DE112020006423T5

DE112020006423T5 - Turbine und turbolader, die die turbine beinhalten

Info

Publication number: DE112020006423T5
Application number: DE112020006423.9T
Authority: DE
Inventors: Toyotaka Yoshida; Makoto Ozaki
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd
Priority date: 2020-04-23
Filing date: 2020-04-23
Publication date: 2022-10-27
Also published as: US20230099007A1; JP7336026B2; WO2021214928A1; CN115427665A; JPWO2021214928A1; US11808174B2

Abstract

Eine Turbine umfasst: ein drehbares Laufrad mit einer Nabe, die mit einer Vielzahl von Rotorblättern versehen ist; und ein rohrförmiges Element, in dem ein Diffusor, der sich stromabwärts des Laufrads befindet, ausgebildet ist. An einer Innenfläche des rohrförmigen Elements ist eine Vielzahl von Vorsprüngen, die radial nach innen des rohrförmigen Elements vorstehen, an Positionen ausgebildet, die näher an einem Einlassende des rohrförmigen Elements liegen als an einem Auslassende des rohrförmigen Elements. Die Vielzahl von Vorsprüngen ist in einer Umfangsrichtung der Innenfläche angeordnet, um so einen Raum zwischen benachbarten Vorsprüngen zu lassen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Turbine und einen Turbolader, der die Turbine beinhaltet.
HINTERGRUND
Da ein Turbolader, der in einem Automobil installiert ist, in einem weiten Bereich von einer niedrigen Drehzahl (niedrige Strömungsrate) bis zu einer hohen Drehzahl (hohe Strömungsrate) arbeitet, ist eine Leistungsverbesserung an jedem Betriebspunkt erforderlich. Zum Beispiel ist in den Patentdokumenten 1 und 2 eine Statorleitschaufel auf einer Deckbandseite stromabwärts eines Turbinenrotorblatts angeordnet, um eine Strömung auf der Ummatelungsseite zu steuern, wodurch der Wirkungsgrad einer Turbine verbessert wird.
Zitierliste
Patentliteratur

Patentdokument 1: JPH9-264106A
Patentdokument 2: JP2012-177357A

ZUSAMMENFASSUNG
Technisches Problem
Wenn jedoch eine Statorleitschaufel stromabwärts eines Turbinenrotorblatts angeordnet ist, obwohl es möglich ist, den Wirkungsgrad einer Turbine an einem Betriebspunkt sicher zu verbessern, kann ein Verlust an einem anderen Betriebspunkt auftreten. Zusätzlich kann das Anordnen einer solchen Statorleitschaufel zu einer Verschlechterung der Produktivität oder der Kosten führen. Währenddessen hängt auf einer Seite mit hoher Strömungsrate die Leistung eines Diffusors, der die Turbine bildet, stark mit der Leistung der Turbine zusammen, und somit ist eine Form des Diffusors erforderlich, die die Leistung des Turbinenrotorblatts basierend auf den Eigenschaften jedes Betriebspunkts verbessern kann.
In Anbetracht des Vorstehenden ist eine Aufgabe von mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, eine Turbine und einen Turbolader, der die Turbine beinhaltet, mit verbesserter Leistung bereitzustellen.
Lösung des Problems
Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, beinhaltet eine Turbine gemäß der vorliegenden Offenbarung: ein drehbares Laufrad mit einer Nabe, die mit einer Vielzahl von Rotorblättern versehen ist; und ein rohrförmiges Element, in dem ein Diffusor, der sich stromabwärts des Laufrads befindet, ausgebildet ist. An einer Innenfläche des rohrförmigen Elements ist eine Vielzahl von Vorsprüngen, die radial nach innen des rohrförmigen Elements vorstehen, an Positionen ausgebildet, die näher an einem Einlassende des rohrförmigen Elements liegen als an einem Auslassende des rohrförmigen Elements. Die Vielzahl von Vorsprüngen ist in einer Umfangsrichtung der Innenfläche angeordnet, um so einen Raum zwischen benachbarten Vorsprüngen zu lassen.
Vorteilhafte Effekte
Da ein Fluid, das durch das Rotorblatt geströmt ist, normalerweise eine Wirbelströmung beinhaltet, bewegt sich eine Fluidströmung in Richtung einer Ummantelungsseite, und ein Rückströmungswirbel wird radial nach innen davon erzeugt. Im Gegensatz dazu wird bei der Turbine der vorliegenden Offenbarung, da die Vielzahl von Vorsprüngen, die radial nach innen des rohrförmigen Elements vorstehen, ausgebildet sind, eine Strömungstrennung zwischen den benachbarten Vorsprüngen bewirkt, und mit der Trennung verschiebt sich die Fluidströmung nahe der Ummantelungsseite als Ganzes radial nach innen. Durch Anziehen einer solchen Fluidströmung im Diffusor, der Strömung zwischen den benachbarten Rotorblättern, nimmt eine Strömung nahe der Mitte in einer Spannweitenrichtung des Rotorblatts in der Strömungsgeschwindigkeit zu. Dann nimmt die Strömungsgeschwindigkeitsdifferenz eines Fluids zwischen dem Einlass und dem Auslass des Rotorblatts zu, das heißt, die statische Druckdifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass des Rotorblatts nimmt zu, und das Drehmoment, das auf die Blattoberfläche des Rotorblatts aufgebracht wird, nimmt zu, was es ermöglicht, die Leistung der Turbine zu verbessern.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht, die die Konfiguration eines Turboladers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Turbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein rohrförmiges Element der Turbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
4 ist eine perspektivische Ansicht, die ein modifiziertes Beispiel des rohrförmigen Elements der Turbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
5 ist eine schematische Querschnittsansicht der Turbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
6 ist eine Ansicht zum Beschreiben eines Abgasstroms in einem Diffusor in einer herkömmlichen Turbine.
7 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Abgasstroms in einem Querschnitt entlang der Linie VII-VII von 2.
8 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Abgasstroms im Diffusor in der Turbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
9 ist eine Ansicht, die den Abgasstrom zwischen benachbarten Laufschaufeln in der Turbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden wird eine Turbine gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die Ausführungsformen zeigen jeweils einen Aspekt der vorliegenden Offenbarung an, beabsichtigen nicht, die Offenbarung zu beschränken, und können optional innerhalb eines Bereichs einer technischen Idee der vorliegenden Offenbarung modifiziert werden.
< Konfiguration eines Turboladers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung >
Wie in 1 gezeigt, beinhaltet ein Turbolader 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Turbine 3, die durch ein Abgas angetrieben wird, das von einem Verbrennungsmotor 2 abgegeben wird, und einen Verdichter 5, der durch Übertragung einer Drehung der Turbine 3 über eine Antriebswelle 4 angetrieben wird. Der Verdichter 5 verdichtet Luft, und die verdichtete Luft wird dem Verbrennungsmotor 2 zugeführt.
< Konfiguration einer Turbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung >
Wie in 2 gezeigt, beinhaltet die Turbine 3 ein drehbares Laufrad 10, und ein rohrförmiges Element 20, in dem ein Diffusor 15, der sich stromabwärts des Laufrads 10 befindet, in einer Abgasstrom-EG-Richtung in der Turbine 3 ausgebildet ist. Das Laufrad 10 beinhaltet eine Nabe 11 und eine Vielzahl von Rotorblättern 12 (nur ein Rotorblatt ist in 2 abgebildet), die in der Nabe 11 angeordnet sind.
Das rohrförmige Element 20 beinhaltet ein Einlassende 21 und ein Auslassende 22. An einer Innenfläche 20a des rohrförmigen Elements 20 ist eine Vielzahl von Vorsprüngen 23, die radial nach innen des rohrförmigen Elements 20 vorstehen, an Positionen ausgebildet, die näher am Einlassende 21 liegen als am Auslassende 22, vorzugsweise in der Nähe des Einlassendes 21. Wie in 3 gezeigt, entsprechen Abschnitte 20c, in denen eine Außenfläche 20b jeweils in der Nähe des Einlassendes 21 des rohrförmigen Elements 20 ausgespart ist, den Vorsprüngen 23, die an der Innenfläche 20a ausgebildet sind, und die Vielzahl von Vorsprüngen 23 ist in der Umfangsrichtung der Innenfläche 20a angeordnet, um so einen Raum zwischen den benachbarten Vorsprüngen 23 und 23 zu lassen.
Wie in 2 gezeigt, beinhaltet der Vorsprung 23 ein erstes Ende 23a an der Seite des Einlassendes 21 und ein zweites Ende 23b an der Seite des Auslassendes 22 und weist eine Form auf, die sich vom ersten Ende 23a zum zweiten Ende 23b erstreckt. Der Vorsprung 23 ist so konfiguriert, dass sich das erste Ende 23a und das zweite Ende 23b an der gleichen Position in der Umfangsrichtung der Innenfläche 20a befinden. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf diese Form beschränkt, und beispielsweise, wie in 4 gezeigt, kann der Vorsprung 23 so konfiguriert sein, dass sich das zweite Ende 23b an einer Drehrichtungsseite A des Laufrads 10 (siehe 2) relativ zum ersten Ende 23a befindet. Obwohl nicht gezeigt, kann der Vorsprung 23 im Gegensatz dazu so konfiguriert sein, dass sich das erste Ende 23a an der Drehrichtungsseite A des Laufrads 10 relativ zum zweiten Ende 23b in der Umfangsrichtung der Innenfläche 20a befindet.
Wie in 2 gezeigt, kann das rohrförmige Element 20 einen verjüngten Abschnitt 24 beinhalten, dessen Innendurchmesser sich vom Einlassende 21 zum Auslassende 22 hin zwischen dem Einlassende 21 und der Vielzahl von Vorsprüngen 23 vergrößert. In der Konfiguration, in der das rohrförmige Element 20 den verjüngten Abschnitt 24 beinhaltet, ist der Vorsprung 23 vorzugsweise so konfiguriert, dass sich eine Fläche 23c des Vorsprungs 23 an der gleichen Position wie eine Innenfläche 24c an einem Auslass 24b des verjüngten Abschnitts 24 befindet oder sich an der Außenseite der Innenfläche 24c am Auslass 24b des verjüngten Abschnitts 24 in der radialen Richtung des rohrförmigen Elements 20 befindet.
Wie in 5 gezeigt, ist es in der Konfiguration, in der das rohrförmige Element 20 den verjüngten Abschnitt 24 beinhaltet, bevorzugt, dass L₀ ≤ L₁ ≤ 1,1L₀ und 1,1L₁ ≤ L₂ ≤ 1,5L₁ erfüllt sind, wobei L₀ ein Abstand von einer Vorderkante 12a zu einer Hinterkante 12b des Rotorblatts 12 in einer Drehachsenrichtung RA des Laufrads 10 an einer nabenseitigen Kante 12c ist, an der das Rotorblatt 12 mit der Nabe 11 verbunden ist, und L₁ und L₂ Abstände von der Vorderkante 12a zum Einlass 24a bzw. zum Auslass 24b des verjüngten Abschnitts 24 in der Drehachsenrichtung RA an der nabenseitigen Kante 12c jedes der Vielzahl von Rotorblättern 12 sind.
<Betrieb einer Turbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung >
Wie in 1 gezeigt, wird, wenn das Abgas, das vom Verbrennungsmotor 2 abgegeben wird, in die Turbine 3 strömt, wie in 2 gezeigt, der Abgasstrom EG in der Strömungsgeschwindigkeit erhöht, wenn er zwischen den benachbarten Rotorblättern 12 strömt und in den Diffusor 15 strömt. Ein Drehmoment, das auf eine Blattoberfläche des Rotorblatts 12 aufgebracht wird, wird durch eine solche Strömungsgeschwindigkeitsdifferenz des Abgasstroms EG an jedem des Einlasses und des Auslasses des Rotorblatts 12 erzeugt, das heißt, eine statische Druckdifferenz, und das Laufrad 10 dreht sich.
6 stellt Schatten (Farbe wird dunkler, wenn die Strömungsgeschwindigkeit zunimmt) dar, der eine Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des Abgases und der Stromlinie des Abgases in einem Diffusor 15' der herkömmlichen Konfiguration (ohne den Vorsprung 23) darstellt. Im Diffusor 15' der herkömmlichen Konfiguration, da der Abgasstrom EG, der durch das Rotorblatt 12 geströmt ist, normalerweise eine Wirbelströmung beinhaltet, gelangt der Abgasstrom EG näher an eine Ummantelungsseite, und ein Rückströmungswirbel S wird auf der radial inneren Seite eines Abgasstroms T nahe der Ummantelungsseite erzeugt. In der Turbine 3, wie in 7 gezeigt, wird, da die Vielzahl von Vorsprüngen 23, die radial nach innen des rohrförmigen Elements 20 vorstehen, ausgebildet sind, eine Strömungstrennung P zwischen den benachbarten Vorsprüngen 23 bewirkt. Mit der Trennung P, wie in 8 gezeigt (die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung und die Stromlinie des Abgases sind die gleichen wie in 6), verschiebt sich der Abgasstrom T nahe der Ummantelungsseite als Ganzes radial nach innen. Durch Anziehen einer solchen Abgasströmung im Diffusor 15, wie in 9 gezeigt, des Abgasstroms zwischen den benachbarten Rotorblättern 12 nimmt eine Strömung F nahe der Mitte in einer Spannweitenrichtung des Rotorblatts 12 in der Strömungsgeschwindigkeit zu. Dann nimmt die Strömungsgeschwindigkeitsdifferenz eines Fluids zwischen dem Einlass und dem Auslass des Rotorblatts 12 zu, das heißt, die statische Druckdifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass des Rotorblatts 12 nimmt zu, und das Drehmoment, das auf die Blattoberfläche des Rotorblatts 12 aufgebracht wird, nimmt zu, was es ermöglicht, die Leistung der Turbine 3 zu verbessern.
Die Abgasströmung am Auslass des Rotorblatts 12 weist normalerweise eine Strömungsgeschwindigkeitsverteilung auf, bei der die Strömungsgeschwindigkeit von der Ummantelungsseite radial nach innen abnimmt. Eine solche Ungleichmäßigkeit der Strömungsgeschwindigkeit in der radialen Richtung wird zu einem Verlust, was die Leistung der Turbine 3 verschlechtert. Im Gegensatz dazu ist es in der in 2 gezeigten Turbine 3, da das Abgas, das aus dem Rotorblatt 12 strömt, im verjüngten Abschnitt 24 strömt, möglich, die Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases auf der Ummantelungsseite am Auslass des Rotorblatts 12 zu unterdrücken. Somit wird die Ungleichmäßigkeit der Strömungsgeschwindigkeit in der radialen Richtung unterdrückt, was es ermöglicht, die Verschlechterung der Leistung der Turbine 3 zu unterdrücken.
Falls das rohrförmige Element 20 den verjüngten Abschnitt 24 umfasst, wird, falls sich die Fläche 23c des Vorsprungs 23 auf der Innenseite der Innenfläche 24c am Auslass 24b des verjüngten Abschnitts 24 in der radialen Richtung des rohrförmigen Elements 20 befindet, ein Teil des Fluids, das im Diffusor 15 strömt, durch den Vorsprung 23 radial nach innen gerichtet. Dann wird der Effekt des Erhöhens der Strömungsgeschwindigkeit der Strömung nahe der Mitte in der Spannweitenrichtung des Rotorblatts 12 durch Interferenz mit der Abgasströmung (der Strömung T in 8), die oben beschrieben wurde, reduziert. Im Gegensatz dazu ist es in der Turbine 3, da der Vorsprung 23 so konfiguriert ist, dass sich die Fläche 23c des Vorsprungs 23 an der gleichen Position wie die Innenfläche 24c am Auslass 24b des verjüngten Abschnitts 24 befindet oder sich auf der Außenseite der Innenfläche 24c am Auslass 24b des verjüngten Abschnitts 24 in der radialen Richtung des rohrförmigen Elements 20 befindet, möglich, die Reduzierung des oben beschriebenen Effekts zu unterdrücken.
Da die Turbine 3 die oben beschriebene Konfiguration (siehe 5) aufweist, d.h. die Konfiguration, bei der L₀≤L₁≤1,1L₀ und 1,1L₁≤L₂≤1,5L₁ erfüllt sind, ist es möglich, den oben beschriebenen technischen Effekt zu verstärken.
Wie in 2 und 3 gezeigt, ist es im Falle, dass der Vorsprung 23 so konfiguriert ist, dass sich das erste Ende 23a und das zweite Ende 23b an der gleichen Position in der Umfangsrichtung der Innenfläche 20a befinden, wenn das Abgas, das durch das Rotorblatt 12 geströmt ist, nicht die Wirbelströmung beinhaltet, weniger wahrscheinlich, dass der Vorsprung 23 ein Engpass für die Strömung des Abgases ist, das auf der Ummantelungsseite strömt, was es dem Abgas, das durch das Rotorblatt 12 geströmt ist, ermöglicht, reibungslos durch den Diffusor 15 zu strömen. Infolgedessen ist es möglich, die Leistung der Turbine 3 zu verbessern.
Normalerweise beinhaltet jedoch das Abgas, das durch das Rotorblatt 12 geströmt ist, die Wirbelströmung. Das Abgas, das durch das Rotorblatt 12 geströmt ist, beinhaltet eine Wirbelströmung entlang der Drehrichtung A des Laufrads 10 (siehe 2) auf der Seite mit hoher Strömungsrate, und beinhaltet eine Wirbelströmung entlang einer Richtung, die der Drehrichtung A des Laufrads 10 auf der Seite mit niedriger Strömungsrate entgegengesetzt ist. Wie in 4 gezeigt, wenn der Vorsprung 23 so konfiguriert ist, dass sich das zweite Ende 23b auf der Drehrichtungsseite A des Laufrads 10 relativ zum ersten Ende 23a in der Umfangsrichtung der Innenfläche 20a befindet, erstreckt sich der Vorsprung 23 so, dass er sich in Bezug auf die Drehachse RA entlang der Drehrichtung A des Laufrads 10 verdreht. Somit kann die Wirbelströmung entlang der Drehrichtung A des Laufrads 10 zwischen den benachbarten Vorsprüngen 23 auf der Seite mit hoher Strömungsrate entlangströmen, wodurch ermöglicht wird, dass das Fluid, das durch das Rotorblatt 12 geströmt ist, reibungslos durch den Diffusor 15 strömt. Infolgedessen ist es möglich, die Leistung der Turbine 3 auf der Seite mit hoher Strömungsrate zu verbessern.
Wenn andererseits der Vorsprung 23 so konfiguriert ist, dass sich das erste Ende 23a auf der Drehrichtungsseite A des Laufrads 10 relativ zum zweiten Ende 23b in der Umfangsrichtung der Innenfläche 20a befindet, erstreckt sich der Vorsprung 23 so, dass er sich in Bezug auf die Drehachse RA entlang der Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung A des Laufrads 10 verdreht. Somit kann die Wirbelströmung entlang der Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung A des Laufrads 10 zwischen den benachbarten Vorsprüngen 23 auf der Seite mit niedriger Strömungsrate entlangströmen, wodurch ermöglicht wird, dass das Fluid, das durch das Rotorblatt 12 geströmt ist, reibungslos durch den Diffusor 15 strömt. Infolgedessen ist es möglich, die Leistung der Turbine 3 auf der Seite mit niedriger Strömungsrate zu verbessern.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde die Turbine 3 des Turboladers 1 beschrieben. Die Konfiguration der oben beschriebenen Ausführungsform ist jedoch auch auf eine andere Turbine als den Turbolader anwendbar, und in diesem Fall ist das Fluid, das in die Turbine strömt, nicht notwendigerweise das Abgas, sondern wird ein Fluid gemäß der Konfiguration der Turbine sein.
Die in den obigen Ausführungsformen beschriebenen Inhalte würden beispielsweise wie folgt verstanden werden.
[1] Eine Turbine gemäß einem Aspekt beinhaltet: ein drehbares Laufrad (10) mit einer Nabe (11), die mit einer Vielzahl von Rotorblättern (12) versehen ist; und ein rohrförmiges Element (20), in dem ein Diffusor (15), der sich stromabwärts des Laufrads (10) befindet, ausgebildet ist. An einer Innenfläche (20a) des rohrförmigen Elements (20) ist eine Vielzahl von Vorsprüngen (23), die radial nach innen des rohrförmigen Elements (20) vorstehen, an Positionen ausgebildet, die näher an einem Einlassende (21) des rohrförmigen Elements (20) liegen als an einem Auslassende (22) des rohrförmigen Elements (20). Die Vielzahl von Vorsprüngen (23) ist in einer Umfangsrichtung der Innenfläche (20a) angeordnet, um so einen Raum zwischen benachbarten Vorsprüngen (23) zu lassen.
Da ein Fluid, das durch das Rotorblatt geströmt ist, normalerweise eine Wirbelströmung beinhaltet, bewegt sich eine Fluidströmung in Richtung einer Ummantelungsseite, und ein Rückströmungswirbel wird radial nach innen davon erzeugt. Im Gegensatz dazu wird bei der Turbine der vorliegenden Offenbarung, da die Vielzahl von Vorsprüngen, die radial nach innen des rohrförmigen Elements vorstehen, ausgebildet sind, eine Strömungstrennung zwischen den benachbarten Vorsprüngen bewirkt, und mit der Trennung verschiebt sich die Fluidströmung nahe der Ummantelungsseite als Ganzes radial nach innen. Durch Anziehen einer solchen Fluidströmung im Diffusor, der Strömung zwischen den benachbarten Rotorblättern, nimmt eine Strömung nahe der Mitte in einer Spannweitenrichtung des Rotorblatts in der Strömungsgeschwindigkeit zu. Dann nimmt die Strömungsgeschwindigkeitsdifferenz eines Fluids zwischen dem Einlass und dem Auslass des Rotorblatts zu, das heißt, die statische Druckdifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass des Rotorblatts nimmt zu, und das Drehmoment, das auf die Blattoberfläche des Rotorblatts aufgebracht wird, nimmt zu, was es ermöglicht, die Leistung der Turbine zu verbessern.
[2] Eine Turbine gemäß einem anderen Aspekt ist die Turbine, wie in [1] definiert, wobei das rohrförmige Element (20) einen verjüngten Abschnitt (24) beinhaltet, dessen Innendurchmesser sich vom Einlassende (21) zum Auslassende (22) hin zwischen dem Einlassende (21) und der Vielzahl von Vorsprüngen (23) vergrößert.
Die Fluidströmung am Auslass des Rotorblatts weist normalerweise eine Strömungsgeschwindigkeitsverteilung auf, bei der die Strömungsgeschwindigkeit von der Ummantelungsseite radial nach innen abnimmt. Eine solche Ungleichmäßigkeit der Strömungsgeschwindigkeit in der radialen Richtung wird zu einem Verlust, was die Leistung der Turbine verschlechtert. Im Gegensatz dazu ist es mit der obigen Konfiguration [2], da das Fluid, das aus dem Rotorblatt strömt, im verjüngten Abschnitt strömt, möglich, die Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids auf der Ummantelungsseite am Auslass des Rotorblatts zu unterdrücken. Somit wird die Ungleichmäßigkeit der Strömungsgeschwindigkeit in der radialen Richtung unterdrückt, was es ermöglicht, die Verschlechterung der Leistung der Turbine zu unterdrücken.
[3] Eine Turbine gemäß noch einem anderen Aspekt ist die Turbine, wie in [2] definiert, wobei
die Vielzahl von Vorsprüngen (23) jeweils eine Fläche (23c) aufweist, die sich an einer gleichen Position wie eine Innenfläche (24c) an einem Auslass (24b) des verjüngten Abschnitts (24) befindet oder sich an einer Außenseite der Innenfläche (24c) am Auslass (24b) des verjüngten Abschnitts (24) in einer radialen Richtung des rohrförmigen Elements (20) befindet.
Falls sich die Fläche von jedem der Vielzahl von Vorsprüngen auf der Innenseite der Innenfläche am Auslass des verjüngten Abschnitts in der radialen Richtung des rohrförmigen Elements befindet, wird ein Teil des Fluids, das im Diffusor strömt, durch den Vorsprung radial nach innen gerichtet. Dann wird der technische Effekt, der von der obigen Konfiguration [1] erhalten wird, durch Interferenz mit der Fluidströmung, die durch die obige Konfiguration [1] radial nach innen verschoben wurde, reduziert. Im Gegensatz dazu ist es mit der obigen Konfiguration [3] möglich, die Reduzierung des technischen Effekts, der von der obigen Konfiguration [1] erhalten wird, zu unterdrücken.
[4] Eine Turbine gemäß noch einem anderen Aspekt ist die Turbine, wie in [2] oder [3] definiert, wobei L₀≤ L₁≤ 1,1L₀ und 1,1L₁≤ L₂≤ 1,5L₁ erfüllt sind, wobei L₀ ein Abstand von einer Vorderkante (12a) zu einer Hinterkante (12b) jedes der Vielzahl von Rotorblättern (12) in einer Drehachsenrichtung (RA) des Laufrads 10 an einer nabenseitigen Kante (12c) ist, an der jedes der Vielzahl von Rotorblättern (12) mit der Nabe (11) verbunden ist, und L1 und L2 Abstände von der Vorderkante (12a) zu einem Einlass (24a) bzw. einem Auslass (24b) des verjüngten Abschnitts (24) in der Drehachsenrichtung (RA) an der nabenseitigen Kante (12c) jedes der Vielzahl von Rotorblättern (12) sind.
Mit einer solchen Konfiguration ist es möglich, den technischen Effekt zu verstärken, der aus der obigen Konfiguration [2] erhalten wird.
[5] Eine Turbine gemäß noch einem anderen Aspekt ist die Turbine, wie in einem der [1] bis [4] definiert, wobei jeder der Vielzahl von Vorsprüngen (23) ein erstes Ende (23a) an einer Seite des Einlassendes (21) und ein zweites Ende (23b) an einer Seite des Auslassendes (22) umfasst und eine Form aufweist, die sich vom ersten Ende (23a) zum zweiten Ende (23b) erstreckt, und sich das erste Ende (23a) und das zweite Ende (23b) an einer gleichen Position in der Umfangsrichtung der Innenfläche (20a) befinden.
Wenn das Fluid, das durch das Rotorblatt geströmt ist, die Wirbelströmung nicht beinhaltet, ist es mit einer solchen Konfiguration weniger wahrscheinlich, dass der Vorsprung ein Engpass für die Strömung des Fluids ist, das auf der Ummantelungsseite strömt, wodurch ermöglicht wird, dass das Fluid, das durch das Rotorblatt geströmt ist, reibungslos durch den Diffusor strömt. Infolgedessen ist es möglich, die Leistung der Turbine zu verbessern.
[6] Eine Turbine gemäß noch einem anderen Aspekt ist die Turbine, wie in einem von [1] bis [4] definiert, wobei jeder der Vielzahl von Vorsprüngen (23) ein erstes Ende (23a) an einer Seite des Einlassendes (21) und ein zweites Ende (23b) an einer Seite des Auslassendes (22) beinhaltet und eine Form aufweist, die sich vom ersten Ende (23a) zum zweiten Ende (23b) erstreckt, und sich das zweite Ende (23b) an einer Drehrichtungsseite (A) des Laufrads (10) relativ zum ersten Ende (23a) in der Umfangsrichtung der Innenfläche (20a) befindet.
Auf der Seite mit hoher Strömungsrate beinhaltet das Fluid, das durch das Rotorblatt geströmt ist, die Wirbelströmung entlang der Drehrichtung des Laufrads. Mit der obigen Konfiguration [6] erstreckt sich der Vorsprung so, dass er sich in Bezug auf die Drehachse entlang der Drehrichtung des Laufrads verdreht. Somit kann die Wirbelströmung entlang der Drehrichtung des Laufrads zwischen den benachbarten Vorsprüngen entlangströmen, wodurch ermöglicht wird, dass das Fluid, das durch das Rotorblatt geströmt ist, reibungslos durch den Diffusor strömt. Infolgedessen ist es möglich, die Leistung der Turbine auf der Seite mit hoher Strömungsrate zu verbessern.
[7] Eine Turbine gemäß noch einem anderen Aspekt ist die Turbine, wie in einem von [1] bis [4] definiert, wobei jeder der Vielzahl von Vorsprüngen (23) ein erstes Ende (23a) an einer Seite des Einlassendes (21) und ein zweites Ende (23b) an einer Seite des Auslassendes (22) beinhaltet und eine Form aufweist, die sich vom ersten Ende (23a) zum zweiten Ende (23b) erstreckt, und sich das erste Ende (23a) an einer Drehrichtungsseite (A) des Laufrads (10) relativ zum zweiten Ende (23b) in der Umfangsrichtung der Innenfläche (20a) befindet.
Auf der Seite mit niedriger Strömungsrate beinhaltet das Fluid, das durch das Rotorblatt geströmt ist, die Wirbelströmung entlang der Richtung, die der Drehrichtung des Laufrads entgegengesetzt ist. Mit der obigen Konfiguration [7] erstreckt sich der Vorsprung so, dass er sich in Bezug auf die Drehachse entlang der Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung des Laufrads verdreht. Somit kann die Wirbelströmung entlang der Richtung, die der Drehrichtung des Laufrads entgegengesetzt ist, zwischen den benachbarten Vorsprüngen entlangströmen, wodurch ermöglicht wird, dass das Fluid, das durch das Rotorblatt geströmt ist, reibungslos durch den Diffusor strömt. Infolgedessen ist es möglich, die Leistung der Turbine auf der Seite mit niedriger Strömungsrate zu verbessern.
[8] Ein Turbolader gemäß einem Aspekt beinhaltet: die Turbine (3), wie in einem der [1] bis [7] definiert.
Gemäß dem Turbolader der vorliegenden Offenbarung, umfassend die Turbine mit der verbesserten Leistung, ist es möglich, die Leistung des Turboladers zu verbessern.
Bezugszeichenliste

1: Turbolader
3: Turbine
10: Laufrad
11: Nabe
12: Rotorblatt
12a: Vorderkante (des Rotorblatts)
12b: Hinterkante (des Rotorblatts)
12c: Nabenseitige Kante (des Rotorblatts)
15: Diffusor
20: Rohrförmiges Element
20a: Innenfläche (des rohrförmigen Elements)
21: Einlassende
22: Auslassende
23: Vorsprung
23a: Erstes Ende (des Vorsprungs)
23b: Zweites Ende (des Vorsprungs)
23c: Fläche (des Vorsprungs)
24: Verjüngter Abschnitt
24a: Einlass (des verjüngten Abschnitts)
24b: Auslass (des verjüngten Abschnitts)
A: Drehrichtung (des Laufrads)
RA: Drehachse (des Laufrads)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012177357 A [0002]

Claims

Turbine, umfassend: ein drehbares Laufrad mit einer Nabe, die mit einer Vielzahl von Rotorblättern versehen ist; und ein rohrförmiges Element, in dem ein Diffusor, der sich stromabwärts des Laufrads befindet, ausgebildet ist, wobei an einer Innenfläche des rohrförmigen Elements eine Vielzahl von Vorsprüngen, die radial nach innen des rohrförmigen Elements vorstehen, an Positionen ausgebildet sind, die näher an einem Einlassende des rohrförmigen Elements liegen als an einem Auslassende des rohrförmigen Elements, und wobei die Vielzahl von Vorsprüngen in einer Umfangsrichtung der Innenfläche angeordnet ist, um so einen Raum zwischen benachbarten Vorsprüngen zu lassen.
Turbine nach Anspruch 1, wobei das rohrförmige Element einen verjüngten Abschnitt umfasst, dessen Innendurchmesser sich vom Einlassende zum Auslassende hin zwischen dem Einlassende und der Vielzahl von Vorsprüngen vergrößert.
Turbine nach Anspruch 2, wobei die Vielzahl von Vorsprüngen jeweils eine Fläche aufweist, die sich an einer gleichen Position wie eine Innenfläche an einem Auslass des verjüngten Abschnitts befindet oder sich an einer Außenseite der Innenfläche am Auslass des verjüngten Abschnitts in einer radialen Richtung des rohrförmigen Elements befindet.
Turbine nach Anspruch 2 oder 3, wobei L0≤ L1≤ 1,1L0 und 1,1L1≤L2≤1,5L1 erfüllt sind wobei L0 ein Abstand von einer Vorderkante zu einer Hinterkante jedes der Vielzahl von Rotorblättern in einer Drehachsenrichtung des Laufrads an einer nabenseitigen Kante ist, an der jedes der Vielzahl von Rotorblättern mit der Nabe verbunden ist, und L1 und L2 Abstände von der Vorderkante zu einem Einlass bzw. einem Auslass des verjüngten Abschnitts in der Drehachsenrichtung an der nabenseitigen Kante jedes der Vielzahl von Rotorblättern sind.
Turbine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jeder der Vielzahl von Vorsprüngen ein erstes Ende an einer Seite des Einlassendes und ein zweites Ende an einer Seite des Auslassendes umfasst und eine Form aufweist, die sich vom ersten Ende zum zweiten Ende erstreckt, und wobei sich das erste Ende und das zweite Ende an einer gleichen Position in der Umfangsrichtung der Innenfläche befinden.
Turbine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jeder der Vielzahl von Vorsprüngen ein erstes Ende an einer Seite des Einlassendes und ein zweites Ende an einer Seite des Auslassendes umfasst und eine Form aufweist, die sich vom ersten Ende zum zweiten Ende erstreckt, und wobei sich das zweite Ende an einer Drehrichtungsseite des Laufrads relativ zum ersten Ende in der Umfangsrichtung der Innenfläche befindet.
Turbine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jeder der Vielzahl von Vorsprüngen ein erstes Ende an einer Seite des Einlassendes und ein zweites Ende an einer Seite des Auslassendes umfasst und eine Form aufweist, die sich vom ersten Ende zum zweiten Ende erstreckt, und wobei sich das erste Ende an einer Drehrichtungsseite des Laufrads relativ zum zweiten Ende in der Umfangsrichtung der Innenfläche befindet.
Turbolader, umfassend: die Turbine nach einem der Ansprüche 1 bis 7.