JPH0352961Y2 - - Google Patents

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JPH0352961Y2
JPH0352961Y2 JP1984086631U JP8663184U JPH0352961Y2 JP H0352961 Y2 JPH0352961 Y2 JP H0352961Y2 JP 1984086631 U JP1984086631 U JP 1984086631U JP 8663184 U JP8663184 U JP 8663184U JP H0352961 Y2 JPH0352961 Y2 JP H0352961Y2
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/28Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/284Selection of ceramic materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/025Fixing blade carrying members on shafts
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は内燃機関のターボチヤージヤのタービ
ンホイールの構造に関する。
従来の技術 内燃機関のターボチヤージヤではタービンホイ
ールは排気ガスの高熱を受けるため熱的に極めて
苛酷な部分である。そこでインコネル等の耐熱性
金属で形成するのであるが金属である以上耐熱性
に限界がある。そこで最近耐熱性に秀れた材料で
あるセラミツクによつてタービンホイールを形成
することが提案されている。この場合、タービン
ホイールをシヤフト部まで含めて全体をセラミツ
クで形成することはセラミツクが本来脆い材料で
あることから信頼性の上で問題があり、またコス
トの点でも不利である。そこで、タービンホイー
ルをタービンホイール部と中空シヤフト部とに分
け、タービンホイール部のみをセラミツクで作
り、これを金属のシヤフト部に嵌合する構造をと
ることが提案されている(例えば特開昭第54−
42520号参照)。この公知特許ではセラミツクのタ
ービンホイール部より十分長い支軸を延ばし、こ
の支軸に金属製の中空シヤフトを焼きばめによつ
て嵌合している。この公知特許の構造では、金属
製の中空シヤフトとセラミツク製のタービンホイ
ールとの熱膨張率の差による、タービンホイール
の抜けや破損のおそれがある。即ち、排機ガスの
高温は熱伝導によつてタービンホイールと中空シ
ヤフトとの嵌合部に伝わつてくるが、金属である
中空シヤフトの熱膨張がセラミツクであるタービ
ンホイールより大きいため、実機作動状態におい
て中空シヤフトよりホイール背面を押すようなス
ラスト力が生じ、嵌合部にせん断力が発生し、こ
れがホイールの抜け又は破損の誘因となるのであ
る。
考案が解決しようとする問題点 熱膨張差を吸収する手段として、タービンホイ
ールシヤフトと中空シヤフトとの嵌合部および中
空シヤフトとタービンホイールとの対向端面間に
スリツトを形成することができる。(実開昭56−
150801号、特開昭59−208103号参照。) これらのスリツトは熱膨張した金属部を埋める
空間となるが、タービンホイールの軸部とホイー
ル部との間の接合部にはRが形成されており、熱
膨張したときこのR部を逃げるようにするため中
空シヤフトとタービンホイールとの対向端面間の
スリツトの大きさが過大となる問題点がある。
本考案はこの点を解消し、スリツトを最小限の
大きさとしつつ熱膨張を吸収可能とすることを目
的とする。
考案の構成 本考案によれば、セラミツク等の耐熱性材料で
作られたタービンホイールを、金属で作られた中
空シヤフトに嵌合連結し、該中空シヤフトをハウ
ジング側に軸受によつて軸支しているターボチヤ
ージヤのタービンホイール構造において、特徴と
するのは、タービンホイールは羽根部と該羽根部
より一体に延びる支軸部とより成り、支軸部は羽
根部より離れた箇所で直径が僅かに大きくなつて
いて中空シヤフトに嵌合され、該嵌合部より羽根
部側において中空シヤフトと支軸部との間に軸方
向の第1の〓間が形成され、この第1の〓間は、
内端が前記軸受のところまで延びており、他端は
中空シヤフトの端面と羽根部との間に形成される
第2の〓間のところまで延びており、かつ中空シ
ヤフトの端面内周部に切欠みが形成されることで
ある。
作 用 排気ガスの高熱が熱伝導によつて嵌合部に伝わ
り、熱膨張率が大きい中空シヤフトは、熱膨張率
の小さいセラミツクのホイールに対して軸方向に
伸びる。そのような伸びは、タービンホイールの
支軸部と中空シヤフトとの間の第1の〓間、及び
タービンホイールの羽根部と中空シヤフトの端面
との間の第2の〓間によつて許容される。そし
て、中空シヤフトの端面内周に切込みが形成され
ているため、熱膨張して場合に同切込みによりタ
ービンホイール羽根部根本のR部を逃げることが
できる。
実施例 以下実施例によつて本考案を説明すると、第2
図において、ターボチヤージヤはタービンハウジ
ング10を有し、このタービンハウジング10は
軸受けハウジング12に、フランジ同志10A,
12Aで連結帯13によつて相互に連結される。
14はタービンホイールであり、セラミツク等
の耐熱性材料で作られ、タービンハウジング10
内に配置される。16は中空シヤフトであり、一
端にタービンホイール14が後述の嵌合構造で取
付けられ、他端は、コンプレツサハウジング18
内のコンプレツサ20に連結される。シヤフト1
6は軸受22を介して軸受ハウジング12に支持
される。17はシールでありシヤフト16の外周
溝に嵌合される。
第1図において、タービンホイール14は羽根
部14aと羽根部14aより一体に延びる支軸部
14bとより成る。支軸部14bは中空シヤフト
16の一端に形成される開口16aに嵌合され
る。支軸部14bは羽根部14aから離れた端部
14b−1で中空シヤフト16に嵌合され、この
部分が嵌合部をなしている。即ち、この嵌合部は
しまりばめ、又はすきまばめでも良いが、適当な
嵌合代をもつている。この嵌合条件は、羽根部1
4aの側からの熱伝導による高熱を受けたとき、
金属製中空シヤフト16とセラミツク製ホイール
14との間における熱膨張差があつてもホイール
14が抜けないよう十分きつく、しかし脆性材料
であるセラミツクに過大な力が加われるほどにき
つくなく、これらのバランスで設定される。
このように支軸14bの端部14b−1のとこ
ろを径を大きくしているため、それよりタービン
羽根部14aの側において、内端が軸受22のと
ころまで延び、外端が中空シヤフト16と支軸1
4bとの間に軸方向に中空シヤフト16の端まで
延びる環状の第1の〓間S1が形成される。また、
中空シヤフト16の端面と羽根部14aとの間に
半径方向の環状の第2の〓間S2が形成される。
第3図は本考案の第1実施例の要部を示すもの
で中空シヤフトの端面内周に環状の切り込み16
bを形成している。一方、第4図は本考案の第2
実施例の要部を示すもので中空シヤフトの端面内
周に、第3図の環状切り込み16bの代わりに、
テーパ面状の切り込み16cを形成したものであ
る。これらの切込み16B,16Cはタービンホ
イール14の羽根部14aと軸部14bとの間の
接合部に応力集中の防止等のために形成されるR
部を熱膨張時に逃げるものであり、第1図のδを
タービンホイール羽根部14aの端面から計測す
ることができ、その結果必要なδの寸法を第1図
の実施例より小さくすることができる。
以上述べた本考案の構造において、金属製中空
シヤフト16の熱膨張率はセラミツク製のホイー
ル部14の熱膨張率より大きいため、実機作動中
に排気ガスがその伝導熱によつて中空シヤフト1
6はホイール14より大きく軸及び半径方向に伸
びる。そのような伸びは、中空シヤフト16とタ
ービンホイール支軸部14bとの間の軸方向〓間
S1及び中空シヤフト16の端面とタービンホイー
ル羽根部14aとの半径方向〓間S2によつて、自
由に許容される。そのため、タービンホイールの
支軸14の端部14b−1と中空シヤフト16と
の間の嵌合部に生ずるせん断力が軽減され、ホイ
ールの抜けや損傷の防止を図ることができる。
尚、第2の〓間S2の寸法δは、 δ=l1(1+α1T)−l2(1+α2T)で表わされ
る。ここに、l1,l2は〓間を零とした場合の温度
0℃での嵌合部からシヤフト端までの長さ、α1
シヤフトの熱膨張係数、α2はホイールの熱膨張係
数、Tは雰囲気温度である。熱膨張を吸収するた
めには如何なる場合もシヤフト16の端面がホイ
ール14に接触しないことが必要であり、そのた
めにはδ>0が成立することが条件であり、 l1(1+α1T)−l2(1+α2T)>0を満足しなけ
ればならない。第1図から、 l1−l2=δ であるから、 δ>l1α1T−l2α2T が成立することが必要である。例えばホイールを
Si3N4(窒化珪素)、シヤフトをSCM40として、l1
=l2=40mm、T=500℃とした場合(α1=12.2×
10-6/℃、α2=3.2×10-6/℃)となり、δ≧0.18
mmとすれば良いことになる。そして、この考案に
よればR部を逃げる切り欠み16b,16cを形
成しているのでシヤフト端面がこのR部と干渉し
ないため、δをタービンホイール端面から計測す
ることができる。その結果、S2の大きさを必要最
小限とすることができる。
また、第1の〓間S1の寸法についても同様に計
算することができる。
考案の効果 中空シヤフトとタービンホイールの支軸部との
間、及び中空シヤフトとタービンホイール羽根部
との間に〓間S1,S2を形成し、かつ切込みを形成
することで、〓間をできる限りにおいて小さく設
定した上で熱膨張を自由に行わせ、これにより嵌
合部におけるせん断力を軽減し、耐久性を上げる
ことができる。
スリツトS2の幅を小さくできるので、メタルの
端をタービン端面に、より近づけられるのでシー
ルリング17を設ける位置の自由度を増すことが
できる。
そして、軸方向の〓間S1を軸受22の下側まで
延ばしていることから、タービンホイールと嵌合
部との間の距離が大きくとれ、嵌合部での熱の影
響はすくない。さらに軸受22の下側のところま
で延びて〓間が設けられており、この位置では軸
受潤滑用のオイルが軸の冷却に働くため嵌合部の
温度を可及的に小さくすることができる。
また、タービンホイールの羽根部から離れた熱
の影響の少ない部分で中空軸とタービンホイール
支軸部とを嵌合していることから、実機作動時に
おける嵌合部の熱の影響を緩和することができ
る。そのため、作動中の嵌合部での熱膨張が小さ
く、従つて、嵌合条件がそれほど厳しくなくても
熱膨張によるタービンホイールの緩み又は抜けが
生じない。嵌合条件が緩くても良いから嵌合作業
時の焼きばめ作業が楽になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本考案の構成を示す図、第2図は、
本考案のタービンホイール構造を持つたターボチ
ヤージヤの全体図で、第1図は第2図の部分拡大
詳細図、第3図、第4図は本考案の要部を示す
図。 14……タービンホイール、14a……羽根
部、14b……支軸部、14b−1……直径拡大
部、16……中空シヤフト、S1……第1の〓間、
S2……第2の〓間。

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. セラミツク等の耐熱性材料で作られたタービン
    ホイールを、金属で作られた中空シヤフトに嵌合
    連結し、該中空シヤフトをハウジング側に軸受に
    よつて軸支しているターボチヤージヤのタービン
    ホイール構造において、タービンホイールは羽根
    部と該羽根部より一体に延びる支軸部とより成
    り、支軸部は羽根部より離れた箇所で直径が僅か
    に大きくなつていて中空シヤフトに嵌合され、該
    嵌合部より羽根部側において中空シヤフトと支軸
    部との間に軸方向の第1の〓間が形成され、この
    第1の〓間は、内端が前記軸受のところまで延び
    ており、他端は中空シヤフトの端面と羽根部との
    間に形成される第2の〓間のところまで延びてお
    り、かつ中空シヤフト端面内周部に切込みが形成
    されることを特徴とするターボチヤージヤ用のタ
    ービンホイール構造。
JP1984086631U 1984-06-13 1984-06-13 タ−ボチヤ−ジヤのタ−ビンホイ−ル構造 Granted JPS613901U (ja)

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