JP4291536B2 - 半径流圧縮機羽根車の取付け装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の前文に記載され、ハブがその全長にわたって等しくない質量分布を有する半径流圧縮機羽根車の取付け装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気タービン過給機の駆動軸つまりタービン軸に、冒頭に述べた形式の圧縮機羽根車（インペラ）を取り付ける公知の取付け装置においては、特に大きく負荷される過給機の場合、運転中に圧縮機羽根車のハブが遠心力荷重および熱作用によって変形し、これによってたいてい、排気タービン過給機の静かな運転にとって必要である圧縮機羽根車の精確な心出しが失われる、という問題がある。
【０００３】
従来において既に、種々の形式の軸・ハブ継手が知られている。即ち、圧縮機羽根車と駆動軸との間における円筒状すべり座あるいは圧力嵌めによる単純な心出し方式、円錐状ブッシュあるいは別の締付け要素によって半径方向バイアスを与えることによる自動調心継手、および円錐体によって軸線方向バイアスを与える心出し方式が存在している。
【０００４】
更にまた、排気タービン過給機のタービンの小さくないトルクは、圧縮機羽根車に十分確実に伝達されねばならない。そのために、スプライン、調整ばね継手およびつめ継手のような圧縮機羽根車と駆動軸との周知のかみ合い継手、ねじによって軸段部に締付け固定された圧縮機羽根車、および軸線方向摩擦ベルト、締付け要素、円錐状ブッシュのような摩擦継手が利用され、あるいは上述の二種類の継手が組み合わせて利用される。
【０００５】
例えば、ヨーロッパ特許第００７２５８２号明細書において、圧縮機羽根車のハブが円錐状圧力結合によって駆動軸上に心出しされるような圧縮機羽根車の取付け装置が知られている。その圧縮機羽根車は長さにわたって等しくない質量分布を有している。このために、駆動軸の円錐状部分上に押し込まれる円錐状孔付きブッシュが設けられている。
【０００６】
例えば単流形半径流圧縮機を備えた排気タービン過給機に利用されるような圧縮機羽根車の場合、高速回転中に生ずる遠心力が、ハブに伸びを生じさせる。その遠心力および伸びは、回転数の増大および圧縮機羽根車直径の増大に伴って増加する。その結果、ハブと駆動軸との接触が失われる危険が生ずる。
【０００７】
これは特に、大きく負荷される圧縮機羽根車、即ち大きな圧力比の圧縮機羽根車に当てはまる。このような圧縮機羽根車の場合、高速回転時および高温加熱時に、ハブの広がりが生じ、そしてこのハブの広がりがアンバランスを生じさせるか、ハブが全体的にあるいは部分的に、駆動軸あるいはブッシュから浮き上がる。
【０００８】
大きな圧力比の圧縮機羽根車は通常軽金属で作られている。この軽金属は鋼に比べて弾性係数が小さいために、軸上に直接支持された円錐状あるいは円筒状ブッシュを、ハブの浮き上がりを確実に防止するように、強く予め締め付けることができない。
【０００９】
駆動軸上における冒頭に述べた形式の圧縮機羽根車の心出しを改善するために、既にドイツ特許第１９７３６３３３号明細書において、駆動軸と圧縮機羽根車のハブとの間における圧力嵌めを、ハブの長さ方向にわたっておよび内部において３つの部位に分割されたブッシュによって形成することが提案されている。そのために、第１部分部位が、ブッシュ上におけるハブに対する圧力嵌めを提供し、駆動軸軸受に近い第２部分部位が、駆動軸のジャーナル上におけるブッシュの圧力嵌めを提供している。これらの両ブッシュ部分部位間に、圧力嵌めのない第３部分部位が設けられている。この第３部分部位は、ブッシュの両側部分部位の応力切り離しを保証している。駆動軸軸受に近い圧縮機羽根車背面は、駆動軸と共に回転する構成要素の取付け面に、タイロッドによって押し付けられている。
【００１０】
最後に述べた取付け方式は、駆動軸上における冒頭に述べた形式の圧縮機羽根車の心出しをかなり改善するけれども、公知の別の軸・ハブ継手による場合と同様に、圧縮機羽根車の簡単な組立分解性のような技術的要件、あらゆる運転状態並びに圧縮機羽根車入口および軸受に近い圧縮機羽根車背面における圧縮機羽根車の良好な心出し、微小運動を防止するための圧縮機羽根車の確実な固定、および軸線方向隙間を減少するための圧縮機羽根車の精確な軸線方向固定を、同時に十分に満たすことができない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の圧縮機羽根車の取付け装置を、単純で安価な手段によって、流体機械のあらゆる運転状態において並びに圧縮機羽根車入口および軸受に近い圧縮機羽根車背面において駆動軸上における圧縮機羽根車の心出しが一層改善されるように、改良することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明に基づいて請求項１に記載の手段によって解決される。
【００１３】
本発明に基づく取付け装置によれば、上述した技術的要求は完全に満たされる。また圧縮機羽根車は、長期の運転経過後でも、例えば軸段部にねじによって締め付けられるか圧力嵌めによって設けられた圧縮機羽根車と異なって、機械室にたいてい存在しない高価な工具を必要とすることなしに、簡単に駆動軸から外せる。繰り返し組み立てられた場合でも、円筒状すべり座あるいは円錐状ブッシュによる方式に比べて、良好な再現性をもって良好な心出しが保証される。円錐体により軸線方向バイアスをもって心出しする方式に比べて、圧縮機羽根車の確実な設置、並びに駆動軸上への圧縮機羽根車の精確な軸線方向固定が保証される。
【００１４】
また、伝動体は変形した際にエネルギを吸収し、従って弾性衝撃を有利に減衰し、これによって圧縮機羽根車の変位の増幅が抑制され、よって静かな運転並びに座りの保護が達成される。
【００１５】
軸への圧縮機羽根車の本発明に基づく取付けによれば、ハブが大きく伸びた場合も、圧縮機羽根車と伝動体とのバイアス即ち摩擦結合が維持され、圧縮機羽根車の確実な心出しが保証される。
【００１６】
本発明に基づく手段の有利な実施態様および目的に適った発展形態は、従属請求項に記載され、図を参照しての以下の説明から理解できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下において図に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。
図１には、駆動軸上に本発明に基づく取付け装置によって取り付けられた半径流圧縮機羽根車が、縦断面図で示されている。
【００１８】
排気タービン過給機の基本的構造および作用は既に公知であり、ここでは詳述しない。図１の基礎となっている排気タービン過給機は駆動軸１を有している。この駆動軸１はその軸線方向中央部位が機械ハウジングに軸受支持され、両端がその軸受から突出している。駆動軸１は一端にタービンランナ（図示せず）を支持し、他端に圧縮機羽根車２を支持している。この圧縮機羽根車２はここでは半径流圧縮機羽根車として形成され、中心ハブ３を有し、このハブ３の外周に多数の羽根４が配置されている。
【００１９】
流れは、圧縮機羽根車入口５で軸線方向に圧縮機羽根車２の中に流入し、圧縮機羽根車２内で半径方向に転向される。それに応じて、ハブ３および羽根４の直径は、流れ方向に増大している。従って、圧縮機羽根車２の中央横断面に対して非対称的な縦断面形状が生じ、これに伴って、非対称的な質量分布が生じている。そして、圧縮機羽根車入口５とは反対側の圧縮機羽根車背面６の部位が最も大きな質量を有している。
【００２０】
ハブ３は、このハブ３にはまり込んでいる駆動軸１に、ないしはハブ３を貫通するジャーナル８に、すべり座によって結合されている。そのために、ハブ３と駆動軸１と間にスリーブ状伝動体７が設けられている。この伝動体７は駆動軸１のジャーナル８を同心的に包囲し、第１円筒状部位１０と第２円筒状部位１２とを有している。第１円筒状部位１０は、圧縮機羽根車入口５の近くでハブ３と伝動体７との間の圧力結合９を形成している。第２円筒状部位１２は、第１円筒状部位１０につながり、伝動体７における応力状態から切り離され、駆動軸１上ないしはジャーナル８上における伝動体７のすべり座による心出し部位１１を形成している。
【００２１】
この実施例において、第２円筒状部位１２の外形は第１円筒状部位１０に比べて細く形成されているので、第２円筒状部位１２は、ハブ３に圧力嵌めされておらず、従って心出し部位１１を伝動体７の圧力結合９から応力分離することを保証している。
【００２２】
軸受近くの圧縮機羽根車背面６に、ハブ３を延長して延び半径方向に張り出した心出し部材１３が一体形成されている。詳しくはこの心出し部材１３は、軸線方向において圧縮機羽根車背面６と心出し部材１３との間に材料薄肉部１４が設けられるように形成されている。心出し部材１３が圧縮機羽根車背面６にその材料薄肉部１４によって弾力的に一体形成されているので、心出し部材１３は、ハブ３が広がった際、駆動軸１上においてやっとこ状に狭められる。従って、圧縮機羽根車背面６は心出し部材１３を圧縮機羽根車背面６に結合するいわゆるスワンネック（白鳥の首）を備えている。ハブ３がたる形に変形した際、スワンネック１４により心出し部材１３が駆動軸１上において狭まる。これによって、圧縮機羽根車２のあらゆる応力状態および遠心力荷重において、駆動軸１上における圧縮機羽根車２の心出しが、心出し部材１３によって維持される。
【００２３】
特に有利な実施例において、スリーブ状伝動体７は、ハブ３から半径方向に張り出しハブ直径より大きな直径をしたフランジ部１５を有している。また、ジャーナル８の先端に可撓性の締付け要素１６が挿入されている。この締付け要素１６を介して、前記フランジ部１５により、また、例えば駆動軸１をジャーナル８に比べて太くすることによって形成された駆動軸１の軸受側の取付け面１７によって、圧縮機羽根車２の長さの調整（高速回転時および高温加熱時において生じる変位の調整）ができるように、駆動軸１とのやっとこ状の軸線方向結合部１８が設けられている。
【００２４】
可撓性の締付け要素１６はナット１９付きタイロッド１６あるいは伸びボルトとして形成されている。このタイロッド１６あるいは伸びボルトは、あらゆる運転状態において心出し部材１３が駆動軸１の取付け面１７に当接することを保証するように設計されている。
【００２５】
圧縮機羽根車２の心出しを改善するために、この有利な処置は、軸線方向における変形を補償し、圧縮機羽根車２の精確な軸線方向固定を一層向上する。
【００２６】
スリーブ状伝動体７の第１円筒状部位１０は、トルク伝達するために駆動軸１とかみ合い結合するかみ合い継手２０を備えている。このかみ合い継手２０は、駆動軸１のジャーナル８の先端外周に設けられた多数の軸線方向溝と、第１円筒状部位１０の内周面に設けられそれらの軸線方向溝に係合する相応した数の突条とから構成されている。
【００２７】
圧縮機羽根車背面６、スワンネック即ち材料薄肉部１４および心出し部材１３は、圧縮機羽根車２がどんな場合でも駆動軸１と心出し部材１３との接触個所において駆動軸１から浮き上がらないように、相互に設計されている。ハブ３と伝動体７との圧力結合９は、圧縮機羽根車２がどんな運転状態でも伝動体７から浮き上がらないように、設計されている。伝動体７が駆動軸１ないしはジャーナル８とかみ合い結合するかみ合い継手２０の範囲は、伝動体７の心出し部位１１から応力が切り離されている。従って、どんな運転状態においても伝動体７は駆動軸１から浮き上がらない。タイロッド１６（あるいは伸びボルト）は、あらゆる運転状態においても圧縮機羽根車背面６の心出し部材１３が駆動軸１の取付け面１７に軸線方向に当接していることを十分確実に保証するように設計されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく圧縮機羽根車の縦断面図。
【符号の説明】
１ 駆動軸
２ 圧縮機羽根車
３ ハブ
４ 羽根
５ 圧縮機羽根車入口
６ 圧縮機羽根車背面
７ スリーブ状伝動体
８ ジャーナル
９ 圧力結合
１０ 第１円筒状部位
１１ 心出し部位
１２ 第２円筒状部位
１３ 心出し部材
１４ 材料薄肉部（スワンネック）
１５ フランジ部
１６ 可撓性の締付け要素
１７ 取付け面
１８ 軸線方向結合
１９ ナット
２０ かみ合い継手

Claims (2)

1. ハブがその全長にわたって等しくない質量分布を有し、ハブがこのハブにはまり込む駆動軸にすべり座によって受けられている、流体機械の半径流圧縮機羽根車の取付け装置において、ハブ（３）と駆動軸（１）との間にスリーブ状伝動体（７）が設けられ、この伝動体（７）が、ハブ（３）と伝動体（７）との間の圧力結合（９）を形成する第１円筒状部位（１０）と、この第１円筒状部位（１０）につながり、伝動体（７）における応力状態から切り離され、駆動軸（１）上における伝動体（７）の心出し部位（１１）を形成する第２円筒状部位（１２）とを備え、圧縮機羽根車背面（６）に、ハブ（３）を延長して延び半径方向に張り出した心出し部材（１３）が一体形成され、軸線方向において圧縮機羽根車背面（６）と心出し部材（１３）との間に、ハブ（３）が広がった際に心出し部材（１３）を駆動軸（１）上でやっとこ状に狭めさせる材料薄肉部（１４）が設けられ、さらに、前記スリーブ状伝動体（７）の第１円筒状部位（１０）が、トルクを伝達するために駆動軸（１）とかみ合い結合するかみ合い継手（２０）を備え、また、前記スリーブ状伝動体（７）が、ハブ（３）から半径方向に張り出したフランジ部（１５）を有し、可撓性の締付け要素を介して、前記フランジ部（１５）によって、かつ張り出した心出し部材（１３）に対する駆動軸（１）の取付け面（１７）によって、圧縮機羽根車（２）の長さの調整ができるように、駆動軸（１）とのやっとこ状の軸線方向結合部（１８）が設けられ、前記可撓性の締付け要素は、タイロッド（１６）あるいは伸びボルトを有し、このタイロッド（１６）あるいは伸びボルトが、あらゆる運転状態において駆動軸（１）の取付け面（１７）と心出し部材（１３）との当接が保証されるように形成され、かつナット（１９）により締付けられる構成を備えることを特徴とする半径流圧縮機羽根車の取付け装置。
2. かみ合い継手（２０）が、駆動軸（１）の外周面に設けられた多数の軸線方向溝と、第１円筒状部位（１０）の内周面に設けられそれらの軸線方向溝にそれぞれ係合する相当数の突条とから構成されていることを特徴とする請求項１記載の取付け装置。

Images