JP2009108791A - Turbine wheel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、タービンホイール、特に、ターボチャージャー(過給機)に使用されるタービンホイールに関するものである。 The present invention relates to a turbine wheel, and more particularly to a turbine wheel used for a turbocharger (supercharger).
ターボチャージャーに使用されるタービンホイールとしては、例えば、特許文献1に開示されたものが知られている。
また、近年のターボチャージャーにおいては、コンプレッサのさらなる高圧力比化が求められているが、上記特許文献のタービンホイールを用いたとしても、ブレードの翼根およびボスに過大な遠心応力が発生してしまい、コンプレッサのさらなる高圧力比化を図るのは困難な状況にあった。 Further, in recent turbochargers, a higher pressure ratio of the compressor is required, but even if the turbine wheel of the above-mentioned patent document is used, excessive centrifugal stress is generated in the blade root and boss of the blade. Therefore, it was difficult to achieve a higher pressure ratio of the compressor.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、タービンホイール全体の固有振動数を増加させることができて、タービンホイールの許容回転数(最高回転数)をアップ(増加)させることができるタービンホイールを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, can increase the natural frequency of the entire turbine wheel, and can increase (increase) the allowable rotational speed (maximum rotational speed) of the turbine wheel. An object is to provide a turbine wheel.
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係るタービンホイールは、ボスと、このボスの表面上に放射状に配置された複数枚のブレードとを備え、その外周を取り囲むように配置されたノズルから中心方向に流れ込んだ流体が、流れの方向を変えて軸方向へ流出していくことにより、回転軸線まわりに回転するタービンホイールであって、前記ブレードの翼高さが高くなり、かつ、前記ブレードの翼根に発生する遠心応力が高くなる領域に、前記翼高さを減少させる肉盛部が形成されている。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
The turbine wheel according to the present invention includes a boss and a plurality of blades radially disposed on the surface of the boss, and a fluid that flows in a central direction from a nozzle disposed so as to surround the outer periphery flows. The turbine wheel rotates around the axis of rotation by flowing out in the axial direction, and the blade height of the blade increases, and the centrifugal stress generated in the blade root of the blade is increased. A built-up portion for reducing the blade height is formed in the region where the height is increased.
本発明に係るタービンホイールによれば、ブレードの後縁部に、ブレードの後縁部における翼高さを低減させる肉盛部が設けられていることとなる。
これにより、ブレードの翼根に発生する遠心応力を低減させることができるとともに、タービンホイール全体の固有振動数を増加させることができて、タービンホイールの許容回転数(最高回転数)をアップ(増加)させることができる。
According to the turbine wheel of the present invention, the built-up portion that reduces the blade height at the trailing edge of the blade is provided at the trailing edge of the blade.
As a result, the centrifugal stress generated at the blade root of the blade can be reduced and the natural frequency of the entire turbine wheel can be increased, increasing the allowable rotation speed (maximum rotation speed) of the turbine wheel. ).
本発明に係るタービンホイールは、ボスと、このボスの表面上に放射状に配置された複数枚のブレードとを備え、その外周を取り囲むように配置されたノズルから中心方向に流れ込んだ流体が、流れの方向を変えて軸方向へ流出していくことにより、回転軸線まわりに回転するタービンホイールであって、前記ブレードの前縁近傍から後縁にかけて前記ブレードの翼高さを減少させる肉盛部が形成されており、かつ、前記ブレード間に、半径方向内側に向かって窪みが形成されている。 The turbine wheel according to the present invention includes a boss and a plurality of blades radially disposed on the surface of the boss, and a fluid that flows in a central direction from a nozzle disposed so as to surround the outer periphery flows. The turbine wheel that rotates around the rotation axis by changing the direction of the nozzle to the axial direction, and a build-up portion that reduces the blade height of the blade from the vicinity of the leading edge of the blade to the trailing edge. A recess is formed between the blades inward in the radial direction.
本発明に係るタービンホイールによれば、ブレードの前縁よりも下流側に少し(若干)離れた位置から後縁にかけて、ブレードの翼高さを全体的に低減させる肉盛部が設けられているとともに、各流路に、ボスの重量を低減させる窪みが形成されていることとなる。
これにより、ブレードの翼根に発生する遠心応力およびボスの中心部に発生する遠心応力を低減させることができるとともに、タービンホイール全体の固有振動数を増加させることができて、タービンホイールの許容回転数(最高回転数)をアップ(増加)させることができる。
また、本発明に係るタービンホイールによれば、流路の表面に沿って上流側から流れてきた(燃焼ガスの)主流の一部が窪み内に入り込んで、窪み内に循環流が形成されることとなる。
これにより、(燃焼ガスの)主流の剥離を低減させることができ、境界層の拡大を抑制することができて、タービンホイール内の損失を低減させることができるとともに、タービン効率の向上を図ることができる。
According to the turbine wheel according to the present invention, the built-up portion that reduces the blade height of the blade as a whole is provided from a position slightly (slightly) away from the front edge of the blade to the rear edge. At the same time, a depression that reduces the weight of the boss is formed in each flow path.
As a result, the centrifugal stress generated at the blade root of the blade and the centrifugal stress generated at the center of the boss can be reduced, and the natural frequency of the entire turbine wheel can be increased. The number (maximum rotation speed) can be increased (increased).
Further, according to the turbine wheel of the present invention, a part of the main flow (combustion gas) flowing from the upstream side along the surface of the flow path enters the recess, and a circulation flow is formed in the recess. It will be.
Thereby, separation of the mainstream (combustion gas) can be reduced, expansion of the boundary layer can be suppressed, loss in the turbine wheel can be reduced, and turbine efficiency can be improved. Can do.
本発明に係るタービンホイールは、ボスと、このボスの表面上に放射状に配置された複数枚のブレードとを備え、その外周を取り囲むように配置されたノズルから中心方向に流れ込んだ流体が、流れの方向を変えて軸方向へ流出していくことにより、回転軸線まわりに回転するタービンホイールであって、前記ブレードの前縁近傍から後縁にかけて前記ブレードの翼高さを減少させる肉盛部が形成されており、かつ、前記ボスの背面と、前記ブレード間に形成された流路とを連通する連通孔が形成されている。 The turbine wheel according to the present invention includes a boss and a plurality of blades radially disposed on the surface of the boss, and a fluid that flows in a central direction from a nozzle disposed so as to surround the outer periphery flows. The turbine wheel that rotates around the rotation axis by changing the direction of the nozzle to the axial direction, and a build-up portion that reduces the blade height of the blade from the vicinity of the leading edge of the blade to the trailing edge. A communication hole that is formed and communicates the back surface of the boss and the flow path formed between the blades is formed.
本発明に係るタービンホイールによれば、ブレードの前縁よりも下流側に少し(若干)離れた位置から後縁にかけて、ブレードの翼高さを全体的に低減させる肉盛部が設けられているとともに、ボスの重量を低減させる連通孔が形成されていることとなる。
これにより、ブレードの翼根に発生する遠心応力およびボスの中心部に発生する遠心応力を低減させることができるとともに、タービンホイール全体の固有振動数を増加させることができて、タービンホイールの許容回転数(最高回転数)をアップ(増加)させることができる。
According to the turbine wheel according to the present invention, the built-up portion that reduces the blade height of the blade as a whole is provided from a position slightly (slightly) away from the front edge of the blade to the rear edge. At the same time, a communication hole for reducing the weight of the boss is formed.
As a result, the centrifugal stress generated at the blade root of the blade and the centrifugal stress generated at the center of the boss can be reduced, and the natural frequency of the entire turbine wheel can be increased. The number (maximum rotation speed) can be increased (increased).
本発明に係るターボチャージャーは、許容回転数(最高回転数)の高いタービンホイールを具備していることとなるので、コンプレッサホイールの回転数をアップ(増加)させることができて、コンプレッサの圧力比をアップ(増加)させることができる。 Since the turbocharger according to the present invention includes a turbine wheel having a high permissible rotational speed (maximum rotational speed), the rotational speed of the compressor wheel can be increased (increased), and the compressor pressure ratio can be increased. Can be increased (increased).
本発明に係るタービンホイールによれば、タービンホイール全体の固有振動数を増加させることができて、タービンホイールの許容回転数(最高回転数)をアップ(増加)させることができるという効果を奏する。 According to the turbine wheel according to the present invention, the natural frequency of the entire turbine wheel can be increased, and the allowable rotational speed (maximum rotational speed) of the turbine wheel can be increased (increased).
以下、本発明に係るタービンホイールの第1実施形態について、図1を参照しながら説明する。
図1に示すように、本実施形態に係るタービンホイール(Turbine Wheel)10は、ラジアルタービン(Radial Flow Turbine)に適用されるものであり、ボス(ディスク)11と、このボス11の表面(以下、「ボス面」という。)11a上に放射状に設けられた(配置された)複数枚のブレード(動翼)12とを備えている。
タービンホイール10の外周側(半径方向外側)には、図示しないノズル(Nozzle)が周方向に沿って配置されており、このノズルからタービンホイール10の中心方向に流れ込んだ燃焼ガス(流体)が、直角に流れの方向を変えて軸方向へ流出していくことにより、タービンホイール10が、回転軸線Cまわりに回転するようになっている。
Hereinafter, a first embodiment of a turbine wheel according to the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, a
A nozzle (Nozzle) (not shown) is arranged along the circumferential direction on the outer peripheral side (radially outer side) of the
各ブレード12は、ボス11の大径側端部11bにその前縁LEが位置するとともに、ボス11の小径側端部11cにその後縁TEが位置するようにボス面11a上に設けられている。
Each
ボス面11aの、スロート部(ブレード12間の距離が最も狭くなる部分)近傍の領域、すなわち、ブレード12の翼高さが高くなり、かつ、ブレード12の翼根に発生する遠心応力が高くなる領域には、肉盛部13が形成されている。この肉盛部13は、一のブレード12の翼根から、一のブレード12と隣り合う他のブレード12の翼根にわたって形成されている。また、この肉盛部13は、スロート部よりも上流側で隆起し始め、スロート部よりも少し(若干)下流側で最も高くなり、小径側端部11cの端面(出口側の端面)11dのところで終了する、あるいは、スロート部よりも上流側で隆起し始め、スロート部よりも上流側で最も高くなり、スロート部よりも上流で終了する、断面視略山型の突起である。
なお、図1中の破線は、肉盛部13が形成されていない従来のボス面を示している。
The area of the
In addition, the broken line in FIG. 1 has shown the conventional boss | hub surface in which the build-
本実施形態に係るタービンホイール10によれば、ブレード12の後縁部(より詳しくは、スロート部近傍)に、ブレード12の後縁部における翼高さを低減させる肉盛部13が設けられている。
これにより、ブレード12の翼根に発生する遠心応力を低減させることができるとともに、タービンホイール10全体の固有振動数を増加させることができて、タービンホイール10の許容回転数(最高回転数)をアップ(増加)させることができる。応力ピークはスロート部より上流側に発生することが多いため、スロート部上流側に前記の肉盛部を設けることで、有効に応力を低減させることができる。
According to the
Thereby, while being able to reduce the centrifugal stress which generate | occur | produces in the blade root of the braid |
本発明に係るタービンホイールの第2実施形態について、図2を参照しながら説明する。
図2に示すように、本実施形態に係るタービンホイール20は、肉盛部13の代わりに、肉盛部21および窪み22が設けられているという点で上述した第1実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第1実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
A second embodiment of the turbine wheel according to the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 2, the
肉盛部21は、一のブレード12の翼根から、一のブレード12と隣り合う他のブレード12の翼根にわたって形成されている。また、この肉盛部21は、大径側端部11bの端面(入口側の端面)11eよりも少し(若干)下流側で隆起し始め、下流側に向かって徐々に高くなり、ブレード12の後縁TE付近で最も高くなって終了する突起である。
なお、図1中の破線は、肉盛部21が形成されていない従来のボス面を示している。
The built-up
In addition, the broken line in FIG. 1 has shown the conventional boss | hub surface in which the
窪み22は、肉盛部21の表面21aから半径方向内側(より詳しくは、回転軸線C)に向かって掘られた、平面視円形状を呈する複数個の穴である。また、この窪み22は、一のブレード12と、一のブレード12と隣り合う他のブレード12との間に形成された流路の中央部に、ブレード12の翼根に沿って複数個(本実施形態では2個)ずつ形成されている。
The
本実施形態に係るタービンホイール20によれば、ブレード12の前縁LEよりも下流側に少し(若干)離れた位置から後縁TEにかけて、ブレード12の翼高さを全体的に低減させる肉盛部21が設けられているとともに、各流路の中央部に、ボス11の重量を低減させる窪み22が形成されている。
これにより、ブレード12の翼根に発生する遠心応力およびボス11の中心部に発生する遠心応力を低減させることができるとともに、タービンホイール20全体の固有振動数を増加させることができて、タービンホイール20の許容回転数(最高回転数)をアップ(増加)させることができる。
According to the
Accordingly, the centrifugal stress generated at the blade root of the
また、本実施形態に係るタービンホイール20によれば、流路の中央部を肉盛部21の表面21aに沿って上流側から流れてきた(燃焼ガスの)主流の一部が窪み22内に入り込んで、窪み22内に循環流が形成されることとなる。
これにより、肉盛部21の表面21aに沿って流れる(燃焼ガスの)主流の剥離を低減させることができ、肉盛部21の表面21aに発生する境界層の拡大を抑制することができて、タービンホイール20内の損失を低減させることができるとともに、タービン効率の向上を図ることができる。
Further, according to the
Thereby, peeling of the main stream (combustion gas) flowing along the
さらに、本実施形態に係るタービンホイール20によれば、窪み22の抜き勾配が0度よりも大きくなるように、すなわち、窪み22の内径が肉盛部21の表面21aから半径方向内側に向かって徐々に小さくなるように設定されている。
これにより、精密鋳造での製作が可能となり、製造コストを抑制することができる。
Furthermore, according to the
Thereby, manufacture by precision casting becomes possible and manufacturing cost can be suppressed.
なお、本実施形態では、窪み22の抜き勾配が0度よりも大きくなるように設定しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、窪み22の抜き勾配を0度、すなわち、窪み22の内径が肉盛部21の表面21aから半径方向内側に向かって同一となるように設定することもできる。
また、窪み22の抜き勾配を0度としても、精密鋳造での製作が可能であり、製造コストを抑制することができる。
In the present embodiment, the draft angle of the
Further, even if the draft angle of the
本発明に係るタービンホイールの第3実施形態について、図3を参照しながら説明する。
図3に示すように、本実施形態に係るタービンホイール30は、窪み22の代わりに、連通穴31が設けられているという点で上述した第2実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第2実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
A third embodiment of the turbine wheel according to the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 3, the
連通穴31は、回転軸線Cに沿って延びるとともに、ボス11の背面11fと肉盛部21の表面21aとを連通する穴であって、各流路に対して少なくとも一つずつ設けられている。
The
本実施形態に係るタービンホイール30によれば、ボス11の背面11f側に存する(燃焼)ガスが連通孔31を通って流路内に流れ込むこととなる。
これにより、タービンホイール30内の損失をより低減させることができ、タービン効率の向上をさらに図ることができる。
According to the
As a result, the loss in the
また、本実施形態に係るタービンホイール30によれば、ブレード12の前縁LEよりも下流側に少し(若干)離れた位置から後縁TEにかけて、ブレード12の翼高さを全体的に低減させる肉盛部21が設けられているとともに、ボス11の重量を低減させる連通孔31が形成されている。
これにより、ブレード12の翼根に発生する遠心応力およびボス11の中心部に発生する遠心応力を低減させることができるとともに、タービンホイール30全体の固有振動数を増加させることができて、タービンホイール30の許容回転数(最高回転数)をアップ(増加)させることができる。
Further, according to the
Accordingly, the centrifugal stress generated at the blade root of the
なお、本発明はラジアルタービンのみに適用され得るものではなく、斜流タービンにも適用され得るものである。
また、図は全て背板付きのタービンホイールを示しているが、スカラップ付きタービンホイールにも適用可能である。
Note that the present invention can be applied not only to a radial turbine but also to a mixed flow turbine.
Moreover, although all the figures have shown the turbine wheel with a backplate, it is applicable also to a turbine wheel with a scallop.
そして、本発明に係るタービンホイールを備えたターボチャージャー(過給機)によれば、コンプレッサホイールの回転数をアップ(増加)させることができて、コンプレッサの圧力比をアップ(増加)させることができる。 And according to the turbocharger (supercharger) provided with the turbine wheel according to the present invention, it is possible to increase (increase) the rotation speed of the compressor wheel and to increase (increase) the pressure ratio of the compressor. it can.
10 タービンホイール
11 ボス
11a 表面
11f 背面
12 ブレード
13 肉盛部
20 タービンホイール
21 肉盛部
22 窪み
30 タービンホイール
31 連通孔
C 回転軸線
LE 前縁
TE 後縁
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記ブレードの翼高さが高くなり、かつ、前記ブレードの翼根に発生する遠心応力が高くなる領域に、前記翼高さを減少させる肉盛部が形成されていることを特徴とするタービンホイール。 A boss and a plurality of blades arranged radially on the surface of the boss, and the fluid flowing in the center direction from the nozzle arranged so as to surround the outer periphery of the boss changes the flow direction in the axial direction. A turbine wheel that rotates around the axis of rotation by flowing out,
A turbine wheel characterized in that a build-up portion for reducing the blade height is formed in a region where the blade height of the blade is high and the centrifugal stress generated in the blade root of the blade is high. .
前記ブレードの前縁近傍から後縁にかけて前記ブレードの翼高さを減少させる肉盛部が形成されており、かつ、前記ブレード間に、半径方向内側に向かって窪みが形成されていることを特徴とするタービンホイール。 A boss and a plurality of blades arranged radially on the surface of the boss, and the fluid flowing in the center direction from the nozzle arranged so as to surround the outer periphery of the boss changes the flow direction in the axial direction. A turbine wheel that rotates around the axis of rotation by flowing out,
A built-up portion for reducing the blade height of the blade is formed from the vicinity of the front edge to the rear edge of the blade, and a depression is formed between the blades inward in the radial direction. Turbine wheel.
前記ブレードの前縁近傍から後縁にかけて前記ブレードの翼高さを減少させる肉盛部が形成されており、かつ、前記ボスの背面と、前記ブレード間に形成された流路とを連通する連通孔が形成されていることを特徴とするタービンホイール。 A boss and a plurality of blades arranged radially on the surface of the boss, and the fluid flowing in the center direction from the nozzle arranged so as to surround the outer periphery of the boss changes the flow direction in the axial direction. A turbine wheel that rotates around the axis of rotation by flowing out,
A built-up portion for reducing the blade height of the blade is formed from the vicinity of the front edge of the blade to the rear edge, and communication is established between the back surface of the boss and the flow path formed between the blades. A turbine wheel having holes formed therein.
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