JP4280936B2 - 排ガスタービン用の案内装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前段による排ガスタービン用の案内装置に関する。

排ガスタービン及びコンプレッサを有するターボチャージャは特許文献１に記載されており、排ガスタービンのロータ翼を有するロータが駆動軸によってコンプレッサのロータを駆動する。駆動軸は、タービンハウジングの一部である軸受ハウジング内に取り付けられる。ロータ翼は、成形ケーシングによって遊びを持って横方向に区切られ、その軸方向に向いた端部は、密封リングによって密封状態で、スパイラルハウジングの出口断面に挿入される。半径外方側においてロータ翼に隣接するガイドベーンは、半径外方に延びる成形ケーシングの一部と軸受リングとの間に提供され、そのガイドベーンは軸受リングに回転可能に取り付けられ、軸受ハウジング内に取り付けられた調整機構によって調整できる。成形ケーシングと軸受リングとは、ねじによって互いにねじ締結され、スペーサリブによって互いに所定の間隔を空けて保持される。

弾性アセンブリリングはハウジング内の軸受リングを保持し、中心寄せする。この目的のため、アセンブリリングは、ｚ状断面輪郭を有し、半径外方に向いた外部フランジが軸受ハウジングとスパイラルハウジングとの間の隙間と係合し、それと同時にハウジングねじで保持され、同時に半径内方に向いたフランジは外周部で軸受リングと重複し、軸受リングにねじ締結される。アセンブリリングは、内部フランジと外部フランジとの間に比較的薄い円筒状断面を有し、その断面によって成形ケーシングが案内装置と共に柔軟に保持されるので排ガスタービンの出口におけるラジアルシールと一緒に、成形ケーシングがガイドベーンの調整装置を変形させることなく熱膨張を受けることができる。調整装置の取り付け方法の種類は、製造および組み立てに関し複雑である。アセンブリリングはまた、様々な壁厚を有するので、その製造は高価となる。

ターボチャージャ用の設定装置のガイドベーンは、特許文献２に記載されており、ガイドベーン担持板、ガイドベーン、レバー及び調整リングは、モジュールとして製造、運搬及び設置でき、個々の部品は、ガイド軸及びガイドベーンレバーの接続後にガイドベーン担持板に拘束的に接続される。

米国特許第２ ８６０ ８２７ Ａ号明細書 ＥＰ１ ２２７ ２２１号明細書

ターボチャージャのガスタービンの調整ガイドベーン用の設定リングを簡単且つ費用対効果の大きい方法で取り付けることが本発明の目的である。それは請求項１の特徴によって本発明に従い達成される。他の有利な改良は従属請求項で開示される。

本発明によれば、設定リングを取り付けるための環状支持要素は、一定の壁厚を有する構成要素として非切削及び／又は切削法で製造される。

その結果、それは、例えば板金部品として、あまり費用のかからない低コストで製造できる。さらに、それは特に軽量となる。さらに、その熱膨張や変形は、その簡単な構成のゆえに容易に前もって定めることができる。

軸受リングは、リベット接続によってスペーサ要素に、成形ケーシングに、及び支持要素に適宜にリベットで接続され、好ましくは、軸受リングと成形ケーシングとの間に調整可能に取り付けられるガイドベーンとでアセンブリユニットを形成する。このアセンブリユニットは、支持要素の外部半径方向に向いたフランジが排ガスタービンの軸受ハウジングとスパイラルハウジングとの間でクランプ止めされるという事実のため排ガスタービンのハウジング内で保持され、中心寄せされる。

本発明の実施形態によれば、スペーサ要素は、リベット頭部がその端部側で一体化される密封ボルトであることが提案される。これらの密封ボルトによって、スペーサボルトは、成形ケーシングと軸受リングとの両方に接続される。しかしながら、軸受リング、成形ケーシング、及び支持要素がアセンブリユニットを形成できるようにそれらをリベット接続、ねじ接続、溶接接続又は締まりばめによってスペーサ要素から独立して互いに拘束的に接続することも可能である。スペーサ要素は、この場合、任意の所望構造のものであっても良く、成形ケーシング及び／又は軸受リングに、例えばスペーサリブによって形成されても良い。

支持要素は、排ガスと反対側の軸受リングに都合よく接続されるので、内部フランジは高温の排ガスに直接曝されない、それでその支持要素を費用対効果の大きな材料から製造することができる。金属保持板は、支持要素に使用されるときと同じ締結手段を用いて軸受リングに取り付けることができ、その保持板は、一体形成されたＬ形支持部と共に、ガイドベーン用の設定リングの支持要素に向けて収容空間を形成する。保持リングと設定リングとの両方、及びガイドベーン用の設定機構の他の部品も、それらが軸受リングに拘束的に接続されるためアセンブリユニットに包含できる。このことは、アセンブリの簡素化と低熱膨張の単純な短い構成要素との両方が結果的に実現されることになる。設定リングの設置空間の軸方向の校正を目的とした保持リングと支持要素又は軸受リングとの間に均等化リングを提供することも好都合である。均等化リングは保持板と支持要素との間に配置され、支持要素用と同じ締結手段を用いて軸受リングに締結されることが好ましい。

支持要素の取り付け部内の熱応力を最小限に抑えるために、支持要素を排ガスに直面する側の軸受リングに接続することも好都合である。

他の利点は、図面の以下の説明で開示される。本発明の例示的な実施形態は図に示される。図面、説明及び請求項は、組み合わされた多数の特徴を有する。当業者はまた、これらの特徴を個別に検討し、それらを組み合わせて他の重要な組み合わせを形成することになろう。

排ガスターボチャージャの排ガスタービン１０は軸受ハウジング２７を有し、その軸受ハウジング２７にロータ１３の軸１４が回転軸１６回りで回転できるように配置される。排ガスタービン１０のロータ１３は、軸１４によってターボチャージャのコンプレッサのロータ（図示せず）を駆動する。ロータ１３は、排ガスを半径方向外部にある案内装置１７を経由して流れ３５の方向に供給するロータ翼１５を有する。排ガスは、タービン出口３６を経て内燃機関の排ガス系統（図示せず）に案内される。

案内装置１７は、大体は、遊びを持ってロータ翼１５の横方向の境界を定め、スペーサボルトの形のスペーサ要素２０によって軸受リング２２から所定の間隔を空けて保持される成形ケーシング１８を有する。スペーサボルト２０は、端部側にリベット頭部２１を有し、その頭部２１によって成形ケーシング１８と軸受リング２２とがスペーサ要素２０のストッパに対して押圧される。調整可能なガイドベーン１９は、成形ケーシング１８の半径方向外部に向いた部分と軸受リング２２との間に回転可能に取り付けられる。前記ガイドベーンは、設定リング３９、設定レバー４１及びガイドベーン１９に接続された設定軸２９によって調整機構２８による動作パラメータに応じて調整される。軸受リング２２及び構成要素、特に成形ケーシング１８、ガイドベーン１９、スペーサ要素２０、軸受リング２２及びそれらに拘束的に接続されてアセンブリユニットを形成する設定機構２８の一部は、環状弾性支持要素２３によって排ガスタービン１０のハウジング１１、２７内に保持され、中心寄せされる。支持要素２３は、外部ラジアルフランジ２４と内部ラジアルフランジ２５とを有する実質的にｚ状断面を有する。その寸法形状のため支持要素２３の柔軟性に著しく寄与する円筒状部分２６は、２つのフランジ２４、２５の間に配置される。支持要素２３は、一定の壁厚を有し、板金から適宜に製造される。内部フランジ２５は軸受リング２２に締結されるが、外部フランジ２４は、２つの締結フランジ３０、３１がｖ状断面のものであるクランプリング３２によって一緒に保持されるという事実のために、軸受リング２７の締結フランジ３０とスパイラルハウジング１１の締結フランジ３１との間でクランプ止めされる。

スパイラルハウジング１１はスパイラルダクト１２を有し、そのフロー断面は、接線方向吸気入口（図示せず）から周知のようにスパイラルハウジング１１の周囲で細くなる。成形ケーシング１８の軸方向に延びる部分は、スパイラルハウジング１１に制限的に軸方向に移動可能に挿入され、溝３３に埋め込まれるラジアル密封リング３４によってその外周部において密封される。案内装置１７は、ゆえに近隣構成要素の、特に調整機構２８の変形もなしに排ガスタービン１０の運転中の異なる熱膨張に設定できる。

図１の実施形態の支持要素２３はその内部フランジ２５で軸受リング２２上に係合し、その内部フランジ２５が軸受リング２２に締結されるが、図２の支持要素は２３、排ガスと反対側でその内部フランジ２５が軸受リング２２に締結されるので、高温排ガスから保護される。端部側にリベット頭部２１を有する、スペーサボルトの形のスペーサ要素２０は、同時に支持要素２３を締結する働きをする。さらに、金属保持板３７は、スペーサ要素２０によって軸受リング２２に締結できる。保持板３７は、その一体的に形成されたＬ形支持部３８と共に、設定リング３９用の支持要素２３に向けて設置空間を形成する。

排ガスタービン１０の変動する高温動作条件下での設定リング３９に必要な軸方向の遊びを制御するために、均等化リング４０が、保持リング３７と支持要素２３との間に提供される。前記均等化リングは動作条件下で保持リング３７と同じような挙動をするので、保持リング３７又はそのＬ形支持部３８からのその距離が一定となり、その結果として設定された遊びは動作中でも維持され、熱膨張や変形は設定機構の機能に悪影響を及ぼさない。

排ガスタービンについての概略縦断面図を示す。 ガイドベーン無しの案内装置についての部分縦断面図を示す。 ガイドベーン用の設定リングの領域の部分縦断面図を示す。

Claims (9)

1. スペーサ要素によって互いに所定の間隔を空けて保持される軸受リングと成形ケーシングとを有し、それらの間に調整可能なガイドベーンが回転可能に取り付けられ、前記成形ケーシングがラジアルシールと共にスパイラルハウジングに軸方向に移動可能に挿入され、遊びを持ってロータの横方向外部輪郭を区切ると同時に、前記軸受リングが、別個に製造された環状弾性支持要素によって排ガスタービンのハウジングに対して中心寄せされ、取り付けられる、ターボチャージャの排ガスタービン用の案内装置であって、
   前記支持要素（２３）が一定の壁厚を有する構成要素として製造されることを特徴とする案内装置。
2. 前記軸受リング（２２）がリベット接続によって前記スペーサ要素（２０）、前記成形ケーシング（１８）及び前記支持要素（２３）に拘束的にリベットで接続固定され、ゆえにアセンブリユニットを形成することを特徴とする請求項１に記載の案内装置。
3. 前記スペーサ要素（２０）は、リベット頭部（２１）が端部側で一体化されるスペーサボルトであることを特徴とする請求項２に記載の案内装置。
4. 前記軸受リング（２２）が前記スペーサ要素（２０）から独立してリベット接続、ねじ接続、溶接接続又は締まりばめによって前記成形ケーシング（１８）及び前記支持要素（２３）に拘束的に接続固定され、ゆえにアセンブリユニットを形成することを特徴とする請求項１に記載の案内装置。
5. 前記支持要素（２３）は、前記排ガスと反対側で前記支持リング（２２）に接続固定され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案内装置。
6. 環状金属保持板（３７）は、前記排ガスと反対側で前記軸受リング（２２）に締結固定され、その保持版が、一体的に形成されたＬ形支持部と一緒に、ガイドベーン（１９）用の設定リング（３９）の前記支持要素（２３）に向けて収容スペースを形成することを特徴とする請求項５に記載の案内装置。
7. 均等化リング（４０）は前記保持板（３７）と前記支持要素（２３）との間に提供取付られるされることを特徴とする請求項６に記載の案内装置。
8. 調整装置（２８、２９、３７、３９、４０）を含む構成要素（１８、２０、２２、２３）の全て又は幾つかは１つの構造のアセンブリを形成するために組み立てられ、一緒に拘束的に固定保持されることを特徴とする請求項６あるいは７に記載の案内装置。
9. 前記支持要素（２３）が前記排ガス側で前記軸受リング（２２）に締結固定され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案内装置。

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