CN104487673B - 增压机用轴流涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种增压机用轴流涡轮机，其低温的外部气体、润滑油等不从轮毂部的上游侧端面与壳体端面之间的间隙向气体流路逆流。一种增压机用轴流涡轮机(1)，具有：轴承(2)；旋转轴(4)，其利用轴承能够旋转地被支承；涡轮机叶轮(10)，其具有设置在旋转轴的轴端的轮毂部(6)、从该轮毂部的周面(6a)向径向外侧突设的多个动翼(8)；壳体(20)，其至少具有：收容涡轮机叶轮并且收容旋转轴的旋转轴收容部(26)、使向壳体内导流的气体绕旋转轴旋转的涡卷部(22)、使从该涡卷部的出口(22a)流出的气体向轴向导流的形成在旋转轴收容部的周围的弯曲部(24)，壳体在比与涡轮机叶轮的轮毂部的上游侧端面(6b)相对的壳体端面(20a)更靠近上游侧的位置具有将弯曲部和旋转轴收容部连通的旁通流路(40)。

Description

增压机用轴流涡轮机
技术领域
本发明涉及涡轮机，尤其涉及增压机用轴流涡轮机。
背景技术
近年来，在机动车用涡轮增压机等小型增压机中，以降低由低惯性化导致的涡轮滞后等为目的，代替迄今为止的径流式涡轮机，而开发利用在轴向流动的流体使涡轮机叶轮旋转的轴流涡轮机。
图10是表示增压器用轴流涡轮机的结构的示意剖视图。
如图10所示，增压器用轴流涡轮机100由壳体120、收容在壳体120内的旋转轴104和涡轮机叶轮110等构成。
旋转轴104以中心轴CL为中心能够旋转地被支承在轴承102上，并在其轴端设置有圆柱状的轮毂部106。另外，在轴承102与轮毂部106之间设置有密封旋转轴104的周面的轴密封部102a。并且，多个动翼108从轮毂部106的平坦周面106a向径向外侧突设，利用这些轮毂部106和多个动翼108构成上述涡轮机叶轮110。
在壳体120内收容有上述涡轮机叶轮110。另外在壳体120的内部形成有以中心轴CL为中心的在其附近收容旋转轴104的旋转轴收容部126。并且，在该旋转轴收容部126的周围形成有使被导流至壳体120内的排气绕旋转轴104旋转的涡卷部122和使从该涡卷部122的出口122a流出的排气向轴向导流的弯曲部124。另外，在涡轮机叶轮110的下游侧形成有下游侧流路部128。并且，从涡卷部122沿弯曲部124流动而使涡轮机叶轮110旋转的排气流入下游侧流路部128而从该下游侧流路部128向未图示的排气管路排出。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开平11－343808号公报
专利文献2：(日本)特开2005－240727号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
可是，在机动车用涡轮增压机等较小型的内外径比(动翼的根部直径/前端直径)低的轴流涡轮机中，本发明者们发现涡轮机叶轮110的上游侧的内周面附近的压力P1h有降低的情况。在涡轮机叶轮110的上游侧，在轮毂部106的上游侧端面106b与壳体120的壳体端面120a之间存在与旋转轴收容部126相连的间隙130。因此，在间隙130的开口附近的压力P1h比大气压Pa低时，如图中的箭头f′所示，低温外部气体、润滑油等从轴密封部102a泄漏并经由间隙130向弯曲部124逆流，可能由于逆流的外部气体使排气的流动紊乱而导致涡轮机效率降低、润滑油的浸入而导致动翼108的腐蚀等。
在专利文献1和2中，公开了在与本发明相同的轴流涡轮机中，关于通过动翼部的流体的泄漏流动的技术。但是，这些专利文献1和2与本发明不同，不以上述外部气体、润滑油的逆流为问题。
本发明的至少一种实施方式是鉴于上述课题而作出的，其目的在于提供一种增压机用轴流涡轮机，其使低温的外部气体、润滑油等不从轮毂部的上游侧端面与壳体端面之间的间隙在气体流路产生逆流。
另外，本发明的至少一种实施方式的目的在于，提供一种增压机用轴流涡轮机，其通过使形成在轮毂部的周面附近的边界层减薄而能够有效防止涡轮机效率的降低。
用于解决技术问题的方法
本发明的至少一种实施方式，为了达成上述目的，具有：
轴承；
旋转轴，其利用所述轴承能够旋转地被支承；
涡轮机叶轮，其具有设置在所述旋转轴的轴端的轮毂部和从该轮毂部的周面向径向外侧突设的多个动翼；
壳体，其至少具有：收容所述涡轮机叶轮并且收容所述旋转轴的旋转轴收容部、使向壳体内导流的气体绕所述旋转轴旋转的涡卷部、使从该涡卷部的出口流出的气体向轴向导流的形成在所述旋转轴收容部的周围的弯曲部，其中，
所述壳体在比与所述涡轮机叶轮的轮毂部的上游侧端面相对的壳体端面更靠近上游侧的位置具有将所述弯曲部和所述旋转轴收容部连通的旁通流路。
如上所述结构的增压机用轴流涡轮机在比存在于轮毂部的上游侧端面与壳体端面之间的间隙更靠近上游侧的位置具有将弯曲部和旋转轴收容部连通的旁通流路。因此，排气从弯曲部经由旁通流路流入旋转轴收容部，因此能够防止外部气体、润滑油等经由轮毂部的上游侧端面与壳体端面之间的间隙向弯曲部等的气体流路逆流。
另外，在本发明一实施方式的增压机用轴流涡轮机中，
所述旁通流路将所述弯曲部的压力比大气压高的位置和所述旋转轴收容部连通。
这样，通过使旁通流路将弯曲部的压力比大气压高的位置和旋转轴收容部连通，比大气压高的气体经由旁通流路流入旋转轴收容部，因此能够可靠防止外部气体、润滑油等向弯曲部等的气体流路逆流。
另外，在本发明一实施方式的增压机用轴流涡轮机中，
所述旋转轴收容部利用设置在所述轴承与所述涡轮机叶轮之间的密封部划分轴承侧与涡轮机叶轮侧，
所述旁通流路将所述弯曲部和所述旋转轴收容部的涡轮机叶轮侧连通。
这样，在旋转轴收容部利用密封部划分轴承侧与涡轮机叶轮侧的情况下，通过使上述旁通流路将弯曲部与旋转轴收容部的涡轮机叶轮侧连通，能够防止低温的外部气体、润滑油从轴承侧泄漏。
另外，在本发明一实施方式的增压机用轴流涡轮机中，
所述壳体在与所述涡轮机叶轮的轮毂部的上游侧端面相对的所述壳体端面的外周缘具有从该壳体端面突设的凸部。
通过使壳体具有如上所述的凸部，在从旁通流路流入旋转轴收容部的气体从轮毂部的上游侧端面与壳体端面之间的间隙向弯曲部等的气体流路回流的情况下，能够使回流的气体的流动方向向轴向导流。因此，利用回流的气流能够防止涡轮机效率降低。
另外，在本发明一实施方式的增压机用轴流涡轮机中，
所述涡轮机叶轮的轮毂部的上游侧端面的直径比与该轮毂部的上游侧端面相对的所述壳体端面的外周缘的直径小。
这样，通过使涡轮机叶轮的轮毂部的上游侧端面的直径比所述壳体端面的外周缘的直径小，在从旁通流路流入旋转轴收容部的气体从轮毂部的上游侧端面与壳体端面之间的间隙向弯曲部等的气体流路回流的情况下，能够抑制与气体流路的气流的混合。因此，利用回流的气流能够防止涡轮机效率降低。
另外，本发明的至少一种实施方式，为了达成上述目的，具有：
轴承；
旋转轴，其利用所述轴承能够旋转地被支承；
涡轮机叶轮，其具有设置在所述旋转轴的轴端的轮毂部和从该轮毂部的周面向径向外侧突设的多个动翼；
壳体，其至少具有：收容所述涡轮机叶轮并且收容所述旋转轴的旋转轴收容部、使向壳体内导流的气体绕所述旋转轴旋转的涡卷部、使从该涡卷部的出口流出的气体向轴向导流的形成在所述旋转轴收容部的周围的弯曲部，其中，
在所述轮毂部的上游侧端面的外周缘形成有从该上游侧端面突设的突起。
如上所述结构的增压机用轴流涡轮机在轮毂部的上游侧端面的外周缘形成有从该上游侧端面突设的突起。因此，沿弯曲部等的气体流路流动的排气容易流入存在于轮毂部的上游侧端面与壳体端面之间的间隙。由此，能够减薄形成在轮毂部的周面附近的边界层而能够防止涡轮机效率的降低。
另外，在本发明一实施方式的增压机用轴流涡轮机中，
所述涡轮机叶轮的轮毂部的上游侧端面的直径形成为比该轮毂部的下游侧端面的直径大。
这样，在涡轮机叶轮的轮毂部的上游侧端面的直径形成为比该轮毂部的下游侧端面的直径大的情况下，形成在轮毂部的周面附近的边界层形成为朝向下游侧增厚。因此，如上所述，通过在轮毂部的上游侧端面的外周缘形成从该上游侧端面突设的突起，能够使形成在轮毂部的周面附近的边界层减薄，因此在防止涡轮机效率降低方面有效。
发明效果
利用本发明的至少一种实施方式，能够提供一种低温的外部气体、润滑油等不从轮毂部的上游侧端面与壳体端面之间的间隙向气体流路逆流的增压机用轴流涡轮机。
另外，利用本发明的至少一种实施方式，能够提供一种通过减薄形成在轮毂部的周面附近的边界层而能够防止涡轮机效率的降低的增压机用轴流涡轮机。
附图说明
图1是表示本发明一实施方式的增压器用轴流涡轮机的结构的示意剖视图。
图2是放大表示图1的增压器用轴流涡轮机的一部分的示意剖视图。
图3是表示凸部的实施例的剖视图。
图4是表示本发明一实施方式的增压器用轴流涡轮机的结构的示意剖视图。
图5是放大表示图4的增压器用轴流涡轮机的一部分的示意剖视图。
图6是用于说明间隙出口的气流的剖视图。
图7是表示本发明一实施方式的增压器用轴流涡轮机的结构的示意剖视图。
图8是用于说明间隙的气流的剖视图。
图9是用于说明轮毂部的周面附近的边界层的剖视图。
图10是表示参考例的增压器用轴流涡轮机的结构的示意剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图具体说明本发明的实施方式。
另外，本发明的范围不限于以下实施方式。以下实施方式所记载的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等不是将本发明的范围限定于此的意图，只不过是说明例。
图1是表示本发明一实施方式的增压器用轴流涡轮机的结构的示意剖视图。图2是放大表示图1的增压器用轴流涡轮机的一部分的示意剖视图。
如图1所示，本发明一实施方式的增压器用轴流涡轮机1由壳体20、收容在壳体20内的旋转轴4和涡轮机叶轮10等构成。
旋转轴4以中心轴CL为中心能够旋转地被支承在轴承2上，并在其轴端设置有圆柱状的轮毂部6。另外，在旋转轴4的轴承2与轮毂部6之间设置有密封旋转轴4的周面的轴密封部2a。并且，多个动翼8从轮毂部6的平坦周面6a向径向外侧突设，利用这些轮毂部6和多个动翼8构成上述涡轮机叶轮10。
在壳体20中收容有上述涡轮机叶轮10。另外，在壳体20的内部形成有以中心轴CL为中心的在其附近收容旋转轴4的旋转轴收容部26。并且，在该旋转轴收容部26的周围形成有使被导流至壳体20内的排气绕旋转轴4旋转的涡卷部22和使从该涡卷部22的出口22a流出的排气向轴向导流的弯曲部24。另外，在涡轮机叶轮10的下游侧形成有下游侧流路部28，从涡卷部22沿弯曲部24流动而使涡轮机叶轮10旋转的排气流入该下游侧流路部28，而从下游侧流路部28向未图示的排气管路排出。
另外，如图2放大所示，在涡轮机叶轮10的上游侧，在轮毂部6的上游侧端面6b与壳体20的壳体端面20a之间存在与旋转轴收容部26相连的间隙30，该壳体20的壳体端面20a与该上游侧端面6b相对。另外，在壳体端面20a的外周缘设置有从壳体端面20a突设的凸部32。
并且，如图1所示，在壳体20内，在比壳体端面20a更靠近上游侧的位置设置有将弯曲部24和旋转轴收容部26连通的旁通流路40。另外，该旁通流路40在增压器用轴流涡轮机1工作的状态下，将弯曲部24的内周面24a的压力P0比大气压Pa高的位置和旋转轴收容部26连通。
在如上所述结构的本发明一实施方式的增压器用轴流涡轮机1中，经由设置在比间隙30更靠近上游侧位置的旁通流路40，如图中的箭头f1所示，排气从弯曲部24流入旋转轴收容部26。因此，能够防止在比轴密封部2a更靠近轴承2侧的位置存在的低温外部气体、润滑油等经由间隙30向弯曲部24等的气体流路逆流，能够防止由于逆流的外部气体使气流f3的流动紊乱而导致的涡轮机效率降低、由于润滑油的浸入而导致的动翼的腐蚀等。
另外，如上所述，旁通流路40将弯曲部24的压力P0比大气压Pa高的位置和旋转轴收容部26连通，因此比大气压Pa高的气体经由旁通流路40流入旋转轴收容部26。因此，能够可靠防止在比轴密封部2a更靠近轴承2侧位置存在的外部气体、润滑油等向弯曲部24等的气体流路逆流。
另外，如上所述，在壳体端面20a的外周缘设置有从壳体端面20a突设的凸部32，因此，如图中的箭头f2所示，在从旁通流路40流入旋转轴收容部26的排气从间隙30向弯曲部24等的气体流路回流的情况下，向气体流路回流的排气向轴向导流。因此，能够抑制气体流路的气体流动f3的紊乱，因此利用回流的气流f2能够防止涡轮机效率降低。
该凸部32的截面形状不作特殊限定，如图3所示，优选该凸部32的下表面侧朝向轴向的下游侧形成为锥状或者弯曲状，以使得沿间隙30流动的排气的气流f2朝向下游侧并向轴向导流。
图4是表示本发明一实施方式的增压器用轴流涡轮机的结构的示意剖视图。如该图4所示的增压器用轴流涡轮机1相对于图1所示的增压器用轴流涡轮机1，在涡轮机叶轮10的轮毂部6的上游侧端面6b的直径D1比与该轮毂部6的上游侧端面6b相对的壳体端面20a的外周缘的直径D2小这一点不同。另外，如图5放大所示，在轮毂部6的上游侧端面6b的外周缘设置有从上游侧端面6b突设的第二凸部34这一点不同。
这样，通过使涡轮机叶轮10的轮毂部6的上游侧端面6b的直径D1比壳体端面20a的外周缘的直径D2小，如图6放大所示，在从旁通流路40流入旋转轴收容部26的排气从间隙30向弯曲部24等的气体流路回流的情况下，由两者的半径差形成的区域a成为缓冲区域，而抑制因回流的气流f2导致的气流f3的紊乱。由此，防止因回流的气流f2导致的涡轮机效率的降低。
另外，通过在轮毂部6的上游侧端面6b的外周缘设置从上游侧端面6b突设的第二凸部34，并与从上述壳体端面20a突设的凸部32相互作用，能够使从间隙30向弯曲部24回流的气流f2更正确地向轴向导流。
另外，在上述实施方式中，旋转轴收容部26利用设置在轴承2与涡轮机叶轮10之间的轴密封部2a划分轴承侧与涡轮机叶轮侧，该轴密封部2a在本发明中并不是必需的结构。但是，如上述实施方式所述，在旋转轴收容部26利用轴密封部2a划分轴承侧与涡轮机叶轮侧的情况下，通过使上述旁通流路40将弯曲部24和旋转轴收容部26的涡轮机叶轮侧连通，能够可靠防止低温的外部气体、润滑油从轴承侧泄漏。
图7是表示本发明一实施方式的增压器用轴流涡轮机的结构的示意剖视图。如该图7所示的增压器用轴流涡轮机1相对于图1所示的增压器用轴流涡轮机1，在未设置有将弯曲部24和旋转轴收容部26的旁通流路40连通这一点不同。另外，如图8放大所示，在形成有从轮毂部6的上游侧端面6b突设的突起36，并且，涡轮机叶轮10的轮毂部6的上游侧端面6b的直径D1形成为比该轮毂部6的下游侧端面6c的直径D1′大，并且轮毂部6的周面6a不形成为平坦面而形成为锥面这一点不同。
如图8所示，在与旋转轴4一起旋转的旋转面即上游侧端面6b的附近，利用离心力，形成朝向径向外侧的气体的流动α。另一方面，在静止面即壳体端面20a的附近，形成朝向径向内侧的气流β。并且，利用这些气流α、β，如图8所示，在间隙30形成例如逆时针旋转的旋转流γ。
因此，通过在轮毂部6的上游侧端面6b的外周缘形成从该上游侧端面6b突设的突起36，朝向径向外侧的气流α难以向弯曲部24等的气体流路流出，仅这方面，气流f4容易从气体流路流入间隙30。因此，如图9(a)所示，利用流入间隙30的气流f4，被吸入形成在轮毂部6的周面6a的附近的边界层，使边界层的厚度从b′减薄到b，能够防止因边界层的扩大而导致的涡轮机效率的降低。
此时，如上所述，在涡轮机叶轮10的轮毂部6的上游侧端面6b的直径D1比该轮毂部6的下游侧端面6c的直径D1′大，并使轮毂部6的周面6a形成为锥面时，如图9(b)的点划线所示，形成在轮毂部6的周面6a的附近的边界层b′形成为朝向下游侧增厚，而使涡轮机效率降低。为了避免如上所示的涡轮机效率的减低，在轴流涡轮机中，通常使轮毂部6的周面6a形成为平坦面。
但是，本发明者们发现，通过增大轮毂部6的上游侧端面6b的直径D1，能够提高间隙30的开口附近的压力P1h。在此，使轮毂部6的上游侧端面6b形成为适当的直径D1，并使增压器用轴流涡轮机1工作的状态下，通过使压力P1h比大气压Pa高，能够防止来自旋转轴收容部26的逆流，并且通过形成上述突起36，能够减薄形成在轮毂部6的周面6b的附近的边界层，能够防止涡轮机效率的降低。
以上，说明了本发明的优选实施方式，本发明不限于上述方式，在不脱离本发明目的范围内能够进行各种变更。
工业实用性
本发明的至少一种实施方式能够适用于增压机用轴流涡轮机，例如，机动车用涡轮增压机等的小型增压机用轴流涡轮机。
附图标记说明
1 增压器用轴流涡轮机
2 轴承
2a 轴密封部
4 旋转轴
6 轮毂部
6a 周面
6b 上游侧端面
8 动翼
10 涡轮机叶轮
20 壳体
20a 壳体端面
22 涡卷部
22a 出口
24 弯曲部
26 旋转轴收容部
28 下游侧流路部
30 间隙
32 凸部
34 第二凸部
36 突起
40 旁通流路

Claims (5)

1.一种增压机用轴流涡轮机，具有：
轴承；
旋转轴，其利用所述轴承能够旋转地被支承；
涡轮机叶轮，其具有设置在所述旋转轴的轴端的轮毂部和从该轮毂部的周面向径向外侧突设的多个动翼；
壳体，其至少具有：收容所述涡轮机叶轮并且收容所述旋转轴的旋转轴收容部、使向壳体内导流的气体绕所述旋转轴旋转的涡卷部、使从该涡卷部的出口流出的气体向轴向导流的形成在所述旋转轴收容部的周围的弯曲部，其特征在于，
所述壳体在比与所述涡轮机叶轮的轮毂部的上游侧端面相对的壳体端面更靠近上游侧的位置具有将所述弯曲部和所述旋转轴收容部连通的旁通流路。
2.如权利要求1所述的增压机用轴流涡轮机，其特征在于，
所述旁通流路将所述弯曲部的压力比大气压高的位置和所述旋转轴收容部连通。
3.如权利要求1所述的增压机用轴流涡轮机，其特征在于，
所述旋转轴收容部利用设置在所述轴承与所述涡轮机叶轮之间的密封部划分轴承侧与涡轮机叶轮侧，
所述旁通流路将所述弯曲部和所述旋转轴收容部的涡轮机叶轮侧连通。
4.如权利要求1所述的增压机用轴流涡轮机，其特征在于，
所述壳体在与所述涡轮机叶轮的轮毂部的上游侧端面相对的所述壳体端面的外周缘具有从该壳体端面突设的凸部。
5.如权利要求1至4中任一项所述的增压机用轴流涡轮机，其特征在于，
所述涡轮机叶轮的轮毂部的上游侧端面的直径比与该轮毂部的上游侧端面相对的所述壳体端面的外周缘的直径小。
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