JPWO2014128898A1 - タービン動翼 - Google Patents
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Abstract
ラジアルタービンのタービン動翼において、特に可変ノズルを備えた可変容量タービンにおいて、タービン動翼の高次の共振を、装置を大型化せずに、簡単な構造で抑制することを目的とし、ラジアルタービンのタービン動翼において、タービン動翼3はハブ面上に複数枚設けられるとともに、各タービン動翼3は、ガス流に沿う前縁3aから後縁3bまでの翼長さにおける前縁から所定の位置に、少なくとも翼高さの中間部3eにおける断面形状の翼厚さが、前縁側の翼厚t1に対して急激に増大する翼厚変化部41、42を有し、該翼厚変化部を介して翼厚t2に増大することを特徴とする。
Description
本発明は、排気ターボチャージャ等に用いられるラジアルタービンのタービン動翼に関し、特にタービン動翼の共振回避技術に関する。
自動車等に用いられるエンジンにおいて、エンジンの出力を向上させるために、エンジンの排気ガスのエネルギでタービンを回転させ、回転軸を介してタービンと直結させた遠心圧縮機で吸入空気を圧縮してエンジンに供給する排気ターボ過給機が広く知られている。
かかる排気ターボ過給機に用いられるタービンのタービン動翼は、タービン動翼の周囲の構造によって、タービンハウジング内を流れる排ガス流に流動ひずみが生じ、該流動ひずみが励振源となり、タービン動翼が共振して高サイクル疲労を発生するリスクがある。
例えば、図8に示すように、タービンホイールTWを収納するケーシング内の流速は壁面に近いほど低下するため、タービンケーシング010のスクロール部の終端部と始端部との合流する箇所である舌部012付近では、排ガス流速が低下するため、排ガス流の流動ひずみEが生じ、励振源となりやすい。そのため、タービン動翼の固有振動数を運転領域内からはずすように調整する必要がある。
特に、可変容量ターボ(VGターボ(Variable Geometry))では、図9に示すように、タービンホイールTWの上流の静翼ノズル014の下流端において発生するノズルウェーク(ノズル交流渦)Fが、励振源となり高サイクル疲労リスクが生じる。
この場合、ノズル枚数×回転数が励振周波数になり、共振が比較的高い周波数である高次モード、特に2次モードで起こりやすくなる。
この場合、ノズル枚数×回転数が励振周波数になり、共振が比較的高い周波数である高次モード、特に2次モードで起こりやすくなる。
このように、可変容量ターボでは共振が比較的高い周波数である高次モード、特に2次モードで起こりやすくなるため、回転数が高い運転領域で2次モードの共振が回避できない場合は、静翼のノズル開度を制限して動翼にかかる加振力を抑えることで、高サイクル疲労を回避する手段がとられ、運転範囲内で自在に流量を調整できるVGターボの特性を十分に生かしきれない課題があった。
なお、タービン動翼の共振モードは、図10Aに1次モードの例を示し、タービン動翼016の後縁の翼高さ方向の先端部分に大きい振幅部S1が生じる。また、図10Bに2次モードの例を示し、タービン動翼016の前縁及び後縁の翼高さ方向の先端部分のそれぞれに大きい振幅部S2、S3を生じ、その強振幅部のS2とS3との間に節S4となる部分が生じる。
一方、可変ノズルを用いた可変容量型タービンにおいて、動翼タービン翼にかかる加振力を低減してタービン翼の共振を抑制する先行技術として、特許文献1(特開2009−185686号公報)を挙げることができる。
この特許文献1には、タービン翼が設けられたタービンホイールの周囲にノズルベーンを配置し、該ノズルベーンをベーンシャフトで軸支して回動可能とし、ノズルベーンの翼角を調整しノズルの開口面積を調整する可変容量型タービンであって、前記ノズルベーンのベーンシャフトを円に沿って所定のピッチで配列し、前記円の中心を前記タービンホイールの回転中心から径方向に偏心させる技術が示されている。
この特許文献1には、タービン翼が設けられたタービンホイールの周囲にノズルベーンを配置し、該ノズルベーンをベーンシャフトで軸支して回動可能とし、ノズルベーンの翼角を調整しノズルの開口面積を調整する可変容量型タービンであって、前記ノズルベーンのベーンシャフトを円に沿って所定のピッチで配列し、前記円の中心を前記タービンホイールの回転中心から径方向に偏心させる技術が示されている。
しかしながら、特許文献1に示される技術は、ノズルベーンのベーンシャフトを円に沿って所定のピッチで配列し、該円の中心をタービンホイールの回転中心から径方向に偏心させるものであるため、径方向の偏心分だけ可変容量型タービンが大型化するものであり、車両への搭載性の悪化を招く。
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、ラジアルタービンのタービン動翼において、特に可変ノズルを備えた可変容量タービンにおいて、タービン動翼の高次の共振を、装置を大型化せずに、簡単な構造で抑制することを目的とする。
本発明はかかる目的を達成するため、作動ガスが流入するタービンケーシングに形成された渦巻状のスクロールの内側に配置されて、前記スクロールを通って径方向外側から内側に流入する作動ガスによって回転駆動されるラジアルタービンのタービン動翼において、
前記タービン動翼はハブ面上に複数枚設けられるとともに、各タービン動翼は、ガス流に沿う前縁から後縁までの翼長さにおける前縁から所定の位置に、少なくとも翼高さの中間部における断面形状の翼厚さが、前縁側の翼厚に対して急激に上昇する翼厚変化部を有していることを特徴とする。
前記タービン動翼はハブ面上に複数枚設けられるとともに、各タービン動翼は、ガス流に沿う前縁から後縁までの翼長さにおける前縁から所定の位置に、少なくとも翼高さの中間部における断面形状の翼厚さが、前縁側の翼厚に対して急激に上昇する翼厚変化部を有していることを特徴とする。
かかる発明によれば、少なくとも翼高さの中間部における断面形状は、前縁側が薄く、前記翼厚変化部を境に厚くなり、変化部分にくびれが生じるように急激に変化している形状を特徴としている。
このような形状によって、翼面の一部(翼の長さ方向の中間部分)の剛性を高め、一部(翼の長さ方向の前縁部分)の質量を低減することができる。それによって、動翼の固有振動数を調整でき、前縁側を薄くして質量低減によって2次の固有振動数を高く調整することが可能になる。
このような形状によって、翼面の一部(翼の長さ方向の中間部分)の剛性を高め、一部(翼の長さ方向の前縁部分)の質量を低減することができる。それによって、動翼の固有振動数を調整でき、前縁側を薄くして質量低減によって2次の固有振動数を高く調整することが可能になる。
具体的には、前記翼厚変化部によって翼厚が増大した位置に、タービン動翼の2次モード共振における節の部分が位置されるとよい。
このように、翼厚が増大して強度が向上した箇所に2次モード共振における節の部分に位置させることによって振動の抑制効果を高め、さらに、動翼の前後の振れる部分においては、質量を軽量化することで、動翼の固有振動数を上昇させて、常用運転領域においての2次共振を回避することが可能になる。
また、本発明において好ましくは、前記ラジアタービンは、回転駆動されるタービン動翼へのガス入口流路に、ノズル回転軸に取り付けられた可変ノズルを設け、該可変ノズルをノズル駆動手段によって前記ノズル回転軸の軸心回りに回転させてその翼角を変化させることにより、タービン容量を変化させるように構成した可変容量タービンであるとよい。
すなわち、タービン動翼の周囲に配設される可変ノズルによって、タービン動翼にはノズル枚数×回転数が励振源となって、比較的高い周波数である高次モード、特に2次モードでの共振が起こり易いため、可変容量タービンにおけるタービン動翼の2次モード共振の回避への効果が大きい。
また、本発明において好ましくは、前記翼厚変化部は、動翼本体の圧力面側及び負圧面側の両方の面に翼高さ方向の断面形状の中心線に対して略対称形状に形成されるとよい。
このように、翼厚変化部を、動翼本体の圧力面側及び負圧面側の両方の面に、翼高さ方向の断面形状の中心線に対して略対称形状に形成されるため、タービン動翼の圧力面側と負圧面側の質量バランスがとられて、ノズル回転軸の軸心回りの回転が安定化する。
また、本発明において好ましくは、前記翼厚変化部は、動翼本体の圧力面側若しくは負圧面側の何れか一方に形成されるとよい。
このように、翼厚変化部を動翼の圧力面側、または負圧面側にのみ形成して、他側の面は、なだらかに変化する形状を有している。従って、翼厚変化部において流れのよどみを生じさせないため、作動ガスの流れ損失に大きな影響を与えずに動翼の共振を防止できる。
また、本発明において好ましくは、前記ラジアルタービンのタービンホイールは、翼の背面に設けられる背板が切り欠かれているスラカップ形であるとよい。
翼背面の背板が切り欠かれているスカラップ形のタービンホイールでは翼前縁部分の根元がボス部で保持されていないため、前縁部分の翼厚を増大させると質量が大きくなり、固有振動数が低下しやすくなる。そこで、スカラップ形のタービンホイールに本発明を用いることで前縁部分の翼厚を低減して固有振動数を上昇でき、常用回転領域において、2次共振を回避することができる。さらに、前縁付近の翼厚低減によって質量低減効果が得られる。
また、本発明において好ましくは、図5に示すように前記翼厚変化部は、作動ガスの流れ方向に沿った翼の全長に対して、前縁から0.1〜0.6の範囲に設けられるとよい。
このように、作動ガスの流れ方向に沿った翼の全長に対して、前縁から0.1〜0.6の範囲に前記翼厚変化部を形成している。この下限値の0.1は、スカラップ形の背板がない範囲が、前縁から翼全長の略0.1〜0.2の範囲に設けられているため、その範囲では翼厚を薄い状態として、スカラップ形状との相乗効果によって前縁部分の質量を軽量化することを狙って、下限値を0.1として設定している。
また、上限の0.6は、2次モードの共振における節の位置が略0.6内の範囲には入ることが試験若しくは計算によって確認されたことに基づくものである。
また、上限の0.6は、2次モードの共振における節の位置が略0.6内の範囲には入ることが試験若しくは計算によって確認されたことに基づくものである。
従って、翼厚変化部が前記前縁から0.1〜0.6の範囲に設けられることによって、背板が存在しないことによる軽量化と、2次モードの節を翼厚の厚い部分に位置させることによる節部分の強度向上との関係を満足させることで、スカラップ形のタービンホイールを用いることにより、2次モードの共振を効果的に回避可能となる。
また、本発明において好ましくは、前記背板がない部分における翼厚は、シュラウド部の翼厚とほぼ同じ厚さに形成されるとよい。
このように、スカラップ形のタービンホイールで背板がない領域(図1のDの領域)に対応する動翼の翼厚は、シュラウド部の翼厚と同一とすることによって、前縁部分の領域の軽量化が一層図られて、固有振動数を確実に上昇できるようになる。
本発明によれば、ラジアルタービンのタービン動翼において、特に、可変ノズルを備えた可変容量タービンにおいて、タービン動翼の高次の共振、特に2次の共振を、装置を大型化せずに、簡単な構造で抑制することができる。
以下、本発明に係る実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図7は、本発明にかかるタービン動翼3が、可変ノズル機構付き排気ターボチャージャ1に適用される例を示す。
図7において、タービンケーシング5の外周部には渦巻状に形成されたスクロール7が形成されている。
このタービンケーシング5内に収納されたラジアルタービン9は、コンプレッサ(図示省略)と同軸に設けられたタービンシャフト11によってコンプレッサと連結されている。また、タービンシャフト11は軸受ハウジング13に軸受15を介して回転自在に支持されている。また、タービンシャフト11は回転軸心K回りに回転するようになっている。
図7において、タービンケーシング5の外周部には渦巻状に形成されたスクロール7が形成されている。
このタービンケーシング5内に収納されたラジアルタービン9は、コンプレッサ(図示省略)と同軸に設けられたタービンシャフト11によってコンプレッサと連結されている。また、タービンシャフト11は軸受ハウジング13に軸受15を介して回転自在に支持されている。また、タービンシャフト11は回転軸心K回りに回転するようになっている。
ラジアルタービン9は、タービンシャフト11と該タービンシャフト11の端部にシール部17を介して接合されたタービンホイール19とによって構成され、このタービンホイール19は、ハブ21とハブの外周面上に設けられた複数枚のタービン動翼3とによって構成されている。
前記スクロール7の内周側で、タービン動翼3の周囲を円周方向等間隔に複数枚のノズルベーン(可変ノズル)23が配置されている。さらに、このノズルベーン23に連結されたノズル軸25が軸受ハウジング13に固定されたノズルマウント27に回動可能に支持され、該ノズル軸25を図示しないノズル駆動手段によって回動することで、ノズルベーン23の翼角を変化させてタービン容量を変化させる。
ノズルベーン23の翼角を変化させてタービン容量を変化させる可変ノズル機構31が設けられている。この可変ノズル機構31を有して可変容量タービン32が構成されている。
ノズルベーン23の翼角を変化させてタービン容量を変化させる可変ノズル機構31が設けられている。この可変ノズル機構31を有して可変容量タービン32が構成されている。
また、前記ノズルベーン23は、ノズルマウント27と、該ノズルマウント27に結合ピン33によって隙間を介在して結合された環状のノズルプレート35との間に配置されており、該ノズルプレート35は前記タービンケーシング5の取付け部に嵌合して取り付けられている。
ハブ21の外周面上に取り付けられたタービン動翼3の子午面形状は、図1に示す形状をしている。タービン動翼3は、排ガスがスクロール7から流入して、径方向を外側から内側に流れ込み軸方向に排出する排ガスのエネルギによって回転駆動力を発生する。
また、タービン動翼3には、上流側の縁部である前縁3aと、下流側の縁部である後縁3bと、径方向外側の縁部である外周縁のシュラウド部3cを有しており、この外周縁のシュラウド部3cは、タービンケーシング5のケーシングシュラウド部37によって覆われ、シュラウド部3cは、ケーシングシュラウド部37の内表面の近傍を通過するように配置されている。また、ハブ21の面上のハブ部3dが形成されている。
また、ハブ21はタービン動翼3の背面の上端までは存在しない構造であり、所謂スカラップ形状となっており、タービン動翼3の背面は、Hの部分には、ハブ若しくは背板が存在せず、タービン動翼3のハブ側の端縁が存在する構造となっている。
(第1実施形態)
次に、図2A、図3A、図4Aを参照してタービン動翼3の形状についての第1実施形態について説明する。第1実施形態は、翼厚変化部41、42が、タービン動翼3の両面側に形成されている。
図2Aは、図1においてタービン動翼3のシュラウド部3cを矢印A方向から見た翼断面形状を示し、図3Aは、図1においてタービン動翼3の中間部3eを矢印B方向から見た翼断面形状を示し、図4Aは、図1においてタービン動翼3のハブ部3dを矢印C方向から見た翼断面形状を示す。
次に、図2A、図3A、図4Aを参照してタービン動翼3の形状についての第1実施形態について説明する。第1実施形態は、翼厚変化部41、42が、タービン動翼3の両面側に形成されている。
図2Aは、図1においてタービン動翼3のシュラウド部3cを矢印A方向から見た翼断面形状を示し、図3Aは、図1においてタービン動翼3の中間部3eを矢印B方向から見た翼断面形状を示し、図4Aは、図1においてタービン動翼3のハブ部3dを矢印C方向から見た翼断面形状を示す。
シュラウド部3cは、図2Aのように、タービン動翼3の全長に渡って略同一の翼厚t1を有して形成されている。
中間部3eは、図3Aのように、翼高さの略中央部における翼厚を示し、圧力面側faと負圧面側fbとに、それぞれ翼厚が大きく変化する翼厚変化部41、42がそれぞれの面側に形成されている。該翼厚変化部41、42より前縁側は、翼厚t1でシュラウド部3cと同一の翼厚を有している。
なお、翼厚変化部41、42で翼厚が増大した後は、従来と同様に後縁に向かってなだらかに減少するようになっている。
なお、翼厚変化部41、42で翼厚が増大した後は、従来と同様に後縁に向かってなだらかに減少するようになっている。
ハブ部3dは、図4Aのように、ハブ21の外周面との接続部分の断面形状を示し、中間部3eと略同等の形状変化をする。
圧力面側faと負圧面側fbとに、それぞれ翼厚が大きく変化する翼厚変化部41、42がそれぞれの面側に形成される。翼厚変化部41、42より前縁側は、翼厚t1でシュラウド部3c及び中間部3eと同一の翼厚t1を有している。
圧力面側faと負圧面側fbとに、それぞれ翼厚が大きく変化する翼厚変化部41、42がそれぞれの面側に形成される。翼厚変化部41、42より前縁側は、翼厚t1でシュラウド部3c及び中間部3eと同一の翼厚t1を有している。
また、翼厚変化部41、42が、それぞれ圧力面側fa及び負圧面側fbの両方の面の断面形状の中心線Lに対して略対称形状に形成されている。このため、圧力面側faと負圧面側fbの質量バランスをとることができ、タービン動翼3の設置が安定化する。
なお、翼厚変化部41、42で翼厚が増大した後は、従来と同様に後縁に向かってなだらかに減少する。
なお、翼厚変化部41、42で翼厚が増大した後は、従来と同様に後縁に向かってなだらかに減少する。
図2D、図3D、図4Dは、従来のタービン動翼018のシュラウド部018c、中間部018e、ハブ部018dに対応する部分の断面形状を示すものである。図2D、図3D、図4Dのそれぞれより明らかなように、翼厚の変化は急激な変化はなく、なだらかに変化している。
図5に、本実施形態におけるシュラウド部3cの翼厚を基準とした場合に、中間部3eにおける翼厚t2と、ハブ部3dにおける翼厚t3とについての翼厚分布の特性を示す。横軸には、ガス流れ方向に沿ってタービン動翼3の全長に対する流れ方向の割合を、流れ方向位置mとして示し、縦軸には、シュラウド部3cの翼厚t1に対する倍率を示す。
図5より、流れ方向位置、m=0.1〜0.2においては、翼厚の倍率は略1〜3倍程度であり、シュラウド部3cとあまり変わらない翼厚を有している。
m=0.2〜0.4において、翼厚は急激に増大している。その後は、翼厚の変化はなだらかに減少している。
従って、急激な変化を行う前の、m=0.1〜0.2の範囲では、シュラウド部3cの翼厚と同等のt1であり、その後急増大させている。翼厚変化部41、42の位置は、m=0.1〜0.2の範囲が適切である。
m=0.2〜0.4において、翼厚は急激に増大している。その後は、翼厚の変化はなだらかに減少している。
従って、急激な変化を行う前の、m=0.1〜0.2の範囲では、シュラウド部3cの翼厚と同等のt1であり、その後急増大させている。翼厚変化部41、42の位置は、m=0.1〜0.2の範囲が適切である。
本実施形態によれば、前縁3a側が薄く翼厚t1で形成され、翼厚変化部41、42を境に急激に厚くなり、翼厚変化部の部分ではくびれが発生している形状を有している。
そして、このような形状によって、流れ方向の一部の範囲(m=0.3〜0.7)では翼面の剛性を高め、前縁3aの部分では質量を低減することができる。
この剛性を高めるm=0.3〜0.7の範囲では、図6に示す従来の翼厚より厚くなっている。
なお、図6は、従来のタービン動翼の翼厚の変化特性を示し、翼厚の変化がなだらかに変化しており、全体として上に凸のような変化をしている。
そして、このような形状によって、流れ方向の一部の範囲(m=0.3〜0.7)では翼面の剛性を高め、前縁3aの部分では質量を低減することができる。
この剛性を高めるm=0.3〜0.7の範囲では、図6に示す従来の翼厚より厚くなっている。
なお、図6は、従来のタービン動翼の翼厚の変化特性を示し、翼厚の変化がなだらかに変化しており、全体として上に凸のような変化をしている。
従って、翼厚が増大して強度が向上した箇所に2次モード共振における節の部分に位置させることによって振動の抑制効果を高め、さらに、タービン動翼3の前後の振れる部分においては、質量を軽量化することで、固有振動数を上昇させて、常用運転領域においての2次共振を回避することが可能になる。
2次モードの共振における節の位置は、試験または計算によるとm=略0.6内の範囲には入るため、薄くする範囲と、太くする範囲の境界部分である翼厚変化部41、42の位置を、m=0.1〜0.6に設定することで、前述した翼面の剛性を高める領域と、前縁3aの質量を低減する領域とを、それぞれ設定することができるため、この範囲が望ましい。
また、本実施形態によれば、タービン動翼3の周囲に配設されるノズルベーン23によって、タービン動翼3にはノズル枚数×回転数が励振源となって、比較的高い周波数である高次モード、特に2次モードでの共振が起こり易いため、可変容量タービンにおけるタービン動翼3の2次モード共振の回避に効果的である。
また、本実施形態によれば、ハブ21はタービン動翼3の背面の上端までは存在しない構造であり、所謂スカラップ形状となっていて、タービン動翼3の背面は、Hの部分には、ハブ若しくは背板が存在せず、タービン動翼3の翼厚だけである。
従って、背板が切り欠かれているため、タービン動翼3の前縁3a部分の質量低減効果がより得られるため、前記翼厚変化部41、42を形成することによって形成される前縁3部分の質量低減効果と相俟って、固有振動数の上昇がさらに得られ、常用運転領域においての2次共振を回避することが容易となる。
さらに、スカラップ形状の背板がない領域(図1のD領域)に対応するタービン動翼3の翼厚は、シュラウド部3cの翼厚t1と同一とすることによって、前縁3a部分の領域の軽量化が一層図られて、2次の固有振動数を確実に上昇できるようになる。
(第2実施形態)
次に、図2B、図3B、図4B、を参照してタービン動翼50の第2実施形態について説明する。第2実施形態は、翼厚変化部45が、タービン動翼50の圧力面側faにだけ形成されている。
次に、図2B、図3B、図4B、を参照してタービン動翼50の第2実施形態について説明する。第2実施形態は、翼厚変化部45が、タービン動翼50の圧力面側faにだけ形成されている。
図2Bは、タービン動翼50のシュラウド部50cを矢印A方向から見た翼断面形状を示し、図3Bはタービン動翼50の中間部50eを矢印B方向から見た翼断面形状を示し、図4Bは、タービン動翼50のハブ部50dを矢印C方向から見た翼断面形状を示す。
シュラウド部50cは、図2Bのように、タービン動翼50の全長に渡って略同一の翼厚t1を有して形成されている。
中間部50eは、図3Bのように、翼高さの略中央部における翼厚を示し、圧力面側faの一方にのみ、翼厚が大きく変化する翼厚変化部45が形成されている。
翼厚変化部45より前縁側は、翼厚t1でシュラウド部50cと同一の翼厚を有している。
翼厚変化部45より前縁側は、翼厚t1でシュラウド部50cと同一の翼厚を有している。
また、翼厚変化部45は、圧力面側faの一方だけに形成されて、他側の面は、なだらかに変化する形状を有している。
なお、翼厚変化部45で翼厚が増大した後は、従来と同様に後縁に向かってなだらかに減少する。
なお、翼厚変化部45で翼厚が増大した後は、従来と同様に後縁に向かってなだらかに減少する。
ハブ部50dは、図4Bのように、ハブ21の外周面との接続部分の断面形状を示し、中間部50eと略同等の形状変化をする。
圧力面側faの一方にのみ翼厚が大きく変化する翼厚変化部45が形成される。翼厚変化部45より前縁側は、翼厚t1でシュラウド部50c及び中間部50eと同一の翼厚t1を有している。
圧力面側faの一方にのみ翼厚が大きく変化する翼厚変化部45が形成される。翼厚変化部45より前縁側は、翼厚t1でシュラウド部50c及び中間部50eと同一の翼厚t1を有している。
以上の第2実施形態によれば、翼厚変化部45は、圧力面側faの一方だけに形成されて、他側の面は、なだらかに変化する形状を有しているので、両面に翼厚変化部が設けられる場合に比べて流れのよどみが生じにくく、作動ガスの流れ損失に大きな影響を与えずに動翼の共振を防止できる。
(第3実施形態)
次に、図2C、図3C、図4Cを参照してタービン動翼51の第3実施形態について説明する。第3実施形態は、翼厚変化部46が、タービン動翼51の負圧面側fbにだけ形成されている。
次に、図2C、図3C、図4Cを参照してタービン動翼51の第3実施形態について説明する。第3実施形態は、翼厚変化部46が、タービン動翼51の負圧面側fbにだけ形成されている。
図2Cは、タービン動翼51のシュラウド部51cを矢印A方向から見た翼断面形状を示し、図3Cはタービン動翼51の中間部51eを矢印B方向から見た翼断面形状を示し、図4Cは、タービン動翼51のハブ部51dを矢印C方向から見た翼断面形状を示す。
シュラウド部51cは、図2Cのように、タービン動翼51の全長に渡って略同一の翼厚t1を有して形成されている。
中間部51eは、図3Cのように、翼高さの略中央部における翼厚を示し、負圧面側fbの一方にのみ、翼厚が大きく変化する翼厚変化部46が形成される。
翼厚変化部46より前縁側は、翼厚t1でシュラウド部51cと同一の翼厚を有している。
翼厚変化部46より前縁側は、翼厚t1でシュラウド部51cと同一の翼厚を有している。
また、翼厚変化部46は、負圧面側fbの一方だけに形成されて、他側の面は、なだらかに変化する形状を有している。
なお、翼厚変化部46で翼厚が増大した後は、従来と同様に後縁に向かってなだらかに減少する。
なお、翼厚変化部46で翼厚が増大した後は、従来と同様に後縁に向かってなだらかに減少する。
ハブ部51dは、図4Cのように、ハブ21の外周面との接続部分の断面形状を示し、中間部51eと略同等の形状変化をする。
負圧面側fbの一方にのみ翼厚が大きく変化する翼厚変化部46が形成される。翼厚変化部46より前縁側は、翼厚t1でシュラウド部51c及び中間部51eと同一の翼厚t1を有している。
負圧面側fbの一方にのみ翼厚が大きく変化する翼厚変化部46が形成される。翼厚変化部46より前縁側は、翼厚t1でシュラウド部51c及び中間部51eと同一の翼厚t1を有している。
以上の第3実施形態によれば、翼厚変化部46は、負圧面側fbの一方だけに形成されて、他側の面は、なだらかに変化する形状を有しているので、前記第2実施形態と同様に、両面に翼厚変化部が設けられる場合に比べて流れのよどみが生じにくく、作動ガスの流れ損失に大きな影響を与えずに動翼の共振を防止できる。
本発明によれば、ラジアルタービンのタービン動翼において、特に、可変ノズルを備えた可変容量タービンにおいて、タービン動翼の高次の共振、特に2次の共振を、装置を大型化せずに、簡単な構造で抑制することができるので、内燃機関の排気ターボ過給機のラジアルタービンへの適用技術として有用である。
Claims (8)
- 作動ガスが流入するタービンケーシングに形成された渦巻状のスクロールの内側に配置されて、前記スクロールを通って径方向外側から内側に流入する作動ガスによって回転駆動されるラジアルタービンのタービン動翼において、
前記タービン動翼はハブ面上に複数枚設けられるとともに、各タービン動翼は、ガス流に沿う前縁から後縁までの翼長さにおける前縁から所定の位置に、少なくとも翼高さの中間部における断面形状の翼厚さが、前縁側の翼厚に対して急激に増大する翼厚変化部を有していることを特徴とするラジアルタービンのタービン動翼。 - 前記翼厚変化部によって翼厚が増大した位置に、タービン動翼の2次モード共振における節の部分が位置されることを特徴とする請求項1に記載のラジアルタービンのタービン動翼。
- 前記ラジアルタービンは、回転駆動されるタービン動翼へのガス入口流路に、ノズル回転軸に取り付けられた可変ノズルを設け、該可変ノズルをノズル駆動手段によって前記ノズル回転軸の軸心回りに回転させてその翼角を変化させることにより、タービン容量を変化させるように構成した可変容量タービンであることを特徴とした請求項1に記載のラジアルタービンのタービン動翼。
- 前記翼厚変化部は、動翼本体の圧力面側及び負圧面側の両方の面に翼高さ方向の断面形状の中心線に対して略対称形状に形成されることを特徴とする請求項1に記載のラジアルタービンのタービン動翼。
- 前記翼厚変化部は、動翼本体の圧力面側若しくは負圧面側の何れか一方に形成されることを特徴とする請求項1に記載のラジアルタービンのタービン動翼。
- 前記ラジアルタービンのタービンホイールは、翼の背面に設けられる背板が切り欠かれているスカラップ形であることを特徴とする請求項1に記載のラジアルタービンのタービン動翼。
- 前記翼厚変化部は、作動ガスの流れ方向に沿った翼の全長に対して、前縁から0.1〜0.6の範囲に設けられることを特徴とする請求項1又は6に記載のラジアルタービンのタービン動翼。
- 前記背板がない部分における翼厚は、シュラウド部の翼厚とほぼ同じ厚さに形成されることを特徴とする請求項6又は7に記載のラジアルタービンのタービン動翼。
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