JP6200350B2 - Radial turbine or mixed flow turbine - Google Patents
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Description
本開示は、ラジアルタービン又は斜流タービンに関する。 The present disclosure relates to radial turbines or mixed flow turbines.
自動車用エンジンに搭載されるターボチャージャ、発電用エンジンに用いられるエキスパンジョンタービン、並びに小型ガスタービン等の分野において、タービン回転数及びタービン出力を可変とし、あるいはエンジンの出力変化に対して高い応答性を発揮するために、タービンに導入する排気ガスの流量を調整可能な可変機構を備えるラジアルタービンや斜流タービンが公知である。 In the fields of turbochargers mounted on automobile engines, expansion turbines used in power generation engines, and small gas turbines, the turbine rotation speed and turbine output can be made variable, or high response to engine output changes. In order to demonstrate the performance, a radial turbine and a mixed flow turbine having a variable mechanism capable of adjusting the flow rate of exhaust gas introduced into the turbine are known.
例えば特許文献1には、タービンハウジングのノズル部に可変ノズルからなる可変機構が設けられてなる可変容量型ターボチャージャが開示されている。この可変ノズルは、タービンハウジングのノズル部において周方向に配置された複数のノズル翼と、この複数のノズル翼を回動させるアクチュエータとから構成される。
For example,
また特許文献2には、排気ガスが流れる2つのスクロール流路を有する所謂ツインスクロール型ターボチャージャにおいて、上記可変機構として、2つのスクロール流路を流れる排気ガスの流量を調整する流量調整機構を備えたターボチャージャが開示されている。この種のツインスクロール型ターボチャージャでは、最大流量時には両方のスクロール流路に設計流量相当の排気ガスを流し、最小流量時には一方のスクロール流路からのみ排気ガスを流し、他方のスクロール流路には排気ガスを流さない。そして、中間流量時には、一方のスクロール流路には設計流量相当の排気ガスを流し、他方のスクロール流路を流れる排気ガスの流量を調整するように構成される。
Further, in
また特許文献3には、ノズル部に加えてシュラウド部に設けられたノズル孔からも排気ガスを導入可能な構成を有するターボ過給機において、上記可変機構として、シュラウド部に設けられたノズル孔を流れる排気ガスの流量を調整する流量調整機構を備えた過給機が開示されている。
Further, in
しかしながら、上述した特許文献1に開示されている可変容量型ターボチャージャでは、高温の排気ガスの影響による熱変形に対応するために、ノズル翼とハウジング内壁面との隙間を大きく確保する必要がある。よって、この隙間から排気ガスが漏れることでタービン効率が低下してしまうとの問題がある。また、可変ノズルという可動部材を高温の排気ガスが流れるノズル部に用いるため、固定部材を用いる場合と比べて破損等のトラブルが生じるリスクが高いとの問題がある。
However, in the variable capacity turbocharger disclosed in
また、上述した特許文献2に開示されているターボチャージャでは、2つのスクロール流路のノズル出口がタービン軸方向に隣接しているため、最小流量時や中間流量時において、圧力の高い一方のノズル出口から圧力の低い他方のノズル出口へと排気ガスが流れる逆流現象が生じ、これにより圧力損失が発生してタービン効率が低下するとの問題がある。
Further, in the turbocharger disclosed in
また、上述した特許文献3に開示されているターボ過給機では、特にシュラウド部に設けられたノズル孔から排気ガスを流さない場合において、このノズル孔によって圧力損失が発生してタービン効率が低下するとの問題がある。
Further, in the turbocharger disclosed in
本発明の少なくとも一つの実施形態は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、破損等のトラブルが生じるリスクが低く、広い流量範囲において高いタービン効率を発揮するラジアルタービン又は斜流タービンを提供することにある。 At least one embodiment of the present invention has been made in view of the conventional problems as described above, and the object thereof is low risk of occurrence of trouble such as breakage and high turbine efficiency in a wide flow range. It is an object to provide a radial turbine or a mixed flow turbine that exhibits the following.
本発明の少なくとも一つの実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービンは、
(1)
排気ガスが流れる渦巻き状または環状のスクロール空間が内部に形成されるタービンハウジング、を含むケーシングと、
前記ケーシング内に回転可能に収容される回転軸と、該回転軸に固定され、先端側に向けて連続的に半径が小さくなるように構成されたハブと、該ハブの周面から径方向に突出して設けられる複数の翼と、からなるタービン動翼と、
前記タービン動翼のタービン動翼入口の周囲に形成される前記スクロール空間をタービン軸方向に分割することで、シュラウド側スクロール流路とハブ側スクロール流路の2つのスクロール流路を形成する分割壁と、を備え、
前記シュラウド側スクロール流路と前記タービン動翼入口との間には、前記シュラウド側スクロール流路を臨むノズル入口を有する、前記シュラウド側スクロール流路を流れる前記排気ガスを前記タービン動翼入口に導くためのシュラウド側ノズル流路が周方向に複数形成され、
前記ハブ側スクロール流路と前記タービン動翼入口との間には、前記ハブ側スクロール流路を臨むノズル入口を有する、前記ハブ側スクロール流路を流れる前記排気ガスを前記タービン動翼入口に導くためのハブ側ノズル流路が周方向に複数形成され、
複数の前記シュラウド側ノズル流路のノズル出口及び複数の前記ハブ側ノズル流路のノズル出口の各々が、前記タービン動翼入口に対して半径方向に対向し、且つ、前記タービン軸方向における同一軸方向位置において周方向に交互に配置されることで環状のノズル出口部が構成される。
A radial turbine or mixed flow turbine according to at least one embodiment of the present invention includes:
(1)
A casing including a turbine housing in which a spiral or annular scroll space through which exhaust gas flows is formed;
A rotating shaft that is rotatably accommodated in the casing, a hub that is fixed to the rotating shaft and configured to continuously decrease in radius toward the distal end side, and radially from the peripheral surface of the hub A plurality of blades provided in a protruding manner, and a turbine blade comprising:
A dividing wall that forms two scroll channels, a shroud-side scroll channel and a hub-side scroll channel, by dividing the scroll space formed around the turbine rotor blade inlet of the turbine blade in the turbine axial direction. And comprising
Between the shroud side scroll passage and the turbine blade inlet, a nozzle inlet facing the shroud side scroll passage is provided, and the exhaust gas flowing through the shroud side scroll passage is guided to the turbine blade inlet. A plurality of shroud side nozzle flow paths are formed in the circumferential direction,
Between the hub side scroll flow path and the turbine blade inlet, a nozzle inlet facing the hub side scroll flow path is provided, and the exhaust gas flowing through the hub side scroll flow path is guided to the turbine blade inlet. A plurality of hub side nozzle flow paths for the circumferential direction are formed,
Each of the nozzle outlets of the plurality of shroud-side nozzle passages and the nozzle outlets of the plurality of hub-side nozzle passages is radially opposed to the turbine rotor blade inlet, and has the same axis in the turbine axial direction. An annular nozzle outlet is configured by being alternately arranged in the circumferential direction at the direction position.
上記(1)に記載のラジアルタービン又は斜流タービンによれば、複数のシュラウド側ノズル流路のノズル出口と、複数のハブ側ノズル流路のノズル出口の各々が、タービン動翼入口に対して半径方向に対向し、且つ、タービン軸方向における同一軸方向位置において周方向に交互に隣接して配置されることで環状のノズル出口部が構成される。このため、特許文献2に開示されているような2つのスクロール流路のノズル出口がタービン軸方向に隣接しているものと比べて、圧力の高い一方のノズル出口から圧力の低い他方のノズル出口へと排気ガスが流れる逆流現象が抑制される。これにより、圧力損失の発生に伴うタービン効率の低下を防ぐことが出来る。
According to the radial turbine or the mixed flow turbine described in (1) above, each of the nozzle outlets of the plurality of shroud side nozzle channels and the nozzle outlets of the plurality of hub side nozzle channels is connected to the turbine blade inlet. The annular nozzle outlets are configured by opposing each other in the radial direction and alternately adjacent in the circumferential direction at the same axial position in the turbine axial direction. For this reason, compared with what the nozzle exit of two scroll flow paths as disclosed by
また、上記(1)に記載のラジアルタービン又は斜流タービンによれば、特許文献1に開示されているような可変ノズルを設ける可変容量タービンとは異なり、ノズル部には可動部材を設けない。このため、可動部材と壁面の隙間からの漏れ流れによるタービン効率の低下の問題は生じない。また、高速・高温の排気ガスが流れるノズル部に可動部材を設けないため、破損等のリスクが低く、構造的な信頼性が高い。
Further, according to the radial turbine or the mixed flow turbine described in the above (1), unlike the variable capacity turbine provided with the variable nozzle as disclosed in
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)のラジアルタービン又は斜流タービンにおいて、上記シュラウド側スクロール流路及びハブ側スクロール流路の少なくともいずれか一方を流れる排気ガスの流量を調整可能な流量調整機構をさらに備えている。 (2) In some embodiments, in the radial turbine or the mixed flow turbine of (1), the flow rate of the exhaust gas flowing through at least one of the shroud-side scroll flow path and the hub-side scroll flow path can be adjusted. A flow rate adjusting mechanism is further provided.
上記(2)に記載のラジアルタービン又は斜流タービンによれば、流量調整機構によってシュラウド側スクロール流路及びハブ側スクロール流路の少なくともいずれか一方を流れる排気ガスの流量を調整することが出来る。例えば、流量調整機構によって、最大流量時には両方のスクロール流路に設計流量相当の排気ガスが流れるように制御することが出来る。また、最小流量時には一方のスクロール流路からのみ排気ガスを流すように制御することも出来る。また中間流量時には、一方のスクロール流路には設計流量相当の排気ガスを流し、他方のスクロール流路を流れる排気ガスの流量を調整するように制御することも出来る。したがって、このような流量調整機構を備えることで、最小流量から最大流量までの広い流量範囲において高いタービン効率を実現可能な可変機構を構成することが出来るようになっている。 According to the radial turbine or the mixed flow turbine described in (2) above, the flow rate of the exhaust gas flowing through at least one of the shroud-side scroll passage and the hub-side scroll passage can be adjusted by the flow rate adjusting mechanism. For example, the flow rate adjustment mechanism can control the exhaust gas corresponding to the design flow rate to flow in both scroll passages at the maximum flow rate. Further, it is possible to control the exhaust gas to flow only from one scroll flow path at the minimum flow rate. Further, at the intermediate flow rate, it is possible to control the exhaust gas corresponding to the design flow rate to flow through one scroll flow path and adjust the flow rate of the exhaust gas flowing through the other scroll flow path. Therefore, by providing such a flow rate adjusting mechanism, a variable mechanism capable of realizing high turbine efficiency in a wide flow range from the minimum flow rate to the maximum flow rate can be configured.
(3)幾つかの実施形態では、上記(1)、(2)のラジアルタービン又は斜流タービンにおいて、上記シュラウド側ノズル流路は、子午面視において、タービン軸方向に対して直交する方向に沿ってタービン動翼入口(4a)に向かって延在する。上記ハブ側ノズル流路は、子午面視において、タービン動翼入口からタービン動翼出口に向かう方向に沿うように、タービン軸方向に対して傾斜して延在するように形成される。 (3) In some embodiments, in the radial turbine or the mixed flow turbine according to the above (1) and (2), the shroud side nozzle flow path is in a direction orthogonal to the turbine axial direction in meridional view. Along the turbine blade inlet (4a). The hub side nozzle flow path is formed so as to extend incline with respect to the turbine axial direction so as to extend along the direction from the turbine rotor blade inlet toward the turbine rotor blade outlet in the meridian view.
上記(3)のラジアルタービン又は斜流タービンによれば、従来のラジアルタービンと同様に、シュラウド側ノズル流路から流出する排気ガスの流れをタービン軸方向に対してほぼ直交する半径方向の流れとすることが出来る。したがって、シュラウド側ノズル流路を流れる排気ガスの流れがシュラウド側からハブ側に向かうようにタービン軸に対して傾斜する方向に沿って流れる場合と比べて、排気ガスの流れの転向角を小さくすることが出来る。これにより圧力損失を抑制し、タービン効率の低下を防止することが出来る。また、ハブ側ノズル流路から流出する排気ガスの流れについても、従来のラジアルタービンよりもその流れの転向角を小さくすることが出来るため、より一層圧力損失を抑制し、タービン効率の低下を防止することが出来る。 According to the radial turbine or mixed flow turbine of (3) above, the flow of the exhaust gas flowing out from the shroud-side nozzle flow path is changed to a radial flow substantially perpendicular to the turbine axial direction, as in the conventional radial turbine. I can do it. Therefore, the turning angle of the exhaust gas flow is made smaller than in the case where the flow of the exhaust gas flowing through the shroud side nozzle flow path flows along the direction inclined with respect to the turbine shaft so as to go from the shroud side to the hub side. I can do it. Thereby, a pressure loss can be suppressed and the fall of turbine efficiency can be prevented. In addition, the flow angle of the exhaust gas flowing out from the hub side nozzle flow path can be made smaller than the conventional radial turbine, so the pressure loss is further suppressed and the turbine efficiency is prevented from being lowered. I can do it.
(4)幾つかの実施形態では、上記(3)のラジアルタービン又は斜流タービンにおいて、上記分割壁は、タービン軸方向と直交する方向に延在し、スクロール空間を分割する環板状の分割部と、この分割部の内周部からハブ側に向かって延在し、ケーシングのハブ側壁面と当接するハブ側当接部とからなる。上記ケーシングのハブ側壁面は、子午面視において、ハブ側ノズル流路のノズル入口からノズル出口に向かって、このハブ側壁面と回転軸との半径方向距離が短くなるようにタービン軸方向に対して傾斜して延在する。上記ハブ側ノズル流路は、ハブ側当接部のハブ側当接面に形成される溝部と、ハブ側壁面と、で画定されるハブ側空間を少なくとも含む。
このラジアルタービン又は斜流タービンは、分割部の内周部とケーシングのシュラウド側壁面との間において周方向に間隔を置いて形成される複数のシュラウド側ノズル翼をさらに備える。そして、シュラウド側ノズル流路は、分割部の内周部と、周方向に隣り合う2つのシュラウド側ノズル翼と、ケーシングのシュラウド側壁面とで画定されるシュラウド側空間を含むように構成される。
(4) In some embodiments, in the radial turbine or the mixed flow turbine according to (3), the partition wall extends in a direction orthogonal to the turbine axial direction and divides the scroll space. And a hub-side contact portion that extends from the inner peripheral portion of the divided portion toward the hub side and contacts the hub side wall surface of the casing. The hub side wall surface of the casing as viewed from the meridian plane is in the direction of the turbine axis so that the radial distance between the hub side wall surface and the rotating shaft decreases from the nozzle inlet to the nozzle outlet of the hub side nozzle channel. And inclined to extend. The hub side nozzle flow path includes at least a hub side space defined by a groove formed on the hub side contact surface of the hub side contact portion and a hub side wall surface.
The radial turbine or the mixed flow turbine further includes a plurality of shroud side nozzle blades formed at intervals in the circumferential direction between the inner peripheral portion of the divided portion and the shroud side wall surface of the casing. The shroud-side nozzle flow path is configured to include a shroud-side space defined by the inner peripheral portion of the divided portion, two shroud-side nozzle blades adjacent in the circumferential direction, and the shroud side wall surface of the casing. .
上記(4)のラジアルタービン又は斜流タービンによれば、ハブ側ノズル流路は、ハブ側当接部のハブ側当接面に形成される溝部とハブ側壁面とで画定されるハブ側空間を少なくとも含む。このため、分割壁に対して貫通孔を形成することなく、加工が容易な溝部によってハブ側ノズル流路を形成することが出来る。分割壁に貫通孔を形成する場合には複雑な鋳造等で製作する必要があるが、当接面に開口を有する溝であれば、比較的単純な構造の中子で鋳造によって製作可能である。また、高い表面加工精度が要求される場合であっても、エンドミルによって容易に加工することが出来る。 According to the radial turbine or mixed flow turbine of (4) above, the hub side nozzle flow path is a hub side space defined by a groove formed on the hub side contact surface of the hub side contact portion and the hub side wall surface. At least. For this reason, the hub side nozzle flow path can be formed by a groove portion that can be easily processed without forming a through hole in the dividing wall. When a through-hole is formed in the dividing wall, it is necessary to manufacture by complicated casting or the like, but if it is a groove having an opening on the contact surface, it can be manufactured by casting with a relatively simple core. . Even when high surface processing accuracy is required, it can be easily processed by an end mill.
また、上記(4)のラジアルタービン又は斜流タービンによれば、分割部の内周部とケーシングのシュラウド側壁面との間において周方向に間隔を置いて形成される複数のシュラウド側ノズル翼をさらに備える。そして、シュラウド側ノズル流路は、分割部の内周部と、周方向に隣り合う2つのシュラウド側ノズル翼と、ケーシングのシュラウド側壁面とで画定されるシュラウド側空間を含むように構成される。このため、周方向に隣り合う2つのシュラウド側ノズル翼の圧力面と負圧面とによって、シュラウド側スクロール流路から流出する排気ガスの流れを周方向に導流することが出来、タービン効率をより一層高めることが出来るようになっている。 Further, according to the radial turbine or the mixed flow turbine of (4), the plurality of shroud side nozzle blades formed at intervals in the circumferential direction between the inner peripheral portion of the divided portion and the shroud side wall surface of the casing. Further prepare. The shroud-side nozzle flow path is configured to include a shroud-side space defined by the inner peripheral portion of the divided portion, two shroud-side nozzle blades adjacent in the circumferential direction, and the shroud side wall surface of the casing. . For this reason, the flow of exhaust gas flowing out from the shroud-side scroll flow path can be guided in the circumferential direction by the pressure surface and the suction surface of the two shroud-side nozzle blades adjacent in the circumferential direction, and the turbine efficiency can be further improved. It can be further enhanced.
(5)幾つかの実施形態では、上記(4)のラジアルタービン又は斜流タービンにおいて、上記シュラウド側ノズル翼の内部には、分割部と接続するハブ側の断面及び後端部に開口を有する溝状又は貫通孔状の中空部が形成される。そして、上記ハブ側ノズル流路は、ハブ側空間と、ハブ側の断面においてこのハブ側空間と連通する中空部とから構成される。 (5) In some embodiments, in the radial turbine or the mixed flow turbine according to (4), the shroud side nozzle blade has an opening in a cross section on the hub side connected to the divided portion and a rear end portion. A groove-shaped or through-hole-shaped hollow portion is formed. The hub-side nozzle flow path is configured by a hub-side space and a hollow portion communicating with the hub-side space in a cross section on the hub side.
上記(5)のラジアルタービン又は斜流タービンによれば、上述したハブ側空間とシュラウド側ノズル翼の内部に形成される溝状又は貫通孔状の中空部とによってハブ側ノズル流路が構成される。このため、周方向に隣り合う2つのシュラウド側ノズル翼によって形成されるシュラウド側空間を含むシュラウド側ノズル流路を流れる排気ガスと、シュラウド側ノズル翼の内部に形成される溝状又は貫通孔状の中空部を含むハブ側ノズル流路を流れる排気ガスとが、それぞれのノズル出口まで互いに干渉することなく流れる。これにより、排気ガスの圧力損失を抑制でき、タービン効率をより一層高めることが出来るようになっている。 According to the radial turbine or mixed flow turbine of (5) above, the hub side nozzle flow path is constituted by the hub side space and the groove-shaped or through-hole-shaped hollow portion formed inside the shroud-side nozzle blade. The For this reason, the exhaust gas flowing through the shroud-side nozzle flow path including the shroud-side space formed by two shroud-side nozzle blades adjacent in the circumferential direction, and the groove shape or the through-hole shape formed inside the shroud-side nozzle blade The exhaust gas flowing through the hub-side nozzle flow path including the hollow portion flows without interfering with each other to the respective nozzle outlets. Thereby, the pressure loss of exhaust gas can be suppressed and turbine efficiency can be improved further.
(6)幾つかの実施形態では、上記(4)、(5)のラジアルタービン又は斜流タービンにおいて、上記ハブ側ノズル流路のノズル出口の周方向幅が、シュラウド側ノズル流路のノズル出口の周方向幅よりも小さくなるように形成される。 (6) In some embodiments, in the radial turbine or mixed flow turbine of (4) and (5) above, the circumferential width of the nozzle outlet of the hub side nozzle flow path is the nozzle outlet of the shroud side nozzle flow path. It is formed to be smaller than the circumferential width.
上記(6)のラジアルタービン又は斜流タービンによれば、例えば、最大流量時には両方のノズル流路から設計流量相当の排気ガスを流し、最小流量時にはノズル出口の周方向幅の小さいハブ側ノズル流路からのみ排気ガスを流し、中間流量時には、ハブ側ノズル流路には設計流量相当の排気ガスを流し、ノズル出口の周方向幅の大きいシュラウド側ノズル流路を流れる排気ガスの流量を調整することで、最小流量から最大流量までの広い流量範囲において高いタービン効率を実現する可変機構を構成することが出来る。 According to the radial turbine or the mixed flow turbine of (6) above, for example, the exhaust gas corresponding to the design flow rate flows from both nozzle flow paths at the maximum flow rate, and the hub side nozzle flow having a small circumferential width at the nozzle outlet at the minimum flow rate. The exhaust gas is allowed to flow only from the passage, and at the intermediate flow rate, the exhaust gas corresponding to the design flow rate is caused to flow through the hub side nozzle flow path, and the flow rate of the exhaust gas flowing through the shroud side nozzle flow path having a large circumferential width at the nozzle outlet is adjusted. Thus, it is possible to configure a variable mechanism that realizes high turbine efficiency in a wide flow range from the minimum flow rate to the maximum flow rate.
(7)幾つかの実施形態では、上記(4)〜(6)のラジアルタービン又は斜流タービンにおいて、上記ハブ側ノズル流路のノズル入口は、このノズル入口(34A)の前記子午面視における開口の最大幅をWA、周方向に沿った開口の最大幅をWCで表した時に、WA<WCである。 (7) In some embodiments, in the radial turbine or the mixed flow turbine according to the above (4) to (6), the nozzle inlet of the hub side nozzle flow path is the meridional view of the nozzle inlet (34A). When the maximum width of the opening is represented by WA and the maximum width of the opening along the circumferential direction is represented by WC, WA <WC.
上記(7)のラジアルタービン又は斜流タービンによれば、ハブ側ノズル流路のノズル入口を子午面方向よりも周方向に長い形状とすることで、ケーシングのタービン軸方向の長さを短くすることが出来る。これによりケーシングの形状をコンパクトにすることが出来る。 According to the radial turbine or mixed flow turbine of (7) above, the length of the casing in the turbine axial direction is shortened by making the nozzle inlet of the hub-side nozzle passage longer in the circumferential direction than in the meridian plane direction. I can do it. Thereby, the shape of a casing can be made compact.
(8)幾つかの実施形態では、上記(5)のラジアルタービン又は斜流タービンにおいて、上記シュラウド側ノズル翼は、タービン軸と直交する方向の断面視において、外周側に配向される圧力面及び内周側に配向される負圧面の2つの周面を有する翼形状の外面形状を有する。そして、タービン軸と直交する方向の断面視において、隣接するシュラウド側ノズル翼の負圧面後端と交差し、且つ、ノズル出口の圧力面後端及び負圧面後端で規定される下流端面と直交する方向に延伸する仮想線が、圧力面後端及び負圧面後端の間を通過するように、ハブ側ノズル流路のノズル出口が構成される。 (8) In some embodiments, in the radial turbine or the mixed flow turbine according to (5), the shroud-side nozzle blade includes a pressure surface oriented on the outer circumferential side in a cross-sectional view perpendicular to the turbine axis, and It has a wing-shaped outer surface shape having two peripheral surfaces of a suction surface oriented on the inner peripheral side. Then, in a cross-sectional view perpendicular to the turbine axis, it intersects with the suction surface rear end of the adjacent shroud nozzle blade and is orthogonal to the downstream end surface defined by the pressure surface rear end and the suction surface rear end of the nozzle outlet. The nozzle outlet of the hub side nozzle flow path is configured such that the imaginary line extending in the direction to pass passes between the pressure surface rear end and the suction surface rear end.
上記(8)のラジアルタービン又は斜流タービンによれば、例えば、最小流量時においてハブ側ノズル流路からのみ排気ガスを流す場合であっても、ハブ側ノズル流路から流出する排気ガスが、隣接するシュラウド側ノズル翼の負圧面によってその排気ガスの流れが大きく妨げられることなく周方向に沿って環状流路を流れていく。このため、ハブ側ノズル流路から流出する排気ガスが周方向に途切れることなく流れ、環状流路の全体からタービン動翼入口に流入する。
最大流量時においては、ハブ側ノズル流路とシュラウド側ノズル流路の両方のノズル出口を合わせた面積から排気ガスが流出する。ここで好ましくは、ハブ側ノズル流路及びシュラウド側ノズル流路から流出する排気ガスの流速が最大流量時において等しくなるように、2つのノズル流路のノズル出口のスロート幅が設計されるとよい。ハブ側ノズル流路とシュラウド側ノズル流路とでは排気ガスの流出方向が異なる。しかしながら、シュラウド側ノズル流路から流出する排気ガスは、隣接するシュラウド側ノズル翼の負圧面によってその流出方向が制約されており、負圧面に沿って流れる。よって、2つのノズル流路から流出する排気ガスは、大きく流れが乱れることなく、一つの大きな排気ガスの流れとして合流し、動翼入口の環状流路の全体から動翼に流入する。
中間流量時においては、上述した最大流量時と比べてシュラウド側ノズル流路のノズル出口から流出する排気ガスの流速が遅くなる。しかしながら、ハブ側ノズル流路から流出する排気ガスの流れによって、シュラウド側ノズル流路の流れ幅が狭まり、これによりシュラウド側ノズル流路から流出する排気ガスの流速が加速される。そして、2つのノズル流路から流出する排気ガスは、大きく流れが乱れることなく、一つの大きな排気ガスの流れとして合流し、最小流量時と最大流量時の中間の流れ角を有しながら、動翼入口の環状流路の全体からタービン動翼入口に流入する。
According to the radial turbine or mixed flow turbine of (8) above, for example, even when exhaust gas flows only from the hub side nozzle flow path at the minimum flow rate, the exhaust gas flowing out from the hub side nozzle flow path is The flow of the exhaust gas flows through the annular flow path along the circumferential direction without being largely hindered by the negative pressure surface of the adjacent shroud side nozzle blade. For this reason, the exhaust gas flowing out from the hub side nozzle flow path flows without interruption in the circumferential direction, and flows into the turbine rotor blade inlet from the entire annular flow path.
At the maximum flow rate, the exhaust gas flows out from the area where the nozzle outlets of both the hub side nozzle flow path and the shroud side nozzle flow path are combined. Here, it is preferable that the throat widths of the nozzle outlets of the two nozzle channels are designed so that the flow rates of the exhaust gas flowing out from the hub side nozzle channel and the shroud side nozzle channel are equal at the maximum flow rate. . The exhaust gas outflow direction differs between the hub side nozzle flow path and the shroud side nozzle flow path. However, the exhaust gas flowing out from the shroud-side nozzle passage is restricted in the outflow direction by the negative pressure surface of the adjacent shroud-side nozzle blade, and flows along the negative pressure surface. Therefore, the exhaust gas flowing out from the two nozzle flow paths merges as one large exhaust gas flow without greatly disturbing the flow, and flows into the moving blade from the entire annular flow path at the moving blade inlet.
At the intermediate flow rate, the flow rate of the exhaust gas flowing out from the nozzle outlet of the shroud side nozzle flow path is slower than at the maximum flow rate described above. However, the flow width of the shroud-side nozzle flow path is narrowed by the flow of exhaust gas flowing out from the hub-side nozzle flow path, thereby accelerating the flow velocity of the exhaust gas flowing out from the shroud-side nozzle flow path. The exhaust gas flowing out from the two nozzle flow paths merges as one large exhaust gas flow without greatly disturbing the flow, and moves while having an intermediate flow angle between the minimum flow rate and the maximum flow rate. It flows into the turbine rotor blade inlet from the entire annular flow path at the blade inlet.
このように、上記(8)のラジアルタービン又は斜流タービンでは、最小流量から最大流量までの広い流量範囲において、動翼入口の環状流路の全体からタービン動翼入口に向かって排気ガスを流すことが出来る。しかも、流量の変化に応じて流れ角も連続的に変化するため、あたかも可変ノズルによって排気ガスの流れ方向を制御する場合と同様の制御性能を有する。このため、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービンによれば、最小流量から最大流量までの広い流量範囲において、高いタービン効率を実現する可変機構を構成することが出来るようになっている。 As described above, in the radial turbine or the mixed flow turbine of the above (8), the exhaust gas flows from the entire annular flow path of the moving blade inlet toward the turbine moving blade inlet in a wide flow rate range from the minimum flow rate to the maximum flow rate. I can do it. Moreover, since the flow angle also changes continuously according to the change in flow rate, the control performance is the same as when the flow direction of the exhaust gas is controlled by the variable nozzle. For this reason, according to the radial turbine or the mixed flow turbine of the present embodiment, a variable mechanism that realizes high turbine efficiency can be configured in a wide flow rate range from the minimum flow rate to the maximum flow rate.
(9)幾つかの実施形態では、上記(5)のラジアルタービン又は斜流タービンにおいて、上記シュラウド側ノズル翼は、タービン軸と直交する方向の断面視において、外周側に配向される圧力面及び内周側に配向される負圧面の2つの周面を有する翼形状の外面形状を有する。そして、タービン軸と直交する方向の断面視において、隣接するシュラウド側ノズル翼の負圧面後端と交差し、且つ、ノズル出口の圧力面後端と中空部の負圧面後端側のノズル内面とを最短距離で結ぶ線として規定される下流端面と直交する方向に延伸する仮想線が、圧力面後端及び負圧面後端の間を通過するように、ハブ側ノズル流路のノズル出口が構成される。 (9) In some embodiments, in the radial turbine or the mixed flow turbine according to (5), the shroud-side nozzle blade includes a pressure surface oriented on the outer circumferential side in a cross-sectional view perpendicular to the turbine axis, and It has a wing-shaped outer surface shape having two peripheral surfaces of a suction surface oriented on the inner peripheral side. And in a cross-sectional view perpendicular to the turbine axis, it intersects the suction surface rear end of the adjacent shroud nozzle blade, and the pressure surface rear end of the nozzle outlet and the nozzle inner surface on the suction surface rear end side of the hollow portion The nozzle outlet of the hub side nozzle flow path is configured so that a virtual line extending in a direction orthogonal to the downstream end surface defined as a line connecting the shortest distance passes between the rear end of the pressure surface and the rear end of the negative pressure surface Is done.
上記(9)のラジアルタービン又は斜流タービンによれば、ハブ側ノズル流路のノズル出口から流出する排気ガスの流れに対して、このノズル出口の下流端面に対して垂直方向の流速成分を付与することが出来る。このため、例えば、ハブ側ノズル流路とシュラウド側ノズル流路の両方のノズル出口から排気ガスが流出する中間流量時において、上述した(8)のラジアルタービン又は斜流タービンよりも、2つのノズル出口から流出する排気ガスの混合が促進される。これにより、流れの一様性が向上し、動翼に流入する際の圧力損失を軽減することが出来る。 According to the radial turbine or mixed flow turbine of (9) above, the flow velocity component in the vertical direction is given to the downstream end face of the nozzle outlet with respect to the flow of the exhaust gas flowing out from the nozzle outlet of the hub side nozzle flow path. I can do it. Therefore, for example, at the intermediate flow rate at which the exhaust gas flows out from the nozzle outlets of both the hub side nozzle flow path and the shroud side nozzle flow path, two nozzles are used rather than the radial turbine or the mixed flow turbine of (8) described above. Mixing of the exhaust gas flowing out from the outlet is promoted. Thereby, the uniformity of a flow improves and the pressure loss at the time of flowing into a moving blade can be reduced.
(10)幾つかの実施形態では、上記(4)〜(9)のラジアルタービン又は斜流タービンにおいて、上記翼は、子午面視において、上流側に位置する前縁と、下流側に位置する後縁と、半径方向外側に位置する外側縁と、半径方向内側に位置し、ハブの周面に固着される内側縁とを有する。内側縁と前縁との第1交点の半径方向距離をRH、外側縁と前縁との第2交点の半径方向距離をRSで表した時に、RH<RSであり、前縁の形状線は上流側に向かって凸状に形成される。そして、シュラウド側ノズル翼の後端部の形状線は、子午面視において、前縁に対向して凹状に形成される。 (10) In some embodiments, in the radial turbine or the mixed flow turbine according to (4) to (9), the blades are positioned on the upstream side and the downstream side in the meridional view. A rear edge, an outer edge located radially outward, and an inner edge located radially inward and secured to the peripheral surface of the hub. When the radial distance of the first intersection of the inner edge and the leading edge is represented by RH, and the radial distance of the second intersection of the outer edge and the leading edge is represented by RS, RH <RS, and the shape line of the leading edge is A convex shape is formed toward the upstream side. And the shape line of the rear-end part of a shroud side nozzle blade is formed in concave shape facing a front edge in meridional view.
ハブ側ノズル流路から流出する排気ガスの速度成分の主体は周方向成分であるが、子午面視においては半径方向成分と軸方向成分も有しており、タービン軸に対して傾斜して流れてタービン動翼入口に流入する。しかしながら、翼の前縁が一定の半径方向距離を有するラジアルタービンでは、この子午面視における排気ガスの流れの転向角が大きくなり、ハブ周面において排気ガスの流れに剥離等が生じ、圧力損失が発生してしまう。 The main component of the velocity component of the exhaust gas flowing out from the hub-side nozzle flow channel is the circumferential component, but in the meridional view, it also has a radial component and an axial component, and flows in an inclined manner with respect to the turbine shaft. Flow into the turbine rotor blade inlet. However, in a radial turbine in which the leading edge of the blade has a certain radial distance, the turning angle of the exhaust gas flow in the meridional plane increases, causing separation of the exhaust gas flow on the peripheral surface of the hub, and pressure loss. Will occur.
上記(10)のラジアルタービン又は斜流タービンによれば、翼のハブ側の前縁がハブ側に向かって半径方向距離が短くなるように傾斜して形成される。また、ハブ側ノズル流路のノズル出口が開口するシュラウド側ノズル翼の後端部の形状線は、子午面視において、前縁に対向して凹状に形成される。このため、ハブ側ノズル流路から流出する排気ガスの子午面視における流れの転向角を小さく出来、流れ角変化による圧力損失を低減することが出来る。 According to the radial turbine or mixed flow turbine of (10) above, the leading edge of the blade on the hub side is formed so as to be inclined so that the radial distance becomes shorter toward the hub side. In addition, the shape line of the rear end portion of the shroud-side nozzle blade where the nozzle outlet of the hub-side nozzle passage opens is formed in a concave shape facing the front edge in the meridian view. For this reason, the turning angle of the flow of the exhaust gas flowing out from the hub side nozzle passage in the meridional view can be reduced, and the pressure loss due to the flow angle change can be reduced.
(11)幾つかの実施形態では、上記(10)のラジアルタービン又は斜流タービンにおいて、上記ハブ側ノズル流路のノズル出口は、このノズル出口のスロート幅が、シュラウド側よりもハブ側の方が広くなるように形成される。 (11) In some embodiments, in the radial turbine or the mixed flow turbine according to (10), the nozzle outlet of the hub-side nozzle passage has a throat width of the nozzle outlet closer to the hub than the shroud. Is formed to be wide.
導入する排気ガスの流量が変動するタービンにおいては、小流量時には理論速度比(U/C0)の低い領域で高いタービン効率が要求され、大流量時には理論速度比(U/C0)の高い領域で高いタービン効率が要求される。ここで、U:動翼入口における周速、C0:理論速度である。 In a turbine in which the flow rate of exhaust gas to be introduced fluctuates, high turbine efficiency is required in a region where the theoretical speed ratio (U / C0) is low when the flow rate is small, and in a region where the theoretical speed ratio (U / C0) is high when the flow rate is large. High turbine efficiency is required. Here, U: peripheral speed at the moving blade inlet, C0: theoretical speed.
上記(11)のラジアルタービン又は斜流タービンによれば、翼の前縁の形状線が上流側に向かって凸に形成される。また、シュラウド側ノズル翼の後端部の形状線が、子午面視において、前縁に対向して凹状に形成される。このため、翼の前縁は、タービン軸に対して傾斜したハブ側の衝動タービンの機能が大きい部分と、タービン軸に対してほぼ平行で且つ半径がほぼ一定となるシュラウド側の反動タービンの機能が大きい部分とを有することとなる。よって、ハブ側ノズル流路のノズル出口のスロート幅を、シュラウド側のスロート幅よりもハブ側のスロート幅を広く形成することで、小流量時において理論速度比(U/C0)の低い領域で高いタービン効率を発揮する衝動タービンの機能が大きい前縁のハブ側に小さい流れ角で多くの排気ガスを流入させることが出来る。また、大流量時において理論速度比(U/C0)の高い領域で高いタービン効率を発揮する反動タービンの機能が大きい前縁4aのシュラウド側に大きい流れ角で多くの排気ガスを流入させることが出来る。これにより、小流量〜大流量の広い流量範囲においてタービン効率の向上を図ることが出来るようになっている。
According to the radial turbine or mixed flow turbine of (11) above, the shape line of the leading edge of the blade is formed convex toward the upstream side. Further, the shape line of the rear end portion of the shroud side nozzle blade is formed in a concave shape facing the front edge in the meridian view. Therefore, the leading edge of the blade has a large function of the hub-side impulse turbine inclined with respect to the turbine shaft, and a function of the shroud-side reaction turbine that is substantially parallel to the turbine shaft and substantially constant in radius. Will have a large part. Therefore, by forming the throat width at the nozzle outlet of the hub side nozzle flow path wider than the throat width at the shroud side, the area where the theoretical speed ratio (U / C0) is low at a small flow rate. A lot of exhaust gas can be made to flow at a small flow angle to the hub side of the leading edge where the function of the impulse turbine that exhibits high turbine efficiency is large. Further, a large flow angle allows a large flow angle of exhaust gas to flow into the shroud side of the
(12)幾つかの実施形態では、上記(4)〜(9)のラジアルタービン又は斜流タービンにおいて、上記翼は、上流側に位置する前縁と、下流側に位置する後縁と、半径方向外側に位置する外側縁と、半径方向内側に位置し、ハブの周面に固着される内側縁とを有する。前縁は、一定の半径方向距離からなる形状線を有する。ハブは、子午面視において、このハブの周面の外周端縁における接線方向が、タービン軸と直交する方向に対して、タービン動翼のハブの背面側に5〜30°傾斜して形成される。そして、上記ケーシングのハブ側壁面は、子午面視において、ハブ側ノズル流路のノズル入口からノズル出口に向かって、このハブ側壁面と回転軸との半径方向距離が短くなるようにタービン軸方向に対して傾斜して延在する。 (12) In some embodiments, in the radial turbine or the mixed flow turbine according to (4) to (9), the blades have a leading edge located on the upstream side, a trailing edge located on the downstream side, and a radius. An outer edge located on the outer side in the direction and an inner edge located on the inner side in the radial direction and fixed to the peripheral surface of the hub. The leading edge has a shape line consisting of a certain radial distance. The hub is formed so that the tangential direction at the outer peripheral edge of the peripheral surface of the hub is inclined by 5 to 30 ° on the back side of the hub of the turbine rotor blade with respect to the direction orthogonal to the turbine axis in the meridian view. The The hub side wall surface of the casing is in the turbine axial direction so that the radial distance between the hub side wall surface and the rotation shaft becomes shorter from the nozzle inlet to the nozzle outlet of the hub-side nozzle channel in the meridian view. Inclined and extended.
ハブ側ノズル流路から流出する排気ガスの速度成分の主体は周方向成分であるが、子午面視においては半径方向成分と軸方向成分も有しており、タービン軸に対して傾斜して流れて翼に流入する。しかしながら、ハブの周面の外周端縁における接線方向が半径方向に延伸するラジアルタービンでは、この子午面視における排気ガスの流れの転向角が大きくなり、ハブ周面において排気ガスの流れに剥離等が生じ、圧力損失が発生する。 The main component of the velocity component of the exhaust gas flowing out from the hub-side nozzle flow channel is the circumferential component, but in the meridional view, it also has a radial component and an axial component, and flows with an inclination to the turbine shaft. Flow into the wing. However, in the radial turbine in which the tangential direction at the outer peripheral edge of the peripheral surface of the hub extends in the radial direction, the turning angle of the exhaust gas flow in the meridian view is increased, and the exhaust gas flow is separated from the hub peripheral surface. And pressure loss occurs.
上記(12)のラジアルタービン又は斜流タービンによれば、ハブは、このハブの周面の外周端縁における接線方向が、タービン軸と直交する方向に対して、タービン動翼のハブの背面側に5〜30°傾斜して形成される。このため、ハブ側ノズル流路から流出する排気ガスの子午面視における流れの転向角を小さく出来、流れ角変化による圧力損失を低減することが出来る。 According to the radial turbine or mixed flow turbine of (12) above, the hub has a tangential direction at the outer peripheral edge of the peripheral surface of the hub with respect to the direction perpendicular to the turbine axis. Are inclined at 5 to 30 °. For this reason, the turning angle of the flow of the exhaust gas flowing out from the hub side nozzle passage in the meridional view can be reduced, and the pressure loss due to the flow angle change can be reduced.
(13)幾つかの実施形態では、上記(4)〜(12)のラジアルタービン又は斜流タービンにおいて、上記シュラウド側ノズル流路のノズル出口は、ハブ側ノズル流路のノズル出口よりも大きい流路面積を有する。そして、流量調整機構は、シュラウド側スクロール流路、又はシュラウド側スクロール流路に排気ガスを導入するシュラウド側排気管の流路面積を調整可能な流量調整弁からなる。 (13) In some embodiments, in the radial turbine or the mixed flow turbine according to the above (4) to (12), the nozzle outlet of the shroud side nozzle passage is larger than the nozzle outlet of the hub side nozzle passage. It has a road area. The flow rate adjusting mechanism includes a shroud side scroll channel or a flow rate adjustment valve capable of adjusting the channel area of the shroud side exhaust pipe that introduces exhaust gas into the shroud side scroll channel.
上記(13)のラジアルタービン又は斜流タービンによれば、ハブ側スクロール流路の流路面積、又はハブ側スクロール流路に排気ガスを導入するハブ側排気管の流路面積ではなく、シュラウド側スクロール流路の流路面積、又はシュラウド側スクロール流路に排気ガスを導入するシュラウド側排気管の流路面積を調整する。このため、両方のスクロール流路の流路面積を調整する場合と比べて流量調整弁が一つで済むため、流量調整機構の構造及び制御を単純化できる。
また、シュラウド側ノズル流路のノズル出口は、ハブ側ノズル流路のノズルよりも大きい流路面積を有しており、シュラウド側ノズル流路の方がハブ側ノズル流路よりも多くの排気ガスを流すことが出来るようになっている。そして、本実施形態の流量調整機構は、このシュラウド側ノズル流路を流れる排気ガスの流量を調整するように構成されている。このため、ハブ側ノズル流路を流れる排気ガスの流量を調整する場合と比べて、より広い範囲において流量調整を行うことが出来るようになっている。
According to the radial turbine or mixed flow turbine of (13) above, it is not the flow path area of the hub side scroll flow path or the flow area of the hub side exhaust pipe that introduces exhaust gas into the hub side scroll flow path, but the shroud side. The flow path area of the scroll flow path or the flow path area of the shroud side exhaust pipe that introduces exhaust gas into the shroud side scroll flow path is adjusted. For this reason, since only one flow rate adjusting valve is required as compared with the case where the flow channel areas of both scroll flow channels are adjusted, the structure and control of the flow rate adjusting mechanism can be simplified.
In addition, the nozzle outlet of the shroud side nozzle flow path has a larger flow area than the nozzles of the hub side nozzle flow path, and the shroud side nozzle flow path has more exhaust gas than the hub side nozzle flow path. Can be shed. And the flow volume adjustment mechanism of this embodiment is comprised so that the flow volume of the exhaust gas which flows through this shroud side nozzle flow path may be adjusted. For this reason, compared with the case where the flow volume of the exhaust gas which flows through a hub side nozzle flow path is adjusted, flow volume adjustment can be performed in a wider range.
(14)幾つかの実施形態では、上記(4)〜(13)のラジアルタービン又は斜流タービンにおいて、上記分割壁は、分割部とこの分割部と一体的に形成されるハブ側当接部とから構成される。この分割壁はタービンハウジングとは別部材から構成される。上記シュラウド側ノズル翼は、分割壁及びタービンハウジングとは別部材から構成される。そして、タービンハウジングは、子午面視においてハブ側に位置するハブ側ハウジング部と、ハブ側ハウジング部とは別部材からなる、子午視においてシュラウド側に位置するシュラウド側ハウジング部とから構成される。 (14) In some embodiments, in the radial turbine or the mixed flow turbine according to (4) to (13), the dividing wall includes a dividing portion and a hub-side contact portion formed integrally with the dividing portion. It consists of. This dividing wall is formed of a member separate from the turbine housing. The shroud side nozzle blade is constituted by a separate member from the dividing wall and the turbine housing. The turbine housing is composed of a hub side housing part located on the hub side in the meridian view and a shroud side housing part located on the shroud side in the meridional view, which is a separate member from the hub side housing part.
上記(14)のラジアルタービン又は斜流タービンによれば、分割壁、シュラウド側ノズル翼、及びタービンハウジングが、各々別部材から構成される。また、タービンハウジングは、互いに別部材からなるハブ側ハウジング部及びシュラウド側ハウジング部とからなる。このため、これらの部材をタービン軸方向に組み付けて一体化することで本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービンを製造することが出来、製造性に優れている。 According to the radial turbine or mixed flow turbine of (14) above, the dividing wall, the shroud side nozzle blades, and the turbine housing are each composed of separate members. Further, the turbine housing includes a hub side housing part and a shroud side housing part which are formed of separate members. For this reason, the radial turbine or mixed flow turbine of this embodiment can be manufactured by assembling and integrating these members in the turbine axial direction, which is excellent in manufacturability.
(15)幾つかの実施形態では、上記(14)のラジアルタービン又は斜流タービンにおいて、上記分割壁及びシュラウド側ハウジング部は、タービン軸に対して軸対称に形成される。 (15) In some embodiments, in the radial turbine or the mixed flow turbine according to (14), the dividing wall and the shroud side housing portion are formed symmetrically with respect to the turbine axis.
上記(15)のラジアルタービン又は斜流タービンによれば、分割壁及びシュラウド側ハウジング部がタービン軸に対して軸対称に形成される。このため、分割壁及びシュラウド側ハウジング部をタービン軸方向に組み付けて一体化する際にその周方向位置を位置決めする工程を省略することが出来、組み立て性に優れている。 According to the radial turbine or mixed flow turbine of (15) above, the dividing wall and the shroud side housing portion are formed symmetrically with respect to the turbine axis. For this reason, when the dividing wall and the shroud side housing part are assembled and integrated in the turbine axial direction, the step of positioning the circumferential direction position can be omitted, and the assemblability is excellent.
(16)幾つかの実施形態では、上記(14)、(15)のラジアルタービン又は斜流タービンにおいて、上記ケーシングのハブ側壁面は、タービンハウジングとは別部材から構成される、タービン動翼の背面に沿って排気ガスが漏れるのを防止するための背板の壁面からなる。 (16) In some embodiments, in the radial turbine or mixed flow turbine according to (14) and (15) above, the hub side wall surface of the casing is formed of a member separate from the turbine housing. It consists of the wall surface of the back plate for preventing the exhaust gas from leaking along the back surface.
上記(16)のラジアルタービン又は斜流タービンによれば、上述したケーシングのハブ側壁面がタービンハウジングとは別部材から構成される背板の壁面からなる。このため、この背板をタービンハウジングなどとともにタービン軸方向に組み付けて一体化することで、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービンを製造することが出来る。 According to the radial turbine or the mixed flow turbine of (16) above, the hub side wall surface of the casing described above is composed of the wall surface of the back plate made of a member different from the turbine housing. For this reason, the radial turbine or mixed flow turbine of this embodiment can be manufactured by assembling and integrating the back plate with the turbine housing and the like in the turbine axial direction.
(17)幾つかの実施形態では、上記(14)、(15)のラジアルタービン又は斜流タービンにおいて、ケーシングは、タービンハウジングとは別部材から構成される、ハブ側ハウジング部に支持される弾性変形可能な第1プレート部材を含む。第1プレート部材は、子午面視において、ハブ側ノズル流路のノズル入口からノズル出口に向かって、ハブ側壁面と回転軸との半径方向距離が短くなるようにタービン軸方向に対して傾斜する傾斜面を有し、この傾斜面がケーシングのハブ側壁面を構成する。そして、分割壁のハブ側当接部が、この第1プレート部材の傾斜面と当接するように構成される。 (17) In some embodiments, in the radial turbine or the mixed flow turbine according to the above (14) and (15), the casing is an elastic member supported by a hub-side housing portion that is formed of a member different from the turbine housing. A deformable first plate member is included. The first plate member is inclined with respect to the turbine axial direction so that the radial distance between the hub side wall surface and the rotating shaft is shortened from the nozzle inlet of the hub side nozzle flow path toward the nozzle outlet in the meridian plane view. There is an inclined surface, and this inclined surface constitutes the hub side wall surface of the casing. And the hub side contact part of a division wall is comprised so that it may contact | abut with the inclined surface of this 1st plate member.
上記(17)のラジアルタービン又は斜流タービンによれば、分割壁のハブ側当接部は弾性変形可能な第1プレート部材の傾斜面と当接する。このため、タービンハウジングとは別部材から構成される分割壁が高温の排気ガスによって熱変形した場合に、第1プレート部材が弾性変形することで、その熱変形を吸収することが出来る。よって、分割壁やシュラウド側ノズル翼をタービンハウジングとは別部材で構成した場合であっても、熱変形によってハブ側ノズル流路に隙間などが生じることがない。 According to the radial turbine or mixed flow turbine of (17) above, the hub-side contact portion of the dividing wall contacts the inclined surface of the first plate member that can be elastically deformed. For this reason, when the dividing wall comprised of a member different from the turbine housing is thermally deformed by the high-temperature exhaust gas, the first plate member is elastically deformed to absorb the heat deformation. Therefore, even if the dividing wall and the shroud side nozzle blades are configured by a member different from the turbine housing, a gap or the like does not occur in the hub side nozzle flow path due to thermal deformation.
(18)幾つかの実施形態では、上記(17)のラジアルタービン又は斜流タービンにおいて、上記ケーシングは、シュラウド側ハウジング部に固定される弾性変形可能な第2プレート部材をさらに含む。第2プレート部材は、子午面視において、タービン軸と直交する方向に沿って延在するシュラウド側壁面の少なくとも一部を構成する側面を有する。そして、シュラウド側ノズル翼が、第2プレート部材の側面と当接し、この側面と分割壁によって支持されるように構成される。 (18) In some embodiments, in the radial turbine or the mixed flow turbine according to (17), the casing further includes an elastically deformable second plate member fixed to the shroud side housing portion. The second plate member has a side surface constituting at least a part of a shroud side wall surface extending along a direction orthogonal to the turbine axis in meridional view. The shroud side nozzle blade is configured to abut against the side surface of the second plate member and be supported by the side surface and the dividing wall.
上記(18)のラジアルタービン又は斜流タービンによれば、シュラウド側ノズル翼は、弾性変形可能な第2プレート部材と当接した状態で第2プレート部材と分割壁との間に支持される。このため、タービンハウジングとは別部材から構成される分割壁やシュラウド側ノズル翼が高温の排気ガスによって熱変形した場合に、第2プレート部材が弾性変形することで、その熱変形を吸収することが出来る。よって、分割壁やシュラウド側ノズル翼をタービンハウジングとは別部材で構成した場合であっても、熱変形によってハブ側ノズル流路に隙間などが生じることがない。 According to the radial turbine or the mixed flow turbine of the above (18), the shroud side nozzle blade is supported between the second plate member and the dividing wall in a state of being in contact with the elastically deformable second plate member. For this reason, when the partition wall and shroud side nozzle blades, which are configured separately from the turbine housing, are thermally deformed by high-temperature exhaust gas, the second plate member is elastically deformed to absorb the heat deformation. I can do it. Therefore, even if the dividing wall and the shroud side nozzle blades are configured by a member different from the turbine housing, a gap or the like does not occur in the hub side nozzle flow path due to thermal deformation.
(19)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(3)のラジアルタービン又は斜流タービンにおいて、上記分割壁の内周部において周方向に間隔を置いて複数形成された、ケーシングのシュラウド側壁面と当接する複数のシュラウド側ノズル部と、分割壁の内周部において周方向に間隔を置いて複数形成された、ケーシングのハブ側壁面と当接する複数のハブ側ノズル部とをさらに備える。シュラウド側ノズル部は、このシュラウド側ノズル部の内部に、ハブ側において、半径方向外端から内端に通じ、ハブ側スクロール流路を臨む入口とタービン動翼入口を臨む出口とを有するハブ側溝部を有する。ハブ側ノズル部は、このハブ側ノズル部の内部に、シュラウド側において、半径方向外端から内端に通じ、シュラウド側スクロール流路を臨む入口とタービン動翼入口を臨む出口とを有するシュラウド側溝部を有する。シュラウド側ノズル流路は、ケーシングのシュラウド側壁面と、ハブ側ノズル部のシュラウド側溝部における周方向に対向する2つの側壁面及び底壁面とで形成される。ハブ側ノズル流路は、ケーシングのハブ側壁面と、シュラウド側ノズル部のハブ側溝部における周方向に対向する2つの側壁面及び底壁面とで形成される。シュラウド側ノズル流路のノズル出口がシュラウド側溝部の出口であり、ハブ側ノズル流路のノズル出口がハブ側溝部の出口である。そして、複数のシュラウド側溝部の出口及び複数のハブ側溝部の出口の各々が、タービン動翼入口に対して半径方向に対向し、且つ、タービン軸方向における同一軸方向位置において周方向に交互に隣接して配置されることで環状のノズル出口部が構成される。 (19) In some embodiments, in the radial turbine or the mixed flow turbine according to the above (1) to (3), a plurality of casing shrouds formed at intervals in the circumferential direction on the inner peripheral portion of the dividing wall A plurality of shroud-side nozzle portions that come into contact with the side wall surface, and a plurality of hub-side nozzle portions that are formed in the inner peripheral portion of the dividing wall at intervals in the circumferential direction and that come into contact with the hub side wall surface of the casing. . The shroud-side nozzle portion is a hub-side groove having an inlet facing the hub-side scroll flow path and an outlet facing the turbine rotor blade inlet, which communicates from the radially outer end to the inner end on the hub side inside the shroud-side nozzle portion. Part. The hub side nozzle portion has a shroud side groove having an inlet facing the shroud side scroll flow path and an outlet facing the turbine rotor blade inlet inside the hub side nozzle portion, leading from the radially outer end to the inner end on the shroud side. Part. The shroud side nozzle flow path is formed by a shroud side wall surface of the casing and two side wall surfaces and a bottom wall surface facing each other in the circumferential direction in the shroud side groove portion of the hub side nozzle portion. The hub side nozzle flow path is formed by a hub side wall surface of the casing and two side wall surfaces and a bottom wall surface facing each other in the circumferential direction in the hub side groove portion of the shroud side nozzle portion. The nozzle outlet of the shroud side nozzle flow path is the outlet of the shroud side groove, and the nozzle outlet of the hub side nozzle flow path is the outlet of the hub side groove. Each of the outlets of the plurality of shroud side grooves and the outlets of the plurality of hub side grooves is opposed to the turbine blade inlet in the radial direction, and alternately in the circumferential direction at the same axial position in the turbine axial direction. An annular nozzle outlet is configured by being arranged adjacent to each other.
(20)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(3)のラジアルタービン又は斜流タービンにおいて、上記分割壁は、タービン軸方向と直交する方向に延在し、スクロール空間を分割する環板状の分割部と、分割部の内周部からハブ側に向かって延在し、ケーシングのハブ側壁面と当接するハブ側当接部とからなる。このラジアルタービン又は斜流タービンは、分割部の内周部とケーシングのシュラウド側壁面との間において周方向に間隔を置いて形成される複数のシュラウド側ノズル翼をさらに備える。このシュラウド側ノズル翼は、子午面視において、分割部の内周部からタービン軸方向に沿ってシュラウド側に延在し、タービン軸方向に対してほぼ平行に形成される前縁形状を有するとともに、タービン軸と直交する方向の断面視において、外周側に配向される圧力面及び内周側に配向される負圧面の2つの周面を有する翼形状の外面形状を有する。ハブ側ノズル流路のノズル入口は、ハブ側当接部をタービン軸方向から視認した場合に、このハブ側当接部の外周側に位置する外周端面に形成される。この外周端面は、子午面視において、ノズル出口に対してほぼ平行に延在するか、ハブ側ノズル流路のノズル入口からノズル出口に向かって、ハブ側壁面と回転軸との半径方向距離が短くなるように延在するケーシングのハブ側壁面に対してほぼ直交する方向に延在するか、または、半径方向に沿って延在するように形成される。ハブ側ノズル流路は、分割壁の内部に形成される貫通孔状、または分割壁をハブ側から視認して溝状に形成されるハブ側空間と、このハブ側空間と連通するシュラウド側ノズル翼の内部に形成される貫通孔状、またはシュラウド側ノズル翼をハブ側から視認して溝状に形成される中空部とを含む。ハブ側ノズル流路のノズル出口は、シュラウド側ノズル翼をタービン軸方向から視認した場合におけるシュラウド側ノズル翼の内周端部に、子午面視においてタービン軸方向に対してほぼ平行に形成されるとともに、タービン軸と直交する方向の断面視において、シュラウド側ノズル翼の後端部に形成される2つの後端の間に形成される。シュラウド側ノズル流路は、分割部の内周部と、周方向に隣り合う2つのシュラウド側ノズル翼と、ケーシングのシュラウド側壁面とで画定されるシュラウド側空間を含む。そして、シュラウド側ノズル流路のノズル出口は、タービン軸と直交する方向の断面視におけるシュラウド側ノズル翼の2つの後端が存在する周方向領域において、ハブ側ノズル流路のノズル出口を除く領域に形成される。 (20) In some embodiments, in the radial turbine or the mixed flow turbine according to (1) to (3), the dividing wall extends in a direction orthogonal to the turbine axial direction and divides the scroll space. It consists of a plate-shaped divided portion and a hub-side abutting portion that extends from the inner peripheral portion of the divided portion toward the hub side and abuts against the hub side wall surface of the casing. The radial turbine or the mixed flow turbine further includes a plurality of shroud side nozzle blades formed at intervals in the circumferential direction between the inner peripheral portion of the divided portion and the shroud side wall surface of the casing. The shroud side nozzle blade has a leading edge shape that extends from the inner peripheral portion of the divided portion to the shroud side along the turbine axial direction and is formed substantially parallel to the turbine axial direction in the meridian view. In the cross-sectional view in the direction orthogonal to the turbine axis, the outer surface has a blade shape having two peripheral surfaces, a pressure surface oriented on the outer peripheral side and a negative pressure surface oriented on the inner peripheral side. The nozzle inlet of the hub side nozzle flow path is formed on the outer peripheral end surface located on the outer peripheral side of the hub side contact portion when the hub side contact portion is viewed from the turbine axial direction. The outer peripheral end surface extends substantially in parallel with the nozzle outlet in the meridian view, or the radial distance between the hub side wall surface and the rotation shaft extends from the nozzle inlet of the hub side nozzle channel toward the nozzle outlet. It extends in a direction substantially orthogonal to the hub side wall surface of the casing extending so as to be short, or is formed so as to extend along the radial direction. The hub side nozzle flow path has a through hole formed inside the dividing wall, or a hub side space formed in a groove shape when the dividing wall is viewed from the hub side, and a shroud side nozzle communicating with the hub side space. A through hole formed inside the blade, or a hollow portion formed in a groove shape when the shroud side nozzle blade is viewed from the hub side. The nozzle outlet of the hub side nozzle flow path is formed substantially parallel to the turbine axis direction in the meridional view at the inner peripheral end of the shroud side nozzle blade when the shroud side nozzle blade is viewed from the turbine axis direction. In addition, it is formed between two rear ends formed at the rear end portion of the shroud-side nozzle blade in a cross-sectional view in a direction perpendicular to the turbine axis. The shroud-side nozzle flow path includes a shroud-side space defined by an inner peripheral portion of the divided portion, two shroud-side nozzle blades adjacent in the circumferential direction, and a shroud side wall surface of the casing. The nozzle outlet of the shroud-side nozzle flow path is an area excluding the nozzle outlet of the hub-side nozzle flow path in a circumferential area where two rear ends of the shroud-side nozzle blades are present in a cross-sectional view perpendicular to the turbine axis. Formed.
(21)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(3)のラジアルタービン又は斜流タービンにおいて、上記分割壁は、タービン軸方向と直交する方向に延在し、スクロール空間を分割する環板状の分割部と、分割部の内周部からハブ側に向かって延在し、ケーシングのハブ側壁面と当接するハブ側当接部とからなる。このラジアルタービン又は斜流タービンは、分割部の内周部とケーシングのシュラウド側壁面との間において周方向に間隔を置いて形成される複数のシュラウド側ノズル翼をさらに備える。このシュラウド側ノズル翼は、子午面視において、分割部の内周部からタービン軸方向に沿ってシュラウド側に延在し、タービン軸方向に対してほぼ平行に形成される前縁形状を有するとともに、タービン軸と直交する方向の断面視において、外周側に配向される圧力面及び内周側に配向される負圧面の2つの周面を有する翼形状の外面形状を有する。ハブ側ノズル流路のノズル入口は、ハブ側当接部をタービン軸方向から視認した場合に、ハブ側当接部の外周側に位置する外周端面に形成されるとともに、この外周端面は、子午面視において、ノズル出口に対してほぼ平行に延在するか、ハブ側ノズル流路のノズル入口からノズル出口に向かって、ハブ側壁面と回転軸との半径方向距離が短くなるように延在するケーシングのハブ側壁面に対してほぼ直交する方向に延在するか、または、半径方向に沿って延在するように形成される。ハブ側ノズル流路は、分割壁の内部に形成される貫通孔状、または分割壁をハブ側から視認して溝状に形成されるハブ側空間と、このハブ側空間と連通するシュラウド側ノズル翼の内部に形成される貫通孔状、またはシュラウド側ノズル翼をハブ側から視認して溝状に形成されると中空部を含む。そして、ハブ側ノズル流路のノズル出口は、シュラウド側ノズル翼をタービン軸方向から視認した場合のシュラウド側ノズル翼の内周端部に、子午面視において凸状に形成されたタービン動翼の翼の前縁に対してほぼ一定の離間距離を有する凹状に形成されるとともに、タービン軸と直交する方向の断面視において、シュラウド側ノズル翼の後端部に形成される2つの後端の間に形成される。 (21) In some embodiments, in the radial turbine or the mixed flow turbine according to the above (1) to (3), the dividing wall extends in a direction perpendicular to the turbine axial direction and divides the scroll space. It consists of a plate-shaped divided portion and a hub-side abutting portion that extends from the inner peripheral portion of the divided portion toward the hub side and abuts against the hub side wall surface of the casing. The radial turbine or the mixed flow turbine further includes a plurality of shroud side nozzle blades formed at intervals in the circumferential direction between the inner peripheral portion of the divided portion and the shroud side wall surface of the casing. The shroud side nozzle blade has a leading edge shape that extends from the inner peripheral portion of the divided portion to the shroud side along the turbine axial direction and is formed substantially parallel to the turbine axial direction in the meridian view. In the cross-sectional view in the direction orthogonal to the turbine axis, the outer surface has a blade shape having two peripheral surfaces, a pressure surface oriented on the outer peripheral side and a negative pressure surface oriented on the inner peripheral side. The nozzle inlet of the hub side nozzle flow path is formed on the outer peripheral end surface located on the outer peripheral side of the hub side contact portion when the hub side contact portion is viewed from the turbine axial direction. When viewed from the top, it extends approximately parallel to the nozzle outlet, or extends from the nozzle inlet of the hub side nozzle flow path to the nozzle outlet so that the radial distance between the hub side wall surface and the rotation shaft becomes shorter. It extends in a direction substantially perpendicular to the hub side wall surface of the casing, or is formed so as to extend along the radial direction. The hub side nozzle flow path has a through hole formed inside the dividing wall, or a hub side space formed in a groove shape when the dividing wall is viewed from the hub side, and a shroud side nozzle communicating with the hub side space. A hollow portion is included when the through-hole shape formed inside the blade or the shroud-side nozzle blade is viewed from the hub side and formed into a groove shape. The nozzle outlet of the hub side nozzle flow path is a turbine rotor blade formed in a convex shape in the meridian view at the inner peripheral end of the shroud side nozzle blade when the shroud side nozzle blade is viewed from the turbine axial direction. It is formed in a concave shape having a substantially constant separation distance with respect to the leading edge of the blade, and in a cross-sectional view in a direction orthogonal to the turbine axis, between the two rear ends formed at the rear end portion of the shroud side nozzle blade Formed.
(22)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(3)のラジアルタービン又は斜流タービンにおいて、上記分割壁は、タービン軸方向と直交する方向に延在し、スクロール空間を分割する環板状の分割部と、分割部の内周部からハブ側に向かって延在し、ケーシングのハブ側壁面と当接するハブ側当接部とからなる。このラジアルタービン又は斜流タービンは、分割部の内周部とケーシングのシュラウド側壁面との間において周方向に間隔を置いて形成される複数のシュラウド側ノズル翼をさらに備える。このシュラウド側ノズル翼は、子午面視において、分割部からタービン軸方向に沿ってシュラウド側に延在するとともに、タービン軸方向に対してほぼ平行に形成される前縁形状を有するとともに、タービン軸と直交する方向の断面視において、外周側に配向される圧力面及び内周側に配向される負圧面の2つの周面を有する翼形状の外面形状を有する。ハブ側ノズル流路のノズル入口は、ハブ側当接部をタービン軸方向から視認した場合に、このハブ側当接部の外周に位置する外周端面に形成されるとともに、この外周端面は、子午面視において、ノズル出口に対してほぼ平行に延在するか、ハブ側ノズル流路のノズル入口からノズル出口に向かって、ハブ側壁面と回転軸との半径方向距離が短くなるように延在するケーシングのハブ側壁面に対してほぼ直交する方向に延在するか、または、半径方向に沿って延在するように形成される。ハブ側ノズル流路は、ハブ側当接部の内部に形成される貫通孔状、またはハブ側当接部をハブ側から視認して溝状に形成されるハブ側空間を含む。ハブ側ノズル流路のノズル出口は、分割部のシュラウド側の側面部に開口する。そして、シュラウド側ノズル翼の前記圧力面には、ノズル出口から流出する排気ガスをタービン動翼入口に案内するための凹部が形成されている。 (22) In some embodiments, in the radial turbine or the mixed flow turbine according to the above (1) to (3), the dividing wall extends in a direction perpendicular to the turbine axial direction and divides the scroll space. It consists of a plate-shaped divided portion and a hub-side abutting portion that extends from the inner peripheral portion of the divided portion toward the hub side and abuts against the hub side wall surface of the casing. The radial turbine or the mixed flow turbine further includes a plurality of shroud side nozzle blades formed at intervals in the circumferential direction between the inner peripheral portion of the divided portion and the shroud side wall surface of the casing. The shroud side nozzle blade has a leading edge shape that extends from the divided portion to the shroud side along the turbine axis direction in the meridian view and is formed substantially parallel to the turbine axis direction. In a cross-sectional view in a direction perpendicular to the outer surface, it has a wing-shaped outer surface shape having two peripheral surfaces: a pressure surface oriented on the outer peripheral side and a negative pressure surface oriented on the inner peripheral side. The nozzle inlet of the hub side nozzle flow path is formed on the outer peripheral end surface located on the outer periphery of the hub side abutting portion when the hub side abutting portion is viewed from the turbine axial direction. When viewed from the top, it extends approximately parallel to the nozzle outlet, or extends from the nozzle inlet of the hub side nozzle flow path to the nozzle outlet so that the radial distance between the hub side wall surface and the rotation shaft becomes shorter. It extends in a direction substantially perpendicular to the hub side wall surface of the casing, or is formed so as to extend along the radial direction. The hub side nozzle flow path includes a hub side space formed in the shape of a through hole formed inside the hub side contact portion or a groove shape when the hub side contact portion is viewed from the hub side. The nozzle outlet of the hub side nozzle channel opens to the side surface portion on the shroud side of the divided portion. A concave portion is formed on the pressure surface of the shroud-side nozzle blade to guide the exhaust gas flowing out from the nozzle outlet to the turbine rotor blade inlet.
(23)幾つかの実施形態では、上記(22)のラジアルタービン又は斜流タービンにおいて、上記タービン軸と直交する方向の断面視において、凹部の上流端の壁面には凹状の案内溝が形成されている。 (23) In some embodiments, in the radial turbine or the mixed flow turbine of (22), a concave guide groove is formed on the wall surface at the upstream end of the recess in a cross-sectional view in a direction orthogonal to the turbine shaft. ing.
(24)幾つかの実施形態では、上記(23)のラジアルタービン又は斜流タービンにおいて、上記凹状の案内溝は、シュラウド側ノズル翼のハブ側の断面からシュラウド側の側面部に向かって下流側に移動しながら連続的に溝の深さが浅くなるように構成される。 (24) In some embodiments, in the radial turbine or the mixed flow turbine according to (23), the concave guide groove is downstream from the cross section on the hub side of the shroud-side nozzle blade toward the side portion on the shroud side. The depth of the groove is continuously reduced while moving to.
本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、破損等のトラブルが生じるリスクが低く、広い流量範囲において高いタービン効率を発揮するラジアルタービン又は斜流タービンを提供することが出来る。 According to at least one embodiment of the present invention, it is possible to provide a radial turbine or a mixed flow turbine that has a low risk of causing troubles such as breakage and exhibits high turbine efficiency in a wide flow rate range.
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいてより詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下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、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail based on the drawings.
However, the scope of the present invention is not limited to the following embodiments. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in the following embodiments are not merely intended to limit the scope of the present invention, but are merely illustrative examples.
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービンの基本構成を説明するための概略子午面図である。図2は、本発明の第1実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービンの構造を説明するための概略子午面図である。図3は、図1におけるa部(ノズル部)の拡大図である。図4は、図2におけるA−A断面を示した概略矢視図である。
図2に示したように、第1実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1aは、タービン動翼5と、ケーシング8と、分割壁10と、流量調整機構20とを備える。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic meridional view for explaining a basic configuration of a radial turbine or a mixed flow turbine according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic meridional view for explaining the structure of the radial turbine or the mixed flow turbine according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is an enlarged view of a portion (nozzle portion) in FIG. 4 is a schematic arrow view showing an AA cross section in FIG. 2.
As shown in FIG. 2, the radial turbine or
タービン動翼5は、ケーシング8内に回転可能に収容される回転軸2と、この回転軸2の一端側に固定されるハブ3と、このハブ3の周面3aから径方向に突出して設けられる複数の翼4とからなる。ハブ3は、タービン軸方向に延伸するタービン軸線CLに対して直交する方向に延在する背面3bと、背面3bと平行な先端面3cとを有し、先端面3cに向けて連続的に半径が小さくなる円錐状(裁頭円錐状)に形成されている。
The
ケーシング8は、図2に示したように、タービン動翼5の周囲に形成される渦巻き状または環状のスクロール空間を内部に有するタービンハウジング6を含む。本実施形態のタービンハウジング6は、それぞれ別部材から構成されるハブ側ハウジング部6Aとシュラウド側ハウジング部6Bとがタービン軸方向に結合されることで構成されている。図示した実施形態では、ハブ側ハウジング部6Aは、回転軸2を回転可能に支持するベアリング(不図示)を収容するベアリングハウジング7Aと結合される。シュラウド側ハウジング部6Bは、スクロール空間のシュラウド側のスクロール壁面16b及びシュラウド部16を含む。
As shown in FIG. 2, the
分割壁10は、タービン軸線CLと直交する方向に延在し、スクロール空間をタービン軸方向に分割する分割部10Aと、分割部10Aの内周部に形成されるハブ側当接部10Bとからなる。分割部10Aは、円形状の板部材の中央部に円形の開口が形成されてなる環板状をなしている。ハブ側当接部10Bは、この分割部10Aの内周部からハブ側に向かってタービン軸線CLに沿って延在する部材である。そして、分割部10Aによって、渦巻き状または環状スクロール空間がタービン軸方向に分割されることで、タービンハウジング6内に、シュラウド側に位置するシュラウド側スクロール流路12と、ハブ側に位置するハブ側スクロール流路14の2つのスクロール流路が形成される。図2中の矢印e1、e2は、シュラウド側スクロール流路12及びハブ側スクロール流路14から後述するシュラウド側ノズル流路32及びハブ側ノズル流路34に流入する排気ガスの子午面上の流れ方向を示している。
The dividing
図1において符号9はノズル部を示す。ノズル部9は、シュラウド側スクロール流路12及びハブ側スクロール流路14の出口部と、翼4の前縁4aとの間に形成される環状の空間である。図2に示した実施形態では、ノズル部9は、シュラウド部16のシュラウド側壁面16aと、ハブ側ハウジング部6Aのハブ側壁部18のハブ側壁面18aとによって画定される。これらシュラウド側壁面16a及びハブ側壁面18aは、ともにタービン軸線CLに対して直交する方向に延在している。ハブ側壁部18は、ハブ3の背面3bとそのタービン軸方向位置をほぼ同じとする。そして、図2に示したように、このハブ側壁面18aに上述したハブ側当接部10Bハブ側当接面10Bcが当接している。
In FIG. 1,
また、図1に模式的に示したように、シュラウド側スクロール流路12の出口部とタービン動翼入口4aとの間には、複数のシュラウド側ノズル流路32が形成されている。これら複数のシュラウド側ノズル流路32は、周方向に等間隔に配置されている。このシュラウド側ノズル流路32は、シュラウド側スクロール流路12を臨むノズル入口32Aを有する。そして、シュラウド側スクロール流路12を流れる排気ガスをこのノズル入口32Aから取り込み、タービン動翼入口4aへと導くように構成されている。
As schematically shown in FIG. 1, a plurality of shroud-
また、図1に模式的に示したように、ハブ側スクロール流路14の出口部とタービン動翼入口4aとの間には、複数のハブ側ノズル流路34が形成されている。これら複数のハブ側ノズル流路34は、周方向に等間隔に配置されている。このハブ側ノズル流路34は、ハブ側スクロール流路14を臨むノズル入口34Aを有する。そして、ハブ側スクロール流路14を流れる排気ガスをこのノズル入口34Aから取り込み、タービン動翼入口4aへと導くように構成されている。
Further, as schematically shown in FIG. 1, a plurality of hub side
そして、本発明の少なくとも一実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービン1aでは、図4に示したように、複数のシュラウド側ノズル流路32のノズル出口32Bおよび複数のハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bの各々が、タービン動翼入口4aに対して半径方向に対向して配置される。そして図3に模式的に示したように、複数のシュラウド側ノズル流路32のノズル出口32B及び複数のハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bの各々が、タービン軸方向における同一軸方向位置において周方向に交互に隣接して配置されることで環状のノズル出口部30が構成されている。
In the radial turbine or the
シュラウド側ノズル流路32及びハブ側ノズル流路34の各々は、それぞれのノズル入口32A、34Aの流路面積よりもノズル出口32B、34Bの流路面積の方が小さく構成されたノズル状の絞り流路となっている。これにより、シュラウド側ノズル流路32及びハブ側ノズル流路34を通過する排気ガスを加速させながらタービン動翼入口4aへと導くようになっている。
Each of the shroud-side
シュラウド側ノズル流路32及びハブ側ノズル流路34のノズル入口32A、32Bの断面形状は、楕円状、長円状、矩形状、台形状等の各種形状を採用することができる。ノズル出口32B、34Bの断面形状は特に限定されないが、ノズル出口32B、34Bがタービン軸方向においてノズル部9のほぼ全幅に亘って形成されているとよい。すなわち、ノズル出口32B、34Bが、翼4の前縁4aの全高に亘って形成されているとよい。
As the cross-sectional shapes of the
このように構成される本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1aによれば、上述したように、複数のシュラウド側ノズル流路32のノズル出口32Bと複数のハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bの各々が、タービン軸方向における同一軸方向位置において周方向に交互に配置される。すなわち、これら2つのノズル流路のノズル出口32B、34Bは、タービン軸方向には隣接していない。このため、特許文献2に開示されているような2つのスクロール流路のノズル出口がタービン軸方向に隣接しているものと比べて、圧力の高い一方のノズル出口から圧力の低い他方のノズル出口へと排気ガスが流れる逆流現象が抑制される。これにより、圧力損失の発生に伴うタービン効率の低下を防ぐことが出来る。
According to the radial turbine or the
また、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1aによれば、特許文献1に開示されているような可変ノズルを設ける可変容量タービンとは異なり、可変ノズルなどの可動部材がノズル部9に設けられない。このため、可動部材と壁面との隙間から排気ガスが漏れ流れることによってタービン効率が低下するという従来技術の問題は生じない。また、高速・高温の排気ガスが流れるノズル部9に可動部材を設けないため、破損等のリスクが低く、構造的な信頼性が高い。
Also, according to the radial turbine or
幾つかの実施形態では、図1に示したように、ラジアルタービン又は斜流タービン1aは、シュラウド側スクロール流路12及びハブ側スクロール流路14の少なくともいずれか一方を流れる排気ガスの流量を調整可能な流量調整機構20をさらに備えている。
In some embodiments, as shown in FIG. 1, the radial turbine or the
図示した実施形態では、上述したシュラウド側スクロール流路12及びハブ側スクロール流路14には、エンジン(不図示)から排出された排気ガスが、排気管21並びに排気管21から分岐するシュラウド側排気管23及びハブ側排気管25を介して供給されるように構成されている。シュラウド側スクロール流路12に対して排気ガスを供給するシュラウド側排気管23には、このシュラウド側排気管23の流路面積を調節可能なシュラウド側流量調整弁22が配置されている。また、ハブ側スクロール流路14に対して排気ガスを供給するハブ側排気管25には、このハブ側排気管25の流路面積を調節可能なハブ側流量調整弁24が配置されている。これらシュラウド側流量調整弁22及びハブ側流量調整弁24の弁開度を調節することで、シュラウド側スクロール流路12及びハブ側スクロール流路14を流れる排気ガスの流量を調整することが出来るようになっている。
In the illustrated embodiment, the shroud-side exhaust gas in which exhaust gas discharged from the engine (not shown) branches from the
すなわち図示した実施形態では、上述した流量調整機構20が、シュラウド側流量調整弁22と、ハブ側流量調整弁24とから構成されている。
In other words, in the illustrated embodiment, the above-described flow
また図示しないが、シュラウド側流量調整弁22及びハブ側流量調整弁24を、シュラウド側排気管23及びハブ側排気管25ではなく、シュラウド側スクロール流路12及びハブ側スクロール流路14の内部空間に配置してもよい。そして、シュラウド側スクロール流路12及びハブ側スクロール流路14の流路面積を調節することで、シュラウド側スクロール流路12及びハブ側スクロール流路14を流れる排気ガスの流量を調整するように構成してもよい。
Although not shown, the shroud-side flow
このような実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1aによれば、流量調整機構20によってシュラウド側スクロール流路12及びハブ側スクロール流路14の少なくともいずれか一方を流れる排気ガスの流量を調整することが出来る。例えば、流量調整機構20によって、最大流量時には両方のスクロール流路に設計流量相当の排気ガスが流れるように制御することが出来る。また、最小流量時には一方のスクロール流路にのみ排気ガスを流すように制御することが出来る。また中間流量時には、一方のスクロール流路には設計流量相当の排気ガスを流し、他方のスクロール流路を流れる排気ガスの流量を調整するように制御することも出来る。したがって、このような流量調整機構20を備えることで、最小流量から最大流量までの広い流量範囲において高いタービン効率を実現可能な可変機構を構成することが出来る。
According to the radial turbine or the
また、特に限定されないが、シュラウド側ノズル流路32のノズル出口32Bの流路面積と、ハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bの流路面積とは、それぞれ異なるように形成されているとよい。図5Aに示した実施形態では、ハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bの周方向幅(ノズルピッチP2)が、シュラウド側ノズル流路32のノズル出口32Bの周方向幅(ノズルピッチP1)よりも小さく形成される。そして、上述したシュラウド側ノズル流路32のノズル出口32Bは、ハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bよりも大きい流路面積を有するように構成される。
このように、シュラウド側ノズル流路32のノズル出口32Bの流路面積と、ハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bの流路面積とをそれぞれ異なるように形成することで、シュラウド側ノズル流路32とハブ側ノズル流路34とでノズル特性を異ならしめることが出来る。よって、例えば中間流量時において、排気ガスをシュラウド側ノズル流路32に流すか、ハブ側ノズル流路34に流すかを適切に制御することで、タービン効率を向上させることが出来る。また例えば、最小流量時にはノズル出口の流路面積が小さい方のノズル流路にのみ排気ガスが流れるように構成することで、より広い流量範囲で排気ガスの流量を調整することが出来る。
Although not particularly limited, the flow passage area of the
In this way, the flow passage area of the
次に、本実施形態におけるシュラウド側ノズル流路32及びハブ側ノズル流路34の構造形状について説明する。図5A及び図5Bは、本発明の第1実施形態に対応したラジアルタービン又は斜流タービンのノズル部を示した概略斜視図である。図5Aは、シュラウド側ノズル流路32のノズルピッチP1と、ハブ側ノズル流路34のノズルピッチP2とが異なる場合の実施形態を示しており、図4に対応する図面である。図5Bは、シュラウド側ノズル流路32のノズルピッチP1と、ハブ側ノズル流路34のノズルピッチP2とが同じ場合の実施形態を示している。ここでノズルピッチとは、ノズル出口の周方向距離として定義される。また、図5Cは、図5Bのラジアルタービン又は斜流タービンのノズル部を示した概略斜視図において、図1の符号A〜Hに対応する形状を示した図である。
Next, the structural shapes of the shroud side
本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1aは、図5A及び図5Bに示したように、分割部10Aの内周部とケーシング8のシュラウド側壁面16aとの間において周方向に間隔を置いて形成される複数のシュラウド側ノズル翼17を備えている。シュラウド側ノズル翼17は、分割部10Aの内周部からタービン軸線CLに沿ってシュラウド側に延在する。シュラウド側ノズル翼17は、そのハブ側の断面(側面部)17cにおいて分割部10Aの内周部と接続し、そのシュラウド側の側面部17dにおいてシュラウド側壁面16aと接続する。シュラウド側ノズル翼17は、子午面視において、タービン軸線CLに対してほぼ平行に形成される前縁形状及び後縁形状を有している。またこのシュラウド側ノズル翼17は、図4に示したように、タービン軸線CLと直交する方向の断面視において、外周側に配向される圧力面17S1及び内周側に配向される負圧面17S2の2つの周面を有する翼形状の外面形状を有している。また、その前端部17Aが後端部17Bに対して回転軸2の回転方向Rの上流側に位置するように、周方向において傾斜して配置されている。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the radial turbine or
そして、シュラウド側ノズル流路32は、分割部10Aの内周部と、周方向に隣り合う一方のシュラウド側ノズル翼17の圧力面17S1と、他方のシュラウド側ノズル翼17の負圧面17S2と、ケーシング8のシュラウド側壁面16aとで画定されるシュラウド側空間17s(図5A及び図5Bを参照)とから構成される。
The shroud-side
また、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1aは、図5A及び図5Bに示したように、ハブ側当接部10Bのハブ側当接面10Bc(図2を参照)に溝部10Bdが形成されている。そして、この溝部10Bdとハブ側壁面18aとによってハブ側空間19sが画定されている。また、シュラウド側ノズル翼17の内部には、分割部10Aの内周部と接続するハブ側の断面17c(図2参照)及び後端部17Bに開口を有する中空部17hが形成されている。この中空部17hは、シュラウド側ノズル翼17の内部に形成される貫通孔状、またはシュラウド側ノズル翼17をハブ側から視認して溝状に形成される。
Further, in the radial turbine or the
そして、ハブ側ノズル流路34は、図5A及び図5Bに示したように、上述したハブ側空間19sと、このハブ側空間19sと連通する中空部17hとから構成されている。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the hub-side
ハブ側ノズル流路34のノズル入口34Aは、ハブ側当接部10Bをタービン軸方向から視認した場合に、このハブ側当接部10Bの外周側に位置する外周端面10Baに形成される。この外周端面10Baは、図2に示したように、子午面視において、シュラウド側ノズル翼17の後端部17Bに開口するノズル出口34Bに対してほぼ平行に延在する。
The
ハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bは、シュラウド側ノズル翼17をタービン軸方向から視認した場合におけるシュラウド側ノズル翼17の内周端部(後端部17B)に形成される。このハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bは、子午面視においてタービン軸方向に対してほぼ平行に形成される。また図4に示したように、タービン軸と直交する方向の断面視において、シュラウド側ノズル翼17の後端部17Bに形成される2つの後端17a、17bの内側に画定されている。図示した実施形態では、この2つの後端17a、17bは、タービン軸と直交する方向の断面視において、タービン軸線CLから半径方向に距離R1だけ離れた位置に形成されている。また、この2つの後端17a、17bと、ハブ3の外周端縁3dとの間には、周方向に連続する環状流路33が形成されている。
The
図6は、図2におけるA−A断面を示した概略矢視図であって、シュラウド側ノズル流路及びハブ側ノズル流路から流出する排気ガスの流れを説明するための図である。
図6の符号f1は、シュラウド側ノズル流路32のノズル出口32Bから環状流路33に流出する排気ガスの流れf1の流れ方向を示している。符号f2は、ハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bから環状流路33に流出する排気ガスの流れを示している。
FIG. 6 is a schematic arrow view showing the AA cross section in FIG. 2 and is a view for explaining the flow of exhaust gas flowing out from the shroud side nozzle flow path and the hub side nozzle flow path.
6 indicates the flow direction of the flow f1 of the exhaust gas flowing out from the
本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1aでは、図6に示したように、周方向に交互に隣接して形成される複数のシュラウド側ノズル流路32のノズル出口32Bと、複数のハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bとから排気ガスが流出することで、環状流路33の周方向に途切れなく排気ガスが流れ、タービン動翼入口4aへと導かれるようになっている。
In the radial turbine or
図7は、本発明の第1実施形態の変形例にかかるラジアルタービン又は斜流タービンのノズル部を示した概略斜視図である。
本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1aは、図5A及び図5Bに示した実施形態のものと比べ、分割壁10の内周部からハブ側に延在してハブ側壁面18aに当接する部位19C(図5A及び図5Bにおけるハブ側当接部10B)の形状、及び分割壁10の内周部からシュラウド側に延在してシュラウド側壁面16aに当接する部位17C(図5A及び図5Bにおけるシュラウド側ノズル翼17)の形状が大きく異なっている。
FIG. 7 is a schematic perspective view showing a nozzle portion of a radial turbine or a mixed flow turbine according to a modification of the first embodiment of the present invention.
The radial turbine or
すなわち、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1aは、図7に示したように、分割壁10の内周部において周方向に間隔を置いて複数形成された、ケーシング8のシュラウド側壁面16aと当接する複数のシュラウド側ノズル部17Cと、分割壁10の内周部において周方向に間隔を置いて複数形成された、ケーシング8のハブ側壁面18aと当接する複数のハブ側ノズル部19Cとを備えている。シュラウド側ノズル部17Cは、このシュラウド側ノズル部17Cの内部に、ハブ側において、半径方向外端から内端に通じ、ハブ側スクロール流路14を臨む入口とタービン動翼入口4aを臨む出口とを有するハブ側溝部17gを有している。ハブ側ノズル部19Cは、このハブ側ノズル部19Cの内部に、シュラウド側において、半径方向外端から内端に通じ、シュラウド側スクロール流路12を臨む入口とタービン動翼入口4aを臨む出口とを有するシュラウド側溝部19gを有している。シュラウド側ノズル流路32は、ケーシング8のシュラウド側壁面16aと、ハブ側ノズル部19Cのシュラウド側溝部19gにおける周方向に対向する2つの側壁面19Sa、19Sb及び底壁面19Scとで形成される。ハブ側ノズル流路34は、ケーシング8のハブ側壁面18aと、シュラウド側ノズル部17Cのハブ側溝部17gにおける周方向に対向する2つの側壁面17Sa、17Sb及び底壁面17Scとで形成される。シュラウド側ノズル流路32のノズル出口32Bがシュラウド側溝部19gの出口からなる。また、ハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bがハブ側溝部17gの出口からなる。そして、複数のシュラウド側溝部19gの出口及び複数のハブ側溝部17gの出口の各々が、タービン動翼入口4aに対して半径方向に対向し、且つ、タービン軸方向における同一軸方向位置において周方向に交互に隣接して配置されることで環状のノズル出口部30が構成されている。
That is, as shown in FIG. 7, the radial turbine or
このように、本発明の一実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービン1aは、図7に示すような形状を有していてもよいものである。
Thus, the radial turbine or
<第2実施形態>
次に、図8〜図11に基づいて本発明の第2実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービン1bを説明する。図8は、本発明の第2実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービンを説明するための概略子午面図である。図9は、図8におけるB−B断面を示した概略矢視図である。
なお、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービンは、上述した第1実施形態と基本的には同様な構成を有している。よって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a radial turbine or
Note that the radial turbine or mixed flow turbine of the present embodiment has basically the same configuration as that of the first embodiment described above. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
第2実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービン1bでは、図8に示したように、上述したタービンハウジング6が、ハブ側ハウジング部6Aおよびシュラウド側ハウジング部6Bが同一部材からなる一体化構造を有している。また分割壁10も、タービンハウジング6と同一部材からなる一体化構造として構成されている。また、第2実施形態にかかるハブ側ハウジング部6Aは、上述したハブ側壁部18を有しておらず、その代わりにケーシング8を構成する一部材である背板7Bが配置されている。そして、上述したケーシング8のハブ側壁面18aは、背板7Bの壁面から構成されている。この背板7Bの壁面は、図8に示したように、ハブ側ノズル流路34のノズル入口34Aからノズル出口34Bに向かって、このハブ側壁面18aと回転軸2との半径方向距離が短くなるようにタービン軸線CLに対して傾斜している。
In the radial turbine or
また、分割壁10のハブ側当接部10Bには貫通孔10Bhが形成されている。そして、この貫通孔10Bhによって上述したハブ側空間19sが形成されている。この貫通孔10Bhは、ハブ側当接部10Bをタービン軸方向から視認した場合に、ハブ側当接部10Bの外周側に位置する外周端面10Baから分割部10Aの内周部までを貫通するように形成されている。図示した実施形態では、この外周端面10Baは子午面視においてハブ側壁面18aに対してほぼ直交する方向に延在している。なお図示しないが、この外周端面10Baを子午面視においてタービン軸線CLとほぼ直交する半径方向に沿って延在するように構成してもよい。
A through hole 10Bh is formed in the hub
また、本実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービン1bでは、図8に示したように、分割壁10の分割部10Aが、タービン軸方向においてハブ3の背面3bとほぼ同じ位置に形成されている。そして、シュラウド側ノズル流路32は、子午面視においてタービン軸線CLに対して直交する方向に沿ってタービン動翼入口4aに向かって延在している。ハブ側ノズル流路34は、子午面視において、タービン動翼入口4aからタービン動翼出口4bに向かう方向に沿うように、タービン軸方向に対して傾斜して延在するように形成される。
Further, in the radial turbine or the
このような実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1bによれば、従来のラジアルタービンと同様に、シュラウド側ノズル流路32から流出する排気ガスの子午面上の流れe1をタービン軸線CLに対してほぼ直交する半径方向の流れとすることが出来る。したがって、シュラウド側ノズル流路32を流れる排気ガスの流れがシュラウド側からハブ側に向かうようにタービン軸に対して傾斜する方向に沿って流れる場合と比べて、排気ガスの流れの転向角を小さくすることが出来る。これにより圧力損失を抑制し、タービン効率の低下を防止することが出来るようになっている。
According to the radial turbine or the
また、ハブ側ノズル流路34から流出する排気ガスの子午面上の流れe2についても、従来のラジアルタービンよりもその流れの転向角を小さくすることが出来る。このため、より一層圧力損失を抑制し、タービン効率の低下を防止することが出来るようになっている。
Further, the turning angle of the flow e2 of the exhaust gas flowing out from the hub side
また上述したように、本実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービン1bでは、ケーシング8のハブ側壁面18aがタービンハウジング6とは別部材から構成される背板7Bの壁面からなる。このため、この背板7Bをタービンハウジング6などと共にタービン軸方向に組み付けて一体化することで本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1bを製造することが出来るため、製造性に優れている。
Further, as described above, in the radial turbine or the
また、本実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービン1bでは、図8及び図9に示したように、ハブ側ノズル流路34のノズル入口34Aは、このノズル入口34Aの子午面視における開口の最大幅をWA、周方向の最大幅をWCで表した時に、WA<WCである。すなわち本実施形態のノズル入口34Aは、その開口の最大幅が子午面方向(子午面視における外周端面10Baに沿った方向)よりも周方向に長く形成されている。図示した実施形態におけるノズル入口34Aは、図9に示したように、周方向に長軸(長さWC)を有し、タービン軸方向に短軸(長さWA´)を有する楕円形状に形成されている。
Further, in the radial turbine or the
このような実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1bによれば、ハブ側ノズル流路34のノズル入口34Aを子午面方向よりも周方向に長い形状とすることで、ケーシング8のタービン軸方向の長さを短くすることが出来る。これにより、ケーシング8の形状をコンパクトにすることが出来る。
According to the radial turbine or the
図10は、図8におけるA−A断面を示した概略矢視図である。
幾つかの実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1bでは、図10に示したように、上述したシュラウド側ノズル流路32のノズル出口32Bは、ハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bよりも大きい流路面積を有する。そして、上述した流量調整機構20は、シュラウド側スクロール流路12の流路面積を調整可能な流量調整弁、又はシュラウド側スクロール流路12に排気ガスを導入するシュラウド側排気管23の流路面積を調整可能な流量調整弁からなる。
FIG. 10 is a schematic arrow view showing an AA cross section in FIG. 8.
In the radial turbine or
図8に示した実施形態では、シュラウド側排気管23にのみ流量調整弁(シュラウド側流量調整弁22)が配置され、ハブ側排気管25には流量調整弁は配置されていない。このため、両方のスクロール流路の流路面積を調整する場合と比べて流量調整弁が一つで済み、流量調整機構20の構造及び制御を単純化できる。
In the embodiment shown in FIG. 8, the flow rate adjustment valve (the shroud side flow rate adjustment valve 22) is arranged only in the shroud
また、本実施形態のシュラウド側ノズル流路32のノズル出口32Bは、ハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bよりも大きい流路面積を有しており、シュラウド側ノズル流路32の方がハブ側ノズル流路34よりも多くの排気ガスを流すことが出来るようになっている。そして、本実施形態の流量調整機構20は、このシュラウド側ノズル流路32を流れる排気ガスの流量を調整するように構成されている。
したがって、例えば、最大流量時にはシュラウド側流量調整弁22を全開にして、両方のノズル流路32、34から設計流量相当の排気ガスが流れるように制御することができる。また、最小流量時にはシュラウド側流量調整弁22を全閉として、ノズル出口の流路面積の小さいハブ側ノズル流路34からのみ排気ガスを流すように制御することが出来る。また中間流量時には、シュラウド側流量調整弁22を中間開度に制御し、ハブ側ノズル流路34には設計流量相当の排気ガスを流し、ノズル出口の流路面積の大きいシュラウド側ノズル流路32を流れる排気ガスの流量を調整するように制御することが出来る。これにより、最小流量から最大流量までの広い流量範囲において高いタービン効率を実現する可変機構を構成することが出来る。
In addition, the
Therefore, for example, at the maximum flow rate, the shroud-side flow
図11は、図8におけるB−B方向の概略矢視図であって、シュラウド側ノズル翼の変形例を示した図である。この図11に示したシュラウド側ノズル翼17は、図7に示した翼頭部が存在しない角錐状のシュラウド側ノズル部17Cに対応するものである。本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1bにおいては、このような形状のシュラウド側ノズル翼17を採用することも出来る。
FIG. 11 is a schematic arrow view in the BB direction in FIG. 8 and is a view showing a modification of the shroud side nozzle blade. The shroud
<第3実施形態>
次に、図12及び図13に基づいて、本発明の第3実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービンを説明する。図12は、本発明の第3実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービンにおけるハブ側ノズル流路のノズル出口の形状を説明するための図である。図13は、本発明の第3実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービンにおいて、シュラウド側ノズル流路及びハブ側ノズル流路から流出する排気ガスの流れを説明するための図である。
なお、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービンは、上述した実施形態と基本的には同様な構成を有している。よって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
<Third Embodiment>
Next, based on FIG.12 and FIG.13, the radial turbine or mixed flow turbine concerning 3rd Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 12 is a view for explaining the shape of the nozzle outlet of the hub side nozzle flow path in the radial turbine or the mixed flow turbine according to the third embodiment of the present invention. FIG. 13 is a diagram for explaining the flow of exhaust gas flowing out from the shroud side nozzle flow path and the hub side nozzle flow path in the radial turbine or the mixed flow turbine according to the third embodiment of the present invention.
The radial turbine or mixed flow turbine of the present embodiment has basically the same configuration as that of the above-described embodiment. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図12に示したように、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービンのシュラウド側ノズル翼17は、タービン軸と直交する方向の断面視において、隣接するシュラウド側ノズル翼17´の負圧面後端17bと交差し、且つ、シュラウド側ノズル翼17のハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bの圧力面後端17a及び負圧面後端17bで規定される下流端面34Baと直交する方向に延伸する仮想線IL1が、シュラウド側ノズル翼17の圧力面後端17a及び負圧面後端17bの間を通過するように、シュラウド側ノズル翼17のハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bが構成される。
As shown in FIG. 12, the shroud
ここで仮想線IL1と下流端面34Baとの交点は、下流端面34Baの中心には限定されない。仮想線IL1と下流端面34Baとの交点が、シュラウド側ノズル翼17の圧力面後端17aと負圧面後端17bとの間のいずれかの位置に存在するように構成されていればよい。
Here, the intersection of the virtual line IL1 and the downstream end face 34Ba is not limited to the center of the downstream end face 34Ba. The intersection of virtual line IL1 and downstream end surface 34Ba should just be comprised in the position between the pressure surface
このような実施形態のラジアルタービン又は斜流タービンによれば、図13の(a)に示したように、例えば最小流量時においてハブ側ノズル流路34からのみ排気ガスを流す場合であっても、ハブ側ノズル流路34から流出する排気ガスが、隣接するシュラウド側ノズル翼17´の負圧面17´S2によってその排気ガスの流れが大きく妨げられることなく周方向に沿って環状流路33を流れていく。このため、ハブ側ノズル流路34から流出する排気ガスが周方向に途切れることなく流れ、環状流路33の全体からタービン動翼入口4aに流入する。
According to the radial turbine or the mixed flow turbine of such an embodiment, as shown in FIG. 13A, for example, even when exhaust gas is allowed to flow only from the hub side
最大流量時においては、図13の(b)に示したように、ハブ側ノズル流路34とシュラウド側ノズル流路32の両方のノズル出口を合わせた面積から排気ガスが流出する。ここで好ましくは、ハブ側ノズル流路34及びシュラウド側ノズル流路32から流出する排気ガスの流速が最大流量時において等しくなるように、2つのノズル流路32、34のノズル出口32B、34Bのスロート幅S1、S2が設計されるとよい。ここでスロート幅とは、図13に示したように、タービン軸と直交する方向の断面視において、ノズル流路32、34のノズル出口32B、34Bを形成する対向する2つの面の最短距離として定義される。シュラウド側ノズル流路32のノズル出口32Bのスロート幅S1は、隣接する一方のシュラウド側ノズル翼17の圧力面後端17aと隣接する他方のシュラウド側ノズル翼17´の負圧面17´S2とを結ぶ最短距離である。ハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bのスロート幅S2は、図示した実施形態では、シュラウド側ノズル翼17の圧力面後端17aと負圧面後端17bとを結ぶ距離である。
At the maximum flow rate, as shown in FIG. 13B, the exhaust gas flows out from the area where the nozzle outlets of both the hub side
図13の(b)に示したように、ハブ側ノズル流路34とシュラウド側ノズル流路32とでは排気ガスの流出方向が異なる。しかしながら、シュラウド側ノズル流路32を流れる排気ガスは、隣接するシュラウド側ノズル翼17´の負圧面17´S2によってその流れ方向が制約されており、負圧面17´S2に沿って流れる。よって、2つのノズル流路32、34から流出する排気ガスは、大きく流れが乱れることなく一つの大きな排気ガスの流れとして合流し、動翼入口の環状流路33の全体からタービン動翼入口4aに流入する。
As shown in FIG. 13B, the outflow direction of the exhaust gas differs between the hub side
中間流量時においては、図13の(c)に示したように、上述した最大流量時と比べてシュラウド側ノズル流路32のノズル出口32Bから流出する排気ガスの流速が遅くなる。しかしながら、ハブ側ノズル流路34から流出する排気ガスの流れによって、シュラウド側ノズル流路32の流れ幅が狭まり、これによりシュラウド側ノズル流路32から流出する排気ガスの流速が加速される。そして、2つのノズル流路32、34から流出する排気ガスは、大きく流れが乱れることなく一つの大きな排気ガスの流れとして合流し、最小流量時と最大流量時の中間の流れ角を有しながら、動翼入口の環状流路33の全体からタービン動翼入口4aに流入する。
At the intermediate flow rate, as shown in FIG. 13C, the flow rate of the exhaust gas flowing out from the
このように、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービンでは、最小流量から最大流量までの広い流量範囲において、動翼入口の環状流路33の全体からタービン動翼入口4aに向かって排気ガスを流すことが出来る。しかも、流量の変化に応じて流れ角も連続的に変化するため、あたかも可変ノズルによって排気ガスの流れ方向を制御する場合と同様の制御性能を有する。このため、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービンによれば、最小流量から最大流量までの広い流量範囲において、高いタービン効率を実現する可変機構を構成することが出来るようになっている。
As described above, in the radial turbine or the mixed flow turbine according to the present embodiment, the exhaust gas is discharged from the entire
<第3−2実施形態>
次に、図14及び図15に基づいて、本発明の第3−2実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービンを説明する。図14は、本発明の第3−2実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービンにおけるハブ側ノズル流路のノズル出口の形状を説明するための図である。図15は、本発明の第3−2実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービンにおいて、シュラウド側ノズル流路及びハブ側ノズル流路から流出する排気ガスの流れを説明するための図である。
なお、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービンは、上述した実施形態と基本的には同様な構成を有している。よって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
<Third Embodiment>
Next, based on FIG.14 and FIG.15, the radial turbine or mixed flow turbine concerning 3rd-2 embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 14 is a view for explaining the shape of the nozzle outlet of the hub side nozzle flow path in the radial turbine or the mixed flow turbine according to the third to second embodiments of the present invention. FIG. 15 is a view for explaining the flow of exhaust gas flowing out from the shroud side nozzle flow path and the hub side nozzle flow path in the radial turbine or the mixed flow turbine according to the third to second embodiments of the present invention.
The radial turbine or mixed flow turbine of the present embodiment has basically the same configuration as that of the above-described embodiment. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図14に示したように、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービンのシュラウド側ノズル翼17は、タービン軸と直交する方向の断面視において、隣接するシュラウド側ノズル翼17´の負圧面後端17bと交差し、且つ、ノズル出口34Bの圧力面後端17aと中空部17hの負圧面後端17b側のノズル内面17S3とを最短距離で結ぶ線として規定される下流端面34Bbと直交する方向に延伸する仮想線IL2が、圧力面後端17a及び負圧面後端17bの間を通過するように、ハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bが構成される。図示した実施形態では、図12及び図13に示した実施形態に対して、圧力面後端17aが負圧面後端17bよりも距離Xだけ上流側(シュラウド側ノズル翼17の後端部17B側)に位置するように構成されている。
As shown in FIG. 14, the shroud
ここで仮想線IL2と下流端面34Baとの交点は、下流端面34Bbの中心には限定されない。仮想線IL2と下流端面34Bbとの交点が、シュラウド側ノズル翼17の圧力面後端17aと負圧面後端17bとの間のいずれかの位置に存在するように構成されていればよい。
Here, the intersection of the virtual line IL2 and the downstream end face 34Ba is not limited to the center of the downstream end face 34Bb. The intersection of virtual line IL2 and downstream end surface 34Bb should just be comprised in either position between the pressure surface
このような実施形態のラジアルタービン又は斜流タービンによれば、図15に示したように、ハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bから流出する排気ガスの流れに対して、このノズル出口34Bの下流端面34Baに対して垂直方向の流速成分を付与することが出来る。このため、図15の(c)に示したように、ハブ側ノズル流路34とシュラウド側ノズル流路32の両方のノズル出口34B、32Bから排気ガスが流出する中間流量時において、上述した第3実施形態のラジアルタービン又は斜流タービンよりも、2つのノズル出口34B、32Bから流出する排気ガスの混合が促進される。これにより、流れの一様性が向上し、タービン動翼入口4aに流入する際の圧力損失を軽減することが出来る。
According to the radial turbine or the mixed flow turbine of such an embodiment, as shown in FIG. 15, the flow of the
<第4実施形態>
次に、図16〜図19に基づいて、本発明の第4実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービン1cを説明する。図16は、本発明の第4実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービン1を説明するための概略子午面図である。図17は、図16におけるB−B方向の概略矢視図である。図18は、図16におけるA−A方向の概略矢視図である。図19は、図16におけるノズル部の拡大図である。
なお、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービンは、上述した実施形態と基本的には同様な構成を有している。よって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
<Fourth embodiment>
Next, based on FIGS. 16-19, the radial turbine or
The radial turbine or mixed flow turbine of the present embodiment has basically the same configuration as that of the above-described embodiment. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図16〜図19に示したように、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1cは、上述した実施形態と同様に、分割壁10は、タービン軸方向と直交する方向に延在し、スクロール空間を分割する環板状の分割部10Aと、この分割部10Aの内周部からハブ側に向かって延在し、ケーシング8のハブ側壁面18aと当接するハブ側当接部10Bとからなる。ケーシング8のハブ側壁面18aは、子午面視において、ハブ側ノズル流路34のノズル入口34Aからノズル出口34Bに向かって、このハブ側壁面18aと回転軸2との半径方向距離が短くなるようにタービン軸線CLに対して傾斜して延在する。
As shown in FIGS. 16 to 19, in the radial turbine or the
ハブ側当接部10Bのハブ側当接面10Bcには、半径方向の外端から内端に通じる溝部10Bdが形成されている。そして、上述したハブ側ノズル流路34は、溝部10Bdの底面および対抗する側面とハブ側壁面18aとで画定される空間(ハブ側空間19s)を含むように構成される。すなわち、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1cでは、上述した第2実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1bとは異なり、ハブ側空間19sが貫通孔ではなく溝から形成されている。なお、図16中の符号R2は、ハブ側ノズル流路34のノズル入口34Aとタービン軸線CLからの半径方向距離を示している。
On the hub side contact surface 10Bc of the hub
このような実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1cによれば、上述した第2実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1bとは異なり、分割壁10に対して貫通孔10Bhを形成することなく、加工が容易な溝部10Bdによってハブ側ノズル流路34を形成することが出来る。分割壁10に貫通孔10Bhを形成する場合には複雑な鋳造等で製作する必要があるが、当接面に開口を有する溝部10Bdであれば、比較的単純な構造の中子で鋳造によって製作可能である。また、高い表面加工精度が要求される場合であっても、エンドミルによって容易に加工することが出来る。
According to the radial turbine or
また、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1cは、上述した実施形態と同様に、分割部10Aの内周部におけるシュラウド側の側面部10Ab(図19参照)とケーシング8のシュラウド側壁面16aとの間において周方向に間隔を置いて形成される複数のシュラウド側ノズル翼17をさらに備える。シュラウド側ノズル流路32は、分割部10Aの内周部におけるシュラウド側の側面部10Abと、周方向に隣り合う2つのシュラウド側ノズル翼17、17と、ケーシング8のシュラウド側壁面16aとで画定されるシュラウド側空間17s(図18参照)を含むように構成される。また、このシュラウド側ノズル翼17の内部には、分割部10Aと接続するハブ側の断面17c及び後端部17Bに開口を有する溝状又は貫通孔状の中空部17hが形成されている。そして、上述したハブ側空間19sは、この貫通孔状の中空部17hと連通している。すなわち、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1cでは、これらハブ側空間19sと中空部17hとによってハブ側ノズル流路34が構成されている。
Further, in the radial turbine or
このような実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1cによれば、上述したハブ側空間19sとシュラウド側ノズル翼17の内部に形成される溝状又は貫通孔状の中空部17hとによってハブ側ノズル流路34が構成される。このため、周方向に隣り合う2つのシュラウド側ノズル翼17、17によって形成されるシュラウド側空間17sを含むシュラウド側ノズル流路32を流れる排気ガスと、シュラウド側ノズル翼17の内部に形成される溝状又は貫通孔状の中空部17hを含むハブ側ノズル流路34を流れる排気ガスとが、それぞれのノズル出口まで互いに干渉することなく流れて環状流路33に流出する。このような構成により、2つのノズル流路を流れる排気ガスの干渉を抑制することが出来るため、排気ガスの圧力損失を抑制でき、タービン効率をより一層高めることが出来るようになっている。
According to the radial turbine or
<第5実施形態>
次に、図20〜図25に基づいて、本発明の第5実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービン1dを説明する。図20は、本発明の第5実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービンを説明するための概略子午面図である。図21は、図20におけるB−B方向の概略矢視図である。図22Aは、図20における翼周辺の拡大図である。図22Aは、翼前縁の形状を説明するための図である。図23は、一実施形態にかかる図20におけるA−A方向の概略矢視図である。図24は、他の実施形態にかかる図20におけるA−A方向の概略矢視図である。図25は、本発明の第5実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービンのノズル部を示した概略斜視図である。
なお、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービンは、上述した実施形態と基本的には同様な構成を有している。よって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
<Fifth Embodiment>
Next, based on FIGS. 20-25, the radial turbine or
The radial turbine or mixed flow turbine of the present embodiment has basically the same configuration as that of the above-described embodiment. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図20〜図25、特に図22Aにおいて拡大して示したように、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1dでは、翼4は、子午面視において、上流側に位置する前縁4aと、下流側に位置する後端4bと、半径方向外側に位置する外側縁4cと、半径方向内側に位置し、ハブ3の周面3aに固着される内側縁4dとを有する。そして、内側縁4dと前縁4aとの第1交点a1の半径方向距離をRH、外側縁4cと前縁4aとの第2交点a2の半径方向距離をRSで表した時に、RH<RSであり、前縁4aの形状線は上流側に向かって凸状に形成される。一方、シュラウド側ノズル翼17の後端部17Bの形状線は、子午面視において、前縁4aに対向して凹状に形成される。
In the radial turbine or
前縁4aの形状を図22Bに示す。前縁4aは、上流側に向かって湾曲状に形成されているハブ側に位置する曲線部4a1と、変位点a3を境として、直線状に延在するシュラウド側に位置する直線部4a2とからなる。曲線部4a1は、シュラウド側からハブ側に向かって徐々に半径方向距離が短くなるように形成される。直線部4a2は、その半径方向距離がほぼ等しく形成される。そして、前縁4aの形状線は、全体として上流側、すなわちノズル部9側に向かって凸状に形成される。そして、前縁4aの第1交点a1から第2交点a2に亘って、前縁4aとシュラウド側ノズル翼17の後端部17Bとの離間距離はほぼ一定に形成される。
The shape of the
ハブ側ノズル流路34から流出する排気ガスの速度成分の主体は周方向成分であるが、子午面視においては半径方向成分と軸方向成分も有しており、タービン軸に対して傾斜して流れてタービン動翼入口4aに流入する。しかしながら、翼4の前縁4aが一定の半径方向距離を有するラジアルタービンでは、この子午面視における排気ガスの流れの転向角が大きくなり、ハブ3の周面3aにおいて排気ガスの流れに剥離等が生じ、圧力損失が発生してしまう。
The main component of the velocity component of the exhaust gas flowing out from the hub-
したがって、このような実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1dによれば、翼4のハブ側の前縁4aがハブ側に向かって半径方向距離が短くなるように傾斜して形成される。また、ハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bが開口するシュラウド側ノズル翼17の後端部17Bの形状線は、子午面視において、前縁4aに対向して凹状に形成される。このため、ハブ側ノズル流路34から流出する排気ガスの子午面視における流れの転向角を小さく出来、流れ角変化による圧力損失を低減することが出来る。
Therefore, according to the radial turbine or
また、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1dでは、図23に示したように、上述した実施形態と同様、ハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bのスロート幅S2をシュラウド側からハブ側に至るまで一定幅に形成してもよい。好ましくは、図24に示したように、ハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bのスロート幅S2を、シュラウド側のスロート幅S2aよりもハブ側のスロート幅S2b方が広くなるように形成するとよい(S2a<S2b)。
なお、図23及び図24は、図20におけるA−A方向の概略矢視図であり、そのスロート幅S2、S2a、S2bを概念的に表示するものである。
Further, in the radial turbine or
23 and 24 are schematic arrow views in the AA direction in FIG. 20, and conceptually display the throat widths S2, S2a, and S2b.
導入する排気ガスの流量が変動するタービンにおいては、小流量時には理論速度比(U/C0)の低い領域で高いタービン効率が要求され、大流量時には理論速度比(U/C0)の高い領域で高いタービン効率が要求される。 In a turbine in which the flow rate of exhaust gas to be introduced fluctuates, high turbine efficiency is required in a region where the theoretical speed ratio (U / C0) is low when the flow rate is small, and in a region where the theoretical speed ratio (U / C0) is high when the flow rate is large. High turbine efficiency is required.
本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1dでは、翼4の前縁4aの形状線が上流側に向かって凸状に形成される。また、シュラウド側ノズル翼17の後端部17Bの形状線が、子午面視において、前縁4aに対向して凹状に形成される。このため、翼4の前縁4aは、タービン軸に対して傾斜したハブ側の衝動タービンの機能が大きい部分(図22Bの符号4a1)と、タービン軸に対してほぼ平行で且つ半径がほぼ一定となるシュラウド側の反動タービンの機能が大きい部分(図22Bの符号4a2)とを有することとなる。よって、図25に示したように、ハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bのスロート幅S2を、シュラウド側のスロート幅S2aよりもハブ側のスロート幅S2bを広く形成することで(S2a<S2b)、小流量時において理論速度比(U/C0)の低い領域で高いタービン効率を発揮する衝動タービンの機能が大きい前縁4aのハブ側の部分(曲線部4a1)に小さい流れ角で多くの排気ガスを流入させることが出来る。また、大流量時において理論速度比(U/C0)の高い領域で高いタービン効率を発揮する反動タービンの機能が大きい前縁4aのシュラウド側の部分4a2に大きい流れ角で多くの排気ガスを流入させることが出来る。これにより、小流量〜大流量の広い流量範囲においてタービン効率の向上を図ることが出来るようになっている。
In the radial turbine or
<第6実施形態>
次に、図26、図27に基づいて、本発明の第6実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービン1eを説明する。図26は、本発明の第6実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービンを説明するための概略子午面図である。図27は、図26における翼周辺の拡大図である。
なお、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービンは、上述した実施形態と基本的には同様な構成を有している。よって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
<Sixth Embodiment>
Next, based on FIGS. 26 and 27, a radial turbine or
The radial turbine or mixed flow turbine of the present embodiment has basically the same configuration as that of the above-described embodiment. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
特に図27において拡大して示したように、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1eでは、翼4は、上流側に位置する前縁4aと、下流側に位置する後端4bと、半径方向外側に位置する外側縁4cと、半径方向内側に位置し、ハブ3の周面3aに固着される内側縁4dとを有する。前縁4aは、一定の半径方向距離からなる形状線を有する。ハブ3は、このハブ3の周面3aの外周端縁3dにおける接線方向L1が、タービン軸と直交する方向L2に対して、タービン動翼5のハブ3の背面3b側に角度β(5〜30°)だけ傾斜して形成される。そして、ケーシング8のハブ側壁面18aは、上述した実施形態と同様に、子午面視において、ハブ側ノズル流路34のノズル入口34Aからノズル出口34Bに向かって、このハブ側壁面18aと回転軸2との半径方向距離が短くなるようにタービン軸方向に対して傾斜して延在する。
In particular, in the radial turbine or the
図示した実施形態では、翼4の前縁4aは、子午面視において、上述した第5実施形態とは異なり、タービン軸線CLに対してほぼ平行に延在している。また、シュラウド側ノズル翼17の後端部17Bの形状も、タービン軸線CLに対してほぼ平行に形成されている。そして、翼4の全高に亘って、前縁4aとシュラウド側ノズル翼17の後端部17Bとの離間距離はほぼ一定に形成されている。
In the illustrated embodiment, the
ハブ側ノズル流路34から流出する排気ガスの速度成分の主体は周方向成分であるが、子午面視においては半径方向成分と軸方向成分も有しており、タービン軸に対して傾斜して流れて翼4に流入する。しかしながら、ハブ3の周面3aの外周端縁3dにおける接線方向が半径方向に延伸するラジアルタービンでは、この子午面視における排気ガスの流れの転向角が大きくなり、ハブ周面において排気ガスの流れに剥離等が生じ、圧力損失が発生する。
The main component of the velocity component of the exhaust gas flowing out from the hub-
これに対して本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1eによれば、ハブ3は、このハブ3の周面3aの外周端縁3dにおける接線方向L1が、タービン軸と直交する方向に対して、タービン動翼5のハブ3の背面3b側に角度β(5〜30°)だけ傾斜して形成される。このため、ハブ側ノズル流路34から流出する排気ガスの子午面視における流れf2の転向角を小さく出来、流れ角変化による圧力損失を低減することが出来る。
On the other hand, according to the radial turbine or
<第7実施形態>
次に、図28〜図30に基づいて、本発明の第7実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービン1fを説明する。図28は、本発明の第7実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービンを説明するための概略子午面図である。図29は、図28におけるB−B方向の概略矢視図である。図30は、図28におけるA−A方向の概略矢視図である。
なお、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービンは、上述した実施形態と基本的には同様な構成を有している。よって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
<Seventh embodiment>
Next, based on FIGS. 28-30, the radial turbine or
The radial turbine or mixed flow turbine of the present embodiment has basically the same configuration as that of the above-described embodiment. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図28〜図30に示したように、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1fは、その分割壁10が、タービン軸線CLと直交する方向に延在し、スクロール空間を分割する分割部10Aと、分割部10Aの内周部からシュラウド側に向かって延在し、ケーシング8のシュラウド部16のシュラウド側壁面16aと当接するシュラウド側当接部10Cとからなる。そしてシュラウド側ノズル流路32は、シュラウド部16のシュラウド側壁面16aと、シュラウド側当接部10Cにおけるシュラウド側壁面16aとの当接面に形成される溝部とによって画定される空間を少なくとも含むように構成される。
また、ハブ側スクロール流路14とタービン動翼5との間には、ハブ側ノズル翼19が同心円状に複数配置されている。そして、ハブ側ノズル流路34は、周方向に隣り合う2つのハブ側ノズル翼19との間に形成される。
As shown in FIGS. 28 to 30, the radial turbine or the
A plurality of hub
このように構成される本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1fであっても、上述した実施形態と同様の作用効果を得ることが出来る。
Even with the radial turbine or the
<第8実施形態>
次に、図31〜図33に基づいて、本発明の第8実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービン1gを説明する。図31は、本発明の第8実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービンを説明するための概略子午面図である。図32は、図31におけるB−B方向の概略矢視図である。図33は、図31におけるA−A方向の概略矢視図である。
なお、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービンは、上述した実施形態と基本的には同様な構成を有している。よって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
<Eighth Embodiment>
Next, based on FIGS. 31-33, the radial turbine or
The radial turbine or mixed flow turbine of the present embodiment has basically the same configuration as that of the above-described embodiment. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図31〜図33、特に図33において模式的に示したように、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1gでは、上述した実施形態とは異なり、ハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bの流路面積の方が、シュラウド側ノズル流路32のノズル出口32Bの流路面積よりも大きく形成されている。
すなわち、本実施形態における2つのノズル流路32、34のノズル出口32B、34Bの流路面積は、上述した第2実施形態などとはその大小関係が反対になっている。
As schematically shown in FIGS. 31 to 33, particularly FIG. 33, in the radial turbine or
In other words, the flow area of the
また、図31に示したように、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1gでは、ハブ側排気管25にのみ流量調整弁(ハブ側流量調整弁24)が配置され、シュラウド側排気管23には流量調整弁は配置されていない。すなわち本実施形態では、流量調整機構20は、ハブ側スクロール流路14に排気ガスを導入するハブ側排気管25の流路面積を調整可能なハブ側流量調整弁24からなる。
Further, as shown in FIG. 31, in the radial turbine or the
このような実施形態によれば、ハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bは、シュラウド側ノズル流路32のノズル出口32Bよりも大きい流路面積を有するため、ハブ側ノズル流路34に排気ガスを導入するハブ側スクロール流路14の流路面積を調整することで、より広い範囲において流量調整を行うことが出来る。
According to such an embodiment, the
また例えば、上述した実施形態と同様に、最小流量時にはノズル出口の流路面積の小さいシュラウド側ノズル流路32からのみ排気ガスを流し、最大流量時には両方のノズル流路32、34から設計流量相当の排気ガスを流し、中間流量時には、シュラウド側ノズル流路32には設計流量相当の排気ガスを流し、ノズル出口の流路面積の大きいハブ側ノズル流路34を流れる排気ガスの流量を調整することで、最小流量から最大流量までの広い流量範囲において高いタービン効率を実現する可変機構を構成することが出来る。しかも、大流量時において、上述した第5実施形態において説明したような理論速度比(U/C0)の低い領域で高いタービン効率を発揮する衝動タービンとしての機能をより顕著に発揮させることが出来るようになっている。
Further, for example, as in the above-described embodiment, exhaust gas is allowed to flow only from the shroud side
<第9実施形態>
次に、図34〜図36に基づいて、本発明の第9実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービン1hを説明する。図34は、本発明の第9実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービンを説明するための概略子午面図である。図35は、図34におけるB−B方向の概略矢視図である。図36は、図34におけるA−A方向の概略矢視図である。
なお、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービンは、上述した実施形態、特に上述した第2実施形態と基本的には同様な構成を有している。よって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
<Ninth Embodiment>
Next, based on FIGS. 34-36, the radial turbine or
Note that the radial turbine or mixed flow turbine of the present embodiment has basically the same configuration as the above-described embodiment, particularly the above-described second embodiment. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図34〜図36に示したように、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1hは、上述した第2実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1bに対して、シュラウド側ノズル翼17の内部に中空部17hが形成されていない。本実施形態のハブ側ノズル流路34は、分割壁10のハブ側当接部10Bに形成されている貫通孔10Bhからなるハブ側空間19sのみによって構成されている。そして本実施形態では、シュラウド側ノズル翼17の内部に中空部17hが形成されていない代わりに、シュラウド側ノズル翼17の圧力面17S1に凹部17Gが形成されている。この凹部17Gは、タービン軸と直交する方向の断面視において、シュラウド側ノズル翼17の圧力面17S1の一部を前端部17Aの下流側から後端部17Bにかけて削り取ったような形状を呈している。そして、この凹部17Gによって、ハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bから流出した排気ガスを翼4の前縁4aに対して直交する方向に導流するように構成されている。
As shown in FIGS. 34 to 36, the radial turbine or
<第9−2実施形態>
次に、図37〜図39に基づいて、本発明の第9−2実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービン1iを説明する。図37は、本発明の第9−2実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービンを説明するための概略子午面図である。図38は、図37におけるB−B方向の概略矢視図である。図39は、図37におけるA−A方向の概略矢視図である。
なお、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービンは、上述した実施形態、特に上述した第4実施形態と基本的には同様な構成を有している。よって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
<Ninth Embodiment>
Next, based on FIGS. 37-39, the radial turbine or
Note that the radial turbine or mixed flow turbine of the present embodiment has basically the same configuration as the above-described embodiment, particularly the above-described fourth embodiment. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図37〜図39に示したように、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1iは、上述した第4実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1cに対して、シュラウド側ノズル翼17に中空部17hが形成されていない。本実施形態のハブ側ノズル流路34は、分割壁10のハブ側当接部10Bのハブ側当接面10Bcに形成されている溝部10Bdからなるハブ側空間19sのみによって構成されている。そして本実施形態では、シュラウド側ノズル翼17の内部に上述した中空部17hが形成されていない代わりに、上述した第9実施形態と同様に、シュラウド側ノズル翼17の圧力面17S1に凹部17Gが形成されている。そして、この凹部17Gによって、ハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bから流出した排気ガスを翼4の前縁4aに対して直交する方向に導流するように構成されている。
As shown in FIGS. 37 to 39, the radial turbine or
本実施形態と上述した第9実施形態との相違点は、本実施形態では分割壁10のハブ側当接部10Bのハブ側当接面に形成される溝部10Bdによってハブ側空間19sが形成されているのに対し、第9実施形態では分割壁10のハブ側当接部10Bに形成される貫通孔10Bhによってハブ側空間19sが形成されている点である。
The difference between the present embodiment and the ninth embodiment described above is that, in this embodiment, the
すなわち、上記第9実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1h、及び第9−2実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1iは、上述した実施形態と同様、分割壁10は、タービン軸線CLと直交する方向に延在し、スクロール空間を分割する環板状の分割部10Aと、分割部10Aの内周部からハブ側に向かって延在し、ケーシング8のハブ側壁面18aと当接するハブ側当接部10Bとからなる。そして、分割部10Aの内周部とケーシング8のシュラウド側壁面16aとの間において周方向に間隔を置いて形成される複数のシュラウド側ノズル翼17をさらに備えている。このシュラウド側ノズル翼17は、子午面視において、分割部10Aの内周部からタービン軸線CLに沿ってシュラウド側に延在するとともに、タービン軸線CLに対してほぼ平行に形成される前縁形状を有するとともに、タービン軸と直交する方向の断面視において、外周側に配向される圧力面17S1及び内周側に配向される負圧面17S2の2つの周面を有する翼形状の外面形状を有する。ハブ側ノズル流路34のノズル入口34Aは、ハブ側当接部10Bをタービン軸方向から視認した場合に、このハブ側当接部10Bの外周に位置する外周端面10Baに形成される。この外周端面10Baは、子午面視において、ノズル出口34Bに対してほぼ平行に延在するか、ハブ側ノズル流路34のノズル入口34Aからノズル出口34Bに向かって、このハブ側壁面18aと回転軸2との半径方向距離が短くなるように延在するケーシング8のハブ側壁面18aに対してほぼ直交する方向に延在するか、または、半径方向に沿って延在するように形成される。ハブ側ノズル流路34は、ハブ側当接部10Bの内部に形成される貫通孔状、またはハブ側当接部10Bをハブ側から視認して溝状に形成されるハブ側空間19sを含む。ハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bは、分割部10Aのシュラウド側の側面部10Abに開口する。そして、シュラウド側ノズル翼17の圧力面17S1には、ハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bから流出する排気ガスをタービン動翼入口4aに案内するための凹部17Gが形成されている。
That is, in the radial turbine or
このような実施形態によれば、ハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bから流出した排気ガスが凹部17Gによってタービン動翼入口4aまで案内される。このため、シュラウド側ノズル翼17の内部に溝状ないし孔状の中空部17hを形成する必要がなく、製造性に優れている。
According to such an embodiment, the exhaust gas flowing out from the
また、幾つかの実施形態では、図36及び図39に示したように、タービン軸線CLと直交する方向の断面視において、凹部17Gの上流端の壁面(凹部17Gにおけるシュラウド側ノズル翼17の前端部17A側の壁面)に凹状の案内溝17guが形成されている。
In some embodiments, as shown in FIGS. 36 and 39, the wall surface of the upstream end of the
このような実施形態によれば、ハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bから流出した排気ガスがこの凹状の案内溝17guに沿ってタービン動翼入口4aに向かって流れるため、ハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bから流出した排気ガスを円滑にタービン動翼入口4aまで案内することが出来る。また、図示した実施形態では、通気抵抗が小さくなるように、案内溝17guの断面はU字状に形成されている。
According to such an embodiment, the exhaust gas flowing out from the
また、幾つかの実施形態では、この凹状の案内溝17guは、図34及び図37に示したように、シュラウド側ノズル翼17のハブ側の断面17cからシュラウド側の側面部17dに向かって下流側(シュラウド側ノズル翼17の後端部17B側)に移動しながら連続的に溝の深さが浅くなるように構成される。
In some embodiments, the
このような実施形態によれば、ハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bから流出した排気ガスをタービン動翼入口4aまで案内する際の通気抵抗をより一層小さくすることが出来るようになっている。
According to such an embodiment, the ventilation resistance when the exhaust gas flowing out from the
<第10実施形態>
次に、図40に基づいて、本発明の第10実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービン1jを説明する。図40は、本発明の第10実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービンを説明するための概略子午面図である。
なお、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービンは、上述した実施形態と基本的には同様な構成を有している。よって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
<Tenth Embodiment>
Next, based on FIG. 40, the radial turbine or
The radial turbine or mixed flow turbine of the present embodiment has basically the same configuration as that of the above-described embodiment. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図40に示したように、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1jでは、上述した分割壁10は、分割部10Aとこの分割部10Aと一体的に形成されるハブ側当接部10Bとから構成される。この分割壁10はタービンハウジング6とは別部材から構成される。上述したシュラウド側ノズル翼17は、分割壁10及びタービンハウジング6とは別部材から構成される。そして、タービンハウジング6は、子午面視においてハブ側に位置するハブ側ハウジング部6Aと、子午視においてシュラウド側に位置するシュラウド側ハウジング部6Bとから構成される。これらハブ側ハウジング部6Aとシュラウド側ハウジング部6Bとは、互いに別部材として構成される、
As shown in FIG. 40, in the radial turbine or
図示した実施形態では、ハブ側ハウジング部6Aには、タービン軸線CLに対して直交する方向に沿ってスクロール空間側に突出する分割凸部13が形成されている。この分割凸部13の先端部には段差が形成され、タービン軸方向に配向された突き合わせ面13aが形成されている。そして、分割部10Aの基端部にもこれに対応して段差が形成されており、タービン軸方向に配向された突き合わせ面10Aaが形成されている。そして、これら分割凸部13の突き合わせ面10Aaと分割部10Aの突き合わせ面13aとを突き合わせた状態で両者をボルト等の締結部材によって締結することで、分割壁10の分割部10Aがタービンハウジング6に固定される。また、図示した実施形態の分割壁10のハブ側当接部10Bには貫通孔10Bhが形成されおり、この貫通孔10Bhによってハブ側空間19sが形成されている。なお、貫通孔10Bhに代えて上述した溝部10Bdをハブ側当接部10Bに形成し、この溝部10Bdによってハブ側空間19sを形成してもよい。
In the illustrated embodiment, the hub-
また、ハブ側ハウジング部6Aのシュラウド側の一端部には、タービン軸方向に配向された突き合わせ面6Aaが形成されている。そして、シュラウド側ハウジング部6Bの上端部にもこれに対応して、タービン軸方向に配向された突き合わせ面6Baが形成されている。そして、これら突き合わせ面6Aaと突き合わせ面6Baとを突き合わせた状態で両者をボルト等の締結部材によって締結することで、ハブ側ハウジング部6Aとシュラウド側ハウジング部6Bとが固定される。これによりタービンハウジング6が形成される。
A butt surface 6Aa oriented in the turbine axial direction is formed at one end of the hub
複数のシュラウド側ノズル翼17は、シュラウド部16のシュラウド側壁面16aと、分割壁10の分割部10Aの内周部におけるシュラウド側の側面部10Abとの間に固定される。また、シュラウド側ノズル翼17の内部には上述した中空部17hが形成されており、この中空部17hと上述したハブ側空間19sとによってハブ側ノズル流路34が構成される。
The plurality of shroud
このような実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1jによれば、分割壁10、シュラウド側ノズル翼17、及びタービンハウジング6が、各々別部材から構成される。またタービンハウジング6は、互いに別部材からなるハブ側ハウジング部6A及びシュラウド側ハウジング部6Bとからなる。そして、これらの互いに別部材からなるハブ側ハウジング部6A、シュラウド側ハウジング部6B、分割壁10、シュラウド側ノズル翼17、背板7Bなどの各部材をタービン軸方向に組み付けて一体化することで、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービンを組み立てることが出来る。このため製造性に優れている。
According to the radial turbine or
幾つかの実施形態では、このラジアルタービン又は斜流タービン1jにおいて、上述した分割壁10及びシュラウド側ハウジング部6Bは、タービン軸線CLに対して軸対称に形成される。すなわち、分割壁10及びシュラウド側ハウジング部6Bは、その中心軸線に対して対称な形状を有する環状部材として構成されている。また、背板7Bについても、タービン軸線CLに対して軸対称に形成することも出来る。さらに、複数のシュラウド側ノズル翼17についても、これら複数のシュラウド側ノズル翼17をリング状の部材によって環状に連結することで、タービン軸線CLに対して軸対称に形成された一つの部材として構成することが出来る。
In some embodiments, in the radial turbine or the
このような実施形態によれば、これら分割壁10及びシュラウド側ハウジング部6Bなどの軸対称の部材をタービン軸方向に組み付けて一体化する際に、その周方向位置を位置決めすることなく組み立てることが出来る。このため製造性に優れている。
According to such an embodiment, when these axially symmetric members such as the dividing
<第11実施形態>
次に、図41に基づいて、本発明の第10実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービン1kを説明する。図41は、本発明の第10実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービンを説明するための概略子午面図である。
なお、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービンは、上述した第10実施形態と基本的には同様な構成を有している。よって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
<Eleventh embodiment>
Next, based on FIG. 41, the radial turbine or
Note that the radial turbine or mixed flow turbine of the present embodiment has basically the same configuration as that of the above-described tenth embodiment. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図41に示したように、本実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1kでは、ケーシング8は、タービンハウジング6とは別部材から構成される、ハブ側ハウジング部6Aに支持される弾性変形可能な第1プレート部材42を含む。この第1プレート部材42は、例えば板金などから構成される。第1プレート部材42は、子午面視において、ハブ側ノズル流路34のノズル入口34Aからノズル出口34Bに向かって、ハブ側壁面18aと回転軸2との半径方向距離が短くなるようにタービン軸線CLに対して傾斜する傾斜面42aを有し、この傾斜面42aが上述したケーシング8のハブ側壁面18aを構成している。そして、分割壁10のハブ側当接部10Bのハブ側当接面10Bcが、この第1プレート部材42の傾斜面42a(ケーシング8のハブ側壁面18a)と当接するように構成される。
As shown in FIG. 41, in the radial turbine or
このような実施形態のラジアルタービン又は斜流タービン1kによれば、分割壁10のハブ側当接部10Bは弾性変形可能な第1プレート部材42の傾斜面42aと当接する。このため、タービンハウジング6とは別部材から構成される分割壁10が高温の排気ガスによって熱変形した場合に、第1プレート部材42が弾性変形することで、その熱変形を吸収することが出来る。よって、分割壁10やシュラウド側ノズル翼17をタービンハウジング6とは別部材で構成した場合であっても、熱変形によってハブ側ノズル流路34に隙間などが生じることがない。また、第1プレート部材42をタービン軸線CLに対して軸対称に形成すれば、上述した第10実施形態と同様に、タービン軸方向に組み付けて一体化する際にその周方向位置を位置決めする必要がなく、組み立て性が向上する。
According to the radial turbine or the
幾つかの実施形態では、図41に示したように、このラジアルタービン又は斜流タービン1kにおいて、ケーシング8は、シュラウド側ハウジング部6Bに固定される弾性変形可能な第2プレート部材44をさらに含む。この第2プレート部材44は、例えば板金などから構成される。第2プレート部材44は、子午面視において、タービン軸線CLと直交する方向に沿って延在するシュラウド側壁面16aの少なくとも一部を構成する側面44aを有する。そして、シュラウド側ノズル翼17が、第2プレート部材44の側面44aと当接し、この側面44aと分割壁10とによって支持されるように構成される。
In some embodiments, as shown in FIG. 41, in this radial turbine or
このような実施形態によれば、シュラウド側ノズル翼17は、弾性変形可能な第2プレート部材44の側面44aと当接した状態で第2プレート部材44と分割壁10との間に支持される。このため、タービンハウジング6とは別部材から構成される分割壁10やシュラウド側ノズル翼17が高温の排気ガスによって熱変形した場合に、第2プレート部材44が弾性変形することで、その熱変形を吸収することが出来る。よって、分割壁10やシュラウド側ノズル翼17をタービンハウジング6とは別部材で構成した場合であっても、熱変形によってハブ側ノズル流路34に隙間などが生じることがない。また、第2プレート部材44をタービン軸線CLに対して軸対称に形成すれば、上述した第10実施形態と同様に、タービン軸方向に組み付けて一体化する際にその周方向位置を位置決めする必要がなく、組み立て性が向上する。
According to such an embodiment, the shroud
また上述した実施形態において、第2プレート部材44は、子午面視において、側面44aと、側面44aから略直交する方向に延在する上面44bと、を有するL字状に形成されている。そして、側面44aの端縁がシュラウド側ハウジング部6Bのシュラウド部16に固定され、上面44bの側面44aの端縁がシュラウド側ハウジング部6Bのスクロール壁面16bに固定される。これにより、第2プレート部材44とシュラウド側ハウジング部6Bとの間に空間46が形成されている。この空間46は、高温の排気ガスが流れるシュラウド側スクロール流路12とシュラウド部16との間に位置し、シュラウド側スクロール流路12を流れる排気ガスの熱がシュラウド部16に作用するのを妨げるための断熱空間として機能する。したがって、シュラウド部16の加熱に伴うシュラウド側スクロール流路12を流れる排気ガスの放熱損失や、翼4を流れる排気ガスにシュラウド部16を介して熱が伝わることによって生じる翼流れのエンタルピ上昇に伴うタービン動翼5の出力低下等の、シュラウド部16が加熱されることによって発生する各種の損失を低減することが出来る。これによりタービン効率を向上させることが出来るようになっている。
In the above-described embodiment, the
<その他の実施形態>
また、幾つかの実施形態のラジアルタービン又は斜流タービンでは、上述した図面、特に図8〜11、図26、図27に示したように、分割壁10は、タービン軸線CLと直交する方向に延在し、スクロール空間を分割する環板状の分割部10Aと、分割部10Aの内周部からハブ側に向かって延在し、ケーシング8のハブ側壁面18aと当接するハブ側当接部10Bとからなる。このラジアルタービン又は斜流タービンは、分割部10Aの内周部とケーシング8のシュラウド側壁面16aとの間において周方向に間隔を置いて形成される複数のシュラウド側ノズル翼17をさらに備える。このシュラウド側ノズル翼17は、子午面視において、分割部10Aの内周部からタービン軸線CLに沿ってシュラウド側に延在し、タービン軸線CLに対してほぼ平行に形成される前縁形状を有するとともに、タービン軸線CLと直交する方向の断面視において、外周側に配向される圧力面17S1及び内周側に配向される負圧面17S2の2つの周面を有する翼形状の外面形状を有する。ハブ側ノズル流路34のノズル入口34Aは、ハブ側当接部10Bをタービン軸方向から視認した場合に、このハブ側当接部10Bの外周側に位置する外周端面10Baに形成される。この外周端面10Baは、子午面視において、ノズル出口34Bに対してほぼ平行に延在するか、ハブ側ノズル流路34のノズル入口34Aからノズル出口34Bに向かって、ハブ側壁面18aと回転軸2との半径方向距離が短くなるように延在するケーシング8のハブ側壁面18aに対してほぼ直交する方向に延在するか、または、半径方向に沿って延在するように形成される。ハブ側ノズル流路34は、分割壁10Bの内部に形成される貫通孔状、または分割壁10Bをハブ側から視認して溝状に形成されるハブ側空間19sと、このハブ側空間19sと連通するシュラウド側ノズル翼17の内部に形成される貫通孔状、またはシュラウド側ノズル翼17をハブ側から視認して溝状に形成される中空部17hとを含む。ハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bは、シュラウド側ノズル翼17をタービン軸方向から視認した場合におけるシュラウド側ノズル翼17の内周端部(後端部17B)に、子午面視においてタービン軸線CLに対してほぼ平行に形成されるとともに、タービン軸線CLと直交する方向の断面視において、シュラウド側ノズル翼17の後端部17Bに形成される2つの後端17a、17bの間に形成される。シュラウド側ノズル流路32は、分割部10Aの内周部と、周方向に隣り合う2つのシュラウド側ノズル翼17と、ケーシング8のシュラウド側壁面16aとで画定されるシュラウド側空間17sを含む。そして、シュラウド側ノズル流路32のノズル出口32Bは、タービン軸線CLと直交する方向の断面視におけるシュラウド側ノズル翼17の2つの後端17a、17bが存在する周方向領域において、ハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bを除く領域に形成される。
<Other embodiments>
Further, in the radial turbine or mixed flow turbine of some embodiments, as shown in the above-described drawings, in particular, FIGS. 8 to 11, 26, and 27, the dividing
このように、本発明の幾つかの実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービンは、上述したような形状を有していてもよいものである。 As described above, the radial turbine or the mixed flow turbine according to some embodiments of the present invention may have the shape as described above.
また、幾つかの実施形態のラジアルタービン又は斜流タービンでは、上述した図面、特に図20〜図25に示したように、分割壁10は、タービン軸線CLと直交する方向に延在し、スクロール空間を分割する環板状の分割部10Aと、分割部10Aの内周部からハブ側に向かって延在し、ケーシング8のハブ側壁面18aと当接するハブ側当接部10Bとからなる。このラジアルタービン又は斜流タービンは、分割部10Aの内周部とケーシング8のシュラウド側壁面16aとの間において周方向に間隔を置いて形成される複数のシュラウド側ノズル翼17をさらに備える。このシュラウド側ノズル翼17は、子午面視において、分割部10Aの内周部からタービン軸線CLに沿ってシュラウド側に延在し、タービン軸線CLに対してほぼ平行に形成される前縁形状を有するとともに、タービン軸線CLと直交する方向の断面視において、外周側に配向される圧力面17S1及び内周側に配向される負圧面17S2の2つの周面を有する翼形状の外面形状を有する。ハブ側ノズル流路34のノズル入口34Aは、ハブ側当接部10Bをタービン軸方向から視認した場合に、ハブ側当接部10Bの外周側に位置する外周端面10Baに形成されるとともに、この外周端面10Baは、子午面視において、ノズル出口34Bに対してほぼ平行に延在するか、ハブ側ノズル流路34のノズル入口34Aからノズル出口34Bに向かって、ハブ側壁面18aと回転軸2との半径方向距離が短くなるように延在するケーシング8のハブ側壁面18aに対してほぼ直交する方向に延在するか、または、半径方向に沿って延在するように形成される。ハブ側ノズル流路34は、分割壁10Bの内部に形成される貫通孔状、または分割壁10Bをハブ側から視認して溝状に形成されるハブ側空間19sと、このハブ側空間19sと連通するシュラウド側ノズル翼17の内部に形成される貫通孔状、またはシュラウド側ノズル翼17をハブ側から視認して溝状に形成される中空部17hとを含む。そして、ハブ側ノズル流路34のノズル出口34Bは、シュラウド側ノズル翼17をタービン軸方向から視認した場合のシュラウド側ノズル翼17の内周端部(後端部17B)に、子午面視において凸状に形成されたタービン動翼5の翼4の前縁4aに対してほぼ一定の離間距離を有する凹状に形成されるとともに、タービン軸線CLと直交する方向の断面視において、シュラウド側ノズル翼17の後端部17Bに形成される2つの後端17a、17bの間に形成される。
Moreover, in the radial turbine or mixed flow turbine of some embodiments, as shown in the above-described drawings, particularly FIGS. 20 to 25, the dividing
このように、本発明の幾つかの実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービンは、上述したような形状を有していてもよいものである。 As described above, the radial turbine or the mixed flow turbine according to some embodiments of the present invention may have the shape as described above.
以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではない。例えば上述した実施形態を組み合わせても良く、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。 As mentioned above, although the preferable form of this invention was demonstrated, this invention is not limited to said form. For example, the above-described embodiments may be combined, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention.
本発明の少なくとも一実施形態にかかるラジアルタービン又は斜流タービンは、ターボチャージャや発電用エンジンに用いられるエキスパンジョンタービン、並びに小型ガスタービン等のラジアルタービン又は斜流タービンとして好適に用いることが出来る。 A radial turbine or mixed flow turbine according to at least one embodiment of the present invention can be suitably used as a radial turbine or mixed flow turbine such as an expansion turbine used in a turbocharger or a power generation engine, and a small gas turbine. .
1,1a〜1k ラジアルタービン又は斜流タービン
2 回転軸
3 ハブ
3a 周面
3b 背面
3c 先端面
3d 外周端縁
4 翼
4a 前縁(タービン動翼入口)
4a1 曲線部
4a2 直線部
4b 後縁(タービン動翼出口)
4c 外側縁
4d 内側縁
5 タービン動翼
6 タービンハウジング
6A ハブ側ハウジング部
6Aa 突き合わせ面
6B シュラウド側ハウジング部
6Ba 突き合わせ面
7A ベアリングハウジング
7B 背板
8 ケーシング
9 ノズル部
10 分割壁
10A 分割部
10Aa 突き合わせ面
10Ab シュラウド側の側面部
10B ハブ側当接部
10Ba 外周端面
10Bc ハブ側当接面
10Bd 溝部
10Bh 貫通孔
10C シュラウド側当接部
12 シュラウド側スクロール流路
13 分割凸部
13a 突き合わせ面
14 ハブ側スクロール流路
16 シュラウド部
16a シュラウド側壁面
16b スクロール壁面
17 シュラウド側ノズル翼
17C シュラウド側ノズル部
17S1 圧力面
17S2 負圧面
17S3 ノズル内面
17A 前端部
17B 後端部
17G 凹部
17a 圧力面後端
17b 負圧面後端
17c ハブ側の断面
17d シュラウド側の側面部
17h 中空部
17s シュラウド側空間
17gu 案内溝
17Sa,17Sb 側壁面
17Sc 底基面
18 ハブ側壁部
18a ハブ側壁面
19 ハブ側ノズル翼
19C ハブ側ノズル部
19g シュラウド側溝部
19s ハブ側空間
19Sa,19sb 側壁面
19Sc 底壁面
20 流量調整機構
21 排気管
22 シュラウド側流量調整弁
23 シュラウド側排気管
24 ハブ側流量調整弁
25 ハブ側排気管
30 ノズル出口部
32 シュラウド側ノズル流路
32A ノズル入口
32B ノズル出口
33 環状流路
34 ハブ側ノズル流路
34A ノズル入口
34B ノズル出口
34Ba,34Bb 下流端面
42 第1プレート部材
42a 傾斜面
44 第2プレート部材
44a 側面
44b 上面
46 空間
CL タービン軸線
IL1,IL2 仮想線
P1,P2 ノズルピッチ
R 回転方向
S1,S2,S2a,S2b スロート幅
1, 1a to 1k Radial turbine or
4a1 Curved portion 4a2
4c Outer edge 4d Inner edge 5 Turbine blade 6 Turbine housing 6A Hub side housing part 6Aa Abutting surface 6B Shroud side housing part 6Ba Abutting surface 7A Bearing housing 7B Back plate 8 Casing 9 Nozzle part 10 Dividing wall 10A Dividing part 10Aa Butting surface 10Ab Shroud side surface portion 10B Hub side abutting portion 10Ba Outer peripheral end surface 10Bc Hub side abutting surface 10Bd Groove portion 10Bh Through hole 10C Shroud side abutting portion 12 Shroud side scroll channel 13 Divided convex portion 13a Abutting surface 14 Hub side scroll channel 16 shroud portion 16a shroud side wall surface 16b scroll wall surface 17 shroud side nozzle blade 17C shroud side nozzle portion 17S1 pressure surface 17S2 negative pressure surface 17S3 nozzle inner surface 17A front end portion 17B rear end portion 17G recess 1 7a Pressure surface rear end 17b Negative pressure surface rear end 17c Cross section 17d on the hub side Side surface portion 17h on the shroud side Hollow portion 17s Shroud side space 17gu Guide groove 17Sa, 17Sb Side wall surface 17Sc Bottom base surface 18 Hub side wall portion 18a Hub side wall surface 19 Hub Side nozzle blade 19C Hub side nozzle portion 19g Shroud side groove portion 19s Hub side space 19Sa, 19sb Side wall surface 19Sc Bottom wall surface 20 Flow rate adjustment mechanism 21 Exhaust pipe 22 Shroud side flow rate adjustment valve 23 Shroud side exhaust pipe 24 Hub side flow rate adjustment valve 25 Hub Side exhaust pipe 30 Nozzle outlet portion 32 Shroud side nozzle flow path 32A Nozzle inlet 32B Nozzle outlet 33 Annular flow path 34 Hub side nozzle flow path 34A Nozzle inlet 34B Nozzle outlets 34Ba, 34Bb Downstream end face 42 First plate member 42a Inclined face 44 First 2 plate member 44a side surface 4 b top 46 space CL turbine axis IL1, IL2 imaginary line P1, P2 nozzle pitch R rotational direction S1, S2, S2a, S2b throat width
Claims (24)
前記ケーシング(8)内に回転可能に収容される回転軸(2)と、該回転軸(2)に固定され、先端側に向けて連続的に半径が小さくなるように構成されたハブ(3)と、該ハブの周面(3a)から径方向に突出して設けられる複数の翼(4)と、からなるタービン動翼(5)と、
前記タービン動翼(5)のタービン動翼入口(4a)の周囲に形成される前記スクロール空間をタービン軸方向に分割することで、シュラウド側スクロール流路(12)とハブ側スクロール流路(14)の2つのスクロール流路を形成する分割壁(10)と、を備え、
前記シュラウド側スクロール流路(12)と前記タービン動翼入口(4a)との間には、前記シュラウド側スクロール流路(12)を臨むノズル入口(32A)を有する、前記シュラウド側スクロール流路(12)を流れる前記排気ガスを前記タービン動翼入口(4a)に導くためのシュラウド側ノズル流路(32)が周方向に複数形成され、
前記ハブ側スクロール流路(14)と前記タービン動翼入口(4a)との間には、前記ハブ側スクロール流路(14)を臨むノズル入口(34A)を有する、前記ハブ側スクロール流路(14)を流れる前記排気ガスを前記タービン動翼入口(4a)に導くためのハブ側ノズル流路(34)が周方向に複数形成され、
複数の前記シュラウド側ノズル流路(32)のノズル出口(32B)及び複数の前記ハブ側ノズル流路(34)のノズル出口(34B)の各々が、前記タービン動翼入口(4a)に対して半径方向に対向し、且つ、前記タービン軸方向における同一軸方向位置において周方向に交互に配置されることで環状のノズル出口部(30)が構成される、ラジアルタービン又は斜流タービン。 A casing (8) including a turbine housing (6) in which a spiral or annular scroll space through which exhaust gas flows is formed;
A rotating shaft (2) rotatably accommodated in the casing (8), and a hub (3) fixed to the rotating shaft (2) and configured such that the radius continuously decreases toward the distal end side. ), And a plurality of blades (4) provided so as to protrude in the radial direction from the peripheral surface (3a) of the hub, and a turbine blade (5) comprising:
By dividing the scroll space formed around the turbine rotor blade inlet (4a) of the turbine rotor blade (5) in the turbine axial direction, the shroud side scroll channel (12) and the hub side scroll channel (14). And a dividing wall (10) forming two scroll flow paths of
Between the shroud side scroll flow path (12) and the turbine rotor blade inlet (4a), there is a nozzle inlet (32A) facing the shroud side scroll flow path (12). 12) a plurality of shroud-side nozzle channels (32) for guiding the exhaust gas flowing through the turbine rotor blade inlet (4a) are formed in the circumferential direction;
Between the hub side scroll flow path (14) and the turbine rotor blade inlet (4a), there is a nozzle inlet (34A) facing the hub side scroll flow path (14). 14) a plurality of hub side nozzle flow paths (34) for guiding the exhaust gas flowing through the turbine rotor blade inlet (4a) in the circumferential direction are formed;
Each of the nozzle outlets (32B) of the plurality of shroud-side nozzle channels (32) and the nozzle outlets (34B) of the plurality of hub-side nozzle channels (34) are connected to the turbine blade inlet (4a). A radial turbine or a mixed flow turbine, wherein the annular nozzle outlet portions (30) are configured by opposing each other in the radial direction and alternately arranged in the circumferential direction at the same axial position in the turbine axial direction.
前記ハブ側ノズル流路(34)は、前記子午面視において、前記タービン動翼入口(4a)からタービン動翼出口(4b)に向かう方向に沿うように、前記タービン軸方向に対して傾斜して延在するように形成される、請求項1又は2に記載のラジアルタービン又は斜流タービン。 The shroud side nozzle flow path (32) extends toward the turbine rotor blade inlet (4a) along a direction orthogonal to the turbine axial direction in meridional view,
The hub side nozzle flow path (34) is inclined with respect to the turbine shaft direction so as to be along a direction from the turbine blade inlet (4a) to the turbine blade outlet (4b) in the meridional view. The radial turbine or mixed flow turbine according to claim 1, wherein the radial turbine or the mixed flow turbine is formed to extend.
前記ケーシング(8)の前記ハブ側壁面(18a)は、前記子午面視において、前記ハブ側ノズル流路(34)の前記ノズル入口(34A)から前記ノズル出口(34B)に向かって、該ハブ側壁面(18a)と前記回転軸(2)との半径方向距離が短くなるように前記タービン軸方向に対して傾斜して延在し、
前記ハブ側ノズル流路(34)は、前記ハブ側当接部(10B)の前記ハブ側当接面(10Bc)に形成される溝部(10Bd)と、前記ハブ側壁面(18a)と、で画定されるハブ側空間(19s)を少なくとも含み、
前記分割部(10A)の内周部と前記ケーシング(8)のシュラウド側壁面(16a)との間において周方向に間隔を置いて形成される複数のシュラウド側ノズル翼(17)をさらに備え、
前記シュラウド側ノズル流路(32)は、前記分割部(10A)の内周部と、周方向に隣り合う2つの前記シュラウド側ノズル翼(17、17)と、前記ケーシング(8)の前記シュラウド側壁面(16a)とで画定されるシュラウド側空間(17s)を含むように構成される、請求項3に記載のラジアルタービン又は斜流タービン。 The dividing wall (10) extends in a direction orthogonal to the turbine axis direction, and an annular plate-shaped dividing portion (10A) that divides the scroll space, and a hub from an inner peripheral portion of the dividing portion (10A). A hub side contact portion (10B) extending toward the side and contacting the hub side wall surface (18a) of the casing (8),
The hub side wall surface (18a) of the casing (8) is formed from the nozzle inlet (34A) of the hub side nozzle channel (34) toward the nozzle outlet (34B) in the meridional view. Extending so as to be inclined with respect to the turbine shaft direction so that a radial distance between the side wall surface (18a) and the rotating shaft (2) is shortened,
The hub side nozzle channel (34) includes a groove (10Bd) formed on the hub side contact surface (10Bc) of the hub side contact portion (10B) and the hub side wall surface (18a). At least a defined hub side space (19s);
A plurality of shroud side nozzle blades (17) formed at intervals in the circumferential direction between the inner peripheral portion of the divided portion (10A) and the shroud side wall surface (16a) of the casing (8);
The shroud side nozzle flow path (32) includes an inner peripheral portion of the divided portion (10A), two shroud side nozzle blades (17, 17) adjacent in the circumferential direction, and the shroud of the casing (8). 4. A radial turbine or mixed flow turbine according to claim 3, configured to include a shroud side space (17s) defined by a side wall surface (16a).
前記ハブ側ノズル流路(34)は、前記ハブ側空間(19s)と、前記ハブ側の断面(17c)において前記ハブ側空間(19s)と連通する前記中空部(17h)とから構成される、請求項4に記載のラジアルタービン又は斜流タービン。 Inside the shroud-side nozzle blade (17) is a groove-shaped or through-hole-shaped hollow portion having an opening in the hub-side cross section (17c) and rear end portion (17B) connected to the divided portion (10A). (17h) is formed,
The hub side nozzle flow path (34) includes the hub side space (19s) and the hollow portion (17h) communicating with the hub side space (19s) in the hub side cross section (17c). The radial turbine or mixed flow turbine according to claim 4.
前記タービン軸と直交する方向の断面視において、隣接する前記シュラウド側ノズル翼(17)の負圧面後端(17b)と交差し、且つ、前記ノズル出口(34B)の圧力面後端(17a)及び負圧面後端(17b)で規定される下流端面(34Ba)と直交する方向に延伸する仮想線(IL1)が、前記圧力面後端(17a)及び前記負圧面後端(17b)の間を通過するように、前記ハブ側ノズル流路(34)の前記ノズル出口(34B)が構成される、請求項5に記載のラジアルタービン又は斜流タービン。 The shroud-side nozzle blade (17) has two circumferences of a pressure surface (17S1) oriented to the outer peripheral side and a negative pressure surface (17S2) oriented to the inner peripheral side in a cross-sectional view in a direction orthogonal to the turbine shaft. Having a wing-shaped outer surface shape having a surface;
In a cross-sectional view perpendicular to the turbine axis, it intersects the suction surface rear end (17b) of the adjacent shroud-side nozzle blade (17) and the pressure surface rear end (17a) of the nozzle outlet (34B). And an imaginary line (IL1) extending in a direction orthogonal to the downstream end surface (34Ba) defined by the suction surface rear end (17b) is between the pressure surface rear end (17a) and the suction surface rear end (17b). The radial turbine or mixed flow turbine according to claim 5, wherein the nozzle outlet (34 B) of the hub side nozzle flow path (34) is configured to pass through.
前記タービン軸と直交する方向の断面視において、隣接する前記シュラウド側ノズル翼(17)の負圧面後端(17b)と交差し、且つ、前記ノズル出口(34B)の圧力面後端(17a)と前記中空部(17h)の負圧面後端(17b)側のノズル内面(17S3)とを最短距離で結ぶ線として規定される下流端面(34Bb)と直交する方向に延伸する仮想線(IL2)が、前記圧力面後端(17a)及び前記負圧面後端(17b)の間を通過するように、前記ハブ側ノズル流路(34)の前記ノズル出口(34B)が構成される、請求項5に記載のラジアルタービン又は斜流タービン。 The shroud-side nozzle blade (17) has two circumferences of a pressure surface (17S1) oriented to the outer peripheral side and a negative pressure surface (17S2) oriented to the inner peripheral side in a cross-sectional view in a direction orthogonal to the turbine shaft. Having a wing-shaped outer surface shape having a surface;
In a cross-sectional view perpendicular to the turbine axis, it intersects the suction surface rear end (17b) of the adjacent shroud-side nozzle blade (17) and the pressure surface rear end (17a) of the nozzle outlet (34B). And an imaginary line (IL2) extending in a direction perpendicular to the downstream end face (34Bb) defined as a line connecting the hollow part (17h) and the nozzle inner face (17S3) on the negative pressure face rear end (17b) side at the shortest distance However, the nozzle outlet (34B) of the hub side nozzle flow path (34) is configured to pass between the pressure surface rear end (17a) and the suction surface rear end (17b). The radial turbine or mixed flow turbine according to claim 5.
上流側に位置する前縁(4a)と、
下流側に位置する後縁(4b)と、
半径方向外側に位置する外側縁(4c)と、
半径方向内側に位置し、前記ハブ(3)の周面(3a)に固着される内側縁(4d)と、を有し、
前記内側縁(4d)と前記前縁(4a)との第1交点(a1)の半径方向距離をRH、前記外側縁(4c)と前記前縁(4a)との第2交点(a2)の半径方向距離をRSで表した時に、RH<RSであり、前記前縁(4a)の形状線は上流側に向かって凸状に形成されるとともに、
前記シュラウド側ノズル翼(17)の後端部(17B)の形状線は、前記子午面視において、前記前縁(4a)に対向して凹状に形成される、請求項4から9の何れか一項に記載のラジアルタービン又は斜流タービン。 In the meridional view, the wing (4)
A leading edge (4a) located upstream;
A trailing edge (4b) located downstream;
An outer edge (4c) located radially outward;
An inner edge (4d) located radially inward and secured to the peripheral surface (3a) of the hub (3),
The radial distance of the first intersection (a1) between the inner edge (4d) and the front edge (4a) is RH, and the second distance (a2) between the outer edge (4c) and the front edge (4a) When the radial distance is represented by RS, RH <RS, and the shape line of the front edge (4a) is formed in a convex shape toward the upstream side,
The shape line of the rear end portion (17B) of the shroud-side nozzle blade (17) is formed in a concave shape facing the front edge (4a) in the meridional view. The radial turbine or mixed flow turbine according to one item.
上流側に位置する前縁(4a)と、
下流側に位置する後縁(4b)と、
半径方向外側に位置する外側縁(4c)と、
半径方向内側に位置し、前記ハブ(3)の周面(3a)に固着される内側縁(4d)と、を有し、
前記前縁(4a)は、一定の半径方向距離からなる形状線を有するとともに、
前記ハブ(3)は、前記子午面視において、該ハブ(3)の周面(3a)の外周端縁(3d)における接線方向が、前記タービン軸と直交する方向に対して、前記タービン動翼(5)の前記ハブ(3)の背面(3b)側に5〜30°傾斜して形成されるとともに、
前記ケーシング(8)の前記ハブ側壁面(18a)は、前記子午面視において、前記ハブ側ノズル流路(34)の前記ノズル入口(34A)から前記ノズル出口(34B)に向かって、該ハブ側壁面(18a)と前記回転軸(2)との半径方向距離が短くなるように前記タービン軸方向に対して傾斜して延在する、請求項4から9の何れか一項に記載のラジアルタービン又は斜流タービン。 The wing (4)
A leading edge (4a) located upstream;
A trailing edge (4b) located downstream;
An outer edge (4c) located radially outward;
An inner edge (4d) located radially inward and secured to the peripheral surface (3a) of the hub (3),
The leading edge (4a) has a shape line of a certain radial distance,
In the meridional view, the hub (3) is configured such that the tangential direction at the outer peripheral edge (3d) of the peripheral surface (3a) of the hub (3) is perpendicular to the turbine shaft. The wing (5) is formed on the back surface (3b) side of the hub (3) with an inclination of 5 to 30 °,
The hub side wall surface (18a) of the casing (8) is formed from the nozzle inlet (34A) of the hub side nozzle channel (34) toward the nozzle outlet (34B) in the meridional view. 10. The radial according to claim 4, wherein the radial extending between the side wall surface (18 a) and the rotating shaft (2) is inclined with respect to the turbine shaft direction so as to be short. Turbine or mixed flow turbine.
前記流量調整機構(20)は、前記シュラウド側スクロール流路(12)、又は前記シュラウド側スクロール流路(12)に前記排気ガスを導入するシュラウド側排気管(23)、の流路面積を調整可能な流量調整弁(22)からなる、請求項4から12の何れか一項に記載のラジアルタービン又は斜流タービン。 The nozzle outlet (32B) of the shroud side nozzle channel (32) has a larger channel area than the nozzle outlet (34B) of the hub side nozzle channel (34),
The flow rate adjusting mechanism (20) adjusts the flow path area of the shroud side scroll flow path (12) or the shroud side exhaust pipe (23) for introducing the exhaust gas into the shroud side scroll flow path (12). Radial turbine or mixed flow turbine according to any one of claims 4 to 12, comprising a possible flow regulating valve (22).
前記シュラウド側ノズル翼(17)は、前記分割壁(10)及び前記タービンハウジング(6)とは別部材から構成され、
前記タービンハウジング(6)は、前記子午面視においてハブ側に位置するハブ側ハウジング部(6A)と、該ハブ側ハウジング部(6A)とは別部材からなる、前記子午視においてシュラウド側に位置するシュラウド側ハウジング部(6B)と、から構成される、請求項4から13の何れか一項に記載のラジアルタービン又は斜流タービン。 The dividing wall (10) includes the dividing portion (10A) and the hub-side contact portion (10B) formed integrally with the dividing portion (10A). ) Is composed of a member separate from the turbine housing (6),
The shroud side nozzle blade (17) is composed of a separate member from the dividing wall (10) and the turbine housing (6),
The turbine housing (6) includes a hub side housing part (6A) located on the hub side in the meridional view and a member separate from the hub side housing part (6A), and is located on the shroud side in the meridional view. The radial turbine or mixed flow turbine according to any one of claims 4 to 13, comprising a shroud-side housing portion (6B).
前記第1プレート部材(42)は、前記子午面視において、前記ハブ側ノズル流路(34)の前記ノズル入口(34A)から前記ノズル出口(34B)に向かって、該ハブ側壁面(18a)と前記回転軸(2)との半径方向距離が短くなるように前記タービン軸方向に対して傾斜する傾斜面(42a)を有し、該傾斜面(42a)が前記ケーシング(8)の前記ハブ側壁面(18a)を構成し、
前記分割壁(10)の前記ハブ側当接部(10B)が、前記第1プレート部材(42)の傾斜面(42a)と当接するように構成される、請求項14又は15に記載のラジアルタービン又は斜流タービン。 The casing (8) includes a first plate member (42) that is elastically deformable and is supported by the hub side housing portion (6A), which is constituted by a member different from the turbine housing (6).
The first plate member (42) has the hub side wall surface (18a) from the nozzle inlet (34A) of the hub side nozzle flow path (34) toward the nozzle outlet (34B) in the meridional view. And an inclined surface (42a) inclined with respect to the turbine axis direction so that a radial distance between the rotating shaft (2) and the rotating shaft (2) is shortened, and the inclined surface (42a) is the hub of the casing (8). Constituting the side wall surface (18a),
The radial according to claim 14 or 15, wherein the hub side contact portion (10B) of the dividing wall (10) is configured to contact the inclined surface (42a) of the first plate member (42). Turbine or mixed flow turbine.
前記第2プレート部材(44)は、前記子午面視において、前記タービン軸と直交する方向に沿って延在する前記シュラウド側壁面(16a)の少なくとも一部を構成する側面(44a)を有し、
前記シュラウド側ノズル翼(17)が、前記第2プレート部材(42)の側面(44a)と当接し、該側面(44a)と前記分割壁(10)によって支持されるように構成される、請求項17に記載のラジアルタービン又は斜流タービン。 The casing (8) further includes an elastically deformable second plate member (44) fixed to the shroud side housing part (6B),
The second plate member (44) has a side surface (44a) constituting at least a part of the shroud side wall surface (16a) extending in a direction orthogonal to the turbine axis in the meridional view. ,
The shroud-side nozzle blade (17) is configured to abut on a side surface (44a) of the second plate member (42) and be supported by the side surface (44a) and the dividing wall (10). Item 18. A radial turbine or a mixed flow turbine according to Item 17.
前記分割壁(10)の内周部において周方向に間隔を置いて複数形成された、前記ケーシング(8)のハブ側壁面(18a)と当接する複数のハブ側ノズル部(19C)と、をさらに備え、
前記シュラウド側ノズル部(17C)は、該シュラウド側ノズル部(17C)の内部に、ハブ側において、半径方向外端から内端に通じ、前記ハブ側スクロール流路(14)を臨む入口と前記タービン動翼入口(4a)を臨む出口とを有するハブ側溝部(17g)を有し、
前記ハブ側ノズル部(19C)は、該ハブ側ノズル部(19C)の内部に、シュラウド側において、半径方向外端から内端に通じ、前記シュラウド側スクロール流路(12)を臨む入口と前記タービン動翼入口(4a)を臨む出口とを有するシュラウド側溝部(19g)を有し、
前記シュラウド側ノズル流路(32)は、前記ケーシング(8)のシュラウド側壁面(16a)と、前記ハブ側ノズル部(19)の前記シュラウド側溝部(19g)における周方向に対向する2つの側壁面(19Sa、19Sb)及び底壁面(19Sc)とで形成され、
前記ハブ側ノズル流路(34)は、前記ケーシング(8)のハブ側壁面(18a)と、前記シュラウド側ノズル部(17)の前記ハブ側溝部(17g)における周方向に対向する2つの側壁面(17Sa、17Sb)及び底壁面(17Sc)とで形成され、
前記シュラウド側ノズル流路(32)のノズル出口(32B)が前記シュラウド側溝部(19g)の出口であり、
前記ハブ側ノズル流路(34)のノズル出口(34B)が前記ハブ側溝部(17g)の出口であり、
複数の前記シュラウド側溝部(19g)の出口及び複数の前記ハブ側溝部(17g)の出口の各々が、前記タービン動翼入口(4a)に対して半径方向に対向し、且つ、前記タービン軸方向における同一軸方向位置において周方向に交互に隣接して配置されることで環状のノズル出口部(30)が構成される、請求項1から3の何れか一項に記載のラジアルタービン又は斜流タービン。 A plurality of shroud-side nozzle portions (17C) that are in contact with the shroud side wall surface (16a) of the casing (8), and are formed at a plurality of intervals in the circumferential direction on the inner peripheral portion of the dividing wall (10);
A plurality of hub side nozzle portions (19C) that abut on the hub side wall surface (18a) of the casing (8), which are formed at a plurality of intervals in the circumferential direction on the inner peripheral portion of the dividing wall (10). In addition,
The shroud-side nozzle portion (17C) is connected to the inside of the shroud-side nozzle portion (17C) on the hub side from the radially outer end to the inner end and the inlet facing the hub-side scroll channel (14). A hub side groove (17g) having an outlet facing the turbine blade inlet (4a),
The hub side nozzle part (19C) is connected to the inside of the hub side nozzle part (19C) on the shroud side from the radially outer end to the inner end and facing the shroud side scroll flow path (12). A shroud side groove (19g) having an outlet facing the turbine blade inlet (4a),
The shroud side nozzle flow path (32) has two sides facing the circumferential direction in the shroud side wall surface (16a) of the casing (8) and the shroud side groove portion (19g) of the hub side nozzle portion (19). The wall surface (19Sa, 19Sb) and the bottom wall surface (19Sc) are formed,
The hub side nozzle flow path (34) has two sides facing the circumferential direction in the hub side wall surface (18a) of the casing (8) and the hub side groove portion (17g) of the shroud side nozzle portion (17). The wall surface (17Sa, 17Sb) and the bottom wall surface (17Sc) are formed.
The nozzle outlet (32B) of the shroud side nozzle channel (32) is the outlet of the shroud side groove (19g),
The nozzle outlet (34B) of the hub side nozzle channel (34) is the outlet of the hub side groove (17g),
Each of the outlets of the plurality of shroud side grooves (19g) and the outlets of the plurality of hub side grooves (17g) is opposed to the turbine blade inlet (4a) in the radial direction, and is in the turbine axial direction. The radial turbine or mixed flow according to any one of claims 1 to 3, wherein an annular nozzle outlet (30) is configured by being alternately arranged adjacent to each other in the circumferential direction at the same axial direction position. Turbine.
前記分割部(10A)の内周部と前記ケーシング(8)のシュラウド側壁面(16a)との間において周方向に間隔を置いて形成される複数のシュラウド側ノズル翼(17)をさらに備え、該シュラウド側ノズル翼(17)は、前記子午面視において、前記分割部(10A)の内周部から前記タービン軸方向に沿ってシュラウド側に延在し、前記タービン軸方向に対してほぼ平行に形成される前縁形状を有するとともに、前記タービン軸と直交する方向の断面視において、外周側に配向される圧力面(17S1)及び内周側に配向される負圧面(17S2)の2つの周面を有する翼形状の外面形状を有し、
前記ハブ側ノズル流路(34)のノズル入口(34A)は、前記ハブ側当接部(10B)を前記タービン軸方向から視認した場合に、該ハブ側当接部(10B)の外周側に位置する外周端面(10Ba)に形成されるとともに、該外周端面(10Ba)は、前記子午面視において、前記ノズル出口(34B)に対してほぼ平行に延在するか、前記ハブ側ノズル流路(34)の前記ノズル入口(34A)から前記ノズル出口(34B)に向かって、該ハブ側壁面(18a)と前記回転軸(2)との半径方向距離が短くなるように延在する前記ケーシング(8)の前記ハブ側壁面(18a)に対してほぼ直交する方向に延在するか、または、半径方向に沿って延在するように形成され、
前記ハブ側ノズル流路(34)は、前記分割壁(10B)の内部に形成される貫通孔状、または前記分割壁(10B)をハブ側から視認して溝状に形成されるハブ側空間(19s)と、該ハブ側空間(19s)と連通する前記シュラウド側ノズル翼(17)の内部に形成される貫通孔状、または前記シュラウド側ノズル翼(17)をハブ側から視認して溝状に形成される中空部(17h)とを含み、
前記ハブ側ノズル流路(34)の前記ノズル出口(34B)は、前記シュラウド側ノズル翼(17)を前記タービン軸方向から視認した場合における該シュラウド側ノズル翼(17)の内周端部に、前記子午面視において前記タービン軸方向に対してほぼ平行に形成されるとともに、前記タービン軸と直交する方向の断面視において、前記シュラウド側ノズル翼(17)の後端部(17B)に形成される2つの後縁(17a、17b)の間に形成されており、
前記シュラウド側ノズル流路(32)は、前記分割部(10A)の内周部と、周方向に隣り合う2つの前記シュラウド側ノズル翼(17、17)と、前記ケーシング(8)の前記シュラウド側壁面(16a)とで画定されるシュラウド側空間(17s)を含み、
前記シュラウド側ノズル流路(32)の前記ノズル出口(32B)は、前記タービン軸と直交する方向の断面視における前記シュラウド側ノズル翼(17)の前記2つの後縁(17a、17b)が存在する周方向領域において、前記ハブ側ノズル流路(34)の前記ノズル出口(34B)を除く領域に形成される、請求項1から3の何れか一項に記載のラジアルタービン又は斜流タービン。 The dividing wall (10) extends in a direction orthogonal to the turbine axis direction, and an annular plate-shaped dividing portion (10A) that divides the scroll space, and a hub from an inner peripheral portion of the dividing portion (10A). A hub side contact portion (10B) extending toward the side and contacting the hub side wall surface (18a) of the casing (8),
A plurality of shroud side nozzle blades (17) formed at intervals in the circumferential direction between the inner peripheral portion of the divided portion (10A) and the shroud side wall surface (16a) of the casing (8); The shroud-side nozzle blade (17) extends from the inner peripheral portion of the divided portion (10A) to the shroud side along the turbine axis direction and is substantially parallel to the turbine axis direction in the meridional view. And a pressure surface (17S1) oriented to the outer peripheral side and a negative pressure surface (17S2) oriented to the inner peripheral side in a cross-sectional view perpendicular to the turbine shaft. It has a wing-shaped outer surface shape with a peripheral surface,
The nozzle inlet (34A) of the hub side nozzle channel (34) is located on the outer peripheral side of the hub side contact portion (10B) when the hub side contact portion (10B) is viewed from the turbine axial direction. The outer peripheral end face (10Ba) is formed on the positioned outer peripheral end face (10Ba), and the outer peripheral end face (10Ba) extends substantially parallel to the nozzle outlet (34B) in the meridional view, or the hub side nozzle flow path. The casing of (34) extending from the nozzle inlet (34A) toward the nozzle outlet (34B) so that a radial distance between the hub side wall surface (18a) and the rotating shaft (2) becomes shorter. (8) extending in a direction substantially orthogonal to the hub side wall surface (18a), or extending along a radial direction,
The hub-side nozzle channel (34) is formed in a through-hole shape formed inside the dividing wall (10B), or a hub-side space formed in a groove shape when the dividing wall (10B) is viewed from the hub side. (19s) and a through-hole formed inside the shroud-side nozzle blade (17) communicating with the hub-side space (19s), or the groove on the shroud-side nozzle blade (17) as viewed from the hub side. A hollow portion (17h) formed in a shape,
The nozzle outlet (34B) of the hub side nozzle passage (34) is located at the inner peripheral end of the shroud side nozzle blade (17) when the shroud side nozzle blade (17) is viewed from the turbine axial direction. And formed substantially parallel to the turbine axis direction in the meridional view and formed in the rear end portion (17B) of the shroud-side nozzle blade (17) in a cross-sectional view in a direction orthogonal to the turbine axis. Formed between two trailing edges (17a, 17b)
The shroud side nozzle flow path (32) includes an inner peripheral portion of the divided portion (10A), two shroud side nozzle blades (17, 17) adjacent in the circumferential direction, and the shroud of the casing (8). A shroud side space (17s) defined by the side wall surface (16a),
The nozzle outlet (32B) of the shroud-side nozzle flow path (32) has the two trailing edges (17a, 17b) of the shroud-side nozzle blade (17) in a cross-sectional view perpendicular to the turbine axis. The radial turbine or mixed flow turbine according to any one of claims 1 to 3, wherein the radial turbine region is formed in a region excluding the nozzle outlet (34B) of the hub side nozzle flow path (34).
前記分割部(10A)の内周部と前記ケーシング(8)のシュラウド側壁面(16a)との間において周方向に間隔を置いて形成される複数のシュラウド側ノズル翼(17)をさらに備え、該シュラウド側ノズル翼(17)は、前記子午面視において、前記分割部(10A)の内周部から前記タービン軸方向に沿ってシュラウド側に延在し、前記タービン軸方向に対してほぼ平行に形成される前縁形状を有するとともに、前記タービン軸と直交する方向の断面視において、外周側に配向される圧力面(17S1)及び内周側に配向される負圧面(17S2)の2つの周面を有する翼形状の外面形状を有し、
前記ハブ側ノズル流路(34)のノズル入口(34A)は、前記ハブ側当接部(10B)を前記タービン軸方向から視認した場合に、該ハブ側当接部(10B)の外周側に位置する外周端面(10Ba)に形成されるとともに、該外周端面(10Ba)は、前記子午面視において、前記ノズル出口(34B)に対してほぼ平行に延在するか、前記ハブ側ノズル流路(34)の前記ノズル入口(34A)から前記ノズル出口(34B)に向かって、該ハブ側壁面(18a)と前記回転軸(2)との半径方向距離が短くなるように延在する前記ケーシング(8)の前記ハブ側壁面(18a)に対してほぼ直交する方向に延在するか、または、半径方向に沿って延在するように形成され、
前記ハブ側ノズル流路(34)は、前記分割壁(10B)の内部に形成される貫通孔状、または前記分割壁(10B)をハブ側から視認して溝状に形成されるハブ側空間(19s)と、該ハブ側空間(19s)と連通する前記シュラウド側ノズル翼(17)の内部に形成される貫通孔状、または前記シュラウド側ノズル翼(17)をハブ側から視認して溝状に形成される中空部(17h)とを含み、
前記ハブ側ノズル流路(34)の前記ノズル出口(34B)は、前記シュラウド側ノズル翼(17)を前記タービン軸方向から視認した場合の該シュラウド側ノズル翼(17)の内周端部に、前記子午面視において凸状に形成された前記タービン動翼(5)の前記翼(4)の前縁(4a)に対してほぼ一定の離間距離を有する凹状に形成されるとともに、前記タービン軸と直交する方向の断面視において、前記シュラウド側ノズル翼(17)の後端部に形成される2つの後縁(17a、17b)の間に形成される、請求項1から3の何れか一項に記載のラジアルタービン又は斜流タービン。 The dividing wall (10) extends in a direction orthogonal to the turbine axis direction, and an annular plate-shaped dividing portion (10A) that divides the scroll space, and a hub from an inner peripheral portion of the dividing portion (10A). A hub side contact portion (10B) extending toward the side and contacting the hub side wall surface (18a) of the casing (8),
A plurality of shroud side nozzle blades (17) formed at intervals in the circumferential direction between the inner peripheral portion of the divided portion (10A) and the shroud side wall surface (16a) of the casing (8); The shroud-side nozzle blade (17) extends from the inner peripheral portion of the divided portion (10A) to the shroud side along the turbine axis direction and is substantially parallel to the turbine axis direction in the meridional view. And a pressure surface (17S1) oriented to the outer peripheral side and a negative pressure surface (17S2) oriented to the inner peripheral side in a cross-sectional view perpendicular to the turbine shaft. It has a wing-shaped outer surface shape with a peripheral surface,
The nozzle inlet (34A) of the hub side nozzle channel (34) is located on the outer peripheral side of the hub side contact portion (10B) when the hub side contact portion (10B) is viewed from the turbine axial direction. The outer peripheral end face (10Ba) is formed on the positioned outer peripheral end face (10Ba), and the outer peripheral end face (10Ba) extends substantially parallel to the nozzle outlet (34B) in the meridional view, or the hub side nozzle flow path. The casing of (34) extending from the nozzle inlet (34A) toward the nozzle outlet (34B) so that a radial distance between the hub side wall surface (18a) and the rotating shaft (2) becomes shorter. (8) extending in a direction substantially orthogonal to the hub side wall surface (18a), or extending along a radial direction,
The hub-side nozzle channel (34) is formed in a through-hole shape formed inside the dividing wall (10B), or a hub-side space formed in a groove shape when the dividing wall (10B) is viewed from the hub side. (19s) and a through-hole formed inside the shroud-side nozzle blade (17) communicating with the hub-side space (19s), or the groove on the shroud-side nozzle blade (17) as viewed from the hub side. A hollow portion (17h) formed in a shape,
The nozzle outlet (34B) of the hub side nozzle flow path (34) is located at the inner peripheral end of the shroud side nozzle blade (17) when the shroud side nozzle blade (17) is viewed from the turbine axial direction. The turbine rotor blade (5) formed in a convex shape in the meridional view is formed in a concave shape having a substantially constant separation distance from the front edge (4a) of the blade (4), and the turbine The cross-sectional view in a direction orthogonal to the axis is formed between two rear edges (17a, 17b) formed at a rear end portion of the shroud-side nozzle blade (17). The radial turbine or mixed flow turbine according to one item.
前記分割部(10A)の内周部と前記ケーシング(8)のシュラウド側壁面(16a)との間において周方向に間隔を置いて形成される複数のシュラウド側ノズル翼(17)をさらに備え、該シュラウド側ノズル翼(17)は、前記子午面視において、前記分割部(10A)から前記タービン軸方向に沿ってシュラウド側に延在するとともに、前記タービン軸方向に対してほぼ平行に形成される前縁形状を有するとともに、前記タービン軸と直交する方向の断面視において、外周側に配向される圧力面(17S1)及び内周側に配向される負圧面(17S2)の2つの周面を有する翼形状の外面形状を有し、
前記ハブ側ノズル流路(34)のノズル入口(34A)は、前記ハブ側当接部(10B)を前記タービン軸方向から視認した場合に、該ハブ側当接部(10B)の外周に位置する外周端面(10Ba)に形成されるとともに、該外周端面(10Ba)は、前記子午面視において、前記ノズル出口(34B)に対してほぼ平行に延在するか、前記ハブ側ノズル流路(34)の前記ノズル入口(34A)から前記ノズル出口(34B)に向かって、該ハブ側壁面(18a)と前記回転軸(2)との半径方向距離が短くなるように延在する前記ケーシング(8)の前記ハブ側壁面(18a)に対してほぼ直交する方向に延在するか、または、半径方向に沿って延在するように形成され、
前記ハブ側ノズル流路(34)は、前記ハブ側当接部(10B)の内部に形成される貫通孔状、または前記ハブ側当接部(10B)をハブ側から視認して溝状に形成されるハブ側空間(19s)を含み、
前記ハブ側ノズル流路(34)の前記ノズル出口(34B)は、前記分割部(10A)のシュラウド側壁面(10c)に開口するとともに、
前記シュラウド側ノズル翼(17)の前記圧力面(17S1)には、前記ノズル出口から流出する前記排気ガスを前記タービン動翼入口(4a)に案内するための凹部(17G)が形成されている、請求項1から3の何れか一項に記載のラジアルタービン又は斜流タービン。 The dividing wall (10) extends in a direction orthogonal to the turbine axis direction, and an annular plate-shaped dividing portion (10A) that divides the scroll space, and a hub from an inner peripheral portion of the dividing portion (10A). A hub side contact portion (10B) extending toward the side and contacting the hub side wall surface (18a) of the casing (8),
A plurality of shroud side nozzle blades (17) formed at intervals in the circumferential direction between the inner peripheral portion of the divided portion (10A) and the shroud side wall surface (16a) of the casing (8); The shroud-side nozzle blade (17) extends from the divided portion (10A) to the shroud side along the turbine axis direction and is substantially parallel to the turbine axis direction in the meridional view. Two peripheral surfaces of a pressure surface (17S1) oriented to the outer peripheral side and a suction surface (17S2) oriented to the inner peripheral side in a cross-sectional view in a direction orthogonal to the turbine shaft. Having a wing-shaped outer surface shape,
The nozzle inlet (34A) of the hub side nozzle channel (34) is located on the outer periphery of the hub side contact portion (10B) when the hub side contact portion (10B) is viewed from the turbine axial direction. The outer peripheral end surface (10Ba) extends substantially parallel to the nozzle outlet (34B) in the meridional view, or the hub side nozzle channel ( 34) The casing (34) extending from the nozzle inlet (34A) to the nozzle outlet (34B) so that a radial distance between the hub side wall surface (18a) and the rotating shaft (2) becomes shorter. 8) extending in a direction substantially perpendicular to the hub side wall surface (18a), or extending along the radial direction,
The hub side nozzle channel (34) has a through-hole shape formed inside the hub side contact portion (10B), or a groove shape when the hub side contact portion (10B) is viewed from the hub side. Including the hub side space (19s) formed,
The nozzle outlet (34B) of the hub side nozzle flow path (34) opens to the shroud side wall surface (10c) of the divided portion (10A), and
A concave portion (17G) for guiding the exhaust gas flowing out from the nozzle outlet to the turbine rotor blade inlet (4a) is formed in the pressure surface (17S1) of the shroud side nozzle blade (17). The radial turbine or mixed flow turbine according to any one of claims 1 to 3.
The concave guide groove (17gu) continuously moves from the hub-side cross section (17c) of the shroud-side nozzle blade (17) toward the shroud-side side surface (17d) while continuously moving to the depth of the groove. 24. A radial turbine or mixed flow turbine according to claim 23 configured to be shallow.
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