JP2006090273A - Fluid machine equipped with fluid sealing mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気ターボ過給機、産業用コンプレッサ、ガスタービン等に適用され、コンプレッサホイールからの空気出口通路に該コンプレッサホイールで圧縮された空気を案内するディフューザを備えあるいは、タービンホイールへのガス入口通路にタービンノズルを備えてなる、流体シール機構を備えた流体機械に関する。 The present invention is applied to an exhaust turbocharger, an industrial compressor, a gas turbine, and the like, and includes a diffuser that guides air compressed by the compressor wheel in an air outlet passage from the compressor wheel, or gas to the turbine wheel The present invention relates to a fluid machine having a fluid seal mechanism including a turbine nozzle in an inlet passage.
コンプレッサホイールからの空気出口通路に該コンプレッサホイールで圧縮された空気を案内するディフューザを備えた排気ターボ過給機においては、ディフューザの端面とコンプレッサハウジングあるいは軸受ハウジングとの間に形成される隙間から空気漏れが発生し、かかる空気漏れによって過給機性能が低下するという問題が発生することが多い。
図6(B)は、かかる排気ターボ過給機におけるディフューザ取付部の1例を示し、図において、110は軸受ハウジング106に固定されたディフューザで、コンプレッサホイール101(図6(A)参照)出口に通ずる空気通路111に配設されて該空気通路111の空気流を案内している。前記ディフューザ110の端面とコンプレッサハウジング103との間には熱伸び差等を考慮して最小寸法Sに設定された隙間020が形成されている。
この隙間020を通しての空気漏れによって、前記のような空気漏れが発生する。
In an exhaust turbocharger having a diffuser that guides air compressed by the compressor wheel into an air outlet passage from the compressor wheel, air flows from a gap formed between the end surface of the diffuser and the compressor housing or the bearing housing. Leakage often occurs, and such air leakage often causes a problem that the supercharger performance is degraded.
FIG. 6B shows an example of a diffuser mounting portion in such an exhaust turbocharger. In the figure, 110 is a diffuser fixed to the
The above-described air leakage occurs due to the air leakage through the gap 020.
かかる空気漏れに伴う過給機性能の低下を防止する手段の1つとして、図6(A)に示される手段が提供されている。
かかる手段においては、前記ディフューザ110の端面と当接可能にされた当接面を有し、前記ディフューザ110側に移動可能にコンプレッサハウジング103に組み込まれた環状のディスク011を備え、該ディスク011の背面とコンプレッサハウジング103との間に複数のコイルばね023を介装して、該コイルばね023の弾力によって前記ディフューザ110の端面と該ディスク011の当接面とを常時当接させて、コンプレッサホイール101で圧縮された空気の漏れを抑制している。101aはコンプレッサホイール101の回転軸心である。
また、電動機駆動の回転体において、電動機の発熱によるロータ及びケーシングの熱膨張に伴う伸び差を考慮してロータとケーシングとの隙間を最小限にする手段が、特許文献1(特開2001−234706号公報)にて提供されている。
A means shown in FIG. 6 (A) is provided as one means for preventing the deterioration of the supercharger performance due to such air leakage.
In such means, an
Further, in a rotating body driven by an electric motor, means for minimizing a gap between the rotor and the casing in consideration of a difference in elongation due to thermal expansion of the rotor and the casing due to heat generated by the electric motor is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-234706. Issue).
しかしながら図6(A)に示される手段においては、コンプレッサハウジング103に組み込まれた環状のディスク011の背面とコンプレッサハウジング103との間に複数のコイルばね023を介装して、該コイルばね023の弾力によって前記ディフューザ110の端面と該ディスク011の当接面とを圧接しているが、該コイルばね023が設けられているディスク011の背面とコンプレッサハウジング103との間には、隙間20が形成されており、該隙間20を通してディフューザ110出口側の空気が入口側に漏れることとなり、ディフューザ110部における空気漏れに伴う過給機性能の低下を完全に防止することは困難となる。
However, in the means shown in FIG. 6A, a plurality of
また、図示を省略したが、前記排気ターボ過給機のタービンノズルの端面とタービンケーシングあるいは軸受ハウジングとの間に形成される隙間についても、図6(A)に示される手段を適用してガス漏れを抑制しているが、この場合も、前記と同様にガス漏れに伴う過給機性能の低下を完全に防止することは困難となる。
等の問題点を有している。
Although not shown, the gap shown between the end surface of the turbine nozzle of the exhaust turbocharger and the turbine casing or the bearing housing is also applied to the gas shown in FIG. Although leakage is suppressed, in this case as well, it is difficult to completely prevent a decrease in supercharger performance due to gas leakage as described above.
And so on.
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、きわめて簡単な構造で以って、流体機械のディフューザ部及びタービンノズル部における空気漏れあるいはガス漏れを抑制して、かかる空気漏れあるいはガス漏れによるコンプレッサ性能あるいはタービン性能の低下を防止した流体シール機構を備えた流体機械を提供することを目的とする。 In view of the problems of the prior art, the present invention suppresses air leakage or gas leakage in the diffuser part and the turbine nozzle part of the fluid machine with a very simple structure, and the compressor performance or It is an object of the present invention to provide a fluid machine including a fluid seal mechanism that prevents a decrease in turbine performance.
本発明はかかる目的を達成するもので、コンプレッサホイールからの空気出口通路に該コンプレッサホイールで圧縮された空気を案内するディフューザを備えた流体機械において、前記ディフューザの端面と当接可能にされた当接面及びケース部材に対向する背面を有して前記ディフューザ側に移動可能に該ケース部材に組み込まれた環状のディスクを備えるとともに、該ディスクの背面とケース部材との間に形成される隙間を前記ディフューザ出口の空気通路に連通し、さらに前記ディスクの背面とケース部材との間に前記隙間と前記コンプレッサホイール出口の空気通路との間をシールする弾性体からなる環状のシール部材を介装し、前記隙間内に導入されたディフューザ出口の空気の圧力により前記ディスクの当接面とディフューザの端面とを当接させてコンプレッサホイール出口空気のシールを行うように構成したことを特徴とする。
かかる発明において、前記シール部材は、ゴムあるいは樹脂製のOリングで構成するのが好ましい。
The present invention achieves such an object. In a fluid machine having a diffuser for guiding air compressed by a compressor wheel in an air outlet passage from the compressor wheel, the contact with the end face of the diffuser is made possible. An annular disk having a contact surface and a back surface facing the case member and incorporated in the case member so as to be movable toward the diffuser is provided, and a gap formed between the back surface of the disk and the case member is provided. An annular seal member made of an elastic body is provided that communicates with the air passage at the diffuser outlet and seals between the gap and the air passage at the compressor wheel outlet between the back surface of the disk and the case member. The pressure of the diffuser outlet air introduced into the gap causes the pressure between the contact surface of the disk and the diffuser. Is brought into contact with the surface, characterized by being configured to perform sealing of the compressor wheel outlet air.
In this invention, it is preferable that the seal member is composed of an O-ring made of rubber or resin.
かかる発明によれば、ディフューザ側に移動可能にケース部材に組み込まれた環状のディスクの背面とケース部材との間に形成される隙間と、コンプレッサホイール出口の空気通路との間を好ましくはゴムあるいは樹脂製のOリングからなる弾性体のシール部材でシールし、該隙間にディフューザ出口の高圧空気を導入して該高圧空気の圧力により前記ディスクとディフューザの端面とを当接させるので、前記隙間にシール部材によってコンプレッサホイール出口の空気通路と完全にシールされた状態でディフューザ出口の高圧空気を供給できる。 According to this invention, preferably a rubber or a gap is formed between the gap formed between the back surface of the annular disk incorporated in the case member movably on the diffuser side and the case member and the air passage at the compressor wheel outlet. Sealed with an elastic sealing member made of a resin O-ring, high pressure air at the diffuser outlet is introduced into the gap, and the pressure of the high pressure air brings the disk into contact with the end face of the diffuser. The high pressure air at the diffuser outlet can be supplied in a state of being completely sealed from the air passage at the compressor wheel outlet by the seal member.
従って、前記隙間にディフューザ出口の高圧空気を充満した状態で以って、該高圧空気の圧力によってディスクとディフューザの端面とを常時圧接することが可能となり、これによりディフューザ出口側からコンプレッサホイール出口側への空気漏れを確実に回避でき、かかる空気漏れに伴うコンプレッサ性能の低下を防止することができる。
また、前記隙間内におけるディフューザ出口の高圧空気の圧力により前記ディスクとディフューザの端面とを当接させるので、エンジンの運転条件の変化に影響されることなく、常時シール部材により隙間とコンプレッサホイール出口側との間をシールされた状態で、前記隙間内におけるディフューザ出口の高圧空気の圧力とコンプレッサホイール出口の圧力との圧力差により前記空気漏れを確実に回避できる。
Therefore, when the high-pressure air at the diffuser outlet is filled in the gap, the pressure of the high-pressure air allows the disk and the end face of the diffuser to always be in pressure contact, so that from the diffuser outlet side to the compressor wheel outlet side It is possible to reliably avoid air leakage to the compressor, and to prevent deterioration in compressor performance due to such air leakage.
Further, since the disk and the end face of the diffuser are brought into contact with each other by the pressure of the high-pressure air at the diffuser outlet in the gap, the gap and the compressor wheel outlet side are always sealed by a seal member without being affected by changes in engine operating conditions. The air leakage can be reliably avoided by the pressure difference between the pressure of the high-pressure air at the diffuser outlet and the pressure at the compressor wheel outlet in the gap.
また、本発明は、タービンホイールへのガス入口通路にタービンノズルを備えた流体機械において、前記タービンノズルの端面と当接可能にされた当接面及びケース部材に対向する背面を有して前記タービンノズル側に移動可能に該ケース部材に組み込まれた環状のディスクを備えるとともに、該ディスクの背面と前記ケース部材との間に形成される隙間を前記タービンノズル入口のガス通路に連通し、さらに前記ディスクの背面とケース部材との間に前記隙間とタービンホイール入口のガス通路との間をシールする弾性体からなる環状のシール部材を介装し、前記隙間内に導入されたタービンノズル入口のガスの圧力により前記ディスクの当接面とタービンノズルの端面とを当接させてタービンホイール入口ガスのシールを行うように構成したことを特徴とする。
かかる発明において、前記シール部材は、弾性変形可能な金属製のOリングで構成するのが好ましい。
Further, the present invention provides a fluid machine including a turbine nozzle in a gas inlet passage to a turbine wheel, and has a contact surface that can be contacted with an end surface of the turbine nozzle and a back surface that faces a case member. An annular disk incorporated in the case member so as to be movable toward the turbine nozzle side, and a gap formed between the back surface of the disk and the case member communicates with a gas passage at the turbine nozzle inlet; An annular seal member made of an elastic material that seals between the gap and the gas passage of the turbine wheel inlet is interposed between the back surface of the disk and the case member, and the turbine nozzle inlet of the turbine nozzle introduced into the gap is inserted. The turbine wheel inlet gas is sealed by bringing the abutting surface of the disk into contact with the end surface of the turbine nozzle by gas pressure. Characterized in that was.
In this invention, it is preferable that the seal member is composed of an elastically deformable metal O-ring.
かかる発明によれば、タービンノズル側に移動可能にケース部材に組み込まれた環状のディスクの背面とケース部材との間に形成される隙間と、前記タービンホイール入口のガス通路との間を好ましくは弾性変形可能な金属製のOリングからなる弾性体のシール部材でシールし、該隙間にタービンノズル入口の高圧ガスを導入して該高圧ガスの圧力により前記ディスクとディフューザの端面とを当接させるので、前記隙間に、シール部材によってタービンホイール入口の空気通路と完全にシールされた状態でタービンホイール入口のガスを供給できる。 According to this invention, it is preferable that a gap formed between the back surface of the annular disk incorporated in the case member so as to be movable toward the turbine nozzle side and the case member, and the gas passage of the turbine wheel inlet. Sealing is performed with an elastic sealing member made of an elastically deformable metal O-ring, and a high-pressure gas at the turbine nozzle inlet is introduced into the gap so that the disk and the end face of the diffuser are brought into contact with each other by the pressure of the high-pressure gas. Therefore, the gas at the turbine wheel inlet can be supplied to the gap in a state of being completely sealed from the air passage at the turbine wheel inlet by the seal member.
従って、前記隙間にタービンノズル入口の高圧ガスを充満した状態で以って、該高圧ガスの圧力によってディスクとディフューザの端面とを常時圧接することが可能となり、これによりタービンノズル入口側からタービンホイール入口側へのガス漏れを確実に回避でき、かかるガス漏れに伴うタービン性能の低下を防止することができる。
また、前記隙間内におけるタービンノズル入口の高圧ガスの圧力により前記ディスクとディフューザの端面とを当接させるので、エンジン等の運転条件の変化に影響されることなく、常時シール部材により前記隙間とタービンホイール入口側との間をシールされた状態で、前記隙間内におけるタービンノズル入口の高圧ガスの圧力とタービンホイール入口の圧力との圧力差により前記ガス漏れを確実に回避できる。
Therefore, when the high pressure gas at the turbine nozzle inlet is filled in the gap, the disk and the end face of the diffuser can always be in pressure contact with each other by the pressure of the high pressure gas. Gas leakage to the inlet side can be reliably avoided, and deterioration in turbine performance due to such gas leakage can be prevented.
Further, since the disk and the end face of the diffuser are brought into contact with each other by the pressure of the high-pressure gas at the turbine nozzle inlet in the gap, the gap and the turbine are always sealed by a seal member without being affected by changes in operating conditions of the engine or the like. The gas leakage can be reliably avoided by the pressure difference between the pressure of the high-pressure gas at the turbine nozzle inlet and the pressure at the turbine wheel inlet in the gap while the space between the wheel inlet and the wheel is sealed.
また前記2発明において好ましくは、前記シール部材の取付径が前記ディフューザの外周径あるいは前記タービンノズルの外周径よりも小さくなるように該シール部材を配置する。
このように構成すれば、前記シール部材の取付部をディフューザの外周あるいは前記タービンノズルの外周よりも内側に配置することにより、高圧空気あるいは高圧ガスが導入される隙間の面積を最大限に採ることができて、ディスクとディフューザの端面との圧接力を最大値に保持できる。
In the two inventions, preferably, the seal member is arranged so that the mounting diameter of the seal member is smaller than the outer diameter of the diffuser or the outer diameter of the turbine nozzle.
If comprised in this way, the attachment part of the said sealing member will be arrange | positioned inside the outer periphery of a diffuser or the outer periphery of the said turbine nozzle, and the area of the clearance gap where high pressure air or high pressure gas is introduced will be taken to the maximum. And the pressure contact force between the disc and the end face of the diffuser can be maintained at the maximum value.
また前記2発明において好ましくは、前記シール部材よりも外周寄りの、前記ディスクの背面と前記ケース部材との間に、前記ディスクの当接面と前記ディフューザの端面あるいは前記ディスクの当接面と前記タービンノズルの端面とを押し付けるばねを介装する。
このように構成すれば、前記隙間に導入される高圧空気あるいは高圧ガスの圧力とばねの弾力との合力により、前記ディスクの当接面と前記ディフューザの端面あるいは前記ディスクの当接面と前記タービンノズルの端面との間の圧接力を増大でき、ディフューザ出口側からコンプレッサホイール出口側への空気漏れ、及びタービンノズル入口側からタービンホイール入口側へのガス漏れの防止効果がさらに向上する。
Preferably, in the two inventions, between the back surface of the disk and the case member, which is closer to the outer periphery than the seal member, the contact surface of the disk and the end surface of the diffuser or the contact surface of the disk and the A spring that presses against the end face of the turbine nozzle is interposed.
With this configuration, the contact surface of the disk and the end surface of the diffuser or the contact surface of the disk and the turbine are obtained by the combined force of the pressure of the high-pressure air or high-pressure gas introduced into the gap and the elasticity of the spring. The pressure contact force with the end face of the nozzle can be increased, and the effect of preventing air leakage from the diffuser outlet side to the compressor wheel outlet side and gas leakage from the turbine nozzle inlet side to the turbine wheel inlet side is further improved.
本発明によれば、ディフューザ側に移動可能にケース部材に組み込まれた環状のディスクの背面とケース部材との間に形成され、シール部材でシールされた隙間に、ディフューザ出口の高圧空気を充満した状態で以って、該高圧空気の圧力によってディスクとディフューザの端面とを常時圧接することが可能となり、これによりディフューザ出口側からコンプレッサホイール出口側への空気漏れを確実に回避できる。 According to the present invention, high-pressure air at the diffuser outlet is filled in the gap formed between the back surface of the annular disk incorporated in the case member so as to be movable toward the diffuser and the case member, and sealed with the seal member. In this state, the disk and the end face of the diffuser can always be brought into pressure contact with the pressure of the high-pressure air, so that air leakage from the diffuser outlet side to the compressor wheel outlet side can be reliably avoided.
また本発明によれば、タービンノズル側に移動可能にケース部材に組み込まれた環状のディスクの背面とケース部材との間に形成されシール部材でシールされた隙間に、タービンノズル入口の高圧ガスを充満した状態で以って、該高圧ガスの圧力によってディスクとディフューザの端面とを常時圧接することが可能となり、これによりタービンノズル入口側からタービンホイール入口側へのガス漏れを確実に回避できる。 Further, according to the present invention, the high pressure gas at the inlet of the turbine nozzle is placed in a gap formed between the back surface of the annular disk incorporated in the case member so as to be movable toward the turbine nozzle and the case member and sealed by the seal member. In the filled state, the disk and the end face of the diffuser can always be brought into pressure contact with each other by the pressure of the high-pressure gas, thereby reliably preventing gas leakage from the turbine nozzle inlet side to the turbine wheel inlet side.
以上のように、本発明によれば、ケース部材に組み込まれた環状のディスクの背面とケース部材との間に形成される隙間を弾性体のシール部材でシールし、該隙間に高圧空気あるいは高圧ガスを導入して前記ディスクを押圧するという、きわめて簡単な構造で以って、ディフューザ出口側からコンプレッサホイール出口側への空気漏れを確実に回避可能とし、かつタービンノズル入口側からタービンホイール入口側へのガス漏れを確実に回避可能とすることにより、かかる空気漏れあるいはガス漏れに伴うコンプレッサ性能あるいはタービン性能の低下を防止することができる。 As described above, according to the present invention, the gap formed between the back surface of the annular disk incorporated in the case member and the case member is sealed with the elastic seal member, and high pressure air or high pressure is sealed in the gap. Air leakage from the diffuser outlet side to the compressor wheel outlet side can be reliably avoided with a very simple structure of introducing gas and pressing the disk, and from the turbine nozzle inlet side to the turbine wheel inlet side. By making it possible to reliably avoid gas leakage to the air, it is possible to prevent deterioration of compressor performance or turbine performance due to such air leakage or gas leakage.
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this example are not intended to limit the scope of the present invention only to specific examples unless otherwise specified. Only.
図5は本発明の第1実施例に係る流体シール機構が適用される排気ターボ過給機の回転軸心線に沿う断面図である。
図5において、104はタービンケーシング、109は該タービンケーシング104内の外周部に渦巻状に形成されたスクロール通路、113はタービンロータで膨張仕事をした排ガスを機外に送出するための排気ガス出口である。112は前記スクロール通路109から前記タービンホイール102のガス入口に通ずるガス入口通路である。103はコンプレッサハウジング、106は該コンプレッサハウジング103と前記タービンケーシング104とを連結する軸受ハウジングである。
102はタービンホイール、101はコンプレッサホイール、105は該タービンホイール102とコンプレッサホイール101とを連結するタービンシャフト、107、108は前記軸受ハウジング106に取り付けられて前記タービンシャフト105を支持する軸受である。101aは該タービンシャフト105の回転軸心である。
FIG. 5 is a cross-sectional view along the rotational axis of the exhaust turbocharger to which the fluid seal mechanism according to the first embodiment of the present invention is applied.
In FIG. 5, 104 is a turbine casing, 109 is a scroll passage formed in a spiral shape on the outer periphery of the
110は前記コンプレッサホイール101で圧縮された空気を案内する環状のディフューザであり、一端側を前記軸受ハウジング106に固定されてコンプレッサホイール101出口の空気通路に設置されている。111bは前記ディフューザ110の入口通路を形成するコンプレッサ出口空気通路、111aはディフューザ110の出口通路を形成するディフューザ出口空気通路である。
1は本発明の要旨をなすディスク機構である。
Reference numeral 1 denotes a disk mechanism which forms the gist of the present invention.
かかる排気ターボ過給機に作動時において、図示しないエンジンの排気通路からタービンケーシング104内のスクロール通路109内に導入された排気ガスは、ガス入口通路112を通ってタービンホイール102の外周から該タービンホイール102に流入して該タービンホイール102を回転駆動した後、排気ガス出口113から外部に排出される。
前記タービンホイール102の回転力はタービンシャフト105を介してコンプレッサホイール101に伝達され、該コンプレッサホイール101は空気入口通路130を通して吸入した空気を圧縮する。この圧縮空気はディフューザ110で案内され、コンプレッサハウジング103内部の通路を経てエンジンの給気ポート(図示省略)に送り込まれて燃焼に供される。
During operation of such an exhaust turbocharger, exhaust gas introduced into the
The rotational force of the
図1は本発明の第1実施例に係る排気ターボ過給機のディフューザ部における流体シール機構の回転軸心線に沿う要部断面図、図2は図1のZ部拡大図である。
図1〜2において、101はコンプレッサホイール、103はコンプレッサハウジング、106は軸受ハウジングである。110は前記コンプレッサホイール101で圧縮された空気を案内する環状のディフューザであり、一端側を前記軸受ハウジング106に固定されてコンプレッサホイール101出口の空気通路に設置されている。111bは前記ディフューザ110の入口通路を形成するコンプレッサ出口空気通路、111aはディフューザ110の出口通路を形成するディフューザ出口空気通路である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an essential part taken along a rotational axis of a fluid seal mechanism in a diffuser portion of an exhaust turbocharger according to a first embodiment of the present invention, and FIG.
1-2, 101 is a compressor wheel, 103 is a compressor housing, 106 is a bearing housing.
1はディスク機構で、次のように構成されている。
11は円環状に形成されたディスクで、前記ディフューザ110の端面110aと当接可能にされた当接面11a及び前記コンプレッサハウジング103に対向する背面11bを有しており、前記ディフューザ110側に移動可能に該コンプレッサハウジング103の取付溝103a内に組み込まれている。
20は前記ディスク11の背面11bと前記コンプレッサハウジング103の取付溝103aの底面との間に形成された隙間で、該隙間20の上部は前記ディフューザ出口空気通路111aに連通され、該隙間20内に前記ディフューザ出口空気通路111a内の高圧空気が導入されるようになっている。
Reference numeral 1 denotes a disk mechanism, which is configured as follows.
An
12は環状に形成されたシールリングで、ゴムあるいは樹脂製のOリングで構成されて、前記コンプレッサハウジング103に形成されたリング溝103b内に、前記ディスク11の背面11bとの間に一定圧力で押し込まれ、前記隙間20と前記コンプレッサ出口空気通路101bとの間を流体密にシールしている。
前記シールリング12の取付径D2は前記ディフューザ110の内周径Dtよりも小さくなるように該シールリング12を配置している。
このように構成すれば、前記シールリング12の取付部をディフューザ110の内周よりも内周寄りに配置することにより、高圧空気が導入される隙間20の面積を最大限に採ることができて、ディスク11とディフューザ110の端面110aとの圧接力を最大値に保持できる。
The mounting diameter D 2 of the
If comprised in this way, the area of the
また、図2において、前記シールリング12の取付位置と、前記ディフューザ110の要目との関係を次のように設定するのが好ましい。
D1=ディスク11の内周径、D2=シールリング12の取付径、D3=ディスク11の外周径、Dl=ディフューザ110の外周径、Dt=ディフューザ110の内周径とすると、
D3≧Dl
Dt≧D1
D2≦(D1+D3)/2 またはD2≦Dl
Moreover, in FIG. 2, it is preferable to set the relationship between the attachment position of the said
If D 1 = the inner diameter of the
D 3 ≧ D l
D t ≧ D 1
D 2 ≦ (D 1 + D 3 ) / 2 or D 2 ≦ D l
かかる第1実施例によれば、ディフューザ110側に移動可能にコンプレッサハウジング103に組み込まれた環状のディスク11の背面11bとコンプレッサハウジング103との間に形成される隙間20と、圧力P2なるコンプレッサ出口空気通路との間を好ましくはゴムあるいは樹脂製のOリングからなる弾性体のシールリング12でシールし、該隙間20にディフューザ出口空気通路111aから前記圧力P2よりも高圧の圧力P1なる高圧空気(21は高圧空気流)を導入して、該高圧空気の圧力により前記ディスク11とディフューザ110の端面とを当接させるので、前記隙間20に、前記シールリング12によりコンプレッサ出口空気通路111bと完全にシールされた状態でディフューザ出口空気通路111aの高圧空気を供給できる。
According to the first embodiment, the
従って、前記隙間20にディフューザ出口空気通路111aからの高圧空気を充満した状態で以って、該高圧空気の圧力によってディスク11とディフューザ110の当接面11aと端面110aとを常時圧接することが可能となり、これによりディフューザ110出口側からコンプレッサホイール101出口側への空気漏れを確実に回避でき、かかる空気漏れに伴う過給機性能の低下を防止することができる。
また、前記隙間20内におけるディフューザ出口空気通路111aからの高圧空気の圧力により前記ディスク11とディフューザ110の端面110aとを当接させるので、エンジンの運転条件の変化に影響されることなく、常時シールリング12により隙間20とコンプレッサ出口空気通路111b側との間をシールされた状態で、前記隙間20内におけるディフューザ110出口の高圧空気の圧力P1とコンプレッサホイール101出口の圧力P2との圧力差(P1−P2)により前記空気漏れを確実に回避できる。
Accordingly, when the
Further, since the
図3は本発明の第2実施例を示す図1対応図である。
この実施例においては、前記第1実施例に加えて、前記シールリング12よりも外周寄りの、前記ディスク11の背面11bと前記コンプレッサハウジング103の取付溝103aとの間に、前記ディスク11の当接面11aと前記ディフューザ110の端面110aとを押し付けるコイルばね23を介装する。尚、該コイルばね23に代えて板ばねを用いてもよい。
かかる第2実施例によれば、前記隙間20に導入される高圧空気の圧力P1とコイルばね23の弾力との合力により、前記ディスク11の当接面11aと前記ディフューザ110の端面110aとの間の圧接力を増大でき、ディフューザ出口空気通路111a側からコンプレッサ出口空気通路111b側への空気漏れの防止効果がさらに向上する。
その他の構成及び作用効果は、前記第1実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
FIG. 3 is a view corresponding to FIG. 1 showing a second embodiment of the present invention.
In this embodiment, in addition to the first embodiment, the contact of the
According to the second embodiment, the resultant force of the elastic force of the pressure P 1 and the coil spring 23 of high-pressure air introduced into the
Other configurations and operational effects are the same as those of the first embodiment, and the same members are denoted by the same reference numerals.
図4は、本発明の第3実施例に係る排気ターボ過給機のタービンノズル部における流体シール機構の回転軸心線に沿う要部断面図である。
図4において、102はタービンホイール、25はタービンノズル、104はタービンケーシング、106は軸受ハウジングである。112aはタービンノズル入口ガス通路、112bはタービンホイール入口ガス通路である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the main part along the rotational axis of the fluid seal mechanism in the turbine nozzle portion of the exhaust turbocharger according to the third embodiment of the present invention.
In FIG. 4, 102 is a turbine wheel, 25 is a turbine nozzle, 104 is a turbine casing, and 106 is a bearing housing. 112a is a turbine nozzle inlet gas passage, and 112b is a turbine wheel inlet gas passage.
1はディスク機構で、次のように構成されている。
11は円環状に形成されたディスクで、前記タービンノズル25の端面25aと当接可能にされた当接面11a及び前記タービンケーシング104に対向する背面11bを有しており、前記タービンノズル25側に移動可能に該タービンケーシング104の取付溝104a内に組み込まれている。
20は前記ディスク11の背面11bと前記タービンケーシング104の取付溝104aの底面との間に形成された隙間で、該隙間20の上部は前記タービンノズル入口ガス通路112aに連通され、該隙間20内に前記タービンノズル入口ガス通路112a内の高圧ガスが導入されるようになっている。
Reference numeral 1 denotes a disk mechanism, which is configured as follows.
11 is a disk formed in an annular shape, and has a
12は環状に形成されたシールリングで、耐熱性を有する金属製のOリング(このOリング自体は公知である)で構成されて、前記タービンケーシング104に形成されたリング溝104b内において、前記ディスク11の背面11bとの間に一定圧力で押し込まれ、前記隙間20と前記タービンホイール入口ガス通路112bとの間を流体密にシールしている。
前記シールリング12の取付径は、前記タービンノズル25の内周径よりも小さくなるように該シールリング12を配置している。
このように構成すれば、前記シールリング12の取付部をタービンノズル25の内周よりも内周寄りに配置することにより、高圧空気が導入される隙間20の面積を最大限に採ることができて、ディスク11とタービンノズル25の端面25aとの圧接力を最大値に保持できる。
The
If comprised in this way, the area of the
かかる第3実施例によれば、タービンノズル25に移動可能にタービンケーシング104に組み込まれた環状のディスク11の背面11bとタービンケーシング104との間に形成される隙間20と、圧力P4なるタービンホイール入口ガス通路112bとの間を弾性体のシールリング12でシールし、該隙間20にタービンノズル入口ガス通路112aから前記圧力P4よりも高圧の圧力P3なる高圧ガス(26は高圧ガス流)を導入して、該高圧ガスの圧力により前記ディスク11とタービンノズル25の端面とを当接させるので、前記隙間20にシールリング12によりタービンホイール入口ガス通路112bと完全にシールされた状態でタービンノズル入口ガス通路112aの高圧ガスを供給できる。
According to the third embodiment, the
従って、前記隙間20にタービンノズル入口ガス通路112aからの高圧ガスを充満した状態で以って、該高圧ガスの圧力によってディスク11とタービンノズル25の端面25aとを常時圧接することが可能となり、これによりタービンノズル25入口側からタービンホイール102入口側への空気漏れを確実に回避でき、かかる空気漏れに伴う過給機性能の低下を防止することができる。
また、前記隙間20内におけるタービンノズル入口ガス通路112aからの高圧ガスの圧力により前記ディスク11とタービンノズル25の端面25aとを当接させるので、エンジンの運転条件の変化に影響されることなく、常時シールリング12により隙間20とタービンホイール入口ガス通路112bとの間をシールされた状態で、前記隙間20内におけるタービンノズル25入口の高圧ガスの圧力P3とタービンホイール102入口の圧力P4との圧力差(P3−P4)により前記ガス漏れを確実に回避できる。
Therefore, with the
Further, since the
尚、図示を省略したが、図4の第3実施例に加えて、図3の第2実施例のように、前記シールリング12よりも外周寄りの、前記ディスク11の背面11bと前記タービンケーシング104の取付溝104aとの間に、前記ディスク11の当接面11aと前記タービンノズル25の端面25aとを押し付けるコイルばね23(あるいは板ばね)を介装することもできる。
Although not shown, in addition to the third embodiment of FIG. 4, as in the second embodiment of FIG. 3, the
前記各実施例は本発明を排気ターボ過給機に適用した場合であるが、本発明はこれらに限られることはなく、産業用コンプレッサ、ガスタービン用コンプレッサ及びタービン、各種膨張機等にも適用できる。 In each of the above embodiments, the present invention is applied to an exhaust turbocharger. However, the present invention is not limited to these, and is also applied to industrial compressors, gas turbine compressors and turbines, various expanders, and the like. it can.
本発明によれば、きわめて簡単な構造で以って、排気ターボ過給機のディフューザ部及びタービンノズル部における空気漏れあるいはガス漏れを抑制でき、かかる空気漏れあるいはガス漏れによるコンプレッサ性能あるいはタービン性能の低下を防止した流体機械を提供することができる。 According to the present invention, air leakage or gas leakage in the diffuser portion and turbine nozzle portion of the exhaust turbocharger can be suppressed with an extremely simple structure, and compressor performance or turbine performance due to such air leakage or gas leakage can be suppressed. It is possible to provide a fluid machine that prevents the decrease.
101 コンプレッサホイール
102 タービンホイール
103 コンプレッサハウジング
104 タービンケーシング
106 軸受ハウジング
110 ディフューザ
111a ディフューザ出口空気通路
111b コンプレッサ出口空気通路、
112a タービンノズル入口ガス通路
112b タービンホイール入口ガス通路
1 ディスク機構
11 ディスク
12 シールリング
20 隙間
23 コイルばね
101
112a Turbine nozzle inlet gas passage 112b Turbine wheel inlet gas passage 1
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