JP2009250151A - Thrust reduction device of axial flow turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、大型軸流タービン過給機に適用され、タービンノズルで静圧膨張された軸方向排気ガス流により駆動されるタービン翼と、該タービン翼に直結駆動されるコンプレッサとを備え、タービンノズルの内周のタービンロータ軸側面に漏洩ガス等が溜まる空間が形成された軸流タービン翼のスラスト荷重の低減装置に関する。 The present invention is applied to a large axial-flow turbine supercharger, and includes a turbine blade driven by an axial exhaust gas flow statically expanded by a turbine nozzle, and a compressor directly connected to the turbine blade. The present invention relates to a thrust load reducing device for axial turbine blades in which a space in which leakage gas or the like is accumulated is formed on a turbine rotor shaft side surface of an inner periphery of a nozzle.
図6は、軸流型排気タービン過給機の一例を示す回転軸線に沿う断面図である。
図6において、10はタービンケーシング、10bは排気ガスの入口通路、10aは出口通路、12は軸流型のタービン翼、3は該タービン翼12の入口に設置されたタービンノズルで、前記タービンノズル3で静圧膨張された軸方向の排気ガス流により該タービン翼12が回転駆動される。
8はコンプレッサで、前記タービン翼12にタービンロータ軸2を介して直結駆動されてタービン翼12とともに回転する。
FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the rotational axis showing an example of the axial flow type exhaust turbine supercharger.
In FIG. 6, 10 is a turbine casing, 10b is an exhaust gas inlet passage, 10a is an outlet passage, 12 is an axial flow type turbine blade, 3 is a turbine nozzle installed at the inlet of the
A
前記コンプレッサ8はコンプレッサハウジング7内に収納され、該コンプレッサハウジング7内の空気入口9からコンプレッサ8に空気が供給される。該コンプレッサ8で加圧された空気は、該コンプレッサ8からディフューザ4を通って、出口スクロール7aを通って、エンジン(図示省略)に供給される。
前記タービンロータ軸2は、ディスク12sを備え、2個のラジアル軸受16,16で支持されている。1aはスラスト軸受でタービン軸方向のスラストを受圧する。100は過給機の回転中心である。
The
The
かかる構成からなる軸流型排気タービン過給機の作動時において、エンジン(図示省略)からの排気ガスは排気ガスの入口通路10bを通り、タービンノズル3で静圧膨張された軸方向の排気ガス流により該タービン翼12が回転駆動される。タービン翼12を駆動した排気ガスは出口通路10aから外部に排出される。
前記タービン翼12の回転はタービンロータ軸2を介してコンプレッサ8を回転させ、コンプレッサハウジング7の空気入口通路9を通って、吸入された空気を該コンプレッサ8で加圧して、該コンプレッサ8からディフューザ4を通って、出口スクロール7aを通って、エンジン(図示省略)に供給される。
During the operation of the axial flow type exhaust turbine supercharger having such a configuration, the exhaust gas from the engine (not shown) passes through the exhaust
The rotation of the
かかる軸流型排気タービン過給機においては、図7に示すように、排気タービン過給機の作動中、タービン翼12及びディスク12s及びタービンロータ軸2の側面2aの面に作用する圧力は、タービン上流側である空間26内の圧力が高いため、タービンのスラスト荷重Fは、タービン上流側である空間26内の方が高い。またコンプレッサ8側もタービン上流側の方が高く、従ってタービン全体としてのスラスト荷重Fはタービン上流側である空間26内から下流側(図7の右方から左方)になる。
即ち、かかる軸流型排気タービン過給機においては、排気タービン過給機の作動中にタービン上流側である空間26内から下流側(図7の右方から左方)に大きなスラスト荷重Fを受ける。
In the axial flow type exhaust turbine supercharger, as shown in FIG. 7, during the operation of the exhaust turbine supercharger, the pressure acting on the surface of the
That is, in such an axial exhaust turbocharger, a large thrust load F is applied from the inside of the
尚、かかる軸流型排気タービン過給機の構造に関する発明として、特許文献1(特開2002−70569号公報)、特許文献2(特開2001−317365号公報)等がある。
前記のように、かかる軸流型排気タービン過給機においては、排気タービン過給機の作動中にタービン上流側である空間26内から下流側(図7の右方から左方)に大きなスラスト荷重Fを受ける。
このような、回転しながらのスラスト荷重F、つまりタービンロータ軸2の回転を許容しつつスラスト荷重Fを受圧するために、静止側にスラスト軸受1a(図6参照)が設けられている。
しかしながら、近年の排気タービン過給機の大容量化、コンプレッサ8(図6参照)の高圧力比化によって、前記スラスト荷重Fは増加する傾向があるが、スラスト軸受1aの負荷能力の向上には限界がある。
As described above, in such an axial exhaust turbocharger, a large thrust is generated from the inside of the
In order to receive the thrust load F while rotating, that is, the thrust load F while allowing rotation of the
However, although the thrust load F tends to increase due to the recent increase in capacity of the exhaust turbine supercharger and the increase in the pressure ratio of the compressor 8 (see FIG. 6), it is necessary to improve the load capacity of the thrust bearing 1a. There is a limit.
そこで、排気タービン過給機の作動中に、回転しながらのタービン上流側である空間26内から下流側に向いた大きなスラスト荷重Fを、何らかの方法でコントロールすることで、スラスト軸受1aにかかるスラスト荷重Fを低減し得るスラスト荷重のバランスを得る必要がある。
Thus, during operation of the exhaust turbine supercharger, the thrust applied to the thrust bearing 1a is controlled by some method by controlling the large thrust load F directed from the inside of the
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、タービン上流側から下流側に向いた大きなスラスト荷重を低減して、排気タービン過給機の大容量化、コンプレッサの高圧力比化に対応できる軸流タービンのスラスト低減装置を提供することを目的とする。 In view of the problems of the prior art, the present invention reduces the large thrust load from the upstream side of the turbine to the downstream side, thereby reducing the large capacity of the exhaust turbine supercharger and increasing the pressure ratio of the compressor. An object of the present invention is to provide a thrust reduction device.
本発明はかかる目的を達成するもので、タービンノズルで静圧膨張された軸方向の排気ガス流により駆動されるタービン翼と、該タービン翼にタービンロータ軸を介して直結駆動されるコンプレッサとを備え、タービンノズルの内周のタービンロータ軸側面に漏洩ガスが溜まる空間が形成された軸流タービンのスラスト低減装置において、前記空間の圧力を低下させる圧力低下手段を設け、該圧力低下手段により、前記空間の圧力を前記タービン翼の入口に微小通路で連通される翼車側面空間の圧力よりも低く保持するように構成されたことを特徴とする(請求項1)。 The present invention achieves such an object, and comprises a turbine blade driven by an axial exhaust gas flow statically expanded by a turbine nozzle, and a compressor directly connected to the turbine blade via a turbine rotor shaft. A thrust reduction device for an axial flow turbine in which a space in which leakage gas accumulates is formed on the turbine rotor shaft side surface of the inner periphery of the turbine nozzle, the pressure reduction means for reducing the pressure of the space is provided, and the pressure reduction means The pressure of the space is configured to be kept lower than the pressure of the side surface of the impeller communicated with the inlet of the turbine blade through a micro passage (Claim 1).
かかる発明において、前記圧力低下手段は、具体的には次のように構成する。
(1)前記圧力低下手段は、前記空間内を密封するラビリンスシール装置と、前記空間に臨むタービンロータ軸に前記空間と前記翼車側面空間とを連通する透孔を設け、前記空間内のガスを、前記透孔を通して前記翼車側面空間に導くようにする(請求項2)。
In this invention, the pressure lowering means is specifically configured as follows.
(1) The pressure reducing means includes a labyrinth seal device that seals the inside of the space, a turbine rotor shaft that faces the space, and a through hole that communicates the space and the impeller side surface space. Is guided to the side surface space of the impeller through the through hole (Claim 2).
(2)前記圧力低下手段は、前記タービンロータ軸の軸端部に前記空間に臨んで複数の羽根を形成するとともに、該羽根の外周部に該羽根に流体シールを施すケース部材を設け、前記羽根の回転により、前記空間内のガスを吸引して前記翼車側面空間に導くようにする(請求項3)。 (2) The pressure lowering means is provided with a case member that forms a plurality of blades facing the space at a shaft end portion of the turbine rotor shaft, and that provides a fluid seal to the blades on an outer peripheral portion of the blades, By rotating the blades, the gas in the space is sucked and guided to the side surface space of the impeller (Claim 3).
(3)前記圧力低下手段は、前記タービンロータ軸の軸端部外周に一定長さのネジを形成し、該ネジの外周部に該ネジを流体シールにて支持するシール部材を設け、前記タービンロータ軸の回転により、ネジ部が進むことにより空間内のガスを前記翼車側面空間に導くようにする(請求項4)。 (3) The pressure reducing means includes a screw having a fixed length formed on an outer periphery of a shaft end of the turbine rotor shaft, and a seal member that supports the screw with a fluid seal is provided on the outer periphery of the screw. By rotating the rotor shaft, the screw portion advances to guide the gas in the space to the impeller side space (claim 4).
また、本発明は次のようにも構成できる。
(1)タービンノズルで静圧膨張された軸方向の排気ガス流により駆動されるタービン翼と、該タービン翼にタービンロータ軸を介して直結駆動されるコンプレッサとを備え、タービンノズルの内周のタービンロータ軸側面に漏洩ガスが溜まる空間が形成された軸流タービンのスラスト低減装置において、前記タービン翼車に、前記空間下部とタービン翼の出口に微小通路で連通される翼車出口部とを連通する透孔を設け、前記空間内のガス空間を前記透孔を通して前記翼車出口部に導くようにしたことを特徴とする(請求項5)。
The present invention can also be configured as follows.
(1) A turbine blade driven by an axial exhaust gas flow statically expanded by a turbine nozzle, and a compressor directly connected to the turbine blade via a turbine rotor shaft, and having an inner periphery of the turbine nozzle In an axial flow turbine thrust reduction device in which a space for collecting leaked gas is formed on a side surface of a turbine rotor shaft, the turbine impeller includes a lower portion of the space and an impeller outlet portion that communicates with a turbine passage at a minute passage. A communicating through hole is provided, and the gas space in the space is led to the impeller outlet through the through hole (Claim 5).
(2)前記のように構成された軸流タービンのスラスト低減装置において、空間と大気中とを連通する逆止弁及びオリフィスを直列に備えた抜出し管を設け、前記空間内のガスを抜出し管を通して大気中に排出するようにする(請求項6)。 (2) In the axial flow turbine thrust reduction device configured as described above, a check valve and an extraction pipe provided in series with an orifice communicating with the space and the atmosphere are provided, and the gas in the space is extracted. Through the atmosphere (Claim 6).
本発明によれば、タービンノズルの内周のタービンロータ軸側面に漏洩ガスが溜まる空間が形成されて、前記空間の圧力を低下させる圧力低下手段を設け、該圧力低下手段により、前記空間の圧力を前記タービン翼の入口に微小通路で連通される翼車側面空間の圧力よりも低く保持するように構成したので(請求項1)、圧力低下手段によって、タービンノズルの内周のタービンロータ軸側面に漏洩ガスが溜まり圧力が上昇する空間を、タービン翼の入口に微小通路で連通される翼車側面空間に連通させたことにより、前記翼車側面空間はタービン翼の入口に微小通路で連通されて空気の吸入圧により圧力が低く保持されているので、空間内に滞留したガスは圧力低下手段によって前記翼車側面空間に排出され、結果として空間内の圧力が前記翼車側面空間内の圧力レベルまで低下して圧力差がなくなる。 According to the present invention, a space in which leakage gas accumulates is formed on the turbine rotor shaft side surface on the inner periphery of the turbine nozzle, and pressure reducing means for reducing the pressure in the space is provided, and the pressure reducing means provides the pressure in the space. Is kept lower than the pressure in the side surface space of the impeller communicated with the inlet of the turbine blade through a minute passage (Claim 1), and the turbine rotor shaft side surface on the inner periphery of the turbine nozzle is formed by the pressure reducing means. By connecting the space where leakage gas is accumulated and the pressure rises to the side surface space of the impeller communicated with the turbine blade inlet through the micro passage, the side surface space of the impeller is communicated with the inlet of the turbine blade through the micro passage. Since the pressure is kept low by the air suction pressure, the gas staying in the space is discharged to the side surface space of the impeller by the pressure reducing means, and as a result, the pressure in the space is Pressure differential decreases to a pressure level of wheel side space is eliminated.
従って、前記圧力差によるスラスト荷重が低減されることとなって、かかるスラスト荷重の低減により、排気タービン過給機の大容量化、コンプレッサの高圧力比化に対応できる軸流型排気タービン過給機を提供できる。 Therefore, the thrust load due to the pressure difference is reduced, and by reducing the thrust load, the axial flow type exhaust turbine supercharger that can cope with an increase in the capacity of the exhaust turbine supercharger and a higher pressure ratio of the compressor. Can provide a machine.
また、前記圧力低下手段は、前記空間内を密封するラビリンスシール装置と、前記空間に臨むタービンロータ軸に前記空間と前記翼車側面空間とを連通する透孔を設け、前記空間内のガスを前記透孔を通して前記翼車側面空間に導くように構成すれば(請求項2)、
前記空間に臨むタービンロータ軸に前記空間と前記翼車側面空間とを連通する透孔を設けることにより、該透孔のポンピング性能により、タービンロータ軸の回転時に半径方向の透孔内のガスが半径方向に移動する。
その結果、ラビリンスシール装置によって密封された前記空間内のガスが吸い出され、該空間内の静圧が低下する。
静圧が低下した分、ラビリンスシール装置を通過して空間内に入るガスがあるが、前記ポンピング性能及びラビリンスシール性能によって決まるガスの翼車側面空間への排出量の方が多くなり、従って前記空間内の静圧が低下し、これにより、スラスト荷重が低減される。
The pressure reducing means includes a labyrinth seal device that seals the inside of the space, a turbine rotor shaft facing the space, and a through hole that communicates the space with the impeller side space, If it is configured to lead to the impeller side space through the through hole (Claim 2),
By providing a through-hole that communicates the space with the impeller side surface space in the turbine rotor shaft facing the space, the gas in the radial through-hole is generated when the turbine rotor shaft rotates due to the pumping performance of the through-hole. Move in the radial direction.
As a result, the gas in the space sealed by the labyrinth seal device is sucked out, and the static pressure in the space is reduced.
As the static pressure is reduced, there is gas that passes through the labyrinth seal device and enters the space. However, the amount of gas discharged to the side surface of the impeller determined by the pumping performance and the labyrinth seal performance increases, and therefore The static pressure in the space is reduced, thereby reducing the thrust load.
また、前記圧力低下手段は、タービンロータ軸の軸端部に前記空間に臨んで複数の羽根を形成するとともに、該羽根の外周部に該羽根に流体シールを施すケース部材を設け、前記羽根の回転により、前記空間内のガスを吸引して前記翼車側面空間に導くようにすれば(請求項3)、
タービンロータ軸の軸端部に設けた複数の羽根の回転によるポンピング作用により、空間内のガスが、羽根に沿って半径方向に移動し、その結果、ケース部材によって仕切られた前記空間内のガスが吸い出され、該空間内の静圧が低下する。
静圧が低下した分、ケース部材の内周の微小隙間を通って空間内に入るガスがあるが、前記ポンピング性能及びチップシール性能によって決まるガスの羽根による翼車側面空間への排出量の方が多くなり、従って前記空間内の静圧が低下し、これにより、スラスト荷重が低減される。
Further, the pressure reducing means is provided with a case member that forms a plurality of blades facing the space at the shaft end portion of the turbine rotor shaft, and that provides a fluid seal to the blades on an outer peripheral portion of the blades. If the gas in the space is sucked by rotation and guided to the side surface space of the impeller (Claim 3),
The gas in the space moves in the radial direction along the blades by the pumping action by the rotation of the plurality of blades provided at the shaft end of the turbine rotor shaft, and as a result, the gas in the space partitioned by the case member. Are sucked out, and the static pressure in the space decreases.
There is gas that enters the space through the minute gap on the inner circumference of the case member as the static pressure decreases, but the amount of gas discharged into the side surface of the impeller by the blades of gas determined by the pumping performance and tip sealing performance Therefore, the static pressure in the space is reduced, thereby reducing the thrust load.
また、前記圧力低下手段は、タービンロータ軸の軸端部外周に一定長さのネジを形成し、該ネジの外周部に該ネジに流体シールにて支持するシール部材を設け、前記タービンロータ軸の回転により、ネジ部が進むことにより空間内のガスを前記翼車側面空間に導くようにすれば(請求項4)、
タービンロータ軸の軸端部外周に設けられたネジの回転によるポンピング作用により、ネジ部内のガスが軸方向に移動し、その結果、シール部材によって仕切られた前記空間内のガスが吸い出され、該空間内の静圧が低下する。
静圧が低下した分、ネジ部とシール部材の間の微小隙間を通って空間内に入るガスがあるが、前記ポンピング性能及びネジ部のシール性能によって決まるガスの翼車側面空間への排出量の方が多くなり、従って前記空間内の静圧が低下し、これにより、スラスト荷重が低減される。
The pressure lowering means includes a screw having a fixed length on the outer periphery of the shaft end of the turbine rotor shaft, and a seal member that is supported on the screw by a fluid seal is provided on the outer periphery of the screw. When the screw part advances by the rotation of the gas, the gas in the space is guided to the side surface space of the impeller (Claim 4).
Due to the pumping action by the rotation of the screw provided on the outer periphery of the shaft end of the turbine rotor shaft, the gas in the screw portion moves in the axial direction, and as a result, the gas in the space partitioned by the seal member is sucked out, The static pressure in the space decreases.
Since the static pressure has decreased, there is gas that enters the space through a minute gap between the screw part and the seal member, but the amount of gas discharged into the side surface of the impeller side determined by the pumping performance and the seal performance of the screw part And thus the static pressure in the space is reduced, thereby reducing the thrust load.
また、タービンノズルの内周のタービンロータ軸側面に漏洩ガスが溜まる空間が形成された軸流タービンのスラスト低減手段であって、タービン翼車に、空間下部とタービン翼の出口に微小通路で連通される翼車出口部とを連通する透孔を設け、前記空間内のガス空間を、前記透孔を通して前記翼車出口部に導くようにすれば(請求項5)、
前記空間とタービン翼の出口に微小通路で連通される翼車出口部とを連通する透孔を通って、微量のガスが空間側からタービン翼の出口に微小通路で連通される翼車出口部へと排出される。
これに伴って、タービンノズルの内輪とディスク外縁の間隙より、タービンノズルを通過したガスがディスク上流側の空間に少量導かれる。
Further, it is a thrust reduction means for an axial flow turbine in which a space in which leakage gas accumulates is formed on the turbine rotor shaft side surface on the inner periphery of the turbine nozzle, and communicates with the turbine impeller through a small passage from the space lower portion to the turbine blade outlet. If a through hole communicating with the impeller exit portion to be provided is provided, and the gas space in the space is guided to the impeller exit portion through the through hole (Claim 5),
An impeller outlet portion through which a small amount of gas communicates from the space side to the turbine blade outlet through a minute passage through a through hole communicating with the space and an impeller outlet portion communicated with the turbine blade outlet through a minute passage. Is discharged.
Along with this, a small amount of gas that has passed through the turbine nozzle is guided to the space upstream of the disk from the gap between the inner ring of the turbine nozzle and the outer edge of the disk.
タービンノズルを通過したガスは、強い周方向の速度成分を有する。角運動量保存測により、タービンノズルの内輪とディスク外縁の間隙からディスク上流側の空間に流入するガスは、内周側に移動するにつれ益々周方向の速度成分を増す。
その結果、前記のような少量のガスの漏れが発生しない場合に比べ、ディスク上流側の圧力つまり前記空間下部の圧力は内周側で大きく低下し、これにより、スラスト荷重が低減される。
The gas that has passed through the turbine nozzle has a strong circumferential velocity component. According to the angular momentum conservation measurement, the gas flowing into the space upstream of the disk from the gap between the inner ring of the turbine nozzle and the disk outer edge increases the velocity component in the circumferential direction more and more as it moves toward the inner periphery.
As a result, the pressure on the upstream side of the disk, that is, the pressure in the lower part of the space is greatly reduced on the inner peripheral side, compared with the case where a small amount of gas leakage does not occur as described above, thereby reducing the thrust load.
この発明によるガスの漏れ流れは、スラスト荷重の大きい作動状態即ち過給機回転数が高くタービン入口圧力が高い作動状態で発生する。一方、過給機回転数が低くタービン入口圧力が低い条件では、タービン翼入口圧力とタービン翼出口圧力の差が殆ど無くなるため、かかる漏れ流れは発生しない。
従って、この例は、スラスト荷重の大きい作動状態でのみ効果を発揮する。
The gas leakage flow according to the present invention occurs in an operating state where the thrust load is large, that is, an operating state where the turbocharger speed is high and the turbine inlet pressure is high. On the other hand, under the condition where the turbocharger rotational speed is low and the turbine inlet pressure is low, the difference between the turbine blade inlet pressure and the turbine blade outlet pressure is almost eliminated, so that this leakage flow does not occur.
Therefore, this example is effective only in an operating state with a large thrust load.
また、前記のように構成された軸流タービンのスラスト低減装置において、空間と大気中とを連通し逆止弁及びオリフィスを直列に備えた抜出し管を設け、前記空間内のガスを抜出し管を通して大気中に排出するように構成すれば(請求項6)、
空間部から大気中へと抜出し管を通って微量のガスが排出される。これに伴って、タービンノズル内輪とディスク外縁の間隙より、タービンノズルを通過したガスがディスク上流側の空間へと少量導かれる。
ここで、タービンノズルを通過したガスは、強い周方向の速度成分を有する。角運動量保存測により、タービンノズルの内輪とディスク外縁の間隙からディスク上流側の空間に流入するガスは、内周側に移動するにつれ益々周方向の速度成分を増す。
その結果、前記のような少量のガスの漏れが発生しない場合に比べ、ディスク上流側の圧力、つまり前記空間下部の圧力は内周側で大きく低下し、これにより、スラスト荷重が低減される。
Further, in the axial flow turbine thrust reducing apparatus configured as described above, an extraction pipe that communicates the space with the atmosphere and includes a check valve and an orifice in series is provided, and the gas in the space passes through the extraction pipe. If it is configured to discharge into the atmosphere (Claim 6),
A small amount of gas is exhausted from the space to the atmosphere through the extraction tube. Along with this, a small amount of gas that has passed through the turbine nozzle is guided to the space upstream of the disk from the gap between the inner ring of the turbine nozzle and the outer edge of the disk.
Here, the gas that has passed through the turbine nozzle has a strong circumferential velocity component. According to the angular momentum conservation measurement, the gas flowing into the space upstream of the disk from the gap between the inner ring of the turbine nozzle and the disk outer edge increases the velocity component in the circumferential direction more and more as it moves toward the inner periphery.
As a result, the pressure on the upstream side of the disk, that is, the pressure in the lower portion of the space is greatly reduced on the inner peripheral side, compared with the case where a small amount of gas leakage does not occur as described above, thereby reducing the thrust load.
この発明による、ガスの漏れ流れは、スラスト荷重の大きい作動状態即ち過給機回転数が高くタービン入口圧力が高い作動状態で発生する。一方、過給機回転数が低くタービン入口圧力が低い条件では、タービン翼入口圧力とタービン翼出口圧力の差が殆ど無くなるため、かかる漏れ流れは発生しない。
従って、この例は、スラスト荷重の大きい作動状態でのみ効果を発揮する。
The gas leakage flow according to the present invention occurs in an operating state with a large thrust load, that is, an operating state with a high turbocharger speed and a high turbine inlet pressure. On the other hand, under the condition where the turbocharger rotational speed is low and the turbine inlet pressure is low, the difference between the turbine blade inlet pressure and the turbine blade outlet pressure is almost eliminated, so that this leakage flow does not occur.
Therefore, this example is effective only in an operating state with a large thrust load.
また、逆止弁とオリフィスを抜出し管内に直列に配置することにより、スラスト荷重が問題になるタービン入口圧力以上で逆止弁が開くように設定すれば、スラスト荷重が許容範囲内をなる運転域でのガスの漏洩を防止し、かかるガス漏洩による性能低下を防止できる。 Also, if the check valve and orifice are placed in series in the extraction pipe so that the check valve can be opened above the turbine inlet pressure where the thrust load becomes a problem, the operating range where the thrust load is within the allowable range This prevents gas leakage and prevents performance degradation due to such gas leakage.
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this example are not intended to limit the scope of the present invention only to specific examples unless otherwise specified. Only.
図1は本発明の第1実施例にかかる軸流型排気タービン過給機のタービン側の要部縦断面図である。
図1において、10はタービンケーシング、10bは排気ガスの入口通路、10aは出口通路、12は軸流型のタービン翼でタービンロータ軸2のディスク部12sに円周方向に取り付けられている。3は該タービン翼12の入口に設置されたタービンノズルで、前記タービンノズル3で静圧膨張された軸方向の排気ガス流により該タービン翼12が回転駆動される。
前記タービンロータ軸2の他端にはコンプレッサ8(図6参照)が取り付けられている。前記タービンロータ軸2は2個のラジアル軸受16で支持されている。1aはスラスト軸受でタービン軸方向のスラストを受圧する(図6参照)。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an essential part on the turbine side of an axial exhaust turbocharger according to a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, 10 is a turbine casing, 10b is an exhaust gas inlet passage, 10a is an outlet passage, and 12 is an axial flow type turbine blade, which is attached to the
A compressor 8 (see FIG. 6) is attached to the other end of the
かかる構成からなる軸流型排気タービン過給機の作動時において、エンジン(図示省略)からの排気ガスは排気ガスの入口通路10bを通り、タービンノズル3で静圧膨張された軸方向の排気ガス流により該タービン翼12が回転駆動される。タービン翼12を駆動した排気ガスは出口通路10aから外部に排出される。
尚、その他の構成は図6と同様であり、次の第1〜第5実施例ともに同様な構成である。
During the operation of the axial flow type exhaust turbine supercharger having such a configuration, the exhaust gas from the engine (not shown) passes through the exhaust
The other configurations are the same as those shown in FIG. 6, and the configurations are the same in the following first to fifth embodiments.
この第1実施例では、タービンノズル3の内周側のタービンロータ軸2の側面12tに臨んで漏洩ガスが溜まる空間26が形成されている。21は前記空間26内を密封するラビリンスシール装置で、外周を前記タービンケーシング10にボルトで固定され、内周にラビリンスシール21aにて前記空間26を密封している。
25は前記タービンロータ軸2のディスク部12sが臨む翼車側面空間で、臨む翼車側面空間25はタービンノズル3出口側と微小間隙25aで連通されている。
24及び23は、前記空間26に臨むタービンロータ軸2内に形成され、前記空間26と前記翼車側面空間25とを連通する透孔で、タービンロータ軸2軸心方向の透孔24と、該透孔24から放射状に複数個穿孔された放射孔23と連結して設けている。
In the first embodiment, a
24 and 23 are through-holes formed in the
この第1実施例によれば、空間26内を密封するラビリンスシール装置21と、前記空間26に臨むタービンロータ軸2に前記空間26と前記翼車側面空間25とを連通する透孔24,23を設け、前記空間26内のガスを前記透孔24,23を通して前記翼車側面空間25に導くように構成したので、
前記空間26に臨むタービンロータ軸2に前記空間26と前記翼車側面空間25とを連通する透孔24,23を設けることにより、該透孔24,23のポンピング性能により、タービンロータ軸2の回転時に半径方向の透孔23内のガスが半径方向に移動する。
その結果、ラビリンスシール装置21によって密封された前記空間26内のガスが吸い出され、該空間26内の静圧が低下する。
According to the first embodiment, the labyrinth seal device 21 that seals the
By providing through holes 24 and 23 communicating with the
As a result, the gas in the
静圧が低下した分、ラビリンスシール装置21を通過して空間内に入るガスがあるが、前記ポンピング性能及びラビリンスシール性能によって決まるガスの翼車側面空間25の排出量の方が多くなり、従って前記空間26内の静圧が低下し、これにより、スラスト荷重が低減される。
As the static pressure is reduced, there is a gas that passes through the labyrinth seal device 21 and enters the space. However, the amount of gas discharged from the
図2は本発明の第2実施例にかかる軸流型排気タービン過給機のタービン側の要部縦断面図である。
この第2実施例においては、前記タービンロータ軸2の軸端部に前記空間26に臨んで複数の羽根27を形成するとともに、該羽根27の外周部に該羽根27に微小隙間tで流体シールを施すケース部材28を設けている。ケース部材28は外周を前記タービンケーシング10にボルトで固定されている。
そして、かかる羽根27の回転により、前記空間26内のガスを吸引して前記翼車側面空間25に導くように構成している。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an essential part on the turbine side of an axial exhaust turbocharger according to a second embodiment of the present invention.
In the second embodiment, a plurality of blades 27 are formed at the shaft end of the
The blade 27 is rotated so that the gas in the
かかる第2実施例によれば、タービンロータ軸2の軸端部に前記空間26に臨んで複数の羽根27を形成するとともに、該羽根27の外周部に該羽根27に流体シールを施すケース部材28を設け、前記羽根27の回転により、前記空間26内のガスを吸引して前記翼車側面空間25に導くように構成したので、
タービンロータ軸12の軸端部に設けた複数の羽根27の回転によるポンピング作用により、空間26内のガスが、羽根27に沿って半径方向に移動して翼車側面空間25に至り、その結果、ケース部材28によって仕切られた前記空間26内のガスが吸い出され、該空間26内の静圧が低下する。
According to the second embodiment, the casing member is formed with a plurality of blades 27 facing the
As a result of the pumping action caused by the rotation of the plurality of blades 27 provided at the shaft end portion of the
静圧が低下した分、ケース部材28の内周の微小隙間を通って空間内に入るガスがあるが、前記ポンピング性能及びチップシール性能によって決まるガスの羽根27による翼車側面空間25への排出量の方が多くなり、従って前記空間26内の静圧が低下し、これにより、スラスト荷重が低減される。
その他の構成は、前記第1実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
Since the static pressure is reduced, there is gas that enters the space through the minute gap on the inner periphery of the case member 28, but the gas determined by the pumping performance and tip sealing performance is discharged into the
Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same members are denoted by the same reference numerals.
図3本発明の第3実施例にかかる軸流型排気タービン過給機のタービン側の要部縦断面図である。
この第3実施例においては、前記タービンロータ軸2の軸端部外周に一定長さネジ31を形成する。該ネジ31は、回転するに従いリードがディスク部12sの方向のなるように形成されている。また、該ネジ31の外周部に、該ネジ31に流体シールにて支持するシール部材30を設けている、該シール部材30は外周を前記タービンケーシング10にボルトで固定されている。従って前記タービンロータ軸2の回転により、ネジ31が進むことにより、空間内のガスを前記翼車側面空間25に導くように構成される。
3 is a longitudinal sectional view of the main part of the turbine side of the axial exhaust type turbocharger according to the third embodiment of the present invention.
In the third embodiment, a fixed length screw 31 is formed on the outer periphery of the shaft end of the
かかる第3実施例によれば、タービンロータ軸2の軸端部外周に一定長さのネジ31を形成し、該ネジ31の外周部に、該ネジ31に流体シールにて支持するシール部材30を設け、前記タービンロータ軸2の回転により、ネジ31が進むことにより空間26内のガスを前記翼車側面空間25に導くように構成したので、
タービンロータ軸2の軸端部外周に設けられたネジ31の回転によるポンピング作用により、ネジ31内のガスが軸方向に移動して翼車側面空間25に排出され、その結果、シール部材30によって仕切られた前記空間26内のガスが吸い出されて、該空間26内の静圧が低下する。
According to the third embodiment, the screw 31 having a fixed length is formed on the outer periphery of the shaft end of the
Due to the pumping action caused by the rotation of the screw 31 provided on the outer periphery of the shaft end of the
静圧が低下した分、ネジ31とシール部材30の間の微小隙間を通って空間26内に入るガスがあるが、前記ポンピング性能及びネジ部のシール性能によって決まるガスの翼車側面空間25への排出量の方が多くなり、従って前記空間26内の静圧が低下し、これにより、スラスト荷重が低減される。
その他の構成は、前記第1実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
There is a gas that enters the
Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same members are denoted by the same reference numerals.
図4は本発明の第4実施例にかかる軸流型排気タービン過給機のタービン側の要部縦断面図である。
この第4実施例においては、前記タービンロータ軸2のディスク部12sに、タービンノズル3の内周のディスク部12s側面に漏洩ガスが溜まる空間35を形成している。尚、図1〜3の翼車側面空間25は前記空間35に含まれている。
前記空間35の下部とタービン翼12の出口に微小通路で連通される翼車出口部12bとを連通する透孔33を設け、前記空間35内のガスを、前記透孔33を通して前記翼車出口部12bに導くようにしている。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of an essential part on the turbine side of an axial exhaust turbine supercharger according to a fourth embodiment of the present invention.
In the fourth embodiment, a space 35 is formed in the
A through hole 33 is provided to communicate with a lower portion of the space 35 and an
かかる第4実施例によれば、前記空間35とタービン翼12の出口に微小通路で連通される翼車出口部12bとを連通する透孔33を通って、微量のガスが空間35側からタービン翼12の出口に微小通路で連通される翼車出口部12bへと排出される。
これに伴って、タービンノズル3の内輪3aとディスク12s外縁の間隙より、タービンノズル3を通過したガスがディスク1上流側の空間に少量導かれる。
According to the fourth embodiment, a very small amount of gas flows from the space 35 side to the turbine through the through hole 33 that communicates the space 35 and the
Along with this, a small amount of gas that has passed through the
ここで、タービンノズル3を通過したガスは、強い周方向の速度成分を有する。角運動量保存測により、タービンノズル3の内輪3aとディスク12s外縁の間隙からディスク12s上流側の空間35に流入するガスは、内周側に移動するにつれ益々周方向の速度成分を増す。
その結果、前記のような少量のガスの漏れが発生しない場合に比べ、ディスク12s上流側の圧力つまり前記空間35下部の圧力は内周側で大きく低下し、これにより、スラスト荷重が低減される。
Here, the gas that has passed through the
As a result, the pressure on the upstream side of the
この実施例によるガスの漏れ流れは、スラスト荷重の大きい作動状態即ち過給機回転数が高くタービン入口圧力が高い作動状態で発生する。一方、過給機回転数が低くタービン入口圧力が低い条件では、タービン翼12入口圧力とタービン翼12出口圧力の差が殆ど無くなるため、かかる漏れ流れは発生しない。
従って、この例は、スラスト荷重の大きい作動状態でのみ効果を発揮する。
その他の構成は、前記第1実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
The gas leakage flow according to this embodiment is generated in an operating state where the thrust load is large, that is, an operating state where the turbocharger rotational speed is high and the turbine inlet pressure is high. On the other hand, under the condition where the turbocharger rotational speed is low and the turbine inlet pressure is low, the difference between the
Therefore, this example is effective only in an operating state with a large thrust load.
Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same members are denoted by the same reference numerals.
図5は本発明の第5実施例にかかる軸流型排気タービン過給機のタービン側の要部縦断面図である。
この第5実施例においては、前記第5実施例と同様な空間35と大気中とを連通する抜出し管36を設け、該抜出し管36中には前記空間35側から大気中に向かう流れのみを許容する逆止弁36bとオリフィス36aを直列に設けている。そして前記空間35内のガスを、抜出し管36を通して大気中に排出するようにしている。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of an essential part on the turbine side of an axial exhaust turbocharger according to a fifth embodiment of the present invention.
In the fifth embodiment, an
従って、かかる第5実施例によれば、空間35から大気中へと抜出し管36を通って微量のガスが排出される。これに伴って、タービンノズル3内輪3aとディスク12s外縁の間隙より、タービンノズル3を通過したガスがディスク12s上流側の空間35へと少量導かれる。
ここで、タービンノズル3を通過したガスは、強い周方向の速度成分を有する。角運動量保存測により、タービンノズル3の内輪3aとディスク12s外縁の間隙からディスク12s上流側の空間35に流入するガスは、内周側に移動するにつれ益々周方向の速度成分を増す。
その結果、前記のような少量のガスの漏れが発生しない場合に比べ、ディスク上流側の圧力つまり前記空間35下部の圧力は内周側で大きく低下し、これにより、スラスト荷重が低減される。
Therefore, according to the fifth embodiment, a small amount of gas is discharged from the space 35 to the atmosphere through the
Here, the gas that has passed through the
As a result, the pressure on the upstream side of the disk, that is, the pressure in the lower portion of the space 35 is greatly reduced on the inner peripheral side as compared with the case where a small amount of gas leakage does not occur as described above, thereby reducing the thrust load.
かかる第5実施例によるガスの漏れ流れは、スラスト荷重の大きい作動状態即ち過給機回転数が高くタービン入口圧力が高い作動状態で発生する。一方、過給機回転数が低くタービン入口圧力が低い条件では、タービン翼入口圧力とタービン翼出口圧力の差が殆ど無くなるため、かかる漏れ流れは発生しない。
従って、この例は、スラスト荷重の大きい作動状態でのみ効果を発揮する。
The gas leakage flow according to the fifth embodiment occurs in an operating state with a large thrust load, that is, an operating state in which the turbocharger rotational speed is high and the turbine inlet pressure is high. On the other hand, under the condition where the turbocharger rotational speed is low and the turbine inlet pressure is low, the difference between the turbine blade inlet pressure and the turbine blade outlet pressure is almost eliminated, so that this leakage flow does not occur.
Therefore, this example is effective only in an operating state with a large thrust load.
また、逆止弁36bとオリフィス36aを抜出し管36内に直列に配置することにより、スラスト荷重が問題になるタービン入口圧力以上で逆止弁36bが開くように設定すれば、スラスト荷重が許容範囲内をなる運転域でのガスの漏洩を防止し、かかるガス漏洩による性能低下を防止できる。
その他の構成は、前記第1実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
Further, if the check valve 36b and the
Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same members are denoted by the same reference numerals.
本発明によれば、タービン上流側から下流側に向いた大きなスラスト荷重を低減して、排気タービン過給機の大容量化、コンプレッサの高圧力比化に対応できる軸流タービンのスラスト低減装置を提供できる。 According to the present invention, there is provided an axial flow turbine thrust reduction device capable of reducing a large thrust load directed from the turbine upstream side to the downstream side to increase the capacity of the exhaust turbine supercharger and increase the pressure ratio of the compressor. Can be provided.
1 タービンロータ
1a スラスト軸受
2 タービンロータ軸
3 タービンノズル
8 コンプレッサ
10 タービンケーシング
12 タービン翼
12b 翼車出口部
12s ディスク部
16 ラジアル軸受
21 ラビリンスシール装置
23,24 透孔
25 翼車側面空間
26 空間
27 羽根
28 ケース部材
30 シール部材
31 ネジ
33 透孔
35 空間
36 抜出し管
36a オリフィス
36b 逆止弁
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記空間の圧力を低下させる圧力低下手段を設け、該圧力低下手段により、前記空間の圧力を前記タービン翼の入口に微小通路で連通される翼車側面空間の圧力よりも低く保持するように構成されたことを特徴とする軸流タービンのスラスト低減装置。 A turbine blade driven by an axial exhaust gas flow statically expanded by a turbine nozzle, and a compressor directly connected to the turbine blade via a turbine rotor shaft, the turbine rotor shaft at the inner periphery of the turbine nozzle In the axial turbine turbine thrust reduction device in which a space where leakage gas accumulates is formed on the side surface,
Pressure reducing means for reducing the pressure in the space is provided, and the pressure reducing means is configured to maintain the pressure in the space lower than the pressure in the side surface of the blade wheel communicated with the inlet of the turbine blade through a micro passage. A thrust reduction apparatus for an axial-flow turbine characterized by the above.
前記タービン翼車に、前記空間下部とタービン翼の出口に微小通路で連通される翼車出口部とを連通する透孔を設け、前記空間内の空間を前記透孔を通して前記翼車出口部に導くようにしたことを特徴とする軸流タービンのスラスト低減装置。 A turbine blade driven by an axial exhaust gas flow statically expanded by a turbine nozzle, and a compressor directly connected to the turbine blade via a turbine rotor shaft, the turbine rotor shaft at the inner periphery of the turbine nozzle In the axial turbine turbine thrust reduction device in which a space where leakage gas accumulates is formed on the side surface,
The turbine impeller is provided with a through hole that communicates the lower portion of the space and the impeller outlet portion that communicates with the exit of the turbine blade through a minute passage, and the space in the space passes through the through hole to the impeller outlet portion. A thrust reduction apparatus for an axial flow turbine, characterized by being guided.
前記空間と大気中とを連通し逆止弁及びオリフィスを直列に備えた抜出し管を設け、前記空間内のガスを、抜出し管を通して大気中に排出するようにしたことを特徴とする軸流タービンのスラスト低減装置。 A turbine blade driven by an axial exhaust gas flow statically expanded by a turbine nozzle, and a compressor directly connected to the turbine blade via a turbine rotor shaft, the turbine rotor shaft at the inner periphery of the turbine nozzle In the axial turbine turbine thrust reduction device in which a space where leakage gas accumulates is formed on the side surface,
An axial flow turbine characterized in that an extraction pipe having a check valve and an orifice connected in series is provided to communicate the space and the atmosphere, and gas in the space is discharged to the atmosphere through the extraction pipe. Thrust reduction device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008100930A JP2009250151A (en) | 2008-04-09 | 2008-04-09 | Thrust reduction device of axial flow turbine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102220881A (en) * | 2010-04-19 | 2011-10-19 | 霍尼韦尔国际公司 | Turbocharger with axial turbine and parallel flow compressor |
| JP2016138464A (en) * | 2015-01-26 | 2016-08-04 | 三菱重工業株式会社 | Exhaust turbine supercharger |
-
2008
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Cited By (4)
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| WO2016121678A1 (en) * | 2015-01-26 | 2016-08-04 | 三菱重工業株式会社 | Exhaust turbine supercharger |
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