JP6456596B2

JP6456596B2 - 遠心圧縮機、過給機、および遠心圧縮機の製造方法

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Publication number: JP6456596B2
Application number: JP2014074070A
Authority: JP
Inventors: 広之荒川; 泰治手塚
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2019-01-23
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: JP2015197052A

Description

本発明は、遠心圧縮機、過給機、および遠心圧縮機の製造方法に関する。

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。

特開２０１１−１１７４１７号公報特開２００１−１３２４６５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ロータ軸の軸線方向に直交する径方向に飛散する場合、羽根車の全部または一部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、羽根車の全部または一部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、その隙間から破損した羽根車の全部または一部が外部に飛散する可能性がある。

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、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可能な遠心圧縮機を提供することを目的とする。
また、本発明は、前述した遠心圧縮機を備えた過給機、および前述した遠心圧縮機の製造方法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案内筒と、該案内筒よりも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スクロール部と、前記ロータ軸の軸線回りに前記羽根車を取り囲むように前記案内筒の前記吐出口側と前記スクロール部との連結位置に取り付けられるとともに前記案内筒よりも延性が高い材料で構成される環状部材と、を備えることを特徴とする。

遠心圧縮機の羽根車は、取込口側よりも吐出口側の方が羽根の外径が大きくなっている。したがって、羽根車の重心は吐出口側に位置することになる。そして、案内筒の吐出口側とスクロール部との連結位置は、軸線において羽根車の重心に対応する位置（以下、重心位置という。）あるいは重心位置近傍となる。
重心位置あるいは重心位置近傍において、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。

そこで、本発明では、この連結位置に案内筒およびスクロール部を主体として構成する材料よりも延性が高い材料で構成される環状部材を設け、羽根車の重心位置から軸線方向に直交する径方向に飛散する場合にも、破断あるいは脱落した羽根車の全部または一部が衝突するように配置した。破断あるいは脱落した羽根車の全部または一部の衝突によって案内筒が脆性破壊してしまう場合であっても、延性の高い環状部材への衝突では脆性破壊に至らずに塑性変形することにとどまる。よって、破断あるいは脱落した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。

ここで延性が高いとは、破壊まで大きな塑性変形を伴う特性を有することを示すもので、塑性変形が少ない状況で破壊に至る脆性特性が少ないことを示す。具体的には、破損に至る引張破壊強度と伸び（率）を比較することで延性が高いことを確認することができる。

本発明の第１態様の遠心圧縮機は、前記案内筒よりも前記軸線に直交する径方向の外周側かつ前記スクロール部よりも前記径方向の内周側に前記ロータ軸と同軸に配置されるとともに前記案内筒よりも延性が高い円筒状部材を備え、前記環状部材の径と前記円筒状部材の径が一致しており、前記環状部材の前記軸線方向の前記取込口側の端面と前記円筒状部材の前記軸線方向の前記吐出口側の端面とが、前記軸線方向に所定距離を空けて離間していることを特徴とする。

本発明の第１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場合、羽根車の全部または一部がロータ軸の軸線方向に直交する径方向に飛散して案内筒に衝突する。案内筒に衝突した羽根車の一部は、案内筒を脆性破壊させて径方向の外側に更に飛散し、円筒状部材に到達する。円筒状部材は、案内筒よりも延性が高いため、案内筒が脆性破壊してしまう場合であっても、塑性変形によって羽根車の一部が外部に飛散する不具合を抑制することができる。

また、本態様の遠心圧縮機によれば、環状部材の径と円筒状部材の径が一致している。そのため、環状部材と円筒状部材とは、ロータ軸回りに案内筒を取り囲む同一円筒面を形成する。案内筒を脆性破壊して径方向の外側に飛散する羽根車の全部または一部は、同一円筒面を形成する環状部材と円筒状部材とのいずれかに衝突する。同一円筒面が形成されているため、環状部材の外周面の径と円筒状部材の外周面の径が相違する場合に生じる隙間が形成されない。そのため、羽根車の全部または一部が、環状部材と円筒状部材の外周面の径の違いにより形成される隙間から外部に飛散する不具合が抑制される。

また、本態様の遠心圧縮機によれば、環状部材の前記軸線方向の前記取込口側の端面と前記円筒状部材の前記軸線方向の前記吐出口側の端面とが、前記軸線方向に所定距離を空けて離間している。環状部材と円筒状部材とを連結し、あるいは一つの部材として形成する場合、この部材の軸線方向の両端部において温度差に起因する熱伸び量の差が生じると、部材が変形もしくは破損してしまうおそれがある。そこで、本態様では、環状部材と円筒状部材とを別部材として構成し、軸線方向に所定距離を空けて離間させることにより、温度差に起因する熱伸び量の差が各部材に生じたとしても、環状部材と円筒状部材のいずれにも変形もしくは破損を生じさせないようにしている。

本発明の第２態様の遠心圧縮機は、前記環状部材が配置される前記軸線方向の位置範囲に、前記羽根車の前記軸線方向の重心位置が存在していることを特徴とする。
羽根車の重心位置あるいは重心位置近傍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。
そこで、本態様では、環状部材が配置される軸線方向の位置範囲に、羽根車の軸線方向の重心位置が存在するようにしている。これにより、羽根車の重心位置あるいは重心位置近傍の全部または一部が破断あるいは脱落した際に、その破断あるいは脱落した部分を環状部材に衝突させ、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。

本発明の第３態様の遠心圧縮機において、前記環状部材は、前記案内筒とともに前記吐出口から吐出される前記圧縮流体が流通する流路の流路壁を形成しており、前記環状部材は、前記軸線に直交する径方向の内周側かつ前記軸線方向の前記流路側に、前記径方向の内側に突出する環状突起部を有し、前記連結位置における前記案内筒は、前記径方向の外周側かつ前記軸線方向の前記流路側に環状段部を有し、前記案内筒と前記環状部材は、前記環状段部に前記環状突起部を配置した状態で接続されていることを特徴とする。

本発明の第３態様の遠心圧縮機によれば、ロータ軸の回転数が高まって吐出口から吐出される圧縮流体の圧力が高まるにつれて、環状部材が圧縮流体から受ける圧力が高まる。環状部材が流路側に有する環状突起部は、案内筒が流路側に有する環状段部に配置されている。そのため、環状部材が圧縮流体から受ける圧力が高まるにつれて、環状突起部と環状段部との接触力が高まる。これにより、環状部材と案内筒との接続位置において圧縮流体が漏れ出る不具合が抑制される。

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、を備えることを特徴とする。
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。

本発明に係る遠心圧縮機の製造方法は、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をロータ軸に取り付ける工程と、前記羽根車を収容するように案内筒を取り付けて前記取込口から流入する流体を前記吐出口へ導く流路を形成する工程と、前記吐出口から吐出された圧縮流体が流入するスクロール部を、前記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する工程と、前記軸線回りに前記羽根車を取り囲むように前記案内筒と前記スクロール部との連結位置に前記案内筒もしくは前記スクロール部を構成する主材料よりも延性が高い材料で構成される環状部材を取り付ける工程と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る製造方法により製造される遠心圧縮機によれば、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する場合、羽根車の全部または一部がロータ軸の軸線方向に直交する径方向に飛散して、案内筒とスクロール部との連結位置に到達する。連結位置には、環状部材が羽根車を取り囲むように取り付けられているため、飛散した羽根車の全部または一部が環状部材に衝突する。環状部材は、案内筒よりも延性が高いため、案内筒が脆性破壊してしまう場合であっても、塑性変形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、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可能な遠心圧縮機を提供することができる。
また、本発明によれば、前述した遠心圧縮機を備えた過給機、および前述した遠心圧縮機の製造方法を提供することができる。

過給機の一実施形態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。図２に示す第１コンテインメントリング近傍の要部拡大図である。

以下、過給機の一実施形態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）の内部と連通する吸気マニホールド（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、スクロール部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：ＦｅｒｒｕｍＣａｓｔｉｎｇＤｕｃｔｉｌｅ）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。

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（ＪＩＳＧ３１０１；ＡＳＴＭＡ２８３）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、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保有する。

たとえば、常温での引張強度は、ダクタイル鋳鉄材とＳＳ４００材とのいずれも４００〜５００Ｎ／ｍｍ^２程度を保有する。一方、破壊時の伸びはダクタイル鋳鉄材が１０％程度であるのに対して、ＳＳ４００材が２０％以上を保有する。したがって、ＳＳ４００材の方が、ダクタイル鋳鉄材よりも延性が高い。

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。

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吸気マニホールドに導かれる。

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。

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（傾斜した方向；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。

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、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。

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１３ｄ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。

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、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。

第１コンテインメントリング１４および第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り、鋳造により製造された金属部材からなる空気案内筒１２よりも延性が高い。
ここで延性が高いとは、破壊まで大きな塑性変形を伴うもので、塑性変形が少ない状況で破壊に至る脆性特性が少ないことを示す。このため、衝撃荷重が発生した際に、延性が高い材料は、衝撃の運動エネルギーを塑性変形することで吸収して制止させることが可能になる。そのため、衝撃荷重に対しても破壊に至らずに塑性変形でとどめることが可能となる。

本実施形態においては、鋳造により製造された金属材料として使用するダクタイル鋳鉄材は、常温での引張強度は４００〜５００Ｎ／ｍｍ^２程度、伸び１０％程度を保有する。一方、圧延により製造された金属部材として使用するＳＳ４００材は、常温での引張強度は同様に４００〜５００Ｎ／ｍｍ^２程度、伸び２０％以上を保有している。したがって、伸びの違いから、ダクタイル鋳鉄材よりもＳＳ４００材の方が延性の高い材料と確認することができる。

このように、第１コンテインメントリング１４および第２コンテインメントリング１５は、空気案内筒１２よりも延性が高い。そのため、第１コンテインメントリング１４および第２コンテインメントリング１５は、羽根車１１が破損や脱落した際でも、羽根車１１の全部または一部が径方向に飛散して空気案内筒１２に衝突する場合に、羽根車１１の全部または一部が外部に飛散することを抑制する。
つまり、空気案内筒１２が羽根車１１の全部または一部の衝突により脆性破壊してしまう場合であっても、第１コンテインメントリング１４および第２コンテインメントリング１５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。

図２に示すように、第１コンテインメントリング１４の外周面の半径Ｄ１と、第２コンテインメントリング１５の外周面の半径Ｄ２とは、一致している。半径Ｄ１と半径Ｄ２とを一致させているのは、第１コンテインメントリング１４の外周面の径と第２コンテインメントリング１５の外周面の径が相違する場合に生じる隙間が形成されないようにするためである。この隙間が形成されると、羽根車１１の全部または一部が外部に飛散してしまう可能性がある。

なお、第１コンテインメントリング１４の外周面の半径Ｄ１と、第２コンテインメントリング１５の外周面の半径Ｄ２とが一致しない場合であっても、軸線Ｘ方向における第１コンテインメントリング１４の端部と、軸線Ｘ方向における第２コンテインメントリング１５の端部との隙間が微小であれば、径方向に飛散する羽根車１１の全部または一部が外部に飛散する可能性を低く抑えることができる。
したがって、第１コンテインメントリング１４の外周面の半径Ｄ１と、第２コンテインメントリング１５の外周面の半径Ｄ２とは、必ずしも同一径に一致させなくてもよい。

また、図３に示すように、第１コンテインメントリング１４の軸線Ｘ方向の端面１４ａと、第２コンテインメントリング１５の軸線Ｘ方向の端面１５ａとは、軸線Ｘ方向に所定距離Ｗを空けて離間している。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とを連結し、あるいは一つの部材として形成する場合、この部材の軸線Ｘ方向の両端部において温度差に起因する熱伸び量の差が生じると、部材が変形もしくは破損してしまうおそれがある。

そこで、本実施形態では、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とを軸線Ｘ方向に所定距離Ｗを空けて離間させることにより、温度差に起因する熱伸び量の差が各部材に生じたとしても、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のいずれにも変形もしくは破損を生じさせないようにしている。

図２に示すように、第１コンテインメントリング１４が配置される軸線Ｘ方向の位置は、位置Ｐ１となっている。この位置Ｐ１は、羽根車１１の軸線方向の重心位置と一致している。
図１および図２に示すように、本実施形態の遠心圧縮機１０の羽根車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、取込口１１ａ側よりも吐出口１１ｂ側に近接した位置Ｐ１となる。

羽根車１１が軸線Ｘ回りに高速回転する場合（例えば、毎分１万回転以上で回転する場合）、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がある。羽根車１１の脱落時の軸線Ｘ方向に直交する径方向への衝撃力は、重心位置で特に大きくなる。本実施形態においては、第１コンテインメントリング１４が配置される軸線Ｘ方向の位置Ｐ１が羽根車１１の軸線方向の重心位置と一致している。

そのため、重心位置にて破断あるいは脱落した羽根車１１が径方向に飛散しても、第１コンテインメントリング１４に衝突する。そして、延性の高い第１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１１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。

図２に示すように、第１コンテインメントリング１４は、空気案内筒１２とともに吐出口１１ｂから吐出される圧縮空気が流通する流路１１ｅの外周側の流路壁を形成している。
図３に示すように、第１コンテインメントリング１４は、径方向の内周側かつ軸線Ｘ方向の流路１１ｅ側に、径方向の内側に突出する環状突起部１４ｂを有している。

また、図３に示すように、空気案内筒１２は、径方向の外周側かつ軸線Ｘ方向の流路１１ｅ側に環状段部１２ａを有する。空気案内筒１２と第１コンテインメントリング１４は、環状段部１２ａに環状突起部１４ｂを配置した状態で接続されている。この環状段部１２ａと環状突起部１４ｂの間には、隙間が設けられている。この隙間により、空気案内筒１２の熱膨張があっても熱膨張による変形が第１コンテインメントリング１４に伝搬しないようにすることができる。

内側スクロールケーシング１３ｄと空気案内筒１２が連結される連結位置において、内側スクロールケーシング１３ｄの内周側端面１３ｆと、第１コンテインメントリング１４の径方向の外周側端面１４ｃとは、互いに対向するように配置されている。

内周側端面１３ｆには軸線Ｘ回りの周方向に延びる無端状の環状溝部１３ｇが形成されている。環状溝部１３ｇには、Ｏリング１３ｈ（環状シール部材）が嵌め込まれている。また、外周側端面１４ｃには軸線Ｘ回りの周方向に延びる無端状の環状溝部１４ｄが形成されている。環状溝部１４ｄには、Ｏリング１４ｅ（環状シール部材）が嵌め込まれている。
Ｏリング１３ｈが外周側端面１４ｃに接触し、Ｏリング１４ｅが内周側端面１３ｆに接触することにより、内周側端面１３ｆと外周側端面１４ｃとが対向する位置において、流路１１ｅからの圧縮空気の流出が遮断される。

次に、本実施形態の遠心圧縮機の製造方法について説明する。
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、羽根車１１を収容するように空気案内筒１２を取り付けてロータ軸３０の軸線Ｘ方向に沿って取込口１１ａから流入する空気を軸線Ｘ方向から傾斜した方向に案内して吐出口１１ｂへ導く流路を形成する。

第３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スクロール部１３を、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する。
第４工程において、軸線Ｘ回りに羽根車１１を取り囲むように空気案内筒１２とスクロール部１３との連結位置に空気案内筒１２もしくはスクロール部１３を構成する鋳鉄よりも延性が高い鉄鋼材料で主構成される第１コンテインメントリング１４を取り付ける。
第５工程において、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、空気案内筒１２もしくはスクロール部１３を構成する鋳鉄よりも延性が高い鉄鋼材料で主構成される第２コンテインメントリング１５を取り付ける。
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。

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１３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。

そこで、本実施形態では、この連結位置に空気案内筒１２およびスクロール部１３を主体として構成する鋳鉄よりも延性が高い鉄鋼材料で主構成される第１コンテインメントリング１４（環状部材）を設け、羽根車１１の重心位置から軸線Ｘ方向に直交する径方向に飛散する場合にも、破断あるいは脱落した羽根車１１の全部または一部が衝突するように配置した。破断あるいは脱落した羽根車１１の全部または一部の衝突によって空気案内筒１２が脆性破壊してしまう場合であっても、延性の高い第１コンテインメントリング１４への衝突では脆性破壊に至らずに塑性変形することにとどまる。よって、破断あるいは脱落した羽根車１１の全部または一部が過給機１００の外部に飛散する不具合を抑制することができる。

本実施形態の遠心圧縮機１０によれば、第１コンテインメントリング１４の外周面の径と第２コンテインメントリング１５の外周面の径が一致している。そのため、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とは、ロータ軸３０回りに空気案内筒１２を取り囲む同一円筒面を形成する。

空気案内筒１２を脆性破壊して径方向の外側に飛散する羽根車１１の全部または一部は、同一円筒面を形成する第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とのいずれかに衝突する。同一円筒面が形成されているため、第１コンテインメントリング１４の外周面の径と第２コンテインメントリング１５の外周面の径が相違する場合に生じる隙間が形成されない。そのため、羽根車１１の全部または一部が、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の外周面の径の違いより形成される隙間から過給機１００の外部に飛散する不具合が抑制される。

また、本実施形態の過給機１００が備える遠心圧縮機１０によれば、第１コンテインメントリング１４の軸線Ｘ方向の端面１４ａと第２コンテインメントリング１５の軸線Ｘ方向の端面１５ａとが、軸線Ｘ方向に所定距離Ｗを空けて離間している。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とを連結し、あるいは一つの部材として形成する場合、この部材の軸線Ｘ方向の両端部において温度差に起因する熱伸び量の差が生じると、部材が変形もしくは破損してしまうおそれがある。

そこで、本実施形態では、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とを別部材として構成し、軸線Ｘ方向に所定距離Ｗを空けて離間させた。これにより、温度差に起因する熱伸び量の差が各部材に生じたとしても、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のいずれにも変形もしくは破損を生じさせないようにしている。

本実施形態の過給機１００が備える遠心圧縮機１０によれば、ロータ軸３０の回転数が高まって吐出口１１ｂから吐出される圧縮空気の圧力が高まるにつれて、第１コンテインメントリング１４が圧縮空気から受ける圧力が高まる。第１コンテインメントリング１４が流路１１ｅ側に有する環状突起部１４ｂは、空気案内筒１２が流路１１ｅ側に有する環状段部１２ａに配置されている。そのため、第１コンテインメントリング１４が圧縮空気から受ける圧力が高まるにつれて、環状突起部１４ｂと環状段部１２ａとの接触力が高まる。これにより、第１コンテインメントリング１４と空気案内筒１２との接続位置において圧縮空気が漏れ出る不具合が抑制される。

本実施形態の過給機１００が備える遠心圧縮機１０によれば、連結位置におけるスクロール部１３の径方向の内周側端面１３ｆと、第１コンテインメントリング１４の径方向の外周側端面１４ｃとの間にＯリング１３ｈおよびＯリング１４ｅ（環状シール部材）が配置される。このようにすることで、スクロール部１３と第１コンテインメントリング１４が対向する位置において圧縮空気が漏れ出る不具合が抑制される。

本実施形態の空気案内筒１２およびスクロール部１３は、鋳造により製造された金属部材で形成されている。この金属部材として、複雑な形状を製造し易いねずみ鋳鉄やダクタイル鋳鉄を用いるのが好ましい。また、第１コンテインメントリング１４および第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で形成されている。この金属部材として、鋳鉄材よりも延性が高く、衝撃荷重に対しても塑性変形することで破損に至りにくいＳＳ４００と呼ばれる一般構造用圧延鋼材を用いるのが好ましい。
このようにすることで、圧延により製造された金属部材である第１コンテインメントリング１４および第２コンテインメントリング１５の延性を、鋳造により製造された金属部材である空気案内筒１２およびスクロール部１３の延性よりも高くすることができる。

〔他の実施形態〕
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、第１コンテインメントリング１４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。つまり、位置Ｐ１が、重心位置で特に大きくなる羽根車１１による径方向への衝撃力を受け止めることが可能な位置であれば、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。

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）
１２ａ環状段部
１３スクロール部
１３ａディフューザ
１３ｃ外側スクロールケーシング
１３ｄ内側スクロールケーシング
１４第１コンテインメントリング（環状部材）
１４ｂ環状突起部
１５第２コンテインメントリング（円筒状部材）
３０ロータ軸
１００過給機

Claims

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案内筒と、
該案内筒よりも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スクロール部と、
前記ロータ軸の軸線回りに前記羽根車を取り囲むように前記案内筒の前記吐出口側と前記スクロール部との連結位置に取り付けられるとともに前記案内筒よりも延性が高い材料で構成される環状部材と、
前記案内筒よりも前記軸線に直交する径方向の外周側かつ前記スクロール部よりも前記径方向の内周側に前記ロータ軸と同軸に配置されるとともに前記案内筒よりも延性が高い材料で構成される円筒状部材と、
を備え、
前記軸線に対して、前記環状部材の径と前記円筒状部材の径が一致しており、
前記環状部材の前記軸線方向の前記取込口側の端面と前記円筒状部材の前記軸線方向の前記吐出口側の端面とが、前記軸線方向に所定距離を空けて離間していることを特徴とする遠心圧縮機。
前記環状部材が配置される前記軸線方向の位置範囲に、前記羽根車の前記軸線方向の重心位置が存在することを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
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案内筒と、
該案内筒よりも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スクロール部と、
前記ロータ軸の軸線回りに前記羽根車を取り囲むように前記案内筒の前記吐出口側と前記スクロール部との連結位置に取り付けられるとともに前記案内筒よりも延性が高い材料で構成される環状部材と、
を備え、
前記環状部材は、前記案内筒とともに前記吐出口から吐出される前記圧縮流体が流通する流路の流路壁を形成しており、
前記環状部材は、前記軸線に直交する径方向の内周側かつ前記軸線方向の前記流路側に、前記径方向の内側に突出する環状突起部を有し、
前記連結位置における前記案内筒は、前記径方向の外周側かつ前記軸線方向の前記流路側に環状段部を有し、
前記案内筒と前記環状部材は、前記環状段部に前記環状突起部を配置した状態で接続されていることを特徴とする遠心圧縮機。
請求項１から３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、を備えることを特徴とする過給機。
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をロータ軸に取り付ける工程と、
前記羽根車を収容するように案内筒を取り付けて前記取込口から流入する流体を前記吐出口へ導く流路を形成する工程と、
前記吐出口から吐出された圧縮流体が流入するスクロール部を、前記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する工程と、
前記軸線回りに前記羽根車を取り囲むように前記案内筒と前記スクロール部との連結位置に前記案内筒を構成する主材料よりも延性が高い材料で構成される環状部材を取り付ける工程と、
前記案内筒よりも前記軸線に直交する径方向の外周側かつ前記スクロール部よりも前記径方向の内周側に前記ロータ軸と同軸に配置されるとともに前記案内筒よりも延性が高い材料で構成される円筒状部材を取り付ける工程と、
を備え、
前記軸線に対して、前記環状部材の径と前記円筒状部材の径が一致しており、
前記環状部材の前記軸線方向の前記取込口側の端面と前記円筒状部材の前記軸線方向の前記吐出口側の端面とが、前記軸線方向に所定距離を空けて離間していることを特徴とする遠心圧縮機の製造方法。
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をロータ軸に取り付ける工程と、
前記羽根車を収容するように案内筒を取り付けて前記取込口から流入する流体を前記吐出口へ導く流路を形成する工程と、
前記吐出口から吐出された圧縮流体が流入するスクロール部を、前記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する工程と、
前記軸線回りに前記羽根車を取り囲むように前記案内筒と前記スクロール部との連結位置に前記案内筒を構成する主材料よりも延性が高い材料で構成される環状部材を取り付けて前記案内筒とともに前記吐出口から吐出される前記圧縮流体が流通する流路の流路壁を形成する工程と、
を備え、
前記環状部材は、前記軸線に直交する径方向の内周側かつ前記軸線方向の前記流路側に、前記径方向の内側に突出する環状突起部を有し、
前記連結位置における前記案内筒は、前記径方向の外周側かつ前記軸線方向の前記流路側に環状段部を有し、
前記案内筒と前記環状部材とを、前記環状段部に前記環状突起部を配置した状態で接続する工程を備えることを特徴とする遠心圧縮機の製造方法。