(57)【要約】【課題】タービン動翼の回転軸を支持するベアリングが配設されるベアリングハウジング側の部材と、排ガス流路出口側の部材とをタービン動翼の外周側のガス流路を横切って連結して一体化する支柱において、流路抵抗を小さくして流入特性を改善するとともに、タービン動翼の共振を回避してタービン動翼の耐久性および信頼性を向上することを課題とする。【解決手段】タービン動翼５０の回転軸を支持するベアリングが配設されるベアリングハウジング部１５と、タービン動翼５０の外側を形成する流路出口部１７とをタービン動翼５０の外周側で周方向に設けられた複数の支柱２１で連結し、各支柱２１のタービン軸方向視における断面形状の上流側角部および下流側角部のそれぞれの角度はθ１、θ２の鋭角に形成して、上流側面３２および下流側面３４をガス流に沿うように傾斜されることを特徴とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
渦状の排ガス通路を構成するスクロール部が板金製のスクロール部材を向い合わせて接合して形成される板金タービンハウジングにおいて、
タービン動翼の回転軸を支持するベアリングが配設されるベアリングハウジング側の部材と、タービン動翼の外側を形成する流路出口側の部材とをタービン軸方向に連結する支柱をタービン動翼の外周側に周方向に複数本間隔を存して設け、各支柱のタービン軸方向視における断面形状がガス流の上流側角部および下流側角部のそれぞれを鋭角に形成して、上流側面および下流側面をガス流に沿うように傾斜されることを特徴とする板金タービンハウジング。
【請求項２】
前記支柱の断面形状の上流側角部および下流側角部のそれぞれの角度は２０°〜７０°であることを特徴とする請求項１記載の板金タービンハウジング。
【請求項３】
前記支柱の断面形状は、内接円弧と外接円弧と上流側面と下流側面とを有した略四角形状、または前記内接円弧または外接円弧のいずれかの幅が存在しない略三角形状からなることを特徴とする請求項１記載の板金タービンハウジング。
【請求項４】
渦状の排ガス通路を構成するスクロール部が板金製のスクロール部材を向い合わせて接合して形成される板金タービンハウジングにおいて、
タービン動翼の回転軸を支持するベアリングが配設されるベアリングハウジング側の部材と、タービン動翼の外側を形成する流路出口側の部材とをタービン軸方向に連結する支柱をタービン動翼の外周側に周方向に複数本間隔を存して設け、該複数本の支柱による流入ガスの周方向の圧力変動によって生じる励振力が、前記タービン動翼の固有振動の１次モードと運転領域の低回転側で共振し、かつ前記タービン動翼の固有振動の２次モード以上と運転領域外の回転数で共振するように支柱の本数が設定されることを特徴とする板金タービンハウジング。
【請求項５】
前記支柱は６〜１２本設置されたことを特徴とする請求項４記載の板金タービンハウジング。
【請求項６】
前記支柱を不等ピッチで周方向に設置したことを特徴とする請求項１または４記載の板金タービンハウジング。
【請求項７】
前記支柱のいずれか１つが、スクロール部の巻き終わり部を構成する舌部の直下流に配置されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の板金タービンハウジング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排ガスのエネルギーを利用してエンジンに対する過給圧を発生させるターボチャージャに採用される板金製のタービンハウジングに関し、特に、タービンハウジングのコア部を構成する軸受台側の部材と出口フランジ側の部材とを連結する支柱構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンハウジングは、熱容量が大きく、排気浄化触媒の上流側に設置すると、触媒暖気の妨げとなる。近年の排ガス規制強化の観点から、ハウジングを板金で薄肉軽量化して熱容量を低下させることは、触媒を活性化して触媒浄化性能を向上する上で重要である。
【０００３】
板金製のタービンハウジングを採用する場合には板金部は薄く強度が弱いため、タービン動翼の回転軸を支持するベアリングが配設されるベアリングハウジング側の部材と、排ガス流路出口側の部材とを連結して固定する支柱部位が必要となる。しかし、支柱はタービン動翼の外周側にタービン動翼に流入する流路を横切るように設けられるため、支柱によってガス流が妨げられてタービンの効率低下および過給機の性能低下を招く原因となっていた。
【０００４】
この支柱に関して、先行技術として、特許文献１（特表２００６−５２７３２２号公報）にスペーサ（支柱）０１が開示されており、図１１に示すように、排ガスタービン０２は、外側を覆う外側シェル０３の内部にスクロール形状を有するハウジング０４が設けられ、該ハウジング０４内に、調整可能なガイドベーン用の軸受リング０５と、流路出口側の成形ケーシング０７とを連結するように、これらの間にスペーサ０１が設けられる構造が示されている。このスペーサはタービン動翼への径方向の流入流路０９を横切るように設置されている。
【０００５】
一方、関連する先行技術として、板金製のタービンハウジング構造としては、特許文献２（特開２００８−５７４４８号公報）や、特許文献３（特表２００３−５３６００９号公報）等の提案が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００６−５２７３２２号公報
【特許文献２】特開２００８−５７４４８号公報
【特許文献３】特表２００３−５３６００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に示されるスペーサ０１が周方向にどのような配置関係に配置されているか、または流路を流れる排ガスに対してどのような断面形状に形成されているかまでは示されていない。
また、特許文献２、３においては板金製のタービンハウジングのスクロール部を左右２つの両板金部材を突き合わせて周方向に溶接する構造からなっていることが示されているが、スクロール部の中心側を形成するコア部の構造について、特に、タービン動翼の回転軸を支持するベアリングが配設されるベアリングハウジング側の部材と、排ガス流路出口側の部材とを連結して固定する支柱部の構造については示されていない。
【０００８】
支柱はタービン動翼の外周側にタービン動翼に流入する流路を横切るように設けられるため、流路抵抗を小さくする上では、極力細くすることが望ましい。しかし、ベアリングハウジング側の部材と、排ガス流路出口側の部材とを連結固定する観点からは一定の強度が要求される。
さらに、周方向に配置される複数本の支柱によって流入ガスの周方向に圧力変動が生じ、それによって圧力波の励振力が生じ、該励振力がタービン動翼の固有振動と共振するとタービン動翼の信頼性の上で支障をきたす問題がある。このため、特定の励振力が増加することを防ぐように支柱の配置間隔、配置本数、支柱断面形状を設定する必要がある。
【０００９】
そこで、本発明は、これら問題に鑑みてなされたもので、タービン動翼の回転軸を支持するベアリングが配設されるベアリングハウジング側の部材と、排ガス流路出口側の部材とをタービン動翼の外周側のガス流路を横切って連結してこれら部材を一体化する支柱において、流路抵抗を小さくして流入特性を改善するとともに、タービン動翼の共振を回避してタービン動翼の耐久性および信頼性を向上することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の第１発明は、渦状の排ガス通路を構成するスクロール部が板金製のスクロール部材を向い合わせて接合して形成される板金タービンハウジングにおいて、タービン動翼の回転軸を支持するベアリングが配設されるベアリングハウジング側の部材と、タービン動翼の外側を形成する流路出口側の部材とをタービン軸方向に連結する支柱をタービン動翼の外周側に周方向に複数本間隔を存して設け、各支柱のタービン軸方向視における断面形状がガス流の上流側角部および下流側角部のそれぞれを鋭角に形成して、上流側面および下流側面をガス流に沿うように傾斜されることを特徴とする。
【００１１】
かかる第１の発明によれば、タービン動翼の回転軸を支持するベアリングが配設されるベアリングハウジング側の部材と、タービン動翼の外側を形成する流路出口側の部材とを支柱によって、タービン軸方向に連結し、その支柱のタービン軸方向視における断面形状がガス流の上流側角部および下流側角部のそれぞれを鋭角に形成して、上流側面および下流側面をガス流に沿うように傾斜されるので、スクロール部を旋回しながら中心側に向かうガス流に対して、支柱の上流側面の投影面積および下流側の投影面積の両方を減少でき、これによって、支柱によるガス流に対する流路抵抗の低減および支柱後方に発生するウェイク（流動歪み）を低減できる。その結果、支柱後流の流動ひずみを改善して、タービン動翼の効率向上、信頼性向上を達成できる。
【００１２】
なお、支柱の断面積は、ベアリングハウジング側の部材とタービン動翼の外側を形成する流路出口側の部材とを連結し、且つ、タービン動翼との隙間を一定に保持できるような剛性および強度を確保するのに必要とする断面積を有している。
【００１３】
また、前記支柱の断面形状の上流側角部および下流側角部のそれぞれの角度は２０°〜７０°であるとよい、このような鋭角角度に設定することで、支柱断面積の確保とガス流の圧力損失低減の両立が達成できる。
【００１４】
また、前記支柱の断面形状は、内接円弧と外接円弧と上流側面と下流側面とを有した略四角形状、または前記内接円弧または外接円弧のいずれかの幅が存在しない略三角形状からなるとよい。
このように支柱の上流側面と下流側面とのそれぞれが平面からなり、全体として略四角形状、または略三角形状からなるため、円環状の連結部材に対して機械加工によって支柱となる部分を残してその間を切削加工によって切除することで容易になり、支柱の製造および加工が、簡単かつ低コストで行うことができる。
【００１５】
また、本発明の第２発明は、渦状の排ガス通路を構成するスクロール部が板金製のスクロール部材を向い合わせて接合して形成される板金タービンハウジングにおいて、
タービン動翼の回転軸を支持するベアリングが配設されるベアリングハウジング側の部材と、タービン動翼の外側を形成する流路出口側の部材とをタービン軸方向に連結する支柱をタービン動翼の外周側に周方向に複数本間隔を存して設け、該複数本の支柱による流入ガスの周方向の圧力変動によって生じる励振力が、前記タービン動翼の固有振動の１次モードと運転領域の低回転側で共振し、かつ前記タービン動翼の固有振動の２次モード以上と運転領域外の回転数で共振するように支柱の本数が設定されることを特徴とする。
【００１６】
かかる第２発明によれば、周方向に配置される複数本の支柱による流入ガスの周方向の圧力変動によって生じる励振力が、前記タービン動翼の固有振動の１次モードと運転領域の低回転側で共振するように支柱本数を設定するので、タービン動翼の１次モード共振応力が過剰になることを防止して共振時の応力を低減できる。
一般的に、低次モードの共振は大きな動的応力を生じるため、このような低次の共振を確実に回避するため、共振点を低回転側にずらしてタービン動翼に作用する動的応力を極力低減できる。
【００１７】
また、タービン動翼の固有振動の２次モード以上と運転領域外で共振するように支柱本数を設定するので、運転領域内においての動翼の２次モード以上との共振を回避でき、タービン動翼の信頼性を向上できる。
【００１８】
支柱の具体的な本数としては、６〜１２本設置されたことが好ましい。この本数の設定は、図１０に示すような、加振試験結果を解析してキャンベル線図に表わして評価したものである。この線図特性からハーモニクス次数Ｈは、６〜１２が適切であることに基づくものである。
ハーモニクス次数Ｈは、支柱本数に応じて生じる圧力変動による励振動数と、タービン動翼の回転数との比であり、例えば、支柱本数が５本の場合には５Ｈ線で回転数と振動数との関係が定まり、５Ｈ線とタービン動翼の固有振動数（１次モード）との交点が共振点Ｋ１となる。
従って、１次の固有振動数においては、なるべく低い回転数での共振状態となるようにするために、６Ｈ線以上となり、さらに、２次モード以上の固有振動数との交点が運転領域を外れるようにするためにはハーモニクス次数は１０Ｈ線以下とする必要があるが、２次モードについては、加振試験結果の解析より１次モードや３次モードに比べて共振時のタービン動翼５０には生じる応力が小さいため、３次モードの共振を回避すべくハーモニクス次数を１２Ｈ線以下に選択することか望ましい。
従って、１次の固有振動数においては、なるべく低い回転数での共振状態となるようにするために、６Ｈ線以上となり、さらに、３次の固有振動数が運転領域を外れるような１２Ｈ線以下となる。
【００１９】
また、第１発明および第２発明において、好ましくは、前記支柱を不等ピッチで周方向に設置するとよい、このように支柱間隔を不等ピッチで設置することで、特定周波数の励振力が増加することを防止でき、タービン動翼との共振による共振応力が過剰に増加する危険性が回避される。
【００２０】
また、第１発明および第２発明において、好ましくは、前記支柱のいずれか１つが、スクロール部の巻き終わり部を構成する舌部の直下流に配置されるとよい。
このように、舌部の直下流に設置することで、舌部から流出した排ガスは直ちに支柱によって中心側への流れが妨げられるため、タービンハウジングのスクロール部を流れてきた流入流れと、舌部直後に流れ込む流入流れとの集合部分における流動ひずみが解消され、すなわち、タービンハウジングに沿った流れを強めることで、舌部近傍における流動ひずみが解消されて、タービン動翼の効率低下を抑制できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の第１発明によれば、タービン動翼の回転軸を支持するベアリングが配設されるベアリングハウジング側の部材と、タービン動翼の外側を形成する流路出口側の部材とを支柱によって、タービン軸方向に連結し、その支柱のタービン軸方向視における断面形状が上流側角部および下流側角部のそれぞれを鋭角に形成して、上流側面および下流側面をガス流に沿うように傾斜されるので、スクロール部を旋回しながら中心側に向かうガス流に対して、支柱の上流側面の投影面積および下流側の投影面積の両方を減少でき、これによって、支柱によるガス流に対する流路抵抗の低減および支柱後方に発生するウェイク（流動歪み）を低減できる。その結果、支柱後流の流動ひずみを改善して、タービン動翼の効率向上、信頼性向上を達成できる。
【００２２】
また、第２発明によれば、周方向に配置される複数本の支柱による流入ガスの周方向の圧力変動によって生じる励振力が、前記タービン動翼の固有振動の１次モードと運転領域の低回転側で共振するように支柱本数を設定するので、タービン動翼の１次モード共振応力が過剰になることを防止して共振時の応力を低減できる。さらに、タービン動翼の固有振動の２次モード以上と運転領域外の回転数で共振するように支柱本数を設定するので、運転式領域内においての動翼の２次モード以上での共振を回避でき、タービン動翼の信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るタービンハウジングの概要構成を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線要部断面図である。
【図３】支柱部分の断面説明図である。
【図４】支柱の加工を示す説明であり、（Ａ）が切削工具の配置状態を示し、（Ｂ）は内接円弧が残り略四角形状の断面形状を示し、（Ｃ）は内接円弧が残らない略三角形状の断面形状を示す。
【図５】第２実施形態の説明図であり、支柱の断面形状が異なる図４対応図である。
【図６】第３実施形態の説明図であり、タービン動翼の共振の説明図である。
【図７】第３実施形態の説明図である。
【図８】第４実施形態を示し、支柱の不等間隔ピッチを示す説明図である。
【図９】第５実施形態を示し、舌部下流側への支柱配置を示す説明図である。
【図１０】支柱による励振力とタービン動翼の共振との関係を示す説明図である。
【図１１】従来技術を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態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い。
【００２５】
（第１実施形態）
図１〜図４を参照して、本発明の第１実施形態に係るタービンハウジンについて説明する。
図１、２に示すように、板金製のタービンハウジング１は大きく分けてスクロール部３とセンターコア部９と、出口管部２３とからなり、さらに、スクロール部３は向かい合わせて設けられる第１スクロール部５と、第２スクロール部７とからなっている。そしてこれら４つの部材が溶接接合されることでタービンハウジング１が形成される。
【００２６】
渦巻状のガス通路を形成するスクロール部３は、第１スクロール部５と、第２スクロール部７の２つの部材を突き合わせて、その突き合せの部分を溶接接合し、ガス通路を形成する。それぞれのスクロール部はガス通路をほぼ半割にした断面形状を有している。
【００２７】
スクロール部３の旋回中心部には、センターコア部９が設けられ、このセンターコア部９は全体に略円筒形状をし、タービン動翼５０（図３参照）の回転軸を支持するベアリングが配設されるベアリングハウジング部１５と、ガス出口側を形成する流路出口部１７とを有し、これらベアリングハウジング部１５と、流路出口部１７との間には複数の支柱２１が設けられている。
【００２８】
この支柱２１は、スクロール部３内を渦巻き方向に流れるガスが、中心側に向けてスムーズに流れることができる流路１９を確保するとともに、ベアリングハウジング部１５と流路出口部１７とを結合するために、タービン動翼５０の外側に周方向に間隔をおいて複数本設けられる。
【００２９】
また、支柱２１はベアリングハウジング部１５と流路出口部１７とを連結して、タービン動翼５０とセンターコア部９の内周面との隙間を、高温時または外力発生時においても一定に保つことができるような強度および耐熱性を持った材料で形成されている。
なお、流路出口部１７の先端にはパイプ形状の出口管部２３が全周溶接によって接合されている。
【００３０】
第１スクロール部５、第２スクロール部７は薄板の板金材（板厚１〜３ｍｍ程度）を成形加工して、それぞれの端面同士を突き合わせて渦巻状のガス通路を形成しており、図２に示すように、先端を重ね合わせて外側から片側すみ肉溶接によって溶接部ａを形成し、該溶接部ａをスクロール部３の渦巻き方向全周にわたって形成している。
なお、溶接は片側すみ肉溶接でなく、板金材の先端同士を突き合わせてその部分を溶接する突合せ溶接によって接合してもよい。また、板金材はオーステナイト系とステンレス鋼等の耐熱鋼によって構成されるとよい。
【００３１】
また、第1スクロール部５、第２スクロール部７のそれぞれのセンターコア部９側の端部は、ベアリングハウジング部１５、流路出口部１７の外周に沿って溶接接合され、流路出口部１７の外周には溶接部ｂを、ベアリングハウジング部１５の外周には溶接部ｃがそれぞれ形成される。
【００３２】
なお、ベアリングハウジング部１５、流路出口部１７、さらにこれらを連結する支柱２１は一体構造を有するため、ベアリングハウジング部１５と流路出口部１７と支柱２は一体として切削加工によって削り出しによって作成される。さらに、出口管部２３も同様に、削り出し加工によって作成される。
【００３３】
次に、以上のように構成されたタービンハウジング１に設けられる支柱２１の加工方法および支柱２１の断面形状について説明する。
図３はタービン軸方向視における複数の支柱２１が周方向に配置されるとともに、その支柱２１の断面形状を示し、支柱２１はベアリングハウジング部１５と流路出口部１７とを有する略円筒形状のセンターコア部９（図２参照）を機械加工、例えば切削加工によって当該支柱２１となる部分を残してその間を切除することで加工して、切除した箇所に流路１９を形成する。
【００３４】
支柱２１形成の切削は、図４（Ａ）に示すように切削工具３０を、支柱２１の断面形状の上流側面３２に当てて上流側傾斜角度θ１の平面を形成し、また、下流側面３４に対しては下流側傾斜角度θ２の平面を形成する。一例として、上流側傾斜角度θ１としては約２０°、下流側傾斜角度θ２に対しては約７０°に設定されている。なお、上流側面３２および下流側面３４は機械加工の容易さから平面形状に加工される。
【００３５】
θ１が２０°未満であると支柱の断面形状が扁平になりすぎて、強度に必要な断面積を確保すると、支柱２１間に形成される流路１９の面積が狭められ、さらにθ１が７０°を超えるとて流れ方向に対する支柱２１の投影面積の減少を図ることができず、支柱２１によるガス流の損失低減およびウェイク（流動歪み）の発生の低減効果が得られなくなる。このため、２０°〜７０°の鋭角範囲に設定することが望ましい。なお、上流側傾斜角度θ１だけでなく、下流側傾斜角度θ２に対しても同様のことが言える。
【００３６】
図４（Ｂ）のように、内接円弧３６が残るように切削加工した場合には、内接円弧３６、外接円弧３７、上流側面３２、下流側面３４により全体として略四角形状の断面形状となり、図４（Ｃ）のように内接円弧３６が残らないように切削加工した場合には、外接円弧３７、上流側面３２、下流側面３４により全体として略３角形状の断面形状となる。このように加工することによって、略四角形状または３角形状の断面形状の上流側角部がθ１に、および下流側角部がθ２に形成して、上流側面３２および下流側面３４をガス流に沿うように傾斜された断面形状に形成される。
【００３７】
このように支柱２１の上流側面３２と下流側面３４とのそれぞれが平面からなり、全体として略四角形状、または略三角形状からなるため、円環状の連結部材に対して機械加工によって支柱２１となる部分を残してその間を機械加工の切削によって容易に切除することができ、支柱２１の加工および製作が容易となる。
【００３８】
また、上流側角部および下流側角部のそれぞれの角度はθ１、θ２の鋭角に形成して、上流側面３２および下流側面３４をガス流に沿うように傾斜されるので、スクロール部３を旋回しながら中心側に向かうガス流に対して、支柱２１の上流側面３２の投影面積および下流側面３４の投影面積の両方を、従来の長方形の断面形状に比べて減少でき、支柱２１によるガス流の損失低減およびウェイク（流動歪み）の発生を低減できる。
【００３９】
従って、タービン動翼との隙間を保持する剛性および強度を確保できる断面積を確保しつつ、前記のような断面形状とすることで、支柱によるガス流の圧力損失を低減でき、支柱後流の流動ひずみを改善して、タービン動翼の効率向上、信頼性向上を達成できる。
【００４０】
（第２実施形態）
次に、図７を参照しては、第１実施形態とは異なる断面形状の支柱４０について説明する。この第２実施形態は、図５（Ａ）に示すように、第１実施形態の上流側傾斜角度θ１の平面と、下流側傾斜角度θ２の平面との角度関係を逆にしたものである。すなわち、上流側傾斜角度θ１としては約７０°、下流側傾斜角度θ２に対しては約２０°に設定された傾斜平面とし、それぞれの面は切削工具を用いて加工される。
【００４１】
そして、図５（Ｂ）のように、外接円弧４２が残るように切削加工した場合には、内接円弧４３、外接円弧４４、上流側面４５、下流側面４６により全体として略四角形状の断面形状となり、図４（Ｃ）のように外接円弧４２が残らないように切削加工した場合には、内接円弧４３、上流側面４５、下流側面４６により全体として略３角形状の断面形状となる。このように加工することによって、略四角形状または３角形状の断面形状の上流側角部がθ１に、および下流側角部がθ２に形成して、上流側面４５および下流側面４６をガス流に沿うように傾斜された断面形状に形成される。
【００４２】
このように加工された支柱４０についても、前記第１実施形態と同様に、上流側角部および下流側角部のそれぞれの角度はθ１、θ２の鋭角に形成して、上流側面４５および下流側面４６をガス流に沿うように傾斜されるので、スクロール部３を旋回しながら中心側に向かうガス流に対して、支柱４０の上流側面４５の投影面積および下流側面４６の投影面積の両方を減少でき、これによって、支柱４０によるガス流の損失低減およびウェイク（流動歪み）の発生を低減できる。なお、第１実施形態と、流れ方向に対する投影面積は同一であるため、第１実施形態の支柱２１によるガス流の損失低減およびウェイク（流動歪み）発生の低減と同様の作用効果を有する。
【００４３】
（第３実施形態）
次に、図６、図７、図１０を参照して、第３実施形態について説明する。
第３実施形態は、前記支柱２１の本数の設定手法について、支柱２１の本数をタービン動翼５０の共振振動を回避するように設定することを説明する。
図６に示すように、周方向にピッチＰの等間隔で支柱２１が設けられ、ガスの流れは、スクロール部３の旋回流れからタービン動翼５０の中心側に向かう流れとなる。このとき、支柱２１の下流側ではウェーク（流動歪み）が生じるため、支柱２１の下流部分と、支柱２１間の部分とでは、タービン動翼５０の中心側へ入り込む流れに速度差、つまり圧力差が生じる。この圧力差によって周方向に圧力変動が生じて点線で示すような圧力波Ｆが生じ、励振力が発生する。そして、この励振力がタービン動翼５０側に及ぶと、前記励振力の振動数とタービン動翼５０の固有振動数とが共振を生じるおそれがある。このように支柱２１の本数に応じで生じる周方向圧力波による振動が、タービン動翼５０の固有振動数と共振することを以下ハーモニクス共振という。
【００４４】
そこで、図１０に示すような、タービン動翼の振動について解析してキャンベル線図に表わして評価した。この線図は、縦軸に振動数、横軸にタービン動翼の回転数、そしてハーモニクス次数Ｈを示す直線を表している。ハーモニクス次数Ｈは、支柱本数に応じて生じる圧力変動による励振動数と、タービン動翼５０の回転数との比であり、例えば、支柱本数が５本の場合には５Ｈ線で表される関係でタービン動翼５０の回転数とその時に発生する振動数との関係を示している。
タービン動翼５０の使用運転領域をＮｍａｘまでとして示し、タービン動翼５０の１次固有振動数および３次固有振動数のラインがそれぞれ設定されている。そして、５Ｈ線とタービン動翼５０の固有振動数（１次モード固有振動数、３次モード固有振動数）のラインとの交点が、その共振モードの共振点となる。
【００４５】
一般的に、低次モードの共振は大きな動的応力を生じるため、このような低次の共振を確実に回避するため、共振点を低回転側にずらす必要があり、そのために、１次の固有振動数においては、なるべく低い回転数での共振状態となるようにするために、６Ｈ線以上を選択することが適当である。
【００４６】
２次以上の高次の固有振動数はなるべく運転領域を外れるようにする必要があるため、加振試験結果を解析して表した図１０に示すキャンベル線図より、２次モード以上の固有振動数との交点が運転領域を外れるようにする必要がある。そのためにハーモニクス次数は１０Ｈ線以下とする必要があるが、２次モードについては、加振試験結果の解析より１次モードや３次モードに比べて共振時のタービン動翼５０には生じる応力が小さいため、３次モードの共振を回避すべくハーモニクス次数を１２Ｈ線以下に選択することか望ましい。
従って、１次の固有振動数においては、なるべく低い回転数での共振状態となるようにするために、６Ｈ線以上となり、さらに、３次の固有振動数が運転領域を外れるような１２Ｈ線以下とする。
従って、ハーモニクス次数Ｈは、６〜１２が望ましく、支柱２１の本数としては６〜１２本が好適である。例えば、支柱２１が８本の場合の配置例を図９に示す。図９のように、８本の支柱２１が等間隔に配置されハーモニクス共振によるタービン動翼５０の共振応力の増加が防止される。
【００４７】
また、支柱２１の内接円弧３６の径を、タービン動翼５０の外径の位置の１．１５以上として、支柱２１の後流側に生じるウェーク（流動歪み）の拡散距離を確保するとともに、支柱２１によって生じる周方向の圧力変動による圧力波Ｆが、タービン動翼５０側に入り込まないようにしてハーモニクス共振の発生をさらに防止している。
【００４８】
以上のように、第３実施形態では、周方向に配置される複数本の支柱２１による流入ガスの周方向の圧力変動によって生じる励振力が、タービン動翼５０の固有振動の１次モードとは運転領域の低回転側で共振するようにするので、タービン動翼５０の１次モード共振応力が過剰になることを防止して共振時の応力を低減できる。
さらに、タービン動翼５０の固有振動の３次モードとは運転領域外で共振するようにするので、運転領域内においてのタービン動翼５０の３次モードでの共振を回避でき、タービン動翼の信頼性を向上できる。
【００４９】
（第４実施形態）
次に、図８を参照して、第４実施形態について説明する。
この第４実施形態は、第３実施形態が支柱２１を等間隔に設置していたが、それを不等間隔のピッチで設置するものである。図８のようにいずれか１ピッチだけを他のものと不等にしてよく、Ｐ１〜Ｐ８の全てのピッチを不等間隔にしてもよい。
【００５０】
このように、支柱２１の間隔を不等ピッチで設置することで、特定周波数の励振力が増加することを防止でき、タービン動翼５０との共振による共振応力が過剰に増加する危険性が回避される。全てのピッチを不等間隔にすることで特定周期数の励振力の発生を確実且つ簡単に抑えることかができる。
【００５１】
（第５実施形態）
次に、図９を参照して、第５実施形態について説明する。
この第５実施形態は、図９の支柱２１のように、スクロール部３の巻き終わり部を構成する舌部５２の直下流に配置されるものである。
このように、例えば支柱２１の本数が８本の場合を例に説明すると、図７のように等間隔で動翼タービン５０の中心線Ｃ位置から左回りに支柱２１Ａ〜２１Ｈまで設置すると、支柱２１Ｈは、舌部５２より旋回方向上流側に位置されるため、舌部５２を出たガスは、ガス流Ｇ１のように流入する。そうすると、スクロール部３を流れてきた旋回流Ｓと、Ｇ１とは衝突するため、舌部５２直後に流れ込む流入流れと旋回流Ｓとの集合部分において流動ひずみを生じる。
【００５２】
しかし、本実施形態５のように舌部５２の直下流に支柱２１Ｈを位置させることで、舌部５２から流出したガスは、ガス流Ｇ２のように支柱２１Ｈによって、直ちに中心側への流れが妨げられて、特に、支柱２１Ｈの下流側面に沿って流れて、スクロール部３を流れてきた旋回流Ｓに沿うように流れることで、舌部５２直後に流れ込む流入流れと旋回流Ｓとの集合部分における流動ひずみが解消されてタービン動翼５０の効率低下を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明によれば、タービン動翼の回転軸を支持するベアリングが配設されるベアリングハウジング側の部材と、排ガス流路出口側の部材とをタービン動翼の外周側のガス流路を横切って連結して一体化する支柱において、流路抵抗を小さくして流入特性を改善するとともに、タービン動翼の共振を回避してタービン動翼の耐久性および信頼性を向上できるので、タービンハウジング構造に用いることに適する。
【符号の説明】
【００５４】
１      タービンハウジング
３      スクロール部
５      第１スクロール部（スクロール部材）
７      第２スクロール部（スクロール部材）
９      センターコア部
１５    ベアリングハウジング部
１７    流路出口部
１９    流路
２１、４０    支柱
２３    出口管部
３２、４５  上流側面
３４、４６  下流側面
３６、４３  内接円弧
３７、４４  外接円弧
５０    タービン動翼
５２    舌部
θ１  上流側傾斜角度
θ２  下流側傾斜角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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