JP2015059525A - Exhaust turbine supercharger - Google Patents

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JP2015059525A JP2013194402A JP2013194402A JP2015059525A JP 2015059525 A JP2015059525 A JP 2015059525A JP 2013194402 A JP2013194402 A JP 2013194402A JP 2013194402 A JP2013194402 A JP 2013194402A JP 2015059525 A JP2015059525 A JP 2015059525A
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浜上 義行
Yoshiyuki Hamagami
義行 浜上
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To maintain an appropriate clearance between a turbine blade and a shroud ring by considering the mounting structure and shape of the shroud ring in an exhaust turbine supercharger.SOLUTION: An axial flow type exhaust turbine supercharger includes: a gas inlet casing that defines an exhaust gas flow passage; a gas outlet casing 6 communicated with the gas inlet casing via an exhaust gas outlet guide cylinder 5; and a turbine moving blade 7 and a turbine nozzle 8 disposed adjacent to the turbine moving blade, which are located on the upstream side of the exhaust gas outlet guide cylinder. Expansion of exhaust gas introduced to the turbine moving blade through the turbine nozzle causes rotation of the turbine moving blade, and by using axial rotating force obtained by the rotation of the turbine moving blade, a compressor is rotated. A shroud ring 20 that surrounds the turbine moving blade and defines a clearance g with a tip of the turbine moving blade is arranged on the upstream side of the exhaust gas outlet guide cylinder. One peripheral edge side of the shroud ring is fixed to the upstream side of the exhaust gas outlet guide cylinder, and the other peripheral edge side is engaged with the turbine nozzle side so as to enable expansion of the diameter in the radial direction.

Description

本発明は、たとえば舶用内燃機関や発電用内燃機関等の大型内燃機関と組み合わせて使用される排気タービン過給機に係り、特に、軸流タービンを用いて内燃機関の過給を行う排気タービン過給機に関する。   The present invention relates to an exhaust turbine supercharger used in combination with a large internal combustion engine such as a marine internal combustion engine or a power generation internal combustion engine, and more particularly to an exhaust turbine turbocharger that supercharges an internal combustion engine using an axial flow turbine. Regarding the feeder.

従来より、内燃機関の出力を向上させるため、各種の過給機が使用されている。例えば船舶や発電装置等のように高出力が要求される大型のディーゼルエンジン等においては、軸流タービンを用いた排気タービン過給機が採用されている。これは、エンジン自体が大型で吸気量も非常に多くなることから、排気タービン過給機も大型で大容量のものが必要となるので、ラジアルタービンと比較して容易に且つ安価に製造可能な軸流タービンが考えられるからである。
排気タービン過給機は、一般に、一段の排気ガスタービンと、その同一回転軸上に、取り付けられた圧縮機とを具備し、排気により排気ガスタービンを回転させ、その回転力で圧縮機を駆動する構成のものである。
Conventionally, various types of superchargers have been used to improve the output of an internal combustion engine. For example, an exhaust turbine supercharger using an axial turbine is employed in a large diesel engine or the like that requires high output, such as a ship or a power generation device. This is because the engine itself is large and the amount of intake air is very large, so the exhaust turbine supercharger must be large and have a large capacity, and can be manufactured easily and inexpensively compared to a radial turbine. This is because an axial turbine can be considered.
An exhaust turbine supercharger generally includes a single stage exhaust gas turbine and a compressor mounted on the same rotating shaft, and rotates the exhaust gas turbine by exhaust gas, and drives the compressor with the rotational force. It is a thing of composition to do.

軸流タービンを採用した従来の排気タービン過給機には、本出願人が特許文献1に示すように開示したものがある。
この場合、特許文献1では、ケーシングの組立構造により熱膨張の問題や重量増加の問題を解決する技術を提案している。すなわち、特許文献1では、別体の内側ケーシング及び外側ケーシングをボルト結合により一体化して両ケーシング間に形成される空間が排気ガスをタービンノズルに導く排気ガス流路となる二重構造のガス入口ケーシングを備え、排気ガス流路をタービン回転方向の全周にわたって設けるとともに、内側ケーシングを軸方向へ着脱可能としている。
かかる特許文献1において、過給気の排気ガスはガス入口ケーシング、タービンノズル、タービン動翼からガス出口ケーシングに導かれ、ガス出口から外部へ排出される。
As a conventional exhaust turbine supercharger employing an axial flow turbine, there is one disclosed by the present applicant as shown in Patent Document 1.
In this case, Patent Document 1 proposes a technique for solving the problem of thermal expansion and the problem of weight increase by the assembly structure of the casing. That is, in Patent Document 1, a gas inlet having a double structure in which a separate inner casing and outer casing are integrated by bolting and a space formed between the two casings serves as an exhaust gas flow path that guides exhaust gas to the turbine nozzle. A casing is provided, exhaust gas passages are provided over the entire circumference in the turbine rotation direction, and the inner casing is detachable in the axial direction.
In Patent Document 1, supercharged exhaust gas is led from a gas inlet casing, a turbine nozzle, and a turbine rotor blade to a gas outlet casing, and discharged from the gas outlet to the outside.

ところで、上記軸流タービンを用いた排気タービン過給機では、内外のケーシング間に大きな温度差はなく、半径方向の熱延びが均一化するので、タービンノズルとガス案内筒とのインロー構造が可能となり、嵌合部のシール性が向上して、ガス漏れを防止できるとしている。   By the way, in the exhaust turbine supercharger using the axial turbine described above, there is no large temperature difference between the inner and outer casings, and the heat spread in the radial direction is uniform, so an inlay structure between the turbine nozzle and the gas guide cylinder is possible. Thus, the sealing performance of the fitting portion is improved and gas leakage can be prevented.

また、特許文献2では、高温域で使用されるガスタービンのタービン動翼の先端とシュラウドリングとの隙間を効果的にシールして、タービン効率を向上できるとしている。   Moreover, in patent document 2, the clearance gap between the front-end | tip and shroud ring of the turbine rotor blade of the gas turbine used in a high temperature area is effectively sealed, and it is supposed that turbine efficiency can be improved.

特開昭2006−153002号公報JP 2006-153002 A 特開平10−220204号公報JP-A-10-220204

しかしながら、特許文献1では、タービン動翼先端とガス案内筒との間には、タービン翼先端隙間(クリアランス)が存在しており、過給機運転時において、タービン動翼が遠心および熱膨張により径方向に伸びて、対峙するガス出口案内筒とのタービン翼先端隙間が小さくなり、接触する虞がある。
また、特許文献2では、タービン動翼先端とシュラウドリングとの隙間を極力抑えるために、シュラウドリング側のタービン動翼先端と対面する部位に、タービン動翼の先端を一部臨ませる掘り込み溝を形成し、その溝内にセラミック繊維を設けるようにしている。このように、シュラウドリングに特別な加工が必要で煩雑であり、消耗が進みやすく、他の部品に比較してシュラウドリングの交換頻度は高くなる。
本発明は、以上のような背景から提案されたものであって、熱膨張を考慮に入れた、シュラウドリングの取り付け構造、素材、形状を採用し、タービン翼とシュラウドリングの適正な隙間を確保し、タービン翼先端とシュラウドリングとの接触等の問題がないようにした、排気タービン過給機を提供することを目的とする。
However, in Patent Document 1, there is a turbine blade tip clearance (clearance) between the turbine rotor blade tip and the gas guide cylinder, and the turbine rotor blade is subjected to centrifugal and thermal expansion during supercharger operation. The turbine blade tip clearance between the gas outlet guide cylinder and the gas outlet guide cylinder that extends in the radial direction may be reduced and contact may occur.
Further, in Patent Document 2, in order to suppress the gap between the turbine blade tip and the shroud ring as much as possible, a dug groove that allows the tip of the turbine blade to partially face the portion facing the turbine blade tip on the shroud ring side. And a ceramic fiber is provided in the groove. In this way, special processing is required for the shroud ring, which is complicated, and wears out easily, and the frequency of replacement of the shroud ring is higher than other parts.
The present invention has been proposed from the background as described above, and adopts a shroud ring mounting structure, material, and shape taking thermal expansion into account, and ensures an appropriate clearance between the turbine blade and the shroud ring. It is an object of the present invention to provide an exhaust turbine supercharger in which there is no problem such as contact between a turbine blade tip and a shroud ring.

上記課題を解決するために、請求項1記載の本発明では、導入される排気ガスを通流する排気ガス流路を画成するガス入口ケーシングと、ガス入口ケーシングと排ガス出口案内筒を介して連通するガス出口ケーシングと、排ガス出口案内筒上流側にタービン動翼とタービン動翼に隣接配置したタービンノズルとを具備し、タービンノズルを通じてタービン動翼に導入した排気ガスの膨張により、タービン動翼を回転させて得られる軸回転力で圧縮機を回転させるようにした軸流式の排気タービン過給機において、排ガス出口案内筒上流側に、タービン動翼を囲繞して、タービン動翼先端との隙間を規定するシュラウドリングを設け、シュラウドリングは、一周縁部側を排ガス出口案内筒上流側に固定する一方、他周縁部側を径方向に拡径可能にタービンノズル側に係合してなる、ことを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, in the present invention according to claim 1, the gas inlet casing defining the exhaust gas flow path through which the introduced exhaust gas flows, the gas inlet casing, and the exhaust gas outlet guide tube are provided. The turbine rotor blade is provided with a gas outlet casing that communicates with the turbine rotor blade and a turbine nozzle disposed adjacent to the turbine rotor blade on the upstream side of the exhaust gas outlet guide cylinder, and is expanded by exhaust gas introduced into the turbine rotor blade through the turbine nozzle. In the axial flow type exhaust turbine supercharger in which the compressor is rotated by the shaft rotational force obtained by rotating the turbine blade, the turbine rotor blade is surrounded on the upstream side of the exhaust gas outlet guide cylinder, A shroud ring is provided to regulate the gap between the two, and the shroud ring can be fixed to the upstream side of the exhaust gas outlet guide cylinder while the other peripheral side can be radially expanded in the radial direction. It engaged comprising a turbine nozzle side, and wherein the.

これにより、運転時においてシュラウドリングは、薄肉で、温度応答性が良いため、熱膨張により、径方向、軸方向に一定量伸びる。
運転時には、タービン動翼が伸びても、タービン動翼外周を囲繞するシュラウドリングの径方向、軸方向に伸びるため、タービン動翼とシュラウドリングとの隙間は、適正に確保され、接触することはない。
As a result, the shroud ring is thin during operation and has a good temperature responsiveness, so that it expands by a certain amount in the radial and axial directions due to thermal expansion.
During operation, even if the turbine blades extend, they extend in the radial and axial directions of the shroud ring that surrounds the outer periphery of the turbine blades, so that the clearance between the turbine blades and the shroud ring is adequately secured and cannot be contacted. Absent.

また、請求項2記載の本発明では、シュラウドリングは、排ガス出口案内筒上流側に一周縁部側をフランジ部を介して締結部材で固定されている、ことを特徴とする。   In the present invention described in claim 2, the shroud ring is characterized in that one peripheral edge side is fixed to the upstream side of the exhaust gas outlet guide tube with a fastening member via a flange portion.

これにより、シュラウドリングは、一周縁部側のみをフランジ部を介して固定したので、運転により、シュラウドリングは、排ガス出口案内筒の膨張と共に径方向に膨張し、タービン動翼との隙間を確保することができる。   As a result, the shroud ring is fixed only at one peripheral edge side via the flange portion, so that the shroud ring expands in the radial direction along with the expansion of the exhaust gas outlet guide cylinder by operation, and a clearance with the turbine blade is secured. can do.

さらに、請求項3にかかる本発明では、シュラウドリングは、タービン動翼と同等の熱膨張率の薄肉状の鋼材で形成されている、ことを特徴とする。   Furthermore, the present invention according to claim 3 is characterized in that the shroud ring is formed of a thin steel material having a thermal expansion coefficient equivalent to that of the turbine rotor blade.

これにより、シュラウドリングの熱応答性が良く、運転によって、タービン動翼が径方向、軸方向に膨張しても、タービン動翼の外側にあるシュラウドリングが径方向に同等に伸びるため、タービン動翼とシュラウドリングが干渉することはない。   As a result, the thermal response of the shroud ring is good, and even if the turbine blades expand in the radial and axial directions during operation, the shroud ring outside the turbine blades extends in the radial direction equally. Wings and shroud rings do not interfere.

本発明によれば、運転時においてシュラウドリングは、薄肉で、温度応答性が良いため、熱膨張により、径方向、軸方向に一定量伸びる。
運転時には、タービン動翼が伸びても、タービン動翼外周を囲繞するシュラウドリングの径方向、軸方向の伸びによって、タービン動翼とシュラウドリングとの隙間は、適正に確保され、接触することはない。
According to the present invention, the shroud ring is thin during operation and has a good temperature responsiveness, so that it expands by a certain amount in the radial and axial directions due to thermal expansion.
During operation, even if the turbine blade extends, the radial and axial expansion of the shroud ring that surrounds the outer periphery of the turbine blade ensures that the clearance between the turbine blade and the shroud ring is properly secured and that Absent.

本発明にかかる排気タービン過給機のタービン側の断面図である。It is sectional drawing by the side of the turbine of the exhaust turbine supercharger concerning this invention. 図1に示す排気タービン過給機の要部Aであるタービンノズルとタービン動翼とを拡大して示した図である。It is the figure which expanded and showed the turbine nozzle and turbine rotor blade which are the principal parts A of the exhaust turbine supercharger shown in FIG. 図2のタービンノズルとタービン動翼とにおいて、運転時におけるタービン動翼とシュラウドリングとに及ぼされる、熱膨張による径方向の変化を説明するための模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a radial change due to thermal expansion exerted on the turbine rotor blade and the shroud ring during operation in the turbine nozzle and the turbine rotor blade of FIG. 2. 図2のタービンノズルとタービン動翼とにおいて、運転時におけるタービン動翼の熱膨張によってシュラウドリングに接触した場合のシュラウドリングの径方向の変化を説明するための模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a change in the radial direction of the shroud ring when the turbine nozzle and the turbine blade of FIG. 2 are in contact with the shroud ring due to thermal expansion of the turbine blade during operation.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。   Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, but are merely illustrative examples. Not too much.

図1に、タービン及び圧縮機を同軸に設けた大型内燃機関用の排気タービン過給機1の一実施形態を示す。
この排気タービン過給機1は、軸流タービン2に導入した内燃機関の排気ガスが膨張して得られる軸出力で同軸の圧縮機3を回転させ、圧縮機3により高圧に圧縮された圧縮空気を内燃機関に供給するように構成された軸流式である。
FIG. 1 shows an embodiment of an exhaust turbine supercharger 1 for a large internal combustion engine in which a turbine and a compressor are provided coaxially.
This exhaust turbine supercharger 1 rotates a coaxial compressor 3 with an axial output obtained by expanding exhaust gas of an internal combustion engine introduced into an axial flow turbine 2, and compressed air compressed to a high pressure by the compressor 3. Is an axial flow type configured to supply to the internal combustion engine.

すなわち、排気タービン過給機1は、導入される排気ガスを通流する排気ガス流路(後述)を画成するガス入口ケーシング4と、このガス入口ケーシング4と排ガス出口案内筒5を介して連通するガス出口ケーシング6と、排ガス出口案内筒5上流側にタービン動翼7とこのタービン動翼7に隣接配置したタービンノズル8とを具備し、このタービンノズル8を通じてタービン動翼7に導入した排気ガスの膨張により、タービン動翼7を回転させて得られる軸回転力で圧縮機3を回転させるようにした軸流式のものである。   That is, the exhaust turbine supercharger 1 includes a gas inlet casing 4 that defines an exhaust gas passage (described later) through which the introduced exhaust gas flows, and the gas inlet casing 4 and the exhaust gas outlet guide cylinder 5. A gas outlet casing 6 that communicates with each other, a turbine rotor blade 7 on the upstream side of the exhaust gas outlet guide cylinder 5, and a turbine nozzle 8 that is disposed adjacent to the turbine rotor blade 7, are introduced into the turbine rotor blade 7 through the turbine nozzle 8. This is an axial flow type in which the compressor 3 is rotated by an axial rotational force obtained by rotating the turbine rotor blade 7 by the expansion of the exhaust gas.

ガス入口ケーシング4は、締結部材により内側ケーシング4aと外側ケーシング4bとを一体化して構成され、これら内側ケーシング4aおよび外側ケーシング4b間に、排気ガスをタービンノズル8に導くための排気ガス流路9が画成される。この場合、排気ガス流路9は軸流タービン2の回転方向の全周にわたって形成されており、ガス入口ケーシング4のガス入口4iから導入した排気ガスは、排気ガス流路9を通ってガス出口4o、排ガス出口案内筒5を介し、ガス出口ケーシング6の出口から外部へ排出される。
ガス出口4oは、回転方向の全周にわたってタービンノズル8へ排気ガスを供給するよう開口して設けられている。
The gas inlet casing 4 is configured by integrating an inner casing 4a and an outer casing 4b with a fastening member, and an exhaust gas passage 9 for guiding exhaust gas to the turbine nozzle 8 between the inner casing 4a and the outer casing 4b. Is defined. In this case, the exhaust gas passage 9 is formed over the entire circumference in the rotational direction of the axial turbine 2, and the exhaust gas introduced from the gas inlet 4 i of the gas inlet casing 4 passes through the exhaust gas passage 9 to the gas outlet. 4o, the gas is discharged from the outlet of the gas outlet casing 6 to the outside through the exhaust gas outlet guide tube 5.
The gas outlet 4o is provided to be open so as to supply exhaust gas to the turbine nozzle 8 over the entire circumference in the rotational direction.

また、軸流タービン2は、ロータ軸10の一端に設けたロータディスク11にタービン動翼7を周方向に多数取り付けた構成とされる。なお、タービン動翼7およびロータディスク11には、例えばSUH(Steel Use Heat Resisting)やナイモニック(Ni−Cr合金)等の耐熱鋼を用いることができる。
タービン動翼7は、タービンノズル8の出口となる下流側、すなわちガス出口ケーシング6における排ガス出口案内筒5の上流側に隣接して設けられ、タービンノズル8から噴出する高温の排気ガスがタービン動翼7を通過して膨張することによりロータディスク11及びロータ軸10を回転させる。
Further, the axial turbine 2 is configured such that a large number of turbine rotor blades 7 are attached to a rotor disk 11 provided at one end of the rotor shaft 10 in the circumferential direction. For the turbine rotor blade 7 and the rotor disk 11, for example, heat-resistant steel such as SUH (Steel Use Heat Resisting) or Nimonic (Ni—Cr alloy) can be used.
The turbine blade 7 is provided adjacent to the downstream side serving as the outlet of the turbine nozzle 8, that is, adjacent to the upstream side of the exhaust gas outlet guide cylinder 5 in the gas outlet casing 6, and high-temperature exhaust gas ejected from the turbine nozzle 8 is turbine-driven. The rotor disk 11 and the rotor shaft 10 are rotated by expanding through the blades 7.

また、ガス入口ケーシング4におけるガス出口4o、すなわち、ガス出口ケーシング6における排ガス出口案内筒5の上流側に対面する側には、タービンノズル8を形成するリング状部材(ノズルリング)の内周部8aが軸止めされている。すなわち、ここでのタービンノズル8は、リング状部材で、所定の間隔を有する内周部8a及び外周部8bのリング部材間を仕切部材で連結した二重リング構造となっている。
一方、タービンノズル8を形成するノズルリングの外周部8bは、図2に示すように、ガス入口側(ガス出口4o側)の端部内周面8cが拡開されている。また、外側ケーシング4bのロータディスク側端部は、その内周面をロータ軸方向へ折曲するようにして段差部4bbを設け、この段差部4bbと、ノズルリングのガス入口側端部外周面に設けた段差部8dとが軸方向で係合するようになっている。
Further, on the gas outlet 4 o in the gas inlet casing 4, that is, on the side facing the upstream side of the exhaust gas outlet guide cylinder 5 in the gas outlet casing 6, an inner peripheral portion of a ring-shaped member (nozzle ring) forming the turbine nozzle 8. 8a is fixed on the shaft. That is, the turbine nozzle 8 here is a ring-shaped member and has a double ring structure in which the ring members of the inner peripheral portion 8a and the outer peripheral portion 8b having a predetermined interval are connected by a partition member.
On the other hand, as shown in FIG. 2, the outer peripheral portion 8b of the nozzle ring forming the turbine nozzle 8 has an end inner peripheral surface 8c on the gas inlet side (gas outlet 4o side) expanded. Further, the end portion on the rotor disk side of the outer casing 4b is provided with a stepped portion 4bb so that the inner peripheral surface thereof is bent in the rotor axial direction, and the outer peripheral surface of the stepped portion 4bb and the gas inlet side end portion of the nozzle ring. A step portion 8d provided in the shaft is engaged in the axial direction.

そして、タービンノズル8の外周部8bには、詳細は後述するが、ガス出口側(タービン動翼7側)となる端部に、排ガス出口案内筒5の上流側に取り付けられてタービン動翼7を囲繞するシュラウドリング20が、互いの端部同士を係合状態で連結されている(インロー構造)。   The outer peripheral portion 8b of the turbine nozzle 8 is attached to the upstream side of the exhaust gas outlet guide tube 5 at the end portion on the gas outlet side (turbine rotor blade 7 side), as will be described in detail later. The shroud ring 20 surrounding the two is connected in an engaged state with each other (inlay structure).

そこで、タービン動翼7を囲繞するシュラウドリング20について、詳細に説明する。
シュラウドリング20は、上述のように排ガス出口案内筒5の上流側に、タービン動翼7を囲繞して、タービン動翼7の先端との隙間gを規定するようにしている(図2、図3参照)。
すなわちシュラウドリング20は、薄肉状の鋼材で形成された円環状のもので、一周縁部側を排ガス出口案内筒5上流側にフランジ部20fを介してボルト部材21で固定されている。また、シュラウドリング20の他周縁部側は、タービンノズル8の外周部8bとの係合部位において、径方向外側から、タービンノズル8の外周部8bに係合させることで、シュラウドリング20を径方向に拡径可能としている。すなわち、運転時のタービン動翼7の熱膨張によってシュラウドリング20に接触するようなことがあっても、シュラウドリング20の他周縁部側は、径方向外側に変形することで、タービン動翼7とシュラウドリング20との接触圧を低下させ、タービン動翼7の損傷を抑制する。
Therefore, the shroud ring 20 surrounding the turbine rotor blade 7 will be described in detail.
As described above, the shroud ring 20 surrounds the turbine rotor blade 7 on the upstream side of the exhaust gas outlet guide cylinder 5, and defines a gap g with the tip of the turbine rotor blade 7 (FIGS. 2 and 2). 3).
That is, the shroud ring 20 is an annular ring formed of a thin steel material, and one peripheral edge side is fixed to the upstream side of the exhaust gas outlet guide tube 5 with the bolt member 21 via the flange portion 20f. Further, the other peripheral edge side of the shroud ring 20 is engaged with the outer peripheral portion 8b of the turbine nozzle 8 from the radially outer side at the engagement portion with the outer peripheral portion 8b of the turbine nozzle 8, thereby causing the shroud ring 20 to have a diameter. The diameter can be expanded in the direction. That is, even if the thermal expansion of the turbine blade 7 during operation may contact the shroud ring 20, the other peripheral edge side of the shroud ring 20 is deformed radially outward, so that the turbine blade 7. And the shroud ring 20 are reduced in contact pressure, and damage to the turbine rotor blade 7 is suppressed.

また、以上のようなシュラウドリング20において、排ガス出口案内筒5に対する取付構造を具体的に説明する。
すなわち、排ガス出口案内筒5の上流側に、シュラウドリング20の一周縁部側を、フランジ部20fを介してボルト部材21で固定する際、排ガス出口案内筒5の上流側の端面に対しガスケットGを介して、フランジ部20fを押し当てた状態で、ボルト部材21を排ガス出口案内筒5の上流側の端面にねじこまれるになっている。この際、ボルト部材21のボルト頭部21hは、バネワッシャwが挟持され、締結力を高めると共に気密性を高め、排気ガスの漏れを極力なくすようにしている。
Moreover, the mounting structure with respect to the exhaust gas outlet guide cylinder 5 in the above shroud ring 20 is demonstrated concretely.
That is, when the one peripheral edge side of the shroud ring 20 is fixed to the upstream side of the exhaust gas outlet guide tube 5 with the bolt member 21 via the flange portion 20f, the gasket G is against the upstream end surface of the exhaust gas outlet guide tube 5. The bolt member 21 is screwed onto the upstream end face of the exhaust gas outlet guide tube 5 in a state where the flange portion 20f is pressed through the flange. At this time, the bolt head 21h of the bolt member 21 is sandwiched with the spring washer w to increase the fastening force and the air tightness so as to minimize the leakage of the exhaust gas.

そして、かかるシュラウドリング20が排ガス出口案内筒5の上流側の端面に固定された際、タービン動翼7の先端との隙間gが、例えば0.3〜0.6mmとなるように設定されている。   And when this shroud ring 20 is fixed to the upstream end face of the exhaust gas outlet guide cylinder 5, the gap g with the tip of the turbine rotor blade 7 is set to be, for example, 0.3 to 0.6 mm. Yes.

次に、以上説明した排気タービン過給機1について、動作、作用を説明する。
排気ガスを導入して過給運転を行う場合、ガス入口ケーシング4のガス入口4iから導入された排気ガスが排気ガス流路9を通ってガス出口4oに導かれる。この排気ガスは、回転方向の全周にわたって開口するガス出口4oからタービンノズル8に吸い込まれ、タービン動翼7を通過する際に膨張してロータディスク11及びロータ軸10を回転させるので、同軸の圧縮機3を駆動して内燃機関に供給する空気を圧縮する。圧縮機3で圧縮する空気は、フィルター(図示省略)を通して吸入される。なお、タービン動翼7で膨張した排気ガスは、排ガス出口案内筒5及びガス出口ケーシング6に導かれて外部へ流出する。
Next, operation | movement and an effect | action are demonstrated about the exhaust turbine supercharger 1 demonstrated above.
When the supercharging operation is performed by introducing the exhaust gas, the exhaust gas introduced from the gas inlet 4 i of the gas inlet casing 4 is guided to the gas outlet 4 o through the exhaust gas passage 9. This exhaust gas is sucked into the turbine nozzle 8 from the gas outlet 4o that opens over the entire circumference in the rotation direction, and expands when passing through the turbine rotor blade 7 to rotate the rotor disk 11 and the rotor shaft 10. The compressor 3 is driven to compress the air supplied to the internal combustion engine. The air compressed by the compressor 3 is sucked through a filter (not shown). The exhaust gas expanded by the turbine rotor blade 7 is guided to the exhaust gas outlet guide cylinder 5 and the gas outlet casing 6 and flows out to the outside.

かかる過給運転が続行されると、排気ガス流路9を通る排気ガスが、タービンノズル8に吸い込まれ、タービン動翼7を通過する。このため、タービンノズル8、タービン動翼7、タービン動翼7を囲繞するシュラウドリング20が排気ガスによって高温化する。このため、タービン動翼7、シュラウドリング20は、径方向、および軸方向に熱膨張する(図3参照)。
例えば、排気ガスの温度が400℃の場合、ロータディスク11の径が900mmとすると、タービン動翼7の径方向の伸びが2mmとなる。
When the supercharging operation is continued, the exhaust gas passing through the exhaust gas passage 9 is sucked into the turbine nozzle 8 and passes through the turbine rotor blade 7. For this reason, the turbine nozzle 8, the turbine rotor blade 7, and the shroud ring 20 surrounding the turbine rotor blade 7 are heated by the exhaust gas. For this reason, the turbine rotor blade 7 and the shroud ring 20 are thermally expanded in the radial direction and the axial direction (see FIG. 3).
For example, when the temperature of the exhaust gas is 400 ° C., if the diameter of the rotor disk 11 is 900 mm, the radial extension of the turbine rotor blade 7 is 2 mm.

しかしながら、タービン動翼7の径方向外側に位置するシュラウドリング20においても、線膨張率特性によって径方向、軸方向に一様に熱膨張する。
シュラウドリング20は、薄肉状の円環体で構成されるため、温度応答性が良く、タービン動翼7側の伸びよりも先に熱膨張するため、タービン動翼7とシュラウドリング20との適正な隙間gが確保され、タービン動翼7とシュラウドリング20との接触を回避することができる。
例え、排気ガスの温度が想定温度を越えるものであって、タービン動翼7側の伸びが大きくシュラウドリング20に接触するようなことがあっても、シュラウドリング20の他周縁部側が、タービンノズル8の外周部8bとの係合部位において、径方向外側から、タービンノズル8の外周部8bに係合させる構造であるので、シュラウドリング20は、径方向外側に逃げるように押し込まれるため、タービン動翼7とシュラウドリング20との接触により破損する不具合を極力抑制することができる(図4参照)。
However, the shroud ring 20 positioned on the radially outer side of the turbine rotor blade 7 also thermally expands uniformly in the radial direction and the axial direction due to the linear expansion coefficient characteristic.
Since the shroud ring 20 is composed of a thin annular body, the temperature responsiveness is good, and the thermal expansion is performed prior to the elongation on the turbine blade 7 side, so that the turbine blade 7 and the shroud ring 20 are appropriate. A sufficient gap g is secured, and contact between the turbine rotor blade 7 and the shroud ring 20 can be avoided.
For example, even if the temperature of the exhaust gas exceeds the assumed temperature and the turbine rotor blade 7 side is greatly stretched and contacts the shroud ring 20, the other peripheral edge side of the shroud ring 20 is the turbine nozzle. 8 is engaged with the outer peripheral portion 8b of the turbine nozzle 8 from the outside in the radial direction at the site of engagement with the outer peripheral portion 8b. Therefore, the shroud ring 20 is pushed so as to escape outward in the radial direction. Problems that are damaged by contact between the moving blade 7 and the shroud ring 20 can be suppressed as much as possible (see FIG. 4).

以上、本発明にかかる排気タービン過給機について、一実施形態を挙げ、説明した。
上記実施形態におけるシュラウドリング20は、設けられる排気タービン過給機の仕様、規格等に鑑みて、素材、寸法、形状が採用されることは勿論である。
The exhaust turbine supercharger according to the present invention has been described with reference to the embodiment.
Of course, the material, dimensions, and shape of the shroud ring 20 in the above embodiment are adopted in view of the specifications, standards, and the like of the exhaust turbine turbocharger provided.

本発明におけるタービン動翼のシュラウドリングは、かかる排気タービンに限らず、蒸気タービン、ガスタービン等への適用も可能である等、汎用性は高い。   The shroud ring of the turbine rotor blade according to the present invention is not limited to such an exhaust turbine, but can be applied to a steam turbine, a gas turbine, and the like, and is highly versatile.

1 排気タービン過給機
2 軸流タービン
3 圧縮機
4 ガス入口ケーシング
4a 内側ケーシング
4b 外側ケーシング
4ba 内周面
4bb 段差部
4i ガス入口
4o ガス出口
4c 端部内周部
5 排ガス出口案内筒
6 ガス出口ケーシング
7 タービン動翼
8 タービンノズル
8a 内周部
8b 外周部
8d 段差部
9 排気ガス流路
10 ロータ軸
11 ロータディスク
20 シュラウドリング
20f フランジ部
21 ボルト部材
21h ボルト頭部
w バネワッシャ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Exhaust turbine supercharger 2 Axial flow turbine 3 Compressor 4 Gas inlet casing 4a Inner casing 4b Outer casing 4ba Inner peripheral surface 4bb Stepped part 4i Gas inlet 4o Gas outlet 4c End inner peripheral part 5 Exhaust gas outlet guide cylinder 6 Gas outlet casing 7 Turbine blade 8 Turbine nozzle 8a Inner peripheral part 8b Outer peripheral part 8d Stepped part 9 Exhaust gas flow path 10 Rotor shaft 11 Rotor disk 20 Shroud ring 20f Flange part 21 Bolt member 21h Bolt head w Spring washer

Claims (3)

導入される排気ガスを通流する排気ガス流路を画成するガス入口ケーシングと、該ガス入口ケーシングと排ガス出口案内筒を介して連通するガス出口ケーシングと、前記排ガス出口案内筒上流側にタービン動翼と該タービン動翼に隣接配置したタービンノズルとを具備し、該タービンノズルを通じて前記タービン動翼に導入した排気ガスの膨張により、前記タービン動翼を回転させて得られる軸回転力で圧縮機を回転させるようにした軸流式の排気タービン過給機において、
前記排ガス出口案内筒上流側に、前記タービン動翼を囲繞して、前記タービン動翼先端との隙間を規定するシュラウドリングを設け、
該シュラウドリングは、一周縁部側を前記排ガス出口案内筒上流側に固定する一方、他周縁部側を径方向に拡径可能に前記タービンノズル側に係合してなる、ことを特徴とする排気タービン過給機。
A gas inlet casing defining an exhaust gas passage through which exhaust gas to be introduced flows, a gas outlet casing communicating with the gas inlet casing via an exhaust gas outlet guide cylinder, and a turbine upstream of the exhaust gas outlet guide cylinder A turbine nozzle disposed adjacent to the turbine blade, and compressed by an axial rotational force obtained by rotating the turbine blade by expansion of exhaust gas introduced into the turbine blade through the turbine nozzle In the axial flow type exhaust turbine supercharger that rotates the machine,
Provided on the upstream side of the exhaust gas outlet guide cylinder is a shroud ring that surrounds the turbine rotor blade and defines a gap with the turbine rotor blade tip,
The shroud ring is configured such that one peripheral edge side is fixed to the upstream side of the exhaust gas outlet guide cylinder, and the other peripheral edge side is engaged with the turbine nozzle side so as to be radially expandable. Exhaust turbine supercharger.
前記シュラウドリングは、前記排ガス出口案内筒上流側に前記一周縁部側をフランジ部を介して締結部材で固定されている、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。   2. The exhaust turbine supercharger according to claim 1, wherein the shroud ring is fixed to the upstream side of the exhaust gas outlet guide cylinder by a fastening member on the one peripheral edge side through a flange portion. 前記シュラウドリングは、前記タービン動翼と同等の熱膨張率の薄肉状の鋼材で形成されている、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。
The exhaust turbine supercharger according to claim 1 or 2, wherein the shroud ring is formed of a thin steel material having a thermal expansion coefficient equivalent to that of the turbine rotor blade.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016063604A1 (en) * 2014-10-24 2016-04-28 三菱重工業株式会社 Axial flow turbine and supercharger
JP2018178725A (en) * 2017-04-03 2018-11-15 いすゞ自動車株式会社 Turbine housing and turbocharger

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