(57)【要約】      （修正有）【課題】改善された製造しやすく信頼性が高い、ターボ過給機の半径流タービンのバースト保護デバイスを提供する。【解決手段】本発明は、タービンハウジング２０内に回転可能に配置されたタービンホイール２１を完全に包囲するタービンハウジング２０を備えた、ガスラジアルタービンエンジンのバースト保護デバイス１であって、周方向において中心軸Ａの周りに環状で構成され、断面方向では箱状であって、タービンホイール２１の範囲でタービンハウジング２０を把持し、周方向で並んで配置されたいくつかの壁区画１０、１１、１２を備え、軸方向で延在する少なくとも１つの軸方向壁区画１０と、径方向で延在する少なくとも１つの径方向壁区画１２と、が、間に位置する中間壁区画１１を介して間接的に相互接続され、軸方向の中間壁区画１１の少なくとも部分範囲が、軸方向壁区画１０および径方向壁区画１２の配向に対して傾斜および／または湾曲して延びる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンハウジング（２０）内に回転可能に配置されたタービンホイール（２１）を完全に包囲するタービンハウジング（２０）を備えた、ガスタービンエンジンのバースト保護デバイス（１）であって、前記バースト保護デバイス（１）が、周方向において中心軸（Ａ）の周りに環状で構成され、断面方向では箱状であって、前記タービンホイール（２１）の範囲で前記タービンハウジング（２０）を把持し、周方向で並んで配置されたいくつかの壁区画（１０、１１、１２）を備え、軸方向で延在する少なくとも１つの軸方向壁区画（１０）と、径方向で延在する少なくとも１つの径方向壁区画（１２）と、が、間に位置する中間壁区画（１１）を介して間接的に相互接続され、軸方向の前記中間壁区画（１１）の少なくとも部分範囲が、前記軸方向壁区画（１０）および前記径方向壁区画（１２）の配向に対して傾斜および／または湾曲して延びる、バースト保護デバイス。
【請求項２】
前記バースト保護デバイス（１）が、周方向で並んで配置されたいくつかの壁区画（１０、１１、１２）から一体的に構成されることを特徴とする、請求項１に記載のバースト保護デバイス（１）。
【請求項３】
前記バースト保護デバイス（１）が、径方向で延在する２つの径方向壁区画（１２）を有し、前記２つの径方向壁区画の間に前記軸方向壁区画（１０）が配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載のバースト保護デバイス（１）。
【請求項４】
径方向で延在する前記２つの径方向壁区画（１２）が、前記軸方向壁区画（１０）とそれぞれ接続され、前記中間壁区画（１１）が、前記軸方向壁区画（１０）の軸方向延長線に対して角度αで、前記軸方向壁区画（１０）に対して傾斜および／または湾曲して延びることを特徴とする、請求項３に記載のバースト保護デバイス（１）。
【請求項５】
前記バースト保護デバイス（１）が、１つまたは複数のシート金属部品から一体的に構成されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のバースト保護デバイス（１）。
【請求項６】
前記中間壁区画（１１）が、１つの方向で平らに延びる壁区画として設計され、３０°から６０°の正または負の角度αで、軸方向に対して配向されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のバースト保護デバイス（１）。
【請求項７】
タービンハウジング（２０）内に回転可能に配置されたタービンホイール（２１）を完全に包囲するタービンハウジング（２０）と、前記タービンハウジングの周りに配置される、請求項１から６のいずれか一項に記載のバースト保護デバイス（１）と、を備えた、ガスタービンエンジン。
【請求項８】
前記タービンハウジング（２０）が、一方の側に排気ガス供給器を有する螺旋ガス誘導チャネル（２２）を形成し、前記バースト保護デバイス（１）が、前記螺旋ガス誘導チャネル（２２）を少なくとも部分的に覆うことを特徴とする、請求項７に記載のガスタービンエンジン。
【請求項９】
前記バースト保護デバイス（１）の前記軸方向壁区画（１０）が、前記螺旋ガス誘導チャネル（２２）の中央部分区画（２２ｍ）の上を軸方向で延在し、前記軸方向壁区画（１０）によって被覆されていない部分区画が、傾斜した配向を有する前記中間壁区画（１１）によって少なくとも部分的に被覆されることを特徴とする、請求項８に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１０】
第１の径方向壁区画（１２）が、前記螺旋ガス誘導チャネル（２２）の前側壁区画（２２ｖ）の前方に配置され、第２の径方向壁区画（１２）が前記螺旋ガス誘導チャネル（２２）の後側壁区画（２２ｈ）の後方に配置され、前記前側および後側径方向壁区画（１２）が、傾斜または湾曲した中間壁区画（１１）によって前記軸方向壁区画（１０）と接続されることを特徴とする、請求項８または９に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１１】
請求項７から１０のいずれか一項に記載のガスタービンエンジンを備えた、内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンハウジング内に回転可能に配置されたタービンホイールを完全に包囲するタービンハウジングを有する、請求項１のプリアンブルによるガスタービンエンジンのバースト保護デバイスに関する。本発明はまた、かかるガスタービンエンジンを有する内燃機関、およびかかるバースト保護デバイスを有するガスタービンエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
排気ガスターボ過給機（ＡＴＬ）または口語的にターボとも呼ばれるターボ過給機は、燃焼機関の任意のアセンブリであり、性能または効率を増大させるのに役立つ。
【０００３】
排気ガスターボ過給機は、共通のシャフトによって互いに接続された、圧縮機およびタービンから成る。燃焼機関の排気ガスによって駆動されて、タービンは駆動エネルギーを圧縮機に送達する。ほとんどの場合、遠心圧縮機および半径流タービンがターボ過給機に使用される。
【０００４】
基本原理は、エンジン排気ガスからのエネルギーの一部を使用して、吸気システム内の圧力を増大させ、それによって、ターボ過給されないエンジンを用いた場合よりも多くの外気をシリンダ内へと運ぶことを伴い、それが効率の増大に結び付く。結果として、ターボ過給機は、排気ガスの圧力（蓄電）および運動エネルギー（パルス充電）を使用することができる。追加の中間冷却器を使用して、シリンダ内において同じ温度でより高い作動圧力を達成することができる。概念的に、圧縮機およびタービンは、排気ガスをタービンにガイドしかつエンジンの吸気を圧縮機に搬送するのに役立つ、空気を誘導する螺旋部を有する。
【０００５】
ターボ過給内燃機関の排気ガスターボ過給機など、現在知られている高性能タービンエンジンは、ターボ過給機の回転部品が技術的に故障した場合に、それらの環境に対する高いリスクを生じる。特に、人がタービンエンジンの直ぐ近傍にいることがある状況での動作中、故障した場合に、即ちバーストした場合に、全ての部品を確実に完全に回収することができ、いかなる人にも怪我を負わせないことが担保されなければならない。
【０００６】
破片がターボ過給機の外壁を貫通するのを防ぐため、またしたがっていかなる人も危険に晒したり、隣接した機械部品を損傷することがないように、ターボ過給機は従来、タービンランナーの径方向外側の範囲において、タービンハウジングの比較的厚い壁を備えていた。しかしながら、これらの解決策は、一連の不利な点と関連付けられ、例えば、顕著な重量の追加、およびかかるタービンハウジングの鍛造性が低いことによる空隙形成の恐れがある。それに加えて、このように厚くしたハウジングは異なるように加熱されるので、熱クラックをもたらす場合がある。
【０００７】
特許文献１によって、高速で回転する機械のバーストする部品の運動エネルギーを低減するデバイスが知られている。このデバイスは、軸流タービンの内部に配置され、いくつかの相互接続された保護リングから成り、これら保護リングの間には、延性材料で作られたそれぞれのクランプルゾーンが形成される。しかしながら、半径流タービンは、その径方向ガス入口のため、バースト保護デバイスをタービンの径方向区域に置くことができないので、このタイプの解決策は半径流タービンには適していない。
【０００８】
特許文献２によって、断熱材料が鉄のプレートに導入され、タービンハウジングから離間して、タービンハウジングの螺旋部に締結される、多層のバーストプロテクタが知られている。しかしながら、ここに記載されるバーストプロテクタの不利な点は、このバーストプロテクタがハウジングの螺旋部における角度１２０°の領域のみを覆い、したがって部分的に開いた設計を有するという事実である。
【０００９】
特許文献３によって、ターボ過給機の半径流タービンのガス入口ハウジングの外部に提供され、螺旋状のシート金属ケーシングとして設計され、いくつかのねじによってガス入口ハウジングと分離可能に接続される、別のバーストプロテクタが知られている。
【００１０】
また、湾曲した金属シートがバーストプロテクタとして螺旋部の周りに配置され、構造的に単純な設計で製造コストを低減するが、強度および剛性が制限され、また動作中に生じる固有周波数にどのように応答するかに関して挙動が望ましくない、解決策が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】独国特許出願公開第４２  ２３  ４９６号明細書
【特許文献２】米国特許第４８７５８３７号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１９６  ４０  ６５４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、本発明の目的は、上述の不利な点を回避し、改善された製造しやすく信頼性が高い、ターボ過給機の半径流タービンのバースト保護デバイスを提供し、それによってターボ過給機の安全性を更に改善し、動作中に生じる固有周波数による不利な影響を少なくすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的は、請求項１による特徴の組み合わせによって達成される。
【００１４】
本発明の１つの基本概念は、タービンの螺旋部の周りに形成され、径方向で周辺を囲む形で延びるいくつかの区画で構成される特異的に形成された構造を有するようにして、バースト保護デバイスを構成することと、軸方向で延在する少なくとも１つの軸方向区画と径方向で延在する少なくとも１つの径方向区画とを、それらの間に位置する、軸方向区画および径方向区画の配向に対してそれぞれ傾斜および／または湾曲した、好ましくは少なくとも１つの部分範囲で延びる、傾斜中間区画を介して相互接続することと、を伴う。
【００１５】
このため、本発明は、タービンハウジング内に回転可能に配置されたタービンホイールを完全に包囲するタービンハウジングを備えた、ガスタービンエンジンの、特にガスラジアルタービンエンジンのバースト保護デバイスを提供し、バースト保護デバイスは、周方向において中心軸の周りに環状で構成され、断面方向では箱状であって、タービンホイールの範囲でタービンハウジングを把持し、バースト保護デバイスは、周方向で並んで配置されたいくつかの壁区画を更に備え、軸方向で延在する少なくとも１つの軸方向壁区画と、径方向で延在する少なくとも１つの径方向壁区画と、は、それらの間に位置する中間壁区画を介して間接的に相互接続され、軸方向の中間壁区画の少なくとも部分範囲は、軸方向壁区画および径方向壁区画の配向に対して傾斜および／または湾曲して延びる。
【００１６】
バースト保護デバイスが、周方向で並んで配置されたいくつかの壁区画から更に一体的に構成されることが有利である。
【００１７】
２つの径方向壁区画が、径方向で延在し、それらの間に位置するそれぞれの中間壁区画を介して軸方向壁区画と間接的に接続されることが、特に有利である。結果として、バースト保護デバイスは、好ましくは、径方向で延在する２つの径方向壁区画を有し、２つの径方向壁区画の間に軸方向壁区画が配置される。バースト保護デバイスを通してみた断面では（周方向を横断する断面を前提とする）、これにより、中心がタービンホイールに適応するタービンの螺旋の排気ガス誘導チャネルを受け入れる、内側に開いた箱形状が得られる。
【００１８】
本発明の好ましい一実施形態では、径方向で延在する２つの径方向壁区画は、それぞれ軸方向壁区画に対して約９０°の角度で配向され、中間壁区画は、軸方向壁区画の軸方向延長線に対して角度αで、軸方向壁区画に対して傾斜および／または湾曲して延びる。
【００１９】
更に、バースト保護デバイスは、高い誘電強度を有する、１つまたは複数のシート金属部品から一体的に構成されることが有利である。
【００２０】
本発明の別の有利な実施形態では、中間壁区画は、本質的に１つの方向で平らに延びる壁区画として設計され、３０°〜６０°、好ましくは４０°〜５０°、特に好ましくは４５°の正または負の角度αで、軸方向に対して配向される。いずれの場合も、（部分的には、従来技術によって知られているような）９０°程度の角度は望ましくない。なぜならば、この形状は、バースト保護デバイスの様々な性質、例えば強度、振動挙動、剛性などに好ましくないことが証明されているからである。
【００２１】
本発明の別の態様は、タービンハウジング内に回転可能に配置されたタービンホイールを有するタービンハウジングと、タービンハウジングの周りに配置される上述したような種類のバースト保護デバイスと、を備えた、ガスタービンエンジン、特にガスラジアルタービンエンジンに関する。
【００２２】
本発明の好ましい一実施形態では、タービンハウジングは、一方の側に排気ガス供給器を有する螺旋ガス誘導チャネルを形成し、バースト保護デバイスは、ガス誘導チャネルを少なくとも部分的に覆う。
【００２３】
別の有利な実施形態では、バースト保護デバイスの軸方向壁区画は、螺旋ガス誘導チャネルの中央部分区画の上を軸方向で延在し、軸方向壁区画によって被覆されていない前側および後側部分区画は、傾斜した配向を有する中間壁区画によって少なくとも部分的に被覆される。結果として、バースト保護デバイスを、ガス誘導チャネルの、したがってタービンハウジングの表面形状に沿って、少し距離を空けてガイドすることができ、バーストが起こった場合のバーストスプリッタの運動エネルギーを低減するという好ましい効果を有する。
【００２４】
有利には、本発明の第１の径方向壁区画はガス誘導チャネルの前側壁区画の前方に配置され、第２の径方向壁区画はガス誘導チャネルの後側壁区画の後方に配置され、前側および後側径方向壁区画はそれぞれ、傾斜または湾曲した中間壁区画によって軸方向壁区画と接続される。
【００２５】
本発明の別の態様は、上述したようなガスタービンエンジンを備えた内燃機関に関する。
【００２６】
本発明の他の有利な更なる発展例は、従属請求項において特徴付けられるか、または図面に基づいた本発明の好ましい実施形態の説明と併せて、更に詳細に示される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明によるバーストデバイスの第１の例示的な実施形態を示す図である。
【図２】本発明によるバーストデバイスの代替の例示的な実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明について、図１および図２を参照して更に詳細に説明する。図面中、同じ参照番号は同じ構造的および／または機能的特徴を示す。
【００２９】
図１および図２は、ターボ過給機（部分図で示される）の周りに装着された、組立て状態のバースト保護デバイス１におけるそれぞれの代替構成の２つの例示的な実施形態の断面図を示している。
【００３０】
タービンハウジング２０内に回転可能に配置されかつ締結手段２４によってターボ過給機軸２３に締結されたタービンホイール２１を備える、ガスタービンエンジンのそれぞれのタービンハウジング２０が示される。タービンハウジング２０は、一方の側に排気ガス供給器（それ以上詳細には図示されない）を有する、排気ガスの流れを誘導する螺旋ガス誘導チャネル２２を包含する。
【００３１】
２つの実施形態は更に、ガス誘導チャネル２２の範囲で螺旋タービンハウジングの周りに少なくとも部分的に係合する、バースト保護デバイス１を示している。
【００３２】
バースト保護デバイス１は、ここでは、周方向で環状、また断面方向で箱状で、ターボ過給機軸２３を通る中心軸Ａの周りに延びるように形作られ、それによってタービンホイール２１の上述の範囲でタービンハウジング２０を把持する。
【００３３】
図１および図２両方の実施形態において、それぞれのバースト保護デバイス１は、周方向で並んで配置された、いくつかの壁区画１０、１１、１２で構成された誘電シート金属から一体的に形成され、軸方向で（即ち、ターボ過給機軸２３の方向で）延在する、バースト保護デバイス１のそれぞれの軸方向壁区画１０は、カバーのようにタービンハウジング２０の周りで延びる。それぞれの壁区画１０、１１、１２は平らに延びる壁区画として設計される。しかしながら、中間壁区画１１は、薄い湾曲したラインで図１に例示的に示されるように、湾曲した区画１１’のように延びることもできる。
【００３４】
図１による上側の例示的な実施形態では、径方向に（即ち、軸方向を横断して）更に延在する径方向壁区画１２は、傾斜した中間壁区画１１によって軸方向壁区画１０と間接的に接続される。
【００３５】
図２による下側の例示的な実施形態では、径方向で延在する２つの径方向壁区画１２はそれぞれ、傾斜した中間壁区画１１によって軸方向壁区画１０と間接的に接続される。
【００３６】
中間壁区画１１は、軸方向壁区画１０の軸方向延長線と比較して約５５°の角度αで、軸方向壁区画１０に対して傾斜される。左または右の角度αを有する図２に示されるように、右の角度は、あるいは、３０°〜６０°、好ましくは４０°〜５０°、特に好ましくは４５°の正または負の角度αでそれぞれ配向することもできる。角度は、バースト保護デバイス１が、そのタービンハウジング２０の外形に沿ってどのように調節されるかに応じて、同じであるかまたは異なることができる。上述したように、中間壁区画１１の形状は、特定の調節を行うために、直線および湾曲形状の組み合わせであることもできる。
【００３７】
図２による実施形態では、バースト保護デバイス１の軸方向壁区画１０は、螺旋ガス誘導チャネル２２の中央部分区画２２ｍの上を軸方向で延び、軸方向壁区画１０によって被覆されていない部分区画は、傾斜した配向を有する中間壁区画１１によって少なくとも部分的に被覆される。第１の（左側）径方向壁区画１２は、ガス誘導チャネル２２の前側壁区画２２ｖの前方に配置され、第２の（右側）径方向壁区画１２は、ガス誘導チャネル２２の後側壁区画２２ｈの後方に配置され、前側および後側径方向壁区画１２はそれぞれ、上述した傾斜した中間壁区画１１を介して、軸方向壁区画１０と接続される。
【００３８】
本発明は、その実現において、上述した好ましい例示的な実施形態に限定されない。それよりもむしろ、本質的に異なる実施形態においても記載した解決策を利用する、複数の変形例が想起できる。
【符号の説明】
【００３９】
１  バースト保護デバイス
１０  軸方向壁区画
１１、１１’  中間壁区画
１２  径方向壁区画
２０  タービンハウジング
２１  タービンホイール
２２  ガス誘導チャネル
２２ｈ  後側壁区画
２２ｍ  中央部分壁区画
２２ｖ  前側壁区画
２３  軸
２４  締結手段
Ａ  中心軸
α  角度
【図１】
2019124222.tif 000003
【図２】
2019124222.tif 000004
【外国語明細書】
2019124222000001.pdf