JP2007056790A - 排気タービン過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】 排気ガスの熱により、過給機のタービンの回転軸の軸心と、過給機のコンプレッサの回転軸の軸心とのズレ、あるいは過給機のタービンの回転軸の軸心と、過給機のコンプレッサの回転軸の軸心と、発電機の回転軸の軸心とのズレを防止することができ、これら回転軸の振動を低減させることができるとともに、過給機全体の信頼性を向上させることができる排気タービン過給機を提供すること。
【解決手段】 タービン部３およびコンプレッサ部５を支持するケーシング６を有する排気タービン過給機１であって、ケーシング６の下端部が脚部６ａとなっており、脚部６ａが、床面に設置された基台に対して固定されているとともに、タービン部３およびコンプレッサ部５の回転軸７と連結された回転軸１９ａを有する発電機１９が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、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排気タービン過給機に関するものである。

このような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２００４−３４６８０３号公報

上記特許文献に開示された排気タービン過給機は、過給機側に設けられた支持部材と、発電機側に設けられた支持部材とにより基台に固定されるようになっている。したがって、過給機側の支持部材では、排気ガスの熱によりその長手方向（上下方向）に大きな熱伸びが生じ、発電機側の支持部材では、排気ガスの熱による熱伸びは生じないようになっている。そのため、過給機のタービンの回転軸の軸心と、過給機のコンプレッサの回転軸の軸心と、発電機の回転軸の軸心とが大きくズレてしまうこととなり、これら回転軸が異常振動を起こしてしまうおそれがあった。これは、上記特許文献の図５（すなわち、過給機側における回転軸の振動振幅と、発電機側における回転軸の振動振幅とが大きく異なっていることを示す図）からも理解することができる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、排気ガスの熱により、過給機のタービンの回転軸の軸心と、過給機のコンプレッサの回転軸の軸心とのズレ、あるいは過給機のタービンの回転軸の軸心と、過給機のコンプレッサの回転軸の軸心と、発電機の回転軸の軸心とのズレを防止することができ、これら回転軸の振動を低減させることができるとともに、過給機全体の信頼性を向上させることができる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、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明による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する排気タービン過給機であって、前記ケーシングの下端部が脚部となっており、この脚部が、床面に設置された基台に対して固定されているとともに、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結された回転軸を有する発電機が設けられている。
このような排気タービン過給機によれば、過給機全体の重量が、ケーシングの脚部のみを介して基台に伝達されることとなる（すなわち、脚部のみで支持されることとなる）ので、排気ガスの熱による主たる熱伸びが、ケーシングの上下方向（縦方向）および回転軸の軸線方向（ケーシングの上下方向と直交する方向）に起こることとなる。
ケーシングによりタービン部およびコンプレッサ部の両方が支持されることとなるので、排気ガスの熱により（熱伸び差により）、タービン部の回転軸の軸心と、コンプレッサ部の回転軸の軸心とがズレてしまうことを防止することができ、これら回転軸の振動を低減させることができるとともに、過給機全体の信頼性を向上させることができる。
また、タービン部およびコンプレッサ部の回転軸とともに、発電機の回転軸が回転し、この発電機によって余剰エネルギーが回収されて、例えば、船舶や発電所等の熱効率を向上させることができる。

また、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は、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、前記凹所内には、前記発電機が収容されているとさらに好適である。
このような排気タービン過給機によれば、発電機が消音器の内部に略隠れるように納められているので、装置の小型化が図られることとなる。

さらに、前記発電機が、モータとしての機能も有するように構成されていることが好ましい。
このような排気タービン過給機によれば、補助ブロワ等から前記内燃機関に外気を圧送する代わりに、この発電機をスタータとして利用し、コンプレッサ部から前記内燃機関に直接、外気を圧送することもできる。

本発明による内燃機関は、上記いずれかの排気タービン過給機を具備していることとなる。
このような内燃機関によれば、振動が少なく、かつ信頼性の高い排気タービン過給機を具備していることとなり、当該内燃機関に安定的に外気が圧送されることとなり、当該内燃機関の性能を十分に発揮させることができて、当該内燃機関の信頼性を向上させることができる。

本発明によれば、排気ガスの熱により、過給機のタービンの回転軸の軸心と、過給機のコンプレッサの回転軸の軸心とのズレ、あるいは過給機のタービンの回転軸の軸心と、過給機のコンプレッサの回転軸の軸心と、発電機の回転軸の軸心とのズレを防止することができ、これら回転軸の振動を低減させることができるとともに、過給機の信頼性を向上させることができるという効果を奏する。

以下、本発明による排気タービン過給機の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１ないし図３に示すように、本実施形態に係る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、潤滑油溜め（図示せず）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。
また、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、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、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、フレキシブル・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。

本実施形態による排ガスタービン過給機１によれば、過給機全体の重量が、ケーシング６の脚部６ａのみを介して基台に伝達されるようになっている（すなわち、脚部６ａのみで支持されるようになっている）ので、排気ガス２の熱による主たる熱伸びが、ケーシング６の長手方向（上下方向）および回転軸７の軸線方向（ケーシング６の長手方向と直交する方向）に起こることとなる。
これにより、排気ガス２の熱により（熱伸び差により）、回転軸７の軸心と、フレキシブルカップリング２１の軸心と、回転軸１９ａの軸心とがズレてしまうことを防止することができ、これら回転軸７，１９およびフレキシブルカップリング２１の振動を低減させることができるとともに、過給機全体の信頼性を向上させることができる。

また、発電機１９は、消音器１６の内部に設けられたシェルハウジング１８内に収容されるようになっているので、装置の小型化を図ることができる。
さらに、発電機１９が、モータとしても利用できるように構成されている場合には、補助ブロワ等から前記内燃機関に外気４を圧送する代わりに、この発電機１９をスタータとして利用し、コンプレッサ部５から前記内燃機関に直接、外気４を圧送することもできる。

本発明による排気タービン過給機の一実施形態を示す縦断面図である。 図１に示す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１に示す排気タービン過給機をタービン部の側から見た一部切開斜視図である。

符号の説明

１ 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
６ａ 脚部
７ 回転軸
１６ 消音器
１８ シェルハウジング
１８ａ 凹所
１９ 発電機
１９ａ 回転軸

Claims (4)

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する排気タービン過給機であって、
   前記ケーシングの下端部が脚部となっており、この脚部が、床面に設置された基台に対して固定されているとともに、
   前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結された回転軸を有する発電機が設けられていることを特徴とする排気タービン過給機。
2. 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は、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、前記凹所内には、前記発電機が収容されていることを特徴とする請求項１に記載の排気タービン過給機。
3. 前記発電機が、モータとしての機能も有するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の排気タービン過給機。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の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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