JP2019157857A - ターボチャージャのケーシング及びターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの損傷時に脆弱箇所を介して破片が周囲に到達しないように、新式のケーシングを備えるターボチャージャを提供する。【解決手段】ターボチャージャのケーシング１であって、当該ターボチャージャのタービンハウジング及び／又はコンプレッサハウジング及び／又は軸受ハウジングのような包むべきハウジングを少なくとも部分的に包囲するケーシングであり、軸方向外側において前記包むべきハウジングに取り付けられる軸方向ケーシングセグメント２，３と、径方向外側において前記包むべきハウジングに取り付けられる径方向ケーシングセグメント４，５と、を備えるケーシングである。ケーシングは、前記軸方向ケーシングセグメント及び／又は前記径方向ケーシングセグメントを、前記包むべきハウジングの入口フランジ又は出口フランジの領域において、少なくとも部分的に囲繞及び／又は補完する付加ケーシングセグメント１０を有する。【選択図】図１

Description

本発明はターボチャージャのケーシング及びターボチャージャに関する。

ターボチャージャの基本的な構成は、本願が対象とする当業者にとって既知のものである。ターボチャージャはタービンを有し、当該タービン内で第一の媒体が膨張させられる。ターボチャージャはさらにコンプレッサを有し、当該コンプレッサ内で第二の媒体が圧縮され、当該圧縮はタービン内で第一の媒体が膨張する際に得られるエネルギーを用いて行われる。ターボチャージャのタービンは、タービンハウジング及びタービンロータを有している。ターボチャージャのコンプレッサは、コンプレッサハウジング及びコンプレッサロータを有している。タービンのタービンハウジングと、コンプレッサのコンプレッサハウジングとの間に、軸受ハウジングが配置されており、当該軸受ハウジングは一方でタービンハウジングと、他方でコンプレッサハウジングと結合されている。軸受ハウジング内に軸が支承されており、当該軸を介してタービンロータはコンプレッサロータと連結されている。

ターボチャージャの作動時に、当該ターボチャージャのロータ、すなわち例えばタービンロータあるいはまたコンプレッサロータが破損し、ロータの破片が対応するハウジング、すなわちタービンハウジングあるいはコンプレッサハウジングを突き破る危険がある。その場合、ターボチャージャ、特にロータの破片が周囲に到達する危険がある。ターボチャージャのロータが破裂するというこの問題に応えるために、実践から知られているターボチャージャにおいてそれぞれのハウジングは、それぞれのハウジングの損傷事例が予想されないように、またたとえそれぞれのロータが破損した場合でも、当該ロータの破片がそれぞれのハウジングを突き破り得ないように設計される。しかしながら、これにより、ターボチャージャの重量は増大する。

ターボチャージャの重量を不必要に増大させないように、またさらに既に現場で用いられているターボチャージャについて、ロータの破片が貫通して周囲に到達することを防ぐために、ターボチャージャにケーシングを装備することが実践から既に知られており、当該ケーシングは、ターボチャージャのタービンハウジング及び／又はコンプレッサハウジング及び／又は軸受ハウジングを、径方向外側において、且つ、軸方向外側において少なくとも部分的に包囲する。

実践から知られているターボチャージャのためのケーシングは、軸方向ケーシング要素を有し、当該軸方向ケーシング要素は包むべきハウジングの側方で、軸方向外側において包むべきハウジングに取り付けられている。実践から知られているケーシングはさらに、径方向ケーシング要素を有し、当該径方向ケーシング要素は径方向外側において包むべきハウジングに取り付けられている。径方向ケーシング要素はこのとき互いに向き合う端部を有し、当該端部は包むべきハウジングの入口フランジ又は出口フランジを通過させるための凹所を形成する。従来知られているケーシングは、この場所に脆弱箇所を有しており、それにより損傷時にこの場所を介してロータの破片が外部に向かい、周囲に到達しかねない。この点は不利である。

上記の点に鑑み、本発明はターボチャージャの新式のケーシングと、このようなケーシングを備えるターボチャージャとを創出することを課題とする。

上記の課題は請求項１に記載のターボチャージャのケーシングによって解決される。本発明に係るケーシングは付加ケーシングセグメントを有し、当該付加ケーシングセグメントは軸方向ケーシングセグメント及び／又は径方向ケーシングセグメントを、包むべきハウジングの入口フランジ又は出口フランジの領域において、少なくとも部分的に囲繞及び／又は補完する。

従来知られているケーシングにおける脆弱箇所は、付加ケーシングセグメントを介して閉鎖される。付加ケーシング要素は、入口フランジ又は出口フランジのための通過開口部領域において、軸方向ケーシング要素及び／又は径方向ケーシング要素を少なくとも部分的に囲繞及び／又は補完する。特にケーシングによって提供可能である格納保護若しくは破裂保護を増強することができる。

径方向ケーシングセグメントは好ましくは互いに向き合う端部を有し、当該端部は包むべきハウジングの入口フランジ又は出口フランジのための凹所を形成し、径方向ケーシングセグメントの互いに向き合うこれらの端部は、付加ケーシングセグメントを介して結合されている。これにより、ケーシングによって提供可能である格納保護若しくは破裂保護を特に有利に増強することができる。

付加ケーシングセグメントは好ましくは包囲部分を有し、当該包囲部分は径方向ケーシングセグメントの第一の端部において、入口フランジ又は出口フランジに隣接した状態で、軸方向ケーシングセグメント及び／又は径方向ケーシングセグメントを部分的に囲繞し、補完する。付加ケーシングセグメントは、径方向ケーシングセグメントの第一の端部領域において包囲部分を介して、径方向ケーシングセグメント及び／又は軸方向ケーシングセグメントと結合されている。付加ケーシングセグメントの包囲部分を起点として、付加ケーシングセグメントの固定部分が径方向ケーシングセグメントの第二の端部に向かって延在する。付加ケーシングセグメントは固定部分を介して、軸方向ケーシングセグメントと結合され、及び／又は径方向ケーシングセグメントの第二の端部領域内で径方向ケーシングセグメントと結合されている。これらの特徴も、ケーシングによって提供可能である格納保護若しくは破裂保護を特に有利に増強することに役立つ。

本発明に係るターボチャージャは請求項１０に定義されている。

本発明の好適な発展的構成は、従属請求項及び以下の詳細な説明に記載されている。本発明の実施形態を図面に基づいてより詳しく説明するが、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。図面に示すのは以下の通りである。

本発明に係るターボチャージャのためのケーシングを斜視的に示す図である。 ターボチャージャの包むべきハウジングを備える図１のケーシングを示す図である。 付加ケーシングセグメントを有さない図１の構成を示す図である。 図１のケーシングの部分を側面から見た図である。 図１のケーシングの部分的な断面を示す図である。

本発明は、ターボチャージャのケーシングと、ケーシングを備えるターボチャージャとに関する。

ターボチャージャの基本的な構成は、本願が対象とする当業者によく知られたものである。すなわちターボチャージャは、第一の媒体を膨張させるため、特に排ガスを膨張させるためのタービンと、第二の媒体を圧縮するため、特に過給気を圧縮するためのコンプレッサであって、当該圧縮はタービン内で第一の媒体が膨張する際に得られるエネルギーを用いて行われるコンプレッサとを含む。タービンは、タービンロータ及びタービンハウジングを有している。コンプレッサは、コンプレッサロータ及びコンプレッサハウジングを有している。タービンロータとコンプレッサロータは、ターボチャージャの軸受ハウジング内に支承されている軸を介して連結されており、当該軸受ハウジングはタービンハウジングとも、コンプレッサハウジングとも結合されている。

作動中に例えばタービンロータ又はコンプレッサロータが破損した場合、当該ロータの破片はそれぞれのハウジング、すなわちタービンハウジング又はコンプレッサハウジングを突き破り、周囲に到達する恐れがある。これは回避しなければならず、そのためにターボチャージャにケーシングを装備することが知られており、当該ケーシングは、ターボチャージャのタービンハウジング及び／又はコンプレッサハウジング及び／又は軸受ハウジングを包囲する。

好ましくはタービンハウジング及びコンプレッサハウジングの領域においてそれぞれ別個のケーシングが用いられ、当該別個のケーシングは、それぞれが包むべきターボチャージャのハウジングを径方向外側及び軸方向外側において、少なくとも部分的に包囲する。

図１から図５は本発明に係るケーシング１を示しており、図２及び図３において本発明に係るケーシング１は、ターボチャージャのタービンの包むべきタービンハウジング６と共に示されている。このときケーシング１は、少なくとも部分的にタービンハウジング６のタービン流入ハウジング６ａの周囲に設けられている。従ってケーシングは、タービンハウジング６の包むべきタービン流入ハウジング６ａを、外側において少なくとも部分的に包囲する。図２及び図３はさらに、タービンハウジング６のタービン流出ハウジング６ｂを示している。

図２及び図３はさらに、タービン流入ハウジング６ａの入口フランジ６ｃを示している。入口フランジ６ｃを介してタービン流入ハウジング６ａは、排ガス導管に取り付けることができ、それによりタービン流入ハウジング６ａに、タービン内で膨張させるべき高温の排ガスを供給する。

ケーシング１は軸方向ケーシングセグメント２，３を有し、軸方向ケーシングセグメント２，３は、軸方向外側において包むべきハウジング６ａの側方に隣接して設けられており、軸方向外側において包むべきハウジング６ａに取り付けられるとともに、包むべきハウジング６ａを軸方向において少なくとも部分的にカバーする。

ケーシング１はさらに径方向ケーシングセグメント４，５を有し、径方向ケーシングセグメント４，５は径方向外側において包むべきハウジング６ａに取り付けられるとともに、包むべきハウジング６ａを径方向外側において少なくとも部分的に包囲する。径方向ケーシングセグメント４，５は概ね軸方向ケーシングセグメント２及び３の間に延在する。

特に、第一の径方向ケーシングセグメント４が第一の軸方向ケーシングセグメント２と結合されているとともに、第一の軸方向ケーシングセグメント２を起点として、第二の軸方向ケーシングセグメント３に向かって延在することが行われている。第二の軸方向ケーシングセグメント３には第二の径方向ケーシングセグメント５が結合され、第二の径方向ケーシングセグメント５は、第二の軸方向ケーシングセグメント３を起点として、第一の軸方向ケーシングセグメント２に向かって延在する。

径方向ケーシングセグメント４及び５は、図３から最もよく分かるように、互いに向き合う端部７，８を形成している。径方向ケーシングセグメント４，５の互いに向き合うこれらの端部７，８の間に、包むべきハウジング６ａの入口フランジ６ｃを通過させるための凹所９が形成されている。入口フランジ６ｃの領域において包むべきハウジング６ａは、径方向ケーシングセグメント４，５及び軸方向ケーシングセグメント２，３によってカバー若しくは包囲されておらず、それによりケーシング１はここに脆弱箇所を有するものと想定される。

この脆弱箇所を閉鎖するために、本発明によればケーシング１が付加ケーシングセグメント１０を有することが行われる。付加ケーシングセグメント１０は、軸方向ケーシングセグメント２，３及び／又は径方向ケーシングセグメント４，５を、包むべきハウジング６の入口フランジ６ｃの領域において、若しくは入口フランジ６ｃに隣接した状態で、少なくとも部分的に囲繞及び／又は補完し、そのようにしてケーシングによって提供可能である破裂保護若しくは格納保護を増強する。

付加ケーシングセグメント１０は、包むべきハウジング６ａの入口フランジ６ｃのための通過開口部９を形成する径方向ケーシングセグメント４，５の端部７，８を互いに結合し、そのようにして特に有利な態様で格納保護若しくは破裂保護を増強する。

付加ケーシングセグメント１０は包囲部分１０ａを有する。包囲部分１０ａは径方向ケーシングセグメント４，５の第一の端部７において、入口フランジ又は出口フランジに隣接した状態で、軸方向ケーシングセグメント２，３及び径方向ケーシングセグメント４，５を補完し、囲繞する。このとき包囲部分１０ａは、第一の固定手段１１を介して径方向ケーシングセグメント４，５の第一の端部７と結合され、第二の固定手段１２を介して軸方向ケーシングセグメント２，３の隣接する領域と結合されている。図２によればこのとき付加ケーシングセグメント１０の包囲部分１０ａは、ケーシングセグメント２，３，４及び５を、包むべきハウジング６ａの入口フランジ６ｃに隣接する状態で三つの面において囲繞する。

付加ケーシングセグメント１０の包囲部分１０ａを起点とし、側方において固定部分１０ｂが径方向ケーシングセグメント４，５の第二の端部８に向かって延在する。付加ケーシングセグメント１０は、径方向ケーシングセグメント４，５の第二の端部８の領域において、第二の固定手段１３を介して径方向ケーシングセグメント４，５、及び／又は軸方向ケーシングセグメント２，３と径方向ケーシングセグメントに隣接する領域内で結合されている。

本発明により、ケーシングによって提供可能である格納保護若しくは破裂保護を顕著に増強することができる。特にケーシングが、包むべきハウジングの入口フランジ又は出口フランジを通過させるための凹所を有している場所において、破裂保護若しくは格納保護を著しく増強することができる。

破裂保護若しくは格納保護を増強するために用いられるケーシング１の付加ケーシングセグメント１０は、単体で、あるいはまた複数の部材から実施されていてよい。

付加ケーシングセグメント１０は、包むべきハウジングの入口フランジ又は出口フランジを通過させるための凹所の領域においてケーシング１を囲繞及び／又は補完する。特に好ましくは、入口フランジ又は出口フランジを通過させるための凹所を形成する端部同士が付加ケーシングセグメントを介して互いに結合され、それにより格納保護をさらに増強することができる。付加ケーシングセグメント１０は、包むべきハウジングの入口フランジ又は出口フランジを通過させるための凹所９の領域において、ケーシング１を襟巻状に補強する。

本発明はまた、このようなケーシングであって、好ましくはターボチャージャのタービンのタービンハウジングのタービン流入ハウジングの周囲に設けられているケーシングを備えるターボチャージャに関する。しかしながら、ケーシングはターボチャージャのコンプレッサハウジングの領域において用いることもできる。

１ ケーシング
２ 軸方向ケーシングセグメント
３ 軸方向ケーシングセグメント
４ 径方向ケーシングセグメント
５ 径方向ケーシングセグメント
６ タービンハウジング
６ａ タービン流入ハウジング
６ｂ タービン流出ハウジング
６ｃ 入口フランジ
７ 端部
８ 端部
９ 凹所
１０ 付加ケーシングセグメント
１０ａ 包囲部分
１０ｂ 固定部分
１１ 固定手段
１２ 固定手段
１３ 固定手段

Claims (10)

1. ターボチャージャのケーシング（１）であって、前記ターボチャージャのタービンハウジング及び／又はコンプレッサハウジング及び／又は軸受ハウジングのような包むべきハウジングを少なくとも部分的に包囲するケーシングであって、
   軸方向外側において前記包むべきハウジングに取り付けられる軸方向ケーシングセグメント（２，３）と、
   付加ケーシングセグメント（１０）が、径方向外側において前記包むべきハウジングに取り付けられる径方向ケーシングセグメント（４，５）と、
   を備える前記ケーシングにおいて、
   前記軸方向ケーシングセグメント（２，３）及び／又は前記径方向ケーシングセグメント（４，５）を、前記包むべきハウジングの入口フランジ又は出口フランジの領域において、少なくとも部分的に囲繞及び／又は補完することを特徴とする、ケーシング。
2. 前記径方向ケーシングセグメント（４，５）は、互いに向き合う端部（７，８）を有し、前記端部は、前記包むべきハウジングの前記入口フランジ又は出口フランジのための凹所（９）を形成し、前記径方向ケーシングセグメント（４，５）の互いに向き合う前記端部（７，８）は、前記付加ケーシングセグメント（１０）を介して結合されていることを特徴とする請求項１に記載のケーシング。
3. 前記付加ケーシングセグメント（１０）は、包囲部分（１０ａ）を有し、前記包囲部分は、前記径方向ケーシングセグメント（４，５）の第一の端部（７）において、前記軸方向ケーシングセグメント（２，３）及び／又は前記径方向ケーシングセグメント（４，５）を部分的に囲繞し、補完することを特徴とする請求項１又は２に記載のケーシング。
4. 前記付加ケーシングセグメント（１０）は、前記径方向ケーシングセグメント（４，５）の前記第一の端部（７）の領域において、前記包囲部分（１０ａ）を介して、前記径方向ケーシングセグメント（４，５）と結合されていることを特徴とする請求項３に記載のケーシング。
5. 前記付加ケーシングセグメント（１０）は、前記包囲部分（１０ａ）を介して、前記軸方向ケーシングセグメント（２，３）と結合されていることを特徴とする請求項３又は４に記載のケーシング。
6. 前記包囲部分（１０ａ）は、前記軸方向ケーシングセグメント（２，３）及び前記径方向ケーシングセグメント（４，５）を三つの面において部分的に囲繞することを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載のケーシング。
7. 固定部分（１０ｂ）は、前記包囲部分（１０ａ）を起点とし、前記径方向ケーシングセグメント（４，５）の第二の端部（８）に向かって延在することを特徴とする請求項３から６のいずれか一項に記載のケーシング。
8. 前記付加ケーシングセグメント（１０）は、前記径方向ケーシングセグメント（４，５）の前記第二の端部（８）の領域において、前記固定部分（１０ｂ）を介して、前記径方向ケーシングセグメント（４，５）と結合されていることを特徴とする請求項７に記載のケーシング。
9. 前記付加ケーシングセグメント（１０）は、前記固定部分（１０ｂ）を介して、前記軸方向ケーシングセグメント（２，３）と結合されていることを特徴とする請求項７又は８に記載のケーシング。
10. 第一の媒体を膨張させるためのタービンと、
    前記タービン内で前記第一の媒体が膨張する際に得られるエネルギーを用いて第二の媒体を圧縮するためのコンプレッサと、
    を備えるターボチャージャであって、
    前記タービンのタービンハウジングと前記コンプレッサのコンプレッサハウジングとはそれぞれ、前記タービンハウジングとコンプレッサハウジングとの間に設けられた軸受ハウジングと結合されている、前記ターボチャージャにおいて、
    前記タービンハウジング及び／又は前記コンプレッサハウジング及び／又は前記軸受ハウジングを径方向外側において、且つ、軸方向外側において少なくとも部分的に包囲する、請求項１から９のいずれか一項に記載のケーシング（１）を特徴とするターボチャージャ。

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