JPH11257011A - Turbine nozzle structure - Google Patents
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- JPH11257011A JPH11257011A JP10065688A JP6568898A JPH11257011A JP H11257011 A JPH11257011 A JP H11257011A JP 10065688 A JP10065688 A JP 10065688A JP 6568898 A JP6568898 A JP 6568898A JP H11257011 A JPH11257011 A JP H11257011A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用ターボ過
給機等に適用されるタービンのノズル構造に関するもの
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nozzle structure of a turbine applied to an automotive turbocharger or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、自動車用ターボ過給機等のター
ビンにおいては、ノズルにノズル羽根を設け、排ガス等
の作動流体の流れを適宜方向付けて羽根車に導くものが
ある。図７はこの種のタービンの構造を示すもので、
(a),(b) はラジアル形のものを、(c),(d) は斜流形のも
のを示している。羽根車１の外周側にノズル２及び渦巻
室３が設けられ、渦巻室３の作動流体をノズル２に設け
た複数のノズル羽根４で方向付け、羽根車１に導くよう
になっている。図示例はノズル羽根４が固定された固定
ノズルであるが、ノズル２は可変ノズルとされることも
あり、この場合はノズル羽根４が可動とされ、外部から
操作されて流れの向きを制御できる。2. Description of the Related Art In general, in a turbine such as a turbocharger for an automobile, there is a type in which a nozzle blade is provided on a nozzle and a flow of a working fluid such as exhaust gas is appropriately directed to an impeller. FIG. 7 shows the structure of this type of turbine.
(a) and (b) show the radial type, and (c) and (d) show the diagonal type. A nozzle 2 and a swirl chamber 3 are provided on the outer peripheral side of the impeller 1, and the working fluid in the swirl chamber 3 is directed by a plurality of nozzle blades 4 provided in the nozzle 2 to be guided to the impeller 1. In the illustrated example, the nozzle blade 4 is fixed, but the nozzle 2 may be a variable nozzle. In this case, the nozzle blade 4 is movable and can be operated from the outside to control the direction of the flow. .
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで、図示するよ
うに、従来のノズル羽根４は単なる平板状で、一様に一
定の方向を向いており、特に出口側における羽根角度が
一定で、流体の流出方向は一定の向きに制限されてい
た。By the way, as shown in the drawing, the conventional nozzle blade 4 is a mere flat plate and is uniformly oriented in a certain direction. The outflow direction was restricted to a certain direction.
【０００４】このため以下のような問題があった。斜流
形タービンを例に採って説明する。図６に示すように、
羽根車１の入口を、幅方向（流れに垂直な方向）に沿っ
てシュラウド位置ｓ、ハブ位置ｈ、これらの中間位置ｍ
と分けるとする。そしてこれら各位置の流れにより図８
のような速度三角形が得られる。(a) 、(b) 、(c) はそ
れぞれシュラウド位置ｓ、中間位置ｍ、ハブ位置ｈのも
のである。Therefore, there are the following problems. This will be described by taking a mixed flow turbine as an example. As shown in FIG.
The inlet of the impeller 1 is moved along the width direction (direction perpendicular to the flow) along the shroud position s, the hub position h, and the intermediate position m between them.
And divide it. FIG. 8 shows the flow at each of these positions.
Is obtained. (a), (b) and (c) are for the shroud position s, intermediate position m and hub position h, respectively.
【０００５】図中、ｃは絶対速度、ｕは周速、ｗは相対
速度である。α3 ｓ，α3 ｍ，α3ｈはそれぞれ子午面
Ｐに対して絶対速度ｃがなす流れ角である。ハブ側とシ
ュラウド側とで直径差があるため、周速ｕはハブ側ほど
小さくなる。また流れの一般的特性として、流れが径方
向内側に向かうときには、自由渦流れとなってハブ側ほ
ど周方向速度成分が増加する。つまりハブ側ほど絶対速
度ｃが横に寝てくるのである。一方、ノズル羽根の羽根
角度が一定のため、絶対速度ｃの向きはほぼ一定でα3
ｓ≒α3 ｍ≒α3 ｈの関係が成立する。In the figure, c is an absolute speed, u is a peripheral speed, and w is a relative speed. α 3 s, α 3 m, and α 3 h are flow angles formed by the absolute velocity c with respect to the meridional plane P, respectively. Since there is a diameter difference between the hub side and the shroud side, the peripheral speed u becomes smaller toward the hub side. As a general characteristic of the flow, when the flow goes radially inward, the flow becomes a free vortex flow, and the circumferential velocity component increases toward the hub. In other words, the absolute speed c lies sideways toward the hub. On the other hand, since the blade angle of the nozzle blade is constant, the direction of the absolute speed c is almost constant and α 3
The relationship of s ≒ α 3 m ≒ α 3 h holds.
【０００６】こういった理由から、特にハブ側で相対流
入角β3 ｈ（相対速度ｗが子午面Ｐとなす角）が大きく
なり、羽根車に対する最適な流入角を全幅方向で得るこ
とが難しく、その羽根の入口部も最適角度に設定するの
が難しかった。For these reasons, the relative inflow angle β 3 h (the angle between the relative velocity w and the meridional plane P) increases, particularly on the hub side, and it is difficult to obtain an optimum inflow angle for the impeller in the full width direction. However, it was difficult to set the entrance of the blade at an optimum angle.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、羽根車の外周
側に複数のノズル羽根を設け、これらノズル羽根で羽根
車に作動流体を導くようにしたタービンのノズル構造で
あって、上記ノズル羽根の出口側のハブ側部分を羽根車
回転方向後方側に曲げ、上記羽根車に流入する作動流体
のハブ側の流れ角をシュラウド側より小さくしたもので
ある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a turbine nozzle structure in which a plurality of nozzle blades are provided on the outer peripheral side of an impeller, and the working fluid is guided by the nozzle blades to the impeller. The outlet-side hub-side portion of the blade is bent rearward in the direction of rotation of the impeller, so that the flow angle of the working fluid flowing into the impeller on the hub side is smaller than that on the shroud side.
【０００８】これによれば、ハブ側において相対流入角
を小さくし、羽根車に対する最適な流入角を容易に得ら
れるようになる。[0008] According to this, the relative inflow angle on the hub side is reduced, and the optimum inflow angle with respect to the impeller can be easily obtained.
【０００９】なお、上記羽根車が斜流形のものであって
もよく、上記ノズル羽根が可動とされてもよい。The impeller may be of a diagonal flow type, and the nozzle blade may be movable.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
【００１１】本実施形態では、図１(a) に示すノズル羽
根９を図７(a),(b) に示すラジアル形タービンに、図１
(b) に示すノズル羽根９を図７(c),(d) に示す斜流形タ
ービンにそれぞれ適用するようになっている。これらノ
ズル羽根９は、図１(a),(b)に示すように、出口側５の
ハブ側部分６を羽根車１の回転方向（Ｒ）後方側に曲
げ、図３に示すように、羽根車１に流入する作動流体の
ハブ側の流れ角α3 ｈ（(c) 図）をシュラウド側の流れ
角α3 ｓ（(a) 図）より小さくするようになっている。In this embodiment, the nozzle blade 9 shown in FIG. 1A is replaced with a radial turbine shown in FIGS. 7A and 7B.
The nozzle blade 9 shown in (b) is applied to the mixed flow turbine shown in FIGS. 7 (c) and 7 (d). As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), these nozzle blades 9 bend the hub-side portion 6 of the outlet side 5 backward in the rotation direction (R) of the impeller 1, and as shown in FIG. The flow angle α 3 h (FIG. (C)) on the hub side of the working fluid flowing into the impeller 1 is smaller than the flow angle α 3 s (FIG. (A)) on the shroud side.
【００１２】図２(a),(b) は、図１(a),(b) を幅方向か
らみた図である。FIGS. 2A and 2B are views of FIGS. 1A and 1B as viewed from the width direction.
【００１３】図２に示すように、ノズル羽根９は、シュ
ラウド側７では従来同様に流体流れ方向Ｆに沿う直線状
とされる。しかしながら、ハブ側８に至るほど出口側５
が回転方向（Ｒ）後方側に大きく曲げられ、ハブ側８ほ
ど小なる曲率半径で全体が流体流れ方向Ｆに沿って湾曲
されるようになっている。このようにノズル羽根９は３
次元的にねじられた形状となっている。これにより、ノ
ズル羽根９から流出する流れは、シュラウド側７の流れ
Ｆｓに対し、ハブ側８ほど羽根車１に向かうような流れ
となる（Ｆｈ）。As shown in FIG. 2, the nozzle blade 9 has a linear shape along the fluid flow direction F on the shroud side 7 as in the related art. However, as far as the hub side 8, the outlet side 5
Are largely bent rearward in the rotation direction (R), and the entirety is curved along the fluid flow direction F with a smaller radius of curvature toward the hub side 8. Thus, the nozzle blade 9 is 3
It has a dimensionally twisted shape. Thereby, the flow flowing out of the nozzle blade 9 becomes a flow such that the hub side 8 is closer to the impeller 1 with respect to the flow Fs on the shroud side 7 (Fh).
【００１４】このノズル羽根９を用いた斜流形タービン
の速度三角形は図３のようになる。この場合、ハブ側８
ほど絶対速度ｃの軸方向ないし子午面Ｐ方向成分が強ま
り、α3 ｓ＞α3 ｍ＞α3 ｈとなる。このように、ハブ
側に至るにつれ周速ｕが小さくなっても、これに合わせ
て流れ角α3 を減少し、相対流入角β3 ｈを小さくでき
る。これによって、ハブ側においても、羽根車に対する
最適な流入角を容易に得られ、ひいては全幅方向の流入
角を最適化でき、羽根車の羽根の入口部も容易に角度設
定できるようになる。またハブ側における反動度を任意
に設定できるようになり、羽根車のエネルギ利用率を向
上し、タービンの効率向上を図ることができる。The speed triangle of the mixed flow turbine using the nozzle blade 9 is as shown in FIG. In this case, the hub side 8
The component of the absolute velocity c in the axial direction or the meridional plane P becomes stronger as α 3 s> α 3 m> α 3 h. As described above, even when the peripheral speed u decreases toward the hub side, the flow angle α 3 can be reduced accordingly, and the relative inflow angle β 3 h can be reduced. Thereby, also on the hub side, an optimum inflow angle with respect to the impeller can be easily obtained, and thus the inflow angle in the entire width direction can be optimized, and the angle of the inlet of the impeller blade can be easily set. Further, the degree of reaction on the hub side can be arbitrarily set, so that the energy utilization rate of the impeller can be improved and the efficiency of the turbine can be improved.
【００１５】また、かかるノズル羽根９をラジアル形タ
ービンに用いた場合は、羽根の出口角度は一定とし、羽
根車１の周方向上の開口部をずらすことにより、羽根車
１に流入する流れを均一化することができる。そしてノ
ズル羽根９の後流部のウェーキに起因する騒音を低減
し、また、羽根の励振力を軽減し、翼振動の低下を図
れ、効率の向上をもたらすことができる。When such a nozzle blade 9 is used in a radial turbine, the exit angle of the blade is fixed, and the flow flowing into the impeller 1 is changed by shifting the opening in the circumferential direction of the impeller 1. It can be made uniform. The noise caused by the wake of the downstream portion of the nozzle blade 9 can be reduced, the excitation force of the blade can be reduced, the blade vibration can be reduced, and the efficiency can be improved.
【００１６】上述の例は固定ノズルの例であるが、これ
は図４、図５に示すような可変ノズルとしてもよい。図
示するように、羽根車１は斜流形のものが用いられる
が、その上流側のノズル１０は曲り流路とされ、ラジア
ル形の渦巻室（図示せず）が組み合わされている。そし
てこのノズル１０に可動のノズル羽根９が設けられる。
ノズル羽根９は、ノズル１０を区画する平行壁１１の間
で回転できるようになっており、シャフト１２に支持さ
れて外部からアクチュエータで操作されるようになって
いる。The above example is an example of a fixed nozzle, but this may be a variable nozzle as shown in FIGS. As shown in the figure, the impeller 1 is of a diagonal flow type. The nozzle 10 on the upstream side of the impeller 1 has a curved flow path, and is combined with a radial swirl chamber (not shown). The nozzle 10 is provided with a movable nozzle blade 9.
The nozzle blade 9 is rotatable between parallel walls 11 that define the nozzle 10, is supported by a shaft 12, and is externally operated by an actuator.
【００１７】このようにすると、ノズル羽根９の出口角
度を作動条件に合わせて連続的に変化させられ、特にノ
ズルを絞った作動領域において、流体の流れを極度に大
きくすることがなくなるというメリットがある。With this arrangement, the outlet angle of the nozzle blade 9 can be continuously changed in accordance with the operating conditions, and there is a merit that the flow of the fluid does not become extremely large especially in the operating region where the nozzle is throttled. is there.
【００１８】以上、本発明の実施の形態は他にも種々考
えられ、例えばタービンはターボ過給機のものに限られ
ないし、自動車用にも限られない。As described above, various other embodiments of the present invention are conceivable. For example, the turbine is not limited to a turbocharger or an automobile.
【００１９】[0019]
【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。The present invention exhibits the following excellent effects.
【００２０】（１） 特にハブ側の流れを最適化でき、
流れを全幅方向で最適化できる。(1) In particular, the flow on the hub side can be optimized,
The flow can be optimized in the full width direction.
【００２１】（２） 羽根車の羽根入口部の角度設定が
容易となる。(2) The angle of the blade inlet of the impeller can be easily set.
【００２２】（３） タービン効率を向上できる。(3) The turbine efficiency can be improved.
【図１】本発明に係るノズル羽根を示す斜視図で、(a)
図はラジアル形タービンのもの、(b) 図は斜流形タービ
ンのものである。FIG. 1 is a perspective view showing a nozzle blade according to the present invention, and FIG.
The figure shows a radial turbine, and the figure (b) shows a mixed flow turbine.
【図２】本発明に係るノズル羽根を示し、幅方向から見
たときの図で、(a),(b) 図はそれぞれ図１(a),(b) 図に
対応する。FIGS. 2A and 2B show the nozzle blade according to the present invention when viewed from the width direction. FIGS. 2A and 2B correspond to FIGS. 1A and 1B, respectively.
【図３】図１(b) のノズル羽根を用いた斜流形タービン
の速度三角形で、(a) 図はシュラウド位置のもの、(b)
図は中間位置のもの、(c) 図はハブ位置のものである。FIG. 3 is a velocity triangle of a mixed flow turbine using the nozzle blades of FIG. 1 (b), wherein (a) shows a shroud position and (b)
The figure is in the middle position, and (c) is in the hub position.
【図４】本発明の他の実施の形態を示し、子午面で切っ
たときの断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing another embodiment of the present invention, taken along a meridian plane.
【図５】図４を右側から見たときのノズル羽根を示す図
である。FIG. 5 is a diagram showing nozzle blades when FIG. 4 is viewed from the right side.
【図６】羽根車の各位置を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing each position of an impeller.
【図７】従来例を示し、(a) 図はラジアル形タービンを
子午面で切ったときの断面図、(b) 図は(a) 図を右側か
ら見た図、(c) 図は斜流形タービンを子午面で切ったと
きの断面図、(d) 図は(c) 図を右側から見た図である。7A and 7B show a conventional example, in which FIG. 7A is a cross-sectional view of a radial turbine cut along a meridian plane, FIG. 7B is a view of FIG. A cross-sectional view of the flow turbine cut along the meridian plane, and (d) is a view of (c) viewed from the right side.
【図８】従来の斜流形タービンの速度三角形で、(a) 図
はシュラウド位置のもの、(b)図は中間位置のもの、(c)
図はハブ位置のものである。8A and 8B are speed triangles of a conventional mixed flow turbine, wherein FIG. 8A shows a shroud position, FIG. 8B shows an intermediate position, and FIG.
The figure is for the hub position.
１ 羽根車 ５ 出口側 ６ ハブ側部分 ９ ノズル羽根 Ｒ 羽根車回転方向 α3 ｈ ハブ側の流れ角 α3 ｓ シュラウド側の流れ角DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Impeller 5 Outlet side 6 Hub part 9 Nozzle blade R Impeller rotation direction α 3 h Flow angle on hub side α 3 s Flow angle on shroud side
Claims (3)
け、これらノズル羽根で羽根車に作動流体を導くように
したタービンのノズル構造であって、上記ノズル羽根の
出口側のハブ側部分を羽根車回転方向後方側に曲げ、上
記羽根車に流入する作動流体のハブ側の流れ角をシュラ
ウド側より小さくしたことを特徴とするタービンのノズ
ル構造。1. A turbine nozzle structure in which a plurality of nozzle blades are provided on an outer peripheral side of an impeller, and a working fluid is guided by the nozzle blades to the impeller, wherein a hub-side portion on the outlet side of the nozzle blade is provided. And a flow angle on the hub side of the working fluid flowing into the impeller is made smaller than that on the shroud side.
１記載のタービンのノズル構造。2. A nozzle structure for a turbine according to claim 1, wherein said impeller is of a mixed flow type.
又は２記載のタービンのノズル構造。3. The nozzle blade according to claim 1, wherein said nozzle blade is movable.
Or the nozzle structure of a turbine according to 2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10065688A JPH11257011A (en) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | Turbine nozzle structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10065688A JPH11257011A (en) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | Turbine nozzle structure |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11257011A true JPH11257011A (en) | 1999-09-21 |
Family
ID=13294207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10065688A Pending JPH11257011A (en) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | Turbine nozzle structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11257011A (en) |
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-
1998
- 1998-03-16 JP JP10065688A patent/JPH11257011A/en active Pending
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