JP2019031972A - ターボ過給機の軸流式タービンのタービン流入ハウジング - Google Patents

Abstract

【課題】リブの接続部分が、リブとタービン流入ハウジングの外壁とを結合して、流入側フランジの領域に少なくとも部分的に位置決めされるようにする。【解決手段】タービン流入ハウジング（１０）は、流入側端部に設けられている流入側フランジ（１１）であって、流入側端部において、タービン流入ハウジング（１０）の外壁（１３）が、円状の断面を有する入口側流路（１５）を形成している、流入側フランジ（１１）と、流出側端部に設けられている流出側フランジ（１２）であって、流出側端部において、タービン流入ハウジング（１０）の外壁（１３）及び内壁（１４）が、環状の断面を有する出口側流路（１６）を形成している、流出側フランジ（１２）と、リブ（１７）であって、タービン流入ハウジング（１０）の外壁（１３）及び内壁（１４）が、リブ（１７）を介して、互いに接続されている、リブ（１７）と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、ターボ過給機の軸流式タービンのタービン流入ハウジングに関する。

ターボ過給機は、第１の媒体を膨張させるためのタービンと、第２の媒体を圧縮するための圧縮機とを備えている。ターボ過給機のタービンは、タービンハウジングとタービンロータとを備えている。ターボ過給機の圧縮機は、圧縮機ハウジングと圧縮機ロータとを備えている。タービンロータと圧縮機ロータとは、ターボ過給機の軸受ハウジングに回転可能に取り付けられているシャフトを介して、互いに接続されている。ターボ過給機の軸受ハウジングは、タービンハウジングと圧縮機ハウジングとの両方に接続されている。ターボ過給機のタービンは、軸流式タービン又はラジアルタービンとして構成されている。同様に、ターボ過給機の圧縮機は、タービンハウジングと圧縮機ハウジングとの両方に接続されている。本発明は、軸流式タービンとして構成されているターボ過給機の軸流式タービンのタービン流入ハウジングに関する。

特許文献１は、ターボ過給機の軸流式タービンの基本的な構造を開示している。従って、当該従来技術は、抽出装置の形態をしたタービンハウジングのタービン流入ハウジングと共にタービンのタービンロータを表わす。ここで、特許文献１は、タービン流入ハウジングの流出側端部を開示しており、流出側端部において、タービン流入ハウジング、すなわちそのラジアル方向内壁及びラジアル方向外壁が、環状の断面を有する流体通路を形成している。環状の断面を有する流体通路によって、膨張させるための媒体が、軸流式タービンのタービンロータに給送される。

特許文献１では、ノズルリングが、タービンロータとタービン流入ハウジングの流出側端部との間に位置決めされている。また、ノズルリングは、案内装置又は案内グリッドとしても呼称される。

実践から知られているように、タービン流入ハウジングのラジアル方向内壁及びラジアル方向外壁が、リブを介して互いに接続されており、リブは、タービン流入ハウジングの流出側端部において、環状の断面を有する流体通路を通じて延在している。タービンロータに給送するための媒体流は、当該リブの周りを循環する。

実践から知られているように、タービン流入ハウジングには、熱サイクルに起因して亀裂が発生する傾向になる。これにより、タービン流入ハウジングの耐用寿命が縮められる。実践から知られているタービン流入ハウジングの課題としては、亀裂の形成に加えて、熱サイクルの起因するタービン流入ハウジングとタービン流入ハウジングに取り付けられている部品、具体的には案内装置やノズルリングとの間における相対的な移動が挙げられる。その結果として、タービン流入ハウジングと案内装置との間における、動作の際に発生する間隙が変化する。熱的サイクルに起因する亀裂が発生しにくいタービン流入ハウジングに対するニーズが存在する。さらに、熱サイクルの起因するタービン流入ハウジングとタービン流入ハウジングに取り付けられている部品との間における相対的な移動を最小限に押させることが求められている。このことを発端として、本発明の目的は、新型のタービン流入ハウジングを提供することである。

独国実用新案公開公報第２０２０１４００２９８１号

本発明の第１の実施態様では、当該目的は、請求項１に記載のタービン流入ハウジングによって解決される。第１の実施態様では、リブの接続部分が、リブとタービン流入ハウジングの外壁とを結合しており、流入側フランジの領域に少なくとも部分的に位置決めされている。

本発明の第２の実施態様では、当該目的は、請求項６に記載のタービン流入ハウジングによって解決される。本発明の第２の実施態様では、リブが、液滴状の断面を有している。

本発明の第３の実施態様では、当該目的は、請求項６に記載のタービン流入ハウジングによって解決される。本発明の第３の実施態様では、
リブの流体導入面が、リブそれぞれの流入側面と流出側面との間に且つ外壁と内壁との間に延在しており、リブの流体導入面が、最初に、流入側面から、リブの輪郭の反転点に向かって分岐しており、その後に、反転点から、流出側面に向かって収束しており、反転点の領域における流体導入面の距離ｄと、流入側面と流出側面との距離ｌとの比ｄ／ｌが、０．４より大きく１．０より小さい。

本発明の上述の実施態様は、単独で実施可能とされるが、好ましくは互いに組み合わせることもできる。従って、上述の実施態様のうち２つ以上の実施態様を組み合わせて利用することもできる。３つのすべての実施態様によって、リブの領域において亀裂が形成される恐れが低減される。さらに、亀裂伸展の挙動が最小限に抑えられる。タービン流入ハウジングとタービン流入ハウジングに組み付けられた部品との間において相対的移動が発生する恐れが低減される。本発明におけるタービン流入ハウジングは、度重なる負荷サイクルに耐えることができる。

本発明の好ましいさらなる発展形態は、従属請求項及び発明の詳細な説明から得ることができる。本発明の典型的な実施例については、添付図面に基づいて詳述するが、本発明は、当該実施例に限定される訳ではない。

本発明におけるターボ過給機の軸流式タービンのタービン流入ハウジングのアキシアル方向断面図である。

図１は、ターボ過給機の軸流式タービンのタービン流入ハウジング１０を表わす。このようなタービン流入ハウジング１０は、流入側フランジ１１を具備する流入側端部と、流れ出口側フランジ１２を具備する流出側端部とを備えている。

流入側端部において、軸流式タービンの領域において膨張される媒体が、タービン流入ハウジング１０に流入する。流出側端部では、当該媒体が、タービン流入ハウジング１０からアキシアル方向に流出し、その後にアキシアル方向において軸流式タービンのタービンロータに給送される。従って、流出側端部１２の領域における媒体の出口方向は、軸流式タービンのアキシアル方向に向いている。従って、図１に表わすタービン流入ハウジング１０の断面図は、アキシアル方向断面図である。

タービン流入ハウジング１０は、外壁１３と内壁１４とを備えている。タービン流入ハウジング１０の流入側端部では、外壁１３は、円状の断面を有する入口側流路１５を形成している。流出側端部では、外壁１３及び内壁１４が、環状の断面を有するタービン流入ハウジング１０の出口側流路１６を形成している。

流入側端部の領域では、円状の断面を有する入口側流路１５が、外壁１３によって形成されており、流出側端部の領域では、環状の断面を有する出口側流路１６が、外壁１３及び内壁１４によって形成されている。内壁１４は、鐘状体としても呼称される。

リブ１７は、外壁１３と内壁１４との間に延在しており、内壁１４は、リブ１７を介して外壁１３に接続されている。当該実施例では、リブ１７は、流体通路の内部において、環状の断面を有する出口側流路１６と円状の断面を有する入口側流路１５との間に延在している。タービン流入ハウジング１０を通じて流れる媒体は、リブ１７の周りを循環する。媒体が循環するリブ１７は、流入側面２１と、流出側面２０と、流出側面２０と流入側面２１との間に延在している流体導入面１８，１９とを有している。

本発明の第１の実施態様では、リブ１７とタービン流入ハウジング１０の外壁１３とを結合しているリブ１７の接続部分２２は、流入側フランジ１１の領域に位置決めされており、流入側フランジ１１の領域に至るまで延在している。従って、外壁１３に対するリブ１７の接続部分２２は、入口側端部の領域にひいてはタービン流入ハウジング１０の流入側フランジ１１の領域に移動される。

リブ１７と内壁１４とを結合しているリブ１７の特定の接続部分２６は、タービン流入ハウジング１０の流入側端部ではなく、タービン流入ハウジング１０の流れ出口側の近傍に位置決めされている。

図１に表わすアキシアル方向断面図では、リブ１７は、リブ１７それぞれの長手方向中心軸線２４がラジアル方向２３に対して４５°〜８５°の範囲の、好ましくは６０°〜８０°の範囲の、特に好ましくは６０°〜７０°の範囲の角度αを形成するように、ラジアル方向２３に関するアキシアル方向に傾斜している。このため、ラジアル方向で見ると、リブ１７の高さひいてはラジアル方向長さが比較的短い。

これら特徴によって、タービン流入ハウジング１０の耐熱性能ひいては耐用寿命を伸ばすことができる。リブ１７の領域において亀裂が形成される恐れが低減される。さらに、亀裂伸展の挙動が最小限に抑えられる。同様に、タービン流入ハウジング１０とタービン流入ハウジング１０に組み付けられた部品との間において相対的移動が発生する恐れが低減される。

好ましくは本発明の第１の実施態様と組み合わせて利用される本発明の第２の実施態様では、リブ１７の断面は液滴状の輪郭をしている（断面ＩＩ−ＩＩを表わす図１の詳細部分ＩＩを参照）。当該実施例では、リブ１７は、好ましくは液滴状の輪郭をしており、リブ１７の流体導入面１８，１９は、最初に、流入側面２１から、液滴状の輪郭とされる流体導入面１８，１９の反転点２５に向かって分岐しており、その後に、反転点２５から、流出側面２０に向かって収束している。流出側面２０から反転点２５に至るまでの距離は、流入側面２１から反転点２５に至るまでの距離より長い。反転点２５は、流体導入面１８，１９の分岐経路が流体導入面１８，１９の収束経路と合流する、流体導入面１８，１９の特定の点とされる。このために、リブ１７の領域において特に優位な流通が実現されており、具体的には、リブ１７の下流において流れがなだらかに合流する。干渉効果が最小限に抑えられる。

本発明の第１の実施態様及び第２の実施態様のうち１つ以上の実施態様と組み合わせて利用可能とされる本発明の第３の実施態様では、反転点２５の領域における流体導入面１８，１９同士の距離ｄと、流入側面２１と流出側面２０との距離ｌとの比ｄ／ｌは、０．４より大きく１．０より小さく、好ましくは０．５より大きく０．９より小さく、特に好ましくは０．６より大きく０．８より小さい。

特にリブ１７が比ｄ／ｌによって特徴づけられている場合には、リブ１７が非常に薄肉になっているので、その結果としてタービン流入ハウジング１０の耐熱性能ひいては耐用寿命が伸びる。リブ１７の領域における亀裂形成の恐れが低減される。さらに、亀裂伸展の挙動が最小限に抑えられる。同様に、タービン流入ハウジング１０とタービン流入ハウジング１０に組み付けられた部品との間において相対的移動が発生する恐れが低減される。

従って、本発明は、ターボ過給機の軸流式タービンのための新型のタービン流入ハウジング１０を提供する。本発明におけるすべての実施態様が、熱的負荷サイクルに起因して亀裂が形成される恐れを低減するために利用可能とされる。さらに、亀裂伸展の挙動を最小限に抑えることができる。タービン流入ハウジング１０は、度重なる負荷サイクルに耐えることができる。タービン流入ハウジングとタービン流入ハウジングに取り付けられている部品とが相対的に移動する恐れが存在しない。さらに、下流の案内グリッドの励振の恐れなく、略一定の流通を実現することができる。

１０ タービン流入ハウジング
１１ 流入側フランジ
１２ 流出側フランジ
１３ （タービン流入ハウジング１０の）内壁
１４ （タービン流入ハウジング１０の）外壁
１５ 入口側流路
１６ 出口側流路
１７ リブ
１８ 流体導入面
１９ 流体導入面
２０ 流出側面
２１ 流入側面
２２ （外壁１３に対するリブ１７の）接続部分
２３ ラジアル方向
２４ 長手方向中心軸線
２５ 反転点
２６ （内壁１４と結合しているリブ１７の）接続部分

Claims (11)

1. ターボ過給機の軸流式タービンのタービン流入ハウジング（１０）であって、
   流入側端部に設けられている流入側フランジ（１１）であって、前記流入側端部において、タービン流入ハウジング（１０）の外壁（１３）が、円状の断面を有する入口側流路（１５）を形成している、前記流入側フランジ（１１）と、
   流出側端部に設けられている流出側フランジ（１２）であって、前記流出側端部において、前記タービン流入ハウジング（１０）の前記外壁（１３）及び内壁（１４）が、環状の断面を有する出口側流路（１６）を形成している、前記流出側フランジ（１２）と、
   リブ（１７）であって、前記タービン流入ハウジング（１０）の前記外壁（１３）及び前記内壁（１４）が、前記リブ（１７）を介して互いに接続されている、前記リブ（１７）と、
   を備えている前記タービン流入ハウジング（１０）において、
   前記リブ（１７）の接続部分（２２）が、前記リブ（１７）と前記タービン流入ハウジング（１０）の前記外壁（１３）とを結合しており、前記流入側フランジ（１１）の領域に少なくとも部分的に位置決めされていることを特徴とするタービン流入ハウジング（１０）。
2. 前記リブ（１７）の前記接続部分（２２）が、前記リブ（１７）と前記タービン流入ハウジング（１０）の前記外壁（１３）とを結合しており、前記流入側フランジ（１１）に至るまで延在していることを特徴とする請求項１に記載のタービン流入ハウジング（１０）。
3. 前記リブ（１７）が、アキシアル方向で見ると、ラジアル方向（２３）に関するアキシアル方向に傾斜していることを特徴とする請求項１又は２に記載のタービン流入ハウジング（１０）。
4. アキシアル方向で見ると、前記リブ（１７）それぞれの長手方向中心軸線（２４）が、前記ラジアル方向（２３）に対して４５°〜８５°の範囲の、好ましくは６０°〜８０°の範囲の、特に好ましくは６０°〜７０°の範囲の角度（α）を形成していることを特徴とする請求項３に記載のタービン流入ハウジング（１０）。
5. 前記タービン流入ハウジング（１０）が、請求項６〜１０のいずれか一項に記載に従って構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のタービン流入ハウジング（１０）。
6. ターボ過給機の軸流式タービンのタービン流入ハウジング（１０）であって、
   流入側端部に設けられている流入側フランジ（１１）であって、前記流入側端部において、タービン流入ハウジング（１０）の外壁（１３）が、円状の断面を有する入口側流路（１５）を形成している、前記流入側フランジ（１１）と、
   流出側端部に設けられている流出側フランジ（１２）であって、前記流出側端部において、前記タービン流入ハウジング（１０）の前記外壁（１３）及び内壁（１４）が、環状の断面を有する出口側流路（１６）を形成している、前記流出側フランジ（１２）と、
   リブ（１７）であって、前記タービン流入ハウジング（１０）の前記外壁（１３）及び前記内壁（１４）が、前記リブ（１７）を介して互いに接続されている、前記リブ（１７）と、
   を備えている前記タービン流入ハウジング（１０）において、
   前記リブ（１７）が、液滴状の断面を有していることを特徴とするタービン流入ハウジング（１０）。
7. 前記リブ（１７）の流体導入面（１８，１９）が、前記リブ（１７）それぞれの流入側面（２１）と流出側面（２０）との間に且つ記外壁（１３）と前記内壁（１４）との間に延在しており、前前記リブ（１７）の液滴状の輪郭を形成していることを特徴とする請求項６に記載のタービン流入ハウジング（１０）。
8. 前記リブ（１７）の前記流体導入面（１８，１９）が、最初に、前記流入側面（２１）から、液滴状の輪郭の反転点（２５）に向かって分岐しており、その後に、前記反転点（２５）から、前記流出側面（２０）に向かって収束しており、
   前記流出側面（２０）から前記反転点（２５）に至るまでの距離が、前記流入側面（２１）から前記反転点（２５）に至るまでの距離より長いことを特徴とする請求項７に記載のタービン流入ハウジング（１０）。
9. ターボ過給機の軸流式タービンのタービン流入ハウジング（１０）であって、
   流入側端部に設けられている流入側フランジ（１１）であって、前記流入側端部において、タービン流入ハウジング（１０）の外壁（１３）が、円状の断面を有する入口側流路（１５）を形成している、前記流入側フランジ（１１）と、
   流出側端部に設けられている流出側フランジ（１２）であって、前記流出側端部において、前記タービン流入ハウジング（１０）の前記外壁（１３）及び内壁（１４）が、環状の断面を有する出口側流路（１６）を形成している、前記流出側フランジ（１２）と、
   リブ（１７）であって、前記タービン流入ハウジング（１０）の前記外壁（１３）及び前記内壁（１４）が、前記リブ（１７）を介して互いに接続されている、前記リブ（１７）と、
   を備えている前記タービン流入ハウジング（１０）において、
   前記リブ（１７）の流体導入面（１８，１９）が、前記リブ（１７）それぞれの流入側面（２１）と流出側面（２０）との間に且つ前記外壁（１３）と前記内壁（１４）との間に延在しており、
   前記リブ（１７）の前記流体導入面（１８，１９）が、最初に、前記流入側面（２１）から、前記リブ（１７）の輪郭の反転点（２５）に向かって分岐しており、その後に、前記反転点（２５）から、前記流出側面（２０）に向かって収束しており、
   前記反転点（２５）の領域における前記流体導入面（１８，１９）の距離ｄと、前記流入側面（２１）と前記流出側面（２０）との距離ｌとの比ｄ／ｌが、０．４より大きく１．０より小さいことを特徴とするタービン流入ハウジング（１０）。
10. 前記比ｄ／ｌが、０．５より大きく０．９より小さいことを特徴とする請求項９に記載のタービン流入ハウジング（１０）。
11. 前記比ｄ／ｌが、０．６より大きく０．８より小さいことを特徴とする請求項９に記載のタービン流入ハウジング（１０）。