WO2015151653A1 - 遠心圧縮機、過給機、および遠心圧縮機の製造方法 - Google Patents

遠心圧縮機、過給機、および遠心圧縮機の製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a centrifugal compressor, a turbocharger, and a method of manufacturing the centrifugal compressor.
  • a centrifugal compressor is known as a compressor of a supercharger which raises air supplied to an internal combustion engine used for a ship etc. to atmospheric pressure or more (see, for example, Patent Document 1).
  • the centrifugal compressor includes an impeller attached to a rotor shaft, a guide cylinder accommodating the impeller, and a scroll portion into which compressed air discharged from the guide cylinder flows.
  • the centrifugal compressor compresses the air flowing in the axial direction from the intake port, guides it in the direction inclined from the axial direction, and discharges the compressed air from the discharge port.
  • Patent Document 2 discloses an impact that protects a tank containing lubricating oil so that the lubricating oil is not leaked by the scattered impeller even when a part of the impeller (compressor impeller) is scattered outward by centrifugal force.
  • a centrifugal compressor provided with an absorbing bulkhead is disclosed.
  • An object of the present invention is to provide a centrifugal compressor capable of suppressing a problem in which a part of the dust scatters to the outside.
  • Another object of the present invention is to provide a supercharger including the above-described centrifugal compressor, and a method of manufacturing the above-described centrifugal compressor.
  • a centrifugal compressor includes an impeller attached to a rotor shaft and compressing a fluid flowing in from an intake port and discharging the fluid from a discharge port, a guide cylinder accommodating the impeller, and A scroll portion which is disposed on the outer peripheral side with respect to the guide cylinder and into which the compressed fluid discharged from the discharge port flows and which is provided on the upstream side of the fluid flow direction from the intake port and the axial direction of the rotor shaft
  • a plurality of partition plates having a predetermined length, and a silencer for accommodating the plurality of partition plates, the plurality of partition plates being arranged radially about the axis and having a plate thickness of the partition plate Is a rolled steel material of 4 mm or more and 9 mm or less.
  • the centrifugal compressor when all or part of the impeller breaks or drops off, all or part of the impeller scatters and collides with the guide cylinder.
  • the guide cylinder forms a flow path for guiding the fluid flowing in from the inlet along the axial direction of the rotor shaft in a direction inclined from the axial direction and guiding it to the discharge port.
  • a radial impact is applied to the guide cylinder.
  • an axial impact is applied to the guide cylinder. Since the axial impact is an impact that scatters all or part of the guide cylinder in a direction away from the scroll portion, all or part of the guide cylinder may fall out of the mounting position.
  • the plurality of partition plates having a predetermined length in the axial direction are radially disposed about the axis on the upstream side of the fluid flow direction with respect to the intake port. ing. Therefore, all or part of the scattered impeller or all or part of the guide cylinder scattered in the direction away from the scroll portion due to the impact of the impeller collide with a plurality of partition plates housed in the silencer casing .
  • the plurality of partition plates are rolled steel materials having a plate thickness of 4 mm or more and 9 mm or less. Therefore, all or part of the guide cylinders collide appropriately to plastically deform and absorb energy due to the collision. Thereby, when a part or all of the guide cylinder scatters, a gap is generated in a part of the centrifugal compressor, and a defect that all or part of the impeller scatters to the outside from the gap can be suppressed.
  • the scroll portion has a scroll casing forming a vortex chamber into which the compressed fluid discharged from the discharge port flows, and the scroll casing and the silencer casing Are fastened by a plurality of first fastening bolts extending in the axial direction at a plurality of first fastening positions in the circumferential direction around the axis, and the scroll casing and the silencer casing are a head of the first fastening bolt
  • the cylindrical first spacer member having an inner diameter smaller than the diameter of the part may be fastened in a state of being inserted into the shaft part of the first fastening bolt.
  • the centrifugal compressor of this configuration when all or part of the guide cylinder scattering in the direction away from the scroll portion collides with the silencer casing accommodating the partition plate, an impact is applied in the direction of pulling the silencer casing away from the scroll casing.
  • the impact is absorbed by contraction of the first spacer member disposed between the head of the first fastening bolt and the silencer casing.
  • the first spacer member a rolled steel material having a ductility leading to fracture after large plastic deformation, kinetic energy due to an impact in the axial direction can be absorbed.
  • the problem of breakage of the first fastening bolt is suppressed. Therefore, it is possible to suppress a problem that a gap is generated in a part of the centrifugal compressor due to the scattering of all or a part of the guide cylinder, and the whole or a part of the impeller scatters to the outside from the gap.
  • the first fastening bolt may include an external thread formed on an outer peripheral surface of the shaft portion extending from the head to the tip.
  • the centrifugal compressor includes a bearing base having a bearing portion for supporting the rotor shaft and a flange portion for supporting the scroll portion, and the flange portion and the scroll casing are provided with a plurality of bearings around the axis.
  • a plurality of second fastening bolts extending in the axial direction are fastened at the second fastening position, and the flange portion and the scroll casing have a cylindrical shape having an inner diameter smaller than the diameter of the head of the second fastening bolt.
  • the second spacer member may be fastened in a state of being inserted into the shaft portion of the second fastening bolt.
  • the centrifugal compressor of the present embodiment when all or part of the guide cylinder scattering in the direction away from the scroll portion collides with the silencer casing accommodating the partition plate, an impact in the direction of pulling the scroll casing away from the flange portion of the bearing stand Is added.
  • the impact is absorbed by contraction of the second spacer member disposed between the head of the second fastening bolt and the scroll casing.
  • the problem of breakage of the second fastening bolt is suppressed by absorbing the impact in the axial direction.
  • the second fastening bolt may include an external thread formed on an outer peripheral surface of the shaft portion extending from the head to the tip.
  • a centrifugal compressor includes an impeller attached to a rotor shaft and compressing fluid flowing in from an inlet and discharging the fluid from an outlet, a guide cylinder accommodating the impeller, and A scroll portion having a scroll casing which is disposed on the outer peripheral side relative to the guide cylinder and which forms a vortex chamber into which the compressed fluid discharged from the discharge port flows; a bearing portion for supporting the rotor shaft and the scroll portion A bearing base having a flange portion to support, the flange portion and the scroll casing, a plurality of flange portion fastening bolts extending in the axial direction at a plurality of fastening positions around the axis of the rotor shaft, and the outside of the flange portion A recess surrounding the peripheral edge portion and the outer peripheral edge portion of the scroll casing from the outer peripheral side, and opening in the recess and extending along the axial direction A plurality of clamp members having through holes, and either the flange portion or the
  • the flange portion or the scroll casing is separated even when the flange portion of the bearing stand and the scroll casing are separated due to breakage of the plurality of flange portion fastening bolts. Or the other axial end face of the contact with the axial end face of the recess.
  • the impact due to this contact is absorbed by a plurality of clamping members mounted circumferentially around the axis.
  • the flange portion has the fastening hole and is fastened by the clamp member and the third fastening bolt, and the axial end face of the scroll casing and the axial direction of the recess are A predetermined gap is provided between the end face, and the flange portion forms a contact surface in contact with the scroll casing, and a second flow passage through which the compressed fluid flows, and the second surface further includes the second flow passage. It may have a step part which connects with the end face of the above-mentioned flange part arranged at the 2 channel side.
  • the flange portion of the bearing stand and the scroll casing are separated, and the axial end face of the scroll casing contacts the axial end face of the recess.
  • the presence of the step suppresses the opening between the flange and the scroll casing. Further, the opening can be more reliably suppressed by making the axial width of the step portion wider than the width of the predetermined gap.
  • a supercharger according to the present invention comprises: the centrifugal compressor according to any one of the above, and a turbine rotated about the axis by exhaust gas discharged from an internal combustion engine and coupled to the rotor shaft. It is characterized by According to the turbocharger according to the present invention, the guide cylinder provided in the centrifugal compressor scatters to form a gap in a part of the centrifugal compressor, and the problem that a part of the impeller scatters to the outside from the gap is suppressed can do.
  • the method of manufacturing a centrifugal compressor according to the present invention comprises the steps of attaching an impeller, which compresses fluid flowing in from an intake port and discharges the fluid from an outlet, to a rotor shaft, and attaching a guide cylinder to accommodate the impeller.
  • a step of arranging on the outer peripheral side in the radial direction, and a plurality of partition plates having a plate thickness of 4 mm or more and 9 mm or less are provided upstream of the intake port in the fluid flow direction and have a predetermined length in the axial direction Arranging radially around the axis so as to have
  • the centrifugal compressor manufactured by the manufacturing method according to the present invention when all or part of the impeller is broken or dropped, all or part of the impeller is scattered and collides with the guide cylinder.
  • the guide cylinder forms a flow path for guiding the fluid flowing in from the inlet along the axial direction of the rotor shaft in a direction inclined from the axial direction and guiding it to the discharge port. Therefore, when all or part of the radially scattering impellers collide with the guide cylinder, a radial impact is applied to the guide cylinder. Similarly, when all or part of the axially scattering impellers collide with the guide cylinder, an axial impact is applied to the guide cylinder. Since the axial impact is an impact that scatters all or part of the guide cylinder in a direction away from the scroll portion, all or part of the guide cylinder may fall out of the mounting position.
  • the plurality of partition plates are radially arranged around the axis on the upstream side of the flow direction of the fluid than the intake port. Therefore, all or part of the scattered impeller or all or part of the guide cylinder scattered in the direction away from the scroll portion due to the impact of the impeller collide with a plurality of partition plates housed in the silencer casing .
  • the plurality of partition plates are rolled steel materials having a plate thickness of 4 mm or more and 9 mm or less. Therefore, all or part of the guide cylinders collide appropriately to plastically deform and absorb energy due to the collision. Thereby, when a part or all of the guide cylinder scatters, a gap is generated in a part of the centrifugal compressor, and a defect that all or part of the impeller scatters to the outside from the gap can be suppressed.
  • the present invention when all or part of the guide cylinder is scattered as all or part of the impeller is broken or dropped, it is possible to suppress the problem that all or part of the impeller is scattered to the outside It is possible to provide a centrifugal compressor that can be Further, according to the present invention, it is possible to provide a supercharger equipped with the above-described centrifugal compressor, and a method of manufacturing the above-described centrifugal compressor.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the scroll casing and the outer peripheral edge portion of the flange portion shown in FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the scroll casing and the outer peripheral edge portion of the flange portion shown in FIG. 6 taken along the line C-C, showing the scroll casing and the flange portion separated;
  • the turbocharger 100 of the present embodiment is a device that raises the air (gas) supplied to a marine diesel engine (internal combustion engine) used for a ship to a pressure higher than atmospheric pressure to enhance the combustion efficiency of the marine diesel engine.
  • the turbocharger 100 of the present embodiment includes a centrifugal compressor 10, a turbine (not shown), and a bearing stand 20.
  • the centrifugal compressor 10 and the turbine are connected to the rotor shaft 30, respectively.
  • the rotor shaft 30 is supported by the bearing stand 20 so as to be rotatable about the axis X.
  • the centrifugal compressor 10 compresses air flowing from the outside of the turbocharger 100, and compressed into an intake manifold (not shown) communicating with the inside of a cylinder liner (not shown) constituting a marine diesel engine (hereinafter referred to as “the air”). It is a device that supplies compressed air (compressed fluid).
  • the centrifugal compressor 10 includes an impeller 11, an air guide cylinder 12 (guide cylinder), a scroll portion 13, a partition plate 14, and a silencer 15.
  • the turbocharger 100 guides the exhaust gas discharged from a marine diesel engine to a turbine, and rotates a turbine disk on which a turbine blade is mounted around an axis X.
  • the impeller 11 connected via the rotor shaft 30 rotates with the rotation of the turbine disk, and the air flowing in from the inlet 11a is compressed, and the compressed air is discharged from the outlet 11b.
  • the compressed air discharged from the discharge port 11 b flows into the scroll portion 13 and is guided to the intake manifold of the marine diesel engine.
  • the air guide cylinder 12 and the scroll portion 13 are made of metal members manufactured by casting to form a complicated shape.
  • this metal member for example, cast iron which is an Fe—C based alloy containing iron as a main component and 2% or more of carbon is used. It is possible to use various materials such as gray cast iron if it is cast iron, but it is preferable to use ductile cast iron (FCD: Ferrum Casting Ductile) in which black smoke in base tissue is spheroidized. The cast metal material tends to form a complicated shape by casting, but has brittleness.
  • FCD Ferrum Casting Ductile
  • the impeller 11 is attached to a rotor shaft 30 extending along the axis X, and rotates around the axis X as the rotor shaft 30 rotates around the axis X.
  • the impeller 11 rotates around the axis X to compress the air flowing in from the inlet 11 a and discharge the air from the outlet 11 b.
  • the impeller 11 includes a hub 11c attached to the rotor shaft 30, a blade 11d attached on the outer peripheral surface of the hub 11c, and a flow passage 11e.
  • the impeller 11 is provided with a space defined by the outer peripheral surface of the hub 11c and the inner peripheral surface of the air guiding cylinder 12, and this space is partitioned into a plurality of spaces by a plurality of blades 11d. Then, the impeller 11 applies centrifugal force in the radial direction to the air flowing in from the intake port 11a along the axis X direction, and discharges it in a direction (radial direction of the impeller 11) orthogonal to the axis X direction. The compressed air discharged from the outlet 11b is made to flow into the diffuser 13a.
  • the air guide cylinder 12 is a member that accommodates the impeller 11 and discharges, from the discharge port 11 b, air flowing in from the intake port 11 a along the axis X direction of the rotor shaft 30.
  • the scroll unit 13 is a device for receiving the compressed air discharged from the discharge port 11b and converting kinetic energy (dynamic pressure) applied to the compressed air into pressure energy (static pressure).
  • the scroll portion 13 is disposed on the outer peripheral side in the radial direction orthogonal to the axial line X direction with respect to the air guide cylinder 12.
  • the scroll unit 13 includes a diffuser 13a, a scroll casing 13b, and a spiral chamber 13c.
  • the vortex chamber 13c is a space formed by the scroll casing 13b.
  • the scroll casing 13 b is connected to the flange portion 20 a of the bearing stand 20 by a fastening bolt 41.
  • the diffuser 13a is an airfoil-shaped member disposed on the downstream side of the discharge port 11b of the impeller 11, and forms a flow path for guiding the compressed air from the discharge port 11b to the spiral chamber 13c.
  • the diffuser 13 a is provided so as to surround the discharge port 11 b of the compressed air provided around the entire circumference of the impeller 11.
  • the diffuser 13 a converts kinetic energy (dynamic pressure) imparted to the compressed air into pressure energy (static pressure) by decelerating the flow velocity of the compressed air discharged from the discharge port 11 b of the impeller 11.
  • the compressed air whose velocity is reduced when passing through the diffuser 13a flows into the spiral chamber 13c in communication with the diffuser 13a.
  • the working fluid that has flowed into the spiral chamber 13 c is discharged to a discharge pipe (not shown).
  • the partition plate 14 is a plate-like member provided on the upstream side of the flow direction of the air than the intake port 11 a and having a predetermined length in the axis X direction. As shown in FIG. 2, the partition plate 14 is comprised by four partition plates 14a, 14b, 14c, and 14d. The four partition plates 14a, 14b, 14c and 14d are radially arranged about the axis X.
  • the partition plate 14 is devised to function as an impact absorbing material that absorbs the impact caused by the collision of all or part of the air guide cylinder 12.
  • the partition plate 14 also supports the silencer casing 15 a of the silencer 15 and also functions as a flow straightening plate for straightening the air flowing in the silencer 15.
  • the cross section along the axis X is a rectangle that is long in the axis X direction.
  • the other partition plates 14a, 14c, and 14d also have the same cross-sectional shape.
  • the partition plate 14 is made of a metal member manufactured by rolling.
  • a metal member for example, a rolled steel material which is an Fe—C based alloy containing iron as a main component and a slight amount (about 0.2%) of carbon is used.
  • a rolled steel material for general structure (JIS G 3101; ASTM A 283) called SS400.
  • the metal material by rolling has a composition suitable for a rolling process, and retains ductility leading to fracture after large plastic deformation.
  • the metal material by casting consists of a composition suitable for a casting process, and the elongation to failure is smaller than the metal material by rolling.
  • the metal material by rolling has a greater elongation to failure than the metal material by casting, that is, the ductility is high. Therefore, the rolled metal material has the property of higher fracture strength to impact than the cast metal material.
  • the tensile strength at normal temperature is about 400 to 500 N / mm 2 for both ductile cast iron and SS400.
  • the elongation at break is about 10% of the ductile cast iron material
  • the S400 material retains 20% or more. Therefore, the SS400 material has higher ductility than the ductile cast iron material.
  • the flow path 11e of the centrifugal compressor 10 is a flow path which is gradually inclined from the direction of the axis X from the intake port 11a toward the discharge port 11b. Therefore, an impact force in the radial direction and an impact force in the direction of the axis X are applied to the air guide cylinder 12.
  • the impact force in the direction of the axis X is an impact force that causes the air guide cylinder 12 to fly away from the scroll portion 13. Therefore, the air guide cylinder 12 made of a metal member manufactured by casting is damaged and falls off from the mounting position. there is a possibility.
  • the partition plate 14 made of a metal member by rolling retains large plastic deformation ductility until failure, and therefore absorbs kinetic energy of impact by plastic deformation when an impact load is generated. Thereby, scattering of all or part of the air guide cylinder 12 can be stopped. That is, by intentionally deforming and breaking the partition plate 14 to absorb an impact, the air guide cylinder 12 is scattered to the outside of the turbocharger 100 or an impact is given to other places to form a gap (opening). Is suppressing the problem that occurs.
  • the plate thickness of the partition plate 14 of the present embodiment is in the range of 4 mm to 9 mm. Moreover, it is more preferable to set it as 5 mm or more and 7 mm or less, and it is preferable to set board thickness to 6 mm especially. If the rigidity of the partition plate 14 is too low, the impact load of all or part of the air guide cylinder 12 broken and scattered can not be sufficiently absorbed even if the partition plate 14 is greatly deformed, all or the air guide cylinder 12 A part is scattered to the outside of the turbocharger 100.
  • the partition plate 14 when the rigidity of the partition plate 14 is too high, the deformation of the partition plate 14 with respect to the impact load of all or part of the scattered air guide cylinder 12 decreases. Then, the partition plate 14 can not absorb the impact load, and the impact load propagates to other places, generating a gap (opening).
  • the inventors conducted experiments while changing the plate thickness of the partition plate 14, and the air guide cylinder 12 was not scattered to the outside, and a gap (opening) was not generated at other places. Since we have obtained the knowledge that the range is 9 mm or less, the plate thickness in this range is used.
  • the silencer 15 shown in FIG. 1 is a device for reducing the level of noise generated in the centrifugal compressor 10.
  • the silencer 15 is provided with a silencer casing 15a.
  • the silencer casing 15 a defines a flow path 15 b for guiding the air flowing in from the direction shown by the arrow in FIG. 1 (the direction orthogonal to the axis X) to the inlet 11 a of the air guiding cylinder 12.
  • a silencer material 15e is disposed around the flow passage 15b so as to surround the flow passage 15b. A part of the noise generated in the centrifugal compressor 10 is absorbed by the sound deadening material 15e, and the noise level is reduced.
  • the silencer casing 15a accommodates the partition plate 14 inside.
  • the end of the partition plate 14 is connected to the silencer casing 15a. Therefore, the partition plate 14 also functions as a support member for supporting the silencer casing 15a.
  • the partition plate 14 made of a rolled steel material absorbs and restrains kinetic energy of impact by plastic deformation when impact load is generated.
  • a structure for absorbing kinetic energy of impact other than the partition plate 14 will be described.
  • the flange portion 13d provided at the end of the scroll casing 13b on the silencer 15 side and the flange portion 15c provided at the end of the silencer casing 15a on the scroll casing 13b side are shown in FIG.
  • the fastening bolt 40 (first fastening bolt) is fastened at the fastening position (first fastening position) shown.
  • a plurality of fastening positions are provided at regular intervals in the circumferential direction around the axis X.
  • the flange portion 13 d and the flange portion 15 c are fastened by the fastening bolt 40 at the plurality of fastening positions.
  • the fastening bolt 40 it is preferable to use chromium molybdenum steel having a carbon content of 0.33 to 0.38%, which is called SCM435.
  • the SCM 435 is excellent in that it has high strength and a large amount of elongation until breakage when a tensile load is applied.
  • the flange portion 15 c is provided with a fastening hole 15 d extending along the axis X.
  • the fastening hole 13e extended along the axis line X is provided in the flange part 13d. Internal threads are formed on the inner peripheral surfaces of these fastening holes 15d and 13e.
  • a male screw is formed on the entire surface from the vicinity of the boundary between the head 40a and the shaft 40b to the vicinity of the tip of the shaft 40b. ing.
  • a tensile load is generated on the fastening bolt 40 by equalizing the deformation at each location on the outer peripheral surface of the shaft portion 40b, and even if plastic deformation is performed until the amount of elongation is large, stress is locally concentrated in the bolt 40 It is preferable because it does not break up to a large elongation because it is difficult.
  • the flange portion 13 d and the flange portion 15 c are cylindrical in shape and have a predetermined length and a cylindrical shape having an inner diameter d 1 smaller than the diameter d 2 of the head portion 40 a of the fastening bolt 40. It is fastened in the state inserted in the axial part 40b. In this state, the external thread formed on the shaft portion 40b of the fastening bolt 40 and the internal thread formed on the inner circumferential surfaces of the fastening holes 15d and 13e are in a meshed state.
  • the spacer 50 is made of a metal member manufactured by rolling.
  • a metal member for example, a rolled steel material which is an Fe—C based alloy containing iron as a main component and a slight amount (about 0.2%) of carbon is used.
  • various materials can be used if it is a rolled steel material, it is preferable to use a rolled steel material for general structure (JIS G 3101; ASTM A 283) called SS400. Since the rolled metal material retains ductility leading to failure after large plastic deformation, it has characteristics of higher fracture strength to impact than cast metal.
  • the air guide cylinder 12 and the scroll casing 13 b are fastened by a fastening bolt 42 inserted into a through hole provided in the flange portion 12 a of the air guide cylinder 12.
  • a fastening bolt 42 inserted into a through hole provided in the flange portion 12 a of the air guide cylinder 12.
  • a plurality of fastening positions are provided at regular intervals in the circumferential direction around the axis X.
  • the air guide cylinder 12 and the scroll casing 13 b are fastened by the fastening bolt 42 at the fastening positions of the plurality of places.
  • the reason why the spacer 50 is inserted into the shaft portion 40b of the fastening bolt 40 as shown in FIG. 4 is to lengthen the length of the fastening bolt 40 in the direction of the axis X to secure a large amount of extension. is there.
  • the predetermined length of the spacer 50 is at least longer than the diameter of the shaft portion 40b of the fastening bolt 40, and the length is set so as not to hinder the fastening operation.
  • the reason for providing the spacer 50 is to make the spacer 50 made of rolled steel having ductility absorb the kinetic energy of impact. Due to an impact acting on the fastening position of the fastening bolt 40 and the flange portion 15 c, the length of the spacer 50 disposed between the head 40 a of the fastening bolt 40 and the flange portion 15 c shrinks in the direction of the axis X. Since the spacer 50 made of rolled steel retains ductility leading to fracture after large plastic deformation, it can absorb the kinetic energy due to the above-mentioned impact by contracting along the direction of the axis X.
  • the bearing stand 20 of the present embodiment includes a flange portion 20 a that supports the scroll portion 13 and a bearing portion 20 b that supports the rotor shaft 30.
  • the fastening bolt 41 (second fastening bolt) is fastened at the fastening position (second fastening position) shown in FIG.
  • the fastening bolt 41 it is preferable to use a chromium molybdenum steel having a carbon content of 0.33 to 0.38%, which is called SCM435.
  • SCM 435 is excellent in that it has high strength and a large amount of elongation.
  • the flange portion 13 f is provided with a fastening hole 13 g extending along the axis X. Moreover, the fastening hole 20c extended along the axis line X is provided in the flange part 20a. Internal threads are formed on the inner peripheral surfaces of these fastening holes 13g and 20c. On the other hand, on the outer peripheral surface of the shaft portion 41b of the fastening bolt 41 extending along the axis X, a male screw is formed on the entire surface from the head portion 41a to the tip portion.
  • the flange portion 13 f and the flange portion 20 a insert the cylindrical spacer 51 (second spacer member) having an inner diameter d 3 smaller than the diameter d 4 of the head portion 41 a of the fastening bolt 41 into the shaft portion 41 b of the fastening bolt 41 It is concluded in the state. In this state, the external thread formed on the shaft portion 41b of the fastening bolt 41 and the internal thread formed on the inner peripheral surfaces of the fastening holes 13g and 20c are engaged with each other.
  • the spacer 51 is made of a metal member manufactured by rolling.
  • a metal member for example, a rolled steel material which is an Fe—C based alloy containing iron as a main component and a slight amount (about 0.2%) of carbon is used.
  • various materials can be used if it is a rolled steel material, it is preferable to use a rolled steel material for general structure (JIS G 3101; ASTM A 283) called SS400. Since the rolled metal material retains ductility leading to failure after large plastic deformation, it has characteristics of higher fracture strength to impact than cast metal.
  • the reason why the spacer 51 is inserted into the shaft portion 41b of the fastening bolt 41 as shown in FIG. 5 is to lengthen the length of the fastening bolt 41 in the direction of the axis X to secure a large amount of extension. is there.
  • By increasing the amount of extension it is possible to prevent the fastening bolt 41 from breaking, and by extension of the fastening bolt 41, all or a part of the air guiding cylinder 12 drops out from the mounting position and scatters and collides Can absorb the kinetic energy of impact.
  • the reason for providing the spacer 51 is to make the spacer 51 made of rolled steel having ductility absorb the kinetic energy of impact. Due to an impact acting on the fastening position of the fastening bolt 41 and the flange portion 13f, the length of the spacer 51 disposed between the head portion 41a of the fastening bolt 41 and the flange portion 13f shrinks in the direction of the axis X. Since the spacer 51 made of rolled steel retains ductility leading to fracture after large plastic deformation, it can absorb the kinetic energy due to the above-described impact by contracting along the direction of the axis X.
  • FIG. 6 is a view of the outer peripheral edge of the flange portion 13f of the scroll casing 13b and the flange portion 20a from the P direction shown in FIG.
  • a plurality of clamp members 60 are attached between a plurality of fastening positions (second fastening positions) by the fastening bolts 41.
  • the clamp member 60 has a recess 60a surrounding the outer peripheral edge of the flange portion 20a and the outer peripheral edge of the flange portion 13f of the scroll casing 13b from the outer peripheral side.
  • the clamp member 60 has a through hole 60b that opens in the recess 60a and extends along the axis X direction.
  • the flange portion 20 a has a fastening hole 20 d extending in the direction of the axis X. Although only one fastening hole 20 d is shown in FIG. 7, the fastening holes 20 d are provided at a plurality of locations at equal intervals along the circumferential direction around the axis X. An internal thread is formed on the inner peripheral surface of the fastening hole 20d. On the other hand, a male screw is formed on the outer peripheral surface of the shaft portion of the fastening bolt 43 (third fastening bolt) inserted into the through hole 60b and the fastening hole 20d. The flange portion 20a and the clamp member 60 are fastened by the engagement of the male screw of the fastening bolt 43 and the female screw of the fastening hole 20d.
  • a predetermined gap 60c is provided between the end face 13i in the axial line X direction of the scroll casing 13b and the end face 60e in the axial line X direction of the recess 60a. .
  • the width along the axis X of the gap 60c is d5.
  • the flange portion 20a connects the contact surface 20e in contact with the scroll casing 13b, the end surface 20f forming the flow passage 13h (second flow passage) through which the compressed air flows, and the step connecting the contact surface 20e and the end surface 20f And a unit 20g.
  • the end face 20f is disposed closer to the flow path 13h than the contact surface 20e.
  • the width d6 in the direction of the axis X of the step 20g is wider than the width d5 of the gap 60c.
  • the reason why the predetermined gap 60c is provided is that the fastening bolt 41 is broken because the impact in the direction of the axis X due to the scattering of all or part of the impeller 11 is broken and the scroll casing 13b
  • the clamp member 60 absorbs the impact of the separated scroll casing 13b.
  • the fastening force in the vicinity of the clamp member 60 is increased, and the fastening bolt 41 becomes difficult to break.
  • a load is applied to another portion (for example, the scroll casing 13b), and there is a possibility that the portion to which the load is applied may be broken.
  • the width d6 in the direction of the axis X of the step 20g is wider than the width d5 of the gap 60d. Therefore, the problem that a gap (opening) such that the gap 60d communicates with the flow path 13h and the damaged member passes is prevented.
  • the gap 60c is intentionally provided between the end face 13i in the direction of the axis X of the scroll casing 13b and the end face 60e in the direction of the axis X of the recess 60a. It is preventing.
  • the clamp member 60 absorbs an impact caused by the scroll casing 13 b moving away from the bearing stand 20.
  • the manufacturing method of the centrifugal compressor 10 of this embodiment manufactures the centrifugal compressor 10 by the following processes.
  • the impeller 11 which compresses the air flowing in from the inlet 11 a and discharges it from the outlet 11 b is attached to the rotor shaft 30.
  • the air guide cylinder 12 is attached so as to accommodate the impeller 11, and the air flowing from the intake port 11a along the axis X direction of the rotor shaft 30 is guided in the direction inclined from the axis X direction.
  • a flow path leading to the discharge port 11 b is formed.
  • the scroll portion 13 into which the compressed air discharged from the discharge port 11 b flows is disposed on the outer peripheral side in the radial direction orthogonal to the axis X direction with respect to the air guide cylinder 12.
  • a plurality of partition plates 14 having a plate thickness of 4 mm or more and 9 mm or less are provided upstream of the intake port 11 a in the air flow direction and have a predetermined length in the axis X direction. Arrange radially around X.
  • the centrifugal compressor 10 of the present embodiment is manufactured by the above steps.
  • centrifugal compressor 10 provided in the turbocharger 100 of the present embodiment described above will be described. According to the centrifugal compressor 10 provided in the turbocharger 100 of the present embodiment, when all or part of the impeller 11 breaks or drops off, all or part of the impeller 11 scatters in the radial direction, and It collides with the guide cylinder 12.
  • the air guide cylinder 12 forms a flow passage 11 e which guides the air flowing in from the intake port 11 a along the axis X direction of the rotor shaft 30 in a direction inclined from the axis X direction and guides the air to the discharge port 11 b.
  • a radial impact is applied to the air guide cylinder 12.
  • an impact in the direction of the axis X is applied to the air guiding cylinder 12. Since the impact in the direction of the axis X is an impact that scatters all or part of the air guide cylinder 12 in the direction away from the scroll portion 13, all or part of the air guide cylinder 12 may fall out of the mounting position .
  • a plurality of partition plates 14 having a predetermined length in the axis X direction are arranged radially about the axis X on the upstream side of the flow direction of air than the intake port 11a. It is done. Therefore, all or part of the scattered impeller 11 or all or part of the air guide cylinder 12 scattered in the direction away from the scroll portion 13 due to the impact of the impeller 11 collides with the plurality of partition plates 14 .
  • the plurality of partition plates 14 are rolled steel materials having a plate thickness of 4 mm or more and 9 mm or less. Therefore, when all or a part of the air guide cylinder 12 collides, it plastically deforms appropriately and absorbs energy due to the collision. Thereby, a gap is generated in a part of the centrifugal compressor 10 by scattering of all or a part of the air guide cylinder 12, and a defect that all or a part of the impeller 11 scatters to the outside from the gap is suppressed. Can.
  • the centrifugal compressor 10 of the present embodiment when all or part of the air guide cylinder 12 scattered in the direction away from the scroll portion 13 collides with the silencer casing 15a accommodating the partition plate 14, the silencer casing 15a is used as the scroll casing Impact is applied in the direction away from the This impact is absorbed by contraction of the spacer 50 disposed between the head 40 a of the fastening bolt 40 and the silencer casing 15 a.
  • the problem of breakage of the fastening bolt 40 is suppressed by absorbing the impact in the axial direction using the spacer 50 that is fastened in a state of being inserted into the fastening bolt 40. Therefore, a gap is generated in a part of the centrifugal compressor 10 due to the scattering of all or a part of the air guide cylinder 12, and it is possible to suppress the problem that the impeller 11 is scattered all or part to the outside through the gap.
  • the fastening bolt 40 includes an external thread formed on the outer peripheral surface of the shaft portion 40 b from the head portion 40 a to the tip end portion.
  • the centrifugal compressor 10 of the present embodiment when all or part of the air guide cylinder 12 scattered in the direction away from the scroll portion 13 collides with the silencer casing 15a accommodating the partition plate 14, the scroll casing 13b is supported by the bearing base An impact in the direction of pulling away from the flange portion 20a of 20 is applied. This impact is absorbed by contraction of the spacer 51 disposed between the head 41 a of the fastening bolt 41 and the scroll casing 14 b.
  • the spacer 51 that is fastened in a state of being inserted into the fastening bolt 41 a problem in which the fastening bolt 41 is broken by absorbing an impact in the direction of the axis X is suppressed. Therefore, a gap is generated in a part of the centrifugal compressor 10 due to the scattering of all or a part of the air guide cylinder 12, and it is possible to suppress the problem that the impeller 11 is scattered all or part to the outside through the gap.
  • the fastening bolt 41 includes an external thread formed on the outer peripheral surface of the shaft portion 40b from the head portion 41a to the tip end portion.
  • the centrifugal compressor 10 has a recess 60a that surrounds the outer peripheral edge of the flange portion 20a and the outer peripheral edge of the scroll casing 13b from the outer peripheral side, and opens in the recess 60a and extends along the axis X direction.
  • a plurality of clamp members 60 having through holes 60 b are provided.
  • the flange portion 20a has a plurality of fastening holes 20d extending in the direction of the axis X in the circumferential direction around the axis X.
  • the flange portion 20a and the clamp member 60 are fastened by the fastening bolt 43 inserted into the through hole 60b and the fastening hole 20d.
  • a predetermined gap 60c is provided between the end face 13i in the direction of the axis X of the scroll casing 13b and the end face 60e in the direction of the axis X of the recess 60a.
  • the flange portion 20a is fastened by the clamp member 60 and the fastening bolt 43, and is predetermined between the end face 13i in the axis X direction of the scroll casing 13b and the end face 60e in the axis X direction of the recess 60a.
  • a gap 60c is provided.
  • the flange portion 20a forms a contact surface 20e in contact with the scroll casing 13b, and an end surface 20f of the flange portion 20a which is disposed on the flow passage 13h side with respect to the contact surface 20e, while forming a flow passage 13h through which the compressed air flows.
  • the plurality of fastening bolts 41 are broken and the flange portion 20a of the bearing stand 20 and the scroll casing 13b are separated, and the end surface 13i in the direction of the axis X of the scroll casing 13b is the axis X in the recess 60a.
  • the opening between the flange 20a and the scroll casing 13b is suppressed by the presence of the step 20g.
  • the width d6 in the direction of the axis X of the step 20g is larger than the width d5 of the predetermined gap 60d, no communication gap is generated, and the opening can be more reliably suppressed.
  • the rotor shaft 30 to which the impeller 11 of the centrifugal compressor 10 is connected is rotated about the axis X by a turbine (not shown) rotated by the exhaust gas discharged from the marine diesel engine.
  • a turbine not shown
  • the rotor shaft 30 may be rotated by another power source such as a motor connected to the rotor shaft 30.
  • the partition plate 14 radially arranges four sheets at intervals of 90 degrees centering on the axis line X, another aspect may be sufficient.
  • an arbitrary number of sheets may be disposed, such as an aspect in which six sheets are radially disposed at an interval of 60 degrees around the axis X, or an aspect in which eight sheets are disposed at an interval of 45 degrees.
  • the clamp member 60 is fastened to the flange portion 20a of the bearing stand 20, but may be in another mode.
  • the clamp member 60 may be fastened to the flange portion 13e of the scroll casing 13b.
  • the flange portion 13e of the scroll casing 13b has a plurality of fastening holes extending in the direction of the axis X in the circumferential direction around the axis X. Then, by fastening the fastening bolts 43 in the plurality of fastening holes, the clamp member 60 is fastened to the flange portion 13e of the scroll casing 13b.
  • the gap 60c described above is provided between the end face in the axial line X direction of the flange portion 20a of the bearing stand 20 and the end face in the axial line X direction of the recess of the clamp member 60.

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Abstract

ロータ軸(30)に取り付けられるとともに取込口(11a)から流入する空気を圧縮して吐出口(11b)から吐出する羽根車(11)と、羽根車(11)を収容する空気案内筒(12)と、空気案内筒(12)よりも外周側に配置されるとともに吐出口(11b)から吐出された圧縮空気が流入するスクロール部(13)と、取込口(11a)よりも空気の流通方向の上流側に設けられるとともにロータ軸(30)の軸線X方向に所定の長さを有する複数の仕切板(14)と、複数の仕切板を収容するサイレンサケーシング(15a)を有するサイレンサ(15)とを備え、複数の仕切板(14)は、軸線(X)を中心として放射状に配置されるとともに板厚が4mm以上かつ9mm以下の圧延鋼材である遠心圧縮機(10)を提供する。

Description

遠心圧縮機、過給機、および遠心圧縮機の製造方法
 本発明は、遠心圧縮機、過給機、および遠心圧縮機の製造方法に関する。
 従来、船舶等に用いられる内燃機関に供給する空気を大気圧以上に高める過給機の圧縮機として、遠心圧縮機が知られている(例えば、特許文献1参照。)。遠心圧縮機は、ロータ軸に取り付けられる羽根車と、羽根車を収容する案内筒と、案内筒から吐出される圧縮空気が流入するスクロール部とを備えている。遠心圧縮機は、取込口から軸線方向に流入する空気を圧縮しつつ軸線方向から傾斜した方向に案内して吐出口から圧縮空気を吐出する。
 遠心圧縮機においては、高速回転による遠心力の影響によって羽根車の一部が破断あるいは脱落する不具合が発生する可能性がある。特許文献2には、羽根車(コンプレッサインペラー)の一部が遠心力で外方に飛散した場合でも飛散した羽根車によって潤滑油が漏れ出さないように、潤滑油を収容するタンクを保護する衝撃吸収隔壁を設けた遠心圧縮機が開示されている。
特開2011-117417号公報 特開2001-132465号公報
 特許文献2に開示された遠心圧縮機では、高速回転による遠心力の影響によって羽根車の一部が破断あるいは脱落する不具合が発生する場合に、潤滑油を収容するタンクが保護される。
 しかしながら、羽根車の全部または一部が破断あるいは脱落して案内筒に衝突する場合、その衝撃荷重が大きいために案内筒が破損し、羽根車の全部または一部とともに案内筒の全部または一部が外部に飛散する可能性がある。また、案内筒が破損しない場合でも、案内筒の全体またはその一部が取付位置から脱落し、ロータ軸の軸線に沿ってスクロール部から離れる方向に飛散する可能性がある。この場合、案内筒の全部または一部が飛散することによって遠心圧縮機の一部に隙間(口開き)が生じ、その隙間から羽根車の破損した一部が外部に飛散する可能性がある。
 本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、羽根車の全部または一部が破断あるいは脱落するのに伴って案内筒の全部または一部が飛散する場合に、羽根車の全部または一部が外部に飛散する不具合を抑制することが可能な遠心圧縮機を提供することを目的とする。
 また、本発明は、前述した遠心圧縮機を備えた過給機、および前述した遠心圧縮機の製造方法を提供することを目的とする。
 上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を採用する。
 本発明の第1態様に係る遠心圧縮機は、ロータ軸に取り付けられるとともに取込口から流入する流体を圧縮して吐出口から吐出する羽根車と、該羽根車を収容する案内筒と、該案内筒よりも外周側に配置されるとともに前記吐出口から吐出された圧縮流体が流入するスクロール部と、前記取込口よりも流体の流通方向の上流側に設けられるとともに前記ロータ軸の軸線方向に所定の長さを有する複数の仕切板と、前記複数の仕切板を収容するサイレンサとを備え、前記複数の仕切板は、前記軸線を中心として放射状に配置されるとともに該仕切板の板厚が4mm以上かつ9mm以下の圧延鋼材であることを特徴とする。
 本発明の第1態様に係る遠心圧縮機によれば、羽根車の全部または一部が破断あるいは脱落する場合、羽根車の全部または一部が飛散して、案内筒に衝突する。案内筒は、ロータ軸の軸線方向に沿って取込口から流入する流体を軸線方向から傾斜した方向に案内して吐出口へ導く流路を形成する。径方向に飛散する羽根車の全部または一部が案内筒に衝突すると、案内筒には径方向の衝撃が加わる。同様に、軸線方向に飛散する羽根車の全部または一部が案内筒に衝突すると、案内筒には軸線方向の衝撃が加わる。軸線方向の衝撃は、案内筒の全部または一部をスクロール部から離れる方向に飛散させる衝撃であるので、案内筒の全部または一部が取付位置から脱落する可能性がある。
 本発明の第1態様に係る遠心圧縮機によれば、取込口よりも流体の流通方向の上流側に軸線方向に所定の長さを有する複数の仕切板が軸線を中心として放射状に配置されている。そのため、飛散した羽根車の全部または一部や、羽根車の飛散による衝撃によってスクロール部から離れる方向に飛散する案内筒の全部または一部が、サイレンサケーシングに収容される複数の仕切板に衝突する。複数の仕切板は板厚が4mm以上かつ9mm以下の圧延鋼材であるため、案内筒の全部または一部が衝突することによって適宜に塑性変形し、衝突によるエネルギーを吸収する。これにより、案内筒の全部または一部が飛散することによって遠心圧縮機の一部に隙間が生じ、その隙間から羽根車の全部または一部が外部に飛散する不具合を抑制することができる。
 本発明の第1態様の遠心圧縮機においては、前記スクロール部が、前記吐出口から吐出された圧縮流体が流入する渦形室を形成するスクロールケーシングを有し、該スクロールケーシングと前記サイレンサケーシングとが、前記軸線回りの周方向の複数の第1締結位置において前記軸線方向に延びる複数の第1締結ボルトによって締結されており、前記スクロールケーシングと前記サイレンサケーシングとは、前記第1締結ボルトの頭部の直径よりも内径の小さい円筒状の第1スペーサ部材を、前記第1締結ボルトの軸部に挿入した状態で締結される構成であってもよい。
 本構成の遠心圧縮機によれば、スクロール部から離れる方向に飛散する案内筒の全部または一部が仕切板を収容するサイレンサケーシングに衝突すると、サイレンサケーシングをスクロールケーシングから引き離す方向に衝撃が加わる。この衝撃は、第1締結ボルトの頭部とサイレンサケーシングとの間に配置される第1スペーサ部材が収縮することにより吸収される。例えば、第1スペーサ部材として、大きな塑性変形の後に破壊に至る延性を有する圧延鋼材を用いることにより、軸方向の衝撃による運動エネルギーを吸収することができる。このように、第1締結ボルトに挿入した状態で締結される第1スペーサ部材を用いて軸線方向の衝撃を吸収することにより第1締結ボルトが破断する不具合が抑制される。よって、案内筒の全部または一部の飛散によって遠心圧縮機の一部に隙間が生じ、その隙間から羽根車の全部または一部が外部に飛散する不具合を抑制することができる。
 上記構成の遠心圧縮機において、前記第1締結ボルトは、前記頭部から先端部に至る前記軸部の外周面に形成された雄ねじを備えるようにしてもよい。
 このようにすることで、頭部から先端部に至る軸部の外周面の各箇所での変形を均一化することで衝撃のエネルギー吸収を大きくした第1締結ボルトを用いて、前述した不具合を抑制することができる。
 上記構成の遠心圧縮機において、前記ロータ軸を支持する軸受部と、前記スクロール部を支持するフランジ部とを有する軸受台を備え、該フランジ部と前記スクロールケーシングとが、前記軸線回りの複数の第2締結位置において前記軸線方向に延びる複数の第2締結ボルトによって締結されており、前記フランジ部と前記スクロールケーシングとは、前記第2締結ボルトの頭部の直径よりも内径の小さい円筒状の第2スペーサ部材を、前記第2締結ボルトの軸部に挿入した状態で締結される形態にしてもよい。
 本形態の遠心圧縮機によれば、スクロール部から離れる方向に飛散する案内筒の全部または一部が仕切板を収容するサイレンサケーシングに衝突すると、スクロールケーシングを軸受台のフランジ部から引き離す方向の衝撃が加わる。この衝撃は、第2締結ボルトの頭部とスクロールケーシングとの間に配置される第2スペーサ部材が収縮することにより吸収される。このように、第2締結ボルトに挿入した状態で締結される第2スペーサ部材を用いて、軸線方向の衝撃を吸収することにより第2締結ボルトが破断する不具合が抑制される。よって、案内筒の全部または一部の飛散によって遠心圧縮機の一部に隙間が生じ、その隙間から羽根車の全部または一部が外部に飛散する不具合を抑制することができる。
 上記形態の遠心圧縮機において、前記第2締結ボルトは、前記頭部から先端部に至る前記軸部の外周面に形成された雄ねじを備えるようにしてもよい。
 このようにすることで、頭部から先端部に至る軸部の外周面の各箇所での変形を均一化することで衝撃のエネルギー吸収を大きくした第2締結ボルトを用いて、前述した不具合を抑制することができる。
 本発明の第2態様に係る遠心圧縮機は、ロータ軸に取り付けられるとともに取込口から流入する流体を圧縮して吐出口から吐出する羽根車と、該羽根車を収容する案内筒と、該案内筒よりも外周側に配置されるとともに前記吐出口から吐出された圧縮流体が流入する渦形室を形成するスクロールケーシングを有するスクロール部と、前記ロータ軸を支持する軸受部および前記スクロール部を支持するフランジ部を有する軸受台と、前記フランジ部と前記スクロールケーシングとを、前記ロータ軸の軸線回りの複数の締結位置において前記軸線方向に延びる複数のフランジ部締結ボルトと、前記フランジ部の外周縁部と前記スクロールケーシングの外周縁部とを外周側から取り囲む凹所と、該凹所に開口するとともに前記軸線方向に沿って延びる貫通穴とを有するクランプ部材を複数備え、前記フランジ部または前記スクロールケーシングのいずれか一方が、前記軸線方向に延びる締結穴を前記軸線回りの周方向に複数有しており、前記フランジ部または前記スクロールケーシングのいずれか一方と前記クランプ部材とが、前記貫通穴および前記締結穴に挿入されるクランプ部材締結ボルトによって締結されており、前記フランジ部または前記スクロールケーシングのいずれか他方の前記軸線方向の端面と、前記凹所の前記軸線方向の端面との間に所定の隙間が設けられていることを特徴とする。
 本発明の第2態様に係る遠心圧縮機によれば、複数のフランジ部締結ボルトが破断して軸受台のフランジ部とスクロールケーシングとが離間してしまう場合であっても、フランジ部またはスクロールケーシングのいずれか他方の軸線方向の端面が、凹所の軸線方向の端面と接触する。この接触による衝撃は、軸線回りの周方向に複数取り付けられたクランプ部材によって吸収される。これにより、羽根車の全部または一部の飛散によって遠心圧縮機の一部に隙間が生じ、その隙間から破損した羽根車の全部または一部が外部に飛散する不具合を抑制することができる。
 上記態様においては、前記フランジ部は、前記締結穴を有するとともに前記クランプ部材と前記第3締結ボルトによって締結されており、前記スクロールケーシングの前記軸線方向の端面と、前記凹所の前記軸線方向の端面との間に所定の隙間が設けられており、前記フランジ部は、前記スクロールケーシングと接触する接触面と、前記圧縮流体が流通する第2流路を形成するとともに前記接触面よりも前記第2流路側に配置される前記フランジ部の端面とを接続する段部を有するものであってもよい。
 このようにすることで、複数のフランジ部締結ボルトが破断して軸受台のフランジ部とスクロールケーシングとが離間してスクロールケーシングの軸線方向の端面が凹所の軸線方向の端面が接触する場合に、段部の存在によってフランジ部とスクロールケーシングとの間の口開きが抑制される。
 更に、段部の軸線方向の幅を、所定の隙間の幅よりも広くすることによって、口開きをより確実に抑制することができる。
 本発明に係る過給機は、上記のいずれかに記載の遠心圧縮機と、内燃機関から排出された排気ガスにより前記軸線回りに回転するとともに前記ロータ軸に連結されるタービンと、を備えることを特徴とする。
 本発明に係る過給機によれば、遠心圧縮機が備える案内筒が飛散することによって遠心圧縮機の一部に隙間が生じ、その隙間から羽根車の一部が外部に飛散する不具合を抑制することができる。
 本発明に係る遠心圧縮機の製造方法は、取込口から流入する流体を圧縮して吐出口から吐出する羽根車をロータ軸に取り付ける工程と、前記羽根車を収容するように案内筒を取り付けて前記取込口から流入する流体を前記吐出口へ導く流路を形成する工程と、前記吐出口から吐出された圧縮流体が流入するスクロール部を、前記案内筒よりも前記軸線方向に直交する径方向の外周側に配置する工程と、板厚が4mm以上かつ9mm以下の複数の仕切板を、前記取込口よりも流体の流通方向の上流側に設けるとともに前記軸線方向に所定の長さを有するように前記軸線を中心として放射状に配置する工程と、を備えることを特徴とする。
 本発明に係る製造方法により製造される遠心圧縮機によれば、羽根車の全部または一部が破断あるいは脱落する場合、羽根車の全部または一部が飛散して、案内筒に衝突する。案内筒は、ロータ軸の軸線方向に沿って取込口から流入する流体を軸線方向から傾斜した方向に案内して吐出口へ導く流路を形成する。そのため、径方向に飛散する羽根車の全部または一部が案内筒に衝突すると、案内筒には径方向の衝撃が加わる。同様に、軸線方向に飛散する羽根車の全部または一部が案内筒に衝突すると、案内筒には軸線方向の衝撃が加わる。軸線方向の衝撃は、案内筒の全部または一部をスクロール部から離れる方向に飛散させる衝撃であるので、案内筒の全部または一部が取付位置から脱落する可能性がある。
 本発明に係る製造方法により製造される遠心圧縮機によれば、取込口よりも流体の流通方向の上流側に複数の仕切板が軸線回りに放射状に配置されている。そのため、飛散した羽根車の全部または一部や、羽根車の飛散による衝撃によってスクロール部から離れる方向に飛散する案内筒の全部または一部が、サイレンサケーシングに収容される複数の仕切板に衝突する。複数の仕切板は板厚が4mm以上かつ9mm以下の圧延鋼材であるため、案内筒の全部または一部が衝突することによって適宜に塑性変形し、衝突によるエネルギーを吸収する。これにより、案内筒の全部または一部が飛散することによって遠心圧縮機の一部に隙間が生じ、その隙間から羽根車の全部または一部が外部に飛散する不具合を抑制することができる。
 本発明によれば、羽根車の全部または一部が破断あるいは脱落するのに伴って案内筒の全部または一部が飛散する場合に、羽根車の全部または一部が外部に飛散する不具合を抑制することが可能な遠心圧縮機を提供することができる。
 また、本発明によれば、前述した遠心圧縮機を備えた過給機、および前述した遠心圧縮機の製造方法を提供することができる。
過給機の一実施形態を示す縦断面図である。 図1に示すサイレンサのA-A矢視断面図である。 図2に示すサイレンサのB-B矢視断面図である。 図1に示すサイレンサケーシングとスクロールケーシングとの締結位置近傍を示す部分拡大図である。 図1に示すスクロールケーシングとフランジ部との締結位置近傍を示す部分拡大図である。 図1に示すP方向からスクロールケーシングとフランジ部の外周縁部をみた図である。 図6に示すスクロールケーシングとフランジ部の外周縁部のC-C矢視断面図であり、スクロールケーシングとフランジ部が接触した状態を示す図である。 図6に示すスクロールケーシングとフランジ部の外周縁部のC-C矢視断面図であり、スクロールケーシングとフランジ部が離間した状態を示す図である。
 本実施形態の過給機100について、図面を参照して説明する。
 本実施形態の過給機100は、船舶に用いられる舶用ディーゼル機関(内燃機関)に供給する空気(気体)を大気圧以上に高めて、舶用ディーゼル機関の燃焼効率を高める装置である。
 図1に示すように、本実施形態の過給機100は、遠心圧縮機10と、タービン(図示略)と、軸受台20とを備えている。遠心圧縮機10とタービンとは、それぞれロータ軸30に連結されている。ロータ軸30は、軸受台20によって軸線X回りに回転可能な状態で支持されている。
 遠心圧縮機10は、過給機100の外部から流入する空気を圧縮し、舶用ディーゼル機関を構成するシリンダライナ(図示略)の内部と連通する吸気マニホールド(図示略)に圧縮した空気(以下、圧縮空気(圧縮流体)という。)を供給する装置である。遠心圧縮機10は、羽根車11と、空気案内筒12(案内筒)と、スクロール部13と、仕切板14と、サイレンサ15とを備えている。
 本実施形態の過給機100は、舶用ディーゼル機関から排出される排気ガスをタービンに導いてタービン翼が取り付けられたタービンディスクを軸線X回りに回転させる。タービンディスクの回転に伴ってロータ軸30を介して連結された羽根車11が回転し、取込口11aから流入する空気が圧縮され、圧縮空気が吐出口11bから吐出される。吐出口11bから吐出された圧縮空気はスクロール部13に流入し、舶用ディーゼル機関の吸気マニホールドに導かれる。
 空気案内筒12とスクロール部13は、複雑な形状を形成するために鋳造により製造された金属部材からなる。この金属部材として、例えば、鉄を主成分とし炭素を2%以上含有するFe-C系合金である鋳鉄が用いられる。鋳鉄であればねずみ鋳鉄など種々の材料を用いることが可能であるが、基地組織中の黒煙が球状化しているダクタイル鋳鉄(FCD:Ferrum Casting Ductile)を用いるのが好ましい。鋳造による金属材は、鋳込み形成により複雑な形状を形成しやすい反面、脆性特性を有する。
 次に、遠心圧縮機10が備える各構成について説明する。
 図1に示すように、羽根車11は、軸線Xに沿って延びるロータ軸30に取り付けられており、ロータ軸30が軸線X回りに回転するのに伴って、軸線X回りに回転する。羽根車11は、軸線X回りに回転することにより、取込口11aから流入する空気を圧縮して吐出口11bから吐出する。
 図1に示すように、羽根車11は、ロータ軸30に取り付けられるハブ11cと、ハブ11cの外周面上に取り付けられるブレード11dと、流路11eとを備える。羽根車11には、ハブ11cの外周面と空気案内筒12の内周面により画定される空間が設けられており、この空間が複数枚のブレード11dにより複数の空間に仕切られている。そして、羽根車11は、軸線X方向に沿って取込口11aから流入する空気に径方向の遠心力を与えて軸線X方向に直交した方向(羽根車11の半径方向)に吐出させ、吐出口11bから吐出された圧縮空気をディフューザ13aに流入させる。
 空気案内筒12は、羽根車11を収容するとともにロータ軸30の軸線X方向に沿って取込口11aから流入する空気を吐出口11bから吐出する部材である。空気案内筒12は、羽根車11とともに、軸線Xに沿って取込口11aから流入する空気を、軸線Xに直交する径方向に案内して吐出口11bへ導く流路11eを形成する。
 スクロール部13は、吐出口11bから吐出された圧縮空気が流入するとともに、圧縮空気に付与された運動エネルギー(動圧)を圧力エネルギー(静圧)に変換する装置である。スクロール部13は、空気案内筒12よりも軸線X方向に直交する径方向の外周側に配置されている。
 スクロール部13は、ディフューザ13aと、スクロールケーシング13bと、渦形室13cを備える。渦形室13cは、スクロールケーシング13bによって形成される空間である。図2に示すように、スクロールケーシング13bは、締結ボルト41により軸受台20のフランジ部20aに連結されている。
 ディフューザ13aは、羽根車11の吐出口11bの下流側に配置される翼形の部材であり、吐出口11bから渦形室13cに圧縮空気を導く流路を形成する。ディフューザ13aは、羽根車11の全周に設けられる圧縮空気の吐出口11bを囲むように設けられている。
 ディフューザ13aは、羽根車11の吐出口11bから吐出された圧縮空気の流速を減速させることにより、圧縮空気に付与された運動エネルギー(動圧)を圧力エネルギー(静圧)に変換する。ディフューザ13aを通過する際に流速が減速された圧縮空気は、ディフューザ13aと連通した渦形室13cに流入する。渦形室13cに流入した作動流体は、吐出配管(図示略)へと吐出される。
 仕切板14は、取込口11aよりも空気の流通方向の上流側に設けられるとともに軸線X方向に所定の長さを有する板状部材である。図2に示すように、仕切板14は、4枚の仕切板14a,14b,14c,14dにより構成されている。4枚の仕切板14a,14b,14c,14dは、軸線Xを中心として放射状に配置されている。仕切板14は、空気案内筒12の全部または一部が衝突することによる衝撃を吸収する衝撃吸収材として機能するように工夫される。また、仕切板14は、サイレンサ15のサイレンサケーシング15aを支持するとともに、サイレンサ15内を流通する空気を整流する整流板としても機能する。
 図3に示すように、仕切板14bは、軸線Xに沿った断面が軸線X方向に長い長方形となっている。図3には、仕切板14bのみが図示されているが、他の仕切板14a,14c,14dも、それぞれ同様の断面形状である。
 仕切板14は、圧延により製造された金属部材からなる。この金属部材として、例えば、鉄を主成分とし炭素を微量(約0.2%)含有するFe-C系合金である圧延鋼材が用いられる。圧延鋼材であれば種々の材料を用いることが可能であるが、SS400と呼ばれる一般構造用圧延鋼材(JIS G 3101;ASTM A283)を用いるのが好ましい。
 圧延による金属材は、圧延工程に適した組成からなり、大きな塑性変形の後に破壊に至る延性を保有する。一方、鋳造による金属材は、鋳造工程に適した組成からなり、破壊に至る伸びが圧延による金属材よりも小さい。このように、圧延による金属材は、破壊に至る伸びが鋳造による金属材よりも大きい、すなわち、延性が高い。したがって、圧延による金属材は、鋳造による金属材よりも衝撃に対する破壊強度が高い特性を保有する。
 たとえば、常温での引張強度は、ダクタイル鋳鉄材とSS400材とのいずれも400~500N/mm2程度を保有する。一方、破壊時の伸びは、ダクタイル鋳鉄材が10%程度であるのに対して、S400材が20%以上を保有する。したがって、SS400材の方が、ダクタイル鋳鉄材よりも延性が高い。
 本実施形態の遠心圧縮機10において、羽根車11のブレード11dの全部または一部が破断あるいは脱落して径方向に飛散すると空気案内筒12に衝突する。遠心圧縮機10の流路11eは、取込口11aから吐出口11bに向けて軸線X方向から徐々に傾斜する流路となっている。そのため、空気案内筒12には、径方向の衝撃力と、軸線X方向の衝撃力とが加わる。軸線X方向の衝撃力は、空気案内筒12をスクロール部13から離れる方向に飛散させる衝撃力であるので、鋳造により製造された金属部材からなる空気案内筒12が破損して取付位置から脱落する可能性がある。
 空気案内筒12の全部または一部が取付位置から脱落し、サイレンサ15に向けて飛散する場合、サイレンサ15の内部に配置される仕切板14に衝突する。したがって、圧延による金属部材からなる仕切板14は、破壊に至るまで大きな塑性変形延性を保有するため、衝撃荷重が発生した際に衝撃の運動エネルギーを塑性変形することによって吸収する。これにより、空気案内筒12の全部または一部の飛散を制止させることができる。すなわち、仕切板14を意図的に変形破損させて衝撃を吸収することによって、過給機100の外部に空気案内筒12に飛散することや、他の箇所に衝撃を与えて隙間(口開き)が生じてしまう不具合を抑制している。
 本実施形態の仕切板14の板厚は、4mm以上かつ9mm以下の範囲となっている。また、5mm以上かつ7mm以下の範囲とするのがより望ましく、特に、板厚を6mmとするのが好ましい。仕切板14の剛性が低すぎると破損して飛散した空気案内筒12の全部または一部の衝撃荷重で仕切板14が大きく変形しても十分に吸収できずに、空気案内筒12の全部または一部が過給機100の外部へ飛散してしまう。
 一方、仕切板14の剛性が高すぎると飛散した空気案内筒12の全部または一部の衝撃荷重に対する仕切板14の変形が少なくなる。そうすると、仕切板14が衝撃荷重を吸収しきれずに他の箇所へ衝撃荷重が伝搬して隙間(口開き)が発生してしまう。
 発明者らは、仕切板14の板厚を変えながら実験を行い、空気案内筒12が外部へ飛散せず、かつ、他の箇所で隙間(口開き)が発生しない板厚として、4mm以上かつ9mm以下の範囲という知見を得たため、この範囲の板厚としている。
 図1に示すサイレンサ15は、遠心圧縮機10内で発生する騒音のレベルを低下させる装置である。図1に示すように、サイレンサ15は、サイレンサケーシング15aを備えている。サイレンサケーシング15aは、図1中に矢印で示す方向(軸線Xに直交する方向)から流入する空気を、空気案内筒12の取込口11aに導く流路15bを画定する。流路15bの周囲には流路15bを取り囲むように消音材15eが配置されている。この消音材15eによって、遠心圧縮機10内で発生する騒音の一部が吸収され、騒音のレベルが低下する。
 図1に示すように、サイレンサケーシング15aは、仕切板14を内部に収容している。仕切板14の端部はサイレンサケーシング15aに連結されている。したがって、仕切板14は、サイレンサケーシング15aを支持する支持部材としても機能する。
 次に、サイレンサケーシング15aとスクロールケーシング13bとを締結する締結位置の構造について説明する。
 前述したように空気案内筒12の全部または一部が取付位置から脱落して飛散すると、空気案内筒12の全部または一部が仕切板14に衝突する。前述では圧延鋼材からなる仕切板14は、衝撃荷重が発生した際に衝撃の運動エネルギーを塑性変形することで吸収して制止させることを説明した。以降では仕切板14以外で衝撃の運動エネルギーを吸収する構造について説明する。
 図4に示すように、スクロールケーシング13bのサイレンサ15側の端部に設けられたフランジ部13dと、サイレンサケーシング15aのスクロールケーシング13b側の端部に設けられたフランジ部15cとは、図4に示す締結位置(第1締結位置)において、締結ボルト40(第1締結ボルト)によって締結されている。
 図4には締結位置が1箇所のみ示されているが、締結位置は、軸線X回りの周方向に一定間隔で複数箇所設けられている。これら複数箇所の締結位置において、フランジ部13dとフランジ部15cとが締結ボルト40によって締結されている。
 締結ボルト40として、SCM435と呼ばれる炭素量0.33~0.38%のクロムモリブデン鋼を用いるのが好ましい。SCM435は、強度が高く、引張荷重が印加された際に破断に至るまでの伸長量が大きい点で優れている。
 フランジ部15cには、軸線Xに沿って延びる締結穴15dが設けられている。また、フランジ部13dには、軸線Xに沿って延びる締結穴13eが設けられている。これらの締結穴15d,13eの内周面には、雌ねじが形成されている。一方、軸線Xに沿って延びる締結ボルト40の軸部40bの外周面には、頭部40aと軸部40bの境界部分近傍から軸部40bの先端部近傍に至るまでの全面に雄ねじが形成されている。
 軸部40bの外周面の各箇所での変形を均一化することで締結ボルト40に引張荷重が発生し、伸長量が大きくなるまで塑性変形した場合でも、ボルト40は局所的に応力が集中しにくいために、大きな伸長まで破断することがないので好適である。
 フランジ部13dとフランジ部15cとは、締結ボルト40の頭部40aの直径d2よりも小さい内径d1を有する円筒状で所定の長さを有するスペーサ50(第1スペーサ部材)を、締結ボルト40の軸部40bに挿入した状態で締結されている。この状態で、締結ボルト40の軸部40bに形成された雄ねじと、締結穴15d,13eの内周面に形成された雌ねじとが噛み合った状態となっている。
 スペーサ50は、圧延により製造された金属部材からなる。この金属部材として、例えば、鉄を主成分とし炭素を微量(約0.2%)含有するFe-C系合金である圧延鋼材が用いられる。圧延鋼材であれば種々の材料を用いることが可能であるが、SS400と呼ばれる一般構造用圧延鋼材(JIS G 3101;ASTM A283)を用いるのが好ましい。
 圧延による金属材は、大きな塑性変形の後に破壊に至る延性を保有するので、鋳造による金属よりも衝撃に対する破壊強度が高い特性を保有する。
 図4に示すように、空気案内筒12とスクロールケーシング13bとは、空気案内筒12のフランジ部12aに設けられた貫通穴に挿入される締結ボルト42によって締結されている。図4には締結位置が1箇所のみ示されているが、締結位置は、軸線X回りの周方向に一定間隔で複数箇所設けられている。これら複数箇所の締結位置において、空気案内筒12とスクロールケーシング13bとが締結ボルト42によって締結されている。
 前述では仕切板14の塑性変形で、衝撃の運動エネルギーを吸収して制止させることを記載したが、ここでは仕切板14以外である締結ボルト40およびスペーサ50による衝撃の運動エネルギーを吸収できる構造を記載する。
 前述したように空気案内筒12の全部または一部が取付位置から脱落して飛散すると、空気案内筒12の全部または一部が仕切板14に衝突する。この衝突によってサイレンサケーシング15aにスクロールケーシング13bから離間する方向の衝撃が加わる。この衝撃は、締結ボルト40とフランジ部15cとフランジ部13dの締結位置に作用する。
 図4に示すようにスペーサ50を締結ボルト40の軸部40bに挿入した状態で締結しているのは、締結ボルト40の軸線X方向の長さを長くして伸長量を大きく確保するためである。スペーサ50の所定の長さは少なくとも締結ボルト40の軸部40b径より長いものとし、締結作業に支障がないよう長さを設定する。伸長量を大きくすることにより、締結ボルト40が破断することを防止するとともに、締結ボルト40の伸長によって空気案内筒12の全部または一部が取付位置から脱落して飛散し、それが衝突したことによる衝撃の運動エネルギーを吸収することができる。
 また、図4に示すようにスペーサ50を設けているのは、延性を保有する圧延鋼材からなるスペーサ50に衝撃の運動エネルギーを吸収させるためである。締結ボルト40とフランジ部15cの締結位置に作用する衝撃により、締結ボルト40の頭部40aとフランジ部15cとの間に配置されるスペーサ50は、軸線X方向の長さが収縮する。圧延鋼材からなるスペーサ50は、大きな塑性変形の後に破壊に至る延性を保有するため、軸線X方向に沿って収縮することにより、前述した衝撃による運動エネルギーを吸収することができる。
 次に、スクロールケーシング13bと軸受台20とを締結する締結位置の構造について説明する。
 図1に示すように、本実施形態の軸受台20は、スクロール部13を支持するフランジ部20aと、ロータ軸30を支持する軸受部20bとを備えている。
 図5に示すように、スクロールケーシング13bの軸受台20側の端部に設けられたフランジ部13fと、軸受台20のスクロールケーシング13b側の端部に設けられたフランジ部20aとは、図5に示す締結位置(第2締結位置)において、締結ボルト41(第2締結ボルト)によって締結されている。
 締結ボルト41として、SCM435と呼ばれる炭素量0.33~0.38%のクロムモリブデン鋼を用いるのが好ましい。SCM435は、強度が高く、伸長量が大きい点で優れている。
 フランジ部13fには、軸線Xに沿って延びる締結穴13gが設けられている。また、フランジ部20aには、軸線Xに沿って延びる締結穴20cが設けられている。これらの締結穴13g,20cの内周面には、雌ねじが形成されている。一方、軸線Xに沿って延びる締結ボルト41の軸部41bの外周面には、頭部41aから先端部に至るまでの全面に雄ねじが形成されている。
 フランジ部13fとフランジ部20aとは、締結ボルト41の頭部41aの直径d4よりも小さい内径d3を有する円筒状のスペーサ51(第2スペーサ部材)を、締結ボルト41の軸部41bに挿入した状態で締結されている。この状態で、締結ボルト41の軸部41bに形成された雄ねじと、締結穴13g,20cの内周面に形成された雌ねじとが噛み合った状態となっている。
 スペーサ51は、圧延により製造された金属部材からなる。この金属部材として、例えば、鉄を主成分とし炭素を微量(約0.2%)含有するFe-C系合金である圧延鋼材が用いられる。圧延鋼材であれば種々の材料を用いることが可能であるが、SS400と呼ばれる一般構造用圧延鋼材(JIS G 3101;ASTM A283)を用いるのが好ましい。
 圧延による金属材は、大きな塑性変形の後に破壊に至る延性を保有するので、鋳造による金属よりも衝撃に対する破壊強度が高い特性を保有する。
 前述したように空気案内筒12の全部または一部が取付位置から脱落して飛散すると、空気案内筒12の全部または一部が仕切板14に衝突する。この衝突によってスクロールケーシング13bが軸受台20から離間する方向の衝撃が加わる。この衝撃は、締結ボルト41とフランジ部13fとフランジ部20aの締結位置に作用する。
 図5に示すようにスペーサ51を締結ボルト41の軸部41bに挿入した状態で締結しているのは、締結ボルト41の軸線X方向の長さを長くして伸長量を大きく確保するためである。伸長量を大きくすることにより、締結ボルト41が破断することを防止するとともに、締結ボルト41の伸長によって空気案内筒12の全部または一部が取付位置から脱落して飛散し、それが衝突したことによる衝撃の運動エネルギーを吸収することができる。
 また、図5に示すようにスペーサ51を設けているのは、延性を保有する圧延鋼材からなるスペーサ51に衝撃の運動エネルギーを吸収させるためである。締結ボルト41とフランジ部13fの締結位置に作用する衝撃により、締結ボルト41の頭部41aとフランジ部13fとの間に配置されるスペーサ51は、軸線X方向の長さが収縮する。圧延鋼材からなるスペーサ51は、大きな塑性変形の後に破壊に至る延性を保有するため、軸線X方向に沿って収縮することにより、前述した衝撃による運動エネルギーを吸収することができる。
 次に、スクロールケーシング13bと軸受台20の外周縁部に取り付けられるクランプ部材60について説明する。スクロールケーシング13bのフランジ部13fと、軸受台20のフランジ部20aとの締結位置近傍は、図6に示すようになっている。図6は、図1に示すP方向からスクロールケーシング13bのフランジ部13fとフランジ部20aの外周縁部をみた図である。
 図6に示すように、軸線X回りの周方向において、締結ボルト41による複数の締結位置(第2締結位置)の間に、複数のクランプ部材60が取り付けられている。
 図7に示すように、クランプ部材60は、フランジ部20aの外周縁部とスクロールケーシング13bのフランジ部13fの外周縁部とを外周側から取り囲む凹所60aを有する。また、クランプ部材60は、凹所60aに開口するとともに軸線X方向に沿って延びる貫通穴60bを有する。
 図7に示すように、フランジ部20aは、軸線X方向に延びる締結穴20dを有している。図7には1つの締結穴20dのみが示されているが、軸線X回りの周方向に沿って等間隔で複数箇所に設けられている。締結穴20dの内周面には雌ねじが形成されている。一方、貫通穴60bと締結穴20dに挿入される締結ボルト43(第3締結ボルト)の軸部の外周面には、雄ねじが形成されている。フランジ部20aとクランプ部材60とは、締結ボルト43の雄ねじと締結穴20dの雌ねじとが噛み合うことにより締結される。
 クランプ部材60がフランジ部20aに締結された状態で、スクロールケーシング13bの軸線X方向の端面13iと凹所60aの軸線X方向の端面60eとの間には、所定の隙間60cが設けられている。隙間60cの軸線Xに沿った幅はd5となっている。
 また、フランジ部20aは、スクロールケーシング13bと接触する接触面20eと、圧縮空気が流通する流路13h(第2流路)を形成する端面20fと、接触面20eと端面20fとを接続する段部20gとを備えている。図7に示すように、端面20fは、接触面20eよりも流路13h側に配置されている。
 段部20gの軸線X方向の幅d6は、隙間60cの幅d5よりも広くなっている。
 前述したように空気案内筒12が取付位置から脱落すると、空気案内筒12が仕切板14に衝突する。この衝突によってスクロールケーシング13bが軸受台20から離間する方向の衝撃力が加わる。この衝撃力は、締結ボルト41とフランジ部13fとフランジ部20aの締結位置に作用する。
 図7に示すように所定の隙間60cを設けているのは、羽根車11の全部または一部が飛散することによる軸線X方向の衝撃を吸収しきれずに締結ボルト41が破断してスクロールケーシング13bが軸受台20から離間する場合に、離間するスクロールケーシング13bによる衝撃をクランプ部材60で吸収するためである。
 なお、所定の隙間60cを設けない場合、クランプ部材60の近傍での締結力が高まって締結ボルト41が破断しにくくなる。この場合、締結ボルト41の破断を防ぐことができるものの、他の箇所(例えば、スクロールケーシング13b)に負荷がかかり、負荷がかかった箇所が破断してしまう可能性がある。
 締結ボルト41が破断してスクロールケーシング13bが軸受台20から離間すると、図7に示す状態から図8に示す状態となる。
 図8に示す状態となると、スクロールケーシング13bの軸線X方向の端面13iと凹所60aの軸線X方向の端面60eとが接触した状態となる。この状態において、接触面20eの部分には、軸線X方向の幅がd5の隙間60dが形成される。この隙間60dが流路13hと連通して隙間(口開き)が生じてしまうと、流路13hからブレード11dの破損した一部等が外部に飛散してしまう可能性がある。
 本実施形態においては、図8に示すように、段部20gの軸線X方向の幅d6が隙間60dの幅d5よりも広くなっている。そのため、隙間60dが流路13hと連通して破損した部材が通過するような隙間(口開き)が生じてしまう不具合が防止される。
 本実施形態においては、スクロールケーシング13bの軸線X方向の端面13iと凹所60aの軸線X方向の端面60eとの間に敢えて隙間60cを設けることで、締結ボルト41の締結位置以外での破断を防止している。その上で、締結ボルト41が破断した場合に、スクロールケーシング13bが軸受台20から離間することにより生じる衝撃を、クランプ部材60で吸収するようにしている。
 次に、本実施形態の遠心圧縮機の製造方法について説明する。
 本実施形態の遠心圧縮機10の製造方法は、以下の工程によって遠心圧縮機10を製造する。
 第1工程において、取込口11aから流入する空気を圧縮して吐出口11bから吐出する羽根車11をロータ軸30に取り付ける。
 第2工程において、羽根車11を収容するように空気案内筒12を取り付けてロータ軸30の軸線X方向に沿って取込口11aから流入する空気を軸線X方向から傾斜した方向に案内して吐出口11bへ導く流路を形成する。
 第3工程において、吐出口11bから吐出された圧縮空気が流入するスクロール部13を、空気案内筒12よりも軸線X方向に直交する径方向の外周側に配置する。
 第4工程において、板厚が4mm以上かつ9mm以下の複数の仕切板14を、取込口11aよりも空気の流通方向の上流側に設けるとともに軸線X方向に所定の長さを有するように軸線Xを中心として放射状に配置する。
 以上の工程により、本実施形態の遠心圧縮機10が製造される。
 以上説明した本実施形態の過給機100が備える遠心圧縮機10が奏する作用および効果について説明する。
 本実施形態の過給機100が備える遠心圧縮機10によれば、羽根車11の全部または一部が破断あるいは脱落する場合、羽根車11の全部または一部が径方向に飛散して、空気案内筒12に衝突する。
 空気案内筒12は、ロータ軸30の軸線X方向に沿って取込口11aから流入する空気を軸線X方向から傾斜した方向に案内して吐出口11bへ導く流路11eを形成する。径方向に飛散する羽根車11の全部または一部が空気案内筒12に衝突すると、空気案内筒12には径方向の衝撃が加わる。同様に、軸線X方向に飛散する羽根車11の全部または一部が空気案内筒12に衝突すると、空気案内筒12には軸線X方向の衝撃が加わる。軸線X方向の衝撃は、空気案内筒12の全部または一部をスクロール部13から離れる方向に飛散させる衝撃であるので、空気案内筒12の全部または一部が取付位置から脱落する可能性がある。
 本実施形態の遠心圧縮機10によれば、取込口11aよりも空気の流通方向の上流側に軸線X方向に所定の長さを有する複数の仕切板14が軸線Xを中心として放射状に配置されている。そのため、飛散した羽根車11の全部または一部や、羽根車11の飛散による衝撃によってスクロール部13から離れる方向に飛散する空気案内筒12の全部または一部が、複数の仕切板14に衝突する。
 複数の仕切板14は板厚が4mm以上かつ9mm以下の圧延鋼材である。そのため、空気案内筒12の全部または一部が衝突することによって適宜に塑性変形し、衝突によるエネルギーを吸収する。これにより、空気案内筒12の全部または一部が飛散することによって遠心圧縮機10の一部に隙間が生じ、その隙間から羽根車11の全部または一部が外部に飛散する不具合を抑制することができる。
 本実施形態の遠心圧縮機10によれば、スクロール部13から離れる方向に飛散する空気案内筒12の全部または一部が仕切板14を収容するサイレンサケーシング15aに衝突すると、サイレンサケーシング15aをスクロールケーシングから引き離す方向に衝撃が加わる。この衝撃は、締結ボルト40の頭部40aとサイレンサケーシング15aとの間に配置されるスペーサ50が収縮することにより吸収される。このように、締結ボルト40に挿入した状態で締結されるスペーサ50を用いて軸線方向の衝撃を吸収することにより締結ボルト40が破断する不具合が抑制される。よって、空気案内筒12の全部または一部の飛散によって遠心圧縮機10の一部に隙間が生じ、その隙間から羽根車11の全部または一部が外部に飛散する不具合を抑制することができる。
 本実施形態の遠心圧縮機10において、締結ボルト40は、頭部40aから先端部に至る軸部40bの外周面に形成された雄ねじを備える。このようにすることで、頭部40aから先端部に至る軸部40bの外周面の各箇所での変形を均一化することで衝撃のエネルギー吸収を大きくした締結ボルト40を用いて、前述した不具合を抑制することができる。
 本実施形態の遠心圧縮機10によれば、スクロール部13から離れる方向に飛散する空気案内筒12の全部または一部が仕切板14を収容するサイレンサケーシング15aに衝突すると、スクロールケーシング13bを軸受台20のフランジ部20aから引き離す方向の衝撃が加わる。この衝撃は、締結ボルト41の頭部41aとスクロールケーシング14bとの間に配置されるスペーサ51が収縮することにより吸収される。このように、締結ボルト41に挿入した状態で締結されるスペーサ51を用いて、軸線X方向の衝撃を吸収することにより締結ボルト41が破断する不具合が抑制される。よって、空気案内筒12の全部または一部の飛散によって遠心圧縮機10の一部に隙間が生じ、その隙間から羽根車11の全部または一部が外部に飛散する不具合を抑制することができる。
 本実施形態の遠心圧縮機10において、締結ボルト41は、頭部41aから先端部に至る軸部40bの外周面に形成された雄ねじを備える。このようにすることで、頭部41aから先端部に至る軸部40bの外周面の各箇所での変形を均一化することで衝撃のエネルギー吸収を大きくした締結ボルト41を用いて、前述した不具合を抑制することができる。
 本実施形態の遠心圧縮機10は、フランジ部20aの外周縁部とスクロールケーシング13bの外周縁部とを外周側から取り囲む凹所60aと、凹所60aに開口するとともに軸線X方向に沿って延びる貫通穴60bとを有するクランプ部材60を複数備える。また、フランジ部20aが、軸線X方向に延びる締結穴20dを軸線X回りの周方向に複数有する。そして、フランジ部20aとクランプ部材60とが、貫通穴60bおよび締結穴20dに挿入される締結ボルト43によって締結されている。更に、スクロールケーシング13bの軸線X方向の端面13iと、凹所60aの軸線X方向の端面60eとの間に所定の隙間60cが設けられている。
 このようにすることで、複数の締結ボルト41が破断して軸受台20のフランジ部20aとスクロールケーシング13bとが離間してしまう場合であっても、スクロールケーシング13bの軸線X方向の端面13iが、凹所60aの軸線X方向の端面60eと接触する。この接触による衝撃は、軸線X回りの周方向に複数取り付けられたクランプ部材60によって吸収される。これにより、空気案内筒12の飛散によって遠心圧縮機10の一部に隙間が生じ、その隙間から破損した羽根車11の全部または一部が外部に飛散する不具合を抑制することができる。
 本実施形態において、フランジ部20aは、クランプ部材60と締結ボルト43によって締結されており、スクロールケーシング13bの軸線X方向の端面13iと、凹所60aの軸線X方向の端面60eとの間に所定の隙間60cが設けられている。そして、フランジ部20aは、スクロールケーシング13bと接触する接触面20eと、圧縮空気が流通する流路13hを形成するとともに接触面20eよりも流路13h側に配置されるフランジ部20aの端面20fとを接続する段部20gを有する。
 このようにすることで、複数の締結ボルト41が破断して軸受台20のフランジ部20aとスクロールケーシング13bとが離間してスクロールケーシング13bの軸線X方向の端面13iが凹所60aの軸線X方向の端面60eが接触する場合に、段部20gの存在によってフランジ部20aとスクロールケーシング13bとの間の口開きが抑制される。更に、段部20gの軸線X方向の幅d6が所定の隙間60dの幅d5よりも広いので、連通する隙間が発生せず、口開きをより確実に抑制することができる。
〔他の実施形態〕
 以上の説明において、遠心圧縮機10が備える羽根車11が連結されるロータ軸30は、舶用ディーゼル機関から排出される排気ガスにより回転するタービン(図示略)によって軸線X回りに回転するものであったが、他の態様であってもよい。例えば、ロータ軸30は、ロータ軸30に連結されたモータ等の他の動力源によって回転するものであってもよい。
 以上の説明において、仕切板14は、軸線Xを中心として放射状に4枚を90度の間隔で配置するものであったが、他の態様であってもよい。例えば、軸線Xを中心として放射状に6枚を60度の間隔で配置する態様や、8枚を45度の間隔で配置する態様など、任意の枚数を配置するようにしても良い。
 以上の説明において、クランプ部材60は、軸受台20のフランジ部20aに締結するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、クランプ部材60をスクロールケーシング13bのフランジ部13eに締結するようにしてもよい。この場合、スクロールケーシング13bのフランジ部13eが軸線X方向に延びる締結穴を軸線X回りの周方向に複数有するものとなる。そして、この複数の締結穴に締結ボルト43を締結することにより、クランプ部材60がスクロールケーシング13bのフランジ部13eに締結される。また、この場合、前述した隙間60cは、軸受台20のフランジ部20aの軸線X方向の端面とクランプ部材60の凹所の軸線X方向の端面との間に設けられることとなる。
10  遠心圧縮機
11  羽根車
11a 取込口
11b 吐出口
11d ブレード
11e 流路
12  空気案内筒(案内筒)
13  スクロール部
13b スクロールケーシング
13d フランジ部
13f フランジ部
13h 流路(第2流路)
13i 端面
14  仕切板
15  サイレンサ
15a サイレンサケーシング
15b 流路(第1流路)
15c フランジ部
20  軸受台
20a フランジ部
20e 接触面
20f 端面
20g 段部
30  ロータ軸
40  締結ボルト(第1締結ボルト)
41  締結ボルト(第2締結ボルト;フランジ部締結ボルト)
43  締結ボルト(第3締結ボルト;クランプ部材締結ボルト)
50  スペーサ(第1スペーサ部材)
51  スペーサ(第2スペーサ部材)
60  クランプ部材
60a 凹所
60b 貫通穴
60c 隙間
60d 隙間
60e 端面
100 過給機

Claims (10)

  1.  ロータ軸に取り付けられるとともに取込口から流入する流体を圧縮して吐出口から吐出する羽根車と、
     該羽根車を収容する案内筒と、
     該案内筒よりも外周側に配置されるとともに前記吐出口から吐出された圧縮流体が流入するスクロール部と、
     前記取込口よりも流体の流通方向の上流側に設けられるとともに前記ロータ軸の軸線方向に所定の長さを有する複数の仕切板と、
     前記複数の仕切板を収容するサイレンサケーシングを有するサイレンサとを備え、
     前記複数の仕切板は、前記軸線を中心として放射状に配置されるとともに該仕切板の板厚が4mm以上かつ9mm以下の圧延鋼材であることを特徴とする遠心圧縮機。
  2.  前記スクロール部が、前記吐出口から吐出された圧縮流体が流入する渦形室を形成するスクロールケーシングを有し、
     該スクロールケーシングと前記サイレンサケーシングとが、前記軸線回りの周方向の複数の第1締結位置において前記軸線方向に延びる複数の第1締結ボルトによって締結されており、
     前記スクロールケーシングと前記サイレンサケーシングとは、前記第1締結ボルトの頭部の直径よりも内径の小さい円筒状の第1スペーサ部材を、前記第1締結ボルトの軸部に挿入した状態で締結されることを特徴とする請求項1に記載の遠心圧縮機。
  3.  前記第1締結ボルトは、前記頭部から先端部に至る前記軸部の外周面に形成された雄ねじを備えることを特徴とする請求項2に記載の遠心圧縮機。
  4.  前記ロータ軸を支持する軸受部と、前記スクロール部を支持するフランジ部とを有する軸受台を備え、
     該フランジ部と前記スクロールケーシングとが、前記軸線回りの複数の第2締結位置において前記軸線方向に延びる複数の第2締結ボルトによって締結されており、
     前記フランジ部と前記スクロールケーシングとは、前記第2締結ボルトの頭部の直径よりも内径の小さい円筒状の第2スペーサ部材を、前記第2締結ボルトの軸部に挿入した状態で締結されることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の遠心圧縮機。
  5.  前記第2締結ボルトは、前記頭部から先端部に至る前記軸部の外周面に形成された雄ねじを備えることを特徴とする請求項4に記載の遠心圧縮機。
  6.  ロータ軸に取り付けられるとともに取込口から流入する流体を圧縮して吐出口から吐出する羽根車と、
     該羽根車を収容する案内筒と、
     該案内筒よりも外周側に配置されるとともに前記吐出口から吐出された圧縮流体が流入する渦形室を形成するスクロールケーシングを有するスクロール部と、
     前記ロータ軸を支持する軸受部および前記スクロール部を支持するフランジ部を有する軸受台と、
     前記フランジ部と前記スクロールケーシングとを、前記ロータ軸の軸線回りの複数の締結位置において前記軸線方向に延びる複数のフランジ部締結ボルトと、
     前記フランジ部の外周縁部と前記スクロールケーシングの外周縁部とを外周側から取り囲む凹所と、該凹所に開口するとともに前記軸線方向に沿って延びる貫通穴とを有するクランプ部材を複数備え、
     前記フランジ部または前記スクロールケーシングのいずれか一方が、前記軸線方向に延びる締結穴を前記軸線回りの周方向に複数有しており、
     前記フランジ部または前記スクロールケーシングのいずれか一方と前記クランプ部材とが、前記貫通穴および前記締結穴に挿入されるクランプ部材締結ボルトによって締結されており、
     前記フランジ部または前記スクロールケーシングのいずれか他方の前記軸線方向の端面と、前記凹所の前記軸線方向の端面との間に所定の隙間が設けられていることを特徴とする遠心圧縮機。
  7.  前記フランジ部は、前記締結穴を有するとともに前記クランプ部材と前記クランプ部材締結ボルトによって締結されており、
     前記スクロールケーシングの前記軸線方向の端面と、前記凹所の前記軸線方向の端面との間に所定の隙間が設けられており、
     前記フランジ部は、前記スクロールケーシングと接触する接触面と、前記圧縮流体が流通する第2流路を形成するとともに前記接触面よりも前記第2流路側に配置される前記フランジ部の端面とを接続する段部を有することを特徴とする請求項6に記載の遠心圧縮機。
  8.  前記段部の前記軸線方向の幅が、前記所定の隙間の幅よりも広いことを特徴とする請求項7に記載の遠心圧縮機。
  9.  請求項1から8のいずれか1項に記載の遠心圧縮機と、
     内燃機関から排出された排気ガスにより前記軸線回りに回転するとともに前記ロータ軸に連結されるタービンと、を備えることを特徴とする過給機。
  10.  取込口から流入する流体を圧縮して吐出口から吐出する羽根車をロータ軸に取り付ける工程と、
     前記羽根車を収容するように案内筒を取り付けて前記取込口から流入する流体を前記吐出口へ導く流路を形成する工程と、
     前記吐出口から吐出された圧縮流体が流入するスクロール部を、前記案内筒よりも前記軸線方向に直交する径方向の外周側に配置する工程と、
     板厚が4mm以上かつ9mm以下の複数の仕切板を、前記取込口よりも流体の流通方向の上流側に設けるとともに前記軸線方向に所定の長さを有するように前記軸線を中心として放射状に配置する工程と、を備えることを特徴とする遠心圧縮機の製造方法。
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