JPH1182038A - 排気タービン過給機の構造 - Google Patents
排気タービン過給機の構造Info
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Abstract
内のノズルリング部分に容易に付着させない。 【解決手段】 軸心方向に排気を導くタービン静翼18
が、リング状プレート16の一方の面16aに配設され
るノズルリング15を備えた排気タービン過給機1の構
造であって、リング状プレート16の他方の面16bお
よびこの他方の面16bと対接するタービン入口ケース
6の取付面6aに通路20が形成され、また、タービン
静翼18における排気の流出側となるリング状プレート
16の内周16d側に、他方の面16b側の通路20と
一方の面16aとを連通してリング状プレート16を貫
通するとともに、一方の面16aにおける開口19aが
タービン静翼18の翼面18bにおける排気の流れにて
生じる負圧の発生する面18bに向いて形成される噴出
孔19を有する構造とし、通路20内に外部よりコンプ
レッサ4のエアが流入され噴出孔19よりエアが噴出さ
れる構成とする。
Description
どの内燃機関に併設され、タービン入口ケース内に固設
されるノズルリングを備えた排気タービン過給機の構造
に関するものである。
れている排気タービン過給機は、内燃機関の排気を利用
してタービンを回転させ、その発生動力で機関への給気
を行うコンプレッサを駆動し、この機関の出力増大、効
率の向上が図られるものである。
ービンを回転させる源がディーゼル機関の排気であるた
めに、特に低質燃料油を使用する機関では、排気中に含
まれるカーボンなどの燃焼残さ物Xが、タービン内、特
に図12に示すように排気をタービン動翼に導く静翼で
あるタービンノズル翼40に付着し、堆積してしまい、
過給機及び機関の出力性能を著しく低下させる原因とな
っており、この燃焼残さ物Xの堆積量が過大になるとタ
ービンノズル翼40における排気の流入が困難になり、
運転不能となる問題となっていた。
去する方法としては、従来では、機関及び過給機を低負
荷運転とし、この過給機内に所定の圧力の水を流し込む
水による洗浄方法や、機関及び過給機を常用の70〜8
0%のやや軽い負荷運転として、この過給機内に破砕活
性炭や破砕米などの固形粉体物を所定の圧力の雑用空気
とともに噴出・撒布させて、その衝撃による機械的エネ
ルギーにて洗浄を行う方法などを行っていた。
た従来の過給機の洗浄方法では、初期の段階における洗
浄時では効果のある除去が行えるが、完全に燃焼残さ物
を除去することは不可能であり、洗浄作業を定期的に繰
り返し行っても、付着した燃焼残さ物は徐々に堆積状態
となり、過給機及び機関の性能を完全に回復させること
が困難である問題がある。
解し洗浄するオーバーホール作業が必要となるが、この
オーバーホール作業も、非常に煩雑な作業であり、工期
が長大となる問題があり、容易に付着する燃焼残さ物を
取り除く方法が望まれている。
めに、内燃機関による燃焼残さ物がタービン内のノズル
リング部分に容易に付着することがなく、過給機及び内
燃機関の出力性能を低下させることのない排気タービン
過給機の構造を提供することを目的としている。
するための手段を、実施の形態に対応する図面を参照し
て説明する。この発明の排気タービン過給機の構造は、
軸心方向に内燃機関2の排気を導く複数のタービン静翼
18が、リング状プレート16の一方の面16aに配設
され、該リング状プレート16の他方の面16bがター
ビン入口ケース6内の取付面6aと対接して固設される
ノズルリング15を備えた排気タービン過給機1の構造
において、前記ノズルリング15の前記リング状プレー
ト16の他方の面16bおよびまたは該他方の面16b
と対接する前記タービン入口ケース6の取付面6aに凹
溝状の通路20が形成され、該通路20内に前記タービ
ン入口ケース6の外部よりエアが流入されることを特徴
としている。
記排気の流出側となる前記リング状プレート16の内周
16d側に、該リング状プレート16の他方の面16b
側の前記通路20と一方の面16aとを連通して該リン
グ状プレート16を貫通するとともに、前記一方の面1
6aにおける開口19aが、前記タービン静翼18の翼
面18bにおける前記排気の流れにて生じる負圧の発生
する面18bに向いて形成される噴出孔19を有する構
造とし、該噴出孔19より前記エアが噴出される構成と
してもよい。
は、コンプレッサにて圧縮されて供給される構成として
もよく、さらには、コンプレッサにて圧縮されるととも
に、冷却器にて冷却されて供給される構成としてもよ
い。
ービン過給機1を構成するコンプレッサ4よりなり、前
記内燃機関2へ供給するエアの一部を前記通路20内に
流入させる構成としてもよい。
記排気の流出側の端縁18aが、前記リング状プレート
16の板面に対して所定の角度に傾斜して形成される構
造としてもよい。
されるエアがノズルリング15を冷却することとなり、
また、この通路20内のエアを噴出孔19より噴出させ
ることで、このノズルリング15のタービン静翼18へ
の燃焼残さ物の付着を低下させることとなる。また、通
路20内に流入されるエアをコンプレッサ4にて圧縮さ
せ、かつ冷却器13にて冷却させることにより、タービ
ン静翼18への燃焼残さ物の付着をさらに防ぐことが可
能となる。さらに、タービン静翼18の排気の流出側端
縁18aを傾斜形成させたことにより、この排気の流れ
による負圧発生面が減少され、このことからも燃焼残さ
物の付着を抑えることとなる。
過給機の構造の実施の形態を示す側断面図、図2は同排
気タービン過給機のノズルリング部分の拡大断面図、図
3は同拡大斜視図である。
に、ディーゼル機関などの内燃機関2に併設されてお
り、図1に示すように、ラジアル式のタービン3と遠心
式のコンプレッサ4とで略構成されている。
筒2aに接続されている排気管5を介してタービン入口
ケース6より軸心方向に導入してタービン3内のタービ
ン動翼7を回転駆動させるとともに、このタービン動翼
7と同軸に設けられているコンプレッサ4側のインペラ
8を回転させるようになっている。
イレンサ9を備えた空気吸込口10から取り込まれるエ
アを、回転するインペラ8と遠心力によって圧力を高
め、コンプレッサ出口ケース11より送出し、この圧縮
されたエアを給気管12を介して内燃機関2の各気筒2
aに供給させるようになっている。
ように、水冷式の冷却器13が配設されており、コンプ
レッサ4にて圧縮されたエアを冷却して内燃機関2に供
給させるようになっている。
近接する中途には、図4に示すように、後述するタービ
ン3側のノズルリング15へ冷却されたエアを送出する
冷却エア配管14が分岐接続されている。
すように、タービン動翼7の外周に位置するタービン入
口ケース6内にノズルリング15が固設されている。
なるリング状プレート16と、このリング状プレート1
6と一体に成形される複数のタービン静翼18で構成さ
れている。
に、リング状プレート16の一方の面16aに対して立
設するように設けられているとともに、リング状プレー
ト16の外周縁16cから内周縁16dにかけて所定の
角度に傾斜した略放射状に配設されており、外周縁16
c側から内周縁16d側へ、すなわち軸心方向であるタ
ービン動翼7に排気を導くようにそれぞれが設けられて
いる。
3に示すように、リング状プレート内周側16dとなる
排気の流出側の端縁18aが、リング状プレート16の
板面(16a)上の垂線に対して所定の角度、例えば、
40〜60°好ましくは40°傾斜して略台形状に形成
されている。
面16bには、図3に示すように、やや内周側16dに
位置して、周方向に連続する凹溝状の通路20Aが形成
されている。
グ状プレート16を貫通し、このリング状プレート16
の一方の面16aと他方の面16b側の通路20Aとを
連通する噴出孔19が穿設されている。
数、本実施の形態では、図3に示すように、2個1組で
構成され、各タービン静翼18における前記排気の流出
側となる前記リング状プレート16の内周側16dに位
置して配設され、一方の面16aにおける開口19a
が、タービン静翼18の翼面における排気の流れにて生
じる負圧の発生する面となる一方の翼面18bに近接し
この翼面18bに向くように形成されている。
タービン入口ケース6内の取付面6aには、ノズルリン
グ15のリング状プレート16に形成される通路20A
と対向するように、環状に連続した凹溝状の通路20B
が形成されており、すなわち、この取付面6aの通路2
0Bとノズルリング15の通路20Aの各通路により、
図2に示すような断面略円形の連続した通路20が環状
に形成されるようになっている。
通路20Bの中途には、図1及び図2に示すように、タ
ービン入口ケース6を貫通する接続孔21が穿設され、
このタービン入口ケース6の外側面に接続口21aが開
口形成されている。
2の中途に分岐接続されている冷却エア配管14の先端
が接続されている。
ンプレッサ4で圧縮され冷却器13にて冷却された内燃
機関2への給気のためのエアの一部が、接続孔21を介
して通路20内に流入するようになっている。なお、こ
の冷却エア配管14には、図4に示すように、中途にス
トップ弁17が設けられている。
ン過給機1の動作について説明する。
過給機1は、タービン3に、内燃機関2の排気が排気管
5を介してタービン入口ケース6より導入されてタービ
ン3内のタービン動翼7が回転駆動し、このタービン動
翼7に同軸に設けられているコンプレッサ4側のインペ
ラ8が回転して、コンプレッサ4の空気吸込口10から
取り込まれるエアを、インペラ8によって圧力を高め、
コンプレッサ出口ケース11より送出し、この圧縮され
たエアを冷却器13にて冷却した後、給気管12を介し
て内燃機関2の各気筒2aに供給させる。
器13にて冷却されたエアの一部が、給気管12の中途
に分岐接続された冷却エア配管14によってタービン3
側へ送られ、タービン入口ケース6の接続孔21を介し
て、通路20内に流入する。
により、ノズルリング15が冷却され、また、このノズ
ルリング15のリング状プレート16に穿設されている
各噴出孔19よりエアが各タービン静翼18の翼面18
bに向けて噴出される。
は、タービン入口ケース6よりタービン動翼7へ排気を
導き流入させるために、このタービン動翼7の周囲から
排気をスムーズに軸心方向に流れるよう軸心を通る放射
線に対して所定の角度に傾斜させ流入角を設けた構造と
なっていることから、このタービン静翼18の一方の翼
面18bにおける排気の流出側(16d)に負圧が発生
するが、この流出側の端縁18aが傾斜形成されてお
り、かつ噴出孔19より噴出されるエアが翼面18bに
当たることにより、負圧部分の発生が減少されることと
なる。
バナジウム,ナトリウム,鉄などの化合物などの燃焼残
さ物がタービン静翼18の翼面18bに付着せず、この
燃焼残さ物は排気とともにタービン動翼7へと流出され
る。
ン静翼18が通路20内のエアにより冷却され、ノズル
リング15が高温にならないことからも、タービン静翼
18の翼面18bに対して燃焼残さ物が付着しにくくな
ることとなる。
ン動翼7を回転駆動させ通過したのち、排気ディフュー
ザ22を介しタービン3の外部、例えば煙突より排出さ
れる。
過給機1の構造では、タービン3における内燃機関2の
排気をタービン動翼7に導くノズルリング15に、エア
が流入される通路20A(20)と、各タービン静翼1
8の翼面18bにエアを噴出させる噴出孔19を設ける
とともに、タービン静翼18の流出側の端縁18aを所
定角度に傾斜形成させたことにより、従来各タービン静
翼18の翼面18bに付着し堆積していた内燃機関2の
排気中に含まれるカーボンなどの燃焼残さ物が、この翼
面18bに対して付着が起こりにくくなり、従来のよう
に堆積してしまう不具合が減少することから、排気の流
入及び流出が困難とならず、この過給機1及び内燃機関
2の出力性能を低下させることがなくなる。
の運転中に、燃焼残さ物の付着が防止されることから、
この排気タービン過給機1の保守・点検の頻度を減少さ
せることが可能となり、洗浄のために過給機1及び内燃
機関2を停止させたり、また機関出力を弱めるなどの煩
雑な作業が不要となる。そして、このことから、タービ
ン3の洗浄作業が軽減されることとなる。
エアを、コンプレッサ4にて圧縮され冷却器13にて冷
却された内燃機関2に供給させるためのエアの一部を用
いることから、排気タービン過給機1として無駄な構成
がなく、また、複雑な機構を有せず、効率のよいものと
なる。
がエアにより冷却させられることから、このタービン静
翼18は排気による高温に曝されないこととなり、この
タービン静翼18の材質について、耐熱温度を従来より
低く設定でき、これにより、安価な材料を選定して製作
が可能となることとなる。
静翼18の翼面18bに対して噴出されるエアを、コン
プレッサ4にて圧縮した後に冷却器13にて冷却したエ
アを用いる例について述べたが、このエアは、冷却する
以前のコンプレッサ4にて圧縮されたエアを用いる構成
としてもよい。この場合、図5に示すように、コンプレ
ッサ4のコンプレッサ出口ケース11から延出する給気
管12の中途の配管14’を分岐接続し、この配管1
4’をタービン3のタービン入口ケース6に設けられた
接続孔21に接続させ、圧縮されたエアを通路20内に
流入させる構成とする。
静翼18の翼面18bに対して噴出されるエアを、この
排気タービン過給機1を構成するコンプレッサ4にて圧
縮し冷却器13にて冷却したエアを用いる例について述
べたが、これらコンプレッサ及び又は冷却器を排気ター
ビン過給機1とは別構成、すなわち別体に構成されるコ
ンプレッサ等を用いエアを送る構造としてもよい。
な実施例について説明する。
ビン過給機1の基本性能は、 最大許容過給機回転速度:36000rpm 最大許容圧力比:4.0 タービン入口許容排気ガス温度:650℃ 空気流量(πc =3):1.92〜3.55m3 /s 適用機関出力:1075〜1995kW,1460〜2
715PS 過給機乾燥質量:500kg とされる。
用いた温度計測器であり、温度計測位置は、図6に示す
ように、ノズルリング15における各タービン静翼18
の2か所、本実施例ではタービン3の排気入口3aに最
も近接した位置のタービン静翼18Aと、最も離れた位
置のタービン静翼18Bの各排気流出側(16d)の負
圧の発生する翼面18bに、図7に示すように、前記シ
ース熱電対30をそれぞれ貼着固定し、これら翼面18
bの表面温度を計測し、同時に、タービン3の排気入口
3aにおける内燃機関2の排気ガスの温度を計測する。
なお、シース熱電対30は、翼面18bにステンレス箔
31にて被覆固定させる。
pm,25000rpm,29000rpm,3200
0rpm,36000rpmの各過給機回転速度時にて
タービン静翼18の翼面18bの表面温度を計測すると
ともに、各回転数におけるノズルリング15へのエアの
供給を、供給なし,過給機1のコンプレッサ4のエアを
使用,外部のコンプレッサのエアを使用、の3条件とし
て、それぞれの条件において各計測を行い、2か所のタ
ービン静翼18の表面温度とタービン排気入口3aにお
ける排気ガス温度との関係を求めるとともに、総合効
率、タービン容量、及びタービン効率の各性能について
求める。なお、ノズルリング15へ供給されるエアの各
条件における噴出のための圧力は同一とする。
m及び36000rpmの過給機回転数では、エアの圧
力が不足していたために計測不能であった。
8A,18Bの表面温度とタービン3の排気入口3aに
おける排気ガス温度との関係を図8に示す。
及び貼着方法等により結果が異なると思われるがエアを
用いた冷却効果は、タービン排気入口3a位置における
排気温度に比べ、10〜15℃の低下となる結果であっ
た。なお、冷却エアの温度が、過給機1のコンプレッサ
4のエアと、外部のコンプレッサのエアとでは異なって
いるが、これらに冷却効果の差は生じない結果となっ
た。また、この図8中に描かれている翼表面温度480
℃を示す線は、未燃焼物の付着が著しくなる温度を示し
ている。
過給機1の性能を図9〜11に示す。
PRに対するタービン効率ηtur,コンプレッサ効率
ηcomp,過給機総合効率ηallとの関係を示す図
である。この図9の各効率曲線、特に圧力比PRと過給
機総合効率ηallとの関係を示す図9(c)によれ
ば、ノズルリング15へ供給されるエアを過給機1のコ
ンプレッサ4のエアを用いた場合には、外部のコンプレ
ッサにてエアを供給させる場合や、エアを供給させない
場合に比べて損失分の約1%のみ総合効率が低下するこ
ととなる。なお、図9(a)に示すタービン効率ηtu
r,図9(b)に示すコンプレッサ効率ηcomp,図
9(c)に示す過給機総合効率ηallは、それぞれ次
式のように求められる。
サ入口温度(K)、T5 はコンプレッサ出口温度
(K)、T6 はタービン入口温度(K)、Erは膨張比
である。また、圧力比PRは、Pb/Pa=コンプレッ
サ出口圧力(絶対圧力)/コンプレッサ入口圧力(絶対
圧力)より求められており、表1〜3に示される圧力比
と同じ圧力比である。
する膨張比Erの関係を表しており、タービン容量に関
しては、エアを用いて冷却を行う場合と、エアを使用し
ない場合とで、上記各条件においてタービン容量は変わ
らない結果が得られた。
ービン効率を示す図であり、単独運転試験の結果である
が、この図によれば、比較として描かれているエア噴出
のない通常の排気タービン過給機における曲線に比べ、
ノズル面積が小さい場合にはタービン効率が低下するこ
とのない結果を得られた。
静翼18の翼面表面温度を約10〜15℃低下させるこ
とが可能となる。 2)冷却させるためのエアの温度を変えても、タービン
静翼18における冷却効果は変わらない。 3)各タービン静翼18の流出側の端縁18aを傾斜形
成させても、排気タービン過給機1としての性能は低下
することがない。 4)エアによる冷却が行われるノズルリング15を使用
しないタービンとする場合は、タービン排気入口3aに
おける排気ガス温度を485〜490℃(内燃機関のシ
リンダ出口で380〜390℃)以下に保つ構成とすれ
ば、タービン静翼18の翼面18bにカーボンなどの燃
焼残さ物が付着しにくくなると思われる。
5へのエアを流入させる通路を設け、ノズルリング15
を冷却させるとともに、タービン静翼の流出側端縁を傾
斜形成させる構造としても、過給機の効率やタービン容
量に大きく変化することがなく、また、このような構造
とすることで、内燃機関2の排気中の燃焼残さ物がター
ビン静翼18の翼面18bに付着しにくくなることとな
る。
ービン過給機の構造によれば、内燃機関の排気をタービ
ン動翼に導くノズルリングのリング状プレートの他方の
面およびまたはこの他方の面と対接するタービン入口ケ
ースの取付面に、エアが流入される通路を設けたことに
より、このノズルリングを通過する内燃機関の排気の温
度に対してノズルリングを冷却させることが可能とな
り、これによりノズルリングの各タービン静翼に対し
て、排気中に含まれる燃焼残さ物が高温下で衝突するこ
とがなくなるので、この燃焼残さ物が付着しづらくなる
という効果が得られる。
面における排気の流れにて生じる負圧の発生する翼面に
エアを噴出させる噴出孔をリング状プレートに設け、前
記通路内のエアを用いる構成としたことで、前記タービ
ン静翼の翼面に発生していた負圧部分が乱されることと
なり、これにより、従来、この翼面に付着し堆積してい
た燃焼残さ物は吹き飛ばされることとなり、付着するこ
とがなくなる効果を得られる。
定角度に傾斜形成させたことにより、排気の流出側部分
において負圧の発生する部分が減少、すなわちその面積
が減少され、これにより、タービン静翼の翼面には燃焼
残さ物が付着しづらくなる効果を得られる。
ン静翼の翼面に付着し堆積していた内燃機関の排気中に
含まれるカーボンなどの燃焼残さ物が、この翼面に対し
て付着が起こりにくくなり、従来のように堆積してしま
う不具合が減少することから、排気の流入及び流出が困
難とならず、この過給機及び内燃機関の出力性能を低下
させることがなくなるという効果が得られる。
転中に、燃焼残さ物の付着が防止されることから、この
排気タービン過給機の保守・点検の頻度を減少させるこ
とが可能となり、洗浄のために過給機及び内燃機関を停
止させたり、また機関出力を弱めるなどの煩雑な作業が
不要となる効果が得られる。そして、このことから、タ
ービンの洗浄作業が軽減されることとなる効果があり、
すなわち、燃焼残さ物を除去する対処作業となる洗浄作
業ではなく、この燃焼残さ物の付着,堆積の予防が行え
る過給機の構造を得ることのできる効果がある。
を、コンプレッサにて圧縮され冷却器にて冷却された内
燃機関に供給させるためのエアの一部を用いる構成とす
ることにより、排気タービン過給機として無駄な構成が
なく、また、複雑な機構を有せず、効率のよいものが得
られる効果がある。
アにより冷却させられることから、このタービン静翼は
排気による高温に晒されないこととなり、このタービン
静翼の材質について、耐熱温度を従来より低く設定で
き、これにより、安価な材料を選定して製作が可能とな
る効果がある。
の形態を示す側断面図
大断面図
す概略図
燃機関との構成を示す概略図
施例のノズルリングの正面図
ービン排気入口における排気ガス温度との関係を示すグ
ラフ
率を示すグラフ
Claims (6)
- 【請求項1】 軸心方向に内燃機関の排気を導く複数の
タービン静翼が、リング状プレートの一方の面に配設さ
れ、該リング状プレートの他方の面がタービン入口ケー
ス内の取付面と対接して固設されるノズルリングを備え
た排気タービン過給機の構造において、前記ノズルリン
グの前記リング状プレートの他方の面およびまたは該他
方の面と対接する前記タービン入口ケースの取付面に凹
溝状の通路が形成され、該通路内に前記タービン入口ケ
ースの外部よりエアが流入されることを特徴とする排気
タービン過給機の構造。 - 【請求項2】 前記各タービン静翼における前記排気の
流出側となる前記リング状プレートの内周側に、該リン
グ状プレートの他方の面側の前記通路と一方の面とを連
通して該リング状プレートを貫通するとともに、前記一
方の面における開口が、前記タービン静翼の翼面におけ
る前記排気の流れにて生じる負圧の発生する面に向いて
形成される噴出孔を有し、該噴出孔より前記エアが噴出
されることを特徴とする請求項1記載の排気タービン過
給機の構造。 - 【請求項3】 前記通路内に流入されるエアは、コンプ
レッサにて圧縮されて供給されることを特徴とする請求
項1または2記載の排気タービン過給機の構造。 - 【請求項4】 前記通路内に流入されるエアは、コンプ
レッサにて圧縮されるとともに、冷却器にて冷却されて
供給されることを特徴とする請求項1または2記載の排
気タービン過給機の構造。 - 【請求項5】 前記コンプレッサは、前記排気タービン
過給機を構成するコンプレッサよりなり、前記内燃機関
へ供給するエアの一部を前記通路内に流入させることを
特徴とする請求項3または4記載の排気タービン過給機
の構造。 - 【請求項6】 前記各タービン静翼における前記排気の
流出側の端縁が、前記リング状プレートの板面に対して
所定の角度に傾斜して形成されていることを特徴とする
請求項1〜5のいずれか1つに記載の排気タービン過給
機の構造。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23599097A JP3547593B2 (ja) | 1997-09-01 | 1997-09-01 | 排気タービン過給機の構造 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23599097A JP3547593B2 (ja) | 1997-09-01 | 1997-09-01 | 排気タービン過給機の構造 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1182038A true JPH1182038A (ja) | 1999-03-26 |
JP3547593B2 JP3547593B2 (ja) | 2004-07-28 |
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ID=16994186
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23599097A Expired - Fee Related JP3547593B2 (ja) | 1997-09-01 | 1997-09-01 | 排気タービン過給機の構造 |
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JP (1) | JP3547593B2 (ja) |
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- 1997-09-01 JP JP23599097A patent/JP3547593B2/ja not_active Expired - Fee Related
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