JP6847683B2 - 遠心圧縮機および過給機 - Google Patents

Description

本発明は、遠心圧縮機および過給機に関する。

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、羽根車をロータ軸の軸線回りに収容する案内筒と、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、羽根車の全部または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）の全部または一部が遠心力でロータ軸の軸線方向に直交する径方向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。

また、特許文献３には、コンプレッサホイールを収容する挿入壁の下流に配置した領域に目標裂損箇所を設けることが開示されている。コンプレッサホイールが裂損した場合に目標裂損箇所で裂損させることにより、コンプレッサホイールの裂損により半径方向に作用する力が軸方向に作用する力に変換される。
また、特許文献３には、挿入壁の外方へ突出するブレーキ要素とコンプレッサケーシングの内壁に設けられるブレーキ突起とを共働させることにより軸方向に作用する力を無効にすることが開示されている。

特開２０１１−１１７４１７号公報 特開２００１−１３２４６５号公報 特許第４０８８１６１号公報

しかしながら、特許文献２に開示された遠心圧縮機では、破断あるいは脱落した羽根車の全部または一部（以下、破断部材という。）がコンプレッサハウジングに衝突し、コンプレッサハウジングの全体またはその一部が取付位置から脱落してロータ軸の軸線に沿って飛散する可能性がある。この場合、コンプレッサハウジング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、その隙間から破断部材が外部に飛散する可能性がある。特に、コンプレッサハウジングが殆ど破断せずに脱落した場合、破断部材の衝突エネルギーの殆どがコンプレッサハウジングが軸線に沿って移動するエネルギーに変換され、破断部材が外部に飛散する可能性が高くなる。

また、特許文献３に開示された遠心圧縮機では、コンプレッサケーシングの内壁から半径方向へ突き出すブレーキ突起と、挿入壁から半径方向外方へ突き出すブレーキ要素とを設け、これらを協働させてコンプレッサケーシングに固定された部材が軸方向に投げ捨てられるのを防止している。
しかしながら、特許文献３では、コンプレッサケーシングと挿入壁の形状を、ブレーキ突起とブレーキ要素とを協働させる特殊な形状としているため、コンプレッサケーシングと挿入壁の設計コストおよび製造コストが増大してしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、設計コストおよび製造コストを増大させることなく、羽根車の全部または一部が破断あるいは脱落してロータ軸の軸線方向に直交する径方向に飛散する場合に破断部材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および過給機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。
本発明の一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とともに前記ロータ軸の軸線に沿った軸線方向に延在して筒状に形成される案内筒と、該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されるとともに前記吐出口へ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部と、を備え、前記軸線方向に沿った所定範囲における前記案内筒の外周面には、前記軸線回りの周方向の複数箇所に前記軸線に沿って延びる第１溝部が形成されており、前記案内筒は、前記ロータ軸の前記軸線方向の一端の吸入口から流入する前記流体を前記取込口へ導く吸入流路を形成する上流側筒部と、前記取込口から流入する前記流体を前記径方向の内側に配置される前記羽根車により圧縮して前記吐出口へ導く圧縮流路を形成する下流側筒部とを一体的に形成した部材であり、前記所定範囲は、前記下流側筒部が配置される範囲を含む。

本発明の一態様に係る遠心圧縮機において、ロータ軸の回転に伴う遠心力によりロータ軸に取り付けられる羽根車の全部または一部が破断あるいは脱落すると、ロータ軸の軸線方向に直交する径方向に破断部材が飛散する。羽根車は案内筒に収容されているため、破断部材は案内筒の内周面に衝突する。破断部材の衝突エネルギーが大きい場合には、案内筒がその外周面に形成される第１溝部に沿って破断して破断部材の衝突エネルギーの一部を吸収する。そのため、案内筒が殆ど破断せずに脱落して軸線に沿って移動してしまう場合に比べ、軸線に沿って移動する案内筒が外部に飛散する不具合を抑制することができる。また、案内筒の外周面に第１溝部を形成するという比較的簡易な構成を採用するため、遠心圧縮機の設計コストおよび製造コストを増大させることがない。

本発明の一態様に係る遠心圧縮機において、前記所定範囲は、前記上流側筒部および前記下流側筒部が配置される範囲である構成としてもよい。

上記構成の遠心圧縮機によれば、軸線方向における案内筒の上流側と下流側の双方に渡って第１溝部が形成される。そのため、羽根車の破断部材が案内筒の上流側または下流側のいずれの位置に衝突したとしても、その衝突エネルギーを確実に吸収することができる。

本発明の一態様に係る遠心圧縮機において、前記所定範囲は、前記下流側筒部が配置される範囲を含み、かつ前記上流側筒部が配置される範囲を含まない構成としてもよい。

上記構成の遠心圧縮機によれば、軸線方向に沿って羽根車が配置される下流側筒部の外周面に第１溝部が形成されている。そのため、羽根車の破断部材が衝突する可能性の高い位置で案内筒を破断させることで、破断部材の衝突エネルギーの一部を効率よく吸収することができる。

本発明の一態様に係る遠心圧縮機において、前記軸線方向に沿った所定範囲における前記案内筒の前記外周面には、前記周方向に沿って等間隔の複数箇所に前記第１溝部が形成されていてもよい。
このようにすることで、案内筒に形成された全ての第１溝部が破断して案内筒が複数に分割される場合に、分割される部材のそれぞれの重量を同程度とすることができる。そのため、第１溝部を等間隔の複数箇所に形成しない場合に比べ、重量の大きい部材が案内筒から分割されて径方向に沿って外部へ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は、前記案内筒の前記吸入口に前記流体を導く流路を画定するとともに該流路に配置された消音材を有するサイレンサを備え、前記サイレンサが締結ボルトによって前記スクロール部に締結されている形態であってもよい。
本形態の遠心圧縮機によれば、流路に配置された消音材を有するサイレンサが案内筒の吸入口側に設けられている。そのため、案内筒が脱落して軸線に沿って移動してしまう場合であっても、案内筒の衝突エネルギーの一部をサイレンサで吸収することができる。また、サイレンサが締結ボルトによってスクロール部に締結されているため、締結ボルトによる締結力によってサイレンサと案内筒が外部へ飛散する不具合が抑制される。

本発明の一態様に係る遠心圧縮機においては、前記軸線方向に沿って前記羽根車を取り囲むように配置される円筒状部材を備え、該円筒状部材の内周面または外周面には、前記軸線回りの複数箇所に前記軸線に沿って延びる第２溝部が形成されていてもよい。
このようにすることで、羽根車の破断部材の衝突エネルギーにより案内筒が破断して径方向に沿って外側へ飛散する場合であっても、破断した案内筒が円筒状部材に衝突する。そのため、破断した案内筒が径方向の外側へ飛散する不具合を抑制することができる。また、円筒状部材に軸線に沿って延びる第２溝部が形成されているため、破断した案内筒の衝突エネルギーが大きい場合には、円筒状部材がその内周面または外周面に形成される第２溝部に沿って破断して破断部材の衝突エネルギーの一部を吸収することができる。

本発明の一態様に係る過給機は、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。
本発明の一態様に係る過給機によれば、遠心圧縮機の設計コストおよび製造コストを増大させることなく、羽根車の全部または一部が破断あるいは脱落してロータ軸の軸線方向に直交する径方向に飛散する場合に破断部材が外部に飛散する不具合を抑制することができる。

本発明の参考例に係る遠心圧縮機の製造方法は、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とともに前記ロータ軸の軸線に沿った軸線方向に延在して筒状に形成される案内筒と、該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されるとともに前記吐出口へ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部と、前記案内筒に前記流体を導く流路を画定するとともに該流路に配置された消音材を有するサイレンサとを備える遠心圧縮機の製造方法であって、前記サイレンサが、締結ボルトによって前記スクロール部に締結されており、前記案内筒の内周面に外力が加えられた場合に該案内筒が吸収可能な第１エネルギー吸収量を算出する第１算出工程と、前記サイレンサに外力が加えられた場合に前記締結ボルトが吸収可能な第２エネルギー吸収量を算出する第２算出工程と、前記第１エネルギー吸収量と前記第２エネルギー吸収量とに基づいて、前記案内筒に形成する溝部の形状を決定する決定工程と、前記決定工程により決定された前記形状の前記溝部を、前記案内筒の外周面に前記軸線回りの複数箇所に前記軸線に沿って延びるように形成する形成工程と、を備える。

本発明の参考例に係る遠心圧縮機の製造方法によれば、案内筒の内周面に外力が加えられた場合に案内筒が吸収可能な第１エネルギー吸収量と、サイレンサに外力が加えられた場合に締結ボルトが吸収可能な第２エネルギー吸収量とに基づいて、案内筒に形成する溝部の形状を決定する。例えば、第１エネルギー吸収量が少なすぎる場合には、案内筒が容易に破断して羽根車の破断部材が径方向に沿って外部へ飛散してしまう可能性がある。この場合、溝部の深さを小さくすることで、第１エネルギー吸収量を増大させることができる。また、例えば、第１エネルギー吸収量が多すぎる場合には、案内筒が破断せずに軸線方向に沿って飛散して羽根車の破断部材が外部へ飛散してしまう可能性がある。この場合、第２エネルギー吸収量を考慮しつつ溝部の深さを大きくすることで、第１エネルギー吸収量を減少させることができる。

本発明によれば、設計コストおよび製造コストを増大させることなく、羽根車の全部または一部が破断あるいは脱落してロータ軸の軸線方向に直交する径方向に飛散する場合に破断部材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および過給機を提供することができる。

第１実施形態の過給機を示す縦断面図である。 図１に示す遠心圧縮機の要部拡大図である。 図２に示す空気案内筒の横断面図である。 第２実施形態の遠心圧縮機の要部拡大である。 第３実施形態の遠心圧縮機の要部拡大図である。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態の過給機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２０と、を備えている。遠心圧縮機１０とタービン２０とは、それぞれロータ軸３０に連結されている。

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）の内部と連通する掃気トランク（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（案内筒）１２と、スクロール部１３と、コンテインメントリング（円筒状部材）１４と、サイレンサ１６とを備えている。

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。

タービン２０は、タービンハウジング２１と、タービン翼２２と、タービンディスク２３と、タービンノズル２４とを備えている。タービンハウジング２１は、軸線Ｘ回りに配置される中空の筒状部材であり、その内部にタービン翼２２と、タービンディスク２３と、タービンノズル２４とを収容している。タービンハウジング２１には、図１の右方に示す矢印に沿って舶用ディーゼル機関から排出される排気ガスが流入する。

タービンハウジング２１に導かれた排気ガスは、タービンノズル２４を通過する際に静圧膨張し、タービン翼２２に導かれる。タービン翼２２は、ロータ軸３０に固定された円板状のタービンディスク２３の外周面に軸線回りに一定間隔で取り付けられている。タービンディスク２３には、静圧膨張した排気ガスがタービン翼２２を通過することによって軸線Ｘ回りの回転力が与えられる。この回転力は、ロータ軸３０を回転させる動力となり、ロータ軸３０に連結された羽根車１１を軸線Ｘ回りに回転させる。
ここで、タービンディスク２３は円板状であるものとしたが、ここでいう”円”とは真円に限られないものとする。

このように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２０に導いてタービン翼２２が取り付けられたタービンディスク２３を軸線Ｘ回りに回転させる。タービンディスク２３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掃気トランク（図示略）に導かれる。

次に、遠心圧縮機１０が備える各構成について説明する。
図２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。羽根車１１は、アルミニウム合金により形成されている。

図２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（圧縮流路）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の内周面により形成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、軸線Ｘに沿った軸線Ｘ方向に延在して筒状に形成され、羽根車１１をロータ軸３０の軸線Ｘ回りに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。空気案内筒１２の詳細な構造については、後述する。

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、図１に示すように、ロータ軸３０を支持する軸受部１７を保持する軸受台１５およびに取り付けられている。

スクロール部１３は、ディフューザ１３ａと、ディフューザディスク１３ｂと、外側スクロールケーシング１３ｃ（図１参照。）と、内側スクロールケーシング１３ｄと、渦形室１３ｅを備える。渦形室１３ｅは、外側スクロールケーシング１３ｃと、内側スクロールケーシング１３ｄとによって画定される空間である。
図２に示すように、内側スクロールケーシング１３ｄは、締結ボルト４３により空気案内筒１２の吸入口１２ｃ側端部に連結されている。

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１３ｅに圧縮空気を導く流路を形成する。ディフューザ１３ａは、ロータ軸３０と同軸に配置される円環形状のディフューザディスク１３ｂの円周方向の複数箇所に設けられている。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。
図２に示すように、ディフューザディスク１３ｂは、締結ボルト４４により内側スクロールケーシング１３ｄ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１３ｅに流入する。渦形室１３ｅに流入した作動流体は、吐出配管（図示略）へと吐出される。

コンテインメントリング１４は、空気案内筒１２よりも径方向の外周側かつスクロール部１３よりも径方向の内周側に配置される円筒状部材である。図１に示すように、コンテインメントリング１４は、羽根車１１を取り囲むようにロータ軸３０と同軸に配置されている。図２に示すように、コンテインメントリング１４は、締結ボルト４２によって空気案内筒１２に連結されている。

コンテインメントリング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系合金である鉄鋼材料が用いられる。鉄鋼材料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、圧延による金属材の延性が高い。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有する。

このように、コンテインメントリング１４は、空気案内筒１２よりも延性が高い。そのため、コンテインメントリング１４は、羽根車１１が破損や脱落した際でも、破断部材が径方向に飛散して空気案内筒１２に衝突する場合に、破断部材が外部に飛散することを抑制する。
つまり、空気案内筒１２が破断部材の衝突により脆性破壊してしまう場合であっても、コンテインメントリング１４が塑性変形することによって羽根車の全部または一部が外部に飛散する不具合が抑制される。

サイレンサ１６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１６は、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の吸入口１２ｃに導く流路を画定する。流路の周囲には消音材１６ａが配置されている。この消音材１６ａ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。サイレンサ１６は、軸線Ｘ回りの周方向の複数箇所において、締結ボルト１６ｂによってスクロール部１３に締結されている。図１には、締結ボルト１６ｂが１つのみ示されているが、軸線Ｘ回りの周方向の複数箇所に設けられている。

次に、空気案内筒１２の詳細な構造について説明する。
図２に示すように、空気案内筒１２は、上流側筒部１２ａと下流側筒部１２ｂとを一体的に形成した部材である。上流側筒部１２ａと下流側筒部１２ｂとの境界位置は、取込口１１ａの位置と一致している。この取込口１１ａの位置は、複数枚のブレード１１ｄにより仕切られる空間の入口位置と一致している。

上流側筒部１２ａは、ロータ軸３０の軸線Ｘ方向の一端の吸入口１２ｃから流入する空気を取込口１１ａに導く吸入流路１２ｄを形成する部材である。また、下流側筒部１２ｂは、取込口１１ａから流入する空気を圧縮して吐出口１１ｂへ導く流路１１ｅを形成する部材である。

図２に示すように、空気案内筒１２の外周面には、軸線Ｘに沿って平行に延びる溝部（第１溝部）１２ｅが上流側筒部１２ａおよび下流側筒部１２ｂの双方が配置される範囲（所定範囲）に形成されている。図３に示すように、空気案内筒１２の外周面には、軸線Ｘ回りの周方向に角度θ（θ＝１２０°）の等間隔で３箇所に溝部１２ｅが形成されている。ここで、図３は、上流側筒部１２ａと下流側筒部１２ｂとの境界位置における空気案内筒１２の横断面図である。また、図２に示す空気案内筒１２は、図３に示す空気案内筒１２のI-I矢視断面図となっている。図３に示す３箇所の溝部１２ｅは、周方向の幅がＷで径方向の深さがＤの同形状となっている。また、溝部１２ｅの軸線Ｘに沿った各位置での形状は同一であるものとする。

次に、空気案内筒１２の内周面に外力が加えられた場合に空気案内筒１２が吸収可能な第１エネルギー吸収量Ｅ１と、サイレンサ１６に外力が加えられた場合に締結ボルト１６ｂが吸収可能な第２エネルギー吸収量Ｅ２とに基づいて、溝部１２ｅの形状を決定する方法について説明する。本実施形態の遠心圧縮機１０は、以下で説明する方法により決定された形状で溝部１２ｅを形成することにより製造される。

第１に、空気案内筒１２の内周面に外力が加えられた場合に空気案内筒１２が吸収可能な第１エネルギー吸収量Ｅ１を算出する（第１算出工程）。ここで、空気案内筒１２とは、上流側筒部１２ａおよび下流側筒部１２ｂの双方に、軸線Ｘ回りの周方向に１２０°の等間隔で３箇所に幅Ｗ１で深さＤ１の溝部１２ｅを形成したものをいう。

そして、第１エネルギー吸収量Ｅ１を算出するために、空気案内筒１２が一定の円筒直径Ｄｃであり、一定の板厚ｔを有し、軸線Ｘに沿った長さがＬである円筒状部材と仮定する。この際、円筒状部材と空気案内筒１２の第１エネルギー吸収量Ｅ１が同一となるように円筒直径Ｄｃ，板厚ｔ，長さＬを、空気案内筒１２の形状から算出する。

ここで、第１エネルギー吸収量Ｅ１は、空気案内筒１２に加えられる外力Ｆとその外力による変位量δの積で求められる。また、外力Ｆは、空気案内筒１２の降伏応力σ_ｙと引張強さσ_Ｂの平均値（（σ_ｙ＋σ_Ｂ）／２）で求められる。また、変位量δは、空気案内筒１２が破断した際の伸びをε_Ｂとした場合、Ｌ×ｔ×π×Ｄ×ε_Ｂで求められる。したがって、第１エネルギー吸収量Ｅ１の算出式は以下の式（１）となる。
Ｅ１＝（σ_ｙ＋σ_Ｂ）Ｌｔπε_Ｂ／２ （１）

第２に、サイレンサ１６に外力が加えられた場合に締結ボルト１６ｂが吸収可能な第２エネルギー吸収量Ｅ２を算出する（第２算出工程）。第２エネルギー吸収量Ｅ２は、サイレンサ１６に軸線Ｘに沿った外力が加えられ、その外力が締結ボルト１６ｂに作用する際に、締結ボルト１６ｂにて吸収可能なエネルギー吸収量である。第２エネルギー吸収量Ｅ２は、締結ボルト１６ｂの形状、材質、本数等のパラメータから算出する。

第３に、第１エネルギー吸収量Ｅ１と第２エネルギー吸収量Ｅ２とに基づいて、空気案内筒１２に形成する溝部１２ｅの形状を決定する（決定工程）。式（１）に示すように、第１エネルギー吸収量Ｅ１は、空気案内筒１２と同一のエネルギー吸収量である円筒状部材の板厚ｔに比例する。したがって、第１エネルギー吸収量Ｅ１は、空気案内筒１２に形成する溝部１２ｅの深さＤに反比例する。

例えば、第１エネルギー吸収量Ｅ１が少なすぎる場合には、空気案内筒１２が容易に破断して羽根車１１の破断部材が径方向に沿って外部へ飛散してしまう可能性がある。この場合、溝部１２ｅの深さＤをＤ１よりも小さくすることで、第１エネルギー吸収量Ｅ１を増大させることができる。
また、例えば、第１エネルギー吸収量Ｅ１が多すぎる場合には、空気案内筒１２が破断せずに軸線Ｘ方向に沿って飛散して羽根車１１の破断部材が外部へ飛散してしまう可能性がある。この場合、第２エネルギー吸収量Ｅ２を考慮しつつ溝部の深さＤをＤ１よりも大きくすることで、第１エネルギー吸収量Ｅ１を減少させることができる。

第４に、決定された形状の溝部１２ｅを、空気案内筒１２の外周面に軸線Ｘ回りの３箇所で軸線Ｘに沿って延びるように形成する（形成工程）。なお、前述したように、空気案内筒１２は、鋳造により製造される。そのため、空気案内筒１２を形成するための鋳型（図示略）を溝部１２ｅの形状に沿うように作成し、作成した鋳型を用いて空気案内筒１２を鋳造する。
以上の第１から第４の工程により、本実施形態の遠心圧縮機１０の空気案内筒１２が製造され、その他の部材と組み合わせることにより本実施形態の遠心圧縮機１０および過給機１００が製造される。

以上説明した本実施形態の過給機１００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において、ロータ軸３０の回転に伴う遠心力によりロータ軸３０に取り付けられる羽根車１１の全部または一部が破断あるいは脱落すると、ロータ軸３０の軸線Ｘ方向に直交する径方向に破断部材が飛散する。羽根車１１は空気案内筒１２に収容されているため、破断部材は空気案内筒１２の内周面に衝突する。破断部材の衝突エネルギーが大きい場合には、空気案内筒１２がその外周面に形成される溝部１２ｅに沿って破断して破断部材の衝突エネルギーの一部を吸収する。そのため、空気案内筒１２が殆ど破断せずに脱落して軸線Ｘに沿って移動してしまう場合に比べ、軸線Ｘに沿って移動する空気案内筒１２が外部に飛散する不具合を抑制することができる。また、空気案内筒１２の外周面に溝部１２ｅを形成するという比較的簡易な構成を採用するため、遠心圧縮機１０の設計コストおよび製造コストを増大させることがない。

また、本実施形態の遠心圧縮機１０において、溝部１２ｅは、上流側筒部１２ａおよび下流側筒部１２ｂが配置される範囲における空気案内筒１２の外周面に形成されている。本実施形態の遠心圧縮機１０によれば、軸線Ｘ方向における空気案内筒１２の上流側と下流側の双方に渡って溝部１２ｅが形成される。そのため、羽根車１１の破断部材が空気案内筒１２の上流側または下流側いずれの位置に衝突したとしても、その衝突エネルギーを確実に吸収することができる。

また、本実施形態の遠心圧縮機１０において、空気案内筒１２の外周面には、周方向に沿って等間隔の複数箇所に溝部１２ｅが形成されている。
このようにすることで、空気案内筒１２に形成された全ての溝部１２ｅが破断して空気案内筒１２が複数に分割される場合に、分割される部材のそれぞれの重量を同程度とすることができる。そのため、溝部１２ｅを等間隔の複数箇所に形成しない場合に比べ、重量の大きい部材が空気案内筒１２から分割されて径方向に沿って外部へ飛散する不具合を抑制することができる。

また、本実施形態の遠心圧縮機１０においては、空気案内筒１２の吸入口１２ｃに流体を導く流路を画定するとともにその流路に配置された消音材１６ａを有するサイレンサ１６を備え、サイレンサ１６が締結ボルト１６ｂによってスクロール部１３に締結されている。
本実施形態の遠心圧縮機１０によれば、流路に配置された消音材１６ａを有するサイレンサ１６が空気案内筒１２の吸入口１２ｃ側に設けられている。そのため、空気案内筒１２が脱落して軸線Ｘに沿って移動してしまう場合であっても、空気案内筒１２の衝突エネルギーの一部をサイレンサ１６で吸収することができる。また、サイレンサ１６が締結ボルト１６ｂによってスクロール部１３に締結されているため、締結ボルト１６ｂによる締結力によってサイレンサ１６と空気案内筒１２が外部へ飛散する不具合が抑制される。

〔第２実施形態〕
次に本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は第１実施形態の変形例である。以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、同一の符号を付して以下での説明を省略する。
第１実施形態は、空気案内筒１２の上流側筒部１２ａおよび下流側筒部１２ｂの双方に、軸線Ｘに沿って延びる溝部１２ｅを形成するものであった。それに対して第２実施形態は、空気案内筒１２Ａの下流側筒部１２ｂが配置される範囲に溝部（第１溝部）１２ｆを形成し、上流側筒部１２ａが配置される範囲に溝部１２ｆを形成しないものである。

図４に示すように、空気案内筒１２Ａの外周面には、軸線Ｘに沿って平行に延びる溝部１２ｆが下流側筒部１２ｂが配置される範囲（所定範囲）に形成されている。一方で、図２に示すように、空気案内筒１２Ａの外周面の上流側筒部１２ａが配置される範囲には溝部１２ｆが形成されていない。

空気案内筒１２Ａの外周面には、第１実施形態と同様に、軸線Ｘ回りの周方向に角度θ（θ＝１２０°）の等間隔で３箇所に溝部１２ｆが形成されている。３箇所の溝部１２ｆは、周方向の幅がＷで径方向の深さがＤの同形状となっている。また、溝部１２ｆの軸線Ｘに沿った各位置での形状は同一であるものとする。

本実施形態の遠心圧縮機１０によれば、軸線Ｘ方向に沿って羽根車１１が配置される下流側筒部１２ｂの外周面に溝部１２ｆが形成されている。そのため、羽根車１１の破断部材が衝突する可能性の高い位置で空気案内筒１２を破断させることで、破断部材の衝突エネルギーの一部を効率よく吸収することができる。また、軸線Ｘ方向に沿って羽根車１１が配置されない上流側筒部１２ａの外周面には溝部１２ｆが形成されてない。そのため、上流側筒部１２ａの外周面の強度を十分に確保することができる。

〔第３実施形態〕
次に本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態は第１実施形態の変形例である。以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、同一の符号を付して以下での説明を省略する。
第３実施形態は、コンテインメントリング１４に軸線Ｘに沿って延びる溝部（第２溝部）１４ａを形成した点で第１実施形態と異なる。

図５に示すように、コンテインメントリング１４の外周面には、軸線Ｘに沿って平行に延びる溝部１４ａが上流側筒部１２ａおよび下流側筒部１２ｂの双方が配置される範囲に形成されている。
また、図示を省略するが、コンテインメントリング１４の外周面には、軸線Ｘ回りの周方向に角度θ（θ＝１２０°）の等間隔で３箇所に溝部１４ａが形成されている。

本実施形態の遠心圧縮機１０によれば、コンテインメントリング１４Ａに軸線Ｘに沿って延びる溝部１４ａが形成されている。そのため、羽根車１１の破断部材の衝突により破断した空気案内筒１２の衝突エネルギーが大きい場合には、コンテインメントリング１４がその外周面に形成される溝部１４ａに沿って破断して羽根車１１の破断部材の衝突エネルギーの一部を吸収することができる。

以上の説明においては、コンテインメントリング１４Ａの外周面に軸線Ｘに沿って延びる溝部１４ａを形成するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、コンテインメントリング１４Ａの内周面に軸線Ｘに沿って延びる溝部を形成してもよい。

また、以上の説明においては、コンテインメントリング１４Ａの内周面または外周面であって、上流側筒部１２ａおよび下流側筒部１２ｂの双方が配置される範囲に溝部を形成するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、コンテインメントリング１４Ａの内周面または外周面であって、下流側筒部１２ｂが配置される範囲に溝部を形成するものとしてもよい。

〔他の実施形態〕
以上の説明においては、溝部１２ｅ，１２ｆを空気案内筒１２の軸線Ｘ回りの周方向の３箇所に形成するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、周方向の２箇所、６箇所等の任意の複数箇所に形成するものとしてもよい。この場合、複数の溝部を周方向に等間隔で空気案内筒に形成することが望ましいが、等間隔でない任意の間隔で空気案内等に形成してもよい。

また、以上の説明においては、溝部１２ｅ，１２ｆを空気案内筒１２の軸線Ｘに沿って平行に形成するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、軸線Ｘに対して９０°よりも狭い角度で傾斜した螺旋状に延びる溝部としてもよい。すなわち、軸線Ｘに平行な成分を有する方向に延びる溝部を空気案内筒に形成してもよい。

また、第１実施形態においては、溝部１２ｅの形状を軸線Ｘに沿った各位置で同一としたが、他の態様であってもよい。例えば、上流側筒部１２ａに形成される溝部１２ｅの深さよりも下流側筒部１２ｂに形成される溝部１２ｅの深さを深くしてもよい。また、例えば、上流側筒部１２ａから下流側筒部１２ｂに向けて溝部１２ｅの深さを漸次深くするようにしてもよい。

また、例えば、上流側筒部１２ａに形成される溝部１２ｅの幅よりも下流側筒部１２ｂに形成される溝部１２ｅの幅を広くしてもよい。また、例えば、上流側筒部１２ａから下流側筒部１２ｂに向けて溝部１２ｅの幅を漸次広くするようにしてもよい。
このようにすることで、羽根車１１の破断部材が衝突する可能性の高い上流側筒部１２ａで空気案内筒１２が破断しやすいようにし、破断部材の衝突エネルギーの一部を効率よく吸収することができる。

以上の説明において、空気案内筒１２の上流側筒部１２ａと下流側筒部１２ｂとの境界位置は、取込口１１ａの位置と一致しているものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、上流側筒部１２ａと下流側筒部１２ｂとの境界位置を、取込口１１ａの位置の近傍の他の位置としてもよい。この近傍の他の位置は軸線Ｘ方向の吸入口１２ｃ側であっても、吐出口１１ｂ側であってもよい。

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２０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。

１０ 遠心圧縮機
１１ 羽根車
１１ａ 取込口
１１ｂ 吐出口
１１ｅ 流路（圧縮流路）
１２，１２Ａ 空気案内筒（案内筒）
１２ａ 上流側筒部
１２ｂ 下流側筒部
１２ｃ 吸入口
１２ｄ 吸入流路
１２ｅ，１２ｆ 溝部（第１溝部）
１３ スクロール部
１４，１４Ａ コンテインメントリング（円筒状部材）
１４ａ 溝部（第２溝部）
１６ サイレンサ
２０ タービン
３０ ロータ軸
１００ 過給機
Ｘ 軸線

Claims (7)

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とともに前記ロータ軸の軸線に沿った軸線方向に延在して筒状に形成される案内筒と、
   該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されるとともに前記吐出口へ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部と、を備え、
   前記軸線方向に沿った所定範囲における前記案内筒の外周面には、前記軸線回りの周方向の複数箇所に前記軸線に沿って延びる第１溝部が形成されており、
   前記案内筒は、前記ロータ軸の前記軸線方向の一端の吸入口から流入する前記流体を前記取込口へ導く吸入流路を形成する上流側筒部と、前記取込口から流入する前記流体を前記径方向の内側に配置される前記羽根車により圧縮して前記吐出口へ導く圧縮流路を形成する下流側筒部とを一体的に形成した部材であり、
   前記所定範囲は、前記下流側筒部が配置される範囲を含む遠心圧縮機。
2. 前記所定範囲は、前記上流側筒部および前記下流側筒部が配置される範囲である請求項１に記載の遠心圧縮機。
3. 前記所定範囲は、前記下流側筒部が配置される範囲を含み、かつ前記上流側筒部が配置される範囲を含まない請求項１に記載の遠心圧縮機。
4. 前記軸線方向に沿った所定範囲における前記案内筒の前記外周面には、前記周方向に沿って等間隔の複数箇所に前記第１溝部が形成されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
5. 前記案内筒の前記吸入口に前記流体を導く流路を画定するとともに該流路に配置された消音材を有するサイレンサを備え、
   前記サイレンサが締結ボルトによって前記スクロール部に締結されている請求項２または請求項３に記載の遠心圧縮機。
6. 前記軸線方向に沿って前記羽根車を取り囲むように配置される円筒状部材を備え、
   該円筒状部材の内周面または外周面には、前記軸線回りの複数箇所に前記軸線に沿って延びる第２溝部が形成されている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
7. 請求項１から６のいずれか一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、を備える過給機。

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