(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトのスラスト方向推力に対して気体圧力により反力を加える面を含めた空間と、
ディフューザからの高圧空気が流れる渦巻ケーシングと前記空間とを連通するシールエア通路と、
前記シールエア通路につながると共にその入口が前記ディフューザに略対向するノズル状の取込管と、
を備え、前記入口の方向を変更できるように前記取込管が構成されていることを特徴とするターボ形過給機。
【請求項２】
シャフトのスラスト方向推力に対して気体圧力により反力を加える面を含めた空間と、
ディフューザからの高圧空気が流れる渦巻ケーシングと前記空間とを連通するシールエア通路と、
ディフューザに設けられ、当該ディフューザからの高圧空気を前記渦巻ケーシング内にあるシールエア通路の開口に対面するようにガイドする延出部と、
を備えたことを特徴とするターボ形過給機。
【請求項３】
さらに、前記取込管に延管部を設け、この延管部をシールエア通路の開口に回転可能に嵌合すると共に、前記シールエア通路とは別に工具用通路を確保し、前記延管部に工具を係止し得る調整用形状を設けたことを特徴とする請求項１に記載のターボ形過給機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、船舶のディーゼルエンジンや大型ディーゼル発電機などに用いられ、特にシールエア構造によりスラストバランスを保つ機能を備えたターボ形過給機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来のターボ形過給機の一例を示す断面構成図である。このターボ形過給機１００は、ジャーナル部を主軸受１により支持されたシャフト２と、シャフト２の一端に取り付けられその先端に整流用のキャップ３を設けた羽根車４と、シャフト２の他端に取り付けたロータディスク５と、このロータディスク５の周囲に取り付けた複数の動翼６とを備えている。主軸受１は、センターケーシング７内にて保持されている。主軸受１は、ホワイトメタルをライニングしたすべり軸受であり、ケーシング内に形成した強制潤滑構造８からの給油によりその潤滑が保たれる。
【０００３】
また、シャフト２がスラスト方向の推力を受けるため、センターケーシング７の一方側には、テーパランド形のスラスト軸受９が設けられている。さらに、前記シャフト２の一端は、端部軸受１０により支持されている。センターケーシング７の周囲には、排気側ケーシング１１が設けられており、この排気側ケーシング１１には駆動ガスの排気口１２が設けられている。
【０００４】
また、排気側ケーシング１１に対しては入口側ケーシング１３および入口側内部ケーシング１４が設けられ、これら入口側ケーシング１３および入口側内部ケーシング１４によって吸込ノズル１５が形成されている。前記吸込ノズル１５の出口には、複数の静翼を配置して構成したノズル１６が設けられている。前記動翼６は、このノズル１６に対向して位置している。また、入口側ケーシング１３には、駆動ガス入口１７が設けられている。
【０００５】
一方、羽根車４の周囲には、複数のガイドベーン１８を有するディフューザ１９が配置されている。ディフューザ１９は、内側渦巻ケーシング２０と外側渦巻ケーシング２１との間に設けられている。内側渦巻ケーシング２０の開口側には、エアフィルタなどを含む吸込構造２２が設けられており、外側渦巻ケーシング２１には吐出口２３が設けられている。また、羽根車４とセンターケーシング７との間には、圧力差による気体の漏洩を防ぐためのチップフィン２４が設けられている。さらに、羽根車４の周縁とセンターケーシング７との間には、ラビリンスシール２５が設けられている。
【０００６】
センターケーシング７および排気側ケーシング１１には、ロータディスク５との間とでラビリンスシール２６を構成する軸封体２７が設けられている。また、センターケーシング７の端部には、チップフィン２８が設けられており、ロータディスク５の根元近傍において気体の漏洩を少なくしている。また、センターケーシング７には、キリ穴で構成したシールエア通路３０が設けられている。シールエア通路３０の端部は、ディフューザ近傍にて開口している。このシールエア通路３０は、前記軸封体２７およびロータディスク５で構成した空間Ｓにつながっている。
【０００７】
駆動ガス入口１７から導入されたディーゼルエンジンなどの排気ガスは、吸込ノズル１５で圧縮されノズル１６から噴出する。噴出したガスは動翼６により回転運動に変換され、排気側ケーシング１１内を通って排気口１２から排気される。ここで、前記シャフト２には、駆動ガスの作用によりスラスト方向の推力が加わることになり、このスラスト荷重は、前記スラスト軸受９によって受ける格好になる。
【０００８】
動翼６の回転は、シャフト２を介して羽根車４に伝わる。羽根車４が回転することにより吸込構造２２から大気が吸い込まれ、羽根車４の仕事によって吸い込んだ空気の圧力と運動エネルギーが増大させられる。続いて、羽根車４を出た空気は、ディフューザ１９においてその運動エネルギーが圧力変換される。ディフューザ１９からの高圧空気は、渦巻ケーシング（２１，２２）を通って吐出口２３から吐き出される。
【０００９】
また、渦巻ケーシング（２１，２２）から出た高圧空気は、シールエア通路３０を通って軸封体２７およびロータディスク５で構成した空間Ｓに導入される。当該空間Ｓは、ラビリンスシール２６およびチップフィン２８により気体の遮蔽が行われているので、高圧空気の圧力がシャフト２のスラスト荷重を受ける反力として働き、スラスト軸受９に対する負荷を軽減する。また、空間Ｓに導入された高圧空気は、軸受部分への油やガスの侵入を防止する機能も持つ。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、エンジンの出力が大きくなると、それに比例してシャフト２に加わるスラスト方向の推力が増加し、その分、スラスト軸受９への負荷が大きくなってしまう。スラスト軸受９の負荷増大は、軸受寿命を短くする原因となる。このような問題に対し、スラスト軸受９を大きくすることで大きなスラスト荷重にも耐えられるようにすることが考えられるが、スラスト軸受９が大型化するとそれだけ機械損失が増加してしまう。このため、従来から用いているシールエア構造をうまく活用することにより、スラスト軸受９の負荷を低減するようにするのが好ましい。この発明のターボ形過給機は、上記のような問題に鑑みてなされたものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１にかかるターボ形過給機は、シャフトのスラスト方向推力に対して気体圧力により反力を加える面を含めた空間と、ディフューザからの高圧空気が流れる渦巻ケーシングと前記空間とを連通するシールエア通路と、前記シールエア通路につながると共にその入口が前記ディフューザに略対向するノズル状の取込管と、を備えたものである。
【００１２】
ディフューザからの高圧気体が取込管の入口がその流れに対面しているため、高圧気体の全圧を得ることができる。この高圧気体は、シールエア通路内を介し、シャフトに反力を加える面を備えた空間に流入する。これにより当該空間の圧力が上昇し、シャフトのスラスト方向の推力に対する反力として作用する。この反力を加える面は、たとえばロータディスクなどである。また、取込管は、後付けのエルボ管であっても、シールエア通路につながる一体成形のノズルであってもよい。このように、従来では渦巻ケーシングに開けた開口により静圧でシールエアを取得していた場合に比べて、より大きな反力を得ることができる。
【００１３】
また、請求項２にかかるターボ形過給機は、シャフトのスラスト方向推力に対して気体圧力により反力を加える面を含めた空間と、ディフューザからの高圧空気が流れる渦巻ケーシングと前記空間とを連通するシールエア通路と、ディフューザに設けられ、当該ディフューザからの高圧空気を前記渦巻ケーシング内にあるシールエア通路の開口に対面するようにガイドする延出部と、を備えたものである。
【００１４】
ディフューザからの高圧空気は、延出部によりガイドされシールエア通路の開口に導かれる。高圧空気は、この延出部により開口に対面するように導かれるから、全圧に近い状態でシールエアの圧力を得ることができる。開口から流入した高圧気体は、シールエア通路内を介し、シャフトに反力を加える面を備えた空間に流入する。これにより当該空間の圧力が上昇し、シャフトのスラスト方向の推力に対する反力として作用する。なお、前記延出部は、たとえばディフューザのガイドベーンを延出して形成したり、円盤の一部を延出して形成したりすることができる。
【００１５】
また、請求項３にかかるターボ形過給機は、上記ターボ形過給機において、さらに、前記取込管に延管部を設け、この延管部をシールエア通路の開口に回転可能に嵌合すると共に、前記シールエア通路とは別に工具用通路を確保し、前記延管部に工具を係止し得る調整用形状を設けたものである。
【００１６】
取込口の入口の前記ディフューザからの高圧気体の流れに対する角度によって、シールエアの圧力が変化する。たとえばエンジンの出力が変わった場合などには、反力が過剰にならないように取込口の入口角度を変えてシールエア圧力の調整を行う。そのような角度調整の手段として、取込管の延出部に調整用形状を設け、工具用通路から工具を挿入すると共に当該工具を前記調整用形状に係止し、取込管の角度を変更する。この調整用形状は、たとえば歯や突起などで構成することが可能であり、これに係止する工具には端部に歯を形成したものや、突起に係止する棒状のものなどを用いることができる。特に、キリ穴によりシールエア通路を形成した場合には、加工中に開けた通路を工具用通路として用いることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかるターボ形過給機の実施の形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１にかかるターボ形過給機の一部拡大図である。このターボ形過給機は、シールエア通路３０の入口に湾曲したノズル状の取込管１０１を嵌合した点に特徴がある。その他の構成は、上記従来のターボ形過給機１００と同じであるからその説明を省略し、同一の構成要素には同一の符号を付する。取込管１０１の入口１０２は、ディフューザ１９に対向しており、高圧の空気をせきとめるように位置している。
【００１９】
このように、高圧空気の全圧を受けるようにして取込管１０１の入口１０２を配置することで、シールエア通路３０を介して空間Ｓに至るシールエアの圧力を高めることができる。これにより、シャフト２のスラスト方向の推力に対する反力を増加させることが可能になるから、スラスト軸受９を大型化しなくても適切なスラストバランスを保つことができる。
【００２０】
なお、上記ではセンターケーシング７にキリ穴を開けることによりシールエア通路３０を形成した場合を示したが、センターケーシング７を鋳造する際、ロストワックス法などによって予めシールエア通路３０を形成する場合には、上記取込管１０１も一体で鋳造成形するようにすればよい（図示省略）。このようにすれば、取付作業の手間が省ける。また、図示しないが取込管１０１は、その入口１０２の形状をラッパ形状にしたり、矩形にしたり適宜変更して用いることができる。
【００２１】
（実施の形態２）
図２は、この発明の実施の形態２にかかるターボ形過給機のディフューザを示す説明図である。このディフューザ１９は、シールエア通路３０の入口（図中点線で示す）に向かって圧縮空気が流れるように、湾曲して延出したフィン１０３を設けた構造である。ディフューザ１９からの高圧空気は、このフィン１０３に沿って流れ、シールエア通路３０の入口に対して侵入し易い角度で吐き出される。
【００２２】
これにより、シールエアの圧力を高めることができる。なお、フィン１０３の形状は、同図に示した湾曲した矩形に限定されず、たとえば半円形の板状などであってもよい。また、図示しないが、ディフューザ１９のガイドベーン１８をシールエア通路３０の入口近傍まで延出させるようにしてもよい。
【００２３】
（実施の形態３）
図３は、この発明の実施の形態３にかかるターボ形過給機のシールエア構造を示す説明図である。このシールエア構造１０４は、上記実施の形態１に示した取込管１０１の入口の方向を調整可能にした点に特徴がある。センターケーシングにキリ穴を開けてシールエア通路３０を形成する場合、ケーシング外側から開けたキリ穴にネジ式の蓋１０５を設けるようにする。
【００２４】
また、取込管１０１は、そのシールエア通路３０に嵌合する部分を次に直交する通路まで延ばし、当該延管部１０６の端縁に歯１０７を形成するようにする。取込管１０１の入口方向の調整には専用工具１０８を用いる。この専用工具１０８は、管状体１０９の先端に歯１１０が形成されており、その後端にはハンドル１１１が取り付けてある。また、この専用工具１０８には、差込位置を決めるためのつば１１２が設けられている。
【００２５】
取込管１０１の入口方向を調整するには、まず、蓋１０５を取り外して前記専用工具１０８をシールエア通路３０に挿入する。ある程度挿入したところで専用工具１０８の歯１１０と取込管１０１の延管部１０６の歯１０７とが噛み合う。この噛み合い位置は、つば１１２によって規制される。歯１０７，１１０が噛んだ状態でハンドル１１１を回転させると、取込管１０１が回転する。所定位置に回転させた後は、専用工具１０８を抜き取り、再び蓋１０５で密封する。
【００２６】
このように、取込管１０１の入口の方向を変えるようにすれば、ディフューザ１９からの高圧気体の侵入状態が変化するから、シールエアの圧力を微調整することができるようになる。したがって、シャフト２に過剰な反力を与えることを防止できる。また、使用するエンジンなどの出力に合わせて調整することが可能になる。なお、取込管１０１の延管部１０６に突起を設けると共に調整棒を通路に挿入し、当該調整棒をハンマーなどで叩いて前記突起を突き、取込管１０１を回転させるようにしてもよい（図示省略）。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明にかかるターボ形過給機（請求項１）では、シャフトのスラスト方向推力に対して気体圧力により反力を加える面を含めた空間と、ディフューザからの高圧空気が流れる渦巻ケーシングと前記空間とを連通するシールエア通路と、前記シールエア通路につながると共にその入口が前記ディフューザに略対向するノズル状の取込管とを備えたので、シールエアによる反力を向上させることができる。
【００２８】
また、この発明にかかるターボ形過給機（請求項２）では、シャフトのスラスト方向推力に対して気体圧力により反力を加える面を含めた空間と、ディフューザからの高圧空気が流れる渦巻ケーシングと前記空間とを連通するシールエア通路と、ディフューザに設けられ、当該ディフューザからの高圧空気を前記渦巻ケーシング内にあるシールエア通路の開口に対面するようにガイドする延出部とを備えたので、シールエアによる反力を向上させることができる。
【００２９】
また、この発明にかかるターボ形過給機（請求項３）では、前記取込管に延管部を設け、この延管部をシールエア通路の開口に回転可能に嵌合すると共に、前記シールエア通路とは別に工具用通路を確保し、前記延管部に工具を係止し得る調整用形状を設けたので、取込管の角度を容易に変更することができる。このため、シールエアの圧力を調整することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１にかかるターボ形過給機の構成を示す一部拡大図である。
【図２】この発明の実施の形態２にかかるターボ形過給機のディフューザを示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態３にかかるターボ形過給機のシールエア構造を示す説明図である。
【図４】従来におけるターボ形過給機の一例を示す断面構成図である。
【符号の説明】
２  シャフト
４  羽根車
５  ロータディスク
６  動翼
７  センターケーシング
９  スラスト軸受
１１  排気側ケーシング
１３  入口側ケーシング
１４  入口側内部ケーシング
１５  吸込ノズル
１６  ノズル
１８  ガイドベーン
１９  ディフューザ
２０  内側渦巻ケーシング
２１  外側渦巻ケーシング
２７  軸封体
３０  シールエア通路
１００  ターボ形過給機
１０１  取込管
１０２  入口
【図１】
0004274659.tif 000002
【図２】
0004274659.tif 000003
【図３】
0004274659.tif 000004
【図４】
0004274659.tif 000005