JP2012246807A - ノズル翼 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】前縁形状がノズル翼高さ位置によってノズル翼の回動軸から前縁までの距離が変化することによって形成される湾曲線形状を有し、後縁形状がノズル翼高さ位置によらずノズル翼の回動軸から後縁までの距離が一定であることによって形成される直線形状を有する。
【選択図】図3
Description
より詳細には、特許文献1においては、ノズル翼の前縁形状と後縁形状とが翼高さ方向の中央が回動軸側に凹むように湾曲するように形状設定されており、これによってタービン効率が向上するとされている。
さらに、タービンにおいては、何らかの事情によってノズル翼に動力が伝達されなくなった場合に、排気ガスが詰まることを抑止するために、ノズルの開度が大きくなるようにノズルが回動することが望ましい。ところが、特許文献1に開示されたノズル翼においては、このような考慮がなされていないため、タービン効率を向上させてさらに常に排気ガスから受けるトルクが、ノズル開度が大きくなる方向となるノズル翼が望まれている。
このようなノズル翼は、ノズル翼高さ方向における前縁形状とノズル高さ方向における後縁形状とが共に湾曲線形状を有する特許文献1に開示されたノズル翼よりもタービン効率を向上させることができる。
このようなノズル翼は、タービン効率を向上させることができ、さらには常にノズル開度が大きくなる方向にトルクを受けることができる。
このタービンインペラ1の上流側には、タービンインペラ1が有するタービン翼のチップ側を囲うシュラウド2と当該シュラウド2に対してノズル翼高さ方向に離間して対向配置されるハブ3(対向壁)とによって形成されるノズルNが形成されている。
このノズルNは、タービンインペラ1の全周を囲って設けられている。そして、当該ノズルNからタービンインペラ1に向けて排気ガスが供給されることによって、タービンインペラ1の全周に亘って排気ガスが供給される。
そして、全ての軸部20が不図示の駆動部によって同期して回動されることによって、図2に示すように、ノズル翼10が回動されてノズル翼10間の隙間の大きさが変化することでノズルNの開度が調節される。
なお、図2において、(a)がノズルNの開度が大きく開いた状態を示し、(b)がノズルNの開度が小さくなった状態を示している。
また、本実施形態のノズル翼10においては、ノズル翼高さ方向における後縁形状が、ノズル翼高さ位置によらずノズル翼の回動軸Oから後縁までの距離が一定であることによって形成される直線形状を有している。
そして、この最短キャンバー長領域Rは、ノズル翼高さ方向における中央よりもハブ側に配置されている。
なお、以下の説明においては、図3(b)に示すように、回動軸Oから前縁までの距離を前縁部キャンバー長L1と称し、回動軸Oから後縁までの距離を後縁部キャンバー長L2と称し、キャンバーライン及び回動軸Oと直交する翼の厚みを翼厚と称し、前縁に回動軸O側から接する仮想上の円を前縁側内接円と称し、後縁に回動軸O側から接する仮想上の円を後縁側内接円と称する。
なお、本シミュレーションにおいて用いる長さの値としては、翼厚を基準値として正規化した値を用いている。そして、各ノズル翼の翼高さ方向において最も長いキャンバー長(Max(L1+L2))と、各ノズル翼の翼高さ方向において最も短いキャンバー長(Max(L1+L2))と、各ノズル翼の翼高さ方向におけるキャンバー長の平均値(Average(L1+L2))は、表1に示すように設定されている。
ここで、ノズル翼[d3−10]は、図6(b)から分かるように、前縁形状と後縁形状とが共に中央部が回動軸O側に入り込んだ湾曲線形状を有している。一方、ノズル翼[d3−01〜05,07〜09,11〜15]は、前縁形状が湾曲線形状であり、後縁形状が直線形状を有している。
つまり、前縁形状と後縁形状とが共に湾曲線形状を有しているよりも、前縁形状のみが湾曲線形状で後縁形状が直線形状である方が、タービン効率が高いことが分かった。
このため、本実施形態のノズル翼10は、ノズル翼高さ方向における前縁形状とノズル高さ方向における後縁形状とが共に湾曲線形状を有する特許文献1に開示されたノズル翼よりもタービン効率を向上させることができる。
このように、上記シミュレーションからは、ノズル翼高さ方向の両端(ハブ側端及びシュラウド側端)に挟まれた領域に最短キャンバー長領域Rが存在することによって、タービン効率を向上させることができ、さらには常にノズル開度が大きくなる方向にトルクを受けることができると分かった。
このため、本実施形態のノズル翼10は、常にノズル開度が大きくなる方向にトルクを受けることができる。
したがって、上記シミュレーションからは、最短キャンバー長領域Rがノズル翼高さ方向の両端(ハブ側端及びシュラウド側端)に挟まれた領域に存在していることを前提として、最短キャンバー長領域Rがハブ3側に寄ることによってタービン効率を向上させることができ、さらには常にノズル開度が大きくなる方向にトルクを受けることができると分かった。
このため、本実施形態のノズル翼10によれば、タービン効率を向上させることができ、さらには常にノズル開度が大きくなる方向にトルクを受けることができる。
図11は、ノズル翼[d3−12]の形状を示す図であり、キャンバー長と翼厚との関係を翼高さを基準値として正規化した値で示すグラフと、前縁内接円直径と後縁内接円直径とを示している。
なお、ノズル翼[d3−12]は、本実施形態のノズル翼10と同様に、ノズル翼高さ方向における後縁形状が、ノズル翼高さ位置によらずノズル翼の回動軸Oから後縁までの距離が一定であることによって形成される直線形状を有している。
また、ノズル翼[d3−12]は、本実施形態のノズル翼10と同様に、ノズル翼高さ方向の両端(ハブ側端及びシュラウド側端)に挟まれた領域に最短キャンバー長領域Rが存在する。そして、この最短キャンバー長領域Rは、ノズル翼高さ方向における中央よりもハブ側に配置されている。
Claims (3)
- 可変容量型のターボチャージャが備えるタービンインペラの周囲に回動可能に複数配置されるノズル翼であって、
ノズル翼高さ方向における前縁形状が、ノズル翼高さ位置によってノズル翼の回動軸から前縁までの距離が変化することによって形成される湾曲線形状を有し、
ノズル翼高さ方向における後縁形状が、ノズル翼高さ位置によらずノズル翼の回動軸から後縁までの距離が一定であることによって形成される直線形状を有する
ことを特徴とするノズル翼。 - 前記タービンインペラが有するタービン翼のチップ側を囲うシュラウドと当該シュラウドに対して前記ノズル翼高さ方向に離間して対向配置される対向壁とに挟まれることによって形成されるノズルに前記ノズル翼が配置され、
前記ノズル翼高さ方向の両端に挟まれた領域に前記回動軸から前縁までの距離が最も短い領域が存在する
ことを特徴とする請求項1記載のノズル翼。 - 前記ノズル翼高さ方向において前記回動軸から前縁までの距離が最も短い領域が、前記ノズル翼高さ方向における中央よりも前記対向壁側に配置されていることを特徴とする請求項2記載のノズル翼。
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