JP3399063B2 - Turbine heat shield - Google Patents
Turbine heat shieldInfo
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- JP3399063B2 JP3399063B2 JP32548993A JP32548993A JP3399063B2 JP 3399063 B2 JP3399063 B2 JP 3399063B2 JP 32548993 A JP32548993 A JP 32548993A JP 32548993 A JP32548993 A JP 32548993A JP 3399063 B2 JP3399063 B2 JP 3399063B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、タービン遮熱装置に係
り、特に高温流体の流速を利用して回転するタービン
と、該タービンの回転力を駆動源として回転して低圧流
体を圧送するインペラとを背面合わせに備える過給機に
おいてタービン側の空間とインペラ側の空間とを遮熱す
るのに好適なタービン遮熱装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば車両に搭載されるいわゆるターボ
チャージャ等の過給機は、内燃機関の排気ガスによりタ
ービンを高速回転させることにより、回転軸によりター
ビンと直結されたインペラを回転させ、その遠心効果に
よる空気圧縮で高圧空気を生成し、これを燃焼室に導入
する構成とされている。
【0003】この場合、タービンを回転させるべく導か
れる排気ガスは一般に高温であるのに対し、インペラが
圧送する空気の温度は、燃焼室に供給する空気の密度を
高める観点より低温であることが望ましい。
【0004】一方、タービンとインペラの配設位置は、
過給機を小型化する観点からは接近していることが望ま
しいが、両者を接近して配設するためには、かかる構成
を採用してなおタービン側の空間とインペラ側の空間と
を十分に遮熱し得るタービン遮熱装置が必要である。
【0005】このようなタービン遮熱装置としては、例
えば特願平5−262608号に開示された装置があ
る。図5は、かかる遮熱装置を内蔵するターボチャージ
ャ20の全体構成図を示す。
【0006】同図に示すターボチャージャ20は、ター
ビン1とインペラ2とを背面合わせに配設し、軸受3,
4によって片持ち支持する構成である。この場合、ター
ビン1は、その外周を巻いて導入される高温の排気ガス
あるいは燃焼ガスに晒される部材であり、ターボチャー
ジャ20作動中は高温となる。従って、タービンディス
ク1aの背面からは輻射熱が放射され、何ら処置が講じ
られていないとすれば、インペラ2、インペラディスク
2a、空気流路2bを流れる吸気が加熱され、、吸気密
度が低下するため、圧縮機(コンプレッサ)としての効
率低下を招くことになる。
【0007】このため、図5に示すターボヤージャ20
においては、タービン1とインペラ2との間に遮熱プレ
ート21を設けて輻射熱の遮熱を図っている。この遮熱
プレート21は、インペラ2側に位置する第1の板状体
22とタービン1側に位置する第2の板状体23と、タ
ービンディスク1a及びインペラディスク2aを連結す
る回転軸5に対向するラビリンス24及びブレード25
とより構成されている。
【0008】板状体22,23は遮熱プレート21の内
部に空隙部26を形成するように接合されている。ま
た、板状体22には、インペラディスク2a側の空間2
7と空隙部26とを、インペラディスク2aの最外径付
近で連通する第1の通気孔22aが形成されており、一
方、板状体23には、タービンディスク1a側の空間2
8と空隙部26とを、タービンディスク1aの回転軸5
付近で連通する第2の通気孔23aが形成されている。
【0009】また、回転軸5は、その中央に回転軸中心
穴6を備えると共に、回転軸中心穴6と空間27とを連
通する空気供給孔7、及び回転軸中心穴6と回転軸5に
嵌合されたラビリンスブレード8とを連通する空気排出
孔9とを備えている。更に、ラビリンスブレード8は、
インペラ2の上流側空間2dと連通して設けられてい
る。
【0010】かかる構成においては、タービンディスク
1aの回転に伴ってインペラディスク2aが回転して空
間27に高圧圧縮空気が生ずると、発生した高圧圧縮空
気は、空気流路2bに連通する内燃機関の吸気通路に導
入されると共に空間27に導かれる。そして、遮熱プレ
ート21の板状体22の表面を流通し、又は第1の通気
孔22a、空隙部26、第2の通気孔22bを経てター
ビンディスク1a背面と板状体23との間に形成された
空間28に流入する。これによって、タービンディスク
1aが冷却されると共に、空隙部26に断熱空気層が形
成されるように成っている。
【0011】この場合、タービン1とインペラ2とが背
面合わせに設けられているにも関わらず、タービン1か
らインペラ2へ向かう輻射熱の放射が抑制され、ターボ
チャージャ20においてコンプレッサとしての高い効率
を確保することができる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のタービン遮熱装置は、タービン1とインペラ2との
間に配設した遮熱プレート21に対して、高圧圧縮空気
を供給する構成である。つまり、上記従来のタービン遮
熱装置においては、本来内燃機関の吸気圧を高めるため
に圧縮した高圧圧縮空気の一部が冷却用空気として消費
されることになり、ターボチャージャとしての圧縮効率
の低下を伴うものである。
【0013】また、高圧圧縮空気は、圧縮前の低圧空気
に比べて圧縮昇温により高温となるため、常温の低圧空
気を遮熱プレート21の冷却に用いる場合に比べて冷却
効率が悪いという問題も有している。
【0014】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、タービンとインペラとの間に遮熱プレートを設
け、この遮熱プレートをインペラにより圧縮される前の
空気で冷却することにより上記の課題を解決するタービ
ン遮熱装置を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、高温流体
の流速により回転するタービンと、該タービンを駆動源
として回転して低圧流体を圧送するインペラとを背面合
わせに備える過給機内で、前記タービン側の空間と前記
インペラ側の空間とを遮熱するタービン遮熱装置であっ
て、前記タービンと前記インペラとの間に配設される、
内部に空隙を有する遮熱プレートと、前記インペラの上
流側の空間であって、前記インペラを覆うシュラウドカ
バーの根元付近の第1の空間と前記遮熱プレートの空隙
とを連通する冷却流体流入通路と、前記インペラの上流
側の空間であって、前記インペラの回転中は前記第1の
空間より低圧となる第2の空間と前記遮熱プレートの空
隙とを連通する冷却流体排出通路とを備えることを特徴
とするタービン遮熱装置により達成される。
【0016】
【作用】本発明に係るタービン遮熱装置において、前記
遮熱プレートは前記タービンと前記インペラとの間に介
在して、前記タービンから放射される輻射熱が直接前記
インペラに伝達されるのを防止する。この際、前記遮熱
プレート内に設けられた空隙は、断熱空気層として作用
し、タービン側から遮熱プレートに供給された輻射熱が
インペラ側に伝達するのを遅らせるように機能する。
【0017】また、前記冷却流体流入通路は、前記イン
ペラの上流側の前記第1の空間に、前記冷却流体排出通
路は前記インペラの作動時に該第1の空間より低圧とな
る前記第2の空間にそれぞれ開口し、かつ前記遮熱プレ
ートの空隙を介して互いに連通している。
【0018】従って、前記インペラの作動中は、前記第
1の空間と前記第2の空間の差圧に起因して、前記冷却
流体流入通路から前記遮熱プレートの空隙を通って前記
冷却流体排出通路へ抜ける空気の流れが形成される。こ
の空気は、前記インペラの回転により昇圧された高圧圧
縮空気を消費するものではなく、また、比較的低温の常
圧空気であるため、過給機としての圧縮効率を低下させ
ることなく高い遮熱効果が得られることになる。
【0019】
【実施例】図1は、本発明の一実施例であるタービン遮
熱装置を内蔵するターボチャージャ30の全体構成図を
示す。本実施例に係るタービン遮熱装置は、図5を用い
て説明したタービン遮熱装置と遮熱プレート周辺の構造
が異なるのみで他の構造はほぼ同一である。このため、
本実施例装置において上記図5と同一の構成部分には同
一の符号を付し、その説明を簡略化する。
【0020】本実施例に係るタービン遮熱装置が組み込
まれるターボチャージャ30も、図5に示された従来の
ターボチャージャと同様にタービン1とインペラとを背
面合わせにすると共に、軸受3、4によって片持ち支持
する構造とされている。すなわち、タービンディスク1
aとインペラディスク2aとは回転軸5によって同軸に
嵌合されており、軸受け3,4に支持されて一体となっ
て回転する。
【0021】ここで、ターボチャージャ30は、例えば
内燃機関やガスタービンエンジン等に組み込まれ、排気
エネルギを利用して吸気系において高圧圧縮空気を発生
して内燃機関等の出力向上を実現する装置であり、ター
ビン1の外周に設けられた排気ガス導入通路31には、
内燃機関等の排気ポート(以下、単に排気ポートと称
す)が連通されている。
【0022】この排気ガス導入通路31は、排気ポート
に近いほどその径が太く(図1中、下方)、すなわちタ
ービン1の外周を進むにつれてその径が細くなるように
形成してタービン1内に流入する排気ガスの流速を高め
る構成とされている。そして、タービン1内に流入した
排気ガスは、タービンディスク1aを回転させた後、排
気通路32へと流出する。
【0023】また、インペラ2を被うべく設けられたシ
ュラウドカバー33は、その上流側に位置する吸気通路
34に開口している。一方、インペラディスク2aの回
転により高圧圧縮空気が生成される空気流路2bの出口
は、チャンネル部35を備えるディフューザ36とシュ
ラウドカバー33とに形成されて内燃機関等の吸気ポー
ト(以下、単に吸気ポートと称す)に通じる通路に導か
れる。
【0024】尚、チャンネル35は、図1のII−II断面
である図2に示すように、ディフューザ36の外周へ向
かうほどその幅を増大させる3角形状であり、インペラ
2により加圧された空気がディフューザ36の外周へ進
行するにつれて減圧するのを防止する作用を果たしてい
る。
【0025】図1に示すように、ターボチャージャ30
のタービンディスク1aとインペラディスク2aとの間
には、両者間の遮熱を図る遮熱プレート37が配設され
ている。この遮熱プレート37は、前記した遮熱プレー
トに相当し、本実施例の要部を構成する。
【0026】遮熱プレート37は、インペラ2側に配置
される板状体38とタービン側に配置される板状体39
と、タービンディスク1aの回転軸5と対向する部位に
設けられたラビリンス24及びブレード25とで構成さ
れる。ブレード25は、波状の外形を形成するように複
数の突起を備えて構成され、それらの突起の作用でター
ビン1側の空間とインペラ2側の空間とのシールを非接
触で実現する部材である。
【0027】つまり、ブレード25と回転軸5との間に
は、僅かな隙間が設けられている。従って、回転軸5が
高速で回転する場合でも、ブレード25と回転軸5との
間に摺動が生ずることはなく、両者の経時変化を防止す
ることができる。一方、タービン1側の空間とインペラ
2側の空間との間に差圧が生じた場合、その差圧はブレ
ード25に設けられた複数の突起により段階的な小さな
差圧に分解され、圧損として消費される。このため、タ
ービン1側の空間とインペラ2側の空間とが非接触にも
関わらず、実質的にシールされた状態になる。
【0028】板状体38,39の間には、前記した空隙
に相当する空隙部40が構成されている。ここで、板状
体38は、上記したようにチャンネルあるいはベーン
(以下、単にチャンネルと称す)35を備えるディフュ
ーザ36と一体に設けられており、またチャンネル35
には図1及び図2に示すように空隙部40に連通する冷
却流体流入通路41、及び冷却流体排出通路42が設け
られている。
【0029】以下、図2中 III−III 断面部の拡大図で
ある図3、及び図2中IV−IV断面部の拡大図である図4
を参照して、冷却流体流入通路41の周辺構成、及び冷
却流体排出通路42の周辺構成について詳説する。
【0030】図3に示すように、冷却流体流入通路41
は、その一端が空隙部40に開口しており、他端がハウ
ジング43に設けられたフィルタ44を介して吸気通路
34内シュラウドカバー33根元に開口している。この
シュラウドカバー33根元の空間は、インペラ2の上流
空間であってインペラ2作動時において比較的大気圧に
近い内圧が維持される空間であり、前記した第1の空間
に相当する。尚、フィルタ44は、冷却流体吸入通路4
1内に異物が吸入して目詰まり、あるいはインペラ翼の
チッピングを起こすのを防止するために配設したもので
ある。
【0031】一方、図4に示すように、冷却流体排出通
路42は、その一端が空隙部40に開口すると共に、他
端はハウジング43とシュラウドカバー33との間に設
けられた通気通路45を介してシュラウドカバー33内
インペラディスク2a直上流部に開口している。
【0032】この通気通路45が開口する空間は、イン
ペラ2の上流空間であると共に、インペラ2作動時に
は、吸気負圧が生ずる空間である。つまり、インペラ作
動時においてもほぼ大気圧が維持されるシュラウドカバ
ー33根元の空間に比べて低圧となる空間である。この
意味で、シュラウドカバー33内の当該空間は前記した
第2の空間に相当する。
【0033】かかる構成によれば、インペラ2が作動し
てシュラウドカバー33内、インペラディスク直上流部
に負圧が生ずると、その負圧が通気通路45を通じて冷
却流体排出通路42に導かれ、更に空隙部40を通って
冷却流体流入通路41に導かれる。そして、冷却流体流
入通路41から、吸気通路34内の空気が吸引され、空
隙部40内を流通してシュラウドカバー33内に排出さ
れることになる。
【0034】ここで、上記した冷却流体流入通路41と
冷却流体排出通路42は、図2に示すようにほぼ180
°位相のずれたチャンネル35について設けられてい
る。従って、冷却流体流入通路41内に空気が流入して
冷却流体排出通路42に向けて流通する場合、遮熱プレ
ート37内にドーナツ状に設けられた空隙部40には、
その全領域に流速が生ずることになる。
【0035】このため、インペラ2の作動中、すなわち
ターボチャージャ30の作動中は、常時遮熱プレート3
7内全領域に吸気通路34内の比較的低温の空気が導入
されることとなり、空隙部40が有効に断熱層として機
能し、タービン1からインペラ2へ向かって放射される
輻射熱を適切に遮熱することが可能となる。
【0036】ところで、ターボチャージャにより過給を
行う内燃機関等では、ターボチャージャによる過給がさ
ほど要求されない低負荷時に、吸気通路内の比較的空気
の流れが停滞し易い部位(例えば本実施例においては冷
却流体流入通路41が開口するシュラウドカバー33の
根元付近)に高温の空気が滞留する場合がある。
【0037】シュラウドカバー33内に流入すべき空気
の量が少なく、その根元付近に流速が生じない状況が継
続すると、その部位に停滞する空気が長期間タービン1
の輻射熱に晒されることになるからである。
【0038】かかる状況で吸入空気量が急増すると、滞
留していた高温の空気が一気にインペラ2内に吸入され
ることになるが、この場合、急激な吸気温度の上昇を伴
うことになり、ターボチャージャとしての圧縮効率の低
下、サージの発生等の原因となる他、インペラディスク
2aの変形によるカバー等との接触、損傷の原因とな
る。
【0039】これに対して本実施例のタービン冷却装置
は、上記したように吸気通路34内シュラウドカバー3
3の根元から遮熱プレート冷却用空気を吸引する構成で
ある。従って、ターボチャージャの作動状態によって従
来は空気の滞留を起こしていた部位に常時流速が発生す
ることになり、高温空気の滞留による上述の問題をも解
決し得るという効果をも得ることができる。
【0040】このように、本実施例のタービン冷却装置
は、タービン1とインペラ2とを背面合わせに設けて小
型化を実現したターホチャージャにおいて、圧縮効率を
低下させることなく、十分な遮熱効果を確保し、かつ高
温空気の滞留による不具合を有効に防止することができ
るという優れた効果を有している。
【0041】尚、本実施例においては、前記した第1の
空間及び第2の空間を、それぞれシュラウドカバー33
の根元、及びシュラウドカバー33の内部として構成し
ているが、これに限るものではなく、インペラの作動時
において差圧の生ずる2つの空間であればよい。
【0042】
【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、タービン
とインペラとの間に配設した遮熱プレートを、インペラ
上流から取り込んだ低温の空気で冷却することから、過
給機としての圧縮効率を低下させることなく、かつ有効
に遮熱プレートを冷却して高い遮熱効果を得ることがで
きる。このため、本発明に係るタービン遮熱装置によれ
ば、従来の過給機に比べて高い圧縮能率を有し、かつ体
格の小さな過給機を実現することができるという特長を
有している。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbine heat shield device, and more particularly to a turbine that rotates by using the flow velocity of a high-temperature fluid, and a drive source for rotating the turbine. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a turbine heat shield device suitable for shielding heat in a turbine-side space and an impeller-side space in a supercharger provided with a back-to-back impeller that rotates and pumps a low-pressure fluid. 2. Description of the Related Art For example, a supercharger such as a so-called turbocharger mounted on a vehicle rotates an impeller directly connected to a turbine by a rotating shaft by rotating the turbine at high speed by exhaust gas of an internal combustion engine. Then, high-pressure air is generated by air compression by the centrifugal effect, and the generated high-pressure air is introduced into the combustion chamber. [0003] In this case, the exhaust gas guided to rotate the turbine is generally hot, whereas the temperature of the air pumped by the impeller is low from the viewpoint of increasing the density of the air supplied to the combustion chamber. desirable. On the other hand, the positions of the turbine and the impeller are
It is desirable that they are close from the viewpoint of reducing the size of the turbocharger.However, in order to dispose the two close together, it is necessary to adopt such a configuration and still make the space on the turbine side and the space on the impeller side enough. There is a need for a turbine heat shield device that can shield heat. An example of such a turbine heat shield device is disclosed in Japanese Patent Application No. 5-262608. FIG. 5 shows an overall configuration diagram of a turbocharger 20 incorporating such a heat shield device. A turbocharger 20 shown in FIG. 1 has a turbine 1 and an impeller 2 arranged back to back, and bearings 3 and 3.
4 is a cantilevered configuration. In this case, the turbine 1 is a member that is exposed to a high-temperature exhaust gas or a combustion gas introduced by winding around the outer periphery thereof, and has a high temperature during operation of the turbocharger 20. Therefore, radiant heat is radiated from the back surface of the turbine disk 1a, and if no measures are taken, the intake air flowing through the impeller 2, the impeller disk 2a, and the air flow path 2b is heated, and the intake density is reduced. As a result, the efficiency of the compressor (compressor) is reduced. For this reason, the turbo jar 20 shown in FIG.
In (2), a heat shield plate 21 is provided between the turbine 1 and the impeller 2 to shield the radiant heat. The heat shield plate 21 is attached to a first plate 22 located on the impeller 2 side, a second plate 23 located on the turbine 1 side, and a rotating shaft 5 connecting the turbine disk 1a and the impeller disk 2a. Opposing labyrinth 24 and blade 25
It is composed of The plate members 22 and 23 are joined so as to form a gap 26 inside the heat shield plate 21. The plate-shaped body 22 has a space 2 on the impeller disk 2a side.
A first ventilation hole 22a is formed to communicate the air gap 7 with the gap 26 near the outermost diameter of the impeller disk 2a, while the plate-like body 23 has a space 2 on the turbine disk 1a side.
8 and the gap 26 with the rotating shaft 5 of the turbine disk 1a.
A second ventilation hole 23a communicating with the vicinity is formed. The rotary shaft 5 has a rotary shaft center hole 6 at the center thereof, and has an air supply hole 7 communicating the rotary shaft center hole 6 with the space 27 and a rotary shaft center hole 6 and the rotary shaft 5. An air discharge hole 9 that communicates with the fitted labyrinth blade 8 is provided. Furthermore, the labyrinth blade 8
It is provided in communication with the upstream space 2 d of the impeller 2. In this configuration, when the impeller disk 2a rotates with the rotation of the turbine disk 1a and high-pressure compressed air is generated in the space 27, the generated high-pressure compressed air is transmitted to the internal combustion engine that communicates with the air flow path 2b. It is guided into the space 27 while being introduced into the intake passage. Then, it flows through the surface of the plate-like body 22 of the heat shield plate 21 or passes between the back surface of the turbine disk 1a and the plate-like body 23 through the first ventilation hole 22a, the gap 26, and the second ventilation hole 22b. It flows into the formed space 28. Thus, the turbine disk 1a is cooled, and a heat insulating air layer is formed in the gap 26. In this case, despite the fact that the turbine 1 and the impeller 2 are provided back to back, radiation of radiant heat from the turbine 1 to the impeller 2 is suppressed, and high efficiency as a compressor in the turbocharger 20 is secured. can do. However, the above-mentioned conventional turbine heat shield device supplies high-pressure compressed air to a heat shield plate 21 disposed between the turbine 1 and the impeller 2. It is. That is, in the conventional turbine heat shield device, part of the high-pressure compressed air originally compressed to increase the intake pressure of the internal combustion engine is consumed as cooling air, and the compression efficiency of the turbocharger decreases. It is accompanied by. Further, the high-pressure compressed air has a higher temperature than the low-pressure air before compression due to the temperature increase in the compression, so that the cooling efficiency is lower than when the low-pressure air at normal temperature is used for cooling the heat shield plate 21. Also have. The present invention has been made in view of the above points, and has a heat shield plate provided between a turbine and an impeller, and the heat shield plate is cooled by air before being compressed by the impeller. An object of the present invention is to provide a turbine heat shield device that solves the above problems. SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide a turbocharger having a back-to-back turbocharger having a turbine rotating by the flow velocity of a high-temperature fluid and an impeller rotating by using the turbine as a driving source to pump low-pressure fluid. Inside the machine, a turbine heat shield device that shields the space on the turbine side and the space on the impeller side, which is disposed between the turbine and the impeller,
A heat shield plate having a cavity inside, and above the impeller
A shroudka which is a space on the flow side and covers the impeller.
A cooling fluid inflow passage communicating the first space near the root of the bar with the gap of the heat shield plate; and a space upstream of the impeller, wherein the pressure is lower than the first space during rotation of the impeller. This is achieved by a turbine heat shield device including a cooling fluid discharge passage that communicates a second space to be formed with a gap of the heat shield plate. In the turbine heat shield according to the present invention, the heat shield plate is interposed between the turbine and the impeller, and radiant heat radiated from the turbine is directly transmitted to the impeller. To prevent At this time, the gap provided in the heat shield plate functions as a heat insulating air layer, and functions to delay the transfer of the radiant heat supplied from the turbine side to the heat shield plate to the impeller side. The cooling fluid inflow passage is provided in the first space upstream of the impeller, and the cooling fluid discharge passage is provided in the second space having a lower pressure than the first space when the impeller is operated. , And communicate with each other via a gap in the heat shield plate. Therefore, during the operation of the impeller, the cooling fluid is discharged from the cooling fluid inflow passage through the gap of the heat shield plate due to the pressure difference between the first space and the second space. A flow of air is formed that escapes to the passage. This air does not consume the high-pressure compressed air pressurized by the rotation of the impeller, and since it is relatively low-temperature normal-pressure air, high heat shielding without lowering the compression efficiency as a supercharger. The effect will be obtained. FIG. 1 is an overall structural view of a turbocharger 30 incorporating a turbine heat shield device according to an embodiment of the present invention. The turbine heat shield according to the present embodiment differs from the turbine heat shield described with reference to FIG. 5 only in the structure around the heat shield plate, and other structures are almost the same. For this reason,
In the apparatus of this embodiment, the same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be simplified. The turbocharger 30 incorporating the turbine heat shield according to the present embodiment also has the turbine 1 and the impeller back-to-back, as well as the conventional turbocharger shown in FIG. It is designed to be cantilevered. That is, the turbine disk 1
a and the impeller disk 2a are coaxially fitted by the rotating shaft 5, and are supported by the bearings 3 and 4, and rotate integrally. Here, the turbocharger 30 is a device incorporated in, for example, an internal combustion engine, a gas turbine engine, or the like, which generates high-pressure compressed air in an intake system using exhaust energy to improve the output of the internal combustion engine or the like. The exhaust gas introduction passage 31 provided on the outer periphery of the turbine 1 has
An exhaust port (hereinafter, simply referred to as an exhaust port) of an internal combustion engine or the like is connected. The exhaust gas introduction passage 31 is formed such that its diameter increases as it approaches the exhaust port (downward in FIG. 1), that is, the diameter decreases as it goes along the outer periphery of the turbine 1. It is configured to increase the flow velocity of the inflowing exhaust gas. Then, the exhaust gas flowing into the turbine 1 flows out to the exhaust passage 32 after rotating the turbine disk 1a. The shroud cover 33 provided to cover the impeller 2 is open to an intake passage 34 located on the upstream side. On the other hand, the outlet of the air flow passage 2b in which high-pressure compressed air is generated by the rotation of the impeller disk 2a is formed in a diffuser 36 having a channel portion 35 and a shroud cover 33, and is provided in an intake port (hereinafter simply referred to as an intake (Referred to as a port). The channel 35 has a triangular shape whose width increases toward the outer periphery of the diffuser 36, as shown in FIG. 2, which is a cross section taken along line II-II of FIG. This serves to prevent the air from being reduced in pressure as it travels to the outer periphery of the diffuser 36. As shown in FIG. 1, the turbocharger 30
Between the turbine disk 1a and the impeller disk 2a, a heat shield plate 37 for shielding heat between the two is disposed. The heat shield plate 37 corresponds to the above-described heat shield plate, and constitutes a main part of the present embodiment. The heat shield plate 37 is composed of a plate-shaped member 38 disposed on the impeller 2 side and a plate-shaped member 39 disposed on the turbine side.
And a labyrinth 24 and a blade 25 provided at a portion of the turbine disk 1a facing the rotating shaft 5. The blade 25 is provided with a plurality of protrusions so as to form a wavy outer shape, and is a member that realizes a seal between the space on the turbine 1 side and the space on the impeller 2 side in a non-contact manner by the action of the protrusions. . That is, a slight gap is provided between the blade 25 and the rotating shaft 5. Therefore, even when the rotating shaft 5 rotates at a high speed, there is no sliding between the blade 25 and the rotating shaft 5, and it is possible to prevent the two from changing over time. On the other hand, when a pressure difference is generated between the space on the turbine 1 side and the space on the impeller 2 side, the pressure difference is decomposed into a stepwise small pressure difference by a plurality of projections provided on the blade 25, and the pressure loss is reduced. Consumed. For this reason, the space on the turbine 1 side and the space on the impeller 2 side are in a substantially sealed state despite non-contact. A gap 40 corresponding to the above-mentioned gap is formed between the plate-like bodies 38 and 39. Here, the plate-like body 38 is provided integrally with the diffuser 36 having the channel or the vane (hereinafter, simply referred to as a channel) 35 as described above, and the channel 35
As shown in FIGS. 1 and 2, a cooling fluid inflow passage 41 and a cooling fluid discharge passage 42 communicating with the gap 40 are provided in the air passage 40. FIG. 3 is an enlarged view of a section taken along line III-III in FIG. 2, and FIG. 4 is an enlarged view of a section taken along line IV-IV in FIG.
The peripheral configuration of the cooling fluid inflow passage 41 and the peripheral configuration of the cooling fluid discharge passage 42 will be described in detail with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the cooling fluid inflow passage 41
Has one end open to the cavity 40 and the other end open to the base of the shroud cover 33 in the intake passage 34 via a filter 44 provided in the housing 43. The space at the base of the shroud cover 33 is a space upstream of the impeller 2 and a space in which the internal pressure relatively close to the atmospheric pressure is maintained during the operation of the impeller 2, and corresponds to the above-described first space. The filter 44 is provided with the cooling fluid suction passage 4.
1 is provided to prevent clogging due to inhalation of foreign matter into the inside 1 or chipping of the impeller blades. On the other hand, as shown in FIG. 4, the cooling fluid discharge passage 42 has one end opened to the cavity 40 and the other end formed with a ventilation passage 45 provided between the housing 43 and the shroud cover 33. The shroud cover 33 has an opening in the shroud cover 33 immediately upstream of the impeller disk 2a. The space in which the ventilation passage 45 is opened is a space upstream of the impeller 2 and a space in which a negative intake air pressure is generated when the impeller 2 operates. In other words, the space has a lower pressure than the space at the base of the shroud cover 33 in which the atmospheric pressure is substantially maintained even when the impeller is operated. In this sense, the space in the shroud cover 33 corresponds to the above-described second space. According to this configuration, when the impeller 2 operates and a negative pressure is generated in the shroud cover 33 and immediately upstream of the impeller disk, the negative pressure is guided to the cooling fluid discharge passage 42 through the ventilation passage 45, The air is guided to the cooling fluid inflow passage 41 through the gap 40. Then, the air in the intake passage 34 is sucked from the cooling fluid inflow passage 41, flows through the gap 40, and is discharged into the shroud cover 33. Here, the cooling fluid inflow passage 41 and the cooling fluid discharge passage 42 are substantially 180 ° as shown in FIG.
° is provided for the channel 35 out of phase. Therefore, when air flows into the cooling fluid inflow passage 41 and flows toward the cooling fluid discharge passage 42, the gap 40 provided in a donut shape in the heat shield plate 37 has
A flow velocity will be generated in the entire area. Therefore, during the operation of the impeller 2, that is, the operation of the turbocharger 30, the heat shield plate 3
The relatively low-temperature air in the intake passage 34 is introduced into the entire area of the inside 7, and the gap 40 effectively functions as a heat insulating layer, and appropriately shields radiant heat radiated from the turbine 1 toward the impeller 2. It is possible to heat. Meanwhile, in an internal combustion engine or the like in which supercharging is performed by a turbocharger, at a low load where supercharging by the turbocharger is not so required, a portion where the air flow in the intake passage relatively easily stagnates (for example, in this embodiment, (The vicinity of the base of the shroud cover 33 where the cooling fluid inflow passage 41 opens) in some cases. If the amount of air to be introduced into the shroud cover 33 is small and the flow velocity does not occur near the base of the shroud cover 33, the air stagnant at that location will be
This is because they are exposed to the radiant heat. If the amount of intake air suddenly increases in such a situation, the staying high-temperature air will be sucked into the impeller 2 at a stretch. This causes a reduction in compression efficiency as a charger, generation of a surge, and the like, and also causes contact with a cover or the like due to deformation of the impeller disk 2a and damage. On the other hand, the turbine cooling device of the present embodiment has the shroud cover 3 in the intake passage 34 as described above.
In this configuration, the air for cooling the heat shield plate is sucked from the root of 3. Therefore, depending on the operating state of the turbocharger, a flow velocity is always generated in a portion where the air has stagnated in the past, and the effect that the above-described problem caused by the stagnant high-temperature air can be solved can also be obtained. As described above, in the turbine cooling device of this embodiment, in the turbocharger in which the turbine 1 and the impeller 2 are provided back-to-back and the size is reduced, sufficient heat shielding is achieved without lowering the compression efficiency. It has an excellent effect that the effect can be ensured and the trouble due to the stagnation of high-temperature air can be effectively prevented. In the present embodiment, the first space and the second space are each defined by the shroud cover 33.
, And the inside of the shroud cover 33, but is not limited to this, and may be any two spaces where a differential pressure is generated when the impeller is operated. As described above, according to the present invention, the heat shield plate disposed between the turbine and the impeller is cooled by the low-temperature air taken in from the upstream of the impeller. The heat shielding plate can be effectively cooled without lowering the compression efficiency as described above, and a high heat shielding effect can be obtained. For this reason, the turbine heat shield device according to the present invention has a feature that a supercharger having a high compression efficiency and a small size can be realized as compared with the conventional supercharger. .
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例であるタービン遮熱装置を内
蔵するターボチャージャの全体構成図である。
【図2】本実施例のタービン遮熱装置の構成を表す一断
面図である。
【図3】本実施例のタービン遮熱装置の要部構成を表す
拡大図(その1)である。
【図4】本実施例のタービン遮熱装置の要部構成を表す
拡大図(その2)である。
【図5】従来のタービン遮熱装置を内蔵するターボチャ
ージャの全体構成図である。
【符号の説明】
1 タービン
1a タービンディスク
2 インペラ
2a インペラディスク
3,4 軸受け
30 ターボチャージャ
33 シュラウドカバー
34 吸気通路
37 遮熱プレート
38,39 板状体
40 空隙部
41 冷却流体流入通路
42 冷却流体排出通路
45 通気通路BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an overall configuration diagram of a turbocharger incorporating a turbine heat shield device according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a turbine heat shield device of the present embodiment. FIG. 3 is an enlarged view (part 1) illustrating a configuration of a main part of the turbine heat shield device of the present embodiment. FIG. 4 is an enlarged view (part 2) illustrating a main configuration of the turbine heat shield device of the present embodiment. FIG. 5 is an overall configuration diagram of a turbocharger incorporating a conventional turbine heat shield device. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbine 1a Turbine disk 2 Impeller 2a Impeller disk 3, 4 Bearing 30 Turbocharger 33 Shroud cover 34 Intake passage 37 Heat shield plate 38, 39 Plate 40 Air gap 41 Cooling fluid inflow passage 42 Cooling fluid discharge Passage 45 Ventilation passage
Claims (1)
と、該タービンを駆動源として回転して低圧流体を圧送
するインペラとを背面合わせに備える過給機内で、前記
タービン側の空間と前記インペラ側の空間とを遮熱する
タービン遮熱装置であって、 前記タービンと前記インペラとの間に配設される、内部
に空隙を有する遮熱プレートと、前記インペラの上流側の空間であって、前記インペラを
覆うシュラウドカバーの根元付近の 第1の空間と前記遮
熱プレートの空隙とを連通する冷却流体流入通路と、 前記インペラの上流側の空間であって、前記インペラの
回転中は前記第1の空間より低圧となる第2の空間と前
記遮熱プレートの空隙とを連通する冷却流体排出通路と
を備えることを特徴とするタービン遮熱装置。(57) [Claim 1] In a supercharger provided with a back-to-back turbine that rotates at a flow rate of a high-temperature fluid and an impeller that rotates by using the turbine as a drive source and pumps a low-pressure fluid, A turbine heat shield device that shields heat between a space on the turbine side and a space on the impeller side, the heat shield plate being disposed between the turbine and the impeller, having a gap inside, and the impeller Space on the upstream side of
A cooling fluid inflow passage communicating between a first space near the base of the shroud cover to be covered and a gap of the heat shield plate; and a space upstream of the impeller, wherein the first space is provided during rotation of the impeller. A turbine heat shield device, comprising: a cooling fluid discharge passage that communicates a second space having a lower pressure with a gap of the heat shield plate.
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| JP32548993A JP3399063B2 (en) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | Turbine heat shield |
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