JP2001289004A - 可調整静翼列を有する案内装置付き軸流流体機械 - Google Patents

可調整静翼列を有する案内装置付き軸流流体機械

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JP2001289004A
JP2001289004A JP2001100202A JP2001100202A JP2001289004A JP 2001289004 A JP2001289004 A JP 2001289004A JP 2001100202 A JP2001100202 A JP 2001100202A JP 2001100202 A JP2001100202 A JP 2001100202A JP 2001289004 A JP2001289004 A JP 2001289004A
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axial
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Klaus Bartholoma
バルトロメ クラウス
Karl Heinz Schrott
ハインツ シュロット カール
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 案内装置の構成要素が動き易く容易に操作で
き、且つ僅かな隙間損失しか生じないようにする。 【解決手段】 流路２０内に調整可能な一連の静翼３０
を有する案内装置を備え、流路２０が内側ハブ２１と外
側環状静翼ホルダ７とによって画成され、静翼３０が一
方では環状静翼ホルダ７にある半径方向軸受孔内に回転
可能に支持され、他方では静翼３０の球面状に形成され
た頭部先端３１および脚部３２が、静翼ホルダ７および
ハブ２１に対して漏れ止めしている。ハブ２１は少なく
とも静翼３０の頭部先端３１の漏れ止め範囲２３では可
撓性の内側リング９で形成され、静翼３０の支持装置が
静翼軸線Ａの方向に同様に可撓性に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流路内に調整可能
な一連の静翼を有する案内装置を備え、流路が一方では
内側ハブによって、他方では外側環状静翼ホルダによっ
て画成され、静翼が一方ではその脚部の範囲が静翼ホル
ダにある半径方向軸受孔内に回転可能に支持され、他方
では静翼の頭部先端がハブに対して漏れ止めし、即ち静
翼が片持ち支持されている軸流流体機械、特にタービン
に関する。
【０００２】
【従来の技術】タービンおよびタービン駆動式過給機に
おいて公知のように、運転中にタービンをその都度の運
転状態に良好に合わせることができるようにするため
に、特別な可調整案内装置が利用されている。何故なら
ば、高比出力のピストン機関に関連して例えば排気駆動
式過給機の実際の特性が、全運転範囲において所望の空
気供給量を利用することを困難にしているからである。
そこで、案内装置の断面積を調整することによって、所
定の負荷点に対する過給圧力従って空気供給量が或る限
界内で変えられる。また負荷が増大するにつれて所定の
特性に応じてタービン貫流断面積を開けることによっ
て、全負荷時において標準設計エンジンの掃気圧力従っ
て点火圧力および燃料消費量が生ずるように、圧力上昇
が制限される。
【０００３】即ちそのようにして、可調整案内装置付き
タービンの効率は、特に運転中に設計点からそらして、
高められ又は下げられる。
【０００４】通常、タービンにおける可調整案内装置
は、軸線を中心として回転可能に支持された多数の静翼
（案内羽根）を有し、これらの静翼はレバーおよび調整
リングを介して操作される。
【０００５】基本的には、軸流タービンおよび半径流タ
ービンにおける可調整案内装置は異なせざるを得ない。
半径流タービンにおける可調整案内装置（例えばドイツ
特許第４２１８２２９号明細書参照）は非常に単純に構
成されているが、軸流タービンにおける可調整案内装置
は、特にハブ輪郭および入口室ハウジング輪郭が球面状
に即ち少なくとも湾曲して形成されねばならないので、
その実現に非常に高い経費がかかる。その湾曲形成は、
すべての静翼位置においてハブ輪郭および入口室ハウジ
ング輪郭に対して一様な半径方向隙間を発生するために
必要である。
【０００６】冒頭に述べた形式の軸流流体機械（特に軸
流タービン）はドイツ特許出願公開第４２１３７０９号
明細書に示されている。その可調整案内装置は、静翼を
回転させることによって、エンジンの部分負荷時にター
ビン内の流れ断面積を狭め、これによってシリンダの前
における空気圧力を高めることができる。
【０００７】軸流タービンの公知の可調整案内装置は、
環状流路を画成する壁の内部に、内側ハブと、このハブ
を環状に包囲しタービンの入口室ハウジングに懸架され
ている外側静翼ホルダとを有している。静翼の本来の調
整は、レバーロッドを介して、好適には、過給圧力や回
転数などのような運転パラメータの関数で自動的に行わ
れる。
【０００８】軸流タービンの可調整案内装置における流
れ損失を小さくするために、静翼と入口室ハウジングな
いしはハブとの間の隙間をできるだけ小さくしなければ
ならない。このために既に種々の対策が知られている。
例えば静翼が、静翼ホルダに支持されたジャーナル（軸
棒）を有し、このジャーナルが入口室ハウジングに対し
て漏れ止めするフランジを備えている（例えばドイツ特
許第２７４０１９２号明細書あるいはドイツ特許第４２
３７０３１号明細書参照）。
【０００９】また他方では、静翼が「高温」運転中に固
着されないようにするために、静翼は一般に適切な遊び
をもって組み立てねばならない。負荷変動中において
も、即ち案内装置の構成要素が異なった熱膨張をしてい
るときも、容易な調整性を保証できるようにするため
に、従来においては大きな隙間を甘受している。しかし
この大きな隙間のために、静翼の頭部および脚部に隙間
漏れ流が生じてしまい、この隙間漏れ流は流路内におけ
る主流に極めて不利な影響を及ぼす。
【００１０】一方では隙間断面積を最小にするという要
求と、他方では構成要素の調整性を容易にするという要
求とは互いに矛盾し、このために、従来において実現さ
れていた軸流タービンにおける可調整案内装置は、動き
易くされていたか、あるいは流れ損失が小さくされてい
た。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
に述べた形式の軸流流体機械を、案内装置の構成要素が
動き易く容易に操作でき、且つ僅かな隙間漏れ流しか生
じないように改良することにある。即ち上述の２つの要
求が、本発明に基づく軸流流体機械において、同時に満
足されるようにする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明に基づ
いて請求項１に記載の手段によって解決される。
【００１３】本発明に基づいて、ハブが少なくともその
静翼の頭部先端の漏れ止め範囲では可撓性のハブ部材で
形成され、静翼の片持ち支持装置が静翼軸線の方向に可
撓性に形成されていることによって、静翼と入口室ハウ
ジングないしはハブ部材との間の隙間による流れ損失が
減少し、更に、構成要素の熱膨張およびパッキン要素に
よってひき起こされる可調整案内装置の構成要素の固着
が防止される。
【００１４】静翼ホルダにおける静翼の支持装置の可撓
性が、静翼軸線の方向に作用するばね（特に皿ばね）に
よって特に有利に達成されることによって、静翼の頭部
先端があらゆる運転状態において入口室ハウジングに接
し、これによって、これらの両構成要素間の隙間が非常
に小さくされるか又は全く無くされることが保証され
る。
【００１５】可撓性のハブ部材が有利に、ハブ輪郭にぴ
ったり合わされている内側リングの形で形成され、この
内側リングがバイアス圧のかかった状態で静翼の頭部先
端に接していることによって、この内側リングは常に静
翼に接している。
【００１６】また本発明の有利な実施態様において、内
側リングは組立用にスリットを備えているので、これに
よっても熱膨張が補償される。このスリットは、２つの
静翼間に位置し静翼が調整運動中にスリット上に来ない
ように配置されている。これによって、スリットによっ
てひき起こされる損失は最小にされる。
【００１７】スリットがハブ内部室に関してシール板に
よって覆われていることによって、スリットを通る質量
流量損失は防止される。
【００１８】本発明に基づく有利な実施態様において、
内側リングはハブに、内側リングが入口室ハウジングの
半径方向（即ち静翼軸線の方向）に移動できるが、入口
室ハウジングの軸線方向にほんの僅かな遊びをもってハ
ブ輪郭にぴったり合わされているように、フランジ結合
されている。この処置によってもまた、質量流量損失が
防止される。
【００１９】本発明の有利な実施態様において、環状静
翼ホルダの内側輪郭、ハブ並びに静翼の脚部および頭部
先端は、漏れ止め作用を向上させるために、球面状に形
成されている。
【００２０】冒頭に述べた形式の軸流流体機械の案内装
置を本発明に基づいて形成することによって、構成要素
間の摩擦の増大は甘受しなければならないが、構成要素
の異なった熱膨張によってひき起こされる機構の固着は
有効に防止される。材料の選定は、耐熱材料からねずみ
鋳鉄法で製造された静翼がセラミック製静翼ホルダに支
持され、静翼先端が同様に鋳造製のハブに対して漏れ止
めするように、行われる。同時に、静翼と入口室ハウジ
ングないしはハブとの間の隙間ができるだけ小さくさ
れ、これによって流れ損失が最小に減少することが保証
される。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下において図に示した実施例を
参照して本発明を詳細に説明する。図には本発明の理解
にとって重要な構成要素、特に調整装置しか示されてい
ない。
【００２２】軸流タービンの環状流路２０は、一方では
内側ハブ２１によって、他方では入口室ハウジング８を
含めた環状静翼ホルダ７によって画成されている。静翼
ホルダ７は詳細に示されていない方式で入口室ハウジン
グ８に懸架されている。
【００２３】可調整静翼３０はそれぞれ案内羽根１、ジ
ャーナル（軸棒）２および環状フランジ３を有してい
る。そのジャーナル２は環状静翼ホルダ７にある半径方
向軸受孔内に回転可能に支持され、公知のように例えば
みぞ付きナットなどによって静翼ホルダ７に固定されて
いる。静翼ホルダ７の外側において、静翼３０のジャー
ナル２延長部上に、操作レバー５が調整ばねによって固
定されている。操作レバー５はジャーナル２および静翼
ホルダ７に皿ばね４を介在して接触し、これにより、操
作レバー５は静翼ホルダ７に支持されている。皿ばね４
はジャーナル２にバイアス圧を与え、このバイアス圧に
よって静翼３０の頭部先端３１即ち案内羽根１の端面が
ハブ２１の外側表面に押し付けられ、即ち静翼３０の頭
部先端３１がハブ２１に突き当たり、そのようにしてハ
ブ２１の輪郭に対して漏れ止めしている。これによって
ジャーナル２は、静翼ホルダ７にある半径方向軸受孔内
に、ほとんど遊びなくしかし静翼３０の軸線Ａ方向にお
ける熱膨張に対して弾力的に且つ振動減衰的に固定され
ている。環状フランジ３は流路２０を静翼ホルダ７にあ
る半径方向軸受孔に対して漏れ止めしている。
【００２４】操作レバー５は公知のように調整リング６
を介して駆動装置（図示せず）によって動かされる。
【００２５】ハブ２１のハウジング輪郭は、中空室ない
しは内部室２２を包囲して、少なくとも部分的に球面状
に形成されている。
【００２６】静翼３０の頭部先端３１の漏れ止め範囲２
３において、内側リング９がハブ輪郭にぴったり合わさ
れている。この内側リング９は静翼３０の頭部先端３１
にバイアス圧がかかった状態で支持されている。この内
側リング９はフランジ１２によってハブ２１に、静翼３
０の軸線Ａの方向に移動できるが、ハブ２１の輪郭にお
いて即ち流路２０の軸線方向においてほんの僅かな遊び
しかないように固定されている。そのために、フランジ
１２と内側リング９との接触は例えばただかみ合いだけ
で行われている。
【００２７】内側リング９自体はスリット１０を設けら
れている。このスリット１０は、２つの静翼間に位置
し、調整過程中に静翼がスリット上に来ないように配置
されている。スリット１０による質量流量損失を防止す
るために、スリット１０は中空室ないしは内部室２２の
側からシール板１１によって覆われている。
【００２８】なお本発明は圧縮機に同じようにして利用
できる。また軸流送風機にも採用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく排気駆動過給機用タービンの部
分断面図。
【符号の説明】
１ 案内羽根 ２ ジャーナル ３ 環状フランジ ４ 皿ばね ５ 操作レバー ６ 調整リング ７ 静翼ホルダ ８ 入口室ハウジング ９ 内側リング １０ スリット １１ シール板 １２ フランジ ２０ 流路 ２１ ハブ ２２ 中空室ないし内部室 ２３ 漏れ止め範囲 ３０ 静翼 ３１ 静翼の頭部先端 ３２ 静翼の脚部 Ａ 静翼の軸線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カール ハインツ シュロット ドイツ連邦共和国 86169 アウグスブル ク ミラベレンヴェーク 51

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流路内に調整可能な一連の静翼を有する
    案内装置を備え、流路が一方では内側ハブによって、他
    方では外側環状静翼ホルダによって画成され、静翼は一
    方ではその脚部（３２）の範囲が静翼ホルダにある半径
    方向軸受孔内に回転可能に支持され、他方では静翼の頭
    部先端（３１）がハブに対して漏れ止めしている軸流流
    体機械において、ハブ（２１）が少なくとも静翼（３
    ０）の頭部先端（３１）の漏れ止め範囲（２３）では可
    撓性のハブ部材（９）で形成され、静翼（３０）の支持
    装置が静翼軸線（Ａ）の方向に可撓性に形成されている
    ことを特徴とする軸流流体機械。
  2. 【請求項２】 環状静翼ホルダ（７）の内側輪郭、ハブ
    （２１）並びにさせするために、球面状に形成されてい
    ることを特徴とする請求項１記載の軸流流体機械。
  3. 【請求項３】 静翼（３０）の支持装置の可撓性が、静
    翼軸線（Ａ）の方向に作用するばね（４）によって実現
    されていることを特徴とする請求項１記載の軸流流体機
    械。
  4. 【請求項４】 可撓性のハブ部材が、ハブ輪郭にぴった
    り合わされている内側リング（９）の形で形成され、こ
    の内側リング（９）がバイアス圧のかかった状態で静翼
    （３０）の頭部先端（３１）に接していることを特徴と
    する請求項１記載の軸流流体機械。
  5. 【請求項５】 内側リング（９）にスリット（１０）が
    設けられ、このスリット（１０）が、２つの静翼（３
    ０）間に位置し静翼（３０）が調整運動中にスリット上
    に来ないように配置されていることを特徴とする請求項
    １記載の軸流流体機械。
  6. 【請求項６】 スリット（１０）がハブ内部室（２２）
    に関してシール板（１１）によって覆われていることを
    特徴とする請求項４又は５記載の軸流流体機械。
  7. 【請求項７】 内側リング（９）がハブ（２１）に、内
    側リング（９）が入口室ハウジング（８）の半径方向に
    移動できるが、入口室ハウジング（８）の軸線方向にほ
    んの僅かな遊びをもってハブ輪郭にぴったり合わされて
    いるように、フランジ結合されていることを特徴とする
    請求項４記載の軸流流体機械。
JP2001100202A 2000-04-04 2001-03-30 可調整静翼列を有する案内装置付き軸流流体機械 Pending JP2001289004A (ja)

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