JP6768007B2 - Shroud structure and turbocharger - Google Patents
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Description
本発明は、ターボチャージャに設置されるシュラウド構造体及びターボチャージャに関する。 The present invention relates to a shroud structure and a turbocharger installed in a turbocharger.
一般に、ターボチャージャの例えばタービン側は、図10に示すように、ブレード100を有するインペラ102と、該インペラ102のブレード100を覆う金属製のシュラウド104とを備えている。通常、排気入口から流入した排気の圧力によって、インペラ102を回転させ、その回転エネルギーをコンプレッサで回収することができればよい。しかし、排気がインペラ102を回転させずに、シュラウド104とインペラ102間の隙間(クリアランスd)を通過してしまい、エネルギーの回収率が低下するという問題がある。この問題は、コンプレッサ側のインペラ102とシュラウド104との間でも生じている。そこで、従来から、インペラ102とシュラウド104間のクリアランスdをできるだけ小さくするための取り組みが行われている。
Generally, for example, the turbine side of a turbocharger includes an
例えば特許第3639846号公報では、コンプレッサ側において、金属材料を摩耗させない樹脂で構成された滑り部材をシュラウドの一部に採用(アブレーダブルシール:abradable seal)することで、上述のクリアランスをほぼゼロにしている。 For example, in Japanese Patent No. 369846, the above clearance is almost zero by adopting a sliding member made of a resin that does not wear the metal material as a part of the shroud (abrasive seal) on the compressor side. I have to.
特開平2−196109号公報では、金属製のシュラウド上に、多孔質セラミックにて結合したセラミックシール層を、熱膨張差を吸収する中間層を介して接合した例が記載されている。また、特開平6−39820号公報では、焼きばめが検討されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-196109 describes an example in which a ceramic seal layer bonded with a porous ceramic is bonded to a metal shroud via an intermediate layer that absorbs a difference in thermal expansion. Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-39820, shrink-fitting is studied.
ところで、特許第3639846号公報に記載の方法は、コンプレッサ側において、樹脂で構成された滑り部材をシュラウドの一部に採用している。コンプレッサ側は、タービン側と比して低温(200℃程度)であるため、樹脂製の滑り部材を使用することができる。しかし、タービン側は、高温(800℃以上)になるため、樹脂製の滑り部材では耐熱性が持たない。 By the way, in the method described in Japanese Patent No. 369846, a sliding member made of resin is adopted as a part of the shroud on the compressor side. Since the compressor side has a lower temperature (about 200 ° C.) than the turbine side, a resin sliding member can be used. However, since the turbine side has a high temperature (800 ° C. or higher), the resin sliding member does not have heat resistance.
特開平2−196109号公報に記載の方法では、金属製のシュラウド上にセラミックシール層をアブレーダブルシールとして採用している。しかし、室温から高温に昇温した際に、セラミックと金属との熱膨張係数差で熱応力が発生する。これにより、シュラウドとセラミックシール層との接合界面で割れが生じたり、剥がれが生じ、位置がずれるおそれがある。この場合、本来の目的のインペラとシュラウド間のクリアランスを小さくすることができなくなる。熱応力を緩和するために中間層を介在させているが、熱応力が大きすぎて緩和しきれないという問題もある。 In the method described in JP-A-2-196109, a ceramic seal layer is used as an abradable seal on a metal shroud. However, when the temperature is raised from room temperature to a high temperature, thermal stress is generated due to the difference in thermal expansion coefficient between ceramic and metal. As a result, cracks or peeling may occur at the bonding interface between the shroud and the ceramic seal layer, and the positions may shift. In this case, the clearance between the impeller and the shroud, which is the original purpose, cannot be reduced. An intermediate layer is interposed to relieve the thermal stress, but there is also a problem that the thermal stress is too large to be relieved.
特開平6−39820号公報に記載の方法では、焼きばめが検討されている。しかし、室温から高温に昇温した際に、金属部材が大きく膨らむ一方で、セラミック部材はほとんど膨らまないため、金属部材とセラミック部材間にギャップが発生する。この場合、セラミック部材が位置ずれを起こし、本来の目的であるインペラとシュラウド間のクリアランスを小さくすることができなくなるおそれがある。場合によっては、回転軸ずれによるインペラとの干渉、磨耗によって、クリアランスがさらに大きくなるおそれもある。 In the method described in JP-A-6-39820, shrink fitting is studied. However, when the temperature is raised from room temperature to a high temperature, the metal member swells greatly, while the ceramic member hardly swells, so that a gap is generated between the metal member and the ceramic member. In this case, the ceramic member may be misaligned, and the clearance between the impeller and the shroud, which is the original purpose, may not be reduced. In some cases, the clearance may be further increased due to interference with the impeller due to the displacement of the rotation axis and wear.
このように、セラミック部材を金属部材にクリアランスを小さい状態に保ったまま固定したいが、化学的、物理的に固定(接合)する上述の2つの手法のどちらにおいても課題がある。 As described above, although it is desired to fix the ceramic member to the metal member while keeping the clearance small, there is a problem in both of the above two methods of chemically and physically fixing (joining) the ceramic member.
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、金属製のシュラウドにセラミック部材を具備させ、且つ、昇温の前後において、インペラとシュラウド間のクリアランスを、ほぼゼロに近いクリアランスに維持させることができ、ターボチャージャにおけるエネルギーの回収率の低下を抑えることができるシュラウド構造体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such a problem, and the metal shroud is provided with a ceramic member, and the clearance between the impeller and the shroud is reduced to almost zero before and after the temperature rise. It is an object of the present invention to provide a shroud structure that can be maintained and can suppress a decrease in energy recovery rate in a turbocharger.
また、本発明は、昇温の前後において、インペラとシュラウド間のクリアランスを、ほぼゼロに近いクリアランスに維持させることができ、エネルギーの回収率の低下を抑えることができるターボチャージャを提供することを目的とする。 The present invention also provides a turbocharger capable of maintaining the clearance between the impeller and the shroud at a clearance close to zero before and after the temperature rise and suppressing a decrease in energy recovery rate. The purpose.
[1] 第1の本発明に係るシュラウド構造体は、排気の圧力によって回転駆動するインペラのうち、ブレードを覆う金属製のシュラウドを有するシュラウド構造体であって、前記シュラウドと、前記シュラウドのうち、前記インペラのブレードと対向する位置に取り付けられたセラミック部材と、前記セラミック部材を前記シュラウドに向けて押し付ける押し付け部材とを有し、前記シュラウドは、前記セラミック部材が取り付けられた部分に少なくとも1つの第1傾斜面を有し、前記セラミック部材は、前記シュラウドの前記第1傾斜面に対向する少なくとも1つの第2傾斜面を有し、前記セラミック部材は、前記押し付け部材による押し付けに対応して、前記第2傾斜面が前記シュラウドの前記第1傾斜面に沿って摺動可能であることを特徴とする。 [1] The first shroud structure according to the present invention is a shroud structure having a metal shroud covering a blade among impellers that are rotationally driven by exhaust pressure, and the shroud and the shroud. a ceramic member which is attached to position blade facing the impeller, said ceramic member possess a pressing member pressing towards the shroud, the shroud has at least one in a portion where the ceramic member is attached Having a first inclined surface, the ceramic member has at least one second inclined surface facing the first inclined surface of the shroud, and the ceramic member corresponds to pressing by the pressing member. The second inclined surface is slidable along the first inclined surface of the shroud .
[2] 前記第1傾斜面及び前記第2傾斜面は、前記押し付け部材による押し付け方向に対して同じ角度を有することが好ましい。 [2] before Symbol first inclined surface and the second inclined surface preferably has the same angle with respect to the pressing direction by the pressing member.
[3] 前記第1傾斜面及び前記第2傾斜面は、前記押し付け部材による押し付け方向に対して0°を超えて90°未満の角度を有してもよい。 [3] before the first inclined surface and the second inclined surface SL may have the pressing angle of less than 90 ° beyond the 0 ° to the direction pressing by members.
[4] 第2の本発明に係るシュラウド構造体は、排気の圧力によって回転駆動するインペラのうち、ブレードを覆う金属製のシュラウドを有するシュラウド構造体であって、前記シュラウドと、前記シュラウドのうち、前記インペラのブレードと対向する位置に取り付けられたセラミック部材と、前記セラミック部材を前記シュラウドに向けて押し付ける押し付け部材とを有し、前記押し付け部材は、前記セラミック部材のうち、前記インペラのブレードに対向していない露出面を押し付け、前記押し付け部材は、前記セラミック部材の前記露出面に接触し、且つ、低温部分において前記シュラウドに固定された金属部材を有し、前記金属部材は、前記シュラウドを構成する金属材料の熱膨張係数よりも高い熱膨張係数を有することを特徴とする。 [ 4 ] The second shroud structure according to the present invention is a shroud structure having a metal shroud covering a blade among the imperers that are rotationally driven by the pressure of the exhaust, and the shroud and the shroud. It has a ceramic member attached at a position facing the blade of the impeller and a pressing member that presses the ceramic member toward the shroud, and the pressing member is attached to the blade of the impeller among the ceramic members. The non-opposing exposed surface is pressed, and the pressing member has a metal member that is in contact with the exposed surface of the ceramic member and is fixed to the shroud at a low temperature portion, and the metal member holds the shroud. It is characterized by having a thermal expansion coefficient higher than the thermal expansion coefficient of the constituent metal material.
[5] 前記シュラウドは、前記金属部材のうち、前記セラミック部材の前記露出面に接触する面と反対の面を固定する部材を有してもよい。 [5] before Symbol shroud, said of the metal member may have a member for fixing the contact to the exposed surface a surface opposite to the surface of the ceramic member.
[6] 前記シュラウドは、前記金属部材に向かって張り出す第1張り出し部を有し、前記金属部材は、前記シュラウドに向かって張り出す第2張り出し部を有し、前記押し付け部材は、さらに、前記第1張り出し部の先端部と前記第2張り出し部の先端部を締結するクランプ部材を有してもよい。 [6] before Symbol shroud has a first projecting portion projecting toward the metal member, the metal member has a second projecting portion projecting toward the shroud, the pressing member further , The clamp member that fastens the tip of the first overhang and the tip of the second overhang may be provided.
[7] 前記シュラウドは、複数の前記第1傾斜面を有し、前記セラミック部材は、複数の前記第2傾斜面を有し、且つ、複数の前記第2傾斜面間に段差を有し、前記段差は、前記露出面から遠ざかる方向に延びていてもよい。 [7] Before SL shroud has a plurality of said first inclined surface, wherein the ceramic member has a plurality of said second inclined surface, and has a step between a plurality of the second inclined surface , The step may extend in a direction away from the exposed surface.
[8] 第3の本発明に係るシュラウド構造体は、排気の圧力によって回転駆動するインペラのうち、ブレードを覆う金属製のシュラウドを有するシュラウド構造体であって、前記シュラウドと、前記シュラウドのうち、前記インペラのブレードと対向する位置に取り付けられたセラミック部材と、前記セラミック部材を前記シュラウドに向けて押し付ける押し付け部材とを有し、前記セラミック部材の気孔率は1〜80%であり、前記セラミック部材の気孔率は、シュラウドと対向する部分の気孔率が、インペラのブレードと対向する部分の気孔率より低いことを特徴とする。 [ 8 ] The third shroud structure according to the present invention is a shroud structure having a metal shroud covering the blades among the impellers rotationally driven by the pressure of the exhaust, and the shroud and the shroud. It has a ceramic member attached at a position facing the blade of the impeller and a pressing member that presses the ceramic member toward the shroud, and the porosity of the ceramic member is 1 to 80%. the porosity of the member, the porosity of the shroud facing the portion, and wherein the lower porosity of the blade portion opposite to the impeller.
[9] 第4の本発明に係るシュラウド構造体は、排気の圧力によって回転駆動するインペラのうち、ブレードを覆う金属製のシュラウドを有するシュラウド構造体であって、前記シュラウドと、前記シュラウドのうち、前記インペラのブレードと対向する位置に取り付けられたセラミック部材と、前記セラミック部材を前記シュラウドに向けて押し付ける押し付け部材とを有し、前記シュラウドと前記セラミック部材との間に潤滑剤が介在されていることを特徴とする。 [ 9 ] The fourth shroud structure according to the present invention is a shroud structure having a metal shroud covering a blade among impellers that are rotationally driven by exhaust pressure, and is one of the shroud and the shroud. It has a ceramic member attached at a position facing the blade of the impeller and a pressing member that presses the ceramic member toward the shroud, and a lubricant is interposed between the shroud and the ceramic member. It is characterized by that .
[10] 前記押し付け部材による押し付け方向が、前記インペラの軸方向に沿い、且つ、前記インペラから遠ざかる方向であってもよい。
[11] 前記押し付け部材による押し付け方向が、前記インペラの軸方向に沿い、且つ、前記インペラに向かう方向であってもよい。
[12] 前記セラミック部材の熱膨張係数は0.1〜18.0×10 −6 /Kであることが好ましい。
[13] 第5の本発明に係るターボチャージャは、排気の圧力によって回転駆動するインペラと、該インペラのブレードを覆う金属製のシュラウドとを有するターボチャージャにおいて、前記シュラウド構造体を有することを特徴とする。
[10] The pressing direction by the pressing member may be along the axial direction of the impeller and away from the impeller.
[11] The pressing direction by the pressing member may be along the axial direction of the impeller and in the direction toward the impeller.
[12] The coefficient of thermal expansion of the ceramic member is preferably 0.1 to 18.0 × 10-6 / K.
[ 13 ] The fifth turbocharger according to the present invention is characterized by having the shroud structure in a turbocharger having an impeller that is rotationally driven by exhaust pressure and a metal shroud that covers the blades of the impeller. And.
[14] 第5の本発明において、前記インペラがタービン側に設置されるタービンインペラであり、前記シュラウドがタービンに設置されるタービンシュラウドであってもよい。 [ 14 ] In the fifth aspect of the present invention, the impeller may be a turbine impeller installed on the turbine side, and the shroud may be a turbine shroud installed on the turbine.
本発明に係るシュラウド構造体によれば、金属製のシュラウドにセラミック部材を具備させ、且つ、昇温の前後において、インペラとシュラウド間のクリアランスをほぼゼロに近いクリアランスに維持させることができ、ターボチャージャにおけるエネルギーの回収率の低下を抑えることができる。 According to the shroud structure according to the present invention, the metal shroud is provided with a ceramic member, and the clearance between the impeller and the shroud can be maintained at a clearance close to zero before and after the temperature rise. It is possible to suppress a decrease in the energy recovery rate in the charger.
本発明に係るターボチャージャによれば、昇温の前後において、インペラとシュラウド間のクリアランスをほぼゼロに近いクリアランスに維持させることができ、エネルギーの回収率の低下を抑えることができる。 According to the turbocharger according to the present invention, the clearance between the impeller and the shroud can be maintained at a clearance close to zero before and after the temperature rise, and a decrease in the energy recovery rate can be suppressed.
以下、本発明に係るシュラウド構造体及びターボチャージャの実施の形態例を図1〜図9Cを参照しながら説明する。 Hereinafter, examples of embodiments of the shroud structure and turbocharger according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 9C.
先ず、本実施の形態に係るターボチャージャ10は、図1に示すように、タービン側に、排気の圧力によって回転駆動する金属製のタービンインペラ12と、該タービンインペラ12のうち、ブレード14の部分を覆う金属製のタービンシュラウド16とが設置されている。コンプレッサ側には、タービンインペラ12とローターシャフト18を介して連結された金属製のコンプレッサインペラ20と、該コンプレッサインペラ20のうち、ブレード22の部分を覆う金属製のコンプレッサシュラウド24とが設置されている。
First, as shown in FIG. 1, the
このターボチャージャ10は、図示しない排気入口から流入した排気の圧力によってタービンインペラ12が回転する。タービンインペラ12の回転力は、ローターシャフト18を介してコンプレッサインペラ20に伝わり、図示しない新気入口から取り入れた新気は、コンプレッサインペラ20に設けられた複数のブレード22の間の流路を通り、圧縮されつつ内燃機関へと圧送される。
In the
そして、第1の実施の形態に係るシュラウド構造体50A(以下、第1シュラウド構造体50Aを記す)は、図2Aに示すように、例えばタービン側に設置され、上述した金属製のタービンシュラウド16と、タービンシュラウド16のうち、タービンインペラ12のブレード14と対向する位置に取り付けられた環状のセラミック部材52と、セラミック部材52をタービンシュラウド16に向けて押し付ける押し付け部材54(図3A参照)とを有する。
Then, the
例えば室温下でタービンシュラウド16にセラミック部材52を取り付ける場合には、図2Bに示すように、タービンシュラウド16にセラミック部材52を嵌め込む形態で取り付けられる。しかし、後述するように、タービンシュラウド16の周辺が高温となって、タービンシュラウド16が熱膨張すると、セラミック部材52はタービンシュラウド16に対して摺動することとなる(図3B参照)。
For example, when the
タービンシュラウド16は、セラミック部材52が取り付けられた部分に少なくとも1つの第1傾斜面58を有する。セラミック部材52は、タービンシュラウド16の第1傾斜面58に対向する少なくとも1つの第2傾斜面60を有する。
The
タービンシュラウド16に設けられた第1傾斜面58及びセラミック部材52に設けられた第2傾斜面60は、押し付け部材54による押し付け方向に対して同じ角度θを有する。この第1シュラウド構造体50Aでは、第1傾斜面58及び第2傾斜面60は、押し付け部材54による押し付け方向(図3A参照)に対して0°を超えて90°未満の角度、好ましくは30°以上90°未満の角度、さらに好ましくは60°以上90°未満の角度を有する。
The first
押し付け部材54による押し付け方向は、図3Aに示すように、タービンインペラ12の軸方向に沿い、且つ、タービンインペラ12から遠ざかる方向である。また、押し付け部材54は、セラミック部材52のうち、タービンインペラ12のブレード14に対向していない露出面56を押し付ける。押し付け部材54の具体的構成例については後述する。
As shown in FIG. 3A, the pressing direction by the pressing
上述のように、タービンシュラウド16のうち、タービンインペラ12のブレード14と対向する位置にセラミック部材52を設置することで、タービンインペラ12のブレード14とセラミック部材52との間には、一定のクリアランスd、すなわち、ほぼゼロに近いクリアランスdが維持されている。
As described above, by installing the
そして、高温の排気が流れ込むことによって、図3Bに示すように、タービンシュラウド16並びにその周辺が昇温すると、タービンシュラウド16は熱膨張によって径方向に拡大する。すなわち、外径、内径が大きくなる。このとき、セラミック部材52は熱膨張係数が小さいため、ほとんど拡大しない。しかも、セラミック部材52は押し付け部材54によってタービンシュラウド16に向かって押し付けられている。そのため、セラミック部材52は、第2傾斜面60がタービンシュラウド16の第1傾斜面58に沿って摺動し、タービンシュラウド16の拡大に抗して昇温前の形状を維持する。すなわち、セラミック部材52は剥離や破壊することなく、昇温前の位置を維持する。その結果、タービンシュラウド16並びにその周辺が高温になっても、タービンインペラ12のブレード14とセラミック部材52との間には、ほぼゼロに近いクリアランスdが維持され、クリアランスdの拡大に伴うエネルギーの回収率の低下を抑制することができる。
Then, as shown in FIG. 3B, when the temperature rises in the
特に、タービンシュラウド16に設けられた第1傾斜面58及びセラミック部材52に設けられた第2傾斜面60は、押し付け部材54による押し付け方向に対して同じ角度θを有する。そのため、セラミック部材52の第2傾斜面60は、タービンシュラウド16の第1傾斜面58に対してスムーズに摺動することができ、セラミック部材52に割れ等の発生を抑制することができる。また、図示しないが、タービンシュラウド16の第1傾斜面58とセラミック部材52の第2傾斜面60との間に潤滑剤を介在させることで、さらに、セラミック部材52の第2傾斜面60を、タービンシュラウド16の第1傾斜面58に対してスムーズに摺動させることができる。
In particular, the first
また、押し付け部材54によって、セラミック部材52のうち、タービンインペラ12のブレード14に対向していない露出面56を押し付けるようにしている。そのため、押し付け部材54はタービンインペラ12の回転を阻害することなく、セラミック部材52をタービンシュラウド16に向けて押し付けることが可能となる。
Further, the pressing
ここで、押し付け部材54のいくつかの構成例について図4A及び図4Bを参照しながら説明する。
Here, some configuration examples of the pressing
先ず、第1の構成例に係る押し付け部材(以下、第1押し付け部材54Aと記す)は、図4Aに示すように、セラミック部材52の露出面56に接触し、且つ、低温領域64においてタービンシュラウド16に固定された環状の金属部材62を有する。金属部材62は、タービンシュラウド16を構成する金属材料の熱膨張係数よりも高い熱膨張係数を有する。
First, as shown in FIG. 4A, the pressing member according to the first configuration example (hereinafter referred to as the first pressing
タービンインペラ12には高温の排気が供給されることから、タービンインペラ12並びにその周辺部分は高温となる。具体的には、径がタービンインペラ12の外径とほぼ同じ筒状の領域(二点鎖線で示す)が高温領域66となる。高温領域66から離れれば離れるほど低温になる。従って、高温領域66の外側は、供給される排気によってほとんど昇温しない部分、すなわち、低温領域64と称することができる。
Since high-temperature exhaust gas is supplied to the
一方、タービンシュラウド16は、金属部材62のうち、セラミック部材52の露出面56に接触する面と反対の面を固定する固定部材68を有する。この固定部材68は、例えばタービンシュラウド16と一体に形成され、タービンシュラウド16の外周部分からコンプレッサ側に延びる環状の外壁68aと、外壁68aの端部からタービンインペラ12に向かって延びる環状の固定壁68bとを有する。金属部材62は、セラミック部材52の露出面56と固定部材68の上記外壁68aの内面と固定部材68の上記固定壁68bとの間に形成される環状の空間に設置される。
On the other hand, the
金属部材62の熱膨張係数は、タービンシュラウド16を構成する金属材料の熱膨張係数よりも高いため、タービンシュラウド16がほとんど熱膨張しなくても、金属部材62はある程度熱膨張することから、セラミック部材52をタービンシュラウド16に向かって押し付けることが可能となる。もちろん、室温の際にも、金属部材62はセラミック部材52をタービンシュラウド16に向かって押し付けている。なお、金属部材62は、熱膨張係数がタービンシュラウド16を構成する金属材料の熱膨張係数よりも高ければよく、タービンシュラウド16を構成する金属材料と異なる金属材料でもよいし、同種の金属材料でもよい。
Since the coefficient of thermal expansion of the
次に、第2の構成例に係る押し付け部材(以下、第2押し付け部材54Bと記す)は、図4Bに示すように、上述した第1押し付け部材54Aの金属部材62と同様の金属部材62を用いる点では同じであるが、以下の点で異なる。
Next, as shown in FIG. 4B, the pressing member (hereinafter, referred to as the second pressing
すなわち、タービンシュラウド16は、後部(コンプレッサ側)から金属部材62に向かって、且つ、高温領域66から離間する方向に張り出す第1張り出し部70を有する。
That is, the
金属部材62は、後部(コンプレッサ側)に厚肉のフランジ部72を有し、このフランジ部72からセラミック部材52の露出面56に向かって突出する薄肉の筒状部74と、フランジ部72と筒状部74の境界部分からタービンシュラウド16の第1張り出し部70に向かって、且つ、高温領域66から離間する方向に張り出す第2張り出し部76とを有する。
The
さらに、第2押し付け部材54Bは、第1張り出し部70の先端部と第2張り出し部76の先端部とを低温領域64で締結するクランプ部材78を有する。クランプ部材78としては、例えば市販のクランプ・センターリング等を用いることができる。
Further, the second pressing
このように、第1張り出し部70の先端部と第2張り出し部76の先端部を締結することによって、低温領域64において金属部材62をタービンシュラウド16に固定することができる。特に、高温領域66から距離を離した低温領域64で締結することができるため、締結力が緩みにくいという利点がある。
By fastening the tip of the
この場合も、金属部材62の熱膨張係数は、タービンシュラウド16を構成する金属材料の熱膨張係数よりも高い。そのため、タービンシュラウド16がほとんど熱膨張しなくても、金属部材62はある程度熱膨張することから、金属部材62の筒状を介してセラミック部材52をタービンシュラウド16に向かって押し付けることが可能となる。なお、室温の際にも、金属部材62はセラミック部材52をタービンシュラウド16に向かって押し付けている。また、第1押し付け部材54Aと同様に、金属部材62は、熱膨張係数がタービンシュラウド16を構成する金属材料の熱膨張係数よりも高ければよく、タービンシュラウド16を構成する金属材料と異なる金属材料でもよいし、同種の金属材料でもよい。
In this case as well, the coefficient of thermal expansion of the
次に、第2の実施の形態に係るシュラウド構造体(以下、第2シュラウド構造体50Bと記す)について図5A及び図5Bを参照しながら説明する。
Next, the shroud structure according to the second embodiment (hereinafter, referred to as the
この第2シュラウド構造体50Bは、上述した第1シュラウド構造体50Aとほぼ同様の構成を有するが、以下の点で異なる。
The
すなわち、図5A〜図5Cに示すように、タービンシュラウド16は、2つの第1傾斜面58(外周側の第1傾斜面58a及び内周側の第1傾斜面58b)を有する。セラミック部材52は、2つの第2傾斜面60(外周側の第2傾斜面60a及び内周側の第2傾斜面60b)を有する。また、セラミック部材52は、2つの第2傾斜面60間に段差80を有する。この段差80は、露出面56から遠ざかる方向に延びている。これらの構成によって、露出面56に対向する外周側の第1傾斜面58aの径方向の長さdaを小さくすることができる。そのため、セラミック部材52の熱膨張も考慮した場合に、セラミック部材52の横方向の熱膨張による変化量が小さくなる。
That is, as shown in FIGS. 5A to 5C, the
セラミック部材52の熱膨張による変化量が大きいと、金属部材62の熱膨張とセラミック部材52の変化量とを考慮して金属部材62の寸法や材料を選ばなければならない。一方、セラミック部材52の変化量が小さければ、ほとんど金属部材62の熱膨張のみを考慮して金属部材62の寸法や材料を選べばよいため、様々な材料を選ぶことが可能となり、設計の自由度の拡大、材料費の低減等を実現することができる。図5A及び図5Bの例では、第1押し付け部材54Aを採用した例を示したが、第2押し付け部材54B(図4B参照)を採用しても同様の効果を得ることができる。
If the amount of change due to thermal expansion of the
次に、第3の実施の形態に係るシュラウド構造体(以下、第3シュラウド構造体50Cと記す)について図6A〜図7Bを参照しながら説明する。
Next, the shroud structure (hereinafter referred to as the
この第3シュラウド構造体50Cは、図6A〜図6C及び図7Aに示すように、上述した第1シュラウド構造体50Aとほぼ同様の構成を有するが、以下の点で異なる。
As shown in FIGS. 6A to 6C and 7A, the
すなわち、タービンシュラウド16は、タービンインペラ12(図7A参照)に向かって厚みが徐々に厚くなる構造を有し、内周面自体が第1傾斜面58を構成している。セラミック部材52は、タービンシュラウド16内に設置され、その外周面自体が第2傾斜面60を構成している。押し付け部材54は、図7A及び図7Bに示すように、セラミック部材52のうち、タービンインペラ12のブレード14に対向していない露出面56を押し付けるが、この場合、押し付け方向は、タービンインペラ12の軸方向に沿い、且つ、タービンインペラ12に向かう方向である。
That is, the
第1傾斜面58及び第2傾斜面60は、押し付け部材54による押し付け方向に対して同じ角度を有し、0°を超えて90°未満の角度、好ましくは30°以上90°未満の角度、さらに好ましくは60°以上90°未満の角度を有する。
The first
そして、図7Bに示すように、セラミック部材52は、押し付け部材54によってタービンシュラウド16に向かって押し付けられている。そのため、タービンシュラウド16が熱膨張によって径方向に拡大すると、セラミック部材52の第2傾斜面60がタービンシュラウド16の第1傾斜面58に沿って摺動し、タービンシュラウド16の拡大に抗して昇温前の形状を維持する。すなわち、セラミック部材52は破壊することなく、昇温前の位置を維持する。その結果、タービンシュラウド16並びにその周辺が高温になっても、タービンインペラ12のブレード14とセラミック部材52との間には、ほぼゼロに近いクリアランスdが維持され、クリアランスdの拡大に伴うエネルギーの回収率の低下を抑制することができる。
Then, as shown in FIG. 7B, the
なお、押し付け部材54の構成例としては、上述した第1押し付け部材54A又は第2押し付け部材54Bを好ましく採用することができる。
As a configuration example of the pressing
上述した第1シュラウド構造体50A〜第3シュラウド構造体50Cにおいて、セラミック部材52の気孔率は1〜80%、好ましくは10〜70%、さらに好ましくは20〜60%である。気孔率が低い、すなわち、緻密であると、セラミック部材52をタービンインペラ12のブレード14で削ることができず、タービンインペラ12のブレード14を破損するおそれがある。反対に、気孔率が高すぎると、機械的強度が弱くなり、押し付け部材54による押圧によって破損するおそれがある。
In the
また、セラミック部材52の気孔率は、タービンシュラウド16と対向する部分の気孔率が、タービンインペラ12のブレード14と対向する部分の気孔率より低いことが好ましい。タービンシュラウド16と対向する部分の気孔率が高いと、セラミック部材52をタービンシュラウド16に取り付ける際に削れてしまい、寸法が変化するおそれがある。タービンインペラ12のブレード14と対向する部分の気孔率が低いと、ブレード14を傷つけるおそれがある。
Further, regarding the porosity of the
セラミック部材52の熱膨張係数は、0.1〜18.0×10−6/K、好ましくは0.5〜11.0×10−6/K、さらに好ましくは1〜5.0×10−6/Kである。熱膨張係数が低すぎると、昇温した際に、高熱膨張係数のタービンシュラウド16(金属製)との寸法差が大きく広がってしまい、第1傾斜面58と第2傾斜面60同士の摺動で寸法差を吸収できなくなるおそれがある。また、熱膨張係数が高すぎると、昇温した際に、セラミック部材52自身の温度差で発生する熱応力で割れが生じるおそれがある。The coefficient of thermal expansion of the
セラミック部材52の構成材料としては、窒化珪素、サイアロン、ジルコニア、コージェライト、炭化珪素、もしくは雲母、タルク、チタンシリコンカーバイド、窒化ホウ素等のマシナブルセラミック、又はこれらの材料を少なくとも1つを含む混合物を好ましく採用することができる。
The constituent material of the
タービンシュラウド16やタービンインペラ12等の金属部品については、耐熱鋳鋼等、ニッケル合金、例えばインコネル(登録商標)、ハステロイ(登録商標)等を使用することが好ましい。耐熱性が高いため、高温(800℃以上)の使用環境下に適する。
For metal parts such as the
実施例1〜12及び比較例1について、セラミック部材の剥がれ、割れを確認した。 With respect to Examples 1 to 12 and Comparative Example 1, peeling and cracking of the ceramic member were confirmed.
(実施例1)
[セラミック部材1の作製]
イットリア部分安定化ジルコニアの粉末を一軸プレス成形、CIP(冷間等方圧加圧法)を施し、円柱のペレットを作製した後に、大気雰囲気中にて1200℃2時間にて焼成することで多孔質セラミックの円柱を得た。これを機械加工することで、図8Aに示すように、一方の端部の外径がφ30mm、他方の端部の外径がφ70mm、内径が一方の端部から他方の端部にかけて一定のφ30mmで、一方の端部から他方の端部までの距離(高さ)が20mmの円筒状のセラミック部材1を得た。外周面の傾斜角は45°である。(Example 1)
[Manufacturing of ceramic member 1]
Yttria partially stabilized zirconia powder is uniaxially press-molded, CIP (cold isotropic pressurization method) is applied to prepare cylindrical pellets, and then calcined in an air atmosphere at 1200 ° C. for 2 hours to make it porous. A ceramic cylinder was obtained. By machining this, as shown in FIG. 8A, the outer diameter of one end is φ30 mm, the outer diameter of the other end is φ70 mm, and the inner diameter is constant φ30 mm from one end to the other end. Then, a cylindrical ceramic member 1 having a distance (height) of 20 mm from one end to the other was obtained. The inclination angle of the outer peripheral surface is 45 °.
セラミック部材1の気孔率は、アルキメデス法(JIS1634−1998)で測定したところ、50%であった。熱膨張係数は、JIS1618−2002に準じて測定したところ、10.5×10−6/Kであった。The porosity of the ceramic member 1 was 50% as measured by the Archimedes method (JIS1634-1998). The coefficient of thermal expansion was 10.5 × 10-6 / K as measured according to JIS1618-2002.
[セラミック部材2の作製]
イットリア部分安定化ジルコニアの粉末を溶剤に混ぜた後、型に流し込み、乾燥後1200℃2時間にて焼成することで、上述したセラミック部材1と同様の形状を有するセラミック部材2を得た。セラミック部材2においても、セラミック部材1と同様に、気孔率が50%、熱膨張係数が10.5×10−6/Kであった。[Manufacturing of ceramic member 2]
The yttria partially stabilized zirconia powder was mixed with a solvent, poured into a mold, dried, and fired at 1200 ° C. for 2 hours to obtain a ceramic member 2 having the same shape as the ceramic member 1 described above. Similarly to the ceramic member 1, the ceramic member 2 also had a porosity of 50% and a coefficient of thermal expansion of 10.5 × 10-6 / K.
[金属円筒]
図8Bに示すように、内径が一方の端部から他方の端部に向かって拡大する形状の金属円筒を用意した。一方の端部の内径がφ10mm、他方の端部の内径がφ70mmである。外径は一方の端部から他方の端部にかけて一定のφ70mmである。一方の端部から他方の端部までの距離(高さ)は30mmである。内周面の傾斜角は45°である。金属円筒の熱膨張係数は12.0×10−6/Kであった。[Metal cylinder]
As shown in FIG. 8B, a metal cylinder having an inner diameter that expands from one end to the other is prepared. The inner diameter of one end is φ10 mm, and the inner diameter of the other end is φ70 mm. The outer diameter is a constant φ70 mm from one end to the other. The distance (height) from one end to the other end is 30 mm. The inclination angle of the inner peripheral surface is 45 °. The coefficient of thermal expansion of the metal cylinder was 12.0 × 10-6 / K.
[実験方法]
図8Cに示すように、タービンシュラウド16を想定した金属円筒の内周面に、セラミック部材52を想定したセラミック部材1の外周面を嵌め合せた後、セラミック部材1を1MPaの圧力で押圧することで固定した。この状態で、金属円筒及びセラミック部材1全体を500℃まで昇温した。昇温後、セラミック部材1が剥がれていないか、また、割れていないかどうかを検査した。室温に降温した後にも同様の検査を行った。[experimental method]
As shown in FIG. 8C, after fitting the outer peripheral surface of the ceramic member 1 assuming the
同様に、金属円筒の内周面に今度はセラミック部材2の外周面を嵌め合せた後、セラミック部材2を10MPaの圧力で押圧することで固定した。この状態で、金属円筒及びセラミック部材2全体を500℃まで昇温した。昇温後、セラミック部材2が剥がれていないか、また、割れていないかどうかを検査した。室温に降温した後にも同様の検査を行った。 Similarly, after fitting the outer peripheral surface of the ceramic member 2 to the inner peripheral surface of the metal cylinder, the ceramic member 2 was fixed by pressing with a pressure of 10 MPa. In this state, the temperature of the entire metal cylinder and the ceramic member 2 was raised to 500 ° C. After the temperature was raised, the ceramic member 2 was inspected for peeling and cracking. A similar test was performed after the temperature had dropped to room temperature.
(実施例2)
窒化珪素でセラミック部材1及びセラミック部材2(熱膨張係数2.8×10−6/K)を作製した。すなわち、原料として窒化珪素、助剤としてイットリア、アルミナ、造孔剤として樹脂を用いて、窒素雰囲気中で1750℃で2時間焼成した以外は実施例1と同様にして、セラミック部材1及びセラミック部材2を作製した。そして、実施例1と同様の方法で実験を行った。(Example 2)
A ceramic member 1 and a ceramic member 2 (coefficient of thermal expansion 2.8 × 10-6 / K) were prepared from silicon nitride. That is, the ceramic member 1 and the ceramic member were the same as in Example 1 except that silicon nitride was used as a raw material, yttria and alumina were used as auxiliary agents, and resin was used as a pore-forming agent and fired at 1750 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere. 2 was prepared. Then, an experiment was conducted in the same manner as in Example 1.
(実施例3)
セラミック部材1、セラミック部材2及び金属円筒の傾斜角を10°とした点以外は、実施例1と同様にして実験を行った。(Example 3)
The experiment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the inclination angles of the ceramic member 1, the ceramic member 2 and the metal cylinder were set to 10 °.
(実施例4)
窒化珪素でセラミック部材1及びセラミック部材2(熱膨張係数2.8×10−6/K)を作製し、セラミック部材1、セラミック部材2及び金属円筒の傾斜角を10°とした点以外は、実施例1と同様にして実験を行った。(Example 4)
Except for the fact that the ceramic member 1 and the ceramic member 2 (coefficient of thermal expansion 2.8 × 10-6 / K) were made of silicon nitride and the inclination angles of the ceramic member 1, the ceramic member 2 and the metal cylinder were set to 10 °. The experiment was carried out in the same manner as in Example 1.
(実施例5)
セラミック部材1、セラミック部材2及び金属円筒の傾斜角を80°とした点以外は、実施例1と同様にして実験を行った。(Example 5)
The experiment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the inclination angles of the ceramic member 1, the ceramic member 2 and the metal cylinder were set to 80 °.
(実施例6)
窒化珪素でセラミック部材1及びセラミック部材2(熱膨張係数2.8×10−6/K)を作製し、セラミック部材1、セラミック部材2及び金属円筒の傾斜角を80°とした点以外は、実施例1と同様にして実験を行った。(Example 6)
Except for the fact that the ceramic member 1 and the ceramic member 2 (coefficient of thermal expansion 2.8 × 10-6 / K) were made of silicon nitride and the inclination angles of the ceramic member 1, the ceramic member 2 and the metal cylinder were set to 80 °. The experiment was carried out in the same manner as in Example 1.
(実施例7)
窒化珪素でセラミック部材1及びセラミック部材2(熱膨張係数2.8×10−6/K)を作製し、セラミック部材1及びセラミック部材2の気孔率を30%、セラミック部材1、セラミック部材2及び金属円筒の傾斜角を80°とした点以外は、実施例1と同様にして実験を行った。(Example 7)
Ceramic member 1 and ceramic member 2 (coefficient of thermal expansion 2.8 × 10-6 / K) are made of silicon nitride, the porosity of the ceramic member 1 and the ceramic member 2 is 30%, the ceramic member 1, the ceramic member 2 and The experiment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the inclination angle of the metal cylinder was 80 °.
(実施例8)
窒化珪素でセラミック部材1及びセラミック部材2(熱膨張係数2.8×10−6/K)を作製し、セラミック部材1及びセラミック部材2の気孔率を60%、セラミック部材1、セラミック部材2及び金属円筒の傾斜角を80°とした点以外は、実施例1と同様にして実験を行った。(Example 8)
Ceramic member 1 and ceramic member 2 (coefficient of thermal expansion 2.8 × 10-6 / K) are made of silicon nitride, the porosity of the ceramic member 1 and the ceramic member 2 is 60%, the ceramic member 1, the ceramic member 2 and The experiment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the inclination angle of the metal cylinder was 80 °.
(実施例9)
窒化珪素でセラミック部材1及びセラミック部材2(熱膨張係数2.8×10−6/K)を作製し、セラミック部材1及びセラミック部材2の気孔率を60%、セラミック部材1、セラミック部材2及び金属円筒の傾斜角を88°とした点以外は、実施例1と同様にして実験を行った。(Example 9)
Ceramic member 1 and ceramic member 2 (coefficient of thermal expansion 2.8 × 10-6 / K) are made of silicon nitride, the porosity of the ceramic member 1 and the ceramic member 2 is 60%, the ceramic member 1, the ceramic member 2 and The experiment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the inclination angle of the metal cylinder was 88 °.
(実施例10)
窒化珪素でセラミック部材1及びセラミック部材2(熱膨張係数2.8×10−6/K)を作製し、セラミック部材1及びセラミック部材2の気孔率を60%、セラミック部材1、セラミック部材2及び金属円筒の傾斜角を60°とした点以外は、実施例1と同様にして実験を行った。(Example 10)
Ceramic member 1 and ceramic member 2 (coefficient of thermal expansion 2.8 × 10-6 / K) are made of silicon nitride, the porosity of the ceramic member 1 and the ceramic member 2 is 60%, the ceramic member 1, the ceramic member 2 and The experiment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the inclination angle of the metal cylinder was 60 °.
(実施例11)
炭化珪素とシリコンでセラミック部材1及びセラミック部材2(熱膨張係数4.5×10−6/K)を作製した。すなわち、原料として炭化珪素、シリコン、造孔剤として樹脂を用いて、アルゴン雰囲気中で1430℃で2時間焼成した以外は実施例1と同様にして、セラミック部材1及びセラミック部材2を作製した。そして、セラミック部材1及びセラミック部材2の気孔率を60%、セラミック部材1、セラミック部材2及び金属円筒の傾斜角を80°とした点以外は、実施例1と同様の方法で実験を行った。(Example 11)
Ceramic member 1 and ceramic member 2 (coefficient of thermal expansion 4.5 × 10-6 / K) were prepared from silicon carbide and silicon. That is, the ceramic member 1 and the ceramic member 2 were produced in the same manner as in Example 1 except that silicon carbide, silicon, and a resin as a pore-forming agent were used as raw materials and fired at 1430 ° C. for 2 hours in an argon atmosphere. Then, the experiment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the porosity of the ceramic member 1 and the ceramic member 2 was 60%, and the inclination angles of the ceramic member 1, the ceramic member 2 and the metal cylinder were 80 °. ..
(実施例12)
コージェライトでセラミック部材1及びセラミック部材2(熱膨張係数1.5×10−6/K)を作製した。すなわち、原料としてタルク、アルミナ、カオリン、シリカ、造孔剤として樹脂を用いて、大気雰囲気中で1420℃で2時間焼成した以外は実施例1と同様にして、セラミック部材1及びセラミック部材2を作製した。そして、セラミック部材1及びセラミック部材2の気孔率を60%、セラミック部材1、セラミック部材2及び金属円筒の傾斜角を80°とした点以外は、実施例1と同様の方法で実験を行った。(Example 12)
Ceramic member 1 and ceramic member 2 (coefficient of thermal expansion 1.5 × 10 -6 / K) were prepared with cordierite. That is, the ceramic member 1 and the ceramic member 2 were formed in the same manner as in Example 1 except that talc, alumina, kaolin, silica, and a resin were used as raw materials and fired at 1420 ° C. for 2 hours in an air atmosphere. Made. Then, the experiment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the porosity of the ceramic member 1 and the ceramic member 2 was 60%, and the inclination angles of the ceramic member 1, the ceramic member 2 and the metal cylinder were 80 °. ..
(比較例1)
セラミック部材1及びセラミック部材2については、図9Aに示すように、外径が一方の端部から他方の端部にかけて一定のφ50mm、内径が一方の端部から他方の端部にかけて一定のφ10mmで、高さが20mmの円筒状とした。(Comparative Example 1)
As shown in FIG. 9A, the ceramic member 1 and the ceramic member 2 have an outer diameter of φ50 mm, which is constant from one end to the other end, and an inner diameter of φ10 mm, which is constant from one end to the other end. , A cylindrical shape with a height of 20 mm.
金属円筒については、図9Bに示すように、外径を一方の端部から他方の端部にかけて一定のφ70mmとした。内径は2段階に変化させた。すなわち、一方の端部から他方の端部に向かって10mmにわたる部分の内径をφ10mmとし、他方の端部から一方の端部に向かって20mmにわたる部分の内径をφ50mmとした。一方の端部から他方の端部までの距離(高さ)を30mmとした。つまり、金属円筒の他方の端部に、セラミック部材1又はセラミック部材2を挿入するための凹部が形成された構造を有する。 As shown in FIG. 9B, the outer diameter of the metal cylinder was set to a constant φ70 mm from one end to the other. The inner diameter was changed in two steps. That is, the inner diameter of the portion extending 10 mm from one end to the other end is φ10 mm, and the inner diameter of the portion extending 20 mm from the other end to one end is φ50 mm. The distance (height) from one end to the other end was set to 30 mm. That is, it has a structure in which a recess for inserting the ceramic member 1 or the ceramic member 2 is formed at the other end of the metal cylinder.
そして、図9Cに示すように、金属円筒の他方の端部に形成された凹部内にセラミック部材1を嵌め合せた後、セラミック部材1を10MPaの圧力で押圧することで固定した。この状態で、金属円筒及びセラミック部材1全体を500℃まで昇温した。昇温後、セラミック部材1が剥がれていないか、また、割れていないかどうかを検査した。室温に降温した後にも同様の検査を行った。セラミック部材2についても同様の実験を行った。 Then, as shown in FIG. 9C, the ceramic member 1 was fitted into the recess formed at the other end of the metal cylinder, and then the ceramic member 1 was fixed by pressing with a pressure of 10 MPa. In this state, the temperature of the entire metal cylinder and ceramic member 1 was raised to 500 ° C. After the temperature was raised, the ceramic member 1 was inspected for peeling and cracking. A similar test was performed after the temperature had dropped to room temperature. A similar experiment was performed on the ceramic member 2.
(評価)
昇温後にセラミック部材1及びセラミック部材1の剥がれや割れが生じなかった場合は「○」と判定し、セラミック部材1及びセラミック部材1のいずれか1つでも剥がれや割れが生じた場合を「×」と判定した。実施例1〜12、比較例1の内訳並びに評価結果を下記表1に示す。(Evaluation)
If the ceramic member 1 and the ceramic member 1 are not peeled or cracked after the temperature is raised, it is judged as "○", and if any one of the ceramic member 1 and the ceramic member 1 is peeled or cracked, it is judged as "x". It was judged. The breakdown of Examples 1 to 12 and Comparative Example 1 and the evaluation results are shown in Table 1 below.
表1から、タービンシュラウド16を想定した金属円筒の内周面に、セラミック部材52を想定したセラミック部材1及びセラミック部材2を嵌め合せた構成、すなわち、実施例1〜12については、いずれもセラミック部材1及びセラミック部材2の剥がれや割れは生じなかった。
From Table 1, the structure in which the ceramic member 1 and the ceramic member 2 assuming the
従来の構成を想定した比較例については、セラミック部材1及びセラミック部材2のいずれも割れが生じた。 In the comparative example assuming the conventional configuration, both the ceramic member 1 and the ceramic member 2 were cracked.
なお、本発明に係るシュラウド構造体及びターボチャージャは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。 It should be noted that the shroud structure and turbocharger according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and of course, various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.
すなわち、上述の例では、シュラウド構造体を、高温となるタービン側のタービンシュラウド16に適用した例を示したが、コンプレッサ側のコンプレッサシュラウド24(図1参照)に適用してもよい。低温といっても200℃程度であって、室温(25℃)と比べれば高温である。このような環境においても、本実施の形態に係るシュラウド構造体を適用することで、コンプレッサシュラウド24に設置されたセラミック部材52とコンプレッサインペラ20のブレード22間のクリアランスを温度変化にかかわりなく、一定に維持することができ、エネルギー効率の低下の抑制効果をさらに高めることができる。
That is, in the above example, the shroud structure is applied to the
また、本発明に係るシュラウド構造体並びにターボチャージャの構成をガスタービンにも転用できることはもちろんである。 In addition, it goes without saying that the structure of the shroud structure and the turbocharger according to the present invention can be diverted to the gas turbine.
Claims (14)
前記シュラウド(16)と、
前記シュラウド(16)のうち、前記インペラ(12)のブレード(14)と対向する位置に取り付けられたセラミック部材(52)と、
前記セラミック部材(52)を前記シュラウド(16)に向けて押し付ける押し付け部材(54)とを有し、
前記シュラウド(16)は、前記セラミック部材(52)が取り付けられた部分に少なくとも1つの第1傾斜面(58)を有し、
前記セラミック部材(52)は、前記シュラウド(16)の前記第1傾斜面(58)に対向する少なくとも1つの第2傾斜面(60)を有し、
前記セラミック部材(52)は、前記押し付け部材(54)による押し付けに対応して、前記第2傾斜面(60)が前記シュラウド(16)の前記第1傾斜面(58)に沿って摺動可能であることを特徴とするシュラウド構造体。 A shroud structure having a metal shroud (16) covering a blade (14) among impellers (12) that are rotationally driven by exhaust pressure.
With the shroud (16)
Among the shrouds (16), a ceramic member (52) attached at a position facing the blade (14) of the impeller (12), and
The pressing possess a member (54) pressed towards the ceramic member (52) in the shroud (16),
The shroud (16) has at least one first inclined surface (58) at a portion to which the ceramic member (52) is attached.
The ceramic member (52) has at least one second inclined surface (60) facing the first inclined surface (58) of the shroud (16).
In the ceramic member (52), the second inclined surface (60) is slidable along the first inclined surface (58) of the shroud (16) in response to pressing by the pressing member (54). shroud structure characterized by at.
前記第1傾斜面(58)及び前記第2傾斜面(60)は、前記押し付け部材(54)による押し付け方向に対して同じ角度(θ)を有することを特徴とするシュラウド構造体。 In the shroud structure according to claim 1 ,
The shroud structure, wherein the first inclined surface (58) and the second inclined surface (60) have the same angle (θ) with respect to the pressing direction by the pressing member (54).
前記第1傾斜面(58)及び前記第2傾斜面(60)は、前記押し付け部材(54)による押し付け方向に対して0°を超えて90°未満の角度(θ)を有することを特徴とするシュラウド構造体。 In the shroud structure according to claim 1 or 2 .
The first inclined surface (58) and the second inclined surface (60) are characterized in that they have an angle (θ) of more than 0 ° and less than 90 ° with respect to the pressing direction by the pressing member (54). Shroud structure to do.
前記シュラウド(16)と、
前記シュラウド(16)のうち、前記インペラ(12)のブレード(14)と対向する位置に取り付けられたセラミック部材(52)と、
前記セラミック部材(52)を前記シュラウド(16)に向けて押し付ける押し付け部材(54)とを有し、
前記押し付け部材(54)は、
前記セラミック部材(52)のうち、前記インペラ(12)のブレード(14)に対向していない露出面(56)を押し付け、
前記押し付け部材(54A)は、
前記セラミック部材(52)の前記露出面(56)に接触し、且つ、低温部分において前記シュラウド(16)に固定された金属部材(62)を有し、
前記金属部材(62)は、前記シュラウド(16)を構成する金属材料の熱膨張係数よりも高い熱膨張係数を有することを特徴とするシュラウド構造体。 A shroud structure having a metal shroud (16) covering a blade (14) among impellers (12) that are rotationally driven by exhaust pressure.
With the shroud (16)
Among the shrouds (16), a ceramic member (52) attached at a position facing the blade (14) of the impeller (12), and
It has a pressing member (54) that presses the ceramic member (52) toward the shroud (16).
The pressing member (54)
Of the ceramic member (52), the exposed surface (56) that does not face the blade (14) of the impeller (12) is pressed against the blade (14).
The pressing member (54A) is
It has a metal member (62) that is in contact with the exposed surface (56) of the ceramic member (52) and is fixed to the shroud (16) in a low temperature portion.
The shroud structure is characterized in that the metal member (62) has a coefficient of thermal expansion higher than the coefficient of thermal expansion of the metal material constituting the shroud (16).
前記シュラウド(16)は、前記金属部材(62)のうち、前記セラミック部材(52)の前記露出面(56)に接触する面と反対の面を固定する部材(68)を有することを特徴とするシュラウド構造体。 In the shroud structure according to claim 4 ,
The shroud (16) is characterized by having a member (68) of the metal member (62) for fixing a surface of the ceramic member (52) opposite to the surface in contact with the exposed surface (56). Shroud structure.
前記シュラウド(16)は、前記金属部材(62)に向かって張り出す第1張り出し部(70)を有し、
前記金属部材(62)は、前記シュラウド(16)に向かって張り出す第2張り出し部(76)を有し、
前記押し付け部材(54B)は、さらに、前記第1張り出し部(70)の先端部と前記第2張り出し部(76)の先端部を締結するクランプ部材(78)を有することを特徴とするシュラウド構造体。 In the shroud structure according to claim 4 ,
The shroud (16) has a first overhang (70) that overhangs the metal member (62).
The metal member (62) has a second overhanging portion (76) that projects toward the shroud (16).
The pressing member (54B) further has a shroud structure having a clamp member (78) for fastening the tip end portion of the first overhanging portion (70) and the tip end portion of the second overhanging portion (76). body.
前記シュラウド(16)は、複数の第1傾斜面(58)を有し、
前記セラミック部材(52)は、複数の第2傾斜面(60)を有し、且つ、複数の前記第2傾斜面(60)間に段差(80)を有し、
前記段差(80)は、前記露出面(56)から遠ざかる方向に延びていることを特徴とするシュラウド構造体。 In the shroud structure according to any one of claims 4 to 6 .
The shroud (16) has a plurality of first inclined surfaces (58).
The ceramic member (52) has a plurality of second inclined surfaces (60), and has a step (80) between the plurality of the second inclined surfaces (60).
The shroud structure is characterized in that the step (80) extends in a direction away from the exposed surface (56).
前記シュラウド(16)と、
前記シュラウド(16)のうち、前記インペラ(12)のブレード(14)と対向する位置に取り付けられたセラミック部材(52)と、
前記セラミック部材(52)を前記シュラウド(16)に向けて押し付ける押し付け部材(54)とを有し、
前記セラミック部材(52)の気孔率は1〜80%であり、
前記セラミック部材(52)の気孔率は、前記シュラウド(16)と対向する部分の気孔率が、前記インペラ(12)のブレード(14)と対向する部分の気孔率より低いことを特徴とするシュラウド構造体。 A shroud structure having a metal shroud (16) covering a blade (14) among impellers (12) that are rotationally driven by exhaust pressure.
With the shroud (16)
Among the shrouds (16), a ceramic member (52) attached at a position facing the blade (14) of the impeller (12), and
It has a pressing member (54) that presses the ceramic member (52) toward the shroud (16).
The ceramic member (52) has a porosity of 1 to 80%.
The porosity of the ceramic member (52) is characterized in that the porosity of the portion facing the shroud (16) is lower than the porosity of the portion of the impeller (12) facing the blade (14). Structure.
前記シュラウド(16)と、
前記シュラウド(16)のうち、前記インペラ(12)のブレード(14)と対向する位置に取り付けられたセラミック部材(52)と、
前記セラミック部材(52)を前記シュラウド(16)に向けて押し付ける押し付け部材(54)とを有し、
前記シュラウド(16)と前記セラミック部材(52)との間に潤滑剤が介在されていることを特徴とするシュラウド構造体。 A shroud structure having a metal shroud (16) covering a blade (14) among impellers (12) that are rotationally driven by exhaust pressure.
With the shroud (16)
Among the shrouds (16), a ceramic member (52) attached at a position facing the blade (14) of the impeller (12), and
It has a pressing member (54) that presses the ceramic member (52) toward the shroud (16).
A shroud structure characterized in that a lubricant is interposed between the shroud (16) and the ceramic member (52).
前記押し付け部材(54)による押し付け方向が、前記インペラ(12)の軸方向に沿い、且つ、前記インペラ(12)から遠ざかる方向であることを特徴とするシュラウド構造体。 In the shroud structure according to any one of claims 1 to 9 .
A shroud structure characterized in that the pressing direction by the pressing member (54) is along the axial direction of the impeller (12) and away from the impeller (12).
前記押し付け部材(54)による押し付け方向が、前記インペラ(12)の軸方向に沿い、且つ、前記インペラ(12)に向かう方向であることを特徴とするシュラウド構造体。 In the shroud structure according to any one of claims 1 to 9 .
A shroud structure characterized in that the pressing direction by the pressing member (54) is along the axial direction of the impeller (12) and toward the impeller (12).
前記セラミック部材(52)の熱膨張係数は0.1〜18.0×10−6/Kであることを特徴とするシュラウド構造体。 In the shroud structure according to any one of claims 1 to 11 .
A shroud structure characterized in that the coefficient of thermal expansion of the ceramic member (52) is 0.1 to 18.0 × 10-6 / K.
請求項1〜12のいずれか1項に記載のシュラウド構造体を有することを特徴とするターボチャージャ。 In a turbocharger having an impeller (12) rotationally driven by exhaust pressure and a metal shroud (16) covering the blade (14) of the impeller (12).
A turbocharger having the shroud structure according to any one of claims 1 to 12 .
前記インペラ(12)がタービン側に設置されるタービンインペラであり、
前記シュラウド(16)がタービンに設置されるタービンシュラウドであることを特徴とするターボチャージャ。 In the turbocharger according to claim 13 ,
The impeller (12) is a turbine impeller installed on the turbine side.
A turbocharger characterized in that the shroud (16) is a turbine shroud installed in a turbine.
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