JP2007533899A - 清掃装置 - Google Patents

Abstract

ターボ過給機の軸流タービンのノズルリング及びタービン翼用清掃装置において、棒状のノズル（３）が、流路（２）内に突き出ている。清掃媒体は、下流の方向を向いた噴射開口部（３１）を通して、流れと共にノズルリング及びタービン翼の方向に噴射される。このパイプ状のノズルは、ガス流入筐体の開口部を通して流路内に容易に挿入することができる。筐体内における負担のかかる供給部及び穴が不要となる。

Description

この発明は、排ガスターボ過給機の分野に関する。この発明は、請求項１の上位概念にもとづくターボ過給機の軸流タービンに関する。

今日、燃焼機関の性能向上のために排ガスターボ過給機を使用することが広く普及している。この場合、ターボ過給機の排ガスタービンに燃焼機関の排ガスを当てて、その運動エネルギーを燃焼機関用の空気の吸入と圧縮に利用している。具体的な動作状況及び燃焼機関の駆動に使用する燃料の組成に従って、排ガスタービン内では、遅かれ早かれタービン翼及びノズルリングが汚れることとなり、その際ノズルリングが基本的に大きく影響を受ける。重油での動作では、ノズルリング上に汚れの層が形成され、その層の硬さは、燃焼機関の動作原理に依存する。一般的に、そのようなノズルリング領域での汚れの堆積は、タービン効率の悪化とそれによる燃焼機関の性能低下に繋がる。更に、燃焼室内の排ガス温度が上昇する結果となり、それによって、燃焼機関もターボ過給機も熱的に酷使される可能性が有る。燃焼機関では、特に、バルブの損傷又はそれどころか破壊が起こる可能性が有る。４サイクル燃焼機関と接続されたターボ過給機のノズルリング及びタービン翼上に汚れの層が堆積すると、ターボ過給機の圧力と回転数が上昇することが予想される。それによって、燃焼機関の構成部品もターボ過給機の構成部品も熱的及び機械的により大きく酷使され、そのことは、同じく関連する構成部品の破壊にまで繋がる可能性が有る。タービン翼車のタービン翼の周囲に汚れの層が不規則に分布すると、ローターの不平衡が増大することとなり、それによって、軸受も損傷する可能性が有る。そのため、ノズルリング及びタービン翼車のタービン翼は、それらに付着する汚れを定期的に除去されなければならない。

特許文献１により、内部軸受を持つ排ガスターボ過給機の軸流タービンのタービン翼及びノズルリングを清掃するための方法及び装置が周知である。この軸流タービンは、外部と内部に筐体壁を持つガス流入筐体を有し、その際内部の筐体壁は、流路に対してタービン翼車とシャフトを被覆する役割を果たしている。この清掃装置は、軸流タービンのガス流入筐体上に配置された、流路にまで達するノズルを持つ複数の水注入器と給水パイプとから構成されている。測定・評価ユニットによって、軸流タービンの汚れ度合いを求めて、清掃の必要性を検出している。それに応じて、案内翼の上流に配置されたノズルから、流路内に水を噴射している。これによって発生する水滴は、排ガス流に載って、軸流タービンの案内翼又はタービン翼にまで運ばれ、それらに付着した汚れを清掃している。しかし、固定された案内翼の十分な清掃は、その排ガス流の方を向いた表面上に出来る限り完全に水滴が当たる場合にだけ達成される。そのためには、水注入器又はノズルは、軸流タービンの周囲全体に均一に分布した形で配置しなければならない。それにもとづき、より多くの注入器とノズルが必要となり、それにより、そのような解決策は、比較的負担がかかり、そのため高価となる。更に、ガス流入筐体を密閉するための負担は、ノズルの数が増えるとともに増大する。別の問題は、比較的大きな流速が支配的である流路領域でのノズルの配置である。それにより、案内翼の一部にだけ達する平坦な水流が発生する。そのため、十分な清掃が保証されない。

構造的な負担の軽減とともに、清掃作用の改善を達成したターボ過給機の軸流タービンのノズルリング及びタービン翼用清掃装置が、特許文献２に記載されている。この装置は、少なくとも一つの噴射開口部を持つただ一つのノズルと清掃媒体供給部とから構成されている。この噴射開口部は、仮想的な円周面の任意の点に配置されており、この仮想的な円周面自体は、内部の筐体壁の上流に距離を置いて配置された中心点と直径とによって規定される。この中心点は、内側の筐体壁に対して距離を置いて形成された仮想的な平行面上に有る。この距離は、ノズルリングの平均的な直径に百分率を掛け算したものに等しい。この中心点は、平行面とこの面と直角に交わる流線との交点上に有る。この円周面の直径は、同様にノズルリングの平均的な直径に百分率を掛け算したものに依存する。ノズルの噴射開口部は、少なくとも接平面に対して、ほぼ平行の方向を向いている。

この流れの方向に対して直角に清掃媒体を噴射する解決策は、実際には限定的にしか実証されていない。この清掃媒体は、部分的に筐体の外壁に対して噴射される。それによって、ノズルリング及びタービン翼上への水の散布が不十分となり、そのことは、又もや清掃作用に不利な影響を及ぼすこととなる。
ドイツ特許公開明細書第３５１５８２５−Ａ１号 ドイツ特許登録明細書第１９６５１３１８号

この発明の課題は、構造的な負担の軽減とともに、清掃作用の改善を実現した最初に述べた種類のターボ過給機の軸流タービンのノズルリング及びタービン翼用清掃装置を実現することである。

この課題は、この発明にもとづき、請求項１の特徴により解決される。

この発明による清掃装置では、棒状のノズルが、流路内に突き出ている。この下流の方向を向いた噴射開口部を通して、清掃媒体を、流れと共にノズルリング及びタービン翼の方向に噴射している。

このパイプ状のノズルは、ガス流入筐体の開口部を通して、容易に流路内に挿入することができる。筐体での負担のかかる供給部や穴は不要である。

有利には、このノズルは、既存の開口部、例えば、ガス流入筐体壁の廃棄物ゲート用開口部を通して、流路内に導入される。そのような開口部は、筐体の製造時点では、そのような廃棄物ゲートに接続するか否か、及びどの側に接続するかが決定されていないので、多くの場合両側に配備されている。そのため、この清掃装置は、そのような清掃の無い製作済みの設備にでも、非常に簡単に配備することができる。

別の利点は、従属請求項から明らかとなる。

以下においては、この発明の構成の実施例を図面に模式的に図示するとともに、詳しく説明する。すべての図面において、同じ作用の要素には、同じ符号を付与している。

図１は、ターボ過給機の軸流タービンの放射状ガス流入筐体の断面図を図示している。矢印は、排ガスの流れの方向を示している。高温の排ガスは、下方から流路２内に入って来て、内部の筐体壁を過ぎて、図示していないノズルリングと、次にタービンのタービン翼に運ばれる。この内部の筐体壁１２は、タービン翼車を覆っている。

この発明による清掃装置は、流路のリング状の延びの上流に配置されており、その結果一つ以上の噴射開口部３２を持つ単一のノズル３を用いて、流れ全体に清掃用液体を散布することができる。このノズルは、排ガスが流れる方向に対してほぼ直角に流路内に突き出ている。このノズルは、パイプ状に構成されており、その際このパイプは、有利には、端部を閉鎖されており、それに対応して、前述した噴射開口部を一つ以上備えている。図２と３は、噴射開口部３２又は３３が円形又はスリット形状であるそのようなノズルの異なる実施構成を図示している。別の開口部の形状、例えば、正方形又は長方形が考えられる。

複数の噴射開口部を配備している場合、それらは、有利には、隣接する噴射開口部のカバー領域がオーバーラップすることを保証して、それによりノズルリング及びタービン翼への一層改善した水の散布が実現されるように配置される。このことは、例えば、開口部がスリット状の場合、スリットを互いに直角の方向に向けることによって達成される。

パイプ状ノズルの供給領域３１は、例えば、固定用ディスク４を用いて、ガス流入筐体上に固定される。この固定用ディスクは、ねじ又はその他の固定手段を用いて、例えば、固定用開口部を通して筐体壁上に固定される。

有利には、このノズルは、既に筐体内に配備された開口部、例えば、流路から排ガスを抜くために使用される廃棄物ゲートを通して、流路内に導入される。この廃棄物ゲートは、確かに多くの場合配備されているが、利用されていないか、或いは片側だけが利用されており、その結果それに対応して、少なくとも一つの接続用フランジを清掃ノズルの差し込みに使用することができる。従って、穴を追加すること無く、清掃装置を取り付けるとともに、製作済みのタービンに増設することも可能である。図４と５は、この発明による清掃装置を備えたガス流入筐体の外観図を図示しており、この場合ノズルを廃棄物ゲートを通して導入している。図４は、清掃媒体供給部を固定用ディスクにより廃棄物ゲートのフランジ上に固定した構成を図示している。この構成は、供給部を筐体表面に直接導入した図５の構成と比べて、冷えている供給部が、高温のガス流入筐体上に直接固定されないという利点を有する。こうすることによって、筐体壁の起こり得る損傷、例えば、小さい亀裂を防止することができる。

この発明による清掃装置を備えたタービンのガス流入筐体の断面図 図１の清掃装置の第一の実施構成 図１の清掃装置の第二の実施構成 図１のガス流入筐体の全体図 図１のガス流入筐体の全体図

符号の説明

１ ガス流入筐体
２ 流路
３ 清掃装置
４ 固定用ディスク
１１ 筐体の開口部、廃棄物ゲートの開口部
１２ 内部の筐体壁
３１ ノズル
３２，３３ 噴射開口部
３４ 清掃媒体供給部
４１ ねじ穴

Claims (7)

1. ガス流入筐体（１）と、タービン翼を持つタービン翼車と、ガス流入筐体（１）内に形成された、ターボ過給機と繋がった燃焼機関の排ガス用の流路（２）と、流路（２）内でタービン翼の上流に配置されたノズルリングと、その更に上流に配置された、流路（２）内に挿入された清掃装置（３）とを備えたターボ過給機の軸流タービンであって、ガス流入筐体（１）は、燃焼機関の排ガス流を受けて、これをタービン翼車のタービン翼に送り、清掃装置（３）は、少なくとも一つの噴射開口部（３２，３３）を持つただ一つのノズル（３１）と清掃媒体供給部（３４）とから構成される軸流タービンにおいて、
   ノズル（３）は、棒状に構成されるとともに、ガス流入筐体（１）の開口部を通して流路（２）内に突き出ていることと、
   少なくとも一つの噴射開口部（３２，３３）は、流路（２）内に流れの方向に向かって、清掃媒体を噴射することが可能であるように構成されていることと、
   を特徴とする軸流タービン。
2. ノズル（３）が、流線（２１）に対して直角となる形で流路（２）内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の軸流タービン。
3. 少なくとも一つの噴射開口部（３３）が、スリット状に構成されていることを特徴とする請求項２に記載の軸流タービン。
4. 少なくとも一つのノズル（３）が、複数のスリット状噴射開口部（３３）を有することと、これらの噴射開口部が、少なくとも部分的に互いに直角となる形で配置されていることとを特徴とする請求項３に記載の軸流タービン。
5. ノズル（３）が、複数の噴射開口部（３２，３３）を有することと、噴射開口部（３２，３３）は、流路（２）内に流れの方向にも、流れの方向に対して鋭角の方向にも、清掃媒体を噴射することが可能であることとを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の軸流タービン。
6. ノズル棒（３）に固定用ディスク（４）が取り付けられていることと、ノズル棒（３）が、この固定用ディスク（４）によりガス流入筐体（１）上に固定されていることとを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載の軸流タービン。
7. ガス流入筐体（１）上には、排ガスを抜くための少なくとも一つの開口部が配備されていることと、ノズル（３）が、このガス抜き用開口部を通して、流路（２）内に導入されていることとを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載の軸流タービン。
   

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