JPS6118161Y2 - - Google Patents

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JPS6118161Y2
JPS6118161Y2 JP15728883U JP15728883U JPS6118161Y2 JP S6118161 Y2 JPS6118161 Y2 JP S6118161Y2 JP 15728883 U JP15728883 U JP 15728883U JP 15728883 U JP15728883 U JP 15728883U JP S6118161 Y2 JPS6118161 Y2 JP S6118161Y2
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turbine
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Description

【考案の詳細な説明】 本考案はターボ機械ことにタービン、圧縮機、
ブロワー等の改良、すなわち従来の可変ピツチ静
翼方式よりも簡単な流量調整機能を有するターボ
機械に関する。
[Detailed explanation of the invention] This invention is applicable to turbomachines, especially turbines, compressors,
This invention relates to improved blowers and the like, that is, to turbomachines that have a simpler flow rate adjustment function than the conventional variable pitch stator vane system.

従来ターボ機械の流量特性(回転数や作動ガス
の状態量と流量との関係)を調整するのには、一
般に羽根車の前置あるいは後置の静翼の取付を可
動とし、機械的に静翼の取付角を変更する方式が
とられている(いわゆる可変ピツチ静翼)。
Conventionally, in order to adjust the flow characteristics of turbomachinery (the relationship between the rotational speed and the state quantity of the working gas and the flow rate), the stator blades at the front or rear of the impeller are generally made movable and mechanically static. A method is used to change the installation angle of the blades (so-called variable pitch vanes).

しかしながらこの可変ピツチ静翼方式は流量特
性の調整機能はすぐれているが製作コストが高く
なる。
However, although this variable pitch stator vane system has an excellent ability to adjust flow characteristics, it is expensive to manufacture.

内燃機関用の排気タービン過給機の場合通常の
流量調整機能をもたないタービンと圧縮機とが組
合されて使用されているが一般に機関全力時(高
回転高トルク時)にタービンや圧縮機の流量特性
がバランスさせてあるため、機関の低速運転時
(低回転時)には,主にタービン側の流量特性が
相対的に過大となり,排気管内での排気エネルギ
伝達効率の低下等により機関への給気量不足をき
たし,燃焼不良の原因となつている。
In the case of an exhaust turbine supercharger for an internal combustion engine, a turbine and a compressor, which do not have a normal flow adjustment function, are used in combination, but in general, when the engine is running at full power (at high rotation and high torque), the turbine and compressor are Since the flow characteristics of the engine are balanced, when the engine is operating at low speeds (at low rotation speeds), the flow characteristics mainly on the turbine side become relatively excessive, and the engine This results in insufficient air supply to the engine, causing poor combustion.

この対策として、相対的に流量特性の小さなタ
ービンを使用すると、機関低速時の給気条件は改
善されるが逆に機関全力時に給気圧や過給機回転
数の過大化をまねき、安全な運転が保持できなく
なる。
As a countermeasure to this problem, using a turbine with relatively small flow characteristics improves air supply conditions at low engine speeds, but conversely leads to excessive supply pressure and supercharger rotation speed when the engine is at full power, making safe operation difficult. becomes unable to hold.

一方何らかの手段でタービン側の流量特性を可
変にできたとしても、これに対応する圧縮機側の
流量特性を可変にしないと効率の低下やサージン
グの発性等の不具合が起る。
On the other hand, even if the flow characteristics on the turbine side can be made variable by some means, unless the corresponding flow characteristics on the compressor side are made variable, problems such as reduced efficiency and surging will occur.

以上のごとく、内燃機関の排気タービン過給機
の場合、機関の運転条件に応じてタービンや圧縮
機の流量特性を調整することが機関の性能向上に
つながるが、このための簡単で確実な手段の出現
が望まれて来た。
As mentioned above, in the case of an exhaust turbine supercharger for an internal combustion engine, adjusting the flow characteristics of the turbine and compressor according to the engine operating conditions leads to improved engine performance. It has been hoped that the appearance of

本考案の目的は、この点を改善したターボ機械
を提供すること、すなわち従来の可変ピツチ静翼
方式よりも簡単な流量調整機能を有するターボ機
械を開発することにある。
An object of the present invention is to provide a turbomachine that improves this point, that is, to develop a turbomachine that has a simpler flow rate adjustment function than the conventional variable pitch stator vane system.

すなわち本考案は、羽根車に近接した上流側あ
るいは下流側の作動流体流路の少なくとも一方の
側面で、作動流体の流れに対して板バネ状部材の
上流側の一端を静止壁に固定し、上記作動流体の
流れ自体の圧力の変化に応じて上記板バネ状部材
の下流側が変形して自動的に流路断面積が変化す
るようにしたことを特徴とするターボ機械にあ
る。
That is, the present invention fixes one end of the leaf spring-like member on the upstream side with respect to the flow of the working fluid to a stationary wall on at least one side of the working fluid flow path on the upstream side or the downstream side close to the impeller, The turbomachine is characterized in that the downstream side of the leaf spring-like member is deformed in response to changes in the pressure of the flow of the working fluid itself, thereby automatically changing the cross-sectional area of the flow path.

以下本考案を、添付図面に例示したその好適な
いくつかの実施例について詳述する。
The present invention will now be described in detail with reference to some preferred embodiments thereof, which are illustrated in the accompanying drawings.

第1図に示す第1実施例は本考案を遠心圧縮機
に応用したものであつて、車室102および側板
103は、外力により駆動回転する羽根車101
を内蔵する。この羽根車101の外周側にはベー
ンレスデイフユーザ部104が形成されており、
このベーンレスデイフユーザ部の片方の壁には板
バネ状部材105が設けてある。板バネ状部材1
05は本実施例の場合リング状の皿バネの形状を
なし、その内径側で側板103に固定されてい
る。すなわち流体流れの上流側が固定されてい
る。
The first embodiment shown in FIG. 1 is an application of the present invention to a centrifugal compressor, in which a casing 102 and a side plate 103 are connected to an impeller 101 which is driven and rotated by an external force.
Built-in. A vaneless differential user portion 104 is formed on the outer peripheral side of the impeller 101.
A plate spring-like member 105 is provided on one wall of this vaneless differential user section. Leaf spring-like member 1
In this embodiment, 05 has the shape of a ring-shaped disc spring, and is fixed to the side plate 103 on the inner diameter side. That is, the upstream side of the fluid flow is fixed.

この実施例の作用は次のようである。 The operation of this embodiment is as follows.

羽根車101の回転数と圧縮機吐出口以降の流
路抵抗が変化すると、ベーンレスデイフユーザ部
104の流量や圧力条件が変化し、これに応じ
て、板バネ状部材105が自動的に変形する。す
なわち羽根車101の回転数が低く、従つて作動
流体の流量や圧力条件が低い状態では、ベーンレ
スデイフユーザ部104における車室102の内
壁と板バネ状部材105によつて形成されるベー
ンレスデイフユーザ部最小通路巾bは比較的小さ
く保たれており、より小流量用に適したベーンレ
スデイフユーザ部を形成する。
When the rotation speed of the impeller 101 and the flow path resistance after the compressor discharge port change, the flow rate and pressure conditions of the vaneless differential user section 104 change, and the leaf spring-like member 105 automatically changes in accordance with this. transform. That is, when the rotation speed of the impeller 101 is low, and therefore the flow rate and pressure conditions of the working fluid are low, the vane formed by the inner wall of the casing 102 and the leaf spring-like member 105 in the vaneless differential user section 104 The minimum passage width b of the non-defective user section is kept relatively small, forming a vaneless differential user section suitable for smaller flow rates.

逆に羽根車101の回転数が高く、従つて作動
流体の流量や圧力条件が高くなると、作動流体が
板バネ状部材105を側板103側へ押しつける
作用力により、前記ベーンレスデイフユーザ部の
最小通路幅bは比較的大きくなり(最大b0まで拡
大される)、流路断面積が拡大されて大流量用に
適したベーンレスデイフユーザ部を形成する。
Conversely, when the rotational speed of the impeller 101 is high, and therefore the flow rate and pressure conditions of the working fluid are high, the force of the working fluid that presses the leaf spring-like member 105 toward the side plate 103 causes the vaneless differential user section to The minimum passage width b is relatively large (enlarged to a maximum of b 0 ) and the passage cross-sectional area is enlarged to form a vaneless diffuser section suitable for high flow rates.

第2図に示す第2の実施例は本考案をラジアル
タービンに適用したものである。
The second embodiment shown in FIG. 2 is an example in which the present invention is applied to a radial turbine.

この実施例においては第1図の実施例と同様
に、車室202および側板203は、作動流体に
より駆動される羽根車201を内蔵する、ベーン
レスノズル部204は羽根車201の外周側に形
成される。このベーンレスノズル部204の片方
の壁(この場合、車室側)にはリング状皿バネの
形状を有する板バネ状部材205が固定されてい
る。
In this embodiment, as in the embodiment shown in FIG. be done. A leaf spring-like member 205 in the shape of a ring-shaped disc spring is fixed to one wall (in this case, the compartment side) of the vaneless nozzle portion 204.

このような構成の第2実施例では、作動流体の
圧力条件や流量に応じて、作動流体が板バネ状部
材205をベーンレスノズル部の車室側壁方向へ
押しつけるので、この作用力の大きさに応じて板
バネ状部材205が変形して、ベーンレスノズル
部の最小通路幅bが変化する。
In the second embodiment having such a configuration, the working fluid presses the leaf spring-like member 205 toward the side wall of the vehicle compartment of the vaneless nozzle portion depending on the pressure condition and flow rate of the working fluid, so the magnitude of this acting force is The leaf spring-like member 205 deforms accordingly, and the minimum passage width b of the vaneless nozzle portion changes.

従つて、作動流体の圧力条件、流量に応じて、
自動的にベーンレスノズル部の最小通路幅bが変
化することにより、自動的に流量特性が調整でき
るラジアルタービンが得られるのである。
Therefore, depending on the pressure conditions and flow rate of the working fluid,
By automatically changing the minimum passage width b of the vaneless nozzle portion, a radial turbine whose flow characteristics can be automatically adjusted can be obtained.

以上説明した第1および第2実施例の作用、効
果につき更に詳細な説明を以下に加える。
A more detailed explanation of the functions and effects of the first and second embodiments described above will be added below.

遠心圧縮機でその流量特性を決定する主要々因
は羽根車入口部とデイフユーザ部の最小通路面積
であり、羽根車入口部の寸法を運転中に変化させ
ることは非常に困難であるため、デイフユーザ部
の最小通路面積を可変とするのが得策であり、そ
の具体策としてその部分の最小通路巾を変化させ
るのが最も簡単である。
The main factor that determines the flow characteristics of a centrifugal compressor is the minimum passage area between the impeller inlet and the differential user section, and it is extremely difficult to change the dimensions of the impeller inlet section during operation. It is a good idea to make the minimum passage area of the part variable, and the simplest way to do this is to change the minimum passage width of that part.

一方ラジアルタービンにおいて、前記デイフユ
ーザ部最小通路幅に対応するのは、ノズル部の最
小通路幅である。
On the other hand, in a radial turbine, the minimum passage width of the nozzle section corresponds to the minimum passage width of the diffuser section.

第1図に第1実施例および第2図の第2実施例
の遠心圧縮機とラジアルタービンとをそれぞれ通
常の固定寸法のものとその流量特性を比較する
と、第3図および第4図のごとくなる。
Fig. 1 shows a comparison of the flow characteristics of the centrifugal compressor and radial turbine of the first embodiment and the second embodiment of Fig. 2 with those of normal fixed dimensions, as shown in Figs. 3 and 4. Become.

すなわち第3図は遠心圧縮機について従来の固
定寸法のものと本考案の第1実施例のものにつ
き、圧縮機の圧力比πcに対してサージング点の
流量Gcを示す図であり、従来形を破線で、本考
案によるものを実線で示している。
That is, FIG. 3 is a diagram showing the flow rate G c at the surging point with respect to the pressure ratio π c of the compressor for a conventional fixed size centrifugal compressor and the first embodiment of the present invention. The shape is shown by a broken line, and the shape according to the present invention is shown by a solid line.

すなわち従来形に比して本考案のものが低圧力
比域で相対的に小流量化されていることがわか
る。
That is, it can be seen that the flow rate of the present invention is relatively small in the low pressure ratio region compared to the conventional type.

第4図はラジアルタービンについて従来の固定
寸法のものと本考案の第2実施例のものとにつ
き、タービンの圧力比πTに対する流量GT(ほゞ
効率ピーク点の)を示す図であり、従来形を破線
で本考案によるものを実線で示す。それから従来
形に比して本考案のものが低圧力比域で相対的に
小流量化されていることがわかる。
FIG. 4 is a diagram showing the flow rate G T (approximately at the efficiency peak point) versus the pressure ratio π T of the turbine for a conventional fixed size radial turbine and a second embodiment of the present invention; The conventional type is shown by a broken line, and the one according to the present invention is shown by a solid line. It can be seen that compared to the conventional type, the flow rate of the present invention is relatively small in the low pressure ratio region.

今第1実施例の遠心圧縮機と第2実施例のラジ
アルタービンを組合せた排気タービン過給機を用
いると、前述の作用効果により内燃機関の低速性
能を大巾に改善でき、機関全力時の性能も良好に
確保される。
Now, by using an exhaust turbine supercharger that combines the centrifugal compressor of the first embodiment and the radial turbine of the second embodiment, the low-speed performance of the internal combustion engine can be greatly improved due to the above-mentioned effects. Good performance is also ensured.

このように、この種の流量調整機能を持つた安
価なターボ機関は各種用途に対して安定作動域、
高効率域の拡大というメリツトを持つている。
In this way, inexpensive turbo engines with this type of flow adjustment function have stable operating ranges and
It has the advantage of expanding the high efficiency range.

第5図に示す第3実施例は本考案をノズル静翼
を有するラジアルタービンに応用した1例を示す
ものであり、第6図はその場合の板バネ状部材の
みを示す平面図である。
The third embodiment shown in FIG. 5 shows an example in which the present invention is applied to a radial turbine having nozzle vanes, and FIG. 6 is a plan view showing only the leaf spring-like member in that case.

この実施例においてはノズル部には側板203
に固定された複数個のノズル静翼204′が設け
られており、このノズル静翼204′が貫通する
複数個のスリツト205aを有する板バネ状部材
205′がその外径側で車室202の内壁に固定
されている。
In this embodiment, the nozzle part has a side plate 203.
A leaf spring-like member 205' having a plurality of slits 205a through which the nozzle stator vanes 204' penetrate is provided with a plurality of nozzle stator vanes 204' fixed to the casing 202 on its outer diameter side. Fixed to the inner wall.

この実施例の作用および効果は前述の第2実施
例に同じであるので詳細を省略する。
The functions and effects of this embodiment are the same as those of the second embodiment described above, so the details will be omitted.

第7図は軸流タービンに本考案を応用した第4
の実施例である。この実施例においては、羽根車
301の上流には複数個のノズル静翼304が配
設されている。このノズル静翼304が貫通する
スリツトを有する板バネ状部材305はその上流
側でノズル静翼内環304′に固定されている。
板バネ状部材305は、ノズル静翼との組立て上
の問題や板バネ自体の剛性(バネ特性)の選定上
の問題から第3実施例のような適当なスリツトを
もたせたり、複数個に分割したりしている。
Figure 7 shows a fourth example in which the present invention is applied to an axial flow turbine.
This is an example. In this embodiment, a plurality of nozzle vanes 304 are arranged upstream of the impeller 301. A plate spring-like member 305 having a slit through which the nozzle stator vane 304 passes is fixed to the nozzle stator vane inner ring 304' on the upstream side thereof.
The leaf spring-like member 305 may be provided with an appropriate slit as in the third embodiment or divided into multiple pieces due to problems in assembling it with the nozzle stator vane and problems in selecting the rigidity (spring characteristics) of the leaf spring itself. I do things like that.

この実施例の作用および効果はすべて第3実施
例に同じである。
The functions and effects of this embodiment are all the same as those of the third embodiment.

上述においては本考案をいずれも、流体通路部
の片側にのみ板バネ状部材を設置した例につき説
明を行つて来たが板バネ状部材を2組使用し、羽
根車に対するその上流側あるいは下流側の流体通
路のかたよりを防止することもできる。
In the above, the present invention has been explained with reference to an example in which a leaf spring-like member is installed only on one side of the fluid passage. Twisting of the side fluid passages can also be prevented.

板バネ状部材を流体通路の片側のみに設置する
場合でも、上記板バネ状部材は、円周方向に適当
に分割し、隣り合せた部分が若干オーバラツプさ
れる方が望ましい。
Even when the leaf spring-like member is installed only on one side of the fluid passage, it is preferable that the leaf spring-like member is appropriately divided in the circumferential direction so that adjacent portions overlap slightly.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本考案を遠心圧縮機に適用した本考案
の第1の実施例の要部の断面図、第2図は本考案
をラジアルタービンに適用した本考案の第2の実
施例の要部の断面図、第3図は第1図に示す遠心
圧縮機について従来の固定寸法のものと特性を比
較して示したグラフ、第4図は第2図に示すラジ
アルタービンについて従来の固定寸法のものと特
性を比較して示したグラフ、第5図はノズル静翼
を有するラジアルタービンについての第3の実施
例を示す断面図、第6図は第5図のラジアルター
ビンの板バネ状部材の平面図、第7図は軸流ター
ビンについての第4の実施例を示す断面図であ
る。 101……羽根車、102……車室、103…
…側板、104……ベーンレスデイフユーザ部、
105……板バネ状部材、201……羽根車、2
02……車室、203……側板、204……ベー
ンレスノズル部、205……板バネ状部材、20
4′……ノズル静翼、205′……板バネ状部材、
205a……スリツト、301……羽根車、30
2……ガス入口ケーシング、303……羽根車外
筒、304……ノズル静翼、304′……ノズル
静翼内環、305……板バネ状部材。
Fig. 1 is a sectional view of the main parts of the first embodiment of the present invention in which the present invention is applied to a centrifugal compressor, and Fig. 2 is a main part of the second embodiment of the invention in which the invention is applied to a radial turbine. Figure 3 is a graph comparing the characteristics of the centrifugal compressor shown in Figure 1 with that of a conventional fixed size compressor. Figure 4 is a graph showing the characteristics of the radial turbine shown in Figure 2 with a conventional fixed size. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a third embodiment of a radial turbine having nozzle vanes, and FIG. 6 is a leaf spring-like member of the radial turbine shown in FIG. 5. FIG. 7 is a sectional view showing a fourth embodiment of an axial flow turbine. 101... impeller, 102... vehicle compartment, 103...
...Side plate, 104...Vaneless differential user part,
105... Leaf spring-like member, 201... Impeller, 2
02... Vehicle interior, 203... Side plate, 204... Vaneless nozzle portion, 205... Leaf spring-like member, 20
4'... Nozzle stationary blade, 205'... Leaf spring-like member,
205a...slit, 301...impeller, 30
2... Gas inlet casing, 303... Impeller outer cylinder, 304... Nozzle stationary blade, 304'... Nozzle stationary blade inner ring, 305... Leaf spring-like member.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 羽根車に近接した上流側あるいは下流側の作動
流体流路の少なくとも一方の側面で、作動流体の
流れに対して板バネ状部材の上流側の一端を静止
壁に固定し、上記作動流体の流れ自体の圧力の変
化に応じて上記板バネ状部材の下流側が変形して
自動的に流路断面積が変化するようにしたことを
特徴とするターボ機械。
One end of a leaf spring-like member on the upstream side with respect to the flow of the working fluid is fixed to a stationary wall on at least one side of the working fluid flow path on the upstream side or the downstream side close to the impeller, and the flow of the working fluid is fixed to a stationary wall. A turbomachine characterized in that the downstream side of the leaf spring-like member is deformed in response to changes in the pressure of the turbomachine, thereby automatically changing the cross-sectional area of the flow passage.
JP15728883U 1983-10-13 1983-10-13 turbo machine Granted JPS5984201U (en)

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