WO2016079781A1 - ターボ機械 - Google Patents

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WO2016079781A1
WO2016079781A1 PCT/JP2014/080337 JP2014080337W WO2016079781A1 WO 2016079781 A1 WO2016079781 A1 WO 2016079781A1 JP 2014080337 W JP2014080337 W JP 2014080337W WO 2016079781 A1 WO2016079781 A1 WO 2016079781A1
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flow passage
thrust
oil discharge
thrust bearing
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貴也 二江
洋輔 段本
西岡 忠相
洋二 秋山
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三菱重工業株式会社
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    • F16C2360/23Gas turbine engines
    • F16C2360/24Turbochargers

Definitions

  • the present disclosure relates to a turbomachine having a thrust bearing.
  • a thrust bearing is disposed between a pair of thrust collars provided around a rotating shaft, and a load (thrust load) along the axial direction of the rotating shaft is applied to the thrust bearing.
  • Configuration is adopted.
  • Lubricating oil is supplied to a sliding contact portion between the thrust bearing and the thrust collar.
  • the lubricating oil lubricates a sliding contact portion between the thrust bearing and the thrust collar, and is then discharged through an oil discharge passage formed around the rotation shaft.
  • the oil discharge flow path for example, a space surrounded by one end face of the thrust bearing and a bearing groove formed on the inner wall surface of the bearing housing, a space surrounded by the other end face of the thrust bearing and the oil deflector, And at least a space surrounded by a partition that separates the working fluid flow path from the bearing space.
  • the oil outlet port is prevented from being blocked by the lubricating oil for discharging the lubricating oil from a space (an oil discharge passage) surrounded by the other end face of the thrust bearing and the oil deflector.
  • a feeder is disclosed.
  • the tongue formed in the lower part of the oil deflector is inclined with respect to the horizontal direction to drain the oil in the space (oil discharge passage) surrounded by the other end face of the thrust bearing and the oil deflector. It is intended to prevent the blockage by the lubricating oil of the part.
  • the inventors conducted CFD analysis on the flow of lubricating oil after lubricating the sliding contact portion between the thrust bearing and the thrust collar. As a result, it has been revealed that the lubricating oil after lubricating the sliding contact portion between the thrust bearing and the thrust collar has a turning component along the rotation direction of the rotation shaft in the oil discharge passage. Further, the lubricating oil having the swirling component is pressed against the outer peripheral wall of the oil guiding flow passage in the oil guiding flow passage positioned above the oil discharge port in the oil discharge flow passage, It was found to flow toward the oil outlet along the outer peripheral wall.
  • the lubricating oil flows along the outer peripheral wall of the oil guiding flow passage in the oil guiding flow passage portion of the oil discharging flow passage, at the time of low rotation of the turbo machine (or when the supply amount of lubricating oil is small)
  • the gas-liquid boundary surface of the lubricating oil flowing along the outer peripheral wall of the oil guide flow passage portion is located radially outside the outer peripheral surface of the thrust collar, and direct contact between the lubricating oil and the outer peripheral surface of the thrust collar does not occur.
  • the lubricating oil present in the oil guiding flow passage increases, and the gas-liquid interface in the oil guiding flow passage becomes radially inward.
  • the lubricating oil may contact the thrust collar outer peripheral surface.
  • the lubricating oil is scattered from a wide angle region of the sliding contact portion between the thrust bearing and the thrust collar, collides with the outer peripheral wall of the oil guiding flow passage portion, and is guided toward the oil outlet by the outer peripheral wall. While flowing. For this reason, the amount of lubricating oil particularly in the downstream region of the oil guiding flow passage increases, and the lubricating oil tends to contact the thrust collar outer peripheral surface.
  • the thrust collar agitates the lubricating oil and mechanical loss occurs.
  • Patent Document 1 discloses that the tongue portion of an oil deflector forming an oil outlet is inclined with respect to the horizontal direction in order to prevent the oil outlet from being blocked by the oil for discharging the oil. It is not what devised the shape of the oil guide flow-path part. For this reason, in patent document 1, it can not be said that the countermeasure for suppressing the efficiency fall of the turbomachine accompanying the stirring loss of lubricating oil is fully taken.
  • At least one embodiment of the present invention aims to provide a turbomachine capable of suppressing a stirring loss of lubricating oil.
  • a turbomachine With the rotation axis, A pair of thrust collars provided around the rotation axis; A thrust bearing provided around the rotation axis at an axial position between the pair of thrust collars; And an oil discharge channel provided around the rotation shaft and discharging lubricating oil after lubricating a sliding contact portion between the thrust bearing and the thrust collar.
  • the oil discharge channel is An oil outlet port for discharging the lubricating oil in the oil discharge channel downward;
  • An oil guiding flow passage provided above the oil discharge port and configured to guide the lubricating oil from the sliding contact in the circumferential direction of the rotating shaft and guide the lubricant oil to the oil discharge port;
  • the oil guiding flow passage portion has an asymmetrical shape with respect to the rotation direction of the rotation shaft, has a minimum flow passage cross-sectional area at a first position on the upstream side in the rotation direction, and is downstream of the first position It is characterized by having the largest channel cross-sectional area at the second position on the side.
  • the oil guiding channel portion has the minimum channel cross-sectional area at the first position on the upstream side in the rotational direction, and the maximum flow at the second position downstream of the first position. It has an asymmetrical shape that has a road cross section. For this reason, the oil discharge is improved as compared with the case where the oil guiding flow passage portion has a symmetrical shape with respect to the rotational direction of the rotation shaft, and the lubricating oil and the thrust collar outer peripheral surface also in the region downstream of the oil guiding flow passage portion. Contact with the subject is unlikely to occur. Therefore, the mechanical loss of the turbo machine accompanying agitation of the lubricating oil by the thrust collar can be suppressed.
  • the “flow passage cross-sectional area” of the oil guiding flow passage means the area of the cross section of the oil guiding flow passage along the radial direction of the rotation axis.
  • the flow passage cross-sectional area increases as it goes from the first position to the second position along the rotational direction.
  • the flow path of the oil guiding flow path portion is expanded from the first position on the upstream side in the rotation direction to the second position on the downstream side, so the amount of lubricating oil increases In the downstream region of the oil guiding flow passage portion which is easily made, the contact between the lubricating oil and the outer peripheral surface of the thrust collar can be effectively prevented. Therefore, mechanical loss of the turbo machine accompanying agitation of the lubricating oil by the thrust collar can be further suppressed.
  • the flow passage width of the oil guiding flow passage portion in the radial direction of the rotation shaft is larger at the second position than at the first position.
  • the radial direction channel width of the oil guiding channel portion is not constant, and compared with the radial direction channel width at the upstream first position in the rotational direction, The radial channel width is larger. For this reason, it is easy to prevent the contact between the lubricating oil and the outer peripheral surface of the thrust collar in the downstream region of the oil guiding flow passage. Therefore, the mechanical loss of the turbo machine accompanying agitation of the lubricating oil by the thrust collar can be effectively suppressed.
  • the outer peripheral edge of the oil guiding channel portion has an arc shape having a center at a position shifted from the axial center of the rotation shaft.
  • the circular-arc-shaped outer periphery of an oil guide flow-path part can be formed, for example by simple process using a lathe. Therefore, in realizing the above-described configuration (3) (a configuration in which the radial direction channel width of the second position on the downstream side is larger than the first position on the upstream side in the rotational direction), the processability is improved. Can reduce the manufacturing cost of the turbomachine.
  • the center of the circular arc shape exists at least at a position deviated from the center of the axis in the horizontal direction from the upstream region to the downstream region of the oil guiding flow passage portion in the rotational direction.
  • the oil guiding channel portion has a portion (throat portion) where the radial channel width is the narrowest on the upstream side of the vertical plane passing through the central axis of the rotation axis.
  • the oil guiding flow passage portion is configured such that the radial flow passage width gradually widens as it goes downstream from the throat portion toward the oil discharge port portion.
  • the flow passage width of the oil guiding flow passage portion in the axial direction of the rotation shaft is larger at the second position than at the first position.
  • the axial channel width of the oil guiding channel portion is not constant, and compared with the axial channel width of the first position on the upstream side in the rotational direction, The axial channel width is larger. For this reason, it is easy to prevent the contact between the lubricating oil and the outer peripheral surface of the thrust collar in the downstream region of the oil guiding flow passage. Therefore, the mechanical loss of the turbo machine accompanying agitation of the lubricating oil by the thrust collar can be effectively suppressed.
  • the flow passage cross-sectional area of the oil guiding flow passage at the most upstream position in the rotation direction is smaller than the flow passage cross-sectional area of the oil guiding flow passage at the most downstream position in the rotation direction. According to the configuration of the above (7), it is possible to suppress that the lubricating oil that has reached the oil discharge port flow into the oil guiding flow path again. Therefore, the amount of lubricating oil in the oil guiding flow passage can be reduced, and the contact between the lubricating oil and the thrust collar outer peripheral surface in the oil guiding flow passage can be easily prevented. Therefore, the mechanical loss of the turbo machine accompanying agitation of the lubricating oil by the thrust collar can be effectively suppressed.
  • the shape of the outer peripheral edge of the oil guiding channel portion is formed by one or more curves, a plurality of straight lines, or a combined shape of one or more straight lines and one or more curves.
  • the apparatus further comprises a bearing housing for housing the thrust bearing,
  • the first oil discharge channel is formed by a space surrounded by a first end surface of the thrust bearing and a bearing groove formed on an inner wall surface of the bearing housing facing the first end surface.
  • the oil discharge flow passage (first oil discharge flow passage) formed by the space surrounded by the first end face of the thrust bearing and the bearing groove of the bearing housing is the same as the above (1) to Since the configuration described in (8) is adopted, the oil discharge from the first oil discharge passage is improved, and the contact between the lubricating oil and the thrust collar outer peripheral surface in the first oil discharge passage can be easily prevented. Therefore, stirring of the lubricating oil by the thrust collar in the first oil discharge flow path can be prevented, and mechanical loss of the turbomachine can be suppressed.
  • the oil discharge passage includes a second oil discharge passage formed by a space surrounded by the oil deflector, the thrust collar, and the thrust bearing.
  • the oil discharge flow path (second oil discharge flow path) formed by the space surrounded by the thrust bearing, the thrust collar and the oil deflector can be replaced by the above (1) to (8)
  • the oil discharge from the second oil discharge passage is improved, and the contact between the lubricating oil and the thrust collar outer peripheral surface in the second oil discharge passage can be easily prevented. Therefore, stirring of the lubricating oil by the thrust collar in the second oil discharge flow passage can be prevented, and mechanical loss of the turbomachine can be suppressed.
  • An impeller configured to rotate with the rotating shaft; A working fluid flow path provided with the impeller and through which working fluid flows;
  • the fuel cell further includes a partition that separates the working fluid channel and a bearing space in which the thrust bearing and the pair of thrust collars are accommodated.
  • the oil discharge passage includes a third oil discharge passage formed by a space surrounded by at least the partition wall. According to the configuration of the above (11), the oil discharge flow path (third oil discharge flow path) formed by the space surrounded by the partition separating the working fluid flow path and the bearing space is the above (1) to (8).
  • the oil discharge from the third oil passage is improved, and the contact between the lubricating oil and the outer peripheral surface of the thrust collar in the third oil passage can be easily prevented. Therefore, stirring of the lubricating oil by the thrust collar in the third oil discharge flow passage can be prevented, and mechanical loss of the turbomachine can be suppressed.
  • a turbomachine With the rotation axis, An impeller configured to rotate with the rotating shaft; A working fluid flow path provided with the impeller and through which working fluid flows; A pair of thrust collars provided around the rotation axis; A thrust bearing provided around the rotation axis at an axial position between the pair of thrust collars; A partition that separates the working fluid channel and a bearing space in which the thrust bearing and the pair of thrust collars are accommodated; An oil flow path provided around the rotary shaft on the partition wall side of the thrust bearing, for discharging lubricating oil after lubricating a sliding contact portion between the thrust bearing and the thrust collar; Equipped
  • the partition wall includes an edge portion provided so as to project from the surface of the partition wall on the bearing space side toward the thrust bearing and extending along the circumferential direction of the rotation shaft.
  • the oil discharge channel is formed by a space surrounded by the surface and the edge of the partition wall on the bearing space side, The said edge is notched the lower area
  • the edge portion of the partition wall forming the oil discharge flow passage is formed into an asymmetric shape in which the lower region is notched up and down.
  • the discharge of lubricating oil from the oil port is promoted.
  • the contact between the lubricating oil and the outer peripheral surface of the thrust collar in the oil discharge passage is less likely to occur, as compared to the shape in which the edge of the partition is vertically symmetrical. Therefore, the mechanical loss of the turbo machine accompanying agitation of the lubricating oil by the thrust collar can be suppressed.
  • the configuration of the above (12) may be combined with the configuration of any of the above (1) to (11).
  • the edge in the lower region has an inclined surface which goes downward as it approaches the thrust bearing in the axial direction.
  • the inclined surface which goes downward as approaching the thrust bearing is provided at the edge in the lower region of the partition wall, from the oil discharge port forming the lower region of the oil discharge passage Lubricant discharge is further promoted. Therefore, the contact between the lubricating oil and the outer peripheral surface of the thrust collar in the oil discharge flow path can be effectively prevented, and mechanical loss of the turbomachine accompanying agitation of the lubricating oil by the thrust collar can be further suppressed.
  • a turbomachine With the rotation axis, A pair of thrust collars provided around the rotation axis; A thrust bearing provided around the rotation axis at an axial position between the pair of thrust collars; And an oil discharge channel provided around the rotation shaft and discharging lubricating oil after lubricating a sliding contact portion between the thrust bearing and the thrust collar.
  • the oil discharge channel is An oil outlet port for discharging the lubricating oil in the oil discharge channel downward;
  • An oil guiding flow passage provided above the oil discharge port and configured to guide the lubricating oil from the sliding contact in the circumferential direction of the rotating shaft and guide the lubricant oil to the oil discharge port; , Including Let V be the flow velocity of the lubricating oil at each position of the oil guiding flow passage, let S be a flow passage cross-sectional area at each position of the oil guiding flow passage, and Q be the amount of lubricating oil supplied to the thrust bearing. It is characterized in that the relational expression V ⁇ S> Q is satisfied.
  • the lubricating oil of the flow rate Q is discharged from the thrust bearing to the oil guiding flow passage Even in the case where the lubricating oil is used, the lubricating oil can be guided smoothly through the oil guiding flow passage to the oil discharge port. Therefore, the contact between the lubricating oil and the outer peripheral surface of the thrust collar in the oil draining channel can be prevented by the high oil discharge property of the oil guiding channel portion, and mechanical loss of the turbomachine accompanying stirring of the lubricating oil by the thrust collar can be suppressed.
  • the configuration of the above (14) may be combined with the configuration of any of the above (1) to (13).
  • the turbomachine is a supercharger including a turbine and a compressor provided respectively on both sides of the rotating shaft. According to the configuration of the above (15), the lubricating oil after lubricating the sliding contact portion between the thrust bearing and the thrust collar can be smoothly discharged from the oil discharge flow path, and the lubricating oil in the oil discharge flow path The contact with the thrust collar outer peripheral surface can be prevented. Therefore, the mechanical loss of the turbocharger (turbo machine) accompanying agitation of the lubricating oil by the thrust collar can be suppressed.
  • the present invention it is possible to improve the drainage property of the drainage passage, prevent the contact between the lubricating oil and the outer peripheral surface of the thrust collar, and thereby prevent the turbo from agitating the lubricating oil by the thrust collar The mechanical loss of the machine can be suppressed.
  • FIG. 1 It is a schematic block diagram of the turbocharger concerning one embodiment. It is a sectional view showing the internal structure of the turbo machine concerning one embodiment. It is a CFD analysis result which shows the flow in the oil guide flow-path part of lubricating oil after lubricating the sliding contact part of a thrust bearing and a thrust collar. It is a schematic diagram for demonstrating distribution of the lubricating oil in an oil guide flow-path part, FIG.
  • FIG. 4 (a) shows distribution of lubricating oil at the time of low rotation of a turbomachine
  • FIG.4 (b) is a turbomachine Shows the distribution of the lubricating oil at the time of high speed rotation of
  • It is sectional drawing which shows the shape of the oil guide flow-path part of the oil discharge flow path which concerns on one Embodiment.
  • It is a front view of a bearing housing which forms the 1st drainage passage concerning one embodiment. It is a perspective view of the bearing housing shown in FIG.
  • 1 is a cross-sectional view of a turbomachine according to an embodiment. It is a front view of the partition (insert) of the turbomachine shown in FIG. It is a perspective view of the partition (insert) of the turbomachine shown in FIG. It is a schematic diagram which shows the structure of the oil discharge flow path of the turbomachine which concerns on one Embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a turbocharger according to an embodiment of the present invention.
  • the supercharger 1 shown in FIG. 1 is not particularly limited as long as it is a supercharger for forcibly feeding intake air into an internal combustion engine, and may be, for example, a supercharger for an automobile, or an excess for marine use. It may be a feeder.
  • the turbocharger 1 comprises a turbine 2 and a compressor 4 driven by the turbine 2.
  • the turbine 2 is configured to be driven by an exhaust gas G from an internal combustion engine (not shown).
  • the compressor 4 is driven by the turbine 2 and is configured to compress the intake air A to the internal combustion engine.
  • the turbine 2 includes a rotating shaft 10 and a turbine wheel 3 rotatable integrally with the rotating shaft 10.
  • the rotating shaft 10 of the turbine 2 is supported by the housing 6 via a bearing 8.
  • the rotating shaft 10 is connected to the compressor wheel 5 of the compressor 4 on the opposite side of the bearing 8 in the axial direction with respect to the turbine 2.
  • the bearing 8 includes a thrust bearing 20 described later.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the internal structure of the turbomachine according to one embodiment.
  • FIG. 3 is a result of CFD analysis showing the flow of the lubricating oil in the oil guide passage after lubricating the sliding contact between the thrust bearing and the thrust collar.
  • FIG. 4 is a schematic view for explaining the distribution of the lubricating oil in the oil guiding flow passage, and FIG. 4 (a) shows the distribution of the lubricating oil at the time of low rotation of the turbo machine. ) Shows the distribution of lubricating oil at high revolutions of a turbomachine.
  • FIG. 5 (a) to 5 (e) are graphs showing the relationship between the circumferential position along the rotation direction of the rotation shaft and the flow passage cross-sectional area of the oil guiding flow passage.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the shape of the oil guiding flow passage portion of the oil discharge flow passage according to one embodiment.
  • FIG. 7 is a front view of a bearing housing forming a first oil discharge passage according to an embodiment.
  • FIG. 8 is a perspective view of the bearing housing shown in FIG.
  • FIG. 9 is a front view of an oil deflector that forms a second oil discharge passage according to an embodiment.
  • FIG. 10 is a perspective view of the oil deflector shown in FIG.
  • FIG. 11 is a perspective view of a partition (insert) forming a third oil discharge channel according to an embodiment.
  • bearing 8 includes a thrust bearing 20 and a radial bearing 30.
  • the thrust bearing 20 is fixed to the housing 6 in a state of being sandwiched by the insert (partition wall) 50 and the housing 6.
  • the thrust bearing 20 is provided around the rotation shaft 10 at an axial position between the pair of thrust collars 12 (12A, 12B) attached to the outer periphery of the rotation shaft 10.
  • the thrust collar 12A is located on the first end face 20A side of the thrust bearing 20, and the thrust collar 12B is located on the second end face 20B side of the thrust bearing 20.
  • the thrust collar (thrust ring) 12 ⁇ / b> A includes a sleeve portion 13 and a collar portion 14 provided at an end of the sleeve portion 13 so as to protrude from the outer peripheral surface of the sleeve portion 13. ,including.
  • the sleeve portion 13 of the thrust collar 12A is inserted into a through hole provided in the thrust bearing 20. Further, the flange portion 14 of the thrust collar 12A is in sliding contact with the first end face 20A of the thrust bearing 20.
  • the thrust collar 12B includes a sleeve portion 15 and a collar portion 16 provided at an end of the sleeve portion 15 so as to protrude from the outer peripheral surface of the sleeve portion 15.
  • the sleeve portion 15 of the thrust collar 12B is inserted into a through hole provided in an oil deflector 40 and an insert (partition wall) 50 described later. Further, the flange portion 16 of the thrust collar 12B is in sliding contact with the second end face 20B of the thrust bearing 20.
  • the bearing housing 6 is provided with the oil supply passage 7, and lubricating oil is supplied to the thrust bearing 20 and the radial bearing 30 via the oil supply passage 7.
  • the thrust bearing 20 and the radial bearing 30 respectively have oil supply holes 21 and 31 communicating with the oil supply passage 7.
  • lubricating oil is supplied from the oil supply passage 7 to the sliding contact portion between the thrust bearing 20 and the thrust collar 12 (12A, 12B) via the oil supply hole 21 of the thrust bearing 20.
  • lubricating oil is supplied from the oil supply passage 7 to the sliding contact portion between the radial bearing 30 and the rotary shaft 10 via the oil supply hole 31 of the radial bearing 30.
  • turbomachine 100 is provided around the rotation shaft 10, and an oil flow for discharging lubricating oil after lubricating a sliding contact portion between the thrust bearing 20 and the thrust collar 12 (12A, 12B).
  • a channel 200 is provided.
  • the oil discharge flow passage 200 is a first oil discharge flow passage 210 located on the first end face 20A side of the thrust bearing 20 and a second discharge oil passage 200 located on the second end face 20B side of the thrust bearing 20. At least one of the oil discharge channel 220 or the third oil discharge channel 230 is included.
  • the oil discharge flow path 200 includes a first oil discharge flow path 210, a second oil discharge flow path 220 and a third oil discharge flow path 230.
  • the first oil discharge passage 210 is formed by a space surrounded by a bearing groove 212 formed on the inner wall surface of the bearing housing 6 accommodating the thrust bearing 20 and the first end face 20A of the thrust bearing 20.
  • the second oil discharge passage 220 is formed by a space surrounded by the oil deflector 40, the thrust collar 12B, and the second end face 20B of the thrust bearing 20.
  • the oil deflector 40 is a member for guiding the lubricating oil discharged from the thrust bearing 20 toward the oil outlet 9 located below the bearing housing 6, and is formed by sheet metal working in one embodiment. .
  • the oil deflector 40 is provided opposite to the second end face 20B of the thrust bearing 20 and the end face of the flange portion 16 of the thrust collar 12B opposite to the thrust bearing 20.
  • the oil deflector 40 also includes a disk portion 42 facing the second end face 20B of the thrust bearing 20, and a tongue portion 44 located below the disk portion 42 and protruding toward the thrust bearing 20 side.
  • the insert 50 is a partition that separates the working fluid flow path in which the impeller 110 configured to rotate with the rotation shaft 10 is provided and the bearing space inside the bearing housing 6. The insert 50 prevents the outflow of the lubricating oil from the bearing space to the working fluid channel.
  • the insert 50 also has a role of pressing the oil deflector 40 against the second end face 20 B of the thrust bearing 20 to hold the oil deflector 40.
  • the oil discharge channels 200 (210, 220, 230) are provided above the oil discharge port 202 for discharging the lubricating oil in the oil discharge channel 200 downward, and the oil outlet 202.
  • the oil guiding flow passage portion 204 is configured to guide lubricating oil from the sliding contact portion between the thrust bearing 20 and the thrust collar 12 (12A, 12B) in the circumferential direction of the rotating shaft 10 and to guide it to the oil outlet 202 Be done.
  • each oil discharge flow passage 200 (210, 220, 230) is a substantially annular flow passage along the circumferential direction of the rotating shaft 10, and the lower region of the substantially annular flow passage is the oil outlet port 202, The upper region of the substantially annular flow passage is the oil guiding flow passage portion 204.
  • the inventors conducted a CFD analysis on the flow of the lubricating oil after lubricating the sliding contact portion between the thrust bearing 20 and the thrust collar 12 (12A, 12B) in the oil discharge channel 200 configured as described above.
  • the lubricating oil after lubricating the sliding contact portion between the thrust bearing 20 and the thrust collar 12 (12A, 12B) has the rotational direction of the rotary shaft 10 in the oil discharge passage 200. It has been found that it has a pivoting component along Further, the lubricating oil having the swirling component is pressed against the outer peripheral wall 205 of the oil guiding flow passage portion 204 in the oil guiding flow passage portion 204 provided above the oil discharge port portion 202 in the oil discharge flow passage 200. It was found that the oil flowed along the outer peripheral wall 205 of the oil guiding flow passage 204 toward the oil outlet 202.
  • the amount of lubricating oil in the oil guide passage 204 tends to increase from the upstream side toward the downstream side, and the oil film thickness of the lubricating oil
  • FIGS. 4 (a) and 4 (b) are merely an example for explaining the distribution tendency of the lubricating oil, and the lubrication from the oil outlet 202 below the oil guiding flow channel 204 is shown. Depending on the oil discharge flow rate, the distribution of lubricating oil may be different from those in FIGS. 4 (a) and 4 (b).
  • the oil guiding flow passage portion 204 has a rotation shaft The shape is asymmetric with respect to the 10 rotational directions.
  • the oil discharge is improved as compared with the case where the oil guiding flow passage 204 has a symmetrical shape with respect to the rotational direction of the rotating shaft 10, and the lubricating oil and thrust are also reduced in the region downstream of the oil guiding flow passage 204.
  • the contact with the outer peripheral surface of the collar 12 (12A, 12B) is less likely to occur. Therefore, the mechanical loss of the turbo machine 100 accompanying stirring of the lubricating oil by the thrust collar 12 (12A, 12B) can be further suppressed.
  • the contact between the lubricating oil and the outer peripheral surface of the thrust collar 12 (12A, 12B) can be effectively prevented.
  • the lubricating oil that has reached the oil outlet 202 can be prevented from flowing again into the oil guiding flow passage 204. Therefore, the amount of lubricating oil in the oil guiding flow passage portion 204 can be reduced, and the contact between the lubricating oil in the oil guiding flow passage portion 204 and the outer peripheral surface of the thrust collar 12 (12A, 12B) can be easily prevented.
  • the flow passage cross-sectional area of the guide flow passage portion 204 monotonously increases.
  • the change of the flow passage cross-sectional area of the oil guiding flow passage portion 204 may be linear as shown in FIG. 5 (a) or non-linear as shown in FIG. 5 (b). Good.
  • the change in the flow passage cross-sectional area of the oil guiding flow passage 204 is non-linear, but in the flow passage cross-sectional area of the oil guiding flow passage 204 The change may be linear.
  • the flow channel cross-sectional area 204 is constant at the minimum flow channel cross-sectional area S min , but the flow channel cross-sectional area of the oil guiding flow channel portion 204 is the maximum flow channel cross-sectional area S max in the range of x 1 ⁇ x ⁇ x 2 It increases monotonously.
  • the flow passage width W r of the oil guiding flow passage portion 204 in the radial direction of the rotation shaft 10 is closer to the second position x 2 than to the first position x 1. Is large.
  • the radial direction flow passage width W r of the oil guiding flow passage portion 204 has the maximum value W r2 .
  • the outer peripheral edge (outer peripheral wall 205) of the oil guiding flow channel portion 204 has an arc shape having a center O ′ at a position shifted from the axial center O of the rotating shaft 10. is there.
  • the arc-shaped outer peripheral edge (outer peripheral wall 205) of the oil guiding flow passage portion 204 can be formed by simple processing using a lathe. Therefore, the above configuration of the oil guiding channel portion 204 (a configuration in which the radial direction channel width W r of the second position x 2 on the downstream side is larger than the first position x 1 on the upstream side in the rotational direction) is realized Therefore, the manufacturing cost of the turbomachine 100 can be reduced by improving the processability.
  • the arc center O ′ of the outer peripheral edge (outer peripheral wall 205) of the oil guiding flow channel portion 204 is at least the rotational direction of the rotating shaft 10 (arrow in FIG. In the horizontal direction from the upstream region to the downstream region of the oil guiding flow passage portion 204 in the That is, with respect to the horizontal position of the arc center O 'of the outer peripheral edge (outer peripheral wall 205) of the oil guiding flow passage portion 204, the radial direction flow passage width of the oil guiding flow passage portion 204 is downstream in the rotational direction It is offset with respect to the horizontal position of the axis center O of the rotation axis 10 so that the side is expanded.
  • the oil guide passage portion 204 has the upstream side of the vertical plane passing through the center axis of the rotary shaft 10, the narrowest portion is radially flow path width W r (the throat).
  • the radial channel width W r is narrowest.
  • the arc center O 'of the outer peripheral edge (outer peripheral wall 205) of the oil guiding flow channel portion 204 is not only in the horizontal direction but also in the vertical direction. It is offset downward with respect to the center O.
  • the configuration of the oil guiding flow passage portion 204 shown in FIG. 6 is an oil flow formed by a space surrounded by the first end face 20A of the thrust bearing 20 and the bearing groove 212 of the bearing housing 6. It is applied to the passage 200 (the first oil discharge passage 210 shown in FIG. 2). Specifically, as shown in FIG. 7 and FIG. 8, the outer peripheral edge (outer peripheral wall 205) of the oil guiding channel portion 204 of the first oil discharging channel 210 is shifted from the axial center O of the rotating shaft 10 Have an arc shape having a center O '.
  • the arc center O 'of the outer peripheral edge (outer peripheral wall 205) of the oil guiding flow passage portion 204 of the first oil discharge flow passage 210 is at least oil guiding flow in the rotational direction of the rotation shaft 10 (arrow direction in the figure). It exists in the position shifted from the axial center O of the rotating shaft 10 in the horizontal direction from the upstream side area of the passage portion 204 toward the downstream side area.
  • the arc center O 'of the outer peripheral edge (outer peripheral wall 205) of the oil guiding channel portion 204 of the first oil discharging channel 210 is not only in the horizontal direction but also in the vertical direction. Is also offset downward with respect to the axial center O of the rotating shaft 10.
  • the configuration of the oil guiding flow passage portion 204 shown in FIG. 6 is an oil flow formed by a space surrounded by the second end face 20B of the thrust bearing 20, the thrust collar 12B and the oil deflector 40. It is applied to the passage 200 (the second oil discharge passage 220 shown in FIG. 2). Specifically, as shown in FIG. 9 and FIG. 10, the outer peripheral edge (outer peripheral wall 205) of the oil guiding flow passage portion 204 of the second oil discharge flow passage 220 is shifted from the axial center O of the rotating shaft 10. Have an arc shape having a center O '.
  • the arc center O 'of the outer peripheral edge (outer peripheral wall 205) of the oil guiding flow passage portion 204 of the second oil discharge flow passage 220 is at least oil guiding flow in the rotational direction of the rotating shaft 10 (arrow direction in the figure). It exists in the position shifted from the axial center O of the rotating shaft 10 in the horizontal direction from the upstream side area of the passage portion 204 toward the downstream side area.
  • the arc center O 'of the outer peripheral edge (outer peripheral wall 205) of the oil guiding channel portion 204 of the second oil drainage channel 220 is not only in the horizontal direction but in the vertical direction. Is also offset downward with respect to the axial center O of the rotating shaft 10.
  • the configuration of the oil guiding flow passage portion 204 shown in FIG. 6 is an oil drainage flow passage 200 formed by a space surrounded by a partition (insert) 50 that separates the working fluid flow passage and the bearing space.
  • the present invention is applied to (the third oil discharge passage 230 shown in FIG. 2). Specifically, as shown in FIG. 11, the outer peripheral edge (outer peripheral wall 205) of the oil guide flow passage portion 204 of the third oil discharge flow passage 230 is shifted from the axial center O of the rotation shaft 10 to the center O It has an arc shape with '.
  • the arc center O 'of the outer peripheral edge (outer peripheral wall 205) of the oil guiding flow passage portion 204 of the second oil discharge flow passage 220 is at least oil guiding flow in the rotational direction of the rotating shaft 10 (arrow direction in the figure). It exists in the position shifted from the axial center O of the rotating shaft 10 in the horizontal direction from the upstream side area of the passage portion 204 toward the downstream side area.
  • the circular arc center O 'of the outer peripheral edge (outer peripheral wall 205) of the oil guiding channel portion 204 of the third oil discharging channel 230 rotates not only in the horizontal direction but also in the vertical direction. It is offset downward with respect to the axial center O of the shaft 10.
  • the outer peripheral edge (outer peripheral wall 205) of the oil guiding channel 204 is different from the embodiment shown in FIG. 6, and the outer peripheral edge (outer peripheral wall 205) of the oil guiding channel 204 is a rotating shaft It does not have to be an arc shape having a center O 'at a position offset in the horizontal direction from the axial center O of 10.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing the shape of the oil guiding channel portion according to another embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing the shape of the oil guiding channel portion according to still another embodiment. In the embodiment shown in FIG.
  • the outer peripheral wall 205 of the oil guiding flow passage portion 204 excluding the projecting portion 208 has an arc shape having a center O ′ at a position shifted downward from the axial center O of the rotation shaft 10.
  • the amount of protrusion of the protrusion 208 is the radial direction flow channel width W r1 of the oil guiding channel 204 between the upper corner of the tip of the protrusion 208 and the outer peripheral surface of the thrust collar 12 (12A, 12B). Is determined to be the smallest.
  • the lubricating oil that has reached the oil outlet 202 can be prevented from flowing again into the oil guiding flow passage 204.
  • the outer circumferential wall 205 of the oil guiding flow channel portion 204 is formed by one or more curves, a plurality of straight lines, or a composite shape of one or more straight lines and one or more curves. Be done.
  • the outer peripheral wall 205 of the oil guiding flow channel portion 204 has a straight portion 205A, a straight portion 205B, and a curve in this order from the upstream side of the rotation direction (the arrow direction in the figure) of the rotation axis. It is formed by the composite shape of the portion 205C.
  • the axial direction of the oil guiding channel section 204 A distribution is given to the channel width.
  • the configuration in which the axial channel width of the oil guiding channel portion 204 has a distribution will be described with reference to FIGS. 14 to 16.
  • FIG. 14 is a perspective view of an oil deflector that forms a second oil discharge passage according to an embodiment.
  • the depth of the recess 46 radially inward of the outer peripheral wall of the oil deflector 40 (the outer peripheral wall 205 of the oil guiding channel portion 204 of the second oil drainage channel 220).
  • FIG. 14 shows an example in which the depth of the recess 46 of the oil deflector 40 has a distribution, but the bearing groove of the bearing housing 6 which forms the oil guide passage portion 204 of the first oil discharge passage 210.
  • oil guide passage portion 204 of the second oil discharge passage 220 is larger W 22 in the second position than the axial width W 21 in the first position.
  • the axial direction channel width is the third.
  • the axial direction channel width of the oil guiding channel portion 204 may be made different in the circumferential direction for (210, 220, 230).
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of a turbomachine 300 according to an embodiment.
  • FIG. 18 is a front view of a partition (insert) 50 of the turbomachine 300 shown in FIG.
  • FIG. 19 is a perspective view of a partition (insert) 50 of the turbomachine 300 shown in FIG.
  • the same parts as in FIGS. 2 to 16 are denoted by the same reference numerals, and the configuration of turbo machine 100 described with reference to FIGS. 2 to 16 will be described below.
  • the present invention is also applicable to the turbo machine 300.
  • the specific configuration of each of the oil discharge channels 200 (210, 220, 230) described in FIGS. 5 to 16 is applicable to each oil discharge channel 200 of the turbo machine 300 described below. .
  • a partition (insert) 50 that separates the working fluid flow path and the bearing space includes an edge 54 extending along the circumferential direction of the rotation shaft 10.
  • the edge 54 is provided so as to project from the surface 50 A of the partition (insert) 50 on the bearing space side toward the thrust bearing 20.
  • the third oil discharge passage 230 is formed by a space surrounded by the surface 50 A of the partition (insert) 50 on the bearing space side and the edge 54.
  • the surface 50A of the partition (insert) 50 on the bearing space side may be a non-flat surface having a recessed groove as shown in FIG. 17 or a flat surface along the radial direction of the turbo machine 300 It is also good.
  • the edge 54 of the partition (insert) 50 of the turbomachine 300 is notched in the lower region and has an asymmetrical shape up and down.
  • the edge portion 54 of the partition (insert) 50 forming the third oil discharge flow passage 230 into an asymmetrical shape in which the lower region is cut away, the third oil flow passage 230 The discharge of lubricating oil from the oil outlet 202 forming the lower region is promoted.
  • the contact between the lubricating oil and the outer circumferential surface of the thrust collar 12B in the third oil drainage passage 230 is less likely to occur, as compared with the shape in which the edge portion 54 of the partition (insert) 50 is vertically symmetrical.
  • the edge 54 has an inclined surface 56 in the notched area (lower area) of the edge 54.
  • the inclined surface 56 is inclined with respect to the axial direction of the turbomachine 300 so as to move downward as approaching the thrust bearing 20.
  • the lubricating oil is discharged more efficiently from the oil outlet 202 forming the lower area of the third oil flow path. It is further promoted. Therefore, the contact between the lubricating oil in the third oil discharge passage 230 and the outer peripheral surface of the thrust collar 12B can be effectively prevented.
  • FIG. 20 is a schematic view showing the configuration of the oil discharge passage 200 of the turbomachine 400 according to an embodiment.
  • the turbo machine 400 described below is the same as the turbo machine 100 and the turbo machine 300 described above except for the configuration of the oil discharge channel 200, so only the configuration of the oil discharge channel 200 will be described here. .
  • the matters described for the turbo machine 100 and the turbo machine 300 are also applicable to the following turbo machine 400.
  • the turbomachine 400 includes an oil discharge channel 200 (210, 220, 230) provided around the rotation axis 10.
  • the lubricating oil after lubricating the sliding contact portion between the thrust bearing 20 and the thrust collar 12 (12A, 12B) is discharged through the oil discharge flow path 200 (210, 220, 230).
  • the oil discharge channel 200 (210, 220, 230) has an oil outlet 202 for discharging the lubricating oil in the oil outlet 200 downward, and an oil provided above the oil outlet 202.
  • a guiding flow passage portion 204 is configured to guide the lubricating oil from the sliding contact portion between the thrust bearing 20 and the thrust collar 12 in the circumferential direction of the rotating shaft 10 and to guide it to the oil discharge port 202 .
  • the oil discharge channel 200 (210, 220, 230) of the turbomachine 400 sets the flow velocity of the lubricating oil at each position of the oil guiding channel section 204 to V (see FIG. 20), Assuming that the flow passage cross-sectional area at each position of the flow passage portion 204 is S (see FIG. 20) and the supply amount of lubricating oil to the thrust bearing 20 is Q, the relationship of V ⁇ S> Q is satisfied. Be done.
  • the flow velocity V has a dimension of m / s
  • the flow passage cross-sectional area S has a dimension of m 2
  • the lubricating oil supply amount Q has a dimension of m 3 / s.
  • the lubricating oil flow velocity V means the flow velocity along the circumferential direction of the rotating shaft 10.
  • the flow channel cross-sectional area S is the total area of the cross section of the oil guide flow passage 204 along the radial direction of the rotary shaft 10 (for example, the oil discharge flow passage 200 is the first oil discharge flow passage 210, the second oil discharge flow passage 220 When including the third oil discharge channel 230, it means the total cross-sectional area of the oil guiding channel section 204 of each oil discharge channel 200 (210, 220, 230).
  • the lubricating oil supply amount Q means the flow rate of the lubricating oil supplied to the thrust bearing 20 via the oil supply passage 7 of the bearing housing 6.
  • the lubricating oil of the flow rate Q is discharged from the thrust bearing 20 to the oil guiding flow passage portion 204. Even in this case, the lubricating oil can be smoothly introduced to the oil outlet 202 through the oil guiding flow passage 204. Therefore, the contact between the lubricating oil in the oil discharge flow passage 200 (210, 220, 230) and the outer peripheral surface of the thrust collar 12 (12A, 12B) can be prevented by the high oil discharge property of the oil guide flow passage portion 204. it can.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes the embodiments in which the above-described embodiments are modified or the embodiments in which these embodiments are appropriately combined.
  • relative or absolute arrangements such as “in a direction”, “along a direction”, “parallel”, “orthogonal”, “center”, “concentric” or “coaxial” are used.
  • the expression is not only to express such an arrangement strictly, but also to indicate a relative displacement or a relative displacement with an angle or distance that can obtain the same function.
  • expressions that indicate that things such as “identical”, “equal” and “homogeneous” are equal states not only represent strictly equal states, but also have tolerances or differences with which the same function can be obtained. It also represents the existing state.
  • expressions representing shapes such as quadrilateral shapes and cylindrical shapes not only represent shapes such as rectangular shapes and cylindrical shapes in a geometrically strict sense, but also uneven portions and chamfers within the range where the same effect can be obtained.
  • the shape including a part etc. shall also be expressed.
  • the expressions “comprising”, “including” or “having” one component are not exclusive expressions excluding the presence of other components.

Abstract

【解決手段】ターボ機械は、回転軸と、前記回転軸の周りに設けられた一対のスラストカラーと、前記一対のスラストカラー間の軸方向位置において、前記回転軸の周りに設けられるスラスト軸受と、前記回転軸の周りに設けられ、前記スラスト軸受と前記スラストカラーとの間の摺接部を潤滑した後の潤滑油を排出するための排油流路と、を備える。前記排油流路は、前記排油流路内の前記潤滑油を下方に排出するための排油口部と、前記排油口部よりも上方に設けられ、前記摺接部からの前記潤滑油を前記回転軸の周方向に案内して前記排油口部に導くように構成された油案内流路部と、を含む。前記油案内流路部は、前記回転軸の回転方向に関して非対称の形状であり、前記回転方向における上流側の第1位置において最小流路断面積を有し、且つ、前記第1位置よりも下流側の第2位置において最大流路断面積を有する。

Description

ターボ機械
 本開示は、スラスト軸受を有するターボ機械に関する。
 従来から、種々のターボ機械において、回転軸の周りに設けられた一対のスラストカラー間にスラスト軸受を配置し、回転軸の軸方向に沿った荷重(スラスト荷重)をスラスト軸受に負担させるようにした構成が採用されている。スラスト軸受とスラストカラーとの間の摺接部には潤滑油が供給される。潤滑油は、スラスト軸受とスラストカラーとの間の摺接部を潤滑した後、回転軸の周りに形成される排油流路を介して排出されるようになっている。
 なお、排油流路として、例えば、スラスト軸受の一方の端面と軸受ハウジングの内壁面に形成された軸受溝とで囲まれる空間や、スラスト軸受の他方の端面とオイルディフレクタとで囲まれる空間や、少なくとも、作動流体流路と軸受空間とを隔てる隔壁によって囲まれる空間を挙げることができる。
 特許文献1には、スラスト軸受の他方の端面とオイルディフレクタとで囲まれる空間(排油流路)から潤滑油を排出するための排油口部の潤滑油による閉塞を防止するようにした過給機が開示されている。
 この過給機では、オイルディフレクタの下部に形成する舌片を水平方向に対して傾斜させることで、スラスト軸受の他方の端面とオイルディフレクタとで囲まれる空間(排油流路)の排油口部の潤滑油による閉塞を防止するようになっている。
特開平11-2136号公報
 本発明者らは、スラスト軸受とスラストカラーとの摺接部を潤滑した後の潤滑油の流れについて、CFD解析を行った。その結果、スラスト軸受とスラストカラーとの摺接部を潤滑した後の潤滑油は、排油流路内において、回転軸の回転方向に沿った旋回成分を有することが明らかになった。また、旋回成分を持つ潤滑油は、排油流路のうち排油口部の上方に位置する油案内流路部内において、油案内流路部の外周壁に押し付けられ、油案内流路部の外周壁に沿って排油口部に向かって流れることが分かった。
 このように、排油流路の油案内流路部内において、潤滑油は油案内流路部の外周壁に沿って流れるから、ターボ機械の低回転時(又は潤滑油の供給量が少ないとき)、油案内流路部の外周壁に沿って流れる潤滑油の気液境界面はスラストカラーの外周面よりも径方向外側に位置し、潤滑油とスラストカラー外周面との直接の接触が起こらない。
 しかし、ターボ機械の回転数上昇(又は潤滑油の供給量増加)に伴って、油案内流路部に存在する潤滑油が増加し、油案内流路部において気液境界面が径方向内側に移動し、潤滑油とスラストカラー外周面とが接触してしまうことがある。ここで、潤滑油は、スラスト軸受とスラストカラーとの摺接部の幅広い角度領域から飛散し、油案内流路部の外周壁に衝突した後に該外周壁によって排油口部に向かって案内されながら流れる。このため、特に油案内流路部の下流側の領域において潤滑油量が増加し、潤滑油とスラストカラー外周面とが接触してしまう傾向がある。潤滑油とスラストカラー外周面とが接触すると、スラストカラーが潤滑油を撹拌することになり、メカロスが発生してしまう。
 特許文献1には、潤滑油を排出するための排油口部の潤滑油による閉塞を防止するために、排油口部を形成するオイルディフレクタの舌部を水平方向に対して傾斜させたものであり、油案内流路部の形状を工夫したものではない。
 このため、特許文献1では、潤滑油の撹拌ロスに伴うターボ機械の効率低下を抑制するための対策が十分に講じられているとは言えない。
 上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、潤滑油の撹拌ロスを抑制可能なターボ機械を提供することを目的とする。
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係るターボ機械は、
 回転軸と、
 前記回転軸の周りに設けられた一対のスラストカラーと、
 前記一対のスラストカラー間の軸方向位置において、前記回転軸の周りに設けられるスラスト軸受と、
 前記回転軸の周りに設けられ、前記スラスト軸受と前記スラストカラーとの間の摺接部を潤滑した後の潤滑油を排出するための排油流路と、を備え、
 前記排油流路は、
  前記排油流路内の前記潤滑油を下方に排出するための排油口部と、
  前記排油口部よりも上方に設けられ、前記摺接部からの前記潤滑油を前記回転軸の周方向に案内して前記排油口部に導くように構成された油案内流路部と、
を含み、
 前記油案内流路部は、前記回転軸の回転方向に関して非対称の形状であり、前記回転方向における上流側の第1位置において最小流路断面積を有し、且つ、前記第1位置よりも下流側の第2位置において最大流路断面積を有する
ことを特徴とする。
 上記(1)の構成では、油案内流路部が、回転方向における上流側の第1位置において最小流路断面積を有し、且つ、第1位置よりも下流側の第2位置において最大流路断面積を有するような非対称の形状を有する。このため、油案内流路部が回転軸の回転方向に関して対称な形状である場合に比べて排油性が向上し、油案内流路部の下流側の領域においても、潤滑油とスラストカラー外周面との接触が起こりにくい。よって、スラストカラーによる潤滑油の撹拌に伴うターボ機械のメカロスを抑制できる。
 なお、幾つかの実施形態では、油案内流路部の「流路断面積」は、回転軸の半径方向に沿った油案内流路部の断面の面積を意味する。
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、
 前記油案内流路部は、前記回転方向に沿って前記第1位置から前記第2位置に向かうにつれて前記流路断面積が増加する。
 上記(2)の構成によれば、油案内流路部の流路を回転方向における上流側の第1位置から下流側の第2位置に向かって拡大するようにしたので、潤滑油量が増加しやすい油案内流路部の下流側の領域において、潤滑油とスラストカラー外周面との接触を効果的に防止できる。よって、スラストカラーによる潤滑油の撹拌に伴うターボ機械のメカロスを一層抑制できる。
(3)幾つかの実施形態では、上記(1)又は(2)の構成において、
 前記回転軸の半径方向における前記油案内流路部の流路幅が、前記第1位置に比べて前記第2位置の方が大きい。
 上記(3)の構成では、油案内流路部の半径方向流路幅が一定ではなく、回転方向における上流側の第1位置の半径方向流路幅に比べて、下流側の第2位置の半径方向流路幅の方が大きくなっている。このため、油案内流路部の下流側の領域における潤滑油とスラストカラー外周面との接触を防止しやすい。よって、スラストカラーによる潤滑油の撹拌に伴うターボ機械のメカロスを効果的に抑制できる。
(4)幾つかの実施形態では、上記(3)の構成において、
 前記油案内流路部の外周縁は、前記回転軸の軸中心からずれた位置に中心を有する円弧形状である。
 上記(4)の構成によれば、例えば旋盤を用いた単純な加工により、油案内流路部の円弧形状の外周縁を形成することができる。したがって、上述の(3)の構成(回転方向における上流側の第1位置に比べて下流側の第2位置の半径方向流路幅の方が大きい構成)を実現するに当たり、加工性を向上させることでターボ機械の製造コストを低減できる。
(5)幾つかの実施形態では、上記(4)の構成において、
 前記円弧形状の前記中心は、少なくとも、前記回転方向における前記油案内流路部の上流側領域から下流側領域に向かって水平方向に前記軸中心からずれた位置に存在する。
 上記(5)の構成によれば、油案内流路部は、回転軸の中心軸を通る鉛直平面よりも上流側において、半径方向流路幅が最も狭くなる箇所(スロート部)を有する。そして、油案内流路部は、スロート部から排油口部に向かって下流側に向かうにつれて半径方向流路幅が徐々に拡大するようになっている。このため、例えば旋盤を用いた単純な加工が可能であるにもかかわらず、油案内流路部の下流側の領域における潤滑油とスラストカラー外周面との接触を効果的に防止できる。よって、ターボ機械の加工性を損なうことなく、スラストカラーによる潤滑油の撹拌に伴うターボ機械のメカロスを効果的に抑制できる。
(6)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(5)の何れかの構成において、
 前記回転軸の軸方向における前記油案内流路部の流路幅が、前記第1位置に比べて前記第2位置の方が大きい。
 上記(6)の構成では、油案内流路部の軸方向流路幅が一定ではなく、回転方向における上流側の第1位置の軸方向流路幅に比べて、下流側の第2位置の軸方向流路幅の方が大きくなっている。このため、油案内流路部の下流側の領域における潤滑油とスラストカラー外周面との接触を防止しやすい。よって、スラストカラーによる潤滑油の撹拌に伴うターボ機械のメカロスを効果的に抑制できる。
(7)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(6)の何れかの構成において、
 前記回転方向における最上流位置における前記油案内流路部の流路断面積が、前記回転方向における最下流位置における前記油案内流路部の流路断面積よりも小さい。
 上記(7)の構成によれば、排油口部に到達した潤滑油が再び油案内流路部に流入してしまうことを抑制できる。よって、油案内流路部における潤滑油量を減らすことができ、油案内流路部内における潤滑油とスラストカラー外周面との接触を防止しやすくなる。よって、スラストカラーによる潤滑油の撹拌に伴うターボ機械のメカロスを効果的に抑制できる。
(8)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(7)の何れかの構成において、
 前記油案内流路部の外周縁の形状は、1本以上の曲線、複数本の直線、又は、1本以上の直線及び1本以上の曲線の複合形状によって形成される。
(9)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(8)の何れかの構成において、
 前記スラスト軸受を収容する軸受ハウジングをさらに備え、
 前記排油流路は、前記スラスト軸受の第1端面と、該第1端面に対向する前記軸受ハウジングの内壁面に形成された軸受溝とで囲まれる空間によって形成される第1排油流路を含む。
 上記(9)の構成によれば、スラスト軸受の第1端面と軸受ハウジングの軸受溝とで囲まれる空間によって形成される排油流路(第1排油流路)を、上記(1)乃至(8)で説明した構成としたので、第1排油流路からの排油性が向上し、第1排油流路内における潤滑油とスラストカラー外周面との接触を防止しやすくなる。よって、第1排油流路内におけるスラストカラーによる潤滑油の撹拌を防止し、ターボ機械のメカロスを抑制できる。
(10)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(9)の何れかの構成において、
 前記スラスト軸受の第2端面と、該第2端面側に位置する前記スラストカラーの前記スラスト軸受との摺接面とは反対側の端面と、に対向して設けられるオイルディフレクタをさらに備え、
 前記排油流路は、前記オイルディフレクタと前記スラストカラーと前記スラスト軸受とで囲まれる空間によって形成される第2排油流路を含む。
 上記(10)の構成によれば、スラスト軸受、スラストカラー及びオイルディフレクタとで囲まれる空間によって形成される排油流路(第2排油流路)を、上記(1)乃至(8)で説明した構成としたので、第2排油流路からの排油性が向上し、第2排油流路内における潤滑油とスラストカラー外周面との接触を防止しやすくなる。よって、第2排油流路内におけるスラストカラーによる潤滑油の撹拌を防止し、ターボ機械のメカロスを抑制できる。
(11)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(10)の何れかの構成において、
 前記回転軸とともに回転するように構成された羽根車と、
 前記羽根車が設けられるとともに作動流体が流れる作動流体流路と、
 前記作動流体流路と、前記スラスト軸受及び前記一対のスラストカラーが収容された軸受空間と、を隔てる隔壁と、をさらに備え、
 前記排油流路は、少なくとも前記隔壁によって囲まれる空間により形成される第3排油流路を含む。
 上記(11)の構成によれば、作動流体流路と軸受空間とを隔てる隔壁によって囲まれる空間によって形成される排油流路(第3排油流路)を、上記(1)乃至(8)で説明した構成としたので、第3排油流路からの排油性が向上し、第3排油流路内における潤滑油とスラストカラー外周面との接触を防止しやすくなる。よって、第3排油流路内におけるスラストカラーによる潤滑油の撹拌を防止し、ターボ機械のメカロスを抑制できる。
(12)本発明の少なくとも一実施形態に係るターボ機械は、
 回転軸と、
 前記回転軸とともに回転するように構成された羽根車と、
 前記羽根車が設けられるとともに作動流体が流れる作動流体流路と、
 前記回転軸の周りに設けられた一対のスラストカラーと、
 前記一対のスラストカラー間の軸方向位置において、前記回転軸の周りに設けられるスラスト軸受と、
 前記作動流体流路と、前記スラスト軸受及び前記一対のスラストカラーが収容された軸受空間と、を隔てる隔壁と、
 前記スラスト軸受の前記隔壁側において前記回転軸の周りに設けられ、前記スラスト軸受と前記スラストカラーとの間の摺接部を潤滑した後の潤滑油を排出するための排油流路と、を備え、
 前記隔壁は、前記軸受空間側の前記隔壁の表面から前記スラスト軸受に向かって突出するように設けられて前記回転軸の周方向に沿って延在する縁部を含み、
 前記排油流路は、前記軸受空間側の前記隔壁の前記表面と前記縁部とによって囲まれる空間により形成されており、
 前記縁部は、前記縁部の下方領域が切り欠かれており、上下非対称の形状となっていることを特徴とする。
 上記(12)の構成によれば、排油流路を形成する隔壁の縁部を、下方領域が切り欠かれた上下非対称の形状としたので、排油流路の下側領域を形成する排油口部からの潤滑油の排出が促進される。これにより、隔壁の縁部が上下対称である形状に比べて、排油流路内における潤滑油とスラストカラー外周面との接触が起こりにくい。よって、スラストカラーによる潤滑油の撹拌に伴うターボ機械のメカロスを抑制できる。
 なお、上記(12)の構成は、上述の(1)乃至(11)の何れかの構成と組み合わせてもよい。
(13)幾つかの実施形態では、上記(12)の構成において、
 前記下方領域における前記縁部は、軸方向において前記スラスト軸受に近づくにつれて下方に向かう傾斜面を有する。
 上記(13)の構成によれば、スラスト軸受に近づくにつれて下方に向かう傾斜面を隔壁の下方領域における縁部に設けたので、排油流路の下側領域を形成する排油口部からの潤滑油の排出がより一層促進される。よって、排油流路内における潤滑油とスラストカラー外周面との接触を効果的に防止し、スラストカラーによる潤滑油の撹拌に伴うターボ機械のメカロスをより一層抑制できる。
(14)本発明の少なくとも一実施形態に係るターボ機械は、
 回転軸と、
 前記回転軸の周りに設けられた一対のスラストカラーと、
 前記一対のスラストカラー間の軸方向位置において、前記回転軸の周りに設けられるスラスト軸受と、
 前記回転軸の周りに設けられ、前記スラスト軸受と前記スラストカラーとの間の摺接部を潤滑した後の潤滑油を排出するための排油流路と、を備え、
 前記排油流路は、
  前記排油流路内の前記潤滑油を下方に排出するための排油口部と、
  前記排油口部よりも上方に設けられ、前記摺接部からの前記潤滑油を前記回転軸の周方向に案内して前記排油口部に導くように構成された油案内流路部と、
を含み、
 前記油案内流路部の各位置における前記潤滑油の流速をVとし、前記油案内流路部の各位置における流路断面積をSとし、前記スラスト軸受への前記潤滑油の供給量をQとしたとき、V×S>Qの関係式を満たすことを特徴とする。
 上記(14)の構成によれば、油案内流路部の各位置においてV×A>Qの関係式を満たすようにしたので、スラスト軸受から流量Qの潤滑油が油案内流路部に排出された場合であっても、油案内流路部を介して排油口部に滞りなく潤滑油を導くことができる。よって、油案内流路部の高い排油性により、排油流路内における潤滑油とスラストカラー外周面との接触を防止し、スラストカラーによる潤滑油の撹拌に伴うターボ機械のメカロスを抑制できる。
 なお、上記(14)の構成は、上述の(1)乃至(13)の何れかの構成と組み合わせてもよい。
(15)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(14)の何れかの構成において、
 前記ターボ機械は、前記回転軸の両側にそれぞれ設けられるタービンと圧縮機とを備える過給機である。
 上記(15)の構成によれば、スラスト軸受とスラストカラーとの摺接部を潤滑した後の潤滑油を排油流路からスムーズに排出することができ、排油流路内における潤滑油とスラストカラー外周面との接触を防止することができる。よって、スラストカラーによる潤滑油の撹拌に伴う過給機(ターボ機械)のメカロスを抑制できる。
 本発明の少なくとも一実施形態によれば、排油流路の排油性が向上させることができ、潤滑油とスラストカラー外周面との接触を防止して、スラストカラーによる潤滑油の撹拌に伴うターボ機械のメカロスを抑制できる。
一実施形態に係る過給機の概略構成図である。 一実施形態に係るターボ機械の内部構造を示す断面図である。 スラスト軸受とスラストカラーとの摺接部を潤滑した後の潤滑油の油案内流路部内における流れを示すCFD解析結果である。 油案内流路部内における潤滑油の分布について説明するための模式図であり、図4(a)はターボ機械の低回転時における潤滑油の分布を示しており、図4(b)はターボ機械の高回転時における潤滑油の分布を示している。 実施形態に係るターボ機械における、回転軸の回転方向に沿った周方向位置と油案内流路部の流路断面積との関係を示すグラフである。 一実施形態に係る排油流路の油案内流路部の形状を示す断面図である。 一実施形態に係る第1排油流路を形成する軸受ハウジングの正面図である。 図7に示す軸受ハウジングの斜視図である。 一実施形態に係る第2排油流路を形成するオイルディフレクタの正面図である。 図9に示すオイルディフレクタの斜視図である。 一実施形態に係る第3排油流路を形成する隔壁(インサート)の斜視図である。 一実施形態に係る油案内流路部の形状を示す断面図である。 一実施形態に係る油案内流路部の形状を示す断面図である。 一実施形態に係る第2排油流路を形成するオイルディフレクタの斜視図である。 図14のオイルディフレクタを備えたターボ機械の図14中の第1位置(x=x)における断面図である。 図14のオイルディフレクタを備えたターボ機械の図14中の第2位置(x=x)における断面図である。 一実施形態に係るターボ機械の断面図である。 図17に示すターボ機械の隔壁(インサート)の正面図である。 図17に示すターボ機械の隔壁(インサート)の斜視図である。 一実施形態に係るターボ機械の排油流路の構成を示す模式図である。
 以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
 最初に、本発明の実施形態に係るターボ機械の適用対象の一例として、図1を参照しながら、過給機について簡単に説明する。
 図1は、本発明の一実施形態に係る過給機の概略構成図である。
 図1に示す過給機1は、内燃機関に吸気を強制的に送り込むための過給機であれば特に限定されず、例えば、自動車用の過給機であってもよいし、舶用の過給機であってもよい。
 幾つかの実施形態では、図1に示すように、過給機1は、タービン2と、タービン2によって駆動されるコンプレッサ4とを備える。タービン2は、不図示の内燃機関からの排ガスGによって駆動されるように構成される。一方、コンプレッサ4は、タービン2によって駆動され、内燃機関への吸気Aを圧縮するように構成される。
 タービン2は、回転軸10と、回転軸10と一体的に回転可能なタービンホイール3とを含む。こうして、高温・高圧の作動流体としての内燃機関からの排ガスが持つエネルギーがタービンホイール3によって回収されると、タービンホイール3及び回転軸10が一体的に回転するようになっている。
 また、タービン2の回転軸10は、軸受8を介してハウジング6に支持されている。また、回転軸10は、軸受8を挟んでタービン2に対して軸方向の反対側において、コンプレッサ4のコンプレッサホイール5に連結されている。一実施形態では、軸受8は、後述するスラスト軸受20を含んでいる。
 続いて、本発明の実施形態に係るターボ機械(例えば過給機1)の具体的構成について、図2~図11を参照しながら説明する。
 図2は、一実施形態に係るターボ機械の内部構造を示す断面図である。図3は、スラスト軸受とスラストカラーとの摺接部を潤滑した後の潤滑油の油案内流路部内における流れを示すCFD解析結果である。図4は、油案内流路部内における潤滑油の分布について説明するための模式図であり、図4(a)はターボ機械の低回転時における潤滑油の分布を示しており、図4(b)はターボ機械の高回転時における潤滑油の分布を示している。図5(a)~図5(e)は、回転軸の回転方向に沿った周方向位置と油案内流路部の流路断面積との関係を示すグラフである。なお、図5(a)~図5(e)において、xは回転軸の回転方向に沿った周方向位置であり、x=0は油案内流路部の上流側端の位置を示しており、x=Xoutは油案内流路部の下流側端の位置を示している。図6は、一実施形態に係る排油流路の油案内流路部の形状を示す断面図である。図7は、一実施形態に係る第1排油流路を形成する軸受ハウジングの正面図である。図8は、図7に示す軸受ハウジングの斜視図である。図9は、一実施形態に係る第2排油流路を形成するオイルディフレクタの正面図である。図10は、図9に示すオイルディフレクタの斜視図である。図11は、一実施形態に係る第3排油流路を形成する隔壁(インサート)の斜視図である。
 図2に示すように、ターボ機械100の回転軸10は、軸受8を介してハウジング(軸受ハウジング)6に回転自在に支持されている。
 幾つかの実施形態では、軸受8は、スラスト軸受20及びラジアル軸受30を含む。スラスト軸受20は、インサート(隔壁)50とハウジング6とによって挟み込まれた状態で、ハウジング6に固定される。スラスト軸受20は、回転軸10の外周に取り付けられた一対のスラストカラー12(12A,12B)の間の軸方向位置において、回転軸10の周りに設けられる。スラストカラー12Aはスラスト軸受20の第1端面20A側に位置し、スラストカラー12Bはスラスト軸受20の第2端面20B側に位置する。
 図2に示す例示的な実施形態では、スラストカラー(スラストリング)12Aは、スリーブ部13と、スリーブ部13の外周面から突出するようにスリーブ部13の端部に設けられたつば部14と、を含む。スラストカラー12Aのスリーブ部13は、スラスト軸受20に設けられた貫通孔に挿入される。また、スラストカラー12Aのつば部14は、スラスト軸受20の第1端面20Aと摺接するようになっている。
 スラストカラー12Bは、スリーブ部15と、スリーブ部15の外周面から突出するようにスリーブ部15の端部に設けられたつば部16と、を含む。スラストカラー12Bのスリーブ部15は、後述のオイルディフレクタ40及びインサート(隔壁)50に設けられた貫通孔に挿入される。また、スラストカラー12Bのつば部16は、スラスト軸受20の第2端面20Bと摺接するようになっている。
 幾つかの実施形態では、軸受ハウジング6には、給油路7が設けられており、給油路7を介してスラスト軸受20及びラジアル軸受30に潤滑油が供給されるようになっている。スラスト軸受20及びラジアル軸受30は、それぞれ、給油路7に連通する給油孔21,31を有している。
 これにより、スラスト軸受20とスラストカラー12(12A,12B)との摺接部には、スラスト軸受20の給油孔21を介して、給油路7から潤滑油が供給されるようになっている。同様に、ラジアル軸受30の回転軸10との摺接部には、ラジアル軸受30の給油孔31を介して、給油路7から潤滑油が供給されるようになっている。
 また、ターボ機械100は、回転軸10の周りに設けられ、スラスト軸受20とスラストカラー12(12A,12B)との間の摺接部を潤滑した後の潤滑油を排出するための排油流路200を備える。
 幾つかの実施形態では、排油流路200は、スラスト軸受20の第1端面20A側に位置する第1排油流路210、並びに、スラスト軸受20の第2端面20B側に位置する第2排油流路220又は第3排油流路230の少なくとも一つを含む。図2に示す実施形態では、排油流路200は、第1排油流路210、第2排油流路220及び第3排油流路230を含んでいる。
 第1排油流路210は、スラスト軸受20を収容する軸受ハウジング6の内壁面に形成された軸受溝212と、スラスト軸受20の第1端面20Aとで囲まれる空間によって形成される。
 第2排油流路220は、オイルディフレクタ40とスラストカラー12Bとスラスト軸受20の第2端面20Bとで囲まれる空間によって形成される。なお、オイルディフレクタ40は、スラスト軸受20から排出される潤滑油を軸受ハウジング6の下方に位置する排油口9に向けて案内するための部材であり、一実施形態では板金加工によって形成される。オイルディフレクタ40は、スラスト軸受20の第2端面20Bと、スラストカラー12Bのつば部16のスラスト軸受20とは反対側の端面と、に対向して設けられる。また、オイルディフレクタ40は、スラスト軸受20の第2端面20Bに対向するディスク部42と、ディスク部42の下方に位置してスラスト軸受20側に向かってせり出す舌部44と、を含んでいる。これにより、スラスト軸受20の第2端面20Bとスラストカラー12Bとの摺接部から飛散した潤滑油をディスク部42で受け止めて舌部44に導き、舌部44に沿って潤滑油を下方に流し、スラスト軸受20の下方に設けられた開口22と舌部44との間を通して潤滑油を排出するようになっている。
 第3排油流路230は、少なくともインサート50によって囲まれる空間により形成される。なお、インサート50は、回転軸10とともに回転するように構成された羽根車110が設けられる作動流体流路と、軸受ハウジング6の内部の軸受空間と、を隔てる隔壁である。インサート50によって、軸受空間から作動流体流路への潤滑油の流出が防止される。また、インサート50は、オイルディフレクタ40をスラスト軸受20の第2端面20Bに押し付けて、オイルディフレクタ40を保持する役割も有する。
 各排油流路200(210,220,230)は、排油流路200内の潤滑油を下方に排出するための排油口部202と、排油口部202よりも上方に設けられた油案内流路部204と、を含む。油案内流路部204は、スラスト軸受20とスラストカラー12(12A,12B)との摺接部からの潤滑油を回転軸10の周方向に案内し、排油口部202に導くように構成される。
 すなわち、各排油流路200(210,220,230)は、回転軸10の周方向に沿った略環状流路であり、この略環状流路の下方領域が排油口部202であり、略環状流路の上方領域が油案内流路部204である。
 本発明者らは、上記構成の排油流路200内におけるスラスト軸受20とスラストカラー12(12A,12B)との摺接部を潤滑した後の潤滑油の流れについて、CFD解析を行った。
 その結果、図3に示すように、スラスト軸受20とスラストカラー12(12A,12B)との摺接部を潤滑した後の潤滑油は、排油流路200内において、回転軸10の回転方向に沿った旋回成分を有することが明らかになった。また、旋回成分を持つ潤滑油は、排油流路200のうち排油口部202の上方に設けられる油案内流路部204内において、油案内流路部204の外周壁205に押し付けられ、油案内流路部204の外周壁205に沿って排油口部202に向かって流れることが分かった。
 このように、排油流路200の油案内流路部204内において潤滑油は油案内流路部204の外周壁205に沿って流れることから、図4(a)及び図4(b)に示すように、ターボ機械100の運転状態(又は潤滑油の供給量)に応じて、油案内流路部204内における潤滑油の分布は変化する。
 具体的には、図4(a)に示すように、ターボ機械100の低回転時(又は潤滑油の供給量が少ないとき)、油案内流路部204の外周壁205に沿って流れる潤滑油の気液境界面206はスラストカラー12(12A,12B)の外周面よりも径方向外側に位置し、潤滑油とスラストカラー12(12A,12B)の外周面との直接の接触が起きにくい。
 一方、ターボ機械100の回転数上昇(又は潤滑油の供給量増加)に伴って、油案内流路部204に存在する潤滑油が増加すると、図4(b)に示すように、油案内流路部204において気液境界面206が径方向内側に移動する。このため、潤滑油とスラストカラー12(12A,12B)の外周面とが接触してしまう可能性がある。
 なお、潤滑油は、スラスト軸受20とスラストカラー12(12A,12B)との摺接部から、摺接部の外周縁の接線方向に沿って放射状に飛散し、油案内流路部204の外周壁205に衝突した後、外周壁205に沿って周方向に流れる。このため、図4(a)及び図4(b)に示すように、油案内流路部204内における潤滑油量は上流側から下流側に向かって増大する傾向にあり、潤滑油の油膜厚さは油案内流路部204の上流側端(x=0の周方向位置)から下流側端(x=Xoutの周方向位置)に向かって増加する。よって、ターボ機械100の高回転時において、潤滑油とスラストカラー12(12A,12B)の外周面との接触が起きやすいのは、油案内流路部204における下流側領域である。
 但し、図4(a)及び図4(b)に示したのは潤滑油の分布傾向を説明するための一例にすぎず、油案内流路部204の下方の排油口部202からの潤滑油の排油流量によっては図4(a)及び図4(b)とは異なる潤滑油の分布となる場合があり得る。
 幾つかの実施形態では、油案内流路部204内における潤滑油とスラストカラー12(12A,12B)の外周面との接触の可能性を低減するため、油案内流路部204は、回転軸10の回転方向に関して非対称の形状になっている。具体的には、図5(a)~図5(e)に示すように、油案内流路部204は、回転軸10の回転方向における上流側の第1位置(x=x)において最小流路断面積Sminを有し、且つ、第1位置よりも下流側の第2位置(x=x)において最大流路断面積Smaxを有する。
 これにより、油案内流路部204が回転軸10の回転方向に関して対称な形状である場合に比べて排油性が向上し、油案内流路部204の下流側の領域においても、潤滑油とスラストカラー12(12A,12B)の外周面との接触が起こりにくくなる。よって、スラストカラー12(12A,12B)による潤滑油の撹拌に伴うターボ機械100のメカロスを一層抑制できる。
 幾つかの実施形態では、図5(a)~図5(e)に示すように、油案内流路部204は、回転軸10の回転方向に沿って第1位置(x=x)から第2位置(x=x)に向かうにつれて、流路断面積がSminからSmaxまで増加する。
 この場合、油案内流路部204の流路が上流側の第1位置(x=x)から下流側の第2位置(x=x)に向かって拡大するので、潤滑油量が増加しやすい油案内流路部204の下流側の領域において、潤滑油とスラストカラー12(12A,12B)の外周面との接触を効果的に防止できる。
 また、幾つかの実施形態では、図5(a)~図5(e)に示すように、回転方向における最上流位置(x=0)における油案内流路部204の流路断面積が、回転方向における最下流位置(x=Xout)における油案内流路部204の流路断面積よりも小さい。
 これにより、排油口部202に到達した潤滑油が再び油案内流路部204に流入してしまうことを抑制できる。よって、油案内流路部204における潤滑油量を減らすことができ、油案内流路部204内における潤滑油とスラストカラー12(12A,12B)の外周面との接触を防止しやすくなる。
 図5(a)及び(b)に示す例示的な実施形態では、油案内流路部204の上流側端(x=0)から下流側端(x=Xout)まで、連続的に、油案内流路部204の流路断面積が単調増加している。また、油案内流路部204の流路断面積の変化は、図5(a)に示すように線形的であってもよいし、図5(b)に示すように非線形的であってもよい。
 また、図5(c)及び図5(d)に示す例示的な実施形態では、油案内流路部204の流路断面積は、油案内流路部204の上流側端(x=0)から一旦減少し、油案内流路部204の途中の位置(x=x)において最小流路断面積Sminになった後、増加傾向に転じて最終的には第2位置(x=x)において最大流路断面積Smaxになる。なお、図5(c)に示すように、第1位置から第2位置に向かう油案内流路部204の流路断面積の増加傾向は油案内流路部204の下流側端(x=Xout)まで継続してもよい。あるいは、図5(d)に示すように、第1位置から第2位置に向かう油案内流路部204の流路断面積の増加傾向が、油案内流路部204の下流側端(x=Xout)の手前の第2位置(x=x<Xout)において終了し、x≦x≦Xoutの範囲では油案内流路部204の流路断面積が最大流路断面積Smaxで一定に維持されてもよい。なお、図5(c)及び図5(d)に示す例では、油案内流路部204の流路断面積の変化は非線形的であるが、油案内流路部204の流路断面積の変化は線形的であってもよい。
 さらに、図5(e)に示す例示的な実施形態では、油案内流路部204の上流側端(x=0)から第1位置(x=x)までの範囲では油案内流路部204の流路断面積は最小流路断面積Sminで一定であるが、x≦x≦xの範囲では、油案内流路部204の流路断面積は最大流路断面積Smaxまで単調増加する。その後、油案内流路部204の流路断面積の増加傾向はなくなり、x2<x≦Xoutの範囲では、油案内流路部204の流路断面積は最大流路断面積Smaxで一定である。なお、図5(e)に示す例では、油案内流路部204の流路断面積の変化は線形的であるが、油案内流路部204の流路断面積の変化は非線形的であってもよい。
 幾つかの実施形態では、図6に示すように、回転軸10の半径方向における油案内流路部204の流路幅Wは、第1位置xに比べて第2位置xの方が大きい。
 この場合、油案内流路部204の半径方向流路幅Wは一定ではなく、回転方向における上流側の第1位置x=xの半径方向流路幅Wr1に比べて、下流側の第2位置x=xの半径方向流路幅Wr2の方が大きくなっている。このため、油案内流路部204の下流側の領域における潤滑油とスラストカラー12(12A,12B)の外周面との接触を防止しやすい。
 なお、図6に示す例示的な実施形態では、油案内流路部204の上流側端(x=0)と下流側端(x=Xout)との間に存在する第1位置x=xにおいて、油案内流路部204の半径方向流路幅Wは最小値Wr1になる。また、油案内流路部204の下流側端(x=Xout)に存在する第2位置x=xにおいて、油案内流路部204の半径方向流路幅Wは最大値Wr2になる。
 幾つかの実施形態では、図6に示すように、油案内流路部204の外周縁(外周壁205)は、回転軸10の軸中心Oからずれた位置に中心O’を有する円弧形状である。
 この場合、例えば旋盤を用いた単純な加工により、油案内流路部204の円弧形状の外周縁(外周壁205)を形成することができる。したがって、油案内流路部204の上記構成(回転方向における上流側の第1位置xに比べて下流側の第2位置xの半径方向流路幅Wの方が大きい構成)を実現するに当たり、加工性を向上させることでターボ機械100の製造コストを低減できる。
 また、幾つかの実施形態では、図6に示すように、油案内流路部204の外周縁(外周壁205)の円弧中心O’は、少なくとも、回転軸10の回転方向(図中の矢印方向)における油案内流路部204の上流側領域から下流側領域に向かって水平方向に回転軸10の軸中心Oからずれた位置に存在する。すなわち、油案内流路部204の外周縁(外周壁205)の円弧中心O’の水平方向位置は、油案内流路部204の半径方向流路幅が回転方向上流側に比べて回転方向下流側が広がるように、回転軸10の軸中心Oの水平方向位置に対してオフセットされている。
 この場合、油案内流路部204は、回転軸10の中心軸を通る鉛直平面よりも上流側において、半径方向流路幅Wが最も狭くなる箇所(スロート部)を有する。図6に示す例では、第1位置xにおいて、半径方向流路幅Wが最も狭くなっている。そして、油案内流路部204は、スロート部(x=x)から排油口部202に向かって下流側に向かうにつれて半径方向流路幅Wが徐々に拡大するようになっている。このため、例えば旋盤を用いた単純な加工が可能であるにもかかわらず、油案内流路部204の下流側の領域における潤滑油とスラストカラー12(12A,12B)の外周面との接触を効果的に防止できる。
 なお、図6に示す例示的な実施形態では、油案内流路部204の外周縁(外周壁205)の円弧中心O’は、水平方向だけでなく、鉛直方向においても、回転軸10の軸中心Oに対して下方にオフセットされている。
 幾つかの実施形態では、図6で示した油案内流路部204の構成は、スラスト軸受20の第1端面20Aと軸受ハウジング6の軸受溝212とで囲まれる空間によって形成される排油流路200(図2に示す第1排油流路210)に適用される。
 具体的には、図7及び図8に示すように、第1排油流路210の油案内流路部204の外周縁(外周壁205)は、回転軸10の軸中心Oからずれた位置に中心O’を有する円弧形状を有する。また、第1排油流路210の油案内流路部204の外周縁(外周壁205)の円弧中心O’は、少なくとも、回転軸10の回転方向(図中の矢印方向)における油案内流路部204の上流側領域から下流側領域に向かって水平方向に回転軸10の軸中心Oからずれた位置に存在する。なお、図7及び図8に示す例では、第1排油流路210の油案内流路部204の外周縁(外周壁205)の円弧中心O’は、水平方向だけでなく、鉛直方向においても、回転軸10の軸中心Oに対して下方にオフセットされている。
 幾つかの実施形態では、図6で示した油案内流路部204の構成は、スラスト軸受20の第2端面20B、スラストカラー12B及びオイルディフレクタ40とで囲まれる空間によって形成される排油流路200(図2に示す第2排油流路220)に適用される。
 具体的には、図9及び図10に示すように、第2排油流路220の油案内流路部204の外周縁(外周壁205)は、回転軸10の軸中心Oからずれた位置に中心O’を有する円弧形状を有する。また、第2排油流路220の油案内流路部204の外周縁(外周壁205)の円弧中心O’は、少なくとも、回転軸10の回転方向(図中の矢印方向)における油案内流路部204の上流側領域から下流側領域に向かって水平方向に回転軸10の軸中心Oからずれた位置に存在する。なお、図9及び図10に示す例では、第2排油流路220の油案内流路部204の外周縁(外周壁205)の円弧中心O’は、水平方向だけでなく、鉛直方向においても、回転軸10の軸中心Oに対して下方にオフセットされている。
 幾つかの実施形態では、図6で示した油案内流路部204の構成は、作動流体流路と軸受空間とを隔てる隔壁(インサート)50によって囲まれる空間によって形成される排油流路200(図2に示す第3排油流路230)に適用される。
 具体的には、図11に示すように、第3排油流路230の油案内流路部204の外周縁(外周壁205)は、回転軸10の軸中心Oからずれた位置に中心O’を有する円弧形状を有する。また、第2排油流路220の油案内流路部204の外周縁(外周壁205)の円弧中心O’は、少なくとも、回転軸10の回転方向(図中の矢印方向)における油案内流路部204の上流側領域から下流側領域に向かって水平方向に回転軸10の軸中心Oからずれた位置に存在する。なお、図11に示す例では、第3排油流路230の油案内流路部204の外周縁(外周壁205)の円弧中心O’は、水平方向だけでなく、鉛直方向においても、回転軸10の軸中心Oに対して下方にオフセットされている。
 他の実施形態では、油案内流路部204の外周縁(外周壁205)は、図6に示す実施形態とは異なり、油案内流路部204の外周縁(外周壁205)は、回転軸10の軸中心Oから水平方向にずれた位置に中心O’を有する円弧形状でなくてもよい。
 図12は、他の実施形態に係る油案内流路部の形状を示す断面図である。図13は、さらに別の実施形態に係る油案内流路部の形状を示す断面図である。
 図12に示す実施形態では、油案内流路部204の外周壁205は、油案内流路部204の上流側端(x=x)において回転軸10に向かって水平方向に突出する突出部208を有する。突出部208を除く油案内流路部204の外周壁205は回転軸10の軸中心Oから下方にずれた位置に中心O’を有する円弧形状である。なお、突出部208の突出量は、突出部208の先端の上方の角部とスラストカラー12(12A,12B)の外周面との間における油案内流路部204の径方向流路幅Wr1が最小となるように決定される。すなわち、油案内流路部204の入口側端(x=0)における油案内流路部204の径方向流路幅をWr0とし、油案内流路部204の出口側端(x=Xout=x)における油案内流路部204の径方向流路幅をWrout(=Wr2)とし、回転軸10の軸中心Oから鉛直上方に伸ばした直線に相当する周方向位置(x=x)における油案内流路部204の径方向流路幅をWr3としたとき、Wr1<Wr0<Wr3<Wrout=Wr2の関係式が成立する。このように、油案内流路部204の外周壁205に突出部208を設けることで、回転方向における最上流位置(x=0)における油案内流路部204の流路断面積が、回転方向における最下流位置(x=Xout)における油案内流路部204の流路断面積よりも小さくなる。これにより、排油口部202に到達した潤滑油が再び油案内流路部204に流入してしまうことを抑制できる。
 また、さらに別の実施形態では、油案内流路部204の外周壁205は、1本以上の曲線、複数本の直線、又は、1本以上の直線及び1本以上の曲線の複合形状によって形成される。図13に示す例示的な実施形態では、油案内流路部204の外周壁205は、回転軸の回転方向(図中の矢印方向)の上流側から順に、直線部205A、直線部205B、曲線部205Cの複合形状によって形成されている。
 また、幾つかの実施形態では、図6に示すように油案内流路部204の径方向流路幅に分布を持たせた構成に加えて又は替えて、油案内流路部204の軸方向流路幅に分布を持たせる。以下、図14~図16を参照しながら、油案内流路部204の軸方向流路幅に分布を持たせた構成について説明する。
 図14は、一実施形態に係る第2排油流路を形成するオイルディフレクタの斜視図である。図15は、図14のオイルディフレクタを備えたターボ機械の図14中の第1位置(x=x)における断面図である。図16は、図14のオイルディフレクタを備えたターボ機械の図14中の第2位置(x=x)における断面図である。
 幾つかの実施形態では、図14に示すように、オイルディフレクタ40の外周縁壁(第2排油流路220の油案内流路部204の外周壁205)の径方向内側における凹部46の深さは、第1位置(x=x)に比べて第2位置(x=x)の方が大きい。
 また、図14にはオイルディフレクタ40の凹部46の深さに分布を持たせた例を示したが、第1排油流路210の油案内流路部204を形成する軸受ハウジング6の軸受溝212、および/または、第3排油流路230の油案内流路部204を形成する隔壁(インサート)50の凹部52の深さについても、第1位置(x=x)に比べて第2位置(x=x)の方が大きくなるような分布を持たせてもよい。
 図15及び図16に示す例示的な実施形態では、同一径方向位置で比べたとき、第1排油流路210、第2排油流路220及び第3排油流路230の何れについても、油案内流路部204の軸方向流路幅は第1位置(x=x)に比べて第2位置(x=x)の方が大きい。
 具体的には、図15及び図16に示すように、軸受ハウジング6の軸受溝212の深さが第1位置(x=x)に比べて第2位置(x=x)の方が大きくなっているため、第1排油流路210の油案内流路部204は、第1位置における軸方向幅W11よりも第2位置におけるW12の方が大きい。
 また、図15及び図16に示すように、オイルディフレクタ40の凹部の深さが第1位置(x=x)に比べて第2位置(x=x)の方が大きくなっているため、第2排油流路220の油案内流路部204は、第1位置における軸方向幅W21よりも第2位置におけるW22の方が大きい。
 さらに、図15及び図16に示すように、隔壁(インサート)50の凹部の深さが第1位置(x=x)に比べて第2位置(x=x)の方が大きくなっているため、第3排油流路230の油案内流路部204は、第1位置における軸方向幅W31よりも第2位置におけるW32の方が大きい。
 なお、図15及び図16に示す例示的な実施形態では、第1排油流路210、第2排油流路220及び第3排油流路230のそれぞれについて、軸方向流路幅が第1位置(x=x)に比べて第2位置(x=x)の方が大きくなるような分布を油案内流路部204に持たせているが、少なくとも一つの排油流路200(210,220,230)について油案内流路部204の軸方向流路幅を周方向において異ならせてもよい。
 続けて、他の実施形態に係るターボ機械300について説明する。
 図17は、一実施形態に係るターボ機械300の断面図である。図18は、図17に示すターボ機械300の隔壁(インサート)50の正面図である。図19は、図17に示すターボ機械300の隔壁(インサート)50の斜視図である。
 なお、図17~19において、図2~図16と共通の箇所については同一の符号を付しており、図2~図16を参照しながら説明したターボ機械100の構成は、以下で説明するターボ機械300にも適用可能である。特に、図5~図16で説明した各排油流路200(210,220,230)の具体的構成については、以下で説明するターボ機械300の各排油流路200にも適用可能である。
 幾つかの実施形態では、図17に示すように、作動流体流路と軸受空間とを隔てる隔壁(インサート)50は、回転軸10の周方向に沿って延在する縁部54を含む。縁部54は、軸受空間側の隔壁(インサート)50の表面50Aからスラスト軸受20に向かって突出するように設けられる。第3排油流路230は、軸受空間側の隔壁(インサート)50の前記表面50Aと縁部54とによって囲まれる空間により形成される。なお、軸受空間側の隔壁(インサート)50の表面50Aは、図17に示すように凹溝を有する非平坦面であってもよいし、ターボ機械300の半径方向に沿った平坦面であってもよい。
 幾つかの実施形態では、図17~図19に示すように、ターボ機械300の隔壁(インサート)50の縁部54は、下方領域が切り欠かれており、上下非対称の形状となっている。
 このように、第3排油流路230を形成する隔壁(インサート)50の縁部54を、下方領域が切り欠かれた上下非対称の形状とすることで、第3排油流路230のうち下方領域を形成する排油口部202からの潤滑油の排出が促進される。これにより、隔壁(インサート)50の縁部54が上下対称である形状に比べて、第3排油流路230内における潤滑油とスラストカラー12Bの外周面との接触が起こりにくい。
 また、幾つかの実施形態では、図17~図19に示すように、縁部54は、縁部54の切欠き領域(下方領域)において、傾斜面56を有する。傾斜面56は、ターボ機械300の軸方向においてスラスト軸受20に近づくにつれて下方に向かうように、前記軸方向に対して傾斜している。
 このように、縁部54の切欠き領域(下方領域)に傾斜面56を設けることで、第3排油流路のうち下方領域を形成する排油口部202からの潤滑油の排出がより一層促進される。よって、第3排油流路230内における潤滑油とスラストカラー12Bの外周面との接触を効果的に防止できる。
 次に、他の実施形態に係るターボ機械400について説明する。
 図20は、一実施形態に係るターボ機械400の排油流路200の構成を示す模式図である。なお、以下で説明するターボ機械400は、排油流路200の構成を除けば、上述したターボ機械100及びターボ機械300と同一であるから、ここでは排油流路200の構成だけを説明する。ターボ機械100及びターボ機械300について説明した事項については、以下のターボ機械400にも適用可能である。
 ターボ機械400は、回転軸10の周りに設けられた排油流路200(210,220,230)を備える。スラスト軸受20とスラストカラー12(12A,12B)との間の摺接部を潤滑した後の潤滑油は、排油流路200(210,220,230)を介して排出されるようになっている。排油流路200(210,220,230)は、排油流路200内の潤滑油を下方に排出するための排油口部202と、排油口部202よりも上方に設けられた油案内流路部204と、を含む。油案内流路部204は、スラスト軸受20とスラストカラー12との間の摺接部からの潤滑油を回転軸10の周方向に案内して排油口部202に導くように構成されている。
 幾つかの実施形態では、ターボ機械400の排油流路200(210,220,230)は、油案内流路部204の各位置における潤滑油の流速をV(図20参照)とし、油案内流路部204の各位置における流路断面積をS(図20参照)とし、スラスト軸受20への潤滑油の供給量をQとしたとき、V×S>Qの関係式を満たすように構成される。ここで、流速Vはm/sの次元を有し、流路断面積Sはmの次元を有し、潤滑油供給量Qはm/sの次元を有する。潤滑油流速Vは、回転軸10の周方向に沿った流速を意味する。流路断面積Sは、回転軸10の半径方向に沿った油案内流路部204の断面の総面積(例えば排油流路200が第1排油流路210、第2排油流路220、第3排油流路230を含む場合、各排油流路200(210,220,230)の油案内流路部204の総断面積)を意味する。潤滑油供給量Qは、軸受ハウジング6の給油路7を介してスラスト軸受20に供給される潤滑油の流量を意味する。
 このように、油案内流路部204の各位置においてV×S>Qの関係式を満たすようにすれば、スラスト軸受20から流量Qの潤滑油が油案内流路部204に排出された場合であっても、油案内流路部204を介して排油口部202に滞りなく潤滑油を導くことができる。よって、油案内流路部204の高い排油性により、排油流路200(210,220,230)内における潤滑油とスラストカラー12(12A,12B)の外周面との接触を防止することができる。
 本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
 また、本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
 例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
 例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
 一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
1 過給機
2 タービン
3 タービンホイール
4 コンプレッサ
5 コンプレッサホイール
6 ハウジング
6 軸受ハウジング
7 給油路
8 軸受
9 排油口
10 回転軸
12,12A,12B スラストカラー
13,15 スリーブ部
14,16 つば部
20 スラスト軸受
20A 第1端面
20B 第2端面
21,31 給油孔
22 開口
30 ラジアル軸受
40 オイルディフレクタ
42 ディスク部
44 舌部
46 凹部
50 インサート
50A 表面
52 凹部
54 縁部
56 傾斜面
100,300,400 ターボ機械
110 羽根車
200 排油流路
202 排油口部
204 油案内流路部
205 外周壁
205A,205B 直線部
205C 曲線部
206 気液境界面
208 突出部
210 第1排油流路
212 軸受溝
220 第2排油流路
230 第3排油流路
 

Claims (15)

  1.  回転軸と、
     前記回転軸の周りに設けられた一対のスラストカラーと、
     前記一対のスラストカラー間の軸方向位置において、前記回転軸の周りに設けられるスラスト軸受と、
     前記回転軸の周りに設けられ、前記スラスト軸受と前記スラストカラーとの間の摺接部を潤滑した後の潤滑油を排出するための排油流路と、を備え、
     前記排油流路は、
      前記排油流路内の前記潤滑油を下方に排出するための排油口部と、
      前記排油口部よりも上方に設けられ、前記摺接部からの前記潤滑油を前記回転軸の周方向に案内して前記排油口部に導くように構成された油案内流路部と、
    を含み、
     前記油案内流路部は、前記回転軸の回転方向に関して非対称の形状であり、前記回転方向における上流側の第1位置において最小流路断面積を有し、且つ、前記第1位置よりも下流側の第2位置において最大流路断面積を有する
    ことを特徴とするターボ機械。
  2.  前記油案内流路部は、前記回転方向に沿って前記第1位置から前記第2位置に向かうにつれて前記流路断面積が増加することを特徴とする請求項1に記載のターボ機械。
  3.  前記回転軸の半径方向における前記油案内流路部の流路幅が、前記第1位置に比べて前記第2位置の方が大きいことを特徴とする請求項1又は2に記載のターボ機械。
  4.  前記油案内流路部の外周縁は、前記回転軸の軸中心からずれた位置に中心を有する円弧形状であることを特徴とする請求項3に記載のターボ機械。
  5.  前記円弧形状の前記中心は、少なくとも、前記回転方向における前記油案内流路部の上流側領域から下流側領域に向かって水平方向に前記軸中心からずれた位置に存在することを特徴とする請求項4に記載のターボ機械。
  6.  前記回転軸の軸方向における前記油案内流路部の流路幅が、前記第1位置に比べて前記第2位置の方が大きいことを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載のターボ機械。
  7.  前記回転方向における最上流位置における前記油案内流路部の流路断面積が、前記回転方向における最下流位置における前記油案内流路部の流路断面積よりも小さいことを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載のターボ機械。
  8.  前記油案内流路部の外周縁の形状は、1本以上の曲線、複数本の直線、又は、1本以上の直線及び1本以上の曲線の複合形状によって形成されることを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載のターボ機械。
  9.  前記スラスト軸受を収容する軸受ハウジングをさらに備え、
     前記排油流路は、前記スラスト軸受の第1端面と、該第1端面に対向する前記軸受ハウジングの内壁面に形成された軸受溝とで囲まれる空間によって形成される第1排油流路を含むことを特徴とする請求項1乃至8の何れか一項に記載のターボ機械。
  10.  前記スラスト軸受の第2端面と、該第2端面側に位置する前記スラストカラーの前記スラスト軸受との摺接面とは反対側の端面と、に対向して設けられるオイルディフレクタをさらに備え、
     前記排油流路は、前記オイルディフレクタと前記スラストカラーと前記スラスト軸受とで囲まれる空間によって形成される第2排油流路を含むことを特徴とする請求項1乃至9の何れか一項に記載のターボ機械。
  11.  前記回転軸とともに回転するように構成された羽根車と、
     前記羽根車が設けられるとともに作動流体が流れる作動流体流路と、
     前記作動流体流路と、前記スラスト軸受及び前記一対のスラストカラーが収容された軸受空間と、を隔てる隔壁と、をさらに備え、
     前記排油流路は、少なくとも前記隔壁によって囲まれる空間により形成される第3排油流路を含むことを特徴とする請求項1乃至10の何れか一項に記載のターボ機械。
  12.  回転軸と、
     前記回転軸とともに回転するように構成された羽根車と、
     前記羽根車が設けられるとともに作動流体が流れる作動流体流路と、
     前記回転軸の周りに設けられた一対のスラストカラーと、
     前記一対のスラストカラー間の軸方向位置において、前記回転軸の周りに設けられるスラスト軸受と、
     前記作動流体流路と、前記スラスト軸受及び前記一対のスラストカラーが収容された軸受空間と、を隔てる隔壁と、
     前記スラスト軸受の前記隔壁側において前記回転軸の周りに設けられ、前記スラスト軸受と前記スラストカラーとの間の摺接部を潤滑した後の潤滑油を排出するための排油流路と、を備え、
     前記隔壁は、前記軸受空間側の前記隔壁の表面から前記スラスト軸受に向かって突出するように設けられて前記回転軸の周方向に沿って延在する縁部を含み、
     前記排油流路は、前記軸受空間側の前記隔壁の前記表面と前記縁部とによって囲まれる空間により形成されており、
     前記縁部は、前記縁部の下方領域が切り欠かれており、上下非対称の形状となっていることを特徴とするターボ機械。
  13.  前記下方領域における前記縁部は、軸方向において前記スラスト軸受に近づくにつれて下方に向かう傾斜面を有することを特徴とする請求項12に記載のターボ機械。
  14.  回転軸と、
     前記回転軸の周りに設けられた一対のスラストカラーと、
     前記一対のスラストカラー間の軸方向位置において、前記回転軸の周りに設けられるスラスト軸受と、
     前記回転軸の周りに設けられ、前記スラスト軸受と前記スラストカラーとの間の摺接部を潤滑した後の潤滑油を排出するための排油流路と、を備え、
     前記排油流路は、
      前記排油流路内の前記潤滑油を下方に排出するための排油口部と、
      前記排油口部よりも上方に設けられ、前記摺接部からの前記潤滑油を前記回転軸の周方向に案内して前記排油口部に導くように構成された油案内流路部と、
    を含み、
     前記油案内流路部の各位置における前記潤滑油の流速をVとし、前記油案内流路部の各位置における流路断面積をSとし、前記スラスト軸受への前記潤滑油の供給量をQとしたとき、V×S>Qの関係式を満たすことを特徴とするターボ機械。
  15.  前記ターボ機械は、前記回転軸の両側にそれぞれ設けられるタービンと圧縮機とを備える過給機であることを特徴とする請求項1乃至14の何れか一項に記載のターボ機械。
     
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