JPH06505314A - タービンスクロール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 タービンスクロール 本発明は、内向き半径流タービンに関する。

例えば、小さいガスタービンエンジンまたはターボチャージャーに組み込まれる 内向き半径流タービンは、通常スクロールと称される構造と関連する。スクロー ルは、エンジンの燃焼装置から排出された熱いガスを内向き半径流タービンの入 り口に向けるように構成されている。それは、典型的には、その内側に熱い燃焼 ガスの正接流のために及び適当な環状出口を通ってその中心が配置された内向き 半径流タービンへこれらのガスを排出するために、中空のほぼ環状の部品である 。

もとるん、このようなスクロールは、非常に高い動作温度にさらされ、このこと は、その種々の領域の熱膨張及び収縮に関する困難な問題を生じる。従来のスク ロールの設計に関する困難の多くは、スクロールの環状出口に関連することが分 かった。典型的にはスクロールの熱膨張及び収縮は１０％から１２％余りの出口 における変化を生じる。このような変化は、燃焼ガスが流れ込むタービンの能率 に関する全体的な効果の観点から非常に望ましくない。

本発明の目的は、従来の構造のスクロールの場合より熱の効果によるその出口の 領域において著しい変化を受けない新しい構成のスクロールを提供することであ る。

本発明によれば、内向き半径流タービンに前記熱いガスを作動的に向けるために 適切なスクロールは、半径方向外側の延長部で相互に接続され、同軸的に向き合 い軸線方向に間隔を置いた２つの環状部材によって形成された環状室と、熱（Ｘ ガスを前記室に向けてその中にほぼ円周方向に流すための装置と、内向き半径流 タービンに前記熱いガスを作動的に向けるために前記室からの環状排気出口を形 成するために協働する前記部材の半径方向内側延長部とを有し、前記部材の大部 分は、前記環状出口に向けてほぼ半径方向内側の方向に収斂し、前記部材の前記 大部分の双方は、同様に、はぼ軸線方向に湾曲するように全体として湾曲した断 面形状であり、それによって前記部材ヤ方の大部分は、他方の部材の内側に位置 しており、前記部材と同軸の環状支持部材は、前記スクロールを支持するために 備えられており、前記支持１段は、半径方向内側と外側の延長部との中間の前記 内側部材に取り付けられ、前記内側部材に局所的に垂直になるように前記取り付 は部に配置されている。

図１は、従来技術のスクロールの上半分の側断面図である。

図２は、本発明によるスクロールの上半分の側断面図である。

図３は、図２を矢印から見た図である。

図１を参照する払既知のスクロール１０は、内向き半径流タービン１４に対して 環状出口１３を形成するために平径方向内側に収斂する軸線方向に間隔を貢いた ２つの環状壁］１及び１２を有する。壁１１及び１２は、それらが環状の容積部 １５を形成するようにそれらの半径方向外側で相互に接続されている。操作にお いて、熱いガスは、環状出目１３を通って排出される前に容積部１５を通って周 縁方向に流れるように（図示しない装置によって）容積部１５に正接方向に向け られる。

このタイプのスクロールに関する欠点は、それらの熱膨張特性が環状の出目１３ の断面積に大きな変化をもたらすことである。さらに内向き半径流タービン１４ のシュラウド１５は、１つの壁１１に従来のように取り付けられているから、こ れらの熱膨張特性は、シュラウド１５とタービン１４との間において望ましくな い変化を生じる。

本発明による図２及び図３に示すスクロール１６は、動作時においてスクロール に関して熱膨張の影響を最小にするような構成になっている。

図２を参照すると、スクロール１６は、軸線方向に間隔を置き、対向している２ つの環状壁１７及び１８を有する。壁１７及び１８は、それらが容積部１９を形 成するように半径方向の外側の範囲で相互に接続さねている。それらの半径方向 内側の延長部は、協同して容積部１９からの環状出口２０を形成する。環状用１ １２０は、翼ブレード２２を有する内向き半径流タービン２１の半径方向のすぐ り）側に配置されている。それと間隔を償いた関係で翼ブレード２２の周りに配 置されたノ、７ラウド２３は、図面で見て左手の壁１７の半径方向の内側で支持 されており、実際にはそれと一体である。

環状壁１７及び１８は、環状用［１２０に向かってほぼＹ径方向内側に収斂され る。さらにそれらの主な部分は、右手の壁１８が左手の壁１７の内側に配置され るようにほぼ軸線方向に湾曲している。

スクロール１６は、固定構造２５に取り付けられた環状サポ・−ト部材によ１． ）で支持される。支持部材２４は半径方向内側及び外側の部分の中間の内側の壁 部材に取り付けらねている。支持部材２４は、短い壁１８に取り付けられている 点の範囲でほぼ半径方向外側に拡散しており、局所曲番ご壁１８に直角である。

図３を参照すると、入り［−１ダクト２Ｇは、はぼ正接する方向で熱いガスを容 積部１９に向けるようになっているスクロール１６の周縁上に配置されている。

典型的には、ガスはガスタービンエンジンの燃焼装置から排出される（図示せず ）。

熱いガスは、環状用［］２０を通る容積部１９から最終的に排出される前にほぼ 円周方向に容積部１９の周りを流れる。ガスの通路は、それらがスフロー・ルを 通過するときにスクロール１６を加熱してそれによって熱膨張を行う。しかしな がら、スクロール１６の構造は、熱膨張が環状出目２０の断面積に、またタービ ン翼ブレード２２とシュラウド２３との間の間隙に有害な効果を及ぼさないよう な形状である、。

スクロール１６が加熱されるときに、スクロール壁１７の外形は、その大きな長 さによって内壁１８より大きく熱的に膨張する。しかしながら、壁１７は、はぼ 軸線方向に湾曲しているから、壁１７の半径方向内側の延長部、すなわち、シ。

ラウド２３を取り付ける延長部は、ＬＩ視的に静止したまま残る。従って、長い 壁１７の熱膨張は半径方向外側の延長部の動きのみを生じる。外側の壁１７が内 側のスクロール壁１８にその半径方向外側の延長部で取り（＝ｊけられているか ら、その熱膨張は、内側のスクロール壁１８に負荷を与える。ｄｉｒ述し）たよ うに内側のスクロール壁１８は、環状づボー１一部材２４によって゛１′−径方 向の延長部の中間で支持されでいる。その結果、外側壁１７によって内側の壁１ ８上に＋ｔＩ−ｊさねる負荷は、内壁１８に対して勺ポート２４の取り付り位置 のまわりで参照符号２７で示すような反時Ｊ（ツノ向の曲げモーメントを生じる 。このモ・−メン（・は、内壁１８の熱膨張Ｕ対向し７、その結果、内壁１８の 半径方向内側の延１部は、■視的に静１トしたままである。

その結果、スクロ−ル壁１７及び１８の熱膨張にもかかわらず、半径方向内側の 延長部は目視的に静止状態のままであり、環状出口２０の断面積はほぼ一定であ る。出口２０の領域は典型的には１．５％はどしか変化しないことが分かった。

スクロール１６は、金属、またはセラミック材料から製造される。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．半径方向外側の延長部で相互に接続された同軸的に向き合い軸線方向に間隔 を置いた２つの環状部材（１７，１８）によって形成された環状室（１９）と、 熱いガスを前記室（１９）に向けてその中にはぼ円周方向に流すための装置（２ ６）と、内向き半後流タービン（２１）に前記熱いガスを作動的に向けるために 前記室（１９）からの環状排気出口（２１）を形成するために協働する前記部材 の半径方向内側延長部とを有し、前記部材（１７，１８）の大部分は、前記環状 出口（２０）に向けてほぼ半径方向内側の方向に収斂する内向き半径流タービン （２１）に熱いガスを向けるために適当なスクロール（１６）において、前記部 材（１７，１８）の前記大部分の双方は、同様に、ほぼ軸線方向に湾曲するよう に全体として湾曲した断面形状であり、それによって前記部材（１８）の一方の 大部分は、他方の部材の内側に位置しており、前記部材と同軸の環状支持部材（ ２４）は、前記スクロール（１６）を支持するために備えられており、前記支持 手段（２４）は、半径方向内側と外側の延長部との中間の前記内側部材に取り付 けられ、前記内側部材（１８）に局所的に垂直になるように前記取り付け部に配 置されていることを特徴とするスクロール。 ２．前記外側部材（１７）は、それに取り付けられたターピンシュラウド（２３ ）を有することを特徴とする請求項１に記載のスクロール。 ３．前記ターピンシュラウド（２３）は、前記外側部材と一体であることを特徴 とする請求項２に記載のスクロール。 ４．前記環状支持装置（２４）は、全体としてじょうご形状であることを特徴と する請求項１から３のいずれか一項に記載のスクロール。 ５．前記スクロール（１６）は金属製であ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スクロール。