JP2022515363A - Exhaust gas turbine with cleaning equipment with special injectors - Google Patents
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Abstract
タービンのための洗浄装置(10)が記載される。洗浄装置(10)は、タービンの流れ通路内に洗浄液を噴射するためのインジェクタ本体(11)を含んでいる。インジェクタ本体(11)は、主流れ通路(12)を含んでいる。主流れ通路(12)は、1つ以上の各第1のインジェクタ(13)の1つ以上の第1の流れ通路(121)に接続されている。1つ以上の第1の流れ通路(121)のうち少なくとも1つは、湾曲した通路部分(125)を有している。A cleaning device (10) for the turbine is described. The cleaning device (10) includes an injector body (11) for injecting a cleaning liquid into the flow passage of the turbine. The injector body (11) includes a main flow passage (12). The main flow passage (12) is connected to one or more first flow passages (121) of each one or more first injectors (13). At least one of the one or more first flow passages (121) has a curved passage portion (125).
Description
本開示の実施形態は、タービン、特に排ガスタービンまたは出力タービンのための洗浄装置に関する。付加的に、本開示の実施形態は、このような洗浄装置を備えたタービン、たとえば排ガスタービンまたは出力タービンに関する。さらに本開示の実施形態は、このような洗浄装置を備えた排ガスタービンを備えた排ガスターボチャージャに関する。 The embodiments of the present disclosure relate to cleaning equipment for turbines, in particular exhaust gas turbines or output turbines. Additionally, embodiments of the present disclosure relate to turbines equipped with such cleaning devices, such as exhaust gas turbines or output turbines. Further, an embodiment of the present disclosure relates to an exhaust gas turbocharger including an exhaust gas turbine equipped with such a cleaning device.
背景
排ガスタービンは、内燃機関に給気するための排ガスターボチャージャにおいて使用されるか、または内燃機関の排ガスに含まれるエネルギを機械エネルギまたは電気エネルギに変換するための出力タービンとして使用される。
Background The exhaust gas turbine is used in an exhaust gas turbocharger for supplying air to an internal combustion engine, or is used as an output turbine for converting the energy contained in the exhaust gas of an internal combustion engine into mechanical energy or electric energy.
内燃機関の実際の運転状況および内燃機関を駆動するために使用される燃料の組成に応じて、排ガスタービンにおいて、一般的にタービン段、つまりインペラ上のタービンブレードおよびノズルリング上のガイドベーンおよび様々なタービンケーシング部分への付着物が生じる。一般的には、付着物は、排ガス粒子の堆積を含んでいる。このような汚れ堆積は、ノズルリングの領域におけるタービン効率の減少をもたらす。さらに、その結果燃焼室内の排ガス温度の上昇が生じ、これにより内燃機関もターボチャージャも熱により過剰に負荷されてしまう。特に、内燃機関において出口弁の損傷またはそれどころか破壊が生じる。 Depending on the actual operating conditions of the internal combustion engine and the composition of the fuel used to drive the internal combustion engine, in exhaust gas turbines, generally turbine stages, ie turbine blades on the impeller and guide vanes on the nozzle ring and various. Adhesion to the turbine casing portion is generated. Generally, deposits contain deposits of exhaust gas particles. Such dirt buildup results in a decrease in turbine efficiency in the area of the nozzle ring. Further, as a result, the temperature of the exhaust gas in the combustion chamber rises, which causes the internal combustion engine and the turbocharger to be excessively loaded by heat. Especially in internal combustion engines, outlet valves are damaged or even destroyed.
たとえば、内燃機関に接続されたターボチャージャのノズルリングおよびタービンブレード上に汚れの層が堆積した場合、ターボチャージャの回転速度の上昇、ひいては給気圧およびシリンダ圧の上昇が予想される。その結果、熱負荷の増大に加えて、内燃機関およびターボチャージャの両方の構成要素は、より高い機械的な負荷にさらされ、この機械的な負荷は、影響を受けた構成要素の破壊をもたらす。 For example, if a layer of dirt accumulates on the nozzle ring and turbine blades of a turbocharger connected to an internal combustion engine, it is expected that the rotational speed of the turbocharger will increase, and thus the air pressure and cylinder pressure will increase. As a result, in addition to the increased heat load, both internal combustion engine and turbocharger components are exposed to higher mechanical loads, which result in the destruction of the affected components. ..
さらに、タービン羽根車のブレードの周辺部上におけるこのような汚れの層の不規則な分布により、ロータの不均衡の増大が生じてしまい、これによって、回転部品の軸受が損傷してしまう。タービンブレードの半径方向外側に延びる流れ通路の外側輪郭においてタービンケーシングに汚れが堆積した場合、タービンブレードとタービンケーシングとの間の減少した半径方向の間隔により運転中に接触が生じ、この接触によりタービンブレードは損傷してしまう。 In addition, the irregular distribution of such layers of dirt on the periphery of the blades of the turbine impeller causes an increase in rotor imbalance, which damages the bearings of the rotating parts. If dirt builds up on the turbine casing at the outer contour of the flow path extending radially outward of the turbine blades, the reduced radial spacing between the turbine blades and the turbine casing creates contact during operation, which causes the turbine. The blade will be damaged.
したがって、上記の観点から、ノズルリング、タービンブレードおよびタービンケーシングの影響を受ける領域は、運転中に定期的に洗浄しなければならない。 Therefore, from the above perspective, the affected areas of the nozzle ring, turbine blades and turbine casing must be cleaned regularly during operation.
当技術分野において、運転中に重質燃料作動式の内燃機関の排ガスタービンの汚染物質を洗浄するために、一般的には、洗浄剤として水が使用され、この水は、排気流においてタービン段の上流側で1つ以上のノズルを介して噴射される。洗浄効果は、排ガスタービンの、洗浄剤により濡らすことができる領域においてのみ達成され得ることに留意すべきである。したがって、良好な洗浄性能のためには、タービン段への入口における円形または環状の表面において洗浄剤の均一な分布を実現しなければならない。 In the art, water is commonly used as a cleaning agent to clean the exhaust gas turbine pollutants of heavy fuel operated internal combustion engines during operation, and this water is used in the turbine stage in the exhaust flow. It is ejected through one or more nozzles on the upstream side of the. It should be noted that the cleaning effect can only be achieved in the area of the exhaust gas turbine that can be wetted by the cleaning agent. Therefore, for good cleaning performance, a uniform distribution of cleaning agent must be achieved on the circular or annular surface at the inlet to the turbine stage.
排ガスタービンのタービン洗浄システムに関しては、いくつかの課題があり、ある程度相反する目標を達成しなければならない。たとえば、ノズルリング上での洗浄剤の分布は、周辺部全体にわたって均一に拡がっていなければならない。不均一な分布は、タービンケーシングの不均一な収縮につながり、ブレード先端との擦れが生じ、摩耗が発生する。さらに、高温ガス通路の壁に衝突する洗浄剤の量は最小限にされる。洗浄剤、たとえば水を高温の表面に付与すると、一般的には熱応力が発生し、クラックおよび故障をもたらしてしまう。 There are some challenges with turbine cleaning systems for exhaust gas turbines, and some conflicting goals must be achieved. For example, the distribution of cleaning agent on the nozzle ring should spread evenly over the perimeter. The non-uniform distribution leads to non-uniform shrinkage of the turbine casing, which causes rubbing against the blade tip and wear. In addition, the amount of cleaning agent that hits the walls of the hot gas passage is minimized. Applying a cleaning agent, such as water, to a hot surface generally causes thermal stress, resulting in cracks and failure.
したがって、タービンの内部洗浄のための洗浄装置に対する継続的な要求が存在し、洗浄装置は、少なくとも部分的に先行技術における問題を克服し、改善された洗浄性能を提供する。 Therefore, there is a continuous need for cleaning equipment for internal cleaning of turbines, which at least partially overcomes the problems of the prior art and provides improved cleaning performance.
概要
上記を踏まえて、独立請求項によるタービンのための洗浄装置が提供される。別の態様、利点および特徴は、従属請求項、明細書および添付の図面から明らかになる。
Overview Based on the above, a cleaning device for a turbine according to an independent claim is provided. Other aspects, advantages and features will be apparent from the dependent claims, the specification and the accompanying drawings.
本開示の1つの態様によれば、タービンのための洗浄装置が提供される。洗浄装置は、タービンの流れ通路内に洗浄液を噴射するためのインジェクタ本体を含んでいる。インジェクタ本体は、主流れ通路を含んでいる。主流れ通路は、1つ以上の各第1のインジェクタの1つ以上の第1の流れ通路に接続されている。1つ以上の第1の流れ通路のうちの少なくとも1つの第1の流れ通路は、湾曲した通路部分を含んでいる。 According to one aspect of the present disclosure, a cleaning device for a turbine is provided. The cleaning device includes an injector body for injecting cleaning liquid into the flow passage of the turbine. The injector body includes a main flow passage. The main flow passage is connected to one or more first flow passages of each one or more first injectors. At least one of the one or more first flow passages includes a curved passage portion.
したがって、本開示の洗浄装置は、従来の洗浄装置と比べて改善されている。特に、本開示の洗浄装置は、有利には、より良好な洗浄性能をもたらす改善された洗浄液分布を提供する。さらに、本開示の洗浄装置は、タービンのノズルリング上に洗浄液、たとえば水を均一に拡げることに関して改善される。 Therefore, the cleaning device of the present disclosure is improved as compared with the conventional cleaning device. In particular, the cleaning equipment of the present disclosure advantageously provides an improved cleaning liquid distribution that results in better cleaning performance. Further, the cleaning apparatus of the present disclosure is improved with respect to uniformly spreading the cleaning liquid, for example water, on the nozzle ring of the turbine.
本開示の別の1つの態様によれば、本明細書に記載された実施形態のいずれかによる洗浄装置を含むタービンが提供されている。たとえば、タービンは、排ガスタービンであるか、または出力タービンであってもよい。したがって、有利には、改善されたタービン、特に、改善された排ガスタービンまたは出力タービンを提供することができる。 According to another aspect of the present disclosure, there is provided a turbine comprising a cleaning device according to any of the embodiments described herein. For example, the turbine may be an exhaust gas turbine or an output turbine. Therefore, it is advantageous to be able to provide improved turbines, especially improved exhaust gas turbines or output turbines.
別の態様によれば、本明細書に記載された実施形態のいずれかによる洗浄装置を備えた排ガスタービンを含む排ガスターボチャージャが提供されている。したがって、改善された排ガスターボチャージャを提供することができる。 According to another aspect, there is provided an exhaust gas turbocharger comprising an exhaust gas turbine with a cleaning device according to any of the embodiments described herein. Therefore, an improved exhaust gas turbocharger can be provided.
本開示の上述した特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約した本開示のより詳細な説明を、実施形態を参照しながら行う。添付の図面は、本開示の実施形態に関し、以下に説明する。 A more detailed description of the present disclosure briefly summarized above will be given with reference to embodiments so that the above-mentioned features of the present disclosure can be understood in detail. The accompanying drawings are described below with respect to embodiments of the present disclosure.
実施形態の詳細な説明
様々な実施形態を詳細に参照する。これらの実施形態の1つ以上の実施例が各図面に図示されている。各実施例は、説明のために提供されるものであり、限定を意図するものではない。たとえば、1つの実施形態の一部として図示または説明される特徴は、さらに別の実施形態を得るために、任意の別の実施形態において使用するか、または任意の別の実施形態との組み合わせにおいて使用することができる。本開示がこのような変化形およびバリエーションを含むことが意図されている。
Detailed Description of Embodiments Refer to various embodiments in detail. One or more embodiments of these embodiments are illustrated in each drawing. Each embodiment is provided for illustration purposes only and is not intended to be limiting. For example, features illustrated or described as part of one embodiment may be used in any other embodiment or in combination with any other embodiment to obtain yet another embodiment. Can be used. The present disclosure is intended to include such variants and variations.
以下の図面の説明の中で、同一の参照番号は、同一または類似の構成要素を示す。概して、個別の実施形態に関する差異のみが説明される。特に明記しない限り、1つの実施形態における部分または態様の説明は、別の実施形態における対応する部分または態様にも同様に適用することができる。 In the description of the drawings below, the same reference numbers refer to the same or similar components. In general, only the differences with respect to the individual embodiments are described. Unless otherwise stated, the description of a portion or embodiment in one embodiment can be similarly applied to the corresponding portion or embodiment in another embodiment.
例示的に図1を参照しながら、先行技術による洗浄装置50を説明する。
The
特に、図1は、先行技術による軸流タービンの1つの区分の、タービン軸線に沿った概略的な断面図を示している。ガス入口ケーシング1は、外側ケーシング壁と内側ケーシング壁とを含んでいて、内側ケーシング壁は、中空の内部空間を備えた球欠形状に構成されており、中空の内部空間は、流れ通路の反対側でタービン羽根車4のハブボディ42のカバーとして機能する。タービン羽根車は、ガス出口ケーシング2に設けられている。
In particular, FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view along the turbine axis of one section of the prior art axial flow turbine. The gas inlet casing 1 includes an outer casing wall and an inner casing wall, the inner casing wall is configured in a spherical shape with a hollow internal space, and the hollow internal space is the opposite of the flow passage. On the side, it functions as a cover for the
排ガスタービンの運転中に、内燃機関から排出された高温の排ガスは、まず、ほぼ円形の横断面を有する排ガス流を提供する排ガスタービンのガス入口ケーシング1内へと向けられている。内側ケーシング壁の影響は、実質的に垂直な方向で内側ケーシング壁に衝突する流線思案点を有する環状の排ガス流への変換である。この環状の排ガス流は、タービンブレード41へとガイドされる。タービンブレード41の上流側に配置されたノズルリング3は、排ガスをタービン羽根車4のタービンブレード41に最適に整列させるタスクを有している。ノズルリング3の上流側では、ガス入口ケーシングの内側ケーシング壁から流れ通路21内へと延びる洗浄装置50が設けられている。
During the operation of the exhaust gas turbine, the high temperature exhaust gas discharged from the internal combustion engine is first directed into the gas inlet casing 1 of the exhaust gas turbine, which provides an exhaust gas flow having a substantially circular cross section. The effect of the inner casing wall is the conversion to an annular exhaust gas stream with streamline thought points that collide with the inner casing wall in a substantially vertical direction. This annular exhaust gas flow is guided to the
特に、洗浄装置50は、内側ケーシング壁から流れ通路21内へと流線思案点の領域において突出するノズル本体5を含んでいる。ノズル本体は、流れ通路21内に洗浄液を噴射するための複数のノズル開口51,52を含んでいる。
In particular, the
特に、ノズル開口51,52は、2つのノズル開口群に区分されている。ノズル開口52の第1の群は、絞り点53の下流側に配置されている。ノズル開口51の第2の群は、絞り点53の上流側に配置されている。絞り点53により、洗浄液のために互いに異なる2つの圧力レベルを実現することができる。特に、ノズル開口52の第1の群は、絞り53から上流側のノズル開口51の第2の群よりも低い圧力で洗浄液を噴射するように構成することができる。第1のノズル開口および第2のノズル開口52における互いに異なる圧力条件は、互いに異なる噴射速度を有する互いに異なる量の洗浄液を、これらのノズル開口51,52を介して流れ通路21に噴射することができるという効果を有している。
In particular, the
例示的に図2~図4を参照しながら、本開示による、タービンのための洗浄装置10を説明する。本明細書に記載された別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、洗浄装置10は、タービンの流れ通路内に洗浄液を噴射するためのインジェクタ本体11を含んでいる。図4に例示的に示すように、インジェクタ本体11は、主流れ通路12を含んでいる。たとえば、図2に例示的に示すように、インジェクタ本体11は、タービンの入口ケーシング1(球欠形部)に組み付けられていてもよい。主流れ通路12は、1つ以上の各第1のインジェクタ13の1つ以上の第1の流れ通路121に接続されている。たとえば、1つ以上の第1のインジェクタ13は、低圧インジェクタであってもよい。1つ以上の第1の流れ通路121のうち少なくとも1つは、図4に例示的に示すように、湾曲した通路部分125を含んでいる。
The
湾曲した通路部分125は、1次元、2次元または3次元の屈曲部を含んでいてもよいと理解される。換言すると、湾曲した通路部分125は、x方向および/またはy方向および/またはz方向に曲げることができる。さらに、2つ以上の第1のインジェクタ13が設けられている場合、各第1の流れ通路121の各湾曲した通路部分125は、互いに異なっていてもよい。したがって、1つ以上の第1の流れ通路121は、たとえば各湾曲した通路部分により、1次元、2次元、または3次元で個別に屈曲されていてもよいと理解される。明示されていないが、1つ以上の第1の流れ通路121が、2つ以上の湾曲した通路部分を含んでもよいと理解される。
It is understood that the
したがって、先行技術と比較して、本開示による洗浄装置は、有利には、より良い洗浄性能をもたらす改善された洗浄液分布を伴う洗浄装置設計を提供する。特に、本明細書に記載された実施形態による洗浄装置は、洗浄液を均質に拡げることに関して改善される。 Therefore, as compared to the prior art, the cleaning equipment according to the present disclosure advantageously provides a cleaning equipment design with an improved cleaning liquid distribution that results in better cleaning performance. In particular, the cleaning apparatus according to the embodiments described herein is improved with respect to uniformly spreading the cleaning solution.
図2~図4を例示的に参照すると、本明細書に記載された別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、主流れ通路12を、1つ以上の各第2のインジェクタ14の1つ以上の第2の流れ通路122に接続することができる。たとえば、1つ以上の第2のインジェクタ13は、高圧インジェクタであってもよい。特に、1つ以上の第2のインジェクタがプレナムを介して直接に供給され得るように、1つ以上の第2のインジェクタを主流れ通路に直接接続することができる。
With reference to FIGS. 2-4, according to an embodiment that can be combined with another embodiment described herein, the
図2~図4から、一般的には、洗浄液、たとえば水が、特に高い圧力レベルで、インジェクタ本体の主流れ通路の入口において洗浄装置に入ると理解される。次いで、洗浄液は、1つ以上の第1のインジェクタ13および/または1つ以上の第2のインジェクタ14によって、各噴射開口へとさらに分配され、噴射開口から洗浄液がタービンの流れ通路21内へと噴射される。非限定的な例として、図3は、6個の低圧インジェクタ13と、5個の高圧インジェクタ14とを有する洗浄装置設計を示しており、これらのインジェクタのうち、3つの高圧インジェクタ14を、図3の斜視図において確認することができる。しかし、洗浄装置が、様々な個数の低圧インジェクタおよび/または高圧インジェクタを含んでいてもよいと理解される。
From FIGS. 2-4, it is generally understood that the cleaning liquid, eg water, enters the cleaning device at the inlet of the main flow passage of the injector body, especially at high pressure levels. The cleaning fluid is then further distributed to each injection opening by one or more
したがって、本明細書に記載されている洗浄装置は、様々な圧力レベルの洗浄液ジェットを提供するように構成することができる。特に、ノズルリングを洗浄するために要求される高い洗浄液の浸透を保証するために、たとえばノズルリングの上流側のガス流の特定の領域において、本明細書に記載されたような洗浄装置は、有利にはノズルリングに洗浄液の高圧ジェットを提供するように構成されている。付加的に、洗浄装置は、良好な洗浄結果を得るために低圧噴射が有益である領域に洗浄液の低圧ジェットを提供するように構成されている。 Accordingly, the cleaning equipment described herein can be configured to provide cleaning liquid jets at various pressure levels. In particular, in order to ensure the high permeation of the cleaning solution required for cleaning the nozzle ring, for example, in a specific region of the gas flow upstream of the nozzle ring, a cleaning device as described herein may be used. Advantageously configured to provide a high pressure jet of cleaning solution to the nozzle ring. Additionally, the cleaning device is configured to provide a low pressure jet of cleaning liquid in areas where low pressure injection is beneficial for good cleaning results.
図4に例示的に示すように、本明細書に記載された別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、1つ以上の第1の流れ通路121は、1つ以上各第1の噴射開口131のそれぞれの中で終端している。1つ以上の第1の噴射開口131のうち少なくとも1つは、主流れ通路12内の主流れ方向101から、α≧15°の偏差角αだけ逸脱した噴射方向102を提供する。たとえば、偏差角αは、α≧25°,α≧35°,α≧45°,α≧55°,α≧65°,α≧75°,α≧85°,α≧95°,α≧105°,α≧115°およびα≧125°からなる群から選択することができる。
As exemplified in FIG. 4, according to an embodiment that can be combined with another embodiment described herein, one or more
本明細書に記載された別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、2つ以上の第1の噴射開口131が、互いに異なる、つまり個別の噴射方向を提供することができる。換言すると、少なくとも1つの第1の噴射開口131が、主流れ通路12内の主流れ方向から偏差角α1だけ逸脱した噴射方向を提供するように構成されてもよい一方で、少なくとも1つの別の第1の噴射開口131が、異なる偏差角α2を提供するように構成されてもよい。したがって、2つ以上の第1の噴射開口が、個々の噴射方向を提供するように構成されてもよいと理解される。
According to embodiments that can be combined with other embodiments described herein, the two or more
本明細書に記載された別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の噴射開口131の流れ横断面が、個別に設計されてもよい。換言すると、各第1の噴射開口131の少なくとも2つの流れ横断面は、それぞれ互いに異なる流れ横断面を有していてもよい。 According to embodiments that can be combined with other embodiments described herein, the flow cross-section of the first injection opening 131 may be individually designed. In other words, at least two flow cross sections of each first injection opening 131 may have different flow cross sections.
本明細書に記載された別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、1つ以上の第1の流れ通路121の横断面は、円形または楕円形または完全に自由であってもよい。特に、1つ以上の第1の流れ通路121のうち少なくとも1つは、内側の自由形状表面を含んでいる。
According to embodiments that can be combined with other embodiments described herein, the cross section of one or more
自由形状表面は、平坦面、円筒面または円錐面のような規則的な表面とは異なり、半径方向の寸法を有しない表面であると理解することができる。たとえば、自由形状表面は、制御点のアレイと、表面が作成される方法を定義する数学的なモデルとによって与えることができる。特に、数学的なモデルに基づいて、自由形状表面は、補間された自由形状表面と近似の自由形状表面とに分割することができる。補間された自由形状表面の場合、面は予め定義された制御点を通過している。近似の自由形状表面は、(非)有理ベジエ曲面および(非)有理(非)一様bスプライン表面を含むことができる。 A free-form surface can be understood as a surface that does not have radial dimensions, unlike regular surfaces such as flat, cylindrical or conical surfaces. For example, a free-form surface can be given by an array of control points and a mathematical model that defines how the surface is created. In particular, based on a mathematical model, a free-form surface can be divided into an interpolated free-form surface and an approximate free-form surface. In the case of an interpolated free-form surface, the surface passes through a predefined control point. Approximate free-form surfaces can include (non) rational Bezier curves and (non) rational (non) uniform b-spline surfaces.
本明細書に記載された別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、1つ以上の第1の流れ通路121のうち少なくとも1つは、1つのオリフィス15を介して主流れ通路12に接続されている。一般的には、オリフィス15の横断面は、少なくとも1つの第1の流れ通路121の流れ横断面よりも小さい。したがって、1つ以上の第1の流れ通路121の入口に設けられた各オリフィス15は、洗浄液の圧力レベルを意図したレベルにまで下げるように構成されていてもよい。各オリフィスは、流れ横断面面積に関して、かつ/または横断面形状、たとえば、円形、楕円形、自由形状または別の任意の適切な形状に関して、個別に設計することができる。
According to embodiments that can be combined with other embodiments described herein, at least one of one or more
図4に例示的に示すように、本明細書に記載された別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、1つ以上の第1の流れ通路121のうち少なくとも1つは、ガイドベーン16を含んでいる。特に、ガイドベーン16は、1つ以上の第1の流れ通路121の湾曲した通路部分125に設けられていてもよい。1つ以上の第1の流れ通路内にガイドベーンを設けることは、流れガイドを改善するために、または第1の流れ通路内における最適な流れガイドを確保するために有益であり得る。付加的または代替的に、リブまたは凹部のような別の流れ特徴部を、流れガイドの最適化のために、1つ以上の第1の流れ通路121のうち少なくとも1つの中に設けることができる。
As exemplified in FIG. 4, according to an embodiment that can be combined with another embodiment described herein, at least one of the one or more
図4を例示的に参照すると、本明細書に記載された別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、1つ以上の第2の流れ通路122のうち少なくとも1つは、主流れ通路12との接続部において拡大された流れ横断面を有する円錐区分123を含んでいる。したがって、1つ以上の第2の流れ通路122への流れガイドを改善することができる。
With reference to FIG. 4 as an example, according to an embodiment that can be combined with another embodiment described herein, at least one of one or more
さらに、図4に例示的に示されているように、本明細書に記載された別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、1つ以上の第2の流れ通路のうち少なくとも1つは、第2の噴射開口132内で終端する円筒区分124を含んでいる。したがって、1つ以上の第2の流れ通路122は、1つ以上の各第2の噴射開口132内で終端している。1つ以上の第2の圧力噴射開口132は、高圧噴射開口と呼ばれることもある。たとえば、円筒区分124は、1≦L/D≦4、特に2≦L/D≦3の長さ対直径比L/Dを有していてもよく、たとえばL/D=2.5±0.25である。1つ以上の第2の流れ通路に円筒区分を設けることは、最適な噴霧プロファイルを確保するために有利であり得る。
Further, as exemplified by FIG. 4, according to an embodiment that can be combined with another embodiment described herein, at least one of one or more second flow passages. One includes a
図4を例示的に参照すると、本明細書に記載された別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、1つ以上の第2の流れ通路122の少なくとも1つの入口区分は、ガイドベーン16を含んでいてもよい。特に、ガイドベーン16は、1つ以上の第2の流れ通路122の円錐区分123の入口区分に設けられてもよい。1つ以上の第2の流れ通路122の入口区分にガイドベーンを設けることは、第2の流れ通路の入口における流れガイドを改善するか、または最適な流れガイドを確保するために有利である。付加的または代替的には、リブまたは凹部のような別の流れ特徴部を、流れガイドの最適化のために、1つ以上の第2の流れ通路122のうち少なくとも1つの入口または内部に設けることができる。
With reference to FIG. 4 as an example, according to an embodiment that can be combined with another embodiment described herein, at least one inlet section of one or more
本明細書に記載された別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、1つ以上の第2の流れ通路122のうち少なくとも1つは、内側の自由形状表面を含んでいてもよい。
According to embodiments that can be combined with other embodiments described herein, at least one of the one or more
図4に例示的に示すように、本明細書に記載された別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、1つ以上の各第2の噴射開口132のうち少なくとも1つは、主流れ通路12内の主流れ方向101から、β≧15°の偏差角βだけ逸脱した噴射方向103を提供する。たとえば、偏差角βは、β≧25°,β≧35°,β≧45°,β≧55°,β≧65°,β≧75°,β≧85°,β≧95°,β≧105°,β≧115°およびβ≧125°からなる群から選択することができる。
As illustrated in FIG. 4, at least one of each of the two or more
本明細書に記載された別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、2つ以上の第2の噴射開口132が、互いに異なる、つまり個別の噴射方向を提供することができる。換言すると、少なくとも1つの第2の噴射開口132は、主流れ通路12内の主流れ方向から偏差角β1だけ逸脱した噴射方向を提供するように構成されていてもよい一方で、少なくとも1つの別の第2の噴射開口132は、異なる偏差角β2を提供するように構成されていてもよい。したがって、2つ以上の第2の噴射開口が、個別の噴射方向を提供するように構成されてもよいと理解される。
According to embodiments that can be combined with other embodiments described herein, the two or more
本明細書に記載された別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の噴射開口132の流れ横断面は、個別に設計されていてもよい。換言すると、各第2の噴射開口132の少なくとも2つの流れ横断面は、互いに異なる流れ横断面をそれぞれ有していてもよい。 According to embodiments that can be combined with other embodiments described herein, the flow cross-section of the second injection opening 132 may be individually designed. In other words, at least two flow cross sections of each second injection opening 132 may have different flow cross sections.
本明細書に記載された別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、1つ以上の第1の流れ通路121は、N1≧2である複数の第1の流れ通路121を含んでいる。たとえば、第1の流れ通路121の個数N1は、N1=2,N1=3,N1=4,N1=5,N1=6,N1=7,N1=8,N1=9,N1=10およびN1>10からなる群から選択することができる。さらに、第1の流れ通路の個数N1は、N1≧2,N1≧3,N1≧4,N1≧5,N1≧6,N1≧7,N1≧8,N1≧9およびN1≧10からなる群から選択できると理解される。
According to an embodiment that can be combined with another embodiment described herein, one or more
本明細書に記載された別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、上記個数N1の第1の流れ通路121は、個別に設計された内側の自由形状の表面を含むことができる。
According to an embodiment that can be combined with another embodiment described herein, the first
本明細書に記載された別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、上記個数N1の第1の流れ通路121は、複数のオリフィス15のそれぞれを介して主流れ通路12に接続されている。特に、複数のオリフィス15のうち少なくとも2つのオリフィスは、異なる流れ横断面を有している。特に、オリフィス15は、個別の圧力損失と個別の水流量を提供するように個別に設計されていてもよい。
According to an embodiment that can be combined with another embodiment described herein, the
本明細書に記載された別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、1つ以上の第2の流れ通路122は、N2=2,N2=3,N2=4,N2=5,N2=6,N2=7,N2=8,N2=9,N2=10およびN2>10からなる群から選択される個数N2の第2の流れ通路を含んでいる。さらに、第2の流れ通路の個数N2は、N2≧2、N2≧3、N2≧4、N2≧5、N2≧6、N2≧7、N2≧8、N2≧9およびN2≧10とすることができると理解される。
According to embodiments that can be combined with other embodiments described herein, one or more
図2~図4に例示的に示すように、本明細書に記載された別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、1つ以上の第2の流れ通路122は、1つ以上の第1の流れ通路121よりも短く形成されていてもよい。代替的には、1つ以上の第2の流れ通路122は、1つ以上の第1の流れ通路121よりも長く、または同じ長さで形成することができる。
As exemplified in FIGS. 2-4, according to an embodiment that can be combined with another embodiment described herein, one or more
本明細書に記載された別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、洗浄装置は、少なくとも部分的に付加製造によって製造されている。特に、付加製造を採用することは、複雑または特別な設計特徴、たとえば自由形状形および表面を、簡単かつコスト効率的に製造することができるという利点を有している。さらに、付加製造は、個別に設計されたインジェクタ、たとえば、個別の自由形状の幾何学形、特に個別の内側の自由形状表面を含む個別に設計された流れ通路を有するインジェクタを備えた洗浄装置を製造するために有利であってもよい。 According to embodiments that can be combined with other embodiments described herein, the cleaning device is manufactured, at least in part, by additive manufacturing. In particular, the adoption of additive manufacturing has the advantage that complex or special design features, such as free-form shapes and surfaces, can be manufactured easily and cost-effectively. In addition, additive manufacturing provides cleaning equipment with individually designed injectors, such as injectors with individually designed flow paths, including individual free-form geometries, especially individual inner free-form surfaces. It may be advantageous to manufacture.
特に、本明細書に記載された洗浄装置は、CFD(数値流体力学)設計において強化された方法論と、付加製造の利点とを組み合わせることによって設計しかつ製造することができる。噴射開口に洗浄液を分配する個別の通路の自由形状形は、最適な流れガイドを可能にし、再循環ゾーンを減じ、タービンケーシング内の洗浄液のジェットの噴射開口における無傷かつ最適な流れプロファイルを提供する。 In particular, the cleaning equipment described herein can be designed and manufactured by combining enhanced methodologies in CFD (Computational Fluid Dynamics) design with the benefits of additive manufacturing. The free-form shape of the individual passages that distribute the cleaning fluid to the injection openings allows for optimal flow guidance, reduces recirculation zones, and provides an intact and optimal flow profile at the injection opening of the jet of cleaning fluid in the turbine casing. ..
より具体的には、本明細書に記載された洗浄装置は、CFDシミュレーションとCAD(コンピュータ支援設計)ツールとの間の閉ループプロセスを用いて設計することができ、このプロセスは、洗浄装置の流れ特性および噴射特性の最適化を支援する。たとえば、CFDシミュレーションでは、タービンケーシングおよびノズルリング上の洗浄液の分布を評価し、洗浄装置内の個別の通路の圧力損失を計算することができる。これらの情報があれば、幾何学形状を変更し、次いでCFDで再評価することができる。したがって、数回の設計ループを経て、洗浄装置の最適な幾何学形状を決定することができる。 More specifically, the cleaning equipment described herein can be designed using a closed loop process between CFD simulation and CAD (Computer Aided Design) tools, which process is the flow of the cleaning equipment. Helps optimize characteristics and injection characteristics. For example, a CFD simulation can evaluate the distribution of cleaning fluid on the turbine casing and nozzle ring and calculate the pressure drop in individual passages within the cleaning equipment. With this information, the geometry can be modified and then re-evaluated by CFD. Therefore, the optimum geometry of the cleaning device can be determined through several design loops.
本明細書に記載された別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、1つ以上の第1のインジェクタ13うちの少なくとも1つ、特に1つ以上の第1の流れ通路121、1つ以上の第2のインジェクタ14のうちの少なくとも1つの第2のインジェクタ、特に1つ以上の第2の流れ通路122およびインジェクタ本体11、特に主流れ通路12からなる群から選択された、洗浄装置の少なくとも1つのエレメントは、付加製造により製造することができる。
According to embodiments that can be combined with other embodiments described herein, at least one of one or more
さらに、洗浄装置は、少なくとも部分的に、ドリル加工、フライス加工、溶接などの従来の機械加工技術によっても製造することができると理解される。たとえば、洗浄装置が、付加製造によって製造された少なくとも1つのエレメントまたは構成要素、たとえば1つ以上の第1の流れ通路121を含んでいてもよい一方で、洗浄装置の残りのエレメントまたは構成要素は、従来の機械加工技術によって製造することができる。
Further, it is understood that the cleaning device can also be manufactured, at least in part, by conventional machining techniques such as drilling, milling, welding and the like. For example, the cleaning device may include at least one element or component manufactured by additive manufacturing, eg, one or more
本明細書に記載された実施形態を考慮すると、先行技術と比較して、タービン、特に排ガスタービンまたは出力タービンのための改良された洗浄装置が提供されると理解される。特に、本開示の実施形態は、より良い洗浄性能をもたらす改善された洗浄液分布を有利に提供する。さらに、本開示の実施形態は、タービンのノズルリング上に洗浄液、たとえば水を均一に拡げることに関して改善されている。さらに、本開示の実施形態は、有利には、様々な圧力レベルの洗浄液ジェットを提供するために構成されている。特に、ノズルリングを洗浄するために要求される高い洗浄液の浸透を保証するために、たとえば、ノズルリングの上流側のガス流の特定の領域において、本開示の実施形態が、有利には、ノズルリングに洗浄液の高圧ジェットを提供するように構成されている。付加的に、本開示の実施形態は、有利には、良好な洗浄結果を得るために低圧噴射が有利である領域に洗浄液の低圧ジェットを提供するように構成されている。 Considering the embodiments described herein, it is understood that improved cleaning equipment for turbines, especially exhaust gas turbines or output turbines, is provided as compared to the prior art. In particular, embodiments of the present disclosure advantageously provide an improved cleaning solution distribution that provides better cleaning performance. Further, embodiments of the present disclosure have been improved with respect to uniformly spreading a cleaning solution, such as water, onto the nozzle ring of a turbine. Moreover, embodiments of the present disclosure are advantageously configured to provide cleaning fluid jets at various pressure levels. In particular, in order to ensure the high permeation of the cleaning solution required for cleaning the nozzle ring, for example, in a specific region of the gas flow upstream of the nozzle ring, the embodiments of the present disclosure are advantageous in the nozzle. It is configured to provide a high pressure jet of cleaning fluid to the ring. Additionally, embodiments of the present disclosure are advantageously configured to provide a low pressure jet of cleaning liquid in areas where low pressure injection is advantageous in order to obtain good cleaning results.
本開示の別の態様によれば、タービンが提供される。特に、本明細書に記載された実施形態のいずれかによる洗浄装置を含む、本開示のタービン、たとえば、排ガスタービンまたは出力タービンが提供される。したがって、従来のタービンと比較して、本明細書に記載されたタービンの実施形態は、より効果的に洗浄され得るタービンを提供する。 According to another aspect of the present disclosure, a turbine is provided. In particular, there is provided a turbine of the present disclosure, eg, an exhaust gas turbine or an output turbine, comprising a cleaning device according to any of the embodiments described herein. Therefore, as compared to conventional turbines, the turbine embodiments described herein provide a turbine that can be cleaned more effectively.
別の態様によれば、排ガスターボチャージャが提供される。特に、本明細書に記載されたいずれかの実施形態による洗浄装置を備えた排ガスタービンを含む、本開示の排ガスターボチャージャが提供される。したがって、従来の排ガスターボチャージャと比較して、本明細書に記載の排ガスタービンの実施形態は、より効果的に洗浄され得る。 According to another aspect, an exhaust gas turbocharger is provided. In particular, an exhaust gas turbocharger of the present disclosure is provided, comprising an exhaust gas turbine equipped with a cleaning device according to any of the embodiments described herein. Therefore, the embodiments of the exhaust gas turbine described herein can be cleaned more effectively as compared to conventional exhaust gas turbochargers.
上記は、複数の実施形態に関するが、基本的な範囲から逸脱することなしに、別の異なる実施形態が考案されてもよく、その範囲は以下の特許請求の範囲によって決定される。 Although the above relates to a plurality of embodiments, another different embodiment may be devised without departing from the basic scope, the scope of which is determined by the following claims.
1 ガス入口ケーシング
2 ガス出口ケーシング
3 ノズルリング
4 タービン羽根車
41 タービンブレード
42 タービン羽根車のハブボディ
45 タービン軸
50 先行技術の洗浄装置
5 先行技術の洗浄装置のノズル本体
51 高圧ノズル開口
52 低圧ノズル開口
53 絞り点(狭窄部)
6 洗浄液を供給する供給管路
10 洗浄装置
101 主流れ方向
102 低圧インジェクタの噴射方向
103 高圧インジェクタの噴射方向
11 インジェクタ本体
12 主流れ通路
121 1つ以上の第1の流れ通路
122 1つ以上の第2の流れ通路
123 円錐区分
124 円筒区分
125 湾曲した通路部分
13 1つ以上の第1のインジェクタ
131 第1の噴射開口
132 第2の噴射開口
14 1つ以上の第2のインジェクタ
15 オリフィス
16 ガイドベーン
21 タービンの流れ通路
α 主流れ方向に対する低圧インジェクタの噴射方向の偏差角
β 主流れ方向に対する高圧インジェクタの噴射方向の偏差角
L 円筒区分の長さ
D 円筒区分の直径
N1 第1の流れ通路の個数
N2 第2の流れ通路の個数
1
6 Supply pipeline for supplying cleaning
Claims (17)
前記タービンの流れ通路内に洗浄液を噴射するインジェクタ本体(11)を有し、該インジェクタ本体(11)は、主流れ通路(12)を有し、該主流れ通路(12)は、1つ以上の第1のインジェクタ(13)のそれぞれの1つ以上の第1の流れ通路(121)に接続されており、前記1つ以上の第1の流れ通路(121)のうち少なくとも1つは、屈曲部を含む湾曲した通路部分(125)を有している、洗浄装置(10)。 Turbine cleaning device (10)
The injector main body (11) for injecting a cleaning liquid into the flow passage of the turbine, the injector main body (11) has a main flow passage (12), and the main flow passage (12) is one or more. It is connected to one or more first flow passages (121) of each of the first injectors (13) of the above, and at least one of the one or more first flow passages (121) is bent. A cleaning device (10) having a curved passage portion (125) including a portion.
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