KR101831089B1 - 터빈 - Google Patents

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세이이치 이바라키
리카도 마르티네스-보타스
밍양 양
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

터빈은 터빈 동익과, 터빈 동익의 둘레 방향을 따라서 연장되는 스크롤부를 갖는 터빈 하우징을 갖는다. 스크롤부는, 스크롤부의 유로 면적을 A로 하고, 스크롤부의 유로 중심으로부터 터빈 동익의 축선까지의 거리를 R로 하고, 터빈 동익의 축선의 주위에서의 둘레 방향 위치를 횡축으로 취하고, 거리 R에 대한 유로 면적 A의 비인 A/R을 종축으로 취한 그래프에 있어서, A/R이 적어도 일부에서 오목형의 분포를 갖도록 구성되어 있다.

Description

터빈{TURBINE}
본 발명은 터빈에 관한 것이다.
터보 차저 등에 사용되는 터빈의 하우징은 스크롤부를 갖고, 스크롤부는 터빈 동익을 둘러싸도록 터빈 동익의 둘레 방향을 따라서 연장되어 있다. 스크롤부의 형상은, 스크롤부의 입구에 유입된 유체가, 터빈 동익에 대하여, 터빈 동익의 전체 둘레에 걸쳐서 균등하게 충돌하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 스크롤부의 유로 면적을 A로 하고, 스크롤부의 유로 중심으로부터 터빈 동익의 축선까지의 거리를 R로 했을 때에, 거리 R에 대한 유로 면적 A의 비인 A/R이, 스크롤부의 입구에서 말단을 향하여 감소하도록, 스크롤부는 구성되어 있다.
예를 들면, 특허문헌 1의 도 4에는, 체적이 상이한 3개의 스크롤부(벌루트)에 대하여, 터빈 동익의 둘레 방향에 있어서의 스크롤부의 유로의 위치와 A/R의 관계를 나타내는 커브가 나타나 있다. 이들 커브는 상부에 볼록 형상을 갖고 있으며, 스크롤부의 말단측에서 A/R의 변화율이 크게 되어 있다.
또한, 이와는 다른 A/R의 분포로서, 스크롤부의 입구에서 말단을 향하여 선형으로 감소하는 것이 있다.
미국 특허 출원 공개 제 2013/0219885 호 명세서
종래, 터빈의 스크롤부의 설계는 배기 맥동을 고려하지 않고 실행되어 있다. 이것은, 배기 맥동의 주기가 길기 때문에 그 영향을 무시할 수 있다고 고려되고 있었던 것과, 배기 맥동을 고려하여 터빈의 설계를 실행하는 것은, 터빈에서의 비정상인 흐름을 평가해야만 하는 용이한 것은 아니었기 때문이다.
그렇지만, 최근, 배기 맥동에 의해 터빈 효율이 크게 저하되는 경우가 보고되고 있다. 이 보고에 의하면, 종래의 터빈에서도, 배기 맥동에 의한 성능 저하가 발생하게 된다.
이러한 상황에서, 배기 맥동을 고려한 신규 컨셉에 근거하여 터빈의 스크롤부의 설계를 실행하면, 터빈 효율의 향상을 도모할 수 있으며, 나아가서는 터빈이 적용된 자동차나 선박 등의 연비 향상을 도모할 수 있다고 생각할 수 있다.
그래서, 본 발명의 적어도 일 실시형태의 목적은, 도입되는 유체에 맥동이 있어서도, 양호한 터빈 효율을 갖는 터빈을 제공하는 것이다.
본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 터빈은,
터빈 동익과,
상기 터빈 동익의 둘레 방향을 따라서 연장되는 스크롤부를 갖는 터빈 하우징을 구비하고,
상기 스크롤부는, 상기 스크롤부의 유로 면적을 A로 하고, 상기 스크롤부의 유로 중심으로부터 상기 터빈 동익의 축선까지의 거리를 R로 하고, 상기 터빈 동익의 축선의 주위에서의 둘레 방향 위치를 횡축으로 취하고, 거리 R에 대한 유로 면적 A의 비인 A/R을 종축으로 취한 그래프에 있어서, 상기 A/R이 적어도 일부에서 오목형의 분포를 갖도록 구성되어 있다.
이러한 구성에 의하면, A/R이 적어도 일부에서 오목형의 분포를 갖고 있으며, 스크롤부의 유로 면적이 말단측보다 입구측에서 크게 변화되어 있다. 이 때문에, 스크롤부의 체적이, 종래에 비하여, 입구측에서 크게 축소되어 있다.
이와 같이 스크롤부의 입구측에서 체적이 축소된 것에 의해, 스크롤부의 입구측에서 유체의 맥동 압력의 진폭이 증대된다. 그리고, 입구측에서 맥동 압력이 증대된 것에 의해, 스크롤부의 입구측에서 유체가 터빈 동익을 향하여 원활히 흐른다. 그 결과, 터빈 효율이 높아져, 터빈 출력이 향상된다.
또한, A/R이 선형으로 감소하는 종래의 경우, 스크롤부의 체적을 줄이기 위해서는 스크롤부의 입구의 면적을 축소해야 한다. 그렇지만 스크롤부의 입구의 면적이 축소되면, 유량 특성이 크게 변화되어 버린다. 이 점에서, 상기 구성에 의하면, 스크롤부의 입구측에서 체적이 축소되는 것에 의해, 스크롤부의 입구의 면적을 변경하지 않고 스크롤부의 체적을 축소할 수 있다. 이 때문에, 상기 구성에 의하면, 유량 특성으로의 영향을 최소한으로 억제하면서, 터빈 효율의 향상을 도모하는 것이 가능하다.
몇 가지 실시형태에서는,
상기 스크롤부의 입구의 위치를 상기 둘레 방향 위치가 0°인 위치로 하고, 상기 스크롤부의 입구에서 말단을 향하여 상기 둘레 방향 위치의 값이 증가된다고 했을 때에,
상기 스크롤부는, 상기 둘레 방향 위치가 0° 내지 90°에 도달하기까지의 상기 A/R의 변화율이, 상기 A/R이 선형 감소하는 경우의 1.2배 이상이 되도록 구성되어 있다.
이러한 구성에 의하면, A/R의 변화율이 선형 감소하는 경우의 1.2배 이상인 것에 의해, 스크롤부의 입구에 있어서의 유로 면적을 소정의 값으로 유지하면서, A/R이 선형 감소하는 경우에 비하여, 스크롤부의 체적을 축소할 수 있다. 이에 의해, 맥동이 있어도, 유량 특성으로의 영향을 최소한으로 억제하면서, 터빈 효율을 확실히 향상시킬 수 있다.
몇 가지의 실시형태에서는,
상기 스크롤부는, 상기 둘레 방향 위치가 0°에서 90°에 도달하기까지의 상기 A/R의 변화율이, 상기 A/R이 선형 감소하는 경우의 1.4배 이상이 되도록 구성되어 있다.
이러한 구성에 의하면, A/R의 변화율이, 상기 A/R이 선형 감소하는 경우의 1.4배 이상인 것에 의해, 스크롤부의 입구에 있어서의 유로 면적을 소정의 값으로 유지하면서, A/R이 선형 감소하는 경우에 비하여, 스크롤부의 체적을 한층 더 축소할 수 있다. 이에 의해, 유량 특성으로의 영향을 최소한으로 억제하면서, 터빈 효율을 한층 더 향상시킬 수 있다.
몇 가지의 실시형태에서는,
상기 스크롤부는, 상기 둘레 방향 위치가 0°에서 90°에 도달하기까지의 상기 A/R의 변화율이, 상기 A/R이 선형 감소하는 경우의 3배 이하가 되도록 구성되어 있다.
둘레 방향 위치가 0°에서 90°에 도달하기까지의 A/R의 변화율이, 선형 감소하는 경우의 3배 이하이면, 스크롤부에 의해 형성되는 흐름의 각도가 국소적으로 과대하게 되는 것이 방지되어, 컴프레서 손실의 발생이 억제된다.
본 발명의 적어도 일 실시형태에 의하면, 도입되는 유체에 맥동이 있어도, 양호한 터빈 효율을 갖는 터빈이 제공된다.
도 1은 본 발명의 몇 가지 실시형태에 따른 터보 차저를 개략적으로 도시하는 종단면도이다.
도 2는 도 1 중의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따르는 개략적인 단면도이다.
도 3은 스크롤부의 A/R을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 터빈 동익의 축선의 주위에서의 둘레 방향 위치 θ를 횡축으로 취하고, A/R을 종축으로 취한 그래프로서, 둘레 방향 위치 θ와 A/R의 관계를, 실시예와 선형 감소의 경우에 대해 나타내는 그래프이다.
도 5는 터빈 동익의 축선의 주위에서의 둘레 방향 위치 θ를 횡축으로 취하고, 둘레 방향 위치 θ의 변화 Δθ에 대한 A/R의 변화 Δ(A/R)의 비인 변화율 Δ(A/R)/Δθ를 종축으로 취한 그래프로서, 둘레 방향 위치 θ와 변화율 Δ(A/R)/Δθ의 관계를, 실시예와 선형 감소의 경우에 대하여 나타내는 그래프이다.
도 6은 횡축에 사이클 평균 터빈 압력비를 취하고, 종축에 사이클 평균 터빈 효율을 취한 그래프로서, 배기 가스의 압력 변동이 20㎐의 경우에 있어서의 사이클 평균 터빈 압력비와 사이클 평균 터빈 효율의 관계를, 실시예와 선형 감소의 경우에 대하여 나타내는 그래프이다.
도 7은 횡축에 사이클 평균 터빈 압력비를 취하고, 종축에 사이클 평균 터빈 효율을 취한 그래프로서, 배기 가스의 압력 변동이 60㎐의 경우에 있어서의 사이클 평균 터빈 압력비와 사이클 평균 터빈 효율의 관계를, 실시예와 선형 감소의 경우에 대하여 나타내는 그래프이다.
도 8은 횡축에 터빈의 압력비를 취하고, 종축에 터빈의 효율을 취한 그래프로서, 터빈에 도입되는 유체에 맥동이 없는 경우에 있어서의 압력비와 효율의 관계를, 실시예와 선형 감소의 경우에 대해 나타내는 그래프이다.
도 9는 횡축에 터빈의 압력비를 취하고, 종축에 터빈의 유량을 취한 그래프로서, 터빈에 도입되는 유체에 맥동이 있는 경우와 없는 경우 각각에 있어서의, 압력비와 유량의 관계를, 실시예와 선형 감소의 경우에 대하여 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 단, 이러한 실시형태에 기재되어 있는 또는 도면에 도시되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상 및 그 상대적 배치 등은 본 발명의 범위를 이에 한정하는 취지가 아니며, 단순한 설명예에 지나지 않는다.
도 1은 본 발명의 몇 가지 실시형태에 따른 터보 차저를 개략적으로 도시하는 종단면도이다. 터보 차저는, 예를 들면 차량이나 선박 등에 적용된다.
터보 차저는 터빈(10)과, 컴프레서(12)를 갖는다. 터빈(10)은 터빈 하우징(14)과, 터빈 하우징(14)에 수용된 터빈 동익(익근차)(16)을 갖고, 컴프레서(12)는 컴프레서 하우징(18)과, 컴프레서 하우징(18)에 수용된 임펠러(20)를 갖는다.
터빈(10)의 터빈 동익(16)과 컴프레서(12)의 임펠러(20)는 샤프트(22)에 의해 서로 연결되어 있다. 터빈(10)의 터빈 동익(16)은, 예를 들면, 내연 기관으로부터 배출된 배기 가스에 의해 회전하고, 이에 의해 샤프트(22)를 거쳐서 컴프레서(12)의 임펠러(20)가 회전한다. 그리고, 컴프레서(12)의 임펠러(20)의 회전에 의해, 내연 기관에 공급되는 흡기가 압축된다.
예를 들면, 터빈 하우징(14)은 터빈 케이싱(24)과, 터빈 케이싱(24)이 결합된 단부 벽(26)으로 이루어지며, 샤프트(22)는 단부 벽(26)을 관통하고 있다. 단부 벽(26)은 터빈 케이싱(24)과 베어링 하우징(28)의 사이에 끼워져 있으며, 베어링 하우징(28)은, 베어링을 거쳐서, 샤프트(22)를 회전 가능하게 지지하고 있다.
또한, 예를 들면, 컴프레서 하우징(18)은 컴프레서 케이싱(30)과, 컴프레서 케이싱(30)에 결합된 단부 벽(32)으로 이루어지며, 샤프트(22)는 단부 벽(32)을 관통하고 있다. 단부 벽(32)은 베어링 하우징(28)과 일체로 형성되어 있다.
터빈 하우징(14)은 터빈 동익(16)을 수용하는 통부(34)와, 터빈 동익(16) 및 통부(34)의 둘레 방향을 따라서 연장되는 스크롤부(벌루트부)(36)와, 통부(34)와 스크롤부(36)를 연결하는 연통부(38)를 갖는다. 또한, 몇 가지 실시형태에서는, 터빈 하우징(14)은 스크롤부(36)에 나열되는 유체의 도입부(40)를 갖는다. 유체의 출구는 통부(34)에 의해 형성되어 있다.
도 2는 도 1 중의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따르는 개략적인 단면도이다.
스크롤부(36)의 입구(개시단)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 터빈 동익(16)의 둘레 방향으로의 위치(둘레 방향 위치 θ)가 0°인 위치이다. 또한, 둘레 방향 위치(θ)가 0°인 위치는 텅부(41)의 선단의 위치로서 정의된다. 텅부(41)는 터빈 케이싱(24)의 스크롤부(36)의 외주 벽(42)과 도입부(40)의 벽(44)이 예각으로 만나는 부분이다.
그리고, 스크롤부(36)의 말단은 터빈 동익(16)의 둘레 방향으로의 위치(둘레 방향 위치 θ)가 360°인 위치이다.
또한, 둘레 방향 위치(θ)의 값은 스크롤부(36)의 입구로부터 말단을 향하여 증가하는 것으로 하고, 스크롤부(36)에 있어서의 유체의 흐름에 따르는 방향으로 증가해야 한다.
한편, 스크롤부(36)의 내주연은, 터빈 동익(16)의 축선(회전축)을 중심으로 하여, 텅부(41)에 접하는 가상적인 원(48)에 의해 규정되어 있다. 스크롤부(36)의 외주연은 스크롤부의 외주 벽(42)에 의해 규정되어 있으며, 스크롤부(36)의 유로 면적(A)은 원(48)과 스크롤부(36)의 외주 벽(42) 사이에 구획되는 공간의 면적이다.
도 3은 스크롤부(36)의 A/R을 설명하기 위한 도면이다. A/R은 스크롤부(36)의 유로 면적을 A로 하고, 스크롤부(36)의 유로 중심(C)으로부터 터빈 동익(16)의 축선(50)까지의 거리를 R로 했을 때에, 거리 R에 대한 유로 면적 A의 비이다. 또한, 도 3에서는, 스크롤부(36)의 유로에 상당하는 영역에 해칭이 부여되어 있다.
여기서, A/R은 터빈 동익(16)의 직경 방향으로의 위치를 r로 하고, 스크롤부(36)의 유로의 단면의 미소 면적 요소를 dA로 했을 때에, 다음 수학식 1에 의해 정의된다. 스크롤부(36)의 유로의 유로 면적 A 및 단면 형상을 알면, 수학식 1에 근거하여 거리 R을 결정할 수 있다. 단, 간이적으로는, 거리 R은 축선(50)으로부터 스크롤부(36)의 유로의 도심까지의 거리로 대용(代用)할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112016060883017-pct00001
도 4는 터빈 동익(16)의 축선의 주위에서의 둘레 방향 위치 θ를 횡축으로 취하고, A/R을 종축으로 취한 그래프로서, 둘레 방향 위치 θ와 A/R의 관계를 실시예와 선형 감소의 경우에 대해 나타내는 그래프이다. 또한, 스크롤부(36)의 입구에서의 유로 면적 A는 실시예와 선형 감소의 경우의 사이에서 동일하며, 도 4 중의 A/R은 스크롤부(36)의 입구에서의 A/R이 1이 되도록 규격화되어 있다.
또한, 도 5는 터빈 동익(16)의 축선의 주위에서의 둘레 방향 위치 θ를 횡축으로 취하고, 둘레 방향 위치 θ의 변화 Δθ에 대한 A/R의 변화 Δ(A/R)의 비(이하, 변화율 Δ(A/R)/Δθ라고도 함)를 종축으로 취한 그래프이며, 둘레 방향 위치 θ와 변화율 Δ(A/R)/Δθ의 관계를 실시예와 선형 감소의 경우에 대하여 나타내는 그래프이다. 즉, 도 5의 커브는 도 4의 A/R의 커브를 미분했지만 절대값을 나타내고 있다.
도 6은 횡축에 사이클 평균 터빈 압력비를 취하고, 종축에 사이클 평균 터빈 효율을 취한 그래프로서, 배기 가스의 압력 변동이 20㎐의 경우에 있어서의 사이클 평균 터빈 압력비와 사이클 평균 터빈 효율의 관계를 실시예와 선형 감소의 경우에 대해 나타내는 그래프이다.
또한, 사이클 평균 터빈 압력비는, 터빈에 도입되는 유체(배기 가스)의 압력 변동의 1 사이클 사이에 있어서의 터빈 압력비의 평균값이며, 사이클 평균 터빈 효율은, 배기 가스의 압력 변동의 1 사이클 사이에 있어서의 터빈의 효율의 평균값이다.
도 7은, 도 6과 마찬가지로, 횡축에 사이클 평균 터빈 압력비를 취하고, 종축에 사이클 평균 터빈 효율을 취한 그래프로서, 배기 가스의 압력 변동이 60㎐의 경우에 있어서의 사이클 평균 터빈 압력비와 사이클 평균 터빈 효율의 관계를 실시예와 선형 감소의 경우에 대하여 나타내는 그래프이다.
도 8은 횡축에 터빈의 압력비를 취하고, 종축에 터빈의 효율을 취한 그래프로서, 터빈에 도입되는 유체에 맥동이 없는 경우에 있어서의 압력비와 효율의 관계를 실시예와 선형 감소의 경우에 대하여 나타내는 그래프이다. 도 9는 횡축에 터빈의 압력비를 취하고, 종축에 터빈의 유량을 취한 그래프로서, 터빈에 도입되는 유체에 맥동이 있는 경우와 없는 경우 각각에 있어서의, 압력비와 유량의 관계를 실시예와 선형 감소의 경우에 대하여 나타내는 그래프이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 스크롤부(36)는 터빈 동익(16)의 축선(50)의 주위에서의 둘레 방향 위치 θ를 횡축으로 취하고, A/R을 종축으로 취한 그래프에 있어서, A/R이 적어도 일부에서 오목형의 분포를 갖도록 구성되어 있다. 환언하면, 스크롤부(36)는, 입구측에서의 A/R의 변화율 Δ(A/R)/Δθ가, 말단측에서의 A/R의 변화율 Δ(A/R)/Δθ보다 크다. 또한, 변화율 Δ(A/R)/Δθ가 크다는 것은, 변화율 Δ(A/R)/Δθ의 절대값이 큰 것을 의미한다.
이러한 구성에 의하면, 도 4에 나타내는 바와 같이 A/R이 적어도 일부에서 오목형의 분포를 갖고 있으며, 스크롤부(36)의 유로 면적 A가 말단측보다 입구측에서 크게 변화하고 있다. 이 때문에, 스크롤부(36)의 체적이, 종래에 비해, 입구측에서 크게 축소되어 있다.
이와 같이 스크롤부(36)의 입구측에서 체적이 축소된 것에 의해, 스크롤부(36)의 입구측에서 유체의 맥동 압력의 진폭이 증대된다. 그리고, 입구측에서 맥동 압력이 증대된 것에 의해, 스크롤부(36)의 입구측에서 유체가 터빈 동익(16)을 향하여 원활히 흐른다. 이 결과, 터빈 효율이 높아져, 터빈 출력이 향상된다.
구체적으로는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 도입되는 유체에 저주파수의 맥동이 있어도, 사이클 평균 압력비가 낮은측에서는 약 4%, 높은측에서는 약 2%, 실시예가 선형 감소의 경우보다 사이클 평균 터빈 효율이 향상되어 있다.
또한, 도 7에 나타낸 바와 같이, 도입되는 유체에 상대적으로 고주파수의 맥동이 있어도, 사이클 평균 압력비가 낮은측 및 높은측에서 각각 약 5%, 실시예가 선형 감소의 경우보다 사이클 평균 터빈 효율이 향상되어 있다.
한편, 도 8에 나타낸 바와 같이, 도입되는 유체에 맥동이 없는 경우에서도, 압력비가 높은측에서 최대 2% 초과, 실시예가 선형 감소의 경우보다 터빈 효율이 향상하고 있다.
또한, A/R이 선형으로 감소하는 종래의 경우, 스크롤부의 체적을 줄이기 위해서는 스크롤부의 입구의 면적을 축소해야 한다. 그렇지만 스크롤부의 입구의 면적이 축소되면, 유량 특성이 크게 변화되어 버린다. 이 점, 상기 구성에 의하면, 스크롤부(36)의 입구측에서 체적이 축소되는 것에 의해, 스크롤부(36)의 입구의 면적 변경을 최소한으로 억제하면서 스크롤부(36)의 체적을 축소할 수 있다. 이 때문에, 상기 구성에 의하면, 유량 특성으로의 영향을 최소한으로 억제하면서, 터빈 효율의 향상을 도모하는 것이 가능하다.
구체적으로는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 도입되는 유체에 맥동이 없으면, 실시예와 선형 감소인 경우이며, 유량 특성에 큰 상위는 없다. 그렇지만, 도입되는 유체에 맥동이 있으면, 선형 감소의 경우, 압력비의 변동에 따라서 유량이 크게 변동하며, 큰 히스테리시스가 관측된다. 이에 반하여, 실시예의 경우, 압력비의 변동에 대한 유량의 변동이 억제되고, 히스테리시스가 축소되어 있다.
몇 가지 실시형태에서는, 스크롤부(36)의 입구의 위치를 둘레 방향 위치 θ가 0°인 위치로 하고, 스크롤부(36)의 입구에서 말단을 향하여 둘레 방향 위치 θ의 값이 증가한다고 했을 때에, 스크롤부(36)는, 둘레 방향 위치 θ가 0°에서 90°에 도달하기까지의 A/R의 변화율 Δ(A/R)/Δθ가, A/R이 선형 감소하는 경우의 1.2배 이상이 되도록 구성되어 있다.
또한, 둘레 방향 위치 θ가 0°에서 90°에 도달하기까지의 A/R의 변화율 Δ(A/R)/Δθ는, 둘레 방향 위치가 0°에서의 A/R((A/R)θ=0)과 둘레 방향 위치가 90°에서의 A/R((A/R)θ=90)의 차이 ((A/R)θ=0-(A/R)θ=90)를, 둘레 방향 위치 θ의 차이인 90°로 나누어 얻어지는 값이다.
이러한 구성에 의하면, 예를 들면 도 4의 A/R 분포의 경우, 스크롤부(36)의 입구에 있어서의 유로 면적 A를 소정의 값으로 유지하면서, A/R이 선형 감소하는 경우에 비하여, 스크롤부(36)의 체적을 5% 이상 축소할 수 있다. 이에 의해, 맥동이 있어도, 유량 특성으로의 영향을 최소한으로 억제하면서, 터빈 효율을 확실히 향상시킬 수 있다.
몇 가지 실시형태에서는, 스크롤부(36)는, 둘레 방향 위치 θ가 0°에서 90°에 도달하기까지의 A/R의 변화율 Δ(A/R)/Δθ가, A/R이 선형 감소하는 경우의 1.4배 이상이 되도록 구성되어 있다.
이러한 구성에 의하면, 예를 들면 도 4의 A/R 분포의 경우, 스크롤부(36)의 입구에 있어서의 유로 면적 A를 소정의 값으로 유지하면서, A/R이 선형 감소하는 경우에 비해, 스크롤부(36)의 체적을 10% 이상 축소할 수 있다. 이에 의해, 유량 특성으로의 영향을 최소한으로 억제하면서, 터빈 효율을 한층 더 향상시킬 수 있다.
몇 가지 실시형태에서는, 스크롤부(36)는, 둘레 방향 위치 θ가 0°에서 90°에 도달하기까지의 A/R의 변화율 Δ(A/R)/Δθ가, A/R이 선형 감소하는 경우의 3배 이하가 되도록 구성되어 있다.
둘레 방향 위치 θ가 0°에서 90°에 도달하기까지의 A/R의 변화율 Δ(A/R)/Δθ가 선형 감소하는 경우의 3배 이하이면, 스크롤부(36)에 의해 형성되는 흐름의 각도가 국소적으로 과대하게 되는 것이 방지되며, 컴프레서 손실의 발생이 억제된다.
몇 가지 실시형태에서는, 스크롤부(36)의 입구의 위치를 둘레 방향 위치 θ가 0°인 위치로 하고, 스크롤부(36)의 입구에서 말단을 향하여 둘레 방향 위치 θ의 값이 증가한다고 했을 때에, 스크롤부(36)의 A/R의 변화율 Δ(A/R)/Δθ는, 둘레 방향 위치 θ가 적어도 0° 이상 90° 이하인 범위에서, A/R이 선형 감소하는 경우에 비하여 커지도록 구성되어 있다.
몇 가지 실시형태에서는, 스크롤부(36)는, 둘레 방향 위치 θ가 0° 이상 60° 이하인 범위에서, A/R의 변화율 Δ(A/R)/Δθ가, A/R이 선형 감소하는 경우에 비해 커지도록 구성되어 있다. 환언하면, 스크롤부(36)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 둘레 방향 위치 θ가 0° 이상 60° 이하인 범위에서, A/R의 경사가, A/R이 선형 감소하는 경우에 비하여 커지도록 구성되어 있다.
몇 가지 실시형태에서는, 스크롤부(36)는, 둘레 방향 위치 θ가 30°인 위치에 있어서, A/R의 변화율 Δ(A/R)/Δθ가, A/R이 선형 감소하는 경우의 1.3배 이상이 되도록 구성되어 있다. 환언하면, 스크롤부(36)는, 둘레 방향 위치 θ가 30°인 위치에 있어서, A/R의 경사가, A/R이 선형 감소하는 경우의 1.3배 이상이 되도록 구성되어 있다.
본 발명은, 상술한 실시형태에 한정되는 일은 없으며, 상술한 실시형태로 변경을 가한 형태나, 이들 형태를 적절히 조합한 형태도 포함한다.
10 : 터빈 12 : 컴프레서
14 : 터빈 하우징 16 : 터빈 동익
18 : 컴프레서 하우징 20 : 임펠러
22 : 샤프트 24 : 터빈 케이싱
26 : 단부 벽 28 : 베어링 하우징
30 : 컴프레서 케이싱 32 : 단부 벽
34 : 통부 36 : 스크롤부
38 : 연통부 40 : 도입부
41 : 텅부 42 : 외주 벽
44 : 벽 48 : 원
50 : 축선

Claims (4)

  1. 터빈 동익과,
    상기 터빈 동익의 둘레 방향을 따라서 연장되는 스크롤부를 갖는 터빈 하우징을 구비하고,
    상기 스크롤부는, 상기 터빈 동익의 축선을 중심으로 하여 텅부에 접하는 가상적인 원에 의해 규정된 내주연 및 외주 벽에 의해 규정된 외주연을 갖고, 상기 스크롤부의 유로 면적으로서 상기 가상적인 원과 상기 외주 벽 사이에 규정되는 공간에 있어서의 면적을 A로 하고, 상기 스크롤부의 유로 중심으로부터 상기 터빈 동익의 축선까지의 거리를 R로 하고, 상기 터빈 동익의 축선 주위에서의 둘레 방향 위치를 횡축으로 취하고, 거리 R에 대한 유로 면적 A의 비인 A/R을 종축으로 취한 그래프에 있어서, 상기 A/R이 적어도 일부에서 오목형의 분포를 갖도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는
    터빈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스크롤부의 입구의 위치를 상기 둘레 방향 위치가 0°인 위치로 하고, 상기 스크롤부의 입구에서 말단을 향하여 상기 둘레 방향 위치의 값이 증가한다고 했을 때에,
    상기 스크롤부는, 상기 둘레 방향 위치가 0°에서 90°에 도달하기까지의 상기 A/R의 변화율이, 상기 A/R이 선형 감소하는 경우의 1.2배 이상이 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는
    터빈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스크롤부는, 상기 둘레 방향 위치가 0°에서 90°에 도달하기까지의 상기 A/R의 변화율이, 상기 A/R이 선형 감소하는 경우의 1.4배 이상이 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는
    터빈.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스크롤부는, 상기 둘레 방향 위치가 0°에서 90°에 도달하기까지의 상기 A/R의 변화율이, 상기 A/R이 선형 감소하는 경우의 3배 이하가 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는
    터빈.
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