JP5479032B2

JP5479032B2 - タービンホイール

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Publication number: JP5479032B2
Application number: JP2009253773A
Authority: JP
Inventors: 隆雄横山; 雄志大迫; 豊隆吉田; 幹惠比寿
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-11-05
Filing date: 2009-11-05
Publication date: 2014-04-23
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Also published as: KR20110131252A; US9011097B2; CN102378849A; JP2011099366A; CN102378849B; EP2410126A1; EP2410126A4; US20130004321A1; EP2410126B1; WO2011055575A1

Description

本発明は、ガスタービンや内燃機関の排気ターボ過給機に用いられるタービンのタービンホイール構造に関するものである。特に、ラジアルタービンの背面側を切り欠いた所謂スカラップ形状からなるタービンホイールに関する。

ラジアルタービンには、ラジアルタービンの背面側を切り欠いて、所謂スカラップ部０１が形成されたスカラップ形状のタービンホイール（図８（ａ）参照）と、スカラップが形成されない円板状の背板０２付きのタービンホイール（図８（ｂ）参照）とが採用されている。
スカラップ形状のタービンホイールは、イナーシャルの低減、材料費低減、熱応力低減等の効果があるが、スカラップのない背板付きのタービンホイールに比べて過給機効率が低下する傾向がある。
しかし、近年の排ガス規制および燃費規制の強化に伴い、レスポンス改善の要求が強く、スカラップ形状のタービンホイールが見直されている。

スカラップ部が形成されてない背板付きのタービンホイールの先行技術として、特許文献１（特開２０００−１７０５４１号公報）が提案されている。また、スカラップ形状のタービンホイールの先行技術として、特許文献２（特開平１０−１３１７０４号公報）、特許文献３（特開２００３−２０１８０２号公報）が提案されている。

特許文献１には、円板状背板の外径を翼部の外径と略一致するように形成して、タービンロータの強度を向上させること、さらに、タービンロータと壁部との隙間が塞がれるため、タービンロータの裏面側への漏れをなくして漏れ損失を低減する技術が開示されている。

また、特許文献２には、図９に示すように、タービンホイール０３の翼部０４の背面側に設けられる主板０５にスカラップ部０６が形成され、該スカラップ部０６の最小半径部０８を翼部０４、０４間の中央から負圧面０１２側に偏らせ、スカラップ形状を翼部０４の左右で非対称とすることが示され、これによって、翼部０４の圧力面０１３と主板０５面とのなす角度を鋭角とし、この部分における損失係数を大きくして圧力面０１３側から負圧面０１２側に漏れる流れに対して、流れにくいように形成し漏れによる効率低下を防止する技術が開示されている。

さらに、特許文献３には、図１０に示すように、タービンホイール０２０のスカラップ部０２１が形成される円形主板０２２の中心から前記スカラップ部０２１の縁部までの距離が最小である最小半径部分が、一つの翼０２４の負圧面０２６とこれに隣接する翼の圧力面０２８との間の周方向距離の半分よりも前記圧力面０２８側に位置決めされており、それにより、前記スカラップ部０２１が翼０２４の負圧面０２６とこれに隣接する翼の圧力面０２８との間で非対称になるようにし、負圧面０２６側のスカラップ部０２１におけるコーナー渦の発生を抑えてタービン効率を向上する技術が示されている。

特開２０００−１７０５４１号公報特開平１０−１３１７０４号公報特開２００３−２０１８０２号公報

前記特許文献２、３に示されるスカラップ形状は、いずれも左右の翼間内で非対称形状として、スカラップの最小半径部分を負圧面側あるいは圧力面側に偏らせているが、図９においてはスカラップ部０６を主板０５側、つまりスカラップ部０６の内径側をなだらかに傾斜させる形状が示されており、また図１０においても、同様に、スカラップ部０２１の主板０２２側になだらかに傾斜させる形状である。そして、翼の先端部分においてはスカラップの幅は翼の板厚と略同等の幅となっている。

しかし、流入排ガスに最も晒される翼の先端部分におけるスカラップ形状については何ら改良がされておらず、これら特許文献１、２においては、圧力面側から負圧面側への背面漏れ流れを抑制して過給機効率を向上する形状として十分ではなく、さらなる改良が望まれおり、本出願人は、スカラップ形状の各部位における背面漏れ流れの影響を、実験計画法を用いて解析し、スカラップの先端（前縁）部分を幅広にすることが効果的であることを見出した。
そこで、本発明は、前記知見を基にスカラップの先端部分の幅を増大させることによって、背面漏れ流れを抑制して過給機効率を向上するタービンホイールを提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明の第１の発明は、複数の翼を備えると共にこれら複数の翼の各翼の負圧面とこれに隣接する翼の圧力面との間の背板側を切り欠くことによりスカラップ形状に形成されたタービンホイールにおいて、前記スカラップ形状の径方向先端部に、翼負圧面側に翼肉厚より拡幅した負圧側張り出し部が形成されることを特徴とする。

かかる発明によれば、スカラップの先端部の翼負圧面側の幅を拡幅した負圧側張り出し部によって、翼の圧力面側から負圧面側への背面漏れ流れを効果的に防止できる。

図２に示すように、スカラップの各位置（圧力面入口ａ、圧力面中央ｂ、圧力面隅ｃ、最小径ｄ、負圧面隅ｅ、負圧面中央ｆ、負圧面入口ｇ）における検出値を基に、実験計画法を用いて解析した結果によると、負圧面入口ｇ部分（図２は点線領域）が最も影響力があることを見つけ出した。

従って、このスカラップの先端部の翼負圧面側の幅を拡大する負圧側張り出し部を形成することで、効果的に背面漏れ流れを防止することができる。また、この先端部の張り出し形状は、従来技術で示したスカラップ形状と比較しても、タービンホイールの慣性モーメントの大幅な増加をもたらすような形状ではなく、応答性の悪化を生じることなく、背面漏れ流れを効率よく抑えてタービン効率の向上が可能になる。

なお、負圧側張り出し部の形状としては、先端部だけを張り出してもよく、または先端部を根本側より幅広に張り出すようにしてもよく、また根元まで帯状に張り出してもよい。先端部だけを張り出すようにすれば、軽量化によって慣性モーメントの増加をさらに抑えて、応答性を改善するとともにタービンホイールに作用する応力の低減効果をより一層得ることができる。

ここで、翼を挟んで圧力面側と負圧面側との圧力差の状態と、張り出し部による圧力差の低減状態を図３（ｂ）、図５（ｂ）、図６（ｂ）を参照して説明する。
図３（ｂ）が、負圧面側に張り出し部がある場合を示し、図５（ｂ）が、圧力面側に張り出し部がある場合を示し、図６（ｂ）が圧力面側と負圧面側との両方に張り出し部がある場合をそれぞれ示すものである。

第１の発明は、図３（ｂ）に示すように、従来圧力差ΔＰすなわちスカラップの張り出し部がない場合に対して、改良後の圧力差ΔＱ１となり、圧力差がΔＰからΔＱ１に低下することで、背面漏れ流れを低下できることが分かる。

次に、本発明の第２の発明は、複数の翼を備えると共にこれら複数の翼の各翼の負圧面とこれに隣接する翼の圧力面との間の背板側を切り欠くことによりスカラップ形状に形成されたタービンホイールにおいて、前記スカラップ形状の径方向先端部に、翼圧力面側に翼肉厚より拡幅した圧力側張り出し部が形成されることを特徴とする。

かかる第２の発明によれば、第１の発明と同様に、先端部の張り出しによって、タービンホイールの慣性モーメントの大幅な増加による応答性の悪化を生じることなく、背面漏れ流れを効率よく抑えてタービン効率の向上が可能になる。
また、圧力面側張り出し部の形状としては、先端部だけを張り出してもよく、または先端部を根本側より幅広に張り出すようにしてもよく、また根元まで帯状に張り出してもよい。先端部だけを張り出すようにすれば、軽量化によって慣性モーメントの増加をさらに抑えて、応答性を改善するとともにタービンホイールに作用する応力の低減効果をより一層得ることができる。

図５（ｂ）に示すように、従来圧力差ΔＰすなわちスカラップがない背板付きの場合に対して、改良後の圧力差ΔＱ２となり、圧力差がΔＰからΔＱ２に低下することで、背面漏れ流れを低下できることが分かる。
ただし、圧力差ΔＱ２は第１発明の圧力差ΔＱ１ほど低下されない。これは、翼の圧力側と負圧側との静圧力特性から得られるものであり、負圧面側の翼面近傍での圧力変化特性が大きいことによるものである。

次に、本発明の第３の発明は、複数の翼を備えると共にこれら複数の翼の各翼の負圧面とこれに隣接する翼の圧力面との間の背板側を切り欠くことによりスカラップ形状に形成されたタービンホイールにおいて、前記スカラップ形状の径方向先端部に、翼圧力面側および負圧面側に翼肉厚より拡幅した圧力側張り出し部および負圧側張り出し部が形成されることを特徴とする。

かかる第３発明によれば、図６（ｂ）に示すように、従来圧力差ΔＰすなわちスカラップがない背板付きの場合に対して、改良後の負圧面側の圧力差と、圧力面側の圧力差との合計分ΔＱ３がΔＰから低下することで、背面漏れ流れを低下できることが分かる。この翼の圧力面側と負圧面側との両方に設置する場合が最も低減効果が大きく、背面漏れ流れを大きく防止できる。

また、前記第１、第２、第３の発明において、好ましくは、前記圧力側張り出し部または負圧側張り出し部の張り出し幅は、前記スカラップの高さの略９０％の高さにおいて隣り合う翼間のピッチの１／２０〜１／３の範囲に設定されるとよい。

かかる構成によれば、スカラップの先端部における具体例として、図３（ａ）に示すように、スカラップの張り出し幅は、スカラップの高さＨの略９０％の高さにおいて隣り合う翼間のピッチＰの１／２０〜１／３の範囲に設定されるとよく、さらに好ましくは１／１２以上であることが好ましい。
隣り合う翼間ピッチＰの１／２０より小さい幅であると、図３（ｂ）で示すようにΔＱ１の圧力差が得られず、低減効果（ΔＰ−ΔＱ１）が得られにくく、かつ、１／３より大きくなると、差圧低減効果において大きな差異が生じなく、しかも慣性モーメントが増加するため、スカラップ形状を採用するメリットが得られない。
そのため、１／３以下に抑えることが好ましいが、１／１２以上でより強い低減効果が得られた。

また、前記第１、第２、第３の発明において、好ましくは、前記圧力側張り出し部または負圧側張り出し部は、張り出し幅が先端部から根元部にかけて略同一の張り出し量によって帯状に形成されるとよい。
このように、先端部から根元部にかけて略同一の張り出し量による帯状の張り出し部によって圧力側張り出し部または負圧側張り出し部を形成するため、鋳造や溶接等よる張り出し部の加工製造が容易になる。

また、前記第１、第２、第３の発明において、好ましくは、前記圧力側張り出し部または負圧側張り出し部のいずれ一方または両方の裏面に対向配置される背面壁部に径方向または螺旋方向に溝を形成し、前記翼の裏面と翼の裏面に対向配置された前記背面壁部との間における背面圧力を上昇させるように構成するとよい。

このように、翼の裏面に対向配置された前記背面壁部との間における背面圧力が上昇させるため、翼の圧力面側から負圧面側への背面漏れ流れを低減することができ、前記圧力側張り出し部または負圧側張り出し部の張り出し効果に加えて、一層背面漏れ流れの低減効果が得られる。

本発明によれば、スカラップの先端部の翼負圧面側の幅を拡幅した負圧側張り出し部、または、翼圧力面側の幅を拡張したに圧力側張り出し部よって、翼の圧力面側から負圧面側への背面漏れ流れを効果的に防止でき、背面漏れ流れを抑制して過給機効率を向上するタービンホイールを提供することができる。

タービンホイールの回転軸心線の上半分を示す模式断面図である。図１のＡ矢視方向の正面図を示し、スカラップ形状の解析位置を示す説明図である。（ａ）は第１実施形態のスカラップ形状を示し、（ｂ）は翼の圧力面側と負圧面側との差圧状態を示す説明である。第１実施形態による漏れ流れ低減効果の確認結果を示す説明図である。（ａ）は第２実施形態のスカラップ形状を示し、（ｂ）は翼の圧力面側と負圧面側との差圧状態を示す説明である。（ａ）は第３実施形態のスカラップ形状を示し、（ｂ）は翼の圧力面側と負圧面側との差圧状態を示す説明である。第４実施形態を示す説明図であり、（ａ）は溝の断面形状を示し、（ｂ）は螺旋状の一例を示す説明図である。従来技術の説明図であり、（ａ）はスラカップ付きのタービンホイールの外観斜視図であり、（ｂ）はスカラップのない円形背板付きのタービンホイールの外観斜視図である。従来技術を示す説明図である。従来技術を示す説明図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態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い。

（第１実施形態）
図１〜図４を参照して本発明の第１実施形態ついて説明する。
図１は、排気ターボ過給機におけるタービンホイール１の回転軸心線の上半分を模式的に示した断面図である。
図１において、タービンホイール１は、次のように構成されている。ハブ部３と、ハブ部３の外周面上に固定された複数枚の翼部（動翼）５と、ロータ軸７とを備えている。ロータ軸７とハブ部３とは一体成形されていてもよい。ハブ部３とロータ軸７とは回転軸心線９に対して同軸上に設けられ、また、各翼部５はハブ部３の外周面上に所定の間隔をおいて形成されており、排ガスがＦ１から流入して、Ｆ２へ流出する際に排ガスが翼部５に沿いながら流れて、排ガスの流れによって翼部５を周方向に押して排ガスのエネルギーが効率よくハブ部３からロータ軸７へと伝達するように形成されている。

また、翼部５の外周側には翼部５を収容するケーシング部材１１が設けられ、ケーシング部材１１には翼部５の入口に排ガスを導く入口通路１３が形成され、さらに翼部５の背面側すなわちハブ部３のロータ軸７側には、翼部５の背面に対向するように背面壁部を構成するバックプレート１５が設けられている。

また、スカラップ部１７が、翼部５の背面側、すなわちハブ部３のロータ軸７側に形成されている。このスカラップ部の形状は、図１のＡ矢視方向の正面図として、図２、および図３（ａ）に示す。隣接する翼部５、５の間において一方の翼部５の圧力面１９側と、他方の翼部５の負圧面２１側との間に切欠かれたスカラップ部１７が形成される。

ここで、翼部５の背面側とバックプレート１５との間の隙間２３を通しての排ガス流れについて説明する。
入口通路１３から翼部５の先端（前縁）に流入する排ガスの一部は、図１の矢印Ｂで示すように、翼部５の背面側とバックプレート１５との間の隙間２３を抜けて、ロータ軸７側に漏れる。また、翼部５の圧力面１９側と、該翼部５の反対面の負圧面２１との間には圧力差があるため、翼部５の背面側とバックプレート１５との間の前記隙間２３を通って圧力面１９側から負圧面２１側に排ガスが抜けてしまい、圧力面１９側のエネルギー低下をもたらすとともに、負圧面２１側に流れた漏れ流れが負圧面２１側を流れる主流に対して流動ひずみを発生させることでさらに主流による回転駆動のエネルギー低下をももたらすおそれがあった。

この翼部背面を通って、圧力面側から負圧面側への漏れ流れに対する抑制手段として、翼部５の背面側に形成されるスカラップの張り出し幅を拡大することで、翼部５の背面側を通って圧力面側から負圧面側に排ガスが抜けることを防止する。

さらに、本発明では、スカラップの張り出し幅を拡大する位置について効果的な部位とするために、翼部５の高さ方向位置を制御因子として実験計画法を用いて感度分析を行った。制御因子としては図２で示すように、圧力面入口ａ、圧力面面中央ｂ、圧力面隅ｃ、最小径ｄ、負圧面隅ｅ、負圧面中央ｆ、負圧面入口ｇのように設定した。感度分析の結果によると、負圧面入口ａが最も影響度が大きい結果が得られた。

すなわち、入口点は排ガス流が衝突する位置であるため、排ガスのエネルギーが高く、背面の漏れ流れが多い、また、負圧面２１側は、図３（ｂ）に示すように静圧力分布特性が圧力面１９側に比べて周方向の変化に対して大きく変化する特性のため周方向に拡幅したスカラップによって圧力面１９側と負圧面２１側との差圧を効果的に抑制できる。

以上の解析結果及び知見に基づいて、スカラップ部１７の形状を、図３（ａ）に示すように、翼部５の負圧面２１側に張り出し、少なくとも翼部５の先端部を拡幅するようにした負圧側張り出し部２５を形成する。この負圧側張り出し部２５は、翼部５の負圧面２１側を張り出し幅Ｃだけ拡大し、この拡大幅が翼部５の先端部から根元部にかけて略同一の張り出し量によって帯状に形成されている。

張り出し幅Ｃは、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、翼部５の外径Ｄ１、内径に相当するスカラップ径Ｄ２とすると、スカラップの高さＨは、（Ｄ１−Ｄ２）／２となり、このスカラップの高さＨの略９０％の位置において隣り合う翼間のピッチの１／２０〜１／３の範囲に設定する。例えば、翼枚数を１０とすると、１／２０以上、つまり１．８°以上幅がないと効果が得られず、より好ましくは、１／１２以上、つまり、３．０°以上幅があると効果的である。

張り出し幅Ｃは、隣り合う翼間ピッチＰの１／２０より小さい幅であると、図３（ｂ）で示すようにΔＱ１の圧力差が得られず、低減効果（ΔＰ−ΔＱ１）が得られにくく、かつ、１／３より大きくなると、差圧低減効果において大きな差異が生じなく、しかも慣性モーメントが増加するため、スカラップ形状を採用するメリットが得られない。
そのため、１／３以下に抑えることが好ましいが、１／１２以上でより強い低減効果が得られる。

この図３（ｂ）についてさらに説明する。この図３（ｂ）は、翼部５の圧力面１９側および負圧面２１側の静圧力分布特性を示し、縦軸に静圧力分布を、横軸に周方向位置を示す。なお、圧力面側および負圧面側の周方向における位置関係が図３（ａ）と逆になっているが、図３（ｂ）に示す特性には変化はない。すなわち静圧力分布特性は圧力面側に比べて負圧面側は周方向に対して大きく変化する特性を示し、負圧面側の周方向に拡幅したスカラップの方が圧力面側と負圧面側との差圧を効果的に抑制できることを示している。

具体的には、従来圧力差ΔＰすなわちスカラップの張り出し部がない場合に対して、負圧面側に拡幅した場合は圧力差ΔＱ１となり、圧力差がΔＰからΔＱ１に低下することで、背面漏れ流れを低下できることが分かる。また、圧力面側の周方向に拡幅する場合の、後述する第２実施形態の圧力差ΔＱ２より大きい差圧低減効果が得られることが分かる。

図４に第１実施形態による漏れ流れの低減効果の確認試験結果を示す。図４の縦軸には漏れ流れの流速を示し、横軸にはスカラップ径位置（高さ）が示されている。先端部側での漏れ流れの流速が大きく低下していることが確認できるとともに全体としても漏れ流れの低減効果を確認できた。なお、図４の点線がスカラップの張り出し部がない場合を示し実線が第1実施形態の結果を示す。

以上のように、第１実施形態によると、スカラップ部１７の先端部の負圧面２１側の幅を拡幅した負圧側張り出し部２５によって、翼部５の圧力面１９側から負圧面２１側への背面漏れ流れを効果的に防止できる。
また、負圧側張り出し部２５は先端部から根元まで帯状に張り出したものとしたが、張り出し幅Ｃを保持して先端部だけ、または先端部を根本側より幅広に張り出すようにしてもよく、この場合には軽量化によって慣性モーメントの増加をさらに抑えて、応答性を改善するとともにタービンホイール１に作用する応力の低減効果をさらに得ることができる。

（第２実施形態）
次に、図５（ａ）、（ｂ）を参照して第２実施形態を説明する。なお、第１実施形態で説明した構成部材と同一のものには同一符号を付して説明を省略する。
第２実施形態は、スカラップ部３０の形状を、図５（ａ）に示すように、翼部５の圧力面１９側に張り出し、少なくとも翼部５の先端部を拡幅するようにして圧力側張り出し部３２を形成する。
この圧力側張り出し部３２は、翼部５の圧力面側を張り出し幅Ｅだけ拡大し、この拡大幅が翼部５の先端部から根元部にかけて略同一の張り出し量によって帯状に形成されている。また、張り出し幅Ｅの設定条件は、第１実施形態の張り出し幅Ｃと同様である。

このように構成することによって、図５（ｂ）に示すように、従来圧力差ΔＰすなわちスカラップの張り出し部がない場合に対して、改良後の圧力差ΔＱ２となり、圧力差がΔＰからΔＱ２に低下することで、背面漏れ流れを低下できることが分かる。
ただし、圧力差ΔＱ２は第１実施形態の圧力差ΔＱ１ほど低下されない。これは、第１実施形態で説明したように翼部５の圧力側と負圧側との静圧力特性から得られるものであり、負圧面側の翼面近傍での圧力変化特性が大きいことによるものである。

第２実施形態においても、前記第１実施形態と同様に、先端部の張り出しによって、イナーシャルの増加を抑えて応答性を改善しつつ、背面漏れ流れを効率よく抑えてタービン効率の向上が可能になる。
また、圧力側張り出し部３２は先端部から根元まで帯状に張り出したものとしたが、張り出し幅Ｅを保持して先端部だけ、または先端部を根本側より幅広に張り出すようにしてもよいことは、前記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
次に、図６（ａ）、（ｂ）を参照して第３実施形態を説明する。なお、他の実施形態で説明した構成部材と同一のものには同一符号を付して説明を省略する。
第３実施形態は、スカラップ部４０の形状を、図６（ａ）に示すように、翼部５の圧力面１９側と負圧面２１側との両方に張り出し、少なくとも翼部５の先端部を拡幅するようにして圧力側張り出し部４２および負圧側張り出し４４を形成する。

この両圧力側張り出し部４２、４４は、翼部５の負圧面２１側を張り出し幅Ｃだけ拡大し、さらに圧力面１９側を張り出し幅Ｅだけ拡大し、この拡大幅がそれぞれ翼部５の先端部から根元部にかけて略同一の張り出し量によって帯状に形成されている。また、張り出し幅Ｃ、Ｅの設定においては、第１実施形態、第２実施形態と同様である。

このように構成することによって、図６（ｂ）に示すように、従来圧力差ΔＰすなわちスカラップの張り出し部がない場合に対して、改良後の負圧面側の圧力差と、圧力面側の圧力差との合計分ΔＱ３がΔＰから低下することで、背面漏れ流れを低下できることが分かる。この翼の圧力面側と負圧面側との両方に設置する場合が最も低減効果が大きく、背面漏れ流れを大きく防止できる。

従って、第３実施形態においては、第１実施形態および第２実施形態に比べて、張り出し部の増大によって、慣性モーメントが増加傾向にあるが、帯状の張り出し部に代えて翼部５の先端部分だけを拡幅したり、先端部分を根本部よりも拡幅するように形成することで、すなわち、山形ではなく、翼部５の両側にほぼ平行で先端部が円弧状の長円形となるような形状とすることで、両側に慣性モーメントの増加を抑えつつ、背面漏れ流れを大きく防止できるようになる。

（第４実施形態）
次に、図７（ａ）、（ｂ）を参照して第４実施形態を説明する。なお、他の実施形態で説明した構成部材と同一のものには同一符号を付して説明を省略する。
圧力側張り出し部３２または負圧側張り出し部２５のいずれ一方または両方の裏面に対向配置される背面壁部であるバックプレート１５は、環形状に形成されており、該バックプレート１５の径方向にまたは螺旋方向に溝が形成されている。そして、翼部５の裏面とバックプレート１５との間における背面圧力を上昇させるようになっている。

すなわち、翼部５の裏面に対向配置されたバックプレート１５の表面に、図７（ａ）に示すような翼部５の回転方向に対してテーパ溝５０が、翼部５の径方向に延びて、環形状の全周にわたって形成されている。また、径方向でなく、図７（ｂ）のように、翼部５の回転方向に螺旋状に湾曲してもよい。
このように、翼部５が回転することで誘起する周方向の流れによって、テーパ溝５０で圧力勾配が発生し、翼部５の背面側、またはスカラップの張り出し部の背面側の圧力を上昇させる。この圧力上昇によって、さらにテーパ状の溝が漏れ流れ方向に対して垂直方向に配置される関係によって、翼部５の背面を通って圧力面１９側から負圧面２１側へ流れる背面漏れ流れを抑えることができる。

さらに、前記第１実施形態、第２実施形態、および第３実施形態の圧力側張り出し部２５、３２、４２、４４の作用効果に本第４実施形態の作用効果が加わることで、一層背面漏れ流れの低減効果が得られる。
また、第４実施形態においては、テーパ溝５０をバックプレート１５側に形成したが、翼部５の背面およびスカラップの張り出し部の背面側に形成してもよいことは勿論である。

本発明によれば、スカラップの先端部の翼負圧面側の幅を拡幅した負圧側張り出し部、または、翼圧力面側の幅を拡張したに圧力側張り出し部よって、翼の圧力面側から負圧面側への背面漏れ流れを効果的に防止でき、背面漏れ流れを抑制して過給機効率を向上できるので、スカラップ形状のタービンホイールへの適用に適している。

１タービンホイール
５翼部（翼）
７ロータ軸
９回転軸心線
１１ケーシング部材
１３入口通路
１５バックプレート（背面壁部）
１７、３０、４０スカラップ部
１９圧力面
２１負圧面
２５、４４負圧側張り出し部
３２、４２圧力側張り出し部
５０テーパ溝
Ｃ、Ｅ張り出し幅
Ｈスカラップの高さ

Claims

複数の翼を備えると共にこれら複数の翼の各翼の負圧面とこれに隣接する翼の圧力面との間の背板側を切り欠くことによりスカラップ形状に形成されたタービンホイールにおいて、
前記スカラップ形状の径方向先端部の翼負圧面側にのみ、翼肉厚より拡幅した負圧側張り出し部が形成されるとともに、前記負圧側張り出し部の裏面に対向配置される背面壁部に径方向または螺旋方向に溝を形成し、翼の裏面と前記背面壁部との間における背面圧力を上昇させることを特徴とするタービンホイール。
複数の翼を備えると共にこれら複数の翼の各翼の負圧面とこれに隣接する翼の圧力面との間の背板側を切り欠くことによりスカラップ形状に形成されたタービンホイールにおいて、
前記スカラップ形状の径方向先端部の翼圧力面側にのみ、翼肉厚より拡幅した圧力側張り出し部が形成されるとともに、前記圧力側張り出し部の裏面に対向配置される背面壁部に径方向または螺旋方向に溝を形成し、翼の裏面と前記背面壁部との間における背面圧力を上昇させることを特徴とするタービンホイール。
複数の翼を備えると共にこれら複数の翼の各翼の負圧面とこれに隣接する翼の圧力面との間の背板側を切り欠くことによりスカラップ形状に形成されたタービンホイールにおいて、
前記スカラップ形状の径方向先端部の翼圧力面側および負圧面側のそれぞれに、翼肉厚より拡幅した圧力側張り出し部および負圧側張り出し部が形成され、一の翼の圧力面側に形成された前記圧力側張り出し部の根元側の先端と、隣接する他の翼の負圧面側に形成された前記負圧側張り出し部の根元側の先端とが離間するとともに、前記圧力側張り出し部または負圧側張り出し部のいずれ一方または両方の裏面に対向配置される背面壁部に径方向または螺旋方向に溝を形成し、翼の裏面と前記背面壁部との間における背面圧力を上昇させることを特徴とするタービンホイール。
前記圧力側張り出し部または負圧側張り出し部の張り出し幅は、前記スカラップの高さの略９０％の高さにおいて隣り合う翼間のピッチの１／２０〜１／３の範囲に設定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のタービンホイール。
前記圧力側張り出し部または負圧側張り出し部は、張り出し幅が先端部から根元部にかけて略同一の張り出し量によって帯状に形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のタービンホイール。
複数の翼を備えると共にこれら複数の翼の各翼の負圧面とこれに隣接する翼の圧力面との間の背板側を切り欠くことによりスカラップ形状に形成されたタービンホイールにおいて、
前記スカラップ形状の径方向先端部の翼負圧面側にのみ、翼肉厚より拡幅した負圧側張り出し部が形成されるとともに、該負圧側張り出し部の張り出し幅は、前記スカラップの高さの略９０％の高さにおいて隣り合う翼間のピッチの１／２０〜１／３の範囲に設定されることを特徴とするタービンホイール。
複数の翼を備えると共にこれら複数の翼の各翼の負圧面とこれに隣接する翼の圧力面との間の背板側を切り欠くことによりスカラップ形状に形成されたタービンホイールにおいて、
前記スカラップ形状の径方向先端部の翼圧力面側にのみ、翼肉厚より拡幅した圧力側張り出し部が形成されるとともに、該圧力側張り出し部の張り出し幅は、前記スカラップの高さの略９０％の高さにおいて隣り合う翼間のピッチの１／２０〜１／３の範囲に設定されることを特徴とするタービンホイール。
複数の翼を備えると共にこれら複数の翼の各翼の負圧面とこれに隣接する翼の圧力面との間の背板側を切り欠くことによりスカラップ形状に形成されたタービンホイールにおいて、
前記スカラップ形状の径方向先端部の翼圧力面側および負圧面側のそれぞれに、翼肉厚より拡幅した圧力側張り出し部および負圧側張り出し部が形成され、該圧力側張り出し部または該負圧側張り出し部の張り出し幅は、前記スカラップの高さの略９０％の高さにおいて隣り合う翼間のピッチの１／２０〜１／３の範囲に設定されるとともに、一の翼の圧力面側に形成された前記圧力側張り出し部の根元側の先端と、隣接する他の翼の負圧面側に形成された前記負圧側張り出し部の根元側の先端とが離間し、該圧力側張り出し部の根元側の先端と該負圧側張り出し部の根元側の先端との間には前記圧力側張り出し部および前記負圧側張り出し部のいずれも形成されていないことを特徴とするタービンホイール。