KR101200627B1

KR101200627B1 - 래디얼 터빈의 스크롤 구조

Info

Publication number: KR101200627B1
Application number: KR1020107018415A
Authority: KR
Inventors: 다까오 요꼬야마; 가쯔유끼 오오사꼬; 모또끼 에비스
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2008-10-20
Filing date: 2009-10-14
Publication date: 2012-11-12
Also published as: JPWO2010047259A1; KR20100117082A; US20110008162A1; JP5047364B2; CN101960120B; EP2249002B1; EP2249002A4; WO2010047259A1; CN101960120A; US8591177B2; EP2249002A1

Abstract

설형부의 근방의 직경 방향 외측으로부터 내측을 향하는 가스의 흐름을 회피하여 터빈 성능의 저하를 억제하고, 또한 설형부의 형성에 의한 열응력을 최대한으로 저하시킨 래디얼 터빈의 스크롤 구조를 제공한다. 작동 가스를 터빈 케이싱 내에 형성된 스파이럴 형상의 스크롤로부터 상기 스크롤의 내측에 위치하는 터빈 로터의 터빈 동익으로 반경 방향으로 유입시켜 상기 터빈 동익에 작용시킨 후, 축 방향으로 유출시킴으로써 상기 터빈 로터를 회전 구동시키도록 구성된 래디얼 터빈의 스크롤 구조에 있어서, 상기 스크롤(4)은, 가스 입구부 내주에 형성되는 설형부의 라인 상의 일정 범위의 길이에 구획판(20)을 형성하거나 혹은 스크롤의 가스 입구부 내주에 형성되는 설형부(21)의 출구 부분에 있어서의 스크롤측 벽 사이의 높이를 감소시켜, 설형부의 근방의 직경 방향 외측으로부터 내측을 향하는 가스의 흐름을 회피하였다.

Description

래디얼 터빈의 스크롤 구조{RADIAL TURBINE SCROLL STRUCTURE}

본 발명은, 비교적 중소형 내연 기관의 배기 터보 과급기에 사용되고, 엔진(내연 기관)으로부터의 작동 가스를, 터빈 케이싱 내에 형성된 스파이럴 형상의 스크롤로부터 상기 스크롤의 내측에 위치하는 터빈 로터의 터빈 동익으로 반경 방향으로 유입시켜 상기 터빈 동익에 작용시킨 후, 축 방향으로 유출시킴으로써 상기 터빈 로터를 회전 구동시키도록 구성된 래디얼 터빈의 스크롤 구조에 관한 것이다.

도 6은 엔진용 배기 터보 과급기의 구조를 도시하는 축심선을 따르는 단면도이다.

도 6에 있어서, 부호 1은 터빈 케이싱을 나타내고, 상기 터빈 케이싱(1) 내에는 스파이럴 형상의 스크롤(4)이 형성되고, 또한 터빈 케이싱(1)의 내주에는 가스 출구 통로(5)가 형성되어 있다.

상기 터빈 케이싱(1)에는 베어링 하우징(9)이 고정되고, 상기 베어링 하우징(9)에는 컴프레서 하우징(6)이 고정되어 있다.

터빈 로터는 부호 10으로 나타내어지고, 상기 터빈 로터(10)의 외주에 복수의 터빈 동익(3)이 원주 방향 등간격으로 고착되어 있다.

상기 컴프레서 하우징(6) 내에는 컴프레서(7)가 수납되고, 상기 컴프레서(7)의 공기 출구에는 디퓨저(8)가 설치되어 있다. 상기 터빈 로터(10)와 컴프레서(7)를 연결하는 로터 샤프트(12)가, 2개의 베어링(11, 11)에 의해 베어링 하우징(9)에 지지되어 있다. 회전 중심을 부호 20z로 나타낸다.

도 7의 (A), (B), (C)는 터빈 케이싱(1)의 스크롤(4)의 단면도 및 W-W 단면도[도 7의 (C)]이다.

이러한 배기 터보 과급기에 있어서, 엔진으로부터의 배기 가스는, 상기 스크롤(4)에 들어가, 상기 스크롤(4)의 스파이럴을 따라 둘레를 돌면서, 터빈 동익(3)의 외주측 입구(4c)의 단부면으로부터 상기 터빈 동익(3)으로 유입되고, 터빈 로터(10)의 중심측을 향해 반경 방향으로 흘러 터빈 로터(10)에 팽창일을 한 후, 축 방향으로 유출되어 가스 출구 통로(5)로부터 기기 외부로 배출된다.

그리고 상기 운전시에 있어서, 도 7의 (A), (B), (C)에 도시하는 바와 같이, 상기 터빈 케이싱(1) 내에는 상기 스크롤(4)은 스파이럴 형상으로 형성되어 있지만, 상기 스크롤(4)의 가스 입구부 내주에는 설형부(21)가 형성되고, 상기 설형부(21)는 터빈 케이싱(1)이 주물이므로 적어도 3㎜ 정도의 두께가 필요해진다.

이로 인해, 배기 가스의 유동시에 설형부의 웨이크(저속 영역)(30)가 발생한다. 상기 웨이크(30)는, 도 7의 (A)의 경우보다도, 설형부(21)가 두꺼운 도 7의 (B)의 쪽이 커지고, 따라서 설형부(21)의 웨이크(30)에 의한 터빈 성능의 저하도 커진다.

또한, 특허 문헌 1(일본 특허 출원 공개 제2003-120303호 공보)의 것은, 스크롤의 가스 입구부 내주에는 설형부가 형성되고, 상기 설형부의 직하류측의 유로 단면적을, 설형부 단부의 유로 단면적보다도 폭 방향으로 설형부 두께 치수만큼 작게 형성하여, 설형부에서 발생한 웨이크를 저감시킬 수 있다.

상기한 바와 같이, 종래의 배기 터보 과급기에 있어서는, 도 7의 (A), (B), (C)에 도시하는 바와 같이, 배기 가스의 유동시에 설형부의 웨이크(저속 영역)(30)가 발생하고, 이러한 웨이크(30)는 설형부(21)가 두꺼운 쪽이 커진다. 이 설형부(21)의 웨이크(30)의 발생에 의해, 터빈 성능의 저하를 야기시킨다.

즉, 상기 웨이크(저속 영역)(30)는, 직경 방향의 외측으로부터 내측을 향한 가스의 흐름에 의한 것이며, 이러한 배기 가스의 내측을 향하는 흐름은, 도 7의 (A)와 같이, 설형부(21)가 얇은 경우의 쪽이 적고, 터빈 성능의 저하도 작아지지만, 이 경우에는 설형부(21)의 두께가 얇기 때문에 열응력이 커진다.

일본 특허 출원 공개 제2003-120303호 공보

본 발명은 이러한 종래 기술의 과제에 비추어, 설형부 근방의 직경 방향 외측으로부터 내측을 향하는 가스의 흐름을 회피하여 터빈 성능의 저하를 억제하고, 또한 설형부의 형성에 의한 열응력을 최대한으로 저하시킨 래디얼 터빈의 스크롤 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하는 것으로, 작동 가스를 터빈 케이싱 내에 형성된 스파이럴 형상의 스크롤로부터 상기 스크롤의 내측에 위치하는 터빈 로터의 터빈 동익으로 반경 방향으로 유입시켜 상기 터빈 동익에 작용시킨 후, 축 방향으로 유출시킴으로써 상기 터빈 로터를 회전 구동하도록 구성된 래디얼 터빈의 스크롤 구조에 있어서,

상기 스크롤은, 가스 입구부 내주에 형성되는 설형부의 라인 상의 일정 범위의 길이에 구획판을 형성하거나 혹은 스크롤의 가스 입구부 내주에 형성되는 설형부의 출구 부분에 있어서의 스크롤측 벽 사이의 높이를 감소시켜, 설형부의 근방의 직경 방향 외측으로부터 내측을 향하는 가스의 흐름을 회피한 것을 특징으로 한다.

특히 본 발명은 상기 스크롤은, 가스 입구부 내주에 형성되는 설형부의 라인 상의 일정 범위의 길이에 구획판을 형성하고, 상기 구획판의 상부 공간의 가스의 하부 공간으로의 흐름을 상기 구획판으로 억제한 것을 특징으로 한다.

이러한 발명에 있어서는, 상기 구획판을 상기 스크롤의 터빈 동익의 슈라우드측에 연결되는 터빈 케이싱 벽면에 돌출 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 이러한 발명에 있어서, 바람직하게는 구획판의 단부의 단면 형상을 상부 공간측으로부터 하부 공간측으로 절단하여 상부 공간측을 향하는 경사면으로 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은,

(1) 상기 구획판의 하부 공간의 유로 면적을, 원주 방향으로 감소시킴으로써 교축 효과를 발생시켜, 상기 하부 공간으로부터 구획판의 상부 공간으로의 가스의 흐름을 생성한다.

(2) 상기 구획판의 상부 공간의 유로 면적을 감소시키지 않고, 또한 상기 구획판의 하부 공간의 유로 면적을 원주 방향으로 감소시킴으로써, 상부 공간으로부터 하부 공간으로의 가스의 흐름을 억제한다.

또한, 본 발명은, 상기 래디얼 터빈의 스크롤 구조에 있어서,

상기 스크롤의 가스 입구부 내주에 형성되는 설형부의 라인 상의 일정 범위의 길이에 구획 부재를 배치하고, 상기 구획 부재는, 원주 방향을 따라 단부의 통로 면적이 넓고 상기 설형부에 근접할수록 통로 면적이 좁아지도록 통로 면적이 원주 방향으로 변화되도록 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 작동 가스를 터빈 케이싱 내에 형성된 스파이럴 형상의 스크롤로부터 상기 스크롤의 내측에 위치하는 터빈 로터의 터빈 동익으로 반경 방향으로 유입시켜 상기 터빈 동익에 작용시킨 후, 축 방향으로 유출시킴으로써 상기 터빈 로터를 회전 구동하도록 구성된 래디얼 터빈의 스크롤 구조에 있어서, 상기 스크롤의 가스 입구부 내주에 형성되는 설형부의 출구 부분에 있어서의 스크롤측 벽 사이의 높이를 감소시켜, 상기 설형부의 출구 부분에 있어서의 통로 단면적을 좁히도록 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 래디얼 터빈의 스크롤 구조에 있어서, 스크롤은, 가스 입구부 내주에 형성되는 설형부의 라인 상의 일정 범위의 길이에 구획판을 형성하고, 상기 구획판의 상부 공간의 가스의 하부 공간으로의 흐름을 상기 구획판으로 억제하고, 또한 이러한 발명에 있어서, 구획판을 스크롤의 터빈 동익의 슈라우드측에 연결되는 터빈 케이싱 벽면에 돌출 설치하는 구성으로 하면,

상기 설형부의 라인 상의 일정 범위의 길이에 구획판을, 특히 터빈 동익의 슈라우드측에 연결되는 터빈 케이싱 벽면에 돌출 설치하면, 상기 구획판에 의해 스크롤의 상부 공간측으로부터 하부 공간측을 향하는 배기 가스류를 억제할 수 있다.

따라서, 이러한 상부 공간측으로부터 하부 공간측을 향하는 배기 가스류가 저감되어 웨이크의 발생을 억제할 수 있고, 이에 의해 터빈 효율의 저하를 방지할 수 있다.

또한, 상기 구획판에 개구부를 형성할 수 있으므로, 상기 구획판 및 설형부의 형성에 의한 열구속이 적어지고, 따라서 이러한 구속에 의한 열응력을 저감시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 구획판의 단부의 단면 형상을 상부 공간측으로부터 하부 공간측으로 절단하여 상부 공간측을 향하는 경사면으로 구성하면,

직경 방향 내측을 향하는 가스류에 의해 구획판으로부터 웨이크가 발생하지만, 구획판의 단부에 상부 공간측을 향하는 경사면으로 구성함으로써, 가스류의 방향에 대한 구획판의 단부의 투영 면적이 축소되고, 이에 의해 웨이크가 저감된다.

또한, 본 발명에 있어서, 구획판의 하부 공간의 유로 면적을, 원주 방향으로 감소시킴으로써 교축 효과를 발생시켜, 상기 하부 공간으로부터 구획판의 상부 공간으로의 가스의 흐름을 생성하면,

구획판의 하부 공간의 유로 면적을, 원주 방향으로 감소시킴으로써 교축 효과를 발생시키면, 구획판의 하부 공간으로부터 상부 공간으로 배기 가스가 흐르려고 하는 힘이 작용하여, 상부 공간측으로부터 설형부의 하부 공간측을 향하는 유입을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 구획판의 상부 공간의 유로 면적을 감소시키지 않고, 또한 상기 구획판의 하부 공간의 유로 면적을 원주 방향으로 감소시킴으로써, 상부 공간으로부터 하부 공간으로의 가스의 흐름을 억제하면,

구획판의 상부 공간의 유로 면적을 감소시키지 않으므로, 상부 공간측으로부터 설형부의 하부 공간측을 향하는 유입을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명은, 스크롤의 가스 입구부 내주에 형성되는 설형부의 라인 상의 일정 범위의 길이에 구획 부재를 배치하고, 상기 구획 부재는, 원주 방향을 따라 단부의 통로 면적이 넓고 상기 설형부에 근접할수록 통로 면적이 좁아지도록 통로 면적이 원주 방향으로 변화되도록 구성하면,

배기 가스의 유입이 적은 설형부 반대측의 단부를 넓게, 또한 가장 배기 가스의 유입이 큰 설형부 근방의 통로 면적을 좁게 함으로써, 배기 가스의 유입을 억제할 수 있다. 또한, 상기에 의해 통로의 투영 면적을 감소시킬 수 있으므로, 설형부의 웨이크를 저감시킬 수 있다.

또한, 구획 부재의, 원주 방향을 따라 단부의 통로 면적이 넓고, 서서히 통로 면적을 좁게 해 가, 설형부에 근접하면 통로 면적이 가장 좁아지도록 형성된다.

또한, 본 발명은, 상기 스크롤의 가스 입구부 내주에 형성되는 설형부의 출구 부분에 있어서의 스크롤측 벽 사이의 높이를 감소시켜, 상기 설형부의 출구 부분에 있어서의 통로 단면적을 좁히도록 구성하면,

설형부의 출구 부분에 있어서의 스크롤의 축 방향의 높이를 감소시킴으로써, 즉 통로 단면적이 설형부의 출구 부분에 있어서 좁아짐으로써, 설형부가 없어지는 것에 의한 급격한 통로 면적의 확대를 방지하고, 원활하게 면적이 감소하여 설형부 후류의 흐트러짐을 저감시킬 수 있고, 이에 의해 설형부의 내측 스크롤의 웨이크를 저감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 배기 터보 과급기의 래디얼 터빈의 스크롤부의 구조를 도시하는 것으로, 도 1의 (A)는 터빈 케이싱의 축 직각으로 본 도면, 도 1의 (B)는 도 1의 (A)의 A-A선 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2, 제3 실시예에 관한 배기 터보 과급기의 래디얼 터빈의 스크롤부의 구조를 도시하는 것으로, 터빈 케이싱의 축 직각으로 본 도면이다.
도 3의 (A)는 본 발명의 제4 실시예에 관한 배기 터보 과급기의 래디얼 터빈의 스크롤부의 구조를 도시하는 것으로, 터빈 케이싱의 축 직각으로 본 도면, 도 3의 (B)는 도 3의 (A)에 있어서의 Y부 확대도이다.
도 4의 (A)는 본 발명의 제5 실시예에 관한 배기 터보 과급기의 래디얼 터빈의 스크롤부의 구조를 도시하는 것으로, 터빈 케이싱의 축 직각으로 본 도면, 도 4의 (B)는 도 4의 (A)에 있어서의 B 화살표 확대도이다.
도 5a는 본 발명의 제6 실시예에 관한 배기 터보 과급기의 래디얼 터빈의 스크롤부의 구조를 도시하는 것으로, 터빈 케이싱의 축 직각으로 본 도면이다.
도 5b는 본 발명의 제6 실시예에 관한 도 5a에 있어서의 Z부 확대도이다.
도 5c는 본 발명의 제6 실시예에 관한 설형부 출구부에 있어서의 내측 스크롤 높이의 변화를 설명하는 설명도이다.
도 5d는 본 발명의 제6 실시예에 관한 설형부 출구부에 있어서의 통로 면적의 변화를 설명하는 설명도이다.
도 6은 본 발명이 적용되는 엔진용 배기 터보 과급기의 구조를 도시하는 축심선을 따르는 단면도이다.
도 7의 (A), (B), (C)는 종래 기술에 관한 터빈 케이싱의 스크롤의 단면도이다.

이하, 본 발명을 도면에 도시한 실시예를 사용하여 상세하게 설명한다. 단, 이 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대 배치 등은 특별히 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 그것에만 한정하는 취지가 아니고, 단순한 설명예에 불과하다.

도 6은 본 발명이 적용되는 엔진용 배기 터보 과급기의 구조를 도시하는 축심선을 따르는 단면도이다.

그리고 이러한 운전시에 있어서, 상기한 바와 같이 배기 가스의 유동시에 설형부의 웨이크(저속 영역)가 발생하여, 터빈 성능이 저하된다.

본 발명은, 이러한 웨이크의 발생을 억제하여, 상기 웨이크의 발생에 의한 터빈 효율의 저하를 방지하는 것이다.

(제1 실시예)

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 배기 터보 과급기의 래디얼 터빈의 스크롤부의 구조를 도시하는 것으로, 도 1의 (A)는 터빈 케이싱의 축 직각으로 본 도면, 도 1의 (B)는 도 1의 (A)의 A-A선 단면도이다.

엔진으로부터의 배기 가스는, 터빈 케이싱(1)의 스크롤(4)에 들어가, 상기 스크롤(4)의 스파이럴을 따라 둘레를 돌면서, 터빈 동익(3)의 외주측 입구(4c)의 단부면으로부터 상기 터빈 동익(3)으로 유입되고, 터빈 로터(10)의 중심측을 향해 반경 방향으로 흘러 터빈 로터(10)에 팽창일을 한 후, 축 방향으로 유출되어 가스 출구 통로(5)로부터 기기 밖으로 배출된다. 회전 축심은 부호 20z로 나타낸다.

본 발명의 제1 실시예는, 상기 스크롤(4)에는, 개구부(21s)의 내주에 형성되는 설형부(21)의 라인 상의, 일정 범위의 길이에 구획판(20)을 형성하고 있다.

즉, 상기 구획판(20)은, 도 1의 (A)에 도시하는 바와 같이, 원주 방향 위치에 있어서, 상기 설형부(21)의 라인 상, 즉 설형부(21) 중심을 연장한 라인 상의, 상기 설형부(21)의 단부와 회전 중심(20z)을 연결하는 선으로부터 설형부(21) 반대측의 각(θ)은 적어도 10°이상이 타당하다.

도 1의 (A)와 같이, 상기 구획판(20)과 설형부(21) 사이에는, 개구부(21s)가 형성된다.

또한, 상기 구획판(20)은, 도 1의 (B)에 도시하는 바와 같이, 판재로 이루어지고, 상기 스크롤(4)의 터빈 동익(3)의 슈라우드측(4d)의 터빈 케이싱(1)의 벽면에 돌출 설치되어 있다.

이러한 구획판(20)을 설치함으로써 상기 스크롤(4)은, 상기 구획판(20)보다도 외측의 스크롤 외측(4a)과 상기 구획판(20)보다도 내측의 스크롤 내측(4b)으로 나뉘는 동시에, 상기 구획판(20)이 없는 부분은 개구부(4h)로 되어 있다.

이에 의해, 상기 구획판(20)의 상부 공간의 스크롤 외측(4a)과 가스의 하부 공간의 스크롤 내측(4b)으로의 흐름을, 상기 구획판(20)으로 억제하고 있다.

또한, 상기 구획판(20)은, 상기 스크롤(4)의 터빈 동익(3)의 허브측(4f)의 터빈 케이싱(1)의 벽면에 돌출 설치되어도 좋다.

이상의 제1 실시예에 따르면, 설형부(21)의 라인 상의 일정 범위의 길이에 구획판(20)을, 특히 터빈 동익(3)의 슈라우드측(4d)에 연결되는 터빈 케이싱 벽면에 돌출 설치하였으므로, 상기 구획판(20)에 의해 스크롤(4)의 스크롤 외측(상부 공간)(4a)으로부터 스크롤 내측(하부 공간)(4b)을 향하는 배기 가스류를 억제할 수 있고, 이에 의해 웨이크(30)(도 7 참조)의 발생을 억제할 수 있다.

따라서, 이러한 스크롤 외측(상부 공간)(4a)으로부터 스크롤 내측(하부 공간)(4b)을 향하는 배기 가스류가 저감되어, 상기한 바와 같이 웨이크(30)의 발생을 억제할 수 있고, 이에 의해 터빈 효율의 저하를 방지할 수 있다.

또한, 상기 구획판(20)에 개구부(21s)를 형성할 수 있으므로, 상기 구획판(20) 및 설형부(21)의 형성에 의한 열구속이 적어지고, 따라서 이러한 구속에 의한 열응력을 저감시킬 수 있다.

(제2, 제3 실시예)

도 2는 본 발명의 제2, 제3 실시예에 관한 배기 터보 과급기의 래디얼 터빈의 스크롤부의 구조를 도시하는 것으로, 터빈 케이싱의 축 직각으로 본 도면이다.

본 발명의 제2 실시예에서는, 상기 구획판(20)의 스크롤 내측(하부 공간)(4b)의 유로 면적을, 원주 방향으로 감소시킴으로써 교축 효과를 발생시켜, 상기 스크롤 내측(하부 공간)(4b)으로부터 구획판(20)의 스크롤 외측(상부 공간)(4a)으로의 가스의 흐름을 생성하고 있다.

이와 같이 구성하면, 구획판(20)의 스크롤 내측(하부 공간)(4b)의 유로 면적을, 원주 방향으로 감소시킴으로써 교축 효과를 발생시키면, 구획판(20)의 스크롤 내측(하부 공간)(4b)으로부터 스크롤 외측(상부 공간)(4a)으로 배기 가스가 흐르려고 하는 힘이 작용하여, 스크롤 외측(상부 공간)(4a)으로부터 설형부(21)의 스크롤 내측(하부 공간)(4b)을 향하는 유입을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 제3 실시예에서는, 구획판(20)의 스크롤 외측(상부 공간)(4a)의 유로 면적을 감소시키지 않고, 또한 상기 구획판(20)의 스크롤 내측(하부 공간)(4b)의 유로 면적을 원주 방향으로 감소시킴으로써, 스크롤 외측(상부 공간)(4a)으로부터 스크롤 내측(하부 공간)(4b)으로의 가스의 흐름을 억제하고 있다.

이와 같이 구성하면, 구획판(20)의 스크롤 외측(상부 공간)(4a)의 유로 면적을 감소시키지 않으므로, 스크롤 외측(상부 공간)(4a)으로부터 설형부(21)의 스크롤 내측(하부 공간)(4b)을 향하는 유입을 억제할 수 있다.

제2, 제3 실시예에 있어서, 그 밖의 구성은, 상기 제1 실시예와 동일하며, 이것과 동일한 부재는 동일한 부호로 나타낸다.

(제4 실시예)

도 3의 (A)는 본 발명의 제4 실시예에 관한 배기 터보 과급기의 래디얼 터빈의 스크롤부의 구조를 도시하는 것으로, 터빈 케이싱의 축 직각으로 본 도면, 도 3의 (B)는 도 3의 (A)에 있어서의 Y부 확대도이다.

본 발명의 제4 실시예에서는, 구획판(20)의 단부의 단면 형상을 스크롤 외측(상부 공간)(4a)으로부터 스크롤 내측(하부 공간)(4b)으로 절단하여 스크롤 외측(상부 공간)(4a)을 향하는 경사면(20y)으로 구성하고 있다. 즉, 도 3의 (B)와 같이, 스크롤 외측(상부 공간)(4a)이 폭 S1, 스크롤 내측(하부 공간)(4b)이 폭 S2와 같이, 폭 S를 직선적으로 변화시키고 있다.

이와 같이 구성하면, 직경 방향 내측[스크롤 외측(상부 공간)(4a)으로부터 스크롤 내측(하부 공간)(4b)]을 향하는 가스류에 의해, 구획판(20)으로부터 웨이크가 발생하지만, 구획판(20)의 단부에 스크롤 외측(상부 공간)(4a)을 향하는 경사면(20y)을 구성함으로써, 가스류의 방향에 대한 구획판(20)의 단부의 투영 면적이 축소되고, 이에 의해 웨이크가 저감된다.

제4 실시예에 있어서, 그 밖의 구성은, 상기 제1 실시예와 동일하며, 이것과 동일한 부재는 동일한 부호로 나타낸다.

(제5 실시예)

도 4의 (A)는 본 발명의 제5 실시예에 관한 배기 터보 과급기의 래디얼 터빈의 스크롤부의 구조를 도시하는 것으로, 터빈 케이싱의 축 직각으로 본 도면, 도 4의 (B)는 도 4의 (A)에 있어서의 B 화살표 확대도이다.

본 발명의 제5 실시예에서는, 스크롤(4)의 가스 입구부 내주에 형성되는 설형부(21)의 라인 상의 일정 범위의 길이에 구획 부재(20a)를 배치하고, 상기 구획 부재(20a)는 직경 방향 외측의 상부 공간과 직경 방향 내측의 하부 공간을 연통하는 개구부(H)[도 4의 (B)]의 통로 폭이 원주 방향을 따라 단부의 통로 폭이 넓고 상기 설형부에 근접할수록 통로 폭이 좁아지도록 원주 방향으로 변화되어 있다. 즉, 도 4의 (B)에 도시하는 바와 같이 원주 방향(W)을 따라, 단부의 통로 폭(b)이 넓고 상기 설형부(21)에 근접할수록 통로 폭(a)이 좁아지도록, 통로 폭(a, b)이 원주 방향(W)으로 변화되도록 구성되어 있다.

이와 같이 구성하면, 배기 가스의 유입이 적은 설형부(21)의 반대측 단부를 넓게[통로 폭(b)], 또한 가장 배기 가스의 유입이 큰 설형부(21) 근방의 통로 폭(a)을 좁게 함으로써, 배기 가스의 유입을 억제할 수 있다. 또한 상기에 의해 통로의 투영 면적을 감소시킬 수 있으므로, 설형부(21)의 웨이크를 저감시킬 수 있다.

상기 구획 부재(20a)는, 원주 방향(W)을 따라 단부의 통로 폭(b)이 넓고, 서서히 통로 폭이 좁아져 가, 설형부(21)에 근접하면 통로 폭(a)이 가장 좁아지도록, 통로 폭을 연속적으로 변화시키도록 형성되어 있다.

제5 실시예에 있어서, 그 밖의 구성은, 상기 제1 실시예와 동일하며, 이것과 동일한 부재는 동일한 부호로 나타낸다.

(제6 실시예)

도 5a는 본 발명의 제6 실시예에 관한 배기 터보 과급기의 래디얼 터빈의 스크롤부의 구조를 도시하는 것으로, 터빈 케이싱의 축 직각으로 본 도면, 도 5b는 도 5a에 있어서의 Z부 확대도로 화살표 R 방향으로부터의 사시도이다.

본 발명의 제6 실시예에서는, 상기 제1 실시예 내지 제5 실시예와 같이 스크롤의 한쪽 벽으로부터 다른 쪽 벽을 향해 도중까지 구획판(20), 구획 부재(20a)가 있는 구조가 아니라, 도 5b에 도시하는 바와 같이, 설형부(21)의 출구 부분(20C)의 한쪽 벽(K1)으로부터 다른 쪽 벽(K2)으로의 높이(H)가 좁아져 교축 부분(M)을 형성하고 있다.

즉, 설형부(21)의 내측에 위치하는 내측 스크롤(US), 그 내측 스크롤(US)의 설형부 선단부측에 존재하는 선단부(20C)가 도 5b와 같이, 설형부(21) 출구 부분에 있어서 상류측 면(A)으로부터 출구면(B)에 걸쳐 좁아진 구조로 된 것이다.

즉, 상류측의 면(A)에 있어서의 내측 스크롤(US)의 높이를 H1로 하고, 출구면(B)의 높이를 H2로 하면, H2＜H1의 관계에 있다.

도 5c는, 내측 스크롤(US)의 축 방향 길이, 즉 도 5b에 있어서의 높이(H)의 원주 방향에 있어서의 관계를 나타낸다. 종래의 내측 스크롤(US)의 높이는, 도 5c의 실선과 같이 일정 비율로 높이가 감소하고 있지만, 제6 실시예의 경우 이 높이를 설형부(21) 출구 부분에서 급격하게 감소시키는 것으로 도 5c의 파선에 상당한다.

이와 같이 함으로써 설형부(21)의 출구 부분의 전후에서, 종래는 도 5d의 실선과 같이 설형부(21)가 없어져 그곳에서 면적이 급확대되지만, 제6 실시예와 같이 내측 스크롤(US)의 높이를 감소시킴으로써 도 5d의 파선과 같이 면적의 급변을 방지할 수 있다.

이와 같이 구성하면, 내측 스크롤(US)의 상류측 면(A)을, 출구면(B)에서 급격히 감소시켜, 설형부(21)의 선단부를 접속함으로써, 설형부(21)가 없어지는 것에 의한 내측 스크롤(US)에의 급격한 면적의 증가를 방지하여, 원활하게 면적이 감소하는 스크롤이 되어 설형부(21) 후류의 흐트러짐을 저감시킬 수 있고, 이에 의해 설형부의 내측 스크롤의 웨이크를 저감시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 설형부의 근방의 직경 방향 외측으로부터 내측을 향하는 가스의 흐름을 회피하여 터빈 성능의 저하를 억제하고, 또한 설형부의 형성에 의한 열응력을 최대한으로 저하시킨 래디얼 터빈의 스크롤 구조를 제공할 수 있다.

Claims

작동 가스를 터빈 케이싱 내에 형성된 스파이럴 형상의 스크롤로부터 상기 스크롤의 내측에 위치하는 터빈 로터의 터빈 동익으로 반경 방향으로 유입시켜 상기 터빈 동익에 작용시킨 후, 축 방향으로 유출시킴으로써 상기 터빈 로터를 회전 구동시키도록 구성된 래디얼 터빈의 스크롤 구조에 있어서,
상기 스크롤은, 가스 입구부 내주에 설형부가 형성되고, 원주 방향 위치에 있어서 상기 설형부의 중심을 연장한 라인 상에, 또한 통로 폭 방향에 있어서 통로 폭의 일부에 판상 구획부가 형성되고, 상기 판상 구획부가 없는 부분에 스크롤 직경 방향 외측의 상부 공간과 스크롤 직경 방향 내측의 하부 공간을 연통하는 개구부가 형성되고, 그 개구부는, 상기 판상 구획부의 원주 방향 혹은 상기 구획부의 상부 공간측으로부터 하부 공간측을 향하는 단면 방향을 향해 변화하는 동시에,
상기 개구부의 통로 폭을, 상기 판상 구획부의 원주 방향을 따라 상기 설형부에 근접할수록 좁아지도록 변화시킨 것을 특징으로 하는, 래디얼 터빈의 스크롤 구조.
삭제
제1항에 있어서, 상기 판상 구획부의 단부의 단면 형상을 상부 공간측으로부터 하부 공간측으로 절단하여 직경 내측을 향함에 따라서, 상기 스크롤 내벽면과의 개구 폭이 축소되도록 구성한 것을 특징으로 하는, 래디얼 터빈의 스크롤 구조.
제3항에 있어서, 상기 판상 구획부는, 상기 스크롤 내벽면과의 개구 폭이 축소되도록 경사면으로 구성한 것을 특징으로 하는, 래디얼 터빈의 스크롤 구조.
제1항에 있어서, 상기 판상 구획부를, 상기 스크롤의 터빈 동익의 슈라우드측에 연결되는 터빈 케이싱 벽면에 돌출 설치한 것을 특징으로 하는, 래디얼 터빈의 스크롤 구조.
제1항에 있어서, 상기 판상 구획부의 하부 공간의 유로 면적을, 원주 방향으로 감소시킴으로써 교축 효과를 발생시켜, 상기 하부 공간으로부터 구획판의 상부 공간으로의 가스의 흐름을 생성하는 것을 특징으로 하는, 래디얼 터빈의 스크롤 구조.
제1항에 있어서, 상기 판상 구획부의 상부 공간의 유로 면적을 감소시키지 않고, 또한 상기 판상 구획부의 하부 공간의 유로 면적을 원주 방향으로 감소시킴으로써, 상기 상부 공간으로부터 하부 공간으로의 가스의 흐름을 억제하는 것을 특징으로 하는, 래디얼 터빈의 스크롤 구조.
제1항에 있어서, 상기 스크롤의 가스 입구부 내주에 형성되는 설형부의 출구 부분에 있어서의 스크롤측 벽 사이의 높이를 감소시켜, 상기 설형부의 출구 부분에 있어서의 통로 단면적을 좁히도록 구성한 것을 특징으로 하는, 래디얼 터빈의 스크롤 구조.