JP2011117417A

JP2011117417A - 排気タービン過給機の排気入口ケーシング

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Publication number: JP2011117417A
Application number: JP2009277748A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Hamagami; 義行浜上; Hiroyuki Arakawa; 広之荒川
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2009-12-07
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2029-12-07
Also published as: JP5230590B2

Abstract

【課題】局所的な熱応力および熱疲労破壊の発生を防止することができて、その結果、その疲労強度を向上させることができる排気タービン過給機の排気入口ケーシングを提供すること。
【解決手段】排気タービン過給機を構成するタービンハウジングに取り付けられて、その入口２６に導かれた排気ガスを、前記タービンハウジングの内部で、かつ、その出口２７の下流側近傍に環状に配列されたタービンノズルに導く排気タービン過給機の排気入口ケーシング２０であって、中空円筒状の外側ケーシング２４と、前記入口２６から前記出口２７に向かって、その背面２５ａが一方に盛り上がるとともに、その両側面および腹面が、前記背面から周方向に沿って漸次拡がるように形成されて、これら背面２５ａ、両側面、および腹面と、前記外側ケーシング２４の内周面２４ａとの間に、入口通路１０ｂを形成する内側ケーシング２５とを備えている。
【選択図】図５

Description

本発明は、排気タービン過給機、特に、起動停止または負荷変動の大きい舶用内燃機関や陸上発電機用内燃機関等に装着される排気タービン過給機の排気入口ケーシングに関するものである。

排気タービン過給機の排気入口ケーシングとしては、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２００７−０５６７９０号公報

図１１に示すように、上記特許文献１等に開示された排気タービン過給機の排気入口ケーシング５０は、中空円筒状の外側ケーシング（外筒）５１と、中空円錐状の内側ケーシング（内筒）５２と、これら外側ケーシング５１と内側ケーシング５２とを結合（連結）する複数本の（支柱）リブ５３とを備えている。そして、外側ケーシング５１と内側ケーシング５２との間には、排気ガスの入口通路５４が形成されており、平面視円形状を呈する入口５５に導かれた排気ガスが、平面視環形状を呈する出口５６に導かれるようになっている。

しかしながら、外側ケーシング５１と内側ケーシング５２とが、複数本のリブ５３を介して結合（連結）されている排気入口ケーシング５０では、舶用内燃機関や陸上発電機用内燃機関等の負荷運転時に高温部となるリブ５３と、リブ５３よりも温度の低い低温部となる外側ケーシング５１および内側ケーシング５２との間に大きな温度差が生じ、リブ５３の、外側ケーシング５１の側に位置する後縁Ｒ部に、リブ５３の降伏点を超える過大な熱応力が発生するおそれがある。
また、起動停止または負荷変動の大きい舶用内燃機関や陸上発電機用内燃機関等に装着されるものでは、上記熱応力が繰り返し加わり、例えば、図１１に示すような位置に亀裂（熱疲労破壊）５７が発生してしまうおそれがある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、局所的な熱応力および熱疲労破壊の発生を防止することができて、その結果、その疲労強度を向上させることができる排気タービン過給機の排気入口ケーシング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排気入口ケーシングは、排気タービン過給機を構成するタービンハウジングに取り付けられて、その入口に導かれた排気ガスを、前記タービンハウジングの内部で、かつ、その出口の下流側近傍に環状に配列されたタービンノズルに導く排気タービン過給機の排気入口ケーシングであって、中空円筒状の外側ケーシングと、前記入口から前記出口に向かって、その背面が一方に盛り上がるとともに、その両側面および腹面が、前記背面から周方向に沿って漸次拡がるように形成されて、これら背面、両側面、および腹面と、前記外側ケーシングの内周面との間に、入口通路を形成する内側ケーシングとを備えている。

本発明に係る排気タービン過給機の排気入口ケーシングによれば、外側ケーシングと内側ケーシングとが、リブ等の他の部材を介さずに一体成形されているので、局所的な熱応力および熱疲労破壊の発生を防止することができて、その結果、その疲労強度を向上させることができる。

上記排気タービン過給機の排気入口ケーシングにおいて、断面視円形状を呈する前記入口の中心と、断面視環形状を呈する前記出口の中心とが、互いにオフセットされた状態になるように、前記外側ケーシングが曲げら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排気入口ケーシングによれば、入口の中心と出口の中心とが、互いにオフセットされた（ずれた）位置に設けられることになるので、排気タービン過給機の設置場所（位置）に制約がある場合でも、排気タービン過給機を設置することができる。

本発明に係る排気タービン過給機は、上記いずれかの排気タービン過給機の排気入口ケーシングを具備している。

本発明に係る排気タービン過給機によれば、局所的な熱応力および熱疲労破壊の発生を防止することができて、その結果、その疲労強度を向上させることができる排気タービン過給機の排気入口ケーシングを具備しているので、排気タービン過給機全体の信頼性を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の排気入口ケーシングによれば、局所的な熱応力および熱疲労破壊の発生を防止することができて、その結果、その疲労強度を向上させることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る排気タービン過給機の排気入口ケーシングを排気タービン過給機に装着した状態を示す縦断面図である。本発明の一実施形態に係る排気タービン過給機の排気入口ケーシングの側面図である。図２の左側（下流側）から見た正面図である。図２の右側（上流側）から見た背面図である。図１に示す排気タービン過給機の排気入口ケーシングを拡大して示した図である。図５のＡ−Ａ矢視断面図である。図５のＢ−Ｂ矢視断面図である。図５のＣ−Ｃ矢視断面図である。図５のＤ−Ｄ矢視断面図である。図５のＥ−Ｅ矢視断面図である。従来の排気タービン過給機の排気入口ケーシングを示す断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る排気タービン過給機の排気入口ケーシングについて、図１から図１０を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る排気タービン過給機の排気入口ケーシングを排気タービン過給機に装着した状態を示す縦断面図、図２は本実施形態に係る排気タービン過給機の排気入口ケーシングの側面図、図３は図２の左側（下流側）から見た正面図、図４は図２の右側（上流側）から見た背面図、図５は図１に示す排気タービン過給機の排気入口ケーシングを拡大して示した図、図６は図５のＡ−Ａ矢視断面図、図７は図５のＢ−Ｂ矢視断面図、図８は図５のＣ−Ｃ矢視断面図、図９は図５のＤ−Ｄ矢視断面図、図１０は図５のＥ−Ｅ矢視断面図である。

本発明に係る排気タービン過給機の排気入口ケーシングは、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に示す排気タービン過給機１は、例えば、図示しない舶用ディーゼル機関（例えば、低速２サイクルディーゼル機関）に装着されて、舶用ディーゼル機関を構成するシリンダライナ（図示せず）の内部と連通する給気マニホールド（図示せず）に、圧縮された空気を供給する舶用排気タービン過給機である。

図１において、符号１０はタービンハウジング、符号１０ａは排気ガスの出口通路、符号１０ｂは排気ガスの入口通路、符号１２は軸流型のタービン翼、符号３はタービン翼１２の入口に設置されたタービンノズルであり、このタービンノズル３で静圧膨張された軸方向の排気ガス流によりタービン翼１２が回転駆動されるようになっている。

圧縮機５は、例えば、アルミニウム合金からなるコンプレッサ羽根車８と、ディフューザ４と、これらコンプレッサ羽根車８およびディフューザ４を収容するコンプレッサハウジング７とを備えている。コンプレッサハウジング７内には空気入口（作動流体入口）９が形成されており、この空気入口９からコンプレッサ羽根車８に空気（作動流体）が供給されるようになっている。そして、コンプレッサ羽根車８で加圧（圧縮）された空気は、ディフューザ４および出口スクロール７ａを通って、図示しない舶用ディーゼル機関（エンジン）に供給される。
なお、図１中の符号２は、ディスク１２ｓを備え、２個のラジアル軸受１６で支持されたタービンロータ軸、符号１ａは軸方向のスラストを受圧するスラスト軸受、符号１００は排気タービン過給機の回転軸である。

このような構成からなる排気タービン過給機１の作動時において、舶用ディーゼル機関からの排気ガスは、排気ガスの入口通路１０ｂを通り、タービンノズル３で静圧膨張された軸方向の排気ガス流によりタービン翼１２が回転駆動される。そして、タービン翼１２を駆動した排気ガスは、排気ガスの出口通路１０ａから外部に排出される。
タービン翼１２の回転は、タービンロータ軸２を介してコンプレッサ羽根車８を回転させ、コンプレッサハウジング７の空気入口９を通って吸入された空気は、コンプレッサ羽根車８で加圧され、ディフューザ４および出口スクロール７ａを通って、舶用ディーゼル機関に供給される。

さて、図２から図５のいずれかに示すように、本実施形態に係る排気タービン過給機の排気入口ケーシング（以下、「排気入口ケーシング」という。）２０は、タービンハウジング１０に取り付けられる第１のフランジ２１と、図示しないノズルリング等に取り付けられる第２のフランジ２２と、第３のフランジ２３と、外側ケーシング（外筒）２４と、内側ケーシング（内筒）２５とを備えている。

図３に示すように、第１のフランジ２１およびこの第１のフランジ２１の半径方向内側に位置する第２のフランジは、正面視環形状を呈する板状の部材であり、第３のフランジ２３は、背面視環形状を呈するとともに、第１のフランジ２１の外径よりも小さく、第２のフランジ２２の外径よりも大きい外径を有する板状の部材である。また、図１に示すように、第１のフランジ２１の中心および第２のフランジ２２の中心は、いずれも排気タービン過給機１の回転軸１００上に位置し、第３のフランジ２３の中心Ｃは、排気タービン過給機１の回転軸１００よりも下方にずれたところに位置している。すなわち、第１のフランジ２１と、第２のフランジ２２とは、同心円を形成し、第３のフランジ２３の中心Ｃは、排気タービン過給機１の回転軸１００上には位置しておらず、第１のフランジ２１の中心および第２のフランジ２２の中心と、第３のフランジ２３の中心Ｃとは、オフセットされた状態になっている。さらに、本実施形態では、第１のフランジ２１の端面（タービンハウジング１０と接する当接面）２１ａと、第２のフランジ２２の端面（タービンハウジング１０と接する当接面）２２ａと、第３のフランジ２３の端面（ノズルリング等と接する当接面）２３ａとは、互いに平行をなすようにして形成されている。

図２から図１０のいずれかに示すように、外側ケーシング２４は、第３のフランジ２３が接合される上流側の一端から、第１のフランジ２１が接合される下流側の他端に向かって漸次拡径する中空円筒状の部材であり、その内部には、内側ケーシング２５が一体成形されている（内側ケーシング２５がリブ等の他の部材を介さずに結合：連結されている）。
図３から図１０のいずれかに示すように、内側ケーシング２５は、入口通路１０ｂの入口２６から出口２７に向かって、その背面２５ａが上方に盛り上がるとともに、その両側面２５ｂおよび腹面２５ｃが、背面２５ａから周方向に沿って漸次拡がるように形成されて、これら背面２５ａ、両側面２５ｂ、および腹面２５ｃと、外側ケーシング２４の内周面２４ａとの間に、入口通路１０ｂを形成する部材である。

入口通路１０ｂは、平面視円形状を呈する入口２６から平面視環形状を呈する出口２７に向かって、その断面形状が円形状から馬蹄形状へ、馬蹄形状から環形状へと漸次変化して、入口２６に導かれた排気ガスを、入口２６から出口２７に向かって周方向に漸次拡散させながら出口２７に導く排気ガスの流路である。

本実施形態に係る排気入口ケーシング２０によれば、外側ケーシング２４と内側ケーシング２５とが、リブ５３（図１１参照）等の他の部材を介さずに一体成形されているので、局所的な熱応力および熱疲労破壊の発生を防止することができて、その結果、その疲労強度を向上させることができる。
また、断面視円形状を呈する入口２６の中心Ｃと、断面視環形状を呈する出口２７の中心とが、互いにオフセットされた状態になるように、外側ケーシング２４および入口通路１０ｂが曲げられているので、排気タービン過給機１の設置場所（位置）に制約がある場合でも、排気タービン過給機１を設置することができる。

本発明に係る排気タービン過給機１によれば、局所的な熱応力および熱疲労破壊の発生を防止することができて、その結果、その疲労強度を向上させることができる排気タービン過給機の排気入口ケーシング２０を具備しているので、排気タービン過給機全体の信頼性を向上させることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更・変形が可能である。

１排気タービン過給機
３タービンノズル
１０タービンハウジング
１０ｂ入口通路
２０排気入口ケーシング
２４外側ケーシング
２４ａ内周面
２５内側ケーシング
２５ａ背面
２５ｂ側面
２５ｃ腹面
２６入口
２７出口
５０排気入口ケーシング
５１外側ケーシング
５２内側ケーシング
５４入口通路
５５入口
５６出口
Ｃ入口の中心

Claims

排気タービン過給機を構成するタービンハウジングに取り付けられて、その入口に導かれた排気ガスを、前記タービンハウジングの内部で、かつ、その出口の下流側近傍に環状に配列されたタービンノズルに導く排気タービン過給機の排気入口ケーシングであって、
中空円筒状の外側ケーシングと、
前記入口から前記出口に向かって、その背面が一方に盛り上がるとともに、その両側面および腹面が、前記背面から周方向に沿って漸次拡がるように形成されて、これら背面、両側面、および腹面と、前記外側ケーシングの内周面との間に、入口通路を形成する内側ケーシングとを備えていることを特徴とする排気タービン過給機の排気入口ケーシング。
断面視円形状を呈する前記入口の中心と、断面視環形状を呈する前記出口の中心とが、互いにオフセットされた状態になるように、前記外側ケーシングが曲げら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排気入口ケーシング。
請求項１または２に記載の排気タービン過給機の排気入口ケーシングを具備してなることを特徴とする排気タービン過給機。