WO2017168642A1 - インペラ、回転機械、ターボチャージャー - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ディスク背面における応力を低減し、信頼性を高めることのできるインペラ、回転機械、ターボチャージャーを提供することを目的とする。
このような構成によれば、インペラのディスクの背面の少なくとも中央部に凸曲面を形成すると、凸曲面を形成した部分において、ディスクの径方向の厚みを大きく確保することができる。これにより、ディスクの強度を高めることができる。
また、ディスクの背面に他の部品が突き当たる場合、他の部品への接触面積を小さくし、他の部品との接触部位における局所的な応力集中を防ぐことができる。
このように、凸曲面の径方向外側に、外周凸曲面を連続して形成することで、ディスク部の外周部における中心軸方向の厚みを抑え、ディスクの外周部の質量を抑える。これによって、ディスクの自重による遠心応力を抑えることができる。
このようにして、ディスク部の外周部における中心軸方向の厚みを抑え、ディスクの外周部の質量を抑える。これによって、ディスクの自重による遠心応力を抑えることができる。
このようにして、ディスク部の外周部における中心軸方向の厚みを抑え、ディスクの外周部の質量を抑える。これによって、ディスクの自重による遠心応力を抑えることができる。
このような構成によれば、インペラのディスクの背面の少なくとも中央部に凸曲面を形成すると、凸曲面を形成した部分において、ディスクの径方向の厚みを大きく確保することができる。これにより、ディスクの強度を高めることができる。
また、ディスクの背面に突き当たるカラーへの接触面積を小さくし、カラーとの接触部位における局所的な応力集中を防ぐことができる。
これにより、コンプレッサーホイールを構成するインペラのディスクの背面の少なくとも中央部に凸曲面を形成すると、凸曲面を形成した部分において、ディスクの径方向の厚みを大きく確保することができる。これにより、コンプレッサーホイールの強度を高めることができる。
これにより、ディスクの背面に突き当たるカラーへの接触面積を小さくし、カラーとの接触部位における局所的な応力集中を防ぐことができる。
図1は、この発明の実施形態におけるターボチャージャーの断面図である。
図1に示すように、ターボチャージャー(回転機械)1は、タービンホイール2、コンプレッサーホイール(インペラ)3、回転軸4、軸受5A,5B、及び軸受ハウジング6を備えている。このターボチャージャー1は、例えば、回転軸4が水平方向に延びるような姿勢で自動車等にエンジンの補機として搭載される。ここで、図1に示す一点鎖線は、回転軸4の中心軸Cを示している。
タービンホイール2は、回転軸4の第二端部4bに一体に設けられ、回転軸4と一体に中心軸C回りに回転する。タービンホイール2は、周方向に複数のタービン翼2wを備えている。
タービンハウジング31は、軸受ハウジング6の一端側に取付金具32を介して取り付けられている。タービンハウジング31は、軸受ハウジング6に対向する位置に開口部31aを有している。この開口部31a内に、タービンホイール2が収容されている。
ガス導入部(図示無し)は、エンジン(図示無し)から排出される排気ガスの一部をタービンハウジング31内に送り込む。
スクロール流路34は、ガス導入部(図示無し)に連続して、タービンホイール2の外周側を取り囲むように周方向に連続して形成されている。スクロール流路34は、その周方向の少なくとも一部で、タービンホイール2の外周部に連通するよう設けられ、タービンホイール2を回転駆動させる排ガスが流れる流路を形成する。
ディスク22は、径方向外側に延びる円盤状をなし、その中央部に、回転軸4が挿通された挿通孔22hが形成されている。ディスク22は、中心軸C方向に一定長を有し、回転軸4の第一端部4aに固定されている。ディスク22は、中心軸C方向の第一の側(図1において左方)に、ディスク面(表面)22fを有している。ディスク面22fは、中心軸C方向の第一の側のホイール入口流路11側から中心軸C方向の第二の側の軸受ハウジング6側に向かうにしたがって、漸次径方向外側に向かう湾曲面により形成されている。
ブレード23は、ディスク面22fに、中心軸C回りの周方向に間隔をあけて複数が設けられている。
コンプレッサーホイール3は、回転軸4の第一端部4aに形成されたネジ部4nにナット7をねじ込むことで、スラストカラー50とナット7とに挟み込まれて回転軸4に結合されている。
ホイール流路12は、コンプレッサーホイール3を収容する空間からなる。このホイール流路12は、コンプレッサーホイール3のディスク22との間に、圧縮空気の流れる流路を形成する。
図2に示すように、ディスク22は、中心軸C方向の第二の側に、背面22rを有している。背面22rは、ディスク22の中央部を含む少なくとも一部に、中心軸C方向の第二の側(図1、図2において右方)に向かって凸となる凸曲面25を備えている。凸曲面25は、背面22rに対し、中心軸C方向の第一の側(図2において右方)のディスク面22f側にオフセットした位置25cを中心とした一定の曲率半径で形成されている。
また、凸曲面25により、ディスク22の背面22rに突き当たるスラストカラー50への接触面積を小さくし、スラストカラー50との接触部位における局所的な応力集中を防ぐことができる。
さらに、凸曲面25の外周側に凹曲面27を形成することで、ディスク22の外周部における中心軸C方向の厚みを抑え、ディスク22の外周部の質量を抑えることができる。これによって、ディスク22の自重による遠心応力を抑えることができる。
このようにして、ディスク22の背面22rにおける応力集中を低減し、コンプレッサーホイール3の信頼性を高めることが可能となる。
上述した第1実施形態においては、ディスク22の背面22rが、中央部に凸曲面25を形成し、外周側に凹曲面27を形成するにした。しかし、この構成に限られるものではない。
以下に、ディスク22の背面22rの形状について複数の変形例を示す。
図3は、上記コンプレッサーホイールのディスクの背面の形状の第一変形例を示す断面図である。
図3に示すように、ディスク22の背面22rの中央部には、スラストカラー50と接触する接触平面24を形成する。この接触平面24は、中心軸Cに直交する平面である。
さらに、背面22rは、凸曲面25の径方向外側に、中心軸C方向の第一の側(図3において右方)に向かって凸となる凹曲面27が連続して形成されている。
図4は、上記コンプレッサーホイールのディスクの背面の形状の第二変形例を示す断面図である。
図4に示すように、ディスク22の背面22rは、ディスク22の中央部に、中心軸C方向の第二の側(図1、図2において右方)に向かって凸となる凸曲面25を備えている。
また、背面22rは、凸曲面25の径方向外側に連続し、中心軸C方向の第二の側(図4において右方)に向かって凸となり、凸曲面25とは異なる曲率で形成された外周凸曲面26を備えている。
図5は、上記コンプレッサーホイールのディスクの背面の形状の第三変形例を示す断面図である。
図5に示すように、ディスク22の背面22rは、ディスク22の中央部に、中心軸C方向の第二の側(図5において右方)に向かって凸となる凸曲面25を備えている。
また、背面22rは、凸曲面25の径方向外側に、凸曲面25の外周端部25sに連続して接線方向に延びるテーパ面29が形成されている。
この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、設計変更可能である。
例えば、ディスク22の背面22rの形状は、上記実施形態及び各変形例で例示した以外の形状とすることも可能である。例えば、凸曲面25は、一定の曲率で形成するのみならず、例えば、自由曲線で形成することも可能である。
さらに、背面22rにおいて、中央部の凸曲面25の径方向外側の形状については、上記実施形態及び各変形例で例示した以外の形状とすることも可能である。
2 タービンホイール
2w タービン翼
3 コンプレッサーホイール(インペラ)
4 回転軸
4a 第一端部
4b 第二端部
4d 段部
4n ネジ部
5A,5B 軸受
6 軸受ハウジング
7 ナット
10 コンプレッサーケーシング
11 ホイール入口流路
12 ホイール流路
12a 最外周部
13 ディフューザ
14 スクロール
16 軸受ハウジング
22 ディスク
22f ディスク面(表面)
22h 挿通孔
22r 背面
23 ブレード
24 接触平面
25 凸曲面
25c 位置
25s 外周端部
26 外周凸曲面
27 凹曲面
27c 位置
29 テーパ面
31 タービンハウジング
31a 開口部
32 取付金具
33 ガス導入部
34 スクロール流路
35 排気部
50 スラストカラー(カラー)
51 スペーサ
60a,60b 開口部
C 中心軸
P コンプレッサー
T タービン
Claims (7)
- 円盤状をなし、中心軸回りに回転可能に設けられたディスクと、
前記ディスクにおいて前記中心軸方向の第一の側を向く表面に、前記中心軸回りの周方向に間隔をあけて複数が設けられたブレードと、備え、
前記ディスクにおいて前記中心軸方向の第二の側を向く背面は、前記ディスクの中央部の少なくとも一部に、前記中心軸方向の第二の側に向かって凸となる凸曲面を備えているインペラ。 - 前記凸曲面の径方向外側に、前記中心軸方向の第二の側に向かって凸となり、前記凸曲面とは異なる曲率で形成された外周凸曲面が連続して形成されている請求項1に記載のインペラ。
- 前記凸曲面の径方向外側に、前記中心軸方向の第二の側に向かって凹となる凹曲面が連続して形成されている、
請求項1に記載のインペラ。 - 前記凸曲面の径方向外側に、前記凸曲面の外周端部に連続して接線方向に延びるテーパ面が形成されている、
請求項1に記載のインペラ。 - 中心軸に沿って延びる回転軸と、
前記回転軸に設けられた請求項1から4の何れか一項に記載のインペラと、
前記回転軸に設けられ、前記インペラの前記背面の前記凸曲面に突き当たるカラーと、を備える回転機械。 - 中心軸に沿って延びる回転軸と、
前記回転軸の第一端部側に設けられたタービンホイールと、
前記回転軸の第二端部側に設けられ、請求項1から4の何れか一項に記載のインペラからなるコンプレッサーホイールと、
を備えるターボチャージャー。 - 前記回転軸に設けられ、前記インペラの前記背面の前記凸曲面に突き当たるカラーをさらに備える、
請求項6に記載のターボチャージャー。
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