JPS63183201A - 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 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、遠心形圧縮機または遠心形タービシのイン
ペラの固定機構に関するものである。

〔従来の技術〕

遠心形圧縮機或は遠心形タービンのインペラは、風の流
れが入口から出口に向って直角に曲げられるので、流れ
をスムーズにする必要から９通常軸を支持する軸受の外
側にオーパハシグして取付けられる構造が採用される。

この代表的な構造が例えば文献石川島播磨技報第２６巻
第４号Ｐ２６５「高効率ボールベアリシグターポチャー
ジャの開発ＪＦ；ｇ・２に示されている。これは、内燃
機関の排ガスエネルギーを回収して圧縮空気を供給する
ターボチャージャの一例であり、タービンと圧縮機の各
インペラが２個の軸受で支持された軸の外側に配置され
、インペラ中心部を貫通する軸の端部でボルト締めでイ
ンペラが軸方向に固定される構造である。その固定機構
の詳細を第５図によって示す。第５図において、−１１
１は圧縮機またはタービンのインペラ、（２）は駆動源
あるいは負荷とつながる軸、（３）は軸（２１を支持す
る軸受でボールベアリング、油潤滑スリーブベアリング
などが適用される。（４１はインペラ＋１１の中心部を
貫通する貫通軸で、軸（２）と一体か或は機械的につな
がっている。（５１は貫通軸（４）の端部に加工された
ネジ、（６１はネジ（５１に組込まれたナツトであり、
これらはインペラ（１１を軸（２１に締付は固定する目
的で配置される。（７）はインペラ（１１がナツト（６
１により締付けられたとき。

軸（２１とインペラ（１１が軸方向に接触する接触面で
ある。

次にこの様なインペラ固定機構の機能について説明する
。圧縮機又はタービンは、軸（２）に発生する伝達トル
クをインペラ（１）に、或はインペラ（１１に発生する
トルクを軸（２）に伝えなければならないが、これには
軸（２）とインペラ（１１が回転方向に相対ずれを生じ
ない様９両者を機械的にしっかりと固定する必要がある
。また組立・分解の都合から、インペラ（１）は軸１２
）から取外しできる構造でなければならない。このため
、第５図に示す構造のものにおいては、インペラｉｌｌ
を貫通軸（４）に対し挿入・引抜きできるようにインペ
ラ（１１の中心穴と貫通軸（４）の外径が仕上げられ０
組立てるときはインペラ（１；を貫通軸（４）に挿入し
たあと０貫通軸（４）の端部のネジ（５）にナツト（６
）をかけ、このナツト（６）を締付けることによりイン
ペラ（１１を軸（２）に固定する。このとき、ナツト（
６１の締付力により、軸（２１とインペラｉｌ＋の接触
面（７）に面圧が発生するが、この面圧に伴う摩擦力に
より、インペラ（１１，軸（２）の間で相互にトルク伝
達が可能になる。なお、インペラ＋１１と貫通軸（４）
との間にキーを介在させてトルク伝達を行わせる方法も
あるが、ターボチャージャなど高速で回転する機械に対
しては１回転体バランスの問題或はインペラ（１）の強
度上の問題から、キ一方式は採用せず、第５図に示す構
造を採用するのが一般的である。

ところで、第５図に示す従来構造においては。

回転中に遠心力または熱伸びの影響でインペラ（１１の
内径と貫通軸（４）外径との間のすき間が大きくなって
、軸（２）の中心とインペラｉｌ＋の中心にずれを生じ
、その結果バランスがくずれ軸（２シの振動が過大にな
る可能性がある。このため９組立て時のインペラｉｌ＋
−貫通軸（４）間のすき間は、できるだけ小さく設定す
るか、或はインペラ（１）を貫通軸（４）に対し焼バメ
固定する方法が採用されている。しかしながら、インペ
ラ（１１と７賞通軸（４）が類似材質の場合（正確には
１両者の材料の熱膨張係数が類似の場合）焼パメ構造に
すると１分解が困難になること。

また仮に焼バメ構造を採用できたとしても９回転時の遠
心力及び熱によるインペラ（１１０内径の拡がり代が貫
通軸（４）の外径の拡大代よりもはるかに大きいため０
回転中にどうしても軸（２１とインペラｉｌ＋の両者間
にすき間ができ、これが原因で往々にして軸振動が増大
することがあった。

なお、インペラ（１１の遠心力・熱による拡がりの力は
、接触面（７）における面圧による摩擦力に比しはるか
に大きいので１回転中に生ずる上記すき間の範囲内でイ
ンペラ１１１の中心は、軸（２：の中心に対し谷筋に相
対ずれを起こす。

この様に、従来の構造では１回転中の軸振動を抑えるた
め、インペラ内径を焼バメにするのが望ましいが、焼バ
メ構造にすると０分解が困難になること、或は焼バメ構
造にしても回転中のすき間発生、軸振動増大は避けられ
ないなど、基本的に軸振動を抑えることができないとい
う問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消する目的でなされ
たもので１回転中においてもインペラと軸の各々の中心
のずれをなくシ、軸振動を小さく抑えることのできる構
造を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る圧縮機、タービンのインペラの固定構造
は５回転時においてもインペラと軸の同心を確保できる
ように、インペラと軸の軸方向接触面に環状係合部を設
けたことを特徴とする。

〔作用〕

この発明における圧縮機・タービンのインペラの固定構
造は、インペラと軸の軸方向接触面に環状係合部を設け
ることによシ、この環状係合部を介してインペラと軸が
相互に位置ぎめされ９回転中においてもインペラと軸の
同心が確保され、ひいては回転中の軸振動を小さく抑え
る効果を生みだすものである。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図、第２図について説
明する。第１図は静止時の状態を示す図、第２図は回転
中の状態を示す図であり１図において１１１〜（７１は
第５図に示すものと同一である。まず静止時の第１図に
ついて説明する。図において、Ｉ８１はインペラ１１１
の軸（２１に対する面に設けられた環状突起部、また（
９３は軸（２１のインペラ（１）に対する面に設けられ
た環状溝部で、この環状突起部（８１と環状溝部（９Ｊ
の組合せで環状係合部０を構成する。

そしてこの環状係合部Ｉの外周側において、トルク伝達
のための接触面（７）が構成される。環状係合部１局に
おいて９組立時、即ち静止時は、インペラ（１１の環状
突起部（８１の内周面ＱＱと軸（２）の環状溝部（９Ｂ
の内周面（■が０両者の半径方向位置ぎめの基準面とな
るように、即ち組立時（静止時）に環状突起部＋８１の
内周面αｅと環状溝部（９１の内周面ａ３は、互いのす
き間が殆ど０（例えばミクロンオーダ以下）か或は若干
の締まシとなるように構成される。また、軸（２１の環
状溝部（９３の外周面（１：１は９回転中にインペラ（
１１の環状突起部（８１の外周面（１１）がフィツトす
るように、即ち回転時は、環状溝部（９１の外周面０と
環状突起部−８）の外周ｒｊＢａυが、インペラ（１）
と軸（２１の半径方向位置ぎめの基準面となるよう構成
される。このため、静止時における環状１１部（９１の
外周面０と環状突起部（８１の外周面Ｉの間のすき間は
。

回転中の遠心力或は熱伸びによるインペラ（１）の環状
突起部（８）の軸（２１に対する相対拡がシ量以下とな
るよう設定される。即ちこの様な設定によシ１回転時に
インペラ（１）の環状突起部（８）の外周面αＤが。

軸（２）の環状溝部（９３の外周面ａ３に対して、静止
時の設定すき開催以上に拡がるので０回転時にこの部分
のすき間が詰まり、それによってインペラ（１１と軸（
２１の位置ぎめがなされる。ここで、インペラ（１１の
環状突起部１８１の内周面（１（Ｉと外周１１ｉ（１１
）、或は軸（２：の環状溝部１９Ｊの内周面α２と外周
面０は、それぞれ同心性を保って面の仕上げがなされる
ことが必要で、これによシ００回転にインペラ１１１と
軸（２：の同心性が、静止時と同等に確保される。第２
図は。

以上のような意図のもとに構成された環状係合部Ｉの回
転時の位置関係を概念的に示すものである。

この様なインペラ固定構造の機能６作用についてもう少
し詳しく記述する。第１図において０組立時に、まずイ
ンペラ＋１１を貫通軸（４１に通す。この発明では、イ
ンペラｉｌ＋の内径と貫通軸（４１外径は何ら位置ぎめ
の役目を担わないので、焼バメ挿入する必要はな（０両
者間にすき間があって良い。このことは、従来構造に比
し、インペラ…の分解・Ｋ′Ｉ立がきわめて容易になる
という利点を生み出す。

イン・（２山＜−貫通軸（４）Ｋ通したあと、ネジ部１
５１にナラ）　（６１ｔ−か・プ　インペラ（１１を軸
方向に締め付ける。この締付力によ：）、インペラ（１
）と軸（２）の軸方向接触面（７）に面圧が完工し、そ
れに伴う摩擦力によって、インペラ（Ｉｌ、軸（２）の
間で相互にトルク伝達が行われるようになる。第１図は
こうしてインペラ＋１１を締め付けたときの状態を示し
、このとき、インペラ（１）の環状突起５（８）の内周
面（ＩＱと軸（２：の環状溝部（９１の内周面ｕりがフ
ィツトして＄す、この状態で回転体のバランス（静つシ
合い及び動つり合い）の調整が行われる。次に回転がス
タートすれば、インペラ（１１の遠心力・熱の影響によ
る半径方向伸びが、軸（２）の同伸びに比し大きいため
、環状突起部（８）の外周面住υと環状溝部（９）の外
周面（１３のすき間が縮まシ、やがて回転上昇の途中で
すき間０となり、この面でフィツトするようになる。こ
のときの状態を示すのが第２図である。環状突起部（８
１０内周面（ＩＱと外周面（１１）、また環状溝部（９
）の内周面１１Ｂと外周面（１３はそれぞれ同心性が確
保されているので０回転時においてもインペラ（１１と
軸（２１の同心性は失なわれることがなく、シたがって
１回転時のバランスが確保され軸振動を小さく抑えるこ
とができろうこのようにして、インペラ（１１と軸（２
）の軸方向接触面に環状係合部Ｉを設けることによシ９
組立・分解が容易で且つ回転中の軸振動を小さく抑え得
る構造を実現することができる。

なお、静止時の環状係合部Ｉにおける外周側のすき間は
、０でも良いが、その場合０回転時の環状係合部Ｉまわ
シの応力が高（なるので、そうならない程度にすき間を
設定するのが望ましい。

また、上記実施例では、環状突起部（８１をインペラ（
１１側に、また環状溝部１９＋を軸（２１側に配置した
例を示したが、逆に環状突起部（８）を軸（２）側に、
環状溝部（９］をインペラ１１＋側に配置しても良（、
上記実施例と同様の効果を奏する。この場合、静止時は
環状突起部（８１，環状溝部（９１の外周面側でフィツ
トを与え１回転時には環状突起部（８）、環状溝部（９
）の内周面側でフィツトするように構成する必要があり
、このときの、静止時、回転時の環状係合部Ｉの位置関
係を第３図、第４図に示す。この場合の考え方９作用は
第１図、第２図の例と同じである。

また、第１図〜第４図の実施例は、いずれも環状係合部
住４の外周側において、インペラ（１１と軸（２）の軸
方向接触面（７）を構成する例を示したが、必ずしもそ
の位置で接触面を構成する必要はなく、環状係合ｎ（１
４１内において、或は環状係合部Ｉの内周側で軸方向接
触面を構成しても良い。ただし、大きいトルク伝達力を
得る上からは、上記実施例のように環状係合部α滲の外
周側で軸方向接触面を構成した方が良い。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、インペラと軸の軸方
向接触面に環状係合部を設けたので１組立・分解が容易
で且つ回転中の軸振動を小さく抑え得るインペラの固定
構造を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はこの発明の一実施例によるインペラの
固定機構で、それぞれ静止時の状態１回転時の状態を示
す断面図、第３図、第４図はこの発明の他の実施例を示
すインペラの固定機構で。 それぞれ静止時の状態１回転時の状態を示す断面図、第
５図は従来のインペラの固定機構を示す断面図である。 図において、（１１はインペラ、（２１は軸、（４）は
貫通軸、（７）は接触面、（８）は環状突起部、（９１
は環状溝部、α４は環状係合部である。 なお１図中同一符号は同一、又は相当部分を示すＯ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）インペラと、軸と、前記インペラの内径部を貫通
   し前記軸と一体か或は機械的につながつている貫通軸と
   、前記貫通軸の端部に設けた締付機構とで構成される遠
   心形圧縮機または遠心形タービンにおいて、前記インペ
   ラと前記軸との軸方向接触面に環状係合部を設けたこと
   を特徴とする遠心形圧縮機または遠心形タービンのイン
   ペラの固定機構。
2. （２）環状係合部は、前記インペラ側に環状突起部、前
   記軸側に環状溝部を配置したもので構成されることを特
   徴とする特許請求範囲第１項記載の遠心形圧縮機または
   遠心形タービンのインペラの固定機構。
3. （３）環状係合部は、前記インペラ側に環状溝部、前記
   軸側に環状突起部を配置したもので構成されることを特
   徴とする特許請求範囲第１項記載の遠心形圧縮機または
   遠心形タービンのインペラの固定機構。