KR100818839B1

KR100818839B1 - 배기 터빈 과급기

Info

Publication number: KR100818839B1
Application number: KR1020067027209A
Authority: KR
Inventors: 다카노리 데시마; 게이이치 시라이시; 고이치로 이마키이레; 요시츠구 아오노
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2005-10-26
Publication date: 2008-04-02
Also published as: WO2006046609A1; US20080295516A1; EP1806489A1; JP2006153002A; EP1806489A4; KR20070043941A; JP4247214B2; EP1806489B1

Abstract

내측 케이싱을 용이하게 착탈해서 유지 보수성을 확보하는 동시에, 설계를 곤란하게 하는 열팽창의 문제나 중량 증가의 문제를 해결한 배기 터빈 과급기를 제공한다. 축류 터빈(20)에 도입된 배기 가스가 팽창하여 얻어지는 축 출력으로 동축의 압축기를 회전시키도록 구성된 축류식 배기 터빈 과급기(TC)에 있어서, 별체의 내측 케이싱(21) 및 외측 케이싱(22)을 볼트 결합에 의해 일체화해서 양쪽 케이싱(21, 22) 사이에 형성되는 공간이 배기 가스를 터빈 노즐(23)에 이끄는 배기 가스 유로(24)가 되는 이중 구조의 가스 입구 케이싱(25)을 구비하고, 배기 가스 유로(24)를 터빈 회전 방향의 전체 둘레에 걸쳐 마련하는 동시에, 내측 케이싱(21)을 축 방향으로 착탈 가능하게 했다.

Description

배기 터빈 과급기{EXHAUST GAS TURBINE SUPERCHARGER}

본 발명은, 예를 들면 범용 내연기관이나 발전용 내연기관 등의 대형 내연기관과 조합하여 사용되는 배기 터빈 과급기에 관한 것으로, 특히 축류 터빈을 이용하여 내연기관의 과급을 실행하는 배기 터빈 과급기에 관한 것이다.

종래로부터, 내연기관의 출력을 향상시키기 위해서, 각종의 과급기가 사용되고 있다. 이 과급기는 터빈과 압축기를 동축으로 부착한 구성으로 되고, 터빈측에 도입된 내연기관의 배기 가스를 에너지원으로 하여 압축기를 구동함으로써, 내연기관에 공급하는 공기를 고밀도로 압축하는 기능을 갖고 있다.

이 중, 예를 들면 선박이나 발전 장치 등과 같이 고출력이 요구되는 대형 디젤 엔진 등에 있어서는, 방사상 터빈을 이용하여 컴팩트화한 자동차용 과급기와는 달리, 축류 터빈을 이용한 배기 터빈 과급기가 채용되고 있다. 이는, 엔진 자체가 대형으로 흡기량도 매우 많아지기 때문에, 배기 터빈 과급기도 대형으로 대용량의 것이 필요하게 되므로, 날개 형상 등의 제조가 곤란한 대형 방사상 터빈과 비교했을 경우, 축류 터빈을 용이하게, 그리고 염가로 제조할 수 있기 때문이다.

축류 터빈을 채용한 종래의 배기 터빈 과급기에는, 예를 들어 도 6에 도시하는 바와 같이 구성된 것이 있다.

이 배기 터빈 과급기(이하,「과급기」로 생략함; TC)는, 배기 가스를 도입하는 가스 입구 케이싱(1)이 내측 케이싱(2)과 외측 케이싱(3)으로 분할되어 있다. 내측 케이싱(2) 및 외측 케이싱(3)은, 서로를 일체화함으로써 외주측에서 축 중심 방향으로 서서히 단면적이 감소하는 와권 형상의 공간을 형성하고, 이 공간이 배기 가스를 터빈 노즐(4)에 인도하는 배기 가스 유로(5)로 된다. 또한, 도면 중의 부호 "6"은 터빈 동익(動翼), "7"은 로터 디스크, "8"은 로터 축, "9"는 가스 출구 케이싱, "10"은 가스 출구 안내 하우징이다.

상술한 과급기(TC)에 있어서, 가스 입구 케이싱(1)의 가스 흡입구(1a)로부터 도입된 배기 가스는, 와권 형상의 배기 가스 유로(5)를 약 반바퀴 돌아 가스 출구(1b)에 이르고, 또한, 터빈 노즐(4)로부터 터빈 동익(6)을 향해서 분출된다. 이 결과, 고온의 배기 가스가 팽창하는 것으로 터빈 동익(6)과 일체의 로터 디스크(7) 및 로터 축(8)이 회전하고, 이 축 출력에 의해 동축의 압축기(도시되지 않음)를 구동해서 공기를 압축할 수 있다.

또한, 축류 터빈내의 팽창에 의해 일을 한 배기 가스는, 터빈 노즐(4)에 밀착하여 부착되어 있는 가스 안내 하우징(10)으로부터 가스 출구 케이싱(9)내에 유출된 후, 가스 출구(9a)로부터 외부로 배출된다.

또한, 상술한 과급기(TC)에 있어서는, 2분할된 가스 입구 케이싱(1)의 내측 케이싱(2)을 터빈 노즐(4)과 함께 축 방향[도면 중에 화살표(11)로 도시하는 방향] 으로 떼어낼 수 있다. 이 때문에, 로터 축(8) 등을 떼내는 것과 같은 번거로운 작업을 실행하는 일없이, 내부 점검이나 이물질 제거 등의 작업을 용이하게 실시할 수 있게 되고, 또한 터빈 동익(6)과 가스 출구 안내 하우징(10)과의 간극 조정도 용이하게 실시할 수 있게 되는 등, 뛰어난 유지 보수성을 갖는 구성으로 된다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1: 일본 특허공보 제 1984-691 호 공보

발명의 요약

그러나, 상술한 2분할 구조의 가스 입구 케이싱(1)에서는, 고온의 배기 가스가 내측 케이싱(2)만으로 형성된 배기 가스 유로를 흐르고, 외측 케이싱(3)에 배기 가스의 열영향을 직접 받지 않는 영역[도면 중에 화살표(C)로 도시]이 존재한다. 또한, 내측 케이싱(2)은 가스 입구 케이싱(1)으로부터 용이하게 착탈할 수 있게 하기 위해서, 로터 디스크(7)와는 반대 방향의 지면 오른쪽을 향하도록 외측 케이싱(3)에 마련된 플랜지면(3a)에 볼트 결합하여 지지되어 있다.

따라서, 일체(한겹) 구조의 가스 입구 케이싱과 비교했을 경우, 내측 케이싱(2)을 용이하게 착탈함으로써 내부의 개방이 용이하게 된다는 이점을 갖는 반면, 하기와 같은 설계상 곤란한 과제가 발생한다.

제 1 과제는, 2분할 구조로 된 가스 입구 케이싱(1)의 부재 사이에 생기는 열팽창 차에 있다. 즉, 고온의 배기 가스가 흘러서 직접 열의 영향을 받는 내측 케이싱(2)과, 간접적인 열 영향밖에 받지 않는 외측 케이싱(3)과의 사이에는, 양쪽부재의 온도 차에 의해 큰 열팽창 차가 생긴다. 이러한 열팽창 차는, 내연기관을 시동하고 나서, 어느 정도의 운전 시간이 경과 할 때까지 특히 현저하여, 그 결과, 내측 케이싱(2)이 로터측으로 열팽창에 의해 늘어나게 된다. 따라서, 열팽창에 의한 변위를 고려해서 적당한 간극을 마련하거나, 열응력을 충분히 고려해야 하는 곤란한 설계가 필요하게 된다.

또한, 가스 안내 하우징(10)과 터빈 노즐(4)을 밀착시키는 접합부에 있어서도, 열팽창을 고려한 설계가 이루어지고 있지만, 둘레 방향의 열팽창이 불균일해지기 때문에, 드물지만 가스 누설을 발생시키는 경우도 있었다.

제 2 과제는, 배기 가스 유로를 형성함에는 와권 형상으로 긴 내측 케이싱이 필요하게 되기 때문에, 내외의 케이싱이 2중으로 되어서 입구 케이싱 및 배기 터빈 과급기 전체의 중량을 증가시키게 된다. 이러한 중량 증가에 의해, 배기 터빈 과급기의 취급을 곤란하게 하거나, 비용면에서 불리하게 된다는 문제가 발생된다.

본 발명은, 상기의 사정에 비추어 행해진 것으로서, 그 목적으로 하는 것은, 내측 케이싱을 용이하게 착탈해서 유지 보수성을 확보하는 동시에, 설계를 곤란하게 하는 열팽창의 문제나 중량 증가의 문제를 해결한 배기 터빈 과급기를 제공하는 것이다.

본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해서 하기의 수단을 채용하였다.

본 발명에 따른 배기 터빈 과급기는, 터빈에 도입한 배기 가스가 팽창하여 얻어지는 축 출력으로 동축의 압축기를 회전시키도록 구성된 축류식 배기 터빈 과급기에 있어서, 별체의 내측 케이싱 및 외측 케이싱을 결합에 의해 일체화해서 양쪽 케이싱 간에 형성되는 공간이 상기 배기 가스를 터빈 노즐에 이끄는 배기 가스 유로가 되는 이중 구조의 가스 입구 케이싱을 구비하고, 상기 배기 가스 유로를 터빈 회전 방향의 전체 둘레에 걸쳐 마련하는 동시에, 상기 내측 케이싱을 축 방향으로 착탈 가능하게 한 것을 특징으로 하는 것이다.

이러한 배기 터빈 과급기에 의하면, 별체의 내측 케이싱 및 외측 케이싱을 결합에 의해 일체화해서 양쪽 케이싱 간에 형성되는 공간이 배기 가스를 터빈 노즐에 이끄는 배기 가스 유로가 되는 이중 구조의 가스 입구 케이싱을 구비하고, 배기 가스 유로를 터빈 회전 방향의 전체 둘레에 걸쳐 마련하는 동시에, 내측 케이싱을 축 방향으로 착탈 가능하게 했으므로, 배기 가스 유로를 형성하는 내측 케이싱 및 외측 케이싱이 배기 가스로부터 대략 동일한 열영향을 받게 되고, 양쪽 케이싱 간에 큰 온도차가 발생하는 것과 같은 일은 없다.

또한, 배기 가스 유로가 터빈 회전 방향의 전체 둘레에 걸쳐 마련되어 있으므로, 쓸모 없는 케이싱 부재가 없어져서 가스 입구 케이싱을 경량화할 수 있다.

상기의 배기 터빈 과급기에 있어서, 터빈 노즐을 형성하는 노즐 링은, 가스 입구측의 외주측 단부 내주면이 나팔 형상으로 직경이 넓어져, 상기 외측 케이싱의 내주면과 상기 노즐 링의 가스 입구측 단부 외주면을 끼워맞춤시킨 구성으로 하는 것이 바람직하고, 이로써, 배기 가스의 밀봉성을 향상시킬 뿐 아니라 터빈 노즐을 향한 배기 가스의 유입을 부드럽게 할 수 있다.

상기의 배기 터빈 과급기에 있어서, 상기 배기 가스 유로의 원주 방향이, 터빈 축 방향에 마련된 칸막이 판으로 2분할되어 있는 것이 바람직하고, 이로써, 노즐 링 입구 앞에서 배기 가스의 흐름에 선회가 생기는 것을 방지할 수 있다. 이 경우, 칸막이 판은 원주 방향을 반원씩 2분할하는 위치에 마련하는 것이 바람직하다.

상기의 배기 터빈 과급기에 있어서, 상기 터빈 노즐에 연결되는 가스 안내 하우징이, 상호의 단부끼리를 끼워맞춤시킨 인 로우(in row) 구조인 것이 바람직하고, 이로써, 끼워맞춤부의 밀봉성이 향상되어 가스 누설이 생기기 어려워지며, 또한, 인 로우부가 안내 되어서 조립 및 개방의 작업성이 향상된다. 또한, 이러한 인 로우 구조는, 내외의 케이싱 간에 큰 온도차가 없는 2중 케이싱 구조에 의해, 반경 방향의 열 신장이 균일화했기 때문에 가능해진다.

상술한 본 발명의 배기 터빈 과급기에 의하면, 유지 보수성이 뛰어난 이중 구조의 가스 입구 케이싱에 있어서, 배기 가스의 열 영향으로 내측 케이싱과 외측 케이싱 사이에 생기는 상대적인 온도차가 저감하므로, 양쪽 케이싱 간의 열팽창 차도 종래보다 대폭 감소하여 작게 된다. 이 때문에, 배기 터빈 과급기의 구성 부품에 작용하는 열응력이 작아지고, 적정한 터빈 간극의 유지가 용이해진다. 따라서, 본 발명의 배기 터빈 과급기에 있어서는, 열팽창 차를 고려한 곤란한 설계가 완화되고, 또한 성능이나 신뢰성이 향상한다고 하는 현저한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 배기 가스 유로가 전체 둘레에 걸쳐 마련되어 있으므로, 쓸모 없는 케이싱 부재를 없게 하는 것으로 가스 입구 케이싱의 경량화가 가능해지고, 이 결과 배기 터빈 과급기 전체의 중량이 저감해서 취급을 용이하게 하고, 또한 비용면에서도 유리해진다.

또한, 가스 입구측의 단부 내주면이 나팔 형상으로 직경이 넓어지고, 외측 케이싱의 내주면과 노즐 링의 가스 입구측 단부 외주면을 끼워맞춤시킨 구성을 채용함으로써, 배기 가스의 밀봉성을 향상시키고, 또한 터빈 노즐을 향한 배기 가스의 유입을 부드럽게 할 수 있기 때문에, 배기 터빈 과급기의 성능이나 신뢰성이 보다 한층 향상한다고 하는 현저한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 터빈 노즐과 가스 안내 하우징과의 연결부를 인 로우 구조로 했기 때문에, 끼워맞춤에 의해 밀봉성이 향상되어 가스 누설을 발생시키기 어렵고, 인 로우부가 가이드가 되어서 조립 및 개방의 작업성도 향상된다고 하는 현저한 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 배기 터빈 과급기에 따른 일 실시형태로서, 터빈측의 내부 구성예를 단면으로 도시하는 일부 단면 구성도,

도 2는 도 1의 주요부를 확대한 도면,

도 3은 도 1의 배기 터빈 과급기로부터 내측 케이싱을 단독으로 떼어낸 상태를 도시하는 터빈측의 단면도,

도 4는 도 1에 도시한 배기 터빈 과급기의 제 1 변형예로서, (a)는 주요부의 구성예를 개시하는 단면도이며, (b)는 (a)의 A-A 라인에 따른 도면,

도 5는 도 1에 도시한 배기 터빈 과급기의 제 2 변형예로서, (a)는 주요부의 구성예를 개시하는 단면도이며, (b)는 (a)의 B-B 라인에 따른 도면,

도 6은 배기 터빈 과급기의 종래예를 개시하는 터빈측의 단면도.

이하, 본 발명에 따른 배기 터빈 과급기의 일 실시형태를 도면에 근거해서 설명한다.

도 1은 터빈 및 압축기를 동축으로 마련한 대형 내연기관용 배기 터빈 과급기(TC)에 대해서, 터빈측의 내부 구성예를 단면으로 도시하는 일부 단면 구성도이다.

이 배기 터빈 과급기(이하,「과급기」로 생략함; TC)는 축류 터빈(20)에 도입한 내연기관의 배기 가스가 팽창하여 얻어지는 축 출력으로 동축의 압축기(50)를 회전시키고, 고밀도로 압축한 압축 공기를 내연기관에 공급하도록 구성된 축류식이다. 또한, 도면 중에 격자 형상 해칭선으로 도시하는 부분은, 단열 및 방음의 목적으로 설치된 단열재(60)이다.

축류 터빈(20)은, 별체의 내측 케이싱(21) 및 외측 케이싱(22)을 볼트 결합에 의해 일체화하고, 양쪽 케이싱(21, 22) 사이에 형성되는 공간이 배기 가스를 터빈 노즐(23)에 인도하기 위한 배기 가스 유로(24)가 되도록 구성된 가스 입구 케이싱(25)을 구비하고 있다.

이러한 이중 구조의 가스 입구 케이싱(25)에서는, 배기 가스 유로(24)가 축류 터빈(20)의 회전 방향의 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있고, 가스 입구 케이싱(25)의 가스 입구(25a)로부터 도면 중에 화살표(Gi)로 표시되는 바와 같이 도입된 배기 가스는, 배기 가스 유로(24)를 통해서 가스 출구(25b)에 도입된 후, 도면 중에 화살표(Go)로 도시되는 바와 같이 해서 가스 출구 케이싱(26)의 출구로부터 외부로 배출된다. 또한, 상술한 가스 출구(25b)는 회전 방향의 전체 둘레에 걸쳐 터빈 노즐(23)에 배기 가스를 공급하도록 개구되어 마련되어 있다. 또한, 도면 중의 부호(27)는 터빈 동익(32)의 하류측에 마련된 가스 안내 하우징이다.

또한, 축류 터빈(20)은 로터 축(30)의 일단에 마련한 로터 디스크(31)에 터빈 동익(32)을 둘레 방향으로 다수 부착한 구성으로 된다. 터빈 동익(32)은 터빈 노즐(23)의 출구가 되는 하류측에 근접하여 마련되고, 터빈 노즐(23)로부터 분출하는 고온의 배기 가스가 도면 중에 화살표(G)로 도시하는 바와 같이 흐르므로, 이 배기 가스가 터빈 동익(32)을 통과해서 팽창하는 것에 의해 로터 디스크(31) 및 로터 축(30)을 회전시킨다.

상술한 이중 구조의 가스 입구 케이싱(25)에 있어서, 내측 케이싱(21)의 일단은, 외측 케이싱(22)의 일단부에 볼트 결합에 의해 고정 지지되어 있다. 즉, 외측 케이싱(22)은 로터 디스크(31)의 반대측이 되는 지면 오른쪽의 케이싱단부에 플랜지면(22a)이 형성되어, 이 플랜지면(22a)에 대향하도록 마련한 내측 케이싱(21)의 플랜지면(21a)을 서로 중첩시킨 상태로 해서, 볼트(28)를 이용하여 결합함으로써 고정 지지되어 있다. 이들 플랜지면(21a, 22a)은, 어느 것이나 로터 디스크(31)와 일체로 회전하는 로터 축(30)의 축 방향과 직교하는 면으로 된다.

또한, 내측 케이싱(21)의 타단(로터 디스크측 단부)에는, 터빈 노즐(23)을 형성하는 링 형상 부재(노즐 링)의 내주측(23a)이 볼트(29)에 의해 결합되어 있다. 일반적으로 노즐 링으로 불려서 터빈 노즐(23)을 형성하는 링 형상 부재는, 소정의 간격을 갖는 내주측(23a) 및 외주측(23b)의 링 부재 사이를 경계 부재로 연결한 이중 링 구조로 된다.

한편, 터빈 노즐(23)을 형성하는 노즐 링의 외주측(23b)은, 도 2의 주요부 확대도에 도시하는 바와 같이, 가스 입구측[가스 출구(25b)측]의 단부 내주면(23c)이 나팔 형상으로 직경 확대 되어 있다. 또한, 외측 케이싱(22)의 로터 디스크측 단부는, 그 내주면(또는 플랜지면)(22a)을 로터 축 방향으로 절곡하도록 해서 단차부(22b)를 마련하고, 이 단차부(22b)와, 노즐 링의 가스 입구측 단부 외주면에 마련한 단차부(23d)가 축 방향으로 계합하도록 끼워맞춤시킨 구성으로 된다.

또한, 터빈 노즐(23)의 외주측(23b)에는, 가스 출구측[터빈 동익(32)측]이 되는 단부에 가스 안내 하우징(27)이 연결되어 있다. 이 연결부는 터빈 노즐(23) 및 가스 안내 하우징(27)이, 상호의 단부끼리를 끼워맞춤시킨 인 로우(in row) 구조로 된다.

이 연결부를 구체적으로 설명하면, 예를 들어 도 2에 도시하는 바와 같이, 노즐 링의 끼워맞춤 단차부(23e)와 가스 안내 하우징(27)의 끼워맞춤 단차부(27a)를 끼워맞춤시킨 인 로우 구조로 된다. 이 경우, 링측의 선단부 외주를 절삭하여 형성된 끼워맞춤 단차부(23e)가, 가스 안내 하우징(27)측의 선단부 내주를 절삭하여 형성된 끼워맞춤 단차부(27a)의 내부에 삽입되는 인 로우 구조가 채용되어 있다.

상술한 구성의 과급기(TC)은, 배기 가스를 도입해서 과급 운전을 실행할 경우, 가스 입구 케이싱(25)의 가스 입구(25a)로부터 도입된 배기 가스가 배기 가스 유로(24)를 통해 가스 출구(25b)에 도입된다. 이 배기 가스는, 회전 방향의 전체 둘레에 걸쳐 개구하는 가스 출구(25b)로부터 터빈 노즐(23)에 흡입되어, 터빈 동익(32)을 통과할 때에 팽창해서 로터 디스크(31) 및 로터 축(30)을 회전시키므로, 동축의 압축기(50)를 구동해서 내연기관에 공급하는 공기를 압축한다. 압축기(50)에서 압축하는 공기는, 필터(51)를 통과시켜서 흡입된다. 또한, 터빈 동익(32)에서 팽창한 배기 가스는, 가스 출구 안내 하우징(27) 및 가스 출구 케이싱(26)에 인도되어서 외부로 유출한다.

이러한 배기 가스의 유로를 형성하는 이중 구조의 가스 입구 케이싱(25)은, 내측 케이싱(21) 및 외측 케이싱(22)의 양쪽과 직접 배기 가스가 접촉해서 흐르므로, 양쪽 케이싱이 배기 가스로부터 받는 열영향에 차가 생기는 것과 같은 일은 없다. 이 때문에, 양쪽 케이싱 간에 큰 열팽창 차가 생기는 것과 같은 일은 없고, 축류 터빈(20)의 구성부품에 작용하는 열응력이 작아진 적정한 터빈 간극의 유지가 용이해진다. 따라서, 축류 터빈(20) 및 과급기(TC)에 있어서는, 열팽창 차를 고려한 곤란한 설계가 완화되고, 또한 성능이나 신뢰성이 향상한다.

또한, 내외의 케이싱(21, 22) 사이에 큰 온도차가 없는 2중 케이싱 구조에서는, 반경 방향의 열 신장이 균일화하므로, 상술한 터빈 노즐(23)과 가스 안내 하우징(27)과의 인 로우 구조가 가능해진다. 이러한 인 로우 구조는, 끼워맞춤부의 밀봉성이 향상되어 가스 누설을 방지할 수 있을 뿐 아니라, 유지 보수 등에서 축류 터빈(20)의 조립이나 개방을 실행하는 때는, 인 로우부가 가이드가 되어서 작업을 쉽게 한다.

그리고, 이중 구조의 배기 가스 유로(24)가 터빈 회전 방향의 전체 둘레에 걸쳐 마련되고, 내측 케이싱(21) 및 외측 케이싱(22)의 양쪽에 쓸모 없는 부재가 없으므로, 가스 입구 케이싱(25)을 경량화할 수도 있다.

또한, 상술한 외부 입구 케이싱(25)은, 도 3에 도시하는 바와 같이, 볼트(28)의 조임 및 해제에 의해, 내측 케이싱(21)을 단독으로, 즉 외부 케이싱(22)으로부터 독립하여 축 방향으로 착탈 가능한 구성이 되므로, 예를 들면 내부 점검의 작업이나 가스 출구 케이싱(26) 및 가스 출구 안내 하우징(27)내의 이물질 제거 작업 등을 실시할 경우 등, 로터 축(30)을 떼어 내는 것과 같은 번거로운 작업을 실행할 필요가 없어지므로, 양호한 유지 보수성을 갖는다.

그리고, 터빈 노즐(23)은 나팔 형상으로 직경 확대된 단부 내주면(23c)을 갖고 있으므로, 유로 단면적의 급격한 변화나 큰 단차가 없는 비교적 매끄러운 유로가 형성되어, 가스 출구(25b)로부터 터빈 노즐(23)로의 배기 가스 유입이 부드러워진다. 또한, 외측 케이싱(22)과 터빈 노즐(23) 사이는, 서로의 단차부(22b, 23d)끼리를 계합시킨 끼뭐맞춤 구조를 채용하고 있으므로, 동 끼워맞춤부에 있어서는, 가스 출구(25b)로부터 터빈 노즐(23)로 흐르는 배기 가스의 밀봉성이 향상한다.

이상 설명한 바와 같이, 가스 입구 케이싱으로부터 터빈 노즐에 배기 가스를 도입할 때는, 종래의 둘레 절반마다 배기 가스를 흡입하는 구성을 전체 둘레로부터 흡입하는 구성으로 변경했으므로, 배기 가스의 열영향으로 내측 케이싱(21)과 외측 케이싱(22) 사이에 생기는 상대적인 온도차가 저감하고, 양쪽 케이싱(21, 22) 사이의 열팽창 차도 종래보다 대폭 감소하여 작아진다. 이 때문에, 열응력이나 간극의 관리가 용이해져서 열팽창 차를 고려한 곤란한 설계가 완화되고, 또한 가스 안내 하우징(27)의 연결부에 있어서의 밀봉성이 향상하는 등 성능이나 신뢰성도 향상한다.

또한, 배기 가스 유로(24)를 전체 둘레에 걸쳐 마련했기 때문에 쓸모 없는 케이싱 부재가 없어지고, 결과적으로 가스 입구 케이싱(25)의 경량화가 가능해진다. 따라서, 과급기(TC)의 중량 저감에 의해 취급이 용이해지고, 또한 비용면에서도 유리해진다.

즉, 상술한 과급기(TC)의 가스 입구 케이싱(25)은, 종래와 같이, 내외의 케이싱으로 이루어지는 이중 구조로 해서, 내측 케이싱(21)만을 착탈할 수 있는 설계를 유지하면서, 배기 가스 유로(24)를 내외 케이싱(21, 22) 사이에 형성함으로써, 양쪽 케이싱 사이의 온도차를 없애고, 또한 경량화를 달성한다.

또한, 배기 가스 유로(24)의 원주 방향에 대해서는, 도 4에 도시하는 제 1 변형예와 같이, 터빈 축 방향에 마련된 분리 벽(40)으로 2분할한 구성으로서도 좋다.

도 4에 도시하는 제 1 변형예의 분리 벽(40)은, 제 각각이 내측 케이싱(21) 및 외측 케이싱(22)으로부터 돌출하도록 일체적으로 마련된 한쌍의 칸막이 판(41, 42)을 조합하여 형성된다. 가스 입구 케이싱(25)의 조립 상태에서는, 양쪽 칸막이 판(41, 42)의 선단부가 대략 접촉하도록 해서 형성된 분리 벽(40)이 배기 가스 유로(24)의 원주 방향을 2분할한다. 이 경우, 분리 벽(40)은, 가스 입구(25a)의 중심으로부터 반바퀴 돈 180도의 위치에 마련하는 것이 바람직하다.

그 결과, 가스 입구(25a)로부터 도입된 배기 가스는, 분리 벽(40)에서 2분할된 배기 가스 유로(24)를, 제 각기가 분리 벽(40)으로 향하는 2방향으로 분류된 흐름이 되어서 가스 출구(25b)에 도입되고, 배기 가스 유로(24)의 전체 둘레로부터 터빈 노즐(23)에 흡입된다. 이 때문에, 노즐 링의 상류측이 되는 입구 앞에 있어서, 배기 가스의 흐름에 성능 저하의 원인이 되는 선회가 생기는 것을 방지할 수 있고, 따라서 보다 고성능의 배기 터빈 과급기(TC)를 얻을 수 있다.

또한, 배기 가스 유로(24)의 원주 방향에 대해서는, 도 5에 도시하는 제 2 변형예와 같이, 터빈 축 방향에 마련된 분리 벽(40A)으로 2분할한 구성으로서도 좋다. 이 경우의 분리 벽(40A)은 내측 케이싱(21)으로부터만 외측 케이싱(22)을 향해서 돌출하고, 그 선단은 내측 케이싱(21)의 끼워맞춤부 최대 외경을 넘지 않도록 형성되고, 상술한 제 1 변형예와 같이, 배기 가스의 흐름에 선회가 생기는 것을 방지해서 보다 고성능의 배기 터빈 과급기(TC)를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 적절하게 변경할 수 있다.

Claims

터빈에 도입된 배기 가스가 팽창하여 얻어지는 축 출력으로 동축의 압축기를 회전시키도록 구성된 축류식 배기 터빈 과급기에 있어서,

별체의 내측 케이싱 및 외측 케이싱을 결합에 의해 일체화해서 양쪽 케이싱 사이에 형성되는 공간이 상기 배기 가스를 터빈 노즐에 도입하는 배기 가스 유로가 되는 이중 구조의 가스 입구 케이싱을 구비하고, 상기 배기 가스 유로를 상기 외측 케이싱의 내면을 따라 터빈 회전 방향의 전체 둘레에 걸쳐 마련하는 동시에, 상기 내측 케이싱을 축 방향으로 착탈가능하게 한 것을 특징으로 하는

배기 터빈 과급기.
제 1 항에 있어서,

터빈 노즐을 형성하는 노즐 링은 가스 입구측의 외주측 단부 내주면이 나팔 형상으로 직경이 확장되고, 상기 외측 케이싱의 내주면과 상기 노즐 링의 가스 입구측 단부 외주면을 끼워맞춤시키는 것을 특징으로 하는

배기 터빈 과급기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 배기 가스 유로의 원주 방향이 터빈 축 방향에 마련된 칸막이 판으로 2분할되어 있는 것을 특징으로 하는

배기 터빈 과급기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 터빈 노즐에 연결되는 가스 안내 하우징이, 서로의 단부끼리를 끼워맞춤시킨 인 로우(in row) 구조인 것을 특징으로 하는

배기 터빈 과급기.