JP2000018004A - Radial turbine with nozzle - Google Patents

Radial turbine with nozzle

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JP2000018004A
JP2000018004A JP10186323A JP18632398A JP2000018004A JP 2000018004 A JP2000018004 A JP 2000018004A JP 10186323 A JP10186323 A JP 10186323A JP 18632398 A JP18632398 A JP 18632398A JP 2000018004 A JP2000018004 A JP 2000018004A
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JP
Japan
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nozzle
angle
turbine
blade
flow
Prior art date
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JP10186323A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shozo Maekawa
昌三 前川
Takashi Mikogami
隆 御子神
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress loss caused by enlarging a nozzle flow-in angle in the vicinity of both wall surfaces of a hub side and a shroud side, in a radial turbine having a plurality of nozzles for forming a flow-in passage for a turbine moving blade of a fluid such as gas for rotatably driving a turbine moving blade. SOLUTION: The shape of a plurality of nozzles 3 for forming a flow-in passage for a fluid such as gas for rotatably driving a turbine moving blade, has larger blade angle 7a in the vicinity of a hub side wall surface 3a and a shroud side wall surface 3b part of a nozzle front edge than a blade angle 7b in the center passage. Accordingly, an incidence angle of flow formed in the vicinity of both wall surfaces of a hub side and a shroud side is reduced, and nozzle loss is also reduced.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、小形ガスタービ
ン、エキスパンダ、ターボチャージャー、斜流タービン
及び水車等に用いられるノズル付きラジアルタービンに
関する。
The present invention relates to a radial turbine with a nozzle used for a small gas turbine, an expander, a turbocharger, a mixed flow turbine, a water turbine, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】図4に示すように、ラジアルタービンの
ノズル3は、タービンケーシング1内のスクロール流路
2からの流れを、動翼4に対して周方向にも幅方向にも
流れ角が一様になるように増速させるために使用され
る。従来のノズル付きラジアルタービンのノズル3の形
状は、図5に示すように、幅方向に一様な形状(翼角7
一定)をしている。
2. Description of the Related Art As shown in FIG. 4, a nozzle 3 of a radial turbine has a flow angle from a scroll flow path 2 in a turbine casing 1 with respect to a moving blade 4 in both a circumferential direction and a width direction. Used to increase speed to be uniform. As shown in FIG. 5, the shape of the nozzle 3 of the conventional radial turbine with a nozzle has a uniform shape (blade angle 7) in the width direction.
Constant).

【0003】ノズル3に流入する流れは、ノズル上流側
のスクロール内部に発達している境界層による二次流れ
の影響を受け、ハブ側壁面3a及びシュラウド側壁面3
bの近くでは周方向の流速が小さいので遠心力も小さ
く、従って、半径方向内方に流入する流速が速くなる。
この様子を図6に示してある。
The flow flowing into the nozzle 3 is affected by the secondary flow due to the boundary layer developed inside the scroll on the upstream side of the nozzle, and is affected by the hub side wall surface 3a and the shroud side wall surface 3a.
In the vicinity of b, the centrifugal force is small because the flow velocity in the circumferential direction is small, and therefore, the flow velocity flowing inward in the radial direction is high.
This is shown in FIG.

【0004】図6に示すように、ハブ側壁面3a、シュ
ラウド側壁面3bの近傍Aでの半径方向流速51aが流
路中央Bでの半径方向流速51bより速くなっている。
そのため図7(a)に示すように、両壁面近傍でのノズ
ル流入角6aが図7(b)に示す流路中央のノズル流入
角6bより大きくなる(6a>6b)。
As shown in FIG. 6, the radial flow velocity 51a near the hub side wall surface 3a and the shroud side wall surface 3b is higher than the radial flow velocity 51b at the flow path center B.
Therefore, as shown in FIG. 7A, the nozzle inflow angle 6a near both wall surfaces becomes larger than the nozzle inflow angle 6b at the center of the flow channel shown in FIG. 7B (6a> 6b).

【0005】従って、従来のノズル形状はノズル幅方向
に翼角7が一定であったために、両壁面近傍ではインシ
デンス角8が大きくなり、ここでの損失が大きいという
問題があった。
Accordingly, the conventional nozzle shape has a problem that the blade angle 7 is constant in the nozzle width direction, so that the incident angle 8 is large near both wall surfaces, and the loss is large.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のノズ
ル付きラジアルタービンが前記した問題点を有していた
のに鑑み、回転可能に設置されたタービン動翼と、同タ
ービン動翼を回転駆動させるガス等の流体のタービン動
翼への流入路を形成する複数のノズルとを有するラジア
ルタービンにおいて、ハブ側及びシュラウド側両壁面近
傍でノズル流入角が大きくなる事により生ずる損失を抑
えることのできるノズル付きラジアルタービンを提供す
ることを課題としている。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems of the conventional radial turbine with a nozzle, the present invention provides a turbine rotor blade rotatably installed and a rotating blade for rotating the turbine rotor blade. In a radial turbine having a plurality of nozzles forming an inflow path of a fluid such as a gas to be driven into a turbine rotor blade, it is possible to suppress a loss caused by a large nozzle inflow angle near both a hub side wall and a shroud side wall surface. It is an object to provide a radial turbine with a nozzle that can be used.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、ノズルを有す
るラジアルタービンにおける前記課題を解決するため、
ノズル前縁部のハブ側及びシュラウド側両壁面近傍の翼
角を流路中央の翼角より大きい形状としたノズルを採用
したノズル付きラジアルタービンを提供する。
According to the present invention, there is provided a radial turbine having a nozzle.
Provided is a radial turbine with a nozzle that employs a nozzle having a blade angle in the vicinity of both a hub side wall and a shroud side wall surface of a nozzle front edge that is larger than a blade angle at the center of a flow path.

【0008】このように構成した本発明のラジアルター
ビンにおいては、ノズル前縁部のハブ側及びシュラウド
側両壁面近傍の翼角が流路中央の翼角より大きくしてあ
るので、ハブ側及びシュラウド側両壁面近傍でのインシ
デンス角が小さくなりノズル損失が低減される。
In the radial turbine of the present invention having the above-described configuration, the blade angles near both the hub side wall and the shroud side wall at the leading edge of the nozzle are larger than the blade angles at the center of the flow path. The incident angle in the vicinity of both side walls is reduced, and the nozzle loss is reduced.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態によ
るノズル付きラジアルタービンについて図1〜図3を用
いて具体的に説明する。先に説明したように、ノズル付
きラジアルタービンにおいては、図6の曲線6で示すノ
ズル流入速度のように、二次流れの影響によってハブ側
壁面3a及びシュラウド側壁面3b近傍の半径方向流速
51aは、流路中央B部の半径方向流速51bより速く
なり、図7に示すような速度三角形になる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A radial turbine with a nozzle according to an embodiment of the present invention will be specifically described below with reference to FIGS. As described above, in the radial turbine with a nozzle, the radial flow velocity 51a near the hub side wall surface 3a and the shroud side wall surface 3b is affected by the secondary flow, as shown by the nozzle inflow speed shown by the curve 6 in FIG. 7, the velocity becomes higher than the radial flow velocity 51b at the center B of the flow path, and the velocity becomes a velocity triangle as shown in FIG.

【0010】そのため図7の(a)に示すハブ側及びシ
ュラウド側両壁面近傍のノズル流入角6aは、図7の
(b)に示す流路中央部のノズル流入角6bより大きく
なる。そのため両壁面近傍のインシデンス角度が大きく
なる。インシデンス角度が大きくなれば、図3に示すよ
うにノズル損失が大きくなる。このノズル損失を低減す
るためには、両壁面近傍のインシデンス角8を小さくす
る必要がある。
Therefore, the nozzle inflow angle 6a near the hub and shroud side walls shown in FIG. 7A is larger than the nozzle inflow angle 6b at the center of the flow path shown in FIG. 7B. Therefore, the incident angle near both wall surfaces increases. As the incident angle increases, the nozzle loss increases as shown in FIG. In order to reduce this nozzle loss, it is necessary to reduce the incident angle 8 near both wall surfaces.

【0011】このような考え方で、本実施形態によるタ
ービンにおいては、そのノズルのハブ側壁面近傍、及び
シュラウド側壁面近傍の翼角7aを流路中央の翼角7b
より大きくしている。すなわち、図1の(b)に見られ
るように、ハブ側壁面3a近傍のA−A線、およびシュ
ラウド側壁面3b近傍のC−C線に沿う断面(破線)に
おける翼角7aは、流路中央のB−B線に沿う断面(実
線)における翼角7bより大きくしている。従来のラジ
アルタービンのノズルの翼角と本実施形態におけるノズ
ルの翼角との関係を図2に示している。
With this concept, in the turbine according to the present embodiment, the blade angle 7a near the hub side wall surface and near the shroud side wall surface of the nozzle is changed to the blade angle 7b at the center of the flow path.
Is larger. That is, as shown in FIG. 1B, the blade angle 7a in a cross section (broken line) along the line AA near the hub side wall surface 3a and the line CC near the shroud side wall surface 3b is determined by the flow path. The blade angle 7b is larger than a blade angle 7b in a cross section (solid line) along the center line BB. FIG. 2 shows the relationship between the blade angle of the nozzle of the conventional radial turbine and the blade angle of the nozzle in the present embodiment.

【0012】本実施形態によるノズル付きラジアルター
ビンにおいては、ノズル前縁部のハブ側及びシュラウド
側両壁面近傍の翼角7aを流路中央の翼角7bより大き
くすることで、インシデンス角81が従来のインシデン
ス角82より小さくなり、ノズル損失が低減する。ただ
し、ノズル3から流出する流れに幅方向の流出角がつけ
ば、動翼で幅方向にインシデンスがつき、損失が増加す
るので、ノズル前縁部だけに幅方向に翼角分布をつけ
る。
In the radial turbine with a nozzle according to this embodiment, the blade angle 7a near both the hub side wall and the shroud side wall surface at the front edge of the nozzle is made larger than the blade angle 7b at the center of the flow path, so that the incident angle 81 can be reduced. Is smaller than the incident angle 82, and the nozzle loss is reduced. However, if the flow outflow from the nozzle 3 is given an outflow angle in the width direction, an incident is made in the width direction by the moving blade and the loss increases, so that only the leading edge of the nozzle has a blade angle distribution in the width direction.

【0013】ノズル付きスクロールの場合には、ノズル
レススクロールと比較してノズル入口での周方向流速が
遅いので、スクロールの断面積が大きい。そのためノズ
ル付きスクロールにおいても、周方向流速を速くするこ
とでスクロール断面積を小さくでき、製作費を抑えるこ
とができる。
In the case of a scroll with nozzles, the cross-sectional area of the scroll is large because the circumferential flow velocity at the nozzle inlet is lower than that of a nozzleless scroll. Therefore, also in a scroll with a nozzle, by increasing the circumferential flow velocity, the scroll cross-sectional area can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced.

【0014】ところが周方向流速を速くすればノズル流
入角が小さくなり、前縁半径を大きくすることが困難に
なる。つまりノズル損失はインシデンスによって大きく
影響されるようになる。
However, if the circumferential flow velocity is increased, the nozzle inflow angle becomes smaller, making it difficult to increase the leading edge radius. That is, the nozzle loss is greatly affected by the incident.

【0015】そのため本実施形態のようにノズル前縁部
のハブ側及びシュラウド側両壁面近傍の翼角を流路中央
の翼角より大きいノズル形状にすれば、スクロールを小
型化したときのノズル損失を低減できる。なお、本発明
によりノズルにおけるインシデント角を変えるのは翼弦
長の0.15〜0.2の範囲に限るのが望ましい。
Therefore, if the blade angle near both the hub side wall and the shroud side wall at the front edge of the nozzle is made larger than the blade angle at the center of the flow passage as in this embodiment, the nozzle loss when the scroll is downsized is reduced. Can be reduced. It is desirable that the incident angle of the nozzle be changed according to the present invention only within the chord length range of 0.15 to 0.2.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、回転可
能に設置されたタービン動翼と、同タービン動翼を回転
駆動させるガス等の流体のタービン動翼への流入路を形
成する複数のノズルとを有するラジアルタービンにおい
て、前記ノズルは、ノズル前縁部のハブ側及びシュラウ
ド側両壁面近傍の翼角を流路中央の翼角より大きい形状
としたノズル付きラジアルタービンを提供する。
As described above, the present invention relates to a turbine rotor blade rotatably provided and a plurality of fluid passages for forming a fluid such as gas for rotating the turbine rotor blade into the turbine rotor blade. In the radial turbine having the nozzle described above, the nozzle provides a radial turbine with a nozzle in which the blade angle near both the hub-side and shroud-side wall surfaces of the nozzle front edge is larger than the blade angle at the center of the flow path.

【0017】このように、本発明によれば、ノズル付き
ラジアルタービンのノズル形状について、ノズル前縁部
のハブ側及びシュラウド側両壁面近傍の翼角を流路中央
の翼角より大きくすることで、両壁面近傍の流れのイン
シデンスを改良して、ノズル損失を低減することができ
る。
As described above, according to the present invention, with respect to the nozzle shape of the radial turbine with a nozzle, the blade angles near both the hub-side and shroud-side wall surfaces at the front edge of the nozzle are made larger than the blade angle at the center of the flow path. In addition, it is possible to improve the incident of the flow near both wall surfaces and reduce the nozzle loss.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の一形態によるノズル付きラジア
ルタービンを示す図面で、(a)は半径方向の断面図、
(b)は(a)のノズルのA−A,B−B及びC−C線
に沿う断面形状を示す図面。
FIG. 1 is a drawing showing a radial turbine with a nozzle according to an embodiment of the present invention, in which (a) is a sectional view in a radial direction,
(B) Drawing which shows the cross-sectional shape which follows the AA, BB, and CC line of the nozzle of (a).

【図2】ノズル付きラジアルタービンにおけるノズル入
口でのノズル幅方向の流れ角分布を示した線図で、
(a)は従来のタービンにおけるノズル、(b)は本発
明のタービンにおけるノズルの場合を示す。
FIG. 2 is a diagram showing a flow angle distribution in a nozzle width direction at a nozzle inlet in a radial turbine with a nozzle,
(A) shows the case of the nozzle in the conventional turbine, and (b) shows the case of the nozzle in the turbine of the present invention.

【図3】ノズル付きラジアルタービンにおけるノズルへ
のインシデンス角度とノズル損失の関係を示した線図。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between an incident angle to a nozzle and a nozzle loss in a radial turbine with a nozzle.

【図4】従来のノズル付きラジアルタービンの構造を示
す半径方向の断面図。
FIG. 4 is a radial cross-sectional view showing the structure of a conventional radial turbine with a nozzle.

【図5】図4のV−V線に沿う断面図。FIG. 5 is a sectional view taken along the line VV in FIG. 4;

【図6】従来のノズル付きラジアルタービンのノズル入
口における流速のノズル幅方向の速度分布を示す線図。
FIG. 6 is a diagram showing a velocity distribution in a nozzle width direction of a flow velocity at a nozzle inlet of a conventional radial turbine with a nozzle.

【図7】ノズル付きラジアルタービンにおけるノズル入
口での速度三角形を示す図面で、(a)は両壁面近傍、
(b)は流路中央での速度三角形を示す。
FIG. 7 is a drawing showing a velocity triangle at a nozzle inlet in a radial turbine with a nozzle, where (a) shows the vicinity of both wall surfaces,
(B) shows a velocity triangle at the center of the flow channel.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 タービンケーシング 2 スクロール流路 3 ノズル 3a ハブ側壁面 3b シュラウド側壁面 4 動翼 5a,5b 絶対流速 51a,51b 半径方向流速 52 周方向流速 6 ノズル流入速度 7 翼角 7a (A−A付近)壁面近傍での翼角 7b (B−B付近)流路中央での翼角 8 インシデンス角 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbine casing 2 Scroll flow path 3 Nozzle 3a Hub side wall surface 3b Shroud side wall surface 4 Moving blade 5a, 5b Absolute flow velocity 51a, 51b Radial flow velocity 52 Circumferential flow velocity 6 Nozzle inflow velocity 7 Blade angle 7a (A-A neighborhood) Blade angle in the vicinity 7b (near BB) Blade angle in the center of the channel 8 Incident angle

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 回転可能に設置されたタービン動翼と、
同タービン動翼を回転駆動させるガス等の流体のタービ
ン動翼への流入路を形成する複数のノズルとを有するラ
ジアルタービンにおいて、前記ノズルは、ノズル前縁部
のハブ側及びシュラウド側両壁面近傍の翼角を流路中央
の翼角より大きい形状としたことを特徴とするノズル付
きラジアルタービン。
1. A turbine blade rotatably installed,
A plurality of nozzles forming an inflow path of a fluid such as gas for rotating the turbine rotor blade into the turbine rotor blade, wherein the nozzle is located near the hub-side and shroud-side wall surfaces of the nozzle front edge. A radial turbine with a nozzle, characterized in that the blade angle is larger than the blade angle at the center of the flow path.
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