JPH0264203A - バリアブルジオメトリタービン - Google Patents
バリアブルジオメトリタービンInfo
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- JPH0264203A JPH0264203A JP1121635A JP12163589A JPH0264203A JP H0264203 A JPH0264203 A JP H0264203A JP 1121635 A JP1121635 A JP 1121635A JP 12163589 A JP12163589 A JP 12163589A JP H0264203 A JPH0264203 A JP H0264203A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
- F01D17/10—Final actuators
- F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
- F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
- F01D17/141—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path
- F01D17/143—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path the shiftable member being a wall, or part thereof of a radial diffuser
-
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- F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
- F01D17/10—Final actuators
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- F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
- F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
- F01D17/167—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes of vanes moving in translation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Turbines (AREA)
- Supercharger (AREA)
Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
細には内燃機関のターボチャージャに使用されるのに適
したタイプのタービンに関する。
、タービンを取りつけたタービン室と、タービン室の周
りに配置される環状の入口通路と、入口通路の周りに配
置される入口室と、タービン室から延びる出口通路とを
備え、これらの両通路及び両室が入口室に供給された圧
力ガスが入口通路を通ってタービン室を介して出口通路
へ流れるように連通ずるようになっている。入口通路の
一壁が可動の環状壁メンバによって形成され、該可動の
環状壁メンバの入口通路の対面壁に対する位置が入口通
路の幅を制御するために調節可能である。入口通路の幅
及びそれによるタービンのジオメ) IJが、タービン
を通るガスの流量が減少するにつれて入口通路の幅を減
少してガス流速及びタービン効率を維持するように、変
化される。
適にする方向に偏流させるように入口通路にノズルベー
ンを配置することも公知である。
面積を減少させて、タービンを通る最大のガス流量がノ
ズルベーンがないときよりも小さくなる。さらに、ノズ
ルベーンを設けることは信頼性のある且つ有効なバリア
プルジオメトリ構造を提供することをより困難にする。
書第874085号に記載されている。この構造におい
ては、入口通路の一壁が固定のベーンを支持し、他の壁
構造がスロットを支持し、入口通路の幅が最小値に減少
したときにそれらのベーンがこのスロットに嵌合するよ
うになっている。入口通路の幅が最大値に増加したとき
にはベーンはその入口通路の全幅を横切らない。
明細書第4292807号、及び英国特許明細書第11
38941号、同第2044860号に記載されている
。それらの明細書は、ベーンが入口通路の全幅を横切っ
て突出し、対面する入口通路壁に設けられたソケットに
受けられる種々の構成を開示している。そのような構成
は、入口通路が全開されたときでさえベーンが入口通路
の全幅を横切って延びることを保証するものであるが、
ソケットは凹部を形成するものであってその中に汚物が
たまり、つまりの危険性を増大させる。
バリアブルジオメ) IJ構造を開示しており、ベーン
がシート材料で作られた可動の壁メンバのスロットを通
って延びるようになっている。従って、可動の壁メンバ
が動くときにベーンは動かず、ベーンは常に入口通路の
全幅を横切って延びる。
ステージの最大有効面積が減少する。従って、入口通路
からベーンを除くことができるのが有効である場合があ
ることになる。しかし、タービンの作動領域を増加させ
るために入口通路の幅を調節できることがより重要であ
り、このタービンの基本的なジオメトリの特徴を変化さ
せることのできる信頼性のある構造を生成する上でこれ
まで困難があったのである。入口通路の一壁に付加して
、入口通路のベーンを動かすことのできる機構を追加す
ることはさらに困難な信頼性の問題を生じさせることに
なる。さらに、そのような機構に利用できるスペースは
非常に制限されているのである。
のできるバリアブルジオメトリタービンを提供すること
である。
タービン室の周りに配置される環状の入口通路と、入口
通路の周りに配置される入口室と、タービン室から延び
る出口通路とを備え、該両通路及び該両室が入口室に供
給された圧力ガスが入口通路を通ってタービン室を介し
て出口通路へ流れるように連通し、入口通路の一壁が環
状壁メンバによって形成され、該可動の環状壁メンバの
入口通路の対面壁に対する位置が入口通路の幅を制御す
るために調節可能であり、そしてノズルベーンが入口通
路を横切るように該可動の環状壁メンバに設けられたス
ロットを通って延びるようにしたバリアブルジオメトリ
タービンにおいて、上記ノズルベーンが前記可動の環状
壁メンバの入口通路から遠い側に配置された可動のノズ
ルサポートから延び、該ノズルサポートが、前記可動の
環状壁メンバが前記対面壁からの距離が所定の距離より
も小さいときに前記ノズルベーンの自由端部が前記対面
壁と当接するように、且つ前記可動の環状壁メンバが前
記対面壁からの距離が前記所定の距離よりも大きいとき
に前記ノズルサポートが前記可動の環状壁メンバととも
に動くように配置され、よって前記可動の環状壁メンバ
が前記所定の位置を越えて前記対面壁から遠ざかるにつ
れて前記ノズルベーンの自由端部が前記対面壁から遠ざ
かるようにしたバリアブルジオメトリタービンが提供さ
れる。
壁メンバと前記対面壁との間のギャップが、前記可動の
環状壁メンバと隣接し且つ該可動の環状壁メンバの下流
側になる前記入口通路の壁の連続を形成する仮想表面と
前記対面壁との間隔よりも大きい全開位置へ動くことが
できる。全開位置における前記ギャップが前記仮想表面
と前記対面壁との間の前記間隔の約(1+2/3)倍大
きい。
壁メンバが前記所定位置にあるときの前記ギャップが前
記間隔よりも大きいようにしたものである。前記可動の
環状壁メンバが前記所定位置にあるときに前記ギャップ
が前記間隔の例えば約(1+1/3)倍大きい。
メトリタービンはポリュート又は入口室2を形成したタ
ービンハウジング1を具備し、内燃機関(図示せず)か
らの排気ガスがこの入口室2に送られる。排気ガスは、
入口室2から、−側において可動の環状壁メンバ4によ
って形成され且つ他側において可動の環状壁メンバ4と
対面する対面壁5によって形成される入口通路を介して
、出口通路3へ流れる。ノズルサポートリング7によっ
て支持された一連のノズルベーン6が入口通路を横切っ
て延びる。入口室2からの出口通路3へ流れる排気ガス
はタービンホイール8を通過し、その結果、ターボチャ
ージャシャフト9にトルクが与えられ、コンプレッサホ
イール10を駆動する。コンプレッサホイール10の回
転は空気入口の周囲空気を加圧し、加圧された空気をポ
リュート又は空気出口12へ送る。加圧空気は内燃機関
(図示せず)へ供給される。
。可動の環状壁メンバ4は、半径方向内方管状壁14と
、半径方向に延びる環状部分15と、シールリング13
に当接する半径方向外方管状部分16と、半径方向に延
びるフランジ17とからなり、半径方向に延びる環状部
分15にはノズルベーン6を通すスロットが形成されて
いる。
れた2個のメンバ(ブリッジリンクプレート) 18に
係合され、これらのメンバ18はそれぞれのガイドピン
19に支持されている。
き平行に動くことができるように4個のガイドピン20
に取りつけられる。ガイドピン20の各々は圧縮ばね2
1によって第2図から第4図で右方向に付勢されている
。よってノズルサポートリング7及びそれに支持された
ノズルベーン6が第2図から第4図で右方向に付勢され
、よって常時第2図に示される位置を占め、ノズルベー
ン6の自由端部が入口通路の対面壁5と当接する。
シャフト23の位置を制御可能に設けられ、このアウト
プットシャフト23がガイドピン19の各々と係合する
あぶみメンバ24と連結される。従って、アクチユエー
タ22を制御することによって、ガイドピン19及び可
動の環状壁メンバ4の軸線方向の位置を制御することが
できる。
示し、この可動の環状壁メンバ4の半径方向に延びる環
状部分15が入口通路の対面壁5と当接する。第3図は
可動の環状壁メンバ4が半開位置にある状態を示し、第
4図は可動の環状壁メンバ4が全開位置にある状態を示
している。アクチユエータ22はタービンの軸線からか
なりの距離のところに配置されるので、スペースの問題
はない。さらに、アウトプットシャフト23の正確な半
径方向の位置は重要ではなく、公差の増加を許容するよ
うになっている。同様に、熱ひずみによる半径方向の膨
張は重要な問題ではない。
バ4の下流側に位置し且つタービンホイール8と隣接す
るタービンハウジング1の端面と同一面となる仮想表面
を示す。この表面は実際上タービン室への入口通路の一
側を形成する。可動の環状壁メンバ4によって形成され
る入口通路の壁が仮想表面25と整列するときには、可
動の環状壁メンバ4と対面壁5との間の間隔はこの説明
の目的のためにノズルベーン6の下流の入口通路の入口
幅に対応するとみなされる。この状態は以下100パー
セントの公称入口幅と呼ばれる。可動の環状壁メンバ4
が100パーセントの公称入口幅の位置にあるときには
、ノズルベーン6はまだ対面壁5と接触している。可動
の環状壁メンバ4がさらに対面壁5から離れるように動
くと、可動の環状壁メンバ4の後面とノズルサポートリ
ング7との間のギャップが、この両者が接触するように
なるまで減少する。これは、可動の環状壁メンバ4と対
面壁5との間の間隔が135パーセントの公称入口幅に
相当するときに生じる。可動の環状壁メンバ4がさらに
対面壁5から離れるように動くと、ノズルサポートリン
グ7が可動の環状壁メンバ4とともに動くようになる。
、よって入口通路のノズルベーン6の自由端部と対面壁
5との間のギャップが広がる。これは入口通路の有効面
積を増加させる。可動の環状壁メンバ4が完全に引き戻
された(第4図)ときに、その位置は165パーセント
の公称入口幅に相当する。
ズルサポートリング7の運動のタービン効率の効果を示
すものである。100パーセントの公称入口幅に相当す
る曲線上の点は、参照数字26によって示されている。
相当する曲線上の点は、参照数字27.28によって示
されている。このように、可動の環状壁メンバ4を10
0パーセントの公称入口幅の位置を大分越えて開くこと
によって、且つ少なくともノズルベーン6の部分的な引
き戻しを行うことによって、作動特性曲線の高い効率の
部分を向上させるようにタービンの作動特性を改善する
ことができる。基本的には、与えられた流量領域(流れ
の軸線と平行に固定された距離に相当する)について、
特性曲線を点28へ延ばす能力は第5図の特性曲線の左
端部に示される低効率領域でタービンを作動させること
誓防止することによって平均的なタービン効率を向上さ
せる。
環状壁メンバ4が取りつけられたガイドピン19の1つ
との関係を示すものである。あぶみメンバ24の2端部
はガイドピン19の側面に設けられた名ロットと係合す
る。このスロットと当接するあぶみメンバ24の2端部
のエツジは、各あぶみメンバ24の端部とスロットの端
部との間のクリアランスが常に一定になるように丸くさ
れている。あぶみメンバ24はピボットピン29(第2
図)に枢着されてガイドピン19を精密に配置させるよ
うに動かされることができるレバーを形成する。あぶみ
メンバ24はシート状鋼によって形成され、ガイドピン
19の軸線に平行な方向には比較的に岡11性があるが
、ガイドピン19の直角方向には比較的にフレキシブル
になるように配置される。よ−って、ガイドピン19に
かかる横方向の力は最小になり、よってガイドピン19
がそれを収めたベアリング内でつまるようになるのを低
減する。さらに、あぶみメンバ24はガイドピン19の
中央部分に係合し、ガイドピン19がそれを収めたベア
リングが比較的に広く間隔を開けて配置される。
を示す図である。可動の環状壁メンバ4は温度及び圧力
の大きな変化にさらされ、よって大きくゆがむことがで
きる。もしガイドピン19と可動の環状壁メンバ4との
連結が剛性のものであればそのようなゆがみはガイドピ
ン19にかなりの横方向の力を与えるであろう。従って
、ガイドピン19と可動の環状壁メンバ4との連結は、
可動の環状壁メンバ4のゆがみがガイドピン19に横方
向の力を与えることのないように収容されるようにした
ものである。
端部にブリッジリンクプレート18を固定することによ
って達成される。ブリッジリンクプレート18の2個の
脚部30は可動の環状壁メンバ4の半径方向に延びるフ
ランジ17に隣接する半径方向外方管状部分16に形成
されたスロット31内に係合する。その結果得られた構
造は、ガイドピン19の軸線方向に適切に剛性があって
可動の環状壁メンバ4の軸線方向の位置の密接な制御を
保証するが、半径方向及び周方向には可動の環状壁メン
バ4のゆがみを吸収できるほどに十分にゆるいものであ
る。可動の環状壁メンバ4は実際上ノズルベーン6上に
配置され、よってゆるい取りつけにもかかわらず所定の
位置に維持される。
持するためにフランジ17よりも厚くされることができ
、ブリッジリンクプレート18の厚さは可動の環状壁メ
ンバ4のタービン軸線に対するチルトに対して良好な抵
抗を維持する。
イドピン20とノズルベーン6を取りつけたノズルサポ
ートリング7との関係を示す図である。各ガイドピン2
0はその先端に固定したブラケット32を有し、ブラケ
ット32がノズルサポートリング7の後側と係合する平
坦な表面と、ノズルサポートリング7の半径方向内方エ
ツジと係合するフランジ状の内方エツジとを有する。
配置されたシールリング13を有するものである。しか
し、その他のシール構成をとることができる。例えば、
可動の環状壁メンバ4のそれぞれ半径方向外側及び内側
の部分に一対のシールを設けることもできる。
軸線方向の特徴を示す軸線方向に見た破断断面図、第2
図から第4図はそれぞれ全開位置、半閉位置、及び全開
位置にある第1図の線X−Xに沿って見た断面図、第5
図は一定の膨張比でのタービン効率と第1図のタービン
を通る流量との関係を示す図、第6図は第1図から第4
図の構成の可動の環状壁メンバを支持するガイドピンと
それらのガイドピンの位置を制御するあぶみメンバとの
関係を示す図、第7図は第6図に示されるタイプのガイ
ドピンと可動の環状壁メンバの関係を示す図、第8図は
第1図から第4図の構成に設けられるノズルベーンサポ
ートリングの取りつけを示す図である。 1・・・タービンハウジング、 2・・・入口室、 3・・・出口室、4・・・
可動の環状壁メンバ、 5・・・対面壁、 6・・・ノズルベーン、7
・・・ノズルサポートリング、 8・・・タービンホイーノぺ 14・・・内方管状壁、 15・・・環状部分、16・
・・外方管状部分、17・・・フランジ、18・・・ブ
リッジリンクプレート、 19.20・・・ガイドピン、22・・・アクチュエー
タ、24・・・あぶみメンバ、29・・・枢着ビン。 図面の浄側内容に変更なし) 手 続 補 正 書(方式) %式% 事件の表示 平成1年特許願第121635号 発明の名称 バリアブルジオメトリタービン 補正をする者 事件との関係 特許出願人 名称 ホルセット エンジニアリングカンパニー リ
ミティド 4、代理人 住所 〒105東京都港区虎ノ門−丁目8番IO号静光
虎ノ門ビル 電話504−07216、補正の対象 (11願書の「出願人の代表者」の欄 (2)委任状 (3)図面 7、補正の内容 (1) (21別紙の通り (3)図面の浄書(内容に変更なし) 8、添附書類の目録 (11訂正願書 (2)委任状及び訳文 (3)浄書図面 1通 各1通 1通
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、タービン室に配置されるタービンと、タービン室の
周りに配置される環状の入口通路と、入口通路の周りに
配置される入口室と、タービン室から延びる出口通路と
を備え、該両通路及び該両室が入口室に供給された圧力
ガスが入口通路を通ってタービン室を介して出口通路へ
流れるように連通し、入口通路の一壁が可動の環状壁メ
ンバによって形成され、該可動の環状壁メンバの入口通
路の対面壁に対する位置が入口通路の幅を制御するため
に調節可能であり、そしてノズルベーンが入口通路を横
切るように該可動の環状壁メンバに設けられたスロット
を通って延びるようにしたバリアブルジオメトリタービ
ンにおいて、前記ノズルベーンが前記可動の環状壁メン
バの入口通路から遠い側に配置された可動のノズルサポ
ートから延び、該ノズルサポートが、前記可動の環状壁
メンバが前記対面壁からの距離が所定の距離よりも小さ
いときに前記ノズルベーンの自由端部が前記対面壁と当
接するように、且つ前記可動の環状壁メンバが前記対面
壁からの距離が前記所定の距離よりも大きいときに前記
ノズルサポートが前記可動の環状壁メンバとともに動く
ように配置され、よって前記可動の環状壁メンバが前記
所定の位置を越えて前記対面壁から遠ざかるにつれて前
記ノズルベーンの自由端部が前記対面壁から遠ざかるよ
うにしたバリアブルジオメトリタービン。 2、前記可動の環状壁メンバが、該可動の環状壁メンバ
と前記対面壁との間のギャップが、前記可動の環状壁メ
ンバと隣接し且つ該可動の環状壁メンバの下流側になる
前記入口通路の壁の連続を形成する仮想表面と前記対面
壁との間隔よりも大きい全開位置へ動くことができるこ
とを特徴とする請求項1に記載のバリアブルジオメトリ
タービン。 3、全開位置における前記ギャップが前記仮想表面と前
記対面壁との間の前記間隔の約(1+2/3)倍大きい
ことを特徴とする請求項2に記載のバリアブルジオメト
リタービン。 4、前記可動の環状壁メンバが前記所定位置にあるとき
の前記ギャップが前記間隔よりも大きいことを特徴とす
る請求項2又は3に記載のバリアブルジオメトリタービ
ン。 5、前記可動の環状壁メンバが前記所定位置にあるとき
の前記ギャップが前記間隔の約(1+1/3)倍大きい
ことを特徴とする請求項4に記載のバリアブルジオメト
リタービン。
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GB8811623.1 | 1988-05-17 |
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JP2730968B2 JP2730968B2 (ja) | 1998-03-25 |
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JP1121635A Expired - Lifetime JP2730968B2 (ja) | 1988-05-17 | 1989-05-17 | バリアブルジオメトリタービン |
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