(57)【要約】      （修正有）【課題】新しいタイプの軸流式タービンを有している排ガスターボ過給機を提供する。【解決手段】軸流式タービン１０の芯出しリング２３とカバーリング２０との間におけるトラクションがカバーリング２０とタービンハウジング１３との間におけるトラクションより大きい状態において、芯出しリング２３がカバーリング２０に取り外し可能に接続されており、芯出しリング２３が、少なくとも部分的にタービンハウジング１３の溝２５の内部に突出しており、軸流式タービンの冷間状態において、芯出しリング２３が、芯出しリング２３のラジアル方向内面２６を溝２５のラジアル方向内面２７に接触させることによって芯出しされ、軸流式タービンの温間状態において、芯出しリング２３が、芯出しリング２３のラジアル方向外面２８を溝２５のラジアル方向外面２９に接触させることによって芯出しされる。【選択図】図１
2017219046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ側に設けられているタービン羽根車（１１）であって、可動ブレード（１２）を備えている前記タービン羽根車（１１）と、
ステータ側に設けられているタービンハウジング（１３）と、
前記タービンハウジング（１３）に取り外し可能に固定されているカバーリング（２０）であって、ラジアル方向外側において前記可動ブレード（１２）に追従しており、前記可動ブレード（１２）と共にラジアル方向間隙（２２）を形成している前記カバーリング（２０）と、
を備えている軸流式タービン（１０）において、
芯出しリング（２３）が、前記芯出しリング（２３）と前記カバーリング（２０）との間におけるトラクションが前記カバーリング（２０）と前記タービンハウジング（１３）との間におけるトラクションより大きい状態において、前記カバーリング（２０）に取り外す可能に接続されており、
前記芯出しリング（２３）が、少なくとも部分的に前記タービンハウジング（１３）の溝（２４）の内部に突出しており、
前記軸流式タービンの冷間状態において、前記芯出しリング（２３）が、芯出しリング（２３）のラジアル方向内面を前記溝（２４）のラジアル方向内面に接触させることによって芯出しされ、
前記軸流式タービンの温間状態において、前記芯出しリング（２３）が、前記芯出しリング（２３）のラジアル方向外面を前記溝（２４）のラジアル方向外面に接触させることによって芯出しされることを特徴とする軸流式タービン。
【請求項２】
前記タービンハウジング（１３）が、前記可動ブレード（１２）を基準として流入側に、ハウジングセクション（１４）及び流入側にノズルリング（１５）を備えており、前記可動ブレード（１２）を基準として流出側にハウジングセクション（１６）を備えており、
前記カバーリング（２０）が、流出側において前記ハウジングセクション（１６）に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の軸流式タービン。
【請求項３】
前記カバーリング（２０）と前記芯出しリング（２３）とが、第１の固定ネジ（２４）を介して、互いに対して取り外し可能に固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の軸流式タービン。
【請求項４】
前記カバーリング（２０）と前記タービンハウジング（１３）とが、第２の固定ネジ（２１）を介して、互いに対して取り外し可能に固定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の軸流式タービン。
【請求項５】
ノズルリング（１５）が、前記カバーリング（２０）を前記タービンハウジングに固定していることを特徴とする請求項２又は４に記載の軸流式タービン。
【請求項６】
第２の固定ネジ（２１）の締付力と前記ノズルリング（１５）の固定力との合計が、前記カバーリング（２０）と前記タービンハウジング（１３）との間におけるトラクションとされることを特徴とする請求項５に記載の軸流式タービン。
【請求項７】
前記芯出しリング（２３）と前記カバーリング（２０）との間におけるトラクションと、前記カバーリング（２０）と前記タービンハウジング（１３）との間におけるトラクションとの比が、第１の固定ネジ（２４）及び第２の固定ネジ（２１）の数量及び／又は大きさ及び／又は締付トルクによって決定されることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の軸流式タービン。
【請求項８】
前記第１の固定ネジ（２４）の数量が、前記第２の固定ネジ（２１）の数量より多いことを特徴とする請求項７に記載の軸流式タービン。
【請求項９】
前記第１の固定ネジ（２４）の締付トルクが、前記第２の固定ネジ（２１）の締付トルクより大きいことを特徴とする請求項７又は８に記載の軸流式タービン。
【請求項１０】
前記第１の固定ネジ（２４）の直径が、前記第２の固定ネジ（２１）の直径より大きいことを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の軸流式タービン。
【請求項１１】
前記芯出しリング（２３）と前記カバーリング（２０）との間におけるトラクションと、前記カバーリング（２０）と前記タービンハウジング（１３）との間におけるトラクションとの比が、前記芯出しリング（２３）と前記カバーリング（２０）との間における摩擦面の粗さと、前記カバーリング（２０）と前記タービンハウジング（１３）との間における摩擦面との粗さによって決定されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の軸流式タービン。
【請求項１２】
圧縮機と請求項１〜１１のいずれか一項に記載の軸流式タービンとを備えていることを特徴とする排ガスターボ過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸流式タービンに関する。さらに、本発明は、当該軸流式タービンを有している排ガスターボ過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として知られている軸流式タービンは、可動ブレードを具備するタービン羽根車をロータ側に備えており、ステータ側にタービンハウジングを備えている。さらに、カバーリングがラジアル方向外側において可動ブレードに追従していると共に可動ブレードと共にラジアル方向間隙を形成している状態で、固定ネジを介してカバーリングをタービンハウジングに取り外し可能に固定することが、従来技術として既に知られている。
【０００３】
特許文献１は、タービンハウジングを具備する排ガスターボ過給機であって、タービン羽根車が可動ブレードと当該可動ブレードに固定されているカバーリングとを備えている当該排ガスターボ過給機を開示している。
【０００４】
動作中にタービンハウジング及びカバーリングが不均一に加熱されるので、その結果として、可動ブレードとカバーリングとの間に形成されたラジアル方向間隙が変化する。このように可動ブレードとカバーリングとの間に形成されたラジアル方向間隙が変化することによって、タービン羽根車の可動ブレードがカバーリングを擦るようになる。このことは欠点である。
【０００５】
従って、このような場合に可動ブレードとカバーリングとの間に形成されたラジアル方向間隙が動作中にほとんど変化しない軸流式タービンに対するニーズが存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００９０４５１６７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これを起点として、本発明は、新しいタイプの軸流式タービンと当該軸流式タービンを具備する排ガスターボ過給機との創作という目的に基づいている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
当該目的は、請求項１における軸流式タービンによって解決される。本発明における軸流式タービンは、カバーリングのための芯出しリングを備えており、芯出しリングが、芯出しリングとカバーリングとの間におけるトラクションがカバーリングとタービンハウジングとの間におけるトラクションより大きい状態において、カバーリングに取り外す可能に接続されている。芯出しリングが、少なくとも部分的にタービンハウジングの溝の内部に突出しており、軸流式タービンの冷間状態において、芯出しリングが、芯出しリングのラジアル方向内面を溝のラジアル方向内面に接触させることによって芯出しされ、軸流式タービンの温間状態において、芯出しリングが、芯出しリングのラジアル方向外面を溝のラジアル方向外面に接触させることによって芯出しされる。
【０００９】
本発明における軸流式タービンは、芯出しリングを備えており、芯出しリングとカバーリングとはそれぞれ、カバーリングとタービンハウジングと同様に、互いに対して取り外し可能に固定されている。芯出しリングとカバーリングとの間におけるトラクションと、カバーリングとタービンハウジングとの間におけるトラクションとの比を適切に選定することによって、動作中における軸流式タービンの加熱及び冷却の際に、 温度に起因してカバーリングがタービンハウジングに滑動するが、カバーリングと芯出しリングとの間における相対運動は発生しない。タービンハウジングの溝のラジアル方向内面及びラジアル方向外面は、芯出しリングによって少なくとも部分的に突入されているが、カバーリングとタービンハウジングとの間における温度に起因する相対運動を制限し、ひいては可動ブレードとカバーリングとの間におけるラジアル方向間隙の変化を制限する。従って、タービンロータの可動ブレードがカバーリングを擦る危険が低減される。
【００１０】
優位なさらなる発展形態では、カバーリングと芯出しリングとが、第１の固定ネジを介して、互いに対して取り外し可能に固定されており、カバーリングとタービンハウジングとが、第２の固定ネジを介して、互いに対して取り外し可能に固定されている。優位には、芯出しリングとカバーリングとの間におけるトラクションと、カバーリングとタービンハウジングとの間におけるトラクションとの比が、第１の固定ネジ及び第２の固定ネジの数量及び／又は大きさ及び／又は締付トルクによって決定される。これにより、芯出しリングとカバーリングとの間におけるトラクションと、カバーリングとタービンリングとの間におけるトラクションとの比は、カバーリングとタービンハウジングとの間における温度に起因する相対運動を可能とするが、カバーリングと芯出しリングとの間における対応する相対運動を防止するように、特に容易に且つ有効に調整可能とされる。
【００１１】
優位なさらなる発展形態では、芯出しリングとカバーリングとの間におけるトラクションと、カバーリングとタービンハウジングとの間におけるトラクションとの比が、芯出しリングとカバーリングとの間における摩擦面の粗さと、カバーリングとタービンハウジングとの間における摩擦面との粗さによってさらに決定可能とされる。これにより、タービンリングとカバーリングとの間におけるトラクションと、カバーリングとタービンハウジングとの間におけるトラクションとの比も、容易に且つ有効に調整可能とされる。
【００１２】
優位なさらなる発展形態では、タービンハウジングが、可動ブレードを基準として流入側に、ハウジングセクション及び流入側にノズルリングを備えており、可動ブレードを基準として流出側にハウジングセクションを備えており、カバーリングが、流出側においてハウジングセクションに固定されており、ノズルリングが、カバーリングをタービンハウジングに固定している。特にノズルリングがカバーリングをタービンハウジングに固定し、これによりカバーリングとタービンハウジングとの間におけるトラクションの一部が付与された場合に、カバーリングとタービンハウジングとの間に設けられる第２の固定ネジの数量を減らすことができる。
【００１３】
見解として、トラクションは、ノズルリングによって完全に解消可能とされる。当該見解では、固定ネジは、底部又はカラーに螺入されるようになっており、ネジ頭とカバーリングのサポートとの間にはガン系が形成される。従って、固定ネジは“自由”とされる。拡張スリーブを具備する例示した手段をさらに必要とすることはない。固定ネジは、カバーリングが芯出しリングと共に組立／分解の際に落下しないように保護する組立体として、及び回転防止装置として機能するにすぎない。
【００１４】
排ガスガスターボ過給機が、請求項１２に規定されている。
【００１５】
本発明の好ましいさらなる発展形態は、従属請求項及び発明の詳細な説明から得られる。本発明の典型的な実施例については、添付図面を用いて以下に詳述するが、本発明は、添付図面に表わす実施例に限定される訳ではない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明における軸流式タービンについての第１のアキシアル方向断面図である。
【図２】本発明における軸流式タービンについての第２のアキシアル方向断面図である。
【図３】本発明における軸流式タービンについての第３のアキシアル方向断面図である。
【図４】アキシアル方向に見た、本発明における軸流式タービンの詳細図である。
【図５】図４における断面Ｖ−Ｖの断面図である。
【図６】図４における断面ＶＩ−ＶＩの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、軸流式タービン、特に排ガスターボ過給機のための軸流式タービンに関する。図１〜図３は、周方向において互いに対してオフセットされている軸流式タービン１０の、３つの異なるアキシアル方向断面であって、軸流式タービン１０の、可動ブレード１２を具備するタービンロータ１１を表わす。さらに、図１〜図３は、タービンハウジング１３を表わす。図１〜図３には、タービンハウジング１３の複数のセクションが、具体的には、可動ブレード１２に対する流入側に配設されたハウジングセクション１４と、同様に流入側に配設されたノズルリング１５と、流出側に配設されたハウジングセクション１６とに関して表わされている。図１〜図３に表わす典型的な実施例では、流入側に設けられたノズルリング１５が、クランプリング１７及び固定ネジ１８を介して、流入側に設けられたハウジングセクション１４に取り付けられており、回り止め装置１９が、流入側に設けられたノズルリング１５と流入側に設けられたハウジングセクション１４との間における相対的な回転を防止している。
【００１８】
さらに、図１は、ステータ側に設けられたカバーリング２０を表わす。具体的には、図１〜図３では、カバーリング２０は、図３に表わす固定ネジ２１を介して、タービンハウジング１３に、流出側に設けられたタービンハウジング１３のハウジングセクション１６に固定されている。固定ネジ２１は、カバーリング２０をタービンハウジング１３のハウジングセクション１６に取り外し可能に固定するように機能する。
【００１９】
カバーリング２０は、ラジアル方向外側において、タービンロータ１１の可動ブレード１２に隣り合って位置決めされており、タービンロータ１１の可動ブレード１２と共に、ラジアル方向間隙２２の境界を形成している。
【００２０】
本発明における軸流式タービン１０は、カバーリング２０のための芯出しリング２３を備えており、芯出しリング２３は、図２に表わす固定ネジ２４を介して、カバーリング２０に取り外し可能に取り付けられている。当該実施例では、芯出しリング２３とカバーリング２０との間におけるトラクションは、カバーリング２０とタービンハウジング１３との間におけるトラクションより大きいので、カバーリング２０とタービンハウジング１３との間における温度に起因する相対運動が可能となるが、芯出しリング２３とカバーリング２０との間における対応する温度に起因する相対運動は防止される。
【００２１】
カバーリング２０に接続されている芯出しリング２３は、タービンハウジング１３の溝２５に、より具体的には、タービンハウジング１３のタービンセクション１６の溝２５に突出している。軸流式タービン１０が冷間状態とされる場合に、芯出しリング２３が、ラジアル方向内側面２６と溝２５のラジアル方向内側面２７とが接触することによって芯出しされる一方、軸流式タービン１０が温間状態とされる場合には、芯出しリング２３が、ラジアル方向外側面２８が溝２５のラジアル方向外側面２９と接触することによって芯出しされる。軸流式タービンの冷間状態は、軸流式タービンが冷却されている状態を意味する一方、軸流式タービン１０の温間状態は、軸流式タービン１０が運転中に加熱されている状態を意味する。
【００２２】
従って、カバーリング２０に固定されている芯出しリング２３の対応するラジアル方向内側面２６及びラジアル方向外側面２８が、タービンハウジング１３の溝２５の対応するラジアル方向内側面２７及びラジアル方向外側面２９と相互作用することによって、タービンハウジング１３のタービンセクション１６の溝２５のラジアル方向内側面２７，２９は、タービンハウジング１３に対するカバーリング２０の相対運動を制限する。
【００２３】
上述のように、カバーリング２０と芯出しリング２３とは、固定ネジ２４を介して、互いに対して固定されている（図２参照）。以下において、固定ネジ２４は、第１の固定ネジと呼称される。第１の固定ネジ２４は、カバーリング２０の対応する通路穴３０を貫通して延在しており、芯出しリング２３のネジ付ボア３１に係合している。
【００２４】
カバーリング２０は、固定ネジ２１を介して、タービンハウジング１３のハウジングセクション１６に固定されている（図３参照）。以下において、固定ネジ２１は、第２の固定ネジと呼称される。第２の固定ネジ２１は、カバーリング２０の通路穴３２，３３を貫通して延在しており、タービンハウジング１３のネジ付ボア３４に螺入している。
【００２５】
上述のように、カバーリング２０と芯出しリング２３との間におけるトラクションは、カバーリング２０とタービンハウジング１３との間におけるトラクションより大きい。
【００２６】
カバーリング２０と芯出しリング２３との間におけるトラクションと、カバーリング２０とタービンハウジング１３との間におけるトラクションとの比は、特に固定ネジ２１，２４の数量及び／又は大きさ及び／又は締付トルクによって決定される。
【００２７】
図４に表わす典型的な実施例では、カバーリング２０及び芯出しリング２３を固定するように機能する第１の固定ネジの数量が、カバーリング２０をタービンハウジング１３のハウジングセクション１６に固定するように機能する第２の固定ネジの数量の２倍である。図４では、固定ネジ２１，２４の直径は同一であるが、第１の固定ネジ２４の直径を第２の固定ネジ２１の直径より大きくしても良い。
【００２８】
第２の固定ネジ２１がタービンハウジング１３の内部に延在しているので、第２の固定ネジ２１の長さは第１の固定ネジ２４の長さより大きい。
【００２９】
さらに、第１の固定ネジ２４の締付トルクは、優位には、第２の固定ネジ２１の締付トルクより大きく、好ましくは第２の固定ネジ２１の締付トルクの少なくとも１．３倍とされ、特に好ましくは第２の固定ネジ２１の締付トルクの少なくとも１．５倍とされ、最も好ましくは第２の固定ネジ２１の締付トルクの少なくとも１．８倍とされる。
【００３０】
上述のように、第２の固定ネジ２１は、カバーリング２０をタービンハウジング１３に固定するように機能する。軸流式タービン１０の運転の際に、カバーリング２０とタービンハウジング１３との間における温度に起因する相対運動が可能となるので、運転中に、曲げ力（bending-through）が第２の固定ネジ２１に作用する。これらが、対応する曲げ力を確実に吸収することができるように、第２の固定ネジ２１は、適切な長さを有しており、図示の典型的な実施例では、第２の固定ネジ２１が、拡張スリーブ３５を介して、自身をカバーリング２０に支持している。しかしながら、これら拡張スリーブ３５は最適なアセンブリである。第２の固定ネジ２１の対応する長さを受容することができるように、タービンハウジング１３のネジ付ボア３４も対応して長く構成されている。
【００３１】
また、芯出しリング２３とカバーリング２０との間におけるトラクションと、カバーリング２０とタービンハウジング１３との間におけるトラクションとの比は、カバーリング２３とカバーリング２０との間における摩擦面及びカバーリング２０とタービンハウジング１３との間における摩擦面の粗さを介して、調整可能とされる。当該実施例では、優位には、カバーリング２０と芯出しリング２３との間における摩擦面は、カバーリング２０とタービンハウジング１３との間における摩擦面より大きい粗さを有するように選定される。
【００３２】
図１〜図３に表わす典型的な実施例では、アキシアル方向間隙３６はノズルリング１５とカバーリング２０との間に形成されている。この場合には、カバーリング２０とタービンハウジング１３との間におけるトラクションは、専ら第２の固定ネジ２１を介して調整される。これとは対照的に、ノズルリング１５がカバーリング２０をタービンハウジング１３に固定するが、アキシアル方向間隙３６がカバーリング２０とノズルリング１５との間に形成されていない場合もある。この場合には、カバーリング２０とタービンハウジング１３との間におけるトラクションの一部は、ノズルリング１５がカバーリング２０に作用させる固定力によって発生するので、第２の固定ネジ２１の数量を低減させることができる。この場合には、カバーリング２０とタービンハウジング１３との間におけるトラクションは、ノズルリング１５の固定力及び第２の固定ネジ２１の締付力（screw force）によって決定されるが、カバーリング２０と芯出しリング２３との間におけるトラクションより小さい。
【００３３】
本発明では、カバーリング２０とタービンハウジング１３との間における温度に起因する相対運動が制限される。カバーリング２０は、芯出しリング２３を介してタービンハウジング１３の中心に配置されている。従って、可動ブレード１２とカバーリング２０との間におけるラジアル方向間隙２２は、関連するアセンブリ同士の熱膨張が相違する場合であっても、運転中に、より正確に調整可能とされる。従来技術と比較して、カバーリング２０を擦っている可動ブレード１２を減らすことができるか、又は完全になくすことができる。
【００３４】
本発明における軸流式タービンは、優位には、圧縮機及び軸流式タービンを備えている排ガスターボ過給機の一部分とされる。
【００３５】
様々なハウジングとロータ部品との許容寸法誤差、配向誤差、位置合わせ誤差のために、組立の際に、タービンブレードとカバーリングとの間には、不均一な間隙が発生する場合がある。
【００３６】
このような不均一な間隙を是正するために、カバーリングが、固定状態であるが調整可能な態様で中心に配置されておらず、摩擦接続によって取り付けられている。
【００３７】
しかしながら、カバーリングとハウジングとの間における摩擦接続は、構成部材の温度変化及び相違する加熱によって、常にカバーリングの片面摩耗（one sided migrating）の原因、ひいては間隙の変化及び擦過損傷の原因となる。
【００３８】
このような事態を避けるために、従来技術では、カバーリングの間隙を部分的に拡大していたが、その結果として効率の低下を招いた。
【００３９】
本発明では、このような不均一な間隙を解消するために、カバーリング及び芯出しリングを調整することを目的として別体化している。
【００４０】
カバーリングと芯出しリングとの間における調整機能が実現されている。カバーリングは、外径について、ハウジングに対して十分な間隙を有している。
【００４１】
本発明は、（可動ブレードとカバーリングとの間における）擦過損傷を低減する点、及び、間隙を小さくすることによって効率を高めることができる点において優位である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  軸流式タービン
１１  タービンロータ
１２  可動ブレード
１３  タービンハウジング
１４  ハウジングセクション
１５  ノズルリング
１６  （タービンハウジング１３の）ハウジングセクション
１７  クランプリング
１８  固定ネジ
１９  回り止め装置
２０  カバーリング
２１  固定ネジ（第２の固定ネジ）
２２  ラジアル方向間隙
２３  芯出しリング
２４  固定ネジ（第１の固定ネジ）
２５  溝
２６  （芯出しリング２３の）ラジアル方向内側面
２７  （溝２５の）ラジアル方向内側面
２８  （芯出しリング２３の）ラジアル方向外側面
２９  （溝２５の）ラジアル方向外側面
３０  （カバーリング２０の）通路穴
３１  （芯出しリング２３の）ネジ付ボア
３２  （カバーリング２０の）通路穴
３３  （カバーリング２０の）通路穴
３４  （タービンハウジング１３の）ネジ付ボア
３５  拡張スリーブ
３６  アキシアル方向間隙
【図１】
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【図２】
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【図３】
2017219046.tif 000005
【図４】
2017219046.tif 000006
【図５】
2017219046.tif 000007
【図６】
2017219046.tif 000008
【外国語明細書】
2017219046000001.pdf