KR20050078249A - 레이디얼 터빈의 스크롤 구조 - Google Patents

레이디얼 터빈의 스크롤 구조 Download PDF

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가츠유키 오사코
쇼조 마에카와
모토키 에비스
료지 우츠미
다카시 미코가미
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에서는 터빈 스크롤과 터빈 블레이드에 개량이 가해졌다. 레이디얼 터빈의 스크롤 구조에서는 반경방향의 폭(△R)과 회전축심 방향의 폭(B)의 스크롤 폭 비(△R/B)가 △R/B=0.3 내지 0.7로 구성되어 있다. 또한 터빈 블레이드는 상기 작동 가스가 유입되는 입구 단면의 슈라우드측 및 허브측에, 각부를 일정량 절단한 절단부를 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

Description

레이디얼 터빈의 스크롤 구조{STRUCTURES OF TURBINE SCROLL}
본 발명은 터빈 스크롤과 블레이드의 구조에 관한 것이다. 터빈 스크롤은 내연 기관의 과급기(배기 터빈 과급기), 소형 가스 터빈, 팽창 터빈 등에 사용되고, 작동 가스를 소용돌이 형상의 스크롤로부터 터빈 로터의 블레이드상으로 반경방향으로 유입시켜 터빈 로터를 회전 구동하도록 구성된 레이디얼 터빈(radial turbine)의 가스 유로를 형성한다. 또한 블레이드는 압축기의 회전축에 고정되어 있다.
자동차용 내연 기관 등에 사용되는 비교적 소형의 과급기(배기 터빈 과급기)로는, 작동 가스를 터빈 케이싱내에 형성된 소용돌이 형상의 스크롤로부터 상기 스크롤의 내측에 위치하는 터빈 로터의 블레이드와 반경방향으로 유입시켜 상기 블레이드에 작용시킨 다음, 축방향으로 유출시킴으로써 상기 터빈 로터를 회전 구동하도록 구성된 레이디얼 터빈이 대부분 채용되어 있다.
도 11은 이러한 레이디얼 터빈을 사용한 과급기의 일례를 도시하고, 도면에 있어서 참조부호(1)는 터빈 케이싱, 참조부호(4)는 상기 터빈 케이싱(1)내에 형성된 소용돌이 형상의 스크롤, 참조부호(5)는 상기 터빈 케이싱(1)의 내주에 형성된 가스 출구 통로, 참조부호(6)는 압축기 케이싱, 참조부호(9)는 상기 터빈 케이싱(1) 및 압축기 케이싱(6)을 연결하는 베어링 하우징이다.
참조부호(10)는 터빈 로터로서 외주에 복수의 터빈 블레이드(3)가 원주방향 등간격으로 고착되어 있다. 참조부호(7)는 압축기, 참조부호(8)는 상기 압축기(7)의 공기 출구에 설치된 디퓨저(diffuser), 참조부호(12)는 상기 터빈 로터(10)와 압축기(7)를 연결하는 로터 샤프트이다. 참조부호(11)는 상기 베어링 하우징(9)에 부착되어 상기 로터 샤프트(12)를 지지하는 1쌍의 베어링이다. 참조부호(20)는 상기 터빈 로터(10), 압축기(7) 및 로터 샤프트(12)의 회전축심이다.
이러한 레이디얼 터빈을 구비한 과급기에 있어서, 내연 기관(도시 생략)으로부터의 배기 가스는 상기 스크롤(4)로 들어가고, 상기 스크롤(4)의 소용돌이를 따라 주회하면서 복수의 터빈 블레이드(3)의 외주측 입구 단면으로부터 상기 터빈 블레이드(3)로 유입되고, 터빈 로터(10) 중심측을 향해 반경방향으로 흘러 상기 터빈 로터(10)에 팽창 작용을 한 다음, 축방향으로 유출하여 가스 출구 통로(5)로부터 장치 밖으로 송출된다.
도 12는 이러한 레이디얼 터빈에 있어서의 상기 스크롤(4) 및 그 근방을 도시하는 구성도이다. 도면에 있어서 참조부호(4)는 스크롤, 참조부호(41)는 상기 스크롤(4)의 외주벽, 참조부호(43)는 내주벽, 참조부호(42)는 측벽이다. 또한 참조부호(3)는 터빈 블레이드, 참조부호(36)는 상기 터빈 블레이드(3)의 슈라우드측, 참조부호(34)는 허브측이다.
상기 스크롤(4)의 반경방향의 폭(△R0)과 회전축심 방향의 폭(Bo)은 거의 동일 치수(스크롤 폭 비 △R0/Bo=1)로 형성되어 있다.
또한, 도 13a 및 도 13b는 이러한 레이디얼 터빈의 가스 입구 내주에 형성되는 텅(tongue)부 근방의 구성도로서, 도 13a는 회전축심에 직각인 정면도, 도 13b는 도 13a의 B-B 선 단면도이다.
도 13a 및 도 13b에 있어서, 참조부호(4)는 스크롤, 참조부호(44)는 상기 스크롤(4)의 입구 단면, 참조부호(45)는 가스 입구 내주에 형성되는 텅부, 참조부호(45a)는 상기 텅부(45)의 하류 단부인 텅부 단부, 참조부호(046)는 상기 스크롤(4)의 상기 텅부 단부(45a) 바로 하류에 위치하는 텅부 하류 측벽이다.
상기 텅부 하류 측벽(046) 사이의 폭은 상기 텅부 단부(45a)와 동일 폭 혹은 상기 텅부 단부(45a)로부터 스크롤(4)의 형상을 따라 원활하게 축소되어 있다.
이러한 레이디얼 터빈에 있어서, 상기 스크롤(4)의 소용돌이를 따라 주회하면서 터빈 블레이드(3)에 유입된 가스의 가스 유입 속도는 터빈 블레이드(3)의 높이방향(Z 방향)으로 상이한 속도 분포를 갖는다.
즉, 상기 가스 유입 속도(C)는 도 14에 도시한 바와 같이, 상기 터빈 블레이드(3)의 입구 단면(31)(도 12 참조) 근방에 형성되고 상기 입구 단면(31)의 높이(B2)의 15 내지 20%의 폭을 갖는 3차원 경계층에 의해, 상기 가스 속도(C)의 원주방향 성분인 원주방향 속도(Cθ)는 상기 입구 단면(31)의 중앙부가 크고 양 단부의 각부, 즉 슈라우드측(36) 및 허브측(34)이 작아진다. 또한 반경방향 성분인 반경방향 속도(CR)는 도 14에 도시한 바와 같이, 상기 입구 단면(31)의 중앙부가 작고 양 단부의 각부, 즉 슈라우드측(36) 및 허브측(34)이 커지는 높이방향 분포로 되어 있다.
그리고, 상기 터빈 블레이드(3)의 입구 높이방향으로 유입 가스의 유동 분포, 즉 유동 변형이 있으면 상기 터빈 블레이드(3)에서의 유동 손실이 증가하여 터빈 효율의 저하를 초래한다. 즉, 상기 터빈 블레이드(3)의 적절한 가스 유입 상대 각도(β1)에 맞춘 터빈 블레이드(3) 입구 중앙부에 대하여 입구 단면(31)의 벽측 즉, 상기 허브측(34)과 슈라우드측(36) 사이의 가스 유입 상대 각도(β2)가 커지고, 상기 허브측(34) 및 슈라우드측(36)에 있어서 가스 유입 상대 각도(β)의 차 즉, 충돌 각도(입사 각도)가 커지면, 가스로부터 상기 터빈 블레이드(3)의 배면측(부압면측)상에 충돌 각도(입사 각도)가 증가하여, 블레이드 입구의 충돌 손실을 발생시키는 동시에, 상기 허브측(34) 및 슈라우드측(36)에 있어서의 충돌 각도(입사 각도)의 증가는 터빈 블레이드(3) 사이의 2차 흐름 손실의 증가를 조장하여 터빈 효율이 저하한다.
한편, 상기 터빈 블레이드(3)로의 가스 입구 유로를 구성하는 상기 스크롤(4)에 있어서는, 상기 스크롤(4)의 형상에 기인하여 3차원 경계층이 생기기 때문에, 도 15b에 도시하는 바와 같이 터빈 블레이드(3)의 날개 높이방향에 있어서 반경방향 속도(CR)가, 상기 입구 단면(31)의 중앙부에서 작고 블레이드의 양 단부, 즉 슈라우드측(36) 및 허브측(34)상의 정방형 영역에서 커지는 유속 분포를 구성한다.
그러나, 도 12 및 도 13에 도시되는 종래의 스크롤(4)에 있어서는,
ⓐ 스크롤(4)의 유로 단면 형상이 반경방향의 폭(△R0)과 회전축심 방향의 폭(B0)이 동일 치수(스크롤 폭 비 △R0/B0=1)인 정방형 단면인 것.
ⓑ 터빈 블레이드(3)의 양 단부 각부 즉, 슈라우드측(36) 및 허브측(34)에 연결되는 스크롤(4)의 양측 벽면(42)이 평활면인 것.
ⓒ 스크롤(4) 유로의 회전축심 방향의 폭(B0)이 일정하거나 또는 외주측으로부터 내주측을 향해 약간 축소되도록 형성되어 있는 것.
상기 결과, 하기와 같은 문제를 발생시킨다.
상기한 바와 같이 구성되어 있기 때문에, 상기 터빈 블레이드(3)로의 가스 입구에 있어서 상기 3차원 경계층이 발달하기 쉽다.
또한, 상기 텅부(45)의 영역에 있어서, 상기 텅부(45) 두께의 상하 압력차에 의해 도 13a에 도시되는 바와 같은 후류(wake)(50)를 발생시키지만, 이러한 종래 기술에 있어서는 도 13a에 도시된 바와 같이, 텅부 하류 측벽(046) 사이의 폭이 텅부 단부(45a)와 동일 폭 혹은 상기 텅부 단부(45a)로부터 스크롤(4)의 형상을 따라 원활하게 축소되어 있기 때문에, 상기 후류(50)의 저감 작용이 없고, 이로써 도 15a에 도시한 바와 같이, 원주방향으로 반경방향 속도(CR)가 분산되는 유동 변형을 형성한다.
이 때문에, 이러한 종래 기술에 있어서는, 상기 ⓐ, ⓑ 및 ⓒ와 같은 스크롤(4)의 형상에 의해 3차원 경계층이 발달하고, 가스 흐름이 터빈 블레이드(3)의 높이방향으로 유동 변형된 상태로 터빈 블레이드(3)로 유입됨으로써, 터빈 블레이드(3)의 유동 손실이 증대하여 터빈 효율의 저하를 초래한다.
또한, 이러한 종래 기술에 있어서는, 상기 텅부 단부(45a)의 하류 측벽(046)의 구성에 의해, 텅부(45)의 두께(T)에 의한 후류(50)의 저감 작용이 없고, 또한 경계층에 의해 원주방향으로 반경방향 속도(CR)가 분산되는 유동 변형을 형성하며, 스크롤 유로 손실이 증대하여 터빈 효율의 저하를 초래하는 등의 문제점을 갖고 있다.
한편, 상기 터빈 블레이드(3)의 형상은, 입구 단면(31)의 외경이 도 16a의 참조부호(B) 부분에 도시한 바와 같이 슈라우드측(36), 중앙부, 허브측(34)의 전체 높이에 걸쳐 동일하기 때문에, 블레이드 원주 속도(U2=U1)로 된다. 이 때문에, 상기 블레이드(3)의 높이방향으로 가스 유입 상대 각도(β)가 상이하고, 도 16a의 참조부호(E) 부분에 도시하는 중앙부의 가스 유입 상대 각도(β1)를 적절하게 되도록 조정하면, 도 16a의 참조부호(D) 부분에 도시하는 벽측, 즉 상기 허브측(34) 및 슈라우드측(36)의 가스 유입 상대 각도(β2)가 상기 스크롤(4)로부터의 유동 변형에 의해 중앙부의 가스 유입 상대 각도(β1)보다도 커진다.
한편, 참조부호(W1, W2)는 가스 유입 상대 속도, 참조부호(C1, C2)는 가스 유입 절대 속도이다.
이 때문에, 이러한 종래 기술에 있어서는, 상기 허브측(34) 및 슈라우드측(36)에 있어서 가스가 상기 블레이드(3)의 배면측(부압면측)으로 충돌 각도(입사 각도)로 유입되게 되어 블레이드 입구의 충돌 손실을 발생시키는 동시에, 상기 허브측(34) 및 슈라우드측(36)에 있어서의 충돌 각도(입사 각도)의 증가는 블레이드(3) 내부에 있어서의 2차 흐름 손실의 증가를 조장하여, 터빈 효율의 저하를 초래한다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 과제를 감안하여 개발된 것이다. 즉, 터빈 스크롤과 블레이드에 개량이 가해지고 있다. 본 발명의 제 1 목적은, 터빈 블레이드 입구에 있어서의 스크롤의 형상에 기인하는 3차원 경계층의 발달을 억제하고, 상기 터빈 블레이드의 높이방향에서의 가스 흐름의 유동 변형의 형성을 회피하여 상기 터빈 블레이드의 유동 손실을 저감하는 동시에, 스크롤 유로에 있어서의 반경방향 속도의 원주방향 편차에 의한 유동 변형의 형성을 저감하여 스크롤 유로 손실의 증대를 억제하여, 터빈 효율을 향상시킨 레이디얼 터빈의 스크롤 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2 목적은, 터빈 블레이드 입구에 있어서의 가스 유입 상대 각도를 상기 블레이드의 높이 방향으로 균일하게 구성함으로써, 상기 가스 유입 상대 각도의 편차에 기인하는 가스의 충돌 손실 및 블레이드 내부에 있어서의 2차 흐름 손실을 억제하여 터빈 효율을 상승시킬 수 있는 레이디얼 터빈의 블레이드를 제공하는 것이다.
스크롤의 형상을 개선하는 제 1 목적을 달성하기 위해서, 작동 가스를 터빈 케이싱내에 형성된 소용돌이 형상의 스크롤로부터 상기 스크롤의 내측에 위치하는 터빈 로터의 블레이드와 반경방향으로 유입시켜 상기 블레이드에 작용시킨 다음, 축방향으로 유출시킴으로써 상기 터빈 로터를 회전 구동하도록 구성된 레이디얼 터빈에 있어서 사용되는 터빈 스크롤의 구조에 있어서, 반경방향의 폭(△R)과 회전축심 방향의 폭(B)의 스크롤 폭 비(△R/B)가 △R/B=0.3 내지 0.7로 구성된 것을 특징으로 하는 레이디얼 터빈의 스크롤 구조를 제공한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 이러한 발명에 의하면 스크롤의 반경방향의 폭(△R)과 회전축심 방향의 폭(B)의 스크롤 폭 비(△R/B)를 0.3 내지 0.7로 구성함으로써, 스크롤 측벽부와 내외 원주벽에 의한 마찰 손실은 스크롤 폭 비(△R/B)를 1 정도로 구성한 종래 기술과 같은 정도이지만, 스크롤의 회전축심 방향의 폭(B)을 반경방향의 폭(△R)에 대하여 2배 정도로 회전축심 방향으로 길게 형성하여 스크롤 형상을 편평화하고 있기 때문에, 스크롤 측벽상의 블레이드의 양 단부 각부(즉, 슈라우드측 및 허브측)에서, 반경방향 속도(CR)가 상기 스크롤 폭 비(△R/B)를 1 정도로 구성한 종래 기술보다도 감소한다. 이 때문에, 스크롤내에서의 2차 흐름 손실이 저감한다.
또한, 이로써 3차원 경계층의 발달이 억제되고, 도 2에 도시한 바와 같이, 가스 흐름이 터빈 블레이드의 높이방향으로 유동 변형된 상태로 상기 블레이드에 유입됨으로 인한 블레이드의 유동 손실, 특히 혼합 손실이 저감하여, 터빈 효율이 향상된다.
본 발명의 다른 실시예로서, 상기 스크롤은 상기 회전축심 방향의 폭(B)이 반경방향 외주측으로부터 내주측을 향해서 일정 비율로 확대되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예로서, 상기 회전축심 방향의 스크롤 폭(B)은 반경방향 내주 단부측의 폭(B2)을 외주 단부측의 폭(Bl)의 1.2 내지 1.5배로 형성하는 것이 좋다.
이러한 발명에 의하면, 스크롤의 회전축심 방향의 폭(B)을 반경방향 외주측으로부터 내주측을 향해서 점차 확대되도록 구성함으로써, 블레이드의 양 단부의 각부(즉, 슈라우드측 및 허브측)에 대응하는 상기 스크롤의 양 측벽을 따라서 반경방향 속도(CR)는 가스가 터빈 블레이드로 접근함에 따라 점차로 감속되고 상기 스크롤 폭을 일정하게 구성한 종래 기술보다도 감소하여, 상기 스크롤의 회전축심 방향에 있어서의 반경방향 속도(CR)의 분포가 균일화된다.
이 구조체는 3차원 경계층의 발달을 억제시키고, 가스 흐름이 블레이드의 높이방향으로 유동 변형된 상태로 상기 블레이드에 유입됨으로 인한 블레이드의 유동 손실이 저감하여, 터빈 효율이 향상된다.
또 다른 실시예로서, 상기 스크롤의 측벽이 요철면인 것을 특징으로 한다. 이러한 발명에 의하면, 스크롤의 측벽을 요철면에 형성함으로써, 블레이드의 양 단부의 각부(즉, 슈라우드측 및 허브측)에 대응하는 상기 스크롤의 양 측벽에 있어서의 반경방향 속도(CR)가 상기 요철면에 의해 감속되고 스크롤 측벽을 평활면에 형성한 종래 기술보다도 감소하여 상기 스크롤의 회전축심 방향에 있어서의 반경방향 속도(CR)의 분포가 균일화된다.
이로써 3차원 경계층의 발달이 억제되어, 가스 흐름이 블레이드의 높이방향으로 유동 변형된 상태로 상기 블레이드에 유입됨으로 인한 블레이드의 유동 손실이 저감하여, 터빈 효율이 향상된다.
또 다른 실시예로서, 작동 가스를 터빈 케이싱내에 형성된 소용돌이 형상의 스크롤로부터 상기 스크롤의 내측에 위치하는 터빈 로터의 블레이드와 반경방향으로 유입시켜 상기 블레이드에 작용시킨 다음, 축방향으로 유출시킴으로써 상기 터빈 로터를 회전 구동하도록 구성된 레이디얼 터빈에 있어서 사용되는 터빈 스크롤의 구조에 있어서, 가스 입구 내주에 형성되는 텅부의 바로 하류측의 유로 단면적은 텅부 단부의 유로 단면적보다도 폭방향으로 텅부 두께 치수(T)만큼 국부적으로 작게 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 텅부의 바로 하류측에 있어서의 측벽 사이의 폭이, 텅부 단부에 있어서의 측벽 사이의 폭보다도 폭방향으로 텅부 두께 치수(T)만큼 국부적으로 작게 형성될 수도 있다.
이러한 발명에 의하면, 텅부의 바로 하류측의 유로 단면적을 텅부 단부의 유로 단면적보다도 국부적으로 작게 형성[특히, 상기 텅부의 바로 하류측에서의 측벽 사이의 폭을 텅부 단부에 있어서의 측벽 사이의 폭보다도 폭방향으로 텅부 두께 치수(T)만큼 국부적으로 작게 형성]함으로써, 텅부에서 발생한 후류를 저감할 수 있고 스크롤 출구에 있어서의 유동 변형을 저감할 수 있다.
또한, 텅부의 바로 하류측의 유로 폭을 폭방향으로 텅부 두께 치수(T)만큼 국부적으로 축소함으로써 3차원 경계층의 발달을 억제할 수 있고, 상기 실시예와 같이 가스 흐름이 블레이드의 높이방향으로 유동 변형된 상태로 상기 블레이드에 유입됨으로 인한 블레이드의 유동 손실이 저감하여, 터빈 효율이 향상된다.
또한 제 2 목적을 달성하기 위해서, 작동 가스를 터빈 케이싱내에 형성된 소용돌이 형상의 스크롤로부터 상기 스크롤의 내측에 위치하는 터빈 로터의 블레이드와 반경방향으로 유입시켜 상기 블레이드에 작용시킨 다음, 축방향으로 유출시킴으로써 상기 터빈 로터를 회전 구동하도록 구성된 레이디얼 터빈에 있어서 사용되는 터빈 스크롤의 구조에 있어서, 상기 블레이드는 상기 작동 가스가 유입되는 입구 단면의 슈라우드측 및 허브측에, 각부를 일정량 절단한 절단부를 갖는 것을 특징으로 하는 레이디얼 터빈의 블레이드를 제안한다.
상기 절단부는 단면 형상이 원형 또는 직선 형상으로 절단부를 갖는 것을 특징으로 한다.
이러한 발명에 의하면, 블레이드의 입구 단면이 슈라우드측 및 허브측에 있어서 각부에 절단부를 형성함으로써, 상기 입구 단면의 양 단부 반경이 중앙부보다도 작아진다. 이로써, 상기 절단부의 절단량을 변화시킴으로써, 블레이드 입구에 있어서의 가스의 유동 분포에 맞추어 블레이드의 입구 단면의 양 단부, 즉 상기 슈라우드측 및 허브측을 내주측으로 후퇴시켜, 블레이드에 유입되는 가스의 상대 유입 각도(β)를 블레이드의 높이방향에 있어서 최적 각도로 되도록 조정하는 것이 가능해진다.
따라서, 이러한 발명에 의하면, 블레이드 입구에 있어서의 가스의 충돌 각도(입사 각도)를 블레이드의 높이방향에 있어서 일정하게 할 수 있고, 종래 기술과 같은 블레이드의 높이방향에 있어서의 가스 상대 유입 각도의 불균일에 따른 블레이드 입구의 충돌 손실이나 블레이드 내부에 있어서의 2차 흐름 손실의 증가가 회피되어, 이러한 손실에 의한 터빈 효율의 저하를 방지할 수 있다.
그리고, 상기와 같이, 블레이드의 입구 단면 근방에 상기 입구 단면 높이의 10% 내지 20%의 폭을 갖는 3차원 경계층이 형성되고, 상기 3차원 경계층에 의해 블레이드 입구에 있어서의 높이방향의 가스 상대 유입 각도의 불균일이 발생하지만, 상기 입구 단면에 있어서의 절단부의 절단량을 적어도 상기 3차원 경계층의 형성 폭에 맞추어, 상기 절단부의 반경방향 절단 길이가 상기 입구 단면의 높이의 10% 내지 20%로 구성함으로써, 상기 3차원 경계층의 영향에 의한 블레이드 입구의 중앙부와 양 단부(슈라우드측 및 허브측)의 가스상대 유입 각도의 불균일이 해소되어, 상기와 같이 블레이드 입구에 있어서의 가스의 충돌 각도를 블레이드의 높이방향에 있어서 일정하게 할 수 있다.
이하, 본 발명을 도면에 도시한 실시예를 사용하여 상세히 설명한다. 단, 본 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대 배치 등은 특별히 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 그것에만 한정하는 취지가 아니며, 단순한 설명예에 지나지 않는다.
스크롤의 구조
레이디얼 터빈이 부착된 터빈 과급기의 기본적인 구성은, 도 11에 도시하는 종래의 터빈 과급기와 유사하다. 단 본 발명에서는, 스크롤의 형상에 개량되어 있다.
도 11에는, 본 발명이 적용되는 레이디얼 터빈을 사용한 과급기의 전체 구조가 도시되어 있다. 참조부호(1)는 터빈 케이싱, 참조부호(4)는 상기 터빈 케이싱(1)내에 형성된 소용돌이 형상의 스크롤, 참조부호(5)는 상기 터빈 케이싱(1)의 내주에 형성된 가스 출구 통로, 참조부호(6)는 압축기 케이싱, 참조부호(9)는 상기 터빈 케이싱(1) 및 압축기 케이싱(6)을 연결하는 베어링 하우징이다.
참조부호(10)는 터빈 로터로서 외주에 복수의 터빈 블레이드(3)가 원주방향 등간격으로 고착된다. 참조부호(7)는 압축기, 참조부호(8)는 상기 압축기(7)의 공기 출구에 설치된 디퓨저, 참조부호(12)는 해당 터빈 로터(10)와 압축기(7)를 연결하는 로터 샤프트이다. 참조부호(11)는 상기 베어링 하우징(9)에 부착되어 상기 로터 샤프트(12)를 지지하는 한쌍의 베어링이다. 참조부호(20)는 상기 터빈 로터(10), 압축기(7) 및 로터 샤프트(12)의 회전축심이다.
이러한 레이디얼 터빈을 구비한 과급기에 있어서, 내연 기관(도시 생략)으로부터의 배기 가스는 상기 스크롤(4)로 들어가, 상기 스크롤(4)의 소용돌이를 따라 주회하면서 복수의 터빈 블레이드(3)의 외주측 입구 단면으로부터 상기 터빈 블레이드(3)로 유입되고, 터빈 로터(10) 중심측을 향해 반경방향으로 흘러 상기 터빈 로터(10)에 팽창 작용을 가한 다음, 축방향으로 유출하여 가스 출구 통로(5)로부터 장치 밖으로 송출된다.
즉, 스크롤의 제 1 실시예를 나타내는 도 1에 있어서, 참조부호(10)는 터빈 로터로서 외주에 복수의 터빈 블레이드(3)가 원주방향 등간격으로 고착된다.
참조부호(4)는 터빈 케이싱(1)내에 형성된 스크롤이며, 참조부호(41)는 그 외주벽, 참조부호(42)는 전방측 및 후방측의 측벽, 참조부호(43)는 내주벽이다. 상기 스크롤(4)은 전방측 및 후방측의 측벽(42) 사이의 거리 즉, 회전축심(20) 방향의 폭(B)이 외주벽(41)과 내주벽(43)의 거리 즉, 반경방향의 폭(△R)보다도 크게 형성되어 있다.
그리고 상기 스크롤(4)에 있어서의 상기 반경방향의 폭(△R)과 회전축심(20) 방향의 폭(B)의 스크롤 폭 비(△R/B)는 △R/B=0.3 내지 0.7, 바람직하게는 △R/B=0.5로 구성한다.
이러한 실시예에 있어서는, 스크롤(4)의 반경방향의 폭(△R)과 회전축심(20) 방향의 폭(B)의 스크롤 폭 비(△R/B)를 0.3 내지 0.7로 구성하고 상기 스크롤(4)의 회전축심(20) 방향의 폭(B)을 반경방향의 폭(△R)에 대하여 2배 정도로 회전축심(20) 방향으로 길게 형성하여 스크롤 형상을 편평화하고 있다.
이로써, 스크롤(4)의 측벽(42)부와 내주벽 및 외주벽(41, 43)부를 합계한 마찰 손실은 스크롤 폭 비(△R/B)를 1 정도로 구성한 종래 기술과 같은 정도이지만, 터빈 블레이드(3)의 양 단부 각부인 슈라우드측(36) 및 허브측(34)에 대응하는 상기 스크롤(4)의 양 측벽(42, 42)에 있어서의 반경방향 속도(CR)가, 상기 스크롤 폭 비(△R/B)를 1 정도로 구성한 종래 기술보다도 감소하여, 스크롤(4)의 회전축심(20) 방향에 있어서의 반경방향 속도(CR)의 분포가 평균화된다. 이로써, 스크롤내에서 2차 흐름 손실이 저감한다.
도 2는 스크롤(4) 및 터빈 블레이드(3)에 있어서의 가스 유동 손실의 시뮬레이션 결과[상기 스크롤 폭 비(△R/B)와 압력 손실의 관계]를 나타낸다. 도 2에서 분명하듯이, 본 발명(N의 범위)과 같이 △R/B=0.3 내지 0.7, 바람직하게는 △R/B=0.5로 구성하면, 스크롤 폭 비(△R/B)가 N0의 범위에 있는 종래 기술에 비교하여 가스 유동 손실이 현저히 작아진다.
이로써 3차원 경계층의 발달이 억제되어, 스크롤(4)을 통과한 가스 흐름이 터빈 블레이드(3)의 높이방향으로 유동 변형된 상태로 상기 블레이드(3)에 유입됨으로 인한 블레이드(3)의 유동 손실, 특히 혼합 손실이 저감된다.
도 3a 및 도 3b에 도시하는 스크롤의 제 2 실시예에 있어서는, 도 3a에 도시한 바와 같이 스크롤(4)의 단면 형상을, 회전축심(20) 방향의 폭(B)이 반경방향 외주측의 폭(B1)으로부터 내주측의 폭(B2)을 향해 직선 형상 혹은 곡선 형상(본 예는 직선 형상의 경우를 나타냄)으로 일정 비율로 확대하도록 형성하고 있다.
상기 회전축심(20) 방향의 폭(B)은, 반경방향 내주 단부측의 폭(B2)을 외주 단부측의 폭(B1)의 1.2 내지 1.5배로 형성한다. 그 밖의 구성은 도 1에 나타내는 제 1 실시예와 동일하여, 이것과 동일한 부재는 동일 부호로 나타낸다.
이러한 실시예에 있어서는, 스크롤(4)의 회전축심 방향의 폭(B)을 외주벽(41)측에서 내주벽(43)측을 향해 반경방향으로 확대하도록 구성했기 때문에, 터빈 블레이드(3)의 양 단부 각부, 즉 슈라우드측(36) 및 허브측(34)에 대응하는 상기 스크롤의 양 측벽(42)측에 있어서의 반경방향 속도(CR)가 스크롤의 내주측으로 되어 상기 터빈 블레이드(3)에 근접함에 따라 감속되고, 양 측벽(42)측에서의 반경방향 속도(CR)가 상기 스크롤 폭을 일정하게 구성한 종래 기술보다도 감소하여, 상기 스크롤(4)의 회전축심 방향에서의 반경방향 속도(CR)의 분포가 균일화된다.
즉, 도 3b에 도시된 바와 같이, 스크롤(4) 외주측의 M1부에서의 반경방향 속도(CR)의 회전축심 방향 분포가 중앙부보다도 양 측벽(42)측이 커져 불균일하게 되어 있는 것에 대하여, 터빈 블레이드(3)에 가까운 내주측의 M2부에서의 회전축심 방향에서의 반경방향 속도(CR)의 회전축심 방향 분포는 상기 양 측벽(42)측에서의 반경방향 속도(CR)가 감속됨으로써 균일화된다.
이로써 3차원 경계층의 발달이 억제되고, 가스 흐름이 블레이드의 높이방향으로 유동 변형된 상태로 상기 블레이드에 유입됨으로 인한 블레이드의 유동 손실이 저감된다.
도 4a 및 도 4b에 도시하는 스크롤의 제 3 실시예에 있어서는, 상기 스크롤(4)의 양 측벽(042)에 요철면을 형성하고 있다. 상기 양 측벽(042)의 요철면은 도 4b와 같이 동심원의 홈을 반경방향으로 복수층 형성하거나, 나선 형상의 홈을 형성해도, 요컨대 후술하는 반경방향 속도(CR)의 감속 작용을 이룰 수 있는 요철면이면 무방하다. 그 밖의 구성은 도 1에 나타내는 제 1 실시예와 동일하고, 이것과 동일한 부재는 동일 부호로 나타낸다.
이러한 실시예에 있어서는, 스크롤(4)의 양 측벽(042)에 요철면을 형성함으로써, 상기 터빈 블레이드(3)의 양 단부 각부, 즉 슈라우드측(36) 및 허브측(34)에 대응하는 상기 스크롤(4)의 양 측벽(042)에 있어서의 반경방향 속도(CR)가 상기 요철면에 의해 감속되고 스크롤 측벽을 평활면으로 형성한 종래 기술보다도 작아져서 상기 스크롤(4)의 회전축심 방향에서의 반경방향 속도(CR)의 분포가 균일화된다.
이로써 3차원 경계층의 발달이 억제되어, 가스 흐름이 터빈 블레이드의 높이방향으로 유동 변형된 상태로 상기 블레이드(3)에 유입됨으로 인한 블레이드(3)의 유동 손실이 저감된다.
도 5a 및 도 5b에 나타내는 스크롤의 제 4 실시예에 있어서는, 상기 스크롤(4)의 가스 입구 내주에 형성되는 두께(T)의 텅부(45)의 바로 하류측에서의 텅부 하류 측벽(46) 사이의 폭을 텅부 단부(45a)에 있어서의 측벽(42) 사이의 폭보다도 폭방향으로 텅부 두께 치수(T)만큼 국부적으로 작게 형성하여, 상기 텅부(45)의 바로 하류측에 있어서의 유로 단면적을 텅부 단부(45a)의 유로 단면적보다도 국부적으로 작게 되도록 하고 있다.
상기 스크롤(4)에 있어서의 가스의 유동시에 있어서, 상기와 같이 상기 텅부(45) 두께의 상하 압력차에 의해 후류(50)를 발생시킨다. 그런데 이러한 제 4 실시예에 있어서는 상기 텅부 하류 측벽(46) 사이의 폭을 폭방향으로 텅부 두께 치수(T)만큼 국부적으로 작게 형성함으로써, 상기 텅부(45)의 바로 하류측의 유로 단면적을 텅부 단부의 유로 단면적보다도 국부적으로 작게 형성하고 있기 때문에, 상기 텅부(45)에서 발생한 후류(50)를 텅부 단부(45a) 바로 하류측의 유로 스로틀 작용에 의해 저감할 수 있고, 이로써 스크롤(4) 출구에 있어서의 유동 변형을 저감할 수 있다.
또한, 이러한 실시예에 있어서는 도 6c에 도시된 바와 같이, 상기 텅부 단부(45a) 바로 하류측의 유로 폭을 국부적으로 작게 한 유로 스로틀 작용 때문에, 텅부(45) 위치(Ll)에 있어서, 경계층의 발생에 의해 측벽(42) 부근의 원주방향 속도(Cθ)가 작아져, 스크롤(4)의 회전축심(20) 방향의 원주방향 속도 분포가 불균일하게 되어 있는 것에 대하여, 텅부 하류(46)(L2)에 있어서는 측벽(42) 부근의 상기 원주방향 속도(Cθ)의 저하가 회피되어 상기 원주방향 분포가 균일해진다. 이 때문에, 상기 회전축심(20) 방향의 반경방향 속도(CR)의 분포도 균일해져 3차원 경계층의 발달을 억제할 수 있고, 가스 흐름이 블레이드 방향으로 유동 변형된 상태로 상기 블레이드에 유입됨으로 인한 블레이드의 유동 손실이 저감된다.
도 7a 및 도 7b는 상기 제 1 내지 제 4 실시예에 의한 본 발명의 스크롤과 종래의 스크롤의 반경방향 속도(CR)의 분포 상황을 나타내고, 도 7a는 원주방향(θ)의 분포, 도 7b는 블레이드 높이방향(Z)의 분포를 나타낸다. 도 7에 분명하듯이, 반경방향 속도(CR)의 원주방향(θ) 분포는 상기 제 4 실시예에 의해, 종래의 스크롤에 있어서의 A1로부터 본 발명의 스크롤에 있어서의 A2와 같이 균일화되는 동시에, 반경방향 속도(CR)의 블레이드 높이방향(Z)의 분포는 상기 제 1 내지 제 4 실시예에 의해 종래의 스크롤에 있어서의 참조부호(B1)로부터 본 발명의 스크롤에 있어서의 참조부호(B2)와 같이 균일화 된다.
블레이드의 구조
레이디얼 터빈이 부착된 터빈 과급기의 기본적인 구성은 도 11에 나타내는 종래의 터빈 과급기과 유사하다.
즉, 제 5 실시예에 따른 터빈 블레이드를 나타내는 도 8a 및 도 8b에 도시한 바와 같이, 복수의 블레이드(3)가 터빈 로터(10)의 원주방향으로 규칙적으로 고정되어 있다. 이 터빈 블레이드(3)는 이하와 같이 구성되어 있다.
참조부호(31)는 가스 입구를 구성하는 입구 단면, 참조부호(35)는 허브, 참조부호(37)는 슈라우드, 참조부호(32)는 출구 단면이다. 상기 입구 단면(31)은 중앙부를 평면으로 형성하는 동시에 높이방향 양쪽 단부를 구성하는 슈라우드측(36) 및 허브측(34)에, 각부를 일정량 절단하여 이루어지는 절단부(33)를 형성하고 있다. 도 8b에 상기 절단부(33) 형성부의 사시 형상을 도시한다.
상기 절단부(33)는 단면 형상이 원형을 갖는 곡선 형상으로 형성되고 입구 단면(31)과 슈라우드(37) 및 허브(35)를 원활하게 접속하고 있다.
도 9에 도시하는, 터빈 블레이드의 다른 예에 있어서는 상기 절단부(33)를 단면 형상이 직선 형상이 되도록 형성하고 있다. 그 밖의 구성은 도 8a에 도시하는 예와 동일하고, 이것과 동일한 부재는 동일 부호로 나타낸다. 본 실시예의 경우는 절단부(33)의 단면 형상이 직선 형상이기 때문에, 후술하는 바와 같은 허브측(34)의 직경(D1) 및 슈라우드측(36)의 직경(D2)의 조정이 용이해진다.
상기 절단부(33)의 블레이드 높이방향의 절단량(c) 및 반경방향의 절단량(d1, d2)은, 도 16b에 도시하는 바와 같이, 상기 3차원 경계층의 형성 폭이 상기 입구 단면(31)의 높이(B)의 20% 미만이기 때문에, 상기 3차원 경계층의 형성 폭에 맞추어 상기 입구 단면(31)의 높이(B)의 10% 내지 20%로 구성된다. 참조부호(D0)는 상기 입구 단면(31)의 중앙부 직경, 참조부호(D1)는 허브측(34)의 절단부 직경, 참조부호(D2)는 슈라우드측(36)의 절단부 직경이다. 상기 절단부(33)의 절단량은 다음과 같이 설정한다.
도 16a에 있어서, 입구 단면(31) 높이의 중앙부에 있어서의 가스 상대 유입 각도(β1)가 최적값이 되도록 조정한 상기 입구 단면(31) 중앙부의 지름(직경)(D0)에 대하여, 허브측(34) 및 슈라우드측(36)의 직경을 상기 중앙부에 대하여 상기 절단량(d1, d2)만큼 후퇴시켜 각각 참조부호(D1, D2)로 한다.
상기 허브측(34)의 직경(D1) 및 슈라우드측(36)의 직경(D2)은, 도 16b에 도시되는 블레이드 입구에 있어서의 가스 절대 유속(C)의 원주방향 성분(Cθ)과 블레이드 입구에 있어서의 원주 속도(U)의 관계에서 구한다. 즉, 상기 절대 유속의 원주방향 성분(Cθ)은 블레이드 입구 직경이 감소하면 자유 소용돌이의 법칙(Cθ·R=일정)에 의해 증속하는 한편, 역으로 원주 속도(U)(U=πDN/60N은 터빈 로터의 회전수)는 감소하기 때문에, 상기 절단부(33)에 의해 상기 허브측(34)의 직경(D1) 및 슈라우드측(36)의 직경(D2), 즉 상기 입구 단면(31)의 양 단부의 직경을 중앙부의 직경(D0)보다도 상기 절단량(d1, d2)만큼 후퇴시켜, 절대 유속의 원주방향 성분(Cθ)을 증속하는 동시에 원주 속도(U)를 감소시킴으로써 상기 양 단부에 있어서의 가스 상대 유입 각도(β2)를 중앙부에 있어서의 가스 상대 유입 각도(β1)까지 감소시켜 최적값으로 할 수 있다.
여기서, 입구 단면(31)의 중앙부 및 양 단부[허브측(34) 및 슈라우드(36)]에서의 상기 절대 유속의 원주방향 성분(Cθ)과 반경방향 성분(CR)의 비를 도 16a에 도시되는 속도 삼각형 및 도 16b로부터 알 수 있기 때문에, 이러한 관계에서 상기 양 단부[허브측(34) 및 슈라우드측(36)]에 있어서의 블레이드 입구 직경(D1, D2)은 중앙부의 직경(D0)보다도 90% 내지 99%가 되도록 후퇴시켜, 상기 양 단부에 있어서의 가스 상대 유입 각도(β2)의 최적값을 얻을 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 이러한 실시예의 터빈 블레이드(3)와 종래의 터빈 블레이드의 상기 블레이드(3)내에서의 2차 흐름의 상태의 비교를 나타낸다. 2차 흐름은 주류에 대하여 수직 방향으로 생기는 흐름이다. 도면에 있어서, 참조부호(S1)는 종래의 것, 참조부호(S2)는 본 발명의 실시예의 것을 나타낸다. 도 10a는 블레이드 내부 유동에서의 슈라우드 표면상의 제 2 유동의 영향을 나타낸다. 도 10a에 있어서 분명한 바와 같이, 종래의 것(S1)에 있어서는, 부압면(F1)측의 블레이드 출구를 향해, 슈라우드측(블레이드 정상 방향)으로 상승하는 2차 흐름이 발생하고 있었던 것이, 이러한 실시예에 있어서는 상기 절단부(33)가 2차 흐름을 억제하여 상기 유동은 허브측을 흐른다(S2). 또한, 도 10b에서 분명하듯이, 종래의 것(S1)에 있어서는 2차 흐름이 슈라우드면측에 발생되어 있던 것이, 이러한 실시예에 있어서는 상기 절단부(33)를 형성함으로써 2차 흐름을 억제하여 상기 흐름이 정압면(F2)측을 흐른다.
따라서, 이와 같이 가스가 터빈 블레이드(3)의 입구측(슈라우드, 허브)에 있어서 부압면(F1)측으로의 충돌 각도(입사 각도)가 작아지고, 블레이드 입구의 충돌 손실이 저감되는 동시에, 2차 흐름이 억제된다.
이러한 실시예에 의하면, 터빈 블레이드(3)의 입구 단면(31)이 슈라우드측(36) 및 허브측(34)에 각부에 절단부(33)를 형성함으로써 상기 입구 단면(31)의 양 단부 직경(D1, D2)이 중앙부의 직경(D0)보다도 작아지고, 상기 절단부의 절단량을 변화시킴으로써 블레이드 입구에 있어서의 가스의 유동 분포에 맞추어 블레이드(3)의 입구 단면(31)의 양 단부, 즉 상기 슈라우드측(36) 및 허브측(34)을 내주측으로 후퇴시켜, 블레이드(3)에 유입되는 가스의 상대 유입 각도(β)를 상기 블레이드(3)의 높이방향에 있어서 최적 각도로 되도록 조정하는 것이 가능해진다. 이로써, 블레이드 입구에 있어서의 가스의 충돌 각도(입사 각도)를 블레이드(3)의 높이방향에 있어서 일정하게 할 수 있다.
이상 기재한 바와 같이 본 발명에서는, 스크롤의 반경방향의 폭(△R)과 회전축심 방향의 폭(B)의 스크롤 폭 비(△R/B)를 0.3 내지 0.7로 구성하여 스크롤 형상을 편평화하고 있기 때문에, 블레이드의 양 단부 각부에 대응하는 상기 스크롤의 양 측벽에 있어서의 반경방향 속도가 스크롤 폭 비(△R/B)를 1 정도로 구성한 종래 기술보다도 감소하여, 이로써 3차원 경계층의 발달이 억제된다. 가스 흐름이 블레이드의 높이방향으로 유동 변형된 상태로 상기 블레이드에 유입됨으로 인한 블레이드의 유동 손실이 저감될 수 있다.
터빈 블레이드의 양 단부 각부에 대응하는 스크롤의 양 측벽에 있어서의 반경방향 속도가 스크롤의 내주측으로 되고 블레이드에 근접함에 따라 감속되고 스크롤 폭을 일정하게 구성한 종래 기술보다도 감소하며, 상기 스크롤의 회전축심 방향에 있어서의 반경방향 속도의 분포가 균일화되어, 이로써 3차원 경계층의 발달이 억제되고, 가스 흐름이 블레이드의 높이방향으로 유동 변형된 상태로 상기 블레이드에 유입됨으로 인한 블레이드의 유동 손실이 저감된다.
터빈 블레이드의 양 단부 각부에 대응하는 상기 스크롤의 양 측벽에 있어서의 반경방향 속도가 상기 요철면에 의해 감속되고 스크롤 측벽을 평활면에 형성한 종래 기술보다도 감소하여, 스크롤의 회전축심 방향에 있어서의 반경방향 속도의 분포가 균일화되고, 이로써 3차원 경계층의 발달이 억제되어, 가스 흐름이 블레이드의 높이방향으로 유동 변형된 상태로 상기 블레이드에 유입됨으로 인한 블레이드의 유동 손실이 저감된다.
본 발명에서는 텅부의 바로 하류측의 유로 단면적을 텅부 단부의 유로 단면적보다도 국부적으로 작게 형성함으로써, 텅부에서 발생한 후류를 저감시킬 수 있고 스크롤 출구에 있어서의 유동 변형을 저감시킬 수 있다.
또한 본 발명에서는 텅부의 바로 하류측의 유로 폭을 국부적으로 텅부 두께 치수(T)만큼 축소시킴으로써 3차원 경계층의 발달을 억제할 수 있고, 가스 흐름이 블레이드의 높이방향으로 유동 변형된 상태로 상기 블레이드에 유입됨으로 인한 블레이드의 유동 손실을 저감할 수 있다.
이상 기재된 바와 같이 본 발명에 의하면, 블레이드의 입구 단면에 있어서의 슈라우드측 및 허브측의 각부에 절단부를 형성함으로써, 블레이드 입구에 있어서의 가스의 유동 분포에 맞추어 블레이드의 입구 단면의 양 단부를 내주측으로 후퇴시켜, 블레이드에 유입하는 가스의 상대 유입 각도(β)를 블레이드의 높이방향에 있어서 최적 각도가 되도록 조정하는 것이 가능해진다.
이로써, 블레이드 입구에 있어서의 가스의 충돌 각도(입사 각도)를 블레이드의 높이방향에 있어서 일정하게 할 수 있고, 블레이드의 높이방향에 있어서의 가스의 상대 유입 각도의 불균일에 수반하는 블레이드 입구의 충돌 손실이나 블레이드 내부에 있어서의 2차 흐름 손실의 증가가 회피되어, 이러한 손실에 의한 터빈 효율의 저하를 방지할 수 있다.
또한 본 발명에서는 블레이드의 입구 단면에 있어서의 절단부의 절단량을 적어도 3차원 경계층의 형성 폭에 맞추어, 상기 절단부의 반경방향 절단 길이를 상기 입구 단면의 높이의 10% 내지 20%로 구성함으로써, 상기 3차원 경계층의 영향에 의한 블레이드 입구의 중앙부와 양 단부(슈라우드측 및 허브측)의 가스 상대 유입 각도의 불균일이 해소되어, 상기와 같이 블레이드 입구에 있어서의 가스의 충돌 각도를 블레이드의 높이방향에 있어서 일정하게 할 수 있다.
이상, 요컨대 본 발명에 의하면, 스크롤 및 블레이드에 있어서의 가스의 유동 손실을 저감시킬 수 있고, 이로써 터빈 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 스크롤 및 블레이드에 있어서의 가스의 유동 손실을 저감시킬 수 있고, 이로써 터빈 효율을 향상시킨다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 스크롤 및 터빈 로터의 회전축심에 따른 상측 반부 단면을 도시하는 구성도,
도 2는 상기 제 1 실시예의 작용 설명용 그래프,
도 3a는 제 2 실시예를 도시하는 도 1 대응도,
도 3b는 가스 유속 분포도,
도 4a는 제 3 실시예를 나타내는 도 1 대응도,
도 4b는 도 4a의 A-A 선 사시도,
도 5a는 제 4 실시예의 정면도,
도 5b는 도 5a의 B-B 선 단면도,
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 상기 제 4 실시예의 작용 설명도,
도 7a 및 도 7b는 스크롤내에서의 가스 유속 분포도,
도 8a는 본 발명이 적용되는 레이디얼 터빈을 사용한 과급기의 회전축심에 따른 단면도,
도 8b는 개관도,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단면도,
도 10a 및 도 10b는 이러한 실시예의 터빈 블레이드에 있어서의 2차 흐름을 억제하는 작용을 나타내는 설명도,
도 11은 종래 기술에 따른 레이디얼 터빈을 사용하는 과급기의 일례를 나타내는 도면,
도 12는 종래 기술에 따른 레이디얼 터빈의 스크롤 부분(4)과 주변부를 도시하는 구성도,
도 13a 및 도 13b는 도 10에 따른 레이디얼 터빈의 가스 입구 내주에 형성되는 텅부 근방의 구성도로서, 도 13a는 회전축심에 직각인 정면도, 도 13b는 도 13a의 B-B 선 단면도,
도 14는 가스 유입 속도(C)를 나타내는 작용 설명도,
도 15a 및 도 15b는 종래 기술에 있어서의 스크롤내의 가스 흐름 분포도,
도 16a는 종래 기술에 따른 블레이드를 도시하는 도면,
도 16b는 터빈 블레이드의 입구에서의 가스의 절대 속도(C)의 원주방향 성분인 원주방향 속도(Cθ)를 나타내고 있는 도면,
도 17a 및 17b는 블레이드 입구의 원주방향 및 높이방향에서의 가스 유속의 변화를 도시하는 그래프.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 터빈 케이싱 3 : 터빈 블레이드
4 : 스크롤 10 : 터빈 로터
20 : 회전축심 34 : 허브측
36 : 슈라우드측 41 : 외주벽
42 : 측벽 43 : 내주벽

Claims (2)

  1. 작동 가스가 터빈 케이싱내에 형성된 소용돌이 형상의 스크롤을 통해 상기 스크롤의 내측에 위치하는 터빈 로터의 블레이드로 반경방향으로 유입되어 상기 터빈 로터를 회전 구동한 후 축방향으로 배출되도록 구성된 레이디얼 터빈에 사용되는 터빈 스크롤의 구조에 있어서,
    가스 입구 내주에 형성되는 텅부의 바로 하류측의 유로 단면적은 텅부 단부의 유로 단면적보다도 폭방향으로 텅부 두께 치수(T)만큼 국부적으로 작게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    레이디얼 터빈의 스크롤 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 텅부의 하류측에 있어서의 측벽 사이의 폭이 텅부 단부에 있어서의 측벽 사이의 폭보다도 텅부 두께 치수(T)만큼 국부적으로 작게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    레이디얼 터빈의 스크롤 구조.
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