JP2015143504A - Exhaust turbine apparatus, supercharger, and exhaust energy recovery apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust turbine apparatus capable of reducing an excitation force generated in turbine blades as much as possible even if a plurality of exhaust gas inlets is provided.SOLUTION: An exhaust turbine apparatus comprises: a partition member 40 for partitioning a channel that allows exhaust gas to pass through a turbine nozzle group into a first exhaust-turbine-nozzle-group channel located on an outer circumference side and formed on the entire circumference, and a second exhaust-turbine-nozzle-group channel located on an inner circumference side of the first exhaust-turbine-nozzle-group channel and formed on the entire circumference; a first exhaust gas introduction channel F1' formed so as to introduce the exhaust gas to the entire circumference of the first exhaust-turbine-nozzle-group channel; a second exhaust gas introduction channel F2' formed so as to introduce the exhaust gas to the entire circumference of the second exhaust-turbine-nozzle-group channel; a first exhaust gas inlet 30a for introducing the exhaust gas from an internal combustion engine to the first exhaust gas introduction channel F1'; and a second exhaust gas inlet 32a for introducing the exhaust gas from the internal combustion engine to the second exhaust gas introduction channel F2'.

Description

本発明は、排気タービン装置、過給機および排気エネルギー回収装置に関するものである。   The present invention relates to an exhaust turbine device, a supercharger, and an exhaust energy recovery device.

内燃機関の排気ガスの圧力変動を除去して一定圧とし、その圧力を利用する静圧式の過給機に対して、内燃機関の排気ガスの運動エネルギーを主に用いる動圧式とされた過給機が知られている。このような動圧式過給機では、下記特許文献1に示されているように、排気ガス圧力の干渉による性能低下を避けるため、過給機の排気ガス入口が2つとされた2エントリ過給機なっている。この場合、排気ガス通路は、タービンノズル出口まで周方向において2分割されている。   This is a dynamic pressure type supercharger that mainly uses the kinetic energy of the exhaust gas of the internal combustion engine in contrast to the static pressure type supercharger that eliminates the pressure fluctuation of the exhaust gas of the internal combustion engine and makes the pressure constant. The machine is known. In such a dynamic pressure supercharger, as shown in Patent Document 1 below, in order to avoid performance degradation due to interference of exhaust gas pressure, a two-entry supercharger with two exhaust gas inlets of the supercharger is used. It ’s time. In this case, the exhaust gas passage is divided into two in the circumferential direction up to the turbine nozzle outlet.

特許文献2には、2台のディーゼル機関から抽ガスされた排気ガスによって駆動されるパワータービンが開示されている。このパワータービンには、各ディーゼル機関から導かれる排気ガスを導入する排気ガス入口部が2つ設けられている。それぞれの排気ガス入口部から導かれた排気ガスは、タービンノズル出口まで周方向において2分割された排気ガス通路を流れるようになっている。   Patent Document 2 discloses a power turbine that is driven by exhaust gas extracted from two diesel engines. This power turbine is provided with two exhaust gas inlet portions for introducing exhaust gas led from each diesel engine. The exhaust gas guided from each exhaust gas inlet portion flows through the exhaust gas passage divided into two in the circumferential direction to the turbine nozzle outlet.

特開2009−13873号公報JP 2009-13873 A 特許第5336629号公報Japanese Patent No. 5336629

上記特許文献1及び2のいずれも、2つの排気ガス入口部から導かれた排気ガスが周方向において2分割された排気ガス通路を流れてタービンノズルに導かれる構成とされた排気タービンとなっているので、タービンノズル出口には周方向に大きな速度分布が生じることになる。このため、タービン動翼は1回転ごとに大きな変動圧力を受けることになり、タービン動翼に励振力が生じてしまうという問題がある。   Both of the above Patent Documents 1 and 2 are exhaust turbines configured such that exhaust gas guided from two exhaust gas inlet portions flows through an exhaust gas passage divided into two in the circumferential direction and is guided to a turbine nozzle. Therefore, a large velocity distribution is generated in the circumferential direction at the turbine nozzle outlet. For this reason, the turbine blade receives a large fluctuating pressure every rotation, and there is a problem that an excitation force is generated in the turbine blade.

タービン動翼に生じる励振力による影響を低減してタービン動翼の信頼性を確保するために、それぞれのタービン動翼同士をダンピングワイヤで綴る対策が考えられる。しかし、ダンピングワイヤは翼周りの流れを乱すのでタービン性能が低下するという問題がある。
さらに、近年ではコード長を増大させたワイドコードタービン動翼が主流となっているが、ワイドコードタービン動翼は、翼ピッチが大きくなり隣り合うタービン動翼間の距離が大きくなるため、ダンピングワイヤが長くなってしまい、ダンピングワイヤそのものが変形したり破断したりするおそれがある。このため、ワイドコードタービン動翼に対してダンピングワイヤを採用することが困難となっている。
In order to reduce the influence of the excitation force generated on the turbine rotor blades and to ensure the reliability of the turbine rotor blades, a measure for binding the turbine rotor blades with a damping wire can be considered. However, since the damping wire disturbs the flow around the blades, there is a problem that the turbine performance is deteriorated.
Furthermore, in recent years, wide cord turbine blades with increased cord length have become the mainstream, but wide cord turbine blades have a larger blade pitch and a greater distance between adjacent turbine blades. Becomes longer, and the damping wire itself may be deformed or broken. For this reason, it is difficult to employ a damping wire for the wide code turbine rotor blade.

また、特許文献2では、2つの排気ガス入口部から導入される排気ガスの圧力を均等にするために、圧力センサ及び制御弁を採用する必要があり、コストの上昇を招くという問題がある。   Moreover, in patent document 2, in order to equalize the pressure of the exhaust gas introduce | transduced from two exhaust-gas inlet parts, it is necessary to employ | adopt a pressure sensor and a control valve, and there exists a problem of causing a raise of cost.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、複数の排気ガス入口を有している場合であってもタービン動翼に生じる励振力を可及的に小さくすることができる排気タービン装置、過給機および排気エネルギー回収装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and even when a plurality of exhaust gas inlets are provided, the excitation force generated in the turbine rotor blade can be made as small as possible. An object is to provide an exhaust turbine device, a supercharger, and an exhaust energy recovery device.

上記課題を解決するために、本発明の排気タービン装置、過給機および排気エネルギー回収装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる排気タービン装置は、中心軸線回りに回転可能とされたロータと、該ロータの全周にわたって所定間隔を有して取り付けられた複数のタービン動翼を有するタービン動翼群と、内燃機関から排出された排気ガスを前記タービン動翼群に導くように、前記中心軸線回りの全周にわたって所定間隔を有して取り付けられた複数のタービンノズルを有するタービンノズル群とを備えた排気タービン装置であって、前記排気ガスが前記タービンノズル群を通過する流路を、外周側に位置するとともに全周にわたって形成された第1タービンノズル群流路と、該第1タービンノズル群流路の内周側に位置するとともに全周にわたって形成された第2タービンノズル群流路とに仕切る仕切り部材と、前記排気ガスが前記第1タービンノズル群流路の全周にわたって導かれるように形成された第1排気ガス導入流路と、前記排気ガスが前記第2タービンノズル群流路の全周にわたって導かれるように形成された第2排気ガス導入流路と、前記内燃機関からの前記排気ガスを前記第1排気ガス導入流路に導く第1排気ガス入口部と、前記内燃機関からの前記排気ガスを前記第2排気ガス導入流路に導く第2排気ガス入口部とを備えていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the exhaust turbine apparatus, the supercharger, and the exhaust energy recovery apparatus of the present invention employ the following means.
That is, an exhaust turbine apparatus according to the present invention includes a rotor that is rotatable around a central axis, and a turbine blade group that includes a plurality of turbine blades attached at predetermined intervals over the entire circumference of the rotor. And a turbine nozzle group having a plurality of turbine nozzles attached at predetermined intervals around the entire circumference around the central axis so as to guide the exhaust gas discharged from the internal combustion engine to the turbine rotor blade group. In the exhaust turbine apparatus, a flow path through which the exhaust gas passes through the turbine nozzle group is located on the outer peripheral side and is formed over the entire circumference, and the first turbine nozzle group flow A partition member that is positioned on the inner peripheral side of the passage and that is partitioned into a second turbine nozzle group flow path formed over the entire circumference, and the exhaust gas is in the first turret A first exhaust gas introduction channel formed so as to be guided over the entire circumference of the second nozzle group channel, and a second exhaust gas formed so that the exhaust gas is guided over the entire circumference of the second turbine nozzle group channel. A gas introduction flow path, a first exhaust gas inlet that guides the exhaust gas from the internal combustion engine to the first exhaust gas introduction flow path, and the exhaust gas from the internal combustion engine to the second exhaust gas introduction flow path And a second exhaust gas inlet that leads to

第1排気ガス入口部から流入した排気ガスは、第1排気ガス導入流路を通りタービンノズル群の第1タービンノズル群流路の全周にわたって導かれる。また、第2排気ガス入口部から流入した排気ガスは、第2排気ガス導入流路を通りタービンノズル群の第2タービンノズル群流路の全周にわたって導かれる。第1タービンノズル群流路と第2タービンノズル群流路とは仕切り部材によって仕切られているので、それぞれのタービンノズル群流路を流れた排気ガスは別々にタービン動翼群へと導かれる。
このように、第1排気ガス入口部および第2排気ガス入口部から流入した排気ガスは、それぞれ、第1タービンノズル群流路および第2タービンノズル群流路の全周にわたって導かれるので、それぞれのタービンノズル群流路の出口側すなわちタービン動翼群の入口側の周方向における圧力分布を可及的に小さくすることができる。したがって、タービン動翼が中心軸線回りに回転する際に1周毎に受ける圧力変動を小さくでき、タービン動翼に生じる励振力を可及的に小さくすることができる。これにより、タービン動翼間を接続するダンピングワイヤを採用しなくてもタービン動翼の信頼性を確保することができる。特に、排気ガスの動圧を利用する動圧式の排気タービン装置であっても、周方向における圧力分布を小さくできるので、排気タービン性能を向上させることができる。
The exhaust gas flowing in from the first exhaust gas inlet is guided over the entire circumference of the first turbine nozzle group flow path of the turbine nozzle group through the first exhaust gas introduction flow path. Further, the exhaust gas flowing in from the second exhaust gas inlet is guided over the entire circumference of the second turbine nozzle group flow path of the turbine nozzle group through the second exhaust gas introduction flow path. Since the first turbine nozzle group flow path and the second turbine nozzle group flow path are partitioned by the partition member, the exhaust gas flowing through each turbine nozzle group flow path is separately guided to the turbine rotor blade group.
As described above, the exhaust gas flowing in from the first exhaust gas inlet and the second exhaust gas inlet is guided over the entire circumference of the first turbine nozzle group flow path and the second turbine nozzle group flow path, respectively. The pressure distribution in the circumferential direction on the outlet side of the turbine nozzle group flow path, that is, on the inlet side of the turbine rotor blade group, can be made as small as possible. Therefore, the pressure fluctuation received every round when the turbine rotor blade rotates around the central axis can be reduced, and the excitation force generated in the turbine rotor blade can be reduced as much as possible. Thereby, it is possible to ensure the reliability of the turbine rotor blade without using a damping wire for connecting the turbine rotor blades. In particular, even in a dynamic pressure type exhaust turbine apparatus that uses the dynamic pressure of exhaust gas, the pressure distribution in the circumferential direction can be reduced, so that the exhaust turbine performance can be improved.

さらに、本発明の排気タービン装置によれば、前記仕切り部材は、前記第1タービンノズル群流路と前記第2タービンノズル群流路に導かれる前記排気ガスの流量の比と、前記第1タービンノズル群流路に対応する前記タービン動翼群の外周側の第1スロート面積と前記第2タービンノズル群流路に対応する前記タービン動翼群の内周側の第2スロート面積の比とが一致する位置に設けられていることを特徴とする。   Furthermore, according to the exhaust turbine apparatus of the present invention, the partition member includes a ratio of a flow rate of the exhaust gas guided to the first turbine nozzle group flow path and the second turbine nozzle group flow path, and the first turbine. The ratio of the first throat area on the outer peripheral side of the turbine blade group corresponding to the nozzle group flow path to the second throat area on the inner peripheral side of the turbine blade group corresponding to the second turbine nozzle group flow path is It is provided in the position which corresponds.

第1タービンノズル群流路と第2タービンノズル群流路に導かれる排気ガスの流量の比と、タービン動翼群の外周側の第1スロート面積と内周側の第2スロート面積の比とが一致する位置に仕切り部材を設けることにより、タービン動翼群に対して排気ガスを適切に分配することができるので、排気タービン性能を向上させることができる。
例えば、排気ガス入口部が2つとされ、第1タービンノズル群流路と第2タービンノズル群流路に導かれる排気ガス流量が同等とされている場合には、仕切り部材はタービンノズル群の半径方向における中央位置から外周側よりに配置されることになる。
The ratio of the flow rate of the exhaust gas guided to the first turbine nozzle group flow path and the second turbine nozzle group flow path, and the ratio of the first throat area on the outer peripheral side and the second throat area on the inner peripheral side of the turbine rotor blade group By providing the partition member at a position where they coincide with each other, the exhaust gas can be appropriately distributed to the turbine rotor blade group, so that the exhaust turbine performance can be improved.
For example, when there are two exhaust gas inlet portions and the exhaust gas flow rates guided to the first turbine nozzle group flow path and the second turbine nozzle group flow path are equal, the partition member has a radius of the turbine nozzle group. It arrange | positions from the outer peripheral side from the center position in a direction.

さらに、本発明の排気タービン装置によれば、前記第2排気ガス導入流路の外周を形成する外周壁部が前記仕切り部材に接続され、前記外周壁部によって、前記第1排気ガス導入流路の内周が形成されていることを特徴とする。   Furthermore, according to the exhaust turbine apparatus of the present invention, an outer peripheral wall part forming an outer periphery of the second exhaust gas introduction flow path is connected to the partition member, and the first exhaust gas introduction flow path is formed by the outer peripheral wall part. The inner circumference is formed.

第2排気ガス導入流路の外周を形成する外周壁部を仕切り部材に接続することとして、第2排気ガス導入流路を通る排気ガスを仕切り部材の内周側に導くこととした。さらに、この外周壁部によって第1排気ガス導入流路の内周を形成するようにした。これにより、簡便な構造を実現することができ、低コスト化を図ることができる。   By connecting the outer peripheral wall forming the outer periphery of the second exhaust gas introduction flow path to the partition member, the exhaust gas passing through the second exhaust gas introduction flow path is guided to the inner peripheral side of the partition member. Furthermore, the inner periphery of the first exhaust gas introduction flow path is formed by the outer peripheral wall portion. Thereby, a simple structure can be realized and cost reduction can be achieved.

さらに、本発明の排気タービン装置によれば、前記第1排気ガス入口部および前記第2排気ガス入口部は、それぞれ、前記中心軸線に対して屈曲した方向から前記排気ガスを導入するように設けられ、前記第1排気ガス入口部と前記第2排気ガス入口部は、前記中心軸線側から正面視した場合に、該中心軸線回りに相対位置が変更可能とされていることを特徴とする。   Further, according to the exhaust turbine apparatus of the present invention, the first exhaust gas inlet portion and the second exhaust gas inlet portion are provided so as to introduce the exhaust gas from a direction bent with respect to the central axis. The relative positions of the first exhaust gas inlet and the second exhaust gas inlet can be changed around the central axis when viewed from the central axis.

第1排気ガス入口部および第2排気ガス入口部のそれぞれが中心軸線に対して屈曲した方向から排気ガスを導くように設けられている場合には、第1排気ガス入口部と第2排気ガス入口部との相対位置を、中心軸線側から正面視した場合に中心軸線回りに変更可能とした。これにより、これら排気ガス入口部に接続される配管の配置自由度を増大させることができる。例えば、2台の内燃機関から排気ガスを導入する場合には、両内燃機関の間に排気タービン装置を設置し、第1排気ガス入口部と第2排気ガス入口部のそれぞれの延長線をV字状に交差させて配置することができる。   When each of the first exhaust gas inlet and the second exhaust gas inlet is provided so as to guide the exhaust gas from the direction bent with respect to the central axis, the first exhaust gas inlet and the second exhaust gas The relative position to the inlet portion can be changed around the central axis when viewed from the central axis side. Thereby, the arrangement | positioning freedom degree of piping connected to these exhaust-gas inlet_port | entrance parts can be increased. For example, when exhaust gas is introduced from two internal combustion engines, an exhaust turbine device is installed between the two internal combustion engines, and the extended lines of the first exhaust gas inlet portion and the second exhaust gas inlet portion are connected to V It can be arranged in a cross shape.

また、本発明の過給機は、上記のいずれかに記載の排気タービン装置と、該排気タービン装置の前記ロータによって駆動され、前記内燃機関へ供給する空気を圧縮する圧縮機とを備えていることを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided a turbocharger comprising: the exhaust turbine apparatus according to any one of the above; and a compressor that is driven by the rotor of the exhaust turbine apparatus and compresses air supplied to the internal combustion engine. It is characterized by that.

上記のいずれかの排気タービン装置を備えているので、高い排気タービン性能を有する過給機を提供することができる。特に、過給機は、動圧式とされていると好適である。   Since any one of the exhaust turbine apparatuses described above is provided, a supercharger having high exhaust turbine performance can be provided. In particular, the supercharger is preferably a dynamic pressure type.

また、本発明の排気エネルギー回収装置は、上記のいずれかに記載の排気タービン装置と、該排気タービン装置の前記ロータによって駆動される従動機とを備えていることを特徴とする。   An exhaust energy recovery apparatus according to the present invention includes the exhaust turbine apparatus according to any one of the above and a driven machine driven by the rotor of the exhaust turbine apparatus.

排気タービン装置は、いわゆるパワータービンとして用いられ、内燃機関の排気ガスから得られたエネルギーをロータの回転力にて回収する。ロータによって回収された駆動力は、従動機を駆動するために用いられる。上記のいずれかの排気タービン装置を備えているので、高い排気タービン性能を有する排気エネルギー回収装置を提供することができる。従動機は、ロータから駆動力を得て所定の目的に使用される機械装置を意味し、例えば発電機や、化学プラント等に用いられて所定のプロセスガスを圧縮する圧縮機等が挙げられる。   The exhaust turbine device is used as a so-called power turbine, and recovers energy obtained from the exhaust gas of the internal combustion engine by the rotational force of the rotor. The driving force recovered by the rotor is used to drive the driven machine. Since any one of the above exhaust turbine apparatuses is provided, an exhaust energy recovery apparatus having high exhaust turbine performance can be provided. The follower means a mechanical device that obtains driving force from the rotor and is used for a predetermined purpose. Examples thereof include a generator, a compressor that is used in a chemical plant or the like and compresses a predetermined process gas.

本発明によれば、第1排気ガス入口部および第2排気ガス入口部から流入した排気ガスが、それぞれ、第1タービンノズル群流路および第2タービンノズル群流路の全周にわたって導かれるので、それぞれのタービンノズル群流路の出口側すなわちタービン動翼群の入口側の周方向における圧力分布を可及的に小さくすることができる。したがって、タービン動翼が中心軸線回りに回転する際に1周毎に受ける圧力変動を小さくでき、タービン動翼に生じる励振力を可及的に小さくすることができる。これにより、タービン動翼間を接続するダンピングワイヤを採用しなくてもタービン動翼の信頼性を確保することができる。   According to the present invention, the exhaust gas flowing in from the first exhaust gas inlet and the second exhaust gas inlet is guided over the entire circumference of the first turbine nozzle group flow path and the second turbine nozzle group flow path, respectively. The pressure distribution in the circumferential direction on the outlet side of each turbine nozzle group flow path, that is, on the inlet side of the turbine rotor blade group, can be made as small as possible. Therefore, the pressure fluctuation received every round when the turbine rotor blade rotates around the central axis can be reduced, and the excitation force generated in the turbine rotor blade can be reduced as much as possible. Thereby, it is possible to ensure the reliability of the turbine rotor blade without using a damping wire for connecting the turbine rotor blades.

本発明の排気タービン装置を用いた一実施形態である過給機を示した縦断面図である。It is the longitudinal section showing the supercharger which is one embodiment using the exhaust turbine device of the present invention. 図1の排気タービンノズルを示した側面図である。It is the side view which showed the exhaust turbine nozzle of FIG. 図1の第1排気ガス入口ケーシングから第2排気ガス入口ケーシングを分離させた状態を示した縦断面図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a state where a second exhaust gas inlet casing is separated from a first exhaust gas inlet casing of FIG. 1. 図1の過給機に供給される排気ガス系統を示した概略構成図である。It is the schematic block diagram which showed the exhaust gas system | strain supplied to the supercharger of FIG. 図1の排気タービン部と従動機とを組み合わせた排気エネルギー回収装置を示した概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an exhaust energy recovery device in which the exhaust turbine unit and the driven machine of FIG. 1 are combined.

以下に、本発明の排気タービン装置にかかる一実施形態について、図面を参照して説明する。
図1には、本発明の排気タービン装置を過給機1に適用した実施形態が示されている。過給機1は、例えば、船舶の主機であるディーゼル機関(内燃機関)や、自動車等の車両のディーゼル機関(内燃機関)に用いられ、ディーゼル機関からの排気ガスによって得られた駆動力で空気を圧縮してディーゼル機関の燃焼室に圧縮空気を供給するものである。本実施形態の過給機1は、ディーゼル機関からの排気ガスの運動エネルギーを主に用いる動圧式とされ、また、2つの排気ガス入口を有するいわゆる2エントリ過給機となっている。
Hereinafter, an embodiment of an exhaust turbine apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an embodiment in which the exhaust turbine apparatus of the present invention is applied to a supercharger 1. The supercharger 1 is used in, for example, a diesel engine (internal combustion engine) which is a main engine of a ship, or a diesel engine (internal combustion engine) of a vehicle such as an automobile, and air is generated by driving force obtained by exhaust gas from the diesel engine. And compressed air is supplied to the combustion chamber of the diesel engine. The supercharger 1 of this embodiment is a dynamic pressure type that mainly uses the kinetic energy of exhaust gas from a diesel engine, and is a so-called two-entry supercharger having two exhaust gas inlets.

過給機1は、排気タービン装置としての排気タービン部3と、吸入した空気を圧縮するコンプレッサ部(圧縮機)5とを備えている。
コンプレッサ部5は、外部から空気を取り入れる空気吸入口9と、取り入れた空気を導入する空気導入路11と、空気導入路11から導かれた空気を圧縮するコンプレッサ羽根車13と、コンプレッサ羽根車13の下流側に配置された渦巻き室15とを備えている。
コンプレッサ羽根車13は、遠心圧縮機の羽根車とされており、外周に複数のコンプレッサ動翼13aが取り付けられている。コンプレッサ羽根車13は、中心軸線L回りに回転するロータ軸17の一端(図1において左端)に固定されている。
The supercharger 1 includes an exhaust turbine unit 3 as an exhaust turbine device and a compressor unit (compressor) 5 that compresses the sucked air.
The compressor unit 5 includes an air suction port 9 for taking in air from the outside, an air introduction path 11 for introducing the introduced air, a compressor impeller 13 for compressing air introduced from the air introduction path 11, and a compressor impeller 13. And a spiral chamber 15 arranged on the downstream side.
The compressor impeller 13 is an impeller of a centrifugal compressor, and a plurality of compressor blades 13a are attached to the outer periphery. The compressor impeller 13 is fixed to one end (left end in FIG. 1) of the rotor shaft 17 that rotates about the central axis L.

ロータ軸17は、軸受台19の内部に設けられたスラスト軸受21によってスラスト方向が支持されているとともに、左右両側のラジアル軸受23,25によって回転自由に支持されている。ロータ軸17の他端(図1において右端)には、排気タービン羽根車27が固定されている。
なお、コンプレッサ羽根車13を収容するとともに空気導入路11を形成する空気案内ケーシング20は、軸受台19に対してボルト18等によって固定されている。
The rotor shaft 17 is supported in the thrust direction by a thrust bearing 21 provided inside the bearing base 19 and is rotatably supported by radial bearings 23 and 25 on both left and right sides. An exhaust turbine impeller 27 is fixed to the other end (right end in FIG. 1) of the rotor shaft 17.
The air guide casing 20 that houses the compressor impeller 13 and forms the air introduction path 11 is fixed to the bearing base 19 by bolts 18 or the like.

排気タービン部3は、ディーゼル機関からの排気ガスを取り入れる第1排気ガス入口ケーシング30及び第2排気ガス入口ケーシング32と、これら排気ガス入口ケーシング30,32の下流側に配置された排気タービンノズル34と、この排気タービンノズル34の下流側に配置された排気タービン羽根車(ロータ)27と、排気ガスを排出するための排気ガス出口ケーシング36とを備えている。   The exhaust turbine section 3 includes a first exhaust gas inlet casing 30 and a second exhaust gas inlet casing 32 that take in exhaust gas from a diesel engine, and an exhaust turbine nozzle 34 disposed on the downstream side of the exhaust gas inlet casings 30 and 32. And an exhaust turbine impeller (rotor) 27 disposed on the downstream side of the exhaust turbine nozzle 34, and an exhaust gas outlet casing 36 for discharging exhaust gas.

排気ガス出口ケーシング36は、軸受台19に対してボルト37等によって固定され、第1排気ガス入口ケーシング30は、排気ガス出口ケーシング36に対してボルト31等によって固定され、第2排気ガス入口ケーシング32は、第1排気ガス入口ケーシング30に対してボルト33等によって固定されている。   The exhaust gas outlet casing 36 is fixed to the bearing stand 19 by bolts 37 and the like, and the first exhaust gas inlet casing 30 is fixed to the exhaust gas outlet casing 36 by bolts 31 and the like, and the second exhaust gas inlet casing 32 is fixed to the first exhaust gas inlet casing 30 by bolts 33 or the like.

排気タービン羽根車27は、中心軸線L回りに回転可能とされた軸流タービンの羽根車とされている。排気タービン羽根車27の外周には、全周にわたって所定間隔を有して複数の排気タービン動翼27aが固定されており、これら排気タービン動翼27aによって排気タービン動翼群が構成されている。なお、排気タービン羽根車27は、軸流式に限定されるものではなく、遠心式としてもよい。   The exhaust turbine impeller 27 is an impeller of an axial turbine that can rotate about the central axis L. A plurality of exhaust turbine rotor blades 27a are fixed to the outer periphery of the exhaust turbine impeller 27 at a predetermined interval over the entire periphery, and an exhaust turbine rotor blade group is configured by the exhaust turbine rotor blades 27a. The exhaust turbine impeller 27 is not limited to the axial flow type, and may be a centrifugal type.

排気タービンノズル34は、排気タービン動翼27aの上流側に配置された静翼とされており、中心軸線Lを中心とした円周上に全周にわたって所定間隔を有して固定されている。これら排気タービンノズル34によって排気タービンノズル群が構成されている。   The exhaust turbine nozzle 34 is a stationary blade disposed on the upstream side of the exhaust turbine rotor blade 27a, and is fixed on the circumference around the central axis L with a predetermined interval over the entire circumference. These exhaust turbine nozzles 34 constitute an exhaust turbine nozzle group.

各排気タービンノズル34には、排気ガスの流路を外周側と内周側に仕切る仕切り部材40が設けられている。仕切り部材40は、中心軸線Lと平行に排気タービンノズル34の前縁から後縁にかけて翼弦長全体にわたって延在する板状体とされている。仕切り部材40の外周面は、図2に示されているように、外周側から内周側に向かって傾斜する傾斜面40aを有しており、下流端(図2において左端)が薄肉となる先細形状となっている。仕切り部材40に傾斜面40aを設けた先細形状とし、排気タービン動翼27a全体に排気ガスを導くことで、タービン効率を向上させることができる。なお、傾斜面40aは外周側から内周側に向かって傾斜しているが、傾斜する方向はこれに限定されるものではなく、内周側から外周側に傾斜させたり、両側から傾斜させてもよい。
仕切り部材40は、隣り合う排気タービンノズル34間にわたって設けられており、これにより、排気タービンノズル群を中心軸線L側から正面視した場合には、仕切り部材40が円周方向に連なったリング形状となっている。このようにリング形状に連なる仕切り部材40によって、排気ガスがタービンノズル群を通過する流路は、外周側に位置するとともに全周にわたって形成された第1排気タービンノズル群流路F1(図2参照)と、第1排気タービンノズル群流路F1の内周側に位置するとともに全周にわたって形成された第2排気タービンノズル群流路F2(図2参照)とに仕切られている。
Each exhaust turbine nozzle 34 is provided with a partition member 40 that partitions an exhaust gas flow path into an outer peripheral side and an inner peripheral side. The partition member 40 is a plate-like body that extends over the entire chord length from the front edge to the rear edge of the exhaust turbine nozzle 34 in parallel with the central axis L. As shown in FIG. 2, the outer peripheral surface of the partition member 40 has an inclined surface 40a inclined from the outer peripheral side toward the inner peripheral side, and the downstream end (left end in FIG. 2) is thin. It has a tapered shape. Turbine efficiency can be improved by providing the partition member 40 with a tapered shape having an inclined surface 40a and introducing exhaust gas to the entire exhaust turbine rotor blade 27a. The inclined surface 40a is inclined from the outer peripheral side toward the inner peripheral side. However, the inclination direction is not limited to this, and the inclined surface 40a is inclined from the inner peripheral side to the outer peripheral side, or inclined from both sides. Also good.
The partition member 40 is provided between the adjacent exhaust turbine nozzles 34. With this, when the exhaust turbine nozzle group is viewed from the center axis L side, the partition member 40 is connected in the circumferential direction. It has become. The first exhaust turbine nozzle group flow path F1 (see FIG. 2) is formed so that the flow path through which the exhaust gas passes through the turbine nozzle group is located on the outer peripheral side and is formed over the entire circumference by the partition member 40 that is continuous in the ring shape. ) And a second exhaust turbine nozzle group flow path F2 (see FIG. 2) which is located on the inner peripheral side of the first exhaust turbine nozzle group flow path F1 and formed over the entire circumference.

第1排気タービンノズル群流路F1の上流側には、第1排気ガス導入流路F1’が接続され、第2排気タービンノズル群流路F2の上流側には、第2排気ガス導入流路F2’が接続されている。   The first exhaust gas introduction flow path F1 ′ is connected to the upstream side of the first exhaust turbine nozzle group flow path F1, and the second exhaust gas introduction flow path is connected to the upstream side of the second exhaust turbine nozzle group flow path F2. F2 'is connected.

図1に示されているように、第1排気ガス導入流路F1’は、第1排気ガス入口ケーシング30によって外周面が形成され、第2排気ガス入口ケーシング32の外周壁部32bによって内周面が形成されている。第1排気ガス入口ケーシング30には、1つの排気ガス入口部として第1排気ガス入口部30aが設けられている。第1排気ガス入口部30aは、中心軸線Lに対して屈曲した方向、具体的には中心軸線Lに対して直交する方向から排気ガスを導入するように設けられている。   As shown in FIG. 1, the first exhaust gas introduction flow path F <b> 1 ′ has an outer peripheral surface formed by the first exhaust gas inlet casing 30, and an inner peripheral surface by the outer peripheral wall portion 32 b of the second exhaust gas inlet casing 32. A surface is formed. The first exhaust gas inlet casing 30 is provided with a first exhaust gas inlet portion 30a as one exhaust gas inlet portion. The first exhaust gas inlet 30a is provided so as to introduce exhaust gas from a direction bent with respect to the central axis L, specifically, a direction orthogonal to the central axis L.

第2排気ガス導入流路F2’は、第2排気ガス入口ケーシング32によって形成されている。第2排気ガス入口ケーシング32には、1つの排気ガス入口として第2排気ガス入口部32aが設けられている。第2排気ガス入口部32aは、中心軸線Lに対して屈曲した方向、具体的には中心軸線Lに対して直交する方向から排気ガスを導入するように設けられている。
第2排気ガス入口ケーシング32は、第2排気ガス入口部32aの下流側に、外周壁部32bと、内周壁部32cとを有している。外周壁部32bと内周壁部32cとは、複数の支持部材32dによって互いに固定されている。支持部材32dは、中心軸線Lを中心とする円周方向に所定間隔を有して複数設けられており、半径方向に延在する板状体とされている。
内周壁部32cは、第2排気ガス導入流路F2’の内周面を形成し、排気ガス流れの上流側が閉じた円錐台形状とされている。内周壁部32cの下流端部は、ノズル34の翼根側の内周面に排気ガスの流路が連続的に連なるように接続されている。
外周壁部32bは、上述した第1排気ガス導入流路F1’の内周面を形成するだけでなく、第2排気ガス導入流路F2’の外周面をも形成する。外周壁部32bの下流端部は、仕切り部材40の内周面及び外周面に排気ガスの流路が連続的に連なるように接続されている。
The second exhaust gas introduction flow path F2 ′ is formed by the second exhaust gas inlet casing 32. The second exhaust gas inlet casing 32 is provided with a second exhaust gas inlet portion 32a as one exhaust gas inlet. The second exhaust gas inlet portion 32a is provided so as to introduce exhaust gas from a direction bent with respect to the central axis L, specifically, a direction orthogonal to the central axis L.
The second exhaust gas inlet casing 32 has an outer peripheral wall portion 32b and an inner peripheral wall portion 32c on the downstream side of the second exhaust gas inlet portion 32a. The outer peripheral wall portion 32b and the inner peripheral wall portion 32c are fixed to each other by a plurality of support members 32d. A plurality of support members 32d are provided at predetermined intervals in the circumferential direction around the central axis L, and are plate-like bodies extending in the radial direction.
The inner peripheral wall portion 32c forms an inner peripheral surface of the second exhaust gas introduction flow path F2 ′, and has a truncated cone shape in which the upstream side of the exhaust gas flow is closed. The downstream end of the inner peripheral wall 32c is connected to the inner peripheral surface of the nozzle 34 on the blade root side so that the exhaust gas flow path is continuously connected.
The outer peripheral wall portion 32b not only forms the inner peripheral surface of the first exhaust gas introduction flow path F1 ′ described above, but also forms the outer peripheral surface of the second exhaust gas introduction flow path F2 ′. The downstream end of the outer peripheral wall portion 32b is connected to the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the partition member 40 so that the exhaust gas flow path is continuously connected.

図3には、第1排気ガス入口ケーシング30に対して第2排気ガス入口ケーシング32が分離された状態が示されている。同図に示されているように、第1排気ガス入口ケーシング30に対してボルト33を用いて第2排気ガス入口ケーシング32が固定されるようになっているので、周方向に設けられた複数のボルト33のピッチ間隔で第2排気ガス入口ケーシング32を第1排気ガス入口ケーシング30に対して中心軸線L回りに所定角度回転させて取り付けることができるようになっている。これにより、第1排気ガス入口部30aと第2排気ガス入口部32aとの相対角度位置を、中心軸線L側から正面視した場合に中心軸線L回りに適宜変更できるので、これら排気ガス入口部30a,32aに接続される配管の配置自由度を増大させることができる。   FIG. 3 shows a state where the second exhaust gas inlet casing 32 is separated from the first exhaust gas inlet casing 30. As shown in the figure, since the second exhaust gas inlet casing 32 is fixed to the first exhaust gas inlet casing 30 by using bolts 33, a plurality of circumferentially arranged plural parts are provided. The second exhaust gas inlet casing 32 can be attached to the first exhaust gas inlet casing 30 by being rotated by a predetermined angle around the central axis L at a pitch interval of the bolts 33. Accordingly, the relative angular position between the first exhaust gas inlet portion 30a and the second exhaust gas inlet portion 32a can be appropriately changed around the central axis L when viewed from the center axis L side. The arrangement | positioning freedom degree of piping connected to 30a, 32a can be increased.

本実施形態の過給機1は、上述のように2エントリ過給機とされており、第1排気ガス入口部30a及び第2排気ガス入口部32aとされた独立した2つの排気ガス入口を有している。1つのディーゼル機関の各気筒からの排気ガスは、2つの排気ガス導入配管にまとめられ、一方の排気ガス導入配管から一方の排気ガス入口へ排気ガスが導かれ、他方の排気ガス導入配管から他方の排気ガス入口へ排気ガスが導かれるようになっている。例えば、ディーゼル機関が図4のように6気筒とされている場合には、第1シリンダ#1、第3シリンダ#3及び第5シリンダ#5からの排気ガスが第1排気ガス導入配管42にまとめられた後に第1排気ガス入口部30aに導かれ、第2シリンダ#2、第4シリンダ#4及び第6シリンダ#6からの排気ガスが第2排気ガス導入配管44にまとめられた後に第2排気ガス入口部32aに導かれる。   The supercharger 1 of the present embodiment is a two-entry supercharger as described above, and includes two independent exhaust gas inlets that are the first exhaust gas inlet 30a and the second exhaust gas inlet 32a. Have. Exhaust gas from each cylinder of one diesel engine is collected into two exhaust gas introduction pipes, exhaust gas is led from one exhaust gas introduction pipe to one exhaust gas inlet, and the other exhaust gas introduction pipe from the other The exhaust gas is led to the exhaust gas inlet. For example, when the diesel engine has six cylinders as shown in FIG. 4, the exhaust gas from the first cylinder # 1, the third cylinder # 3 and the fifth cylinder # 5 enters the first exhaust gas introduction pipe 42. After being collected, the exhaust gas is guided to the first exhaust gas inlet 30a, and the exhaust gas from the second cylinder # 2, the fourth cylinder # 4, and the sixth cylinder # 6 is collected into the second exhaust gas introduction pipe 44 and then 2 Guided to the exhaust gas inlet 32a.

排気タービンノズル34に固定された仕切り部材40の取り付け位置は、第1タービンノズル群流路F1と第2タービンノズル群流路F2に導かれる排気ガスの流量の比と、第1タービンノズル群流路F1に対応する排気タービン動翼群の外周側の第1スロート面積と第2タービンノズル群流路F2に対応するタービン動翼群の内周側の第2スロート面積の比とが一致する位置とされている。したがって、図4に示されたように、排気ガスの流量が2等分される場合には、仕切り部材40は排気タービンノズル群の半径方向における中央位置から外周側よりに配置されることになる。   The attachment position of the partition member 40 fixed to the exhaust turbine nozzle 34 depends on the ratio of the flow rate of the exhaust gas guided to the first turbine nozzle group flow path F1 and the second turbine nozzle group flow path F2 and the first turbine nozzle group flow. The position where the ratio of the first throat area on the outer peripheral side of the exhaust turbine blade group corresponding to the path F1 and the second throat area on the inner peripheral side of the turbine blade group corresponding to the second turbine nozzle group flow path F2 coincides. It is said that. Therefore, as shown in FIG. 4, when the flow rate of the exhaust gas is equally divided, the partition member 40 is disposed from the outer peripheral side from the center position in the radial direction of the exhaust turbine nozzle group. .

上記構成の過給機1は、以下のように動作する。
ディーゼル機関から排出される排気ガスは、図4のように複数のシリンダを2等分して、第1排気ガス導入配管42と第2排気ガス導入配管44の2つにまとめられる。第1排気ガス導入配管42にまとめられた排気ガスは、図1に示すように、第1排気ガス入口部30aへと導かれ、第2排気ガス導入配管44にまとめられた排気ガスは、第2排気ガス入口部32aへと導かれる。
The supercharger 1 configured as described above operates as follows.
As shown in FIG. 4, the exhaust gas discharged from the diesel engine is divided into a plurality of cylinders and divided into two, a first exhaust gas introduction pipe 42 and a second exhaust gas introduction pipe 44. As shown in FIG. 1, the exhaust gas collected in the first exhaust gas introduction pipe 42 is guided to the first exhaust gas inlet 30a, and the exhaust gas collected in the second exhaust gas introduction pipe 44 is 2 It is led to the exhaust gas inlet 32a.

第1排気ガス入口部30aへと導かれた排気ガスは、中心軸線Lを中心とする周方向の全周に設けられた第1排気ガス導入流路F1’を通り、仕切り部材40によって仕切られた外周側の第1排気タービンノズル群流路F1(図2参照)へと導かれる。
第2排気ガス入口部32aへと導かれた排気ガスは、中心軸線Lを中心とする周方向の全周に設けられた第2排気ガス導入流路F2’を通り、仕切り部材40によって仕切られた内周側の第2排気タービンノズル群流路F2(図2参照)へと導かれる。
第1排気タービンノズル群流路F1及び第2排気タービンノズル群流路F2にて増速された排気ガスは、それぞれ、排気タービン動翼27aの対応する外周側及び内周側に導かれる。排気タービン動翼27aは、排気ガスの流体エネルギーを得て排気タービン羽根車27を回転させる。排気タービン動翼27aを通過した排気ガスは、排気ガス出口ケーシング36を通り、過給機1の外部へと排出される。
The exhaust gas guided to the first exhaust gas inlet 30a passes through the first exhaust gas introduction flow path F1 ′ provided on the entire circumference in the circumferential direction centering on the central axis L, and is partitioned by the partition member 40. To the first exhaust turbine nozzle group flow path F1 (see FIG. 2) on the outer peripheral side.
The exhaust gas led to the second exhaust gas inlet portion 32a passes through a second exhaust gas introduction flow path F2 ′ provided on the entire circumference in the circumferential direction centering on the central axis L, and is partitioned by the partition member 40. The second exhaust turbine nozzle group flow path F2 (see FIG. 2) on the inner peripheral side.
The exhaust gas accelerated in the first exhaust turbine nozzle group flow path F1 and the second exhaust turbine nozzle group flow path F2 is guided to the corresponding outer peripheral side and inner peripheral side of the exhaust turbine rotor blade 27a, respectively. The exhaust turbine rotor blade 27a obtains the fluid energy of the exhaust gas and rotates the exhaust turbine impeller 27. The exhaust gas that has passed through the exhaust turbine rotor blade 27 a passes through the exhaust gas outlet casing 36 and is discharged to the outside of the supercharger 1.

排気ガスによって駆動された排気タービン羽根車27の回転力は、ロータ軸17を介してコンプレッサ羽根車13へと伝達され、コンプレッサ羽根車13を中心軸線L回りに回転させる。これにより、空気吸入口9から吸い込まれた空気がコンプレッサ動翼13aによって圧縮され、圧縮された空気は、渦巻き室15を通りディーゼル機関の燃焼空間へと送られ、燃焼用空気として用いられる。   The rotational force of the exhaust turbine impeller 27 driven by the exhaust gas is transmitted to the compressor impeller 13 via the rotor shaft 17 and rotates the compressor impeller 13 around the central axis L. As a result, the air sucked from the air inlet 9 is compressed by the compressor rotor blade 13a, and the compressed air is sent to the combustion space of the diesel engine through the spiral chamber 15 and used as combustion air.

本実施形態の過給機1によれば、以下の作用効果を奏する。
第1排気ガス入口部30aから流入した排気ガスは、第1排気ガス導入流路F1’を通り排気タービンノズル群の第1排気タービンノズル群流路F1の全周にわたって導かれる。また、第2排気ガス入口部32aから流入した排気ガスは、第2排気ガス導入流路F2’を通り排気タービンノズル群の第2排気タービンノズル群流路F2の全周にわたって導かれる。第1排気タービンノズル群流路F1と第2排気タービンノズル群流路F2とは仕切り部材40によって仕切られているので、それぞれのタービンノズル群流路F1,F2を流れた排気ガスは別々に排気タービン動翼群へと導かれる。
このように、第1排気ガス入口部30aおよび第2排気ガス入口部32aから流入した排気ガスは、それぞれ、第1排気タービンノズル群流路F1および第2排気タービンノズル群流路F2の全周にわたって導かれるので、それぞれのタービンノズル群流路F1,F2の出口側すなわちタービン動翼群の入口側の周方向における圧力分布を可及的に小さくすることができる。したがって、排気タービン動翼27aが中心軸線L回りに回転する際に1周毎に受ける圧力変動を小さくでき、排気タービン動翼27aに生じる励振力を可及的に小さくすることができる。これにより、排気タービン動翼間を接続するダンピングワイヤを採用しなくても排気タービン動翼の信頼性を確保することができる。特に、本実施形態のように排気ガスの動圧を利用する動圧式の過給機1であっても、周方向における圧力分布を小さくできるので、排気タービン性能ひいては過給機性能を向上させることができる。
According to the supercharger 1 of this embodiment, there exist the following effects.
The exhaust gas flowing in from the first exhaust gas inlet 30a is guided over the entire circumference of the first exhaust turbine nozzle group flow path F1 of the exhaust turbine nozzle group through the first exhaust gas introduction flow path F1 ′. The exhaust gas flowing in from the second exhaust gas inlet 32a is guided over the entire circumference of the second exhaust turbine nozzle group flow path F2 of the exhaust turbine nozzle group through the second exhaust gas introduction flow path F2 ′. Since the first exhaust turbine nozzle group flow path F1 and the second exhaust turbine nozzle group flow path F2 are partitioned by the partition member 40, the exhaust gas flowing through the respective turbine nozzle group flow paths F1 and F2 is exhausted separately. Guided to the turbine blade group.
In this way, the exhaust gas flowing in from the first exhaust gas inlet 30a and the second exhaust gas inlet 32a is all around the first exhaust turbine nozzle group flow path F1 and the second exhaust turbine nozzle group flow path F2, respectively. Therefore, the pressure distribution in the circumferential direction on the outlet side of each turbine nozzle group flow path F1, F2, that is, on the inlet side of the turbine rotor blade group, can be made as small as possible. Therefore, the pressure fluctuation that is applied to each revolution when the exhaust turbine rotor blade 27a rotates around the central axis L can be reduced, and the excitation force generated in the exhaust turbine rotor blade 27a can be reduced as much as possible. As a result, the reliability of the exhaust turbine rotor blades can be ensured without employing a damping wire for connecting the exhaust turbine rotor blades. In particular, even in the dynamic pressure supercharger 1 that uses the dynamic pressure of the exhaust gas as in this embodiment, the pressure distribution in the circumferential direction can be reduced, so that the exhaust turbine performance and thus the turbocharger performance can be improved. Can do.

第1排気タービンノズル群流路F1と第2排気タービンノズル群流路F2に導かれる排気ガスの流量の比と、排気タービン動翼群の外周側の第1スロート面積と内周側の第2スロート面積の比とが一致する位置に仕切り部材40を設けることとしたので、排気タービン動翼群に対して排気ガスを適切に分配することができ、排気タービン性能ひいては過給機性能を向上させることができる。   The ratio of the flow rate of the exhaust gas guided to the first exhaust turbine nozzle group flow path F1 and the second exhaust turbine nozzle group flow path F2, the first throat area on the outer peripheral side of the exhaust turbine blade group, and the second on the inner peripheral side. Since the partition member 40 is provided at a position where the ratio of the throat area coincides, the exhaust gas can be appropriately distributed to the exhaust turbine rotor blade group, and the exhaust turbine performance and the supercharger performance are improved. be able to.

第2排気ガス導入流路F2’の外周を形成する外周壁部32bを仕切り部材40に接続することとして、第2排気ガス導入流路F2’を通る排気ガスを仕切り部材40の内周側に導くこととした。さらに、この外周壁部32bによって第1排気ガス導入流路F1’の内周を形成するようにした。これにより、簡便な構造を実現することができ、低コスト化を図ることができる。   By connecting the outer peripheral wall portion 32b forming the outer periphery of the second exhaust gas introduction flow path F2 ′ to the partition member 40, the exhaust gas passing through the second exhaust gas introduction flow path F2 ′ is moved to the inner peripheral side of the partition member 40. I decided to guide. Further, the outer peripheral wall portion 32b forms the inner periphery of the first exhaust gas introduction flow path F1 '. Thereby, a simple structure can be realized and cost reduction can be achieved.

第1排気ガス入口部30aおよび第2排気ガス入口部32aのそれぞれが中心軸線Lに対して屈曲した方向から排気ガスを導くように設けられており、第1排気ガス入口部30aと第2排気ガス入口部32aとの相対位置を、中心軸線L側から正面視した場合に中心軸線L回りに変更可能としたので、これら排気ガス入口部30a,32aに接続される配管の配置自由度を増大させることができる。   Each of the first exhaust gas inlet portion 30a and the second exhaust gas inlet portion 32a is provided so as to guide the exhaust gas from a direction bent with respect to the central axis L, and the first exhaust gas inlet portion 30a and the second exhaust gas are provided. Since the relative position with respect to the gas inlet portion 32a can be changed around the central axis L when viewed from the center axis L side, the degree of freedom of arrangement of pipes connected to the exhaust gas inlet portions 30a and 32a is increased. Can be made.

なお、上記実施形態では、動圧式の過給機1として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、静圧式の過給機に用いることもできる。
また、上記実施形態では2つの排気ガス入口を有する排気タービン部3としたが、3つ以上の排気ガス入口を有する排気タービン部としてもよい。この場合には、仕切り部材が2以上となり、排気タービンノズル群流路が同心円状に3つ以上設けられることになる。
In the above-described embodiment, the dynamic pressure supercharger 1 has been described. However, the present invention is not limited to this and can be used for a static pressure supercharger.
In the above embodiment, the exhaust turbine unit 3 having two exhaust gas inlets is used. However, an exhaust turbine unit having three or more exhaust gas inlets may be used. In this case, there are two or more partition members, and three or more exhaust turbine nozzle group flow paths are provided concentrically.

また、上記実施形態では、排気タービン装置の適用例として過給機1を用いて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図1に示した過給機のように排気タービン部3に過給用のコンプレッサ部5を組み合わせるのではなく、図5に示したように、排気タービン部3に対して他の従動機を組み合わせて、排気エネルギー回収装置としてもよい。従動機としては、例えば、発電機や、化学プラント等に用いられて所定のプロセスガスを圧縮する圧縮機等が挙げられる。   Moreover, in the said embodiment, although demonstrated using the supercharger 1 as an application example of an exhaust turbine apparatus, this invention is not limited to this. For example, instead of combining the turbocharger compressor unit 5 with the exhaust turbine unit 3 as in the supercharger shown in FIG. 1, as shown in FIG. The exhaust energy recovery device may be combined. Examples of the follower include a generator and a compressor that is used in a chemical plant or the like and compresses a predetermined process gas.

また、本発明の排気タービン装置は、上記実施形態のように1つの内燃機関に接続されるものに限定されるわけではなく、2つ以上の内燃機関に接続されるものであってもよい。例えば、特許文献2に示したように2つの内燃機関から排気ガスを得て発電機を駆動するパワータービンにも本発明の排気タービン装置を適用することができる。このように、2台の内燃機関から排気ガスを導入する場合には、図3で示したように、第1排気ガス入口部30aと第2排気ガス入口部32aとの相対位置を中心軸線L回りに変更可能としておけば、2台の内燃機関の間に排気タービン装置を設置し、第1排気ガス入口部と第2排気ガス入口部のそれぞれの延長線をV字状に交差させて配置することができる。   Further, the exhaust turbine apparatus of the present invention is not limited to the one connected to one internal combustion engine as in the above embodiment, and may be connected to two or more internal combustion engines. For example, as shown in Patent Document 2, the exhaust turbine apparatus of the present invention can be applied to a power turbine that obtains exhaust gas from two internal combustion engines and drives a generator. Thus, when exhaust gas is introduced from two internal combustion engines, as shown in FIG. 3, the relative position between the first exhaust gas inlet portion 30a and the second exhaust gas inlet portion 32a is defined as the central axis L. If it can be changed around, an exhaust turbine device is installed between the two internal combustion engines, and the extended lines of the first exhaust gas inlet and the second exhaust gas inlet are crossed in a V shape. can do.

1 過給機
3 排気タービン部(排気タービン装置)
5 コンプレッサ部(圧縮機)
9 空気吸入口
11 空気導入路
13 コンプレッサ羽根車
13a コンプレッサ動翼
15 渦巻き室
17 ロータ軸
18 ボルト
19 軸受台
20 空気案内ケーシング
21 スラスト軸受
23,25 ラジアル軸受
27 排気タービン羽根車(ロータ)
27a 排気タービン動翼
30 第1排気ガス入口ケーシング
30a 第1排気ガス入口部
31 ボルト
32 第2排気ガス入口ケーシング
32a 第2排気ガス入口部
32b 外周壁部
32c 内周壁部
33 ボルト
34 排気タービンノズル
36 排気ガス出口ケーシング
37 ボルト
40 仕切り部材
42 第1排気ガス導入配管
44 第2排気ガス導入配管
L 中心軸線
F1 第1排気タービンノズル群流路
F2 第2排気タービンノズル群流路
F1’ 第1排気ガス導入流路
F2’ 第2排気ガス導入流路
1 Supercharger 3 Exhaust turbine section (exhaust turbine device)
5 Compressor section (compressor)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 Air inlet 11 Air introduction path 13 Compressor impeller 13a Compressor blade 15 Swirl chamber 17 Rotor shaft 18 Bolt 19 Bearing base 20 Air guide casing 21 Thrust bearing 23, 25 Radial bearing 27 Exhaust turbine impeller (rotor)
27a Exhaust turbine rotor blade 30 First exhaust gas inlet casing 30a First exhaust gas inlet portion 31 Bolt 32 Second exhaust gas inlet casing 32a Second exhaust gas inlet portion 32b Outer peripheral wall portion 32c Inner peripheral wall portion 33 Bolt 34 Exhaust turbine nozzle 36 Exhaust gas outlet casing 37 Bolt 40 Partition member 42 First exhaust gas introduction pipe 44 Second exhaust gas introduction pipe L Center axis F1 First exhaust turbine nozzle group flow path F2 Second exhaust turbine nozzle group flow path F1 ′ First exhaust gas Introduction flow path F2 'Second exhaust gas introduction flow path

Claims (6)

中心軸線回りに回転可能とされたロータと、
該ロータの全周にわたって取り付けられた複数のタービン動翼で構成されたタービン動翼群と、
内燃機関から排出された排気ガスを前記タービン動翼群に導くように、前記中心軸線回りの全周にわたって取り付けられた複数のタービンノズルで構成されたタービンノズル群と、
を備えた排気タービン装置であって、
前記排気ガスが前記タービンノズル群を通過する流路を、外周側に位置するとともに全周にわたって形成された第1タービンノズル群流路と、該第1タービンノズル群流路の内周側に位置するとともに全周にわたって形成された第2タービンノズル群流路とに仕切る仕切り部材と、
前記排気ガスが前記第1タービンノズル群流路の全周にわたって導かれるように形成された第1排気ガス導入流路と、
前記排気ガスが前記第2タービンノズル群流路の全周にわたって導かれるように形成された第2排気ガス導入流路と、
前記内燃機関からの前記排気ガスを前記第1排気ガス導入流路に導く第1排気ガス入口部と、
前記内燃機関からの前記排気ガスを前記第2排気ガス導入流路に導く第2排気ガス入口部と、
を備えていることを特徴とする排気タービン装置。
A rotor that is rotatable about a central axis,
A turbine blade group composed of a plurality of turbine blades attached over the entire circumference of the rotor;
A turbine nozzle group composed of a plurality of turbine nozzles attached over the entire circumference around the central axis so as to guide the exhaust gas discharged from the internal combustion engine to the turbine rotor blade group;
An exhaust turbine apparatus comprising:
A flow path through which the exhaust gas passes through the turbine nozzle group is located on the outer peripheral side, and is located on the inner peripheral side of the first turbine nozzle group flow path, which is formed over the entire circumference. And a partition member that partitions into a second turbine nozzle group flow path formed over the entire circumference,
A first exhaust gas introduction passage formed so that the exhaust gas is guided over the entire circumference of the first turbine nozzle group passage;
A second exhaust gas introduction passage formed so that the exhaust gas is guided over the entire circumference of the second turbine nozzle group passage;
A first exhaust gas inlet that guides the exhaust gas from the internal combustion engine to the first exhaust gas introduction flow path;
A second exhaust gas inlet for guiding the exhaust gas from the internal combustion engine to the second exhaust gas introduction flow path;
An exhaust turbine apparatus comprising:
前記仕切り部材は、前記第1タービンノズル群流路と前記第2タービンノズル群流路に導かれる前記排気ガスの流量の比と、前記第1タービンノズル群流路に対応する前記タービン動翼群の外周側の第1スロート面積と前記第2タービンノズル群流路に対応する前記タービン動翼群の内周側の第2スロート面積の比とが一致する位置に設け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装置。   The partition member includes a ratio of a flow rate of the exhaust gas guided to the first turbine nozzle group flow path and the second turbine nozzle group flow path, and the turbine blade group corresponding to the first turbine nozzle group flow path. The first throat area on the outer peripheral side of the turbine blade group is provided at a position where the ratio of the second throat area on the inner peripheral side of the turbine rotor blade group corresponding to the second turbine nozzle group flow path coincides. The exhaust turbine apparatus according to claim 1. 前記第2排気ガス導入流路の外周を形成する外周壁部が前記仕切り部材に接続され、
前記外周壁部によって、前記第1排気ガス導入流路の内周が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の排気タービン装置。
An outer peripheral wall forming an outer periphery of the second exhaust gas introduction flow path is connected to the partition member;
The exhaust turbine apparatus according to claim 1 or 2, wherein an inner periphery of the first exhaust gas introduction flow path is formed by the outer peripheral wall portion.
前記第1排気ガス入口部および前記第2排気ガス入口部は、それぞれ、前記中心軸線に対して屈曲した方向から前記排気ガスを導入するように設けられ、
前記第1排気ガス入口部と前記第2排気ガス入口部は、前記中心軸線側から正面視した場合に、該中心軸線回りに相対位置が変更可能とされていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の排気タービン装置。
The first exhaust gas inlet and the second exhaust gas inlet are each provided to introduce the exhaust gas from a direction bent with respect to the central axis.
2. The relative position of the first exhaust gas inlet and the second exhaust gas inlet can be changed around the central axis when viewed from the front of the central axis. 4. The exhaust turbine device according to any one of items 1 to 3.
請求項1から4のいずれかに記載の排気タービン装置と、
該排気タービン装置の前記ロータによって駆動され、前記内燃機関へ供給する空気を圧縮する圧縮機と、
を備えていることを特徴とする過給機。
An exhaust turbine device according to any one of claims 1 to 4,
A compressor that is driven by the rotor of the exhaust turbine device and compresses air supplied to the internal combustion engine;
A turbocharger characterized by comprising:
請求項1から4のいずれかに記載の排気タービン装置と、
該排気タービン装置の前記ロータによって駆動される従動機と、
を備えていることを特徴とする排気エネルギー回収装置。
An exhaust turbine device according to any one of claims 1 to 4,
A driven machine driven by the rotor of the exhaust turbine apparatus;
An exhaust energy recovery device comprising:
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019011758A (en) * 2017-06-30 2019-01-24 マン・エナジー・ソリューションズ・エスイー Turbine inflow housing of axial flow turbine of turbocharger
JP2019031972A (en) * 2017-08-04 2019-02-28 マン・エナジー・ソリューションズ・エスイー Turbine inflow housing of axial flow type turbine of turbo supercharger

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6010834U (en) * 1983-06-30 1985-01-25 石川島播磨重工業株式会社 axial turbine
JPH06341325A (en) * 1993-05-31 1994-12-13 Isuzu Motors Ltd Exhaust gas energy recovering device
JP2010216468A (en) * 2009-02-18 2010-09-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Turbo supercharger
JP2012097699A (en) * 2010-11-04 2012-05-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Turbine housing of twin scroll type turbocharger

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6010834U (en) * 1983-06-30 1985-01-25 石川島播磨重工業株式会社 axial turbine
JPH06341325A (en) * 1993-05-31 1994-12-13 Isuzu Motors Ltd Exhaust gas energy recovering device
JP2010216468A (en) * 2009-02-18 2010-09-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Turbo supercharger
JP2012097699A (en) * 2010-11-04 2012-05-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Turbine housing of twin scroll type turbocharger

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019011758A (en) * 2017-06-30 2019-01-24 マン・エナジー・ソリューションズ・エスイー Turbine inflow housing of axial flow turbine of turbocharger
JP2019031972A (en) * 2017-08-04 2019-02-28 マン・エナジー・ソリューションズ・エスイー Turbine inflow housing of axial flow type turbine of turbo supercharger

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