JP5320193B2 - 排気タービン過給機 - Google Patents

Description

本発明は、排気タービン過給機、特に、舶用内燃機関や陸上発電機用内燃機関等に装着される排気タービン過給機に関するものである。

このような排気タービン過給機としては、その回転軸が、過給機のタービンおよびコンプレッサの回転軸に連結された発電機を具備したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−０５６７９０号公報

さて、上記特許文献１に開示された排気タービン過給機では、冷却媒体（例えば、水）によって発電機が冷却されるようになっており、冷却媒体を流すための通路（ウォータージャケット）が内部に形成されたライナ、およびライナの半径方向内側に位置する固定子が、焼き嵌めによって発電機ハウジングの内周面に固定されていた。そのため、保守点検時にライナおよび固定子を発電機ハウジングから取り外して、ライナおよび固定子だけを交換することができず、保守点検費用が嵩むといった問題点があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、保守点検時に、ライナおよび固定子を発電機ハウジングから容易に取り外して、ライナおよび固定子だけを交換することができ、保守点検費用を削減することができる排気タービン過給機を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る排気タービン過給機は、内燃機関から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記内燃機関に外気を圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結された回転軸を有する発電機とを有する排気タービン過給機であって、前記発電機を構成するとともに、前記発電機を冷却する冷却媒体を流すための通路が内部に形成された中空円筒状のライナと、前記発電機を構成するとともに、前記ライナの半径方向内側に配置された固定子とを内部に収容する発電機ハウジングが、前記回転軸の回転軸線を含む平面で二分割にすることができる半割れ構造とされており、前記発電機ハウジングの内部に形成されて、前記冷却媒体を前記通路に供給する第１の穴および前記冷却媒体を前記通路から排出する第２の穴と、前記通路との各繋ぎ目に、前記ライナと対向する表面および前記発電機ハウジングと対向する裏面を備えるとともに、前記第１の穴と前記通路とを連通する貫通穴または前記第２の穴と前記通路とを連通する貫通穴を中心部に有するリング状部材が設けられている。

また、本発明に係る発電機は、冷却媒体を流すための通路が内部に形成された中空円筒状のライナと、このライナの半径方向内側に配置された固定子とを内部に収容する発電機ハウジングが、回転軸の回転軸線を含む平面で二分割にすることができる半割れ構造とされており、前記発電機ハウジングの内部に形成されて、前記冷却媒体を前記通路に供給する第１の穴および前記冷却媒体を前記通路から排出する第２の穴と、前記通路との各繋ぎ目に、前記ライナと対向する表面および前記発電機ハウジングと対向する裏面を備えるとともに、前記第１の穴と前記通路とを連通する貫通穴または前記第２の穴と前記通路とを連通する貫通穴を中心部に有するリング状部材が設けられている。

本発明に係る排気タービン過給機または発電機によれば、ライナおよび固定子を収容する発電機ハウジングが、回転軸の回転軸線を含む平面で二分割にすることができる半割れ構造とされており、保守点検時には、発電機ハウジングの一方を他方から取り外すだけで、内部に収められたライナおよび固定子が露出することになる。
また、ライナと発電機ハウジングとは、冷却媒体を通路に供給する第１の穴および冷却媒体を通路から排出する第２の穴と、通路との各繋ぎ目に配置されたリング状部材のみで接続（連結）されていることになる。
これにより、保守点検時に、ライナおよび固定子を発電機ハウジングから容易に取り外して、ライナおよび固定子だけを交換することができ、保守点検費用を削減することができる。
また、発電機ハウジングからのライナおよび固定子の取り外し、および発電機ハウジングへのライナおよび固定子の取り付けが容易になり、分解・組立に要する時間を短縮することができ、メンテナンス性を向上させることができる。

上記排気タービン過給機または上記発電機において、前記表面および前記裏面の各面に、少なくとも一本の周溝が周方向に沿って形成されており、各周溝内にＯリングが配置されているとさらに好適である。

このような排気タービン過給機または発電機によれば、第１の穴と通路との各繋ぎ目および第２の穴と通路との各繋ぎ目にリング状部材が配置された状態で、周溝内に収容されたＯリングは、ライナの外周面とリング状部材の表面とによって、または発電機ハウジングの内周面とリング状部材の裏面とによって押圧された状態（ひしゃげた状態）になる。
これにより、発電機ハウジングとライナとの合わせ面、すなわち、発電機ハウジングの内周面とライナの外周面との間からの冷却媒体の漏出（流出）を確実に防止することができる。

本発明に係る内燃機関は、保守点検費用を削減することができ、メンテナンス性に優れた排気タービン過給機を具備していることとなる。

本発明に係る内燃機関によれば、ランニングコストを削減することができ、保守点検のために停止しなければならない時間を短縮することができる。

本発明に係る排気タービン過給機によれば、保守点検時に、ライナおよび固定子を発電機ハウジングから容易に取り外して、ライナおよび固定子だけを交換することができ、保守点検費用を削減することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る排気タービン過給機の縦断面図である。 図１に示す排気タービン過給機を消音器の側から見た一部切開斜視図である。 図１に示す排気タービン過給機をタービン部の側から見た一部切開斜視図である。 図１に示す発電機を消音器の側から見た図であって、発電機を構成するカバー部材の正面図である。 図４のＶ−Ｖ矢視断面図である。 図４のＶＩ−ＶＩ矢視断面図である。 （ａ）は図５の要部を拡大して示した図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ矢視断面図である。

以下、本発明に係る排気タービン過給機の一実施形態について、図１から図７を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る排気タービン過給機の縦断面図、図２は図１に示す排気タービン過給機を消音器の側から見た一部切開斜視図、図３は図１に示す排気タービン過給機をタービン部の側から見た一部切開斜視図、図４は図１に示す発電機を消音器の側から見た図であって、発電機を構成するカバー部材の正面図、図５は図４のＶ−Ｖ矢視断面図、図６は図４のＶＩ−ＶＩ矢視断面図、図７（ａ）は図５の要部を拡大して示した図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ矢視断面図である。

図１から図３に示すように、本実施形態に係る排気タービン過給機１は、図示しない内燃機関（例えば、ディーゼルエンジンやガスタービンエンジン等）から導かれた排気ガス（燃焼ガス）２によって駆動されるタービン部３と、このタービン部３により駆動されて前記内燃機関に外気４を圧送するコンプレッサ部５と、これらタービン部３とコンプレッサ部５との間に設けられてこれらを支持するケーシング６とを主たる要素として構成されたものである。

ケーシング６には、一端をタービン部３側に突出させ、他端をコンプレッサ部５側に突出させた回転軸７が挿通されている。この回転軸７は、ケーシング６に設けられた軸受８によって、軸線回りに回転可能に支持されている。また、ケーシング６には、潤滑油溜め（図示せず）から軸受８まで潤滑油を供給する潤滑油供給路９が設けられている。
また、ケーシング６の下端部は、回転軸７の軸線方向においてケーシング６を一点で支持する（回転軸７の軸線方向と直交する方向においては、二点以上で支持する場合もある）脚部６ａとなっており、この脚部６ａは、床面に設置された基台（図示せず）に固定されるようになっている。すなわち、排気タービン過給機１の重量は、この脚部６ａを介して基台に伝達されるようになっている。
なお、図中の符号Ｐはパンチング・プレートである。このパンチング・プレートＰは、その一端部がタービン部３の下端部に固定されているとともに、その他端部がケーシング６の脚部６ａと同様、基台に固定されている。そして、このパンチング・プレートＰは、脚部６ａのように排気タービン過給機１の重量を支持することを主たる目的とするものではなく、排気タービン過給機１が基台に対して動揺（振動）しないようにすることを主たる目的とするものである。

タービン部３は、前記内燃機関の排気系統に接続されて排気ガス２の少なくとも一部が供給される排気ガス通路１０と、この排気ガス通路１０内に供給された排気ガス２の流れを受けて回転駆動されるタービン１１とを有している。
タービン１１は、タービン・ロータ１２と、タービン・ノズル１３とを備えている。タービン・ロータ１２は、回転軸７の一端部に設けられた、円盤状のタービン・ディスク１２ａと、このタービン・ディスク１２ａの外周上に取り付けられた、翼型断面を有する複数枚のタービン・ブレード１２ｂとを備えている。
また、タービン・ノズル１３は、複数枚のノズル・ガイド・ベーン１３ａを環状に配置して構成されたものであり、タービン・ブレード１２ｂの上流側に配置されている。

排気ガス通路１０は、前記内燃機関の排気系統と接続されてノズル・ガイド・ベーン１３ａおよびタービン・ブレード１２ｂに排気ガス２を導く供給路１０ａと、タービン１１の半径方向外側に向かって設けられて、タービン１１を通過した排気ガス２を系外、もしくは図示しない排気浄化装置等に導く送出路１０ｂとを有している。

コンプレッサ部５は、回転駆動されることで外気４を径方向外側に送出するコンプレッサ羽根車１４と、このコンプレッサ羽根車１４の周囲を囲んでコンプレッサ羽根車１４が送出した外気４を圧縮する渦巻き室１５とを有している。
コンプレッサ羽根車１４は、回転軸７の他端部に取り付けられた、略円盤状のハブ１４ａと、このハブ１４ａの外表面から半径方向外側に向かって延びるとともに、周方向に沿って環状に設けられた複数枚の羽根１４ｂとを備えている。
コンプレッサ部５の上流側には、前記内燃機関の吸気系統に接続された消音器（サイレンサ）１６が隣接配置されており、この消音器１６を通過した外気４は、流入路１７を介してコンプレッサ羽根車１４の羽根１４ｂに導かれるようになっている。また、コンプレッサ部５の下流側には、図示しないインタークーラやサージタンク等が設けられており、渦巻き室１５を通過した外気４は、これらインタークーラやサージタンク等を通過した後、前記内燃機関に供給されるようになっている。

消音器１６の中央部には、その内部に、ハブ１４ａの端面に向かって先細となるように形成された凹所１８ａを有するシェルハウジング１８が設けられているとともに、凹所１８ａ内には、（高速誘導）発電機１９が収容されている。シェルハウジング１８は、流入路１７内に設けられた複数枚（例えば、４枚）のサポート２０を介してコンプレッサ部５（流入路１７を形成する半径方向外側の壁面）に固定されている。そして、シェルハウジング１８の外側表面は、流入路１７を形成する半径方向内側の壁面を構成している。

発電機１９は、その回転軸１９ａが、前述した回転軸７と同一回転軸線上に位置するように配置されているとともに、この回転軸１９ａは、ハブ１４ａを貫通して消音器１６の側に突出する回転軸７の一端部先端と、フレキシブル・カップリング２１を介して連結されている。すなわち、発電機１９の回転軸１９ａは、回転軸７とともに回転するようになっている。

図５および図６に示すように、発電機１９は、ステータ（固定子）３１と、ロータ（回転子）３２とを主たる要素として構成されている。ステータ３１は、鉄心３３とコイル３４とを備え、ロータ３２は、回転軸１９ａと一体に結合されており、ステータ３１およびロータ３２は、中空円筒状の発電機ハウジング３５内に収容されている。発電機ハウジング３５の一端側（図５および図６において右側）に形成された（第１の）開口は、（第１の）カバー部材３６によって塞がれ、発電機ハウジング３５の他端側（図５および図６において左側）に形成された（第２の）開口は、（第２の）カバー部材３７によって塞がれている。カバー部材３６の中心部には、回転軸１９ａの一端部（図５および図６において右側の端部）が貫通する貫通穴３８が形成されており、回転軸１９ａの一端部は、すべり軸受３９を介してカバー部材３６に軸受け支持されている。一方、カバー部材３７の中心部には、回転軸１９ａの他端部（図５および図６において左側の端部）を受け入れる（収容する）凹所４０が形成されており、回転軸１９ａの他端部は、すべり軸受４１を介してカバー部材３７に軸受け支持されている。また、発電機ハウジング３５は、回転軸１９ａの回転軸線を含む平面で二分割にすることができる半割れ構造とされており、複数本のボルト（図示せず）を介して結合されている。

また、鉄心３３と発電機ハウジング３５との間には、鉄心３３の外周面３３ａおよび発電機ハウジング３５の内周面３５ａの双方と接するようにして形成された中空円筒状のライナ４２が設けられており、このライナ４２の内部には、冷却媒体（水またはそれに類する冷却液等）を流すための通路（ウォータージャケット）４３が形成されている。
図５に示すように、発電機ハウジング３５およびカバー部材３７には、断面視円形状を呈する（第１の）穴４４が軸方向（図５において左右方向）に沿って所定の位置まで形成されており、発電機ハウジング３５には、穴４４と通路４３の入口（図７（ａ）および図７（ｂ）参照）４３ａとを連通する（第１の）穴４５が半径方向（図５において上下方向）に沿って形成されている。また、穴４４の入口には、冷却媒体を穴４４内に供給するための冷却媒体供給管４６が接続されている。
一方、図６に示すように、発電機ハウジング３５およびカバー部材３７には、断面視円形状を呈する（第２の）穴４７が軸方向（図６において左右方向）に沿って所定の位置まで形成されており、発電機ハウジング３５には、穴４７と通路４３の出口（図７（ａ）および図７（ｂ）参照）４３ｂとを連通する（第２の）穴４８が半径方向（図６において上下方向）に沿って形成されている。また、穴４７の出口には、穴４７から冷却媒体を排出するための冷却媒体排出管３０が接続されている。

図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、通路４３と穴４５との繋ぎ目（接続部）にはそれぞれ、リング状部材４９が設けられている。リング状部材４９は、所定の板厚を有するとともに、平面視円形状を呈する板状の部材であり、その中心部には、板厚方向（図７（ａ）および図７（ｂ）において上下方向）に貫通する貫通穴５０が形成されている。リング状部材４９の表面（ライナ４２と対向する面）４９ａおよび裏面（発電機ハウジング３５と対向する面）４９ｂにはそれぞれ、周方向に沿って周溝５１が２本ずつ形成されており、各周溝５１にはそれぞれ、Ｏリング５２が収容されている。また、通路４３の入口４３ａ周辺（近傍）のライナ４２の外周面４２ａにはそれぞれ、ライナ４２の側に位置するリング状部材４９の表面４９ａおよび外周面４９ｃを収容するとともに、平面視円形状を呈する（第１の）凹所５３が形成されており、穴４５の出口４５ａ周辺（近傍）の発電機ハウジング３５の内周面３５ａには、発電機ハウジング３５の側に位置するリング状部材４９の裏面４９ｂおよび外周面４９ｄを収容するとともに、平面視円形状を呈する（第２の）凹所５４が形成されている。そして、凹所５３と凹所５４との位置合わせがなされる（発電機ハウジング３５に形成された凹所５４と対向する位置にライナ４２に形成された凹所５３をもってくる）ことにより、凹所５３と凹所５４とによってリング状部材４９を収容する空間が形成されることになる。この空間は、その内径が、リング状部材４９の外径と同じに、あるいはリング状部材４９の外径よりも若干大きくなるように設定され、その高さが、リング状部材４９の高さと同じに、あるいはリング状部材４９の高さよりも若干高くなるように設定されている。そして、この空間内にリング状部材４９が収容された状態で、周溝５１内に収容されたＯリング５２は、リング状部材４９の表面４９ａまたは裏面４９ｂによって押圧された状態（ひしゃげた状態）となり、これにより、発電機ハウジング３５とライナ４２との合わせ面、すなわち、発電機ハウジング３５の内周面３５ａとライナ４２の外周面４２ａとの間からの冷却媒体の漏出（流出）が防止されることとなる。
なお、通路４３と穴４８との繋ぎ目（接続部）にも、リング状部材４９および凹所５３，５４がそれぞれ設けられている。

本実施形態に係る排気タービン過給機１によれば、ライナ４２および固定子３１を収容する発電機ハウジング３５が、回転軸１９ａの回転軸線を含む平面で二分割にすることができる半割れ構造とされており、保守点検時には、発電機ハウジング３５の一方を他方から取り外すだけで、内部に収められたライナ４２および固定子３１が露出することになる。
また、ライナ４２と発電機ハウジング３５とは、冷却媒体を通路４３に供給する穴４４，４５および冷却媒体を通路４３から排出する穴４７，４８と、通路４３との各繋ぎ目に配置されたリング状部材４９のみで接続（連結）されていることになる。
これにより、保守点検時に、ライナ４２および固定子３１を発電機ハウジング３５から容易に取り外して、ライナ４２および固定子３１だけを交換することができ、保守点検費用を削減することができる。
また、発電機ハウジング３５からのライナ４２および固定子３１の取り外し、および発電機ハウジング３５へのライナ４２および固定子３１の取り付けが容易になり、分解・組立に要する時間を短縮することができ、メンテナンス性を向上させることができる。

さらに、穴４４，４５と通路４３との各繋ぎ目および穴４７，４８と通路４３との各繋ぎ目にリング状部材４９が配置された状態で、周溝５１内に収容されたＯリング５２は、ライナ４２の外周面４２ａ（より詳しくは、凹所５３の底面）とリング状部材４９の表面４９ａ（より詳しくは、周溝５１の底面）とによって、または発電機ハウジング３５の内周面３５ａ（より詳しくは、凹所５４の底面）とリング状部材４９の裏面４９ｂ（より詳しくは、周溝５１の底面）とによって押圧された状態（ひしゃげた状態）になる。
これにより、発電機ハウジング３５とライナ４２との合わせ面、すなわち、発電機ハウジング３５の内周面３５ａとライナ４２の外周面４２ａとの間からの冷却媒体の漏出（流出）を確実に防止することができる。

さらにまた、通路４３の入口４３ａ周辺のライナ４２の外周面４２ａにはそれぞれ、ライナ４２の側に位置するリング状部材４９の表面４９ａおよび外周面４９ｃを収容するとともに、平面視円形状を呈する凹所５３が形成されており、穴４５の出口４５ａ周辺の発電機ハウジング３５の内周面３５ａには、発電機ハウジング３５の側に位置するリング状部材４９の裏面４９ｂおよび外周面４９ｄを収容するとともに、平面視円形状を呈する凹所５４が形成されている。
これにより、ライナ４２およびこのライナ４２に取り付けられた（固定された）固定子３１が周方向に回転することを防止することができる。

本発明に係る内燃機関（図示せず）によれば、保守点検費用を削減することができ、メンテナンス性に優れた排気タービン過給機１を具備していることになるので、ランニングコストを削減することができ、保守点検のために停止しなければならない時間を短縮することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更・変形が可能である。
例えば、上述した実施形態では、通路４３と穴４５との各繋ぎ目および通路４３と穴４８との各繋ぎ目に、平面視環形状を呈するリング状部材４９が配置されている。しかし、通路４３と穴４５との各繋ぎ目および通路４３と穴４８との各繋ぎ目に配置される部材の平面視形状は、環形状以外の形状（楕円形状、長方形状、正方形状、三角形状等のいかなる形状）であってもよい。

１ 排気タービン過給機
２ 排気ガス
３ タービン部
４ 外気
５ コンプレッサ部
７ 回転軸
１９ 発電機
１９ａ 回転軸
３１ 固定子
３５ 発電機ハウジング
４２ ライナ
４３ 通路
４４ 穴（第１の穴）
４５ 穴（第１の穴）
４７ 穴（第２の穴）
４８ 穴（第２の穴）
４９ リング状部材
４９ａ 表面
４９ｂ 裏面
５０ 貫通穴
５１ 周溝
５２ Ｏリング

Claims (5)

1. 内燃機関から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記内燃機関に外気を圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結された回転軸を有する発電機とを有する排気タービン過給機であって、
   前記発電機を構成するとともに、前記発電機を冷却する冷却媒体を流すための通路が内部に形成された中空円筒状のライナと、前記発電機を構成するとともに、前記ライナの半径方向内側に配置された固定子とを内部に収容する発電機ハウジングが、前記回転軸の回転軸線を含む平面で二分割にすることができる半割れ構造とされており、
   前記発電機ハウジングの内部に形成されて、前記冷却媒体を前記通路に供給する第１の穴および前記冷却媒体を前記通路から排出する第２の穴と、前記通路との各繋ぎ目に、前記ライナと対向する表面および前記発電機ハウジングと対向する裏面を備えるとともに、前記第１の穴と前記通路とを連通する貫通穴または前記第２の穴と前記通路とを連通する貫通穴を中心部に有するリング状部材が設けられていることを特徴とする排気タービン過給機。
2. 前記表面および前記裏面の各面に、少なくとも一本の周溝が周方向に沿って形成されており、各周溝内にＯリングが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の排気タービン過給機。
3. 請求項１または２に記載の排気タービン過給機を具備してなることを特徴とする内燃機関。
4. 冷却媒体を流すための通路が内部に形成された中空円筒状のライナと、このライナの半径方向内側に配置された固定子とを内部に収容する発電機ハウジングが、回転軸の回転軸線を含む平面で二分割にすることができる半割れ構造とされており、
   前記発電機ハウジングの内部に形成されて、前記冷却媒体を前記通路に供給する第１の穴および前記冷却媒体を前記通路から排出する第２の穴と、前記通路との各繋ぎ目に、前記ライナと対向する表面および前記発電機ハウジングと対向する裏面を備えるとともに、前記第１の穴と前記通路とを連通する貫通穴または前記第２の穴と前記通路とを連通する貫通穴を中心部に有するリング状部材が設けられていることを特徴とする発電機。
5. 前記表面および前記裏面の各面に、少なくとも一本の周溝が周方向に沿って形成されており、各周溝内にＯリングが配置されていることを特徴とする請求項４に記載の発電機。

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