JP2005330816A - Turbo machine and compressor impeller for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ターボ機械およびターボ機械のコンプレッサインペラの構造に関する。 The present invention relates to a turbomachine and a structure of a compressor impeller of the turbomachine.
従来から、ターボ機械として、空気を圧縮してエンジンの吸気量を増やす手段として、排気ガスのエネルギーを利用してタービンインペラ及びタービンインペラに固着されたシャフトを回転させ、シャフトに結合された遠心型のコンプレッサインペラを駆動するターボチャージャが知られている。 Conventionally, as a turbomachine, as a means of compressing air and increasing the intake amount of the engine, the turbine impeller and the shaft fixed to the turbine impeller are rotated using the energy of the exhaust gas, and the centrifugal type coupled to the shaft There is known a turbocharger that drives a compressor impeller.
図１２に、従来技術に関わるターボチャージャ１１１の、側面断面図を示す。図１２においてターボチャージャ１１１は、エンジンの排気ガスから回転エネルギーを取り出す排気側部１１２と、この回転エネルギーによって、空気を圧縮してエンジンに送り込む吸気側部１１３とを備えている。 FIG. 12 shows a side cross-sectional view of a turbocharger 111 related to the prior art. In FIG. 12, a turbocharger 111 includes an exhaust side portion 112 that extracts rotational energy from the exhaust gas of the engine, and an intake side portion 113 that compresses air by this rotational energy and sends the compressed air to the engine.
タービンインペラ１１４は、排気流入通路１１９から流入してきた排気ガスによって、エネルギーを与えられ、回転する。 The turbine impeller 114 is energized by the exhaust gas flowing in from the exhaust inflow passage 119 and rotates.
シャフト１２３のタービンインペラ１１４と反対側（シャフト１２３の先端部側）には、シャフト１２３を介して空気を圧縮する遠心型のコンプレッサインペラ１１６が取り付けられている。
コンプレッサインペラ１１６には、中央部に取付孔１２５が貫通している。
シャフト１２３は、この取付孔１２５に、わずかな隙間ばめ、又は締まりばめ程度で挿入されている。コンプレッサインペラ１１６は、シャフト１２３の先端部に形成されたオネジ部１４０に取付ナット１２６を締結することによって、シャフト１２３に固定されている。
A centrifugal type compressor impeller 116 that compresses air via the shaft 123 is attached to the opposite side of the shaft 123 to the turbine impeller 114 (the tip end side of the shaft 123).
A mounting hole 125 passes through the compressor impeller 116 at the center.
The shaft 123 is inserted into the mounting hole 125 with a slight clearance fit or interference fit. The compressor impeller 116 is fixed to the shaft 123 by fastening a mounting nut 126 to a male screw portion 140 formed at the tip of the shaft 123.
図１３に、従来技術に関わるコンプレッサインペラ１１６の側面断面図を示す。
図１３に示すように、コンプレッサインペラ１１６のディスク１２９は、ハブ側ディスク部１２９Ａと、背面側ディスク部１２９Ｂとを備えている。ハブ側ディスク部１２９Ａの外側には、翼部１１８が複数設けられ、ディスク１２９の中心には、取付孔１２５が貫通している。
FIG. 13 is a side sectional view of a compressor impeller 116 related to the prior art.
As shown in FIG. 13, the disk 129 of the compressor impeller 116 includes a hub-side disk part 129A and a back-side disk part 129B. A plurality of wing portions 118 are provided outside the hub-side disk portion 129 </ b> A, and a mounting hole 125 passes through the center of the disk 129.
コンプレッサインペラ１１６は、軽量化を実現するために、例えばアルミニウム合金の鋳物等で製造されている。コンプレッサインペラ１１６の回転数は、数万ｒｐｍという高い値にまで至るため、コンプレッサインペラ１１６は、高回転で使用すると高速回転がもたらす遠心力によってその径方向に非常に強い引張応力を受け、破損に至ることがある。
そして、コンプレッサインペラ１１６の破損は、特に取付孔１２５の内壁を起点として起こり易いことが、知られている。即ち、コンプレッサインペラ１１６における取付孔１２５内壁の破損は、コンプレッサインペラ１１６の回転軸の軸方向において、コンプレッサインペラ１１６の外周部が最大となる最大外周部位１３０の近傍で、特によく発生することが判明している。
The compressor impeller 116 is made of, for example, an aluminum alloy casting or the like in order to reduce the weight. Since the rotation speed of the compressor impeller 116 reaches a high value of several tens of thousands rpm, the compressor impeller 116 receives a very strong tensile stress in the radial direction due to the centrifugal force caused by the high speed rotation when used at a high rotation, and is damaged. Sometimes.
It is known that the compressor impeller 116 is easily damaged particularly from the inner wall of the mounting hole 125. That is, it has been found that the damage to the inner wall of the mounting hole 125 in the compressor impeller 116 occurs particularly frequently in the vicinity of the maximum outer peripheral portion 130 where the outer peripheral portion of the compressor impeller 116 is maximum in the axial direction of the rotation shaft of the compressor impeller 116. doing.
このような課題を解決するために、例えば特許文献１に開示されたような技術が知られている。
図１４に、特許文献１に関わるコンプレッサインペラ２１６の断面図を示す。特許文献１によれば、図１４に示すようにコンプレッサインペラ２１６に貫通する取付孔を設けず、下部に雌ねじを切った取付穴２４２を設けている。また、シャフト２２３の先端部２５４には雄ねじが設けられている。先端部２５４を取付穴２４２にねじ込むことにより、シャフト２２３とコンプレッサインペラ２１６とが結合される。
In order to solve such a problem, for example, a technique as disclosed in Patent Document 1 is known.
FIG. 14 is a cross-sectional view of a compressor impeller 216 related to Patent Document 1. According to Patent Document 1, as shown in FIG. 14, no mounting hole penetrating the compressor impeller 216 is provided, and a mounting hole 242 in which a female screw is cut is provided in the lower part. Further, a male screw is provided at the tip 254 of the shaft 223. The shaft 223 and the compressor impeller 216 are coupled to each other by screwing the leading end 254 into the mounting hole 242.
しかしながら、前記特許文献１のような従来技術でも、コンプレッサインペラ２１６の回転軸の軸方向において、コンプレッサインペラ２１６の外周部が最大となる最大外周部位２３０の近傍に取付穴２４２が設けられているため、回転数を上げると、最大外周部位２３０近傍から破損が起こる可能性がある。 However, even in the conventional technique such as Patent Document 1, the mounting hole 242 is provided in the vicinity of the maximum outer peripheral portion 230 where the outer peripheral portion of the compressor impeller 216 is maximum in the axial direction of the rotation shaft of the compressor impeller 216. If the rotational speed is increased, damage may occur from the vicinity of the maximum outer peripheral portion 230.
特に、コンプレッサインペラ２１６を用いたターボチャージャを備えたエンジンを、例えば建設機械などの作業機械に用いる場合、積込作業のような高負荷（即ちエンジンが高回転）の状態と、殆んど負荷のない（即ち低回転）の状態とを、短い時間間隔で繰り返すことになる。
その結果、コンプレッサインペラ２１６にかかる応力振幅が高くなり、さらに破損を起こし易くなってしまう。
In particular, when an engine equipped with a turbocharger using a compressor impeller 216 is used for a work machine such as a construction machine, a high load state (i.e., a high engine speed) such as a loading operation, and almost a load. The state where there is no (that is, low rotation) is repeated at short time intervals.
As a result, the stress amplitude applied to the compressor impeller 216 is increased, and damage is more likely to occur.
また近年、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯx）を低減する対策として、ＥＧＲ(Exhaust
Gas Recirculation：排気ガス再循環装置)と呼ばれる技術が、実施されるようになってきている。
これは、エンジンから排出された排気ガスの一部を、エンジンの吸気系統に戻して再循環させるものである。
In recent years, as a measure to reduce nitrogen oxides (NOx) contained in exhaust gas from diesel engines, EGR (Exhaust
A technique called “Gas Recirculation” has been implemented.
In this method, a part of the exhaust gas discharged from the engine is returned to the engine intake system and recirculated.
ＥＧＲを実現するためには、排気ガス再循環分少なくなったシリンダ内の新気容積で燃焼空気を確保する必要があり、ターボチャージャを、より高圧力比化させる必要がある。
従って、コンプレッサインペラ２１６をより高い回転数で回転させる必要があり、従来技術のみではまだ充分ではなく、より耐久性の高いコンプレッサインペラが望まれている。
In order to realize EGR, it is necessary to secure combustion air with the fresh air volume in the cylinder that is reduced by the amount of exhaust gas recirculation, and it is necessary to increase the pressure ratio of the turbocharger.
Therefore, it is necessary to rotate the compressor impeller 216 at a higher rotational speed, and the prior art alone is not sufficient, and a compressor impeller with higher durability is desired.
本発明は、上記の問題に着目してなされたものであり、高回転数で回転させても破損の少ないコンプレッサインペラとシャフトとの結合構造を提供することを目的としている。 The present invention has been made paying attention to the above problem, and an object of the present invention is to provide a coupling structure between a compressor impeller and a shaft that is less damaged even when rotated at a high rotational speed.
上記の目的を達成するために、第１発明は、ターボ機械において、コンプレッサ駆動用のシャフトと、前記シャフトの一側にスリーブをねじで結合し、前記スリーブの前記シャフトの一側と同じ側の端面から明けた穴の内周と、コンプレッサインペラのディスク背面中央部に設けた突起の外周とを締めしろ嵌合で結合した構成としている。 In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, in the turbomachine, a compressor driving shaft and a sleeve are coupled to one side of the shaft by screws, and the sleeve is connected to the same side as the one side of the shaft. The inner periphery of the hole opened from the end face and the outer periphery of the protrusion provided at the center of the back surface of the disk of the compressor impeller are joined together by fastening.
第２発明は、第１発明において、コンプレッサインペラのディスク背面中央部に設けた前記突起の端面から明けた穴と、前記シャフトの一側の外周とを嵌合結合した構成としている。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the hole opened from the end surface of the protrusion provided at the center of the rear surface of the disk of the compressor impeller and the outer periphery on one side of the shaft are connected.
第３発明は、第２発明において、前記コンプレッサと前記シャフトの嵌合を、前記コンプレッサと前記スリーブとの嵌合より緩い嵌合とした構成としている。 According to a third invention, in the second invention, the fitting between the compressor and the shaft is a looser fitting than the fitting between the compressor and the sleeve.
第４発明は、第１〜３のいずれかの発明において、前記スリーブと、前記コンプレッサインペラとの間に回転方向の滑りを抑制する第１の滑り抑制手段を設けた構成としている。 According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, a first slip suppression unit that suppresses slip in the rotational direction is provided between the sleeve and the compressor impeller.
第５発明は、第１〜４のいずれかの発明において、前記シャフトと、前記コンプレッサインペラの嵌合部との間に回転方向の滑りを抑制する第２の滑り抑制手段を設けた構成としている。 According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions, a second slip suppression means for suppressing slip in the rotational direction is provided between the shaft and the fitting portion of the compressor impeller. .
第６発明は、第１〜５のいずれかの発明において、シャフトに同期した回転を行なわない非回転部材に固定されたスラストベアリングと、シャフトに固定されたスラストカラーとを備え、スラストカラーとスリーブとの間でスラストベアリングを挟み込んでなる構成としている。
第７発明は、第１〜６のいずれかの発明において、前記スリーブに潤滑油および高圧空気をシールするシール手段を設けた構成としている。
第８発明は、第１〜７のいずれかの発明において、前記スリーブを前記シャフトに締め付け可能な形状部を設けた構成としている。
第９発明は、コンプレッサインペラのデイスク背面中央部の突起の外周がターボ機械に組み込む取り付け部である構成としている。
A sixth invention includes the thrust collar and the sleeve according to any one of the first to fifth inventions, comprising: a thrust bearing fixed to a non-rotating member that does not rotate in synchronization with the shaft; and a thrust collar fixed to the shaft. A thrust bearing is sandwiched between the two.
According to a seventh invention, in any one of the first to sixth inventions, the sleeve is provided with sealing means for sealing lubricating oil and high-pressure air.
According to an eighth invention, in any one of the first to seventh inventions, a shape portion capable of fastening the sleeve to the shaft is provided.
In the ninth aspect of the invention, the outer periphery of the protrusion at the center of the back surface of the disk of the compressor impeller is a mounting portion that is incorporated into the turbomachine.
第１発明によれば、コンプレッサインペラのディスク部にシャフトと結合させるための取付孔や深い取付穴を設ける必要がなくなる。また、スリーブとコンプレッサインペラを締めしろ嵌合させているので固定的に取り付けできると共に、コンプレッサインペラの線膨張係数をスリーブより大きい材質にしてあるので、稼働中の圧縮温度で嵌合部の温度が上昇すると、より締まり勝手になるので緩むことがない。
その結果、確実にコンプレッサインペラとシャフトを結合できると共に、コンプレッサインペラにかかる応力が小さくでき、コンプレッサインペラを高回転数で回転させても耐久性を確保できる。
According to the first invention, there is no need to provide a mounting hole or a deep mounting hole for coupling the shaft to the disk portion of the compressor impeller. In addition, since the sleeve and the compressor impeller are fastened and fitted together, they can be fixedly attached and the linear expansion coefficient of the compressor impeller is made of a material larger than that of the sleeve. If it rises, it will tighten more and will not loosen.
As a result, the compressor impeller and the shaft can be reliably coupled, the stress applied to the compressor impeller can be reduced, and durability can be ensured even when the compressor impeller is rotated at a high rotational speed.
第２発明によれば、コンプレッサインペラとシャフトとの同心度を十分に確保しながら結合することができる。 According to the second aspect of the invention, the compressor impeller and the shaft can be coupled while sufficiently securing the concentricity.
第３発明によれば、コンプレッサインペラとシャフトの同心度の許容限度を確保しながら組立性の向上を図ることができる。 According to the third aspect of the invention, it is possible to improve the assembling property while ensuring the allowable limit of the concentricity between the compressor impeller and the shaft.
第４発明によれば、コンプレッサインペラとスリーブの結合が緩んだり、コンプレッサインペラに過大な荷重が掛かったとき、コンプレッサインペラのスリーブに対する周方向の滑り防止が図られ、回転体のアンバランスの増加を防止できる。 According to the fourth aspect of the present invention, when the coupling between the compressor impeller and the sleeve is loosened or an excessive load is applied to the compressor impeller, it is possible to prevent the compressor impeller from slipping in the circumferential direction with respect to the sleeve, and to increase the unbalance of the rotating body. Can be prevented.
第５発明によれば、コンプレッサインペラとスリーブの結合が緩んだり、コンプレッサインペラに過大な荷重が掛かったとき、コンプレッサインペラのシャフトに対する周方向の滑り防止が図られ、回転体のアンバランスの増加を防止できる。 According to the fifth aspect of the present invention, when the coupling between the compressor impeller and the sleeve is loosened or an excessive load is applied to the compressor impeller, slippage in the circumferential direction with respect to the shaft of the compressor impeller is prevented, and the unbalance of the rotating body is increased. Can be prevented.
第６発明によれば、回転中にシャフトに掛かるスラスト方向の力が、スラストベアリングによって受け止められ、シャフトの軸方向位置を規制することができる。 According to the sixth aspect, the thrust force applied to the shaft during rotation is received by the thrust bearing, and the axial position of the shaft can be regulated.
第７発明によれば、軸受及びスラストベアリングを潤滑するためのオイルが、コンプレッサインペラの裏面の空間（裏面室と言う）側に流れ出るのを防止できる。 According to the seventh aspect of the invention, oil for lubricating the bearing and the thrust bearing can be prevented from flowing out to the space (referred to as the back chamber) on the back surface of the compressor impeller.
第８発明によれば、スリーブをシャフトにねじ込む際に、スリーブのナット状に加工された外周部をスパナ等で把持できるので、スリーブをシャフト雄ねじ部に容易にねじ込むことができる。 According to the eighth aspect of the invention, when the sleeve is screwed into the shaft, the outer peripheral portion processed into the nut shape of the sleeve can be gripped by a spanner or the like, so that the sleeve can be easily screwed into the shaft male screw portion.
第９発明によれば、コンプレッサインペラの破損が起きにくくなって耐久性が向上するので、このコンプレッサインペラを用いたターボチャージャを、高圧力比化することができる。 According to the ninth aspect of the invention, the compressor impeller is hardly damaged and the durability is improved, so that the turbocharger using the compressor impeller can have a high pressure ratio.
以下、図を参照しながら、本発明に関わる実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１に、本発明に関わるターボチャージャ１１の断面図、図２に、そのコンプレッサインペラ１６の側面図、図３に、そのコンプレッサインペラ１６の断面図を示す。 FIG. 1 is a cross-sectional view of a turbocharger 11 according to the present invention, FIG. 2 is a side view of the compressor impeller 16, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the compressor impeller 16.
図１においてターボチャージャ１１は、エンジンの排気ガスから回転エネルギーを取り出す排気側部１２と、この回転エネルギーによって、空気を圧縮してエンジンに送り込む吸気側部１３とを備えている。ターボチャージャ１１の排気側部１２は、排気側ハウジング１５と、複数の翼部を備えシャフト２３により支持されたタービンインペラ１４とを有している。
排気側ハウジング１５は、タービンインペラ１４に排気ガスを供給する排気流入通路１９を備えている。排気流入通路１９は、タービンインペラ１４の外周を取り巻くように環状に形成され、図示しないエンジンから排出された排気ガスが流れるエンジン排気流路に接続されている。
In FIG. 1, the turbocharger 11 includes an exhaust side portion 12 that extracts rotational energy from the exhaust gas of the engine, and an intake side portion 13 that compresses air by this rotational energy and sends it to the engine. The exhaust side portion 12 of the turbocharger 11 has an exhaust side housing 15 and a turbine impeller 14 having a plurality of blade portions and supported by a shaft 23.
The exhaust-side housing 15 includes an exhaust inflow passage 19 that supplies exhaust gas to the turbine impeller 14. The exhaust inflow passage 19 is formed in an annular shape so as to surround the outer periphery of the turbine impeller 14, and is connected to an engine exhaust passage through which exhaust gas discharged from an engine (not shown) flows.
また排気側ハウジング１５は、タービンインペラ１４にエネルギーを与えた後の排気ガスを排出する排気流出口２１を備えている。排気流出口２１は、タービンインペラ１４の回転中心と略同心状に略円筒状に形成されている。排気流出口２１と反対側の開口部は、排気側インナープレート２２によって塞がれている。 Further, the exhaust-side housing 15 includes an exhaust outlet 21 that discharges exhaust gas after applying energy to the turbine impeller 14. The exhaust outlet 21 is formed in a substantially cylindrical shape substantially concentrically with the rotation center of the turbine impeller 14. The opening on the opposite side of the exhaust outlet 21 is closed by the exhaust inner plate 22.
タービンインペラ１４には、一体にシャフト２３が形成されている。このシャフト２３は、排気側インナープレート２２を貫通し、軸受２４によって回転自在に支承されている。タービンインペラ１４は一般的にニッケル基超合金、シャフト２３は、一般的に合金鋼または炭素鋼によって形成されている。 A shaft 23 is formed integrally with the turbine impeller 14. The shaft 23 passes through the exhaust side inner plate 22 and is rotatably supported by a bearing 24. The turbine impeller 14 is generally formed of a nickel base superalloy, and the shaft 23 is generally formed of alloy steel or carbon steel.
コンプレッサインペラ１６は、吸気側ハウジング１７の内部に収納されている。吸気側ハウジング１７は、コンプレッサインペラ１６に空気を吸い込む吸気流入口２７を備えている。吸気流入口２７は、コンプレッサインペラ１６の回転中心と同心状に略円筒状に形成されている。吸気流入口２７と反対側の開口部は、吸気側インナープレート５５によって塞がれている。 The compressor impeller 16 is accommodated in the intake side housing 17. The intake side housing 17 includes an intake air inlet 27 that sucks air into the compressor impeller 16. The intake air inlet 27 is formed in a substantially cylindrical shape concentrically with the rotation center of the compressor impeller 16. The opening on the side opposite to the intake air inlet 27 is closed by the intake side inner plate 55.
コンプレッサインペラ１６によって圧力のエネルギと速度エネルギを与えられた空気は、ディフーザ５８部でそのうちの速度エネルギがさらに圧力のエネルギに変換され、コンプレッサインペラ１６の外周部を取り巻くように環状に形成された吸気排出通路２８を通って、図示しないエンジンの給気口に供給される。
翼部１８には、一般的に翼の軸方向幅が長い全翼１８Ａと、全翼１８Ａに対して軸方向途中から翼入口が始まる中間翼１８Ｂとがあり、両者は交互に配置されている。
The air that has been given pressure energy and velocity energy by the compressor impeller 16 is further converted into pressure energy by the diffuser 58, and the intake air formed in an annular shape so as to surround the outer periphery of the compressor impeller 16. The gas is supplied to an air supply port of an engine (not shown) through the discharge passage 28.
The wing part 18 generally includes a full wing 18A having a long axial width of the wing and an intermediate wing 18B in which the blade inlet starts from the middle in the axial direction with respect to the full wing 18A. .
図２、図３に示すように、本発明に関わるコンプレッサインペラ１６は、そのディスク部２９が中実となっており、取付孔や取付穴を設けていない。
そして、背面側ディスク部２９Ｂの最背面部には、ディスク部２９と芯を合わせて、突起部４３が一体に設けられていると共に突起部４３の外周に嵌め合い円筒部４３Ｊが設けられている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the compressor impeller 16 according to the present invention has a solid disk portion 29 and has no mounting holes or mounting holes.
Further, on the rearmost surface portion of the back-side disk portion 29B, the protruding portion 43 is integrally provided with the disk portion 29 and the core, and a cylindrical portion 43J that fits on the outer periphery of the protruding portion 43 is provided. .
図４に図１のＰ部詳細図を示す。図４において、タービンインペラ１４に固着されたシャフト２３の先端部には、シャフト２３と同心で円筒形に加工されたシャフト円筒部６０を備えている。
また、シャフト円筒部６０のさらに先端側には、シャフト雄ねじ部４６が設けられている。
FIG. 4 is a detailed view of the P part in FIG. In FIG. 4, a shaft cylindrical portion 60 concentrically with the shaft 23 and processed into a cylindrical shape is provided at the distal end portion of the shaft 23 fixed to the turbine impeller 14.
Further, a shaft male thread portion 46 is provided on the further distal end side of the shaft cylindrical portion 60.
図１、図４に示すスリーブ４９には、円筒部４９Ｅに、スラストベアリング４８を受けるスラストカラー部４９Ｃ、スラストベアリングとの間に隙間を付けるためのスペーサ部４９Ｓ、スリーブ４９の回転軸の軸方向中ほどの外周部には、全周にわたってシール溝５０が設けられている。
スリーブ４９の内周部のシャフト２３側には、シャフト雄ねじ部４６に締結される雌ねじ部５３が設けられている。
スリーブ４９の内周部のコンプレッサインペラ１６側には、コンプレッサインペラ１６の突起部外周の嵌め合い円筒部４３Ｊと嵌合する嵌め合い円筒穴４９Ｈが設けられている。
The sleeve 49 shown in FIGS. 1 and 4 includes a cylindrical portion 49E, a thrust collar portion 49C that receives the thrust bearing 48, a spacer portion 49S for providing a gap between the thrust bearing, and the axial direction of the rotation axis of the sleeve 49. A seal groove 50 is provided in the middle outer peripheral portion over the entire periphery.
On the shaft 23 side of the inner peripheral portion of the sleeve 49, a female screw portion 53 that is fastened to the shaft male screw portion 46 is provided.
On the compressor impeller 16 side of the inner peripheral portion of the sleeve 49, a fitting cylindrical hole 49H that fits with the fitting cylindrical portion 43J on the outer periphery of the protruding portion of the compressor impeller 16 is provided.
スリーブ４９のコンプレッサインペラ１６側円筒部４９Ｅの外周部６１には、例えば平行な二面を成形した加工やナット状の加工（図示せず）が施されており、スパナなどでこの部位を把持することができるようになっている。 The outer peripheral portion 61 of the cylindrical portion 49E on the compressor impeller 16 side of the sleeve 49 is processed, for example, by forming two parallel surfaces or a nut-like processing (not shown), and this portion is gripped by a spanner or the like. Be able to.
また、軸受けハウジング４５内の潤滑油がコンプレッサインペラ１６の裏面側へ流れでないようにするため仕切り壁として吸気側インナープレート４５Ｐを設けている。この吸気側インナープレート４５Ｐは、軸受けハウジング４５のコンプレッサインペラ１６側の端面と吸気側インナープレート４５Ｐの間にスラストベアリング４８を挟み込みながら吸気側インナープレート４５Ｐの端面の外周部でスナップリング４５Ｓを用いて取り付けられている。吸気側インナープレート４５Ｐの外周部のシールは、Ｏ―リング４５Ｒを用いている。吸気側インナープレート４５Ｐの内周部のシールは、スリーブ４９のシール溝５０に嵌め込まれたＦＣ材等で形成されたシールリング５１を用いている。シールリング５１は、自由形状のときは合口が開いた状態に作られており、この合口を縮めるように力をかけて吸気側インナープレート４５Ｐの内周部に嵌め込むと張力で密着して嵌まり込むように形成されている。 Further, an intake side inner plate 45P is provided as a partition wall so that the lubricating oil in the bearing housing 45 does not flow to the back side of the compressor impeller 16. The intake side inner plate 45P uses a snap ring 45S at the outer peripheral portion of the end surface of the intake side inner plate 45P while sandwiching a thrust bearing 48 between the end surface of the bearing housing 45 on the compressor impeller 16 side and the intake side inner plate 45P. It is attached. An O-ring 45R is used as a seal on the outer periphery of the intake side inner plate 45P. A seal ring 51 formed of an FC material or the like fitted into the seal groove 50 of the sleeve 49 is used for sealing the inner peripheral portion of the intake side inner plate 45P. When the seal ring 51 is in a free shape, the joint is made in an open state. When the seal ring 51 is applied to the inner periphery of the intake side inner plate 45P by applying a force so as to shrink the joint, the seal ring 51 is closely attached by tension. It is formed to get stuck.
図５に、シャフト２３にコンプレッサインペラ１６を組み込むための手順を、フローチャートで示す。
まず、中央部に円形孔の設けられた円板状のスラストカラー４７を、軸受２４に支承されたシャフト２３に挿入する（ステップＳ１１）。
次に、スラストベアリング４８を軸受ハウジング４５に挿入する（ステップＳ１２）。
スラストベアリング４８には、潤滑用のオイルが通る、オイル通路５６が設けられ、潤滑用のオイルは回転するスリーブ４９及びスラストカラー４７と非回転側のスラストベアリング４８との接触面の潤滑を行う。
FIG. 5 is a flowchart showing a procedure for incorporating the compressor impeller 16 into the shaft 23.
First, the disc-shaped thrust collar 47 provided with a circular hole in the center is inserted into the shaft 23 supported by the bearing 24 (step S11).
Next, the thrust bearing 48 is inserted into the bearing housing 45 (step S12).
The thrust bearing 48 is provided with an oil passage 56 through which lubricating oil passes, and the lubricating oil lubricates the contact surface between the rotating sleeve 49 and the thrust collar 47 and the non-rotating side thrust bearing 48.
そして、スリーブ４９を、シャフト２３にねじ込む（ステップＳ１３）。その際には、スリーブ４９の前記ナット状に加工された外周部６１をスパナ等で把持し、スリーブ４９をシャフト雄ねじ部４６にねじ込むようにする。
これにより、スリーブ４９及びスラストカラー４７が、シャフト２３と一体に回転するようになる。
Then, the sleeve 49 is screwed into the shaft 23 (step S13). At that time, the outer peripheral portion 61 processed into the nut shape of the sleeve 49 is held by a spanner or the like, and the sleeve 49 is screwed into the shaft male screw portion 46.
As a result, the sleeve 49 and the thrust collar 47 rotate together with the shaft 23.
次に、スリーブ４９のシール溝５０シールリング５１を嵌め込んでから、外周部にＯーリングを取り付けた吸気側インナープレート４５Ｐをスナップリングで軸受ハウジング４５に固定する（ステップＳ１４）。これにより、スラストベアリング４８が、非回転側の部材である軸受ハウジング４５と吸気側インナープレート４５Ｐとの間に挟み込まれて、固定される。 Next, after fitting the seal groove 50 and the seal ring 51 of the sleeve 49, the intake side inner plate 45P having an O-ring attached to the outer peripheral portion is fixed to the bearing housing 45 with a snap ring (step S14). As a result, the thrust bearing 48 is sandwiched and fixed between the bearing housing 45, which is a non-rotating member, and the intake-side inner plate 45P.
その結果、ステップＳ１３で非回転側の部材に固定されたスラストベアリング４８が、シャフト２３と一体に回転する回転部材であるスラストカラー４７とスリーブ４９との間に挟み込まれる。従って、回転時にシャフト２３のスラスト方向にかかる力が、スラストベアリング４８によって受け止められ、回転軸の軸方向位置が規制される。 As a result, the thrust bearing 48 fixed to the non-rotating member in step S13 is sandwiched between the thrust collar 47 and the sleeve 49, which are rotating members that rotate integrally with the shaft 23. Therefore, the force applied in the thrust direction of the shaft 23 during rotation is received by the thrust bearing 48, and the axial position of the rotation shaft is regulated.
また、ステップＳ１４で、吸気側インナープレート４５Ｐを軸受けハウジング４５に固定した際に、吸気側インナープレート４５Ｐの内径部の面取り４５Ｍ部でシールリング５１の外周が縮められながら組み込まれ、吸気側インナープレート４５Ｐの内周部に密着する。
これにより、軸受２４及びスラストベアリング４８を潤滑するためのオイルが、コンプレッサインペラ１６の裏面の空間（裏面室と言う）側に流れ出るのを防止している。
Further, when the intake side inner plate 45P is fixed to the bearing housing 45 in step S14, the intake side inner plate 45P is incorporated while the outer periphery of the seal ring 51 is contracted by the chamfer 45M of the inner diameter portion of the intake side inner plate 45P. It adheres to the inner periphery of 45P.
Thereby, oil for lubricating the bearing 24 and the thrust bearing 48 is prevented from flowing out to the space (referred to as the back chamber) side of the back surface of the compressor impeller 16.
次に、コンプレッサインペラ１６を、スリーブ４９の嵌め合い円筒穴４９Ｈに圧入または冷やしばめで取り付ける（ステップＳ１５）。
これにより、コンプレッサインペラ１６がスリーブ４９を介してシャフト２３と結合される。
Next, the compressor impeller 16 is attached by press fitting or cold fitting into the fitting cylindrical hole 49H of the sleeve 49 (step S15).
As a result, the compressor impeller 16 is coupled to the shaft 23 via the sleeve 49.
以上説明したように、本発明によれば、従来技術のような取付孔１２５や取付穴２４２がなくても、コンプレッサインペラ１６とシャフト２３とを結合することができるので、コンプレッサインペラ１６を中実とすることができる。従って、コンプレッサインペラ１６にかかる応力が小さくなり、高回転数で回転しても耐久性を確保できる。 As described above, according to the present invention, the compressor impeller 16 and the shaft 23 can be coupled without the mounting hole 125 and the mounting hole 242 as in the prior art, so that the compressor impeller 16 is solid. It can be. Therefore, the stress applied to the compressor impeller 16 is reduced, and durability can be ensured even when the compressor impeller 16 rotates at a high rotational speed.
この理由を図６により説明する。図６は、従来技術での、コンプレッサインペラ１１６の取付孔１２５の内径と、コンプレッサインペラ１１６の回転軸の軸方向において、コンプレッサインペラ１１６の外周部が最大となる最大外周部位１３０で、コンプレッサインペラ１１６にかかる応力Ｔの大きさとの関係を、グラフで示している。図６に示すように、取付孔１２５の内径が０であれば応力Ｔは小さく、内径が過小の場合に応力Ｔは非常に大きくなる。そして、ある内径Ｄ以上においては、取付孔１２５の内径が大きいほど、応力Ｔは大きくなる。
従って、従来技術と異なり、本発明のように、取付孔１２５がなくて中実の場合には、応力は小さくなることがわかる。
The reason for this will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows the compressor impeller 116 at the maximum outer peripheral portion 130 where the outer peripheral portion of the compressor impeller 116 becomes the maximum in the axial direction of the rotation shaft of the compressor impeller 116 and the inner diameter of the mounting hole 125 of the compressor impeller 116 in the prior art. The relationship with the magnitude of the stress T applied to is shown in a graph. As shown in FIG. 6, if the inner diameter of the mounting hole 125 is zero, the stress T is small, and if the inner diameter is too small, the stress T is very large. Above a certain inner diameter D, the greater the inner diameter of the mounting hole 125, the greater the stress T.
Therefore, unlike the prior art, it can be seen that the stress is small when the mounting hole 125 is not provided as in the present invention and is solid.
実施例２では、図７に示すように、コンプレッサインペラ１６Ａの円筒状突起部４３には、後述するシャフト２３Ａとの同心度を確保するための嵌め合い穴４３Ｈが設けられている。
また、シャフト２３Ａの先端には、シャフト２３Ａと同心で円筒形に精密加工された嵌め合い円筒部２３Ｊを備えている。
In Example 2, as shown in FIG. 7, the cylindrical protrusion 43 of the compressor impeller 16A is provided with a fitting hole 43H for ensuring concentricity with a shaft 23A described later.
In addition, a fitting cylindrical portion 23J concentrically with the shaft 23A and precisely processed into a cylindrical shape is provided at the tip of the shaft 23A.
また、コンプレッサインペラ１６の嵌め合い円筒部４３Ｊとスリーブ４９の嵌め合い円筒穴４９Ｈ間の嵌合よりも、コンプレッサインペラ１６の嵌め合い円筒穴４３Ｈとシャフト２３の嵌め合い円筒部２３Ｊ間の嵌合をより緩い嵌合としてもよい。 Further, the fitting between the fitting cylindrical hole 43H of the compressor impeller 16 and the fitting cylindrical portion 23J of the shaft 23 is performed rather than the fitting between the fitting cylindrical portion 43J of the compressor impeller 16 and the fitting cylindrical hole 49H of the sleeve 49. A looser fitting may be used.
以上、説明した実施例１，２のスリーブ４９を図８(a),(b)に示すように、スリーブ４９のコンプレッサインペラ１６側の端面から切り込みを入れて係合穴部の２面幅４４Ｈを設け、図９に示すように、コンプレッサインペラ１６，１６Ａ裏面側中央部に設けた突起部４３の嵌め合い円筒部４３Ｊの根元の部分に係合軸部の２面幅４４Ｊを設けても良い、これにより、コンプレッサインペラ１６，１６Ａをスリーブ４９に組み立てると係合穴部の２面幅４４Ｈに係合軸部の２面幅４４Ｊが係合することによって廻り止めの機能を果たす滑り抑制手段となる。 As described above, as shown in FIGS. 8A and 8B, the sleeve 49 of the first and second embodiments described above is cut from the end surface on the compressor impeller 16 side of the sleeve 49, and the two-surface width 44H of the engagement hole portion. As shown in FIG. 9, a two-sided width 44J of the engaging shaft portion may be provided at the base portion of the fitting cylindrical portion 43J of the protrusion 43 provided at the center of the back surface of the compressor impellers 16 and 16A. Thus, when the compressor impellers 16 and 16A are assembled to the sleeve 49, the anti-slip means that functions as a detent by engaging the two-surface width 44J of the engagement shaft portion with the two-surface width 44H of the engagement hole portion. Become.
また、図１０(a),(b)に示すように、実施例２のコンプレッサインペラ１６Ａディスク裏面の突起部４３の先端部に切り込みを入れて係合穴部の２面幅２５Ｈを設け、かつ、図１１(a),(b)に示すように、シャフト２３Ａの雄ねじ部４６の先の部分に係合軸部の２面幅２５Ｊを設け、シャフト２３Ａにコンプレッサインペラ１６Ａを組み立てると係合穴部の２面幅２５Ｈに係合軸部の２面幅２５Ｊが係合することによって廻り止めの機能を果たす滑り抑制手段となる。 Further, as shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b), the front end of the protrusion 43 on the back surface of the compressor impeller 16A disk of Example 2 is cut to provide a two-surface width 25H of the engagement hole, and 11 (a) and 11 (b), when the two-sided width 25J of the engagement shaft portion is provided at the tip of the male screw portion 46 of the shaft 23A, and the compressor impeller 16A is assembled to the shaft 23A, the engagement hole When the two-surface width 25J of the engagement shaft portion is engaged with the two-surface width 25H of the portion, it becomes a slip suppression means that functions as a detent.
ここで２面幅４４Ｈ、４４Ｊまたは２面幅２６Ｈ、２６Ｊの替わりに、２面幅以外に、その他断面多角形状や断面非円形状の加工を施して構成してもよい。 Here, instead of the two-surface widths 44H and 44J or the two-surface widths 26H and 26J, in addition to the two-surface width, other cross-sectional polygonal shapes or non-circular cross-sectional shapes may be processed.
尚、本発明については、ターボチャージャに関する応用例についてのみ説明したが、例えばマイクロガスタービンや機械駆動式過給機など、他のターボ機械にも応用が可能である。 The present invention has been described only with respect to the application examples related to the turbocharger. However, the present invention can be applied to other turbomachines such as a micro gas turbine and a mechanically driven supercharger.
１１：ターボチャージャ、１２：排気側部、１３：吸気側部、１４：タービンインペラ、１５：排気側ハウジング、１６，１６Ａ：コンプレッサインペラ、２３，２３Ａ：シャフト、２３Ｊ：嵌め合い円筒部、２４：ジャーナルベアリング、２５Ｈ：インペラ二面幅、２５Ｊ：シャフト二面幅、２６Ｈ：インペラ二面幅、２６Ｊ：シャフト二面幅、２７：吸気流入口、４３：インペラ裏面突起部、４３Ｊ：インペラ嵌め合い円筒部、４４Ｈ：係合穴二面幅、４４Ｊ：係合軸二面幅、４６：シャフト雄ねじ部、４９,４９Ｅ：スリーブ、４９Ｈ：スリーブ嵌め合い穴、４９Ｓ：スペーサ部、５３：スリーブ雌ねじ部、５８：ディフーザ。
11: Turbocharger, 12: Exhaust side, 13: Intake side, 14: Turbine impeller, 15: Exhaust side housing, 16, 16A: Compressor impeller, 23, 23A: Shaft, 23J: Fitting cylinder, 24: Journal bearing, 25H: Impeller two-sided width, 25J: Shaft two-sided width, 26H: Impeller two-sided width, 26J: Shaft two-sided width, 27: Inlet inlet, 43: Impeller back projection, 43J: Impeller fitting cylinder Portion, 44H: engagement hole width across flats, 44J: engagement shaft width across flats, 46: shaft male threaded portion, 49, 49E: sleeve, 49H: sleeve fitting hole, 49S: spacer portion, 53: sleeve female threaded portion, 58: Diffuser.
Claims (9)
コンプレッサ駆動用のシャフトと、
前記シャフトの一側にスリーブをねじで結合し、
前記スリーブの前記シャフトの一側と同じ側の端面から明けた穴の内周と、
コンプレッサインペラのディスク背面中央部に設けた突起の外周とを締めしろ嵌合で結合した
ことを特徴とするターボ機械。 In turbomachinery,
A shaft for driving the compressor;
A sleeve is connected to one side of the shaft with a screw,
An inner circumference of a hole drilled from an end surface on the same side as the one side of the shaft of the sleeve;
A turbo machine characterized in that the outer periphery of a protrusion provided at the center of the rear surface of the compressor impeller disk is coupled by tightening.
ことを特徴とする請求項１に記載のターボ機械。 2. The turbo machine according to claim 1, wherein a hole opened from an end surface of the protrusion provided in a central portion of the rear surface of the disk of the compressor impeller is fitted and coupled to an outer periphery on one side of the shaft.
ことを特徴とする請求項２に記載のターボ機械。 The turbo machine according to claim 2, wherein the compressor impeller and the shaft are fitted to each other looser than the compressor impeller and the sleeve.
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のターボ機械。 The turbo machine according to any one of claims 1 to 3, further comprising a first slip suppression unit that suppresses slip in a rotational direction between the sleeve and the compressor impeller.
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のターボ機械。 The turbo machine according to any one of claims 1 to 4, wherein a second slip suppression unit that suppresses a slip in a rotational direction is provided between the shaft and the compressor impeller.
シャフトに固定されたスラストカラーとを備え、
スラストカラーとスリーブとの間でスラストベアリングを挟み込んでなる
ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のターボ機械。 A thrust bearing fixed to a non-rotating member that does not rotate in synchronization with the shaft;
With a thrust collar fixed to the shaft,
The turbomachine according to any one of claims 1 to 5, wherein a thrust bearing is sandwiched between the thrust collar and the sleeve.
ことを特徴とする請求項６に記載のターボ機械。 The turbomachine according to claim 6, wherein the sleeve is provided with sealing means for sealing lubricating oil and high-pressure air.
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のターボ機械の圧縮装置。 The turbomachine compression device according to any one of claims 1 to 7, further comprising a shape portion capable of fastening the sleeve to the shaft.
ことを特徴とするターボ機械のコンプレッサインペラ。
A compressor impeller for a turbomachine, characterized in that the outer periphery of the protrusion at the center of the rear surface of the compressor impeller disk is a mounting portion to be incorporated into the turbomachine.
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