WO2017203917A1 - 回転体、および、過給機 - Google Patents

回転体、および、過給機 Download PDF

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WO2017203917A1
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shaft
impeller
main body
recess
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亮太 崎坂
高広 小林
真一 金田
謙治 文野
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株式会社Ihi
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    • F05D2260/94—Functionality given by mechanical stress related aspects such as low cycle fatigue [LCF] of high cycle fatigue [HCF]
    • F05D2260/941—Functionality given by mechanical stress related aspects such as low cycle fatigue [LCF] of high cycle fatigue [HCF] particularly aimed at mechanical or thermal stress reduction

Definitions

  • This disclosure relates to a rotating body including a shaft and an impeller, and a supercharger.
  • a turbocharger in which a shaft is rotatably supported by a bearing housing is known.
  • a turbine impeller is provided at one end of the shaft.
  • a compressor impeller is provided at the other end of the shaft. Connect these turbochargers to the engine.
  • the turbine impeller is rotated by the exhaust gas discharged from the engine.
  • the rotation of the turbine impeller causes the compressor impeller to rotate through the shaft.
  • the supercharger compresses air and sends it to the engine as the compressor impeller rotates.
  • Patent Document 1 describes a welded structure of an impeller and a shaft. Specifically, an insertion part formed at the tip of the shaft is inserted into a recess provided on the back surface of the impeller. Moreover, the welding surface is formed in the site
  • the impeller has a larger outer diameter than the shaft.
  • the centrifugal force acting on the impeller is greater than the centrifugal force acting on the shaft. Therefore, when the displacement difference between the impeller and the shaft due to the centrifugal force at the welded portion increases, the stress tends to concentrate.
  • a space recessed in the axial direction is formed in the insertion portion of the shaft, and the rigidity of the welded portion of the shaft is lowered.
  • the shaft easily follows the displacement of the impeller, and an increase in the displacement difference between the impeller and the shaft is suppressed.
  • further relaxation of stress concentration on the welded portion of the shaft and the impeller is required.
  • An object of the present disclosure is to provide a rotating body and a supercharger that can relieve stress concentration at a welded portion of a shaft and an impeller.
  • a rotating body is provided on the inner side in the radial direction from the surface to be welded of the main body, the surface to be welded provided on the back surface of the main body,
  • An impeller having a recessed portion that is recessed from the surface to be welded, a reinforcing portion that is provided radially inward from the recessed portion of the main body portion and protrudes from the bottom surface of the recessed portion, and a welding surface that is welded to the welded surface;
  • a shaft that is provided radially inward from the welding surface has a protruding portion that protrudes toward the impeller side from the welding surface and is inserted into the recessed portion, and a shaft into which the tip of the reinforcing portion is inserted radially inward from the protruding portion; .
  • the surface to be welded may protrude from the outermost peripheral portion located on the outermost radial direction of the main body portion.
  • the recess and the protrusion may be formed in an annular shape.
  • the reinforcing part may have a protruding height higher than the surface to be welded.
  • the protruding portion may be formed continuously with the welding surface, and the radially outer surface may abut against the inner wall surface of the recessed portion.
  • a supercharger includes the rotating body.
  • FIG.3 (a) is a IIIa arrow directional view of the shaft in FIG.3 (b).
  • FIG. 3B is an extraction diagram of a cross-sectional structure including the central axis of the shaft at a broken line IIIb portion in FIG. It is the extraction figure which expanded the broken-line part of FIG.3 (b).
  • Fig.5 (a) is a Va arrow view of the shaft in FIG.5 (b).
  • FIG. 5B is a cross section of a portion corresponding to FIG. 3B in the first modification.
  • Fig.6 (a) is a VIa arrow directional view of the shaft in FIG.6 (b).
  • FIG. 6B is a cross section of a portion corresponding to FIG. 3B in the second modification.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of the supercharger C.
  • the supercharger C includes a supercharger main body 1.
  • the supercharger main body 1 includes a bearing housing 2.
  • a turbine housing 4 is attached to the left end surface of the bearing housing 2 by fastening bolts 3.
  • a compressor housing 6 is attached to one end face on the right side of the bearing housing 2 by a fastening bolt 5.
  • the bearing housing 2 has a bearing hole 2a.
  • the bearing hole 2a penetrates the supercharger C in the left-right direction.
  • a radial bearing 7 (a full floating bearing is shown in FIG. 1 as an example in the present embodiment) is provided in the bearing hole 2a.
  • a shaft 8 is rotatably supported by the radial bearing 7.
  • a turbine impeller 9 (impeller) is provided at the left end of the shaft 8.
  • a turbine impeller 9 is rotatably accommodated in the turbine housing 4.
  • a compressor impeller 10 is provided at the right end of the shaft 8.
  • a compressor impeller 10 is rotatably accommodated in the compressor housing 6.
  • the compressor housing 6 has an intake port 11 formed therein.
  • the intake port 11 opens on the right side of the supercharger C.
  • the intake port 11 is connected to an air cleaner (not shown).
  • the diffuser flow path 12 is formed.
  • the diffuser flow path 12 is formed by facing surfaces of the bearing housing 2 and the compressor housing 6.
  • the diffuser flow path 12 pressurizes air.
  • the diffuser flow path 12 is formed in an annular shape from the radially inner side to the outer side of the shaft 8.
  • the diffuser flow path 12 communicates with the intake port 11 via the compressor impeller 10 on the radially inner side of the shaft 8.
  • the compressor housing 6 is provided with a compressor scroll passage 13.
  • the compressor scroll channel 13 is annular.
  • the compressor scroll flow path 13 is located on the outer side in the radial direction of the shaft 8 than the diffuser flow path 12.
  • the compressor scroll passage 13 communicates with an intake port of an engine (not shown).
  • the compressor scroll channel 13 also communicates with the diffuser channel 12. Therefore, when the compressor impeller 10 rotates, air is taken into the compressor housing 6 from the intake port 11. The sucked air is accelerated by the action of centrifugal force in the process of flowing between the blades of the compressor impeller 10. The increased air is boosted in the diffuser flow path 12 and the compressor scroll flow path 13 and is guided to the intake port of the engine.
  • a discharge port 14 is formed in the turbine housing 4.
  • the discharge port 14 opens on the left side of the supercharger C.
  • the discharge port 14 is connected to an exhaust gas purification device (not shown).
  • the turbine housing 4 is provided with a flow path 15 and a turbine scroll flow path 16.
  • the turbine scroll channel 16 is annular.
  • the turbine scroll passage 16 is located on the radially outer side of the turbine impeller 9 with respect to the passage 15.
  • the turbine scroll passage 16 communicates with a gas inlet (not shown). Exhaust gas discharged from an exhaust manifold (not shown) of the engine is guided to the gas inlet.
  • the turbine scroll flow path 16 also communicates with the flow path 15.
  • the exhaust gas guided from the gas inlet to the turbine scroll passage 16 is guided to the discharge port 14 via the passage 15 and the blades of the turbine impeller 9 (between a plurality of blades 22 described later).
  • the air guided to the discharge port 14 rotates the turbine impeller 9 in the flow process.
  • Rotational force of the turbine impeller 9 is transmitted to the compressor impeller 10 through the shaft 8. As described above, the air is boosted by the rotational force of the compressor impeller 10 and guided to the intake port of the engine.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the turbine shaft 20 (rotary body).
  • the turbine shaft 20 includes a shaft 8 and, for example, a radial turbine impeller 9.
  • the main body portion 21 (hub portion) of the turbine impeller 9 extends in the direction of the rotation axis of the turbine shaft 20 (hereinafter simply referred to as the rotation axis direction) from the left side (one side) to the right side (the other side) in FIG. Expand the diameter.
  • the main-body part 21 has the outer peripheral surface 21a facing one side of the rotating shaft direction.
  • the main body 21 faces the back surface 21b on the other side in the rotation axis direction.
  • the outer peripheral surface 21a and the rear surface 21b have, for example, a circular shape when viewed in the direction of the rotation axis.
  • the outer peripheral surface 21a of the main body 21 has an outer diameter that gradually increases toward the other side in the rotation axis direction.
  • a plurality of blades 22 are provided on the outer peripheral surface 21a.
  • the plurality of blades 22 are separated in the circumferential direction of the outer peripheral surface 21a.
  • the plurality of blades 22 protrude in the radial direction from the outer peripheral surface 21a.
  • the back surface 21b of the main body 21 has a radially inner side protruding in the rotation axis direction.
  • a radially inner portion of the rear surface 21b protrudes toward the shaft 8 (compressor impeller 10 side, right side in FIG. 2) from the position where the turbine impeller 9 (blade 22) extends in the axial direction.
  • the turbine impeller 9 is located on the right side of the outermost peripheral portion 21c (the portion with the largest outer diameter of the main body portion 21) located on the outermost radial direction. Protruding.
  • the shaft 8 is welded to the protruding portion of the back surface 21b of the main body 21. Thus, the shaft 8 is joined to the back surface 21b of the main body 21 of the turbine impeller 9.
  • FIG. 3A is a view taken along the arrow IIIa of the shaft 8 in FIG.
  • FIG. 3B is an extraction diagram of a cross-sectional structure including the central axis of the shaft 8 at the broken line IIIb portion of FIG.
  • a welded surface 23 is formed on the back surface 21 b of the main body 21 of the turbine impeller 9.
  • the welded surface 23 is annular.
  • the welded surface 23 is welded to the shaft 8.
  • the surface 23 to be welded protrudes in the direction of the rotation axis (on the right side in FIGS. 2 and 3B) from the outermost peripheral portion 21c (see FIG. 2) of the main body 21.
  • the main body portion 21 and the blades 22 extend radially outward to the radially outer side of the portion where the outer diameter of the main body portion 21 is the largest (in the example of the radial turbine impeller shown in FIG. 2, approximately the same position as the outermost peripheral portion 21c). It is extended. Centrifugal force that acts during operation (when the turbine shaft 20 rotates) increases. Therefore, the position of the welded portion between the shaft 8 and the turbine impeller 9 is shifted from the maximum diameter portion (maximum outer peripheral portion 21c) of the main body portion 21 in the rotation axis direction (compressor impeller 10 side). In this case, the displacement due to the centrifugal force of the welded portion of the turbine impeller 9 is suppressed. This makes it possible to reduce stress concentration.
  • a recessed portion 24 and a reinforcing portion 25 are provided on the radially inner side of the welded surface 23.
  • the recess 24 is recessed in the rotation axis direction from the surface 23 to be welded.
  • the recessed portion 24 is formed in an annular shape like the welded surface 23.
  • the reinforcing portion 25 is a portion of the main body portion 21 that is radially inward from the recessed portion 24.
  • the reinforcing portion 25 protrudes in the axial direction from the bottom surface 24 a of the recessed portion 24.
  • the tip surface 25a (tip) of the reinforcing portion 25 has the same position in the rotation axis direction as the surface to be welded 23.
  • annular groove (recessed portion 24) is formed on the tip surface 26 of the portion of the rear surface 21 b of the turbine impeller 9 protruding in the rotation axis direction, so that the welded surface 23 and the reinforcing portion 25 are formed. It can be formed easily.
  • the shaft 8 is provided with a welding surface 27.
  • the welding surface 27 faces the welding surface 23 of the turbine impeller 9 in the direction of the rotation axis. As shown in FIG. 3A, the welding surface 27 is formed in an annular shape like the welding surface 23.
  • a protruding portion 28 is provided on the welding surface 27 of the shaft 8.
  • the protrusion 28 protrudes in the direction of the rotation axis.
  • the protrusion 28 is continuously formed on the radially inner side of the welding surface 27.
  • the protruding portion 28 protrudes from the welding surface 27 toward the turbine impeller 9 in the rotation axis direction.
  • the protruding portion 28 is formed in an annular shape, similar to the recessed portion 24 of the turbine impeller 9.
  • a space 29 is formed on the radially inner side of the protruding portion 28.
  • the space 29 is formed in a portion that is recessed in the rotation axis direction from the tip surface 28 c of the protrusion 28.
  • the space 29 is constituted by a hole in the shaft 8 that is recessed from the welding surface 27 in the rotation axis direction, for example.
  • the protrusion part 28 is inserted in the hollow part 24 of the turbine impeller 9.
  • a front end surface 25 a of the reinforcing portion 25 is inserted into the space 29.
  • the outer peripheral surface 28 a (radially outer surface) of the protruding portion 28 is fitted into the radially outer inner wall surface 24 b of the recessed portion 24.
  • the inner peripheral surface 28 b of the projecting portion 28 is slightly separated from the outer peripheral surface 25 b of the reinforcing portion 25 of the turbine impeller 9 in the radial direction.
  • the protrusion height of the protrusion 28 (the distance between the tip surface 28c of the protrusion 28 and the welding surface 27) is the depth of the recess 24 (the distance between the bottom surface 24a of the recess 24 and the surface 23 to be welded). Shorter than. For this reason, when the protruding portion 28 is inserted into the recessed portion 24, the welding surface 27 and the welded surface 23 come into contact with each other in a state where the front end surface 28 c of the protruding portion 28 is separated from the bottom surface 24 a of the recessed portion 24.
  • the shaft 8 and the turbine impeller 9 are positioned in the rotational axis direction by the welding surface 27 of the shaft 8 and the welded surface 23 of the turbine impeller 9.
  • the outer peripheral side of the welding surface 27 and the welded surface 23 is exposed.
  • the welding surface 27 and the welded surface 23 are irradiated with an electron beam or a laser beam from the outer peripheral side in the circumferential direction.
  • the welding surface 27 and the welded surface 23 are welded.
  • FIG. 4 is an extraction diagram enlarging the broken line portion of FIG.
  • the welded portion between the welding surface 27 of the shaft 8 and the welded surface 23 of the turbine impeller 9 is indicated by cross hatching.
  • the displacement due to the centrifugal stress acting on the main body 21 of the turbine impeller 9 at the welded portion is the displacement due to the centrifugal stress acting on the shaft 8 ( It is larger than (indicated by a white arrow b in FIG. 4).
  • the material of the turbine impeller 9 may be Ni-based superalloy such as Inconel material
  • the material of the shaft 8 may be high strength carbon steel such as chrome molybdenum steel.
  • the insertion portion of the shaft 8 to be inserted into the main body portion 21 of the turbine impeller 9 has a cylindrical shape.
  • the rigidity of the insertion site of the shaft 8 is increased. Due to the centrifugal force acting on the shaft 8, the amount of displacement of the portion corresponding to the outer peripheral surface 28 a of the projecting portion 28 in the upward direction (radial direction) in FIG. 4 becomes small.
  • the insertion site of the shaft 8 is an annular protrusion 28.
  • the rigidity of the insertion portion of the shaft 8 is low.
  • the rigidity of the main body 21 of the turbine impeller 9 is increased by inserting the reinforcing portion 25 into the space 29. For this reason, the amount of displacement to the upper side (radial direction) in FIG. 4 due to the centrifugal force acting on the turbine impeller 9 on the inner wall surface 24b of the recess 24 can be reduced. From this, the displacement difference between the projecting portion 28 and the recessed portion 24 is suppressed. It is possible to reduce stress concentration.
  • FIG. 5A is a view taken along the arrow Va of the shaft 8 in FIG.
  • FIG. 5B is a cross section of a portion corresponding to FIG. 3B in the first modification.
  • the tip surface 35 a (tip) of the reinforcing portion 35 is on the right side (space 29 side) in FIG. It protrudes.
  • the rigidity of the main body 31 of the turbine impeller 9 can be further increased by causing the reinforcing portion 35 to protrude from the welded surface 33. Therefore, the displacement difference between the protrusion 28 and the recess 24 is suppressed. It is possible to further reduce the stress concentration.
  • FIG. 6 (a) is a view taken along the arrow VIa of the shaft 8 in FIG. 6 (b).
  • FIG. 6B is a cross section of a portion corresponding to FIG. 3B in the second modification.
  • the protrusion 48 has a generally rectangular shape when viewed from the direction of the rotation axis.
  • two protrusions 48 are provided on the axis object with the central axis O of the shaft 8 interposed therebetween.
  • the recess 44 of the turbine impeller 9 has a generally rectangular shape when viewed from the direction of the rotation axis, like the protrusion 48.
  • Two hollow portions 44 are provided at positions facing the projecting portion 48 across the rotation axis center of the turbine impeller 9.
  • Two protrusions 48 are inserted into the two depressions 44, respectively.
  • the reinforcing portion 45 is formed between the two recessed portions 44 in the main body portion 41 of the turbine impeller 9.
  • the tip surface 45a (tip) of the reinforcing portion 45 is located on the left side in FIG. 6B from the surface 23 to be welded (the projection height in the rotation axis direction is low).
  • the welding surface 47 of the shaft 8 is formed on the outer peripheral side of the base end surface 48a.
  • the proximal end surface 48 a is a proximal end surface of the shaft 8 on which the protruding portion 48 stands.
  • the protrusion 48 is continuously formed on the radially inner side of the welding surface 47.
  • the radially outer surface 48 b fits into the inner wall 44 a of the recess 44.
  • the space 49 is formed so as to include a space between the two protruding portions 48 in the base end surface 48a.
  • the front end surface 45a of the reinforcing portion 45 is separated from the base end surface 48a of the shaft 8 in the rotation axis direction.
  • the shape of the reinforcing portion 45 is arbitrary as long as it is a region excluding a portion facing the two projecting portions 48 in a region on the radially inner side of the welding surface 47 (inside the dotted line in FIG. 6A). May be set.
  • a rectangular reinforcing portion 45 can be provided between the two protruding portions 48.
  • the protrusion 48 and the recess 44 are formed in a rectangular shape, the displacement difference between the protrusion 48 and the recess 44 is suppressed as in the above-described embodiment and the first modification. It is possible to reduce stress concentration.
  • the welded surfaces 23 and 33 protrude in the rotation axis direction from the outermost peripheral portion 21c has been described.
  • the to-be-welded surfaces 23 and 33 may overlap with the outermost peripheral portion 21c and the position in the rotation axis direction.
  • the recess 24 and the protrusion 28 are formed in an annular shape.
  • the recess 24 and the protrusion 28 facilitate positioning so that the central axes of the shaft 8 and the turbine impeller 9 are coaxial. Therefore, it becomes possible to improve workability compared with the case where the same positioning is performed on the apparatus side that holds the shaft 8 and the turbine impeller 9.
  • the recessed part 44 and the protrusion part 48 may be a shape which is not cyclic
  • the reinforcing portions 25 and 35 have a protruding height equal to or higher than the welded surfaces 23 and 33.
  • the reinforcing portions 25 and 35 are formed so as to have a protruding height equal to or higher than the welded surfaces 23 and 33, the rigidity of the main body portions 21 and 31 of the turbine impeller 9 is increased. It is possible to suppress the difference in displacement between the protruding portion 28 and the recessed portion 24 and further reduce the stress concentration.
  • the protruding portions of the reinforcing portions 25 and 35 may be lower than the welded surfaces 23 and 33.
  • the positioning may be performed by the inner peripheral surface 28b of the protruding portion 28 and the radially inner surface of the protruding portion 48 so that the central axes of the shaft 8 and the turbine impeller 9 are coaxial.
  • the fitting relationship between the protruding portion 28 and the protruding portion 48 may be any of clearance fit, interference fit, and intermediate fit.
  • the clearance S (see FIG. 4) between the protrusions 28 and 48 and the recesses 24 and 44 is formed. It can be narrowed (or made 0 (zero)). As a result, it becomes difficult for molten metal to enter the gap S during welding. It becomes possible to improve welding quality.
  • the turbine impeller 9 is a radial type.
  • the turbine impeller 9 may be a mixed flow type or an axial flow type.
  • the outer peripheral surface 21a and the rear surface 21b of the turbine impeller 9 have a circular outer diameter when viewed in the axial direction.
  • the shape of the turbine impeller 9 is not limited to this.
  • the back surface 21 does not have to be circular (full disk).
  • Notches (scallops) may be provided between the plurality of blades 22 in the back surface 21b.
  • the turbine shaft 20 provided in the supercharger C as a rotating body has been described as an example. However, it may be a rotating body provided with at least a shaft and an impeller.
  • the rotating body may be provided in another turbine or compressor such as a gas turbine or a general-purpose compressor, for example.
  • the present disclosure can be used for a rotating body including a shaft and an impeller, and a supercharger.

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Abstract

回転体は、本体部２１と、本体部２１の背面２１ｂに設けられる被溶接面２３と、本体部２１のうち被溶接面２３より径方向内側に設けられ、被溶接面２３より窪んだ窪み部２４と、本体部２１のうち窪み部２４より径方向内側に設けられ、窪み部２４の底面２４ａより突出する補強部２５とを有するインペラと、被溶接面２３に溶接される溶接面２７と、溶接面２７より径方向内側に設けられ、溶接面２７よりインペラ側に向けて突出して窪み部２４に挿入される突出部２８とを有し、突出部２８より径方向内側に補強部２５の先端が挿入されるシャフト８と、を備える。

Description

回転体、および、過給機
　本開示は、シャフトとインペラを備える回転体、および、過給機に関する。
　従来、シャフトが、ベアリングハウジングに回転自在に軸支された過給機が知られている。シャフトの一端には、タービンインペラが設けられる。シャフトの他端には、コンプレッサインペラが設けられる。こうした過給機をエンジンに接続する。エンジンから排出される排気ガスによってタービンインペラが回転する。タービンインペラの回転によって、シャフトを介してコンプレッサインペラが回転する。こうして、過給機は、コンプレッサインペラの回転に伴い空気を圧縮してエンジンに送出する。
　特許文献１には、インペラとシャフトの溶接構造が記載されている。具体的には、インペラの背面に設けられた窪み部に、シャフトの先端に形成された挿入部が挿入されている。また、シャフトのうち、挿入部の基端側では、窪み部より径方向外側に突出する部位に溶接面が形成されている。このシャフトの溶接面が、インペラの背面と軸方向に当接する。溶接面は、電子ビームで溶接される。
特開２０１３－１９４５２８号公報
　ところで、インペラはシャフトより外径が大きい。インペラに作用する遠心力は、シャフトに作用する遠心力よりも大きくなる。そのため、溶接部分での遠心力に伴うインペラとシャフトとの変位差が大きくなると、応力が集中する傾向となる。例えば、特許文献１の構成では、シャフトの挿入部に、軸方向に窪んだ空間が形成されており、シャフトの溶接部分の剛性が下げられる。インペラの変位にシャフトが追従し易くなり、インペラとシャフトとの変位差の増大が抑制される。しかし、今後、シャフトの回転数の高速化などの要求に応じるためには、シャフトとインペラの溶接部分への応力集中のさらなる緩和が必要となる。
　本開示の目的は、シャフトとインペラの溶接部分の応力集中を緩和することが可能な回転体、および、過給機を提供することである。
　上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る回転体は、本体部と、本体部の背面に設けられる被溶接面と、本体部のうち被溶接面より径方向内側に設けられ、被溶接面より窪んだ窪み部と、本体部のうち窪み部より径方向内側に設けられ、窪み部の底面より突出する補強部とを有するインペラと、被溶接面に溶接される溶接面と、溶接面より径方向内側に設けられ、溶接面よりインペラ側に向けて突出して窪み部に挿入される突出部とを有し、突出部より径方向内側に補強部の先端が挿入されるシャフトと、を備える。
　被溶接面は、本体部のうち、最も径方向外側に位置する最外周部より突出してもよい。
　窪み部および突出部は、環状に形成されてもよい。
　補強部は、被溶接面以上の突出高さであってもよい。
　突出部は、溶接面に連続して形成され、径方向外側の面が窪み部の内壁面に当接してもよい。
　上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る過給機は、上記回転体を備えることを特徴とする。
　本開示によれば、シャフトとインペラの溶接部分の応力集中を緩和することが可能となる。
過給機の概略断面図である。 タービン軸を説明するための説明図である。 図３（ａ）は、図３（ｂ）におけるシャフトのＩＩＩａ矢視図である。図３（ｂ）は、図２の破線ＩＩＩｂ部分におけるシャフトの中心軸を含む断面構造の抽出図である。 図３（ｂ）の破線部分を拡大した抽出図である。 図５（ａ）は、図５（ｂ）におけるシャフトのＶａ矢視図である。図５（ｂ）は、第１変形例における図３（ｂ）に対応する部位の断面である。 図６（ａ）は、図６（ｂ）におけるシャフトのＶＩａ矢視図である。図６（ｂ）は、第２変形例における図３（ｂ）に対応する部位の断面である。
　以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
　図１は、過給機Ｃの概略断面図である。以下では、図１に示す矢印Ｌ方向を過給機Ｃの左側として説明する。図１に示す矢印Ｒ方向を過給機Ｃの右側として説明する。図１に示すように、過給機Ｃは、過給機本体１を備える。過給機本体１は、ベアリングハウジング２を備える。ベアリングハウジング２の左側の一端面には、締結ボルト３によってタービンハウジング４が取り付けられる。ベアリングハウジング２の右側の一端面には、締結ボルト５によってコンプレッサハウジング６が取り付けられる。
　ベアリングハウジング２には、軸受孔２ａが形成されている。軸受孔２ａは、過給機Ｃの左右方向に貫通する。軸受孔２ａにはラジアル軸受７（本実施形態では一例として、フルフローティング軸受を図１に示す）が設けられる。ラジアル軸受７によって、シャフト８が回転自在に軸支されている。シャフト８の左端部にはタービンインペラ９（インペラ）が設けられる。タービンインペラ９がタービンハウジング４内に回転自在に収容されている。また、シャフト８の右端部にはコンプレッサインペラ１０が設けられる。コンプレッサインペラ１０がコンプレッサハウジング６内に回転自在に収容されている。
　コンプレッサハウジング６には、吸気口１１が形成されている。吸気口１１は、過給機Ｃの右側に開口する。吸気口１１は、不図示のエアクリーナに接続される。また、締結ボルト５によってベアリングハウジング２とコンプレッサハウジング６が連結された状態では、ディフューザ流路１２が形成される。ディフューザ流路１２は、ベアリングハウジング２とコンプレッサハウジング６の対向面によって形成される。ディフューザ流路１２は、空気を昇圧する。ディフューザ流路１２は、シャフト８の径方向内側から外側に向けて環状に形成されている。ディフューザ流路１２は、シャフト８の径方向内側において、コンプレッサインペラ１０を介して吸気口１１に連通している。
　また、コンプレッサハウジング６には、コンプレッサスクロール流路１３が設けられている。コンプレッサスクロール流路１３は環状である。コンプレッサスクロール流路１３は、ディフューザ流路１２よりもシャフト８の径方向外側に位置する。コンプレッサスクロール流路１３は、不図示のエンジンの吸気口と連通する。コンプレッサスクロール流路１３は、ディフューザ流路１２にも連通している。したがって、コンプレッサインペラ１０が回転すると、吸気口１１からコンプレッサハウジング６内に空気が吸気される。吸気された空気は、コンプレッサインペラ１０の翼間を流通する過程において遠心力の作用により増速される。増速された空気は、ディフューザ流路１２およびコンプレッサスクロール流路１３で昇圧されてエンジンの吸気口に導かれる。
　タービンハウジング４には、吐出口１４が形成されている。吐出口１４は、過給機Ｃの左側に開口する。吐出口１４は、不図示の排気ガス浄化装置に接続される。また、タービンハウジング４には、流路１５と、タービンスクロール流路１６とが設けられている。タービンスクロール流路１６は環状である。タービンスクロール流路１６は、流路１５よりもタービンインペラ９の径方向外側に位置する。タービンスクロール流路１６は、不図示のガス流入口と連通する。ガス流入口は、不図示のエンジンの排気マニホールドから排出される排気ガスが導かれる。タービンスクロール流路１６は、流路１５にも連通している。したがって、ガス流入口からタービンスクロール流路１６に導かれた排気ガスは、流路１５およびタービンインペラ９の翼間（後述する複数の羽根２２の間）を介して吐出口１４に導かれる。吐出口１４に導かれる空気は、その流通過程においてタービンインペラ９を回転させる。
　そして、上記のタービンインペラ９の回転力は、シャフト８を介してコンプレッサインペラ１０に伝達される。上記の通り、空気は、コンプレッサインペラ１０の回転力によって、昇圧されてエンジンの吸気口に導かれる。
　図２は、タービン軸２０（回転体）を説明するための説明図である。図２に示すように、タービン軸２０は、シャフト８と、例えばラジアル式のタービンインペラ９とで構成される。タービンインペラ９の本体部２１（ハブ部）は、タービン軸２０の回転軸方向（以下、単に回転軸方向と称す）に、図２中、左側（一方側）から右側（他方側）に向かって拡径する。
　そして、本体部２１は、回転軸方向の一方側に外周面２１ａを臨ませている。本体部２１は、回転軸方向の他方側に背面２１ｂを臨ませている。外周面２１ａおよび背面２１ｂは、回転軸方向に見たときの外形が例えば円形である。本体部２１の外周面２１ａは、回転軸方向の他方側に向かって徐々に外径が大きくなっている。
　外周面２１ａには、複数の羽根２２が設けられている。複数の羽根２２は、外周面２１ａの周方向に離隔している。複数の羽根２２は、外周面２１ａから径方向に突出している。
　また、本体部２１の背面２１ｂは、径方向内側が回転軸方向に突出している。背面２１ｂの径方向内側の部位は、タービンインペラ９（羽根２２）が軸方向に延在する位置よりもシャフト８側（コンプレッサインペラ１０側、図２中、右側）に突出している。例えば、ラジアル式タービンインペラの場合、図２に示すように、タービンインペラ９のうち、最も径方向外側に位置する最外周部２１ｃ（本体部２１の外径が最も大きくなる部分）よりも、右側に突出している。
　そして、本体部２１の背面２１ｂのうち、この突出部分にシャフト８が溶接されている。このように、シャフト８は、タービンインペラ９の本体部２１の背面２１ｂに接合される。
　図３（ａ）は、図３（ｂ）におけるシャフト８のＩＩＩａ矢視図である。図３（ｂ）は、図２の破線ＩＩＩｂ部分におけるシャフト８の中心軸を含む断面構造の抽出図である。
　図３（ｂ）に示すように、タービンインペラ９の本体部２１における背面２１ｂには、被溶接面２３が形成されている。被溶接面２３は環状である。被溶接面２３は、シャフト８に溶接される。被溶接面２３は、上記の本体部２１の最外周部２１ｃ（図２参照）よりも、回転軸方向に（図２、図３（ｂ）中、右側に）突出している。
　本体部２１の外径が最も大きくなる部分（図２に示すラジアル式タービンインペラの一例では最外周部２１ｃと概ね同じ位置）の径方向内側には、径方向外側まで本体部２１や羽根２２が延在している。運転時（タービン軸２０の回転時）に作用する遠心力が大きくなる。そのため、シャフト８とタービンインペラ９との溶接部分の位置を、本体部２１の最大径部分（最大外周部２１ｃ）から回転軸方向（コンプレッサインペラ１０側）にずらしている。この場合、タービンインペラ９の溶接部分の遠心力による変位が抑えられる。このことによって応力集中を緩和することが可能となる。
　また、被溶接面２３の径方向内側には、窪み部２４および補強部２５が設けられている。窪み部２４は、被溶接面２３より回転軸方向に窪んでいる。窪み部２４は、被溶接面２３と同様、環状に形成される。
　補強部２５は、本体部２１のうち、窪み部２４より径方向内側の部位である。補強部２５は、窪み部２４の底面２４ａよりも軸方向に突出する。補強部２５の先端面２５ａ（先端）は、被溶接面２３と回転軸方向の位置が等しい。
　この場合、例えば、タービンインペラ９の背面２１ｂのうち、回転軸方向に突出した部位の先端面２６に、環状の溝（窪み部２４）を形成することで、被溶接面２３と補強部２５を容易に形成することができる。
　一方、シャフト８には、溶接面２７が設けられている。溶接面２７は、タービンインペラ９の被溶接面２３と回転軸方向に対向する。溶接面２７は、図３（ａ）に示すように、被溶接面２３と同様、環状に形成されている。
　シャフト８の溶接面２７には、突出部２８が設けられている。突出部２８は、回転軸方向に突出する。突出部２８は、溶接面２７の径方向内側に連続して形成されている。突出部２８は、溶接面２７よりタービンインペラ９に向けて回転軸方向に突出している。
　突出部２８は、図３（ａ）にクロスハッチングで示すように、タービンインペラ９の窪み部２４と同様、環状に形成されている。突出部２８の径方向内側には、空間２９が形成されている。空間２９は、突出部２８の先端面２８ｃより回転軸方向に窪んだ部位に形成される。ここでは、空間２９は、シャフト８のうち、例えば溶接面２７より回転軸方向に窪んだ穴で構成される。
　そして、突出部２８は、タービンインペラ９の窪み部２４に挿入される。補強部２５の先端面２５ａは、空間２９に挿入されている。また、突出部２８の外周面２８ａ（径方向外側の面）は、窪み部２４のうち、径方向外側の内壁面２４ｂに嵌合している。一方、突出部２８の内周面２８ｂは、タービンインペラ９の補強部２５の外周面２５ｂに対して、径方向に僅かに離隔している。
　このように、突出部２８の外周面２８ａと窪み部２４の内壁面２４ｂとが嵌合する。こうして、シャフト８とタービンインペラ９それぞれの中心軸が同軸になるように、位置決めがなされる。
　また、突出部２８の突出高さ（突出部２８の先端面２８ｃと、溶接面２７との距離）は、窪み部２４の深さ（窪み部２４の底面２４ａと被溶接面２３との距離）よりも短い。そのため、突出部２８を窪み部２４に挿入すると、突出部２８の先端面２８ｃが窪み部２４の底面２４ａから離隔した状態で、溶接面２７と被溶接面２３が当接する。
　このように、シャフト８の溶接面２７とタービンインペラ９の被溶接面２３によって、シャフト８とタービンインペラ９の回転軸方向の位置決めがなされる。
　溶接面２７および被溶接面２３は、外周側が露出している。溶接面２７および被溶接面２３に対して、外周側から周方向に亘って電子ビームやレーザ光が照射される。こうして、溶接面２７および被溶接面２３が溶接されている。
　図４は、図３（ｂ）の破線部分を拡大した抽出図である。図４中、シャフト８の溶接面２７とタービンインペラ９の被溶接面２３との溶接部分は、クロスハッチングで示される。タービン軸２０の回転時、溶接部分でのタービンインペラ９の本体部２１に作用する遠心応力による変位量（図４に白抜き矢印ａで示す）は、シャフト８に作用する遠心応力による変位量（図４に白抜き矢印ｂで示す）よりも大きい。ここで、例えば、タービンインペラ９の材質は、インコネル材などのＮｉ基超合金、シャフト８の材質は、クロムモリブデン鋼などの高強度炭素鋼などが考えられる。
　そのため、タービンインペラ９の本体部に作用する遠心力によって、シャフト８の突出部２８の外周面２８ａより、タービンインペラ９の窪み部２４の内壁面２４ｂの方が、図４中、上側に変位する変位量が大きくなる。図４に示すように、突出部２８の外周面２８ａと窪み部２４の内壁面２４ｂとが、径方向に離隔する方向に力が働く。溶接部分のうち、突出部２８の外周面２８ａ、および、窪み部２４の内壁面２４ｂの近傍（図４中、破線の丸で示す）に、応力が集中する。
　ここで、例えば、タービンインペラ９の本体部２１に挿入するシャフト８の挿入部位を円柱形状とする。この場合、シャフト８の挿入部位の剛性が高くなる。突出部２８の外周面２８ａに対応する部位が、シャフト８に作用する遠心力によって、図４中、上側（径方向）へ変位する変位量が小さくなる。本実施形態では、図３に示すように、シャフト８の挿入部位を環状の突出部２８とする。こうして、シャフト８の挿入部位の剛性が低くなっている。
　また、本実施形態では、空間２９に補強部２５を挿入することで、タービンインペラ９の本体部２１の剛性が高くなっている。このため、窪み部２４の内壁面２４ｂにおける、タービンインペラ９に作用する遠心力による、図４中、上側（径方向）への変位量を小さくすることができる。このことから、突出部２８と窪み部２４の変位差が抑制される。応力集中を緩和することが可能となる。
　図５（ａ）は、図５（ｂ）におけるシャフト８のＶａ矢視図である。図５（ｂ）は、第１変形例における図３（ｂ）に対応する部位の断面である。
　上述した実施形態では、補強部２５の先端面２５ａは、被溶接面２３と大凡面一となっている場合について説明した。第１変形例においては、図５（ｂ）に示すように、補強部３５の先端面３５ａ（先端）は、被溶接面３３よりも、図５（ｂ）中、右側（空間２９側）に突出している。
　この場合、補強部３５を被溶接面３３よりも突出させることで、タービンインペラ９の本体部３１の剛性をさらに高めることができる。そのため、突出部２８と窪み部２４の変位差が抑制される。応力集中をさらに緩和することが可能となる。
　図６（ａ）は、図６（ｂ）におけるシャフト８のＶＩａ矢視図である。図６（ｂ）は、第２変形例における図３（ｂ）に対応する部位の断面である。
　上述した実施形態および第１変形例では、窪み部２４および突出部２８は、環状に形成される場合について説明した。第２変形例においては、図６（ａ）に示すように、突出部４８は、回転軸方向から見たときに大凡矩形形状となっている。突出部４８は、シャフト８の中心軸Ｏを挟んで、一例として軸対象に２つ設けられている。
　また、タービンインペラ９の窪み部４４は、突出部４８と同様、回転軸方向から見たときに大凡矩形形状となっている。窪み部４４は、タービンインペラ９の回転軸中心を挟んで、突出部４８と対向する位置に２つ設けられている。２つの突出部４８が２つの窪み部４４にそれぞれ挿入されている。
　また、補強部４５は、タービンインペラ９の本体部４１のうち、２つの窪み部４４の間に形成される。補強部４５の先端面４５ａ（先端）は、被溶接面２３より、図６（ｂ）中、左側に位置する（回転軸方向の突出高さが低い）。
　また、シャフト８の溶接面４７は、基端面４８ａのうち、外周側に形成される。基端面４８ａは、シャフト８のうち、突出部４８が起立する基端面である。突出部４８は、溶接面４７の径方向内側に連続して形成される。突出部４８のうち、径方向外側の面４８ｂが、窪み部４４の内壁面４４ａに嵌合する。
　空間４９は、図６（ｂ）に示すように、基端面４８ａのうち、２つの突出部４８の間を含んで形成されている。補強部４５の先端面４５ａは、シャフト８の基端面４８ａから回転軸方向に離隔している。例えば、溶接面４７の径方向内側（図６（ａ）中、点線の内側）の領域のうち、２つの突出部４８に対向する部分を除いた領域であれば、補強部４５の形状を任意に設定してもよい。例えば、２つの突出部４８の間に矩形形状の補強部４５を設けることができる。
　このように、突出部４８および窪み部４４は、矩形形状に形成しても、上述した実施形態および第１変形例と同様、突出部４８と窪み部４４の変位差が抑制される。応力集中を緩和することが可能となる。
　以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記の実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
　例えば、上述した実施形態および変形例では、被溶接面２３、３３は、最外周部２１ｃより、回転軸方向に突出している場合について説明した。ただし、被溶接面２３、３３は、最外周部２１ｃと、回転軸方向の位置が重なってもよい。
　また、上述した実施形態および第１変形例では、窪み部２４および突出部２８は、環状に形成される場合について説明した。窪み部２４および突出部２８を環状に形成すると、窪み部２４および突出部２８によって、シャフト８とタービンインペラ９それぞれの中心軸が同軸になるように、位置決めが容易となる。そのため、シャフト８やタービンインペラ９を保持する装置側で同様の位置決めをする場合に比べ、作業性を向上することが可能となる。ただし、第２変形例のように、窪み部４４および突出部４８が、環状ではない形状であってもよい。
　また、上述した実施形態および第１変形例では、補強部２５、３５が、被溶接面２３、３３以上の突出高さである場合について説明した。補強部２５、３５が、被溶接面２３、３３以上の突出高さとなるように形成すると、タービンインペラ９の本体部２１、３１の剛性が高まる。突出部２８と窪み部２４の変位差を抑制し、応力集中をさらに緩和することが可能となる。ただし、補強部２５、３５は、被溶接面２３、３３よりも突出高さが低くてもよい。
　また、上述した実施形態および変形例では、突出部２８、４８は、溶接面２７、４７に連続して形成される場合について説明した。また、突出部２８の外周面２８ａ、および、突出部４８の径方向外側の面４８ｂが、窪み部２４の内壁面２４ｂ、および、窪み部４４の内壁面４４ａに嵌合する場合について説明した。すなわち、突出部２８の外周面２８ａ、および、突出部４８の径方向外側の面４８ｂによって、シャフト８とタービンインペラ９それぞれの中心軸が同軸になるように、位置決めがなされる場合について説明した。ただし、これに限られない。例えば、突出部２８の内周面２８ｂ、および、突出部４８の径方向内側の面によって、シャフト８とタービンインペラ９それぞれの中心軸が同軸になるように、位置決めがなされてもよい。また、突出部２８、および、突出部４８の嵌合関係は、すきまばめ、しまりばめ、中間ばめのいずれの関係であってもよい。
　突出部２８の外周面２８ａ、および、突出部４８の径方向外側の面４８ｂによって位置決めがなされる構成とすると、突出部２８、４８と窪み部２４、４４との隙間Ｓ（図４参照）を狭く（または、０（ゼロ）に）することができる。その結果、溶接時に溶融金属が隙間Ｓに入り込み難くなる。溶接品質を向上することが可能となる。
　また、上述した実施形態では、タービンインペラ９はラジアル式の場合について説明した。ただし、タービンインペラ９は、斜流式、または、軸流式であってもよい。
　また、上述した実施形態では、タービンインペラ９の外周面２１ａおよび背面２１ｂは、軸方向に見たときの外径が円形である場合について説明した。ただしタービンインペラ９の形状は、これに限られない。例えば、背面２１は、円形（フルディスク）ではなくてもよい。背面２１ｂのうち、複数の羽根２２の間に切欠き（スキャロップ）を設けてもよい。
　また、上述した実施形態および変形例では、回転体として過給機Ｃに設けられるタービン軸２０を例に挙げて説明した。ただし、少なくともシャフトとインペラを備える回転体であればよい。回転体は、例えば、ガスタービンや汎用圧縮機など他のタービンやコンプレッサに設けられてもよい。
　本開示は、シャフトとインペラを備える回転体、および、過給機に利用することができる。
Ｃ　過給機
８　シャフト
９　タービンインペラ（インペラ）
２１　本体部
２１ｂ　背面
２１ｃ　最外周部
２２　羽根
２３　被溶接面
２４　窪み部
２４ａ　底面
２４ｂ　内壁面
２５　補強部
２５ａ　先端面（先端）
２７　溶接面
２８　突出部
２８ａ　外周面（径方向外側の面）
３１　本体部
３３　被溶接面
３５　補強部
３５ａ　先端面（先端）
４１　本体部
４４　窪み部
４４ａ　内壁面
４５　補強部
４５ａ　先端面（先端）
４７　溶接面
４８　突出部
４８ｂ　径方向外側の面

Claims (6)

  1. 　本体部と、前記本体部の背面に設けられる被溶接面と、前記本体部のうち前記被溶接面より径方向内側に設けられ、前記被溶接面より窪んだ窪み部と、前記本体部のうち前記窪み部より径方向内側に設けられ、前記窪み部の底面より突出する補強部とを有するインペラと、
    　前記被溶接面に溶接される溶接面と、前記溶接面より径方向内側に設けられ、前記溶接面より前記インペラ側に向けて突出して前記窪み部に挿入される突出部とを有し、前記突出部より径方向内側に前記補強部の先端が挿入されるシャフトと、
    を備える回転体。
  2. 　前記被溶接面は、前記本体部のうち、最も径方向外側に位置する最外周部より突出している請求項１に記載の回転体。
  3. 　前記窪み部および前記突出部は、環状に形成される請求項１または２に記載の回転体。
  4. 　前記補強部は、前記被溶接面以上の突出高さである請求項１から３のいずれか１項に記載の回転体。
  5. 　前記突出部は、前記溶接面に連続して形成され、径方向外側の面が前記窪み部の内壁面に当接する請求項１から４のいずれか１項に記載の回転体。
  6. 　前記請求項１から５のいずれか１項に記載の回転体を備える過給機。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6204398B2 (ja) * 2015-03-23 2017-09-27 カルソニックカンセイ株式会社 タービンハウジング
WO2017078088A1 (ja) * 2015-11-06 2017-05-11 カルソニックカンセイ株式会社 タービンハウジング
CN112343857A (zh) * 2019-08-07 2021-02-09 维湃科技投资(中国)有限公司 涡轮增压器及一种组装涡轮增压器的方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63183201A (ja) * 1987-01-22 1988-07-28 Mitsubishi Electric Corp 遠心形圧縮機または遠心形タ−ビンのインペラの固定機構
JPH0521200U (ja) * 1991-09-02 1993-03-19 株式会社神戸製鋼所 遠心圧縮機用ロータ
JPH0552356U (ja) * 1991-12-17 1993-07-13 株式会社安川電機 ターボ機械のインペラ取付装置
JPH08226302A (ja) * 1995-12-15 1996-09-03 Mitsubishi Electric Corp 遠心形圧縮機または遠心形タ−ビンのインペラの固定機構
JP2009144633A (ja) * 2007-12-17 2009-07-02 Toyota Motor Corp タービン遮熱装置
US7748960B1 (en) * 2006-05-04 2010-07-06 Florida Turbine Technologies, Inc. Hub to shaft connection

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013194528A (ja) * 2012-03-16 2013-09-30 Ihi Corp 過給機

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63183201A (ja) * 1987-01-22 1988-07-28 Mitsubishi Electric Corp 遠心形圧縮機または遠心形タ−ビンのインペラの固定機構
JPH0521200U (ja) * 1991-09-02 1993-03-19 株式会社神戸製鋼所 遠心圧縮機用ロータ
JPH0552356U (ja) * 1991-12-17 1993-07-13 株式会社安川電機 ターボ機械のインペラ取付装置
JPH08226302A (ja) * 1995-12-15 1996-09-03 Mitsubishi Electric Corp 遠心形圧縮機または遠心形タ−ビンのインペラの固定機構
US7748960B1 (en) * 2006-05-04 2010-07-06 Florida Turbine Technologies, Inc. Hub to shaft connection
JP2009144633A (ja) * 2007-12-17 2009-07-02 Toyota Motor Corp タービン遮熱装置

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