軸流式渦輪及其運轉(zhuǎn)方法
【專利摘要】提供一種軸流式渦輪及其運轉(zhuǎn)方法，在將內(nèi)燃機的燃燒用空氣壓縮并將高密度的空氣強制性地向所述內(nèi)燃機的燃燒室內(nèi)送入的渦輪增壓器（10）的氣體入口殼體（27）中，在內(nèi)側(cè)殼體（21）和外側(cè)殼體（22）之間形成的空間形成用于使從所述內(nèi)燃機排出的廢氣導(dǎo)向渦輪噴嘴（25）的外周側(cè)的第一廢氣流路（26）。在所述內(nèi)側(cè)殼體（21）的內(nèi)周側(cè)形成用于將在所述第一廢氣流路（26）的中途分支的廢氣導(dǎo)向所述渦輪噴嘴（25）的內(nèi)周側(cè)的第二廢氣流路（36）。所述第一廢氣流路（26）的中途和所述第二廢氣流路（36）的氣體入口經(jīng)由廢氣管（38）連通，在所述廢氣管（38）的中途連接有開閉閥（41）。由此，利用簡單的構(gòu)成減少了制造費用和維護費用，并提高了渦輪的性能。
【專利說明】軸流式渦輪及其運轉(zhuǎn)方法
[0001]本申請為2011年3月15日提交的、申請?zhí)枮?01080002632.1的、發(fā)明名稱為“渦輪增壓器”的申請的分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及例如與船用內(nèi)燃機、發(fā)電用內(nèi)燃機等大型內(nèi)燃機組合使用的渦輪增壓器。
【背景技術(shù)】
[0003]作為壓縮內(nèi)燃機的燃燒用空氣并強制性地將密度高的空氣向燃燒室內(nèi)送入的渦輪增壓器，例如周知專利文獻I所公開的渦輪增壓器。
[0004]專利文獻I JP特開2007-64126號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]上述專利文獻I所公開的渦輪增壓器，是通過使噴嘴葉片(渦輪噴嘴)轉(zhuǎn)動而變更噴嘴開度(噴嘴部的開口面積)，從而能夠調(diào)整向排氣渦輪葉輪流入的排氣的流速的裝置。
[0006]但是，這種渦輪增壓器中，需要用于使噴嘴葉片轉(zhuǎn)動的復(fù)雜機構(gòu)，存在制造費用和維護費用提高的問題。另外，這種渦輪增壓器中，需要用于使噴嘴葉片轉(zhuǎn)動的間隙，還存在廢氣從該間隙漏出而導(dǎo)致渦輪的性能下降的問題。而且，這種渦輪增壓器中，有可能在用于使噴嘴葉片轉(zhuǎn)動的間隙中進入廢氣中的粉塵等而使噴嘴葉片不能順利地轉(zhuǎn)動。
[0007]本發(fā)明鑒于上述的問題而創(chuàng)立，其目的在于提供一種具有簡單的構(gòu)成且能夠降低制造費用和維護費用并提高渦輪的性能的渦輪增壓器。
[0008]本發(fā)明為了解決上述課題，采用了以下的手段。
[0009]本發(fā)明的第一方式的渦輪增壓器，將內(nèi)燃機的燃燒用空氣壓縮并將高密度的空氣強制性地向所述內(nèi)燃機的燃燒室內(nèi)送入，其中，在內(nèi)側(cè)殼體和外側(cè)殼體之間形成的空間形成用于將從所述內(nèi)燃機排出的廢氣導(dǎo)向渦輪噴嘴的外周側(cè)的第一廢氣流路，在所述內(nèi)側(cè)殼體的內(nèi)周側(cè)形成用于將在所述第一廢氣流路的中途分支的廢氣導(dǎo)向所述渦輪噴嘴的內(nèi)周側(cè)的第二廢氣流路，所述第一廢氣流路的中途和所述第二廢氣流路的氣體入口經(jīng)由廢氣管連通，在該廢氣管的中途連接有開閉閥。
[0010]本發(fā)明的第二方式的渦輪增壓器，將內(nèi)燃機的燃燒用空氣壓縮并將高密度的空氣強制性地向所述內(nèi)燃機的燃燒室內(nèi)送入，其中，在內(nèi)側(cè)殼體和外側(cè)殼體之間形成的空間形成用于將從所述內(nèi)燃機排出的廢氣導(dǎo)向渦輪噴嘴的內(nèi)周側(cè)的第一廢氣流路，在所述內(nèi)側(cè)殼體的外周側(cè)形成用于將在所述第一廢氣流路的中途分支的廢氣導(dǎo)向所述渦輪噴嘴的外周側(cè)的第二廢氣流路，所述第一廢氣流路的中途和所述第二廢氣流路的氣體入口經(jīng)由廢氣管連通，在該廢氣管的中途連接有開閉閥。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的第一方式或第二方式的渦輪增壓器，不需要用于使渦輪噴嘴轉(zhuǎn)動的復(fù)雜機構(gòu)，因此能夠減少制造費用和維護費用。[0012]另外，在這種渦輪增壓器中，也不需要用于使渦輪噴嘴轉(zhuǎn)動的間隙，也沒有如現(xiàn)有技術(shù)那樣廢氣從該間隙漏出的情況，因此能夠提高渦輪的性能。
[0013]而且，在這種渦輪增壓器中，也不需要用于使渦輪噴嘴轉(zhuǎn)動的間隙，沒有如現(xiàn)有技術(shù)那樣廢氣中的粉塵等進入該間隙的情況，因此能夠避免不能調(diào)整流入渦輪動葉片的排氣的流速之類的現(xiàn)象。
[0014]在上述渦輪增壓器中，更優(yōu)選所述內(nèi)側(cè)殼體和所述外側(cè)殼體作為一體結(jié)構(gòu)而構(gòu)成。
[0015]根據(jù)這種渦輪增壓器，不需要用于組合內(nèi)側(cè)殼體和外側(cè)殼體而使其一體化的構(gòu)成及組裝作業(yè)，因此能夠進一步減少制造費用和維護費用，能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)工序的簡化。
[0016]在上述渦輪增壓器中，更優(yōu)選位于所述渦輪噴嘴一側(cè)的所述內(nèi)側(cè)殼體的一端內(nèi)周部為中空圓筒狀的另一部件。
[0017]在上述渦輪增壓器中，更優(yōu)選位于所述渦輪噴嘴一側(cè)的所述內(nèi)側(cè)殼體的一端內(nèi)周部為中空圓錐狀的另一部件。
[0018]根據(jù)這種渦輪增壓器，在鑄型(砂型)的形狀上沒有細(xì)長的部分(形成狹窄間隙的部分)，能夠使鑄型(砂型)的形狀為簡單的形狀，因此能夠使鑄造工序的脫模容易進行。
[0019]本發(fā)明的第三方式的渦輪增壓器的運轉(zhuǎn)方法，所述渦輪增壓器將內(nèi)燃機的燃燒用空氣壓縮并將高密度的空氣強制性地向所述內(nèi)燃機的燃燒室內(nèi)送入，并且，所述渦輪增壓器具備氣體入口殼體，在內(nèi)側(cè)殼體和外側(cè)殼體之間形成的空間形成用于將從所述內(nèi)燃機排出的廢氣導(dǎo)向渦輪噴嘴的外周側(cè)的第一廢氣流路，在所述內(nèi)側(cè)殼體的內(nèi)周側(cè)形成用于將在所述第一廢氣流路的中途分支的廢氣導(dǎo)向所述渦輪噴嘴的內(nèi)周側(cè)的第二廢氣流路，所述第一廢氣流路的中途和所述第二廢氣流路的氣體入口經(jīng)由廢氣管連通，且在該廢氣管的中途連接有開閉閥，其中，在所述內(nèi)燃機的負(fù)荷低且廢氣量少的情況下使所述開閉閥為全閉狀態(tài)，在所述內(nèi)燃機的負(fù)荷高且廢氣量多的情況下使所述開閉閥為全開狀態(tài)。
[0020]本發(fā)明的第四方式的渦輪增壓器的運轉(zhuǎn)方法，所述渦輪增壓器將內(nèi)燃機的燃燒用空氣壓縮并將高密度的空氣強制性地向所述內(nèi)燃機的燃燒室內(nèi)送入，并且，所述渦輪增壓器具備氣體入口殼體，在內(nèi)側(cè)殼體和外側(cè)殼體之間形成的空間形成用于將從所述內(nèi)燃機排出的廢氣導(dǎo)向渦輪噴嘴的內(nèi)周側(cè)的第一廢氣流路，在所述內(nèi)側(cè)殼體的外周側(cè)形成用于將在所述第一廢氣流路的中途分支的廢氣導(dǎo)向所述渦輪噴嘴的外周側(cè)的第二廢氣流路，所述第一廢氣流路的中途和所述第二廢氣流路的氣體入口經(jīng)由廢氣管連通，且在該廢氣管的中途連接有開閉閥，其中，在所述內(nèi)燃機的負(fù)荷低且廢氣量少的情況下使所述開閉閥為全閉狀態(tài)，在所述內(nèi)燃機的負(fù)荷高且廢氣量多的情況下使所述開閉閥為全開狀態(tài)。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的第三方式或第四方式的渦輪增壓器的運轉(zhuǎn)方法，例如在內(nèi)燃機的負(fù)荷低且廢氣量少的情況下使開閉閥為全閉狀態(tài)，在內(nèi)燃機的負(fù)荷高且廢氣量多的情況下使開閉閥為全開狀態(tài)。
[0022]S卩，在內(nèi)燃機的負(fù)荷低且廢氣量少的情況下，從氣體入口殼體的氣體入口導(dǎo)入的廢氣的全部量通過廢氣流路而導(dǎo)向氣體出口。導(dǎo)向氣體出口的廢氣從在旋轉(zhuǎn)方向的全周上開口的氣體出口被吸入到渦輪噴嘴的外周側(cè)，在通過渦輪動葉片時膨脹而使轉(zhuǎn)子盤和轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)。
[0023]另一方面，在內(nèi)燃機的負(fù)荷高且廢氣量多的情況下，從氣體入口殼體的氣體入口導(dǎo)入的廢氣的大半(約70?95%)通過第一廢氣流路導(dǎo)向至氣體出口，從氣體入口殼體的氣體入口導(dǎo)入的廢氣的一部分(約5?30%)通過廢氣管、開閉閥、第二廢氣流路而導(dǎo)向至氣體出口。導(dǎo)向氣體出口的廢氣從在旋轉(zhuǎn)方向的全周上開口的氣體出口被吸入到渦輪噴嘴的外周側(cè)，導(dǎo)向氣體出口的廢氣從在旋轉(zhuǎn)方向的全周上開口的氣體出口被吸入到渦輪噴嘴的內(nèi)周側(cè)，在通過渦輪動葉片時膨脹而使轉(zhuǎn)子盤和轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)。
[0024]由此，能夠不需要用于使渦輪噴嘴轉(zhuǎn)動的復(fù)雜機構(gòu)，能夠減少制造費用和維護費用。
[0025]另外，能夠不需要用于使渦輪噴嘴轉(zhuǎn)動的間隙，能夠消除如現(xiàn)有技術(shù)那樣廢氣從該間隙漏出的情況，能夠提高渦輪的性能。
[0026]而且，能夠不需要用于使渦輪噴嘴轉(zhuǎn)動的間隙，能夠消除如現(xiàn)有技術(shù)那樣廢氣中的粉塵等進入該間隙的情況，能夠避免不能調(diào)整流入渦輪動葉片的排氣的流速之類的現(xiàn)象。
[0027]發(fā)明效果
[0028]根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓器，取得了如下效果:能夠構(gòu)成簡單且降低制造費用和維護費用，并能夠提高渦輪的性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是以剖面表示本發(fā)明的第一實施方式的渦輪增壓器的、渦輪側(cè)的內(nèi)部構(gòu)成例的局部剖面構(gòu)成圖。
[0030]圖2是以剖面表示本發(fā)明的第二實施方式的渦輪增壓器的、渦輪側(cè)的內(nèi)部構(gòu)成例的局部剖面構(gòu)成圖。
[0031]圖3是以剖面表示本發(fā)明的第三實施方式的渦輪增壓器的、渦輪側(cè)的內(nèi)部構(gòu)成例的局部剖面構(gòu)成圖。
[0032]圖4是以剖面表示本發(fā)明的第四實施方式的渦輪增壓器的、渦輪側(cè)的內(nèi)部構(gòu)成例的局部剖面構(gòu)成圖。
【具體實施方式】
[0033]以下，對于本發(fā)明的第一實施方式的渦輪增壓器(也稱為“排氣渦輪增壓器”。)，參照圖1進行說明。
[0034]圖1是以剖面表示將渦輪和壓縮機同軸設(shè)置的大型內(nèi)燃機用的渦輪增壓器10的、渦輪側(cè)的內(nèi)部構(gòu)成例的局部剖面構(gòu)成圖。
[0035]渦輪增壓器10是例如如下構(gòu)成的軸流式的渦輪:利用導(dǎo)入至軸流式渦輪20的內(nèi)燃機的廢氣膨脹得到的軸輸出使同軸的壓縮機(未圖示)旋轉(zhuǎn)，將壓縮成高密度的壓縮空氣向內(nèi)燃機供給。
[0036]另外，在圖1中以格子狀的剖面線表示的部分是以絕熱和隔音為目的而設(shè)置的絕熱材料11。
[0037]軸流式渦輪20具備如下構(gòu)成的氣體入口殼體27:通過連結(jié)單元(例如雙頭螺栓23和螺母24)使分體的內(nèi)側(cè)殼體21和外側(cè)殼體22形成一體，在內(nèi)側(cè)殼體21和外側(cè)殼體22之間形成的空間作為用于將廢氣導(dǎo)向渦輪噴嘴25的廢氣流路(第一廢氣流路:主廢氣流路)26。
[0038]這種雙層結(jié)構(gòu)的氣體入口殼體27中，廢氣流路26在軸流式渦輪20的旋轉(zhuǎn)方向的全周上形成，從氣體入口殼體27的氣體入口 27a如圖1中箭頭Gi所示導(dǎo)入的廢氣通過廢氣流路26導(dǎo)向氣體出口 27b后，如圖1中箭頭Go所示從氣體出口殼體28的出口向外部排出。另外，氣體出口 27b在旋轉(zhuǎn)方向的全周上開口設(shè)置以向渦輪噴嘴25供給廢氣。
[0039]另外，圖1中的標(biāo)號29是在渦輪動葉片30的下游側(cè)設(shè)置的氣體引導(dǎo)筒。
[0040]另外，軸流式渦輪20具備在轉(zhuǎn)子軸31的一端部設(shè)置的轉(zhuǎn)子盤32和在該轉(zhuǎn)子盤32的周緣部沿周方向安裝的多個渦輪動葉片30。渦輪動葉片30接近作為渦輪噴嘴25的出口的下游側(cè)設(shè)置。并且，從渦輪噴嘴25噴出的高溫廢氣通過渦輪動葉片30而膨脹，從而使轉(zhuǎn)子盤32和轉(zhuǎn)子軸31旋轉(zhuǎn)。
[0041]在上述的雙層結(jié)構(gòu)的氣體入口殼體27中，內(nèi)側(cè)殼體21的一端部通過連結(jié)單元(例如雙頭螺栓23和螺母24)固定支承于外側(cè)殼體22的一端部。即，對于內(nèi)側(cè)殼體21，形成使在作為轉(zhuǎn)子盤32相反一側(cè)的紙面右側(cè)的殼體端部形成的凸緣面21a和與該凸緣面21a相對地形成的外側(cè)殼體22的凸緣面22a重合的狀態(tài)，在該狀態(tài)下通過擰緊連結(jié)單元(例如螺母24)而進行固定支承。這些凸緣面21a、22a都成為與和轉(zhuǎn)子盤32 —體旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子軸31的軸方向正交的面。
[0042]另外，內(nèi)側(cè)殼體21的另一端(轉(zhuǎn)子盤32側(cè)的端部)內(nèi)周部(另一端部內(nèi)周側(cè))成為經(jīng)由螺栓34與中空圓筒狀的部件33結(jié)合(安裝)的結(jié)構(gòu)，在部件33的端面(轉(zhuǎn)子盤32側(cè)的端面)上經(jīng)由螺栓35而結(jié)合(安裝)有形成渦輪噴嘴25的環(huán)狀部件(噴嘴環(huán))的內(nèi)周側(cè)部件25a。一般稱為噴嘴環(huán)而形成渦輪噴嘴25的環(huán)狀部件成為利用分隔部件將具有規(guī)定的間隔的內(nèi)周側(cè)部件25a和外周側(cè)部件25b的環(huán)部件之間連結(jié)的雙層環(huán)結(jié)構(gòu)。
[0043]另一方面，形成渦輪噴嘴25的噴嘴環(huán)的外周側(cè)部件25b中，氣體入口側(cè)(氣體出口27b 一側(cè))的端部內(nèi)周面25c以喇叭形狀擴徑。另外，在外側(cè)殼體22的轉(zhuǎn)子盤32側(cè)的端部設(shè)有臺階部22b，所述臺階部22b使外側(cè)殼體22的內(nèi)周面向轉(zhuǎn)子盤32的方向彎曲而形成。并且，構(gòu)成為該臺階部22b和在噴嘴環(huán)25的氣體入口側(cè)的端部設(shè)置的臺階部25d在軸方向扣合(嵌合)。
[0044]而且，在渦輪噴嘴25的外周側(cè)部件25b上，在作為氣體出口側(cè)(渦輪動葉片30 —偵D的端部連結(jié)有氣體引導(dǎo)筒29。渦輪噴嘴25的外周側(cè)部件25b和氣體引導(dǎo)筒29之間的連結(jié)部形成使彼此的端部相互嵌合的凹窩結(jié)構(gòu)。
[0045]在本實施方式的內(nèi)側(cè)殼體21的內(nèi)周側(cè)(半徑方向內(nèi)側(cè))，將在廢氣流路26的中途分支的廢氣導(dǎo)向渦輪噴嘴25的內(nèi)周側(cè)(半徑方向內(nèi)側(cè))的廢氣流路(第二廢氣流路:副廢氣流路)36在軸流式渦輪20的旋轉(zhuǎn)方向的全周上形成。該廢氣流路36設(shè)置在廢氣流路26的內(nèi)周側(cè)(半徑方向內(nèi)側(cè))，廢氣流路26和廢氣流路36被形成內(nèi)側(cè)殼體21的隔壁(分隔壁)37分隔。
[0046]另外，在內(nèi)側(cè)殼體21的一端內(nèi)周部(一端部內(nèi)周側(cè))設(shè)有用于連接配管(廢氣管)38的凸緣39，在配管38的中途連接有通過控制裝置40而自動地開閉的開閉閥(例如蝶閥)41。并且，在廢氣流路26的中途分支的廢氣通過在凸緣39和配管38的內(nèi)部形成的流路(未圖示)而被導(dǎo)向廢氣流路36。
[004 7]而且，在渦輪噴嘴25的根部側(cè)(內(nèi)周側(cè)部件25a—側(cè))設(shè)有隔壁(分隔壁)42，該隔壁42的內(nèi)周面(半徑方向內(nèi)側(cè)的表面)42a與隔壁37的內(nèi)周面(半徑方向內(nèi)側(cè)的表面)37a形成同一平面，并且該隔壁42將渦輪噴嘴25的內(nèi)周側(cè)和外周側(cè)分隔。
[0048]另外，在設(shè)渦輪噴嘴25的根部的位置(與內(nèi)周側(cè)部件25a接合的位置)為葉片長度0%、設(shè)渦輪噴嘴25的前端的位置(與外周側(cè)部件25b接合的位置)為葉片長度100%時，隔壁42設(shè)置在葉片長度約10%的位置。
[0049]這樣構(gòu)成的渦輪增壓器10中，例如在內(nèi)燃機的負(fù)荷低且廢氣量少的情況下使開閉閥41為全閉狀態(tài)，在內(nèi)燃機的負(fù)荷高且廢氣量多的情況下使開閉閥41為全開狀態(tài)。
[0050]S卩，在內(nèi)燃機的負(fù)荷低且廢氣量少的情況下，從氣體入口殼體27的氣體入口 27a導(dǎo)入的廢氣的全部量通過廢氣流路26而被導(dǎo)向至氣體出口 27b。導(dǎo)向至氣體出口 27b的廢氣從在旋轉(zhuǎn)方向的全周開口的氣體出口 27b被吸入到渦輪噴嘴25的外周側(cè)(利用外周側(cè)部件25b和隔壁42分隔的空間內(nèi))，在通過渦輪動葉片30時膨脹而使轉(zhuǎn)子盤32和轉(zhuǎn)子軸31旋轉(zhuǎn)。
[0051]另一方面，在內(nèi)燃機的負(fù)荷高且廢氣量多的情況下，從氣體入口殼體27的氣體入口 27a導(dǎo)入的廢氣的大半(約70?95%)通過廢氣流路26而被導(dǎo)向氣體出口 27b，從氣體入口殼體27的氣體入口 27a導(dǎo)入的廢氣的一部分(約5?30%)通過凸緣39、配管38、開閉閥41、廢氣流路36而被導(dǎo)向氣體出口 36a。導(dǎo)向氣體出口 27b的廢氣從在旋轉(zhuǎn)方向的全周上開口的氣體出口 27b被吸入到渦輪噴嘴25的外周側(cè)(利用外周側(cè)部件25b和隔壁42分隔的空間內(nèi))，導(dǎo)向氣體出口 36a的廢氣從在旋轉(zhuǎn)方向的全周上開口的氣體出口 36a被吸入到渦輪噴嘴25的內(nèi)周側(cè)(利用內(nèi)周側(cè)部件25a和隔壁42分隔的空間內(nèi))，在通過渦輪動葉片30時膨脹而使轉(zhuǎn)子盤32和轉(zhuǎn)子軸31旋轉(zhuǎn)。
[0052]并且，通過使轉(zhuǎn)子盤32和轉(zhuǎn)子軸31旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動在轉(zhuǎn)子軸31的另一端部設(shè)置的壓縮機(未圖示)，將供給到內(nèi)燃機的空氣壓縮。
[0053]另外，由壓縮機壓縮的空氣通過過濾器(未圖示)而被吸入，通過渦輪動葉片30膨脹的廢氣被導(dǎo)向氣體出口引導(dǎo)筒29和氣體出口殼體28而向外部流出。
[0054]另外，對于開閉閥41，例如在從壓縮機送出(排出)的空氣的壓力、或向內(nèi)燃機的燃燒室供給的空氣的壓力以絕對壓力計低于0.2MPa (2bar)的情況下，即在內(nèi)燃機低負(fù)荷運轉(zhuǎn)的情況下，使開閉閥41為全閉狀態(tài)，在從壓縮機送出(排出)的空氣的壓力、或向內(nèi)燃機的燃燒室供給的空氣的壓力以絕對壓力計為0.2MPa (2bar)以上的情況下，即在內(nèi)燃機高負(fù)荷運轉(zhuǎn)的情況下，使開閉閥41為全開狀態(tài)。
[0055]根據(jù)本實施方式的渦輪增壓器10，不需要用于使渦輪噴嘴25轉(zhuǎn)動的復(fù)雜的機構(gòu)，因此能夠減少制造費用和維護費用。
[0056]另外，在這種渦輪增壓器10中，也不需要用于使渦輪噴嘴25轉(zhuǎn)動的間隙，也不存在像現(xiàn)有結(jié)構(gòu)那樣從該間隙漏出廢氣的情況，因此能夠提高渦輪的性能。
[0057]而且，在這種渦輪增壓器10中，也不需要用于使渦輪噴嘴25轉(zhuǎn)動的間隙，不存在像現(xiàn)有結(jié)構(gòu)那樣廢氣中的粉塵等進入該間隙的情況，因此能夠避免不能調(diào)整向渦輪動葉片30流入的排氣的流速之類的現(xiàn)象。
[0058]另外，為了易于進行鑄造工序的脫模，內(nèi)側(cè)殼體21形成二分割結(jié)構(gòu)，即，使內(nèi)側(cè)殼體21的另一端內(nèi)周部為另一部件(部件33)，并經(jīng)由螺栓34將該部件33結(jié)合的結(jié)構(gòu)。
[0059]并且，形成這種廢氣的流路的雙層結(jié)構(gòu)的氣體入口殼體27中，廢氣與內(nèi)側(cè)殼體21和外側(cè)殼體22兩方直接接觸而流動，因此內(nèi)側(cè)殼體21和外側(cè)殼體22從廢氣受到的熱影響沒有產(chǎn)生差別。因此，不會在內(nèi)側(cè)殼體21和外側(cè)殼體22之間產(chǎn)生大的熱膨脹差，作用于軸流式渦輪20的構(gòu)成零件的熱應(yīng)力較小，容易維持適當(dāng)?shù)臏u輪間隙。
[0060]由此，在軸流式渦輪20和渦輪增壓器10中，緩和了考慮到熱膨脹差的困難的設(shè)計，并且提高了性能和可靠性。
[0061]另外，在內(nèi)側(cè)殼體21和外側(cè)殼體22之間沒有大的溫度差的雙層殼體結(jié)構(gòu)中，半徑方向的熱延伸得以均一化，因此能夠形成上述的渦輪噴嘴25和氣體引導(dǎo)筒29的凹窩結(jié)構(gòu)。這種凹窩結(jié)構(gòu)，不僅能夠提高嵌合部的密封性而防止氣體泄漏，而且在維護等中進行軸流式渦輪20的組裝、開放時，凹窩部成為弓I導(dǎo)件而使作業(yè)容易。
[0062]并且，雙層結(jié)構(gòu)的廢氣流路26、36在渦輪旋轉(zhuǎn)方向的全周上設(shè)置，在內(nèi)側(cè)殼體21和外側(cè)殼體22雙方?jīng)]有無用的部件，因此也能夠使氣體入口殼體27輕量化。
[0063]對于本發(fā)明的第二實施方式的渦輪增壓器(也稱為“排氣渦輪增壓器”)，參照圖2進行說明。
[0064]圖2是以剖面表示將渦輪和壓縮機同軸設(shè)置的大型內(nèi)燃機用渦輪增壓器50的渦輪側(cè)內(nèi)部構(gòu)成例的局部剖面構(gòu)成圖。
[0065]如圖2所示，本實施方式的渦輪增壓器50取代氣體入口殼體27而具備氣體入口殼體51，在這一點上與上述第一實施方式的結(jié)構(gòu)不同。對于其他的構(gòu)成要素與上述的第一實施方式的結(jié)構(gòu)相同，因此在此處省略對于這些構(gòu)成要素的說明。
[0066]另外,對于與上述第一實施方式相同的部件標(biāo)注同一標(biāo)號。
[0067]氣體入口殼體51是在第一實施方式中說明的內(nèi)側(cè)殼體21和外側(cè)殼體22作為一體結(jié)構(gòu)而鑄造成形的部件。因此，本實施方式中，不需要在第一實施方式中說明的凸緣面21a、22a、雙頭螺栓23和螺母24，不需要組合內(nèi)側(cè)殼體21和外側(cè)殼體22而使其一體化之類的組裝作業(yè)。
[0068]根據(jù)本實施方式的渦輪增壓器50，能夠進一步減少制造費用和維護費用，能夠?qū)崿F(xiàn)在維護等進行軸流式渦輪20的組裝、開放時的作業(yè)工序的簡化。
[0069]其他的作用效果與上述的第一實施方式的作用效果相同，因此在此處省略其說明。
[0070]另外，上述的渦輪增壓器10、50不是僅與船用內(nèi)燃機、發(fā)電用內(nèi)燃機等大型內(nèi)燃機組合而使用，還能夠與其他各種內(nèi)燃機組合而使用。
[0071]對于本發(fā)明的第三實施方式的渦輪增壓器(也稱為“排氣渦輪增壓器”。)，參照圖3進行說明。
[0072]圖3是以剖面表示將渦輪和壓縮機同軸設(shè)置的小型內(nèi)燃機用的渦輪增壓器60的渦輪側(cè)的內(nèi)部構(gòu)成例的局部剖面構(gòu)成圖。
[0073]如圖3所示，本實施方式的渦輪增壓器60在取代軸流式渦輪20而具備軸流式渦輪70這一點上與上述的第一實施方式不同。對于其他的構(gòu)成要素與上述的第一實施方式相同，因此在此處對于這些構(gòu)成要素省略說明。
[0074]另外,對與上述第一實施方式相同的部件標(biāo)注同一標(biāo)號。
[0075]軸流式渦輪70具備如下構(gòu)成的氣體入口殼體77:通過連結(jié)單元(例如雙頭螺栓23和螺母24 (參照圖1))使分體的內(nèi)側(cè)殼體71和外側(cè)殼體72形成一體，在內(nèi)側(cè)殼體71和外側(cè)殼體72之間形成的空間作為用于將廢氣導(dǎo)向至渦輪噴嘴25的廢氣流路(第二廢氣流路:副廢氣流路)76。
[0076]這種雙層結(jié)構(gòu)的氣體入口殼體77中，廢氣流路76在軸流式渦輪60的旋轉(zhuǎn)方向的全周上形成，從氣體入口殼體77的氣體入口 77a如圖3中箭頭Gi所示導(dǎo)入的廢氣通過廢氣流路76而被導(dǎo)向氣體出口 77b后，如圖3中箭頭Go所示從氣體出口殼體28的出口向外部排出。另外，氣體出口 77b在旋轉(zhuǎn)方向的全周上開口設(shè)置以向渦輪噴嘴25供給廢氣。
[0077]另外，在內(nèi)側(cè)殼體71的一端(轉(zhuǎn)子盤32側(cè)的端部)內(nèi)周部(一端部內(nèi)周側(cè))上設(shè)有中空圓錐狀的部件78，在部件78的端面(轉(zhuǎn)子盤32側(cè)的端面)上經(jīng)由螺栓35和緊固件79而結(jié)合(安裝)形成渦輪噴嘴25的環(huán)狀部件(噴嘴環(huán))的內(nèi)周側(cè)部件25a。
[0078]在本實施方式的內(nèi)側(cè)殼體71的內(nèi)周側(cè)(半徑方向內(nèi)側(cè))，將從氣體入口 77a導(dǎo)入的廢氣導(dǎo)向渦輪噴嘴25的內(nèi)周側(cè)(半徑方向內(nèi)側(cè))的廢氣流路(第一廢氣流路:主廢氣流路)80在軸流式渦輪60的旋轉(zhuǎn)方向的全周上形成。該廢氣流路80在廢氣流路76的內(nèi)周側(cè)(半徑方向內(nèi)側(cè))設(shè)置，廢氣流路76和廢氣流路80被形成內(nèi)側(cè)殼體71的隔壁(分隔壁)37分隔。
[0079]另外，在內(nèi)側(cè)殼體71的長度方向的中央部外周側(cè)設(shè)有用于連接配管(廢氣管)38的一端的凸緣39，在外側(cè)殼體72的一側(cè)部設(shè)有用于連接配管38的另一端的凸緣39，在配管38的中途連接有通過控制裝置40而自動地開閉的開閉閥(例如蝶閥)41。并且，在廢氣流路80的中途分支的廢氣通過在凸緣39和配管38的內(nèi)部形成的流路(未圖示)而導(dǎo)向廢氣流路76。
[0080]而且，在渦輪噴嘴25的前端側(cè)(外周側(cè)部件25b —側(cè))設(shè)有隔壁(分隔壁)81，該隔壁81的外周面(半徑方向外側(cè)的表面)81a與隔壁37的外周面(半徑方向外側(cè)的表面)37b形成同一平面，并且該隔壁81將渦輪噴嘴25的內(nèi)周側(cè)和外周側(cè)分隔。
[0081]另外，在設(shè)渦輪噴嘴25的根部的位置(與內(nèi)周側(cè)部件25a接合的位置)為葉片長度0%、設(shè)渦輪噴嘴25的前端的位置(與外周側(cè)部件25b接合的位置)為葉片長度100%時，隔壁81設(shè)置在葉片長度約90%的位置。
[0082]這樣構(gòu)成的渦輪增壓器60中，例如在內(nèi)燃機的負(fù)荷低且廢氣量少的情況下使開閉閥41為全閉狀態(tài)，在內(nèi)燃機的負(fù)荷高且廢氣量多的情況下使開閉閥41為全開狀態(tài)。
[0083]S卩，在內(nèi)燃機的負(fù)荷低且廢氣量少的情況下，從氣體入口殼體77的氣體入口 77a導(dǎo)入的廢氣的全部量通過廢氣流路80被導(dǎo)向至氣體出口 77b。被導(dǎo)向氣體出口 77b的廢氣從在旋轉(zhuǎn)方向的全周開口的氣體出口 77b被吸入到渦輪噴嘴25的內(nèi)周側(cè)(利用內(nèi)周側(cè)部件25a和隔壁81分隔的空間內(nèi))，在通過渦輪動葉片30時膨脹而使轉(zhuǎn)子盤32和轉(zhuǎn)子軸31旋轉(zhuǎn)。
[0084]另一方面，在內(nèi)燃機的負(fù)荷高且廢氣量多的情況下，從氣體入口殼體77的氣體入口 77a導(dǎo)入的廢氣的大半(約70?95%)通過廢氣流路80被導(dǎo)向至氣體出口 77b，從氣體入口殼體77的氣體入口 77a導(dǎo)入的廢氣的一部分(約5?30%)通過凸緣39、配管38、開閉閥41、廢氣流路76而被導(dǎo)向氣體出口 76a。被導(dǎo)向氣體出口 77b的廢氣從在旋轉(zhuǎn)方向的全周上開口的氣體出口 77b被吸入到渦輪噴嘴25的內(nèi)周側(cè)(利用內(nèi)周側(cè)部件25a和隔壁81分隔的空間內(nèi))，被導(dǎo)向氣體出口 76a的廢氣從在旋轉(zhuǎn)方向的全周上開口的氣體出口 76a被吸入到渦輪噴嘴25的外周側(cè)(利用外周側(cè)部件25b和隔壁81分隔的空間內(nèi))，在通過渦輪動葉片30時膨脹而使轉(zhuǎn)子盤32和轉(zhuǎn)子軸31旋轉(zhuǎn)。[0085]并且，通過使轉(zhuǎn)子盤32和轉(zhuǎn)子軸31旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動在轉(zhuǎn)子軸31的另一端部設(shè)置的壓縮機(未圖示)，將供給到內(nèi)燃機的空氣壓縮。
[0086]另外，由壓縮機壓縮的空氣通過過濾器(未圖示)而被吸入，通過渦輪動葉片30膨脹的廢氣被導(dǎo)向氣體出口引導(dǎo)筒29和氣體出口殼體28而向外部流出。
[0087]另外，對于開閉閥41，例如在從壓縮機送出(排出)的空氣的壓力、或向內(nèi)燃機的燃燒室供給的空氣的壓力以絕對壓力計低于0.2MPa (2bar)的情況下，即在內(nèi)燃機低負(fù)荷運轉(zhuǎn)的情況下，使開閉閥41為全閉狀態(tài)，在從壓縮機送出(排出)的空氣的壓力、或向內(nèi)燃機的燃燒室供給的空氣的壓力以絕對壓力計為0.2MPa (2bar)以上的情況下，即在內(nèi)燃機高負(fù)荷運轉(zhuǎn)的情況下，使開閉閥41為全開狀態(tài)。
[0088]本實施方式的渦輪增壓器60的作用效果與上述的第一實施方式的作用效果相同，因此在此處省略其說明。
[0089]對于本發(fā)明的第四實施方式的渦輪增壓器(也稱為“排氣渦輪增壓器”。)，參照圖4進行說明。
[0090]圖4是以剖面表示將渦輪和壓縮機同軸設(shè)置的小型內(nèi)燃機用的渦輪增壓器90的渦輪側(cè)的內(nèi)部構(gòu)成例的局部剖面構(gòu)成圖。
[0091]如圖4所示，本實施方式的渦輪增壓器90在取代軸流式渦輪70而具備軸流式渦輪100這一點上與上述的第三實施方式不同。對于其他的構(gòu)成要素與上述的第三實施方式相同，因此在此處對于這些構(gòu)成要素省略說明。
[0092]另外，對與上述的第三實施方式相同的部件標(biāo)注同一標(biāo)號。
[0093]軸流式渦輪100具備如下構(gòu)成的氣體入口殼體107:通過連結(jié)單元(例如雙頭螺栓23和螺母24(參照圖1))使分體的內(nèi)側(cè)殼體101和外側(cè)殼體102形成一體，在內(nèi)側(cè)殼體101和外側(cè)殼體102之間形成的空間作為用于將廢氣導(dǎo)向至渦輪噴嘴25的廢氣流路(第二廢氣流路:副廢氣流路)76。
[0094]這種雙層結(jié)構(gòu)的氣體入口殼體107中，廢氣流路76在軸流式渦輪100的旋轉(zhuǎn)方向的全周上形成，從氣體入口殼體107的氣體入口 107a如圖4中箭頭Gi所示導(dǎo)入的廢氣通過廢氣流路76而被導(dǎo)向氣體出口 107b后，如圖4中箭頭Go所示從氣體出口殼體28的出口向外部排出。另外，氣體出口 107b在旋轉(zhuǎn)方向的全周上開口設(shè)置以向渦輪噴嘴25供給廢氣。
[0095]另外，在內(nèi)側(cè)殼體101的一端(轉(zhuǎn)子盤32側(cè)的端部)內(nèi)周部(一端部內(nèi)周側(cè))上設(shè)有中空圓錐狀的部件108，在部件108的端面(轉(zhuǎn)子盤32側(cè)的端面)上經(jīng)由螺栓35和緊固件79而結(jié)合(安裝)形成渦輪噴嘴25的環(huán)狀部件(噴嘴環(huán))的內(nèi)周側(cè)部件25a。
[0096]在本實施方式的內(nèi)側(cè)殼體101的內(nèi)周側(cè)(半徑方向內(nèi)側(cè))，將從氣體入口 107a導(dǎo)入的廢氣導(dǎo)向渦輪噴嘴25的內(nèi)周側(cè)(半徑方向內(nèi)側(cè))的廢氣流路(第一廢氣流路:主廢氣流路)80在軸流式渦輪100的旋轉(zhuǎn)方向的全周上形成。該廢氣流路80在廢氣流路76的內(nèi)周側(cè)(半徑方向內(nèi)側(cè))設(shè)置，廢氣流路76和廢氣流路80被形成內(nèi)側(cè)殼體101的隔壁(分隔壁)37分隔。
[0097]另外，在內(nèi)側(cè)殼體101的一端側(cè)的一側(cè)部設(shè)有用于連接通過控制裝置40自動地開閉的開閉閥(例如蝶閥)41的凸緣39，在外側(cè)殼體102的一側(cè)部設(shè)有用于連接配管38的另一端的凸緣39，配管(廢氣管)38的一端連接于開閉閥41。并且，在廢氣流路80的中途分支的廢氣通過在凸緣39和配管38的內(nèi)部形成的流路(未圖示)被導(dǎo)向廢氣流路76。
[0098]這樣構(gòu)成的渦輪增壓器90中，例如在內(nèi)燃機的負(fù)荷低且廢氣量少的情況下使開閉閥41為全閉狀態(tài)，在內(nèi)燃機的負(fù)荷高且廢氣量多的情況下使開閉閥41為全開狀態(tài)。
[0099]S卩，在內(nèi)燃機的負(fù)荷低且廢氣量少的情況下，從氣體入口殼體107的氣體入口107a導(dǎo)入的廢氣的全部量通過廢氣流路80被導(dǎo)向氣體出口 107b。被導(dǎo)向至氣體出口 107b的廢氣從在旋轉(zhuǎn)方向的全周上開口的氣體出口 107b被吸入到渦輪噴嘴25的內(nèi)周側(cè)(利用內(nèi)周側(cè)部件25a和隔壁81分隔的空間內(nèi))，在通過渦輪動葉片30時膨脹而使轉(zhuǎn)子盤32和轉(zhuǎn)子軸31旋轉(zhuǎn)。
[0100]另一方面，在內(nèi)燃機的負(fù)荷高且廢氣量多的情況下，從氣體入口殼體107的氣體入口 107a導(dǎo)入的廢氣的大半(約70?95%)通過廢氣流路80導(dǎo)向至氣體出口 107b，從氣體入口殼體107的氣體入口 107a導(dǎo)入的廢氣的一部分(約5?30% )通過凸緣39、配管38、開閉閥41、廢氣流路76而導(dǎo)向至氣體出口 76a。導(dǎo)向氣體出口 107b的廢氣從在旋轉(zhuǎn)方向的全周上開口的氣體出口 107b被吸入到渦輪噴嘴25的內(nèi)周側(cè)(利用內(nèi)周側(cè)部件25a和隔壁81分隔的空間內(nèi))，導(dǎo)向氣體出口 76a的廢氣從在旋轉(zhuǎn)方向的全周上開口的氣體出口 76a被吸入到渦輪噴嘴25的外周側(cè)(利用外周側(cè)部件25b和隔壁81分隔的空間內(nèi))，在通過渦輪動葉片30時膨脹而使轉(zhuǎn)子盤32和轉(zhuǎn)子軸31旋轉(zhuǎn)。
[0101]并且，通過使轉(zhuǎn)子盤32和轉(zhuǎn)子軸31旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動在轉(zhuǎn)子軸31的另一端部設(shè)置的壓縮機(未圖示)，將供給到內(nèi)燃機的空氣壓縮。
[0102]本實施方式的渦輪增壓器90的作用效果與上述的第一實施方式的作用效果相同，因此在此處省略其說明。
[0103]另外，上述的渦輪增壓器60、90不是僅與船用內(nèi)燃機、發(fā)電用內(nèi)燃機等小型內(nèi)燃機組合而使用，還能夠與其他各種內(nèi)燃機組合而使用。
[0104]另外，本發(fā)明不限于上述的實施方式，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)能夠適宜進行變更。
[0105]而且，上述的實施方式中，以如下情況為例進行了說明:在內(nèi)燃機的負(fù)荷低且廢氣量少的情況下使開閉閥41為全閉狀態(tài)，而在內(nèi)燃機的負(fù)荷高且廢氣量多的情況下使開閉閥41為全開狀態(tài)，即將開閉閥41在全開位置或全閉位置中任一位置下使用的情況。但是，本發(fā)明不限于此，例如也可以是控制裝置40按照內(nèi)燃機的負(fù)荷調(diào)整開閉閥41的開度。SP，也可以是如下情況:在內(nèi)燃機的負(fù)荷處于第一規(guī)定值以下的低負(fù)荷區(qū)域的情況下使開閉閥41為全閉狀態(tài)，在內(nèi)燃機的負(fù)荷超過大于第一規(guī)定值的第二規(guī)定值而處于高負(fù)荷區(qū)域的情況下使開閉閥41為全開狀態(tài)，在內(nèi)燃機的負(fù)荷超過第一規(guī)定值且處于第二規(guī)定值以下的中負(fù)荷區(qū)域的情況下，控制裝置40按照內(nèi)燃機的負(fù)荷例如使開閉閥41的開度線性地變化。
[0106]由此，能夠使渦輪增壓器10、50、60、90的轉(zhuǎn)速按照內(nèi)燃機的負(fù)荷無級且細(xì)致地變化，能夠更有效地防止渦輪增壓器10、50、60、90的喘振、振動。
[0107]另外，包括配管38和開閉閥41的氣體入口殼體27、51、77、107不僅可應(yīng)用于圖1至圖4中任一個所示的軸流式渦輪20、70、100、及渦輪增壓器10、50、60、90，還能夠應(yīng)用于離心式/斜流式的渦輪、動力渦輪等旋轉(zhuǎn)機械。
[0108]標(biāo)號說明
[0109]10渦輪增壓器[0110]21內(nèi)側(cè)殼體
[0111]22外側(cè)殼體
[0112]25渦輪噴嘴
[0113]26廢氣流路(第一廢氣流路)
[0114]33 部件
[0115]36廢氣流路(第二廢氣流路)
[0116]38配管(廢氣管)
[0117]41開閉閥
[0118]50渦輪增壓器
[0119]60渦輪增壓器
[0120]71內(nèi)側(cè)殼體
[0121]72外側(cè)殼體
[0122]76廢氣流路(第二廢氣流路)
[0123]78 部件
[0124]80廢氣流路(第一廢氣流路)
[0125]90渦輪增壓器
[0126]101內(nèi)側(cè)殼體
[0127]102外側(cè)殼體
[0128]108 部件
【權(quán)利要求】
1.一種軸流式渦輪，被從內(nèi)燃機排出的廢氣驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，其特征在于， 在內(nèi)側(cè)殼體與外側(cè)殼體之間形成的空間形成用于將從所述內(nèi)燃機排出的所述廢氣導(dǎo)向渦輪噴嘴的外周側(cè)的第一廢氣流路， 在所述內(nèi)側(cè)殼體的內(nèi)周側(cè)形成用于將在所述第一廢氣流路的中途分支的廢氣導(dǎo)向所述渦輪噴嘴的內(nèi)周側(cè)的第二廢氣流路， 所述第一廢氣流路的中途和所述第二廢氣流路的氣體入口經(jīng)由廢氣管連通，且在該廢氣管的中途連接有開閉閥。
2.一種軸流式渦輪，被從內(nèi)燃機排出的廢氣驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，其特征在于， 在內(nèi)側(cè)殼體的內(nèi)周側(cè)形成的空間形成用于將從所述內(nèi)燃機排出的所述廢氣導(dǎo)向渦輪噴嘴的內(nèi)周側(cè)的第一廢氣流路， 在所述內(nèi)側(cè)殼體與外側(cè)殼體之間形成的空間形成用于將在所述第一廢氣流路的中途分支的廢氣導(dǎo)向所述渦輪噴嘴的外周側(cè)的第二廢氣流路， 所述第一廢氣流路的中途和所述第二廢氣流路的氣體入口經(jīng)由廢氣管連通，且在該廢氣管的中途連接有開閉閥。
3.一種軸流式渦輪的運轉(zhuǎn)方法， 所述軸流式渦輪具備氣體入口殼體， 所述氣體入口殼體構(gòu)成為在內(nèi)側(cè)殼體與外側(cè)殼體之間形成的空間形成用于將從內(nèi)燃機排出的廢氣導(dǎo)向渦輪噴嘴的外周側(cè)的第一廢氣流路， 在所述內(nèi)側(cè)殼體的內(nèi)周側(cè)形成用于將在所述第一廢氣流路的中途分支的廢氣導(dǎo)向所述渦輪噴嘴的內(nèi)周側(cè)的第二廢氣流路， 所述第一廢氣流路的中途和所述第二廢氣流路的氣體入口經(jīng)由廢氣管連通，且在該廢氣管的中途連接有開閉閥，所述軸流式渦輪的運轉(zhuǎn)方法的特征在于， 在所述內(nèi)燃機的負(fù)荷低且廢氣量少的情況下使所述開閉閥為全閉狀態(tài)，在所述內(nèi)燃機的負(fù)荷高且廢氣量多的情況下使所述開閉閥為全開狀態(tài)。
4.一種軸流式渦輪的運轉(zhuǎn)方法， 所述軸流式渦輪具備氣體入口殼體， 所述氣體入口殼體構(gòu)成為在內(nèi)側(cè)殼體的內(nèi)周側(cè)形成的空間形成用于將從內(nèi)燃機排出的廢氣導(dǎo)向渦輪噴嘴的內(nèi)周側(cè)的第一廢氣流路， 在所述內(nèi)側(cè)殼體與外側(cè)殼體之間形成的空間形成用于將在所述第一廢氣流路的中途分支的廢氣導(dǎo)向所述渦輪噴嘴的外周側(cè)的第二廢氣流路， 所述第一廢氣流路的中途和所述第二廢氣流路的氣體入口經(jīng)由廢氣管連通，且在該廢氣管的中途連接有開閉閥，所述軸流式渦輪的運轉(zhuǎn)方法的特征在于， 在所述內(nèi)燃機的負(fù)荷低且廢氣量少的情況下使所述開閉閥為全閉狀態(tài)，在所述內(nèi)燃機的負(fù)荷高且廢氣量多的情況下使所述開閉閥為全開狀態(tài)。
【文檔編號】F01D25/24GK103850732SQ201410050313
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2010年2月8日 優(yōu)先權(quán)日:2009年2月18日
【發(fā)明者】白石啟一 申請人:三菱重工業(yè)株式會社