特表 2022-551555 多段ターボ過給組立体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-12-12

(54)【発明の名称】多段ターボ過給組立体

(51)【国際特許分類】

   F02B 39/00 20060101AFI20221205BHJP

   F02B 37/00 20060101ALI20221205BHJP

   F02B 37/013 20060101ALI20221205BHJP

   F02B 37/18 20060101ALI20221205BHJP

   F02B 37/16 20060101ALI20221205BHJP

   F02B 39/16 20060101ALI20221205BHJP

   F02C 7/16 20060101ALI20221205BHJP

   F02C 7/00 20060101ALI20221205BHJP

   F01D 25/24 20060101ALI20221205BHJP

   F01D 9/00 20060101ALI20221205BHJP

【ＦＩ】

F02B39/00 C

F02B37/00 500B

F02B37/013

F02B39/00 B

F02B39/00 T

F02B39/00 U

F02B37/18 A

F02B37/16

F02B39/16 D

F02B39/16 C

F02B39/16 G

F02C7/16 Z

F02C7/00 E

F01D25/24 E

F01D25/24 K

F01D9/00

【審査請求】有

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2022511347

(86)(22)【出願日】2019-08-19

(85)【翻訳文提出日】2022-02-18

(86)【国際出願番号】 EP2019072093

(87)【国際公開番号】W WO2021032273

(87)【国際公開日】2021-02-25

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522066067

【氏名又は名称】ターボ システムズ スウィツァーランド リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100098475

【弁理士】

【氏名又は名称】倉澤 伊知郎

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100144451

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 博子

(72)【発明者】

【氏名】マセイ クリストフ

(72)【発明者】

【氏名】ストレベル アンドレアス

【テーマコード（参考）】

3G005

3G202

【Ｆターム（参考）】

3G005EA04

3G005EA16

3G005EA23

3G005EA25

3G005FA41

3G005FA51

3G005GB32

3G005GB82

3G005GB92

3G202GA01

3G202GB01

(57)【要約】

多段ターボ過給組立体（１００）が記載される。多段ターボ過給組立体（１００）は、高圧圧縮機（１１４）に連結された高圧タービン（１１３）を含む高圧段（１１０）を含む。さらに、多段ターボ過給組立体（１００）は、低圧圧縮機（１２４）に連結された低圧タービン（１２３）を含む低圧段（１２０）を含む。さらに、多段ターボ過給組立体（１００）は、高圧段（１１０）及び低圧段（１２０）を取り囲むケーシング（１３０）を含み、ケーシング（１３０）は単一ユニットである。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

－高圧圧縮機（１１４）に連結された高圧タービン（１１３）を含む高圧段（１１０）と、
－低圧圧縮機（１２４）に連結された低圧タービン（１２３）を含む低圧段（１２０）と、
－前記高圧段（１１０）及び前記低圧段（１２０）を取り囲むケーシング（１３０）と、
を備え、
前記ケーシング（１３０）が単一ユニットであることを特徴とする、多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項2】

前記ケーシング（１３０）は、前記高圧タービン（１１３）の高圧タービン出口（１１２）と前記低圧タービン（１２３）の低圧タービン入口（１２１）との間に、通路（１３３）、特に流れが最適化された通路を備える、
請求項１に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項3】

前記ケーシング（１３０）は、エンジン（１７０）からの排気ガスを前記ケーシング（１３０）の内部の前記高圧タービン（１１３）に向かって供給するために、排気ガス入口（１３１）に連結するための第４フランジ（１４４）を備え、詳細には、前記排気ガス入口（１３１）は、高圧タービン入口（１１１）である、
請求項１又は２に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項4】

前記ケーシング（１３０）は、前記低圧タービン（１２３）からの排気ガスを前記ケーシング（１３０）の外側に供給するために、排気ガス出口（１３２）に連結するための第３フランジ（１４３）を備え、詳細には、前記排気ガス出口（１３２）は、低圧タービン出口（１２２）である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項5】

前記ケーシング（１３０）は、内側ケーシング（１３４）及び外側ケーシング（１３５）を備え、前記内側ケーシング（１３４）と前記外側ケーシング（１３５）との間には中間空間（１３６）が設けられており、前記中間空間（１３６）は、冷却剤を供給するように構成されている、
請求項１から４のいずれか１項に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項6】

前記ケーシング（１３０）は、前記中間空間（１３６）に冷却剤を供給するための冷却剤入口（１３７）と、前記中間空間（１３６）から冷却剤を除去するための冷却剤出口（１３８）とを備える、
請求項５に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項7】

前記中間空間（１３６）は、前記高圧段（１１０）及び前記低圧段（１２０）の周りに設けられた連続した空間である、
請求項５又は６に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項8】

前記ケーシング１３０は、一体成形構造、特に鋳造材料の統合された一体成形構造である、
請求項１から７のいずれか１項に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項9】

前記高圧段（１１０）は、前記低圧段（１２０）の下方に配置されている、又はその逆である、
請求項１から８のいずれか１項に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項10】

前記高圧段（１１０）は、前記多段ステージターボ過給組立体の動作中に、前記低圧段（１１０）の回転方向と比較して、逆の又は同じ回転方向を有するように構成されている、
請求項１から９のいずれか１項に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項11】

前記ケーシング（１３０）は、消音器、入口ケーシング、又は入口管を低圧圧縮機入口（１２５）に連結するための第１のフランジ（１４１）を備える、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項12】

前記ケーシング（１３０）は、入口ケーシング又は入口管、詳細には屈曲入口ケーシング又は屈曲入口管（１４５）を前記ケーシング（１３０）の高圧圧縮機入口（１１５）に連結するための第２のフランジ（１４２）を備える、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項13】

前記ケーシング（１３０）は、出口ケーシング又は出口管、詳細には屈曲出口ケーシング又は屈曲出口管（１４６）を低圧タービン出口（１２２）に連結するための第３のフランジ（１４３）を備える、
請求項１から１２のいずれか１項に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項14】

前記ケーシング（１３０）は、詳細にはインタークーラ（１５０）に低圧空気を供給するための低圧圧縮機出口（１２６）を備える、
請求項１から１３のいずれか１項に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項15】

前記ケーシング（１３０）は、詳細には給気冷却器（１６０）に高圧空気を供給するための高圧圧縮機出口（１１６）を備える、
請求項１から１４のいずれか１項に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項16】

前記ケーシング（１３０）は、給気圧力を制限するための装置を提供するための空気ウエストゲート（１８１、１８２、１８３、１８４）を備える、
請求項１から１５のいずれか１項に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項17】

前記ケーシング（１３０）は、給気圧力を制限するための装置を提供するための排気ガスウエストゲート（１８５、１８６、１８７、１８８）を備える、
請求項１から１６のいずれか１項に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項18】

前記ケーシング（１３０）は、圧縮機マップの動作点を変更するための装置を提供するためのバイパスシステム（１９１、１９２、１９３、１９４）を備える、
請求項１から１７のいずれか１項に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項19】

前記ケーシング（１３０）は、封じ込め安全性を保証する要素を含む、
請求項１から１８のいずれか１項に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項20】

前記ケーシング（１３０）は、空気及び／又は排気ガスと接触する表面を有し、前記表面は、前記ケーシングが少なくとも２つの異なる材料で構成されるような方法で処理又は設計される、
請求項１から１９のいずれか１項に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項21】

排気タービン組立体、好ましくは多段ターボ過給組立体（１００）の少なくとも第１のロータブロック及び第２のロータブロックを取り外す方法であって、前記排気タービン組立体は、ケーシング（１３０）を有し、前記第１及び第２のロータブロックの各々は、それらの軸が平行に配置されかつ軸方向を規定するように、前記ケーシング（１３０）内に配置されており、前記方法は
－前記第１及び第２のロータブロックを剛性締結部材に取り付けるステップと
－前記第１及び第２のロータブロックが剛性締結部材に取り付けられる間に、前記第１及び第２のロータブロックを、軸方向に沿って前記ハウジングから同時に少なくとも部分的に取り外すステップと、
を含む、
ことを特徴とする方法。

【請求項22】

前記第１及び第２のロータブロックを前記剛性締結部材に取り付けるステップは、
－前記剛性締結部材を、排気タービン組立体、好ましくは多段ターボ過給組立体（１００）の少なくとも前記第１のロータブロック及び第２のロータブロックと一緒に、持ち上げ装置に取り付けるステップと、
－前記剛体締結部材を、前記第１及び第２のロータブロックと一緒に剛体締結ブラケットに取り付けるステップと、
－前記剛性締結ブラケットを前記持ち上げ装置に取り付けるステップと、
を含む、
請求項２１に記載の方法。

【請求項23】

前記排気タービン組立体は、請求項１から２０のいずれかに記載の多段ターボ過給組立体（１００）であり、前記第１のロータブロックは前記高圧段（１１０）であり、前記第２のロータブロックは前記低圧段（１２０）である、
請求項２１又は２２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の実施形態は、多段ターボ過給組立体に関する。具体的には、本開示の実施形態は、１又は２以上の高圧段及び１又は２以上の低圧段を有する特に軸流用に構成された多段ターボ過給組立体に関する。

【背景技術】

【0002】

多段ターボ過給機は、互いに及びエンジンの給気経路に（例えば、インタークーラ及び給気冷却器を介して）相互接続された別個のユニットのターボ過給機組立体で構成されている。各タービンハウジングは、最初にエンジンの排気を高圧タービンの入口に導き、次に高圧タービンの出口を介して低圧タービンの入口に導き、最後に排気マニホールドを使って出口経路を介して環境に排出するといった、高温ガスの流れを可能にする排気配管で接続される。このタイプの構造は、エンジン設備上の大きな組立品の占有面積（組立品の設置に必要なスペース）を必要とするだけでなく、配管の振動を低減して故障モードを防止するのを目的としている複数の配管接続部、ベローズ、支持部、連結部、断熱材および構造強化ブラケットを必要とする。さらに、このような構成は、構成要素の組み立て、部品表（ｂｉｌｌ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌｓ）、メンテナンスなどの点でかなり複雑である。スペースが重要視される搭載型エンジン組立体では、多段ターボ過給機の全占有面積を低減する努力がなされている。また、タービンケーシング及びそれらに関連する接続配管は一般的に高温となるため、かさばる熱シールド及び断熱材を使用している。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

従って、上記の観点から、現状の技術の問題点を少なくとも部分的に解決する、改良された多段ターボ過給組立体が求められている。

【課題を解決するための手段】

【0004】

上記に鑑み、独立請求項１に記載の多段ターボ過給組立体が提供される。さらに、請求項２１による排気タービン組立体の少なくとも第１のロータブロック及び第２のロータブロックを取り外す方法が提供される。さらなる態様、利点、及び特徴は、従属請求項、明細書、及び添付図面から明らかになる。

【0005】

本開示の一態様によれば、多段ターボ過給組立体が提供される。多段ターボ過給組立体は、高圧段、詳細には高圧圧縮機に連結された高圧タービンを含む少なくとも１つの高圧段を含む。加えて、多段ターボ過給組立体は、低圧段、詳細には低圧圧縮機に連結された低圧タービンを備えた少なくとも１つの低圧段を含む。さらに、多段ターボ過給組立体は、高圧段、詳細には少なくとも１つの高圧段と、低圧段、詳細には少なくとも１つの低圧段とを取り囲むケーシングを備えている。ケーシングは、単一ユニットである。

【0006】

従って、従来技術と比較して、改良された多段ターボ過給組立体が提供される。詳細には、本開示の実施形態は、有利には、異なる段のハウジングを単一ユニットに統合することによって、エンジンの専有面積の低減を可能にする。さらなる利点は、部品の数を減らすことにより、すなわち、異なるタービン段の間の相互接続を取り除くことにより、組立コストを低減できることである。さらに、本明細書に記載されるような多段ターボ過給組立体の実施形態は、有利には、異なる段のタービンを接続する排気配管を取り除くことができるように構成されている。従って、ガスフロー性能及び効率を改善することができる。さらに、多段ターボ過給組立体のケーシングを単一ユニットとして提供することは、例えば、冷却剤ジャケットを提供するための中間空間を備える二重壁ケーシングを提供することによって、連続的な冷却システムをケーシングに組み込む可能性をもたらす。従って、従来技術と比較して、本開示の実施形態は、多段ターボ過給組立体の動作中にケーシングからの熱を遮蔽するための追加の熱シールドを低減又は排除することもできる。さらに、本明細書に記載された実施形態は、エンジン給気冷却器ユニットへの給気ダクトの簡素化をもたらす。さらなる利点は、複数の構成を有するエンジンプラットフォームの要件を満たすことができるような、モジュール化の可能性である。加えて、本開示の実施形態は、有利には、クリアランスの制御、並びに、高圧段と低圧段との間、特に高圧タービンと低圧タービンとの間、及び／又は高圧圧縮機と低圧圧縮機との間の流れの制御を可能にする。

【0007】

本開示のさらなる態様によれば、排気タービン組立体の少なくとも第１のロータブロック及び第２のロータブロックを取り外す方法が提供される。排気タービン組立体は、ケーシングを有し、第１のロータブロック及び第２のロータブロックの各々は、それらの軸が平行に配置され、軸方向を規定するようにケーシング内に配置される。ケーシングは、単一のユニットである。この方法は、第１及び第２のロータブロックを（剛性のある）締結部材に取り付けるステップと、第１及び第２のロータブロックが締結部材に取り付けられている間に、第１及び第２のロータブロックを軸方向に沿ってハウジングから同時に少なくとも部分的に取り外す（例えば、引き出す）ステップとを含む。詳細には、排気タービン組立体の少なくとも第１のロータブロック及び第２のロータブロックを取り外すステップは、組み立て又は分解ステップとして理解することができる。

【0008】

従って、第１及び第２のロータブロックを同時に少なくとも部分的にハウジングから取り外すことを可能にすることによって、第１及び第２のロータブロックの制御された、さらに迅速な取り外し（又は部分的な取り外し）が可能になる。

【0009】

本発明の上記の特徴が詳細に理解され得るように、上記で概略的に要約した本発明の実施形態に関するより詳細な説明は、実施形態によって参照することができる。添付の図面は、本開示の実施形態に関するものであり、以下に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本明細書に記載されている実施形態による多段ターボ過給組立体の概略図である。

【図2】本明細書に記載されている実施形態による多段ターボ過給組立体の概略側面図である。

【図3A】本明細書に記載されている実施形態による多段ターボ過給組立体の空気入口側からの概略正面図である。

【図3B】本明細書に記載されている実施形態による多段ターボ過給組立体の空気入口側からの概略正面図である。

【図4】本明細書に記載されている実施形態による多段ターボ過給組立体の排気ガス入口側／出口側からの概略正面図である。

【図5】本明細書に記載されている実施形態による空気ウエストゲートを有する多段ターボ過給組立体の概略図である。

【図6】本明細書に記載されている実施形態による排気ガスウエストゲートを有する多段ターボ過給組立体の概略図である。

【図7】本明細書に記載されている実施形態によるバイパスシステムを有する多段ターボ過給組立体の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、各図に１又は２以上の例が示されている、様々な実施形態について詳細に参照する。各例は、説明のために提示されており、制限を意味するものではない。例えば、１つの実施形態の一部として図示又は説明される特徴は、さらに別の実施形態をもたらすために、何らかの他の実施形態上で又はそれと組み合わせて使用することができる。本開示は、そのような変更及び変形を含むことが意図されている。

【0012】

以下の図面の説明の中で、同じ参照番号は、同じ又は類似の構成要素を示す。一般に、個々の実施形態に関する相違点のみを説明する。特に明記しない限り、１つの実施形態における要素又は様態の説明は、他の実施形態における対応する要素又は様態にも適用することができる。

【0013】

図１を例示的に参照して、本開示による多段ターボ過給組立体１００を説明する。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、多段ターボ過給組立体１００は、高圧圧縮機１１４に連結された、特に機械的に連結された高圧タービン１１３を含む高圧段１１０を備える。加えて、多段ターボ過給組立体１００は、低圧圧縮機１２４に連結された、特に機械的に連結された低圧タービン１２３を含む低圧段１２０を備える。さらに、多段ターボ過給組立体１００は、高圧段１１０及び低圧段１２０を取り囲むケーシング１３０を含む。ケーシング１３０は、単一ユニットである。特に、ケーシング１３０は、高圧段１１０及び低圧段１２０のハウジングを一体化する。換言すると、ケーシング１３０は、統合された単一ユニットとすることができる。

【0014】

多段ターボ過給組立体１００は、本明細書で説明したように、１又は２以上の高圧段１１０及び／又は１又は２以上の低圧段１２０を含み得ることを理解されたい。従って、本明細書に記載のケーシング１３０は、１又は２以上の高圧段１１０及び１又は２以上の低圧段１２０を取り囲むことができる。

【0015】

従って、従来技術と比較して改良された多段ターボ過給組立体が提供される。具体的には、本開示の実施形態は、有利には、異なる段のハウジングを単一ユニットに統合することによって、エンジンの占有面積を低減することを可能にする。さらなる利点は、部品の数を低減することによって、すなわち、異なるタービン段の間の相互接続を取り除くことによって、組立コストを低減できることである。さらに、多段ターボ過給組立体は、有利には、１又は２以上の高圧段及び１又は２以上の低圧段を接続する排気配管を取り除くことができるように構成される。従って、ガスフロー性能及び効率を向上させることができる。

【0016】

さらに、多段ターボ過給組立体のケーシングを単一ユニットとして提供することは、例えば、本明細書に記載されているように、冷却剤ジャケットを提供するための中間空間を備えた二重壁のケーシングを提供することによって、ケーシングに連続的な冷却システムを組み込む可能性を提供する。従って、従来技術と比較して、本開示の実施形態では、多段ターボ過給組立体の動作中にケーシングからの熱を遮蔽するための追加の熱シールドを低減すること又は排除することさえできる。

【0017】

加えて、本開示の多段ターボ過給組立体の実施形態は、エンジン給気冷却器ユニットへの給気ダクトの簡素化を可能にする。さらなる利点は、複数の構成を有するエンジンプラットフォームの要件を満たすことができるような、モジュール化の可能性である。さらに、本開示の実施形態は、有利には、クリアランスの制御、並びに、高圧段と低圧段との間、特に高圧タービンと低圧タービンとの間、及び／又は高圧圧縮機と低圧圧縮機との間の流れの制御を提供する。

【0018】

図１を例示的に参照すると、本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、ケーシング１３０は、高圧タービン１１３の高圧タービン出口１１２と低圧タービン１２３の低圧タービン入口１２１との間に通路１３３を含む。具体的には、通路１３３は、流れが最適化された通路であり、すなわち、高圧タービン１１３の高圧タービン出口１１２から低圧タービン１２３の低圧タービン入口１２１への流れに関して最適化されている。従って、有利には、ガスフロー性能及び効率を改善できるように、異なる段を接続する排気配管を取り除くことができる。

【0019】

本明細書に記載されるように、低圧タービン１２３は、逆流型軸流低圧タービンとすることができる。典型的には、低圧タービン１２３は、タービンケーシング内で高圧段後の排気ガスを集め、この排気ガスを、例えば内部に取り付けられたノズルリングを用いてケーシングを介して内部に導くことができる。

【0020】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、ケーシング１３０は、エンジン１７０からの排気ガスをケーシング１３０内の高圧タービン１１３に向かって供給するための排気ガス入口１３１を含む。具体的には、排気ガス入口１３１は、図１及び図２に例示的に示すように、高圧タービン入口１１１である。

【0021】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、ケーシング１３０は、図１及び図２に例示的に示すように、低圧タービン１２３からの排気ガスをケーシング１３０の外部に供給するための排気ガス出口１３２を含む。具体的には、排気ガス出口１３２は、低圧タービン出口１２２である。

【0022】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、ケーシング１３０は、内側ケーシング１３４と外側ケーシング１３５とを含む。内側ケーシング１３４と外側ケーシング１３５との間には、中間空間１３６が設けられている。中間空間１３６は、冷却剤を供給するように構成されている。例えば、冷却剤は、水又は何らかの他の適切な冷却剤とすることができる。具体的には、中間空間１３６は、高圧段１１０及び低圧段１２０の周りに設けられた連続した空間とすることができる。

【0023】

典型的には、内側ケーシング１３４は、統合された単一ユニットである。従って、外側ケーシング１３５は、統合された単一ユニットとすることができる。ケーシング１３０に関して本明細書に記載される特徴は、内側ケーシング１３４及び／又は外側ケーシング１３５にも適用できることを理解されたい。

【0024】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、ケーシング１３０は、中間空間１３６に冷却剤を供給するための冷却剤入口１３７を含む。加えて、ケーシング１３０は、中間空間１３６から冷却剤を取り出すための冷却剤出口１３８を含む。従って、ケーシングは、統合された冷却空間と、冷却剤を供給するための１又は２以上の統合された冷却経路とを含むことができることを理解されたい。

【0025】

従って、本開示の実施形態は、有利には、内部冷却剤ジャケットをケーシングに組み込むことによって、高温ケーシングから熱シールドを排除及び低減することを可能にすることを理解されたい。従って、有利には、圧縮機、タービン、及び軸受ハウジングを積極的に冷却することができる。

【0026】

従って、ケーシング、特にタービンケーシングは、有利には、タービンを接続する内部ガス通路の主要な高温臨界領域の周りで冷却することができることを理解されたい。これにより、外壁ケーシングのスキン温度を低下させ、外部断熱材を低減することができる。冷却剤は、別の冷却システムから供給すること又はこの組立体が装着されたエンジンのインタークーラから直接供給することができる。従って、有利には、ケーシングは冷却のための追加の配管を必要としない。

【0027】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、ケーシング１３０は、一体成形構造、特に鋳造材料の統合された一体成形構造である。例えば、鋳造材料は、アルミニウム合金とすることができる。さらに、ケーシングは、鋼鋳物、ねずみ鋳鉄、又は他の適切な鋳造材料などの他の材料で作ることができることを理解されたい。一例では、本明細書に記載のケーシングは、高圧段及び低圧段の両方を収容するための単一の鋳造ケーシング、特にＡＬＦＩＮケーシングである。

【0028】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、高圧段の回転軸と低圧段の回転軸とは互いに平行であり、軸方向を規定する。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、高圧段１１０は、低圧段１２０の下方に配置される。もしくは、低圧段１２０が、高圧段１１０の下方に配置される。これに関連して、高圧段の回転軸と低圧段の回転軸は、同じ垂直面にあること又は異なる垂直面にあることが可能であることを理解されたい。換言すると、高圧段の回転軸及び低圧段の回転軸は、互いに対して横方向に変位することができる。具体的には、高圧段１１０の回転軸は、多段ターボ過給組立体１００の上から見たときに、低圧段１２の回転軸に対して横方向に変位することができ、その逆もまた同様である。

【0029】

圧縮機側では、低圧圧縮機及び高圧圧縮機の配置は、低圧タービン及び高圧タービンの配置に関連することを理解されたい。換言すると、圧縮機側では、低段圧縮機を高段圧縮機の上方に取り付けることで（タービンの配置に関連して）、より広い空気通路をケーシングに組み込むことができる。

【0030】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、高圧段１１０は、多段ターボ過給組立体の動作中に、低圧段１２０の回転方向と比較して逆の回転方向を有するように構成される。もしくは、高圧段１１０は、多段ターボ過給組立体の動作中に、低圧段１２０と同じ回転方向を有するように構成することができる。

【0031】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、ケーシング１３０は、消音器１２７、入口ケーシング、又は入口管を低圧圧縮機入口１２５に連結するための第１のフランジ１４１を含む。

【0032】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、ケーシング１３０は、入口ケーシング又は入口管、特に屈曲入口ケーシング又は屈曲入口管１４５をケーシング１３０の高圧圧縮機入口１１５に連結するための第２のフランジ１４２を含む。

【0033】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、ケーシング１３０は、出口ケーシング又は出口管、特に屈曲出口ケーシング又は屈曲出口管１４６を低圧タービン出口１２２に連結するための第３のフランジ１４３を含む。

【0034】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、ケーシング１３０は、高圧タービン入口１１１に、入口ケーシング又は入口管１４６を連結するための第４のフランジ１４４を含む。

【0035】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、ケーシング１３０は、低圧圧縮機出口１２６を含む。具体的には、低圧圧縮機出口１２６は、低圧空気をインタークーラ１５０に供給するように構成されている。

【0036】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、ケーシング１３０は、高圧圧縮機出口１１６を含む。具体的には、高圧圧縮機出口１１６は、高圧空気を給気冷却器１６０に供給するように構成されている。

【0037】

図５を例示的に参照して、空気ウエストゲートを有する多段ターボ過給組立体を説明する。具体的には、図５は、可能性のある空気ウエストゲートの構成を示す概略図である。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、多段ターボ過給組立体のケーシングは、給気圧力を制限するための装置を提供するための空気ウエストゲートを含むことができる。具体的には、多段ターボ過給組立体のケーシングは、低圧空気ウエストゲート１８１、高圧空気ウエストゲート１８２、多段空気ウエストゲート１８３、及び可変空気ウエストゲート１８４からなる群から選択される少なくとも１つの空気ウエストゲートを含むことができる。

【0038】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、低圧空気ウエストゲート１８１は、図５に例示的に示すように、低圧圧縮機出口１２６から低圧圧縮機入口１２５への空気のための流路を提供する。

【0039】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、高圧空気ウエストゲート１８２は、図５に例示的に示すように、高圧圧縮機出口１１６から高圧圧縮機入口１１５への空気のための流路を提供する。

【0040】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、多段空気ウエストゲート１８３は、図５に例示的に示すように、高圧圧縮機出口１１６から低圧圧縮機入口１２５への空気のための流路を提供する。

【0041】

本明細書に記載されている他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、可変空気ウエストゲート１８４は、図５に例示的に示すように、高圧圧縮機出口１１６から低圧圧縮機入口１２５及び／又は低圧圧縮機出口１２６への、又は低圧圧縮機出口１２６から低圧圧縮機入口１２５への空気のための流路を提供する。具体的には、可変エアウエストゲート１８４は、高圧圧縮機出口１１６から低圧圧縮機入口１２５及び／又は低圧圧縮機出口１２６への、又は低圧圧縮機出口１２６から低圧圧縮機入口１２５への空気の流路を選択できるように制御可能に構成することができる。

【0042】

図６を例示的に参照して、排気ガスウエストゲートを有する多段ターボ過給組立体を説明する。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、多段ターボ過給組立体のケーシングは、給気圧力を制限するための装置を提供するための排気ガスウエストゲートを含む。具体的には、多段ターボ過給組立体のケーシングは、低圧排気ガスウエストゲート１８５、高圧排気ガスウエストゲート１８６、多段排気ガスウエストゲート１８７、及び可変排気ガスウエストゲート１８８からなる群から選択される少なくとも１つの排気ガスウエストゲートを含むことができる。

【0043】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、低圧排気ガスウエストゲート１８５は、低圧タービン入口１２１の前の高圧タービン出口１１２から低圧タービン出口１２２又は排気ガス出口１３２への排気ガスのための流路を提供する。具体的には、低圧排気ガスウエストゲート１８５は、図６に例示的に示すように、高圧タービン１１３と低圧タービン１２３との間の通路１３３に接続することができる。

【0044】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、高圧排気ガスウエストゲート１８６は、高圧タービン入口１１１の前のエンジン１７０から高圧タービン出口１１２又は低圧タービン入口１２１への排気ガスのための流路を提供する。具体的には、高圧排気ガスウエストゲート１８６は、図６に例示的に示すように、高圧タービン１１３と低圧タービン１２３との間の通路１３３に接続することができる。

【0045】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、多段排気ガスウエストゲート１８７は、図６に例示的に示すように、高圧タービン入口１１１の前のエンジン１７０から低圧タービン出口１２２又は排気ガス出口１３２への排気ガスのための流路を提供する。

【0046】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、可変排気ガスウエストゲート１８８は、高圧タービン入口１１１の前のエンジン１７０から高圧タービン出口１１２（又は低圧タービン入口１２１）及び／又は低圧タービン出口１２２（又は排気ガス出口１３２）への、又は高圧タービン出口１１２（又は低圧タービン入口１２１）から低圧タービン出口１２２（又は排気ガス出口１３２）への排気ガスのための流路を提供する。具体的には、可変排気ガスウエストゲート１８８は、高圧タービン１１３と低圧タービン１２３との間の通路１３３に接続することができる。さらに、可変排気ガスウエストゲート１８８は、高圧タービン入口１１１の前のエンジン１７０から高圧タービン出口１１２（又は低圧タービン入口１２１）及び／又は低圧タービン出口１２２（又は排気ガス出口１３２）への、又は高圧タービン出口１１２（又は低圧タービン入口１２１）から低圧タービン出口１２２（又は排気ガス出口１３２）への排気ガスのための流路を選択できるように制御可能に構成することができる。

【0047】

図７を例示的に参照して、バイパスシステムを有する多段ターボ過給組立体を説明する。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、多段ターボ過給組立体のケーシングは、圧縮機マップの動作点を変更する装置を提供するためのバイパスシステムを含む。具体的には、多段ターボ過給組立体のケーシングは、第１のバイパス１９１、第２のバイパス１９２、第３のバイパス１９３及び第４のバイパス１９４からなる群から選択される少なくとも１つのバイパスを含むことができる。

【0048】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、第１のバイパス１９１は、図７に例示的に示すように、高圧圧縮機出口１１６から高圧タービン入口１１１への空気のための流路を提供する。

【0049】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、第２のバイパス１９２は、高圧圧縮機出口１１６から低圧タービン入口１２１の前の高圧タービン出口１１２への空気のための流路を提供する。具体的には、第２のバイパス１９２は、図７に例示的に示されるように、高圧タービン１１３と低圧タービン１２３との間の通路１３３に接続することができる。

【0050】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、第３のバイパス１９３は、低圧圧縮機出口１２６から低圧タービン入口１２１の前の高圧タービン出口１１２への空気の流路を提供する。具体的には、第３のバイパス１９３は、図７に例示的に示すように、高圧タービン１１３と低圧タービン１２３との間の通路１３３に接続することができる。

【0051】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、第４のバイパス１９４は、高圧圧縮機出口１１６から高圧タービン入口１１１及び／又は低圧タービン入口１２１の前の高圧タービン出口１１２への、又は低圧圧縮機出口１２６から低圧タービン入口１２１の前の高圧タービン出口１１２への流路を提供する可変バイパスである。具体的には、第４のバイパス１９４は、低圧タービン入口１２１の前の高圧圧縮機出口１１６から高圧タービン入口１１１及び／又は高圧タービン出口１１２への流路、又は低圧圧縮機出口１２６から低圧タービン入口１２１の前の高圧タービン出口１１２への流路を選択できるように制御可能に構成することができる。

【0052】

明示的に図示されていないが、本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、ケーシング１３０は、封じ込め安全性を保証する要素を含むことができることを理解されたい。具体的には、封じ込めの安全性は、鋳造物の内部に異なる材料を挿入することで保証することができる。もしくは、冷却経路の中に詰め物（ｉｎｌａｙｓ）を設けることで封じ込め安全性を保証することができる。

【0053】

さらに、本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、ケーシング１３０は、典型的には、空気及び／又は排気ガスと接触する表面を含むことを理解されたい。この表面は、典型的には、ケーシングが少なくとも２つの異なる材料から作られるような方法で処理又は設計される。具体的には、このような表面処理は、陽極酸化処理、クロムメッキ、ニカシル塗布などのうちの少なくとも１つを施工することによって行うことができる。異なる材料の組み合わせは、例えば、複合鋳造プロセス（例えばＡＬＦＩＮプロセス）を用いて、外部構造材料に直接連結された鋳造経路構造によって提供することができる。

【0054】

本開示の実施形態を考慮すると、ハウジングの統合がいくつかの利点を提供することが理解される。具体的には、多段ターボ過給組立体は、１又は２以上の高圧段及び１又は２以上の低圧段の両方を収容するための単一の鋳造複合ケーシング、例えばＡＬＦＩＮを含むことができる。一例を挙げると、１又は２以上の高圧段はケーシングの下部に配置すること、及び１又は２以上の低圧段は１又は２以上の高圧段の上方に配置することができる。このような配置により、エンジンの排気ガスへの直接的な接続が可能にある。さらに、有利には、段間の間隔は、１又は２以上の低圧段を垂直位置からクロッキング（ｃｌｏｃｋｉｎｇ）することによって最小化される。

【0055】

さらに、異なる段のハウジング、特にタービンハウジング及び圧縮機ハウジングを、特に冷却水通路のための内部キャビティを備えた単一の構成要素に統合することにより、余分な外部配管、継手を使用することなく、及び配管屈曲に関連する効率損失なしで、高圧タービンから低圧タービンへの排気ガスの直接的な移送が可能になることを理解されたい。さらに、本明細書に記載されている実施形態は、２又は３以上の別個のタービンを、単一のケーシングによって作られた内部通路を通って導かれる排気ガスの流れを最適化するような方法で、間隔を置いて配置できるという利点を提供することを理解されたい。これは、異なるタービン段内の接続配管を取り除くことを可能にし、さらに、逆流型軸流タービンは、ガスの自然な流れに対する最小の妨害でもって、高温のガスが異なる段を流れることを可能にする。

【0056】

加えて、多段ターボ過給機用のハウジングを統合することで、全体的な設置占有面積を低減することができる改善された設計を提供することができる。より具体的には、低圧タービンが高圧タービンの上方に垂直に取り付けられる配置は、ターボ過給組立体の取り付け占有面積を全体的に低減することができる。従って、占有面積の低減は、組立体の全体的な高さの増加で相殺される。

【0057】

従って、従来技術と比較して、本明細書に記載された実施形態は、改良された多段ターボ過給組立体を提供する。本明細書に記載された実施形態による多段ターボ過給組立体は、ターボ過給機、４ストロークエンジン及び２ストロークエンジンに実装することができる。

【0058】

最後に、少なくとも排気タービン組立体の第１のロータブロック及び第２のロータブロックを取り外す方法について説明する。本方法は、本明細書に記載された多段ターボ過給組立体の高圧段及び低圧段を（少なくとも部分的に）分解する及び／又はこれにアクセスするために特に有用である。この場合、本明細書で言及される排気タービン組立体は、多段ターボ過給組立体であり、本明細書で言及される第１及び第２のロータブロックは、それぞれ、多段ターボ過給組立体の高圧段及び低圧段である。本方法は、より一般的には、２段タービン発電機組立体などの、少なくとも第１のロータブロック及び第２のロータブロックを有する他の何らかの排気タービン組立体にも適用することができる。

【0059】

全体的なターボ過給組立体は、以下の特徴を有する。
－第１のロータブロック及び第２のロータブロック：ロータブロックは、それぞれのタービンホイール、シャフト、及び圧縮機ホイールを備えた（又は、タービン発電機の場合には発電機への連結部を備えた）実際のロータを備え、さらに内側軸受領域を備えることができる。また、ロータブロックは、モジュール収容要素を備えたモジュールとして提供することもでき、モジュールは、ケーシングから軸方向に一体部品で取り出されるように構成される。
－排気タービン組立体は、（共通の）ケーシングを有し、第１及び第２のロータブロックのそれぞれは、それらの軸が平行に配置され、軸方向を規定するようにケーシング内に配置される。ケーシングは、単一ユニットである。ケーシングは、一般的にタービンハウジング又はその一部の取り外し後に、一般的に各ロータブロックに関して、一方の側（例えば、圧縮機側）に軸方向の開口部を有する。次に、ロータブロックは、この軸方向の開口部を介してアクセスして取り外すことができる。

【0060】

第１及び第２のロータブロックを取り外す方法は、
－第１及び第２のロータブロックを、例えば、ねじ又はボルトによって、（剛性のある）締結部材に取り付け、それによって、第１及び第２のロータブロックを互いに締結するステップと、
－第１及び第２のロータブロックが締結部材に取り付けられている間に、第１及び第２のロータブロックを軸方向に沿ってハウジングから同時に少なくとも部分的に取り外す（例えば、引き出す）ステップと、
を含む。

【0061】

詳細には、第１及び第２のロータブロックを剛性締結部材に取り付けるステップは、剛性締結部材を、排気タービン組立体（好ましくは本明細書に記載された実施形態による多段ターボ過給組立体１００）の少なくとも第１のロータブロック及び第２のロータブロックと一緒に持ち上げ装置に取り付けるステップと；剛性締結部材を第１及び第２のロータブロックと一緒に剛性締結ブラケットに取り付けるステップと；剛性締結ブラケットを持ち上げ装置に取り付けるステップと；を含む。例えば、持ち上げ装置は、持ち上げのための何らかの手段（例えば、クレーン、滑車ブロックなど）、より具体的には、スリング（例えば、シェークル、ラウンドスリングなど）とすることができる。

【0062】

本方法は、２つのロータブロックに限定されず、第３のロータブロック又はさらに別のロータブロックでも使用可能である。この場合、第３の／さらなるロータブロックは、同様に締結部材に取り付けられ、第１及び第２のロータブロックと同時にハウジングから少なくとも部分的に取り外される。

【0063】

上記は実施形態を対象とするが、基本的な範囲から逸脱することなく、他のさらなる実施形態を考えることができ、その範囲は以下の請求項によって決定される。

【符号の説明】

【0064】

１００ 多段ターボ過給組立体
１１０ 高圧段
１１１ 高圧タービン入口
１１２ 高圧タービン出口
１１３ 高圧タービン
１１４ 高圧圧縮機
１１５ 高圧圧縮機入口
１１６ 高圧圧縮機出口
１２０ 低圧段
１２１ 低圧タービン入口
１２２ 低圧タービン出口
１２３ 低圧タービン
１２４ 低圧圧縮機
１２５ 低圧圧縮機入口
１２６ 低圧圧縮機出口
１２７ 消音器
１３０ ケーシング
１３１ 排気ガス入口
１３２ 排気ガス出口
１３３ 通路
１３４ 内側ケーシング
１３５ 外側ケーシング
１３６ 中間空間
１３７ 冷却剤入口
１３８ 冷却剤出口
１４１ 第１のフランジ
１４２ 第２のフランジ
１４３ 第３のフランジ
１４４ 第４のフランジ
１４５ 屈曲入口管
１４６ 屈曲出口管
１５０ インタークーラ
１６０ 給気冷却器
１７０ エンジン
１８１ 低圧空気ウエストゲート
１８２ 高圧空気ウエストゲート
１８３ 多段空気ウエストゲート
１８４ 可変空気ウエストゲート
１８５ 低圧排気ガスウエストゲート
１８６ 高圧排気ガスウエストゲート
１８７ 多段排気ガスウェストゲート
１８８ 可変排気ガスウエストゲート
１９１ 第１のバイパス
１９２ 第２のバイパス
１９３ 第３のバイパス
１９４ 第４バイパス

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【手続補正書】

【提出日】2022-08-03

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

高圧圧縮機（１１４）に結合された高圧タービン（１１３）を含む高圧段（１１０）と、
低圧圧縮機（１２４）に結合された低圧タービン（１２３）を含む低圧段（１２０）と、
前記高圧段（１１０）及び前記低圧段（１２０）を取り囲むケーシング（１３０）と、
を備え、
前記ケーシング（１３０）が単一ユニットである、
ことを特徴とする多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項2】

前記ケーシング（１３０）は、前記高圧タービン（１１３）の高圧タービン出口（１１２）と前記低圧タービン（１２３）の低圧タービン入口（１２１）との間に、通路（１３３）、特に流れが最適化された通路を備える、
請求項１に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項3】

前記ケーシング（１３０）は、
消音器、入口ケーシング、又は入口管を低圧圧縮機入口（１２５）に連結するための第１のフランジ（１４１）と、
入口ケーシング又は入口管を前記ケーシング（１３０）の高圧圧縮機入口（１１５）に連結するための第２のフランジ（１４２）と、
前記低圧タービン（１２３）からの排気ガスを前記ケーシング（１３０）の外部に供給するために、排気ガス出口（１３２）に連結するための第３のフランジ（１４３）と、
エンジン（１７０）からの排気ガスを前記ケーシング（１３０）の内部の前記高圧タービン（１１３）に向かって供給するために、排気ガス入口（１３１）に連結するための第４フランジ（１４４）と、の少なくとも一を備える、
請求項１又は２に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項4】

前記ケーシング（１３０）は、内側ケーシング（１３４）及び外側ケーシング（１３５）を備え、前記内側ケーシング（１３４）と前記外側ケーシング（１３５）との間には中間空間（１３６）が設けられ、前記中間空間（１３６）は、冷却剤を供給するように構成されている、
請求項１から３のいずれか１項に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項5】

前記ケーシング（１３０）は、前記中間空間（１３６）に冷却剤を供給するための冷却剤入口（１３７）と、前記中間空間（１３６）から冷却剤を除去するための冷却剤出口（１３８）とを備える、
請求項４に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項6】

前記中間空間（１３６）は、前記高圧段（１１０）及び前記低圧段（１２０）の周りに設けられた連続した空間である、
請求項４又は５に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項7】

前記ケーシング（１３０）は、鋳造材料の一体化された単一成形構造である、
請求項１から６のいずれか１項に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項8】

前記高圧段（１１０）は、前記低圧段（１２０）の下方に配置されている、又はその逆である、
請求項１から７のいずれか１項に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項9】

前記高圧段（１１０）は、前記多段ステージターボ過給組立体の動作中に、前記低圧段（１１０）の回転方向に対して、逆の又は同じ回転方向を有するように構成されている、
請求項１から８のいずれか１項に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項10】

前記ケーシング（１３０）は、
中間冷却器（１５０）に低圧空気を供給するための低圧圧縮機出口（１２６）と、
給気冷却器（１６０）に高圧空気を供給するための高圧圧縮機出口（１１６）と、
の少なくとも一方を備える、
請求項１から９のいずれか１項に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項11】

前記ケーシング（１３０）は、
給気圧力を制限するための装置を提供するための空気ウエストゲート（１８１、１８２、１８３、１８４）と、
給気圧力を制限するための装置を提供するための排気ガスウエストゲート（１８５、１８６、１８７、１８８）と、
圧縮機マップの動作点を変更するための装置を提供するためのバイパスシステム（１９１、１９２、１９３、１９４）と、
封じ込め安全性を保証する要素と、
の少なくとも一を備える、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項12】

前記ケーシング（１３０）は、空気及び排気ガスの少なくとも一方に接触する表面を有し、
前記表面は、前記ケーシングが少なくとも２つの異なる材料で構成されるような、処理及び設計の少なくとも一方が施されている、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の多段ターボ過給組立体（１００）。

【請求項13】

排気タービン組立体の少なくとも第１のロータブロック及び第２のロータブロックを動かす方法であって、前記排気タービン組立体は、ケーシング（１３０）を有し、前記第１及び第２のロータブロックの各々は、それらの軸が平行に配置されかつ軸方向を規定するように、前記ケーシング（１３０）内に配置されており、前記方法は
前記第１及び第２のロータブロックを剛性締結部材に取り付けるステップと
前記第１及び第２のロータブロックが剛性締結部材に取り付けられる間に、前記第１及び第２のロータブロックを、軸方向に沿って前記ハウジングから同時に少なくとも部分的に動かすステップと、を含む、
ことを特徴とする方法。

【請求項14】

前記第１及び第２のロータブロックを前記剛性締結部材に取り付けるステップは、
前記剛性締結部材を、排気タービン組立体の少なくとも前記第１のロータブロック及び第２のロータブロックと一緒に、持ち上げ装置に取り付けるステップと、
前記剛体締結部材を、前記第１及び第２のロータブロックと一緒に剛体締結ブラケットに取り付けるステップと、
前記剛性締結ブラケットを前記持ち上げ装置に取り付けるステップと、
を含む、
請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記排気タービン組立体は請求項１から１２のいずれか１項に記載の多段ターボ過給組立体（１００）であり、前記第１のロータブロックは前記高圧段（１１０）であり、前記第２のロータブロックは前記低圧段（１２０）である、
請求項１３又は１４に記載の方法。

【国際調査報告】