JP5398515B2 - ラジアルタービンの動翼 - Google Patents
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Description
A−A線断面形状はハブ側の壁近傍の形状を示し、C−C線断面形状はシュラウド側の壁近傍の形状を示し、B−B線断面形状はハブ側とシュラウド側との高さ方向(Z方向)の中央部の形状を示す。A、B、Cのいずれの断面位置においても半径方向に放射状に真直ぐ伸びた形状をしている。
また半径方向成分である半径方向速度CRは図7に示すように、前記入口端面25の中央部が小さく両端の角部つまりシュラウド側27及びハブ側29が大きくなるような高さ方向分布となっている。
これにより、切落し部31の切落し量を変化させることによって、動翼15入口におけるガスの流動分布に合わせて動翼15の入口端面の両端部つまり前記シュラウド側27及びハブ側29を内周側に後退させ、動翼15に流入するガスの相対流入角度βを動翼15の高さ方向において最適角度になるように調整することを可能としたものである。
また、性能パラメータの速度比(U/C0)が小さい場合の動翼入口における速度三角形は図1(b)に示すように、ガス相対流入角度βがマイナス側へ傾斜して動翼先端に向かうようになる。
特に、シュラウド側及びハブ側の両壁近傍から、50%以上のガス流量が動翼内部に流入するため、かかる両壁部近傍での衝突損失の影響は大きい。
前記作動ガスが流入する動翼入口の高さ方向を形成するシュラウド側及びハブ側の両壁近傍における翼形状の向きが、動翼入口に流入する作動ガスの流入速度(C)および動翼の周方向の回転速度(U)およびガス相対流入速度(W)によって形成される速度三角形のガス相対流入速度成分の流入方向と一致するように形成されてなることを特徴とする。
これにより、ガス相対流入角度β(−βA、−βC、図1(b)参照)がマイナス側へ傾斜して動翼先端に向かうような特性を有するタービンにおいて効率的にタービン効率を向上することができるようになる。
また、シュラウド側及びハブ側の両壁近傍から、50%以上のガス流量が動翼内部に流入するため、かかる両壁部近傍の流れを改善することによって、タービン効率の向上効果が大きく得られる。
このように、両壁近傍における先端部のみを前記ガス相対流入速度(W)の流れ方向に合わせて傾斜させることで、図1(b)に示すAの速度三角形およびCの速度三角形によって示されるガス相対流入速度(W)の流れ方向に簡単に合わせることができる。
このように、シュラウド側とハブ側とを中央部より径方向に伸ばすことによって、図3(b)に示すように、動翼の周方向の回転速度(U)を増大させて、ガス相対流入速度(W)の流れ方向の相対流入角度βをゼロに近づけ、半径方向に真直ぐ伸びる動翼に沿うようにでき、作動ガスがスムーズに動翼内部に流れ込み、動翼入口で生じる衝突損失を低減でき、ガス流れの衝突損失を低減できる。
図1、図2および図8を参照して本発明の第1実施形態ついて説明する。
図9は、本発明のラジアルタービンの動翼を用いた過給機の1例を示し、図において、タービンケーシング2内には渦巻状のスクロール3が形成されるとともに内周側にはガス出口通路5が形成され、また、コンプレッサケーシング7内にはコンプレッサ9が設けられ、タービンケーシング2とコンプレッサケーシング7とを連結する軸受ハウジング11が形成されている。
以上に示すラジアルタービン1を用いた過給機の基本構成は従来技術と同様である。本発明においては、タービンの動翼15のガス入口部の改良に関するものである。
これにより、ガス相対流入角度β(−βA、−βC、図1(b))がマイナス側へ傾斜して動翼先端に向かうような、性能パラメータの速度比(U/C0)が小さいマッチング点(作動点)有するタービンにおいて効率的にタービン効率を向上することができるようになる。
また、入口端面52の全高(全幅)において傾斜すると、動翼径の小型化によるレスポンスの改善効果が少なくなる。
次に、図3、4を参照して第2実施形態を説明する。なお、第1実施形態で説明した構成部材と同一のものには同一符号を付して説明を省略する。
第2実施形態は、動翼70のハブ側29とシュラウド側27のそれぞれの動翼径D2を中央部の動翼径D1よりも大径に伸ばして速度三角形を調整して、径方向に真直ぐ伸ばした動翼70の形状に沿って流入させるものである。
また、同様に、シュラウド側27のF−F線断面位置における動翼70の断面形状における速度三角形のガス相対流入速度WF方向が、真直ぐの動翼70の方向と同方向になるように、動翼70の周方向の回転速度UFを調整する。
なお、ハブ側突出部74およびシュラウド側突出部76の径をともに動翼径D2とすることで、製造容易となるが、異なる径を設定してよいことは勿論である。
これにより、性能パラメータの速度比(U/C0)が小さいマッチング点(作動点)を有するタービンにおいて効率的にタービン効率を向上することができる。
2 タービンケーシング
3 スクロール
13 タービンロータ
15、50、70 動翼
27 シュラウド側
29 ハブ側
52、72 入口端面
54 ハブ側傾斜部
56 シュラウド側傾斜部
74 ハブ側突出部
76 シュラウド側突出部
Claims (5)
- 作動ガスをタービンケーシング内に形成された渦巻状のスクロールから該スクロールの内側に位置するタービンロータの動翼へと半径方向に流入させて該動翼に作用させた後軸方向に流出させることにより該タービンロータを回転駆動するように構成されたラジアルタービンの動翼において、
前記作動ガスが流入する動翼入口の高さ方向を形成するシュラウド側及びハブ側の両壁近傍における翼形状の向きが、動翼入口に流入する作動ガスの流入速度(C)および動翼の周方向の回転速度(U)およびガス相対流入速度(W)によって形成される速度三角形のガス相対流入速度成分の流入方向と一致するように形成されてなることを特徴とするラジアルタービンの動翼。 - 動翼入口のシュラウド側及びハブ側の両壁近傍における先端部のみを前記ガス相対流入速度成分の流れ方向に合わせて傾斜させたことを特徴とする請求項1記載のラジアルタービンの動翼。
- 傾斜角度がシュラウド側およびハブ側同じであることを特徴する請求項2記載のラジアルタービンの動翼。
- 動翼入口の高さ方向の中央部よりシュラウド側及びハブ側の径を大きく形成するとともに、シュラウド側及びハブ側の動翼入口の翼形状が半径方向に真直ぐに伸びてなることを特徴とする請求項1のラジアルタービンの動翼。
- 前記シュラウド側の径と、前記ハブ側の径とが同径であることを特徴とする請求項4記載のラジアルタービンの動翼。
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