JPH10339154A - タービンケーシング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 硬質粒子を分離捕集し得るようにする。 【解決手段】 タービン動翼を回転自在に収容する動翼
収容部２と、該動翼収容部２の外周を取り囲み入口部３
から出口部４へかけて徐々に流路断面積が減少して行く
スクロール部５とを有するタービンケーシング本体６の
外周部分に、粒子取出孔８を設けるようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タービンケーシン
グに関するものであり、より詳しくは、硬質粒子を分離
捕集し得るようにしたタービンケーシングに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】エンジンなどでは、排ガスの圧力を利用
してタービンを回すことにより、タービンでコンプレッ
サを駆動して吸気を圧縮し、エンジンの吸気効率を向上
させるようにした過給機などが使われている。

【０００３】上記タービンには、図７・図８に示すよう
に、タービン動翼１を回転自在に収容する動翼収容部２
と、該動翼収容部２の外周を取り囲み、入口部３から出
口部４へかけて徐々に流路断面積が減少して行くスクロ
ール部５とを有するタービンケーシング本体６を備えた
ものがある。

【０００４】そして、タービンケーシング本体６の入口
部３から入った燃焼ガス７は、タービン動翼１の回転に
よって、スクロール部５を入口部３から出口部４へと渦
状に流れ、スクロール部５の断面積が小さくなるにした
がって外周側の流速が高められて行くようになっている
（なお、内周側の流速は、タービン動翼１の回転速度と
ほぼ等しくなっている）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のタービンケーシングには、以下のような問題があっ
た。

【０００６】すなわち、近年、エンジンに使用する燃料
の多様化に伴い、低質燃料が使われるようになりつつあ
るが、低質燃料にはシリカやアルミなどの硬質粒子が含
まれているため、エンジンでこれらの低質燃料を燃焼さ
せると、シリカやアルミなどの硬質粒子を含んだ燃焼ガ
ス７が発生され、シリカやアルミなどの硬質粒子が燃焼
ガス７と共にタービンケーシング本体６内へ導入される
おそれがある。

【０００７】又、低質燃料中に元から含まれている上記
不純物以外にも、タービンケーシング本体６内には、エ
ンジンで未燃の炭素分などの硬質粒子が、燃焼ガス７と
共に導入されたりする。

【０００８】すると、上記シリカやアルミや未燃の炭素
などの硬質粒子は、重いため、遠心力でタービンケーシ
ング本体６の外周に沿って流れることになるが、上記し
たように、タービンケーシング本体６の外周側は、徐々
に流速が高められて行くようになっているため、流速が
或る程度高くなるスクロール部５の後半部分で、シリカ
やアルミや未燃の炭素などの硬質粒子によってタービン
ケーシング本体６の外周壁が摩耗されるおそれがある。

【０００９】又、タービンケーシング本体６の出口部４
へ達したシリカやアルミや未燃の炭素などの硬質粒子
が、そのままタービンケーシング本体６から出て行くの
であればよいが、図８に示すように、タービンケーシン
グ本体６の出口部４における硬質粒子の流速イは、燃焼
ガス７の流速ロやタービン動翼１の回転速度ハよりも遅
いため、流速イの遅い硬質粒子は、回転速度ハの速いタ
ービン動翼１の前面で後から跳ね飛ばされる形となる。

【００１０】タービン動翼１の前面で跳ね飛ばされた硬
質粒子は、その後、タービンケーシング本体６に衝突
し、タービンケーシング本体６で跳ね返って再びタービ
ン動翼１の前面で跳ね飛ばされ、上記を繰り返すとい
う、いわゆるピンポン現象を起こすので、シリカやアル
ミや未燃の炭素などの硬質粒子がタービンケーシングに
溜まって出て行かないという事態を生じる。

【００１１】本発明は、上述の実情に鑑み、硬質粒子を
分離捕集し得るようにしたタービンケーシングを提供す
ることを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、タービン動翼
１を回転自在に収容する動翼収容部２と、該動翼収容部
２の外周を取り囲み入口部３から出口部４へかけて徐々
に流路断面積が減少して行くスクロール部５とを有する
タービンケーシング本体６の外周部分に、粒子取出孔８
を設けたことを特徴とするタービンケーシングにかかる
ものである。

【００１３】この場合において、粒子取出孔８を、ター
ビンケーシング本体６に対し接線方向へ向けて形成する
ようにしてもよい。

【００１４】また、粒子取出孔８を、タービンケーシン
グ本体６におけるスクロール部５の後半部分に形成する
ようにしてもよい。

【００１５】また、粒子取出孔８を、タービンケーシン
グ本体６におけるスクロール部５後半の巻き角度がほぼ
２７０゜前後の部分に形成するようにしてもよい。

【００１６】また、粒子取出孔８を、スクロール部５外
周におけるタービン動翼１の中心から半径方向へ最も距
離が離れた位置に形成するようにしてもよい。

【００１７】また、粒子取出孔８の出口部分に粒子を一
時的に集めておくための粒子捕集用ポケット部９を形成
するようにしてもよい。

【００１８】さらに、粒子取出孔８の出口部分、また
は、粒子捕集用ポケット部９の出口部分に粒子排出弁１
０を接続するようにしてもよい。

【００１９】上記手段によれば、以下のような作用が得
られる。

【００２０】タービンケーシング本体６の入口部３から
入った燃焼ガス７は、タービン動翼１の回転によって、
スクロール部５を入口部３から出口部４へと渦状に流さ
れ、スクロール部５の断面積が小さくなるにしたがって
外周側の流速が高められて行く。

【００２１】そして、燃焼ガス７に同伴されてタービン
ケーシング本体６へ入った硬質粒子は、重いため、遠心
力でタービンケーシング本体６の外周に沿って流れ、徐
々に流速が高められて行くようになっているが、本発明
では、タービンケーシング本体６の外周部分に粒子取出
孔８を設け、粒子取出孔８の出口部分に粒子捕集用ポケ
ット部９を形成し、粒子捕集用ポケット部９の出口部分
に粒子排出弁１０を接続したので、タービンケーシング
本体６の外周に沿って流れる硬質粒子１１が粒子取出孔
８から粒子捕集用ポケット部９へ入ることにより、硬質
粒子１１を分離捕集することが可能となる。

【００２２】この際、粒子取出孔８を、タービンケーシ
ング本体６における流速が高くなるスクロール部５の後
半部分に対し、接線方向へ向けて形成することにより、
効率良く硬質粒子１１を分離捕集することが可能とな
る。

【００２３】とくに、スクロール部５の巻き角度がほぼ
２７０゜前後の部分は、硬質粒子の流速が十分に高くな
り、しかも、タービンケーシング本体６に摩耗が激しく
生じる部分の直前位置なので、この位置に粒子取出孔８
を形成するようにすると、一層、効果的に硬質粒子を分
離捕集することが可能となる。

【００２４】又、粒子取出孔８を、スクロール部５にお
けるタービン動翼１の中心から半径方向へ最も距離が離
れた位置に形成することにより、硬質粒子が集中して流
れることによって摩耗を生じ易くなっている部分から効
率良く硬質粒子を分離捕集することが可能となる。

【００２５】そして、粒子取出孔８から取り出された硬
質粒子は、一時、粒子捕集用ポケット部９へ集められ、
粒子捕集用ポケット部９に集められた硬質粒子は、時
々、粒子排出弁１０を開けることにより、粒子捕集用ポ
ケット部９から取り出される。

【００２６】粒子排出弁１０は、通常閉じるようにして
おき、硬質粒子を外部へ取り出す時のみ開けるようにす
るので、タービンの性能が低下することを防止すること
ができる。

【００２７】又、粒子取出孔８は、スクロール部５の流
路断面積に比べて十分に小さいため、燃焼ガス７の流れ
を乱すことはなく、タービンの性能が低下することを防
止することができる。

【００２８】このように、本発明によれば、硬質粒子を
タービンケーシング本体６に形成した粒子取出孔８から
分離捕集させることにより、タービンケーシング本体６
の摩耗を防止することが可能となり、かつ、硬質粒子が
タービンケーシング本体６に溜まって出て行かなくなる
ようなことを防止することができる。

【００２９】又、タービンケーシング本体６を少し加工
するのみでよいので、簡単に実現することができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
示例とともに説明する。

【００３１】図１〜図３は、本発明の第一の実施の形態
であり、ラジアルタービンに適用したものである。

【００３２】タービンケーシングの基本的な構成につい
ては、図７と同様であるため、同一の部分については同
一の符号を付すことにより説明を省略する。

【００３３】本発明では、タービンケーシング本体６の
外周部分に粒子取出孔８を設け、粒子取出孔８の出口部
分に、粒子捕集用ポケット部９を形成し、粒子捕集用ポ
ケット部９の出口部分に粒子排出弁１０を接続する。

【００３４】より具体的には、粒子取出孔８は、タービ
ンケーシング本体６におけるスクロール部５の後半部
分、すなわち、スクロール部５の巻き角度が１８０゜か
ら３６０゜の範囲の部分に形成するようにする。

【００３５】とくに、粒子取出孔８は、タービンケーシ
ング本体６におけるスクロール部５の巻き角度がほぼ２
７０゜前後の部分に対し形成するのが好ましい。

【００３６】加えて、粒子取出孔８は、タービンケーシ
ング本体６におけるスクロール部５の接線方向へ向けて
形成するようにするのが好ましい。

【００３７】又、図３に示すように、粒子取出孔８は、
スクロール部５におけるタービン動翼１の中心から、半
径方向へ最も距離が離れた位置に形成するようにするの
が好ましい。

【００３８】なお、図中、１１は燃焼ガス７に同伴され
る、シリカやアルミや未燃の炭素などの硬質粒子であ
る。

【００３９】次に、作動について説明する。

【００４０】タービンケーシング本体６の入口部３から
入った燃焼ガス７が、タービン動翼１の回転によって、
スクロール部５を入口部３から出口部４へと渦状に流
れ、スクロール部５の断面積が小さくなるにしたがって
外周側の流速が高められて行く過程については図７・図
８の場合と同様なので説明を省略する。

【００４１】そして、燃焼ガス７に同伴されてタービン
ケーシング本体６へ入ったシリカやアルミや未燃の炭素
などの硬質粒子１１は、重いため、遠心力でタービンケ
ーシング本体６の外周に沿って流れ、徐々に流速が高め
られて行くようになっているが、本発明では、タービン
ケーシング本体６の外周部分に粒子取出孔８を設け、粒
子取出孔８の出口部分に粒子捕集用ポケット部９を形成
し、粒子捕集用ポケット部９の出口部分に粒子排出弁１
０を接続したので、タービンケーシング本体６の外周に
沿って流れる硬質粒子１１が粒子取出孔８から粒子捕集
用ポケット部９へ入ることにより、硬質粒子１１を分離
捕集することが可能となる。

【００４２】この際、粒子取出孔８を、タービンケーシ
ング本体６における流速が高くなるスクロール部５の後
半部分、すなわち、スクロール部５の巻き角度が１８０
゜から３６０゜の範囲の部分に対し、接線方向へ向けて
形成することにより、効率良く硬質粒子１１を分離捕集
することが可能となる。

【００４３】とくに、スクロール部５の巻き角度がほぼ
２７０゜前後の部分は、硬質粒子１１の流速が十分に高
くなり、しかも、タービンケーシング本体６に摩耗が激
しく生じる部分の直前位置なので、この位置に粒子取出
孔８を形成することにより、一層、効果的に硬質粒子１
１を分離捕集することが可能となる。

【００４４】又、図３に示すように、粒子取出孔８を、
スクロール部５におけるタービン動翼１の中心から半径
方向へ最も距離が離れた位置に形成することにより、硬
質粒子１１が集中して流れることによって摩耗を生じ易
くなっている部分から効率良く硬質粒子１１を分離捕集
することが可能となる。

【００４５】そして、粒子取出孔８から取り出された硬
質粒子１１は、一時、粒子捕集用ポケット部９へ集めら
れ、粒子捕集用ポケット部９に集められたシリカやアル
ミや未燃の炭素などの硬質粒子１１は、時々、粒子排出
弁１０を開けることにより、粒子捕集用ポケット部９か
ら取り出される。

【００４６】粒子排出弁１０は、通常閉じるようにして
おき、硬質粒子１１を外部へ取り出す時のみ開けるよう
にするので、タービンの性能が低下することを防止する
ことができる。

【００４７】又、粒子取出孔８は、スクロール部５の流
路断面積に比べて十分に小さいため、燃焼ガス７の流れ
を乱すことはなく、タービンの性能が低下することを防
止することができる。

【００４８】このように、本発明によれば、シリカやア
ルミや未燃の炭素などの硬質粒子１１をタービンケーシ
ング本体６に形成した粒子取出孔８から分離捕集させる
ことにより、タービンケーシング本体６の摩耗を防止す
ることが可能となり、かつ、硬質粒子１１がタービンケ
ーシング本体６に溜まって出て行かなくなるようなこと
を防止することができる。

【００４９】又、タービンケーシング本体６を少し加工
するのみでよいので、簡単に実現することができる。

【００５０】図４は、本発明の第二の実施の形態であ
り、スクロール部５が隔壁によって二つに分割されたツ
インフロー式のラジアルタービンに適用したものであ
る。

【００５１】この場合には、二つに分割されたスクロー
ル部５に合わせて、粒子取出孔８は二つ設けられること
になる。しかし、粒子取出孔８はどちらか一方に設ける
ようにしても良い。

【００５２】上記以外については、前記実施の形態と同
様の構成を備えており、同様の作用・効果を得ることが
できる。

【００５３】図５は、本発明の第三の実施の形態であ
り、スクロール部５が隔壁によって二つに分割されたツ
インフロー式の斜流タービンに適用したものである。

【００５４】上記以外については、前記各実施の形態と
同様の構成を備えており、同様の作用・効果を得ること
ができる。

【００５５】図６は、本発明の第四の実施の形態であ
り、スクロール部５が隔壁によって二つに分割されたツ
インフロー式のラジアルタービンで、しかも、スクロー
ル部５におけるタービン動翼１の中心から半径方向へ最
も距離が離れた位置が、隔壁の近くにないものに適用し
たものである。

【００５６】このような場合でも、支障無く粒子取出孔
８を設けることが可能である。

【００５７】上記以外については、前記各実施の形態と
同様の構成を備えており、同様の作用・効果を得ること
ができる。

【００５８】なお、本発明は、上述の実施の形態にのみ
限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範
囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のタービン
ケーシングによれば、硬質粒子を分離捕集することがで
きるという優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態の断面図である。

【図２】図１のＩＩ部分拡大図である。

【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。

【図４】本発明の第二の実施の形態の断面図である。

【図５】本発明の第三の実施の形態の断面図である。

【図６】本発明の第四の実施の形態の断面図である。

【図７】従来例の断面図である。

【図８】図７の部分拡大図である。

【符号の説明】 １ タービン動翼 ２ 動翼収容部 ３ 入口部 ４ 出口部 ５ スクロール部 ６ タービンケーシング本体 ８ 粒子取出孔 ９ 粒子捕集用ポケット部 １０ 粒子排出弁 １１ 硬質粒子（粒子）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タービン動翼（１）を回転自在に収容す
   る動翼収容部（２）と、該動翼収容部（２）の外周を取
   り囲み入口部（３）から出口部（４）へかけて徐々に流
   路断面積が減少して行くスクロール部（５）とを有する
   タービンケーシング本体（６）の外周部分に、粒子取出
   孔（８）を設けたことを特徴とするタービンケーシン
   グ。
2. 【請求項２】 粒子取出孔（８）を、タービンケーシン
   グ本体（６）に対し接線方向へ向けて形成した請求項１
   記載のタービンケーシング。
3. 【請求項３】 粒子取出孔（８）を、タービンケーシン
   グ本体（６）におけるスクロール部（５）の後半部分に
   形成した請求項１または２記載のタービンケーシング。
4. 【請求項４】 粒子取出孔（８）を、タービンケーシン
   グ本体（６）におけるスクロール部（５）後半の巻き角
   度がほぼ２７０゜前後の部分に形成した請求項３記載の
   タービンケーシング。
5. 【請求項５】 粒子取出孔（８）を、スクロール部
   （５）外周におけるタービン動翼（１）の中心から半径
   方向へ最も距離が離れた位置に形成した請求項１〜４い
   ずれかに記載のタービンケーシング。
6. 【請求項６】 粒子取出孔（８）の出口部分に粒子を一
   時的に集めておくための粒子捕集用ポケット部（９）を
   形成した請求項１〜５いずれかに記載のタービンケーシ
   ング。
7. 【請求項７】 粒子取出孔（８）の出口部分、または、
   粒子捕集用ポケット部（９）の出口部分に粒子排出弁
   （１０）を接続した請求項１〜６いずれかに記載のター
   ビンケーシング。