CN107208549A - 排气涡轮机以及船舶 - Google Patents

Abstract

由来自于发动机的排气驱动的排气涡轮机，具备：沿着形成于涡轮叶轮周围的导入路的板；包含配置于导入路的喷嘴叶片、和贯通板的轴部的多个喷嘴构件；用于使多个喷嘴构件分别绕轴部旋转的连接机构；旋转自如地支持安装有涡轮叶轮的旋转轴、且与板之间形成容纳连接机构的连接室的壳体；以及向连接室内供给加压空气的加压路。

Description

排气涡轮机以及船舶

技术领域

本发明涉及由来自于发动机的排气驱动的排气涡轮机以及装载有该排气涡轮机的船舶。

背景技术

以往，汽车、船舶等上装载有可变喷嘴型排气涡轮机。例如，专利文献1公开了如图9所示的可变喷嘴型排气涡轮机100。

具体地，排气涡轮机100包含具有喷嘴叶片141和轴部142的多个喷嘴构件140、以及用于使各喷嘴构件140绕轴部142旋转的连接机构150。各喷嘴构件140的喷嘴叶片141配置于在涡轮叶轮110周围形成的导入路105，轴部142贯通沿着导入路105的板130。板130和壳体120之间形成有连接室125，该连接室125内容纳有连接机构150。

连接机构150包含与喷嘴构件140数量相同的臂151、以及与这些臂151接合的环152。各臂151与喷嘴构件140的轴部142不可旋转地连结，并在以涡轮叶轮110的轴心111为中心的径向（以下，简称“径向r”。）上从轴部142向外延伸。通常，各臂151的内侧端部与连接室125的向外壁面126分离，当环152旋转时，各臂151的内侧端部与向外壁面126抵接。由此，限制臂151的摇动和喷嘴构件140的旋转。

而且，排气涡轮机100中，采用即使排气所含的烟尘堆积于连接室125内也不易受其影响的结构。例如，在与连接室125的向外壁面126抵接的各臂151的内侧端部，设置用于排出堆积的烟尘的凹部（未图示）。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：日本特开2013－72404号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

然而，与不易受到排气所含烟尘堆积于连接室内时的影响相比，更期望防止排气向连接室内流入的事件本身。

因此，本发明的目的在于提供一种能够防止排气向连接室内流入的排气涡轮机以及装载有该排气涡轮机的船舶。

解决问题的手段：

为了解决上述问题，本发明的排气涡轮机是由来自于发动机的排气驱动的排气涡轮机，具备：沿着形成于涡轮叶轮周围的导入路的板；包含配置于所述导入路的喷嘴叶片、和贯通所述板的轴部的多个喷嘴构件；用于使所述多个喷嘴构件分别绕所述轴部旋转的连接机构；旋转自如地支持安装有所述涡轮叶轮的旋转轴、且与所述板之间形成容纳所述连接机构的连接室的壳体；以及向所述连接室内供给加压空气的加压路。

根据上述结构，连接室内供给有加压空气，因此能够防止排气向连接室内流入。

亦可使上述排气涡轮机还具备：沿着所述多个喷嘴构件中至少一个喷嘴构件的轴部形成、且将供给至所述连接室内的加压空气向所述导入路排出的排出路。根据该结构，供给至连接室内的加压空气沿着喷嘴构件的轴部通过排出路排出，因此能够利用加压空气冷却因与排气接触而成为高温的喷嘴构件。因为通常加压空气的温度远比排气低。通过像这样冷却喷嘴构件从而可抑制喷嘴构件的热膨胀，可以将喷嘴构件的转动阻力抑制为较小。

亦可使所述连接机构包含：分别与所述多个喷嘴构件的轴部连结且从所述轴部向侧方延伸的多个臂；分别安装于与所述多个臂的所述喷嘴构件相反侧的端部的多个辊；以及具有介于所述多个辊之间且对所述辊在以所述涡轮叶轮的轴心为中心的径向上的移动进行引导的多个操作片的连接环。根据该结构，安装于臂的辊在连接环的操作片上转动，因此可抑制臂及连接环的磨损，获得较高的耐久性。

又，本发明的船舶具备上述的排气涡轮机、以及通过进气路与所述发动机连接的压缩机，所述加压路从所述进气路分岔。根据该结构，将从压缩机向发动机供给的加压空气的一部分用作用于排气涡轮机的加压空气.。因此，无需设置排气涡轮机专用的压缩机，可以利用现有的系统（例如，增压器的压缩机）将加压空气供给至排气涡轮机。

例如，亦可使所述发动机为包含与推进器轴连结的曲轴的推进用发动机，所述排气涡轮机与包含所述压缩机的增压器独立设置，并与所述曲轴连结。

发明效果：

根据本发明，能够防止排气向连接室内流入。

附图说明

图1是装载有本发明一实施形态的排气涡轮机的船舶的发动机周围的概略结构图；

图2是图1所示的排气涡轮机的剖视图；

图3是喷嘴构件及连接机构的一部分的主视图，示出输入杆处于基准位置的状态；

图4是喷嘴构件及连接机构的一部分的主视图，示出将输入杆从基准位置向增大喷嘴的开度的方向扳动后的状态；

图5是沿图3的V－V线的剖视图；

图6是沿图3的VI－VI线的剖视图；

图7是衬套的立体图；

图8是表示变形例的船舶的发动机周围的概略结构图；

图9是以往的排气涡轮机的一部分的剖视图。

具体实施方式

图1示出装载有本发明一实施形态的可变喷嘴型排气涡轮机1的船舶10。图1中，排气涡轮机1发挥改善装载于船舶10的推进用发动机2的燃料消耗率的作用。

船舶10上除了排气涡轮机1及推进用发动机2以外，还装载有增压器11。增压器11包含向发动机2供给加压空气的压缩机12、和由来自于发动机2的排气驱动而使压缩机12旋转的涡轮机13。即，排气涡轮机1与增压器11独立设置。

发动机2例如是二冲程柴油发动机，包括曲轴21。曲轴21与梢端安装有推进器15的推进器轴14连结。又，发动机2包括内部燃烧空气和燃料（燃料油和/或燃料气体）的混合气的多个缸22（图1中为了简化图面仅图示两个）、向缸22分配加压空气的进气歧管23、以及将从缸22排出的排气集合的排气歧管24。增压器11的压缩机12通过进气路91与进气歧管23连接，增压器11的涡轮机13通过排气路92与排气歧管24连接。

排气涡轮机1介由减速器16与曲轴21连结。又，排气涡轮机1通过抽出路93与排气路92连接。因此，从排气歧管24排出的排气的一部分被导入至排气涡轮机1，排气涡轮机1由来自于发动机2的排气驱动。即，排气涡轮机1从排气中回收能量，并利用该回收的能量辅助曲轴21的旋转。另外，亦可使抽出路93直接与排气歧管24相连。

但是，排气涡轮机1并不限定于辅助曲轴21的旋转的用途，可以用于各种用途。例如，排气涡轮机1亦可用于使发电机旋转的用途。或者，可变喷嘴型排气涡轮机1亦可用作增压器11的涡轮机13。

以下，参照图2～图6详细说明排气涡轮机1的结构。

如图2所示，排气涡轮机1包含涡轮叶轮32、安装有涡轮叶轮32的旋转轴31、以及被旋转轴31贯通的第一壳体34。又，排气涡轮机1包含在涡轮叶轮32的周围形成导入路44的板35及罩（shroud）41、以及形成与导入路44连通的旋涡室45的第二壳体46。以下，为了方便说明，将以涡轮叶轮32的轴心33为中心的径向简称为“径向R”，将轴心33延伸的方向简称为“轴向X”。

导入路44是与径向R平行的环状的流路。旋涡室45中供给有来自于发动机2的排气。供给至旋涡室25的排气通过导入路44吹向涡轮叶轮32。

板35沿着导入路44，并扩展至涡轮叶轮32的背面侧。板35可以是单块的板，也可以分割为多块板。板35固定于第一壳体34。

罩41具有隔着导入路44与板35相向的突缘部43、和从突缘部43的内侧端部往板35相反侧延伸的管状部42。即，管状部42构成排气涡轮机1的排气的排出口。

隔着板35位于罩41相反侧的第一壳体34具有：介由衬套39旋转自如地支持旋转轴31的主体部34a、以及盖住板35背面侧的空间从而与板35之间形成连接室36的盖部34b。

而且，排气涡轮机1包含在涡轮叶轮32的周围以相等的角度间隔配置的多个喷嘴构件5、以及容纳于连接室36内的连接机构6。连接机构6介由贯通盖部34b的轴构件82由输入杆81操作。

如图3～图6所示，各喷嘴构件5包含配置于导入路44的喷嘴叶片51、以及从喷嘴叶片51贯通板35地在轴向X上延伸至连接室36内的轴部52。轴部52介由衬套53旋转自如地支持于板35。

相邻的喷嘴叶片51之间形成有向涡轮叶轮32喷射排气的喷嘴50。图3示出上述输入杆81处于基准位置的状态，图4示出将输入杆81从基准位置向增大喷嘴50的开度的方向扳动后的状态（当然，也有将输入杆81从基准位置向减小喷嘴50的开度的方向扳动的情况）。通过操作输入杆81，从而改变喷嘴50的开度及朝向。

连接机构6用于使各喷嘴构件5绕轴部52旋转。具体而言，连接机构6变化多个臂61、相对于臂61配置于板35相反侧的连接环（link ring）65、以及相对于连接环65配置于板35相反侧的输入连杆（input link）7。

各臂61从喷嘴构件5的轴部52向侧方（本实施形态中，在径向R上向内）延伸。各臂61的外侧端部与喷嘴构件5的轴部52不可旋转地连结。各臂61的内侧端部（即喷嘴构件5相反侧的端部）安装有辊62。

本实施形态中，各辊62具有圆盘状的轮部63、和从轮部63的中心起在轴向X上延伸的轴部64。而且，轴部64旋转自如地支持于臂61的内侧端部。但是，亦可使辊62为在中心具有贯通孔的环状，辊62介由旋转自如地支持该辊62的轴构件（未图示）安装于臂61。

连接环65具有周方向上连续的主体部66、和从主体部66突出的多个操作片67。本实施形态中，主体部66形成为轴向X上较薄的板状，操作片67从主体部66的板35侧的主面起在轴向X上突出。但是，亦可使连接环65配置于臂61的内侧，且形成为操作片67从主体部66起在径向R上向外突出的结构。

操作片67形成为介于多个辊62之间，且对辊62在径向R上的移动进行引导的结构。具体而言，各操作片67成为在径向R上向内梢端变细的梯形形状，相邻操作片67的相互对置的侧面彼此平行。

连接环65的内侧配置有与连接环65能滑动地嵌合的导环37。导环37固定于第一壳体34。导环37形成有与连接环65的主体部66的内侧端部接合的凹部37a。又，导环37上安装有用于将连接环65 主体部66 内侧端部保持在凹部37a内的压环38。

输入连杆7与上述轴构件82不可旋转地连结。轴构件82贯通盖部34b地在轴向X上延伸，并固定于输入杆81。又，轴构件82由安装于盖部34b的轴承构件83旋转自如地支持。即，输入连杆7绕轴构件82摇动。

输入连杆7在径向R上从轴构件82延伸至与连接环65重叠的位置，输入连杆7的内侧端部形成有在径向R上向内开口的开口71。换而言之，输入连杆7具有规定开口71的一对接合片72。

另一方面，与输入连杆7的开口71接合的输入辊69介由轴构件68安装于连接环65。本实施形态中，连接环65的一个操作片67所在的壁厚部分形成有螺纹孔，形成于轴构件68的一端部的螺纹旋拧于该螺纹孔。输入辊69旋转自如地支持于轴构件68。

根据该结构，当操作输入杆81时，如图4所示，输入连杆7摇动，输入辊69在一方的接合片72上转动同时连接环65旋转。伴随于此，安装于各臂61的辊62一边在连接环65的操作片67的一方的侧面上转动一边在径向R上移动。当辊62在径向上移动时，各臂61绕喷嘴构件5的轴部52摇动，喷嘴构件5的喷嘴叶片51的角度改变。由此，改变喷嘴50的开度及朝向。如此，本实施形态的排气涡轮机1中，安装于臂61的辊62在连接环65的操作片67上转动，因此可抑制臂61及连接环65的磨损，能够获得较高的耐久性。

而且，本实施形态中，采用防止排气向连接室36内流入的结构。具体而言，排气涡轮机1包含向连接室36内供给加压空气的加压路94。

本实施形态中，如图1所示，加压路94从进气路91分岔。如图5所示，加压路94由设置于盖部34b的流入口96、以及连接流入口96和进气路91的配管95构成。

而且，如图6所示，排气涡轮机1包含沿着喷嘴构件5中至少一个喷嘴构件5的轴部52形成的排出路97。排出路97是用于将供给至连接室36内的加压空气向导入路44排出的流路。

本实施形态中，沿所有的喷嘴构件5的轴部52形成排出路97。具体而言，如图6及图7所示，各衬套53的外周面形成有在衬套53的轴向上延伸的槽54，由该槽54构成排出路97。另外，槽54无需必须在衬套53的轴向上延伸，亦可相对于衬套53的轴向倾斜。

如以上说明所述，本实施形态的排气涡轮机1中，连接室36内供给有加压空气，因此能够防止排气向连接室36内流入。而且，供给至连接室36内的加压空气沿着喷嘴构件5的轴部52通过排出路97排出，因此，能够利用加压空气冷却因与排气接触而成为高温的喷嘴构件5。因为通常加压空气的温度远比排气低。通过像这样冷却喷嘴构件5从而可抑制喷嘴构件5的热膨胀，可以将喷嘴构件5的转动阻力抑制为较小。

（变形例）

本发明不限于上述实施形态，在不脱离本发明的精神的范围内可进行各种变形。

例如，如图8所示，亦可与增压器11独立地设置压缩机17，使加压路94与该压缩机17相连。但是，像上述实施形态那样加压路94从进气路91分岔时，将从增压器11的压缩机12向发动机2供给的加压空气的一部分用作用于排气涡轮机1的加压空气。因此，无需设置图8所示那样的排气涡轮机1专用的压缩机17，可以利用现有的系统将加压空气供给至排气涡轮机1。

又，排气涡轮机1用作增压器11的涡轮机13的情况下，加压路94可以是跨设于压缩机12的壳体和涡轮机13的壳体的内部流路。

又，沿着各喷嘴构件5的轴部52的排出路97无需必须由设置于衬套53的槽构成。例如，排出路97可以由设置于轴部52的外周面的槽构成，也可以由设置于板35的保持孔的内周面上的槽构成。该情况下，可以省略衬套53。

或者，排出路97无需必须由槽构成。例如，沿着各喷嘴构件5的轴部52的排出路97亦可由在轴部52附近设置于板35上的贯通孔构成。该情况下，也能利用流过排出路97的加压空气冷却喷嘴构件5。

而且，无需必须设置沿着喷嘴构件5中至少一个喷嘴构件5的轴部52形成的排出路97，例如亦可使加压空气通过构件间的间隙从连接室36内向外部排出。

又，臂61无需必须从喷嘴构件5的轴部52在径向R上向内延伸，亦可从喷嘴构件5的轴部52在径向R上向外延伸。或者，亦可使臂61从轴部52起相对于径向R斜向内或斜向外地延伸。

又，导环37无需必须配置于连接环65的内侧，亦可配置于连接环65的外侧。该情况下，连接环65亦可形成为操作片67从主体部66在径向R上向内突出的结构。或者，亦可省略导环37，而使连接环65与第一壳体34直接嵌合。

而且，作为连接机构6的结构，除上述以外还可采用各种结构。例如，连接机构6中，亦可设置不可自转的销代替辊62、69。

又，排出排气涡轮机1的驱动用排气的发动机无需必须是船舶10的推进用发动机2，例如也可以是设置在陆地上的发电用发动机。

符号说明：

1 排气涡轮机

10 船舶

11 增压器

2 发动机

31 旋转轴

32 涡轮叶轮

33 轴心

34 第一壳体

35 板

36 连接室

44 导入路

5 喷嘴构件

51 喷嘴叶片

52 轴部

6 连接机构

61 臂

62 辊

65 连接环

67 操作片

94 加压路

97 排出路。

Claims (5)

1.一种排气涡轮机，是由来自于发动机的排气驱动的排气涡轮机，其特征在于，具备：

沿着形成于涡轮叶轮周围的导入路的板；

包含配置于所述导入路的喷嘴叶片、和贯通所述板的轴部的多个喷嘴构件；

用于使所述多个喷嘴构件分别绕所述轴部旋转的连接机构；

旋转自如地支持安装有所述涡轮叶轮的旋转轴、且与所述板之间形成容纳所述连接机构的连接室的壳体；以及

向所述连接室内供给加压空气的加压路。

2.根据权利要求1所述的排气涡轮机，其特征在于，还具备：沿着所述多个喷嘴构件中至少一个喷嘴构件的轴部形成、且将供给至所述连接室内的加压空气向所述导入路排出的排出路。

3.根据权利要求1或2所述的排气涡轮机，其特征在于，所述连接机构包含：

分别与所述多个喷嘴构件的轴部连结且从所述轴部向侧方延伸的多个臂；

分别安装于与所述多个臂的所述喷嘴构件相反侧的端部的多个辊；以及

具有介于所述多个辊之间且对所述辊在以所述涡轮叶轮的轴心为中心的径向上的移动进行引导的多个操作片的连接环。

4.一种船舶，其特征在于，具备：

权利要求1～3中任一项所述的排气涡轮机；以及

通过进气路与所述发动机连接的压缩机，

所述加压路从所述进气路分岔。

5.根据权利要求4所述的船舶，其特征在于，

所述发动机为包含与推进器轴连结的曲轴的推进用发动机，

所述排气涡轮机与包含所述压缩机的增压器独立设置，并与所述曲轴连结。