JP2003003804A - 排気駆動過給機の軸流タービン - Google Patents
排気駆動過給機の軸流タービンInfo
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- JP2003003804A JP2003003804A JP2002142424A JP2002142424A JP2003003804A JP 2003003804 A JP2003003804 A JP 2003003804A JP 2002142424 A JP2002142424 A JP 2002142424A JP 2002142424 A JP2002142424 A JP 2002142424A JP 2003003804 A JP2003003804 A JP 2003003804A
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- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2220/00—Application
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 排気駆動過給機の軸流タービン（１）を、破
損したタービン円板の破片が、極めて大きな周速の下で
もタービン車室から飛び出ないよう形成する。 【解決手段】 排気ディフューザの外側壁（１０）を、
タービン円板（７）の軸方向範囲に、半径方向に外側輪
郭部（１１）と内側輪郭部（１２）を設けて形成し、両
輪郭部間に環状支持壁部（１３）を設け、排気ディフュ
ーザ外側壁の外側輪郭部を、タービン円板の軸方向範囲
を越えて延びる環状延長部材の形とし、タービン円板と
動翼（８）に対する覆いリング（１９）を、排気ディフ
ューザの支持壁部と外側壁内側輪郭部との間に配置し、
タービンの入口室と排気室を、タービン排気室のガス入
口側壁半径方向でタービン円板の中央平面（２３）上に
被さって位置するよう互いに結合する。
損したタービン円板の破片が、極めて大きな周速の下で
もタービン車室から飛び出ないよう形成する。 【解決手段】 排気ディフューザの外側壁（１０）を、
タービン円板（７）の軸方向範囲に、半径方向に外側輪
郭部（１１）と内側輪郭部（１２）を設けて形成し、両
輪郭部間に環状支持壁部（１３）を設け、排気ディフュ
ーザ外側壁の外側輪郭部を、タービン円板の軸方向範囲
を越えて延びる環状延長部材の形とし、タービン円板と
動翼（８）に対する覆いリング（１９）を、排気ディフ
ューザの支持壁部と外側壁内側輪郭部との間に配置し、
タービンの入口室と排気室を、タービン排気室のガス入
口側壁半径方向でタービン円板の中央平面（２３）上に
被さって位置するよう互いに結合する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガス出口側壁付き
タービン入口室とガス入口側壁付きタービン排気室とか
ら成るタービン車室を備え、該車室内に軸で支持された
動翼付きタービン円板が配置され、該円板の外側が排気
ディフューザによって流路を形成した状態で境界づけら
れ、タービン車室内においてタービン円板の軸方向範囲
に破裂防護体が設けられた排気駆動過給機における軸流
タービンに関する。
タービン入口室とガス入口側壁付きタービン排気室とか
ら成るタービン車室を備え、該車室内に軸で支持された
動翼付きタービン円板が配置され、該円板の外側が排気
ディフューザによって流路を形成した状態で境界づけら
れ、タービン車室内においてタービン円板の軸方向範囲
に破裂防護体が設けられた排気駆動過給機における軸流
タービンに関する。
【０００２】
【従来の技術】高い過給圧力を得るべく、今日、排気駆
動過給機は非常に大きな周速で運転される。そのため、
特に大形の排気駆動過給機では、万一破損したタービン
円板や動翼の破片は、タービン車室に高額な構造的処置
を施して初めて捕捉できる。
動過給機は非常に大きな周速で運転される。そのため、
特に大形の排気駆動過給機では、万一破損したタービン
円板や動翼の破片は、タービン車室に高額な構造的処置
を施して初めて捕捉できる。
【０００３】既に従来から、タービン車室内のタービン
円板の範囲に、軸方向に延びる保護リングや破裂防護リ
ングが設けられている。
円板の範囲に、軸方向に延びる保護リングや破裂防護リ
ングが設けられている。
【０００４】排気駆動過給機におけるこのような軸流タ
ービンの基本的構造と作用は周知であり、従ってそれに
ついてここでは詳述しない。即ち、例えばヨーロッパ特
許出願公開第０８０６５４７号明細書に、タービン排気
室のガス入口側壁がタービン円板に対する破裂防護機能
を果たす軸流タービンが記載されている。そのためにそ
こでは、破裂防護体を、タービン排気室のガス入口側壁
の半径方向に延びる一体構造部品の形をしたリングとし
て形成し、タービン入口室に直接或いは上流側に配置し
た軸方向延長部材を介して結合している。
ービンの基本的構造と作用は周知であり、従ってそれに
ついてここでは詳述しない。即ち、例えばヨーロッパ特
許出願公開第０８０６５４７号明細書に、タービン排気
室のガス入口側壁がタービン円板に対する破裂防護機能
を果たす軸流タービンが記載されている。そのためにそ
こでは、破裂防護体を、タービン排気室のガス入口側壁
の半径方向に延びる一体構造部品の形をしたリングとし
て形成し、タービン入口室に直接或いは上流側に配置し
た軸方向延長部材を介して結合している。
【０００５】しかし排気駆動過給機の軸流タービンの開
発経過で、細長い動翼から短く幅広い動翼に変更する傾
向、所謂少ない翼数の「ワイド コード」翼にする傾向
にある。これに伴い、個々の動翼は重くなり、これらの
動翼を大きな周速下でも確実に保持せねばならないター
ビン円板は、幅広くなる。勿論、この処置により回転質
量が大きくなる。そのため、今日では普通の大きな周速
に関連してかなり大きな遠心力が生じ、良好な防護処置
で、この遠心力を問題なくせねばならない。
発経過で、細長い動翼から短く幅広い動翼に変更する傾
向、所謂少ない翼数の「ワイド コード」翼にする傾向
にある。これに伴い、個々の動翼は重くなり、これらの
動翼を大きな周速下でも確実に保持せねばならないター
ビン円板は、幅広くなる。勿論、この処置により回転質
量が大きくなる。そのため、今日では普通の大きな周速
に関連してかなり大きな遠心力が生じ、良好な防護処置
で、この遠心力を問題なくせねばならない。
【０００６】従来、タービン排気室の一体構造部品であ
り破裂防護リングの形をした上述の破裂防護体やディフ
ューザに、例えば締付けリングでねじ結合されたタービ
ン円板に対する覆いリングは、破損した動翼がタービン
車室から飛び出るのを防止するのに十分な手段であっ
た。
り破裂防護リングの形をした上述の破裂防護体やディフ
ューザに、例えば締付けリングでねじ結合されたタービ
ン円板に対する覆いリングは、破損した動翼がタービン
車室から飛び出るのを防止するのに十分な手段であっ
た。
【０００７】しかし上述の処置は、条件が厳しくなるに
つれて、タービン車室の外側壁の突破を確実に防止し、
人のけがや隣接する機械部品の損傷を防止する安全な破
裂防護を保障する上で、もはや十分でない。
つれて、タービン車室の外側壁の突破を確実に防止し、
人のけがや隣接する機械部品の損傷を防止する安全な破
裂防護を保障する上で、もはや十分でない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
に述べた形式の軸流タービンを、破損したタービン円板
や動翼の破片が極めて大きな周速においてもタービン車
室から飛び出すのを、タービン車室の外側に補助的な破
裂防護体を設ける必要なしに防止すべく、簡単且つ安価
に形成することにある。
に述べた形式の軸流タービンを、破損したタービン円板
や動翼の破片が極めて大きな周速においてもタービン車
室から飛び出すのを、タービン車室の外側に補助的な破
裂防護体を設ける必要なしに防止すべく、簡単且つ安価
に形成することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この課題は、請求項１に
記載の手段によって解決される。
記載の手段によって解決される。
【００１０】本発明に基づき、排気ディフューザの外側
壁を、タービン円板の軸方向範囲において半径方向に外
側輪郭部と内側輪郭部を備えて形成し、両輪郭部間に環
状支持壁部を設け、排気ディフューザ外側壁の外側輪郭
部を、タービン円板の軸方向範囲を越えて延びる環状延
長部材の形に形成し、タービン円板と動翼に対する覆い
リングを、排気ディフューザの支持壁部と外側壁内側輪
郭部の間に配置し、タービン入口室とタービン排気室
を、該排気室のガス入口側壁が半径方向においてタービ
ン円板の中央平面上に被さって位置するよう互いに結合
することで、軸流タービンの３つの要件を満たす３段階
の破裂防護作用を達成できる。
壁を、タービン円板の軸方向範囲において半径方向に外
側輪郭部と内側輪郭部を備えて形成し、両輪郭部間に環
状支持壁部を設け、排気ディフューザ外側壁の外側輪郭
部を、タービン円板の軸方向範囲を越えて延びる環状延
長部材の形に形成し、タービン円板と動翼に対する覆い
リングを、排気ディフューザの支持壁部と外側壁内側輪
郭部の間に配置し、タービン入口室とタービン排気室
を、該排気室のガス入口側壁が半径方向においてタービ
ン円板の中央平面上に被さって位置するよう互いに結合
することで、軸流タービンの３つの要件を満たす３段階
の破裂防護作用を達成できる。
【００１１】タービン円板やタービン翼が破損した場
合、まず（第１段階として）、破片は排気ディフューザ
の支持壁部に支持された覆いリングに衝突する。覆いリ
ングと支持壁部がその衝撃に耐えられない程破片が大き
い場合、覆いリングと支持壁部の破損によって、破片の
運動エネルギの一部が消散される。
合、まず（第１段階として）、破片は排気ディフューザ
の支持壁部に支持された覆いリングに衝突する。覆いリ
ングと支持壁部がその衝撃に耐えられない程破片が大き
い場合、覆いリングと支持壁部の破損によって、破片の
運動エネルギの一部が消散される。
【００１２】少なくとも覆いリングは、鋼や合金鋼等の
非脆性材料で作り、軸流タービンの他の部分は、公知の
ように鋳造品から形成するとよい。これによって、エネ
ルギの消散作用は最良になる。同じ目的のために、覆い
リングを支持壁部で接触支持し、たわみ継手要素により
排気ディフューザに固定してもよい。
非脆性材料で作り、軸流タービンの他の部分は、公知の
ように鋳造品から形成するとよい。これによって、エネ
ルギの消散作用は最良になる。同じ目的のために、覆い
リングを支持壁部で接触支持し、たわみ継手要素により
排気ディフューザに固定してもよい。
【００１３】第２段階において、破片は半径方向外側
に、排気ディフューザの外側壁外側輪郭部の環状延長部
材に衝突する。この環状ないし円筒状の延長部材を、こ
れがタービン円板の軸方向範囲を越えて延びるよう形成
することで、破片の運動エネルギの大部分を吸収する。
そのため、排気ディフューザの外側壁外側輪郭部の環状
延長部材を、半径方向に配置したリブにより補強すると
よい。
に、排気ディフューザの外側壁外側輪郭部の環状延長部
材に衝突する。この環状ないし円筒状の延長部材を、こ
れがタービン円板の軸方向範囲を越えて延びるよう形成
することで、破片の運動エネルギの大部分を吸収する。
そのため、排気ディフューザの外側壁外側輪郭部の環状
延長部材を、半径方向に配置したリブにより補強すると
よい。
【００１４】第３段階において、破片の残留エネルギ
は、半径方向においてタービン円板の中央平面の真上に
被さって位置するタービン排気室のガス入口側壁によっ
て吸収される。タービン入口室と、ディフューザ外側壁
と、タービン排気室との間の中実のフランジ継手は、強
固に形成するとよい。
は、半径方向においてタービン円板の中央平面の真上に
被さって位置するタービン排気室のガス入口側壁によっ
て吸収される。タービン入口室と、ディフューザ外側壁
と、タービン排気室との間の中実のフランジ継手は、強
固に形成するとよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下図示の実施例を参照し、本発
明を詳細に説明する。
明を詳細に説明する。
【００１６】図１は、本発明による排気駆動過給機の軸
流タービンの一部を断面図で示す。図には、本発明の理
解にとって重要な構成要素しか示していない。例えば排
気駆動過給機の圧縮機側は図示していない。排気の流れ
方向は矢印で示してある。
流タービンの一部を断面図で示す。図には、本発明の理
解にとって重要な構成要素しか示していない。例えば排
気駆動過給機の圧縮機側は図示していない。排気の流れ
方向は矢印で示してある。
【００１７】図１が基礎とする形式の排気駆動過給機
は、軸流タービン１を備える。このタービン１は、ガス
出口側壁３を備えたタービン入口室２と、ガス入口側壁
５を備えたタービン排気室４とから構成されたタービン
車室を有している。このタービン車室内に、軸６で支持
された動翼８付きタービン円板７を配置してある。
は、軸流タービン１を備える。このタービン１は、ガス
出口側壁３を備えたタービン入口室２と、ガス入口側壁
５を備えたタービン排気室４とから構成されたタービン
車室を有している。このタービン車室内に、軸６で支持
された動翼８付きタービン円板７を配置してある。
【００１８】タービン円板７の動翼８は、外側が排気デ
ィフューザ９で境界づけられ、流路１４内に排気ディフ
ューザ９により収容されている。排気ディフューザ９の
外側壁１０は、タービン円板７の軸方向範囲において、
半径方向に外側輪郭部１１と内側輪郭部１２とで形成さ
れている。外側輪郭部１１と内側輪郭部１２の間に、円
筒状又は環状の支持壁部１３が一体に形成されている。
外側輪郭部１１は環状又は円筒状の延長部材の形に形成
され、この部材は、タービン円板７の軸方向範囲を越え
て延びている。
ィフューザ９で境界づけられ、流路１４内に排気ディフ
ューザ９により収容されている。排気ディフューザ９の
外側壁１０は、タービン円板７の軸方向範囲において、
半径方向に外側輪郭部１１と内側輪郭部１２とで形成さ
れている。外側輪郭部１１と内側輪郭部１２の間に、円
筒状又は環状の支持壁部１３が一体に形成されている。
外側輪郭部１１は環状又は円筒状の延長部材の形に形成
され、この部材は、タービン円板７の軸方向範囲を越え
て延びている。
【００１９】タービン円板７とタービン車室との間に、
流路１４が存在する。この流路１４はエンジン（図示せ
ず）の排気ガスを受け、公知のようにタービン円板７の
動翼８に導く。流路１４の上流側に、外輪１５と内輪１
６から成るノズルリングがはめ込まれている。このノズ
ルリングは、外輪１５および内輪１６にあるフランジ１
８で、継手要素１７によりタービン入口室２に結合され
ている。
流路１４が存在する。この流路１４はエンジン（図示せ
ず）の排気ガスを受け、公知のようにタービン円板７の
動翼８に導く。流路１４の上流側に、外輪１５と内輪１
６から成るノズルリングがはめ込まれている。このノズ
ルリングは、外輪１５および内輪１６にあるフランジ１
８で、継手要素１７によりタービン入口室２に結合され
ている。
【００２０】軸方向においてノズルリング１５、１６と
排気ディフューザ９の間で、タービン円板７の動翼８に
対する覆いリング１９が、ノズルリングの外輪１５と覆
いリング１９の間に隙間２８を形成し、内輪１６とター
ビン円板７の間に隙間２０を形成し、且つ排気ディフュ
ーザ９の外側壁内側輪郭部１２に気密に接して、流路１
４に結合されている。タービン円板７と排気ディフュー
ザ９の内側壁２２の間にも、公知のように隙間２１が開
けられている。
排気ディフューザ９の間で、タービン円板７の動翼８に
対する覆いリング１９が、ノズルリングの外輪１５と覆
いリング１９の間に隙間２８を形成し、内輪１６とター
ビン円板７の間に隙間２０を形成し、且つ排気ディフュ
ーザ９の外側壁内側輪郭部１２に気密に接して、流路１
４に結合されている。タービン円板７と排気ディフュー
ザ９の内側壁２２の間にも、公知のように隙間２１が開
けられている。
【００２１】覆いリング１９は排気ディフューザ９の支
持壁部１３に接触支持され、たわみ継手要素、即ち伸び
ボルト２７で、排気ディフューザ９に固定されている。
持壁部１３に接触支持され、たわみ継手要素、即ち伸び
ボルト２７で、排気ディフューザ９に固定されている。
【００２２】タービン入口室２とタービン排気室４は、
タービン排気室４のガス入口側壁５が半径方向において
タービン円板７の中央平面２３の真上に被さって位置す
るよう、互いに結合されている。
タービン排気室４のガス入口側壁５が半径方向において
タービン円板７の中央平面２３の真上に被さって位置す
るよう、互いに結合されている。
【００２３】排気ディフューザ９の外側輪郭部１１の環
状延長部材は、端面側に環状取付けフランジ２４又は複
数の個々の取付けフランジ部分を有し、該フランジ２４
が、タービン入口室２とタービン排気室４の継手の中に
挟み込まれ、剛性継手要素２５により、タービン入口２
およびタービン排気室４にねじ結合されている。
状延長部材は、端面側に環状取付けフランジ２４又は複
数の個々の取付けフランジ部分を有し、該フランジ２４
が、タービン入口室２とタービン排気室４の継手の中に
挟み込まれ、剛性継手要素２５により、タービン入口２
およびタービン排気室４にねじ結合されている。
【００２４】更に、外側輪郭部１１の環状延長部材は、
半径方向に配置されたリブ２６によって補強されてい
る。
半径方向に配置されたリブ２６によって補強されてい
る。
【図１】本発明に基づく排気駆動過給機の軸流タービン
の部分断面図。
の部分断面図。
１ 軸流タービン
２ タービン入口室
３ ガス出口側壁
４ タービン排気室
５ ガス入口側壁
６ 軸
７ タービン円板
８ 動翼
９ 排気ディフューザ
１０ 外側壁
１１ 外側壁外側輪郭部
１２ 外側壁内側輪郭部
１３ 支持壁部
１４ 流路
１５ ノズルリングの外輪
１６ ノズルリングの内輪
１７ 継手要素
１８、２４ フランジ
１９ 覆いリング
２０、２１、２８ 隙間
２２ 排気ディフューザの内側壁
２３ タービン円板の中央平面
２５ 剛性継手要素
２６ リブ
２７ たわみ継手要素
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 クラウス バルトロメ
ドイツ連邦共和国 86899 ランズベルク
／レッヒ ルートヴィッヒ‐ガングホーフ
ァー‐シュトラーセ １ベー
(72)発明者 ヴォルフガング シュミット
ドイツ連邦共和国 86153 アウグスブル
ク トン ムシュトラーセ 21
Ｆターム(参考） 3G005 EA16 FA21 FA41 GB86
Claims (6)
- 【請求項１】 ガス出口側壁付きタービン入口室とガス
入口側壁付きタービン排気室とから成るタービン車室を
備え、該車室内に軸で支持された動翼付きタービン円板
が配置され、該円板の外側が排気ディフューザによって
流路を形成した状態で境界づけられ、タービン車室内に
おいてタービン円板の軸方向範囲に破裂防護体が設けら
れた排気駆動過給機の軸流タービンにおいて、 排気ディフューザ（９）の外側壁（１０）が、タービン
円板（７）の軸方向範囲に、半径方向に外側輪郭部（１
１）と内側輪郭部（１２）を備えて形成され、該外側輪
郭部（１１）と内側輪郭部（１２）の間に環状支持壁部
（１３）が設けられ、排気ディフューザ外側壁（１０）
の外側輪郭部（１１）が、タービン円板（７）の軸方向
範囲を越えて延びる環状延長部材の形に形成され、ター
ビン円板（７）と動翼（８）に対する覆いリング（１
９）が、排気ディフューザ（９）の支持壁部（１３）と
外側壁内側輪郭部（１２）の間に配置され、タービン入
口室（２）とタービン排気室（４）が、タービン排気室
（４）のガス入口側壁（５）が半径方向においてタービ
ン円板（７）の中央平面（２３）の上に被さって位置す
るよう互いに結合されたことを特徴とする軸流タービ
ン。 - 【請求項２】 覆いリング（１９）が、支持壁部（１
３）に接触支持され、たわみ継手要素（２７）によって
排気ディフューザ（１９）に固定されたことを特徴とす
る請求項１記載の軸流タービン。 - 【請求項３】 排気ディフューザ（９）の外側壁外側輪
郭部（１１）の環状延長部材が、半径方向に配置された
リブ（２６）により補強されたことを特徴とする請求項
１記載の軸流タービン。 - 【請求項４】 環状延長部材（１１）の終端側に、ター
ビン入口室（２）と排気室（４）との継手内に挟み込ま
れる取付けフランジ（２４）を備えることを特徴とする
請求項１又は３記載の軸流タービン。 - 【請求項５】 タービン入口室（２）と排気室（４）と
の継手が、剛性継手要素（２５）であることを特徴とす
る請求項１又は４記載の軸流タービン。 - 【請求項６】 少なくとも排気ディフューザ（９）の覆
いリング（１９）が鋼や合金鋼等の非脆性材料からなる
ことを特徴とする請求項１記載の軸流タービン。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10125250.1 | 2001-05-23 | ||
| DE2001125250 DE10125250C5 (de) | 2001-05-23 | 2001-05-23 | Axialturbine eines Abgastruboladers mit internem Berstschutz |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003003804A true JP2003003804A (ja) | 2003-01-08 |
| JP4153722B2 JP4153722B2 (ja) | 2008-09-24 |
Family
ID=7685942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002142424A Expired - Fee Related JP4153722B2 (ja) | 2001-05-23 | 2002-05-17 | 排気駆動過給機の軸流タービン |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1260677B2 (ja) |
| JP (1) | JP4153722B2 (ja) |
| DE (2) | DE10125250C5 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010501774A (ja) * | 2006-08-24 | 2010-01-21 | アーベーベー ターボ システムズ アクチエンゲゼルシャフト | タービン・ハウジング |
| JP2011163129A (ja) * | 2010-02-04 | 2011-08-25 | Toyota Motor Corp | ターボチャージャおよびそのホイールハウジング |
| JP2015094345A (ja) * | 2013-11-14 | 2015-05-18 | 三菱重工業株式会社 | タービン |
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