KR101721297B1

KR101721297B1 - 터빈

Info

Publication number: KR101721297B1
Application number: KR1020140149991A
Authority: KR
Inventors: 게이이치 시라이시; 야스히로 와다
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2013-11-14
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2017-03-29
Also published as: EP2873812A1; KR20150056041A; CN104632298B; JP5889266B2; CN104632298A; JP2015094345A

Abstract

과제
동익이 다른 부품에 접촉하는 것을 방지한다.
해결 수단
동익 (3) 과, 터빈 반경 방향에 있어서 동익 (3) 보다 외측에 배치되는 배기 가스 안내통 (61) 을 갖고, 배기 가스를 사용하여 회전 동력을 생성하는 터빈에 있어서, 배기 가스 안내통 (61) 은, 가스 출구 디퓨저 (62) 와 슈라우드 링 (63) 을 구비하고, 슈라우드 링 (63) 은, 가스 출구 디퓨저 (62) 의 걸림면 (67) 에 걸리는 걸림 부분 (70) 이 형성되어 있다. 이와 같은 터빈은, 정지시에, 걸림 부분 (70) 이 가스 출구 디퓨저 (62) 의 걸림면 (67) 에 걸림으로써, 동익 (3) 보다 빠르게 슈라우드 링 (63) 이 수축되는 것이 방지되어, 동익 (3) 이 슈라우드 링 (63) 에 간섭하는 것을 방지할 수 있다.

Description

터빈{TURBINE}

본 발명은 터빈에 관한 것이다.

내연 기관의 출력을 향상시키기 위해 각종의 과급기가 사용되고 있다. 이 과급기는, 터빈과 압축기를 동축에 장착한 구성으로, 터빈측에 도입한 내연 기관의 배기 가스를 에너지원으로 하여 압축기를 구동시킴으로써, 내연 기관에 공급하는 공기를 고밀도로 압축하는 기능을 가지고 있다.

이 터빈이 구비하는 동익 (動翼) 은, 과급기를 구성하는 다른 부품에 간섭함으로써 파손되는 경우가 있다. 일본 공개특허공보 2003-3804호에는, 터빈 원판 (圓板) 이 파손되었을 때에, 파손된 터빈 원판의 파편이, 매우 큰 주속 하에서도 터빈 차실로부터 튀어 날아오지 않도록 형성된 배기 구동 과급기의 축류 터빈이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 평10-47012호에는, 노즐 링의 간단하고 또한 확실한 고정이 보증되는 배기 가스 터보 과급기의 배기 가스 터빈이 개시되어 있다. 그 배기 가스 터빈은, 노즐 링이 외측 링에서 커버 링에 접하고 또한 내측 링에서 가스 입구 케이싱에 접하고, 외측 링과 가스 입구 케이싱 사이에는 축방향의 팽창 갭이 형성되고, 외측 링과 가스 출구 케이싱 사이에는 반경 방향의 팽창 갭이 형성되어 있다.

일본 공개특허공보 2003-3804호 일본 공개특허공보 평10-47012호

이와 같은 과급기는, 압축된 연소용 공기를 내연 기관에 안정적으로 공급할 것이 요망되고 있다. 이를 위해, 터빈은, 동익이 다른 부품에 간섭하는 것을 방지할 것이 요망되고 있다.

본 발명의 과제는, 기동시에 동익이 다른 부품에 간섭하는 것을 방지하는 터빈을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 과제는, 정지시에 동익이 다른 부품에 간섭하는 것을 방지하는 터빈을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제 1 양태에 관련된 터빈은, 동익과, 터빈 반경 방향에 있어서 상기 동익보다 외측에 배치되는 배기 가스 안내통을 갖고, 배기 가스를 사용하여 회전 동력을 생성한다. 상기 배기 가스 안내통은, 가스 출구 디퓨저와 슈라우드 링을 구비하고 있다. 상기 가스 출구 디퓨저와 상기 슈라우드 링 사이에 간극이 형성되어 있다. 상기 슈라우드 링은, 상기 동익에 대향하는 원통면이 형성되는 원통 부분과, 상기 원통 부분으로부터 상기 동익에서 먼 측으로 튀어나오는 플랜지 부분과, 상기 플랜지 부분으로부터 돌출되는 걸림 부분을 구비하고 있다. 상기 가스 출구 디퓨저는, 상기 걸림 부분에 대향하는 걸림면이 형성되어 있다.

이와 같은 터빈은, 동익과 가스 출구 디퓨저와 슈라우드 링이 가열되었을 때에, 가스 출구 디퓨저보다 빠르게 슈라우드 링이 승온되어, 간극이 좁아지도록 슈라우드 링이 팽창한다. 이와 같은 터빈은, 가스 출구 디퓨저보다 빠르게 슈라우드 링이 팽창함으로써, 동익이 슈라우드 링에 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 이와 같은 터빈은 또한, 동익과 슈라우드 링이 냉각되었을 때에, 걸림 부분이 가스 출구 디퓨저에 걸림으로써, 동익보다 빠르게 슈라우드 링이 수축되는 것이 방지되어, 슈라우드 링이 동익에 접촉하는 것이 방지된다.

상기 걸림 부분은, 상기 동익의 회전축을 중심으로 하는 원주를 따라 나열되는 복수의 돌기로 형성되어 있어도 된다.

이와 같은 복수의 돌기는, 동익의 회전축을 중심으로 하는 원주를 따라 환상으로 형성되어 있는 다른 걸림 부분과 비교하여 보다 용이하게 제작될 수 있다.

상기 제 1 양태에 관련된 터빈은, 상기 플랜지 부분을 상기 가스 출구 디퓨저에 지지하는 지지 부재를 추가로 구비하고 있어도 된다.

이와 같은 터빈은, 슈라우드 링이 가스 출구 디퓨저로부터 빠지는 것을 방지하고, 슈라우드 링을 소정 위치에 보다 확실하게 배치할 수 있다.

본 발명의 제 2 양태에 관련된 과급기는, 상기 제 1 양태에 관련된 터빈과, 상기 터빈에 의해 생성된 회전 동력을 사용하여 공기를 압축함으로써 연소용 공기를 생성하는 압축기를 구비하고 있다. 이와 같은 과급기는, 상기 터빈의 동익이 슈라우드 링에 접촉하는 것이 방지되고 있음으로써, 연소용 공기를 안정적으로 생성할 수 있다.

본 발명의 제 3 양태에 관련된 선박은, 상기 제 2 양태에 관련된 과급기와, 연소용 공기를 사용하여 동력을 생성하는 내연 기관과, 상기 과급기와 상기 내연 기관을 탑재하는 선체와, 상기 동력을 사용하여 상기 선체를 추진시키는 추진 장치를 구비하고 있다.

이와 같은 선박은, 과급기가 내연 기관에 안정적으로 연소용 공기를 공급함으로써, 내연 기관이 안정적으로 동력을 생성할 수 있어, 안정적으로 항행할 수 있다.

본 발명에 의한 터빈은, 동익이 다른 부품에 간섭하는 것을 방지할 수 있다.

도 1 은 축류 터빈이 이용되는 과급기를 나타내는 일부 단면 구성도이다.
도 2 는 배기 가스 안내통을 나타내는 단면도이다.
도 3 은 배기 가스의 온도 변화와 터빈 날개의 선단의 위치 변화를 나타내고, 슈라우드 링의 내경의 위치 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4 는 비교예의 배기 가스 안내통을 나타내는 단면도이다.
도 5 는 비교예의 슈라우드 링의 내경의 위치 변화를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 터빈을 갖는 과급기 (「배기 터빈 과급기」라고도 한다) 에 대하여, 도 1 을 참조하면서 설명한다. 도 1 은, 터빈을 갖는 과급기를 나타내는 일부 단면 구성도이다. 과급기는, 축류식의 축류 터빈 (10) 과 압축기 (20) 를 구비하고, 축류 터빈 (10) 에 도입한 내연 기관의 배기 가스가 팽창하여 얻어지는 축 출력에 의해 동축의 압축기 (20) 를 회전시켜, 고밀도로 압축한 압축 공기를 내연 기관에 공급하도록 구성되어 있다.

축류 터빈 (10) 은, 로터축 (1) 과 로터 디스크 (2) 와 동익 (3) 을 구비하고 있다. 로터축 (1) 은 봉상으로 형성되고, 회전축 (5) 을 중심으로 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 로터 디스크 (2) 는, 대체로 원반상으로 형성되어 있다. 로터 디스크 (2) 는, 원반의 중앙이 로터축 (1) 의 일단 (一端) 에 접합됨으로써 로터축 (1) 에 고정되고, 회전축 (5) 을 중심으로 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 동익 (3) 은 날개형으로 형성되고, 복수 형성되어 있다. 동익 (3) 은, 각각 익근 (翼根) 이 로터 디스크 (2) 의 외주에 접합됨으로써 로터축 (1) 에 고정되고, 회전축 (5) 을 중심으로 회전할 수 있도록 지지되어 있다.

축류 터빈 (10) 은, 추가로 가스 입구 케이싱 (6) 과 가스 출구 케이싱 (7) 을 구비하고 있다. 가스 입구 케이싱 (6) 은, 로터 디스크 (2) 의 로터축 (1) 측의 반대측에 배치되고, 즉, 가스 입구 케이싱 (6) 과 로터축 (1) 사이에 로터 디스크 (2) 가 배치되도록 배치되어 있다. 가스 입구 케이싱 (6) 은, 외측 케이싱 (11) 과 내측 케이싱 (12) 과 노즐 링 (14) 을 구비하고 있다.

외측 케이싱 (11) 은, 중공인 대체로 관상으로 형성되어 있다. 외측 케이싱 (11) 은, 관 옆에 배기 가스 입구 유로 (15) 가 형성되어 있다. 내측 케이싱 (12) 은 대체로 관상으로 형성되고, 외측 케이싱 (11) 의 내측에 배치되어 있다.

가스 입구 케이싱 (6) 은, 추가로 환상 가스 통로 (18) 가 형성되어 있다. 환상 가스 통로 (18) 는, 내측 케이싱 (12) 과 외측 케이싱 (11) 사이에 형성되고, 회전축 (5) 을 둘러싸도록 환상으로 형성되어 있다. 환상 가스 통로 (18) 는, 배기 가스 입구 유로 (15) 에 접속되어 있다.

노즐 링 (14) 은 환상으로 형성되어 있다. 노즐 링 (14) 은, 동익 (3) 의 로터축 (1) 측의 반대측에 배치되고, 즉, 노즐 링 (14) 과 로터축 (1) 사이에 동익 (3) 이 배치되도록 배치되어 있다. 노즐 링 (14) 은, 외주측 부재 (21) 와 내주측 부재 (22) 를 구비하고 있다. 외주측 부재 (21) 는, 관상으로 형성되어 있다. 내주측 부재 (22) 는, 외주측 부재 (21) 보다 직경이 작은 관상으로 형성되고, 외주측 부재 (21) 의 내측에 배치되어 있다. 노즐 링 (14) 은, 내주측 부재 (22) 가 내측 케이싱 (12) 에 접합됨으로써, 가스 입구 케이싱 (6) 에 고정되어 있다. 노즐 링 (14) 은, 회전축 (5) 을 둘러싸는 환상의 노즐을 형성하고 있다.

가스 출구 케이싱 (7) 은, 중공으로 형성되어 있다. 가스 출구 케이싱 (7) 은, 내부 공간이, 가스 입구 케이싱 (6) 에 의해 형성되는 환상 가스 통로 (18) 와 환상 가스 통로 (18) 에 동익 (3) 을 개재하여 접속되도록, 외측 케이싱 (11) 중 동익 (3) 에 가까운 측의 끝에 접합되어 있다. 가스 출구 케이싱 (7) 은, 배기 가스 안내통 (61) 을 구비하고 있다. 배기 가스 안내통 (61) 은 대체로 관상으로 형성되고, 가스 출구 케이싱 (7) 의 내부에 배치되어 있다. 배기 가스 안내통 (61) 은, 관 중 어느 부분의 직경이 관 중 그 부분보다 동익 (3) 에 가까운 부분의 직경보다 커지도록 형성되어 있다.

단열재 (4) 는, 단열 및 방음의 목적으로 설치되어 있다.

배기 가스 안내통 (61) 은, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 가스 출구 디퓨저 (62) 와 슈라우드 링 (63) 과 볼트 (64) 를 구비하고 있다. 가스 출구 디퓨저 (62) 는, 배기 가스 안내통 (61) 의 대부분을 형성하고 있다. 가스 출구 디퓨저 (62) 는, 장착면 (65) 과 암나사 (66) 와 걸림면 (67) 이 형성되어 있다. 장착면 (65) 은, 가스 출구 디퓨저 (62) 중 가스 입구 케이싱 (6) 측의 끝에 형성되고, 회전축 (5) 에 수직인 평면을 따라 형성되어 있다. 암나사 (66) 는, 장착면 (65) 에 형성되어 있다. 걸림면 (67) 은, 장착면 (65) 의 근방에 형성되어 있다. 걸림면 (67) 은, 회전축 (5) 을 중심으로 하는 원주면 상에 형성되어 있다.

슈라우드 링 (63) 은 탄소강으로 형성되고, 기계 가공에 의해 대체로 관상으로 형성되어 있다. 슈라우드 링 (63) 의 질량은, 가스 출구 디퓨저 (62) 의 질량보다 작다. 이 때문에, 슈라우드 링 (63) 의 열 용량은, 가스 출구 디퓨저 (62) 의 열 용량보다 작다. 슈라우드 링 (63) 은, 원통형 부분 (68) 과 플랜지 부분 (69) 과 걸림 부분 (70) 을 구비하고 있다. 원통형 부분 (68) 은 대체로 관상으로 형성되고, 관의 내측에 내측면 (71) 이 형성되어 있다. 원통형 부분 (68) 은, 관의 내측면 (71) 이 동익 (3) 에 대향하도록, 또한 내측면 (71) 이 동익 (3) 의 익단 (翼端) (44) 으로부터 소정 거리만큼 떨어지도록 배치되어 있다. 원통형 부분 (68) 은, 추가로 원통형 부분 (68) 과 가스 출구 디퓨저 (62) 사이에 간극 (72) 이 형성되도록 배치되어 있다.

플랜지 부분 (69) 은, 회전축 (5) 에 수직인 평면을 따라 원통형 부분 (68) 의 일단으로부터 외측으로 튀어나오도록 형성되어 있다. 플랜지 부분 (69) 은, 관통공 (73) 이 형성되어 있다. 볼트 (64) 는, 플랜지 부분 (69) 의 관통공 (73) 을 관통하여, 가스 출구 디퓨저 (62) 의 암나사 (66) 에 체결되어 있다. 볼트 (64) 는, 가스 출구 디퓨저 (62) 의 암나사 (66) 에 체결됨으로써, 플랜지 부분 (69) 을 가스 출구 디퓨저 (62) 에 지지하고 있다. 슈라우드 링 (63) 은, 볼트 (64) 에 의해 가스 출구 디퓨저 (62) 에 지지됨으로써, 가스 출구 디퓨저 (62) 로부터 빠지는 것이 방지되어, 소정 위치에 보다 확실하게 배치될 수 있다. 이 때, 볼트 (64) 는, 간극 (72) 의 크기가 변동될 수 있도록, 슈라우드 링 (63) 을 가스 출구 디퓨저 (62) 에 느슨하게 지지하고 있다.

걸림 부분 (70) 은 대체로 관상으로 형성되고, 플랜지 부분 (69) 의 터빈 반경 방향 외측의 가장자리로부터 가스 출구 디퓨저 (62) 측으로 튀어나오도록 형성되어 있다. 이 때, 슈라우드 링 (63) 은, 가스 출구 디퓨저 (62) 의 걸림면 (67) 이 걸림 부분 (70) 에 대향하도록, 즉, 걸림 부분 (70) 과 회전축 (5) 사이에 가스 출구 디퓨저 (62) 의 걸림면 (67) 이 배치되도록 배치되어 있다.

압축기 (20) 는, 가동부와 고정부를 구비하고 있다. 가동부는, 회전축 (5) 을 중심으로 회전할 수 있도록 고정부에 지지되고, 로터축 (1) 에 고정되어 있다. 압축기 (20) 는, 회전축 (5) 을 중심으로 가동부가 회전할 때에, 축류 터빈 (10) 에 의해 생성된 회전 동력을 사용하여 공기를 압축함으로써 연소용 공기를 생성한다.

과급기는, 도시되지 않은 내연 기관에 이용된다. 즉, 내연 기관은, 과급기에 의해 생성된 연소용 공기를 사용하여 연료를 연소시킴으로써 동력을 생성한다. 내연 기관은 또한, 연료를 연소시킴으로써 배기 가스를 생성하고, 배기 가스를 축류 터빈 (10) 의 배기 가스 입구 유로 (15) 에 공급한다.

내연 기관은, 선박에 이용된다. 선박은, 내연 기관과 과급기와 선체와 추진 장치를 구비하고 있다. 선체는, 내연 기관과 과급기를 탑재하고 있다. 추진 장치는, 내연 기관에 의해 생성된 동력을 사용하여 선체를 추진시킨다.

터빈의 운전은, 주로 기동시 운전과 통상 운전과 정지시 운전의 3 가지의 운전 모드를 구비하고 있다.

기동시 운전은, 내연 기관이 배출한 배기 가스가 터빈부로 유도됨으로써 개시된다. 이 때, 동익 (3) 과 배기 가스 안내통 (61) 은 충분히 저온으로, 보다 구체적으로는 바깥 기온과 동일한 정도의 온도이다.

내연 기관은, 동익 (3) 과 배기 가스 안내통 (61) 이 저온일 때에, 연료를 연소함으로써 배기 가스를 생성하고, 배기 가스를 배기 가스 입구 유로 (15) 에 공급한다. 배기 가스 입구 유로 (15) 는, 내연 기관으로부터 배기 가스가 공급됨으로써, 배기 가스를 환상 가스 통로 (18) 에 공급한다. 환상 가스 통로 (18) 는, 배기 가스 입구 유로 (15) 로부터 배기 가스가 공급됨으로써, 배기 가스를 노즐 링 (14) 에 공급한다. 노즐 링 (14) 은, 환상 가스 통로 (18) 로부터 배기 가스가 공급됨으로써, 배기 가스를 동익 (3) 에 분사한다.

동익 (3) 은, 노즐 링 (14) 에 의해 배기 가스가 분사됨으로써, 회전축 (5) 을 중심으로 회전하고, 로터 디스크 (2) 를 개재하여 회전축 (5) 을 중심으로 로터축 (1) 을 회전시킨다. 즉, 축류 터빈 (10) 은, 내연 기관으로부터 배기 가스가 공급됨으로써 회전 동력을 생성한다. 과급기의 압축기 (20) 는, 로터축 (1) 이 회전축 (5) 을 중심으로 회전할 때에, 축류 터빈 (10) 에 의해 생성된 회전 동력을 사용하여 공기를 압축하고, 압축된 연소용 공기를 내연 기관에 공급한다. 내연 기관은, 연소용 공기를 사용하여 연료를 연소한다.

이 때, 동익 (3) 은, 노즐 링 (14) 으로부터 분사되는 배기 가스에 접촉함으로써 가열되어, 익단 (44) 이 회전축 (5) 으로부터 멀어지도록 팽창한다. 가스 출구 디퓨저 (62) 는, 노즐 링 (14) 으로부터 배기 가스가 분사됨으로써 가열되고, 팽창한다. 이 때, 가스 출구 디퓨저 (62) 는, 열 용량이 동익 (3) 의 열 용량보다 큼으로써 동익 (3) 보다 천천히 가열되어, 동익 (3) 보다 천천히 팽창한다.

슈라우드 링 (63) 은, 노즐 링 (14) 으로부터 배기 가스가 분사됨으로써 가열된다. 이 때, 슈라우드 링 (63) 은, 열 용량이 가스 출구 디퓨저 (62) 의 열 용량보다 작음으로써, 가스 출구 디퓨저 (62) 보다 빠르게 가열된다. 슈라우드 링 (63) 은, 가열됨으로써 팽창한다. 슈라우드 링 (63) 은, 가스 출구 디퓨저 (62) 에 느슨하게 지지되어 있음으로써, 또 가스 출구 디퓨저 (62) 와 슈라우드 링 (63) 사이에 간극 (72) 이 형성되어 있음으로써, 가스 출구 디퓨저 (62) 에 의해 팽창이 저해되지 않고, 간극 (72) 이 작아지도록 팽창한다.

기동시 운전 중에 슈라우드 링 (63) 과 가스 출구 디퓨저 (62) 의 온도차는 점차 작아진다. 이 온도차의 변화가 없어진 정상 상태에 있어서의 운전을 통상 운전으로 한다. 즉, 통상 운전은, 기동시 운전이 실행된 다음에, 동익 (3) 과 배기 가스 안내통 (61) 이 소정 온도까지 충분히 승온된 후에 개시된다. 내연 기관은, 연료를 연소함으로써 동력을 생성하고, 회전 동력을 외부 기기에 공급한다. 내연 기관은, 추가로 배기 가스를 배기하고, 배기 가스를 과급기에 공급한다.

축류 터빈 (10) 은, 내연 기관으로부터 과급기에 공급된 배기 가스를 배기 가스 입구 유로 (15) 가 환상 가스 통로 (18) 에 공급한다. 환상 가스 통로 (18) 는, 배기 가스 입구 유로 (15) 로부터 배기 가스가 공급됨으로써, 배기 가스를 노즐 링 (14) 에 공급한다. 노즐 링 (14) 은, 환상 가스 통로 (18) 로부터 배기 가스가 공급됨으로써, 배기 가스를 동익 (3) 에 분사한다.

동익 (3) 은, 노즐 링 (14) 에 의해 배기 가스가 분사됨으로써, 회전축 (5) 을 중심으로 회전하고, 로터 디스크 (2) 를 개재하여 회전축 (5) 을 중심으로 로터축 (1) 을 회전시킨다. 즉, 축류 터빈 (10) 은, 내연 기관으로부터 배기된 배기 가스를 사용하여 회전 동력을 생성한다. 압축기 (20) 는, 축류 터빈 (10) 에 의해 생성된 회전 동력을 사용하여 공기를 압축하고, 압축된 연소용 공기를 내연 기관에 공급한다. 내연 기관은, 압축기 (20) 에 의해 압축된 연소용 공기를 사용하여 연료를 연소함으로써 배기 가스를 생성하고, 소정의 동력을 생성한다.

정지시 운전은, 통상 운전이 종료된 직후에 개시된다. 예를 들어, 정지시 운전은, 내연 기관이 정지됨으로써 개시된다. 정지시 운전에서는, 축류 터빈 (10) 은, 내연 기관으로부터 과급기에 공급된 배기 가스를 배기 가스 입구 유로 (15) 가 환상 가스 통로 (18) 에 공급한다. 환상 가스 통로 (18) 는, 배기 가스 입구 유로 (15) 로부터 배기 가스가 공급됨으로써, 배기 가스를 노즐 링 (14) 에 공급한다. 노즐 링 (14) 은, 환상 가스 통로 (18) 로부터 배기 가스가 공급됨으로써, 배기 가스를 동익 (3) 에 분사한다.

정지시 운전이 실행되고 있는 기간에는, 터빈부에 흘러드는 배기 가스의 양이 줄어들어, 터빈부 내의 분위기 온도가 하강한다. 이 때, 동익 (3) 은, 터빈부 내의 분위기 온도가 하강하기 때문에 냉각되어, 익단 (44) 이 회전축 (5) 에 가까워지도록 수축된다. 가스 출구 디퓨저 (62) 는, 터빈부 내의 분위기 온도가 하강함에 따라 냉각되어 수축된다. 이 때, 가스 출구 디퓨저 (62) 는, 열 용량이 비교적 큼으로써 비교적 천천히 냉각되어, 비교적 천천히 수축된다.

슈라우드 링 (63) 은, 터빈부 내의 분위기 온도가 하강함으로써 냉각된다. 이 때, 슈라우드 링 (63) 은, 열 용량이 가스 출구 디퓨저 (62) 의 열 용량보다 작음으로써 가스 출구 디퓨저 (62) 보다 빠르게 냉각된다. 슈라우드 링 (63) 은, 냉각됨으로써 수축된다. 이 때, 슈라우드 링 (63) 은, 가스 출구 디퓨저 (62) 에 느슨하게 지지되어 있음으로써, 내측면 (71) 이 회전축 (5) 에 가까워지도록 수축된다. 가스 출구 디퓨저 (62) 는, 가스 출구 디퓨저 (62) 의 열 용량이 슈라우드 링 (63) 의 열 용량보다 큼으로써 슈라우드 링 (63) 보다 천천히 냉각되어, 슈라우드 링 (63) 보다 천천히 수축된다. 이 때, 슈라우드 링 (63) 은, 걸림 부분 (70) 이 가스 출구 디퓨저 (62) 가 걸림면 (67) 에 걸림으로써, 내측면 (71) 이 터빈 반경 방향에 있어서 회전축 (5) 에 접근하도록 수축되는 것이 저해된다.

도 3 은 터빈부 내의 분위기 온도의 변화를 나타내고 있다. 터빈부 내 온도 변화 (51) 는, 기동시 운전이 실행되고 있을 때에, 시간의 경과와 함께 터빈부 내의 분위기 온도가 상승하는 것을 나타내고 있다. 터빈부 내 온도 변화 (51) 는 또한, 통상 운전이 실행되고 있을 때에, 터빈부 내의 분위기 온도가 크게 변화하지 않고 대체로 일정한 것을 나타내고 있다. 터빈부 내 온도 변화 (51) 는 또한, 정지시 운전이 실행되고 있을 때에, 터빈부 내의 분위기 온도가 하강하는 것을 나타내고 있다.

도 3 은 또한, 동익 (3) 의 익단 (44) 의 위치 변화를 나타내고 있다. 익단 위치 변화 (52) 는, 기동시 운전이 실행되고 있을 때에, 시간의 경과와 함께 익단 (44) 이 회전축 (5) 으로부터 먼 측으로 이동하는 것을 나타내고 있다. 즉, 익단 위치 변화 (52) 는, 터빈부 내의 분위기 온도가 상승하고 있을 때에, 시간의 경과와 함께 동익 (3) 의 온도가 상승함으로써, 시간의 경과와 함께 동익 (3) 이 팽창하는 것을 나타내고 있다.

익단 위치 변화 (52) 는 또한, 통상 운전이 실행되고 있을 때에, 시간의 경과와 함께 익단 (44) 이 크게 이동하지 않는 것을 나타내고 있다. 즉, 익단 위치 변화 (52) 는, 터빈부 내의 분위기 온도가 일정할 때에, 동익 (3) 의 온도가 크게 변동되지 않고, 동익 (3) 이 크게 팽창 또는 수축되지 않는 것을 나타내고 있다.

익단 위치 변화 (52) 는 또한, 정지시 운전이 실행되고 있을 때에, 시간의 경과와 함께 익단 (44) 이 회전축 (5) 에 가까운 측으로 이동하는 것을 나타내고 있다. 즉, 익단 위치 변화 (52) 는, 터빈부 내의 분위기 온도가 하강하고 있을 때에, 동익 (3) 의 온도가 하강함으로써, 동익 (3) 이 수축되는 것을 나타내고 있다.

도 3 은 또한, 슈라우드 링 (63) 의 내측면 (71) 의 위치의 변화를 나타내고 있다. 내측면 위치 변화 (81) 는, 기동시 운전이 실행되고 있을 때에, 시간의 경과와 함께 내측면 (71) 이 회전축 (5) 으로부터 먼 측으로 이동하는 것을 나타내고 있다. 즉, 내측면 위치 변화 (81) 는, 터빈부 내의 분위기 온도가 상승하고 있을 때에, 슈라우드 링 (63) 의 온도가 상승함으로써, 슈라우드 링 (63) 이 팽창하는 것을 나타내고 있다.

내측면 위치 변화 (81) 는 또한, 통상 운전이 실행되고 있을 때에, 내측면 (71) 의 위치가 크게 변화하지 않고 일정한 것을 나타내고 있다. 즉, 내측면 위치 변화 (81) 는, 터빈부 내의 분위기 온도가 대체로 일정할 때에, 슈라우드 링 (63) 의 온도가 크게 변동되지 않고, 슈라우드 링 (63) 이 크게 팽창 또는 수축되지 않는 것을 나타내고 있다.

내측면 위치 변화 (81) 는 또한, 정지시 운전이 실행되고 있을 때에, 시간의 경과와 함께 내측면 (71) 이 회전축 (5) 에 가까운 측으로 이동하는 것을 나타내고 있다. 즉, 내측면 위치 변화 (81) 는, 터빈부 내의 분위기 온도가 하강하고 있을 때에, 슈라우드 링 (63) 의 온도가 하강함으로써, 슈라우드 링 (63) 이 수축되는 것을 나타내고 있다.

익단 위치 변화 (52) 와 내측면 위치 변화 (81) 는, 정지시 운전이 실행되고 있을 때에, 슈라우드 링 (63) 의 내측면 (71) 이 동익 (3) 의 익단 (44) 보다 천천히 이동하는 것을 나타내고 있다. 익단 위치 변화 (52) 와 내측면 위치 변화 (81) 는 또한, 정지시 운전이 실행되고 있을 때에, 동익 (3) 의 익단 (44) 이 슈라우드 링 (63) 의 내측면 (71) 에 접촉하지 않는 것을 나타내고 있다.

축류 터빈 (10) 은, 익단 위치 변화 (52) 와 내측면 위치 변화 (81) 에 나타내는 바와 같이, 가스 출구 디퓨저 (62) 와 슈라우드 링 (63) 사이에 간극 (72) 이 형성되어 있음으로써, 기동시 운전 또는 통상 운전이 실행되고 있을 때에, 동익 (3) 이 슈라우드 링 (63) 의 내측면 (71) 에 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 간극 (72) 은, 기동시 운전 또는 통상 운전이 실행되고 있을 때에, 가스 출구 디퓨저 (62) 가 슈라우드 링 (63) 의 팽창을 저해하지 않도록, 동익 (3) 이 슈라우드 링 (63) 의 내측면 (71) 에 접촉하지 않도록 충분히 크게 형성되어 있다.

도 4 는 비교예의 배기 가스 안내통을 나타내고 있다. 비교예의 배기 가스 안내통 (131) 은, 이미 기술한 배기 가스 안내통 (61) 의 슈라우드 링 (63) 의 걸림 부분 (70) 이 생략되어 있는 것이다. 즉, 비교예의 배기 가스 안내통 (131) 은, 가스 출구 디퓨저 (133) 와 슈라우드 링 (134) 과 볼트 (135) 를 구비하고 있다. 가스 출구 디퓨저 (133) 는, 배기 가스 안내통 (131) 의 대부분을 형성하고 있다. 가스 출구 디퓨저 (133) 에는, 장착면 (136) 과 암나사 (137) 가 형성되어 있다. 장착면 (136) 은, 가스 출구 디퓨저 (133) 중 가스 입구 케이싱 (6) 측의 끝에 형성되고, 회전축 (5) 에 수직인 평면을 따라 형성되어 있다. 암나사 (137) 는, 장착면 (136) 에 형성되어 있다.

슈라우드 링 (134) 은 탄소강으로 형성되고, 기계 가공에 의해 대체로 관상으로 형성되어 있다. 슈라우드 링 (134) 의 질량은, 가스 출구 디퓨저 (133) 의 질량보다 작다. 이 때문에, 슈라우드 링 (134) 의 열 용량은, 가스 출구 디퓨저 (133) 의 열 용량보다 작다. 슈라우드 링 (134) 은, 원통형 부분 (138) 과 플랜지 부분 (139) 을 구비하고 있다. 원통형 부분 (138) 은, 대체로 관상으로 형성되어 있다. 원통형 부분 (138) 은, 관의 내측면 (141) 이 동익 (3) 에 대향하도록 또한 내측면 (141) 이 동익 (3) 의 익단 (44) 으로부터 소정 거리만큼 떨어지도록 배치되어 있다. 원통형 부분 (138) 은, 추가로 원통형 부분 (138) 과 가스 출구 디퓨저 (133) 사이에 간극 (142) 이 형성되도록 배치되어 있다.

플랜지 부분 (139) 은, 회전축 (5) 에 수직인 평면을 따라 원통형 부분 (138) 의 일단으로부터 외측으로 튀어나오도록 형성되어 있다. 플랜지 부분 (139) 은, 관통공 (143) 이 형성되어 있다. 볼트 (135) 는, 플랜지 부분 (139) 의 관통공 (143) 을 관통하여, 가스 출구 디퓨저 (133) 의 암나사 (137) 에 체결되어 있다. 볼트 (135) 는, 가스 출구 디퓨저 (133) 의 암나사 (137) 에 체결됨으로써, 플랜지 부분 (139) 을 가스 출구 디퓨저 (133) 에 지지하고 있다. 슈라우드 링 (134) 은, 볼트 (135) 에 의해 가스 출구 디퓨저 (133) 에 지지됨으로써, 가스 출구 디퓨저 (133) 로부터 빠지는 것이 방지되어, 소정 위치에 보다 확실하게 배치될 수 있다. 이 때, 볼트 (135) 는, 간극 (142) 의 크기가 변동될 수 있도록, 슈라우드 링 (134) 을 가스 출구 디퓨저 (133) 에 느슨하게 지지하고 있다.

도 5 는 비교예의 슈라우드 링 (134) 의 내측면 (141) 의 위치의 변화를 나타내고 있다. 내측면 위치 변화 (53) 는, 기동시 운전이 실행되고 있을 때에, 시간의 경과와 함께 내측면 (141) 이 회전축 (5) 으로부터 먼 측으로 이동하는 것을 나타내고 있다. 즉, 내측면 위치 변화 (53) 는, 터빈부 내의 분위기 온도가 상승하고 있을 때에, 슈라우드 링 (134) 의 온도가 상승함으로써, 슈라우드 링 (134) 이 팽창하는 것을 나타내고 있다.

내측면 위치 변화 (53) 는 또한, 통상 운전이 실행되고 있을 때에, 내측면 (141) 의 위치가 크게 변화하지 않고 일정한 것을 나타내고 있다. 즉, 내측면 위치 변화 (53) 는, 터빈부 내의 분위기 온도가 대체로 일정할 때에, 슈라우드 링 (134) 의 온도가 크게 변동되지 않고, 슈라우드 링 (134) 이 크게 팽창 또는 수축되지 않는 것을 나타내고 있다.

내측면 위치 변화 (53) 는 또한, 정지시 운전이 실행되고 있을 때에, 시간의 경과와 함께 내측면 (141) 이 회전축 (5) 에 가까운 측으로 이동하는 것을 나타내고 있다. 즉, 내측면 위치 변화 (53) 는, 터빈부 내의 분위기 온도가 하강하고 있을 때에, 슈라우드 링 (134) 의 온도가 하강함으로써, 슈라우드 링 (134) 이 수축되는 것을 나타내고 있다.

익단 위치 변화 (52) 와 내측면 위치 변화 (53) 는, 기동시 운전과 통상 운전이 실행되고 있을 때에, 동익 (3) 의 익단 (44) 이 슈라우드 링 (134) 의 내측면 (141) 에 접촉하지 않는 것을 나타내고 있다. 익단 위치 변화 (52) 와 내측면 위치 변화 (53) 는 또한, 정지시 운전이 실행되고 있을 때에, 슈라우드 링 (134) 의 내측면 (141) 이 동익 (3) 의 익단 (44) 보다 빠르게 회전축 (5) 을 향해 이동하는 것을 나타내고 있다. 익단 위치 변화 (52) 와 내측면 위치 변화 (53) 는 또한, 정지시 운전이 실행되고 있을 때에, 동익 (3) 의 익단 (44) 이 슈라우드 링 (134) 의 내측면 (141) 에 접촉할 가능성이 있는 것을 나타내고 있다.

내측면 위치 변화 (53) 와 도 3 의 내측면 위치 변화 (81) 는, 정지시 운전이 실행되고 있을 때에, 슈라우드 링 (63) 의 내측면 (71) 이 비교예의 슈라우드 링 (134) 의 내측면 (141) 보다 천천히 회전축 (5) 을 향해 이동하는 것을 나타내고 있다. 즉, 내측면 위치 변화 (53) 와 도 3 의 내측면 위치 변화 (81) 는, 정지시 운전이 실행되고 있을 때에, 슈라우드 링 (63) 의 걸림 부분 (70) 이 가스 출구 디퓨저 (62) 의 걸림면 (67) 에 걸려 있는 것을 나타내고, 걸림 부분 (70) 에 의해 슈라우드 링 (63) 이 수축되는 것이 저해되고 있는 것을 나타내고 있다.

배기 가스 안내통 (61) 을 구비하고 있는 축류 터빈은, 내측면 위치 변화 (81) 에 나타내는 바와 같이, 정지시 운전이 실행되고 있을 때에, 동익 (3) 이 슈라우드 링 (63) 의 내측면 (71) 에 접촉하는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 즉, 가스 출구 디퓨저 (62) 는, 걸림 부분 (70) 이 걸림면 (67) 에 걸려 있을 때, 슈라우드 링 (63) 의 내측면 (71) 이 동익 (3) 에 접촉하지 않도록 가스 출구 디퓨저 (62) 가 충분히 천천히 수축되도록, 열 용량이 충분히 커지도록 형성되어 있다.

또한, 걸림 부분 (70) 은, 원환상과 상이한 형상으로 형성되는 다른 걸림 부분으로 치환될 수 있다. 걸림 부분으로는, 회전축 (5) 을 중심으로 하는 원주를 따라 등간격으로 나열되는 복수의 돌기가 예시된다. 복수의 돌기는, 플랜지 부분 (69) 의 외측의 가장자리로부터 가스 출구 디퓨저 (62) 측으로 돌출되고, 복수의 돌기 각각과 회전축 (5) 사이에 가스 출구 디퓨저 (62) 의 걸림면 (67) 이 배치되도록 형성되어 있다. 이와 같은 걸림 부분이 이용된 축류 터빈도, 이미 기술한 실시형태의 축류 터빈과 동일하게 하여, 정지시 운전이 실행되고 있을 때에, 동익 (3) 이 슈라우드 링 (63) 의 내측면 (71) 에 접촉하는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다.

또한, 슈라우드 링 (63) 은, 주조에 의해 제작되는 주철로 형성되는 다른 슈라우드 링으로 치환될 수도 있다. 이와 같은 슈라우드 링이 적용된 축류 터빈도, 이미 기술한 실시형태에 있어서의 축류 터빈과 동일하게 하여 동익 (3) 이 다른 부품에 간섭하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 축류 터빈은, VTI 과급기 (가변 유로 과급기) 에 이용될 수도 있다. 축류 터빈은 또한 과급기와 상이한 다른 장치에 이용될 수도 있다. 이와 같은 축류 터빈도, 이미 기술한 실시형태에 있어서의 축류 터빈과 동일하게 하여 동익 (3) 이 다른 부품에 접촉하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 과급기를 구비하는 내연 기관은, 선박과 상이한 다른 장치에 이용될 수도 있다. 다른 장치로는 발전기가 예시된다. 발전기는 내연 기관에 의해 생성되는 동력을 사용하여 발전한다. 다른 장치에 적용되는 과급기도, 이미 기술한 실시형태에 있어서의 과급기와 동일하게 하여 동익 (3) 이 다른 부품에 간섭하는 것을 방지할 수 있어, 압축 공기를 내연 기관에 안정적으로 공급할 수 있다.

3 : 동익
10 : 축류 터빈
20 : 압축기
44 : 익단
61 : 배기 가스 안내통
62 : 가스 출구 디퓨저
63 : 슈라우드 링
64 : 볼트
65 : 장착면
67 : 걸림면
68 : 원통형 부분
69 : 플랜지 부분
70 : 걸림 부분
71 : 내측면
72 : 간극

Claims

터빈 반경 방향에 있어서 동익보다 외측에 배치되는 슈라우드 링과,
터빈 반경 방향에 있어서 상기 슈라우드 링보다 외측에 간극을 형성하여 배치되는 가스 출구 디퓨저를 구비하고,
상기 슈라우드 링은, 관상으로 형성되고, 그 관의 내측면이 상기 동익에 대향하는 원통형 부분 (68) 과, 그 원통형 부분의 일단으로부터 외주측으로 튀어나오도록 형성되고, 상기 가스 출구 디퓨저의 가스 입구측 단부 (端部) 에 형성되고,
상기 가스 출구 디퓨저는, 상기 가스 입구측 단부의 외주에, 상기 동익의 회전축을 중심으로 하는 원주면 상에 형성된 걸림면을 구비하고,
상기 슈라우드 링은, 상기 가스 출구 디퓨저에 있어서의 상기 가스 입구측 단부에 겹치는 플랜지 부분과, 상기 플랜지 부분의 외연부 (外緣部) 에 형성되어 상기 걸림면의 외주측에 대향하는 걸림 부분을 구비하고,
상기 슈라우드 링의 상기 원통형 부분, 상기 플랜지 부분 및 상기 걸림 부분이, 고정면인 디퓨저의 상기 걸림면을 덮도록 가스 입구측에 형성되고, 상기 걸림면과 상기 걸림 부분이 회전축을 중심으로 하는 원주면 상에서 대향하고, 상기 슈라우드 링의 열 용량이 상기 가스 출구 디퓨저의 열 용량보다 작고,
상기 터빈의 정지시 운전에 있어서, 상기 내측면이 상기 가스 출구 디퓨저에 대해 터빈 반경 방향으로 접근하는 것을, 상기 걸림 부분이 상기 걸림면에 걸림으로써 저해하는 터빈.
제 1 항에 있어서,
상기 걸림 부분은, 상기 동익의 회전축을 중심으로 하는 원주를 따라 형성되는 복수의 돌기인 터빈.
제 1 항에 있어서,
상기 슈라우드 링을 상기 가스 출구 디퓨저에 지지하는 지지 부재를 추가로 구비하고,
상기 지지 부재가, 상기 간극의 크기가 변동 가능해지도록, 상기 슈라우드 링을 상기 가스 출구 디퓨저에 느슨하게 지지하는 터빈.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 터빈과,
상기 터빈의 회전 동력을 사용하여 공기를 압축하는 압축기를 구비하는 과급기.
제 4 항에 기재된 과급기와,
상기 과급기가 공기를 압축함으로써 생성된 연소용 공기를 사용하여 동력을 생성하는 내연 기관과,
상기 과급기와 상기 내연 기관을 탑재하는 선체와,
상기 동력을 사용하여 상기 선체를 추진시키는 추진 장치를 구비하는 선박.