WO2010122653A1 - ハイブリッド排気タービン過給機 - Google Patents

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白石　啓一
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Definitions

  • the present invention relates to a hybrid exhaust turbine supercharger, and more particularly to a hybrid exhaust turbine supercharger mounted on a marine internal combustion engine, an onshore generator internal combustion engine, or the like.
  • a large amount of lubrication is provided for a bearing (for example, a sliding bearing) that supports a rotating shaft of a generator that rotates at a high speed (rotates at about 10,000 rpm). It is necessary to supply oil. However, it is difficult to provide a space in which oil that has lubricated the bearings is dropped by gravity without increasing the size of the generator. For this reason, a lubricating oil circulation pump that can supply a large amount of lubricating oil to the bearing and a lubricating oil suction pump that sucks the lubricating oil after lubrication and returns it to the oil tank must be provided. There was a problem that the cost increased.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a hybrid exhaust turbine supercharger capable of reducing manufacturing costs and maintenance and inspection costs.
  • a hybrid exhaust turbine supercharger includes a turbine unit driven by exhaust gas guided from an internal combustion engine, a compressor unit driven by the turbine unit to pump outside air to the internal combustion engine, and these turbine units And a casing that supports the compressor section, and a silencer that is connected to the intake system of the internal combustion engine and supported by the casing via the compressor section is provided upstream of the compressor section.
  • a hybrid exhaust turbine supercharger in which a shell housing having a recess therein is provided in a central portion of the silencer, and a generator is accommodated in the recess, the shell housing Lubricate the bearing arranged in the generator at the bottom of the generator and store the lubricating oil dripped from the generator Reservoir is formed, the lubricating oil accumulated in the oil reservoir through the lubricant discharge pipe communicating with the oil sump, the oil tank disposed on the downstream side, and is returned by gravity.
  • the lubricating oil that has lubricated the generator bearing and dropped into the oil reservoir passes through the lubricating oil discharge pipe to the oil tank only by gravity (naturally). Therefore, the conventionally required lubricating oil suction pump can be dispensed with, and the manufacturing costs and the maintenance and inspection costs can be reduced.
  • the internal combustion engine according to the present invention includes a hybrid exhaust turbine supercharger capable of reducing the manufacturing cost and the maintenance and inspection cost. Therefore, the manufacturing cost and the maintenance and inspection cost of the entire internal combustion engine can be reduced. Can be planned.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a hybrid exhaust turbine supercharger according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partially cut perspective view of the hybrid exhaust turbine supercharger shown in FIG. 1 viewed from the silencer side.
  • 3A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
  • a hybrid exhaust turbine supercharger 1 includes an exhaust gas (combustion gas) 2 guided from an internal combustion engine (for example, a diesel engine or a gas turbine engine) (not shown).
  • An internal combustion engine for example, a diesel engine or a gas turbine engine
  • a turbine unit 3 driven by the turbine unit 3, a compressor unit 5 driven by the turbine unit 3 to pump outside air 4 to the internal combustion engine, and provided between the turbine unit 3 and the compressor unit 5 to support them.
  • the main component is a casing 6 and a generator 19 having a rotating shaft 19 a connected to the rotating shaft 7 of the turbine section 3 and the compressor section 5 via a flexible coupling 21.
  • a rotating shaft 7 having one end protruding toward the turbine section 3 and the other end protruding toward the compressor section 5 is inserted into the casing 6.
  • the rotary shaft 7 is supported by a bearing 8 provided in the casing 6 so as to be rotatable about an axis.
  • the casing 6 is provided with a lubricating oil supply passage 9 for supplying lubricating oil from an oil tank (lubricant reservoir) (not shown) to the bearing 8.
  • the lower end portion of the casing 6 supports the casing 6 at one point in the axial direction of the rotating shaft 7 (may be supported at two or more points in a direction orthogonal to the axial direction of the rotating shaft 7).
  • the leg portion 6a is fixed to a base (not shown) installed on the floor surface.
  • the weight of the hybrid exhaust turbine supercharger 1 is transmitted to the base via the leg portion 6a.
  • the symbol P is a punching plate.
  • the punching plate P has one end fixed to the lower end of the turbine section 3 and the other end fixed to the base in the same manner as the leg 6 a of the casing 6.
  • the punching plate P is not mainly intended to support the weight of the hybrid exhaust turbine supercharger 1 like the leg portion 6a.
  • the hybrid exhaust turbine supercharger 1 is connected to the base.
  • the main purpose is to prevent the occurrence of thermal stress by receiving thermal expansion in the axial direction of the casing 6 while avoiding shaking (vibration).
  • the turbine section 3 is connected to an exhaust system of the internal combustion engine and receives an exhaust gas passage 10 to which at least a part of the exhaust gas 2 is supplied, and a flow of the exhaust gas 2 supplied into the exhaust gas passage 10. And a turbine 11 that is rotationally driven.
  • the turbine 11 includes a turbine rotor 12 and a turbine nozzle 13.
  • the turbine rotor 12 includes a disc-shaped turbine disk 12a provided at one end of the rotary shaft 7, and a plurality of turbine blades having an airfoil cross section attached on the outer periphery of the turbine disk 12a. 12b.
  • the turbine nozzle 13 is configured by annularly arranging a plurality of nozzle guide vanes 13a, and is disposed upstream of the turbine blade 12b.
  • the exhaust gas passage 10 is connected to the exhaust system of the internal combustion engine, and is provided toward the nozzle guide vane 13a and the turbine blade 12b to guide the exhaust gas 2 to the radially outer side of the turbine 11. And a delivery path 10b for guiding the exhaust gas 2 that has passed through the turbine 11 to the outside of the system, or to an exhaust gas purification device, an exhaust gas boiler, etc. (not shown).
  • the compressor unit 5 is rotationally driven to send the outside air 4 radially outward, and the spiral chamber that surrounds the compressor impeller 14 and compresses the outside air 4 sent by the compressor impeller 14.
  • the compressor impeller 14 is attached to the other end of the rotary shaft 7 and has a substantially disc-shaped hub 14a.
  • the compressor impeller 14 extends radially outward from the outer surface of the hub 14a, and is provided annularly along the circumferential direction. And a plurality of blades 14b.
  • a silencer (silencer) 16 connected to the intake system of the internal combustion engine is disposed adjacent to the upstream side of the compressor unit 5, and the outside air 4 that has passed through the silencer 16 passes through the inflow path 17 and is It is guided to the blade 14 b of the impeller 14. Further, an intercooler, a surge tank, etc. (not shown) are provided on the downstream side of the compressor unit 5, and the outside air 4 that has passed through the spiral chamber 15 passes through the intercooler, the surge tank, etc. To be supplied.
  • a shell housing 18 having a recess 18a formed so as to taper toward the end surface of the hub 14a is provided in the center of the silencer 16, and in the recess 18a, A (high speed induction) generator 19 is accommodated.
  • the shell housing 18 is fixed to the compressor unit 5 (the radially outer wall surface forming the inflow path 17) via a plurality of (for example, four) supports 20 provided in the inflow path 17.
  • the outer surface of the shell housing 18 constitutes a radially inner wall surface that forms the inflow path 17.
  • the generator 19 is disposed such that the rotation shaft 19a is positioned on the same rotation axis as the rotation shaft 7 described above, and the rotation shaft 19a passes through the hub 14a and faces the silencer 16 side.
  • the end of one end of the protruding rotating shaft 7 is connected via a coupling 21. That is, the rotating shaft 19 a of the generator 19 rotates with the rotating shaft 7.
  • Each has a lubricating oil inlet (not shown) for guiding lubricating oil to a bearing (for example, a sliding bearing) of a generator 19 (not shown) accommodated in the recess 18.
  • a lubricating oil supply pipe 22 having a lubricating oil circulation pump (not shown) is connected in the middle thereof.
  • a lubricating oil outlet 24 that guides lubricating oil (not shown) accumulated in an oil reservoir 23 (described later) to the outside is provided at the front bottom portion (lower part) of the shell housing 18.
  • a lubricating oil discharge pipe 25 is connected to guide the discharged lubricating oil to the oil tank described above.
  • the other end of the lubricating oil supply pipe 22 is connected to the bottom (lower part) of the oil tank, and the lubricating oil stored in the oil tank is pumped into the lubricating oil supply pipe 22 by a lubricating oil circulation pump. After the bearing of the generator 19 is lubricated, it is returned to the oil tank through the oil reservoir 23 and the lubricating oil discharge pipe 25.
  • the oil sump 23 extends in the longitudinal direction (left and right direction in FIG. 1) of the shell housing 18 and is a space having a substantially isosceles trapezoidal shape in cross section as shown in FIG. 3B. Is provided.
  • the lubricating oil that has lubricated the bearings of the generator 19 and dropped onto the oil reservoir 23 passes through the lubricating oil outlet 24 to the oil tank only by gravity. Since it is returned (naturally), the conventionally required lubricating oil suction pump can be dispensed with, and the manufacturing cost and the maintenance and inspection cost can be reduced.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified and changed as necessary without departing from the technical idea of the present invention.
  • the other end of the lubricating oil supply pipe 22 is directly connected to the oil tank, but the other end of the lubricating oil supply pipe 22 communicates the oil tank and the lubricating oil supply path 9. It may be connected to a lubricating oil supply pipe (not shown).
  • the lubricating oil circulation pump connected in the middle of the lubricating oil supply pipe 22 can be made unnecessary, and the manufacturing cost and the maintenance and inspection cost can be further reduced.

Abstract

　製造費および保守点検費のコストダウンを図ることができるハイブリッド排気タービン過給機を提供する。コンプレッサ部（５）の上流側に、内燃機関の吸気系統に接続され、かつ前記コンプレッサ部（５）を介してケーシング（６）に支持された消音器（１６）が設けられ、この消音器（１６）の中央部に、その内部に凹所（１８ａ）を有するシェルハウジング（１８）が設けられているとともに、前記凹所（１８ａ）内に、発電機（１９）が収容されているハイブリッド排気タービン過給機（１）であって、前記シェルハウジング（１８ａ）の底部に、前記発電機（１９）内に配置された軸受を潤滑し、前記発電機（１９）内から滴下してきた潤滑油を貯溜する油溜まり（２３）が形成されており、この油溜まり（２３）に溜まった潤滑油は、油溜まり（２３）と連通する潤滑油排出管（２５）を介して、下流側に配置されたオイルタンクに、重力によって戻されるようになっている。

Description

ハイブリッド排気タービン過給機
　本発明は、ハイブリッド排気タービン過給機、特に、舶用内燃機関や陸上発電機用内燃機関等に装着されるハイブリッド排気タービン過給機に関する。
　このようなハイブリッド排気タービン過給機としては、その回転軸が、過給機のタービンおよびコンプレッサの回転軸に連結された発電機を具備したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７－０５６７９０号公報
　このような構成を有するハイブリッド排気タービン過給機では、コンパクトな上に高速回転する（約１万ｒｐｍで回転する）発電機の回転軸を軸受け支持する軸受（例えば、滑り軸受）に多量の潤滑油を供給する必要がある。しかしながら、軸受を潤滑した油を重力によって落下させる空間を、発電機の寸法を拡大することなくその内部に設けることは困難である。そのため、軸受に多量の潤滑油を供給することができる潤滑油循環ポンプと、潤滑後の潤滑油を吸引してオイルタンクに戻す潤滑油吸引ポンプとを備えなければならず、製造費および保守点検費が嵩んでしまうといった問題点があった。
　本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、製造費および保守点検費のコストダウンを図ることができるハイブリッド排気タービン過給機を提供することを目的とする。
　本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
　本発明に係るハイブリッド排気タービン過給機は、内燃機関から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記内燃機関に外気を圧送するコンプレッサ部と、これらタービン部およびコンプレッサ部を支持するケーシングとを有し、前記コンプレッサ部の上流側に、前記内燃機関の吸気系統に接続され、かつ前記コンプレッサ部を介して前記ケーシングに支持された消音器が設けられており、この消音器の中央部に、その内部に凹所を有するシェルハウジングが設けられているとともに、前記凹所内に、発電機が収容されているハイブリッド排気タービン過給機であって、前記シェルハウジングの底部に、前記発電機内に配置された軸受を潤滑し、前記発電機内から滴下してきた潤滑油を貯溜する油溜まりが形成されており、この油溜まりに溜まった潤滑油は、油溜まりと連通する潤滑油排出管を介して、下流側に配置されたオイルタンクに、重力によって戻されるようになっている。
　本発明に係るハイブリッド排気タービン過給機によれば、発電機の軸受を潤滑して油溜まりに滴下してきた潤滑油は、潤滑油排出管を通ってオイルタンクに、重力のみによって（自然に）戻されることとなるので、従来必要とされた潤滑油吸引ポンプを不要とすることができ、製造費および保守点検費のコストダウンを図ることができる。
　本発明に係る内燃機関は、製造費および保守点検費のコストダウンを図ることができるハイブリッド排気タービン過給機を具備しているので、内燃機関全体としての製造費および保守点検費のコストダウンも図ることができる。
　本発明によれば、製造費および保守点検費のコストダウンを図ることができるという効果を有する。
本発明の一実施形態に係るハイブリッド排気タービン過給機の縦断面図である。 図１に示すハイブリッド排気タービン過給機を消音器の側から見た一部切開斜視図である。 図３Ａは図１のＡ－Ａ矢視断面図である。 図３Ｂは図１のＢ－Ｂ矢視断面図である。
　以下、本発明によるハイブリッド排気タービン過給機の一実施形態について、図１から図３を参照しながら説明する。
　図１および図２に示すように、本実施形態に係るハイブリッド排気タービン過給機１は、図示しない内燃機関（例えば、ディーゼルエンジンやガスタービンエンジン等）から導かれた排気ガス（燃焼ガス）２によって駆動されるタービン部３と、このタービン部３により駆動されて前記内燃機関に外気４を圧送するコンプレッサ部５と、これらタービン部３とコンプレッサ部５との間に設けられてこれらを支持するケーシング６と、フレキシブルカップリング２１を介して、タービン部３およびコンプレッサ部５の回転軸７に連結された回転軸１９ａを有する発電機１９とを主たる要素として構成されたものである。
　ケーシング６には、一端をタービン部３側に突出させ、他端をコンプレッサ部５側に突出させた回転軸７が挿通されている。この回転軸７は、ケーシング６に設けられた軸受８によって、軸線回りに回転可能に支持されている。また、ケーシング６には、図示しないオイルタンク（潤滑油溜め）から軸受８まで潤滑油を供給する潤滑油供給路９が設けられている。
　一方、ケーシング６の下端部は、回転軸７の軸線方向においてケーシング６を一点で支持する（回転軸７の軸線方向と直交する方向においては、二点以上で支持する場合もある）脚部６ａとなっており、この脚部６ａは、床面に設置された基台（図示せず）に固定されるようになっている。すなわち、ハイブリッド排気タービン過給機１の重量は、この脚部６ａを介して基台に伝達されるようになっている。
　なお、図中の符号Ｐはパンチング・プレートである。このパンチング・プレートＰは、その一端部がタービン部３の下端部に固定されているとともに、その他端部がケーシング６の脚部６ａと同様、基台に固定されている。そして、このパンチング・プレートＰは、脚部６ａのようにハイブリッド排気タービン過給機１の重量を支持することを主たる目的とするものではなく、ハイブリッド排気タービン過給機１が基台に対して動揺（振動）しないようにしながら、ケーシング６の軸線方向の熱膨張を受け止め、熱応力の発生を防止することを主たる目的とするものである。
　タービン部３は、前記内燃機関の排気系統に接続されて排気ガス２の少なくとも一部が供給される排気ガス通路１０と、この排気ガス通路１０内に供給された排気ガス２の流れを受けて回転駆動されるタービン１１とを有している。
　タービン１１は、タービン・ロータ１２と、タービン・ノズル１３とを備えている。タービン・ロータ１２は、回転軸７の一端部に設けられた、円盤状のタービン・ディスク１２ａと、このタービン・ディスク１２ａの外周上に取り付けられた、翼型断面を有する複数枚のタービン・ブレード１２ｂとを備えている。
　また、タービン・ノズル１３は、複数枚のノズル・ガイド・ベーン１３ａを環状に配置して構成されたものであり、タービン・ブレード１２ｂの上流側に配置されている。
　排気ガス通路１０は、前記内燃機関の排気系統と接続されてノズル・ガイド・ベーン１３ａおよびタービン・ブレード１２ｂに排気ガス２を導く供給路１０ａと、タービン１１の半径方向外側に向かって設けられて、タービン１１を通過した排気ガス２を系外、もしくは図示しない排気浄化装置、排気ガスボイラ等に導く送出路１０ｂとを有している。
　コンプレッサ部５は、回転駆動されることで外気４を径方向外側に送出するコンプレッサ羽根車１４と、このコンプレッサ羽根車１４の周囲を囲んでコンプレッサ羽根車１４が送出した外気４を圧縮する渦巻き室１５とを有している。
　コンプレッサ羽根車１４は、回転軸７の他端部に取り付けられた、略円盤状のハブ１４ａと、このハブ１４ａの外表面から半径方向外側に向かって延びるとともに、周方向に沿って環状に設けられた複数枚の羽根１４ｂとを備えている。
　コンプレッサ部５の上流側には、前記内燃機関の吸気系統に接続された消音器（サイレンサ）１６が隣接配置されており、この消音器１６を通過した外気４は、流入路１７を介してコンプレッサ羽根車１４の羽根１４ｂに導かれるようになっている。また、コンプレッサ部５の下流側には、図示しないインタークーラやサージタンク等が設けられており、渦巻き室１５を通過した外気４は、これらインタークーラやサージタンク等を通過した後、前記内燃機関に供給されるようになっている。
　消音器１６の中央部には、その内部に、ハブ１４ａの端面に向かって先細となるように形成された凹所１８ａを有するシェルハウジング１８が設けられているとともに、凹所１８ａ内には、（高速誘導）発電機１９が収容されている。シェルハウジング１８は、流入路１７内に設けられた複数枚（例えば、４枚）のサポート２０を介してコンプレッサ部５（流入路１７を形成する半径方向外側の壁面）に固定されている。そして、シェルハウジング１８の外側表面は、流入路１７を形成する半径方向内側の壁面を構成している。
　発電機１９は、その回転軸１９ａが、前述した回転軸７と同一回転軸線上に位置するように配置されているとともに、この回転軸１９ａは、ハブ１４ａを貫通して消音器１６の側に突出する回転軸７の一端部先端と、カップリング２１を介して連結されている。すなわち、発電機１９の回転軸１９ａは、回転軸７とともに回転するようになっている。
　さて、図１に示すように、本実施形態に係るハイブリッド排気タービン過給機１のシェルハウジング１８の、頂部（上部）奥側（図１において右側）および正面（図１において左側の端面）上部にはそれぞれ、凹所１８内に収容された図示しない発電機１９の軸受（例えば、滑り軸受）に潤滑油を導く潤滑油入口（図示せず）が設けられており、各潤滑油入口には、その途中に潤滑油循環ポンプ（図示せず）を備えた潤滑油供給管２２の一端が接続されている。
　また、シェルハウジング１８の正面底部（下部）には、後述する油溜まり２３に溜まった潤滑油（図示せず）を外部に導く潤滑油出口２４が設けられており、潤滑油出口２４には、排出された潤滑油を前述したオイルタンクに導く潤滑油排出管２５が接続されている。
　そして、オイルタンクの底部（下部）には、潤滑油供給管２２の他端が接続されており、オイルタンク内に溜められた潤滑油は、潤滑油循環ポンプによって潤滑油供給管２２内に圧送され、発電機１９の軸受を潤滑した後、油溜まり２３および潤滑油排出管２５を通ってオイルタンクに戻されるようになっている。
　油溜まり２３は、シェルハウジング１８の長手方向（図１において左右方向）にわたって延びるとともに、図３Ｂに示すように、断面視略等脚台形状を有する空間であり、シェルハウジング１８の底部（下部）に設けられている。
　本実施形態に係るハイブリッド排気タービン過給機１によれば、発電機１９の軸受を潤滑して油溜まり２３に滴下してきた潤滑油は、潤滑油出口２４を通ってオイルタンクに、重力のみによって（自然に）戻されることとなるので、従来必要とされた潤滑油吸引ポンプを不要とすることができ、製造費および保守点検費のコストダウンを図ることができる。
　なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、適宜必要に応じて変形実施、変更実施することができる。
　例えば、上述した実施形態では、潤滑油供給管２２の他端がオイルタンクに直接接続されているが、この潤滑油供給管２２の他端は、オイルタンクと潤滑油供給路９とを連通する潤滑油供給管（図示せず）に接続してもよい。
　これにより、潤滑油供給管２２の途中に接続されていた潤滑油循環ポンプを不要とすることができ、製造費および保守点検費のさらなるコストダウンを図ることができる。
　１　ハイブリッド排気タービン過給機
　２　排気ガス
　３　タービン部
　４　外気
　５　コンプレッサ部
　６　ケーシング
１６　消音器
１８　シェルハウジング
１８ａ　凹所
１９　発電機
２３　油溜まり
２５　潤滑油排出管

Claims (2)

  1. 　内燃機関から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記内燃機関に外気を圧送するコンプレッサ部と、これらタービン部およびコンプレッサ部を支持するケーシングとを有し、
    　前記コンプレッサ部の上流側に、前記内燃機関の吸気系統に接続され、かつ前記コンプレッサ部を介して前記ケーシングに支持された消音器が設けられており、この消音器の中央部に、その内部に凹所を有するシェルハウジングが設けられているとともに、前記凹所内に、発電機が収容されているハイブリッド排気タービン過給機であって、
    　前記シェルハウジングの底部に、前記発電機内に配置された軸受を潤滑し、前記発電機内から滴下してきた潤滑油を貯溜する油溜まりが形成されており、この油溜まりに溜まった潤滑油は、油溜まりと連通する潤滑油排出管を介して、下流側に配置されたオイルタンクに、重力によって戻されることを特徴とするハイブリッド排気タービン過給機。
  2. 　請求項１に記載のハイブリッド排気タービン過給機を具備してなることを特徴とする内燃機関。
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