｇとを有する。上流側筒部本体１２ｈと連結部材１２ｇとは、締結ボルト４５によって連結されている。図２には、締結ボルト４５が１つのみ示されているが、軸線Ｘ回りの周方向の複数箇所に設けられている。
図２に示すように、連結部材１２ｇには、締結ボルト４２が挿入される貫通穴と締結ボルト４３が挿入される貫通穴と、締結ボルト４５が挿入される貫通穴とが設けられている。

連結部材１２ｇには、締結ボルト４２によってコンテインメントリング１４が取り付けられている。また、連結部材１２ｇは、締結ボルト４５によって上流側筒部本体１２ｈに取り付けられている。さらに、連結部材１２ｇは、締結ボルト４３によって内側スクロールケーシング１３ｄの吸入口１２ｃ側端部に取り付けられている。

空気案内筒１２を内側スクロールケーシング１３ｄに取り付ける手順は、以下の通りである。
第１に、締結ボルト４２を連結部材１２ｇの貫通穴に挿入してコンテインメントリング１４を取り付ける。
第２に、コンテインメントリング１４の内側に配置されるように空気案内筒１２の上流側筒部本体１２ｈを軸線Ｘに沿って挿入し、締結ボルト４５によって上流側筒部本体１２ｈに連結部材１２ｇを取り付ける。

第３に、上流側筒部本体１２ｈと連結部材１２ｇとコンテインメントリング１４とが連結された部材を、軸線Ｘに沿って羽根車１１に近付けるように挿入する。図３に示す空気案内筒１２をスクロール部１３から取り外した状態から空気案内筒１２を羽根車１１に近付けるように挿入することにより、図２に示す状態となる。
第４に、図２に示す羽根車１１が空気案内筒１２に収容された状態で、連結部材１２ｇの貫通穴に挿入された締結ボルト４３を内側スクロールケーシング１３ｄに締結することにより、空気案内筒１２を内側スクロールケーシング１３ｄに取り付ける。

以上においては、空気案内筒１２を内側スクロールケーシング１３ｄに取り付ける手順を説明したが、空気案内筒１２を内側スクロールケーシング１３ｄから取り外す手順は取り付ける手順の逆であるため説明を省略する。
空気案内筒１２を内側スクロールケーシング１３ｄから取り外す場合、図３に示すように、スクロール部１３が軸受台１５に取り付けられた状態で軸線Ｘ方向に沿って空気案内筒１２が取り外される。

また、図３に示すように、羽根車１１において径方向（軸線Ｘに直交する方向）の外径が最大となるのは、吐出口１１ｂに近接するブレード１１ｄの端部である。一方、スクロール部１３において径方向の内径が最小となるのは、吐出口１１ｂに近接するディフューザディスク１３ｂおよび内側スクロールケーシング１３ｄの端部である。そして、図３に示すように、羽根車１１の最大外径は、スクロール部１３の最小内径よりも小さくなっている。そのため、空気案内筒１２を取り外した後、スクロール部１３を取り付けた状態で羽根車１１を軸線Ｘに沿って取り外すことが可能となっている。

このように、本実施形態の遠心圧縮機１０によれば、スクロール部１３を遠心圧縮機１０に取り付けた状態で、上流側筒部本体１２ｈと連結部材１２ｇとコンテインメントリング１４とが連結された部材を、スクロール部１３から取り外すことができる。
また、上流側筒部本体１２ｈと連結部材１２ｇとコンテインメントリング１４とが連結された部材を、スクロール部１３から取り外した後に、さらに羽根車１１を遠心圧縮機１０から取り外すことができる。

以上説明した本実施形態の過給機１００が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態の過給機１００が備える遠心圧縮機１０において、ロータ軸３０の回転に伴う遠心力によりロータ軸３０に取り付けられる羽根車１１の全部または一部が破断あるいは脱落すると、ロータ軸３０の軸線Ｘ方向に直交する径方向に破断部材が飛散する。

羽根車１１はロータ軸３０の軸線Ｘ回りに空気案内筒１２の下流側筒部１２ｂに収容されているため、破断部材は下流側筒部１２ｂの内周面に衝突する。破断部材の衝突により下流側筒部１２ｂの内周面に衝撃が加えられるが、突起部１２ｅ（補強部）により下流側筒部１２ｂの強度が高められている。そのため、破断部材の衝突により下流側筒部１２ｂの一部に隙間（口開き）が生じ、その隙間から破断部材が外部に飛散する不具合を抑制することができる。

また、本実施形態の遠心圧縮機１０においては、空気案内筒１２が、軸線Ｘ方向に沿って取り外し可能となるようにスクロール部１３に取り付けられている。そのため、スクロール部１３が固定された状態で空気案内筒１２をスクロール部１３から軸線Ｘ方向に沿って取り外すことができる。さらに、空気案内筒１２をスクロール部１３から取り外すことにより、空気案内筒１２の内部に収容された羽根車１１を軸線Ｘ方向に沿って取り外すことができる。

このように、本実施形態の過給機１００が備える遠心圧縮機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してロータ軸３０の軸線Ｘ方向に直交する径方向に飛散する場合に破断部材が外部に飛散する不具合を抑制し、かつ空気案内筒１２および羽根車１１のメンテナンスを容易に行うことが可能となる。

〔第２実施形態〕
次に本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は第１実施形態の変形例である。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実施形態は、空気案内筒１２の下流側筒部１２ｂの外周面に突起部１２ｅを設けて下流側筒部１２ｂの強度を高めるものであった。それに対して第２実施形態は、空気案内筒１２の上流側筒部１２ａの板厚Ｔ２よりも下流側筒部１２ｂの板厚Ｔ３を厚くして下流側筒部１２ｂの強度を高めるものである。

図４に示すように、空気案内筒１２は、上流側筒部１２ａと下流側筒部１２ｂとを一体的に形成した部材である。上流側筒部１２ａと下流側筒部１２ｂとの境界位置は、取込口１１ａの位置と一致している。この取込口１１ａの位置は、複数枚のブレード１１ｄにより仕切られる空間の入口位置と一致している。

図４に示すように、上流側筒部１２ａの板厚は吸入口１２ｃから取込口１１ａに至るまで一定のＴ２である。また、下流側筒部１２ｂの板厚は取込口１１ａから吐出口１１ｂに至るまで一定のＴ３である。図４に示すように、上流側筒部１２ａの板厚Ｔ２よりも下流側筒部１２ｂの板厚Ｔ３の方が厚い。

本実施形態のように上流側筒部１２ａの板厚Ｔ２よりも下流側筒部１２ｂの板厚Ｔ３を厚くして下流側筒部１２ｂの強度を高めることにより、以下の作用および効果を奏する。
本実施形態の遠心圧縮機によれば、羽根車１１はロータ軸３０の軸線Ｘ回りに空気案内筒１２の下流側筒部１２ｂに収容されているため、破断部材は下流側筒部１２ｂの内周面に衝突する。破断部材の衝突により下流側筒部１２ｂの内周面に衝撃が加えられるが、下流側筒部１２ｂの板厚Ｔ３は上流側筒部１２ａの板厚Ｔ２よりも厚い。そのため、破断部材の衝突により下流側筒部１２ｂの一部に隙間（口開き）が生じ、その隙間から破断部材が外部に飛散する不具合を抑制することができる。

本実施形態において、下流側筒部１２ｂの板厚は取込口１１ａから吐出口１１ｂに至るまで一定のＴ３であるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、下流側筒部１２ｂの取込口１１ａから吐出口１１ｂに至るまで板厚がＴ２からＴ３まで徐々に増加するようにしてもよい。

〔第３実施形態〕
次に本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態は第１実施形態の変形例である。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。
本実施形態は、空気案内筒１２の上流側筒部１２ａの外周面に、軸線Ｘ回りに延在する溝部１２ｇを設けた点が第１実施形態と異なる。

図５に示すように、空気案内筒１２の上流側筒部１２ａの外周面には、軸線Ｘ回りに全周に渡って延在する無端状の溝部１２ｉが設けられている。溝部１２ｉにおける上流側筒部１２ａの板厚は、下流側筒部１２ｂの板厚（突起部１２ｅが存在する位置を除く）よりも薄くなっている。

溝部１２ｉは、上流側筒部１２ａの外周面の任意の位置に設けられている。溝部１２ｉの位置は、溝部１２ｉの位置で空気案内筒１２が破断した場合に、破断した空気案内筒１２同士が衝突することにより吸収される衝撃力が大きくなるように適宜に設定するのが望ましい。

本実施形態によれば、空気案内筒１２が軸線Ｘ方向に圧縮されて破断に至る場合に、破断する位置をロータ軸３０の軸線Ｘ回りに延在する溝部１２ｉとすることできる。
そのため、上流側筒部１２ａが下流側筒部１２ｂよりも先に破断に至ることをより確実にすることができる。また、溝部１２ｉを上流側筒部１２ａの軸線Ｘ方向の適切な位置に設けることにより、破断した空気案内筒１２同士が衝突する際に吸収される衝撃力を大きくすることができる。

〔第４実施形態〕
次に本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態は第２実施形態の変形例である。以下で特に説明する場合を除き、第２実施形態と同様であるものとし、説明を省略する。
本実施形態は、空気案内筒１２の上流側筒部１２ａの外周面に、軸線Ｘ回りに延在する溝部１２ｊを設けた点が第２実施形態と異なる。

図６に示すように、空気案内筒１２の上流側筒部１２ａの外周面には、軸線Ｘ回りに全周に渡って延在する無端状の溝部１２ｊが設けられている。溝部１２ｊにおける上流側筒部１２ａの板厚は、下流側筒部１２ｂの板厚Ｔ３よりも薄くなっている。

溝部１２ｊは、上流側筒部１２ａの外周面の任意の位置に設けることができる。溝部１２ｊの位置は、溝部１２ｊの位置で空気案内筒１２が破断した場合に、破断した空気案内筒１２同士が衝突することにより吸収される衝撃力が大きくなるように適宜に設定するのが望ましい。

本実施形態によれば、空気案内筒１２が軸線Ｘ方向に圧縮されて破断に至る場合に、破断する位置をロータ軸３０の軸線Ｘ回りに延在する溝部１２ｊとすることできる。
そのため、上流側筒部１２ａが下流側筒部１２ｂよりも先に破断に至ることをより確実にすることができる。また、溝部１２ｊを上流側筒部１２ａの軸線Ｘ方向の適切な位置に設けることにより、破断した空気案内筒１２同士が衝突する際に吸収される衝撃力を大きくすることができる。

本実施形態において、下流側筒部１２ｂの板厚は取込口１１ａから吐出口１１ｂに至るまで一定のＴ３であるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、下流側筒部１２ｂの取込口１１ａから吐出口１１ｂに至るまで板厚がＴ２からＴ３まで徐々に増加するようにしてもよい。

〔第５実施形態〕
次に本発明の第５実施形態について説明する。第５実施形態は第１実施形態の変形例である。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実施形態は、羽根車１１がアルミニウム合金で形成され、空気案内筒１２が好ましくはダクタイル鋳鉄（ＦＣＤ）により鋳造されるものであった。
それに対して本実施形態は、羽根車１１と空気案内筒１２とを互いに圧着性の高い材料により構成するものである。

遠心圧縮機が備える羽根車１１は、例えば、毎分１万回転以上という非常に高い回転数で回転する。そのため、羽根車１１の一部が破断あるいは脱落して径方向に飛散する場合、破断部材が空気案内筒１２の内周面に衝突しながら高速度で軸線Ｘ回りに回転する。この際、空気案内筒１２と破断部材との間に大きな摩擦熱が生じる。

空気案内筒１２と破断部材（羽根車１１の一部）とを圧着性の高い材料により構成すると、空気案内筒１２と破断部材との間に大きな摩擦熱によってそれぞれが溶解して圧着する。この圧着により、破断部材の案内筒への衝突による衝撃力の一部を熱エネルギに変換して吸収することができる。

そこで、本実施形態では、羽根車１１と空気案内筒１２とを互いに圧着性の高い材料により構成した。具体的には、羽根車１１をアルミニウム合金により形成し、空気案内筒１２をアルミニウム合金との圧着性の高い材料により鋳造して形成する。
アルミニウム合金との圧着性の高い材料は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金である。また例えば、セラミック、炭素を微量（約０．２％）含有するＦｅ−Ｃ系合金である鉄鋼材料である。

空気案内筒１２を形成するＦｅ−Ｃ系合金である鉄鋼材料として、ＳＳ４００と呼ばれる一般構造用圧延鋼材（ＪＩＳ Ｇ ３１０１；ＡＳＴＭ Ａ２８３）を用いるのが好ましい。一般構造用圧延鋼材を用いて空気案内筒１２を形成することにより、羽根車１１との圧着性を高めつつ、空気案内筒１２の延性を高めることができる。そのため、空気案内筒１２の強度を高めつつ、破断した空気案内筒１２同士が衝突する際に吸収される衝撃力を大きくすることができる。

〔他の実施形態〕
以上の説明において、空気案内筒１２の上流側筒部１２ａと下流側筒部１２ｂとの境界位置は、取込口１１ａの位置と一致しているものとしたが、他の態様であってもよい。
例えば、上流側筒部１２ａと下流側筒部１２ｂとの境界位置を、取込口１１ａの位置の近傍の他の位置としてもよい。この近傍の他の位置は軸線Ｘ方向の吸入口１２ｃ側であっても、吐出口１１ｂ側であってもよい。

第２実施形態において、上流側筒部１２ａの板厚はＴ２で一定であり、下流側筒部１２ｂの板厚はＴ３で一定であるものとしたが、他の態様であってよい。例えば、上流側筒部１２ａの板厚の一部がＴ２と異なっていてもよく、下流側筒部１２ｂの板厚の一部がＴ３と異なっていてもよい。

以上の説明において、遠心圧縮機１０が備える羽根車１１が連結されるロータ軸３０は、舶用ディーゼル機関から排出される排気ガスにより回転するタービン２０によって軸線Ｘ回りに回転するものであったが、他の態様であってもよい。例えば、ロータ軸３０は、ロータ軸３０に連結されたモータ等の他の動力源によって回転するものであってもよい。

以上の説明においては、空気案内筒１２の吸入口１２ｃ側の端部を内側スクロールケーシング１３ｄに取り付けるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、サイレンサ１６の吸入口１２ｃ側の端部など、内側スクロールケーシング１３ｄ以外の他の部材に空気案内筒１２の吸入口１２ｃ側の端部を取り付けるようにしてもよい。

１０ 遠心圧縮機
１１ 羽根車
１１ａ 取込口
１１ｂ 吐出口
１１ｅ 流路（圧縮流路）
１２ 空気案内筒（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 突起部（補強部）
１２ｇ 連結部材
１２ｈ 上流側筒部本体
１２ｉ,１２ｊ 溝部
１３ スクロール部
１４ コンテインメントリング
３０ ロータ軸
１００ 過給機
Ｘ 軸線

Claims (7)

1. 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へ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を備え、
   該案内筒は、前記ロータ軸の軸線方向の一端の吸入口から流入する前記流体を前記取込口へ導く吸入流路を形成する上流側筒部と、前記取込口から流入する前記流体を圧縮して前記吐出口へ導く圧縮流路を形成する下流側筒部とを一体的に形成し、かつ前記下流側筒部の外周面に補強部が設けられた部材であり、
   前記案内筒は、前記スクロール部が取り付けられた状態で前記軸線方向に沿って取り外し可能となっている遠心圧縮機。
2. 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へ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を備え、
   該案内筒は、前記ロータ軸の軸線方向の一端の吸入口から流入する前記流体を前記取込口へ導く吸入流路を形成する上流側筒部と、前記取込口から流入する前記流体を圧縮して前記吐出口へ導く圧縮流路を形成する下流側筒部とを一体的に形成し、かつ前記上流側筒部の板厚よりも前記下流側筒部の板厚を厚くした部材であり、
   前記案内筒は、前記スクロール部が取り付けられた状態で前記軸線方向に沿って取り外し可能となっている遠心圧縮機。
3. 前記補強部は、前記ロータ軸の軸線回りに延在するともに前記軸線方向に直交する径方向の外周側に向けて突出する突起部である請求項１に記載の遠心圧縮機。
4. 前記羽根車と前記案内筒とは、互いに圧着性の高い材料により構成されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の遠心圧縮機。
5. 前記羽根車と前記案内筒とは、それぞれアルミニウム合金により形成されている請求項４に記載の遠心圧縮機。
6. 前記羽根車はアルミニウム合金により形成され、前記案内筒は圧延鋼材により形成されている請求項４に記載の遠心圧縮機。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の遠心圧縮機と、
   内燃機関から排出された排気ガスにより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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