(57)【要約】  ターボチャージャーが、シャフトによりタービンに連結した遠心インペラを格納するケーシングシステムを有する。ケーシングシステムは、インペラに、及びインペラを通して空気を送るダクトを構成するインサートケーシングと、インペラからの圧縮空気を受けるボリュートを構成するボリュートケーシングにして、前記インサートケーシングを挿入するボリュートケーシングと、を含む。ケーシングシステムは、シャフト及び、インペラのシャフト側端部用のハウジングを構成する主ケーシングを更に含む。インペラは、半径方向外側の環状リムを有するハブにして、前記ハブの入口側及びシャフト側の夫々からリム方向に収斂する前方フェース及び後方フェースを有するハブを含む。インペラは、ハブの前方フェース上で円周方向に配列した複数のベーンを更に含む。インペラは、リム位置で後方フェース上に形成したシール構成部を更に含む。ケーシングシステムは、インペラのシール構成部とシール状態下に相互作用する相当シール構成部を有するシールプレートを更に含む。シールプレートは、主ケーシングに装着する装着フランジへとリムから内側方向に伸延し、且つ、リムから外側方向に伸延して、インペラからの圧縮空気をボリュートに配向させる環状通路の後壁を担持又は形成する。シールプレートの肉厚は、リムに隣り合う環状の腰部分において薄くされる。腰部分の肉厚は、リムの軸方向で測定した場合の最小肉厚の２．５倍より小さい。
2015508143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトによりタービンに連結した遠心インペラを格納するケーシングシステムを有するターボチャージャーであって、
前記ケーシングシステムが、
インペラに且つ前記インペラを通して空気を送るダクトを構成するインサートケーシング（２７）と、
前記インサートケーシングが挿入され、且つ、インペラからの圧縮空気を受けるボリュートを構成するボリュートケーシング（２６）と、
前記シャフト用及び前記インペラのシャフト側端部用のハウジングを構成する主ケーシング（２８）と、
を含み、
前記インペラが、
半径方向外側の環状リム（２２）を有するハブ（２１）にして、前記ハブの入口側及びシャフト側から夫々前記環状リム方向に収斂する前方フェース（２３）及び後方フェース（２４）を有するハブ（２１）、
前記ハブの前方フェース上に円周方向に配列した複数のベーン（３６）、
を含み、
前記ケーシングシステムが、
前記インペラのシール構成部とシール状態下に相互作用する相当シール構成部を有するシールプレート（２９）にして、前記環状リムから、前記主ケーシングに装着される装着フランジ（３４）方向へと内側に伸延し、且つ、前記環状リムから外側に伸延して、前記インペラからボリュートに圧縮空気を送る環状通路（３１）の後壁を担持又は構成するシールプレート、
を更に含み、
前記シールプレートの肉厚が、前記環状リムに隣り合う環状の腰部分（３５）で薄肉化され、前記腰部分の肉厚が、環状リムの軸方向で測定した最小肉厚の２．５倍より小さいターボチャージャー。
【請求項２】
腰部分の肉厚が、リムの軸方向で測定した場合の最小肉厚の２倍より小さい請求項１に記載のターボチャージャー。
【請求項３】
腰部分の肉厚が、リムの軸方向で測定した場合の最小肉厚の１．５倍より大きい請求項１又は２に記載のターボチャージャー。
【請求項４】
腰部分が実質的に円筒形状を有する請求項１〜３の何れかに記載のターボチャージャー。
【請求項５】
シール構成部がラビリンスシール（３０）を提供するよう相互作用する請求項１〜４の何れかに記載のターボチャージャー。
【請求項６】
各ベーンがその半径方向外側端部位置の各ベーン出口縁部（３８）へと伸延し、ボリュートケーシングが、ベーン出口縁部の外側の位置で主ケーシング及びシールプレートに軸方向においてオーバーラップし、前記オーバーラップの軸方向長さＡが、ベーン出口縁部の軸方向で測定した場合のスパン長Ｓの少なくとも３倍である請求項１〜５の何れかに記載のターボチャージャー。
【請求項７】
各ベーンがその半径方向内側端部位置の各ベーン入口縁部（３７）から、その半径方向出口端部位置の各ベーン出口縁部（３８）へと伸延し、
インサートケーシングが、ダクトを構成するダクト壁（３９）を有し、前記ダクト壁が、ベーンの入口縁部から出口縁部に掛けての僅かな間隙を提供する形状を有し、且つ、前記入口縁部に隣り合う位置でベーンを包囲する長穴（４１）を含み、前記ダクト壁の肉厚が、前記出口縁部位置でのダクト壁の肉厚が長穴位置でのそれより少なくとも１．３倍となるよう、前記長穴から出口縁部に隣り合う位置に掛けて連続的に漸増する請求項１〜６の何れかに記載のターボチャージャー。
【請求項８】
インサートケーシングが、
ダクトを構成する壁と、
ダクトの上流側及び下流側の各端部位置でインサートケーシングをボリュートケーシングに連結するための、上流側環状構造部（４２）及び下流側環状構造部（４３）と、
ダクト壁を前記環状構造部に関して保持するＴ字又はＹ字形状の複数のピラー構造部にして、各ピラー構造部が、ダクト壁に伸びる第１ピラー（４４ａ）と、下流側環状構造部に伸びる第２ピラー（４４ｂ）と、上流側環状構造部に伸びる第３ピラー（４４ｃ）と、を含み、第１ピラーの最小断面積が第２ピラーの最小断面積より大きく、第２ピラーの最小断面積が第３ピラーの最小断面積より大きいピラー構造部と、を含む請求項１〜７の何れかに記載のターボチャージャー。
【請求項９】
請求項１〜８の何れかに記載のターボチャージャーのケーシングシステム。
【請求項１０】
請求項１〜８の何れかに記載のターボチャージャーのシールプレート。
【請求項１１】
請求項７又は８に記載のターボチャージャーのインサートケーシング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンにシャフトで連結した遠心インペラを格納するケーシングシステムを有するターボチャージャーに関する。
【背景技術】
【０００２】
特に海洋用の工業的ターボチャージャーは、コンプレッサインペラの破壊（以下、バースト）中に周囲ケーシング内に全インペラ破片が収容され得るよう作製される。海洋認証協会の規定では、最大許容運転速度２０％超過ターボチャージャー回転速度時のインペラハブバースト収容を実証する必要がある。
インペラバースト時に破片がケーシングに収容されない２つの主要メカニズムが存在する。第１はインペラ破片がケーシングを貫通するメカニズムである。第２は、ケーシング同士を保持する締着具が破損してケーシング間に間隙が生じ、そこからインペラ破片が逃出するメカニズムである。
インペラは、その最外部由来の破片が低質量（従って低エネルギー）化されるよう設計され得る。従って、代表的には最新のインペラ設計ではその外側部分を比較的薄肉のハブ部分で覆う。
【０００３】
図１にはターボチャージャーのインペラ及びインペラ格納用のケーシングシステムの略断面斜視図が示される。インペラは、環状の外側リム２（以下、リム２）を備えるハブ１を有する。ハブは、ハブの入口側及びシャフト側から夫々リム方向に収斂する前方フェース３及び後方フェース４をも有する。ハブの後方フェース４からは環状のバランスランド５が突出する。ケーシングシステムは、インペラからの圧縮空気を受けるボリュートを構成するボリュートケーシング６と、インペラの入口側からボリュートケーシングに挿入され、かくしてインペラを出入りする吸気用ダクトを構成する別個のインサートケーシング７とを含む。ケーシングシステムは、シャフト用及びインペラのシャフト側端部用のハウジングを構成する主ケーシング８をも含む。
【０００４】
主ケーシング８に装着したシールプレート９が、ハブ１の後方フェース４が、バランスランド５より外側で且つリム２の外側フェースに接近するラビリンスシール１０を形成する。シールプレートは半径方向外側にも伸延し、かくして、随意的には圧縮空気をインペラからボリュートに送るディフューザベーン１２を格納する、環状通路１１の後壁を担持する。バランスランド５の直ぐ内側部分には薄肉のネック部分１３が創出される。
【０００５】
ハブバースト中、一般にインペラのセンターライン付近からハブ１に亀裂が入り始める。亀裂が外側に広がるに従いネック部分１３にも亀裂が生じ、インペラのリム２が分離する。リム破片はディフューザベーン１２（構造的には比較的薄いため抵抗力が小さい）のどれかを通過した後、ボリュートケーシング６の壁に衝突する。従って、通常はこの壁を肉厚化して貫通を防止する。リム２の分離後、ハブ１の比較的小外径の残余の大型破片が、インペラを隣接して包囲するインサートケーシング７に衝突する。インサートケーシングは代表的には粉砕され、かくしてハブの破片のエネルギーを吸収する。
【０００６】
高圧縮比の工業的ターボチャージャーの需要が増大している。高圧縮比ではインペラ回転速度が高速化するため、それに伴う高応力に耐え得るようインペラ設計を変更する必要がある。従って、インペラハブは代表的には、インペラのリムからの追加遠心荷重を支えるよう、より楔状（即ち、前方及び後方の各フェース間角度を増大）化した形態で作製される。これは、インペラのネック部分位置がより大直径側にずれてネック部分の外側リムが小サイズ化されることを意味する。高圧縮比用に好適な設計のインペラは運転範囲がずっと狭い、つまり、特定圧縮比での質量流量が、低圧縮比用に設計したインペラのそれより低くなる傾向がある。この傾向を打破するべく、空気をインペラに且つインペラを通して送るダクト壁に長穴形状の孔を設け得る。
【０００７】
インペラの外側リムはずっと小さい（破損時には高速回転するが）ため、リム破片の貫通防止に要する被消散エネルギーは必ずしも回転速度と共に増大しない。その結果、それら破片の貫通を防止するにはボリュートケーシング肉厚を中程度増大させるのみで良い。
しかしながら、残余のハブ破片は大型であり、半径方向に大きく広がり、且つ、より楔形状化する。このため、破損時の高速の残余ハブ破片は実質的に大量のエネルギーを保持している。かくして、インサートケーシングの粉砕によりエネルギーの幾分かが吸収されても楔状破片は鈍化され得ず、且つ、高エネルギーを尚保持したままインサートケーシングを通過し得、かくして収容されない恐れが有り得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
未収容破片による主ケーシング及びボリュートケーシングの楔裂きと、これを原因とする締着具破壊及びそれによる破損片の逃出を防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１様相によれば、シャフトによりタービンに連結した遠心インペラを格納するケーシングシステムを有するターボチャージャーであって、
前記ケーシングシステムが、
インペラに且つ前記インペラを通して空気を送るダクトを構成するインサートケーシングと、
前記インサートケーシングが挿入され、且つ、インペラからの圧縮空気を受けるボリュートを構成するボリュートケーシングと、
前記シャフト用及び前記インペラのシャフト側端部用のハウジングを構成する主ケーシングと、
を含み、
前記インペラが、
半径方向外側の環状リムを有するハブにして、前記ハブの入口側及びシャフト側から夫々前記環状リム方向に収斂する前方フェース及び後方フェースを有するハブ、
前記ハブの前方フェース上に円周方向に配列した複数のベーン、及び、前記環状リム位置で後方フェース上に形成したシール構成部、
を含み、
前記ケーシングシステムが、
前記インペラのシール構成部とシール状態下に相互作用する相当シール構成部を有するシールプレートにして、前記環状リムから、前記主ケーシングに装着される装着フランジ方向へと内側に伸延し、且つ、前記環状リムから外側に伸延して、前記インペラからボリュートに圧縮空気を送る環状通路の後壁を担持又は構成するシールプレート、
を更に含み、
前記シールプレートの肉厚が、前記環状リムに隣り合う環状の腰部分で薄肉化され、前記腰部分の肉厚が、環状リムの軸方向で測定した最小肉厚の２．５倍より小さい（好ましくは最小肉厚の２倍より小さい）ターボチャージャーが提供される。
【００１０】
腰部分の肉厚を薄肉化させることで、インペラバースト中にシールプレートの前記腰部分周囲での亀裂発生が促進され得る。亀裂発生によりエネルギーが吸収されるが、それに加えて腰部分の外側のシールプレートの一部（例えば、環状通路の後壁を担持又は構成する部分）が無傷のまま残り、大型破片に対する貫通バリヤとして作用する可能性が高くなる。
腰部分の肉厚は、環状リムの軸方向で測定した場合の最小肉厚の１．５倍より大きくし得る。
腰部分は実質的に円筒形状であり得る。
環状の腰部分は装着フランジとシールプレートのシール構成部との間に位置付け得る。
【００１１】
随意的には、各ベーンはその半径方向外側端部位置の各ベーン出口縁部へと伸延し、ボリュートケーシングは、ベーン出口縁部の外側位置で主ケーシング及びシールプレートに軸方向においてオーバーラップし、前記オーバーラップ部分の軸方向長さは、ベーン出口縁部の、軸方向で測定した場合のスパン長の少なくとも３倍（好ましくはスパン長の４あるいは５倍）である。ハブの破片はボリュートケーシング及び主ケーシング間の界面部に沿って逃出する傾向があり得る。しかしながら、各ケーシングを軸方向にオーバーラップさせることでそれら破片は前記オーバーラップ位置で阻止され得る（オーバーラップ部分は各ケーシングが破片により部分的に楔裂きされてもオーバーラップが維持される程度の軸方向長さを有する）。
【００１２】
本発明の第２様相によれば、シャフトによりタービンに連結した遠心インペラを格納するケーシングシステムを有するターボチャージャーであって、
前記ケーシングシステムが、
インペラに且つ前記インペラを通して空気を送るダクトを構成するインサートケーシングと、
前記インサートケーシングが挿入され、且つ、インペラからの圧縮空気を受けるボリュートを構成するボリュートケーシングと、
前記シャフト用及び前記インペラのシャフト側端部用のハウジングを構成する主ケーシングと、
を含み、
前記インペラが、
半径方向外側の環状リムを有するハブにして、前記ハブの入口側及びシャフト側から夫々前記環状リム方向に収斂する前方フェース及び後方フェースを有するハブ、
前記ハブの前方フェース上に円周方向に配列した複数のベーンにして、各ベーンがその半径方向外側端部位置の各ベーン出口縁部へと伸延するベーン、
を含み、
前記ボリュートケーシングが、ベーン出口縁部の外側位置で主ケーシングに軸方向においてオーバーラップし、前記オーバーラップの軸方向長さは、ベーン出口縁部の、軸方向で測定した場合のスパンの少なくとも３倍（好ましくはスパン長の４あるいは５倍）であるターボチャージャーが提供される。
【００１３】
前記第２様相に関し、インペラはリム位置で後方フェース上に形成したシール構成部を更に含み得る。この場合、ケーシングシステムは、インペラのシール構成部とシール状態下に相互作用する相当シール構成部を有するシールプレートを更に含み得る。シールプレートは、前記環状リムから外側に伸延して、前記インペラからボリュートに圧縮空気を送る環状通路の後壁を担持又は構成し得（且つ、代表的には、環状リムから、主ケーシングに装着する装着フランジ方向へと内側にも伸延され得る）。第１又は第２の各様相に関し、シール構成部は相互にラビリンスシールを形成し得る。あるいは、しかしながら、シール構成部を、インペラ及びシールプレートが相互接近する位置で単に相対させ得る。インペラがシール構成部を含む場合、ボリュートケーシングはシールプレートのみならず主ケーシングの軸方向にもオーバーラップし得る。この場合シールプレートは、オーバーラップの軸方向長さを決定するための主ケーシングの一部として考慮し得る。つまり、ボリュートケーシングによる主ケーシング及びシールプレートの軸方向オーバーラップ全長は、ベーン出口縁部の軸方向で測定したスパン長の少なくとも３倍とすべきである。
【００１４】
随意的には、第１及び第２の各様相に関し、各ベーンはその半径方向内側端部位置の各ベーン入口縁部からその各半径方向外側端部位置の各ベーン出口縁部へと伸延し、インサートケーシングはダクトを形成する壁を有し、前記ダクト壁が、ベーンの入口縁部から出口縁部にかけての僅かな隙間を提供し、且つ、前記入口縁部に隣り合ってベーンを包囲する長孔を含む形状を有し、前記ダクト壁の肉厚は、前記長孔から出口縁部に隣り合う位置にかけて、ダクト壁の出口縁部位置における肉厚が長孔位置のそれより少なくとも１．３倍（好ましくは、長孔位置の少なくとも２又は３倍）となるよう連続的に漸増する。ダクト壁が厚いと言うことは、インペラバースト中にインサートケーシングが破壊された場合にインペラエネルギーがより多くインサートケーシングに吸収され、かくして、それら破片がインサートケーシングを越えて逃出する恐れが減少することを意味する。
【００１５】
本発明の第３様相によれば、シャフトによりタービンに連結した遠心インペラを格納するケーシングシステムを有するターボチャージャーであって、
前記ケーシングシステムが、
インペラに且つ前記インペラを通して空気を送るダクトを構成する壁を有するインサートケーシングと、
前記インサートケーシングが挿入され、且つ、インペラからの圧縮空気を受けるボリュートを構成するボリュートケーシングと、
前記シャフト用及び前記インペラのシャフト側端部用のハウジングを構成する主ケーシングと、
を含み、
前記インペラが、
半径方向外側の環状リムを有するハブにして、前記ハブの入口側及びシャフト側から夫々前記環状リム方向に収斂する前方フェース及び後方フェースを有するハブ、
前記ハブの前方フェース上に円周方向に配列した複数のベーンにして、各ベーンがその半径方向内側端部位置の各ベーン入口縁部から半径方向外側端部位置の各ベーン出口縁部へと伸延するベーン、
を含み、
前記ダクト壁が、ベーンの入口縁部から出口縁部にかけての僅かな隙間を提供し、且つ、前記入口縁部に隣り合ってベーンを包囲する長孔を含む形状を有し、前記ダクト壁の肉厚は、前記長孔から出口縁部に隣り合う位置にかけて、ダクト壁の出口縁部位置における肉厚が長孔位置のそれより少なくとも２倍（好ましくは長孔位置でのそれの少なくとも３倍）となるよう連続的に漸増するターボチャージャーが提供される。
【００１６】
随意的には、前記第１〜第３の各様相に関し、インサートケーシングは、ダクトを形成する壁と、インサートケーシングを前記ダクトの上流側及び下流側の各端部位置でボリュートケーシングに連結するための上流側及び下流側の各環状構造部と、前記ダクト壁を前記環状構造部に関して保持するＴ字又はＹ字形状の複数のピラー構造部にして、各ピラー構造部が、ダクト壁に伸びる第１ピラーと、下流側環状構造部に伸びる第２ピラーと、上流側環状構造部に伸びる第３ピラーと、を含み、第１ピラーの最小断面積が第２ピラーの最小断面積より大きく、第２ピラーの最小断面積が第３ピラーの最小断面積より大きいピラー構造部と、を含む。各ピラーの断面積がこのように漸増することで、インサートケーシングの変形や破壊時におけるエネルギー吸収量が増大される。また、インペラからの軸方向におけるインサートケーシング駆動を防止する上でも役立ち得る。
【００１７】
本発明の第４様相によれば、シャフトによりタービンに連結した遠心インペラを格納するケーシングシステムを有するターボチャージャーであって、
前記ケーシングシステムが、
インペラに且つ前記インペラを通して空気を送るダクトを構成する壁を有するインサートケーシングと、
前記インサートケーシングが挿入され、且つ、インペラからの圧縮空気を受けるボリュートを構成するボリュートケーシングと、
前記シャフト用及び前記インペラのシャフト側端部用のハウジングを構成する主ケーシングと、
を含み、
前記インサートケーシングが、
前記インサートケーシングを前記ダクトの上流側及び下流側の各端部位置でボリュートケーシングに連結するための上流側及び下流側の各環状構造部と、前記ダクト壁を前記環状構造部に関して保持するＴ字又はＹ字形状の複数のピラー構造部にして、各ピラー構造部が、ダクト壁に伸びる第１ピラーと、下流側環状構造部に伸びる第２ピラーと、上流側環状構造部に伸びる第３ピラーと、を含み、第１ピラーの最小断面積が第２ピラーの最小断面積より大きく、第２ピラーの最小断面積が第３ピラーの最小断面積より大きいピラー構造部と、を含むターボチャージャーが提供される。
【００１８】
本発明の更に他の様相によれば、（ｉ）第１〜第４の各様相の何れかにおけるケーシングシステム、（ｉｉ）第１様相におけるシールプレート、（ｉｉｉ）第１〜第４の各様相の何れかにおけるインサートケーシングが提供される。
本発明の更に他の随意的特徴は以下に説明される。特に記載がない場合、それら特徴は単独あるいはその任意組み合わせに於いて本発明の何れかの様相に適用し得るものとする。
代表的にはインサートケーシングはインペラの入口側からボリュートケーシングに挿入される。
代表的には主ケーシングもまた、タービンのシャフト側端部用のハウジングを構成する。
インペラは、ハブの後方フェースから突出する環状のバランスランドを更に含み得る。この場合、本発明の第１様相に関し、インペラのシール構成部はバランスランドの外側に位置付け得、シールプレートの腰部分はシール構成部とバランスランドとの間で半径方向に位置付け得る。
ハブの後方フェースは、その内側半角が８０°より小さい、好ましくは７６°より小さい切頭円錐形状表面上に載置され得る。
以下に、本発明の随意的特徴を説明する。
【発明の効果】
【００１９】
未収容破片による主ケーシング及びボリュートケーシングの楔裂きと、これを原因とする締着具の破壊及びそれによる破損片の逃出を防止するターボチャージャーが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、ターボチャージャーのインペラ及びインペラを格納するケーシングシステムにかけての略断面斜視図である。
【図２】図２は、本発明の１実施形態に従う、ターボチャージャーのインペラ及びインペラを格納するケーシングシステムにかけての略断面斜視図である。
【図３】図３は、図２のターボチャージャーの長手方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図２及び図３には、本発明の１実施形態に従う、ターボチャージャーインペラ（以下、インペラ）及び、前記インペラを格納するケーシングシステムが例示される。
インペラは外側環状リム（以下、リム）２２を設けたハブ２１を有する。ハブは、前記ハブの入口側及びシャフト側の夫々からリムに向けて収斂する前方フェース２３及び後方フェース２４をも有する。ハブの前方フェース上には複数の、円周方向に配置したベーン３６が設けられる。各ベーンはその半径方向内側端部位置の各ベーン入口縁部３７から、その半径方向外側端部位置の各ベーン出口縁部３８へと伸延する。環状のバランスランド２５がハブの後方フェース２４から突出する。ケーシングシステムは、インペラからの圧縮空気を受けるボリュートを構成するボリュートケーシング２６と、インペラの入口側から前記ボリュートケーシングに挿入される別個のインサートケーシング２７とを含む。インサートケーシング２７は、インペラに、且つインペラを通して空気を送るダクトを構成する壁３９を有する。ケーシングシステムは、シャフト用で且つインペラのシャフト側端部用のハウジングを構成する主ケーシング２８をも含む。
【００２２】
シールプレート２９は、半径方向内側の環状の装着フランジ３４の位置で主ケーシング２８に装着される。シールプレートは、ハブ２１の後方フェース２４が、バランスランド２５より外側に有って且つリム２２の外側フェースに接近する状態下に、ラビリンスシール３０を構成する。シールプレートは半径方向外側にも伸延されて環状通路３１の後壁を構成し、前記環状通路には、インペラを出る圧縮空気をボリュートに配向する随意的なディフューザベーン３２が収納される。バランスランド２５はその直ぐ内側部分に薄肉のネック部分３３を創出する。
【００２３】
インペラは高圧縮比下で作動する設計とされる。その結果、インペラのハブは、リム２２から付加される遠心負荷を支持するための比較的楔状の形状のものとなる。図２のターボチャージャーを通しての長手方向断面を示す図３に最も良く示されるように、楔状形状は、その内側半角αが８０°より小さい切頭円錐形状表面に沿った、ハブの後方フェースにより創出される。
【００２４】
シールプレート２９は、装着フランジ３４とラビリンスシール３０の間部分において、シールプレートのその他部分に関して薄肉の、実質的に円筒状の腰部分３５を有する。図３に示すように、腰部分の厚さＷは、リム２２の軸方向で測定した場合の最小厚さＲの２．５〜１．５倍である。インペラバースト中のハブ破片のエネルギーの大きさは最小厚さＲにより増減する傾向があるため、厚さＷの上限値は、腰部分３５の周囲でシールプレートに確実に亀裂を発生させる上で役立つ。これによりエネルギーが吸収され、腰部分の外側におけるシールプレート２９の各部分が無傷のまま残り、かくしてハブ１の大型破片の対貫通バリヤとして作用出来るようになる。厚さＷの下限値は、通常運転中にシールプレート２９を確実に一体化させる上で役立つ。
【００２５】
インペラバースト中のハブ破片逃出に対する更に他のバリヤが、ボリュートケーシング、主ケーシング、シールプレート、の間部分での軸方向のオーバーラップ長さＡにより提供される。前記オーバーラップ長さは、ベーン出口縁部３８の軸方向で測定した場合のスパン長Ｓの約５．５倍である。ボリュートケーシング２６と、主ケーシング２８との間の界面に沿って抜け出そうとするハブ破片が各ケーシングを部分的に楔裂きし得る。しかしながらそれらハブ破片は、例え楔裂きし得たとしてもオーバーラップ部分は突破できないためケーシングシステム内に留まり得る。オーバーラップ範囲はハブ破片の予測エネルギーに依存するが、好ましくはＡ／Ｓを少なくとも約３とすべきである。
腰部分３５及び軸方向オーバーラップ長さＡの組み合わせはハブ破片収容位置において特に有効であり得、シールプレート２９の外側パーツが、ボリュートケーシング２６と主ケーシング２８との間の界面への多数の破片の到達を防止し、オーバーラップ長さＡが、前記界面に到達した破片の逃出を防止する。
【００２６】
インサートケーシング２７はケーシングシステムのエネルギー吸収能力を一段と向上させ、かくして、ハブ破片が逃出する恐れを低減させる構成を有する。その結果、シールプレート２９、及び又は、インサートケーシングを突破してボリュートケーシング２６と主ケーシング２８との間の界面に到達した破片のエネルギーが減少され得る。
インサートケーシング２７のダクト壁３９は、ベーン３６の、入口縁部３７から出口縁部３８に掛けて僅かな隙間を提供する形状を有する。ダクト壁３９は、各円周方向の、上流側長穴４０及び下流側長穴４１をも有する。これら長穴は、インペラの質量流れの有効範囲を増大させるために設けられる。下流側長穴４１はベーン３６を、その入口縁部３７に隣り合って包囲する。ダクト壁３９の肉厚は下流側長穴４１から、出口縁部３８に隣り合う位置に掛けて連続的に漸増し、ダクト壁の出口縁部位置では長穴位置におけるそれの約１．３倍となる。インペラバースト中にインサートケーシング２７が破壊した場合、前記肉厚漸増により、インサートケーシング２７により吸収されるインペラエネルギー量が増大する。
【００２７】
インサートケーシング２７は、ダクトの上流側及び下流側の各端部位置でインサートケーシングをボリュートケーシング２６に連結する、上流側環状構造物４２及び下流側環状構造物４３をも有する。上流側環状構造物は、締着ボルトによりボリュートケーシング２６に連結したフランジ４２である。下流側環状構造物は、機械的締め具無しでボリュートケーシングに接触する支台表面４３であるが、前記支台表面４３とボリュートケーシング２６との間の密封性を向上させる環状シールを、前記支台表面４３とボリュートケーシング２６との間に設け得る。Ｔ字またはＹ字型のピラー構造が、ダクト壁３９を上流側環状構造物４２及び下流側環状構造物４３に関して保持する。各ピラー構造は、ダクト壁３９方向に延びる第１ピラー４４ａと、下流側支台表面４３方向に延びる第２ピラー４４ｂと、フランジ、即ち上流側環状構造物４２方向に延びる第３ピラー４４ｃとを有する。第１ピラー４４ａの最小断面積は第２ピラー４４ｂの最小断面積より大きい。また、第２ピラー４４ｂの最小断面積は第３ピラー４４ｃの最小断面積より大きい。断面積がこのように漸増することで、インサートケーシング２７が変形及び破損した場合のエネルギー吸収が増大される。また、インペラからのインサートケーシングの軸方向駆動を防止する上でも役立ち得る。
【符号の説明】
【００２８】
１  ハブ
２  環状リム
２１  ハブ
２２  環状リム
２３  前方フェース
２４  後方フェース
２５  バランスランド
２６  ボリュートケーシング
２７  インサートケーシング
２８  主ケーシング
２９  シールプレート
３０  ラビリンスシール
３１  環状通路
３２  ディフューザベーン
３３  ネック部分
３４  装着フランジ
３５  腰部分
３６  ベーン
３７  ベーン入口縁部
３８  ベーン出口縁部
３９  ダクト壁
４０  上流側長穴
４１  下流側長穴
４２  上流側環状構造物／フランジ
４３  下流側環状構造物
４３  支台表面
４４ａ  第１ピラー
４４ｂ  第２ピラー
４４ｃ  第３ピラー
【図１】
2015508143.tif 000003
【図２】
2015508143.tif 000004
【図３】
2015508143.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成26年8月25日(2014.8.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトによりタービンに連結した遠心インペラを格納するケーシングシステムを有するターボチャージャーであって、
前記ケーシングシステムが、
インペラに且つ前記インペラを通して空気を送るダクトを構成するインサートケーシングと、
前記インサートケーシングが挿入され、且つ、インペラからの圧縮空気を受けるボリュートを構成するボリュートケーシングと、
前記シャフト用及び前記インペラのシャフト側端部用のハウジングを構成する主ケーシングと、
を含み、
前記インペラが、
半径方向外側の環状リムを有するハブにして、前記ハブの入口側及びシャフト側から夫々前記環状リム方向に収斂する前方フェース及び後方フェースを有するハブ、
前記ハブの前方フェース上に円周方向に配列した複数のベーン、
前記環状リム位置で後方フェース上に形成したシール構成部、
を含み、
前記ケーシングシステムが、
前記インペラのシール構成部とシール状態下に相互作用する相当シール構成部を有するシールプレートにして、前記環状リムから、前記主ケーシングに装着される装着フランジ方向へと内側に伸延し、且つ、前記環状リムから外側に伸延して、前記インペラからボリュートに圧縮空気を送る環状通路の後壁を担持又は構成するシールプレート、
を更に含み、
前記シールプレートの肉厚が、前記環状リムに隣り合う実質的に円筒状の腰部分で薄肉化され、半径方向で測定した場合の前記腰部分の肉厚が、環状リムの軸方向で測定した最小肉厚の２．５倍より小さいターボチャージャー。
【請求項２】
腰部分の肉厚が、リムの軸方向で測定した場合の最小肉厚の２倍より小さい請求項１に記載のターボチャージャー。
【請求項３】
腰部分の肉厚が、リムの軸方向で測定した場合の最小肉厚の１．５倍より大きい請求項１又は２に記載のターボチャージャー。
【請求項４】
シール構成部がラビリンスシールを提供するよう相互作用する請求項１〜３の何れかに記載のターボチャージャー。
【請求項５】
各ベーンがその半径方向外側端部位置の各ベーン出口縁部へと伸延し、ボリュートケーシングが、ベーン出口縁部の外側の位置で主ケーシング及びシールプレートに軸方向においてオーバーラップし、前記オーバーラップの軸方向長さが、ベーン出口縁部の軸方向で測定した場合のスパン長の少なくとも３倍である請求項１〜４の何れかに記載のターボチャージャー。
【請求項６】
各ベーンがその半径方向内側端部位置の各ベーン入口縁部から、その半径方向外側端部位置の各ベーン出口縁部へと伸延し、
インサートケーシングが、ダクトを構成するダクト壁を有し、前記ダクト壁が、ベーンの入口縁部から出口縁部に掛けての僅かな間隙を提供する形状を有し、且つ、前記入口縁部に隣り合う位置でベーンを包囲する長穴を含み、前記ダクト壁の肉厚が、前記出口縁部位置でのダクト壁の肉厚が長穴位置でのそれより少なくとも１．３倍となるよう、前記長穴から出口縁部に隣り合う位置に掛けて連続的に漸増する請求項１〜５の何れかに記載のターボチャージャー。
【請求項７】
インサートケーシングが、
ダクトを構成する壁と、
ダクトの上流側及び下流側の各端部位置でインサートケーシングをボリュートケーシングに連結するための、上流側環状構造部及び下流側環状構造部と、
ダクト壁を前記環状構造部に関して保持するＴ字又はＹ字形状の複数のピラー構造部にして、各ピラー構造部が、ダクト壁に伸びる第１ピラーと、下流側環状構造部に伸びる第２ピラーと、上流側環状構造部に伸びる第３ピラーと、を含み、第１ピラーの最小断面積が第２ピラーの最小断面積より大きく、第２ピラーの最小断面積が第３ピラーの最小断面積より大きいピラー構造部と、を含む請求項１〜６の何れかに記載のターボチャージャー。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかに記載のターボチャージャーのケーシングシステム。
【請求項９】
請求項１〜７の何れかに記載のターボチャージャーのシールプレート。
【請求項１０】
請求項６又は７に記載のターボチャージャーのインサートケーシング。
【国際調査報告】
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