JP2009257258A - 排気タービン過給機の軸受台 - Google Patents

Abstract

【課題】起動停止の多い運用、あるいは負荷変動の大きい運用が行われる内燃機関に搭載された場合でも、疲労亀裂の発生を防止することができるとともに、信頼性を向上させることができる排気タービン過給機の軸受台を提供すること。
【解決手段】タービン部３を構成するタービンケーシング２３の一端部と対向する側の端部に、周方向に沿うとともに半径方向外側に向かって突出し、前記タービンケーシング２３に取り付けられた際に、押さえ板２７と前記タービンケーシング２３との間に挟み込まれる第２のフランジ部２２が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、舶用ディーゼル機関や陸上発電機用ディーゼル機関等に搭載される排気タービン過給機の軸受台に関するものである。

舶用ディーゼル機関や陸上発電機用ディーゼル機関等の内燃機関に搭載される排気タービン過給機の軸受台としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。
特開平４−２４６２３９号公報

上記特許文献１に開示された排気タービン過給機の軸受台は、その一端部（タービンホイール側の端部）に、周方向に沿うとともに半径方向外側に向かって突出する（延びる）環状のフランジ部を有するものであり、このフランジ部は、複数本のボルト介してタービンケーシングの一端部（軸受台側の端部）に直接取り付けられていた。
しかしながら、このフランジ部の根元側（内周側）は水室内に供給される水によって冷却され、フランジ部の先端側（外周側）はタービンケーシング内を通過する排気ガス（燃焼ガス）によって加熱されることとなる。そのため、フランジ部の根元側と先端側とで温度差が発生するとともに周方向に熱伸び差が発生し、ボルトが貫通するボルト穴に、周方向および半径方向の熱伸び差による熱歪みが集中して、（降伏点を超える）熱応力が発生する。そして、起動停止の多い運用、あるいは負荷変動の大きい運用が行われる内燃機関では、熱応力の繰り返しによってボルト穴の周りに疲労亀裂が発生するおそれがある。
また、このような現象は、フランジ部とタービンケーシングとの間に位置して、ノズル・ガイド・ベーンを固定するためのノズル固定用穴を有する別のフランジ部でも発生するおそれがある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、起動停止の多い運用、あるいは負荷変動の大きい運用が行われる内燃機関に搭載された場合でも、疲労亀裂の発生を防止することができるとともに、信頼性を向上させることができる排気タービン過給機の軸受台を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る排気タービン過給機の軸受台は、タービン部を構成するタービンケーシングの一端部と対向する側の端部に、周方向に沿うとともに半径方向外側に向かって突出し、前記タービンケーシングに取り付けられた際に、押さえ板と前記タービンケーシングとの間に挟み込まれる第１のフランジ部が形成されている。

本発明に係る排気タービン過給機の軸受台によれば、押さえ板とタービンケーシングとの間に、第１のフランジ部の先端部が挟み込まれることによって、タービンケーシングに結合される（一体化される）こととなる。
これにより、第１のフランジ部に設けられていたボルト穴を不要とすることができ（第１のフランジ部からボルト穴をなくすことができ）、周方向および半径方向の熱伸び差による熱歪みの集中をなくすことができるので、起動停止の多い運用、あるいは負荷変動の大きい運用が行われる内燃機関に搭載された場合でも、第１のフランジ部における疲労亀裂の発生を防止することができるとともに、その信頼性を向上させることができる。

上記排気タービン過給機の軸受台において、前記タービンケーシングに取り付けられた際に、前記タービンケーシングの一端部内周面に形成された段部を収容する第１の段部が前記第１のフランジ部の先端部に形成されているとともに、前記第１の段部にシール部材が配置されているとさらに好適である。

このような排気タービン過給機の軸受台によれば、第１のフランジ部の第１の段部と、タービンケーシングの一端部内周面に形成された段部との間にシール部材が挟み込まれ、第１のフランジ部とタービンケーシングとの隙間がなくなる（シール部材で埋めつくされる）こととなるので、タービンケーシング内を通過する排気ガス（燃焼ガス）の漏洩を防止することができる。

上記排気タービン過給機の軸受台において、タービン部を構成するタービンケーシングの一端部と対向する側の端部に、周方向に沿うとともに半径方向外側に向かって突出し、ノズル・ガイド・ベーンを固定するためのノズル固定用穴を有する第２のフランジ部が形成されており、前記ノズル固定用穴が、半径方向外側に向かって突出する平面視略半円形状の凸部の中央部に形成されているとさらに好適である。

このような排気タービン過給機の軸受台によれば、第２のフランジ部の周方向および半径方向の熱伸び差を小さくする（緩和させる）ことができ、ノズル固定用穴に集中する熱歪みを小さくする（緩和させる）ことができるので、起動停止の多い運用、あるいは負荷変動の大きい運用が行われる内燃機関に搭載された場合でも、第２のフランジ部における疲労亀裂の発生を防止することができるとともに、その信頼性をさらに向上させることができる。

本発明に係る排気タービン過給機は、起動停止の多い運用、あるいは負荷変動の大きい運用が行われる内燃機関に搭載された場合でも、疲労亀裂が発生することのない信頼性の高い排気タービン過給機の軸受台を具備している。

本発明に係る排気タービン過給機の軸受台によれば、起動停止の多い運用、あるいは負荷変動の大きい運用が行われる内燃機関に搭載された場合でも、疲労亀裂の発生を防止することができるとともに、信頼性を向上させることができるという効果を奏する。

以下、本発明の第１実施形態に係る排気タービン過給機の軸受台について、図１および図２を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る排気タービン過給機の軸受台を具備した排気タービン過給機の縦断面図、図２は図１の要部拡大図である。
本実施形態に係る排気タービン過給機の軸受台（以下、「軸受台」という。）６は、例えば、図１に示すような排気タービン過給機１に適用され得るものである。
図１に示すように、排気タービン過給機１は、図示しない内燃機関（例えば、ディーゼルエンジンやガスタービンエンジン等）から導かれた排気ガス（燃焼ガス）２によって駆動されるタービン部３と、このタービン部３により駆動されて前記内燃機関に外気４を圧送するコンプレッサ部５と、これらタービン部３とコンプレッサ部５との間に設けられてこれらを支持する軸受台６とを主たる要素として構成されたものである。

軸受台６には、一端をタービン部３側に突出させ、他端をコンプレッサ部５側に突出させた回転軸７が挿通されている。この回転軸７は、軸受台６に設けられた軸受８によって、軸線回りに回転可能に支持されている。
一方、軸受台６の下端部には、回転軸７の軸線方向において軸受台６を一点で支持する（回転軸７の軸線方向と直交する方向においては、二点以上で支持する場合もある）脚部６ａが取り付けられており、この脚部６ａは、床面に設置された図示しない基台に固定されるようになっている。すなわち、排気タービン過給機１の重量は、この脚部６ａを介して基台に伝達されるようになっている。
なお、図１中の符号Ｐはパンチング・プレートである。このパンチング・プレートＰは、その一端部がタービン部３の下端部に固定されているとともに、その他端部が軸受台６の脚部６ａと同様、基台に固定されている。そして、このパンチング・プレートＰは、脚部６ａのように排気タービン過給機１の重量を支持することを主たる目的とするものではなく、排気タービン過給機１が基台に対して動揺（振動）しないようにすることを主たる目的とするものである。
図１中の符号９は、軸受台６を水冷却するための水室である。

タービン部３は、前記内燃機関の排気系統に接続されて排気ガス２の少なくとも一部が供給される排気ガス通路１０と、この排気ガス通路１０内に供給された排気ガス２の流れを受けて回転駆動されるタービンホイール１１とを有している。
タービンホイール１１は、回転軸７の一端部に取り付けられた、略円盤状のハブ１１ａと、このハブ１１ａの外表面から半径方向外側に向かって延びるとともに、周方向に沿って環状に設けられた複数枚の羽根１１ｂとを備えている。

排気ガス通路１０は、前記内燃機関の排気系統と接続されて羽根１１ｂに排気ガス２を導く供給路１０ａと、タービン１１の半径方向外側に向かって設けられて、タービン１１を通過した排気ガス２を系外、もしくは図示しない排気浄化装置等に導く送出路１０ｂとを有している。また、送出路１０ｂの上流側には複数枚（本実施形態では２３枚）のノズル・ガイド・ベーン１２が周方向に所定の間隔をあけて配置されている。

コンプレッサ部５は、回転駆動されることで外気４を径方向外側に送出するコンプレッサ羽根車１４と、このコンプレッサ羽根車１４の周囲を囲んでコンプレッサ羽根車１４が送出した外気４を圧縮する渦巻き室１５とを有している。
コンプレッサ羽根車１４は、回転軸７の他端部に取り付けられた、略円盤状のハブ１４ａと、このハブ１４ａの外表面から半径方向外側に向かって延びるとともに、周方向に沿って環状に設けられた複数枚の羽根１４ｂとを備えている。
コンプレッサ部５の上流側には、前記内燃機関の吸気系統に接続された図示しない消音器（サイレンサ）が配置されており、この消音器を通過した外気４は、流入路１６を介してコンプレッサ羽根車１４の羽根１４ｂに導かれるようになっている。また、コンプレッサ部５の下流側には、図示しないインタークーラやサージタンク等が設けられており、渦巻き室１５を通過した外気４は、これらインタークーラやサージタンク等を通過した後、前記内燃機関に供給されるようになっている。また、渦巻き室１５の上流側にはディフューザ１７が配置されている。

さて、本実施形態に係る軸受台６の一端部（タービン部３側の端部）には、周方向に沿うとともに半径方向外側に向かって突出する（延びる）環状の第１のフランジ部（第２のフランジ部）２１および第２のフランジ部（第１のフランジ部）２２が設けられている。これら第１のフランジ部２１および第２のフランジ部２２は、その外周面が、タービン部３を構成するタービンケーシング２３の一端部（軸受台６側の端部）内周面と接するように（すなわち、これら第１のフランジ部２１および第２のフランジ部２２の外周面が、タービン部３を構成するタービンケーシング２３の一端部内周面と印籠合わせされるように）形成されている。
また、第１のフランジ部２１のノズル・ガイド・ベーン１２に対応した位置には、ノズル・ガイド・ベーン１２を固定するためのノズル固定用穴２１ａがそれぞれ設けられている。

図２に示すように、第２のフランジ部２２の先端部には、周方向に沿うとともに板厚方向（図２において左右方向）に陥没する（凹む）、断面視Ｌ字形状を呈する第１の段部２４および第２の段部２５が設けられている。第１の段部２４は、タービンケーシング２３の一端部内周面に形成された段部２３ａを収容するように（取り囲むように）形成されている。また、第２の段部２５は、タービンケーシング２３の一端部に複数本（本実施形態では１２本）のボルト２６を介して取り付けられた、環状の押さえ板２７の内周側の一角部２７ａを収容するように（取り囲むように）形成されている。すなわち、第１の段部２４および第２の段部２５は、押さえ板２７がタービンケーシング２３の一端部にボルト２６を介して取り付けられた際に、押さえ板２７の内周側の一角部２７ａと、タービンケーシング２３の一端部内周面に形成された段部２３ａとの間に、第２のフランジ部２２の先端部が挟み込まれるように形成されている。

本実施形態に係る軸受台６によれば、押さえ板２７とタービンケーシング２３との間（より詳しくは、押さえ板２７の内周側の一角部２７ａと、タービンケーシング２３の一端部内周面に形成された段部２３ａとの間）に、第２のフランジ部２２の先端部が挟み込まれることによって軸受台６とタービンケーシング２３とが結合される（一体化される）ようになっている。
これにより、第２のフランジ部２２に設けられていたボルト穴を不要とすることができ（第２のフランジ部２２からボルト穴をなくすことができ）、周方向および半径方向の熱伸び差による熱歪みの集中をなくすことができるので、起動停止の多い運用、あるいは負荷変動の大きい運用が行われる内燃機関に搭載された場合でも、第２のフランジ部２２における疲労亀裂の発生を防止することができるとともに、軸受台６の信頼性を向上させることができる。

本発明に係る軸受台の第２実施形態について、図３を参照しながら説明する。図３は本実施形態に係る排気タービン過給機の軸受台を具備した排気タービン過給機の要部拡大図であって、図２と同様の図である。
図３に示すように、本実施形態に係る軸受台３１は、第２のフランジ部２２の第１の段部２４に、平面視環状を呈する板状のシール部材３２を備えているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。

本実施形態に係る軸受台３１によれば、第２のフランジ部２２とタービンケーシング２３との間（より詳しくは、第２のフランジ部２２の第１の段部２４と、タービンケーシング２３の一端部内周面に形成された段部２３ａとの間）にシール部材３２が挟み込まれ、第２のフランジ部２２とタービンケーシング２３との隙間がなくなる（シール部材３２で埋めつくされる）こととなるので、タービンケーシング２３内を通過する排気ガス（燃焼ガス）の漏洩を防止することができる。
その他の作用効果は、上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

本発明に係る軸受台の第３実施形態について、図４を参照しながら説明する。図４は本実施形態に係る排気タービン過給機の軸受台を具備した排気タービン過給機の要部拡大図であって、第１のフランジ部の一部を拡大した図である。
本実施形態に係る軸受台４１は、第１のフランジ部２１の代わりに、第１のフランジ４２を備えているという点で上述した実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。

図４に示すように、第１のフランジ４２の外周側（半径方向外側）の端部には、半径方向外側に向かって突出する（延びる）平面視略半円形状の凸部４３が、周方向に沿って複数個（本実施形態では６個）設けられている。また、各凸部４３の中央部には、ノズル・ガイド・ベーン１２（図１参照）を固定するためのノズル固定用穴２１ａが設けられている。

本実施形態に係る軸受台４１によれば、第１のフランジ部４２の周方向および半径方向の熱伸び差を小さくする（緩和させる）ことができ、ノズル固定用穴２１ａに集中する熱歪みを小さくする（緩和させる）ことができるので、起動停止の多い運用、あるいは負荷変動の大きい運用が行われる内燃機関に搭載された場合でも、第１のフランジ部４２における疲労亀裂の発生を防止することができるとともに、軸受台４１の信頼性をさらに向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係る排気タービン過給機の軸受台を具備した排気タービン過給機の縦断面図である。 図１の要部拡大図である。 本発明の第２実施形態に係る排気タービン過給機の軸受台を具備した排気タービン過給機の要部拡大図であって、図２と同様の図である。 本発明の第３実施形態に係る排気タービン過給機の軸受台を具備した排気タービン過給機の要部拡大図であって、第１のフランジ部の一部を拡大した図である。

符号の説明

１ 排気タービン過給機
３ タービン部
６ 軸受台
１２ ノズル・ガイド・ベーン
２１ 第１のフランジ部（第２のフランジ部）
２１ａ ノズル固定用穴
２２ 第２のフランジ部（第１のフランジ部）
２３ タービンケーシング
２３ａ 段部
２４ 第１の段部
２７ 押さえ板
３１ 軸受台
３２ シール部材
４１ 軸受台
４２ 第１のフランジ部（第２のフランジ部）
４３ 凸部

Claims (4)

1. タービン部を構成するタービンケーシングの一端部と対向する側の端部に、周方向に沿うとともに半径方向外側に向かって突出し、前記タービンケーシングに取り付けられた際に、押さえ板と前記タービンケーシングとの間に挟み込まれる第１のフランジ部が形成されていることを特徴とする排気タービン過給機の軸受台。
2. 前記タービンケーシングに取り付けられた際に、前記タービンケーシングの一端部内周面に形成された段部を収容する第１の段部が前記第１のフランジ部の先端部に形成されているとともに、前記第１の段部にシール部材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の排気タービン過給機の軸受台。
3. タービン部を構成するタービンケーシングの一端部と対向する側の端部に、周方向に沿うとともに半径方向外側に向かって突出し、ノズル・ガイド・ベーンを固定するためのノズル固定用穴を有する第２のフランジ部が形成されており、
   前記ノズル固定用穴が、半径方向外側に向かって突出する平面視略半円形状の凸部の中央部に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の排気タービン過給機の軸受台。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の排気タービン過給機の軸受台を備えてなることを特徴とする排気タービン過給機。

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