废气涡轮增压器的制作方法

本发明涉及一种废气涡轮增压器。

背景技术：

已知有对柴油机等内燃机供给燃烧用的压缩空气的废气涡轮增压器。该废气涡轮增压器具备：通过柴油机的废气旋转驱动的涡轮机；以及利用该涡轮机生成的动力驱动并压缩吸入空气的离心压缩机。

在专利文献1中公开了具备设置于压缩机叶轮的背面的润滑油高架罐的废气涡轮增压器。

在专利文献2中公开了具备压缩机叶轮以及通过径向缝隙与压缩机叶轮隔离的压缩机壳体的压缩机。专利文献2中记载的压缩机具备与紧固于压缩机壳体的径向缝隙对置的部分，与径向缝隙对置的部分和压缩机叶轮的背面一起形成了迷宫式密封件。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4359798号公报

专利文献2：日本特表2010-506091号公报

技术实现要素：

发明要解决的技术课题

专利文献1中记载的废气涡轮增压器由于在压缩机叶轮的背面具备润滑油高架罐，因此在压缩机叶轮爆裂的情况下，若压缩机叶轮的一部分通过离心力向外部飞散，则有可能导致润滑油高架罐破损。在润滑油高架罐破损而发生漏油的情况下，有可能引发火灾事故。

如专利文献2，在具有与紧固于压缩机壳体的径向缝隙对置的部分的情况下，在以覆盖压缩机叶轮的背面的方式配置的情况下，虽然能够抑制润滑油高架罐的破损，但是存在增压器的组装时以及维修时的作业性变差的问题。

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种在压缩机叶轮断裂时抑制润滑油高架罐的破损并且增压器的组装以及维修容易的废气涡轮增压器。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的废气涡轮增压器采用以下方案。

基于本发明的废气涡轮增压器具备：转子轴，其通过涡轮机部旋转，所述涡轮机部被供给从内燃机排出的废气；压缩机叶轮，其安装于所述转子轴，并且对进气到所述内燃机的气体进行压缩；轴承座主体外壳，其轴支承所述转子轴；润滑油高架罐，其设置于所述轴承座主体外壳内，储存供给至轴承的润滑油；安装支架，其安装有在与所述转子轴之间密封所述润滑油的迷宫式油封，并且安装于所述轴承座主体外壳；以及迷宫式气封，其在所述安装支架的半径方向的外侧固定于所述轴承座主体外壳，密封在与所述压缩机叶轮之间压缩的气体。所述安装支架和所述迷宫式气封以隔开所述压缩机叶轮与所述润滑油高架罐的方式配置于所述压缩机叶轮与所述润滑油高架罐之间。所述安装支架的外周侧端部配置于比所述迷宫式气封的内周侧端部更靠所述压缩机叶轮侧的位置。

相比于安装支架与迷宫式气封不可分割地形成为一体的其他废气涡轮增压器，这种废气涡轮增压器能够独立操作安装支架和迷宫式气封，维修性提高。

而且，这种废气涡轮增压器通过使安装支架和迷宫式气封隔开压缩机叶轮与润滑油高架罐，在压缩机叶轮因某些原因断裂时，压缩机叶轮的碎屑与安装支架或迷宫式气封碰撞，防止压缩机叶轮的碎屑直接与轴承座主体外壳碰撞。从而，防止设置于轴承座主体外壳内的润滑油高架罐破损，从而防止润滑油因润滑油高架罐的破损而从润滑油高架罐漏出。

另外，安装支架不仅可以支承迷宫式油封，而且还可以支承轴承。在该情况下，作为轴承，例如可以举出支承转子轴的推力方向的止推轴承。

所述迷宫式气封通过所述迷宫式气封的所述内周侧端部被夹在所述安装支架的所述外周侧端部与所述轴承座主体外壳之间而固定于所述轴承座主体外壳。

这种废气涡轮增压器中，由于迷宫式气封的所述内周侧端部被夹在安装支架的所述外周侧端部与轴承座主体外壳之间，因此能够在如此夹住的状态下将迷宫式气封的内周部固定于轴承座主体外壳。由此，能够减轻将迷宫式气封的内周部侧固定于轴承座主体外壳的螺栓的负担，并减少螺栓的个数。

在所述安装支架与所述迷宫式气封之间沿着所述半径方向形成有间隙。

这种废气涡轮增压器中，通过在与旋转轴线垂直的方向上在安装支架与迷宫式气封之间形成有间隙，即使在安装支架或迷宫式气封发生热变形的情况下，也能够避免安装支架与迷宫式气封的接触。从而，作为间隙，设定为比根据组装时与正常运行时的温度差计算出的热膨胀尺寸大的尺寸。由于如此避免了安装支架与迷宫式气封的接触，因此能够避免设想外的力施加于安装支架而使被安装支架支承的迷宫式油封的位置发生变化，并与转子轴干涉而产生损伤。

所述安装支架由轧制钢材形成。

与由铸件形成的其他安装支架相比，由轧制钢材形成的安装支架的延展性高，更容易吸收压缩机叶轮的碎屑碰撞的冲击，因此不易通过压缩机叶轮的碎屑的碰撞而破损。因此，这种废气涡轮增压器的滑油高架罐更不易破损。

发明效果

本发明提供一种在压缩机叶轮断裂时抑制润滑油高架罐的破损并且增压器的组装以及维修容易的废气涡轮增压器。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的废气涡轮增压器的纵剖视图。

图2是放大表示图1的废气涡轮增压器的压缩机叶轮的背面侧的纵剖视图。

图3是放大表示第2实施方式的废气涡轮增压器的压缩机叶轮的背面侧的纵剖视图。

图4是放大表示第3实施方式的废气涡轮增压器的压缩机叶轮的背面侧的纵剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式所涉及的废气涡轮增压器进行说明。

[第1实施方式]

第1实施方式的废气涡轮增压器10设置于内燃机。作为内燃机，例如举出船舶用的低速二冲程单循环发动机。

如图1所示，废气涡轮增压器10具备转子轴1、涡轮机部2、压缩机部3以及轴承座5。转子轴1经由轴承座5被轴支承为能够以旋转轴线6为中心旋转。

涡轮机部2具备多个涡轮机叶片7和涡轮机外壳8。多个涡轮机叶片7固定于转子轴1。涡轮机外壳8以覆盖多个涡轮机叶片7的方式形成，形成有废气导入流路11和废气排出流路12。废气导入流路11与内燃机连接，将从内燃机排出的废气引导至多个涡轮机叶片7。废气排出流路12将通过了多个涡轮机叶片7的废气向废气涡轮增压器10的外部引导。多个涡轮机叶片7利用通过废气导入流路11引导的废气的能量使转子轴1旋转。

压缩机部3具备压缩机叶轮14和压缩机外壳15。压缩机叶轮14固定于转子轴1。压缩机外壳15以覆盖压缩机叶轮14的方式形成，形成有吸入空气导入流路16和旋涡室17。吸入空气导入流路16将从废气涡轮增压器10的外部吸入的空气引导至压缩机叶轮14。压缩机叶轮14通过转子轴1的旋转将通过吸入空气导入流路16引导的吸入空气进行压缩。旋涡室17以包围压缩机叶轮14的径向外侧的方式形成，与内燃机连接。旋涡室17将通过压缩机叶轮14压缩的压缩空气向内燃机引导。

轴承座5成为安装有轴颈轴承22以及止推轴承23的转子轴1的支承座，配置于涡轮机部2与压缩机部3之间。在轴承座5的轴承座主体外壳21内设置有润滑油高架罐24。轴颈轴承22分别在涡轮机部2侧和压缩机部3侧安装于轴承座主体外壳21，利用润滑油将转子轴1轴支承为能够以旋转轴线6为中心旋转。止推轴承23配置于比轴颈轴承22更靠压缩机部3侧的位置，具备按压于设置在转子轴1的止推环29的垫片30。垫片30经由安装支架27安装于轴承座主体外壳21。止推轴承23以垫片30经由润滑油与止推环29滑动接触且转子轴1不向旋转轴线6方向(推力方向)移动的方式进行支承。

如图1所示，润滑油高架罐24设置于轴承座主体外壳21的内部，位于比转子轴1更靠铅垂上方的位置，并且润滑油高架罐24的至少一部分配置于压缩机叶轮14的背面位置或附近。润滑油高架罐24与未图示的油泵连接，储存规定量的润滑油。在轴承座主体外壳21的内部形成有润滑油供给流路25。润滑油供给流路25的一端与润滑油高架罐24连接，另一端分支而与各轴颈轴承22以及止推轴承23连接。润滑油高架罐24能够通过暂时储存从油泵供给的润滑油来抑制向轴颈轴承22以及止推轴承23供给的润滑油的流量变动。例如，即使在内燃机紧急停止而停止从油泵供给润滑油的情况下，也能够利用所储存的润滑油的自身重量而经由润滑油供给流路25向轴颈轴承22和止推轴承23供给规定时间的润滑油。

如图2所示，轴承座5还具备迷宫式油封26、安装支架27以及迷宫式气封28。迷宫式油封26形成为大致筒状。迷宫式油封26配置于止推轴承23的压缩机部3侧，包围转子轴1的外周。在迷宫式油封26的与转子轴1对置的内周面形成有多级迷宫式槽31。迷宫式油封26通过多级迷宫式槽31靠近转子轴1来防止在轴颈轴承22和止推轴承23中利用的润滑油通过转子轴1与轴承座5之间而向压缩机部3侧泄漏。

安装支架27由轧制钢材(一般结构用轧制钢材)形成。作为一般结构用轧制钢材，可以例示在日本工业标准jis的标准号jisg3101中规定的“一般结构用轧制钢材ss400”。作为安装支架27的材料，在满足规定的力学性能、例如作为“一般结构用轧制钢材ss400”容许的力学性能(拉伸强度为400～510n/mm²等)时，还能够应用在astm标准的标准号a283中规定的碳钢“gr.c”“gr.d”所例示的其他钢材。安装支架27以包围迷宫式油封26的方式配置于迷宫式油封26的半径方向外侧。安装支架27经由在旋转轴线6方向上紧固于轴承座主体外壳21的多个螺栓32固定于轴承座主体外壳21。迷宫式油封26经由多个螺栓33固定于安装支架27，由此间接地固定于轴承座主体外壳21。止推轴承23经由安装支架27安装于轴承座主体外壳21。

在安装支架27还一体地形成有从半径方向外侧的外周面向半径方向外侧突出的外周侧端部(更具体而言是安装支架凸缘34)。在安装支架凸缘34形成有位于涡轮机部2侧的涡轮机部侧面35。涡轮机部侧面35以沿与旋转轴线6垂直的平面的方式形成于涡轮机部2侧。

迷宫式气封28形成为环状，以包围安装支架27的方式配置于安装支架27的半径方向外侧。更具体而言，以安装支架27的半径方向外侧的外周面与迷宫式气封28的半径方向内侧的内周面对接的方式配置。

在迷宫式气封28一体地形成有从内周面向半径方向内侧突出的内周侧端部(更具体而言是迷宫式气封凸缘36)。在迷宫式气封凸缘36上形成有位于压缩机部3侧的压缩机部侧面37。压缩机部侧面37以沿与旋转轴线6垂直的平面的方式形成于压缩机部3侧。

迷宫式气封28经由多个螺栓38固定于轴承座主体外壳21。多个螺栓38以旋转轴线6为中心在周向上并排配置，通过紧固于轴承座主体外壳21来将迷宫式气封28固定于轴承座主体外壳21。迷宫式气封28以安装支架凸缘34和迷宫式气封凸缘36在旋转轴线6方向上并排的方式、并且以压缩机部侧面37紧贴于安装支架27的涡轮机部侧面35的方式配置。即，迷宫式气封28和安装支架27以隔开压缩机叶轮14与轴承座主体外壳21之间的方式安装于轴承座主体外壳21。

迷宫式气封28进一步通过安装支架27的安装支架凸缘34将迷宫式气封凸缘36压紧于轴承座主体外壳21侧。此时，迷宫式气封28通过迷宫式气封凸缘36被夹在轴承座主体外壳21与安装支架27的安装支架凸缘34之间来进一步固定于轴承座主体外壳21。迷宫式气封28通过迷宫式气封凸缘36被夹在轴承座主体外壳21与安装支架27的安装支架凸缘34之间而固定于轴承座主体外壳21，由此能够减轻多个螺栓38将迷宫式气封28固定于轴承座主体外壳21的负担，并能够减少多个螺栓38的个数。

在迷宫式气封28的与压缩机叶轮14对置的表面形成有多级迷宫式槽39。迷宫式气封28通过多级迷宫式槽39靠近压缩机叶轮14而在与压缩机叶轮14之间密封旋涡室17的压缩空气，进而将旋涡室17的压缩空气的一部分作为密封用空气供给至迷宫式油封26。

如以上说明，本发明的废气涡轮增压器将迷宫式气封28和安装支架27设为独立的结构，并且通过利用安装支架凸缘34和轴承座主体外壳21夹住迷宫式气封凸缘36来将迷宫式气封28固定于轴承座主体外壳21。并且，由于压缩机叶轮14与轴承座主体外壳21之间被迷宫式气封28和安装支架27隔开，因此即使在压缩机叶轮14在运行中因某些原因断裂的情况下，飞散的压缩机叶轮14的一部分也不会直接与形成润滑油高架罐24的轴承座主体外壳21碰撞。由此，本发明的废气涡轮增压器抑制润滑油高架罐24的破损，从而能够防止通过润滑油高架罐24储存的润滑油泄漏。

并且，本发明的废气涡轮增压器中，通过如上所述形成，在将迷宫式气封28设置于轴承座主体外壳21的状态下，能够使安装支架27不与迷宫式气封28干涉地移动，并从轴承座主体外壳21拆卸安装支架27。因此，本发明的废气涡轮增压器能够以下面记载的方式维修止推轴承23。

接着，对止推轴承23的维修进行说明。

废气涡轮增压器10在维修止推轴承23时，拆卸压缩机外壳15，并从转子轴1拆卸压缩机叶轮14。在拆卸压缩机叶轮14之后，在迷宫式气封28经由多个螺栓38固定于轴承座主体外壳21的状态下，并且在迷宫式油封26和止推轴承23的垫片30固定于安装支架27的状态下，从轴承座主体外壳21拆下多个螺栓32，使安装支架27沿着旋转轴线6方向移动，从轴承座主体外壳21拆卸安装支架27。在拆卸迷宫式油封26、安装支架27以及止推轴承23的垫片30之后，在迷宫式气封28固定于轴承座主体外壳21的状态下维修止推轴承23。

在维修止推轴承23之后，利用多个螺栓32将固定有迷宫式油封26和止推轴承23的垫片30的安装支架27安装于固定有迷宫式气封28的轴承座主体外壳21。在安装支架27安装于轴承座主体外壳21之后，将压缩机叶轮14安装于转子轴1，并将压缩机外壳15安装于轴承座5。

如此，废气涡轮增压器10中，安装支架27和迷宫式气封28独立，安装支架27能够不与迷宫式气封28干涉地向压缩机部3侧移动，由此在维修止推轴承23时，能够在迷宫式气封28固定于轴承座主体外壳21的状态下，从轴承座主体外壳21拆卸安装支架27。迷宫式气封28是重物，在从轴承座主体外壳21拆卸和安装于轴承座主体外壳21时需要大量的劳动力。并且，由于止推轴承23的检测频度高于迷宫式气封28的检测频度，因此废气涡轮增压器10有时不检测迷宫式气封28而只维修止推轴承23。废气涡轮增压器10在只维修止推轴承23时，能够在迷宫式气封28固定于轴承座主体外壳21的状态下维修止推轴承23，不从轴承座主体外壳21拆卸迷宫式气封28而能够容易维修止推轴承23。

[第2实施方式]

图3表示应用于第2实施方式的废气涡轮增压器的轴承座。在轴承座51中，上述第1实施方式中的安装支架27被取代为其他安装支架52，迷宫式气封28被取代为其他迷宫式气封53。

在安装支架52形成有从半径方向外侧的外周面54向半径方向外侧突出的安装支架凸缘55来代替安装支架凸缘34，除此以外，以与上述安装支架27相同的方式形成。在安装支架凸缘55形成有位于涡轮机部2侧的涡轮机部侧面56和位于半径方向外侧的凸缘外周面57。涡轮机部侧面56以沿与旋转轴线6垂直的平面的方式形成于涡轮机部2侧。凸缘外周面57形成于半径方向外侧的外周。

在迷宫式气封53形成有从半径方向内侧的内周面61向半径方向内侧突出的迷宫式气封凸缘62来代替迷宫式气封凸缘36，除此以外，以与上述迷宫式气封28相同的方式形成。迷宫式气封凸缘62形成有位于压缩机部3侧的压缩机部侧面63和位于半径方向内侧的凸缘内周面64。压缩机部侧面63以沿与旋转轴线6垂直的平面的方式形成于压缩机部3侧。凸缘内周面64形成于半径方向内侧的内周。

安装支架52和迷宫式气封53以在半径方向上分离的方式、更具体而言以在安装支架52的凸缘外周面57与迷宫式气封53的半径方向内侧的内周面61之间形成半径方向的间隙、并且在安装支架52的半径方向外侧的外周面54与迷宫式气封53的凸缘内周面64之间形成半径方向的间隙的方式安装于轴承座主体外壳21。即，安装支架52和迷宫式气封53以在安装支架52的外周面54与迷宫式气封53的凸缘内周面64之间形成间隙65的方式、并且以在安装支架52的凸缘外周面57与迷宫式气封53的内周面61之间形成间隙66的方式安装于轴承座主体外壳21。间隙65和间隙66设定为比根据增压器的停止时与运行时的温度差计算出的安装支架52和迷宫式气封53的热膨胀尺寸大的尺寸。

第2实施方式的废气涡轮增压器通过安装支架52的外周部与迷宫式气封53的内周部对接，与上述第1实施方式的废气涡轮增压器10相同，防止在压缩机叶轮14断裂时压缩机叶轮14的碎屑直接与轴承座主体外壳21碰撞，防止通过润滑油高架罐24储存的润滑油向压缩机叶轮14侧泄漏。而且，与上述第1实施方式的废气涡轮增压器10相同，第2实施方式的废气涡轮增压器能够在迷宫式气封53安装于轴承座主体外壳21的状态下相对于轴承座主体外壳21装卸安装支架52，从而能够容易维修止推轴承23。

迷宫式气封53由于受运行时成为高温的压缩机叶轮14的影响，并且受通过压缩机叶轮14与迷宫式气封53之间的间隙的空气的影响，因此成为200℃左右的高温。与此相对，安装支架52配置于通过润滑油冷却的轴承附近，温度上升比迷宫式气封53少。第2实施方式的废气涡轮增压器中，通过在安装支架52与迷宫式气封53之间形成有间隙65和间隙66，即使安装支架52和迷宫式气封53不均匀受热而导致安装支架52或迷宫式气封53发生热变形，也能够防止安装支架52与迷宫式气封53的相互破损。而且，第2实施方式的废气涡轮增压器能够避免设想以外的力从迷宫式气封53施加于安装支架52而导致被支承于安装支架52的迷宫式油封26的位置发生变化，从而避免迷宫式油封26与转子轴1干涉而产生损伤。

[第3实施方式]

图4表示应用于第3实施方式的废气涡轮增压器的轴承座。在轴承座71中，上述第1实施方式中的安装支架27被取代为其他安装支架72，迷宫式气封28被取代为其他迷宫式气封73。

安装支架72相对于与旋转轴线6正交的平面倾斜地形成有半径方向外侧的外周面74，以外周面74的涡轮机部2侧的端部比压缩机部3侧的端部更靠近旋转轴线6的方式形成，除此以外，以与上述安装支架27相同的方式形成。

迷宫式气封73以与上述迷宫式气封28相同的方式形成，将旋涡室17的压缩空气的一部分作为密封用空气供给至迷宫式油封26。迷宫式气封73相对于与旋转轴线6正交的平面倾斜地形成有半径方向内侧的内周面75，以内周面75的涡轮机部2侧的端部比压缩机部3侧的端部更靠近旋转轴线6的方式形成。迷宫式气封73以内周面75紧贴于安装支架72的外周面74的方式配置，经由多个螺栓38固定于轴承座主体外壳21。

第3实施方式的废气涡轮增压器通过安装支架72的外周部与迷宫式气封73的内周部对接，与上述第1实施方式的废气涡轮增压器10相同，防止在压缩机叶轮14断裂时压缩机叶轮14的碎屑直接与轴承座主体外壳21碰撞，防止通过润滑油高架罐24储存的润滑油向压缩机叶轮14侧泄漏。而且，与上述第1实施方式的废气涡轮增压器10相同，第3实施方式的废气涡轮增压器能够在迷宫式气封73安装于轴承座主体外壳21的状态下相对于轴承座主体外壳21装卸安装支架72，从而能够容易维修止推轴承23。

另外，迷宫式气封73也可以以在内周面75与安装支架72的外周面74之间形成间隙的方式安装于轴承座主体外壳21。在该情况下，迷宫式气封73以内周面75的位置比安装支架72的外周面74更向半径方向外侧偏离的方式形成。与上述实施方式中的废气涡轮增压器相同，这种废气涡轮增压器也能够在迷宫式气封73安装于轴承座主体外壳21的状态下相对于轴承座主体外壳21装卸安装支架72，从而能够容易维修止推轴承23。而且，这种废气涡轮增压器通过在外周面74与内周面75之间形成有间隙，与上述第2实施方式中的废气涡轮增压器相同，能够防止安装支架72与迷宫式气封73的相互损伤。

另外，安装支架27、52、72能够由与轧制钢材不同的材料形成。作为这种材料，可以例示铸件。废气涡轮增压器即使在由与轧制钢材不同的材料形成安装支架27、52、72的情况下，与上述实施方式中的废气涡轮增压器相同，也能够防止在压缩机叶轮14断裂时润滑油从润滑油高架罐24泄漏。由于轧制钢材的强度和延展性比铸件高，因此与由铸件形成的安装支架相比，上述实施方式中的安装支架27、52、72容易吸收在压缩机叶轮14破坏时飞散的碎屑碰撞的冲击，不易因压缩机叶轮14的碎屑的碰撞而破损。因此，上述实施方式中的废气涡轮增压器与具备由铸件形成的安装支架的其他废气涡轮增压器相比，更能防止安装支架27、52、72的破损。

符号说明

1-转子轴，5-轴承座，6-旋转轴线，7-多个涡轮机叶片，10-废气涡轮增压器，14-压缩机叶轮，21-轴承座主体外壳，23-止推轴承(轴承)，24-润滑油高架罐，26-迷宫式油封，27-安装支架，28-迷宫式气封，34-安装支架凸缘，36-迷宫式气封凸缘，38-多个螺栓，51-轴承座，52-安装支架，53-迷宫式气封，54-外周面，55-安装支架凸缘，62-迷宫式气封凸缘，65-间隙，66-间隙，71-轴承座，72-安装支架，73-迷宫式气封。