JP6486648B2 - 遠心圧縮機およびそれを備えた過給機 - Google Patents

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と圧縮された空気の高温度の影響によって、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案内筒に衝突する場合、その衝撃荷重が大きいために案内筒を取付位置に固定するボルトが破断し、案内筒が取付位置から脱落し、ロータ軸の軸線に沿ってスクロール部から離れる方向に飛散する可能性がある。この場合、案内筒が飛散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するのに伴って案内筒が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。

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し、前記流体を吸入する吸入口が設けられた案内筒と、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、前記案内筒を前記スクロール部に取り付けるとともに頭部と軸部とを有する締結ボルトとを備え、前記スクロール部は、前記吐出口側に設けられた内周側端部と、該内周側端部と前記軸線方向に離間して、前記吸入口側に設けられた端部とを備え、前記内周側端部には、前記締結ボルトの前記軸部の先端が締結される締結穴が形成され、前記端部には、前記締結ボルトの前記軸部が挿入される貫通穴が形成されており、前記締結ボルトは、前記頭部が前記案内筒の前記流体が流入する吸入口側の端部に取り付けられるとともに前記軸部の先端が前記締結穴に締結される。

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する場合、破断部材が径方向に飛散して案内筒に衝突する。破断部材が案内筒に衝突することにより案内筒に与えられる衝撃力は、径方向の成分とともにロータ軸の軸線方向の成分を有する。衝撃力の軸線方向の成分は、案内筒をスクロール部から離間させる方向に作用する。案内筒をスクロール部に取り付ける締結ボルトの頭部は、案内筒の吸込口側の端部に取り付けられている。そのため、案内筒をスクロール部から離間させる方向の衝撃力が案内筒の吸込口側の端部を介して締結ボルトの頭部に伝達される。

締結ボルトの軸部の先端は、スクロール部に形成された締結穴に締結されている。締結ボルトの頭部が案内筒の吸入口側の端部に取り付けられているため、締結ボルトの頭部と軸部の先端とは、案内筒の吸入口側の端部からスクロール部に形成された締結穴までの長さ分だけ離間している。そのため、締結ボルトの頭部に伝達された衝撃力は、頭部から離間した軸部の先端に作用する。そして、締結ボルトの頭部と軸部の先端とに作用する衝撃力により、締結ボルトの軸部に軸線方向に沿った引張応力が作用する。

締結ボルトの軸部は、案内筒の吸入口側の端部からスクロール部に形成された締結穴までの長さ分の全長を有するため、案内筒からの衝撃力に対して軸部が軸線方向に十分な弾性変形の延び量を確保することができる。そのため、締結ボルトは、軸部の延び量の２乗に比例した十分な弾性エネルギーによって案内筒の衝撃力を吸収することができる。また、締結ボルトは、案内筒の衝撃力が弾性限界を超える場合には、塑性変形することにより案内筒の衝撃力を更に吸収することができる。よって、案内筒からの衝撃力に対して締結ボルトが破断して案内筒が取付位置から脱落することを抑制することができる。
このように、本発明の一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のに伴って案内筒が飛散する不具合を抑制することができる。

上記態様の遠心圧縮機においては、前記吐出口から吐出された前記圧縮流体を前記渦形室へ導くとともに前記スクロール部の前記内周側端部に取り付けられるディフューザ部を有してもよい。
このようにすることで、締結ボルトの軸部の先端を、ディフューザ部が取り付けられるスクロール部の軸線方向の端部に至るまでの十分な長さとすることができる。これにより、案内筒からの衝撃力に対して軸部が軸線方向に十分な延び量を確保することができる。

上記態様の遠心圧縮機においては、前記スクロール部は、前記渦形室を形成する部分から前記径方向の内周側に突出する突出部を有し、前記締結穴が前記突出部に形成されていてもよい。
突出部を設けることにより、案内筒からの衝撃力に対して軸部が軸線方向に十分な延び量を確保しつつ、スクロール部の径方向の内周側を補強することができる。

上記態様の遠心圧縮機においては、複数の前記締結ボルトを備え、前記締結穴は、前記内周側端部の前記軸線回りの複数箇所に形成されており、前記複数の締結ボルトのそれぞれは、前記頭部が前記案内筒の前記吸入口側の端部に取り付けられるとともに前記軸部の先端が前記複数の締結穴のそれぞれに締結されるようにしてもよい。
このようにすることで、下流側筒部の軸線回りの複数箇所に締結ボルトが配置され、複数の締結ボルトによって下流側筒部が取り囲まれた状態となる。これにより、破断部材が下流側筒部に衝突して下流側筒部に隙間が生じ、その隙間から破断部材が径方向に飛散する場合であっても、破断部材が更に径方向に飛散することが抑制される。

上記のいずれかの遠心圧縮機において、前記締結ボルトは、圧延鋼材により形成されていてもよい。
圧延鋼材は大きな塑性変形の後に破壊に至る延性を有するため、案内筒の衝撃力が締結ボルトの弾性限界を超える場合であっても、締結ボルトの軸部を十分に塑性変形させて案内筒の衝撃力を吸収することができる。

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、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するのに伴って案内筒が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、羽根車の全部または一部が破断あるいは脱落するのに伴って案内筒が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。

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。 図１に示す案内筒および締結ボルトのＡ−Ａ矢視断面図である。 遠心圧縮機の製造方法の一工程を示す図である。 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）に供給する気体（例えば、空気）を一定圧力（例えば、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。

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ガスが流入する。

タービンハウジング２１に導かれた排ガスは、タービンノズル２４を通過し、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。

遠心圧縮機１０は、過給機１００の外部から流入する気体を圧縮し、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）に圧縮した気体（以下、圧縮気体という。）を供給する装置である。
図１および図２に示すように、遠心圧縮機１０は、羽根車１１と、案内筒１２と、ディフューザ部１３と、締結ボルト１４と、座金１５と、スクロール部１７とを備えている。

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から流入する気体を圧縮して吐出口１１ｂから吐出する。

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から流入する気体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の径方向）に吐出させ、吐出口１１ｂへ吐出された圧縮気体をディフューザ部１３に流入させる。

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。案内筒１２は、羽根車１１とともに、軸線Ｘに沿って取込口１１ａから流入する気体を、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。
案内筒１２は、ロータ軸３０の軸線Ｘ方向の一端の吸入口１２ｃから流入する気体を取込口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から流入する気体を圧縮して吐出口１１ｂへ導く流路１１ｅ（圧縮流路）を形成する下流側筒部１２ｂとを一体に形成した部材である。

ディフューザ部１３は、吐出口１１ｂから吐出された圧縮気体を渦形室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に圧縮気体を導く流路を形成する。

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気体の吐出口１１ｂを囲むように設けられている。ディフューザディスク１３ｂは、締結ボルト（図示略）により内側スクロールケーシング１７ａの内周側端部１７ｅに取り付けられている。

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気体の流速を減速させることにより、圧縮気体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気体は、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。

締結ボルト１４は、案内筒１２をスクロール部１７に取り付ける締結具である。締結ボルト１４は、頭部１４ａと軸部１４ｂとを有する。軸部１４ｂの先端１４ｃの外周面には、後述する内側スクロールケーシング１７ａの内周側端部１７ｅ（端部）に締結される雄ねじが形成されている。
座金１５は、案内筒１２の端部１２ｅと締結ボルト１４の頭部１４ａとの間に挿入される環状部材である。
締結ボルト１４による案内筒１２のスクロール部１７への取り付けについては、追って説明する。

締結ボルト１４は、高強度で高い破断延びを有する金属材料で形成されるのが望ましい。締結ボルト１４を形成する金属材料が鉄鋼材料である場合、ＳＳ４００と呼ばれる一般構造用圧延鋼材（ＪＩＳ Ｇ ３１０１；ＡＳＴＭ Ａ２８３）や、ＳＣＭ４３５等のクロムモリブデン鋼が好ましい。鉄鋼材料以外ではチタン合金を用いるのが好ましい。

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気体を、案内筒１２の吸入口１２ｃ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。

スクロール部１７は、吐出口１１ｂから吐出された圧縮気体が流入するとともに、圧縮気体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、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。

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とを備える。内側スクロールケーシング１７ａには、外周側端部１７ｄ（端部）と、内周側端部１７ｅ（端部）と、これらを連結する連結部１７ｆ（端部）が設けられている。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。
内周側端部１７ｅには、締結ボルト１４の先端１４ｃが締結する締結穴１７ｇが形成されている。締結穴１７ｇの内周面には雌ねじが形成されており、締結ボルト１４の先端１４ｃに形成された雄ねじと締結するようになっている。

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とにより圧縮気体が流入する渦形室１７ｃが形成される。図１に示すように、スクロール部１７は、締結ボルトによりサイレンサ１６に取り付けられている。スクロール部１７は、締結ボルト１４を挿入する貫通穴１７ｉが形成された端部１７ｈを備える。

前述した案内筒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。

次に、案内筒１２のスクロール部１７への取り付けについて説明する。
図２に示すように、案内筒１２の端部１２ｅには、軸線Ｘ方向に延びる貫通穴１２ｆが形成されている。また、スクロール部１７の端部１７ｈには、軸線Ｘ方向に延びる貫通穴１７ｉが形成されている。また、内側スクロールケーシング１７ａの内周側端部１７ｅには、軸線Ｘ方向に延びる締結穴１７ｇが形成されている。

図２に示すように、貫通穴１２ｆと貫通穴１７ｉと締結穴１７ｇとは同軸に配置されている。締結ボルト１４は、貫通穴１２ｆおよび貫通穴１７ｉに軸部１４ｂが挿入され、軸部１４ｂの先端１４ｃが締結穴１７ｇに締結された状態となっている。また、締結ボルト１４の頭部１４ａと案内筒１２の端部１２ｅとは、座金１５を挟んだ状態で固定されている。

図２に示すように、案内筒１２の端部１２ｅの軸線Ｘに沿った吐出口１１ｂ側には、スクロール部１７の端部１７ｈが配置されている。スクロール部１７の端部１７ｈは、案内筒１２が吐出口１１ｂ側に移動することを規制している。
一方、案内筒１２の端部１２ｅの軸線Ｘに沿ったサイレンサ１６側には、締結ボルト１４の頭部１４ａが配置されている。締結ボルト１４の頭部１４ａは、案内筒１２がサイレンサ１６側に移動することを規制している。

このように、締結ボルト１４は、頭部１４ａが案内筒１２の吸入口１２ｃ側の端部１２ｅに取り付けられるとともに軸部１４ｂの先端１４ｃがスクロール部１７の締結穴１７ｇに締結される。締結ボルト１４をスクロール部１７に締結することにより、案内筒１２の軸線Ｘ方向の位置が固定される。

図３（図１に示す案内筒１２および締結ボルト１４のＡ−Ａ矢視断面図）に示すように、遠心圧縮機１０は、案内筒１２を軸線Ｘ回りに取り囲むように、軸線Ｘを中心とした円周Ｃ上に配置される複数の締結ボルト１４を備える。内側スクロールケーシング１７ａの内周側端部１７ｅの軸線Ｘ回りの複数箇所（締結ボルト１４に対応する位置）には、複数の締結穴１７ｇが形成されている。複数の締結ボルト１４のそれぞれは、頭部１４ａが案内筒１２の吸入口１２ｃ側の端部１２ｅに取り付けられるとともに軸部１４ｂの先端１４ｃが複数の締結穴１７ｇのそれぞれに締結される。

図３は、複数の締結ボルト１４を円周Ｃ上の８箇所に中心角４５°ずつで均等に配置する例である。この他にも、円周Ｃ上の１２箇所に中心角３０°ずつで均等に配置してもよい。更に、他の中心角の角度で円周Ｃ上に配置してもよいし、一部の締結ボルトを円周Ｃとは異なる円周上に配置してもよい。あるいは、複数の締結ボルトを円周Ｃ上に均等ではなく任意の間隔で配置するようにしてもよい。

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、吐出口１１ｂから吐出された圧縮空気が流入する渦形室１７ｃを形成するスクロール部１７を取り付ける。
第３工程において、羽根車１１を収容するとともにロータ軸３０の軸線Ｘ方向に延在するように案内筒１２を取り付ける。第３工程により、スクロール部１７が案内筒１２よりもロータ軸３０の径方向の外周側に配置される。
第４工程において、吐出口１１ｂから吐出された圧縮空気を渦形室１７ｃへ導くとともに内側スクロールケーシング１７ａにおける軸線Ｘ方向の外周側端部１７ｄ，内周側端部１７ｅに支持されるようにディフューザ部１３を内側スクロールケーシング１７ａに取り付ける。
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。

図４は、遠心圧縮機１０の製造方法の一工程である第３工程を示す図である。図４に示すように、案内筒１２を取り付ける第３工程においては、案内筒１２の端部１２ｅの貫通穴１２ｆに締結ボルト１４の軸部１４ｂを挿入した状態とする。その上で、軸部１４ｂの先端１４ｃをスクロール部１７の貫通穴１７ｉに挿入する。
図３に示すように、本実施形態では、締結ボルト１４を、軸線Ｘを中心とした円周Ｃ上の複数箇所に配置している。そのため、複数の締結ボルト１４の先端１４ｃを複数の貫通穴１７ｉに挿入することにより、案内筒１２の中心軸がロータ軸３０の軸線Ｘと一致した状態が維持される。

案内筒１２に羽根車１１が収容された状態では、案内筒１２の内周面と羽根車１１とが近接した状態（例えば、数ｍｍに近接した状態）となる。そのため、案内筒１２を軸線Ｘに沿って移動させて羽根車１１を収容する位置に移動させる際には、案内筒１２の内周面と羽根車１１とが接触しないようする必要がある。
本実施形態では、案内筒１２の中心軸がロータ軸３０の軸線Ｘと一致した状態を維持しながら案内筒１２を軸線Ｘに沿って移動させることができるため、案内筒１２の取り付けを容易に行うことができる。

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する場合、破断部材が軸線Ｘに直交する径方向に飛散して案内筒１２に衝突する。破断部材が案内筒１２に衝突することにより案内筒１２に与えられる衝撃力は、径方向の成分とともにロータ軸３０の軸線Ｘ方向の成分を有する。衝撃力の軸線Ｘ方向の成分は、案内筒１２をスクロール部１７から離間させる方向に作用する。案内筒１２をスクロール部１７に取り付ける締結ボルト１４の頭部１４ａは、案内筒１２の吸込口１２ｃ側の端部１２ｅに取り付けられている。そのため、案内筒１２をスクロール部１７から離間させる方向の衝撃力が案内筒１２の吸込口１２ｃ側の端部１２ｅを介して締結ボルト１４の頭部１４ａに伝達される。

締結ボルト１４の軸部１４ｂの先端１４ｃは、案内筒１２の下流側筒部１２ｂの外周側に位置する内側スクロールケーシング１７ａに形成された締結穴１７ｇに締結されている。締結ボルト１４の頭部１４ａが上流側筒部１２ａの端部１２ｅに取り付けられているため、締結ボルト１４の頭部１４ａと軸部１４ｂの先端１４ｃとは、少なくとも上流側筒部１２ａの軸線Ｘ方向の長さ分だけ離間している。そのため、締結ボルト１４の頭部１４ａに伝達された衝撃力は、頭部１４ａから離間した軸部１４ｂの先端１４ｃに作用する。そして、締結ボルト１４の頭部１４ａと軸部１４ｂの先端１４ｃとに作用する衝撃力により、締結ボルト１４の軸部１４ｂに軸線Ｘ方向に沿った引張応力が作用する。

締結ボルト１４の軸部１４ｂは、案内筒１２の軸線Ｘ方向の長さ分の全長を有するため、案内筒１２からの衝撃力に対して軸部１４ｂが軸線Ｘ方向に十分な弾性変形の延び量を確保することができる。そのため、締結ボルト１４は、軸部１４ｂの延び量の２乗に比例した十分な弾性エネルギーによって案内筒１２の衝撃力を吸収することができる。

ここで、締結ボルトの先端をスクロール部１７の端部１７ｈに締結するようにした比較例を検討する。本実施形態の締結ボルト１４の長さは、例えば、比較例の締結ボルトの長さの１０倍程度となる。この場合、同じ衝撃力が加えられた場合、本実施形態の締結ボルト１４の延び量は、比較例の締結ボルトの１０倍程度となる。そのため、本実施形態の締結ボルト１４が吸収可能な衝撃力は、比較例の締結ボルトが吸収可能な衝撃力に比べて延び量を２乗した１００倍程度となる。

また、締結ボルト１４は、案内筒１２の衝撃力が弾性限界を超える場合には、塑性変形することにより案内筒１２の衝撃力を更に吸収することができる。よって、案内筒１２からの衝撃力に対して締結ボルト１４が破断して案内筒１２が取付位置から脱落することを抑制することができる。
このように、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するのに伴って案内筒１２が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は、吐出口１１ｂから吐出された圧縮気体を渦形室１７ｃへ導くとともに内側スクロールケーシング１７ａの軸線Ｘ方向の内周側端部１７ｅに取り付けられるディフューザ部１３を有し、締結穴１７ｇが内周側端部１７ｅに形成されている。
このようにすることで、締結ボルト１４の軸部１４ｂを、ディフューザ部１３が取り付けられる内側スクロールケーシング１７ａの軸線Ｘ方向の内周側端部１７ｅに至るまでの十分な長さとすることができる。これにより、案内筒１２からの衝撃力に対して軸部１４ｂが軸線Ｘ方向に十分な延び量を確保することができる。また、締結ボルト１４の軸部１４ｂの長さを長くし、内側スクロールケーシング１７ａに締結穴１７ｇを設けるという変更点を除き、遠心圧縮機１０の他の構成は従来の構成から大きく変更する必要がない。

本実施形態の遠心圧縮機１０は、複数の締結ボルト１４を備え、締結穴１７ｇは、内側スクロールケーシング１７ａの軸線Ｘ回りの複数箇所に形成されている。また、複数の締結ボルト１４のそれぞれは、頭部１４ａが案内筒１２の吸入口１２ｃ側の端部１２ｅに取り付けられるとともに軸部１４ｂの先端１４ｃが複数の締結穴１７ｇのそれぞれに締結されている。
このようにすることで、下流側筒部１２ｂの軸線Ｘ回りの複数箇所に締結ボルト１４が配置され、複数の締結ボルト１４によって下流側筒部１２ｂが取り囲まれた状態となる。これにより、破断部材が下流側筒部１２ｂに衝突して下流側筒部１２ｂに隙間が生じ、その隙間から破断部材が径方向に飛散する場合であっても、破断部材が更に径方向に飛散することが抑制される。

本実施形態の遠心圧縮機１０において、締結ボルト１４は、高強度で高い破断延びを有する金属材料で形成されるのが望ましい。
鉄鋼材料で締結ボルト１４を形成する場合、一般構造用圧延鋼材を用いるのが好ましい。一般構造用圧延鋼材は大きく塑性変形した後に破壊に至る延性を有する。そのため、案内筒１２の衝撃力が締結ボルト１４の弾性限界を超える場合であっても、締結ボルト１４の軸部１４ｂを十分に塑性変形させて案内筒１２の衝撃力を吸収することができる。

〔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実施形態の過給機において、遠心圧縮機１０は、案内筒１２をスクロール部１７に取り付ける締結ボルト１４が、案内筒１２の軸線Ｘ方向の長さを有するものであった。それに対して第２実施形態の過給機において、遠心圧縮機１０’は、案内筒１２をスクロール部１７に取り付ける締結ボルト１４が、案内筒１２の軸線Ｘ方向の長さよりも短い。

図５に示すように、本実施形態の過給機において、遠心圧縮機１０’のスクロール部１７は、渦形室１７ｃを形成する部分から軸線Ｘに直交する径方向の内周側に突出する突出部１７ｊを有する。突出部１７ｊは、内側スクロールケーシング１７ａの一部として鋳造により一体成型されている。
突出部１７ｊは、軸線Ｘ方向に延びる締結穴１７ｋが形成されている。締結穴１７ｋの内周面には雌ねじが形成されている。

締結ボルト１４’は、案内筒１２をスクロール部１７に取り付ける締結具である。締結ボルト１４’は、頭部１４’ａと軸部１４ｂ’とを有する。軸部１４’ｂの先端１４’ｃの外周面には、内側スクロールケーシング１７ａの突出部１７ｊに形成された締結穴１７ｋに締結される雄ねじが形成されている。

図５に示すように、貫通穴１２ｆと貫通穴１７ｉと締結穴１７ｋとは同軸に配置されている。締結ボルト１４’は、貫通穴１２ｆおよび貫通穴１７ｉに軸部１４’ｂが挿入され、軸部１４’ｂの先端１４’ｃが締結穴１７ｋに締結された状態となっている。また、締結ボルト１４’の頭部１４’ａと案内筒１２の端部１２ｅとは、座金１５を挟んだ状態で固定されている。

図５に示すように、案内筒１２の端部１２ｅの軸線Ｘに沿った吐出口１１ｂ側には、スクロール部１７の端部１７ｈが配置されている。スクロール部１７の端部１７ｈは、案内筒１２が吐出口１１ｂ側に移動することを規制している。
一方、案内筒１２の端部１２ｅの軸線Ｘに沿ったサイレンサ１６側には、締結ボルト１４’の頭部１４’ａが配置されている。締結ボルト１４’の頭部１４’ａは、案内筒１２がサイレンサ１６側に移動することを規制している。

このように、締結ボルト１４’は、頭部１４’ａが案内筒１２の吸入口１２ｃ側の端部１２ｅに取り付けられるとともに軸部１４’ｂの先端１４’ｃがスクロール部１７の締結穴１７ｋに締結される。締結ボルト１４’をスクロール部１７に締結することにより、案内筒１２の軸線Ｘ方向の位置が固定される。

本実施形態においては、第１実施形態と同様に、遠心圧縮機１０が、案内筒１２を軸線Ｘ回りに取り囲むように、軸線Ｘを中心とした円周Ｃ上に配置される複数の締結ボルト１４を備える。
突出部１７ｊは、複数の締結ボルト１４のそれぞれが配置される複数箇所にそれぞれ設けるようにすればよい。また、軸線Ｘ回りに切れ目無く延在するように円環状に形成してもよい。

突出部１７ｊの軸線Ｘ方向の位置は、案内筒１２の下流側筒部１２ｂの外周側の任意の位置とすることができる。この任意の位置は、突出部１７ｊの軸線Ｘ方向の位置は、羽根車１１の軸線Ｘ方向長さの範囲となっている。下流側筒部１２ｂの外周側に突出部１７ｊを配置することにより、径方向に飛散する破断部材が案内筒１２を破壊する場合に、締結ボルト１４’により破断部材が更に外部へ飛散することを抑制することができる。

以上説明した本実施形態の遠心圧縮機１０’において、内側スクロールケーシング１７ａは、渦形室１７ｃを形成する部分から径方向の内周側に突出する突出部１７ｊを有し、締結穴１７ｋが突出部１７ｊに形成されている。
突出部１７ｊを設けることにより、案内筒１２からの衝撃力に対して軸部１４ｂが軸線Ｘ方向に十分な延び量を確保しつつ、内側スクロールケーシング１７ａの径方向の内周側を補強することができる。特に、突出部１７ｊを軸線Ｘ回りに切れ目無く延在するように円環状に形成する場合、内側スクロールケーシング１７ａの径方向の内周側を十分に補強することができる。

１０，１０’ 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 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 端部
１３ ディフューザ部
１４，１４’ 締結ボルト
１４ａ，１４’ａ 頭部
１４ｂ，１４’ｂ 軸部
１４ｃ，１４’ｃ 先端
１５ 座金
１７ スクロール部
１７ａ 内側スクロールケーシング
１７ｂ 外側スクロールケーシング
１７ｃ 渦形室
１７ｄ 外周側端部
１７ｅ 内周側端部
１７ｆ 連結部
１７ｇ 締結穴
１７ｈ 端部
１７ｊ 突出部
１７ｋ 締結穴
３０ ロータ軸
１００ 過給機
Ｘ 軸線

Claims (6)

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し、前記流体を吸入する吸入口が設けられた案内筒と、
   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、
   前記案内筒を前記スクロール部に取り付けるとともに頭部と軸部とを備える締結ボルトとを備え、
   前記スクロール部は、前記吐出口側に設けられた内周側端部と、該内周側端部と前記軸線方向に離間して、前記吸入口側に設けられた端部とを備え、
   前記内周側端部には、前記締結ボルトの前記軸部の先端が締結される締結穴が形成され、
   前記端部には、前記締結ボルトの前記軸部が挿入される貫通穴が形成されており、
   前記締結ボルトは、前記頭部が前記案内筒の前記流体を吸入する吸入口側の端部に取り付けられるとともに前記軸部の先端が前記締結穴に締結される遠心圧縮機。
2. 前記吐出口から吐出された前記流体を前記渦形室へ導くとともに前記スクロール部の前記内周側端部に取り付けられるディフューザ部を備える請求項１に記載の遠心圧縮機。
3. 前記スクロール部は、前記渦形室を形成する部分から前記径方向の内周側に突出する突出部を有し、
   前記締結穴が前記突出部に形成されている請求項１に記載の遠心圧縮機。
4. 複数の前記締結ボルトを備え、
   前記締結穴は、前記内周側端部の前記軸線回りの複数箇所に形成されており、
   前記複数の締結ボルトのそれぞれは、前記頭部が前記案内筒の前記吸入口側の端部に取り付けられるとともに前記軸部の先端が前記複数の締結穴のそれぞれに締結される請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の遠心圧縮機。
5. 前記締結ボルトは、圧延鋼材により形成されている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の遠心圧縮機。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の遠心圧縮機と、
   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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