[發明專利]輻流式渦輪動葉片

有效

• 申請號: 201280077659.6
• 申請日: 2012-12-27
• 公開（公告）號: CN104854325A
• 公開（公告）日: 2015-08-19
• 發明（設計）人: 橫山隆雄;東條正希;永江聰美
• 申請（專利權）人: 三菱重工業株式會社
• 主分類號: F02B39/00
• 分類號: F02B39/00;F01D5/04;F02B37/24
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 岳雪蘭

技術領域

本發明涉及一種輻流式渦輪動葉片，該輻流式渦輪動葉片用于內燃機的排氣渦輪增壓器、小型燃氣輪機、膨脹式渦輪機等，構成為使工作氣體從螺旋狀的渦道沿半徑方向流入渦輪動葉片而作用在該動葉片上之后，通過使其沿軸向流出來驅動該渦輪轉子旋轉。

背景技術

對于機動車用排氣渦輪增壓器，由于排氣限制的強化，重視發動機低速響應的改善，期望渦輪增壓器的高響應化。

在發動機加速時，首先排氣壓力增加而向渦輪供給能量，之后渦輪轉數上升。因此，渦輪動葉片的入口與出口的壓力比升高，從而使渦輪工作速度比(U/C0)與設計點相比大幅降低，渦輪的效率下降。因此，存在轉數上升延遲的問題。

為使轉數上升提前，雖然可以通過渦輪的小型化和斜流化來使慣性矩降低，然而這樣會使渦輪工作速度比(U/C0)進一步惡化而處于使性能降低的傾向。因此，基本不能得到提高響應的效果。

圖10A表示的是使用輻流式渦輪1的可變容量型排氣渦輪增壓器3的一個例子，如圖所示，在渦輪殼5內形成有螺旋狀的渦道7，并且在內周側形成有氣體出口通路9，另外，形成有設有未圖示的壓氣機的壓氣機殼、渦輪殼5以及軸承殼11。

渦輪轉子13由固定在轉子軸15的端部上的輪轂17和在該輪轂17的外周沿圓周方向等間隔地固定的多個動葉片19構成。并且，在轉子軸15的與渦輪轉子13相反的一側連接有未圖示的壓氣機。

在軸承殼11上設有支撐轉子軸15的軸承21。轉子軸15以及輪轂17以旋轉中心線23為中心旋轉。

并且，在渦道7的內周側沿渦輪轉子13的圓周方向等間隔地配設有多個噴嘴葉片25。噴嘴葉片25利用可變噴嘴機構27來使其葉片角發生變化。

在具有該輻流式渦輪1的帶有可變噴嘴機構的可變容量型排氣渦輪增壓器3工作時，來自內燃機(未圖示)的排氣進入所述渦道7，沿該渦道7內的螺旋旋轉而流入噴嘴葉片25。

然后，該排氣在所述噴嘴葉片25的葉片之間流過，從多個動葉片19外周側的入口端面流入該動葉片19之間，沿半徑方向朝向渦輪轉子13中心側流動，在該渦輪轉子13處膨脹后，沿軸向流出，而從氣體出口通路9被送出到外部。

在該可變容量型排氣渦輪增壓器3中，在發動機加速時關閉噴嘴葉片25，減小流量而提高流速。

在圖7、8中示出了由動葉片19的前緣20的周向速度(周速)U、流入絕對速度C以及相對流入速度W形成的速度三角形，圖7表示的是低U/C0時，圖8表示的是峰值效率U/C0時。理想的是，如圖8所示，希望氣流相對于動葉片19一定程度上從背側(負壓面側29)流入。

但是，在使噴嘴葉片25大幅縮合的情況下，圖7的低U/C0所示的絕對流速處于極端傾斜的狀態(圖6的虛線)，氣流從動葉片的腹側(壓力面側)31流入。

這樣，在渦輪工作速度比U/C0降低時，由于前緣的氣流角度α大幅變小，因此動葉片19的前緣角(金屬角)β與氣流角度產生大幅偏差，氣流沖擊壓力面側31。因此，會產生從壓力面側31繞入負壓面側29的泄漏流、在負壓面側29上產生過大的剝離，產生沖擊損失而使效率降低。在圖9中表示的是低U/C0時在負壓面側29產生沖擊損失的狀態。

另一方面，作為使輻流式渦輪動葉片的前緣角度朝向流入氣體氣流的例子，例舉了專利文獻1(特開2011－132810號公報)。在該專利文獻1中，如圖11A、圖11B所示，在工作氣體流入的動葉片050的入口052的高度方向形成的護罩側056以及輪轂側054的兩壁附近，葉片前端形狀的朝向，與流入動葉片050入口的工作氣體的氣體相對流入速度成分的流入方向一致。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：(日本)特開2011-132810號公報

發明內容

發明所要解決的技術課題

在所述專利文獻1中，在工作氣體流入的動葉片050的入口052的高度方向形成的護罩側056以及輪轂側054的兩壁附近，使葉片前端形狀的朝向與氣體相對流入速度成分的流入方向一致，由于改變了垂直立起的葉片前端形狀的前端部分的朝向(參照圖11B)，因此在該形狀變化部分容易產生彎曲應力和離心應力。

并且，如前所述，在圖7中，在渦輪工作速度比U/C0降低時，由于前緣的氣流角度α大幅變小，因此動葉片的前緣角(金屬角)β與氣流(相對流速W方向)的角度產生大幅偏差，氣流沖擊壓力面側31。因此，會產生從壓力面側31繞入負壓面側29的泄漏流、在負壓面側29產生過大的剝離，從而產生沖擊損失而使渦輪效率降低。