JP2015194092A - 可変ノズルユニット及び可変容量型過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】可変容量型過給機１の空力性能を維持しつつ、可変容量型過給機１のタービン効率及び耐久性を向上させること。【解決手段】第１ノズルリング５５の対向面と第２ノズルリング６１の対向面との間に複数の可変ノズル翼７３が円周方向に等間隔に配設され、各可変ノズル翼７３は、後縁７３ｂ側においてシュラウド側７３ｓをハブ側７３ｈよりも半径方向内側へせり出しかつ前縁７３ａ側においてシュラウド側７３ｓをハブ側７３ｈよりも半径方向外側へせり出すに構成されていること。【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は、可変容量型過給機、ガスタービン等のターボ回転機械に用いられかつタービンインペラ側へ供給される排気ガス等の流体の流路面積（流量）を可変とする可変ノズルユニット等に関する。

近年、可変容量型過給機に用いられる可変ノズルユニットについて種々の開発がなされており、一般的な可変ノズルユニットの構成について簡単に説明すると、次のようになる（特許文献１及び特許文献２等参照）。

即ち、可変容量型過給機のタービンハウジング内には、環状の第１壁部材が設けられており、この第１壁部材は、タービンインペラにおけるタービンディスクの外縁部（最大径部）の半径方向外側に位置している。また、第１壁部材に対してタービンインペラの軸方向に離隔対向した箇所には、環状の第２壁部材が設けられており、この第２壁部材は、タービンインペラにおけるタービンブレードの先端縁（チップ）の半径方向外側に位置している。

第１壁部材の対向面と第２壁部材の対向面との間には、複数の可変ノズル翼が円周方向に間隔を置いて配設されており、各可変ノズル翼は、タービンインペラの軸心に平行な軸心（各可変ノズル翼の軸心）周りに開閉方向（正逆方向）へ回動可能である。また、可変ノズル翼間におけるスロート幅は、通常、ハブ側からシュラウド側に亘って同一の幅に設定されている。ここで、複数の可変ノズル翼を同期して開方向（正方向）へ回動させると、流体の流路面積（流量）が大きくなると共に、複数の可変ノズル翼を同期して閉方向（逆方向）へ回動させると、流体の流路面積が小さくなるようになっている。

特開２０１３−７２４０４号公報 特開２０１３−１０４４１３号公報

ところで、可変ノズル翼の回転動作の信頼性を確保するために、可変ノズル翼のハブ側の側面と第１壁部材の対向面との間及び可変ノズル翼のシュラウド側の側面と第２壁部材の対向面との間にはクリアランスが形成されており、可変容量型過給機の運転中に、クリアランスを通る所謂クリアランスフローが生じる。一方、クリアランスフローが増大すると、主流の流れとクリアランスフローとの混合によって、タービンインペラの入口側におけるエネルギー損失の大きい領域が拡大し、可変容量型過給機のタービン効率の低下を招くことになる。また、タービンインペラの入口側における円周方向の流れの変動及びその流れの変動による励振力が大きくなって、タービンインペラにおけるタービンブレードの先端縁（チップ）付近に局所的に高い振動応力が発生して、ターボ回転機械の耐久性の低下を招くことになる。

なお、前述の問題は、可変ノズルユニットを可変容量型過給機に用いた場合だけでなく、ガスタービン等の別のターボ回転機械に用いた場合においても、同様に生じるものである。

そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の可変ノズルユニット等を提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴は、ターボ回転機械に用いられ、タービンインペラ側へ供給される流体の流路面積を可変とする可変ノズルユニットにあって、前記ターボ回転機械のタービンハウジング内に設けられ、前記タービンインペラにおけるタービンディスクの外縁部（最大径部）の半径方向外側に位置する環状の第１壁部材と、前記第１壁部材に対して軸方向に離隔対向した箇所に設けられ、前記タービンインペラにおけるタービンブレードの先端縁（チップ）の半径方向外側に位置する環状の第２壁部材と、前記第１壁部材の対向面と前記第２壁部材の対向面との間に円周方向（所定の円周方向）に間隔を置いて配設され、前記タービンインペラの軸心に平行な軸心（可変ノズル翼の軸心）周りに開閉方向へ回動可能な複数の可変ノズル翼と、を具備し、各可変ノズル翼は、後縁側においてシュラウド側をハブ側よりも半径方向内側へせり出し（位置し）かつ前縁側においてシュラウド側をハブ側よりも半径方向外側へせり出す（位置する）ように構成されている（換言すれば、前縁側及び後縁側におけるシュラウド側のせり出しに関する所定の構成を有している）ことを要旨とする。

ここで、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「ターボ回転機械」とは、可変容量型過給機、ガスタービン、ラジアルタービンを含む意であって、「流体」とは、排気ガス等のガスを含む意であって、「環状の第１壁部材」及び「環状の第２壁部材」は、タービンハウジング等の一部を構成するものであっても構わない。「設けられ」とは、直接的に設けられたことの他に、別部材を介して間接的に設けられたことを含む意であって、「配設され」とは、直接的に配設されたことの他に、別部材を介して間接的に配設されたことを含む意である。また、「軸方向」とは、特に断らない限り、タービンインペラの軸方向、換言すれば、第１壁部材又は第２壁部材の軸方向のことをいう。更に、「半径方向内側」とは、半径方向の内側のことをいい、「半径方向外側」とは、半径方向の外側のことをいい、「半径方向」とは、特に断らない限り、タービンインペラの半径方向、換言すれば、第１壁部材又は第２壁部材の半径方向のことをいう。そして、「シュラウド側」とは、タービンブレードの先端縁を囲むシュラウドを半径方向外側へ延長した面側の部位、換言すれば、第２壁部材に対向する側の部位ことをいう。「ハブ側」とは、タービンディスクのハブ面を半径方向外側へ延長した面側の部位、換言すれば、第１壁部材に対向する側の部位ことをいう。

本発明の第１の特徴によると、前記ターボ回転機械の運転中、流体の流量が多い場合には、複数の前記可変ノズル翼を開方向（正方向）へ同期して回動させることにより、前記タービンインペラ側へ供給される流体の流路面積を大きくして、多くの流体を供給する。一方、流体の流量が少ない場合には、複数の前記可変ノズル翼を閉方向（逆方向）へ同期して回動させることにより、前記タービンインペラ側へ供給される流体の流路面積を小さくして、流体の流速を高めて、前記タービンインペラの仕事量を十分に確保する。これにより、流体の流量の多少に関係なく、前記ターボ回転機械によって回転力を十分かつ安定的に発生させることができる（第１の特徴による通常の作用）。

各可変ノズル翼が前縁側及び後縁側におけるシュラウド側のせり出しに関する所定の構成を有しているため、前記可変ノズル翼間におけるミッドスパン側付近のスロート幅を平均スロート幅よりも小さくしつつ、前記可変ノズル翼間におけるシュラウド側のスロート幅を平均スロート幅よりも大きくすることができる。これにより、前記可変ノズル翼間におけるスロート面積の拡大を抑えつつ、前記可変ノズル翼のシュラウド側の空力負荷を低減して、前記可変ノズル翼のシュラウド側において正圧面（半径方向外側翼面）と負圧面（半径方向内側翼面）の圧力差を小さくすることができる。なお、「ミッドスパン側」とは、５０％スパン位置に位置する部位のことをいい、「ミッドスパン側付近」とは、４０〜６０％スパン位置に位置するいずれかの部位のことをいい、「平均スロート幅」とは、可変ノズル翼間におけるスロート幅のスパン方向の平均値のことをいう（第１の特徴による特有の作用）。

本発明の第２の特徴は、エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジン側に供給される空気を過給する可変容量型過給機において、第１の特徴からなる可変ノズルユニットを具備したことを要旨とする。

第２の特徴によると、第１の特徴による作用と同様の作用を奏する。

本発明によれば、前記可変ノズル翼間におけるスロート面積の拡大を抑えつつ、前記可変ノズル翼のシュラウド側において正圧面と負圧面の圧力差を小さくすることができるため、前記可変ノズルユニットの空力性能、換言すれば、前記ターボ回転機械の空力性能を維持しつつ、前記可変ノズル翼のシュラウド側の側面と前記第２壁部材の対向面との間のクリアランスを通るクリアランスフローを低減することができる。これにより、前記タービンインペラの入口側におけるエネルギー損失の大きい領域を縮小して、前記ターボ回転機械のタービン効率を向上させることができる。また、前記タービンインペラの入口側における円周方向の流れの変動及びその流れの変動による励振力を小さくすることができ、タービンブレードの先端縁付近に働く振動応力を低減して、前記ターボ回転機械の耐久性を向上させることができる。つまり、本発明によれば、前記ターボ回転機械の空力性能を維持しつつ、前記ターボ回転機械のタービン効率及び耐久性を向上させることができる。

図１Ａは、図２Ｂにおける矢視部Iの拡大図である。 図１Ｂは、本発明の実施形態において、可変ノズル翼間のスロート幅とスパン方向位置との関係を示す図である。 図２Ａは、図３におけるII-II線に沿った拡大断面図であって、本発明の実施形態に係る複数の可変ノズル翼を開いた状態を示しており、一部省略してある。 図２Ｂは、図３におけるII-II線に沿った拡大断面図であって、本発明の実施形態に係る複数の可変ノズル翼を閉じた状態（絞った状態）を示しており、一部省略してある。 図３は、本発明の実施形態に係る可変容量型過給機におけるラジアルタービンの正断面図である。 図４は、本発明の実施形態に係る可変容量型過給機の正断面図である。 図５Ａは、図６Ｂにおける矢視部Vの拡大図である。 図５Ｂは、本発明の実施形態の変形例において、可変ノズル翼間のスロート幅とスパン方向位置との関係を示す図である。 図６Ａは、図３におけるII-II線に沿った拡大断面図に相当し、本発明の実施形態の変形例に係る複数の可変ノズル翼を開いた状態を示しており、一部省略してある。 図６Ｂは、図３におけるII-II線に沿った拡大断面図に相当し、本発明の実施形態の変形例に係る複数の可変ノズル翼を閉じた状態（絞った状態）を示しており、一部省略してある。

（本発明の実施形態）
本発明の実施形態について図１から図４を参照して説明する。なお、図面に示すとおり、「Ｌ」は、左方向、「Ｒ」は、右方向、「ＡＤ」は、軸方向、「ＢＤ」は、半径方向、「ＢＤｉ」は、半径方向内側、「ＢＤｏ」は、半径方向外側、「ＣＤ」は、円周方向、「ＲＤ」は、タービンインペラの回転方向である。

図４に示すように、本発明の実施形態に係る可変容量型過給機１は、エンジン（図示省略）からの排気ガスの圧力エネルギーを利用して、エンジンに供給される空気を過給（圧縮）するものである。そして、可変容量型過給機１の具体的な構成等は、以下のようになる。

可変容量型過給機１は、ベアリングハウジング３を具備しており、ベアリングハウジング３内には、一対のラジアルベアリング５及び一対のスラストベアリング７が設けられている。また、複数のベアリング５，７には、左右方向へ延びたロータ軸（タービン軸）９が回転可能に設けられており、換言すれば、ベアリングハウジング３には、ロータ軸９が複数のベアリング５，７を介して回転可能に設けられている。

ベアリングハウジング３の右側には、遠心力を利用して空気を圧縮するコンプレッサ１１が配設されており、このコンプレッサ１１の具体的な構成は、次のようになる。

ベアリングハウジング３の右側には、コンプレッサハウジング１３が設けられている。また、コンプレッサハウジング１３内には、コンプレッサインペラ１５がその軸心（コンプレッサインペラ１５の軸心）周りに回転可能に設けられており、このコンプレッサインペラ１５は、ロータ軸９の右端部に一体的に連結されている。そして、コンプレッサインペラ１５は、コンプレッサディスク１７を備えており、コンプレッサディスク１７のハブ面１７ｈは、右側から半径向外側（コンプレッサインペラ１５の半径方向の外側）へ延びている。更に、コンプレッサディスク１７のハブ面１７ｈには、複数のコンプレッサブレード１９が周方向（コンプレッサディスク１７のハブ面１７ｈの周方向）に等間隔に一体形成されている。

コンプレッサハウジング１３におけるコンプレッサインペラ１５の入口側（空気の主流方向から見て上流側）には、空気をコンプレッサハウジング１３内に取入れるための空気取入口２１が形成されており、この空気取入口２１は、空気を浄化するエアクリーナ（図示省略）に接続可能である。また、ベアリングハウジング３とコンプレッサハウジング１３との間におけるコンプレッサインペラ１５の出口側（空気の主流方向から見て下流側）には、圧縮された空気を昇圧する環状のディフューザ流路２３が形成されている。更に、コンプレッサハウジング１３の内部には、渦巻き状のコンプレッサスクロール流路２５が形成されており、このコンプレッサスクロール流路２５は、ディフューザ流路２３に連通してある。そして、コンプレッサハウジング１３の適宜位置には、圧縮された空気をコンプレッサハウジング１３の外側へ排出するための空気排出口２７が形成されており、この空気排出口２７は、エンジンの吸気マニホールド（図示省略）に接続可能である。

なお、ベアリングハウジング３の右側部には、スラストベアリング７側への圧縮空気の漏れを防止する環状のシールプレート２９が設けられている。

図３及び図４に示すように、ベアリングハウジング３の左側には、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させるラジアルタービン３１が配設されており、このラジアルタービン３１の具体的な構成は、次のようになる。

ベアリングハウジング３の左側には、タービンハウジング３３が設けられている。また、タービンハウジング３３内には、タービンインペラ３５がその軸心（タービンインペラ３５の軸心）Ｃ周りに回転可能に設けられており、このタービンインペラ３５は、ロータ軸９の左端部に一体的に連結されている。また、タービンインペラ３５は、タービンディスク３７を備えており、このタービンディスク３７のハブ面３７ｈは、左側（タービンインペラ３５の軸方向の一方側）から半径方向外側（タービンインペラ３５の半径方向の外側）へ延びている。更に、タービンディスク３７のハブ面３７ｈには、複数のタービンブレード３９が周方向（タービンディスク３７のハブ面３７ｈの周方向）に等間隔に一体形成されている。

タービンハウジング３３の適宜位置には、排気ガスをタービンハウジング３３内に取入れるためのガス取入口４１が形成されており、このガス取入口４１は、エンジンの排気マニホールド（図示省略）に接続可能である。また、タービンハウジング３３の内部におけるタービンインペラ３５の入口側（排気ガスの主流方向から見て上流側）には、渦巻き状のタービンスクロール流路４３が形成されており、このタービンスクロール流路４３は、ガス取入口４１に連通してある。そして、タービンハウジング３３におけるタービンインペラ３５の出口側（排気ガスの流れ方向から見て下流側）には、排気ガスを排出するためのガス排出口４５が形成されており、このガス排出口４５は、接続管（図示省略）を介して触媒（図示省略）に接続可能である。更に、タービンハウジング３３内におけるガス排出口４５の入口側には、環状の段部４７が形成されている。

なお、ベアリングハウジング３の左側面には、タービンインペラ３５側からの熱を遮蔽する環状の遮熱板４９が設けられており、ベアリングハウジング３の左側面と遮熱板４９の外縁部４９ｏとの間には、波ワッシャ５１が設けられている。

タービンハウジング３３内には、タービンインペラ３５側へ供給される排気ガスの流路面積（流量）を可変とする可変ノズルユニット５３が配設されており、この可変ノズルユニット５３の具体的な構成は、次のようになる。

図３に示すように、タービンハウジング３３内には、環状の第１壁部材としての第１ノズルリング（ノズルリング）５５がサポートリング５７を介してタービンインペラ３５と同心状に設けられている。また、第１ノズルリング５５は、タービンディスク３７の外縁部（最大径部）３７ｏの半径方向外側に位置しており、第１ノズルリング５５の内縁部５５ｉは、波ワッシャ５１の付勢力によって遮熱板４９の外縁部４９ｏに圧接した状態で嵌合してある。更に、第１ノズルリング５５には、複数（１つのみ図示）の第１支持穴５９が円周方向に等間隔に貫通形成されている。なお、サポートリング５７の外縁部５７ｏは、ベアリングハウジング３とタービンハウジング３３によって挟持されている。

第１ノズルリング５５に対して左右方向（タービンインペラ３５の軸方向）に離隔対向した箇所には、環状の第２壁部材としての第２ノズルリング（シュラウドリング）６１が複数の連結ピン６３（図２Ｂ参照）を介して第１ノズルリング５５と一体的かつ同心状に設けられている。また、第２ノズルリング６１は、タービンブレード３９の先端縁（チップ）３９ｔの半径方向外側に位置している。更に、第２ノズルリング６１には、複数（１つのみ図示）の第２支持穴６５が第１ノズルリング５５の複数の第１支持穴５９に整合するように円周方向に等間隔に貫通形成されている。なお、複数の連結ピン６３は、第１ノズルリング５５の対向面と第２ノズルリング６１の対向面との間隔を設定する機能を有している。

第２ノズルリング６１は、複数のタービンブレード３９の先端縁３９ｔを覆う筒状のシュラウド６７を有しており、このシュラウド６７は、左方向（タービンインペラ３５の軸方向一方側）へ突出しかつタービンハウジング３３の段部４７の内側に位置している。また、第２ノズルリング６１のシュラウド６７の外周面には、リング溝６９が形成されている。更に、タービンハウジング３３の段部４７の内周面には、タービンスクロール流路４３側からの排気ガスの漏れを抑える複数のシールリング７１が自己の弾性力（複数のシールリング７１の弾性力）によって圧接して設けられており、各シールリング７１の内縁部は、第２ノズルリング６１のリング溝６９に嵌入してある。なお、第２ノズルリング６１からシュラウド６７を省略しても構わなく、この場合には、例えば、特開２０１３−２５３５２１号公報に示すように、タービンハウジング３３が内側に複数のタービンブレード３９の先端縁３９ｔを覆う筒状のシュラウド（図示省略）を有することになる。

図２Ａ、図２Ｂ、及び図３に示すように、第１ノズルリング５５の対向面（左側面）と第２ノズルリング６１の対向面（右側面）との間には、複数の可変ノズル翼７３が円周方向（所定の円周方向）に等間隔に配設されており、各可変ノズル翼７３は、タービンインペラ３５の軸心Ｃに平行な軸心（各可変ノズル翼７３の軸心）周りに開閉方向（正逆方向）へ回動可能である。そして、各可変ノズル翼７３のハブ側７３ｈの側面（右側面）には、第１翼軸７５が一体形成されており、この第１翼軸７５は、第１ノズルリング５５の対応する第１支持穴５９に回動可能に支持されている。また、各可変ノズル翼７３のシュラウド側７３ｓの側面（左側面）には、第２翼軸７７が第１翼軸７５と同心状に一体形成されており、この第２翼軸７７は、第２ノズルリング６１の対応する第２支持穴６５に回動可能に支持されている。更に、各可変ノズル翼７３は、第１翼軸７５の基端側に、第１ノズルリング５５の対向面に接触可能な第１鍔部（図示省略）を有し、第２翼軸７７の基端側に、第２ノズルリング６１の対向面に接触可能な第２鍔部（図示省略）を有している。なお、各可変ノズル翼７３は、第１翼軸７５と第２翼軸７７を備えた両持ちタイプであるが、第２翼軸７７を省略して片持ちタイプにしても構わない。

図３に示すように、第１ノズルリング５５の対向面の反対側に形成した環状のリンク室７９内には、複数の可変ノズル翼７３を同期して回動させるためのリンク機構８１が配設されており、このリンク機構８１は、複数の可変ノズル翼７３の第１翼軸７５に連動連結してある。また、リンク機構８１は、例えば、特開２００９−２４３４３１号公報及び特開２００９−２４３３００号公報等に示す公知の構成からなるものであって、複数の可変ノズル翼７３を開閉方向へ回動させる電動モータ又はダイヤフラムアクチュエータ等の回動アクチュエータ８３に動力伝達機構８５を介して接続されている。なお、リンク機構８１が第１ノズルリング５５の対向面の反対面側（リンク室７９内）に配設される代わりに、第２ノズルリング６１の対向面の反対面側に配設されるようにしても構わない。

続いて、可変ノズルユニット５３の特徴部分について説明する。

図１Ａに示すように、各可変ノズル翼７３は、後縁７３ｂ側（後縁７３ｂ付近）においてシュラウド側７３ｓをハブ側７３ｈよりも半径方向内側へせり出し（位置し）かつ前縁７３ａ側（前縁７３ａ付近）においてシュラウド側７３ｓをハブ側７３ｈよりも半径方向外側へせり出す（位置する）ように構成されている。換言すれば、各可変ノズル翼７３は、後縁７３ｂ側及び前縁７３ａ側におけるシュラウド側７３ｓのせり出しに関する所定の構成を有している。また、各可変ノズル翼７３は、後縁７３ｂ側においてハブ側７３ｈをミッドスパン側（５０％スパン側）７３ｍよりも半径方向外側へせり出しかつ前縁７３ａ側においてハブ側７３ｈをミッドスパン側７３ｍよりも半径方向内側へせり出すように構成されている。これにより、図１Ｂに示すように、可変ノズル翼７３間におけるミッドスパン側７３ｍ付近のスロート幅を平均スロート幅よりも小さくしつつ、可変ノズル翼７３間のスロート幅をハブ側７３ｈからシュラウド側７３ｓにかけて漸次大きくなるようにすることができる。

図１Ａに示すように、各可変ノズル翼７３は、シュラウド側７３ｓからハブ側７３ｈに亘って、同一のコード長に設定されており、同一の翼形状（翼断面形状）を呈するようになっている。なお、各可変ノズル翼７３のコード長又は翼形状がシュラウド側７３ｓからハブ側７３ｈに亘って同一でなくても構わない。

続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。

ガス取入口４１から取入れた排気ガスがタービンスクロール流路４３を経由してタービンインペラ３５の入口側から出口側へ流通することにより、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させて、ロータ軸９及びコンプレッサインペラ１５をタービンインペラ３５と一体的に回転させることができる。これにより、空気取入口２１から取入れた空気を圧縮して、ディフューザ流路２３及びコンプレッサスクロール流路２５を経由して空気排出口２７から排出することができ、エンジンに供給される空気を過給（圧縮）することができる。

可変容量型過給機１の運転中、エンジン回転数が高く、排気ガスの流量が多い場合には、回動アクチュエータ８３によってリンク機構８１を作動させつつ、複数の可変ノズル翼７３を正方向（開方向）へ同期して回動させることにより、タービンインペラ３５側へ供給される排気ガスの流路面積を大きくして、多くの排気ガスを供給する。一方、エンジン回転数が低く、排気ガスの流量が少ない場合には、回動アクチュエータ８３によってリンク機構８１を作動させつつ、複数の可変ノズル翼７３を逆方向（閉方向）へ同期して回動させることにより、タービンインペラ３５側へ供給される排気ガスの流路面積を小さくして、排気ガスの流速を高めて、タービンインペラ３５の仕事量を十分に確保する。これにより、排気ガスの流量の多少に関係なく、タービンインペラ３５によって回転力を十分かつ安定的に発生させることができる（可変容量型過給機１の通常の作用）。

各可変ノズル翼７３が後縁７３ｂ側及び前縁７３ａ側におけるシュラウド側７３ｓのせり出しに関する所定の構成を有しているため、前述のように、可変ノズル翼７３間におけるミッドスパン側７３ｍ付近のスロート幅を平均スロート幅よりも小さくしつつ、可変ノズル翼７３間におけるシュラウド側７３ｓのスロート幅を平均スロート幅よりも大きくすることができる。これにより、可変ノズル翼７３間におけるスロート面積の拡大を抑えつつ、可変ノズル翼７３のシュラウド側７３ｓの空力負荷を低減して、可変ノズル翼７３のシュラウド側７３ｓにおいて正圧面（半径方向外側翼面）ＰＳと負圧面（半径方向内側翼面）ＮＳの圧力差を小さくすることができる（可変容量型過給機１の特有の作用）。

従って、本発明の実施形態によれば、可変ノズルユニット５３の空力性能、換言すれば、可変容量型過給機１の空力性能を維持しつつ、可変ノズル翼７３のシュラウド側７３ｓの側面と第２ノズルリング６１の対向面との間のクリアランスを通るクリアランスフローを低減することができる。これにより、タービンインペラ３５の入口側におけるエネルギー損失の大きい領域を縮小して、可変容量型過給機１のタービン効率を向上させることができる。また、タービンインペラ３５の入口側における円周方向の流れの変動及びその流れの変動による励振力を小さくすることができ、タービンブレード３９の先端縁３９ｔ付近に働く振動応力を低減して、可変容量型過給機１の耐久性を向上させることができる。つまり、本発明の実施形態によれば、可変容量型過給機１の空力性能を維持しつつ、可変容量型過給機１のタービン効率及び耐久性を向上させることができる。

なお、可変ノズル翼７３の基端付近（根元付近）の空力負荷が増えて、可変ノズル翼７３のハブ側７３ｈの側面と第１ノズルリング５５の対向面との間のクリアランスを通るクリアランスフローが増大しても、タービンブレード３９の基端付近に高い振動応力は発生しないものである。

（本発明の実施形態の変形例）
本発明の実施形態の変形例について図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、及び図６Ｂを参照して説明する。なお、図面に示すとおり、「Ｌ」は、左方向、「Ｒ」は、右方向、「ＡＤ」は、軸方向、「ＢＤ」は、半径方向、「ＢＤｉ」は、半径方向内側、「ＢＤｏ」は、半径方向外側、「ＣＤ」は、円周方向、「ＲＤ」は、タービンインペラの回転方向である。

図５Ａ、図６Ａ、及び図６Ｂに示すように、本発明の実施形態の変形例においては、可変ノズル翼７３（図１Ａ参照）に代えて、可変ノズル翼８７を可変ノズルユニット５３（図３参照）に用いている。また、可変ノズル翼８７は可変ノズル翼７３と同様の構成を有しており、可変ノズル翼８７の構成の特徴部分についてのみ説明する。

図５Ａに示すように、各可変ノズル翼８７は、後縁８７ｂ側（後縁８７ｂ付近）においてシュラウド側８７ｓをハブ側８７ｈよりも半径方向内側へせり出し（位置し）かつ前縁８７ａ側（前縁８７ａ付近）においてシュラウド側８７ｓをハブ側８７ｈよりも半径方向外側へせり出す（位置する）ように構成されている。換言すれば、各可変ノズル翼８７は、後縁８７ｂ側及び前縁８７ａ側におけるハブ側８７ｈのせり出しに関する所定の構成を有している。また、各可変ノズル翼８７は、後縁８７ｂ側においてミッドスパン側８７ｍをハブ側８７ｈ及びシュラウド側８７ｓよりも半径方向外側へせり出しかつ前縁８７ａ側においてミッドスパン側８７ｍをハブ側８７ｈ及びシュラウド側８７ｓよりも半径方向内側へせり出すように構成されている。換言すれば、各可変ノズル翼８７は、後縁８７ｂ側及び前縁８７ａ側におけるミッドスパン側８７ｍのせり出しに関する所定の構成を有している。これにより、図５Ｂに示すように、可変ノズル翼８７間におけるミッドスパン側８７ｍ付近のスロート幅を平均スロート幅よりも小さくしつつ、可変ノズル翼７３間のスロート幅をミッドスパン側８７ｍ付近からハブ側８７ｈ及びシュラウド側８７ｓにかけて漸次大きくなるようにすることができる。

図５Ａに示すように、各可変ノズル翼８７は、シュラウド側８７ｓからハブ側８７ｈに亘って、同一のコード長に設定されており、同一の翼形状（翼断面形状）を呈するようになっている。なお、各可変ノズル翼８７のコード長又は翼形状がシュラウド側８７ｓからハブ側８７ｈに亘って同一でなくても構わない。

続いて、本発明の実施形態の変形例の作用及び効果について説明する。

各可変ノズル翼８７が後縁８７ｂ側及び前縁８７ａ側におけるシュラウド側８７ｓのせり出しに関する所定の構成、後縁８７ｂ側及び前縁８７ａ側におけるミッドスパン側８７ｍのせり出しに関する所定の構成を有しているため、前述のように、可変ノズル翼８７間におけるミッドスパン側８７ｍ付近のスロート幅を平均スロート幅よりも小さくしつつ、可変ノズル翼８７間におけるシュラウド側８７ｓ及びハブ側８７ｈのスロート幅を平均スロート幅よりも大きくすることができる。これにより、可変ノズル翼８７間におけるスロート面積の拡大を抑えつつ、可変ノズル翼８７のシュラウド側８７ｓ及びハブ側８７ｈの空力負荷を低減して、可変ノズル翼８７のシュラウド側８７ｓ及びハブ側８７ｈにおいて正圧面ＰＳと負圧面ＮＳの圧力差を小さくすることができる。

従って、本発明の実施形態の変形例によれば、可変ノズルユニット５３の空力性能、換言すれば、可変容量型過給機１（図４参照）の空力性能を維持しつつ、可変ノズル翼８７のシュラウド側８７ｓの側面と第２ノズルリング６１（図３参照）の対向面との間、及び可変ノズル翼８７のシュラウド側８７ｓの側面と第２ノズルリング６１の対向面との間のクリアランスを通るクリアランスフローを低減することができる。これにより、タービンインペラ３５の入口側におけるエネルギー損失の大きい領域を縮小して、可変容量型過給機１のタービン効率をより向上させることができる。また、タービンインペラ３５の入口側における円周方向の流れの変動及びその流れの変動による励振力を小さくすることができ、タービンブレード３９の先端縁３９ｔ付近（図３参照）に働く振動応力を低減して、可変容量型過給機１の耐久性を向上させることができる。つまり、本発明の実施形態によれば、前述の本発明の実施形態の効果をより高めることができる。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限るものでなく、例えば可変容量型過給機１に適用した技術的思想をガスタービン等の可変容量型過給機１以外のターボ回転機械に適用する等、その他、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。

１：可変容量型過給機、３：ベアリングハウジング、９：ロータ軸、１１：コンプレッサ、１３：コンプレッサハウジング、１５：コンプレッサインペラ、３１：ラジアルタービン、３３：タービンハウジング、３５：タービンインペラ、３７：タービンディスク、３７ｈ：ハブ面、３７ｏ：外縁部（最大径部）、３９：タービンブレード、３９ｔ：先端縁（チップ）、４１：ガス取入口、４３：タービンスクロール流路、４５：ガス排出口、５３：可変ノズルユニット、５５：第１ノズルリング（第１壁部材）、５５ｉ：内縁部、５７：サポートリング、５７ｏ：外縁部、５９：第１支持穴、６１：第２ノズルリング（第２壁部材）、６３：連結ピン、６５：第２支持穴、６７：シュラウド、７３：可変ノズル翼、７３ａ：前縁、７３ｂ：後縁、７３ｈ：ハブ側、７３ｍ：ミッドスパン側、７３ｓ：シュラウド側、７５：第１翼軸、７７：第２翼軸、７９：リンク室、８１：リンク機構、８３：回動アクチュエータ、８７：可変ノズル翼、８７ａ：前縁、８７ｂ：後縁、８７ｈ：ハブ側、８７ｍ：ミッドスパン側、８７ｓ：シュラウド側、ＮＳ：負圧面（半径方向内側翼面）、ＰＳ：正圧面（半径方向外側翼面）

Claims (3)

1. ターボ回転機械に用いられ、タービンインペラ側へ供給される流体の流路面積を可変とする可変ノズルユニットにあって、
   前記ターボ回転機械のタービンハウジング内に設けられ、前記タービンインペラにおけるタービンディスクの外縁部の半径方向外側に位置する環状の第１壁部材と、
   前記第１壁部材に対して軸方向に離隔対向した箇所に設けられ、前記タービンインペラにおけるタービンブレードの先端縁の半径方向外側に位置する環状の第２壁部材と、
   前記第１壁部材の対向面と前記第２壁部材の対向面との間に円周方向に間隔を置いて配設され、前記タービンインペラの軸心に平行な軸心周りに開閉方向へ回動可能な複数の可変ノズル翼と、を具備し、
   各可変ノズル翼は、後縁側においてシュラウド側をハブ側よりも半径方向内側へせり出しかつ前縁側においてシュラウド側をハブ側よりも半径方向外側へせり出すように構成されていることを特徴とする可変ノズルユニット。
2. 各可変ノズル翼は、後縁側においてミッドスパン側をハブ側よりも半径方向外側へせり出しかつ前縁側においてミッドスパン側をハブ側よりも半径方向内側へせり出すように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の可変ノズルユニット。
3. エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジン側に供給される空気を過給する可変容量型過給機であって、
   請求項１又は請求項２に記載の可変ノズルユニットを具備したことを特徴とする可変容量型過給機。

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