JP2016061223A - ターボ回転機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 遠心圧縮機２９の高圧力比化を促進しつつ、遠心圧縮機２９のメカニカルロスを低減して、遠心圧縮機２９の圧縮機効率の向上を図ること。【解決手段】 複数の圧縮機ブレード４１，４３のチップ端４１ｔ，４３ｔにおける半径方向外側の部位に、環状のクラウンプレート５３が連結され、ハウジング本体３３のシュラウド３３ｓにおける半径方向外側の部位に環状の凹部５５が形成され、クラウンプレート５３の一部分が凹部５５内に位置しており、圧縮機インペラ３７における圧縮機ディスク３９の最大径部３９ｇ側にかけての所定のエリア５７は、半径方向に対して圧縮機ディスク３９の先端３９ａ側へ傾斜するように構成されている。【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は、遠心力を利用して空気等の流体を圧縮し又は排気ガス等の流体の圧力エネルギーを利用して回転力を発生させるターボ回転機械に関する。

近年、過給機、産業機械、ガスタービン等に用いられる遠心圧縮機（ターボ回転機械の１つ）について種々の研究開発がなされており、一般的な遠心圧縮機の構成について簡単に説明すると、次のようになる（特許文献１及び特許文献２等参照）。

一般的な遠心圧縮機は、圧縮機ハウジングを具備しており、この圧縮機ハウジングは、内側に、シュラウドを有している。そして、圧縮機ハウジング内には、圧縮機インペラがその軸心（圧縮機インペラの軸心）周りに回転可能に設けられている。また、圧縮機インペラは、圧縮機ディスクを備えており、この圧縮機ディスクのハブ面は、圧縮機ディスクの先端側から半径方向外側（圧縮機インペラの半径方向の外側）に向かって延びている。更に、圧縮機ディスクのハブ面には、複数の圧縮機ブレードが周方向（ハブ面の周方向）に間隔を置いて一体的に設けられており、各圧縮機ブレードのチップ端（先端縁）は、圧縮機ハウジングのシュラウドに沿うように延びている。

特開２０１２−８２６８９号公報 特開２０１１−１１１９９０号公報

ところで、近年、遠心圧縮機の高圧力比化の要請が強くなっており、その要請に応えるには、圧縮機インペラの外径を拡大する必要がある。一方、圧縮機インペラの外径を拡大すると、遠心圧縮機の運転中に、圧縮機ディスクの背面（先端の反対側の面）、換言すれば、圧縮機インペラに働くスラスト力が高くなり、遠心圧縮機のメカニカルロスが増大して、遠心圧縮機の圧縮機効率の低下を招くことになる。つまり、遠心圧縮機の高圧力比化を促進しつつ、遠心圧縮機の圧縮機効率の向上を図ることは容易でないという問題がある。

なお、過給機、ガスタービン等に用いられるラジアルタービン（ターボ回転機械の１つ）の大容量化の要請に応じて、タービンインペラの外径を拡大する場合においても、同様の問題が生じるものである。

そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成からなるターボ回転機械を提供することを目的とする。

本発明の特徴は、遠心力を利用して流体を圧縮し又は流体の圧力エネルギーを利用して回転力を発生させるターボ回転機械において、内側にシュラウドを有したハウジング（圧縮機ハウジング又はタービンハウジング）と、前記ハウジング内に回転可能に設けられ、ハブ面が先端側（ディスクの先端側）から半径方向外側へ向かって延びたディスク（圧縮機ディスク又はタービンディスク）、及び前記ディスクのハブ面にその周方向に間隔を置いて設けられかつチップ端（先端縁）が前記ハウジングの前記シュラウドに沿うように延びた複数のブレード（圧縮機ブレード又はタービンブレード）を備えたインペラ（圧縮機インペラ又はタービンインペラ）と、を具備し、複数の前記ブレードのチップ端における半径方向外側の部位に環状のクラウンプレートが連結され、前記ハウジングの前記シュラウドにおける半径方向外側の部位に環状の凹部が形成され、前記クラウンプレートの少なくとも一部分が前記凹部内に位置しており、前記インペラにおける前記ディスクの最大径部側のエリアが半径方向に対して前記ディスクの先端側へ傾斜するように構成されたことを要旨とする。

ここで、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「ターボ回転機械」とは、遠心力を利用して流体を圧縮する遠心圧縮機、及び流体の圧力エネルギーを利用して回転力を発生させるラジアルタービンを含む意である。「遠心圧縮機」とは、過給機、産業機械、又はガスタービンに用いられる遠心圧縮機等を含む意であって、「ラジアルタービン」とは、過給機又はガスタービンに用いられるラジアルタービン等を含む意である。また、「流体」とは、空気又は排気ガス等のガスを含む意であって、「設けられ」とは、直接的に設けられたことの他に、別部材を介して間接的に設けられたことを含む意である。そして、「半径方向外側」とは、半径方向の外側のことをいい、「半径方向」とは、特に断らない限り、インペラ（圧縮機インペラ又はタービンインペラ）の半径方向のことをいい、「半径方向外側の部位」とは、半径方向の中央位置よりも半径方向外側に位置する部位のことをいう。更に、「前記ディスクの先端側」とは、前記ターボ回転機械が遠心圧縮機である場合には、インペラの入口側（流体の主流方向の直上流側）のことであって、前記ターボ回転機械がラジアルタービンである場合には、インペラの出口側（流体の主流方向の直下流側）のことである。

本発明の第１の特徴によると、前記ターボ回転機械が遠心圧縮機である場合には、前記インペラをその軸心（前記インペラの軸心）周りに回転させることにより、前記ハウジング内に取入れた流体を圧縮することができる。なお、圧縮した流体（圧縮流体）は、前記ハウジングの外側へ排出される。

一方、前記ターボ回転機械がラジアルタービンである場合には、前記ハウジング内に取入れた流体が前記インペラの入口側から出口側へ流通することにより、流体の圧力エネルギーを利用して回転力を発生させて、前記インペラをその軸心（前記インペラの軸心）周りに回転させることができる。なお、前記インペラの出口側へ流通した流体は、前記ハウジングの外側へ排出される。

前記ターボ回転機械の運転中に、前記インペラの半径方向外側の圧力によって前記ディスクの背面に前記ディスクの先端方向（先端側に向かう方向）のスラスト力（先端方向のスラスト力）が働くことになる。また、前記インペラ内における主流（前記インペラの入口側から出口側へ流通する主流）の圧力によって前記ディスクのハブ面に前記ディスクの先端方向の逆方向（背面側に向かう方向）のスラスト力が働くが、その逆方向のスラスト力は先端方向のスラスト力に比べて小さいものである。これにより、前記ターボ回転機械の運転中に、前記インペラにその外径に応じた大きさの先端方向のスラスト力が働くことになる。なお、「前記インペラの半径方向外側の圧力」とは、前記ターボ回転機械が遠心圧縮機である場合には、前記インペラの出口側の圧力のことであり、前記ターボ回転機械がラジアルタービンである場合には、前記インペラの入口側の圧力のことである。

一方、前記ターボ回転機械の運転中に、前記インペラの半径方向外側の圧力と前記インペラ内における主流の圧力との圧力差によって、逆方向のスラスト力が前記クラウンプレートを介して前記インペラに働くことなる。また、前記エリアが半径方向に対して前記ディスクの先端側へ傾斜するように構成されているため、前記インペラの半径方向外側の流体から受ける反力によって、前記エリアの傾斜角に応じた大きさの逆方向のスラスト力が前記インペラに働くことになる。これにより、前記インペラの外径を拡大しても、前記ターボ回転機械の運転中における前記インペラに働く先端方向のスラスト力の一部を相殺して、先端方向のスラスト力を十分に低減することができる。

本発明によれば、前記インペラの外径を拡大しても、前記ターボ回転機械の運転中における前記インペラに働く先端方向（前記ディスクの先端方向）のスラスト力を十分に低減できるため、前記ターボ回転機械の高圧力比化又は大容量化を促進しつつ、前記ターボ回転機械のメカニカルロスを低減して、前記ターボ回転機械の圧縮機効率又はタービン効率の向上を図ることができる。

図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機の特徴部分を示す拡大正断面図である。 図１Ｂは、本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機と比較するための比較例に係る遠心圧縮機の一部分を示す拡大正断面図である。 図２は、本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機を示す正断面図である。 図３は、本発明の第１実施形態に係る車両用過給機を示す正断面図である。 図４Ａは、本発明の第２実施形態に係るラジアルタービンの特徴部分を示す拡大正断面図である。 図４Ｂは、本発明の第２実施形態に係るラジアルタービンと比較するための比較例に係るラジアルタービンの一部分を示す拡大正断面図である。 図５は、本発明の第２実施形態に係るラジアルタービンの正断面図である。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、図面に示すとおり、「Ｌ」は、左方向、「Ｒ」は、右方向、「ＡＤ」は、軸方向、「ＢＤ」は、半径方向、「ＢＤｉ」は、半径方向内側、「ＢＤｏ」は、半径方向外側である。

（本発明の第１実施形態）
図３に示すように、本発明の第１実施形態に係る車両用過給機（過給機の一例）１は、エンジン（図示省略）からの排気ガス（ガスの一例）の圧力エネルギーを利用して、エンジンに供給される空気を過給（圧縮）するものである。そして、車両用過給機１の具体的な構成等は、以下のようになる。

車両用過給機１は、軸受ハウジング３を具備しており、軸受ハウジング３内には、一対のラジアル軸受５及び一対のスラスト軸受７が設けられている。また、複数の軸受５，７には、左右方向へ延びたロータ軸（回転軸）９が回転可能に設けられており、換言すれば、軸受ハウジング３には、ロータ軸９が複数の軸受５，７を介して回転可能に設けられている。

軸受ハウジング３の右側には、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させるラジアルタービン１１が配設されており、このラジアルタービン１１の構成は、次のようになる。

軸受ハウジング３の右側には、タービンハウジング１３が設けられており、このタービンハウジング１３は、内側に、シュラウド１３ｓを有している。また、タービンハウジング１３内には、タービンインペラ１５がその軸心（タービンインペラ１５の軸心、換言すれば、ロータ軸９の軸心）Ｃ周りに回転可能に設けられており、このタービンインペラ１５は、ロータ軸９の右端部に同心上に一体的に連結されている。そして、タービンインペラ１５は、タービンディスク１７を備えており、このタービンディスク１７のハブ面１７ｈは、タービンディスク１７の先端１７ａ側（右側）から半径方向外側（タービンインペラ１５の半径方向の外側）へ延びており、タービンディスク１７の背面（先端の反対側の面）１７ｂは、軸受ハウジング３側を指向している。更に、タービンディスク１７のハブ面１７ｈには、複数のタービンブレード１９が周方向（ハブ面１７ｈの周方向）に等間隔に一体形成されており、各タービンブレード１９のチップ端（先端縁）１９ｔは、タービンハウジング１３のシュラウド１３ｓに沿うように延びている。

タービンハウジング１３の適宜位置には、排気ガスをタービンハウジング１３内に取入れるための排気取入口２１が形成されており、この排気取入口２１は、エンジンの排気マニホールド（図示省略）に接続可能である。また、タービンハウジング１３の内部におけるタービンインペラ１５の上流側（排気ガスの主流方向の上流側）には、渦巻き状のタービンスクロール流路２３が形成されており、このタービンスクロール流路２３は、排気取入口２１に連通してある。更に、タービンハウジング１３におけるタービンインペラ１５の下流側（排気ガスの主流方向の下流側）には、排気ガスを排出するための排気排出口２５が形成されており、この排気排出口２５は、接続管（図示省略）を介して排気ガス浄化装置（図示省略）に接続可能である。

なお、軸受ハウジング３の右側面には、タービンインペラ１５側からの熱を遮蔽する環状の遮熱板２７が設けられており、この遮熱板２７の外縁部２７ｏは、軸受ハウジング３とタービンハウジング１３によって挟持されている。

軸受ハウジング３の左側には、遠心力を利用して空気を圧縮する遠心圧縮機２９が配設されており、この遠心圧縮機２９の構成は、次のようになる。

図２及び図３に示すように、軸受ハウジング３の左側には、圧縮機ハウジング３１が設けられている。また、圧縮機ハウジング３１は、内側にシュラウド３３ｓを有したハウジング本体３３と、このハウジング本体３３の右側に設けられかつ軸受ハウジング３の左側部に一体的に連結された環状のシールプレート３５とを備えている。

圧縮機ハウジング３１内には、圧縮機インペラ３７がその軸心（圧縮機インペラ３７の軸心、換言すれば、ロータ軸９の軸心）Ｃ周りに回転可能に設けられており、この圧縮機インペラ３７は、ロータ軸９の左端部に同心上に一体的に連結されている。また、圧縮機インペラ３７は、ロータ軸９の左端部に一体的に連結した圧縮機ディスク３９を備えており、この圧縮機ディスク３９のハブ面３９ｈは、圧縮機ディスク３９の先端３９ａ側（左側）から半径方向外側（圧縮機インペラ３７の半径方向の外側）へ延びており、圧縮機ディスク３９の背面３９ｂは、軸受ハウジング３側を指向している。そして、圧縮機ディスク３９のハブ面３９ｈには、複数の圧縮機ブレード４１が周方向（ハブ面３９ｈの周方向）に等間隔に一体形成されており、圧縮機ディスク３９のハブ面３９ｈにおける各隣接する２つの圧縮機ブレード４１間には、圧縮機ブレード４１よりも短いコード長の別の圧縮機ブレード４３が一体形成されている。換言すれば、圧縮機ディスク３９のハブ面３９ｈには、コード長の異なる２種類の圧縮機ブレード４１，４３が周方向に間隔を置いて交互に一体形成されている。更に、各圧縮機ブレード４１のチップ端（先端縁）４１ｔ及び各圧縮機ブレード４３のチップ端４３ｔは、ハウジング本体３３のシュラウド３３ｓに沿うように延びている。なお、コード長の異なる２種類の圧縮機ブレード４１，４３に代えて、コード長の同じ１種類の圧縮機ブレード（図示省略）を用いても構わない。

圧縮機ハウジング３１における圧縮機インペラ３７の上流側（空気の主流方向の上流側）には、空気を圧縮機ハウジング３１内に取入れるための流体取入口としての空気取入口４５が形成されており、この空気取入口４５は、空気を浄化するエアクリーナ（図示省略）に接続可能である。また、圧縮機ハウジング３１内における圧縮機インペラ３７の下流側（空気の主流方向の下流側）には、圧縮された空気を昇圧する環状のディフューザ流路４７が形成されている。更に、圧縮機ハウジング３１の内部には、渦巻き状の圧縮機スクロール流路４９が形成されており、この圧縮機スクロール流路４９は、ディフューザ流路４７に連通してある。そして、圧縮機ハウジング３１の適宜位置には、圧縮された空気を圧縮機ハウジング３１の外側へ排出するための空気排出口５１が形成されており、この空気排出口５１は、圧縮機スクロール流路４９に連通しかつエンジンの吸気マニホールド（図示省略）に接続可能である。

続いて、本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機２９の特徴部分の構成について説明する。

図１Ａ及び図２に示すように、複数の圧縮機ブレード４１，４３のチップ端４１ｔ，４３ｔにおける半径方向外側の部位（換言すれば、圧縮機インペラ３７の出口の直上流側の部位）には、環状のクラウンプレート５３が一体的に連結されている。また、クラウンプレート５３の内周縁５３ｉは、圧縮機ブレード４１のチップ端４１ｔにおける主流方向の中央位置４１ｔｍよりも半径方向外側に位置している。これは、遠心圧縮機２９（換言すれば、車両用過給機１）の運転中に、圧縮機インペラ３７に過大な遠心応力が発生することを回避するためである。更に、ハウジング本体３３のシュラウド３３ｓにおける半径方向外側の部位（換言すれば、圧縮機インペラ３７の出口の直上流側の部位）には、環状の凹部５５が形成されており、クラウンプレート５３の一部分は、凹部５５内に位置している。

圧縮機インペラ３７における圧縮機ディスク３９の最大径部３９ｇ側（換言すれば、圧縮機インペラ３７の出口の直上流側）からディフューザ流路４７にかけての所定のエリア５７は、半径方向に対して圧縮機ディスク３９の先端３９ａ側（換言すれば、圧縮機インペラ３７の入口側）へ傾斜するように構成されている。また、所定のエリア５７の半径方向に対する傾斜角αは、３５度以下に設定されている。傾斜角αが３５度を超えて設定されると、圧縮機インペラ３７内又はディフューザ流路４７内において剥離が生じ易くなるからである。ここで、所定のエリア５７の傾斜状態が半径方向に沿って変化する場合には、所定のエリア５７の傾斜角αは、平均の傾斜角のことをいう。

続いて、本発明の第１実施形態の作用及び効果について説明する。

図３及び図２に示すように、排気取入口２１からタービンハウジング１３内に取入れた排気ガスがタービンスクロール流路２３を経由してタービンインペラ１５の入口側から出口側へ流通する。すると、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させて、圧縮機インペラ３７をその軸心（圧縮機インペラ３７の軸心）Ｃ周りにタービンインペラ１５と一体的に回転させることができる。これにより、空気取入口４５から圧縮機ハウジング３１内に取入れた空気を圧縮して、ディフューザ流路４７及び圧縮機スクロール流路４９を経由して空気排出口５１から排出して、エンジンに供給される空気を過給することができる。なお、タービンインペラ１５の出口側へ流通した排気ガスは、排気排出口２５からタービンハウジング１３の外側へ排出される（車両用過給機１の通常の作用）。

図１Ａに示すように、遠心圧縮機２９（換言すれば、車両用過給機１）の運転中に、圧縮機インペラ３７の半径方向外側の圧力（換言すれば、圧縮機インペラ３７の出口側の圧力）によって圧縮機ディスク３９の背面３９ｂに圧縮機ディスク３９の先端方向（先端３９ａ側に向かう方向）のスラスト力（先端方向のスラスト力）ＣＦ１が働くことになる。また、圧縮機インペラ３７内における主流（圧縮機インペラ３７の入口側から出口側へ流通する主流）の圧力によって圧縮機ディスク３９のハブ面３９ｈに圧縮機ディスク３９の先端方向の逆方向（背面３９ｂ側に向かう方向）のスラスト力ＣＦ２が働くが、その逆方向のスラスト力ＣＦ２は先端方向のスラスト力に比べて小さいものである。これにより、遠心圧縮機２９の運転中に、圧縮機インペラ３７にその外径に応じた大きさの先端方向のスラスト力（ＣＦ１−ＣＦ２）が働くことになる。

一方、遠心圧縮機２９の運転中に、圧縮機インペラ３７の半径方向外側の圧力と圧縮機インペラ３７内における主流の圧力との圧力差によって、逆方向のスラスト力ＣＦ３がクラウンプレート５３を介して圧縮機インペラ３７に働くことなる。また、所定のエリア５７が半径方向に対して圧縮機ディスク３９の先端３９ａ側へ傾斜するように構成されているため、圧縮機インペラ３７の半径方向外側の空気から受ける反力ＡＦによって、所定のエリア５７の傾斜角αに応じた大きさの逆方向のＡＦ・ｓｉｎαが圧縮機インペラ３７に働くことになる。これにより、圧縮機インペラ３７の外径を拡大しても、遠心圧縮機２９の運転中における圧縮機インペラ３７に働く先端方向のスラスト力（ＣＦ１−ＣＦ２）の一部を相殺して、先端方向のスラスト力（ＣＦ１−ＣＦ２）を十分に低減することができる。

所定のエリア５７が半径方向に対して傾斜してない場合には、図１Ｂに示すように、圧縮機インペラ３７の半径方向外側の空気から受ける反力ＡＦによるスラスト力は、圧縮機インペラ３７に働かないものである。なお、図１Ｂは、遠心圧縮機２９と比較するための比較例に係る遠心圧縮機の一部分を示す拡大正断面図であって、比較例に係る遠心圧縮機における複数の構成要素のうち、遠心圧縮機２９における構成要素と対応するものについては、図面中に同一符号を付してある。

図１Ａに示すように、クラウンプレート５３の内周縁５３ｉが圧縮機ブレード４１のチップ端４１ｔにおける主流方向の中央位置４１ｔｍよりも半径方向外側に位置しているため、遠心圧縮機２９の運転中に、圧縮機インペラ３７に過大な遠心応力が発生することを回避することができる。

従って、本発明の第１実施形態によれば、圧縮機インペラ３７の外径を拡大しても、遠心圧縮機２９の運転中における圧縮機インペラ３７に働く先端方向のスラスト力（ＣＦ１−ＣＦ２）を十分に低減できるため、遠心圧縮機２９の高圧力比化（換言すれば、車両用過給機１の高圧力比化）を促進しつつ、遠心圧縮機２９のメカニカルロスを低減して、遠心圧縮機２９の圧縮機効率（換言すれば、車両用過給機１の効率）の向上を図ることができる。

遠心圧縮機２９の運転中に、圧縮機インペラ３７に過大な遠心応力が発生することを回避できるため、圧縮機インペラ３７の耐久性、換言すれば、遠心圧縮機２９の耐久性を十分に確保することができる。

（本発明の第２実施形態）
車両用過給機１（図２参照）は、前述のラジアルタービン１１（図２参照）に代えて、図５に示す本発明の第２実施形態に係るラジアルタービン５９を装備しても構わない。そして、ラジアルタービン５９は、ラジアルタービン１１と同様の構成を有しており、ラジアルタービン５９のタービンインペラ１５の外径がラジアルタービン１１のタービンインペラ１５の外径よりも大きくなっている等、ラジアルタービン５９の構成のうち、ラジアルタービン１１と異なる部分の構成についてのみ説明する。なお、ラジアルタービン５９における複数の構成要素のうち、ラジアルタービン１１における構成要素と対応するものについては、図面中に同一符号を付してある。

図４Ａ及び図５に示すように、複数のタービンブレード１９のチップ端１９ｔにおける半径方向外側の部位（換言すれば、タービンインペラ１５の入口の直下流側の部位）には、環状のクラウンプレート６１が一体的に連結されている。また、クラウンプレート６１の内周縁６１ｉは、タービンブレード１９のチップ端１９ｔにおける主流方向の中央位置１９ｔｍよりも半径方向外側に位置している。これは、ラジアルタービン５９（換言すれば、車両用過給機１）の運転中に、タービンインペラ１５に過大な遠心応力が発生することを回避するためである。更に、タービンハウジング１３のシュラウド１３ｓにおける半径方向外側の部位（換言すれば、タービンインペラ１５の入口の直下流側の部位）には、環状の凹部６３が形成されており、クラウンプレート６１の一部分は、凹部６３内に位置している。

タービンインペラ１５におけるタービンディスク１７の最大径部１７ｇ側（換言すれば、タービンインペラ１５の入口の直下流側）の所定のエリア６５は、半径方向に対してタービンディスク１７の先端１７ａ側（換言すれば、タービンインペラ１５の出口側）へ傾斜するように構成されている。また、所定のエリア６５の半径方向に対する傾斜角βは、３５度以下に設定されている。傾斜角βが３５度を超えて設定されると、タービンインペラ１５内において剥離が生じ易くなるからである。ここで、所定のエリア６５の傾斜状態が半径方向に沿って変化する場合には、所定のエリア６５の傾斜角βは、平均の傾斜角のことをいう。

続いて、本発明の第２実施形態の作用及び効果について説明する。

図４Ａ及び図５に示すように、ラジアルタービン５９（換言すれば、車両用過給機１）の運転中に、タービンインペラ１５の半径方向外側の圧力（換言すれば、タービンインペラ１５の入口側の圧力）によってタービンディスク１７の背面１７ｂにタービンディスク１７の先端方向（先端１７ａ側に向かう方向）のスラスト力（先端方向のスラスト力）ＴＦ１が働くことになる。また、タービンインペラ１５内における主流（タービンインペラ１５の入口側から出口側へ流通する主流）の圧力によってタービンディスク１７のハブ面１７ｈにタービンディスク１７の先端方向の逆方向（背面１７ｂ側に向かう方向）のスラスト力ＴＦ２が働くが、その逆方向のスラスト力ＴＦ２は先端方向のスラスト力に比べて小さいものである。これにより、ラジアルタービン５９の運転中に、タービンインペラ１５にその外径に応じた大きさの先端方向のスラスト力（ＴＦ１−ＴＦ２）が働くことになる。

一方、ラジアルタービン５９の運転中に、タービンインペラ１５の半径方向外側の圧力とタービンインペラ１５内における主流の圧力との圧力差によって、逆方向のスラスト力ＴＦ３がクラウンプレート６１を介してタービンインペラ１５に働くことなる。また、所定のエリア６５が半径方向に対してタービンディスク１７の先端１７ａ側へ傾斜するように構成されているため、タービンインペラ１５の半径方向外側の排気ガスから受ける反力によって、所定のエリア６５の傾斜角βに応じた大きさの逆方向のスラスト力ＴＦ４がタービンインペラ１５に働くことになる。これにより、タービンインペラ１５の外径を拡大しても、ラジアルタービン５９の運転中におけるタービンインペラ１５に働く先端方向のスラスト力（ＴＦ１−ＴＦ２）の一部を相殺して、先端方向のスラスト力（ＴＦ１−ＴＦ２）を十分に低減することができる。

所定のエリア６５が半径方向に対して傾斜してない場合には、図４Ｂに示すように、タービンインペラ１５の半径方向外側の排気ガスから受ける反力によるスラスト力は、タービンインペラ１５に働かないものである。なお、図４Ｂは、ラジアルタービン５９と比較するための比較例に係るラジアルタービンの一部分を示す拡大正断面図であって、比較例に係るラジアルタービンにおける複数の構成要素のうち、ラジアルタービン５９における構成要素と対応するものについては、図面中に同一符号を付してある。

図４Ａに示すように、クラウンプレート６１の内周縁６１ｉがタービンブレード１９のチップ端１９ｔにおける主流方向の中央位置１９ｔｍよりも半径方向外側に位置しているため、ラジアルタービン５９の運転中に、タービンインペラ１５に過大な遠心応力が発生することを回避することができる。

従って、本発明の第２実施形態によれば、タービンインペラ１５の外径を拡大しても、ラジアルタービン５９の運転中におけるタービンインペラ１５に働く先端方向のスラスト力（ＴＦ１−ＴＦ２）を十分に低減できるため、ラジアルタービン５９の大容量化を促進しつつ、ラジアルタービン５９のメカニカルロスを低減して、ラジアルタービン５９のタービン効率（換言すれば、車両用過給機１の効率）の向上を図ることができる。

ラジアルタービン５９の運転中に、タービンインペラ１５に過大な遠心応力が発生することを回避できるため、タービンインペラ１５の耐久性、換言すれば、ラジアルタービン５９の耐久性を十分に確保することができる。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、例えば、本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機２９に適用した技術的思想を産業機械（図示省略）又はガスタービン（図示省略）に用いられる遠心圧縮機（図示省略）に適用しても構わない。また、本発明の第２実施形態に係るラジアルタービン５９に適用した技術的思想をガスタービン（図示省略）に用いられるラジアルタービン（図示省略）に適用しても構わない。そして、本発明に包含される権利範囲は、前述の実施形態に限定されないものである。

１：車両用過給機、３：軸受ハウジング、９：ロータ軸、１１：ラジアルタービン、１３：タービンハウジング、１３ｓ：シュラウド、１５：タービンインペラ、１７：タービンディスク、１７ａ：先端、１７ｂ：背面、１７ｇ：最大径部、１７ｈ：ハブ面、１９：タービンブレード、１９ｔ：チップ端、１９ｔｍ：中央位置、２１：排気取入口、２３：タービンスクロール流路、２５：排気排出口、２９：遠心圧縮機、３１：圧縮機ハウジング、３３：ハウジング本体、３３ｓ：シュラウド、３５：シールプレート、３７：圧縮機インペラ、３９：圧縮機ディスク、３９ａ：先端、３９ｂ：背面、３９ｇ：最大径部、３９ｈ：ハブ面、４１ｔ：チップ端、４１ｔｍ：中央位置、４３：圧縮機ブレード、４３ｔ：チップ端、４５：空気取入口、４７：ディフューザ流路、４９：圧縮機スクロール流路、５１：空気排出口、５３：クラウンプレート、５３ｉ：内周縁、５５：凹部、５７：エリア、５９：ラジアルタービン、６１：クラウンプレート、６１ｉ：内周縁、６３：凹部、６５：エリア

Claims (3)

1. 遠心力を利用して流体を圧縮し又は流体の圧力エネルギーを利用して回転力を発生させるターボ回転機械において、
   内側にシュラウドを有したハウジングと、
   前記ハウジング内に回転可能に設けられ、ハブ面が先端側から半径方向外側へ向かって延びたディスク、及び前記ディスクのハブ面にその周方向に間隔を置いて設けられかつチップ端が前記ハウジングの前記シュラウドに沿うように延びた複数のブレードを備えたインペラと、を具備し、
   複数の前記ブレードのチップ端における半径方向外側の部位に環状のクラウンプレートが連結され、前記ハウジングの前記シュラウドにおける半径方向外側の部位に環状の凹部が形成され、前記クラウンプレートの少なくとも一部分が前記凹部内に位置しており、
   前記インペラにおける前記ディスクの最大径部側のエリアが半径方向に対して前記ディスクの先端側へ傾斜するように構成されたことを特徴とするターボ回転機械。
2. 前記エリアの半径方向に対する傾斜角が３５度以下に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のターボ回転機械。
3. 前記クラウンプレートの内周縁が前記ブレードのチップ端における主流方向の中央位置よりも半径方向外側に位置していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のターボ回転機械。

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