JP2003120303A - ラジアルタービンのスクロール構造 - Google Patents
ラジアルタービンのスクロール構造Info
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- JP2003120303A JP2003120303A JP2001321416A JP2001321416A JP2003120303A JP 2003120303 A JP2003120303 A JP 2003120303A JP 2001321416 A JP2001321416 A JP 2001321416A JP 2001321416 A JP2001321416 A JP 2001321416A JP 2003120303 A JP2003120303 A JP 2003120303A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 タービン動翼入口におけるスクロールの形状
に起因する３次元境界層の発達を抑制し、該タービン動
翼の高さ方向におけるガス流の流動歪みの形成を回避し
て該タービン動翼の流動損失を低減するとともに、スク
ロール流路における半径方向速度の周方向ばらつきによ
る流動歪みの形成を低減してスクロール流路損失の増大
を抑制し、タービン効率を向上させたラジアルタービン
のスクロール構造を提供する。 【解決手段】 作動ガスをタービンケーシング内に形成
された渦巻状のスクロールから該スクロールの内側に位
置するタービンロータの動翼へと半径方向に流入させて
該動翼に作用させることにより該タービンロータを回転
駆動するように構成されたラジアルタービンにおいて、
前記スクロールは、半径方向の幅（ΔＲ）と回転軸心方
向の幅（Ｂ）とのスクロール幅比ΔＲ／Ｂを、ΔＲ／Ｂ
＝０．３〜０．７に構成してなることを特徴とする。
に起因する３次元境界層の発達を抑制し、該タービン動
翼の高さ方向におけるガス流の流動歪みの形成を回避し
て該タービン動翼の流動損失を低減するとともに、スク
ロール流路における半径方向速度の周方向ばらつきによ
る流動歪みの形成を低減してスクロール流路損失の増大
を抑制し、タービン効率を向上させたラジアルタービン
のスクロール構造を提供する。 【解決手段】 作動ガスをタービンケーシング内に形成
された渦巻状のスクロールから該スクロールの内側に位
置するタービンロータの動翼へと半径方向に流入させて
該動翼に作用させることにより該タービンロータを回転
駆動するように構成されたラジアルタービンにおいて、
前記スクロールは、半径方向の幅（ΔＲ）と回転軸心方
向の幅（Ｂ）とのスクロール幅比ΔＲ／Ｂを、ΔＲ／Ｂ
＝０．３〜０．７に構成してなることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の過給機
（排気ターボチャージャ）、小型ガスタービン、膨張タ
ービン等に用いられ、作動ガスを渦巻状のスクロールか
らタービンロータの動翼へと半径方向に流入させて該動
翼に作用させた後軸方向に流出させることにより該ター
ビンロータを回転駆動するように構成されたラジアルタ
ービンのガス流路を形成するスクロールの構造に関す
る。
（排気ターボチャージャ）、小型ガスタービン、膨張タ
ービン等に用いられ、作動ガスを渦巻状のスクロールか
らタービンロータの動翼へと半径方向に流入させて該動
翼に作用させた後軸方向に流出させることにより該ター
ビンロータを回転駆動するように構成されたラジアルタ
ービンのガス流路を形成するスクロールの構造に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】自動車用内燃機関等に用いられる比較的
小型の過給機（排気ターボチャージャ）には、作動ガス
をタービンケーシング内に形成された渦巻状のスクロー
ルから該スクロールの内側に位置するタービンロータの
動翼へと半径方向に流入させて該動翼に作用させた後軸
方向に流出させることにより該タービンロータを回転駆
動するように構成されたラジアルタービンが多く採用さ
れている。図８はかかるラジアルタービンを用いた過給
機の１例を示し、図において１はタービンケーシング、
４は該タービンケーシング１内に形成された渦巻状のス
クロール、５は前記タービンケーシング１の内周に形成
されたガス出口通路、６はコンプレッサケーシング、９
は前記タービンケーシング１及びコンプレッサケーシン
グ６を連結する軸受ハウジングである。
小型の過給機（排気ターボチャージャ）には、作動ガス
をタービンケーシング内に形成された渦巻状のスクロー
ルから該スクロールの内側に位置するタービンロータの
動翼へと半径方向に流入させて該動翼に作用させた後軸
方向に流出させることにより該タービンロータを回転駆
動するように構成されたラジアルタービンが多く採用さ
れている。図８はかかるラジアルタービンを用いた過給
機の１例を示し、図において１はタービンケーシング、
４は該タービンケーシング１内に形成された渦巻状のス
クロール、５は前記タービンケーシング１の内周に形成
されたガス出口通路、６はコンプレッサケーシング、９
は前記タービンケーシング１及びコンプレッサケーシン
グ６を連結する軸受ハウジングである。
【０００３】１０はタービンロータで外周に複数のター
ビン動翼３が円周方向等間隔に固着されてなる。７はコ
ンプレッサ、８は該コンプレッサ７の空気出口に設けら
れたディフューザ、１２は該タービンロータ１０とコン
プレッサ７とを連結するロータシャフトである。１１は
前記軸受ハウジング９に取り付けられて前記ロータシャ
フト１２を支持する１対の軸受である。２０は前記ター
ビンロータ１０、コンプレッサ７及びロータシャフト１
２の回転軸心である。
ビン動翼３が円周方向等間隔に固着されてなる。７はコ
ンプレッサ、８は該コンプレッサ７の空気出口に設けら
れたディフューザ、１２は該タービンロータ１０とコン
プレッサ７とを連結するロータシャフトである。１１は
前記軸受ハウジング９に取り付けられて前記ロータシャ
フト１２を支持する１対の軸受である。２０は前記ター
ビンロータ１０、コンプレッサ７及びロータシャフト１
２の回転軸心である。
【０００４】かかるラジアルタービンを備えた過給機に
おいて、内燃機関（図示省略）からの排気ガスは前記ス
クロール４に入り、該スクロール４の渦巻きに沿って周
回しながら複数のタービン動翼３の外周側入口端面から
該タービン動翼３に流入し、タービンロータ１０中心側
に向かい半径方向に流れて該タービンロータ１０に膨張
仕事をなした後、軸方向に流出してガス出口通路５から
機外に送出される。
おいて、内燃機関（図示省略）からの排気ガスは前記ス
クロール４に入り、該スクロール４の渦巻きに沿って周
回しながら複数のタービン動翼３の外周側入口端面から
該タービン動翼３に流入し、タービンロータ１０中心側
に向かい半径方向に流れて該タービンロータ１０に膨張
仕事をなした後、軸方向に流出してガス出口通路５から
機外に送出される。
【０００５】図９はかかるラジアルタービンにおける前
記スクロール４及びその近傍を示す構成図である。図に
おいて４はスクロール、４１は該スクロール４の外周
壁、４３は内周壁、４２は側壁である。また３はタービ
ン動翼、３６は該タービン動翼３のシュラウド側、３４
はハブ側である。前記スクロール４の半径方向の幅ΔＲ
０と回転軸心方向の幅Ｂ０とはほぼ同一寸法（スクロー
ル幅比ΔＲ０／Ｂ０＝１）に形成されている。
記スクロール４及びその近傍を示す構成図である。図に
おいて４はスクロール、４１は該スクロール４の外周
壁、４３は内周壁、４２は側壁である。また３はタービ
ン動翼、３６は該タービン動翼３のシュラウド側、３４
はハブ側である。前記スクロール４の半径方向の幅ΔＲ
０と回転軸心方向の幅Ｂ０とはほぼ同一寸法（スクロー
ル幅比ΔＲ０／Ｂ０＝１）に形成されている。
【０００６】また、図１０はかかるラジアルタービンの
ガス入口内周に形成される舌部近傍の構成図で、（Ａ）
は回転軸心に直角な正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ矢
視図である。図において４はスクロール、４４は該スク
ロール４の入口端面、４５はガス入口内周に形成される
舌部、４５ａは該舌部４５の下流端である舌部端、０４
６は前記スクロール４の該舌部端４５ａ直下流に位置す
る舌部下流側壁である。該舌部下流側壁０４６間の幅
は、前記舌部端４５ａと同一幅あるいは該舌部端４５ａ
からスクロール４の形状に沿って滑らかに縮小してい
る。
ガス入口内周に形成される舌部近傍の構成図で、（Ａ）
は回転軸心に直角な正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ矢
視図である。図において４はスクロール、４４は該スク
ロール４の入口端面、４５はガス入口内周に形成される
舌部、４５ａは該舌部４５の下流端である舌部端、０４
６は前記スクロール４の該舌部端４５ａ直下流に位置す
る舌部下流側壁である。該舌部下流側壁０４６間の幅
は、前記舌部端４５ａと同一幅あるいは該舌部端４５ａ
からスクロール４の形状に沿って滑らかに縮小してい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】かかるラジアルタービ
ンにおいて、前記スクロール４の渦巻きに沿って周回し
ながらタービン動翼３に流入したガスのガス流入速度
は、タービン動翼３の高さ方向（Ｚ方向）に異なる速度
分布を持つ。即ち、前記ガス流入速度Ｃは、図１１に示
すように、前記タービン動翼３の入口端面３１（図９参
照）近傍に形成され前記入口端面３１の高さＢ2の１５
〜２０％の幅を有する３次元境界層によって、前記ガス
速度Ｃの周方向成分である周方向速度Ｃθは前記入口端
面３１の中央部が大きく両端の角部つまりシュラウド側
３６及びハブ側３４が小さくなる。また半径方向成分で
ある半径方向速度ＣＲは図１１に示すように、前記入口
端面３１の中央部が小さく両端の角部つまりシュラウド
側３６及びハブ側３４が大きくなるような高さ方向分布
となっている。
ンにおいて、前記スクロール４の渦巻きに沿って周回し
ながらタービン動翼３に流入したガスのガス流入速度
は、タービン動翼３の高さ方向（Ｚ方向）に異なる速度
分布を持つ。即ち、前記ガス流入速度Ｃは、図１１に示
すように、前記タービン動翼３の入口端面３１（図９参
照）近傍に形成され前記入口端面３１の高さＢ2の１５
〜２０％の幅を有する３次元境界層によって、前記ガス
速度Ｃの周方向成分である周方向速度Ｃθは前記入口端
面３１の中央部が大きく両端の角部つまりシュラウド側
３６及びハブ側３４が小さくなる。また半径方向成分で
ある半径方向速度ＣＲは図１１に示すように、前記入口
端面３１の中央部が小さく両端の角部つまりシュラウド
側３６及びハブ側３４が大きくなるような高さ方向分布
となっている。
【０００８】そして、前記タービン動翼３の入口高さ方
向に流入ガスの流動分布つまり流動歪みがあると該ター
ビン動翼３での流動損失が増加してタービン効率の低下
を招く。即ち、前記タービン動翼３の最適なガス流入相
対角度β１に合わせたタービン動翼３入口中央部に対し
て入口端面３１の壁側つまり前記ハブ側３４及びシュラ
ウド側３６のガス流入相対角度β２が大きくなり、前記
ハブ側３４及びシュラウド側３６においてガス流入相対
角度βの差つまり衝突角度（インシデンス角度）が大き
くなると、ガスが前記タービン動翼３の背側（負圧面
側）に衝突角度（インシデンス角度）を持って流入する
こととなって動翼入口の衝突損失を生じるとともに、前
記ハブ側３４及びシュラウド側３６における衝突角度
（インシデンス角度）の増加はタービン動翼３内部にお
ける２次流れ損失の増加を助長し、タービン効率が低下
する。
向に流入ガスの流動分布つまり流動歪みがあると該ター
ビン動翼３での流動損失が増加してタービン効率の低下
を招く。即ち、前記タービン動翼３の最適なガス流入相
対角度β１に合わせたタービン動翼３入口中央部に対し
て入口端面３１の壁側つまり前記ハブ側３４及びシュラ
ウド側３６のガス流入相対角度β２が大きくなり、前記
ハブ側３４及びシュラウド側３６においてガス流入相対
角度βの差つまり衝突角度（インシデンス角度）が大き
くなると、ガスが前記タービン動翼３の背側（負圧面
側）に衝突角度（インシデンス角度）を持って流入する
こととなって動翼入口の衝突損失を生じるとともに、前
記ハブ側３４及びシュラウド側３６における衝突角度
（インシデンス角度）の増加はタービン動翼３内部にお
ける２次流れ損失の増加を助長し、タービン効率が低下
する。
【０００９】一方、前記タービン動翼３へのガス入口流
路を構成する前記スクロール４においては、該スクロー
ル４の形状に起因して３次元境界層が生じるため、図１
２（Ｂ）に示すようにタービン動翼３の翼高さ方向にお
いて半径方向速度ＣＲが、前記入口端面３１の中央部が
小さく両端の角部つまりシュラウド側３６及びハブ側３
４が大きくなるような流速分布を構成する。
路を構成する前記スクロール４においては、該スクロー
ル４の形状に起因して３次元境界層が生じるため、図１
２（Ｂ）に示すようにタービン動翼３の翼高さ方向にお
いて半径方向速度ＣＲが、前記入口端面３１の中央部が
小さく両端の角部つまりシュラウド側３６及びハブ側３
４が大きくなるような流速分布を構成する。
【００１０】しかして、図９及び図１０に示される従来
のスクロール４においては、 （１）スクロール４の流路断面形状が、半径方向の幅Δ
Ｒ０と回転軸心方向の幅Ｂ０とが同一寸法（スクロール
幅比ΔＲ０／Ｂ０＝１）のほぼ正方形断面であること。 （２）タービン動翼３の両端角部つまりシュラウド側３
６及びハブ側３４に連なるスクロール４の両側壁面４２
が平滑面であること。 （３）スクロール４流路の回転軸心方向の幅Ｂ０が半径
方向に一定あるいは外周側から内周側に向けて一定割合
で縮小するように形成されていること。 等のように構成されているため、前記タービン動翼３へ
のガス入口において前記３次元境界層が発達し易い。
のスクロール４においては、 （１）スクロール４の流路断面形状が、半径方向の幅Δ
Ｒ０と回転軸心方向の幅Ｂ０とが同一寸法（スクロール
幅比ΔＲ０／Ｂ０＝１）のほぼ正方形断面であること。 （２）タービン動翼３の両端角部つまりシュラウド側３
６及びハブ側３４に連なるスクロール４の両側壁面４２
が平滑面であること。 （３）スクロール４流路の回転軸心方向の幅Ｂ０が半径
方向に一定あるいは外周側から内周側に向けて一定割合
で縮小するように形成されていること。 等のように構成されているため、前記タービン動翼３へ
のガス入口において前記３次元境界層が発達し易い。
【００１１】また、前記舌部４５において、該舌部４５
厚さの上下圧力差によって図１０に示されるようなウェ
ーク５０を生じるが、かかる従来技術にあっては図１０
に示されるように、舌部下流側壁０４６間の幅が舌部端
４５ａと同一幅あるいは該舌部端４５ａからスクロール
４の形状に沿って滑らかに縮小しているため、前記ウェ
ーク５０の低減作用がなく、このため図１２（Ａ）に示
すように、周方向に半径方向速度ＣＲがばらつく流動歪
みを形成する。
厚さの上下圧力差によって図１０に示されるようなウェ
ーク５０を生じるが、かかる従来技術にあっては図１０
に示されるように、舌部下流側壁０４６間の幅が舌部端
４５ａと同一幅あるいは該舌部端４５ａからスクロール
４の形状に沿って滑らかに縮小しているため、前記ウェ
ーク５０の低減作用がなく、このため図１２（Ａ）に示
すように、周方向に半径方向速度ＣＲがばらつく流動歪
みを形成する。
【００１２】このため、かかる従来技術にあっては、前
記（１）（２）（３）のようなスクロール４の形状によ
って３次元境界層が発達し、ガス流がタービン動翼３の
高さ方向に流動歪みを持ったままタービン動翼３に流入
することにより、タービン動翼３の流動損失が増大しタ
ービン効率の低下を招く。また、かかる従来技術にあっ
ては、前記舌部端４５の下流側壁０４６の構成により、
舌部４５の厚みＴによるウェーク５０の低減作用がな
く、さらに境界層により周方向に半径方向速度ＣＲがば
らつく流動歪みを形成し、スクロール流路損失が増大し
タービン効率の低下を招く。等の問題点を有している。
記（１）（２）（３）のようなスクロール４の形状によ
って３次元境界層が発達し、ガス流がタービン動翼３の
高さ方向に流動歪みを持ったままタービン動翼３に流入
することにより、タービン動翼３の流動損失が増大しタ
ービン効率の低下を招く。また、かかる従来技術にあっ
ては、前記舌部端４５の下流側壁０４６の構成により、
舌部４５の厚みＴによるウェーク５０の低減作用がな
く、さらに境界層により周方向に半径方向速度ＣＲがば
らつく流動歪みを形成し、スクロール流路損失が増大し
タービン効率の低下を招く。等の問題点を有している。
【００１３】本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、タ
ービン動翼入口におけるスクロールの形状に起因する３
次元境界層の発達を抑制し、該タービン動翼の高さ方向
におけるガス流の流動歪みの形成を回避して該タービン
動翼の流動損失を低減するとともに、スクロール流路に
おける半径方向速度の周方向ばらつきによる流動歪みの
形成を低減してスクロール流路損失の増大を抑制し、タ
ービン効率を向上させたラジアルタービンのスクロール
構造を提供することを目的とする。
ービン動翼入口におけるスクロールの形状に起因する３
次元境界層の発達を抑制し、該タービン動翼の高さ方向
におけるガス流の流動歪みの形成を回避して該タービン
動翼の流動損失を低減するとともに、スクロール流路に
おける半径方向速度の周方向ばらつきによる流動歪みの
形成を低減してスクロール流路損失の増大を抑制し、タ
ービン効率を向上させたラジアルタービンのスクロール
構造を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題を解
決するため、請求項１記載の発明として、作動ガスをタ
ービンケーシング内に形成された渦巻状のスクロールか
ら該スクロールの内側に位置するタービンロータの動翼
へと半径方向に流入させて該動翼に作用させた後軸方向
に流出させることにより該タービンロータを回転駆動す
るように構成されたラジアルタービンにおいて、前記ス
クロールは、半径方向の幅（ΔＲ）と回転軸心方向の幅
（Ｂ）とのスクロール幅比ΔＲ／Ｂを、ΔＲ／Ｂ＝０．
３〜０．７に構成してなることを特徴とするラジアルタ
ービンのスクロール構造を提案する。
決するため、請求項１記載の発明として、作動ガスをタ
ービンケーシング内に形成された渦巻状のスクロールか
ら該スクロールの内側に位置するタービンロータの動翼
へと半径方向に流入させて該動翼に作用させた後軸方向
に流出させることにより該タービンロータを回転駆動す
るように構成されたラジアルタービンにおいて、前記ス
クロールは、半径方向の幅（ΔＲ）と回転軸心方向の幅
（Ｂ）とのスクロール幅比ΔＲ／Ｂを、ΔＲ／Ｂ＝０．
３〜０．７に構成してなることを特徴とするラジアルタ
ービンのスクロール構造を提案する。
【００１５】かかる発明によれば、図１に示すようにス
クロールの半径方向の幅（ΔＲ）と回転軸心方向の幅
（Ｂ）とのスクロール幅比ΔＲ／Ｂを０．３〜０．７に
構成することにより、スクロール側壁部と内外周壁部と
を合計した摩擦損失はスクロール幅比ΔＲ／Ｂを１程度
に構成した従来技術と同程度であるが、スクロールの回
転軸心方向の幅（Ｂ）を半径方向の幅（ΔＲ）に対して
２倍程度と回転軸心方向に長く形成してスクロール形状
を扁平化しているため、動翼の両端角部（つまりシュラ
ウド側及びハブ側）に対応する該スクロールの両側壁に
おける半径方向速度（ＣＲ）が、前記スクロール幅比Δ
Ｒ／Ｂを１程度に構成した従来技術よりも減少する。こ
のため、スクロール内での２次流れ損失が低減する。ま
た、これによって３次元境界層の発達が抑制され、図２
に示すように、ガス流が動翼の高さ方向に流動歪みを持
ったまま該動翼に流入することによる動翼の流動損失、
特に混合損失が低減し、タービン効率が向上する。
クロールの半径方向の幅（ΔＲ）と回転軸心方向の幅
（Ｂ）とのスクロール幅比ΔＲ／Ｂを０．３〜０．７に
構成することにより、スクロール側壁部と内外周壁部と
を合計した摩擦損失はスクロール幅比ΔＲ／Ｂを１程度
に構成した従来技術と同程度であるが、スクロールの回
転軸心方向の幅（Ｂ）を半径方向の幅（ΔＲ）に対して
２倍程度と回転軸心方向に長く形成してスクロール形状
を扁平化しているため、動翼の両端角部（つまりシュラ
ウド側及びハブ側）に対応する該スクロールの両側壁に
おける半径方向速度（ＣＲ）が、前記スクロール幅比Δ
Ｒ／Ｂを１程度に構成した従来技術よりも減少する。こ
のため、スクロール内での２次流れ損失が低減する。ま
た、これによって３次元境界層の発達が抑制され、図２
に示すように、ガス流が動翼の高さ方向に流動歪みを持
ったまま該動翼に流入することによる動翼の流動損失、
特に混合損失が低減し、タービン効率が向上する。
【００１６】請求項２記載の発明は、作動ガスをタービ
ンケーシング内に形成された渦巻状のスクロールから該
スクロールの内側に位置するタービンロータの動翼へと
半径方向に流入させて該動翼に作用させた後軸方向に流
出させることにより該タービンロータを回転駆動するよ
うに構成されたラジアルタービンにおいて、前記スクロ
ールは、回転軸心方向の幅（Ｂ）を半径方向外周側から
内周側に向けて一定割合で拡大するように構成してなる
ことを特徴とする。請求項２において、好ましくは請求
項３記載のように、前記回転軸心方向の幅（Ｂ）は、半
径方向内周端側の幅（Ｂ２）を外周端側の幅（Ｂ１）の
１．２〜１．５倍に形成するのがよい。
ンケーシング内に形成された渦巻状のスクロールから該
スクロールの内側に位置するタービンロータの動翼へと
半径方向に流入させて該動翼に作用させた後軸方向に流
出させることにより該タービンロータを回転駆動するよ
うに構成されたラジアルタービンにおいて、前記スクロ
ールは、回転軸心方向の幅（Ｂ）を半径方向外周側から
内周側に向けて一定割合で拡大するように構成してなる
ことを特徴とする。請求項２において、好ましくは請求
項３記載のように、前記回転軸心方向の幅（Ｂ）は、半
径方向内周端側の幅（Ｂ２）を外周端側の幅（Ｂ１）の
１．２〜１．５倍に形成するのがよい。
【００１７】かかる発明によれば、スクロールの回転軸
心方向の幅（Ｂ）を半径方向外周側から内周側に向けて
拡大するように構成することにより、動翼の両端角部
（つまりシュラウド側及びハブ側）に対応する該スクロ
ールの両側壁における半径方向速度（ＣＲ）がスクロー
ルの内周側になり動翼に近づくに従い減速されて前記ス
クロール幅を一定に構成した従来技術よりも減少し、該
スクロールの回転軸心方向における半径方向速度
（ＣＲ）の分布が均一化される。これによって３次元境
界層の発達が抑制され、請求項１の場合と同様に、ガス
流が動翼の高さ方向に流動歪みを持ったまま該動翼に流
入することによる動翼の流動損失が低減し、タービン効
率が向上する。
心方向の幅（Ｂ）を半径方向外周側から内周側に向けて
拡大するように構成することにより、動翼の両端角部
（つまりシュラウド側及びハブ側）に対応する該スクロ
ールの両側壁における半径方向速度（ＣＲ）がスクロー
ルの内周側になり動翼に近づくに従い減速されて前記ス
クロール幅を一定に構成した従来技術よりも減少し、該
スクロールの回転軸心方向における半径方向速度
（ＣＲ）の分布が均一化される。これによって３次元境
界層の発達が抑制され、請求項１の場合と同様に、ガス
流が動翼の高さ方向に流動歪みを持ったまま該動翼に流
入することによる動翼の流動損失が低減し、タービン効
率が向上する。
【００１８】請求項４記載の発明は、作動ガスをタービ
ンケーシング内に形成された渦巻状のスクロールから該
スクロールの内側に位置するタービンロータの動翼へと
半径方向に流入させて該動翼に作用させた後軸方向に流
出させることにより該タービンロータを回転駆動するよ
うに構成されたラジアルタービンにおいて、前記スクロ
ールは、側壁を凹凸面に形成してなることを特徴とす
る。
ンケーシング内に形成された渦巻状のスクロールから該
スクロールの内側に位置するタービンロータの動翼へと
半径方向に流入させて該動翼に作用させた後軸方向に流
出させることにより該タービンロータを回転駆動するよ
うに構成されたラジアルタービンにおいて、前記スクロ
ールは、側壁を凹凸面に形成してなることを特徴とす
る。
【００１９】かかる発明によれば、スクロールの側壁を
凹凸面に形成することにより、動翼の両端角部（つまり
シュラウド側及びハブ側）に対応する該スクロールの両
側壁における半径方向速度（ＣＲ）が前記凹凸面によっ
て減速されスクロール側壁を平滑面に形成した従来技術
よりも減少し該スクロールの回転軸心方向における半径
方向速度（ＣＲ）の分布が均一化される。これによって
３次元境界層の発達が抑制され、請求項１、２、３の場
合と同様に、ガス流が動翼の高さ方向に流動歪みを持っ
たまま該動翼に流入することによる動翼の流動損失が低
減し、タービン効率が向上する。
凹凸面に形成することにより、動翼の両端角部（つまり
シュラウド側及びハブ側）に対応する該スクロールの両
側壁における半径方向速度（ＣＲ）が前記凹凸面によっ
て減速されスクロール側壁を平滑面に形成した従来技術
よりも減少し該スクロールの回転軸心方向における半径
方向速度（ＣＲ）の分布が均一化される。これによって
３次元境界層の発達が抑制され、請求項１、２、３の場
合と同様に、ガス流が動翼の高さ方向に流動歪みを持っ
たまま該動翼に流入することによる動翼の流動損失が低
減し、タービン効率が向上する。
【００２０】請求項５記載の発明は、作動ガスをタービ
ンケーシング内に形成された渦巻状のスクロールから該
スクロールの内側に位置するタービンロータの動翼へと
半径方向に流入させて該動翼に作用させた後軸方向に流
出させることにより該タービンロータを回転駆動するよ
うに構成されたラジアルタービンにおいて、前記スクロ
ールは、ガス入口内周に形成される舌部の直下流側の流
路断面積を舌部端の流路断面積よりも幅方向に舌部厚み
寸法（Ｔ）だけ局部的に小さく形成してなることを特徴
とする。
ンケーシング内に形成された渦巻状のスクロールから該
スクロールの内側に位置するタービンロータの動翼へと
半径方向に流入させて該動翼に作用させた後軸方向に流
出させることにより該タービンロータを回転駆動するよ
うに構成されたラジアルタービンにおいて、前記スクロ
ールは、ガス入口内周に形成される舌部の直下流側の流
路断面積を舌部端の流路断面積よりも幅方向に舌部厚み
寸法（Ｔ）だけ局部的に小さく形成してなることを特徴
とする。
【００２１】請求項５において、好ましくは請求項６記
載のように、前記舌部の直下流側における側壁間の幅を
舌部端における側壁間の幅よりも幅方向に舌部厚み寸法
（Ｔ）だけ局部的に小さく形成するのがよい。
載のように、前記舌部の直下流側における側壁間の幅を
舌部端における側壁間の幅よりも幅方向に舌部厚み寸法
（Ｔ）だけ局部的に小さく形成するのがよい。
【００２２】かかる発明によれば、舌部の直下流側の流
路断面積を舌部端の流路断面積よりも局部的に小さく形
成（特に請求項６記載のように前記舌部の直下流側にお
ける側壁間の幅を舌部端における側壁間の幅よりも幅方
向に舌部厚み寸法（Ｔ）だけ局部的に小さく形成）する
ことにより、舌部にて発生したウェークを低減できてス
クロール出口における流動歪みを低減することができ
る。また、舌部の直下流側の流路幅を幅方向に幅方向に
舌部厚み寸法（Ｔ）だけ局部的に縮小することにより３
次元境界層の発達を抑制でき、請求項１ないし４記載の
場合と同様に、ガス流が動翼の高さ方向に流動歪みを持
ったまま該動翼に流入することによる動翼の流動損失が
低減し、タービン効率が向上する。
路断面積を舌部端の流路断面積よりも局部的に小さく形
成（特に請求項６記載のように前記舌部の直下流側にお
ける側壁間の幅を舌部端における側壁間の幅よりも幅方
向に舌部厚み寸法（Ｔ）だけ局部的に小さく形成）する
ことにより、舌部にて発生したウェークを低減できてス
クロール出口における流動歪みを低減することができ
る。また、舌部の直下流側の流路幅を幅方向に幅方向に
舌部厚み寸法（Ｔ）だけ局部的に縮小することにより３
次元境界層の発達を抑制でき、請求項１ないし４記載の
場合と同様に、ガス流が動翼の高さ方向に流動歪みを持
ったまま該動翼に流入することによる動翼の流動損失が
低減し、タービン効率が向上する。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
ている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置など
は特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれ
のみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎな
い。
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
ている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置など
は特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれ
のみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎな
い。
【００２４】図１は本発明の第１実施例に係るスクロー
ル及びタービンロータの回転軸心に沿う上半分断面を示
す構成図、図２は前記第１実施例の作用説明用線図であ
る。図３は第２実施例を示し（Ａ）は図１対応図、
（Ｂ）はガス流速分布図である。図４は第３実施例を示
し（Ａ）は図１対応図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ―Ａ矢視図
である。図５は第４実施例を示し（Ａ）はスクロールの
正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ―Ｂ矢視図である。図６は
前記第４実施例の作用説明図である。図７はスクロール
内におけるガス流速分布図である。図８は本発明が適用
されるラジアルタービンを用いた過給機の回転軸心に沿
う断面図である。
ル及びタービンロータの回転軸心に沿う上半分断面を示
す構成図、図２は前記第１実施例の作用説明用線図であ
る。図３は第２実施例を示し（Ａ）は図１対応図、
（Ｂ）はガス流速分布図である。図４は第３実施例を示
し（Ａ）は図１対応図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ―Ａ矢視図
である。図５は第４実施例を示し（Ａ）はスクロールの
正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ―Ｂ矢視図である。図６は
前記第４実施例の作用説明図である。図７はスクロール
内におけるガス流速分布図である。図８は本発明が適用
されるラジアルタービンを用いた過給機の回転軸心に沿
う断面図である。
【００２５】本発明が適用されるラジアルタービンを用
いた過給機の全体構造を示す図８において、１はタービ
ンケーシング、４は該タービンケーシング１内に形成さ
れた渦巻状のスクロール、５は前記タービンケーシング
１の内周に形成されたガス出口通路、６はコンプレッサ
ケーシング、９は前記タービンケーシング１及びコンプ
レッサケーシング６を連結する軸受ハウジングである。
いた過給機の全体構造を示す図８において、１はタービ
ンケーシング、４は該タービンケーシング１内に形成さ
れた渦巻状のスクロール、５は前記タービンケーシング
１の内周に形成されたガス出口通路、６はコンプレッサ
ケーシング、９は前記タービンケーシング１及びコンプ
レッサケーシング６を連結する軸受ハウジングである。
【００２６】１０はタービンロータで外周に複数のター
ビン動翼３が円周方向等間隔に固着されてなる。７はコ
ンプレッサ、８は該コンプレッサ７の空気出口に設けら
れたディフューザ、１２は該タービンロータ１０とコン
プレッサ７とを連結するロータシャフトである。１１は
前記軸受ハウジング９に取り付けられて前記ロータシャ
フト１２を支持する１対の軸受である。２０は前記ター
ビンロータ１０、コンプレッサ７及びロータシャフト１
２の回転軸心である。
ビン動翼３が円周方向等間隔に固着されてなる。７はコ
ンプレッサ、８は該コンプレッサ７の空気出口に設けら
れたディフューザ、１２は該タービンロータ１０とコン
プレッサ７とを連結するロータシャフトである。１１は
前記軸受ハウジング９に取り付けられて前記ロータシャ
フト１２を支持する１対の軸受である。２０は前記ター
ビンロータ１０、コンプレッサ７及びロータシャフト１
２の回転軸心である。
【００２７】かかるラジアルタービンを備えた過給機に
おいて、内燃機関（図示省略）からの排気ガスは前記ス
クロール４に入り、該スクロール４の渦巻きに沿って周
回しながら複数のタービン動翼３の外周側入口端面から
該タービン動翼３に流入し、タービンロータ１０中心側
に向かい半径方向に流れて該タービンロータ１０に膨張
仕事をなした後、軸方向に流出してガス出口通路５から
機外に送出される。
おいて、内燃機関（図示省略）からの排気ガスは前記ス
クロール４に入り、該スクロール４の渦巻きに沿って周
回しながら複数のタービン動翼３の外周側入口端面から
該タービン動翼３に流入し、タービンロータ１０中心側
に向かい半径方向に流れて該タービンロータ１０に膨張
仕事をなした後、軸方向に流出してガス出口通路５から
機外に送出される。
【００２８】以上に示すラジアルタービン付き過給機の
基本構成は従来技術と同様である。本発明においては、
スクロールの形状を改良している。即ち、スクロールの
第１実施例を示す図１において、１０はタービンロータ
で外周に複数のタービン動翼３が円周方向等間隔に固着
されてなる。４はタービンケーシング１内に形成された
スクロールで、４１はその外周壁、４２は前側及び後側
の側壁、４３は内周壁である。前記スクロール４は前側
及び後側の側壁４２間の距離つまり回転軸心２０方向の
幅Ｂが外周壁４１と内周壁４３との距離つまり半径方向
の幅ΔＲよりも大きく形成されている。そして前記スク
ロール４における前記半径方向の幅（ΔＲ）と回転軸心
方向の幅（Ｂ）とのスクロール幅比ΔＲ／Ｂは、ΔＲ／
Ｂ＝０．３〜０．７、好ましくはΔＲ／Ｂ＝０．５に構
成する。
基本構成は従来技術と同様である。本発明においては、
スクロールの形状を改良している。即ち、スクロールの
第１実施例を示す図１において、１０はタービンロータ
で外周に複数のタービン動翼３が円周方向等間隔に固着
されてなる。４はタービンケーシング１内に形成された
スクロールで、４１はその外周壁、４２は前側及び後側
の側壁、４３は内周壁である。前記スクロール４は前側
及び後側の側壁４２間の距離つまり回転軸心２０方向の
幅Ｂが外周壁４１と内周壁４３との距離つまり半径方向
の幅ΔＲよりも大きく形成されている。そして前記スク
ロール４における前記半径方向の幅（ΔＲ）と回転軸心
方向の幅（Ｂ）とのスクロール幅比ΔＲ／Ｂは、ΔＲ／
Ｂ＝０．３〜０．７、好ましくはΔＲ／Ｂ＝０．５に構
成する。
【００２９】かかる実施例においては、スクロール４の
半径方向の幅ΔＲと回転軸心２０方向の幅Ｂとのスクロ
ール幅比ΔＲ／Ｂを０．３〜０．７に構成して該スクロ
ール４の回転軸心２０方向の幅Ｂを半径方向の幅ΔＲに
対して２倍程度と回転軸心２０方向に長く形成してスク
ロール形状を扁平化している。これにより、スクロール
４の側壁４２部と内外周壁４１、４３部とを合計した摩
擦損失はスクロール幅比ΔＲ／Ｂを１程度に構成した従
来技術と同程度であるが、タービン動翼３の両端角部で
あるシュラウド側３６及びハブ側３４に対応する該スク
ロール４の両側壁４２、４２における半径方向速度ＣＲ
が、前記スクロール幅比ΔＲ／Ｂを１程度に構成した従
来技術よりも減少し、スクロール４の回転軸心２０方向
における半径方向速度ＣＲの分布が平均化される。この
ため、スクロール内で２次流れ損失が低減する。
半径方向の幅ΔＲと回転軸心２０方向の幅Ｂとのスクロ
ール幅比ΔＲ／Ｂを０．３〜０．７に構成して該スクロ
ール４の回転軸心２０方向の幅Ｂを半径方向の幅ΔＲに
対して２倍程度と回転軸心２０方向に長く形成してスク
ロール形状を扁平化している。これにより、スクロール
４の側壁４２部と内外周壁４１、４３部とを合計した摩
擦損失はスクロール幅比ΔＲ／Ｂを１程度に構成した従
来技術と同程度であるが、タービン動翼３の両端角部で
あるシュラウド側３６及びハブ側３４に対応する該スク
ロール４の両側壁４２、４２における半径方向速度ＣＲ
が、前記スクロール幅比ΔＲ／Ｂを１程度に構成した従
来技術よりも減少し、スクロール４の回転軸心２０方向
における半径方向速度ＣＲの分布が平均化される。この
ため、スクロール内で２次流れ損失が低減する。
【００３０】図２はスクロール４及びタービン動翼３に
おけるガス流動損失のシミュレーション結果（前記スク
ロール幅比ΔＲ／Ｂと圧力損失との関係）を示す。図２
に明らかなように、本発明（Ｎの範囲）のようにΔＲ／
Ｂ＝０．３〜０．７、好ましくはΔＲ／Ｂ＝０．５に構
成すれば、スクロール幅比ΔＲ／ＢがＮ０の範囲にある
従来技術に比べてガス流動損失が顕著に小さくなる。こ
れによって３次元境界層の発達が抑制され、スクロール
４を通ったガス流がタービン動翼３の高さ方向に流動歪
みを持ったまま該動翼３に流入することによる動翼３の
流動損失、特に混合損失が低減される。
おけるガス流動損失のシミュレーション結果（前記スク
ロール幅比ΔＲ／Ｂと圧力損失との関係）を示す。図２
に明らかなように、本発明（Ｎの範囲）のようにΔＲ／
Ｂ＝０．３〜０．７、好ましくはΔＲ／Ｂ＝０．５に構
成すれば、スクロール幅比ΔＲ／ＢがＮ０の範囲にある
従来技術に比べてガス流動損失が顕著に小さくなる。こ
れによって３次元境界層の発達が抑制され、スクロール
４を通ったガス流がタービン動翼３の高さ方向に流動歪
みを持ったまま該動翼３に流入することによる動翼３の
流動損失、特に混合損失が低減される。
【００３１】図３に示すスクロールの第２実施例におい
ては、（Ａ）に示すようにスクロール４の断面形状を、
回転軸心２０方向の幅Ｂが半径方向外周側の幅Ｂ１から
内周側の幅Ｂ２に向けて直線状あるいは曲線状（この例
は直線状の場合を示す）に一定割合で拡大するように形
成している。前記回転軸心方向の幅（Ｂ）は、半径方向
内周端側の幅Ｂ２を外周端側の幅Ｂ １の１．２〜１．５
倍に形成する。その他の構成は図１に示す第１実施例と
同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
ては、（Ａ）に示すようにスクロール４の断面形状を、
回転軸心２０方向の幅Ｂが半径方向外周側の幅Ｂ１から
内周側の幅Ｂ２に向けて直線状あるいは曲線状（この例
は直線状の場合を示す）に一定割合で拡大するように形
成している。前記回転軸心方向の幅（Ｂ）は、半径方向
内周端側の幅Ｂ２を外周端側の幅Ｂ １の１．２〜１．５
倍に形成する。その他の構成は図１に示す第１実施例と
同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
【００３２】かかる実施例においては、スクロール４の
回転軸心方向の幅Ｂを外周壁４１側から内周壁４３側に
向けて半径方向に拡大するように構成したので、タービ
ン動翼３の両端角部つまりシュラウド側３６及びハブ側
３４に対応する該スクロールの両側壁４２側における半
径方向速度ＣＲがスクロールの内周側になり前記タービ
ン動翼３に近づくに従い減速されて、両側壁４２側にお
ける半径方向速度ＣＲが前記スクロール幅を一定に構成
した従来技術よりも減少し、該スクロール４の回転軸心
方向における半径方向速度（ＣＲ）の分布が均一化され
る。
回転軸心方向の幅Ｂを外周壁４１側から内周壁４３側に
向けて半径方向に拡大するように構成したので、タービ
ン動翼３の両端角部つまりシュラウド側３６及びハブ側
３４に対応する該スクロールの両側壁４２側における半
径方向速度ＣＲがスクロールの内周側になり前記タービ
ン動翼３に近づくに従い減速されて、両側壁４２側にお
ける半径方向速度ＣＲが前記スクロール幅を一定に構成
した従来技術よりも減少し、該スクロール４の回転軸心
方向における半径方向速度（ＣＲ）の分布が均一化され
る。
【００３３】即ち、図３（Ｂ）に示されるように、スク
ロール４外周側のＭ１部における半径方向速度ＣＲの回
転軸心方向分布が中央部よりも両側壁４２側が大きくな
り不均一になっているのに対し、タービン動翼３に近い
内周側のＭ２部における回転軸心方向における半径方向
速度ＣＲの回転軸心方向分布は該両側壁４２側における
半径方向速度ＣＲが減速されることにより均一化され
る。これによって３次元境界層の発達が抑制され、ガス
流が動翼の高さ方向に流動歪みを持ったまま該動翼に流
入することによる動翼の流動損失が低減される。
ロール４外周側のＭ１部における半径方向速度ＣＲの回
転軸心方向分布が中央部よりも両側壁４２側が大きくな
り不均一になっているのに対し、タービン動翼３に近い
内周側のＭ２部における回転軸心方向における半径方向
速度ＣＲの回転軸心方向分布は該両側壁４２側における
半径方向速度ＣＲが減速されることにより均一化され
る。これによって３次元境界層の発達が抑制され、ガス
流が動翼の高さ方向に流動歪みを持ったまま該動翼に流
入することによる動翼の流動損失が低減される。
【００３４】図４に示すスクロールの第３実施例におい
ては、前記スクロール４の両側壁０４２を凹凸面に形成
している。前記両側壁０４２の凹凸面は、図４（Ｂ）の
ように同心円の溝を半径方向に複数層形成しても、螺旋
状の溝を形成しても、要するに後述するような半径方向
速度ＣＲの減速作用をなし得る凹凸面であればよい。そ
の他の構成は図１に示す第１実施例と同様であり、これ
と同一の部材は同一の符号で示す。
ては、前記スクロール４の両側壁０４２を凹凸面に形成
している。前記両側壁０４２の凹凸面は、図４（Ｂ）の
ように同心円の溝を半径方向に複数層形成しても、螺旋
状の溝を形成しても、要するに後述するような半径方向
速度ＣＲの減速作用をなし得る凹凸面であればよい。そ
の他の構成は図１に示す第１実施例と同様であり、これ
と同一の部材は同一の符号で示す。
【００３５】かかる実施例においては、スクロール４の
両側壁０４２を凹凸面に形成することにより、前記ター
ビン動翼３の両端角部つまりシュラウド側３６及びハブ
側３４に対応する該スクロール４の両側壁０４２におけ
る半径方向速度ＣＲが前記凹凸面によって減速されスク
ロール側壁を平滑面に形成した従来技術よりも小さくな
り該スクロール４の回転軸心方向における半径方向速度
ＣＲの分布が均一化される。これによって３次元境界層
の発達が抑制され、ガス流がタービン動翼の高さ方向に
流動歪みを持ったまま該動翼３に流入することによる動
翼３の流動損失が低減される。
両側壁０４２を凹凸面に形成することにより、前記ター
ビン動翼３の両端角部つまりシュラウド側３６及びハブ
側３４に対応する該スクロール４の両側壁０４２におけ
る半径方向速度ＣＲが前記凹凸面によって減速されスク
ロール側壁を平滑面に形成した従来技術よりも小さくな
り該スクロール４の回転軸心方向における半径方向速度
ＣＲの分布が均一化される。これによって３次元境界層
の発達が抑制され、ガス流がタービン動翼の高さ方向に
流動歪みを持ったまま該動翼３に流入することによる動
翼３の流動損失が低減される。
【００３６】図５に示すスクロールの第４実施例におい
ては、前記スクロール４の、ガス入口内周に形成される
厚さＴなる舌部４５の直下流側における舌部下流側壁４
６間の幅を舌部端４５ａにおける側壁４２間の幅よりも
幅方向に舌部厚み寸法（Ｔ）だけ局部的に小さく形成し
て、前記舌部４５の直下流側における流路断面積を舌部
端４５ａの流路断面積よりも局部的に小さくなるように
している。
ては、前記スクロール４の、ガス入口内周に形成される
厚さＴなる舌部４５の直下流側における舌部下流側壁４
６間の幅を舌部端４５ａにおける側壁４２間の幅よりも
幅方向に舌部厚み寸法（Ｔ）だけ局部的に小さく形成し
て、前記舌部４５の直下流側における流路断面積を舌部
端４５ａの流路断面積よりも局部的に小さくなるように
している。
【００３７】前記スクロール４におけるガスの流動時に
おいて、前記のように前記舌部４５厚さの上下圧力差に
よってウェーク５０を生じる。然るにかかる第４実施例
においては前記舌部下流側壁４６間の幅を幅方向に舌部
厚み寸法（Ｔ）だけ局部的に小さく形成することによ
り、前記舌部４５の直下流側の流路断面積を舌部端の流
路断面積よりも局部的に小さく形成しているため、前記
舌部４５にて発生したウェーク５０を舌部端４５ａ直下
流側の流路絞り作用により低減でき、これによってスク
ロール４出口における流動歪みを低減することができ
る。
おいて、前記のように前記舌部４５厚さの上下圧力差に
よってウェーク５０を生じる。然るにかかる第４実施例
においては前記舌部下流側壁４６間の幅を幅方向に舌部
厚み寸法（Ｔ）だけ局部的に小さく形成することによ
り、前記舌部４５の直下流側の流路断面積を舌部端の流
路断面積よりも局部的に小さく形成しているため、前記
舌部４５にて発生したウェーク５０を舌部端４５ａ直下
流側の流路絞り作用により低減でき、これによってスク
ロール４出口における流動歪みを低減することができ
る。
【００３８】また、かかる実施例においては、図６
（Ｃ）に示されるように、前記舌部端４５ａ直下流側の
流路幅を局部的に小さくした流路絞り作用のため、舌部
４５位置（Ｌ1）において、境界層の発生により側壁４
２寄りの集方向速度Ｃθが小さくなり、スクロール４の
回転軸心２０方向の周方向速度分布が不均一になってい
るのに対し、舌部下流４６（Ｌ2）においては側壁４２
寄りの前期周方向速度Ｃθの低下が回避されて前記周方
向分布が均一となる。このため、前記回転軸心２０方向
の半径方向速度ＣＲの分布も均一となって３次元境界層
の発達を抑制でき、ガス流が動翼の高さ方向に流動歪み
を持ったまま該動翼に流入することによる動翼の流動損
失が低減される。
（Ｃ）に示されるように、前記舌部端４５ａ直下流側の
流路幅を局部的に小さくした流路絞り作用のため、舌部
４５位置（Ｌ1）において、境界層の発生により側壁４
２寄りの集方向速度Ｃθが小さくなり、スクロール４の
回転軸心２０方向の周方向速度分布が不均一になってい
るのに対し、舌部下流４６（Ｌ2）においては側壁４２
寄りの前期周方向速度Ｃθの低下が回避されて前記周方
向分布が均一となる。このため、前記回転軸心２０方向
の半径方向速度ＣＲの分布も均一となって３次元境界層
の発達を抑制でき、ガス流が動翼の高さ方向に流動歪み
を持ったまま該動翼に流入することによる動翼の流動損
失が低減される。
【００３９】図７は前記第１〜第４実施例による本発明
のスクロールと従来のスクロールとの半径方向速度ＣＲ
の分布状況を示し、図７（Ａ）は周方向（θ）の分布、
図７（Ｂ）は翼高さ方向（Ｚ）の分布を示す。図７に明
らかなように、半径方向速度ＣＲの周方向（θ）分布は
前記第４実施例により、従来のスクロールにおけるＡ １
から本発明のスクロールにおけるＡ２のように均一化さ
れるとともに、半径方向速度ＣＲの翼高さ方向（Ｚ）の
分布は前記第１〜第４実施例により従来のスクロールに
おけるＢ１から本発明のスクロールにおけるＢ２のよう
に均一化される。
のスクロールと従来のスクロールとの半径方向速度ＣＲ
の分布状況を示し、図７（Ａ）は周方向（θ）の分布、
図７（Ｂ）は翼高さ方向（Ｚ）の分布を示す。図７に明
らかなように、半径方向速度ＣＲの周方向（θ）分布は
前記第４実施例により、従来のスクロールにおけるＡ １
から本発明のスクロールにおけるＡ２のように均一化さ
れるとともに、半径方向速度ＣＲの翼高さ方向（Ｚ）の
分布は前記第１〜第４実施例により従来のスクロールに
おけるＢ１から本発明のスクロールにおけるＢ２のよう
に均一化される。
【００４０】
【発明の効果】以上記載の如く請求項１の発明によれ
ば、スクロールの半径方向の幅（ΔＲ）と回転軸心方向
の幅（Ｂ）とのスクロール幅比ΔＲ／Ｂを０．３〜０．
７に構成しスクロール形状を扁平化しているため、動翼
の両端角部に対応する該スクロールの両側壁における半
径方向速度がスクロール幅比ΔＲ／Ｂを１程度に構成し
た従来技術よりも減少し、これによって３次元境界層の
発達が抑制され、ガス流が動翼の高さ方向に流動歪みを
持ったまま該動翼に流入することによる動翼の流動損失
が低減される。
ば、スクロールの半径方向の幅（ΔＲ）と回転軸心方向
の幅（Ｂ）とのスクロール幅比ΔＲ／Ｂを０．３〜０．
７に構成しスクロール形状を扁平化しているため、動翼
の両端角部に対応する該スクロールの両側壁における半
径方向速度がスクロール幅比ΔＲ／Ｂを１程度に構成し
た従来技術よりも減少し、これによって３次元境界層の
発達が抑制され、ガス流が動翼の高さ方向に流動歪みを
持ったまま該動翼に流入することによる動翼の流動損失
が低減される。
【００４１】請求項２、３の発明によれば、動翼の両端
角部に対応するスクロールの両側壁における半径方向速
度がスクロールの内周側になり動翼に近づくに従い減速
されてスクロール幅を一定に構成した従来技術よりも減
少し、該スクロールの回転軸心方向における半径方向速
度の分布が均一化され、これによって３次元境界層の発
達が抑制され、請求項１の場合と同様に、ガス流が動翼
の高さ方向に流動歪みを持ったまま該動翼に流入するこ
とによる動翼の流動損失が低減される。
角部に対応するスクロールの両側壁における半径方向速
度がスクロールの内周側になり動翼に近づくに従い減速
されてスクロール幅を一定に構成した従来技術よりも減
少し、該スクロールの回転軸心方向における半径方向速
度の分布が均一化され、これによって３次元境界層の発
達が抑制され、請求項１の場合と同様に、ガス流が動翼
の高さ方向に流動歪みを持ったまま該動翼に流入するこ
とによる動翼の流動損失が低減される。
【００４２】請求項４の発明によれば、動翼の両端角部
に対応する該スクロールの両側壁における半径方向速度
が前記凹凸面によって減速されスクロール側壁を平滑面
に形成した従来技術よりも減少して、クロールの回転軸
心方向における半径方向速度の分布が均一化され、これ
によって３次元境界層の発達が抑制され、ガス流が動翼
の高さ方向に流動歪みを持ったまま該動翼に流入するこ
とによる動翼の流動損失が低減される。
に対応する該スクロールの両側壁における半径方向速度
が前記凹凸面によって減速されスクロール側壁を平滑面
に形成した従来技術よりも減少して、クロールの回転軸
心方向における半径方向速度の分布が均一化され、これ
によって３次元境界層の発達が抑制され、ガス流が動翼
の高さ方向に流動歪みを持ったまま該動翼に流入するこ
とによる動翼の流動損失が低減される。
【００４３】請求項５、６の発明によれば、舌部の直下
流側の流路断面積を舌部端の流路断面積よりも局部的に
小さく形成することにより、舌部にて発生したウェーク
を低減できてスクロール出口における流動歪みを低減す
ることができる。また、舌部の直下流側の流路幅を局部
的に舌部厚み寸法（Ｔ）だけ縮小することにより３次元
境界層の発達を抑制でき、ガス流が動翼の高さ方向に流
動歪みを持ったまま該動翼に流入することによる動翼の
流動損失を低減することができる。
流側の流路断面積を舌部端の流路断面積よりも局部的に
小さく形成することにより、舌部にて発生したウェーク
を低減できてスクロール出口における流動歪みを低減す
ることができる。また、舌部の直下流側の流路幅を局部
的に舌部厚み寸法（Ｔ）だけ縮小することにより３次元
境界層の発達を抑制でき、ガス流が動翼の高さ方向に流
動歪みを持ったまま該動翼に流入することによる動翼の
流動損失を低減することができる。
【００４４】以上、要するに本発明によれば、スクロー
ル及び動翼におけるガスの流動損失を低減することがで
き、これによってタービン効率を向上することができ
る。
ル及び動翼におけるガスの流動損失を低減することがで
き、これによってタービン効率を向上することができ
る。
【図１】 本発明の第１実施例に係るスクロール及びタ
ービンロータの回転軸心に沿う上半分断面を示す構成図
である。
ービンロータの回転軸心に沿う上半分断面を示す構成図
である。
【図２】 前記第１実施例の作用説明用線図である。
【図３】 第２実施例を示し（Ａ）は図１対応図、
（Ｂ）はガス流速分布図である。
（Ｂ）はガス流速分布図である。
【図４】 第３実施例を示し（Ａ）は図１対応図、
（Ｂ）は（Ａ）のＡ―Ａ矢視図である。
（Ｂ）は（Ａ）のＡ―Ａ矢視図である。
【図５】 第４実施例を示し（Ａ）はスクロールの正面
図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ―Ｂ矢視図である。
図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ―Ｂ矢視図である。
【図６】 前記第４実施例の作用説明図である。
【図７】 スクロール内におけるガス流速分布図であ
る。
る。
【図８】 本発明が適用されるラジアルタービンを用い
た過給機の回転軸心に沿う断面図である。
た過給機の回転軸心に沿う断面図である。
【図９】 従来技術を示す図１対応図である。
【図１０】 従来技術を示す図５対応図である。
【図１１】 従来技術の作用説明図である。
【図１２】 従来技術におけるスクロール内のガス流分
布図である。
布図である。
１ タービンケーシング
３ タービン動翼
４ スクロール
５ ガス出口通路
６ コンプレッサケーシング
９ 軸受ハウジング
１０ タービンロータ
１２ ロータシャフト
２０ 回転軸心
４１ 外周壁
４２ 側壁
０４２ 側壁（凹凸面）
４３ 内周壁
４５ 舌部
４５ａ 舌部下流側壁
５０ ウェーク
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 恵比寿 幹
神奈川県相模原市田名3000番地 三菱重工
業株式会社汎用機・特車事業本部内
Ｆターム(参考） 3G005 EA04 EA16 FA05 FA45 GB24
GB86
Claims (6)
- 【請求項１】 作動ガスをタービンケーシング内に形成
された渦巻状のスクロールから該スクロールの内側に位
置するタービンロータの動翼へと半径方向に流入させて
該動翼に作用させた後軸方向に流出させることにより該
タービンロータを回転駆動するように構成されたラジア
ルタービンにおいて、前記スクロールは、半径方向の幅
（ΔＲ）と回転軸心方向の幅（Ｂ）とのスクロール幅比
ΔＲ／Ｂを、ΔＲ／Ｂ＝０．３〜０．７に構成してなる
ことを特徴とするラジアルタービンのスクロール構造。 - 【請求項２】 作動ガスをタービンケーシング内に形成
された渦巻状のスクロールから該スクロールの内側に位
置するタービンロータの動翼へと半径方向に流入させて
該動翼に作用させた後軸方向に流出させることにより該
タービンロータを回転駆動するように構成されたラジア
ルタービンにおいて、前記スクロールは、回転軸心方向
の幅（Ｂ）を半径方向外周側から内周側に向けて一定割
合で拡大するように構成してなることを特徴とするラジ
アルタービンのスクロール構造。 - 【請求項３】 前記回転軸心方向の幅（Ｂ）は、半径方
向内周端側の幅（Ｂ２）を外周端側の幅（Ｂ１）の１．
２〜１．５倍に形成されてなる特徴とする請求項２記載
のラジアルタービンのスクロール構造。 - 【請求項４】 作動ガスをタービンケーシング内に形成
された渦巻状のスクロールから該スクロールの内側に位
置するタービンロータの動翼へと半径方向に流入させて
該動翼に作用させた後軸方向に流出させることにより該
タービンロータを回転駆動するように構成されたラジア
ルタービンにおいて、前記スクロールは、側壁を凹凸面
に形成してなることを特徴とするラジアルタービンのス
クロール構造。 - 【請求項５】 作動ガスをタービンケーシング内に形成
された渦巻状のスクロールから該スクロールの内側に位
置するタービンロータの動翼へと半径方向に流入させて
該動翼に作用させた後軸方向に流出させることにより該
タービンロータを回転駆動するように構成されたラジア
ルタービンにおいて、前記スクロールは、ガス入口内周
に形成される舌部の直下流側の流路断面積を舌部端の流
路断面積よりも幅方向に舌部厚み寸法（Ｔ）だけ局部的
に小さく形成してなることを特徴とするラジアルタービ
ンのスクロール構造。 - 【請求項６】 前記舌部の直下流側における側壁間の幅
を舌部端における側壁間の幅よりも幅方向に舌部厚み寸
法（Ｔ）だけ局部的に小さく形成してなることを特徴と
する請求項５記載のラジアルタービンのスクロール構
造。
Priority Applications (10)
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|---|---|---|---|
| JP2001321416A JP3534728B2 (ja) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | ラジアルタービンのスクロール構造 |
| US10/270,541 US6742989B2 (en) | 2001-10-19 | 2002-10-16 | Structures of turbine scroll and blades |
| EP02023381.3A EP1304445B1 (en) | 2001-10-19 | 2002-10-18 | Structure of radial turbine scroll and blades |
| KR1020020063963A KR100755542B1 (ko) | 2001-10-19 | 2002-10-18 | 레이디얼 터빈의 스크롤 구조 |
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| KR1020050049028A KR20050078249A (ko) | 2001-10-19 | 2005-06-08 | 레이디얼 터빈의 스크롤 구조 |
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|---|---|
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| JP3534728B2 JP3534728B2 (ja) | 2004-06-07 |
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|---|---|---|---|
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| CN (2) | CN1920260B (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JPS5035604B1 (ja) * | 1970-05-02 | 1975-11-18 |
-
2001
- 2001-10-19 JP JP2001321416A patent/JP3534728B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2002
- 2002-10-18 CN CN2006101108659A patent/CN1920260B/zh not_active Expired - Lifetime
- 2002-10-18 CN CN2006101108663A patent/CN1920257B/zh not_active Expired - Lifetime
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