[发明专利]斜流式涡轮

说明书

技术领域

本发明涉及一种在小型燃气涡轮、增压器、扩张器等中使用的斜流式涡轮。

背景技术

在要求过渡响应性的涡轮增压器中，希望将排气能量向吸气压力的上升进行转换的“效率的提高”、带涡轮增压器的发动机的输出增加的延迟“所谓涡轮迟滞”的减少用的“旋转加速度的提高”。

因此，进行压缩机、涡轮的效率提高、涡轮叶轮的小型轻量化引起的转子的转动惯量的减少，并进行加速时的涡轮发动机的响应的提高。

通常，为了“空力的效率提高”，例如增加叶片个数并减少叶片负荷的情况是有效的手段，但另一方面，由于重量增加、惯性质量增加，因此存在产生“旋转加速度的下降”这样的问题，希望一种能同时实现这样的互反的效果的手段。

作为抑制涡轮的效率下降的技术，尤其是抑制斜流式涡轮中的效率下降的技术，本申请人提出了专利文献1所示的斜流式涡轮的技术。

参照图17，说明该专利文献1所公开的斜流式涡轮。

一种斜流式涡轮201，具备以中心轴线K为中心旋转的轮毂205；在轮毂外周面206上竖立设置多个，且前缘247朝向上游侧凸起的动叶片207；具有将动叶片207的外径侧端缘225覆盖的护罩部227的壳体213；形成在动叶片207的上游侧，且朝向动叶片207的前缘247供给工作流体的空间即涡卷223，所述斜流式涡轮201中，涡卷223由涡旋分割壁229分割成护罩侧空间231和轮毂侧空间233。

涡旋分割壁229的后缘侧的护罩侧分割壁面237及轮毂侧分割壁面235分别形成有与它们大致平行地相对形成的护罩侧壁面243及轮毂侧壁面239，因此在各自的壁面间，形成有使工作流体沿大致半径方向流动的护罩侧流入通路245、及沿与叶片入口的轮毂侧的倾斜方向大致同等的方向流动的轮毂侧流入通路241。

通过该护罩侧流入通路245而供给的工作流体沿大致半径方向流动，因此以与护罩侧壁面243平行且与动叶片的入口侧端缘大致正交的方式流入。因此，在斜流式涡轮动叶片入口的护罩侧叶片前缘能够以适当的流动角将流动向动叶片207的内部引导。

另外，通过轮毂侧流入通路241而供给的工作流体向与斜流式涡轮动叶片入口的轮毂外周面206的倾斜方向大致同等的方向流动，因此以与轮毂外周面206平行且与动叶片的叶片前缘大致正交的方式流入。因此，在斜流式涡轮动叶片入口的轮毂侧叶片前缘能够以适当的流动角将流动向动叶片207的内部引导。

另外，从轮毂侧流入通路241向动叶片207流入的流动具有与轮毂外周面206的倾斜大致同等的角度而向动叶片207流入，因此能够使从护罩侧流入通路245沿大致半径方向朝动叶片207流入且朝向动叶片出口转向为轴向的护罩侧流入通路245的流动顺畅地从半径方向转向轴向，其结果是，具有能够防止在护罩部产生的壁面分界层的增加这样的特长。

另一方面，工作流体在护罩侧流入通路245中沿大致半径方向流动，另一方面，在轮毂侧流入通路241中沿与斜流式涡轮动叶片入口的轮毂侧的倾斜方向大致同等的方向流动且通过了两流入通路的工作流体以交叉的状态向斜流式涡轮动叶片的入口侧端缘流入。

因此，在护罩侧流入通路245及轮毂侧流入通路241中流动的工作流体在涡旋分割壁229的后缘处合流。由此，能够抑制在涡旋分割壁229的后缘产生的尾波的发展。

需要说明的是，关于专利文献1的具有涡轮动叶片的前缘朝向上游侧凸起的动叶片的斜流式涡轮，在专利文献2中也有公开。

【在先技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2009-281197号公报

【专利文献2】日本专利4288051号公报

发明内容

【发明要解决的课题】

图18示出从护罩侧流入通路245、及轮毂侧流入通路241流入的动叶片207的护罩侧入口及轮毂侧入口的代表半径的速度三角形。

从护罩侧流入通路245流入的流动在流动角α大致20～30度下以流速A向动叶片207流入。周向速度C是与动叶片207的回旋周速大体一致的速度，作为相对流速B的半径速度是以流量为代表的速度。

从护罩侧流入通路245流入的流动在动叶片207的内部伴随着半径变化而流动对动叶片207作功，周向速度下降、压力下降，并同时朝向喷出口流出。

另一方面，从轮毂侧流入通路241流入的流动由于轮毂侧入口P2的半径比护罩侧入口P1的半径小，因此来自护罩侧入口的流动向半径小的区域流动，向压力下降的位置流入，因此以比护罩侧入口大的流速A'向轮毂侧入口流入。