JPS63147903A - タ−ビンケ−シング構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は回転自在にタービンロータを収容し、このタ
ービンロータに効率良く排気ガスを案内して排気ガスエ
ネルギの回収を行なわせるタービンケーシング構造に係
り、特に、タービンケーシング内に排気ガスの流れを妨
げることなくタービンケーシングの構成強度を向上させ
る補強手段を設けたタービンケーシング構造に関する。

［従来の技術］ 一般にタービンケーシング及び、このタービンケーシン
グ内に回転自在に収容されるタービンロータは、排気ガ
スの高温にさらされるものであり、タービンロータは高
速度で回転されるものであるため、熱応力が加えられて
熱変形が発生することについての充分な対策が要求され
ている。即ち、タービンケーシングとタービンロータの
双方またはいずれか一方に熱変形が生じると、タービン
ロータがタービンケーシングに接触される場合が生じて
、タービンロータの回転効率を低下させるだけでなく、
破損に至る恐れがあるからである。

従来、このような熱変形に対処するために、タービンケ
ーシングのタービンロータを支持する部分の内壁部分と
、タービンロータの翼車両端とのクリアランスｔを第７
図に示すように充分に確保し、変形を生じた場合でもタ
ービンロータの接触による破損が生じないように構成し
ている。

第５図に関連技術としての可変容量排気過給機の静翼駆
動装置（実開昭Ｇｏ−１７５８２９号公報）の提案を示
しである。

この提案は同図に示されるように、タービンケーシング
ａ内に回転自在にタービンロータｂを設け、タービンケ
ーシングａのノズルスロート部分Ｃにスクロール方向に
間隔をおいて回動自在に可動ノズルベーンｄを設け、こ
れら可動ノズルベーンｄに一体のレバｅを回動リングｆ
に連結して、その回動リングｆを回動させることによっ
て可動ノズルベーンｄのタービンロータｂに対する翼角
度を調節しようとしたものである。

また、この提案では、レバｅと回動リングｆとの間に第
６図に示す炭化硅素等のセラミック材から構成された滑
り子ｑを設けて、翼角度調節機能の信頼性向上を図って
いる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、上記提案にあっても、タービンケーシングａと
タービンロータｂの翼車との間のクリアランス、及び、
ノズルスロート面積を調節する可動ノズルベーンｄとタ
ービンケーシングａとの間のクリアランスｔについては
、前述のように熱変形を見込んだクリアランスｔに予め
設定されているため、排気ガスエネルギ回収効率が低下
する不具合を生じる（第７図、第８図参照）。

熱変形を見込んだクリアランスは通常ノズルスロートの
全面積に対して３％〜５％（場合によっては５％を越え
る）に定められる。

クリアランスの設定条件としては、■タービン各部の機
械的応力による変形、■組立時、各部品の精度誤差の累
積、■タービン各部の熱応力による変形、■タービン各
部の経時変化（スラッジ等の堆積、冶金学的に金属の成
長・変化等）があり、これらの条件から適正クリアラン
スが定められるが、第９図に示すように設定したクリア
ランスの増加に応じて、また、稼動時の変形によるクリ
アランスの増大に応じてタービン断熱効率が低下するこ
とがわかる。

Ｉｉ′ｉ１図に示すようにクリアランスを“０゛とする
ことが望ましいが、可動ノズルベーンをクリアランス゛
Ｏ゛′とすることは困難であるため、上記提案では、特
に供給排気ガス流量の少ない低回転域で大きなエネルギ
損失が生じ好ましくない。

そこで上記クリアランスの設定条件を検討すると、上記
■の条件がクリアランスの設定条件として６〜７割を占
めることが判った。したがってタービンケーシング各部
の熱変形を抑えることができる提案が望まれている。

［問題点を解決するための手段］ この発明は上記問題点を解決することを目的としている
。この発明はタービンケーシング内に回転自在にタービ
ンロータを収容し、そのロータの軸方向に対向し且つそ
のロータの半径方向外方の上記ケーシングの内周壁部分
に、上記ケーシングの変形を阻止する補強部材を掛け渡
して設けてタービンケーシング構造を構成するものであ
る。

［作　用］ タービンケーシングのタービンロータの半径方向外方で
且つ、そのタービンロータの軸方向に対向するタービン
ケーシングの内周壁部分に、そのタービンロータの変形
を阻止する補強部材を設けたから、このタービンケーシ
ングとタービンロータとのクリアランスを設定クリアラ
ンスに維持させることができる。この結果として設定ク
リアランスを出来るだけ小さくすることが可能になりタ
ービン断熱効率を向上させることができる。

［実施例］ 以下にこの発明のタービンケーシング構造の好適一実施
例を添付図面に基づいて説明する。

第１図（イ）に示す１はタービンケーシングである。

同図に示されるようにタービンケーシング１はこの実施
例ではラジアル形状に形成されている。

タービンケーシング１には、その軸芯上に回転自在にタ
ービンロータ２が収容されており、このタービンロータ
２は図示しないコンプレッサロータまたはギヤトレーン
を介してエンジンのクランク軸に連結される。タービン
ケーシング１のタービンロータ２の半径方向外方には、
ラジアル方向に沿って順次流路断面が縮小されたノズル
スロート部分３が形成されている。４は排ガス導入口部
分、５は排ガス排出口部分である。

ところでこの実施例では、上記ノズルスロート部分３に
は、第１図（ロ）にも示されるようにタービンロータ２
の軸方向に対向するタービンケーシング１の内周壁部分
１ａ、Ｉｂ間に回動自在に可動ノズルベーン６が設けら
れている。可動ノズルベーン６はラジアル方向に間隔を
おいて配設されると共に、タービンケーシング１外のレ
バ部材（図示せず）に対して一体的に接続されて、制御
リング（図示せず）によりそれらのレバ部材が回動され
ると、上記可動ノズルベーン６が一体となって回動され
るように構成されている。

さて、以上のようなタービンケーシング１内には、上記
可動ノズルベーン６の回動範囲外で、且つその可動ノズ
ルベーン６より半径方向外方に、補強部材７が設けられ
ている。

この補強部材７は第１図（イ）（ロ）に示されるように
タービンケーシング１のラジアル方向に所定間隔をおい
て配設されると共に、両端部分７ａ、７ｂが、タービン
ロータ２の軸方向の対向するタービンケーシング１の内
周壁部分１ａ、１ｂにそれぞれ一体的に接続されている
。

それら補強部材７は、第２図（イ）（ロ）にも示される
ように、タービンケーシング１内へ導入される排気ガス
、即ち流体の流れ方向に直交する断面が、その流れ方向
に沿って順次大きくなるような断面に構成される。この
実施例では、直交新面が翼形となっており、補強部材７
による流体抵抗の増大を防止するようになっている。

したがって、これらの補強部材７によってタービンケー
シング１の構成強度は大巾に増加することになるから、
機械的変形、熱的変形が阻止されることになる。この結
果、上記タービンロータ２とタービンケーシング１と上
記可動ノズルベーン６とをタービンケーシング１との間
のクリアランスを従来クリアランスよりさらに小さくし
て接続することができる。

第３図にはタービンケーシング１と補強部材７との一体
的な接続の一例が示してあり、同図に示されるように、
流体の流れ方向に直交する断面が大なる部分に、タービ
ンロータ２の軸方向に沿って貫通穴９を形成し、この貫
通穴９に、上記タービンケーシング１を貫通するボルト
１０を挿通してナツト１１にてタービンケーシング１に
対して補強部材７を一体的に接続するようにしている。

これによりノズルスロート部分３の構成強度が大巾に増
加する。

第４図には、補強部材７を有さない従来のタービンケー
シング（実線■）とこの発明の実施例のタービンケーシ
ング１（実線■）の、ノズルスロート部分３の変形性能
が示しである。

同図によれば、排気ガス流量が増加するにつれて、従来
のタービンケーシングａの変形Ｒが増加されるのに対し
、この発明の実施例のタービンケーシング１では、ター
ビンロータ２の最大使用回転数（Ｍａｘ）で変形量を従
来の１７１０とすることができる。

ゆえに、設定クリアランスを小さくすることができるか
ら、タービン断熱効率を大巾に向上できることがわかる
。

［発明の効果］ 以上説明したことから明らかなようにこの発明のタービ
ンケーシング構造によれば、タービンケーシングの機械
的、熱的変形を阻止してタービンケーシングとタービン
ロータ、タービンケーシングと可動ノズルベーンとの間
のクリアランスを小さくすることができ且つこのクリア
ランスを保持できるからタービン断熱効率を大巾に向上
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）はこの発明のタービンケーシング構造の好
適一実施例を示す縦断面図、第１図（ロ）は第１図（イ
）のローロ断面図、第２図（イ）はタービンケーシング
の部分断面図、第２図（ロ）は第２図（イ）のローロ断
面図、第３図は補強部材の接続例を示す部分詳細断面図
、第４図はタービンケーシングの変形性能図、第５図乃
至第８図は従来例を示す図、第９図はクリアランスをパ
ラメータとしてのタービン断熱効率を示す性能図である
。 図中、１はタービンケーシング、２はタービンロータ、
３はノズルスロート部分、６は可動ノズルベーン、７は
補強部材である。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）タービンケーシング内に回転自在にタービンロー
   タを収容し、該ロータの軸方向に対向し且つそのロータ
   の半径方向外方の上記ケーシング内周壁部分に上記ケー
   シングの変形を阻止する補強部材を掛け渡し設けたこと
   を特徴とするタービンケーシング構造。
2. （２）上記補強部材が、流体の流れ方向に沿って直交断
   面を順次大きく構成された上記特許請求の範囲第１項記
   載のタービンケーシング構造。
3. （３）上記流体の流れ方向に沿つて直交断面を順次大き
   く構成した補強部材が翼形断面で成る上記特許請求の範
   囲第２項記載のタービンケーシング構造。
4. （４）上記補強部材が、上記ロータの軸方向に対向し且
   つそのロータの半径方向外方の上記ケーシング内周壁部
   分に、円周方向に間隔をおいて掛け渡して設けられた上
   記特許請求の範囲第１項記載のタービンケーシング構造
   。
5. （５）上記タービンケーシングが、このタービンケーシ
   ングのラジアル方向に間隔をおいて配設されると共に、
   ラジアル方向に一体となつて回動されてノズルスロート
   面積の大きさを調節する可動ノズルベーンを有し、上記
   補強部材が上記ロータ及び上記可動ノズルベーンの動作
   を妨げない位置に配設された上記特許請求の範囲第１項
   記載のタービンケーシング構造。
6. （６）上記ロータ及び上記可動ノズルベーンの動作を妨
   げない位置が、該ノズルベーンの半径方向外方で且つ該
   ノズルベーンの回動半径より外方のタービンケーシング
   の内周壁部分である上記特許請求の範囲第５項記載のタ
   ービンケーシング構造。
7. （７）上記ロータ及び上記可動ノズルベーンの動作を妨
   げない位置が、上記ロータと上記可動ノズルベーンとの
   間で、それらロータ、可動ノズルベーンの回転・回動範
   囲の外方のタービンケーシング内周壁部分である上記特
   許請求の範囲第５項記載のタービンケーシング構造。