JP2015052276A - タービン、ターボ過給機、内燃機関、及び船舶 - Google Patents

Abstract

【課題】開閉弁を閉じた際の性能低下を抑え、内側ケーシングの設計工数及び製造コストを抑えたタービンを提供する。【解決手段】タービン動翼４と、排気ガスの流路を形成する内側ケーシング２１及び外側ケーシング２２と、内側ケーシング２１及び外側ケーシング２２の外周に設けられ、排気ガスを、タービン動翼４を通過させずに、排気ガス出口２８ａに導くためのバイパス流路５２を形成するバイパス部５０と、バイパス流路５２を開閉する開閉弁５１とを備えるタービンを提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、タービン、ターボ過給機、内燃機関、及び船舶に関する。

舶用内燃機関や発電用内燃機関等（例えば、ディーゼル機関）には、低負荷で動作する際の性能を改善することが求められている。低負荷で動作する際の性能を改善するためには、内燃機関に搭載された過給機の過給圧を高めに設定するのが望ましいが、内燃機関が高負荷で動作する際には過給圧が高くなりすぎてしまう。そこで、内燃機関が高負荷で動作して排気ガスの量が多い場合に、排気ガスが過給機をバイパスするようにして過給圧の上がりすぎを抑える、いわゆる排気ガスバイパスシステムが実用化されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

特開２０１１−１４９３２７号公報 特開２０１３−１２４６２６号公報

特許文献１の排気ガスバイパスシステムは、特許文献１の図１に示されているように、一端が排気管Ｌ１の途中に接続され、他端が排気管Ｌ３の途中に接続されたバイパス管Ｌ２と、バイパス管Ｌ２の途中に設けられて過給機３へ導かれる排気ガスの流量を制御する排気ガスバイパス制御弁Ｖ１と、により構成されている。このように、特許文献１のシステムでは、過給機３に流入する前の排気ガスを分岐させるために、バイパス管Ｌ２を過給機３とは別に設ける必要がある。

したがって、スペースの限られた機関室内にバイパス管Ｌ２を引き回さなければならず、バイパス管Ｌ２を引き回すのに必要なスペースを確保できない船舶には、排気ガスバイパスシステムを適用することができないといった問題点があった。
また、バイパス管Ｌ２を引き回すのに必要なスペースを確保できたとしても、機関室内においてバイパス管Ｌ２を引き回す大掛かりな配管工事を行わなければならず、コスト的に見合わないといった問題点があった。

一方、特許文献２の排気ガスバイパスシステムは、特許文献２の図１に示されているように、ターボ過給機１の内部に排気ガスバイパス流路２２ｂが設けられている。したがって、特許文献１の排気ガスバイパスシステムのように、過給機とは別にバイパス管を設ける必要はない。特許文献２の排気ガスバイパスシステムは、内側ケーシングと外側ケーシングとの間にバイパス室３２を設け、バイパス室３２に連通した排気ガスバイパス流路２２に排気ガスを導いている。

しかしながら、内側ケーシングと外側ケーシングとの間には軸流タービンに排気ガスを導く内周側流路が設けられており、バイパス室３２と内周側流路とが一部連通した状態となっている。また、ターボ過給機１に排気ガスが流入する入口からバイパス室３２に至る流路に開閉弁が設けられている。
そのため、開閉弁を閉じて排気ガスのバイパスを行わないようにしても、バイパス室３２から排気ガスが流出し、ターボ過給機１の性能への悪影響が生じる可能性があるという問題があった。具体的には、内側ケーシング内の排気ガスの一部が、内側ケーシングと外側ケーシングとの間の隙間からバイパス室３２へ流入してタービン動翼を通過せずに外部に流出し、タービン動翼の駆動に用いられる排気ガスの流量が減少するという問題があった。さらに、特許文献２の内側ケーシングは、バイパス室３２を形成するための特殊な構造とする必要があり、内側ケーシングの設計工数がかかり、製造コストが増大するという問題もあった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、開閉弁を閉じた際の性能低下を抑えるとともに、ケーシングの設計工数及び製造コストを抑えることが可能なタービン、ターボ過給機、これを備えた内燃機関、及び船舶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。
本発明に係るタービンは、内燃機関から排出された排気ガスにより駆動するタービンであって、タービン動翼と、前記排気ガスの流路を形成するケーシングと、前記ケーシングの外周に設けられ、前記排気ガスを、前記タービン動翼を通過させずに、排気ガス出口に導くためのバイパス流路を形成するバイパス部と、前記バイパス流路を開閉する開閉弁と、を備えることを特徴とする。

本発明に係るタービンには、内燃機関から排出された排気ガスの流路を形成するケーシングの外周に設けられたバイパス部によりバイパス流路が形成されている。このバイパス流路は、排気ガスを、タービン動翼を通過させずに排気ガス出口に導く流路であり、この流路には開閉弁が設けられている。バイパス流路を開閉弁により閉じた場合、排気ガスがタービン動翼を通過せずに排気ガス出口に導かれることはないので、タービンの性能に悪影響を与えることはない。
このように、本発明に係るタービンによれば、開閉弁を閉じた際の性能低下を抑えるとともに、ケーシングの設計工数及び製造コストを抑えることが可能となる。

本発明の第１態様に係るタービンは、前記ケーシングが、前記タービン動翼の回転軸と同軸に配置される内側ケーシングと、前記内側ケーシングの外側に配置され、排気ガス入口から前記タービンの回転軸方向に交差する方向に流入する前記排気ガスを前記タービン動翼に導く内周側流路を、前記内側ケーシングとともに形成する外側ケーシングと、を備え、前記外側ケーシングは、前記回転軸方向に交差する方向に開口し、前記バイパス流路の入口部に連通する第１開口部と、前記回転軸方向に交差する方向に開口し、前記バイパス流路の出口部に連通する第２開口部と、前記内周側流路よりも外周側に配置され、前記第２開口部から流入する前記排気ガスを前記排気ガス出口へ導く外周側流路と、を有することを特徴とする。

本発明の第１態様に係るタービンは、排気ガス入口から流入する排気ガスを、内側ケーシング及び外側ケーシングにより形成される内周側流路によりタービン動翼に導く。タービン動翼を通過した排気ガスは、排気ガス出口に導かれる。また、タービン動翼の回転軸方向に交差する方向に沿って内周側流路に流入した排気ガスは、外側ケーシングの第１開口部を介してバイパス流路の入口部に流入する。第１開口部は、タービン動翼の回転軸方向に交差する方向に開口しているので、タービン動翼の回転軸方向に交差する方向の速度成分を持った排気ガスが第１開口部からバイパス流路の入口部に流入する。第１開口部から流入した排気ガスは第２開口部から外周側流路に流入し、タービン動翼を通過した排気ガスと合流し、排気ガス出口に導かれる。

バイパス流路は開閉弁を挟んで外側ケーシングが備える第１開口部と第２開口部を接続するものであり、開閉弁が閉じた状態では、排気ガス入口から流入するガスはタービン翼４を通らずにタービン出口ケーシングへ漏出することはない。従って、ターボ過給機の性能に悪影響を及ぼすことはない。また、内側ケーシングは、バイパス流路に排気ガスを導くための特殊な構造とはなっておらず、外側ケーシングとともにタービンに排気ガスを導く内周側流路を形成する構造となっている。
このように、本発明に係るターボ過給機によれば、開閉弁を閉じた際の性能低下を抑えるとともに、内側ケーシングの設計工数及び製造コストを抑えることができる。

本発明の第１態様のターボ過給機においては、前記内側ケーシング及び前記外側ケーシングは、前記排気ガス出口を形成する排気出口ケーシングにそれぞれ複数のボルトにより接合されており、前記内側ケーシング及び前記外側ケーシングは、前記複数のボルトを着脱することにより、前記タービン動翼の前記回転軸周りの前記排気ガス案内部に対する回転位置を任意に設置可能な構成であってもよい。
このようにすることで、内側ケーシング及び外側ケーシングに設けられた排気ガス入口と排気出口ケーシングに設けられた排気ガス出口とを、ターボ過給機が設置される環境に応じた任意の回転位置に設置することができる。

本発明に係るターボ過給機は、上記いずれかのタービンを備えている。
また、本発明に係る内燃機関は、上記のターボ過給機を備えている。
また、本発明に係る船舶は、上記の内燃機関を備えている。

本発明によれば、開閉弁を閉じた際の性能低下を抑えるとともに、ケーシングの設計工数及び製造コストを抑えることが可能なタービン、ターボ過給機、これを備えた内燃機関、及び船舶を提供することができる。

本発明の一実施形態のターボ過給機の縦断面図である。 図１のターボ過給機の右側面図であり、バイパス部及び開閉弁が省略された図である。 図１のターボ過給機の右側面図である。

以下、本発明の一実施形態のターボ過給機について、図１を参照しながら説明する。
図１は本実施形態のターボ過給機を示す縦断面図である。

ターボ過給機１は、例えば、舶用内や発電用の内燃機関（不図示）の燃焼用空気を圧縮し、密度の高い空気を内燃機関の燃焼室内へ強制的に送り込む装置である。なお、本実施形態のターボ過給機１は内燃機関に設けられており、ターボ過給機１を備える内燃機関は船舶に設けられている。

ターボ過給機１は、内燃機関から排出された排気ガスにより駆動する。ターボ過給機１は、内燃機関が排出する排気ガスによって駆動される軸流タービン２と、軸流タービン２によって回転駆動されるロータ軸（回転軸）３と、ロータ軸３が回転駆動することによって空気を圧縮する圧縮機（不図示）と、軸流タービン２と圧縮機との間に設けられてロータ軸３を軸受け支持する軸受台（図示せず）と、を備えている。
なお、図１中に格子状のハッチングで示す部分は、断熱および防音の目的で設置された断熱材１１である。

軸流タービン２は、内燃機関から排出される排気ガスによって回転駆動されるタービン動翼４と、タービン動翼４に排気ガスを導くタービンノズル５と、排気入口ケーシング１０と、を備えている。

タービン動翼４は、タービンノズル５の出口となる下流側に近接する位置に配置されている。ロータ軸３の軸方向の一端部には、円盤形状をなすタービンディスク６が配置されている。タービン動翼４は、タービンディスク６の外周縁部に、周方向に沿って等間隔で複数枚取り付けられている。そして、タービンノズル５から噴出する高温の排気ガスがタービン動翼４を通過して膨張することにより、タービンディスク６およびロータ軸３が回転する。

タービンノズル５は、ロータ軸３を中心軸とした周方向に沿って環状に配置された複数枚のノズルガイドベーン５ａと、ノズルガイドベーン５ａの根元側（内周側）に配置され、ノズルガイドベーン５ａの根元と接合されるリング形状の内周側部材５ｂとを備える。また、タービンノズル５は、ノズルガイドベーン５ａの翼端側（外周側）に配置され、ノズルガイドベーン５ａの翼端と接合されるリング形状の外周側部材５ｃとを備える。タービンノズル５は、一般にノズルリングとも呼ばれるものであり、タービン動翼４の上流側の近接した位置に配置されている。

外周側部材５ｃは、排気ガスの出口側（排気ガス流れの下流側）から入口側（排気ガス流れの上流側）にかけてラッパ形状に拡径する形状となっている。また、排気入口ケーシング１０の一部である外側ケーシング２２のタービンディスク６側の端部には、排気入口ケーシング１０の内周面をタービンディスク６の方向へ折り曲げるようにして形成された段差部１２が設けられている。 そして、この段差部１２と、外周側部材５ｃの排気ガス入口側の端部に設けられた段差部５ｄとが軸方向で係合（嵌合）するように構成されている。

外周側部材５ｃの出口側（排気ガス流れの下流側）の端部には、排気ガス案内筒７（排気ガス案内部）が連結されている。外周側部材５ｃと排気ガス案内筒７との連結部は、互いの端部どうしを嵌合させたインロー構造となっている。排気ガス案内筒７は、軸流タービン２を通過した排気ガスを排気ガス出口２８ａに導くものである。

排気入口ケーシング１０（ケーシング）は、別体の内側ケーシング２１と外側ケーシング２２とが、ボルト２３を含む締結部により接合された部材である。内側ケーシング２１と外側ケーシング２２は、軸流タービン２と同軸に配置される。外側ケーシング２２は、内側ケーシング２１の外側に配置されている。内側ケーシング２１と外側ケーシング２２との間に形成される空間が、排気ガスをタービンノズル５に導くための排気ガス通路（内周側流路）２６となっている。排気ガス入口１０ａから軸流タービン２の軸方向に交差する方向（図１に示す例では直交する方向）に流入する排気ガスは、排気ガス通路２６に導かれる。

排気ガス通路２６には、整流板６１が配置されている。整流板６１は、排気ガス入口１０ａから排気ガス通路２６に流入した排気ガスのタービン軸２の軸線周りの回転成分を抑制するためのものである。排気ガスが整流板６１に突き当たることにより、排気ガスのタービン軸２の軸線周りの回転成分が抑制され、軸線に沿った流れに変換される。

整流板６１は、排気ガス入口１０ａの反対側の位置（タービン軸２の軸線周りに１８０°位相がずれた位置）に配置されている。この位置に整流板６１を設けることにより、整流板６１で仕切られた排気ガス通路２６の内部の空間が、タービン軸２の軸線方向からみて左右対称の空間となる。このようにすることで、排気ガス入口１０ａから流入した排気ガスが、タービン軸２の軸線方向からみて左右均等に流れる。

内側ケーシング２１と外側ケーシング２２とにより構成される二重構造の排気入口ケーシング１０は、排気ガス流路２６がタービン動翼４の回転方向の全周にわたって形成されている。排気入口ケーシング１０の排気ガス入口１０ａから図１中に矢印ＩＮで示すように導入された排気ガスは、排気ガス流路２６を通って排気ガス出口１０ｂに導かれる。その後、排気ガスは、図１中に矢印ＯＵＴで示すようにして排気出口ケーシング２８の排気ガス出口２８ａから外部へ排出される。また、排気ガス出口１０ｂは、タービン動翼４の回転方向の全周にわたってタービンノズル５へ排気ガスを供給するように開口して設けられている。

排気入口ケーシング１０は、ボルト６０を含む複数のボルトにより排気出口ケーシング２８に接合されている。排気入口ケーシング１０は、ボルト６０を含む複数のボルトを着脱することにより、軸流タービン２の軸周りの排気出口ケーシング２８に対する回転位置を任意に設定可能である。

図２は、図１のターボ過給機の右側面図であり、バイパス部５０及び開閉弁５１が省略された図である。
図２において、実線で示される排気出口ケーシング２８は図１に示す排気出口ケーシングに対応している。図１及び図２において実線で示す排気出口ケーシング２８の配置によれば、排気ガス入口１０ａと排気ガス出口１０ｂとが同一方向となるように、排気入口ケーシング１０に対する排気出口ケーシング２８の回転位置を設定することができる。また、図２において実線で示す排気出口ケーシング２８の配置によれば、排気ガス入口１０ａと排気ガス出口１０ｂとが直交する方向となるように、排気入口ケーシング１０に対する排気出口ケーシング２８の回転位置を設定することができる。また、図２には示されていないが、回転位置は任意に設定可能である。

上述した二重構造の排気入口ケーシング１０において、内側ケーシング２１の一端部（図１において右側の端部）は、外側ケーシング２２の一端部（図１において右側の端部）にボルト２３を含む締結部により固定支持されている。すなわち、内側ケーシング２１には、タービンディスク６の反対側となる図１中の右側の端部に形成されたフランジ面２１ａが設けられている。このフランジ面２１ａに、外側ケーシング２２のフランジ面２２ａを重ね合わせた状態にして、ボルト２３を含む締結部により締め付けていくことにより、内側ケーシング２１と外側ケーシング２２とが固定される。これらフランジ面２１ａ，２２ａは、いずれもタービンディスク６と一体に回転するロータ軸３の軸方向に直交する面上に配置される。
一方、内側ケーシング２１の他端部（図１において左側の端部）における内周部には、タービンノズル５と一体成形された内周側部材５ｂがボルト３０を介して取り付けられている。

外側ケーシング２２の内周部には、軸流タービン２の軸方向に直交する方向（図１に示す例では直交する方向）に開口する第１開口部２２ｂが設けられている。第１開口部２２ｂは外側ケーシング２２の外周面に開口しており、バイパス流路５２を形成するバイパス部５０の入口部に連通している。バイパス流路５２は、内周側に配置される排気ガス流路２６に流入する排気ガスを、軸流タービン２を通過させずに排気ガス出口２８ａに導く流路である。

また、外側ケーシング２２の内周部には、軸流タービン２の軸方向に直交する方向（図１に示す例では直交する方向）に開口する第２開口部２２ｃが設けられている。第２開口部２２ｃは外側ケーシング２２の外周面に開口しており、バイパス流路５２を形成するバイパス部５０の出口部に連通している。

バイパス部５０は、第１バイパス部５０ａと第２バイパス部５０ｂの２つの部材により構成されている。第１バイパス部５０ａは、外側ケーシング２２の第１開口部２２ｂにボルト等により固定されている管状部材である。また、第２バイパス部５０ｂは、外側ケーシング２２の第２開口部２２ｃにボルト等により固定されている管状部材である。

第１バイパス部５０ａと第２バイパス部５０ｂとの間には、バイパス流路５２を開閉する開閉弁５１が設けられている。開閉弁５１が開状態となる場合に第１開口部２２ｂに流入した排気ガスが第２開口部２２ｃに向けて流通する。一方、開閉弁５１が閉状態となる場合に第１開口部２２ｂに流入した排気ガスが第２開口部２２ｃに向けて流通しないように遮断される。

なお、開閉弁５１は開状態又は閉状態のいずれか一方の状態となるように制御部（不図示）により制御するものとするが、他の態様であってもよい。例えば、開度が異なる複数段階の開状態と閉状態のいずれかの状態となるように制御部が制御するようにしてもよい。例えば、ターボ過給機１の周囲の大気の温度が比較的高く、バイパス流路５２を通過させる排気ガスの流量を少量とした方が良い場合には、開度を小さくした開状態となるように制御部（不図示）が制御するようにしてもよい。

図１は、バイパス部５０及び開閉弁５１を、排気ガス入口１０ａに対向する位置（軸流タービン２の軸周りに１８０度の回転位置）に設けるものであるが、他の回転位置であってもよい。
図３は、図１のターボ過給機の右側面図である。図３において実線で示すバイパス部５０及び開閉弁５１は、図１に示すものと同位置に配置されている。一方、図３において破線で示すバイパス部５０及び開閉弁５１は、図１に示すものとは異なる位置に配置されている。その他、バイパス部５０及び開閉弁５１は軸流タービン２の軸周りの任意の回転位置に設けてもよい。

バイパス部５０及び開閉弁５１の排気ガス入口１０ａに対する軸流タービン２の軸周りの回転位置は、外側ケーシング２２を製造する際に決定されるものであるが、ターボ過給機１が設置される船舶内の設置場所の環境等に応じて決定するのが望ましい。また、図２を用いて説明したように、排気入口ケーシング１０に対する排気出口ケーシング２８の回転位置は、ボルトの着脱により任意に調整することができる。したがって、ターボ過給機１が設置される船舶内の設置場所の環境等に応じて、排ガス入口１０ａの位置、バイパス部５０及び開閉弁５１の位置、並びに、排気ガス出口２８ａの位置を任意に設定することが可能である。これにより、船舶内の設置場所の環境等に応じた適切なターボ過給機１を提供することができる。

外側ケーシング２２の第２開口部２２ｃは、第２開口部２２ｃから流入する排気ガスを排気ガス案内筒７（排気ガス案内部）へ導く排気ガス流路３２（外周側流路）に連通している。排気ガス流路３２は、図１に示すように、排気ガス流路２６（内周側流路）よりも外周側に配置されている。

排気ガス流路３２は、外側ケーシング２２の他端部（図１において左側の端部）を形成する他端面２２ｄと、外周側部材５ｃの半径方向外側（外周側）に位置する外周面と、他端面２２ｄと対向して排気ガス案内筒７の一端部（図１において右側の端部）において凹所（窪み）を形成する一面７ａとにより形成された空間となっている。

排気ガス流路３２と、排気出口ケーシング２８内において排気ガス案内筒７の半径方向外側（外周側）に形成される空間Ｓ１とは、一面７ａと、その反対側に位置する他面７ｂとを板厚方向に貫通する貫通穴４８を介して連通している。したがって、バイパス流路５２と、空間Ｓ１とは、排気ガス流路３２および貫通穴４８を介して連通していることになる。

次に、以上のように構成されたターボ過給機１における排気ガスの流れについて説明する。
内燃機関の負荷が低く、内燃機関から排出される排気ガスの量が少ない場合、制御部（不図示）からの指示により開閉弁５１は全閉状態となる。この場合、内燃機関から排出される排気ガスの全量が内周側の排気ガス流路２６を介して軸流タービン２に流れ込む。

排気入口ケーシング１０の排気ガス出口１０ｂに導かれた排気ガスは、排気入口ケーシング１０の排気ガス出口１０ｂからタービンノズル５に導かれる。排気ガスは、タービンノズル５を通った後にタービンノズル５の下流側から排出され、タービン動翼４の全体に導かれる。このようにタービン動翼４の全体に導かれた排気ガスは、タービン動翼４を通過する際に膨張してタービンディスク６およびロータ軸３を回転させる。

一方、内燃機関の負荷が高く、内燃機関から排出される排気ガスの量が多い場合、制御部（不図示）からの指示により開閉弁５１が全開状態となる。この場合、内燃機関から排出される排気ガスの一部（例えば、排気ガスの全量の４％〜２０％）がバイパス流路５２に流れ込み、残りの排気ガス（例えば、全量の９６％〜８０％）が、排気ガス流路２６を通って排気入口ケーシング１０の排気ガス出口１０ｂに導かれる。

なお、前述したように、開閉弁５１が、開度が異なる複数段階の開状態と閉状態のいずれかの状態となるように制御部（不図示）により制御される場合、開閉弁５１の開度を各種の条件に応じて適切に制御して内燃機関の燃費の悪化を抑えるようにするのが好ましい。例えば、制御部が、ターボ過給機１が備える圧縮機（不図示）の吸込み空気温度や内燃機関の負荷に応じて、開閉弁５１の開度を必要最小限で変動させるようにするのが好ましい。このようにすることで、内燃機関の燃費の悪化を生じさせるような燃焼用空気の流量の急激な変動が生じないようにすることができる。

バイパス流路５２に導かれた排気ガスは、排気ガス流路３２、および貫通穴４８を通って空間Ｓ１に導かれ、タービン動翼４を通過した排気ガスとともに、排気出口ケーシング２８の排気ガス出口２８ａから外部へ排出される。そして、排気ガスがタービン動翼４を通過する際に膨張してタービンディスク６およびロータ軸３を回転させることにより、ロータ軸３の他端部に設けられた圧縮機が駆動され、内燃機関に供給する空気が圧縮される。

また、開閉弁５１は、例えば、圧縮機から送出される空気の圧力、または内燃機関の燃焼室に供給される空気の圧力が絶対圧力で０．２ＭＰａ（２ｂａｒ）よりも低い場合（低負荷状態の場合）に、全閉状態となる。一方、圧縮機から送出される空気の圧力、または内燃機関の燃焼室に供給される空気の圧力が絶対圧力で０．２ＭＰａ（２ｂａｒ）以上の場合（高負荷運転の場合）に、全開状態となる。

以上説明したように本実施形態のターボ過給機１は、排気ガス入口１０ａから流入する排気ガスを、内側ケーシング２１及び外側ケーシング２２により形成される排気ガス流路２６（内周側流路）により軸流タービン２に導く。軸流タービン２を通過した排気ガスは、排気ガス案内筒７により排気ガス出口２８ａに導かれる。また、軸流タービン２の軸方向に交差する方向に沿って排気ガス流路２６（内周側流路）に流入した排気ガスは、外側ケーシング２２の第１開口部２２ｂを介してバイパス流路５２の入口部に流入する。第１開口部２２ｂは、軸流タービン２の軸方向に交差する方向に開口しているので、軸流タービン２の軸方向に交差する方向の速度成分を持った排気ガスが第１開口部２２ｂからバイパス流路５２の入口部に流入する。第１開口部２２ｂから流入した排気ガスは第２開口部２２ｃから排気ガス流路３２（外周側流路）に流入し、軸流タービン２を通過した排気ガスと合流し、排気ガス出口２８ａに導かれる。

バイパス流路５２は外側ケーシング２２が備える第１開口部２２ｂと第２開口部２２ｃとを接続する通路であるため、バイパス流路５２を開閉弁５１により閉じた場合に、開閉弁５１の下流側の排気ガスは軸流タービン２に導かれない。したがって、開閉弁５１の下流側の排気ガスがターボ過給機１の性能に悪影響を及ぼすことはない。また、開閉弁５１の上流側の排気ガスは、第１開口部２２ｂからバイパス流路５２の入口部に流入しようとする排気ガスによって第１開口部２２ｂ部分に押し込められた状態となる。したがって、開閉弁５１の上流側の排気ガスがターボ過給機１の性能に悪影響を及ぼすことはない。また、内側ケーシング２１は、バイパス流路５２に排気ガスを導くための特殊な構造とはなっておらず、外側ケーシング２２とともに軸流タービン２に排気ガスを導く排気ガス流路２６（内周側流路）を形成する構造となっている。
このように、本実施形態のターボ過給機１によれば、開閉弁５１を閉じた際の性能低下を抑えるとともに、内側ケーシング２１の設計工数及び製造コストを抑えることができる。

本実施形態のターボ過給機１は、内側ケーシング２１及び外側ケーシング２２が、排気出口ケーシング２８にそれぞれ複数のボルトにより接合されており、内側ケーシング２１及び外側ケーシング２２は、複数のボルトを着脱することにより、軸流タービン２の軸周りの排気ガス案内筒７に対する回転位置を任意に設置可能である。
このようにすることで、内側ケーシング２１及び外側ケーシング２２に設けられた排気ガス入口１０ａと排気出口ケーシング２８に設けられた排気ガス出口２８ａとを、ターボ過給機１が設置される環境に応じた任意の回転位置に設置することができる。

本実施形態のターボ過給機１の運転方法は、開閉弁５１を開状態にして、排気ガス流路２６からバイパス流路５２へ排気ガスの一部を迂回させる工程と、開閉弁５１を開状態にして、排気ガス流路２６からバイパス流路５２に排気ガスを迂回させずに、排気ガス流路２６から軸流タービン２へ排気ガスの全量を流入せる工程と、を備える。このようにすることで、バイパス流路５２へ排気ガスの一部を迂回させるかどうかを適切に切り替えてターボ過給機１を運転することができる。

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、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、適宜必要に応じて変形実施、変更実施することができる。

また、上述した実施形態では、軸流タービンを用いて説明したが、遠心式／斜流式のタービンや、パワータービン等の回転機械にも適用可能である。

１ ターボ過給機
２ 軸流タービン
３ ロータ軸
４ タービン動翼
５ タービンノズル
７ 排気ガス案内筒（排気ガス案内部）
１０ 排気入口ケーシング（ケーシング）
１０ａ 排気ガス入口
１０ｂ 排気ガス出口
２１ 内側ケーシング
２２ 外側ケーシング
２２ｂ 第１開口部
２２ｃ 第２開口部
２６ 排気ガス流路（内周側流路）
２８ 排気出口ケーシング
３０，６０ ボルト
３２ 排気ガス流路（外周側流路）
４８ 貫通穴
５０ バイパス部
５１ 開閉弁
５２ バイパス流路

Claims (6)

1. 内燃機関から排出された排気ガスにより駆動するタービンであって、
   タービン動翼と、
   前記排気ガスの流路を形成するケーシングと、
   前記ケーシングの外周に設けられ、前記排気ガスを、前記タービン動翼を通過させずに、排気ガス出口に導くためのバイパス流路を形成するバイパス部と、
   前記バイパス流路を開閉する開閉弁と、
   を備えることを特徴とするタービン。
2. 前記ケーシングは、
   前記タービン動翼の回転軸と同軸に配置される内側ケーシングと、
   前記内側ケーシングの外側に配置され、排気ガス入口から前記タービン動翼の回転軸方向に交差する方向に流入する前記排気ガスを前記タービン動翼に導く内周側流路を、前記内側ケーシングとともに形成する外側ケーシングと、を備え、
   前記外側ケーシングは、
   前記回転軸方向に交差する方向に開口し、前記バイパス流路の入口部に連通する第１開口部と、
   前記回転軸方向に交差する方向に開口し、前記バイパス流路の出口部に連通する第２開口部と、
   前記内周側流路よりも外周側に配置され、前記第２開口部から流入する前記排気ガスを前記排気ガス出口へ導く外周側流路と、を有することを特徴とする請求項１に記載のタービン。
3. 前記内側ケーシング及び前記外側ケーシングは、前記排気ガス出口を形成する排気出口ケーシングにそれぞれ複数のボルトにより接合されており、
   前記内側ケーシング及び前記外側ケーシングは、前記複数のボルトを着脱することにより、前記タービン動翼の前記回転軸周りの前記排気出口ケーシングに対する回転位置を任意に設置可能であることを特徴とする請求項２に記載のタービン。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のタービンを備えることを特徴とするターボ過給機。
5. 請求項４に記載のターボ過給機を備えることを特徴とする内燃機関。
6. 請求項５に記載の内燃機関を備えることを特徴とする船舶。

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