(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部に排気ガス導入口が形成された筒形のケーシングを有し、このケーシング内に前記排気ガス導入口に臨ませて軸流タービンが配設され、かつ前記排気ガス導入口には排気ガスを前記軸流タービンのブレードへ噴出させるノズル部が連ねられたタービン側を具備し、
前記ケーシングの外周部が、前記軸流タービンの位置より下流側の地点でブラケットにより支持されて、前記排気ガス導入口を形成するケーシング端の径方向の変位が前記ブレードの先端と対向する壁部分まで波及されるようにし、
前記ノズル部の端部が、前記排気ガス導入部を形成するケーシング端と内側から雄雌の環状の段差で形成される嵌合部によって嵌まり合うように嵌合され、
前記ケーシング端へ伝わる前記ノズル部の径方向の熱膨張変位で、前記ケーシングの前記ブレード先端と対向する壁部分が押し広げられるようにした
ことを特徴とする排気ガスタービン過給機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸流タービンを用いて過給を行う排気ガスタービン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電用に用いられる大型ディーゼルエンジンは高い出力が望まれている。
【０００３】
そこで、特に大型ディーゼルエンジンでは排気ガスタービン過給機を装備することが行なわれている。
【０００４】
こうした排気ガスタービン過給機には、筒形のケーシング内に、同ケーシングの一端部に形成してある排気ガス導入口に臨ませて動翼として軸流タービンを配設し、さらに排気ガス導入口にノズル部を連ねてなるタービン側と、軸流タービンと同軸にコンプレッサホイールを組み付けてなるコンプレッサ側とを有した構造が用いられている。
【０００５】
この排気ガスタービン過給機は、ノズル部からディーゼルエンジンの排気ガスが軸流タービンのブレードへ噴出されると、軸流タービンが回転し、この回転がシャフトを通じてコンプレッサホイールに伝わり、空気を圧縮し、これを燃焼空気としてディーゼルエンジンへ圧送する。
【０００６】
ところで、大型ディーゼルエンジンは、低ランニングコストを得るために、特に燃料として低質燃料油、例えば重油が用いられるので、同エンジンから排気される排気ガス中には、大量の燃え残り、すなわちカーボン粒子が多く含まれている。
【０００７】
このため、大型ディーゼルエンジンと組み合う排気ガスタービン過給機は、排気ガス中のカーボンが、運転中、軸流タービンのブレード先端（外周端）と近接しているケーシング内面に堆積しやすい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、排気ガスタービン過給機のケーシングは、エンジンが停止すると冷えて収縮を起こす。この収縮は、ブレード先端とケ-シング内面との間の隙間を狭める方向に作用する。
【０００９】
このため、ケーシング内面に大量にカーボンが堆積するようになると、エンジン停止時、エンジンが停止している間に、ケーシングの熱収縮によりブレード先端が堆積している堆積物に埋まり、また堆積物が冷えて塊りとなる際、同ブレード先端を固着させてしまうことがある
ところが、一旦、ブレード先端が固着すると、軸流タービンは回転不能となり、つぎのディーゼルエンジンの起動時、軸流タービンが回転しない、すなわち過給機が作動しないことがある。
【００１０】
このような問題のために、従来、定期的にブレード、ケーシング内面を清掃することが行なわれているが、それでも、エンジン起動時、軸流タービンが、堆積したカーボン粒子により、作動しなくなるおそれがあった。
【００１１】
本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、ケーシング内面に堆積する堆積物によって、軸流タービンが回転不能となるのを防げる排気ガスタービン過給機を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載した排気ガスタービン過給機は、ケーシングの外周部が、軸流タービンの位置より下流側の地点でブラケットにより支持されて、排気ガス導入口を形成するケーシング端の径方向の変位がブレードの先端と対向する壁部分まで波及されるようにし、ノズル部の端部が、排気ガス導入部を形成するケーシング端と内側から雄雌の環状の段差で形成される嵌合部によって嵌まり合うように嵌合され、ケーシング端へ伝わるノズル部の径方向の熱膨張変位で、ケーシングのブレード先端と対向する壁部分が押し広げられる構造を採用して、エンジン起動時、ノズル部がケーシングよりも先に熱膨張する挙動を利用し、エンジン起動時の初期においてノズル部の熱膨脹変位でケーシング端を内側から押し広げ、ブレード先端をケーシング内面から離すようにした。
【００１３】
これにより、たとえブレード先端がケーシング内面で堆積している堆積物と固着しても、ブレード先端は堆積物から離脱する。
【００１４】
つまり、軸流タービンが回転不能な状態から抜け出せ、本来の過給機の運転が行えるようになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１および図２に示す第１の実施形態にもとづいて説明する。
【００２０】
図１は、請求項１の発明を適用した例えば大型ディーゼルエンジン用排気ガスタービン過給機の主要部を示していて、図中１はタービン側、１０はコンプレッサ側である。
【００２１】
タービン側１は、右側端に排気ガス導入口２が形成されたガス出口案内筒３（筒形のケーシングに相当）を有している。このガス出口案内筒３内には、排気ガス導入口２の近くに軸流タービン４が回転自在に配設してある。軸流タービン４は、外周側に多数毎のブレード４ａを有して構成してあり、これらブレード４ａが排気ガス導入口２に臨んでいる。この排気ガス導入口２には、内部に静翼５ａが組み込まれたノズル外環５（ノズル部に相当）、排気ガス導入部材６が直列に連ねてあり、排気ガスが流入する入口部を構成している。これにより、大型ディーゼルエンジンから排気される排気ガスは、ノズル外環５で噴流にしてからブレード４ａへ噴出されるようにしてある。
【００２２】
この入口部の各部のうち、ノズル外環５と排気ガス導入部材６の各端部とは連結してある。また排気ガス導入口２を形成する筒端面とノズル外環５の端面とは、各端面に形成した雄雌の環状の段差７ａ，７ｂで形成された嵌合部７により、ノズル外環５が筒端面の内側から嵌まり合うように嵌合されている。この嵌合構造により、エンジン起動初期時、ガス出口案内筒３より先にノズル外環５が排気ガスの熱で熱膨張を生ずることを利用して、ノズル外環５の径方向の熱膨張変位で、ガス出口案内筒３の筒端全周を押し広げられるようにしている。
【００２３】
またガス出口案内筒３は、軸流タービン４の位置より下流側の外周部の地点に形成してあるブラケット８で支持されている。この支持により、上記ガス出口案内筒３の筒端における径方向の変位がブレード先端と対向するガス出口案内筒３の筒壁部分にまで波及（伝達）されるようにしている。つまり、ガス出口案内筒３へ伝わるノズル外環５の熱膨張変位で、同ブレード先端と対向する筒壁部分が押し広げられる構造にしてある。
【００２４】
一方、コンプレッサ側１０は、コンプレッサホイール１１を回転自在に収めたコンプレッサハウジング１２を有している。そして、コンプレッサホイール１１は、シャフト１３を介して、上記タービン側１の軸流タービン４と同軸に連結されていて、軸流タービン４で得られる回転力により、空気を圧縮して、ディーゼルエンジンの吸気側へ燃焼用空気を圧送できる構造にしてある。
【００２５】
そして、先のガス出口案内筒３を押し広げる構造により、軸流タービン４がガス出口案内筒３の内面に堆積するカーボンで回転不能になるのを防いでいる。
【００２６】
すなわち、大型ディーゼルエンジンが起動したとする。すると、同エンジンから排気される排気ガスが、排気ガス導入部材６を経てノズル外環５へ導かれる。この排気ガスが、ノズル外環５から噴流となって軸流タービン４のブレード４ａへ噴出され、軸流タービン４を駆動する。なお、軸流タービン４を通過した排気ガスは軸流タービン４の下流側に形成してある排ガス導出路９から排気される。
【００２７】
排気エネルギーで得られた軸流タービン４の回転力は、同軸のシャフト１３を経て、コンプレッサ側１０に伝達され、コンプレッサホイール１１を回転させる。
【００２８】
これにより、ディーゼルエンジンのシリンダへ大量の燃焼用空気を送り込み、吸気の圧力を高める（過給）。
【００２９】
このとき、低質燃料油を燃料として運転している大型ディーゼルエンジンからは、大量の燃えの残り、すなわち大量のカーボン粒子を含んでいる排気ガスが排出されている。
【００３０】
このため、ディーゼルエンジンの運転中は、ブレード先端とガス出口案内筒３の内面との隙間δを流れる排ガスによって、図１中の符号Ｘで示されるようにブレート先端と対向するガス出口案内筒３の内周面部分に次第にカーボンが堆積していく。
【００３１】
ここで、このカーボンが大量に堆積し、この堆積状態のまま、ディーゼルエンジンが停止したとする。
【００３２】
すると、ガス出口案内筒３が熱収縮し、同収縮に伴い、ブレード先端が堆積している堆積物Ｘに埋まる。そして、図２（ａ）に示されるように堆積物Ｘが冷えて塊りとなる際、ブレード先端を固着させる。
【００３３】
この状態からディーゼルエンジンの起動が行なわれたとする。
【００３４】
このとき、ノズル外環５はガス案内筒３より上流側（エンジンに近い側）にあるので、ディーゼルエンジンから排気される排気ガスで、ノズル外環５がガス出口案内筒３よりも先に温度上昇する。
【００３５】
ここで、ノズル外環５は、排気ガス導入口２を形成しているガス出口案内筒３の端部と内側から嵌まり合うように嵌合している。
【００３６】
この嵌合により、排気ガス導入口は、ノズル外環５に生じる径方向の熱膨張変位によって、内側から押し広げられる。
【００３７】
またガス出口案内筒３は、ブラケット８によって排気ガス導入口２から軸流タービン４の下流側まで径方向変位が拘束されないように支持してあるから、先の排気ガス導入口２の押し広げ変位は、図２（ｂ）に示されるように堆積物Ｘの在る地点まで伝わる。この押し広げが、ガス出口案内筒３の内面をブレード先端から離す作用、すなわちブレード先端との隙間δを広げる挙動となって表れる。
【００３８】
そして、この挙動が強制的にブレード先端を堆積物Ｘから離脱させる働きをなす。すると、ブレード先端は回転不能な固着状態から抜け出せ、軸流タービン４は、元の回転できる状態に復帰する。
【００３９】
これにより、軸流タービン４は排気ガスの熱エネルギーで回転駆動されるようになる。
【００４０】
したがって、たとえエンジン停止によりブレード先端が堆積物Ｘと固着しても、エンジン起動初期時にノズル外環５の熱膨張変位で固着が解除されるので、軸流タービン４が回転不能な状態が続くことはなく、本来の過給機の運転を約束でき、過給機の信頼性を高めることができる。
【００４１】
しかも、軸流タービン４、ガス出口案内筒３の清掃メンテナンスの負担も軽くなる。
【００４２】
図３に示す第２の実施形態は、例えば大型ディーゼルエンジン用排気ガスタービン過給機を示している。
【００４３】
本実施形態は、排気ガス導入口２の外周部、具体的にはガス出口案内筒３の端部とノズル外環５との間に、内面全周に渡り排気ガス流を内方へ向けるガイド突起部２０（ガイド部に相当）が形成されたリング部材２１を設ける構造を採用して、過給機の運転中、図３中の矢印で示されるようにノズル外環５からの排気ガスをブレード先端とガス出口案内筒２の内面との間の隙間δを避けてブレード４ａへ導き、過給機の運転中、カーボン粒子を含む排気ガスが隙間δへ流入しないようにしたものである。
【００４４】
このように隙間δへの排気ガス流が抑制されると、ブレード先端の固着を招くカーボンの堆積物Ｘの生成が抑制され、ガス出口案内筒３の内面に堆積する堆積物Ｘによって軸流タービン４が回転不能になるのが防げる。
【００４５】
したがって、常に本来の過給機の運転が行え、過給機の信頼性が高められる。
【００４６】
なお、図３ではガイド突起部２０をもつリング部材２１を用いたが、これに限らず、ガイド突起部２０を直接、ガス出口案内筒３の内面、あるいはノズル外環５の内面に形成してもよい。
【００４７】
但し、図３において第１の実施形態と同じ部分には同一符号を付してその説明を省略した。
【００４８】
図４および図５に示す第３の実施形態は、例えば大型ディーゼルエンジン用排気ガスタービン過給機を示している。
【００４９】
本実施形態は、ブレード４ａの外周端、例えば図５に示されるように軸流タービン４の回転バランスを損なわない同タービン４の周方向１８０°位相した対称な２点の地点に、隙間δ、すなわちガス出口案内筒３の内周面に向かって突き出る突起部３０を設ける構造を採用して、過給機の運転中、隙間δの臨むガス出口案内筒３の内面部分に堆積するカーボンを突起部３０で削り取り、堆積物Ｘの生長を抑制するようにしたものである。
【００５０】
これにより、ガス出口案内筒３の内面にカーボン粒子が堆積しても、ブレード４ａの固着を招かない状態に抑えられ、ガス出口案内筒３の内面に堆積する堆積物Ｘによって軸流タービン４が回転不能になるのが防げる。
【００５１】
したがって、常に本来の過給機の運転が行え、過給機の信頼性が高められる。
【００５２】
なお、図４および図５では１８０°位相した地点に突起部３０を設けた例を挙げたが、３個以上、突起部３０を設けてもよい。
【００５３】
但し、図４および図５において第１の実施形態と同じ部分には同一符号を付してその説明を省略した。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明によれば、ケーシング内面に堆積する堆積物によって、軸流タービンが回転不能になるのを防ぐことができ、本来の過給機の運転が約束できる。
【００５５】
したがって、過給機の信頼性を高めることができる。しかも、軸流タービン、ケーシング内面の清掃メンテナンスの負担も軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る排気ガスタービン過給機の構造を説明するための断面図。
【図２】冷態時、堆積物に固着したブレード先端が、エンジン起動初期、ノズル部の熱膨張で堆積物から離脱されるまでを説明するための断面図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る排気ガスタービン過給機の構造を説明するための断面図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る排気ガスタービン過給機の構造を説明するための断面図。
【図５】図４中のＡ〜Ａ線に沿う断面図。
【符号の説明】
１…タービン側
２…排気ガス導入口
３…ガス出口案内筒（ケーシング）
４…ブレード
５…ノズル外環（ノズル部）
７…嵌合部
８…ブラケット
２０…ガイド突起部（ガイド部）
３０…突起部。
【図１】
0003801367.tif 000002
【図２】
0003801367.tif 000003
【図３】
0003801367.tif 000004
【図４】
0003801367.tif 000005
【図５】
0003801367.tif 000006