JP2010501774A - タービン・ハウジング - Google Patents

Abstract

本発明の課題は、軸流タービンの流出領域を、簡単な手段によって、流体技術的に改善することである。本発明では、このことは、軸流タービンにおいて、ハウジングが、ディフューザからガス流出ハウジングまでの流出領域で、組み合わされた内側の流路と外側の流路とを有する構成部材として形成されていることによって、達成される。ディフューザの、ガス流出ハウジングへの組込みによって、空気力学的に最適化されており且つ圧力損失が最小限でも流れの最大限の減速を保証するハウジングが作られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、過給内燃機関のための排ガス・ターボチャージャの分野に関する。
本発明は、排ガス・ターボチャージャの軸流タービンのハウジング並びにこのようなタービン・ハウジングを製造するための方法に関する。

排ガス・ターボチャージャは、内燃機関の、特に往復動機関の出力を増大させるために用いられる。この場合、排ガス・ターボチャージャは、通常、ラジアル・コンプレッサ及び半径流タービンまたは軸流タービンを有する。

所定の用途のために排ガス・ターボチャージャを設計する際に、とりわけ、タービン側を、内燃機関の要求に応じて構成する。この場合、例えば、タービンの所定の寸法、従ってタービン・ホイールの所定の寸法のために及びこの寸法に対応するタービン・ハウジングのために、ブレードの異なった高さを有するタービン・ブレードを備えることができる。用途に応じて、短いか長いブレードがブレード支持体に取り付けられる。

用途の変化に対処するために、ブレードの異なる高さを有するタービン・ブレードを、後でも、現存の排ガス・タービンに組み込むことができる。

当然ながら、ブレードの高さの変化によって、回転ブレードのすぐ付近にある複数のハウジング部分、特に、ディフューザ外壁を、適合させねばならない。このことが従来の排ガス・タービンで煩雑であることがあるのは、かなりの重量を有することがあり且つ排ガス・ターボチャージャに設けられたかなり大きなハウジング部分が、他のハウジング部分と交換されねばならない場合、特にこの場合である。

例えば DE 101 37 899 C1 から公知である、軸流タービンのガス流出ハウジングは、通常、一方の側ではほぼ半円形の横断面を有し、向かい側では流出管に結合するための丸いまたは矩形のフランジを有する収集空間として形成されている。この収集空間へ突出するディフューザは、タービン・ホイールのブレード・リングに続いて実際に軸方向に延びており、収集空間への出口の領域で、径方向の転向を被る。従来の流出ハウジングの場合、流れは、ディフューザの領域でのみ、ディフューザの正確に調整された形状に基づいて、制御されている。流れがディフューザを去って収集空間へ流れるとき、流れが、制御されない進路を行く。

独国特許第 DE 101 37 899 C1 号公報

本発明の課題は、軸流タービンの流出領域を、簡単な手段によって、流体技術的に改善することである。

このことは、本発明では、軸流タービンにおいて、ハウジングがディフューザからガス流出ハウジングまでの流出領域で、組み合わされた内側の流路と外側の流路とを有する構成部材として形成されていることによって、達成される。ディフューザの、ガス流出ハウジングへの組込みによって、空気力学的に最適化されており且つ圧力損失が最小限でも流れの最大限の遅れを保証するハウジングが作られる。

組み合わされた内側の流路と外側の流路は、ガス流出ハウジング及びディフューザ壁によって区画される。ガス流出ハウジングとディフューザ壁との間の交点は、周囲に沿って、異なった半径上にある。このことによって、流れの所望の最適化の原因である、周方向に変化する２つの部分流路が生じる。

ディフューザは、選択的に、回転ブレードの径方向外側の領域に、交換可能な挿入部材を有する。挿入部材は、必要な場合に且つタービン・ブレードの選択された高さに応じて、他の幾何学的な寸法を有する他の挿入部材と交換することができる。

本発明により組み込まれたディフューザ及びガス流出ハウジングを有する軸流タービンの流出領域の断面図を示す。 タービン・ブレードの径方向外側の領域でディフューザに設けられている交換可能な挿入部材の部分拡大図を示す。

以下、図面を参照して、本発明に係わる装置を略示し且つ詳述する。全ての図面では、同一に作用する要素に、同一の参照符号が付される。図１は、軸流タービンの流出領域を示す。流出領域にあるハウジング１は、実質的に、タービンの近くのディフューザと、外側のガス流出ハウジング１０とを有する。ディフューザは、内側のディフューザ壁１２及び外側のディフューザ壁１１によって区画されており、ガス流出ハウジングは、ディフューザの内側領域から出てくる、内側の流れ１３を受け取り、外側の流れ１４として、ガス流出ハウジングの流出フランジへ導く。タービンの流出領域におけるハウジングの課題は、多くの圧力を失うことなく、排ガスの流れ速度を遅らせることである。

ガス流出ハウジング１０は、ディフューザ・ハウジングと一体的に形成されている。このことによって、内側の流れ領域１３から外側の流れ領域１４への空気力学的に最適な移行がなされる。ガス流出ハウジング１０と、ディフューザの外壁１１との間の交点の領域は、Ｔ字形である。交点Ｔは、周方向に分布されつつ、ディフューザ壁に沿って延びている。それ故に、外側の流路は、不均一な横断面を有する。

ディフューザが組み込まれたガス流出ハウジングは、選択的に挿入部材１５を有する。挿入部材は、タービン・ブレード３の径方向外側にある領域に設けられている。図２は、この領域を拡大図で示す。所定のハウジングの寸法、従って、所定の組み込まれたディフューザ及びガス流出ハウジングを有する軸流タービンの場合に、回転ブレードの新たな高さが用いられるとき、ブレードの先端とハウジングとの間の間隔を調整するために、挿入部材１５を交換することができる。かくして、簡単な方法で、且つ特に大きな物流的な及び組立技術上のコストなしに、タービンの同一の寸法を有する複数のタービン構造体が実現される。種々のハウジング部分は、小さな挿入部材であるに過ぎない。大きなディフューザを交換する必要はなく、ガス流出ハウジング全体を交換する必要もない。

挿入部材１５は、図２に示すように、ディフューザ外壁と、例えばノズル・リング４またはガス流入ハウジング２との間に取り付けられる。この代わりに、挿入部材を、例えば、ねじによって、任意のハウジング部分に取り付けることができる。図２に示されているように、長さの異なったブレードのために、ブレードの適切にずらされた先端３２によって、種々の挿入部材の内郭が径方向内側にずらされている。

ノズル・リング４の、外側の取付リングは、挿入部材１５の、流れ方向手前に設けられている。ノズル・リングの、外側の取付リングの、その内径が、挿入部材１５の内郭の内径よりも小さいことは好ましい。その差が、ブレードの先端と、挿入部材の内郭との間の間隔の０．３ないし３倍であることは好ましい。

挿入部材は、この挿入部材が径方向に所定の運動自由度を有するように、２つのハウジング部分の間に設けられていることができる。これによって、挿入部材における熱応力を阻止することができる。この場合に注意すべきことは、挿入部材が、複数の隣り合うハウジング部分によって、タービン軸に対して位置決めされていることである。このことを、挿入部材の流出側端部１６にセンターピンがあることによって、達成することができることは利点である。タービン・ブレードの径方向外側では、挿入部材は、径方向に自由に膨張することができる。ただし、ギャップ１７が、挿入部材と、この挿入部材の径方向外側に設けられたハウジング部分との間に設けられている場合に限る。

挿入部材の肉厚は、隣り合ったハウジング部分と比較して小さい。このことによって、素早い温度変化の場合に、熱応力を阻止することができる。更に、挿入部材の熱膨張の相違及びタービンの回転ホイールを小さく保つことができる。

挿入部材１５と、外側のディフューザ壁１１との間の移行部は、平らに形成されてもよいが、あるいは、出っ張った段または引っ込んだ段をもって形成されていてもよい。

かように形成された軸流タービンの製造または保守の際には、組み込まれるハウジングへの組み込みの前に、挿入部材に、タービン・ブレードの選択された長さの故に生じる所望の内径を備えることができる。稼動中にブレードの長さを変化させねばならないとき、このことに応じて、一方の挿入部材が、この挿入部材よりも大きくまたは小さい内径を有する他方の挿入部材と交換することができる。タービンの所定の寸法に関して、全ての挿入部材は、同一の外径を有し、内径のみが変化する。

１…流出領域におけるハウジング、１０…ガス流出ハウジング、１１…外側のディフューザ壁、１２…内側のディフューザ壁、１３…内側の流路、１４…外側の流路、１５…挿入部材、１６…挿入部材の流出側端部、１７…ガス流出ハウジングと挿入部材との間の径方向ギャップ、２…ガス流入ハウジング、３…タービン・ホイール、３１…回転ブレード、３２…ブレードの先端、３３…ブレードの先端とハウジングとの間の間隔、４…ノズル・リング。

Claims (5)

1. ディフューザ及びガス流出ハウジングを有する、軸流タービンのハウジングであって、前記ディフューザが、ガス流入ハウジングによって区画された収集空間へ突出しているハウジングにおいて、
   前記ディフューザ及び前記ガス流出ハウジングが、一体的なハウジング部分として形成されていることを特徴とするハウジング。
2. 前記ガス流出ハウジング（１０）は、交点（Ｔ）で、ディフューザ壁（１１）に当たり、このディフューザ壁（１１）上での前記交点（Ｔ）の位置が周方向に変化する、請求項１に記載のハウジング。
3. 前記一体的なハウジング部分は、前記軸流タービンの回転ブレード（３１）の径方向外側にある領域に、前記一体的なハウジング部分に別個の構成要素として挿入されている挿入部材（１５）を有する、請求項１または２に記載のハウジング。
4. 前記挿入部材（１５）と、径方向外側に設けられたハウジング部分との間に、径方向ギャップ（１７）が設けられており、前記挿入部材（１５）は、ガス流出側端部（１６）に、センターピンを有し、このセンターピンによって、前記挿入部材が、径方向外側に設けられたハウジング部分に位置決めされている、請求項３に記載のハウジング。
5. 排ガス・ターボチャージャの軸流タービンを製造または保守するための方法であって、タービンの所定の大きさに対して、異なった長さの回転ブレードを使用することができる方法において、
   ディフューザが組み込まれたガス流出ハウジングへ、回転ブレードの選択された長さに調整された内径を予め有する挿入部材を挿入することを特徴とする方法。

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