JP6404082B2 - Centrifugal compressor and supercharger provided with the same - Google Patents
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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。 The present invention relates to a centrifugal compressor and a supercharger including the same.
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。 Conventionally, a centrifugal compressor is known as a compressor of a supercharger that raises air supplied to an internal combustion engine used in a ship or the like to an atmospheric pressure or higher (see, for example, Patent Document 1). The centrifugal compressor includes an impeller attached to the rotor shaft, a guide tube that houses the impeller, and a scroll unit into which compressed air discharged from the guide tube flows. The centrifugal compressor compresses air flowing in from the intake port in the axial direction, guides it in a direction inclined from the axial direction, and discharges compressed air from the discharge port.
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外方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。 In the centrifugal compressor, there is a possibility that the impeller may be broken or dropped due to the centrifugal force due to the high speed rotation. Patent Document 2 protects a tank that contains lubricating oil so that the lubricating oil does not leak out due to the scattered impeller even when all or part of the impeller (compressor impeller) is scattered outward by centrifugal force. A centrifugal compressor provided with a shock absorbing partition wall is disclosed.
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ロータ軸の軸線方向に直交する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。
In the centrifugal compressor disclosed in Patent Document 2, the tank that stores the lubricating oil is protected when a failure occurs in which all or part of the impeller is broken or dropped due to the centrifugal force due to the high-speed rotation.
However, when all or part of the impeller breaks or falls off and scatters in the radial direction perpendicular to the axial direction of the rotor shaft, all or part of the impeller that is broken or dropped (hereinafter referred to as a breaking member). There is a possibility that the guide tube located outside is damaged and scattered outside. Further, when the breaking member collides with the guide tube, a gap (opening) is generated in a part of the centrifugal compressor, and the breaking member may be scattered outside from the gap.
案内筒の径方向の外側にはスクロール部が配置されるが、吐出口からスクロール部に圧縮空気を導くディフューザ部に破断部材が衝突すると、ディフューザ部近傍がロータ軸の軸線方向に拡大するように変形する。この変形が大きい場合、ディフューザ部近傍に配置されるスクロール部の内周側にき裂が生じる。スクロール部の内周側のき裂がスクロール部の外周側まで伝播すると、遠心圧縮機の外周の一部に隙間(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。 A scroll portion is arranged on the outer side of the guide cylinder in the radial direction, but when a breaking member collides with the diffuser portion that guides compressed air from the discharge port to the scroll portion, the vicinity of the diffuser portion expands in the axial direction of the rotor shaft. Deform. When this deformation is large, a crack is generated on the inner peripheral side of the scroll portion disposed in the vicinity of the diffuser portion. When the crack on the inner peripheral side of the scroll portion propagates to the outer peripheral side of the scroll portion, a gap (opening) is generated in a part of the outer periphery of the centrifugal compressor, and the breaking member may be scattered outside from the gap. .
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する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。 The present invention has been made in view of such circumstances. When all or part of the impeller is broken or dropped and scattered in a radial direction perpendicular to the axial direction of the rotor shaft, the breaking member is externally provided. An object of the present invention is to provide a centrifugal compressor and a supercharger equipped with the centrifugal compressor capable of suppressing the problem of being scattered.
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、前記スクロール部に設けられるとともに前記軸線回りに延在するき裂伝播防止部とを備え、前記スクロール部は、前記径方向の内周側に配置される内側スクロールケーシングと、前記径方向の外周側に配置される外側スクロールケーシングとを有し、前記内側スクロールケーシングと前記外側スクロールケーシングとが一体に形成されており、前記き裂伝播防止部は、前記内側スクロールケーシングに設けられる。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following means.
A centrifugal compressor according to an aspect of the present invention includes an impeller that is attached to a rotor shaft and that compresses fluid flowing from a take-in port and discharges the fluid from the discharge port, and accommodates the impeller and an axis of the rotor shaft A guide tube extending in the direction, and a scroll portion that is disposed on the outer peripheral side in the radial direction perpendicular to the axial direction with respect to the guide tube and forms a spiral chamber into which the compressed fluid discharged from the discharge port flows And a crack propagation preventing portion that is provided on the scroll portion and extends around the axis, the scroll portion including an inner scroll casing disposed on the radially inner peripheral side, and the radial direction An outer scroll casing disposed on the outer peripheral side, the inner scroll casing and the outer scroll casing are integrally formed, and the crack propagation preventing portion is Provided on the inner scroll casing.
本発明の一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、吐出口からスクロール部に圧縮流体を導く部分(例えば、ディフューザ部)に破断部材が衝突すると、その部分の近傍がロータ軸の軸線方向に拡大するように変形する。スクロール部の径方向の内周側における軸線方向の端部は、その変形に伴ってスクロール部が有する内側スクロールケーシングが変形する。この変形が大きい場合、内側スクロールケーシングにき裂が生じる。 According to the centrifugal compressor according to one aspect of the present invention, when all or a part of the impeller is broken or dropped and scattered in the radial direction perpendicular to the axial direction of the rotor shaft, the compressed fluid is discharged from the discharge port to the scroll portion. When the fracture member collides with a portion (for example, a diffuser portion) that guides, the vicinity of that portion is deformed so as to expand in the axial direction of the rotor shaft. The inner scroll casing of the scroll portion is deformed at the end in the axial direction on the radially inner peripheral side of the scroll portion. When this deformation is large, a crack occurs in the inner scroll casing.
本発明の一態様に係る遠心圧縮機によれば、内側スクロールケーシングに軸線回りに延在するき裂伝播防止部が設けられている。そのため、内側スクロールケーシングに生じたき裂が内側スクロールケーシングと一体に形成される外側スクロールケーシングまで伝播することが抑制または防止される。そのため、遠心圧縮機の外周に配置される外側スクロールケーシングの一部に隙間(口開き)が生じ、その隙間から破断部材が外部に飛散することが抑制または防止される。 According to the centrifugal compressor according to one aspect of the present invention, the crack propagation preventing portion extending around the axis is provided in the inner scroll casing. Therefore, propagation of a crack generated in the inner scroll casing to the outer scroll casing formed integrally with the inner scroll casing is suppressed or prevented. Therefore, a gap (opening) is generated in a part of the outer scroll casing disposed on the outer periphery of the centrifugal compressor, and the breakage member is prevented or prevented from scattering from the gap.
本発明の一態様に係る遠心圧縮機においては、前記き裂伝播防止部が、前記内側スクロールケーシングの前記軸線方向の端部に設けられていてもよい。
このようにすることで、ディフューザ部に支持される内側スクロールケーシングの端部において、内側スクロールケーシングに生じたき裂が外側スクロールケーシングに伝播することを抑制または防止することができる。
In the centrifugal compressor according to one aspect of the present invention, the crack propagation preventing portion may be provided at an end portion in the axial direction of the inner scroll casing.
By doing in this way, it can suppress or prevent that the crack which arose in the inner side scroll casing propagates to the outer side scroll casing in the edge part of the inner side scroll casing supported by a diffuser part.
本発明の一態様に係る遠心圧縮機においては、前記き裂伝播防止部が、前記内側スクロールケーシングの前記径方向の内周側に設けられていてもよい。
このようにすることで、内側スクロールケーシングの径方向の内周側に生じたき裂が外側スクロールケーシングに伝播することを抑制または防止することができる。
In the centrifugal compressor according to one aspect of the present invention, the crack propagation preventing portion may be provided on the radially inner peripheral side of the inner scroll casing.
By doing in this way, it can suppress or prevent that the crack which arose on the inner peripheral side of the radial direction of an inner side scroll casing propagates to an outer side scroll casing.
本発明の参考例に係る遠心圧縮機においては、前記き裂伝播防止部が、前記軸線回りの全周に渡って延在する溝部であってもよい。
このようにすることで、き裂伝播防止部にスクロール部の径方向の内周側に生じたき裂が伝播する場合に、き裂が溝部に沿って軸線回りに伝播するようにき裂の伝播方向を変更することができる。これにより、スクロール部の径方向の内周側に生じたき裂が、スクロール部の径方向の外周側に伝播することが抑制または防止される。
In the centrifugal compressor according to the reference example of the present invention, the crack propagation preventing portion may be a groove portion extending over the entire circumference around the axis.
In this way, when a crack generated on the inner peripheral side in the radial direction of the scroll portion propagates to the crack propagation preventing portion, the crack propagation is such that the crack propagates around the axis along the groove portion. The direction can be changed. Thereby, it is suppressed or prevented that the crack which arose on the inner peripheral side of the radial direction of the scroll part propagates to the outer peripheral side of the radial direction of the scroll part.
本発明の一態様に係る遠心圧縮機においては、前記き裂伝播防止部が、前記軸線回りに延在する突起部であってもよい。
このようにすることで、き裂伝播防止部にスクロール部の径方向の内周側に生じたき裂が伝播する場合に、き裂伝播防止部の突起部の厚みによって、き裂伝播防止部を乗り越えて径方向の外周側にき裂が伝播することが抑制または防止される。
In the centrifugal compressor according to one aspect of the present invention, the crack propagation preventing portion may be a protrusion extending around the axis.
By doing so, when a crack generated on the inner peripheral side in the radial direction of the scroll portion propagates to the crack propagation preventing portion, the crack propagation preventing portion is changed depending on the thickness of the protrusion of the crack propagation preventing portion. It is possible to suppress or prevent the crack from getting over to the outer peripheral side in the radial direction.
本発明に係る過給機は、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。
本発明に係る過給機によれば、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、羽根車の全部または一部が外部に飛散する不具合を抑制することができる。
A turbocharger according to the present invention includes the centrifugal compressor according to any one of the above, and a turbine that rotates around the axis line by exhaust gas discharged from an internal combustion engine and is connected to the rotor shaft.
According to the supercharger according to the present invention, when all or part of the impeller near the center of gravity is broken or dropped and scattered in the radial direction perpendicular to the axial direction of the rotor shaft, all or one of the impellers. It is possible to suppress a problem that the part is scattered outside.
本発明によれば、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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when all or one part of an impeller fractures | ruptures or drops | omits and it scatters in the radial direction orthogonal to the axial direction of a rotor axis | shaft, it can suppress the malfunction that a fracture | rupture member scatters outside. A centrifugal compressor and a supercharger including the centrifugal compressor can be provided.
〔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。
[First Embodiment]
Hereinafter, the supercharger of 1st Embodiment of this invention is demonstrated with reference to drawings.
The
As shown in FIG. 1, the
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。
The turbine 20 includes a
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に固定された略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。
The exhaust gas guided to the
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12と、ディフューザ部13と、第1コンテインメントリング14(環状部材)と、第2コンテインメントリング15(円筒状部材)と、サイレンサ16と、スクロール部17とを備えている。
The
The
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へ吐出する。
As shown in FIG. 2, the
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の内周面により空間が形成されており、この空間が複数枚のブレード11dにより複数の空間が形成されている。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部13に流入させる。
As shown in FIG. 2, the
空気案内筒12は、羽根車11を収容するとともにロータ軸30の軸線X方向に沿って延在する。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。
The
ディフューザ部13は、吐出口11bから吐出された圧縮空気(圧縮流体)を渦形室17cへ導く部材である。ディフューザ部13は、ディフューザ翼13aとディフューザディスク13bとを有する。
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に圧縮空気を導く流路を形成する。
図2に示すように、ディフューザ部13が配置される軸線X方向の位置は、羽根車11の重心位置P1となっている。
The
The
As shown in FIG. 2, the position in the axis X direction where the
ディフューザ翼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の円周方向に沿って複数箇所に設けられている。ディフューザ翼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17aの内周側端部17eに連結されている。
The
As shown in FIG. 2, the
ディフューザ部13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。ディフューザ部13を通過する際に流速が減速された圧縮空気は、ディフューザ部13と連通した渦形室17cに流入する。渦形室17cに流入した作動流体は、吐出配管(図示略)へと吐出される。
The
第1コンテインメントリング14は、軸線X回りに羽根車11を取り囲むように、空気案内筒12の吐出口11b側と内側スクロールケーシング17aとの連結位置に取り付けられる環状部材である。図1に示すように、第1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、第1コンテインメントリング14は、締結ボルト41によって空気案内筒12に連結されている。
The
第2コンテインメントリング15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17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、第2コンテインメントリング15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、第2コンテインメントリング15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。
The
第1コンテインメントリング14と第2コンテインメントリング15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。
The
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。 A metal material obtained by rolling has a composition suitable for the rolling process, and retains ductility leading to fracture after a large plastic deformation. On the other hand, the metal material obtained by casting has a composition suitable for the casting process, and the elongation leading to fracture is smaller than that of the metal material obtained by rolling. As described above, the metal material obtained by rolling has a greater elongation to break than the metal material obtained by casting. That is, the ductility of the metal material by rolling is high. Therefore, the metal material obtained by rolling has a characteristic that the fracture strength against impact is higher than the metal material obtained by casting.
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の吸入口に導く流路を形成する。この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。
The
スクロール部17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17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。
The
図1,図2に示すように、スクロール部17は、内側スクロールケーシング17aと、外側スクロールケーシング17bと、外周側端部17d(端部)と、内周側端部17e(端部)と連結部17f(端部)を備える。スクロール部17を構成する各部は、金属部材により一体に形成されている。
内側スクロールケーシング17aと外側スクロールケーシング17bとにより圧縮空気が流入する渦形室17cが形成される。
図2に示すように、スクロール部17は、締結ボルト43により空気案内筒12に連結されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The
As shown in FIG. 2, the
スクロール部17の径方向の内周側における軸線X方向の端部は、内側スクロールケーシング17aの外周側端部17dと内周側端部17eとこれらを連結する連結部17fである。内周側端部17eには軸線方向に延びる貫通穴が形成されている。この貫通穴に対応する位置のディフューザディスク13bには、内周面に雌ねじが形成された締結穴が形成されている。
図2に示すように、貫通穴と締結穴には締結ボルト44が締結されている。このようにして、外周側端部17dと外周側端部17eは、ディフューザ部13のディフューザディスク13bに支持される。
An end portion in the axis X direction on the radially inner peripheral side of the
As shown in FIG. 2, a
外周側端部17dと内周側端部17eとは、それぞれロータ軸30の軸線X回りに延在する環状の部材である。外周側端部17dと外周側端部17eとは、連結部17fによって連結されている。
ロータ軸30の軸線X回りに延在する円環状の連結部17fのディフューザディスク13bに対向する面には、軸線X回りに延在するき裂伝播防止溝17hが設けられている。図2に示すように、き裂伝播防止溝17hは、スクロール部17の径方向の内周側に設けられている。
き裂伝播防止溝17hは、例えば、スクロール部17を鋳造する鋳型に軸線Xを中心とした円環状の突起を形成しておき、その鋳型を用いることにより形成される。そのため、き裂伝播防止溝17hは、比較的容易に形成することができるという利点がある。
The outer peripheral
A crack
The crack
き裂伝播防止溝17hは、き裂伝播方向(図2に矢印Aで示す方向)に沿って内側スクロールケーシング17a内でき裂が伝播することを抑制または防止する溝である。
き裂伝播防止溝17hは、ロータ軸30の軸線X回りの全周に渡って無端状に設けるのが好ましいが、軸線X回りの一部にき裂伝播防止溝17hを設けないようにしてもよい。例えば、軸線X回りに、き裂伝播防止溝17hを設ける箇所と設けない箇所とを交互に設ける間欠状にしてもよい。
The crack
The crack
き裂伝播防止溝17hは、連結部17fのディフューザディスク13bに対向する面のいずれの箇所に設けてもよいが、き裂伝播方向の下流側である外周側端部17dの近傍に設けるのが好ましい。外周側端部17dの近傍にき裂伝播防止溝17hを設けることにより、外周側端部17dの近傍に発生するき裂が内側スクロールケーシング17a内で伝播することを抑制または防止することができる。
The crack
前述した空気案内筒12とスクロール部17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。
The
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。そのため、空気案内筒12とスクロール部17は、破断部材の衝突によりき裂が生じると、そのき裂が部材全体に伝播する可能性がある。
前述したき裂伝播防止溝17hは、内側スクロールケーシング17a内で生じたき裂が外側スクロールケーシング17bまで伝播することを抑制または防止するものである。き裂伝播防止溝17hが形成される部分の内側スクロールケーシング17aは、その部分の周囲よりも板厚が薄くなっている。そのため、き裂伝播防止溝17hに到達したき裂は、図2に矢印Aで示す方向に伝播せずに、き裂伝播防止溝17hが延びる方向に伝播する。
A metal material obtained by casting tends to form a complicated shape by casting, but has brittle characteristics. Therefore, if a crack is generated in the
The crack
次に、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が備える圧縮機は、遠心圧縮機である。そのため、羽根車11は、取込口11a側よりも吐出口11b側の方が羽根の外径が大きくなっている。したがって、羽根車11の重心位置は吐出口11b側の位置P1となる。そして、空気案内筒12の吐出口11b側とスクロール部17との連結位置は、軸線Xにおいて羽根車11の重心位置となる。
重心位置において、羽根車の全部または一部が破断あるいは脱落した際は、その破断あるいは脱落した部分は重量が大きく、軸線X方向に直交する径方向に飛散するときの衝撃力は大きいものとなる。
Next, the operation and effect produced by the
The compressor included in the
When all or part of the impeller breaks or falls off at the position of the center of gravity, the broken or dropped part has a large weight, and the impact force when scattered in the radial direction perpendicular to the axis X direction becomes large. .
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、吐出口11bからスクロール部17に圧縮空気を導くディフューザ部に破断部材が衝突すると、ディフューザ部13近傍がロータ軸30の軸線X方向に拡大するように変形する。スクロール部17の径方向の内周側における軸線X方向の端部(外周側端部17d,内周側端部17e)がディフューザ部13に支持されている。そのため、ディフューザ部13の変形に伴ってスクロール部17が有する内側スクロールケーシング17aが変形する。この変形が大きい場合、ディフューザ部13近傍に配置される内側スクロールケーシング17a(特に、締結ボルト44が締結される貫通穴の近傍)にき裂が生じる。
According to the
本実施形態の遠心圧縮機10によれば、内側スクロールケーシング17aに軸線X回りに延在するき裂伝播防止溝17hが設けられている。き裂伝播防止溝17hが形成される部分の内側スクロールケーシング17aは、その部分の周囲よりも板厚が薄くなっている。そのため、内側スクロールケーシング17aに生じたき裂が内側スクロールケーシング17aと一体に形成される外側スクロールケーシング17bに伝播せず、き裂伝播防止溝17hに沿って軸線回りに伝播するようにき裂の伝播方向が変更される。これにより、内側スクロールケーシング17aに生じたき裂が、外側スクロールケーシング17bに伝播することが抑制または防止される。
そのため、遠心圧縮機10の外周に配置される外側スクロールケーシング17b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ことが抑制または防止される。
According to the
Therefore, a gap (opening) is generated in a part of the
〔第2実施形態〕
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実施形態の過給機は、遠心圧縮機のスクロール部17の連結部17fがき裂伝播防止溝17hを備える。それに対して第2実施形態の過給機は、遠心圧縮機のスクロール部17の連結部17fがき裂伝播防止突起17iを備える。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a supercharger according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The second embodiment is a modification of the first embodiment, and is the same as the first embodiment except for a case described below, and the description thereof is omitted.
In the supercharger of the first embodiment, the connecting
図3に示すように、ロータ軸30の軸線X回りに延在する円環状の連結部17fの取入口11a側の面には、軸線X回りに延在するき裂伝播防止突起17iが設けられている。図3に示すように、き裂伝播防止突起17iは、スクロール部17の径方向の内周側に設けられている。
As shown in FIG. 3, a crack
き裂伝播防止突起17iは、き裂伝播方向(図3のスクロール部17外周面の矢印方向)に沿って内側スクロールケーシング17a内で伝播することを抑制または防止する溝である。
き裂伝播防止突起17iは、ロータ軸30の軸線X回りの全周に渡って無端状に設けるのが好ましいが、軸線X回りの一部にき裂伝播防止突起17iを設けないようにしてもよい。例えば、軸線X回りに、き裂伝播防止突起17iを設ける箇所と設けない箇所とを交互に設ける間欠状にしてもよい。
き裂伝播防止突起17iは、連結部17fの取入口11a側の面のいずれの箇所に設けてもよいが、外周側端部17eの近傍に設ける方が製造が容易である。また、外周側端部17eの近傍にき裂伝播防止突起17iを設けることにより、外周側端部17eの剛性を高めて外周側端部17eでき裂が発生しにくいようにすることができる。
The crack
The crack
The crack
本実施形態の遠心圧縮機によれば、スクロール部17の径方向の内周側にき裂伝播防止突起17iが設けられている。そのため、き裂伝播防止突起17iにスクロール部17の径方向の内周側に生じたき裂が伝播する場合に、き裂伝播防止突起17iの厚みによって、き裂伝播防止突起17iを乗り越えて径方向の外周側にき裂が伝播することが抑制または防止される。
そのため、遠心圧縮機10の外周に配置されるスクロール部17の径方向の外周側の一部に隙間(口開き)が生じ、その隙間から破断部材が外部に飛散することが抑制または防止される。
According to the centrifugal compressor of this embodiment, the crack
Therefore, a gap (opening) is generated in a part on the outer peripheral side in the radial direction of the
〔第3実施形態〕
以下、本発明の第3実施形態の過給機について図面を参照して説明する。
第3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実施形態の過給機は、遠心圧縮機のスクロール部17の連結部17fがき裂伝播防止溝17hを備える。それに対して第3実施形態の過給機は、遠心圧縮機のスクロール部17の内側スクロールケーシング17aがき裂伝播防止突起17jを備える。
[Third Embodiment]
Hereinafter, a supercharger according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The third embodiment is a modification of the first embodiment, and is the same as the first embodiment except for a case described below, and the description thereof is omitted.
In the supercharger of the first embodiment, the connecting
図4に示すように、スクロール部17の径方向の内周側に配置される内側スクロールケーシング17aの外周面(渦形室17cを形成する内周面と対向する面)には、軸線X回りに延在するき裂伝播防止突起17jが設けられている。図4に示すように、き裂伝播防止突起17jは、スクロール部17の径方向の内周側に設けられている。
As shown in FIG. 4, the outer peripheral surface of the
き裂伝播防止突起17jは、き裂伝播方向(図4のスクロール部17外周面の矢印方向)に沿って内側スクロールケーシング17a内で伝播することを抑制または防止する溝である。
き裂伝播防止突起17jは、ロータ軸30の軸線X回りの全周に渡って無端状に設けるのが好ましいが、軸線X回りの一部にき裂伝播防止突起17jを設けないようにしてもよい。例えば、軸線X回りに、き裂伝播防止突起17jを設ける箇所と設けない箇所とを交互に設ける間欠状にしてもよい。
The crack
The crack
き裂伝播防止突起17jは、内側スクロールケーシング17aの外周面のいずれの箇所に設けてもよいが、き裂伝播方向の下流側に設けるのが好ましい。き裂伝播方向の下流側にき裂伝播防止突起17jを設けることにより、内側スクロールケーシング17aの外周面におけるき裂伝播方向の上流側に発生するき裂が内側スクロールケーシング17aから外側スクロールケーシング17bに伝播することを抑制または防止することができる。
The crack
本実施形態の遠心圧縮機によれば、スクロール部17の径方向の内周側に配置される内側スクロールケーシング17aの外周面にき裂伝播防止突起17jが設けられている。そのため、き裂伝播防止突起17jにスクロール部17の径方向の内周側に生じたき裂が伝播する場合に、き裂伝播防止突起17jの厚みによって、き裂伝播防止突起17jを乗り越えて径方向の外周側にき裂が伝播することが抑制または防止される。
そのため、遠心圧縮機10の外周に配置されるスクロール部17の径方向の外周側の一部に隙間(口開き)が生じ、その隙間から破断部材が外部に飛散することが抑制または防止される。
According to the centrifugal compressor of the present embodiment, the crack
Therefore, a gap (opening) is generated in a part on the outer peripheral side in the radial direction of the
〔他の実施形態〕
以上の説明においては、スクロール部17にき裂伝播防止溝17h(第1実施形態)、き裂伝播防止突起17i(第2実施形態)、き裂伝播防止突起17j(第3実施形態)のいずれか1つを設けるものとしたが、他の態様であってもよい。
例えば、スクロール部17に、き裂伝播防止溝17h、き裂伝播防止突起17i、き裂伝播防止突起17jの全てを設けるようにしてもよい。また例えば、これらのいずれか2つを設けるようにしてもよい。
[Other Embodiments]
In the above description, any one of the crack
For example, the
また、例えば、き裂伝播防止溝17hを設けた位置に溝に替えて突起を設けてもよい。また、き裂伝播防止突起17iを設けた位置に突起に替えて溝を設けてもよい。また、き裂伝播防止突起17jを設けた位置に突起に替えて溝を設けてもよい。スクロール部17の内周面にき裂伝播防止溝とき裂伝播防止突起のいずれを設けるかは、スクロール部17の材料と強度等を考慮して適宜に選択すればよい。
Further, for example, a protrusion may be provided in place of the groove at the position where the crack
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。
In the above description, the
以上の説明において、ディフューザ部13が配置される軸線X方向の位置P1は、羽根車11の重心位置と一致する位置であるものとした。以上の説明における、”一致する”とは、位置P1と重心位置とが厳密に一致することを意味するものではない。位置P1が、重心位置近傍に配置される場合であっても、位置P1が羽根車11の重心位置と一致しているものとする。
In the above description, the position P1 in the axis X direction where the
10 遠心圧縮機
11 羽根車
11a 取込口
11b 吐出口
11e 流路
12 空気案内筒(案内筒)
13 ディフューザ部
13a ディフューザ翼
13b ディフューザディスク
14 第1コンテインメントリング(環状部材)
15 第2コンテインメントリング(円筒状部材)
17 スクロール部
17a 内側スクロールケーシング(ケーシング部)
17b 外側スクロールケーシング
17c 渦形室
17d 外周側端部(端部)
17e 内周側端部(端部)
17f 連結部(端部)
17g サイレンサ側端部
17h き裂伝播防止溝(き裂伝播防止部)
17i き裂伝播防止突起(き裂伝播防止部)
17j き裂伝播防止突起(き裂伝播防止部)
30 ロータ軸
100 過給機
DESCRIPTION OF
13
15 Second containment ring (cylindrical member)
17
17b
17e Inner peripheral side end (end)
17f Connecting part (end part)
17g
17i Crack propagation prevention protrusion (crack propagation prevention part)
17j Crack propagation prevention protrusion (crack propagation prevention part)
30
Claims (4)
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、
前記スクロール部に設けられるとともに前記軸線回りに延在するき裂伝播防止部とを備え、
前記スクロール部は、前記径方向の内周側に配置される内側スクロールケーシングと、
前記径方向の外周側に配置される外側スクロールケーシングと、を有し、
前記内側スクロールケーシングと前記外側スクロールケーシングとが一体に形成されており、
前記き裂伝播防止部は、前記内側スクロールケーシングに設けられ前記軸線回りに延在する突起部である遠心圧縮機。 An impeller that is attached to the rotor shaft and compresses the fluid flowing from the intake port and discharges it from the discharge port;
A guide tube that houses the impeller and extends in the axial direction of the rotor shaft;
A scroll portion which is disposed on the outer peripheral side in the radial direction perpendicular to the axial direction from the guide tube and forms a spiral chamber into which the compressed fluid discharged to the discharge port flows;
A crack propagation preventing portion provided on the scroll portion and extending around the axis,
The scroll portion is an inner scroll casing disposed on the inner peripheral side in the radial direction;
An outer scroll casing disposed on the outer peripheral side in the radial direction,
The inner scroll casing and the outer scroll casing are integrally formed,
The said crack propagation prevention part is a centrifugal compressor which is a protrusion part provided in the said inner side scroll casing, and extending around the said axis line.
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。 The centrifugal compressor according to any one of claims 1 to 3 ,
A turbocharger comprising: a turbine that rotates around the axis by exhaust gas discharged from an internal combustion engine and is coupled to the rotor shaft.
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