JP5422480B2 - 過給機のシール空気導入手段、これを備えた過給機、これを備えた過給機システム、これを備えたディーゼル機関およびこれを備えた船舶 - Google Patents

Description

本発明は、過給機のシール空気導入手段、これを備えた過給機、これを備えた過給機システム、これを備えたディーゼル機関およびこれを備えた船舶に関し、特に、過給機カット運転時における過給機の軸受用潤滑油の漏洩防止に関するものである。

一般に、大型の舶用ディーゼル機関は、起動時や極低負荷運転時には、ディーゼル機関から排出される排ガスのエネルギーが小さい。そのため、過給機を運転することができず、補助ブロアを運転して空気をディーゼル機関へと供給している。

特許文献１には、補助ブロアの空気吸引作用によって、過給機の圧縮機ケーシング内が負圧になり、さらに圧縮機ケーシングから軸受台内に設けられているシール空気路に連通している空気室が負圧になった場合に、潤滑油が軸受台から外部へ漏洩することを防止する逆止弁が開示されている。

また、特許文献２から特許文献４には、ディーゼル機関の部分負荷運転時における、回転軸方向に作用するスラスト荷重の調整と、軸受台からの潤滑油の漏洩防止とを目的として、圧縮機により圧縮された圧力の高い空気をタービン側のシール装置に供給することが開示されている。

実用新案登録第２５５２２８２号公報 特開２００３−２９３７８３号公報 特許第３５３４５６６号公報 特許第３２１９５９９号公報

複数台の過給機を搭載しているディーゼル機関において、機関の低負荷運転時の性能を改善するために、１台の過給機の運転を停止し残りの過給機を運転する過給機カット運転が行われる場合がある。過給機カット運転により、過給機１台あたりに供給される排ガス量が増加し過給機の回転数が上昇する。そのため、過給機からディーゼル機関に供給される給気量が増加し、ディーゼル機関の掃気圧が上昇する。その結果、ディーゼル機関の低負荷運転時の熱効率が上昇し燃料消費率が良くなる。

過給機カット運転の準備には、停止中の過給機の排ガス入口に蓋をして排ガスの流入を防ぐとともに、ディーゼル機関の振動によって軸受が損傷することを防止するために回転軸を抜き出す作業が必要となるため、準備作業時間に多大な時間を必要とする問題があった。

また、回転軸を抜き出すことなく過給機カット運転を行う場合には、ディーゼル機関の振動によって軸受が損傷することを防止するために停止中の過給機の軸受台には、運転中の過給機の軸受台と同様に潤滑油が供給される必要がある。しかし、潤滑油の軸受台からの漏洩を防止するために、タービン側シール装置に対して過給機の圧縮機から圧縮空気をシール空気として導く必要がある。しかし、過給機カット運転中における停止中の過給機は、自身の圧縮機が駆動されていないためシール空気がタービン側シール装置に供給されない。そのため、外部からシール空気の供給が必要であるという問題があった。

特許文献１の発明は、ディーゼル機関の起動時や極低負荷運転時における過給機からの潤滑油の漏洩防止について開示されているが、停止中の過給機からの潤滑油の漏洩防止については開示されていない。
特許文献２から特許文献４の発明は、過給機の運転中に圧縮機が圧縮した空気を用いて潤滑油の漏洩を防止することについて開示されているが、停止中の過給機からの潤滑油の漏洩防止については開示されていない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、過給機カット運転の準備が容易とされ、過給機カット運転中に停止中の過給機から潤滑油の漏洩を防止することが可能な過給機のシール空気導入手段、これを備えた過給機、これを備えた過給機システム、これを備えたディーゼル機関およびこれを備えた船舶を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の過給機のシール空気導入手段、これを備えた過給機、これを備えた過給機システム、これを備えたディーゼル機関およびこれを備えた船舶は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係るシール空気導入手段によれば、排ガスにより回転駆動されるタービンと、一端に前記タービンを設ける回転軸と、該回転軸の他端に設けられて前記タービンが回転駆動することにより回転駆動して空気を圧縮する圧縮機と、前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、該軸受と前記圧縮機との間に設けられ、前記軸受に供給される潤滑油の前記圧縮機側への漏洩を封止する圧縮機側封止部と、前記圧縮機により圧縮された空気の一部を前記圧縮機側封止部へと導く圧縮空気供給路を有する軸受台と、を備える過給機に設けられる過給機のシール空気導入手段であって、前記軸受台に前記圧縮空気供給路と連通して設けられ、空気が導かれる空気路と、該空気路の内部を摺動する内筒と、を備え、過給機カットの際には、外部から圧縮空気が前記空気路に導かれ、前記圧縮空気供給路と前記空気路との圧力差により前記内筒が摺動して前記圧縮機と前記圧縮空気供給路との間を遮断することを特徴とする。

過給機カットの場合には、シール空気導入手段の空気路に外部から圧縮空気が導かれ、圧縮空気供給路と空気路との圧力差によって内筒が摺動して圧縮機と圧縮空気供給路との間を遮断することとした。そのため、シール空気導入手段の外部から導入された圧縮空気を過給機の圧縮機側封止部へと導くことができる。したがって、過給機の軸受から潤滑油が漏洩することを防止することができる。

本発明に係るシール空気導入手段によれば、前記空気路の途中に合流する大気路と、該大気路の端部に設けられ、該大気路内の圧力が負圧になった場合に開となり、外部からの空気を空気路へ導く開閉弁と、を備えることを特徴とする。

シール空気導入手段の空気路から分岐する大気路の端部には、大気路内の圧力に応じて開閉する開閉弁を設けることとした。そのため、大気路に連通する空気路内が負圧の場合には、開閉弁を開にさせてシール空気導入手段から過給機の圧縮空気供給路へと空気を導くことができる。したがって、シール空気導入手段から導かれた空気によって過給機の軸受から潤滑油が漏洩することを防止することができる。

本発明に係る過給機によれば、上記のいずれかに記載のシール空気導入手段を備えることを特徴とする。

過給機の運転を停止中には、圧縮機が空気を圧縮しない。そのため、圧縮機側封止部へと空気が供給されず軸受に供給された潤滑油が軸受台から漏洩する。
また、圧縮機が負圧になった場合には、圧縮空気供給路内も負圧になって過給機の軸受から潤滑油が圧縮機側へと漏洩する恐れがある。

そこで、過給機運転を停止中や圧縮機が負圧になった場合であっても、常時空気を導くことが可能なシール空気導入手段を備えることとした。そのため、シール空気導入手段から圧縮空気供給路内へと空気を導くことができる。したがって、過給機の軸受から潤滑油の漏洩を防止することができる。

本発明に係る過給機システムによれば、複数の過給機を備え、これら過給機のうちの少なくとも１つが上記に記載の過給機とされることを特徴とする。

複数の過給機を備える過給機システムのうち少なくとも１つの過給機の運転を中止する過給機カット運転を行う場合には、運転を中止する過給機の圧縮機が空気を圧縮しない。そのため、運転を中止する過給機の軸受の焼き付きを防止するために供給されている潤滑油が軸受台から漏洩する。これを防ぐために、過給機カット運転の際には、運転を中止する過給機の回転軸を抜き出している。

そこで、過給機システムには、運転を中止する過給機の軸受から潤滑油が漏洩することを防止することが可能な過給機を用いることとした。そのため、運転を中止する過給機の回転軸を抜き出す必要がなくなる。したがって、過給機システムの過給機カット運転の準備時間を短縮することができる。

本発明に係る過給機システムによれば、前記圧縮空気は、他の前記過給機によって圧縮された空気とされることを特徴とする。

過給機システムの過給機カット運転中に、運転を中止する過給機の圧縮空気供給路には、他の過給機によって圧縮された空気がシール空気導入手段を介して導かれることとした。そのため、過給機の圧縮機側封止部に導く空気を供給する機器を別途設ける必要がない。したがって、機器設置コストを抑制することができる。

本発明に係るディーゼル機関によれば、上記のいずれかに記載の過給機システムを備えることを特徴とする。

ディーゼル機関には、回転軸を抜き出すことなく過給機カット運転を行うことができる過給機システムを備えることとした。そのため、過給機カット運転の準備時間を短縮することができる。

また、ディーゼル機関の低負荷運転の際には、補助ブロアによって圧縮空気がディーゼル機関に供給されるが過給機の圧縮機は十分には運転しない。そのため、過給機の圧縮機は、補助ブロアの運転によって空気が吸引されて負圧になる。

そこで、ディーゼル機関の低負荷運転時に過給機の圧縮機が負圧になった場合には、シール空気導入手段から圧縮空気供給路へと空気を供給することができる過給機を用いることとした。そのため、ディーゼル機関の低負荷運転時における性能を容易に改善して燃料消費率を改善することができる。

本発明に係る船舶は、上記に記載のディーゼル機関を備えることを特徴とする。

過給機カット運転の準備時間を短縮することが可能な、かつ、ディーゼル機関の低負荷運転時における性能を容易に改善可能なディーゼル機関を用いることとした。そのため、乗組員の船内作業を低減しつつ、船舶の航行コストを改善することが可能となる。

過給機カットの場合には、シール空気導入手段の空気路に外部から圧縮空気が導かれ、圧縮空気供給路と空気路との圧力差によって内筒が摺動して圧縮機と圧縮空気供給路との間を遮断することとした。そのため、シール空気導入手段の外部から導入された圧縮空気を過給機の圧縮機側封止部へと導くことができる。したがって、過給機の軸受から潤滑油が漏洩することを防止することができる。

本発明の一実施形態に係るバキュームブレーカーを備えた過給機の部分拡大構成図である。 過給機カット運転を行った場合における図１に示したバキュームブレーカーの概略構成図を示し、（Ａ）は、縦断面概略構成図を示し、（Ｂ）は、横断面概略構成図を示している。 通常運転の場合における図１に示したバキュームブレーカーの概略構成図を示し、（Ａ）は、縦断面概略構成図を示し、（Ｂ）は、横断面概略構成図を示している。 低負荷運転の場合における図１に示したバキュームブレーカーの概略構成図を示し、（Ａ）は、縦断面概略構成図を示し、（Ｂ）は、横断面概略構成図を示している。

以下に、本発明の一実施形態について、図１から図４を参照して説明する。
図１には、本実施形態に係る船舶が備えているディーゼル機関に搭載されている過給機システムを構成している過給機１の部分拡大構成図が示されている。
ディーゼル機関（図示せず）は、機関室（図示せず）内に備えられている。ディーゼル機関には、複数台の過給機（例えば、３台）１を備えている過給機システムと、複数台（例えば、３台）の空気冷却器（図示せず）とが搭載されている。

過給機システムを構成している各過給機１は、ディーゼル機関が排出する排ガスによって駆動されるタービン（図示せず）と、タービンによって回転駆動される回転軸６と、回転軸６が回転駆動されることによって空気を圧縮する圧縮機３と、タービンと圧縮機３との間に設けられ回転軸６を回転自在に支持している軸受台４とを有している。

タービンは、回転軸６の周方向に向かって複数のタービン翼（図示せず）を有している。タービン翼には、排ガスが導かれる。タービン翼に導かれた排ガスによって、回転軸６が回転駆動される。

圧縮機３は、圧縮機ケーシング１１と、回転軸６が回転駆動されることによって空気を圧縮するインペラ１２とを有している。
圧縮機ケーシング１１は、インペラ１２を覆うように設けられている。また、圧縮機ケーシング１１には、インペラ１２によって圧縮された空気が導かれる渦巻き室１１ｂが設けられている。インペラ１２は、サイレンサ（図示せず）を介して圧縮機ケーシング１１へと導かれた空気を圧縮する。圧縮機ケーシング１１には、渦巻き室１１ｂ内の圧縮した空気の一部を後述する軸受台４内に導く入口部１１ａが開口している。

インペラ１２は、略円盤形状をなしており、その一面には中心から径方向外側に向けて延びる翼（図示せず）が複数設けられている。インペラ１２は、渦巻き室１１ｂによって径方向外側を囲むよう覆われている。インペラ１２には、圧縮機ケーシング１１の入口から吸入された空気が導かれる。インペラ１２は、回転軸６上に設けられているタービンが回転駆動することによって回転駆動される。回転駆動されたインペラ１２によって、圧縮機ケーシング１１の入口から吸入された空気が圧縮され、圧縮された空気は、インペラ１２の径方向の外側へと送出される。インペラ１２によって圧縮された空気は、渦巻き室１１ｂを通過して圧縮機ケーシング１１の出口から導出される。

インペラ１２は、軸受台４に近接させた状態で設けられている。軸受台４には、一端をタービン側に突出させ、他端を圧縮機３側に突出させた回転軸６が貫通されている。また、軸受台４には、タービンの外周を覆っているタービンケーシング（図示せず）と、圧縮機ケーシング１１とが接続されている。これらタービンケーシングと、軸受台４と、圧縮機ケーシング１１とは、ボルト（図示せず）によって一体に締結されている。

軸受台４には、２つのジャーナル軸受（図１には、１つのジャーナル軸受１５のみを示す）と、スラスト軸受（軸受）１７とが設けられている。ジャーナル軸受（軸受）１５によって、回転軸６は、軸６回りの回転が可能とされ、かつ、軸受台４によって支持されている。

スラスト軸受１７は、回転軸６の半径方向外周に向かって突出するスラストカラー１８の両側に設けられている。スラストカラー１８とスラスト軸受１７とは、圧縮機３側に設けられているジャーナル軸受１５とインペラ１２との間に設けられている。回転軸６は、スラスト軸受１７とスラストカラー１８によって、排ガスがタービン翼に作用して回転軸６が軸方向へ移動することを規制するとともに、回転軸６回りの回転が可能とされている。

また、軸受台４の内部には、軸受台４内の空気抜きである空気抜き路（図示せず）と、軸受台４内の潤滑油を排出する油ドレン路（図示せず）と、潤滑油が導かれる潤滑油供給路（図示せず）と、シール空気（空気）が導かれるシール空気通路（圧縮空気供給路）２０とが穿孔されている。

軸受台４内の空気は、軸受台４内の空気抜き路から軸受台４に接続されている空気抜き管（図示せず）へと排出される。これによって、軸受台４内の空気抜きが行われる。
各軸受１５、１７に供給される潤滑油のうち、余剰の潤滑油は、軸受台４の内部に穿孔されている油ドレン路から軸受台４の下方に接続されている油ドレン管（図示せず）へと排出される。

潤滑油は、軸受台４の上方に接続されている潤滑油供給管（図示せず）から軸受台４へと供給される。軸受台４に供給された潤滑油は、軸受台４内に穿孔されている潤滑油供給路を通って各軸受１５、１７へと供給される。これら軸受１５、１７は、潤滑油が供給されることによって焼付きが防止される。

シール空気は、圧縮機３の渦巻き室１１ｂに開口している開口部１１ａから軸受台４に穿孔しているシール空気路入口（圧縮空気供給路）２１を通って、軸受台４に穿孔しているシール空気通路２０に合流する。シール空気通路２０は、軸受台４に穿孔されておりその一端が軸受台４の側壁に開口している。

シール空気路入口２１とシール空気通路２０との間には、バキュームブレーカー（シール空気導入手段）３０の内筒（図示せず）が接続されるようになっている。シール空気通路２０は、途中で圧縮機側油ラビリンスパッキン（圧縮機側封止部）２４へとシール空気の一部を供給する分岐シール空気路２５に分岐されている。

バキュームブレーカー３０は、その一端がシール空気通路２０に連通するように軸受台４の側壁の外部に設けられている。バキュームブレーカー３０の他端には、後述する外部空気供給配管３６（図２参照）が接続されている。

軸受台４に設けられているジャーナル軸受１５と図示しないタービン側に設けられているジャーナル軸受との間は、空間部Ｓとなっている。また、圧縮機３側のジャーナル軸受１５とスラスト軸受１７との間には密閉部を有しないため、回転軸６を伝って各軸受１５、１７に供給された潤滑油が軸受台４から外部へと漏洩する恐れがある。そのため、タービン側油ラビリンスパッキン（図示せず）と、圧縮機側油ラビリンスパッキン２４とによって、各軸受１５、１７に供給された潤滑油が軸受台４から外部へと漏洩することを防止している。

圧縮機側油ラビリンスパッキン２４は、圧縮機３側のスラスト軸受１７とインペラ１２との間で、かつ、回転軸６に摺接するように設けられている。この圧縮機側油ラビリンスパッキン２４に対向する回転軸６には、圧縮機側油ラビリンスパッキン２４のラビリンスフィン（図示せず）と同心上のラビリンスフィン（図示せず）が設けられている。圧縮機側油ラビリンスパッキン２４は、軸受台４から圧縮機３側へと潤滑油が漏洩することを防止している。

タービン側油ラビリンスパッキン（図示せず）は、タービン側のジャーナル軸受とタービンディスクとの間で、かつ、回転軸６に摺接するように設けられている。このタービン側油ラビリンスパッキンに対向する回転軸６には、タービン側油ラビリンスパッキンのラビリンスフィン（図示せず）と同心上のラビリンスフィン（図示せず）が設けられている。タービン側油ラビリンスパッキンは、軸受台４からタービン側へと潤滑油が漏洩することを防止している。

次に、本実施形態の過給機システムについて説明する。
過給機システムは、複数台（例えば３台）の過給機１を備えている。各過給機１には、上述したバキュームブレーカー３０が設けられている。
各過給機１の軸受台４に接続されている潤滑油供給管は、１本の過給機潤滑油供給管（図示せず）に合流している。過給機潤滑油供給管は、図示しない潤滑油ドレンタンクからディーゼル機関に接続されている主機潤滑油供給管（図示せず）より分岐されている。

過給機１の軸受台４に接続されている空気抜き管は、１本の空気抜き集合管（図示せず）に合流している。
各過給機１の軸受台４に接続されている油ドレン管は、１本の油ドレン集合管（図示せず）に合流している。油ドレン集合管は、機関室内に設けられている潤滑油ドレンタンク（図示せず）へと導かれている。

３台の過給機１には、ディーゼル機関に備えられている排ガス集合管（図示せず）から各過給機１のタービンケーシング入口へと排ガスが導かれるように排ガス管（図示せず）が設けられている。各過給機１の圧縮機ケーシング１１の出口は、各空気冷却器に接続されており、各過給機１によって圧縮された空気が導かれる。各空気冷却器では、導かれた圧縮空気が清水または海水と熱交換することによって温度が下げられる。

過給機１に設けられているバキュームブレーカー３０に接続されている外部空気供給配管３６（図２参照）は、逆止弁３５（図２参照）が設けられており、その反対端は、他の過給機１の空気冷却器に接続されている。

次に、本実施形態のバキュームブレーカーについて図２から図４を用いて説明する。
図２には、過給機システムの過給機カット運転を行った場合における運転を中止している過給機に設けられているバキュームブレーカーの概略構成図を示し、（Ａ）は、断面概略構成図を示し、（Ｂ）は、横断面概略構成図を示している。
図３には、通常運転の場合におけるバキュームブレーカーの概略構成図を示し、（Ａ）は、断面概略構成図を示し、（Ｂ）は、横断面概略構成図を示している。
ている。
図４には、低負荷運転の場合におけるバキュームブレーカーの概略構成図を示し、（Ａ）は、断面概略構成図を示し、（Ｂ）は、横断面概略構成図を示している。

バキュームブレーカー３０は、軸受台４に接続されている。バキュームブレーカー３０は、空気が流動する空気路３１と、空気路３１の端部に設けられている逆止弁３５と、空気路３１の反対端の内部を摺動する内筒３７とを有している。

空気路３１は、その途中に合流して連通している大気路３３を有している。空気路３１は、３方向に開口している筒状の空気路本体３４と、逆止弁３５と、逆止弁３５が設けられている外部空気供給配管３６と、内筒３７が内部を摺動する二重管構造部３８と、空気路本体３４と二重管構造部３８との間を接続している空気路用接続管４０とを備えている。

空気路本体３４の１つの開口部には、空気路用接続部３９を介して外部空気供給配管３６が接続されている。空気路本体３４のもう１つの開口部には、空気路用接続管４０が接続されている。空気路本体３４の残りの１つの開口部には、前述した大気路３３が接続されている。

空気路用接続管４０の他端部は、空気路用接続管フランジ部４０ａとなっている。空気路用接続管４０は、後述する二重管構造部フランジ部３８ｂ側へと突出するように空気路用接続管フランジ部４０ａに接続されている。空気路用接続管４０の空気路用接続管フランジ部４０ａには、二重管構造部３８の外筒３８ａの一端に設けられている二重管構造部フランジ部３８ｂがボルト３８ｃによって接続されている。二重管構造部フランジ部３８ｂの反対端の二重管構造部３８の外筒３８ａは、先細りとなっている。先細りの外筒３８ａの外周には、タップが設けられ、二重管構造部３８を軸受台４の側壁に接続することができるようになっている。

二重管構造部３８は、外筒３８ａの内部を内筒３７が摺動可能とされている。内筒３７は、外筒３８ａよりもその全長が長いものとされている。内筒３７の一端は、外筒３８ａの内部を摺動し、他端は、図２（Ａ）に示すように、軸受台４に設けられているシール空気通路２０内を摺動している。

外筒３８ａの内部を摺動する内筒３７の外周には、外筒３８ａの内径と同じ径を有する摺動部３８ｄが設けられている。前述したように空気路用接続管フランジ部４０ａから空気路用接続管４０の先端が二重管構造部３８へと突出しているため、摺動部３８ｄが二重管構造部フランジ部３８ｂに達した場合には、内筒３７の空気路用接続管４０方向への移動が規制されることとなる。また、摺動部３８ｄが二重管構造部３８の外筒３８ａの先細り端側に移動した場合には、二重管構造部３８の外筒３８ａのタップが設けられている端が細くなっているため内筒３７のシール空気通路２０方向への移動が規制されることとなる。

外筒３８ａ内の内筒３７の端部の内径の中心には、小径の孔３８ｅが設けられている。孔３８ｅが内筒３７の端部に設けられることによって、二重管構造部３８内に導かれた空気を内筒３７内へと導くことや、内筒３７内へと導かれた空気を内筒３７から二重管構造部３８内へと導くことができる。一方、シール空気通路２０内に設けられている内筒３７の他端部は、開放端となっている。

内筒３７の内径の中心に設けられている孔３８ｅによって、二重管構造部３８から内筒３７内へとシール空気が導かれた場合には、図２（Ａ）に示すように、シール空気路２０とバキュームブレーカー３０内との圧力差によって内筒３７がシール空気通路２０の延在する方向（フランジ部３８ｂと反対の方向）へ摺動する。このようにして、内筒３７は、シール空気通路２０とシール空気路入口２１との間を遮断することとなる。

一方、内筒３７からバキュームブレーカー３０の二重管構造部３８へとシール空気が導かれた場合には、シール空気路内２０とバキュームブレーカー３０内との圧力差によってシール空気通路２０とシール空気路入口２１との間を遮断していた内筒３７が二重管構造部フランジ部３８ｂに向かってシール空気通路２０内を摺動することとなる（図３（Ａ）参照）。これにより、内筒３７によって遮断されていたシール空気通路２０とシール空気路入口２１との間が連通することとなる。

空気路用接続部３９には、前述した空気冷却器に接続されている外部空気供給配管３６が接続されている。外部空気供給配管３６には、空気冷却器と空気路用接続部３９との中途位置に逆止弁３５が設けられている。逆止弁３５は、過給機システムの運転状況に応じて操作される。すなわち、図２に示すように過給機システムの過給機カット運転が行われる場合に、運転を停止する過給機１の逆止弁３５が開状態とされる。これにより、シール空気が外部空気供給配管３６からバキュームブレーカー３０の空気路３１へと導かれる。また、ディーゼル機関が通常運転や低負荷運転される場合には、図３や図４に示すように、逆止弁３５は、閉状態とされる。

空気路本体３４に接続されている大気路３３は、その反対端が閉止されている（以下、「閉止端」という）。閉止端の外周には、複数の貫通孔３３ａが設けられている。閉止端の外周に設けられている貫通孔３３ａ側の大気路３３の内側には、弁座（図示せず）が設けられている。大気路３３の内部には、弁座に押しつけられたり、弁座から離反したりする開閉弁４１が設けられている。

開閉弁４１は、弁体４１ａと、弁体４１ａに接続されている弁棒４１ｂとを有している。弁棒４１ｂは、閉止端の中央部を貫通している。閉止端を貫通している弁棒４１ｂは、閉止端を摺動できるものとされている。弁体４１ａは、大気路３３内に貫通している弁棒４１ｂに接続されている。閉止端を弁棒４１ｂが摺動することによって、弁体４１ａが大気路３３の内部に設けられている弁座に押しつけられたり、離反したりすることとなる。

次に、過給機システムを構成している複数の過給機、例えば、３台の過給機を備えているディーゼル機関において、１台の過給機の運転を強制的に中止して、残りの２台の過給機によって運転する過給機カット運転の場合について図１および図２を用いて説明する。
過給機システムは、過給機カット運転を行うことにより１台の過給機１（図１参照）あたりに導かれる排ガス量が増加する。供給される排ガス量が増加するので、運転中の２台の過給機（図示せず）の回転数が増加する。回転数が増加するので運転中の過給機は、多くの空気を圧縮することができる。そのため、運転中の２台の過給機からディーゼル機関へ供給される空気量が増加し、ディーゼル機関の掃気圧が上昇する。ディーゼル機関の掃気圧が上昇するので、ディーゼル機関の熱効率が向上し燃料消費率が低下する。そのため、過給機カット運転をした場合、ディーゼル機関の燃料消費率が３台すべての過給機１を運転した過給機システムに比べて小さくなる。

過給機カット運転を行うための準備として、まず、過給機システム中における強制的に運転を停止させる過給機（以下、「運転停止中の過給機」という。）１の圧縮機ケーシング１１への空気の逆流と排ガスの流入とを遮断するために、タービンケーシングの入口および圧縮機ケーシング１１の出口に蓋をする。

運転停止中の過給機１への排ガスの流入と空気の流入とを遮断しても、各過給機１に設けられている空気抜き管が空気抜き集合管に接続されているため、運転中の２台の過給機（図示せず）の軸受台内部の空気が、空気抜き集合管を介して運転停止中の過給機１の軸受台４内部へと逆流する。また、各過給機１に設けられている油ドレン管が油ドレン集合管に接続されているため、運転中の２台の過給機の油ドレン管から潤滑油とともに空気が排出され、油ドレン集合管を介して運転停止中の過給機１の軸受台４内部へと空気が逆流する。そのため、運転停止中の過給機１の軸受台４の内部は、運転中の２台の過給機の軸受台の内部と圧力が同等となる。

さらに、運転停止中の過給機１の軸受台４には、ディーゼル機関の運転を起因とした振動によってジャーナル軸受１５がチャタリングを生じ損傷することを防止するために、潤滑油供給管から潤滑油が供給されている。しかし、運転停止中の過給機１には、排ガスが供給されないためタービン翼が回転駆動されない。タービン翼が回転駆動されないため、同軸６上に設けられているインペラ１２も回転駆動されない。インペラ１２が回転駆動されないため空気が圧縮されず、シール空気がシール空気通路２０から分岐シール空気路２５を経て圧縮機側油ラビリンスパッキン２４へと導かれない。

運転中の２台の過給機からの逆流した空気の影響によって、運転停止中の過給機１の軸受台４内の圧力が上昇し、ジャーナル軸受１５には潤滑油が供給され、かつ、軸受台４にはシール空気が供給されないままでは、運転停止中の過給機１の軸受台４内の潤滑油が過給機１の外部へと漏洩する。

そこで、運転停止中の過給機１に設けられているバキュームブレーカー３０の逆止弁３５を開状態にする。また、運転中の２台の過給機のどちらかの一方の過給機が接続されている空気冷却器から外部空気供給配管３６を経て運転停止中の過給機１へとシール空気である圧縮空気を導く。外部空気供給配管３６から運転停止中の過給機１へと導かれたシール空気は、バキュームブレーカー３０に導入される。導入されたシール空気は、図２に示すようにバキュームブレーカー３０の空気路３１へと導かれる。空気路３１に導かれたシール空気は、二重管構造部３８から内筒３７に流動する。二重管構造部３８内と内筒３７内との圧力差によって内筒３７がシール空気通路２０内を分岐シール空気路２５（図１参照）へと向かって摺動する。

シール空気通路２０内を摺動している内筒３７は、シール空気通路２０の延在している方向に摺動してシール空気路入口２１とシール空気通路２０との間を遮断する。内筒３７によってシール空気路入口２１とシール空気通路２０との間が遮断されるので、外部空気供給配管３６からバキュームブレーカー３０を経てシール空気通路２０へと導かれたシール空気は、シール空気通路２０から分岐シール空気路２５（図１参照）へと導かれるが圧縮機３の渦巻き室１１ｂへと漏洩することが防止される。

このように、シール空気通路２０に導かれたシール空気は、分岐シール空気路２５（図１参照）から圧縮機側油ラビリンスパッキン２４の中央部へと供給される。圧縮機側油ラビリンスパッキン２４に供給されたシール空気は、圧縮機３側からタービン側へとラビリンスフィンを通過して、潤滑油が軸受台４から圧縮機３側へと漏洩することを封止する。

また、バキュームブレーカー３０に供給されたシール空気である圧縮空気の一部は、空気路３１を構成している空気路本体３４の１つの開口部から大気路３３へと導かれる。大気路３３へと導かれた圧縮空気は、開閉弁４１の弁体４１ａを大気路３３の内部に設けられている弁座に押しつけるように作用する（図２（Ｂ）において左方向）。そのため、大気路３３の閉止端に設けられている複数の貫通孔３３ａから大気路３３内の圧縮空気が大気路３３の外へと漏洩しない。

次に、ディーゼル機関に設けられている過給機システムを通常通り運転する通常運転時の場合について図１および図３を用いて説明する。なお、図１および図３では、過給機システムを構成している１台の過給機１についてのみ示す。
図３に示すように、外部空気供給配管３６に設けられている逆止弁３５は、閉状態とされている。
過給機１（図１参照）には、ディーゼル機関に接続されている排ガス集合管から排ガスが導かれる。過給機１に導入された排ガスは、タービン翼へと供給される。タービン翼に供給された排ガスによって回転軸６が回転駆動される。回転軸６を回転駆動した排ガスは、タービンケーシングの出口から排出される。

回転軸６が回転駆動することによって、同軸６上に設けられているインペラ１２が回転駆動される。インペラ１２が回転駆動されることによって、圧縮機ケーシング１１の入口から吸入された空気が圧縮される。圧縮された空気は、インペラ１２の径方向外側に送出され、渦巻き室１１ｂを経て圧縮機ケーシング１１の出口から導出される。

インペラ１２を通過して圧縮された空気の一部は、インペラ１２の先端部より軸受台４に設けられているシール空気路入口２１を経てシール空気通路２０へと導入される。シール空気通路２０に導かれた圧縮空気は、シール空気として圧縮機３側からタービン側へと圧縮機側油ラビリンスパッキン２４を通過して潤滑油が軸受台４から圧縮機３側へと漏洩することを封止する。

シール空気路入口２１に導かれた圧縮空気の一部は、バキュームブレーカー３０の二重管構造部３８（図３参照）の内筒３７内へと導かれる。内筒３７内に圧縮空気が導かれることにより内筒３７内と二重管構造部３８内との圧力差によって、内筒３７が二重管構造部３８内を二重管構造部フランジ部３８ｂ側に向かって（図３（Ａ）において左方向）摺動する。二重管構造部３８内を摺動して二重管構造部フランジ部３８ｂに達した内筒３７は、内筒３７に設けられている摺動部３８ｄによって二重管構造部フランジ部３８ｂ方向の移動が規制されて止まる。

内筒３７内の圧縮空気は、二重管構造部３８から空気路用接続管４０を経て空気路本体３４へと導かれる。空気路本体３４に導かれた圧縮空気は、空気路用接続部３９を介して外部空気供給配管３６へと流動する。外部空気供給配管３６上に設けられている逆止弁３５が閉状態のため外部空気供給配管３６へと導かれた圧縮空気は、バキュームブレーカー３０の外へと漏洩しない。

また、空気路本体３４に供給された圧縮空気の一部は、空気路本体３４の１つの開口部から大気路３３へと導かれる。大気路３３へと導かれた圧縮空気は、開閉弁４１の弁体４１ａを大気路３３の内部に設けられている弁座に押しつけるように作用する。そのため、大気路３３の閉止端に設けられている複数の貫通孔３３ａから大気路３３内の圧縮空気が大気路３３の外へと漏洩しない。

次に、ディーゼル機関の低負荷運転の場合における過給機システムについて図１および図４を用いて説明する。なお、図１および図４では、過給機システムを構成している１台の過給機１についてのみ示す。
ディーゼル機関の低負荷運転時には、過給機１を駆動するために十分な排ガスを過給機１に供給することができないため、過給機１がほとんど駆動しない。そのため、図示しない補助ブロアを運転させて、圧縮空気をディーゼル機関へと供給している。補助ブロアを運転させて圧縮空気をディーゼル機関へと供給する際には、補助ブロアが空気を吸引することによって過給機１の渦巻き室１１ｂ内が負圧になる。
なお、外部空気供給配管３６（図４参照）に設けられている逆止弁３５は、閉状態とされている。

過給機１の渦巻き室１１ｂ内が負圧になるため、渦巻き室１１ｂからシール空気路入口２１を経てシール空気路２０内およびバキュームブレーカー３０の内部が負圧になる。バキュームブレーカー３０の内部が負圧になるため、空気路３１と連通している大気路３３内も負圧になる。大気路３３内が負圧になるため、大気路３３の閉止端に設けられている複数の貫通孔３３ａから流入した空気が弁体４１ａを大気路３３に設けられている弁座から離反するように作用することとなる。

空気が弁体４１ａを弁座から離反するように作用することによって、大気路３３に設けられている貫通孔３３ａから大気路３３内へと空気が流入する。大気路３３内に流入した空気は、逆止弁３５が閉状態のため、空気路本体３４を経てシール空気通路２０へと導かれる。シール空気通路２０に導かれた空気は、シール空気路入口２１から過給機１の渦巻き室１１ｂへと供給される。これによって、軸受台４から潤滑油が吸引されて過給機１へと漏洩することを防止することができる。

以上の通り、本実施形態に係る過給機のシール空気導入手段、これを備えた過給機、これを備えた過給機システム、これを備えたディーゼル機関およびこれを備えた船舶によれば、以下の作用効果を奏する。
過給機カットの場合には、運転停止中の過給機１のバキュームブレーカー（シール空気導入手段）３０の空気路３１に外部空気供給配管（外部）３６からシール空気（圧縮空気）が導かれ、過給機１に設けられているシール空気通路（圧縮空気供給路）２０と空気路３１との圧力差によってバキュームブレーカー３０に設けられている内筒３７が摺動して圧縮機３の渦巻き室１１ｂに一端が開口しているシール空気路入口２１と、シール空気通路２０との間を遮断することとした。そのため、バキュームブレーカー３０に接続されている外部空気供給配管３６から導入されたシール空気を過給機１の圧縮機側油ラビリンスパッキン（圧縮機側封止部）２４へと導くことができる。したがって、過給機１のジャーナル軸受（軸受）１５およびスラスト軸受（軸受）１７から潤滑油が漏洩することを防止することができる。

バキュームブレーカー３０の空気路３１から分岐している大気路３３の閉止端（端部）側の内部には、大気路３３内の圧力に応じて開閉する開閉弁４１を設けることとした。そのため、空気路３１内に連通している大気路３３内の圧力に応じて、開閉弁４１を開にさせてバキュームブレーカー３０から過給機１のシール空気通路２０へと空気を導くことができる。したがって、バキュームブレーカー３０から導かれた空気によって過給機１のジャーナル軸受１５およびスラスト軸受１７から潤滑油が漏洩することを防止することができる。

過給機１の運転停止中や圧縮機３の渦巻き室１１ｂが負圧になった場合であっても、過給機１には、常時空気を導くことが可能なバキュームブレーカー３０を備えることとした。そのため、バキュームブレーカー３０からシール空気通路２０へと空気を導くことができる。したがって、過給機１のジャーナル軸受１５およびスラスト軸受１７から潤滑油の漏洩を防止することができる。

過給機システムには、運転停止中の過給機１のジャーナル軸受１５およびスラスト軸受１７から潤滑油が漏洩することを防止することが可能な過給機１を用いることとした。そのため、運転停止中の過給機１の回転軸６を抜き出す必要がなくなる。したがって、過給機システムの過給機カット運転の準備時間を短縮することができる。

過給機システムの過給機カット運転中に運転停止中の過給機１のシール空気通路２０には、運転中の過給機（他の過給機）によって圧縮された空気がバキュームブレーカー３０を介して導くこととした。そのため、運転停止中の過給機１の圧縮機側油ラビリンスパッキン２４に導く空気を供給する機器を別途設ける必要がない。したがって、機器設置コストを抑制することができる。

運転停止中の過給機１の回転軸６を抜き出すことなく過給機カット運転を行うことができる過給機システムを備えることとした。そのため、過給機カット運転の準備時間を短縮することができる。

ディーゼル機関の低負荷運転時に過給機１の圧縮機３の渦巻き室１１ｂが負圧になった場合には、バキュームブレーカー３０からシール空気通路２０へと空気を供給することができる過給機１を備えている過給機システムを用いることとした。そのため、ディーゼル機関の低負荷運転時における性能を容易に改善して燃料消費率を改善することができる。

過給機カット運転の準備時間を短縮することが可能な、かつ、ディーゼル機関の低負荷運転時における性能を容易に改善可能なディーゼル機関を用いることとした。そのため、乗組員の船内作業を低減しつつ、船舶の航行コストを改善することが可能となる。

なお、本実施形態ではディーゼル機関に搭載されている過給機システムを構成している過給機１の全てにバキュームブレーカー３０を設けるとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、過給機システムを構成している過給機１のうち少なくとも１台にバキュームブレーカー３０が設けられていればよい。

４ 軸受台
２０ シール空気通路（圧縮空気供給路）
３０ バキュームブレーカー（シール空気導入手段）
３１ 空気路
３７ 内筒

Claims (7)

1. 排ガスにより回転駆動されるタービンと、一端に前記タービンを設ける回転軸と、該回転軸の他端に設けられて前記タービンが回転駆動することにより回転駆動して空気を圧縮する圧縮機と、前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、該軸受と前記圧縮機との間に設けられ、前記軸受に供給される潤滑油の前記圧縮機側への漏洩を封止する圧縮機側封止部と、前記圧縮機により圧縮された空気の一部を前記圧縮機側封止部へと導く圧縮空気供給路を有する軸受台と、を備える過給機に設けられる過給機のシール空気導入手段であって、
   前記軸受台に前記圧縮空気供給路と連通して設けられ、空気が導かれる空気路と、
   該空気路の内部を摺動する内筒と、を備え、
   過給機カットの際には、外部から圧縮空気が前記空気路に導かれ、前記圧縮空気供給路と前記空気路との圧力差により前記内筒が摺動して前記圧縮機と前記圧縮空気供給路との間を遮断する過給機のシール空気導入手段。
2. 前記空気路の途中に合流する大気路と、
   該大気路の端部に設けられ、該大気路内の圧力が負圧になった場合に開となり、外部からの空気を空気路へ導く開閉弁と、を備える請求項１に記載の過給機のシール空気導入手段。
3. 請求項１または請求項２に記載のシール空気導入手段を備える過給機。
4. 複数の過給機を備え、これら過給機のうちの少なくとも１つが請求項３に記載の過給機とされる過給機システム。
5. 前記圧縮空気は、他の前記過給機によって圧縮された空気とされる請求項４に記載の過給機システム。
6. 請求項４または請求項５に記載の過給機システムを備えるディーゼル機関。
7. 請求項６に記載のディーゼル機関を備える船舶。

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