JP2000145407A - 軸流タ―ビン - Google Patents

軸流タ―ビン

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JP2000145407A
JP2000145407A JP11312545A JP31254599A JP2000145407A JP 2000145407 A JP2000145407 A JP 2000145407A JP 11312545 A JP11312545 A JP 11312545A JP 31254599 A JP31254599 A JP 31254599A JP 2000145407 A JP2000145407 A JP 2000145407A
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blade
outer ring
cover
axial
gap
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JP11312545A
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Bent Phillipsen
フィリップセン ベント
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ABB AB
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ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
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    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D5/12—Blades
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    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/20—Specially-shaped blade tips to seal space between tips and stator

Abstract

(57)【要約】 【課題】 効率を改善された軸流タービンを提供し、更
に、組立て及び組外しを効果的に行うことができるよう
にすることにある。 【解決手段】 カバー（８）とノズルリング（１５）の
外リング（１２）との間の分割接合部（１７）が、軸方
向ギャップ（１８）のギャップ幅（１９）を二等分して
延びる仮想平面（２０）の動翼側に配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特許請求の範囲第
１項の上位概念に記載の形式の軸流タービンに関する。
【０００２】
【従来の技術】流体機械の軸流タービンの主要構成部材
は、動翼を備えたロータと、ノズルリングと、動翼用の
カバーとである。不可避な製作誤差及び組立て誤差に基
づき、このような軸流タービンの流れ通路において、効
率を低下せしめるような僅かな非定常性又は非連続性が
生ずる。
【０００３】ヨーロッパ特許公開第８０６５４７号明細
書から公知の排ガスターボチャージャの軸流タービン
は、軸流タービンに連結される内燃機関の作動中に比較
的高温にさらされる。従って、タービン側の構成部材、
例えばガス流入ケーシング、ノズルリング、カバー及び
ガス流出ケーシングにおいて、著しい熱応力が発生す
る。前記各構成部材は、内燃機関に対して異なる間隔を
有しかつ各構成部材のために異なる材料が使用されるの
で、これに相応して構成部材温度に差が生ずる。この結
果、ねじ破壊、ガス漏れ及び構成部材亀裂を生ぜしめ得
る、個々の構成部材間の相対運動を伴う異なる熱膨張が
生ずる。それ故、ガス流入ケーシング、ガス流出ケーシ
ング、ノズルリング及びカバーの分割個所の構成及び配
置が、軸流タービンひいては排ガスターボチャージャの
機能性にとって極めて重要である。
【０００４】熱膨張に関しては、軸流タービンの回転す
る動翼と定置のケーシング部分との間に配置された通常
鋳造されるノズルリングが、特に危害を受ける。ヨーロ
ッパ特許公開第８０６５４８号明細書から、ノズルリン
グを簡単かつ確実に固定するための解決手段が公知であ
る。このためにノズルリングは、外リングによってカバ
ーにかつ内リングによってガス流入ケーシングに接触す
る。外リングとガス流入ケーシングとの間には軸方向の
伸張ギャップが形成され、かつ、外リングとガス流出ケ
ーシングとの間には半径方向の伸張ギャップが形成され
ている。
【０００５】しかしながら、特にカバーに対するノズル
リングの外リングの移行領域で、既述の製作誤差及び組
立て誤差以外に熱膨張も原因となる非定常性又は非連続
性が生じた場合に、相応の効率低下が予期されることが
明らかとなった。
【０００６】特に、Dejc & Trojanovskij “Untersuchu
ng und Berechnung axialer Turbinenstufen （軸方向
のタービン段の検査及び算定）”, VEB Verlag（出版）
Technik, Berlin, 1973, 452頁(図 7.32,ll) から、タ
ービン翼の半径方向遊びに基づき生ぜしめられるギャッ
プ損失を低減するための装置が公知である。このために
動翼は、ノズルリング内に統合された静翼に対して段付
けされて配置されていてかつ正（positiv）のオーバー
ラップを有している、つまり、動翼領域においてカバー
の内輪郭が、静翼領域におけるよりも一層半径方向外側
に配置されている。
【０００７】しかしながらこのような構成の欠点は、組
外しの際に、軸流タービンをノズルリングとは逆向き方
向にのみ移動させることができるが、両方向に移動させ
ることができないということにある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
公知の全ての欠点を回避して、効率を改善された軸流タ
ービンを提供し、更に、組立て及び組外しを効果的に行
うことができるようにすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記課題は本発明によれ
ば、特許請求の範囲第１項の上位概念に記載の形式の軸
流タービンにおいて、カバーとノズルリングの外リング
との間の分割接合部が、軸方向ギャップのギャップ幅を
二等分して延びる仮想平面の動翼側に配置されているこ
とによって、解決された。
【００１０】
【発明の効果】上記構成によって、ノズルリングの外リ
ングは動翼の方向に延長されるので、流れ通路は、軸方
向ギャップのギャップ幅のほぼ大部分に亘って全く非定
常性又は非連続性を有することはない。これによって、
軸流タービンの効率及び流れ状態が改善される。
【００１１】特に有利には、カバーと外リングとの間の
分割接合部は、動翼の直ぐ上流側に配置されている。こ
の場合、軸方向ギャップの全ギャップ幅を非定常性又は
非連続性を生ぜしめることなく形成でき、これによっ
て、軸方向タービンの効率を一層向上することができ
る。
【００１２】更に、カバーの内輪郭が外リングの内輪郭
の半径方向外側に配置されていると、特に有利である。
この場合、いわゆる正の翼オーバーラップを有する段部
が得られ、これにより、動翼上流側領域における動翼の
オーバーフローが減少されかつ、非定常性又は非連続性
が著しく減少されることと相俟って、超比例的な効率向
上が得られる。
【００１３】動翼の直ぐ上流側に外リングとカバーとの
分割接合部を配置することにより、静翼領域において、
半径方向内向きにカバーにより動翼をオーバーラップす
る必要はない。今や、このようなオーバーラップひいて
は所要の段部の形成は、ノズルリングの外リングによっ
て担われ、ノズルリングの外リング自体は、動翼のカバ
ーの内輪郭から半径方向内向きに突出する。従って、こ
のような有利な翼オーバーラップの適用にも拘わらず、
軸流タービンはノズルリング取外し後に両側から解体す
ることができ、このような解体は従来は不可能であっ
た。
【００１４】更に、圧力側、吸込み側及び翼先端を備え
た各動翼の翼プロフィルは、翼プロフィルから少なくと
も圧力側で突出する張出し部が翼先端に配置されるよう
に、形成されている。張出し部領域で生ずる渦流によっ
て、効率に不都合な影響を及ぼす翼先端のオーバーフロ
ーが著しく減少される。
【００１５】更に、翼先端に、カバーの方向で張出し部
から突出するウェブが配置されると、有利である。この
ウェブは、動翼とカバーとの間に形成される半径方向ギ
ャップのギャップ損失を減少する。
【００１６】
【発明の実施の形態】次に図示の実施例に基づき、排ガ
スターボチャージャの軸流タービンを説明する。
【００１７】図面では、本発明にとって重要な構成部材
のみを図示している。例えば、排ガスターボチャージャ
の圧縮機側並びに内燃機関に対する連結形式は図示して
いない。作業媒体の流れ方向は矢印で図示されている。
【００１８】第１図で図示の公知の排ガスターボチャー
ジャの軸流タービンは、ねじとして構成された結合部材
４を用いて結合される、ガス流入ケーシング１及びガス
流出ケーシング２によって形成されたタービンケーシン
グ３を有している。タービンケーシング３内には、軸５
によって支持される、動翼７を備えたロータ６が配置さ
れている。ロータ６は外向きに、ディフューザとして形
成されたカバー８によって制限されていて、該カバー自
体は、フランジ９及びねじ１０を介してガス流出ケーシ
ング２に固定されている。ロータ６とタービンケーシン
グ３との間には流れ通路１１が形成されていて、該流れ
通路は、排ガスターボチャージャに連結されるディーゼ
ル機関（図示せず）の排ガスを取り入れかつロータ６の
動翼７に継送する。当然、別の内燃機関を排ガスターボ
チャージャに連結することもできる。
【００１９】動翼７の上流側で流れ通路１１内には、外
リング１２と、内リング１３と、外リングと内リングと
の間に形成された静翼１４とから成る、鋳造部材として
構成されたノズルリング１５が配置されている。ノズル
リング１５は、軸方向でカバー８とガス流入ケーシング
１との間に緊締されていてかつガス流出ケーシング２の
半径方向内側に配置されている。このためにノズルリン
グ１５は、外リング１２によってカバー８にかつ内リン
グ１３によってガス流入ケーシング１に接触している。
内リング１３は、ピンとして構成された多数の位置決め
部材１６を介して回動不能にガス流入ケーシング１に支
持されている。ノズルリング１５の外リング１２とカバ
ー８との間には分割接合部１７が形成されている（第１
図参照）。当然、ノズルリング１５を別の材料から、薄
板又は鋼成形部材から製作するか又はセラミックから形
成することもできる。
【００２０】第２図では、本発明の第１実施例を第１図
の部分的な拡大図で図示している。軸流タービンの動翼
７と静翼１４との間には、ギャップ幅１９を有する軸方
向ギャップ１８が形成されている。ノズルリング１５の
外リング１２とカバー８との間の分割接合部１７は、軸
方向ギャップ１８のギャップ幅１９を二等分して延びる
仮想平面２０の動翼側に配置されている。図示のよう
に、分割接合部１７を動翼７の直ぐ上流側に配置した有
利な配置形式が得られる。
【００２１】ディーゼル機関の作動中には、ディーゼル
機関の熱い排ガスが、ガス流入ケーシング１もしくはガ
ス流入ケーシング内に配置された流れ通路１１を介し
て、軸流タービンのロータ６に達する。この場合ノズル
リング１５は、排ガスを最善にロータ６の動翼７に導く
という機能を有する。これによって駆動されるロータ６
自体は、ロータに連結される圧縮機（図示せず）を駆動
するのに役立つ。圧縮機において圧縮された空気は、デ
ィーゼル機関の過給のために、つまり出力増大のために
使用される。
【００２２】動翼７の直ぐ上流側での分割接合部１７の
本発明による配置によって並びにこの配置に対応して外
リング１２を延長して構成することによって、製作誤差
及び組立て誤差に起因する非定常性又は非連続性が軸方
向ギャップ１８のほぼ全領域において著しく減少され
る。それ故、軸流タービン内に流入する排ガスは、ほぼ
支障なくノズルリング１５を介して動翼７に達すること
ができ、これによって効率が向上せしめられる。
【００２３】第２実施例では、動翼７のカバー８並びに
ノズルリング１５の外リング１２は内輪郭２１，２２を
有しており、この場合、カバー８の内輪郭２１は、外リ
ング１２の内輪郭２２の半径方向外側に配置されている
（第３図参照）。これによって、いわゆる正の翼オーバ
ーラップを有する段部が得られ、このオーバーラップに
よって、動翼上流側領域における動翼７のオーバーフロ
ーが減少される。静翼１４の領域で半径方向内向きに行
われる、従来公知のカバー８による動翼７のオーバーラ
ップは、今やノズルリング１５の外リング１２によって
担われる。従って、このような有利な翼オーバーラップ
が適用されるにも拘わらず、軸流タービンはノズルリン
グ取外し後に両側から解体できる。このような解体は従
来では不可能であった。
【００２４】更に第３図では、圧力側２４、吸込み側２
５及び翼先端２６を有する動翼７の翼プロフィル２３が
図示されている。翼先端２６には、圧力側並びに吸込み
側で翼プロフィル２３から突出する張出し部２７及びカ
バー８の方向に張出し部２７から突出するウェブ２８が
配置されている（第４図参照）。
【００２５】張出し部２７によって、効率に不都合な影
響を及ぼす、翼先端２６のオーバーフローが著しく減少
される。更にウェブ２８は、動翼７とカバー８との間に
形成される半径方向ギャップ２９の場合によって生ずる
ギャップ損失を減少する。
【図面の簡単な説明】
【図１】公知の軸流タービンの部分断面図。
【図２】本発明による構成のノズルリングを有する、第
１図の部分的な拡大図。
【図３】本発明の第２実施例の、第２図に相応する図。
【図４】第３図ＩＶ−ＩＶ線に沿った、動翼の断面図。
【符号の説明】
１ ガス流入ケーシング ２ ガス流出ケーシング ３ タービンケーシング ４ 結合部材、ねじ ５ 軸 ６ ロータ ７ 動翼 ８ カバー、ディフューザ ９ フランジ １０ ねじ １１ 流れ通路 １２ 外リング １３ 内リング １４ 静翼 １５ ノズルリング １６ 位置決め部材、ピン １７ 分割接合部 １８ 軸方向ギャップ １９ ギャップ幅 ２０ （ギャップ幅を二等分する）仮想平面 ２１ カバーの内輪郭 ２２ 外リングの内輪郭 ２３ 翼プロフィル ２４ 圧力側 ２５ 吸込み側 ２６ 翼先端 ２７ 張出し部 ２８ ウェブ ２９ 半径方向ギャップ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多数の動翼（７）を支持するロータ
    （６）と、動翼（７）の上流側に配置された、外リング
    （１２）、内リング（１３）及び外リングと内リングと
    の間に配置された多数の静翼（１４）から成るノズルリ
    ング（１５）と、動翼（７）と静翼（１４）との間に形
    成された、ギャップ幅（１９）を有する軸方向ギャップ
    （１８）と、動翼（７）を外向きに制限するカバー
    （８）とを備え、ノズルリング（１５）の外リング（１
    ２）とカバー（８）との間に分割接合部（１７）が形成
    されている形式の軸流タービンにおいて、カバー（８）
    と外リング（１２）との間の分割接合部（１７）が、軸
    方向ギャップ（１８）のギャップ幅（１９）を二等分し
    て延びる仮想平面（２０）の動翼側に配置されているこ
    とを特徴とする、軸流タービン。
  2. 【請求項２】 カバー（８）と外リング（１２）との間
    の分割接合部（１７）が、動翼（７）の直ぐ上流側に配
    置されている、請求項１記載の軸流タービン。
  3. 【請求項３】 カバー（８）並びに外リング（１２）が
    内輪郭（２１，２２）を有しており、カバー（８）の内
    輪郭（２１）が、外リング（１２）の内輪郭（２２）の
    半径方向外側に配置されている、請求項１又は２記載の
    軸流タービン。
  4. 【請求項４】 各動翼（７）が、圧力側（２４）、吸込
    み側（２５）及び翼先端（２６）を備えた翼プロフィル
    （２３）を有しており、翼先端（２６）に、少なくとも
    圧力側で翼プロフィル（２３）から突出する張出し部
    （２７）が配置されている、請求項３記載の軸流タービ
    ン。
  5. 【請求項５】 翼先端（２６）に、カバー（８）の方向
    に張出し部（２７）から突出するウェブ（２８）が配置
    されている、請求項４記載の軸流タービン。
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