(57)【要約】【課題】停止させた排気タービン過給機のタービンロータ軸およびタービンロータ軸を軸受け支持するラジアル軸受の摩耗・損傷を防止すること。【解決手段】内燃機関から導かれた排気ガスによって駆動され、前記内燃機関に圧縮された空気を供給する排気タービン過給機１をターニングさせる過給機ターニング装置２０であって、停止中の過給機において、前記排気タービン過給機１を構成するタービンロータ軸２を軸受け支持するラジアル軸受１６に供給される潤滑油中に含まれることが想定される異物による軸受の摩耗速度が、過給機の常用運転における軸受の摩耗速度と同程度以下になる前記タービンロータ軸２と前記ラジアル軸受１６との間に形成される最小油膜厚さを確保可能な回転数で前記タービンロータ軸２を回転させるとともに、前記排気タービン過給機１に対して着脱可能に構成されたギヤードモータ２２を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から導かれた排気ガスによって駆動され、前記内燃機関に圧縮された空気を供給する過給機をターニングさせる過給機ターニング装置であって、
停止中の過給機において、前記過給機を構成するタービンロータ軸を軸受け支持する軸受に供給される潤滑油中に含まれることが想定される異物による軸受の摩耗速度が、過給機の常用運転における軸受の摩耗速度と同程度以下になる前記タービンロータ軸と前記軸受との間に形成される最小油膜厚さを確保可能な回転数で前記タービンロータ軸を回転させるとともに、前記過給機に対して着脱可能に構成されたモータを備えていることを特徴とする過給機ターニング装置。
【請求項２】
前記回転数が、１００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍに設定されていることを特徴とする請求項１に記載の過給機ターニング装置。
【請求項３】
前記タービンロータ軸の一端部に設けられたタービンディスクの一端面中央部から突出する第１の六角部を受け入れて、この第１の六角部と嵌合する第１の凹所を一端部に備え、前記モータの回転軸の先端部に形成された第２の六角部を受け入れて、この第２の六角部と嵌合する第２の凹所を他端部に備えたカップリングを具備していることを特徴とする請求項１または２に記載の過給機ターニング装置。
【請求項４】
内燃機関から導かれた排気ガスによって駆動され、前記内燃機関に圧縮された空気を供給する過給機をターニングさせる過給機のターニング方法であって、
停止中の過給機において、前記過給機を構成するタービンロータ軸を軸受け支持する軸受に供給される潤滑油中に含まれることが想定される異物による軸受の摩耗速度が、過給機の常用運転における軸受の摩耗速度と同程度以下になる前記タービンロータ軸と前記軸受との間に形成される最小油膜厚さを確保可能な回転数で前記タービンロータ軸を回転させることを特徴とする過給機のターニング方法。
【請求項５】
前記回転数が、１００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍに設定されていることを特徴とする請求項４に記載の過給機のターニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、低速２サイクルのディーゼル機関に装着されて、ディーゼル機関に圧縮された空気を供給する過給機をターニングさせる過給機ターニング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル機関の大型化・高出力化に伴い、１台のディーゼル機関に対して、複数台（例えば、２台から４台）の過給機が装着されていることがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０−１６６７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
また、複数台の過給機が装着された舶用ディーゼル機関では船速に応じて、また、複数台の過給機が装着された陸上発電機用ディーゼル機関では電力需要に応じて低負荷で運転される場合があり、そのような場合、ディーゼル機関の低負荷性能を改善するために、すべての過給機を運転せず、少なくとも１台の過給機を停止させることがある。
過給機を停止させる方法としては、例えば、排気ガス入口および圧縮空気出口の双方に塞板を入れて、タービンロータを静止させる方法が知られている。
しかしながら、タービンロータを静止させる方法では、タービンロータがディーゼル機関の振動にさらされて微小振動を繰り返し、タービンロータ軸およびタービンロータ軸を軸受け支持する軸受が、フレッティング摩耗と呼ばれる微小振動に伴う異常な摩耗で損傷してしまうおそれがある。
【０００５】
そこで、排気ガス入口に挿入される塞板に小さな穴を開けたり、排気ガス入口に挿入される塞板をバイパスする配管を設けたりして、タービンロータを静止させずに、タービンロータをわずかに回転させ、フレッティング摩耗を防止する方法が提案されている。
しかしながら、タービンロータを軸受け支持する軸受に供給される潤滑油中には、煤等の異物が含まれており、この異物の粒径が、タービンロータ軸と軸受との間に形成される最小油膜厚さよりも大きい場合、すなわち、タービンロータの回転数が低すぎる場合には、潤滑油中の異物によってタービンロータ軸および軸受の摩耗が早期に進行するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、停止させた過給機のタービンロータ軸およびタービンロータ軸を軸受け支持する軸受の摩耗・損傷を防止することができる過給機ターニング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る過給機ターニング装置は、内燃機関から導かれた排気ガスによって駆動され、前記内燃機関に圧縮された空気を供給する過給機をターニングさせる過給機ターニング装置であって、停止中の過給機において、前記過給機を構成するタービンロータ軸を軸受け支持する軸受に供給される潤滑油中に含まれることが想定される異物による軸受の摩耗速度が、過給機の常用運転における軸受の摩耗速度と同程度以下になる前記タービンロータ軸と前記軸受との間に形成される最小油膜厚さを確保可能な回転数で前記タービンロータ軸を回転させるとともに、前記過給機に対して着脱可能に構成されたモータを備えている。
【０００８】
また、本発明に係る過給機のターニング方法は、内燃機関から導かれた排気ガスによって駆動され、前記内燃機関に圧縮された空気を供給する過給機をターニングさせる過給機のターニング方法であって、停止中の過給機において、前記過給機を構成するタービンロータ軸を軸受け支持する軸受に供給される潤滑油中に含まれることが想定される異物による軸受の摩耗速度が、過給機の常用運転における軸受の摩耗速度と同程度以下になる前記タービンロータ軸と前記軸受との間に形成される最小油膜厚さを確保可能な回転数で前記タービンロータ軸を回転させるようにした。
【０００９】
本発明に係る過給機ターニング装置または過給機のターニング方法によれば、停止中の過給機において、タービンロータ軸を軸受け支持する軸受に供給される潤滑油中に含まれることが想定される異物による軸受の摩耗速度が、過給機の常用運転における軸受の摩耗速度と同程度以下になるタービンロータ軸と軸受との間に形成される最小油膜厚さを確保可能な回転数でタービンロータ軸が回転させられることになるので、停止させた過給機のタービンロータ軸および軸受のフレッティング摩耗、および潤滑油中の異物による摩耗を防止することができるとともに、これら摩耗による損傷を防止することができる。
【００１０】
上記過給機ターニング装置または過給機のターニング方法において、前記回転数が、１００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍに設定されているとさらに好適である。
【００１１】
このような過給機ターニング装置または過給機のターニング方法によれば、摩耗速度がおおよそ０．０２ｍｍ／１０００ｈｒ〜０．０８ｍｍ／１０００ｈｒとなる１００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍでタービンロータ軸が回転させられることになるので、モータの回転数を低く抑えることができて、モータによる消費電力を最小限に抑えることができる。
【００１２】
上記過給機ターニング装置において、前記タービンロータ軸の一端部に設けられたタービンディスクの一端面中央部から突出する第１の六角部を受け入れて、この第１の六角部と嵌合する第１の凹所を一端部に備え、前記モータの回転軸の先端部に形成された第２の六角部を受け入れて、この第２の六角部と嵌合する第２の凹所を他端部に備えたカップリングを具備しているとさらに好適である。
【００１３】
このような過給機ターニング装置によれば、タービンディスクの一端面中央部から突出する第１の六角部と、モータの回転軸の先端部に形成された第２の六角部とをカップリングで接続して、モータを運転するだけでタービンロータ軸が回転させられることになるので、着脱に要する作業時間を短縮することができ、作業の効率化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る過給機ターニング装置によれば、停止させた過給機のタービンロータ軸およびタービンロータ軸を軸受け支持する軸受の摩耗・損傷を防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る過給機ターニング装置を排気タービン過給機に装着した状態を示す縦断面図である。
【図２】最小油膜厚さと回転数との関係、および摩擦速度と回転数との関係を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る過給機ターニング装置の一実施形態について、図１および図２を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る過給機ターニング装置を排気タービン過給機に装着した状態を示す縦断面図、図２は最小油膜厚さと回転数との関係、および摩擦速度と回転数との関係を示す図表である。
【００１７】
本発明に係る過給機ターニング装置は、例えば、図１に示すような排気タービン過給機１に適用され得るものである。
図１に示す排気タービン過給機１は、例えば、図示しない舶用ディーゼル機関（例えば、低速２サイクルディーゼル機関）に２台から４台装着されて、舶用ディーゼル機関を構成するシリンダライナ（図示せず）の内部と連通する給気マニホールド（図示せず）に、圧縮された空気を供給する舶用排気タービン過給機である。
【００１８】
図１において、符号１０はタービンハウジング、符号１０ａは排気ガスの出口通路、符号１０ｂは排気ガスの入口通路、符号１２は軸流型のタービン翼、符号３はタービン翼１２の入口に設置されたタービンノズルであり、このタービンノズル３で静圧膨張された軸方向の排気ガス流によりタービン翼１２が回転駆動されるようになっている。
【００１９】
圧縮機５は、例えば、アルミニウム合金からなるコンプレッサ羽根車８と、ディフューザ４と、これらコンプレッサ羽根車８およびディフューザ４を収容するコンプレッサハウジング７とを備えている。コンプレッサハウジング７内には空気入口（作動流体入口）９が形成されており、この空気入口９からコンプレッサ羽根車８に空気（作動流体）が供給されるようになっている。そして、コンプレッサ羽根車８で加圧（圧縮）された空気は、ディフューザ４および出口スクロール７ａを通って、図示しない舶用ディーゼル機関（エンジン）に供給される。
なお、図１中の符号２は、ディスク１２ｓを備え、２個のラジアル軸受１６で支持されたタービンロータ軸、符号１ａは軸方向のスラストを受圧するスラスト軸受、符号１００は排気タービン過給機の回転軸である。
【００２０】
このような構成からなる排気タービン過給機１の作動時において、舶用ディーゼル機関からの排気ガスは、排気ガスの入口通路１０ｂを通り、タービンノズル３で静圧膨張された軸方向の排気ガス流によりタービン翼１２が回転駆動される。そして、タービン翼１２を駆動した排気ガスは、排気ガスの出口通路１０ａから外部に排出される。
タービン翼１２の回転は、タービンロータ軸２を介してコンプレッサ羽根車８を回転させ、コンプレッサハウジング７の空気入口９を通って吸入された空気は、コンプレッサ羽根車８で加圧され、ディフューザ４および出口スクロール７ａを通って、舶用ディーゼル機関に供給される。
【００２１】
さて、図１および図２に示すように、本実施形態に係る過給機ターニング装置２０は、カップリング２１と、ギヤードモータ２２とを備えている。
カップリング２１は、ディスク１２ｓの一端面（タービンロータ軸２が連結されている側と反対側の端面）中央部から突出する（第１の）六角部２３を受け入れて、この六角部２３と嵌合する（第１の）凹所２４を一端部に備え、ギヤードモータ２２の回転軸の先端部に形成された（第２の）六角部２５を受け入れて、この六角部２５と嵌合する（第２の）凹所２６を他端部に備えている。また、六角部２３，２５はそれぞれ、平面視正六角形状を呈している。
【００２２】
ギヤードモータ２２は、停止中の過給機において、タービンロータ軸２を軸受け支持するラジアル軸受１６に供給される潤滑油中に含まれることが想定される異物による軸受の摩耗速度が、過給機の常用運転における軸受の摩耗速度と同程度以下になるタービンロータ軸２とラジアル軸受１６との間に形成される最小油膜厚さを確保可能な所定の回転数（例えば、図２に示すように、摩耗速度がおおよそ０．０２ｍｍ／１０００ｈｒ〜０．０８ｍｍ／１０００ｈｒとなる１００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍ、より好ましくは、摩耗速度がおおよそ０．０２ｍｍ／１０００ｈｒ〜０．０３ｍｍ／１０００ｈｒとなる４００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍ）でその回転軸を回転させる固定速の電動モータであり、取付具２７を介してガス入口内側ケーシング２８の軸中心部に取り付けられる。
【００２３】
取付具２７は、周方向に沿って複数のボルト穴２９が形成されたフランジ３０を一端に有しており、複数のボルト３１を介してガス入口内側ケーシング２８の軸中心部に取り付けられる。また、取付具２７の頂部（ガス入口内側ケーシング２８に取り付けた際に、排気タービン過給機の回転軸１００の真上にくる部分）には、ギヤードモータ２２のフランジ３２に形成されたガイド穴３３を案内するためのガイド棒３４を取り付けることができるようになっている。
なお、図１中の符号３５はガス入口外側ケーシングであり、このガス入口外側ケーシング３５とガス入口内側ケーシング２８とでガス入口ケーシング３６が構成され、ガス入口外側ケーシング３５の内周面とガス入口内側ケーシング２８の外周面との間に、入口通路１０ｂが形成されるようになっている。
【００２４】
つぎに、過給機ターニング装置２０の装着の仕方について説明する。
まず、停止させたい排気タービン過給機１に排気ガスが供給されないよう、入口通路１０ｂの入口３７を塞ぐ塞板（図示せず）を挿入したり、舶用ディーゼル機関から排出された排気ガスを入口通路１０ｂの入口３７に導く配管（図示せず）の途中に設けられた開閉弁（図示せず）を全閉状態にする。
つづいて、運転中の排気タービン過給機１の圧縮機５から送出された空気が、停止させたい排気タービン過給機１の出口スクロール７ａに流入（逆流）しないよう、出口スクロール７ａの出口３８を塞ぐ塞板（図示せず）を挿入したり、出口スクロール７ａの出口３８と給気マニホールドとを連通する配管（図示せず）の途中に設けられた開閉弁（図示せず）を全閉状態にする。
【００２５】
つぎに、複数のボルト３１を介して取り付けられて、ガス入口内側ケーシング２８の軸中心部に形成された開口３９を塞いでいた塞板（図示せず）を複数のボルト３１とともに取り外し、ディスク１２ｓの六角部２３にカップリング２１を装着する。この状態で、取付具２７の中央部に形成された開口４０内にカップリング２１が挿入されるとともに、取付具２７が所定の方向を向くようにして（ガイド棒３４が排気タービン過給機の回転軸１００の真上にくるようにして）取付具２７のフランジ３０をガス入口内側ケーシング２８に密着させ、複数のボルト３１を用いて取付具２７をガス入口内側ケーシング２８に取り付ける。
【００２６】
つづいて、フランジ３２に形成されたガイド穴３３内にガイド棒３４を挿通させることができる位置までギヤードモータ２２を持ち上げて、ガイド穴３３内にガイド棒３４を挿入し、ギヤードモータ２２がガイド棒３４に支持された（吊り下げられた）状態で、かつ、ガイド棒３４に案内されるようにして、ギヤードモータ２２を取付具２７の方に押し進めていき、フランジ３２を取付具２７に密着させ、複数のボルト４１を用いてギヤードモータ２２を取付具２７に取り付ける。
そして、停止させたい排気タービン過給機１への過給機ターニング装置２０の装着が完了したら、ギヤードモータ２２を所定の回転数で回転させるとともに、ディスク１２ｓ、タービンロータ軸２、コンプレッサ羽根車８を所定の回転数で回転させる。
【００２７】
つぎに、過給機ターニング装置２０の取り外しの仕方について説明する。
まず、ギヤードモータ２２を停止して、複数のボルト４１を取り外し、ギヤードモータ２２がガイド棒３４に支持された（吊り下げられた）状態で、かつ、ガイド棒３４に案内されるようにして、ギヤードモータ２２を手前の方（取付具２７から遠ざかる方）に移動させていく。ギヤードモータ２２がガイド棒３４に支持されなくなったら（フランジ３２に形成されたガイド穴３３からガイド棒３４が抜け出たら）、ギヤードモータ２２を取り外す。
【００２８】
つづいて、複数のボルト３１を取り外し、取付具２７を取り外して、カップリング２１を取り外す。過給機ターニング装置２０を装着する際に取り外した、ガス入口内側ケーシング２８の軸中心部に形成された開口３９を塞ぐ塞板を複数のボルト３１を用いて取り付け、ガス入口内側ケーシング２８の軸中心部に形成された開口３９を塞ぐ。
つぎに、出口スクロール７ａの出口３８を塞板で塞いでいた場合には、その塞板を取り外して復旧し、出口スクロール７ａの出口３８と給気マニホールドとを連通する配管の途中に設けられた開閉弁を全閉状態にしていた場合には、その開閉弁を全開状態にして復旧する。
【００２９】
つづいて、入口通路１０ｂの入口３７を塞板で塞いでいた場合には、その塞板を取り外して復旧し、舶用ディーゼル機関から排出された排気ガスを入口通路１０ｂの入口３７に導く配管の途中に設けられた開閉弁を全閉状態にしていた場合には、その開閉弁を全開状態にして復旧する。
そして、運転を再開させたい排気タービン過給機１への排気ガスの供給が開始されると、ディスク１２ｓ、タービンロータ軸２、コンプレッサ羽根車８が回転し、コンプレッサ羽根車８で加圧された空気が、舶用ディーゼル機関に再び供給される。
【００３０】
本実施形態に係る過給機ターニング装置２０および過給機のターニング方法によれば、停止させた排気タービン過給機１のタービンロータ軸２が、所定の回転数で回転させられることになるので、停止させた排気タービン過給機１のタービンロータ軸２およびラジアル軸受１６のフレッティング摩耗、およびフレッティング摩耗による損傷を防止することができる。
また、停止中の過給機において、タービンロータ軸２を軸受け支持するラジアル軸受１６に供給される潤滑油中に含まれることが想定される異物による軸受の摩耗速度が、過給機の常用運転における軸受の摩耗速度と同程度以下になるタービンロータ軸２とラジアル軸受１６との間に形成される最小油膜厚さを確保可能な回転数でタービンロータ軸２が回転させられることになるので、停止させた排気タービン過給機１のタービンロータ軸２およびラジアル軸受１６の潤滑油中の異物による摩耗および損傷を防止することができる。
【００３１】
さらに、本実施形態に係る過給機ターニング装置２０および過給機のターニング方法によれば、摩耗速度がおおよそ０．０２ｍｍ／１０００ｈｒ〜０．０８ｍｍ／１０００ｈｒとなる１００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍでタービンロータ軸２が回転させられることになるので、ギヤードモータ２２の回転数を低く抑えることができて、ギヤードモータ２２による消費電力を最小限に抑えることができる。
【００３２】
さらにまた、本実施形態に係る過給機ターニング装置２０によれば、タービンディスク１２ｓの一端面中央部から突出する六角部２３と、ギヤードモータ２２の回転軸の先端部に形成された六角部２５とをカップリング２１で接続して、ギヤードモータ２２を運転するだけでタービンロータ軸２が回転させられることになるので、着脱に要する作業時間を短縮することができ、作業の効率化を図ることができる。
【００３３】
一方、排気タービン過給機１を停止させることにより、その他の運転中の各排気タービン過給機１に供給される排気ガス量が増加し、運転中の各排気タービン過給機１の回転数が上昇して、相対的により多くの空気が舶用ディーゼル機関に供給されることになる。
これにより、舶用ディーゼル機関の低負荷性能を改善することができ、舶用ディーゼル機関の性能を向上させることができて、燃料消費率を改善することができる。
【００３４】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更・変形が可能である。
例えば、上述した実施形態では、排気タービン過給機を停止させる際に過給機ターニング装置を取り付け、排気タービン過給機を運転させる際に過給機ターニング装置を取り外すようにしていたが、ギヤードモータの回転軸を回転させる機構、またはギヤードモータの回転軸とカップリングとの間にワンウェイ式のクラッチを組み入れることにより、ギヤードモータおよびカップリングを取り付けたままにしておくことも可能である。
これにより、ターニング装置の着脱作業を不要とすることができ、着脱作業に要する時間を大幅に軽減することができるとともに、作業員の労力を大幅に軽減することができる。
【００３５】
また、本発明に係る過給機ターニング装置は、舶用ディーゼル機関以外のディーゼル機関（例えば、陸上発電機用ディーゼル機関）に搭載される排気タービン過給機にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１    排気タービン過給機
２    タービンロータ軸
１２ｓ  タービンディスク
１６    ラジアル軸受
２０    過給機ターニング装置
２１    カップリング
２２    ギヤードモータ
２３    六角部（第１の六角部）
２４    凹所（第１の凹所）
２５    六角部（第２の六角部）
２６    凹所（第２の凹所）
【図１】
2011021497.tif 000003
【図２】
2011021497.tif 000004