JP2956834B2 - 排ガスターボ過給機の軸流タービン - Google Patents

排ガスターボ過給機の軸流タービン

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JP2956834B2 JP9116816A JP11681697A JP2956834B2 JP 2956834 B2 JP2956834 B2 JP 2956834B2 JP 9116816 A JP9116816 A JP 9116816A JP 11681697 A JP11681697 A JP 11681697A JP 2956834 B2 JP2956834 B2 JP 2956834B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主としてガス入口
ケーシングと、ガス入口側の壁を有するガス出口ケーシ
ングと、複数の回転羽根を備えた回転するタービン円板
と、前記回転羽根を半径方向外側で制限するカバーリン
グと、前記回転羽根の半径方向外側に、その回転面から
わずかな半径方向の間隔をおいてかつ前記タービン円板
の軸方向領域に配置された破裂保護リングとから成る形
式の排ガスターボ過給機の軸流タービンに関する。
【０００２】
【従来技術】排ガスターボ過給機と結合された内燃機関
の出力を上昇させるための重要な基準は、排ガスターボ
過給機の圧縮機により与えられる過給圧である。過給圧
が高められると、より多くの空気がシリンダ内に圧送さ
れ、内燃機関の出力が高められる。高い過給圧を達成す
るためには今日使用されている排ガスターボ過給機はき
わめて高い周速度で回転する。この結果、特に大きい排
ガスターボ過給機においては、破裂した回転羽根の破片
が、費用のかかる構成的な処置によってしかタービンケ
ーシング内に留めておくことができなくなる。発生する
可能性のある破片の質量が大きいことに基づき、この問
題はいわゆるインテグラルタービンにおいてはさらに強
められる。何故ならばこのインテグラルタービンのター
ビン円板と回転羽根は一体に製作されているからであ
る。
【０００３】軸流タービンを有する公知の排ガスターボ
過給機においては、タービン円板は軸方向でガス出口ケ
ーシング内に位置し、タービン円板の回転羽根はカバー
リング／ディフューザにより半径方向外方へ制限されて
いる。極端な場合には軸流タービンのタービン円板はガ
ス出口ケーシングの中央に配置されている（テーマ「固
有出力の高いターボ過給機・・・」に対するＭ．Ａｐｐ
ｅｌの論文、ＭＴＺ５４（１９９３）６、２８８ページ
の図参照）。この解決策では薄いカバーリング／ディフ
ューザのあとに直接的にガス出口ケーシングもしくは煙
道の外壁が続くので、回転羽根又はタービン円板が破裂
した場合に高速で外方へ投げ出される破片に対し実質的
になんら抵抗を呈しない。したがってターボ過給機の外
壁を破片が突き破り、ひいては人を傷付けるか又は隣接
する機械部分を破損することになる。
【０００４】これを阻止するためには排ガスターボ過給
機には、しばしば外部の破裂保護が設けられる。しかし
ながら軸流タービンの外壁に取付けられた囲いはきわめ
て面倒であり、ひいては高価である。ＤＥ−Ａ１−４２
２３４９６号明細書によれば、軸流タービンのための内
部の破裂保護が公知である。このためにはタービンケー
シングに、タービン円板の範囲を軸方向に延びる保護リ
ングが固定されている。半径方向でこの保護リングはケ
ーシング壁とタービン円板との間に、タービン円板の回
転面からわずかな間隔をおいて配置されている。しかし
ながらこのような別体の破裂保護リングは組立費用の他
に付加的な製作費用を必要とし、排ガスターボ過給機の
総費用を高める。
【０００５】さらにＭＡＮ Ｂ＆Ｗ ＮＡターボ過給機
構成系列（社パンフレットＤ３６６００２／２Ｅ「ＮＡ
−ｔｙｐｅ ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒｓ ｗｉｔｈ
ａｘｉａｌ−ｆｌｏｗ ｔｕｒｂｉｎｅｓ」５ページ図
４）によれば、ガス出口ケーシングのガス入口側の壁
の、ほぼ半径方向に延びる統合された構成部分として構
成された破裂保護リングが公知である。この破裂保護リ
ングは下流側に配置された、軸方向の延長部体を介し
て、ガス入口ケーシングにもガス出口ケーシングにも結
合されている。このためには比較的に長いフランジを用
いて複雑で、つまり費用のかかる結合が前記延長部体と
ガス入口ケーシングとの間で実現されている。しかし、
タービンを通って流れる内燃機関の熱い排ガスのすぐ近
くに配置された前記結合部材は高い熱応力に晒され、し
たがって亀裂の発生する惧れが高い。したがってこのよ
うな排ガスターボ過給機の機能確実性には疑問があり、
その耐用年限は短くなる。
【０００６】
【発明の課題】本発明は前記欠点をすべて除くことを目
的としており、本発明の課題は排ガスターボ過給機の軸
流タービンのために簡単でかつ費用的に有利な内部の破
裂保護を提供することである。
【０００７】
【課題を解決する手段】本発明の課題は、請求項１の上
位概念部に記載した装置において、破裂保護リングがガ
ス出口ケーシングのガス入口側の壁に統合された、ほぼ
半径方向に延びる壁構成部分として構成されていること
によって解決された。このためには破裂保護リングは直
接又は上流側に配置された軸方向の延長部体を介してガ
ス入口ケーシングと結合されている。
【０００８】この構成に基づき、ガス出口ケーシングの
ガス入口側の壁はタービン円板の破裂保護の機能を持つ
ことになる。したがって破裂保護のためには別個の構成
部分は必要でなく、この結果として費用も組立時間も節
減される。さらに破裂保護リングとガス入口ケーシング
との結合はきわめて短くかつコンパクトに保つこと、つ
まり簡単にかつ応力的に好ましく実現される。これは排
ガスターボ過給機のコストを低下させかつその機能確実
性を高める。
【０００９】本発明の第１の実施態様においては、ガス
入口側の壁はガス入口ケーシングに接続した軸方向の延
長部体とこれに対して主として半径方向に延びるガス流
出管片と破裂保護リングとから成っている。破裂保護リ
ングは延長部体をガス流出管片に結合する。
【００１０】ガス出口ケーシングのガス入口側の壁を３
つの部分から構成することによって有利な形式で、軸流
タービンの比較的に短い構造とガス入口ケーシングの比
較的に簡単な構造とが可能になる。
【００１１】特に有利であるのは、破裂保護リングが少
なくともほぼ１つの回転羽根の幅もしくは１／２の高さ
に相当する軸方向の長さもしくは半径方向の高さを有し
ていることである。これによってタービン円板の外側範
囲において環状に配置された破裂保護リングは比較的に
大きな質量で構成される。破損の場合には破裂した回転
羽根の破片は、軸方向でその範囲に配置された破裂保護
リングにあたり、その際にその運動エネルギーの大部分
をこの破裂保護リングに放出する。このような形式でタ
ーボ過給機の外壁を突き破ること、ひいては人が負傷す
ること又は隣接した機械部分が損傷することは防止され
る。
【００１２】特に有利であることは破裂保護リングがほ
ぼ回転羽根の幅もしくは高さに相当する軸方向の長さも
しくは半径方向の高さを有していることである。これに
よって拡大された破裂保護リングは改善された保護作用
を有する。したがって破裂保護リングは破裂した回転羽
根の破片だけではなく、タービン円板の破片をも受け止
めることができる。破裂保護リングの軸方向長さもしく
は半径方向高さを拡大すればするほど、破損に際しての
安全性は高くなる。
【００１３】ガス流出管片は破裂保護リングに対して半
径方向に外方へ円錐状に拡大されており、これによって
均一に拡大された流過横断面が達成される。したがって
ガス流出管片はディフューザとして働き、この結果とし
てタービンの効率が改善される。
【００１４】本発明の第１の実施態様とは択一的にガス
出口ケーシングのガス入口側の壁は軸方向の延長部体と
破裂保護リングだけから成っており、破裂保護リングが
延長部体の下流に配置されていることができる。さらに
ガス出口ケーシングのガス入口側の壁は破裂保護リング
と主として半径方向に延びるガス流出管片とによっても
構成されていることができる。これはガス出口ケーシン
グの簡易化された構成をもたらす。
【００１５】
【実施例】図面には本発明の実施例が排ガスターボ過給
機の軸流タービンに基づき示されている。図面には本発
明の理解に必要な部材だけが示されている。設備の内、
例えば排ガスターボ過給機の圧縮機側は図示してない。
作業媒体の流動方向は矢印で示されている。
【００１６】ターボ過給機の軸流タービンはガス入口ケ
ーシング１とガス出口ケーシング２とから形成されたタ
ービンケーシング３を有している。このタービンケーシ
ング３はねじとして構成された結合部材４で組み立てら
れている。ガス出口ケーシング２はガス入口側の壁５と
圧縮機側の壁とを有している。圧縮機側の壁は図示され
ていない。ガス入口側の壁５は３つの部分から構成され
ている。この壁５はガス入口ケーシング１に接続した軸
方向の延長部体６と、これに対して半径方向に延びるガ
ス流出管片７と、破裂保護リング８とから成っている。
延長部体６とガス流出管片７は破裂保護リング８を介し
て互いに結合されている。ガス流出管片７は破裂保護リ
ング８に対し、半径方向外方へ円錐形に拡大されている
（図１）。
【００１７】タービンケーシング３内には軸９によって
保持されたタービン円板１０が配置されており、タービ
ン円板１０は回転羽根１１を有している。タービン円板
１０は外に向かってディフューザとして構成されたカバ
ーリング１２により制限されている。該カバーリング１
２自体はフランジ１３を介してねじ１４でガス出口ケー
シング２のガス入口側の壁５、特に破裂保護リング８に
固定されている。タービン円板１０とタービンケーシン
グ３との間には流動通路１５が構成されている。この流
動通路１５は図示されていない、ターボ過給機と結合さ
れたディーゼルモータの排ガスを受取り、タービン円板
１０の回転羽根１１に向かって搬送する。もちろん他の
内燃機関がターボ過給機と結合されていてもよい。回転
羽根１１の上流側ではノズルリング１６が流動通路１５
内に配置され、軸方向でカバーリング１２とガス入口ケ
ーシング１との間に緊締されている。
【００１８】ガス出口ケーシング２のガス入口側の壁５
に統合された壁構成部分として構成された破裂保護リン
グ８は、軸方向でタービン円板１０の領域を延び、ター
ビン円板１０の回転羽根１１の回転面からわずかな半径
方向の間隔をおいて配置されている。破裂保護リングは
回転羽根１１の幅もしくは高さよりも大きな軸方向の長
さ１７もしくは半径方向の高さ１８を有している。
【００１９】排ガスターボ過給機の運転中に１つの回転
羽根１１が破壊するとその破片は遠心力により破裂保護
リング８に向かって投げ飛ばされる。この破裂保護リン
グ８はその運動エネルギの大部分を吸収する。この場合
には破裂保護リングは内実に構成されているのでわずか
にしか変形しないので、ガス出口ケーシング２は交換さ
れる必要はない。半径方向の高さ１８の拡大された破裂
保護リング８を使用した場合には破裂したタービン円板
１０の破片すら人の負傷と周囲に配置された機械部分の
破損の惧れなしで受け止められる。
【００２０】ガス流出管片７が破裂保護リング８に対し
半径方向外方へ円錐状に拡大されていることに基づき、
ターボ過給機と結合されたディーゼルモータの、軸流タ
ービンにおいて弛緩された排ガスのために、相応して拡
大された流過横断面が得られる。これによってガス流出
管片７はディフューザとして作用し、タービン効率が改
善される。
【００２１】第２及び第３の実施例においては、ガス出
口ケーシング２のガス入口側の壁５は簡易化され、２つ
の部分だけから構成されている。このためにはガス流出
管片７が構成されていないか（図２）又は延長部体６が
構成されていない（図３）。後者の場合にはガス入口ケ
ーシング１が適当に延長されている。両方の解決策の機
能は第１実施形態とほぼ同じである。もちろん、ガス流
出管片７も延長部体６も形成することなく、ガス出口ケ
ーシング２の一体のガス入口側の壁５を実現することも
できる（図示せず）。
【図面の簡単な説明】
【図１】排ガスターボ過給機を軸流タービンの範囲で断
面した部分縦断面図。
【図２】本発明の第２実施例の図１に相当する図。
【図３】本発明の第３実施例の図１に相当する図。
【符号の説明】
１ ガス入口ケーシング ２ ガス出口ケーシング ３ タービンケーシング ４ 結合部材 ５ ガス入口側の壁 ６ 延長部体 ７ ガス流出管片 ８ 破裂保護リング ９ 軸 １０ タービン円板 １１ 回転羽根 １２ カバーリング １３ フランジ １４ ねじ １５ 流動通路 １６ ノズルリング １７ 軸方向長さ １８ 半径方向高さ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−168221（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−39703（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−50736（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭58−564（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F01D 25/24 F02B 39/00 F02B 39/16

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 主としてガス入口ケーシング（１）と、
    ガス入口側の壁（５）を有するガス出口ケーシング
    （２）と、複数の回転羽根（１１）を備えた回転するタ
    ービン円板（１０）と、前記回転羽根（１１）を半径方
    向外側で制限するカバーリング（１２）と、前記回転羽
    根（１１）の半径方向外側に、該回転羽根（１１）の回
    転面からわずかな半径方向の間隔をおいてかつ前記ター
    ビン円板（１０）の軸方向領域に配置された破裂保護リ
    ング（８）とから成る形式の排ガスターボ過給機の軸流
    タービンにおいて、前記カバーリング（１２）が前記ガ
    ス出口ケーシング（２）のガス入口側の前記壁（５）に
    解離可能に結合されており、前記破裂保護リング（８）
    が、前記ガス出口ケーシング（２）のガス入口側の前記
    壁（５）に統合されたほぼ半径方向に延びる構成部分と
    して構成され、前記ガス入口ケーシング（１）に直接又
    は上流側に配置された軸方向の延長部体（６）を介して
    結合されていることを特徴とする、排ガスターボ過給機
    の軸流タービン。
  2. 【請求項２】 前記ガス出口ケーシング（２）のガス入
    口側の前記壁（５）が少なくとも、軸方向の前記延長部
    体（６）と、これに対して主として半径方向に延びるガ
    ス流出管片（７）と前記破裂保護リング（８）とから成
    り、該破裂保護リング（８）が前記延長部体（６）を前
    記ガス流出管片（７）に結合している、請求項１記載の
    軸流タービン。
  3. 【請求項３】 前記ガス流出管片（７）が前記破裂保護
    リング（８）に対し半径方向外方へ円錐状に拡大されて
    構成されている、請求項２記載の軸流タービン。
  4. 【請求項４】 前記ガス出口ケーシング（２）のガス入
    口側の前記壁（５）が少なくとも軸方向の前記延長部体
    （６）と前記破裂保護リング（８）とから成り、該破裂
    保護リング（８）が前記延長部体（６）の下流側に配置
    されている、請求項１記載の軸流タービン。
  5. 【請求項５】 前記ガス出口ケーシング（２）のガス入
    口側の前記壁（５）が少なくとも前記破裂保護リング
    （８）と、主として半径方向に延びるガス流出管片
    （７）とから成っている、請求項１記載の軸流タービ
    ン。
  6. 【請求項６】 前記破裂保護リング（８）が少なくとも
    ほぼ前記回転羽根（１１）の幅にもしくは前記回転羽根
    の高さの１／２に相当する軸方向の長さ（１７）もしく
    は半径方向の高さ（１８）を有している、請求項２から
    ５までのいずれか１項記載の軸流タービン。
  7. 【請求項７】 前記破裂保護リング（８）の軸方向の前
    記長さ（１７）もしくは半径方向の前記高さが前記回転
    羽根（１１）の幅もしくは高さにほぼ相当している、請
    求項６記載の軸流タービン。
  8. 【請求項８】 前記破裂保護リング（８）の軸方向の前
    記長さ（１７）もしくは半径方向の前記高さ（１８）が
    前記回転羽根（１１）の幅もしくは高さよりも大きく構
    成されている、請求項６記載の軸流タービン。
JP9116816A 1996-05-08 1997-05-07 排ガスターボ過給機の軸流タービン Expired - Lifetime JP2956834B2 (ja)

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DE19618313.8 1996-05-08

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JPH1047011A JPH1047011A (ja) 1998-02-17
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KR (1) KR100695644B1 (ja)
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DE (2) DE19618313B4 (ja)
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