JPH0676623U - ディフューザを備えたラジアルタービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案は、タービン出口からのガス流れの損
失を低減してタービン効率を向上させるディフューザを
備えたラジアルタービンを提供する。 【構成】 このディフューザを備えたラジアルタービン
は、ハウジング５内で排気ガスエネルギーで回転する複
数個のブレード１を備えたタービンロータ６、タービン
ロータ６に固定してハウジング５に回転可能に支持され
るシャフト８、及びタービンロータ６のガス出口９に設
けたガス流れを乱すことなく拡大させる周方向に隔置し
て径方向に伸びるガイド面１４を備えた固定ディフュー
ザ３を有している。固定ディフューザ３はガス出口９の
周方向に隔置して設けたガス流れ通路２を区切る複数の
仕切り板１０から構成されている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、複数個のブレードを備えたタービンロータのガス出口にディフュ ーザを備えたラジアルタービンに関する。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、ラジアルタービンは、図１０に示すように、排気ガスを導入するター ビンスクロール７を形成するハウジング５、該ハウジング５内で排気ガスエネル ギーで回転する複数個のブレード１を備えたタービンロータ６及び該タービンロ ータ６に固定し且つハウジング５に対して回転可能に支持されるシャフト８を有 している。しかも、ラジアルタービンは、インペラ即ちブレード内の流れが主と して半径方向に向っているものであり、ハウジング５で形成されるタービンスク ロール７を通じて外周からガスを吹き込み、外周に設けたノズル１１で膨張した 流れを半径方向のブレード１に導き、中心に向けて流すと共に膨張させて機械的 動力を発生せしめ、タービンロータ６のブレード出口即ちガス出口９には出口案 内ブレードに沿って軸方向に吐き出すものである。このようなラジアルタービン はターボチャージャに組み込まれている。

【０００３】 また、ターボチャージャはエンジン等に設けられて使用され、エンジンの排気 マニホルドは排気管を通じてターボチャージャのタービンに連通している。ター ボチャージャのシャフトにはコンプレッサ及び／又は発電・電動機が設けられて いる。コンプレッサからの吸入空気は、吸気管及びクーラを通じて吸気マニホル ドへ送り込まれ、エンジンに吸気されている。発電・電動機を持つターボチャー ジャは、排気エネルギーを回収することでその実用性が評価され、利用されるよ うになっている。

【０００４】 また、実開平３−２５８０２号公報にはラジアルタービンが開示されている。 該ラジアルタービンは、動翼車の後流側に動翼車軸から遊星歯車伝達機構を介し て駆動される案内動翼を装備したものである。

【０００５】 また、実開昭６３−１７０５４０号公報には内燃機関用ターボチャージャが開 示されている。該内燃機関用ターボチャージャは、タービン出口部に排気ガスの 整流のため、タービン側がタービンのボス径とほぼ同径の円筒形で、反対側が紡 錘形を有する整流ボスと、翼形ガイド板で構成される排気ガスガイドを装着した ものである。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、ラジアルタービンについては、タービンハウジング内でタービンロ ータが回転し、該タービンロータには複数個のブレードが取り付けられている。 タービンロータに固定したシャフトはセンタハウジングを貫通しており、シャフ トには、図示していないが、コンプレッサ、電動・発電機或いは発電機が取り付 けられている。

【０００７】 また、ラジアルタービンにおけるガス流れについて、図７，図８、図９及び図 １０を参照して概説する。まず、図７及び図１０に示すように、ラジアルタービ ンにおいて、ハウジング５内で回転するタービンロータ６には複数個のブレード １が取り付けられている。そして、図７に示すように、ブレード出口即ちタービ ン出口９からのガス流れの流出方向及びガス流出速度ｃは、翼の周速ｕとガス流 れの相対速度ｗのベクトルの和によって決定される。図９に示すように、ガス流 れの流出角度αが９０°の時には、流出ガスの方向はブレード１の軸と平行とな り（図１０で点線の矢印で示す）、ガスの流出後の乱れが最小となってタービン の損失が少くない。しかしながら、タービン出口９からのガス流れの流出角度α は、タービンの作動点の設定により設計段階において、必ずしも９０°にならず 、多くの場合、図８に示すように、α≠９０°になっている（図１０で実戦の矢 印で示す）。

【０００８】 また、図１１はラジアルタービンの別の例を示し且つ図１２の線Ｄ−Ｄにおけ る概略断面図、及び図１２は図１１のラジアルタービンのタービン出口を示す概 略正面図である。図１１及び図１２に示すように、ラジアルタービンに於けるタ ービンロータ６のボス部４が大きい場合には、ガス流れの流出角度αは、α＝９ ０°であっても、径方向の流れに乱れが発生する。

【０００９】 また、前掲実開平３−２５８０２号公報に開示されたラジアルタービンは、２ 段タービンの形式に構成されたものであり、２段めのタービンにおける歯車部で のメカニカル損失が大きくなり、タービン効率上、不利なものである。

【００１０】 一般的に、ラジアルタービンは広範囲の運転条件において平均的な効率を要求 されるものであるので、ラジアルタービンに整流板を設けた場合には、タービン 流出角αと整流板の角度が異なるタービンの運転状態において、整流板によるガ ス流れの阻害が発生し、タービン効率上で不利になるものである。

【００１１】 そこで、この考案の目的は、上記の整流板の設定の問題点を念頭において、タ ービン流出角αが整流板の角度と一致する１点での効率の向上を図るものであり 、例えば、発電・電動機を持つターボチャージャを装着したターボコンパウンド エンジンでは回収タービンのように発電制御によってエンジンの運転条件にかか わらず、タービンの作動点を１点に制御できるシステムであるので、このような ターボコンパウンドエンジンの回収タービンに適用してタービン効率を向上させ るディフューザを備えたラジアルタービンを提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

この考案は、上記の目的を達成するために、次のように構成されている。即ち 、この考案は、排気ガスを導入するタービンスクロールを形成するハウジング、 該ハウジング内で排気ガスエネルギーで回転する複数個のブレードを備えたター ビンロータ及び該タービンロータに固定し且つ前記ハウジングに対して回転可能 に支持されるシャフトを有するラジアルタービンにおいて、前記タービンロータ のガス出口に設けたガス流れを乱すことなく拡大させる周方向に隔置して径方向 に伸びるガイド面を備えた固定ディフューザを有することを特徴とするディフュ ーザを備えたラジアルタービンに関する。

【００１３】 また、このディフューザを備えたラジアルタービンにおいて、前記固定ディフ ューザは、その入口径より出口径が大きく形成され、且つ前記ガス出口の周方向 に隔置して設けた複数の仕切り板によってガス流れ通路を周方向に区分して構成 されているものである。

【００１４】 また、このディフューザを備えたラジアルタービンにおいて、前記固定ディフ ューザは、前記ガス出口の中央に設けたガス流れをガイドする出口径を拡大する 円錐体と該円錐体を前記ハウジングに支持する複数の支持プレートから構成され ているものである。

【００１５】

【作用】

この考案によるディフューザを備えたラジアルタービンは、上記のように構成 されており、次のように作用する。即ち、このディフューザを備えたラジアルタ ービンは、タービンロータのガス出口に設けたガス流れを乱すことなく拡大させ る周方向に隔置して径方向に伸びるガイド面を備えた固定ディフューザを有する ので、前記ガス出口からの流出ガスを前記固定ディフューザによって周方向に低 抵抗でガイドされると共に、径方向に低抵抗でガイドされて拡散し、ガス流れに 乱れが発生せずにスムースに流れ、タービン損失を低減でき、従ってタービン効 率を向上できる。

【００１６】

【実施例】

以下、図面を参照して、この考案によるディフューザを備えたラジアルタービ ンの一実施例を説明する。図１はこの考案によるディフューザを備えたラジアル タービンの一実施例を示し且つ図２の線Ａ−Ａにおける概略断面図、及び図２は 図１のディフューザを備えたラジアルタービンの正面図である。

【００１７】 図１に示すように、このディフューザを備えたラジアルタービンは、ブレード １内の流れが主として半径方向に向っているものであり、特に、エンジンの排気 ガスエネルギーによって駆動される発電・電動機を持つターボチャージャ或いは 回収タービンに適用されるものであり、エンジンからの排気ガスを排出する排気 管にハウジング５で形成されるタービンスクロール７が連通している。また、ハ ウジング５には排気ガスエネルギーで回転するブレード１を複数個備えたタービ ンロータ６が配置されている。これらのブレード１はタービンスクロール７に形 成されたノズル１１に対向して配置されている。従って、エンジンからの排気ガ スは、排気管を通ってタービンスクロール７に導入され、次いで、ノズル１１か らブレード１へと吹き込まれ、ブレード１に回転力を与えてタービンロータ６を 回転させる。

【００１８】 また、タービンロータ６には、回転軸のシャフト８が固定されている。タービ ンハウジング５には、センタハウジング（図示せず）が隣接して固定されている 。シャフト８は、センタハウジングを貫通しており、その端部にはコンプレッサ が取り付けられてターボチャージャを構成している。或いは、シャフト８の端部 に発電機が取り付けられて回収タービン即ちエネルギー回収装置を構成している 。場合によっては、ターボチャージャにおけるシャフト８の途中に発電・電動機 が取り付けられて、回収タービンとして機能する。

【００１９】 この考案によるディフューザを備えたラジアルタービンは、排気ガスを導入す るタービンスクロール７を形成するハウジング５、該ハウジング５内で排気ガス エネルギーで回転する複数個のブレード１を備えたタービンロータ６及び該ター ビンロータ６に固定し且つハウジング５に対して回転可能に支持されるシャフト ８を有するものであり、特に、タービンロータ６のガス出口９に設けたガス流れ を乱すことなく拡大させる周方向に隔置して径方向に伸びるガイド面１４を備え た固定ディフューザ３を有するものである。

【００２０】 このディフューザを備えたラジアルタービンにおいて、固定ディフューザ３は 、ガス出口９即ち入口側の入口径より出口１５側の出口径が大きく形成され、且 つガス出口９の周方向に隔置して設けた複数の仕切り板１０によってガス流れ通 路２を周方向に区分して構成されている。これらの仕切り板１０の面はガス流れ 方向に捩じった形状に形成され、ガイド面１４を形成している。このラジアルタ ービンは、上記のように構成されることによって、固定ディフューザ３は固定式 であるので、タービンの特定の作動点で、タービン出口９から流出する流出ガス は、乱れを発生することなく、矢視のように拡散しながらスムースに流れ、ター ビン損失が小さくなり、タービン効率が向上する。しかるに、タービンロータ６ は回転しているので、ガス流れが有するベクトルによってガス流れは矢視の方向 になる。従って、このディフューザを備えたラジアルタービンは、エンジンに設 けた発電・電動機を持つターボチャージャ、或いは発電タービンから成るエネル ギー回収装置を備えたターボコンパウンドエンジンに適用して極めてタービン効 率を向上させることができる。しかるに、ターボコンパウンドエンジンは、エン ジンの作動状態に関係なく、タービンの作動を特定点にコントロールすることが でき、タービン効率を向上させることができるものである。

【００２１】 次に、図３及び図４を参照して、この考案によるディフューザを備えたラジア ルタービンの別の実施例を説明する。図３はこの考案によるディフューザを備え たラジアルタービンの別の実施例を示し且つ図４の線Ｂ−Ｂにおける概略断面図 、及び図４は図３のディフューザを備えたラジアルタービンの概略正面図である 。このディフューザを備えたラジアルタービンにおいて、固定ディフューザ３は ガス出口９の中央に設けたガス流れをガイドする出口径を拡大する円錐体１３と 該円錐体１３をハウジング５に支持する複数の支持プレート１２から構成したも のである。即ち、タービン出口９の中央に円錐体１３を配置すれば、固定ディフ ューザ３の出口１５は、入口側即ちガス出口９より大きなガス流れ通路２を形成 することができる。この実施例のディフューザを備えたラジアルタービンは、タ ービンボス径が大きいタイプに適用して有効であり、上記実施例と同様に、ガス 流れを乱すことなく拡散する作用を達成することができる。

【００２２】 更に、図５及び図６を参照して、この考案によるディフューザを備えたラジア ルタービンの更に別の実施例を説明する。図５はこの考案によるディフューザを 備えたラジアルタービンの別の実施例を示し且つ図６の線Ｃ−Ｃにおける概略断 面図、及び図６は図５のディフューザを備えたラジアルタービンの概略正面図で ある。このディフューザを備えたラジアルタービンにおいて、固定ディフューザ ３は、ガス出口９の周方向に隔置して設けたガス流れ通路２を区切る複数の仕切 り板１０及びガス出口３の中央に設けたガス流れをガイドする出口径を拡大する 円錐体１３から構成したものである。この実施例では、円錐体１３をハウジング ５に支持する支持プレートは、仕切り板１０で構成することができる。この実施 例は、上記各実施例を複合したタイプであり、タービンボス径が大きく、しかも タービン出口９からのガス流れの流出角度αがα≠９０°になっているタイプの ものに適用して好ましいものである。このようにディフューザを備えたラジアル タービンを構成することによって、タービン出口９から流出する流出ガスは、乱 れを発生することなく、拡散しながらスムースに流れ、タービン損失が小さくな り、タービン効率が向上する。

【００２３】

【考案の効果】

この考案によるディフューザを備えたラジアルタービンは、上記のように構成 されており、次のような効果を有する。即ち、このディフューザを備えたラジア ルタービンは、タービンロータのガス出口に設けたガス流れを乱すことなく拡大 させる周方向に隔置して径方向に伸びるガイド面を備えた固定ディフューザを有 するので、前記ガス出口からの流出ガスを前記固定ディフューザによって周方向 に低抵抗でガイドされると共に、径方向に低抵抗でガイドされて拡散し、ガス流 れに乱れが発生せず、タービン損失を低減でき、タービン効率を向上できる。

【００２４】 しかも、前記固定ディフューザは固定式であり、タービン流出角度と前記各固 定ディフューザの角度との一致は一点であり、タービン効率の向上は一点での効 率向上であるが、ターボコンパウンドエンジンの回収タービンのような発電制御 を行うことにより、エンジンの運転条件にかかわらず、タービンの作動点を１点 に制御できるものに適用して、タービン効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案によるディフューザを備えたラジアル
タービンの一実施例を示し、特に第１固定ディフューザ
を示す図２の線Ａ−Ａにおける概略断面図である。

【図２】図１のディフューザを備えたラジアルタービン
の概略正面図である。

【図３】この考案によるディフューザを備えたラジアル
タービンの一実施例を示し、特に第２固定ディフューザ
を示す図４の線Ｂ−Ｂにおける概略断面図である。

【図４】図３のディフューザを備えたラジアルタービン
の概略正面図である。

【図５】この考案によるディフューザを備えたラジアル
タービンの一実施例を示し、特に第１固定ディフューザ
と第２固定ディフューザを示す図６の線Ｃ−Ｃにおける
概略断面図である。

【図６】図５のディフューザを備えたラジアルタービン
の概略正面図である。

【図７】従来のラジアルタービンの一例を示し、中心軸
線の上半分を示す概略説明図である。

【図８】従来のラジアルタービンにおけるガス流れのベ
クトルの一例を示す説明図である。

【図９】従来のラジアルタービンにおけるガス流れのベ
クトルの別の例を示す説明図である。

【図１０】従来のラジアルタービンの一例を示す説明図
である。

【図１１】従来のラジアルタービンの別の例を示し且つ
図１２の線Ｄ−Ｄにおける概略断面図である。

【図１２】図１１のラジアルタービンのタービン出口を
示す概略正面図である。

【符号の説明】

１ ブレード ２ ガス流れ ３ 固定ディフューザ ４ ブレードのボス部 ５ ハウジング ６ タービンロータ ７ タービンスクロール ８ シャフト ９ タービン出口 １０ 仕切り板 １１ ノズル １２ 支持プレート １３ 円錐体 １４ ガイド面 １５ 出口

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気ガスを導入するタービンスクロール
   を形成するハウジング、該ハウジング内で排気ガスエネ
   ルギーで回転する複数個のブレードを備えたタービンロ
   ータ及び該タービンロータに固定し且つ前記ハウジング
   に対して回転可能に支持されるシャフトを有するラジア
   ルタービンにおいて、前記タービンロータのガス出口に
   設けたガス流れを乱すことなく拡大させる周方向に隔置
   して径方向に伸びるガイド面を備えた固定ディフューザ
   を有することを特徴とするディフューザを備えたラジア
   ルタービン。
2. 【請求項２】 前記固定ディフューザは、その入口径よ
   り出口径が大きく形成され、且つ前記ガス出口の周方向
   に隔置して設けた複数の仕切り板によってガス流れ通路
   を周方向に区分して構成されていることを特徴とする請
   求項１に記載のディフューザを備えたラジアルタービ
   ン。
3. 【請求項３】 前記固定ディフューザは、前記ガス出口
   の中央に設けたガス流れをガイドする出口径を拡大する
   円錐体と該円錐体を前記ハウジングに支持する複数の支
   持プレートから構成されていることを特徴とする請求項
   １に記載のディフューザを備えたラジアルタービン。