JP2018021554A

JP2018021554A - ターボ過給機の軸流タービンおよびターボ過給機

Info

Publication number: JP2018021554A
Application number: JP2017148946A
Authority: JP
Inventors: ミヒャエル・ドンデラー; Donderer Michael
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2016-08-02
Filing date: 2017-08-01
Publication date: 2018-02-08
Also published as: CN107676138A; CH712811B1; DE102016114253A1; KR20180015077A; CH712811A2

Abstract

【課題】ターボ過給機の新規なタイプの軸流タービンを提供する。【解決手段】媒体を膨張させるためのターボ過給機の軸流タービンは、動翼を具備したタービンロータと、動翼の上流に配置された調節可能なガイドブレードを具備したガイド装置と、ガイド装置の上流に配置された流入ハウジングと、を備えている。シール空気孔が流入ハウジングに導入されている。周方向シール空気溝がガイドリングに導入されている。流入ハウジングに導入されたシール空気孔は、流入ハウジングを通じて延び、且つガイドリングに導入されたシール空気溝内へと開口しており、ガイドブレードのガイドブレードスイベルプレートとガイドリングとの間の、シール空気溝からシール空気を供給されることが可能な離間継手の領域内のシール空気圧は、この離間継手の領域内の排出ガス圧よりも大きい。【選択図】図２

Description

本発明は、ターボ過給機の軸流タービンおよびターボ過給機に関する。

特許文献１から、ターボ機械、すなわちタービンおよび圧縮機を備えた排出ガスターボ過給機が知られている。排出ガスターボ過給機のタービンは、排出ガスの膨張に寄与し、タービン流入ハウジングを具備しており、このハウジングを介して排出ガスはタービンのタービンロータに供給され、タービンロータは複数の動翼を具備している。タービンの動翼の下流には、拡散器を備えたタービン流出ハウジングが接続されている。排出ガスターボ過給機のタービンの領域内において排出ガスの膨張の際に抽出されたエネルギは、チャージエアを圧縮するために、排出ガスターボ過給機の圧縮機の領域内において使用される。

特許文献２はターボ過給機の軸流タービンを開示しており、排出ガスの流れ方向から見て、調節可能なガイドブレードを備えたガイド装置が、タービンロータの動翼の上流に配置されている。ガイド装置のガイドブレードは、ガイドブレード片、ガイドブレードスイベルプレート、およびガイドブレードピンを具備している。ガイドブレードは調節装置を通じて調節可能であり、調節可能にガイドリングに搭載されており、それはガイドブレードキャリアとしても開示されている。ガイドブレードのための軸受は、個々のガイドブレードのガイドブレードピンとガイドリングとの間に形成されている。個々のガイドブレードのガイドブレードスイベルプレートとガイドリングとの間の離間継手により、排出ガスの漏れはガイドブレードの軸受の領域内に流れることが可能であり、そのことは、ガイドブレードの軸受の領域内への不必要な滞留を導き、ひいてはガイド装置の調節装置の故障の原因となり得る。

独国特許出願公開第４４２６５２２号明細書独国特許第１００１６７４５号明細書

このことを起点として、本発明は、ターボ過給機の新規なタイプの軸流タービンの創出の目的に基づいており、この軸流タービンを伴って、排出ガスの漏れはガイド装置の調節可能なガイドブレードの軸受から回避されることが可能である。

この目的は、請求項１によるターボ過給機の軸流タービンを通じて解決されている。少なくとも１つのシール空気孔が、タービンの流入ハウジングに導入されている。周方向シール空気溝は、ガイドリングに導入されている。流入ハウジングに導入された１つのまたは各々のシール空気孔は、流入ハウジングを通じて延び、ガイドリングに導入されたシール空気溝内に開口しており、個々のガイドブレードのガイドブレードスイベルプレートとガイドリングとの間のシール空気溝からシール空気を供給されることが可能な離間継手の領域内のシール空気圧は、この離間継手の領域内の排出ガス圧よりも大きい。シール空気は、１つのまたは各々のシール空気孔を通じてガイドリングのシール空気溝の領域内に導入されることが可能であり、このシール空気により、個々のガイドブレードのガイドブレードスイベルプレートとガイドリングとの間の離間継手を通じた排出ガスの漏れを防止することが可能であり、これにより排出ガスの漏れはガイドブレードの軸受から回避されることが可能である。したがって、ガイドブレードの軸受の領域内への不要の滞留を防止することが可能である。それにより、ガイド装置の調節装置の故障の危険性が減少されている。

本発明のさらなる有利な発展によれば、ガイドリングと各ガイドブレードのガイドブレードピンとの間に形成された、個々のガイドブレードの軸受面には、シール空気溝からのシール空気が供給されることが可能である。軸受へのシール空気の供給は、特にガイドブレードの軸受の冷却に関して同様に有利である。シール空気溝は、ガイドリング内の開口部を通じて、離間継手および軸受に選択的にシール空気を供給している。

本発明のさらなる有利な発展によれば、シール空気溝をシールするためのシール要素は、ガイドリングと流入ハウジングとの間に配置されている。これにより、十分に高いシール空気圧が、シール空気溝の領域内に維持されることが可能である。

本発明のさらなる有利な発展によれば、シール空気孔は、軸流タービンの軸方向に対して、および軸流タービンの径方向に対して、傾斜して配設されている。このことは、タービン流入ハウジングの実施形態の特に有利な設計を可能にしている。

本発明によるターボ過給機は、請求項８に定義されている。

本発明のさらなる好適な発展は、従属請求項からおよび下記の説明から得られている。本発明に例示的な実施形態は、制限することの無い図を利用してより詳細に説明されている。

ターボ過給機から抜粋した、本発明による軸流タービンの領域を示した図である。図１のＩＩの部分の詳細図である。図２の詳細から抜粋した図である。図３を参照した別の斜視図である。図３および図４を参照したさらなる斜視図である。図５のＶＩの部分の詳細図である。

図１は、ターボ過給機の軸流タービン２の領域におけるターボ過給機１からの抜粋を示している。軸流タービン２のタービン流入ハウジング３、拡散器２２を備えたタービン流出ハウジング４、タービンロータ５、およびガイド装置６が図示されている。排出ガスはターボ過給機１の軸流タービン２内で膨張され、タービン流入ハウジング３を通じて軸流タービン２、すなわちタービンロータ５に供給され、排出ガスの流れの方向に見て、ガイド装置６は、タービンロータ５の上流且つタービン流入ハウジング３の下流に配置されている。

タービンロータ５は複数の動翼７を具備し、これらの動翼はタービンロータ５と一体に回転する。排出ガスは軸流タービン２、すなわちタービンロータ５を通じて流れ、タービンロータ５の領域において膨張され、その行程において抽出されたエネルギは、排出ガスターボ過給機１の図示されていない圧縮機の圧縮機ロータを駆動するために使用され、圧縮機ロータはシャフト８を介してタービンロータ５に連結されている。カバーリング９は、締結要素１０を通じてタービン流出ハウジング４に接続されており、外側において径方向にタービンロータ５の動翼７に隣接している。

すでに説明したように、ガイド装置６はタービンロータ５の上流に、ひいてはタービンロータ５の動翼７の上流に配置され、タービンロータ５の方向においてタービン流入ハウジング３を通じて誘導された排出ガスは、タービンロータ５の動翼７を通じて引き続き誘導される前に、ガイド装置６を通じて初期的に流れる。ガイド装置６は複数のガイドブレード１１を具備し、各ガイドブレード１１はガイドブレード片１２、ガイドブレードピン１３、およびガイドブレードスイベルプレート１４を具備している。

ガイドブレード１１は、ガイドブレード１１の回転を通じてガイド装置６を調節するために、ガイドブレードキャリアとして記載されたガイドリング１５内のガイドブレードピン１３を通じて回転可能に搭載されている。

詳細には図示されていないガイド装置６のための調節装置により、ガイド装置は一般的に調節機構および調節駆動部を具備し、ガイド装置６のガイドブレード１１は、ガイドリング１５内で回転可能である。

したがって、調節可能なガイド装置６のガイドブレード１１のための軸受１６は、ガイドブレード１１のガイドブレードピン１３とガイドリング１５との間に形成されている。

ガイド装置６のガイドブレード１１のガイドブレードスイベルプレート１４とガイドリング１５との間には、離間継手１７が形成されている。これらの離間継手１７を通じて、排出ガスの漏れは先行技術に従って流れることが可能である。公知の軸流タービンにおいては、この排出ガスの漏れは、ガイドリング１５とガイドブレード１１のガイドブレードピン１３との間に形成された、ガイドブレード１１の軸受１６の領域に進入可能であり、ひいては軸受１６の領域内に滞留する。これは欠点である。

ガイドブレード１１の軸受１６の領域内へのそのような滞留を回避するために、少なくとも１つのシール空気孔１８が、流入ハウジング３に導入されている。選択的に、複数のそのようなシール空気孔１８は、タービン流入ハウジング３の周上に導入されている。周方向シール空気溝１９は、ガイドリング１５に導入されている。流入ハウジング３に導入された１つのまたは各々のシール空気孔１８は、流入ハウジング３を通じて延び、ガイドリング１５に導入されたシール空気溝１９内へと開口している。ここで、シール空気溝１９は、ガイドリング１５と個々のガイドブレード１１のガイドブレードスイベルプレート１４との間の離間継手１７と、ガイドリング１５の開口部２１を通じて連通しており、これによりシール空気溝１９内のシール空気圧を介して、個々のガイドブレード１１のガイドブレードスイベルプレート１４とガイドリング１５との間の離間継手１７は、シール空気を供給されることが可能であり、シール空気溝１９内および個々の離間継手１７の領域内のシール空気圧は、離間継手１７の領域における排出ガス圧よりも大きい。

先行技術による排出ガスの漏れは、結果的にガイドブレード１１のガイドブレードスイベルプレート１４とガイドリング１５との間の離間継手１７を通じて流れることが可能であり、離間継手１７へのシール空気の供給により防止されている。したがって、排出ガスは、ガイドリング１５とガイドブレード１１のガイドブレードピン１３との間の軸受１６の領域内に進入し得ない。

シール空気溝１９を起点として、ガイドブレード１１のガイドブレードピン１３とガイドリング１５との間の軸受１６にも、シール空気が供給され、結果的に軸受が冷却されることが可能である。

したがって、本発明の最も重要な目的は、少なくとも１つのシール空気孔１８、選択的に複数のシール空気孔１８が、タービン流入ハウジング３に導入されることである。１つのまたは各々のシール空気孔１８は、ガイドリング１５に導入された周方向のシール空気溝１９と連通しており、そこから、一方ではガイドブレード１１のガイドブレードスイベルプレート１４とガイドリング１５との間の離間継手１７へ、および他方ではガイドブレード１１のガイドブレードピン１３とガイドリング１５との間の軸受１６へ、とシール空気が供給され得る。

これは、開口部２１を通じてガイドリング１５内へと有効とされ、開口部は、圧力側のシール空気溝１９を、ガイドブレード１１のガイドブレードスイベルプレート１４とガイドリング１５との間の離間継手１７へ、およびガイドブレード１１のガイドブレードピン１３とガイドリング１５との間の軸受１６へ、と連通させている。このために、一方では排出ガスの漏れが軸受１６の領域に進入することを防止し、他方では軸受１６が冷却されることが可能である。調節可能なガイドブレード１１のガイドリング１５への搭載の失敗は、それ故に逆に作用する。

図６から最も明らかなように、図示されていないシール要素のための受容溝２０は、タービン流入ハウジング３に面した側のシール空気溝１９に隣接したガイドリング１５に導入されている。受容溝２０内に配置されたこれらのシール要素を経由して、流入ハウジング３とガイドリング１５との間の離間継手を通じたシール空気の漏れを防止するために、シール空気溝１９はシールされることが可能である。

１つのまたは各々のシール空気孔１８は、軸流タービン２の軸方向に対して、および軸流タービンの径方向にも対して、選択的に傾斜されて配設されている。選択的に、個々のシール孔１８は、軸流タービン２の軸方向と１５°〜７５°の間、好適に３０°〜６０°の間の角度を成している。これにより、シール空気孔１８は、ガイドリング１５のシール空気溝１９の領域内へと、流入ハウジング３内を特に好適に誘導されることが可能である。

シール空気は、既設の何らかのチャージエアシステムのチャージエア、または圧縮空気システムの圧縮空気とすることが可能である。

１・・・ターボ過給機
２・・・軸流タービン
３・・・流入ハウジング
４・・・流出ハウジング
５・・・タービンロータ
６・・・ガイド装置
７・・・動翼
８・・・シャフト
９・・・カバーリング
１０・・・締結要素
１１・・・ガイドブレード
１２・・・ガイドブレード片
１３・・・ガイドブレードピン
１４・・・ガイドブレードスイベルプレート
１５・・・ガイドリング
１６・・・軸受
１７・・・離間継手
１８・・・シール空気孔
１９・・・シール空気溝
２０・・・受容溝
２１・・・開口部
２２・・・拡散器

Claims

媒体を膨張させるためのターボ過給機の軸流タービン（２）であって、
動翼（７）を具備したタービンロータ（５）と、
膨張させられる前記媒体の流れ方向から見て、前記動翼（７）の上流に配置された調節可能なガイドブレード（１１）を具備したガイド装置（６）であって、各前記ガイドブレード（１１）は、ガイドリング（１５）に装着されたガイドブレード片（１２）、ガイドブレードスイベルプレート（１４）、およびガイドブレードピン（１３）を具備した、ガイド装置（６）と、
膨張させられる前記媒体の流れ方向から見て、前記ガイド装置（６）の上流に配置された流入ハウジング（３）であって、該流入ハウジングを介して、膨張させられる前記媒体が前記ガイド装置（６）のガイドブレード（１１）に供給されることが可能な、流入ハウジング（３）と、を備えた軸流タービンにおいて、
少なくとも１つのシール空気孔（１８）が前記流入ハウジング（３）に導入され、
周方向シール空気溝（１９）が前記ガイドリング（１５）に導入され、
前記流入ハウジング（３）に導入された１つのまたは各々のシール空気孔（１８）は、前記流入ハウジング（３）を通じて延び、且つ前記ガイドリング（１５）に導入された前記シール空気溝（１９）内へと開口しており、
個々の前記ガイドブレード（１１）のガイドブレードスイベルプレート（１４）と前記ガイドリング（１５）との間の、前記シール空気溝（１９）からシール空気を供給されることが可能な離間継手（１７）の領域内のシール空気圧は、この離間継手（１７）の領域内の排出ガス圧よりも大きいことを特徴とする軸流タービン。
前記ガイドリング（１５）と個々の前記ガイドブレード（１１）のガイドブレードピン１３との間には、前記シール空気溝（１９）からシール空気の供給を受けることが可能な個別の軸受（１６）が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の軸流タービン。
前記シール空気溝（１９）は、前記ガイドリング（１５）の開口部（２１）を通じて、前記離間継手（１７）および前記軸受（１６）と連通しており、前記離間継手および前記軸受にシール空気を供給することを特徴とする請求項１または２に記載の軸流タービン。
前記ガイドリング（１５）と前記流入ハウジング（３）との間には、前記シール空気溝（１９）をシールするためのシール要素が配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の軸流タービン。
前記シール空気溝（１９）に隣接したガイドリング（１５）は、前記シール要素のための受容溝（２０）を具備していることを特徴とする請求項４に記載の軸流タービン。
前記シール空気孔（１８）は、前記軸流タービンの軸方向に対して、および前記軸流タービンの径方向に対して、傾斜して配設されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の軸流タービン。
前記シール空気孔（１８）は、前記軸流タービンの軸方向に対して１５°〜７５°の間の、好適に３０°〜６０°の間の角度を成していることを特徴とする請求項６に記載の軸流タービン。
排出ガスを膨張させるための、および排出ガスの膨張の際のエネルギを抽出するための軸流タービン（２）を備え、前記軸流タービン（２）内において抽出されたエネルギを使用する、チャージエアを圧縮するための圧縮機を備えたターボ過給機（１）において、前記軸流タービン（２）は、請求項１〜７のいずれか一項にしたがって設計されていることを特徴とするターボ過給機（１）。