特許 6583946 タービンホイール、ラジアルタービン、及び過給機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6583946

(24)【登録日】2019年9月13日

(45)【発行日】2019年10月2日

(54)【発明の名称】タービンホイール、ラジアルタービン、及び過給機

(51)【国際特許分類】

   F02B 39/00 20060101AFI20190919BHJP

   F01D 5/14 20060101ALI20190919BHJP

   F02C 6/12 20060101ALI20190919BHJP

【ＦＩ】

   F02B39/00 Q

   F01D5/14

   F02C6/12

【請求項の数】7

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2018-502937(P2018-502937)

(86)(22)【出願日】2016年3月2日

(86)【国際出願番号】JP2016056381

(87)【国際公開番号】WO2017149693

(87)【国際公開日】20170908

【審査請求日】2018年7月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】316015888

【氏名又は名称】三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100210572

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 太一

(72)【発明者】

【氏名】吉田 豊隆

(72)【発明者】

【氏名】横山 隆雄

【審査官】 篠原 将之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１２８０６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１３３７６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／００３９７９１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／１０２９８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−０７５０１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｂ ３９／００

Ｆ０１Ｄ ５／０４

Ｆ０１Ｄ ５／１４

Ｆ０２Ｃ ６／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線を中心として回転対称な形状を成し、前記軸線が延びる軸方向の一方の側である前側から他方の側である後側に向うに連れて次第に縮径されているディスクと、
前記ディスクの外周面に、前記軸線に対する周方向Ｄに間隔をあけて固定されている複数のブレードと、
を備え、
前記ブレードは、
前記ディスクの前記前側の部分から前記軸方向成分を含む方向に延び、前記軸線に対する径方向外側を向く前縁と、
前記ディスクの前記後側の部分から前記軸線に対する径方向成分を含む方向に延び、前記後側を向く後縁と、
前記前縁から前記後縁まで延び、互いに相反する側を向く正圧面及び負圧面と、
前記外周面から遠い側の縁を成すチップと、
を有し、
前記負圧面は、前記負圧面と前記チップとの境界及び前記前縁を含むチップ側前部と、前記負圧面と前記チップとの境界及び前記後縁を含むチップ側後部と、前記外周面との境界と前記前縁と前記後縁とを含み、前記チップ側前部及び前記チップ側後部に接する根元部と、を有し、
前記チップ側前部は、径方向視で、前記負圧面から前記正圧面に向かう反回転側に凹む凹曲面を成し、
前記チップ側後部は、径方向視で、前記正圧面から前記負圧面側に向かう回転側に凸の凸曲面を成し、
前記根元部は、前記回転側に凸の凸曲面を成す、
タービンホイール。

【請求項2】

請求項１に記載のタービンホイールにおいて、
前記チップ側前部と根元部との境目は、翼高さ方向で前記チップから翼高さの半分未満の位置である、
タービンホイール。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のタービンホイールにおいて、
前記チップ側前部と前記チップ側後部とは互いに接し、
前記チップと前記負圧面との境に形成されるチップライン上で、前記チップ側前部と前記チップ側後部との境目は、前記前縁からの距離が前記チップラインの全長の半分以上の位置である、
タービンホイール。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一項に記載のタービンホイールにおいて、
前記チップ側前部における前記凹曲面の曲率半径は、前記チップ側後部における前記凸曲面の曲率半径以上である、
タービンホイール。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一項に記載のタービンホイールにおいて、
前記正圧面は、前記正圧面と前記チップとの境界及び前記前縁を含むチップ側前部と、前記正圧面と前記チップとの境界及び前記後縁を含むチップ側後部とを有し、
前記正圧面の前記チップ側前部は、径方向視で、前記反回転側に凸の凸曲面を成し、
前記正圧面の前記チップ側後部も、径方向視で、前記回転側に凹む凹曲面を成す、
タービンホイール。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか一項に記載のタービンホイールと、
前記軸線を中心として前記軸方向に延び、前記タービンホイールが固定されているタービン回転軸と、
前記タービンホイールを回転可能に覆うタービンハウジングと、
を備えるラジアルタービン。

【請求項7】

請求項６に記載のラジアルタービンと、
圧縮機と、
を備え、
前記圧縮機は、
前記軸線を中心として回転する圧縮機回転軸と、
前記圧縮機回転軸に固定されているインペラと、
前記インペラを覆う圧縮機ハウジングと、
を有し、
前記タービン回転軸と前記圧縮機回転軸とは、同一の軸線上に位置して互いに連結されて一体回転し、過給機回転軸を成す、
過給機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、タービンホイール、ラジアルタービン、及び過給機に関する。

【背景技術】

【0002】

タービンは、軸線を中心として回転するタービン回転軸と、タービン回転軸の外周側に固定されているタービンホイールと、タービンホイールを覆うハウジングと、を有する。タービンホイールは、タービン回転軸に固定されているディスクと、このディスクの外周面に周方向に間隔をあけて設けられている複数のブレードと、を有する。複数のブレードの相互間には、各ブレードの前縁相互間から作動流体が流入する。この作動流体は、各ブレードの後縁相互間から流出する。

【0003】

ラジアルタービンでは、ブレードの前縁が軸線に対する径方向外側を向いている。また、ブレードの後縁が軸線が延びる軸方向における後側を向いている。よって、ラジアルタービンでは、作動流体が径方向外側から流入し、軸方向の後側に抜ける。

【0004】

このようなラジアルタービンとしては、例えば、以下の特許文献１に記載されているラジアルタービンがある。このラジアルタービンの正圧面は、正圧面から負圧面に向かう回転側に凹む凹曲面を成している。また、負圧面は、回転側に凸の凸曲面を成している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４−０１１５６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

タービンでは、ハウジングに対してタービンホイールを相対回転させるために、ブレードのチップとハウジングの内周面との間に隙間がある。この隙間は、一般的にチップクリアランスと呼ばれる。タービン効率を高めるためには、このチップクリアランスをできる限り小さくすることが好ましい。しかしながら、軸震動やタービンホイールの熱膨張の影響等で、ブレードのチップとハウジングの内周面との接触を回避するため、このチップクリアランスの縮小には限度がある。

【0007】

タービンでは、チップクリアランスを抜ける作動流体の流れ、つまりクリアランスフローを低減することがタービン効率の向上につながる。そこで、本発明は、クリアランスフローを低減できるタービンホイール、ラジアルタービン、及び過給機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するための発明に係る第一態様としてのタービンホイールは、
軸線を中心として回転対称な形状を成し、前記軸線が延びる軸方向の一方の側である前側から他方の側である後側に向うに連れて次第に縮径されているディスクと、前記ディスクの外周面に、前記軸線に対する周方向Ｄに間隔をあけて固定されている複数のブレードと、を備え、前記ブレードは、前記ディスクの前記前側の部分から前記軸方向成分を含む方向に延び、前記軸線に対する径方向外側を向く前縁と、前記ディスクの前記後側の部分から前記軸線に対する径方向成分を含む方向に延び、前記後側を向く後縁と、前記前縁から前記後縁まで延び、互いに相反する側を向く正圧面及び負圧面と、前記外周面から遠い側の縁を成すチップと、を有し、前記負圧面は、前記負圧面と前記チップとの境界及び前記前縁を含むチップ側前部と、前記負圧面と前記チップとの境界及び前記後縁を含むチップ側後部と、前記外周面との境界と前記前縁と前記後縁とを含み、前記チップ側前部及び前記チップ側後部に接する根元部と、を有し、前記チップ側前部は、径方向視で、前記負圧面から前記正圧面に向かう反回転側に凹む凹曲面を成し、前記チップ側後部は、径方向視で、前記正圧面から前記負圧面側に向かう回転側に凸の凸曲面を成し、前記根元部は、前記回転側に凸の凸曲面を成す。

【0009】

タービンホイールにおけるブレードのチップと、このタービンホイールを覆うタービンハウジングの内周面との間には、チップクリアランスと呼ばれる隙間がある。チップクリアランスを抜ける作動流体の流れ、つまりクリアランスフローの存在は、タービン効率の低下につながる。

【0010】

ここで、仮に、負圧面の全体が回転側に凸の凸曲面であるブレードを比較例とする。この比較例では、クリアランスフローの結果、ブレードの正圧面側から負圧面側に流れた漏れ流体が、渦流となり、このブレードの負圧面に沿って流れる。このブレードの負圧面に沿う漏れ流体の流れは、さらになるクリアランスフローを誘引する。

【0011】

一方、当該タービンホイールでは、ブレードの負圧面におけるチップ側前部が、反回転側に凹む凹曲面である。このため、当該タービンホイールでは、負圧面に対するクリアランスフローの離角が、比較例における負圧面に対するクリアランスフローの離角よりも大きくなる。よって、当該タービンホイールでは、ブレードの前縁側の部分におけるチップクリアランスを経て、このブレードの負圧面側に流れた漏れ流体の多くは、このブレードの負圧面に付着せずに、この負圧面から離れて流れる。このように、当該タービンホイールでは、漏れ流体の多くがブレードの負圧面から離れて流れるため、クリアランスフローの誘引を抑えることができる。この結果、当該タービンホイールでは、比較例よりもクリアランスフローを低減でき、タービン効率を高めることができる。

【0013】

上記目的を達成するための発明に係る第二態様としてのタービンホイールは、
前記第一態様のタービンホイールにおいて、前記チップ側前部と根元部との境目は、翼高さ方向で前記チップから翼高さの半分未満の位置である。

【0014】

上記目的を達成するための発明に係る第三態様としてのタービンホイールは、
前記第一又は第二態様のタービンホイールにおいて、前記チップ側前部と前記チップ側後部とは互いに接し、前記チップと前記負圧面との境に形成されるチップライン上で、前記チップ側前部と前記チップ側後部との境目は、前記前縁からの距離が前記チップラインの全長の半分以上の位置である。

【0015】

上記目的を達成するための発明に係る第四態様としてのタービンホイールは、
前記第一から第三態様のいずれかのタービンホイールにおいて、前記チップ側前部における前記凹曲面の曲率半径は、前記チップ側後部における前記凸曲面の曲率半径以上である。

【0016】

上記目的を達成するための発明に係る第五態様としてのタービンホイールは、
前記第一から第四態様のいずれかのタービンホイールにおいて、前記正圧面は、前記正圧面と前記チップとの境界及び前記前縁を含むチップ側前部と、前記正圧面と前記チップとの境界及び前記後縁を含むチップ側後部とを有し、前記正圧面の前記チップ側前部は、径方向視で、前記反回転側に凸の凸曲面を成し、前記正圧面の前記チップ側後部も、径方向視で、前記回転側に凹む凹曲面を成す。

【0017】

上記目的を達成するための発明に係る第六態様としてのラジアルタービンは、
前記第一から第五態様のいずれかのタービンホイールと、前記軸線を中心として前記軸方向に延び、前記タービンホイールが固定されているタービン回転軸と、前記タービンホイールを回転可能に覆うタービンハウジングと、を備える。

【0018】

上記目的を達成するための発明に係る第七態様としての過給機は、
前記第六態様のラジアルタービンと、圧縮機と、を備え、前記圧縮機は、前記軸線を中心として回転する圧縮機回転軸と、前記圧縮機回転軸に固定されているインペラと、前記インペラを覆う圧縮機ハウジングと、を有し、前記タービン回転軸と前記圧縮機回転軸とは、同一の軸線上に位置して互いに連結されて一体回転し、過給機回転軸を成す。

【発明の効果】

【0019】

本発明の一態様では、クリアランスフローを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明に係る一実施形態における過給機の断面図である。

【図2】本発明に係る一実施形態におけるラジアルタービンの要部断面図である。

【図3】本発明に係る一実施形態におけるタービンホイールの展開図である。

【図4】本発明に係る一実施形態におけるタービンホイールの斜視図である。

【図5】本発明に係る一実施形態におけるラジアルタービン内での作動流体の流れを示す説明図である。

【図6】比較例におけるラジアルタービン内での作動流体の流れを示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明に係る過給機の実施形態について、図面を用いて説明する。

【0022】

本実施形態の過給機は、図１に示すように、空気Ａを圧縮してエンジンに送り込む圧縮機１０と、エンジンからの排気ガスＥＸで駆動するラジアルタービン３０と、圧縮機１０とラジアルタービン３０とを連結する連結部２０と、を備える。

【0023】

圧縮機１０は、軸線Ａｒを中心として回転する円柱状の圧縮機回転軸１１と、圧縮機回転軸１１の外周に取り付けられている圧縮機インペラ１６と、圧縮機インペラ１６を覆う圧縮機ハウジング１２と、を有する。

【0024】

ラジアルタービン３０は、軸線Ａｒを中心として回転するタービン回転軸３１と、タービン回転軸３１に取り付けられているタービンホイール４０と、タービンホイール４０を覆おうタービンハウジング３２と、を有する。

【0025】

連結部２０は、軸線Ａｒを中心として回転する円柱状の連結回転軸２１と、連結回転軸２１を覆うセンターハウジング２２と、連結回転軸２１を回転可能に支持する軸受２３と、を有する。軸受２３は、センターハウジング２２の内周側に固定されている。

【0026】

圧縮機回転軸１１の軸線Ａｒと連結回転軸２１の軸線Ａｒとタービン回転軸３１の軸線Ａｒとは、同一軸線Ａｒ上をこの順で並んで配置されている。圧縮機回転軸１１と連結回転軸２１とタービン回転軸３１とは、互い連結されて一体回転し、過給機回転軸を成す。また、圧縮機ハウジング１２とセンターハウジング２２とタービンハウジング３２は、互いに連結されて過給機ハウジングを成す。

【0027】

ここで、軸線Ａｒが延びる方向を軸方向Ｄａとし、この軸方向Ｄａの一方側を軸方向前側Ｄａｆ、この軸方向Ｄａの他方側を軸方向後側Ｄａｂとする。本実施形態では、圧縮機１０が連結部２０に対して軸方向前側Ｄａｆに設けられ、ラジアルタービン３０が連結部２０に対して軸方向後側Ｄａｂに設けられている。また、軸線Ａｒに対する径方向を単に径方向Ｄｒとし、径方向Ｄｒで軸線Ａｒから遠ざかる側を径方向外側Ｄｒｏ、径方向Ｄｒで軸線Ａｒに近づく側を径方向内側Ｄｒｉとする。また、軸線Ａｒを中心とした周方向を単に周方向Ｄｃとする。この周方向Ｄｃでタービンホイール４０が回転する側を周方向回転側Ｄｃｒとする。

【0028】

タービンホイール４０は、図２〜図４に示すように、ディスク４１と、複数のブレード４２と、を有する。ディスク４１は、軸線Ａｒを中心として回転対称な形状を成し、軸方向後側Ｄａｂに向うに連れて次第に縮径されている。複数のブレード４２は、ディスク４１の外周面４１ａに、周方向Ｄｃに間隔をあけて固定されている。

【0029】

ブレード４２は、図２及び図４に示すように、前縁４３と、後縁４４と、チップ４５と、正圧面４６ｐと、負圧面４６ｎと、を有する。前縁４３は、ディスク４１の軸方向前側Ｄａｆの部分から軸方向成分を含む方向に延び、径方向外側Ｄｒｏを向いている。後縁４４は、ディスク４１の軸方向後側Ｄａｂの部分から径方向成分を含む方向に延び、軸方向後側Ｄａｂを向いている。正圧面４６ｐと負圧面４６ｎとは、前縁４３から後縁４４まで延び、互いに相反する側を向いている。よって、正圧面４６ｐと負圧面４６ｎとは、背合わせの関係である。負圧面４６ｎは周方向回転側Ｄｃｒを向いており、正圧面４６ｐはその反対側を向いている。チップ４５は、ブレード４２中でディスク４１の外周面４１ａから遠い側の縁である。

【0030】

負圧面４６ｎは、チップ側前部４７ｎと、チップ側後部４８ｎと、根元部４９ｎと、を有する。チップ側前部４７ｎは、チップ４５と負圧面４６ｎとの境界及び前縁４３を含む部分である。チップ側後部４８ｎは、チップ側前部４７ｎに接し、チップ４５と負圧面４６ｎとの境界及び後縁４４を含む部分である。根元部４９ｎは、チップ側前部４７ｎ及びチップ側後部４８ｎに接し、ディスク４１の外周面４１ａと負圧面４６ｎとの境界と、前縁４３と、後縁４４と、を含む部分である。負圧面４６ｎ中における、チップ側前部４７ｎとチップ側後部４８ｎと根元部４９ｎとは、互いに重なり合う部分がない。

【0031】

ここで、正圧面４６ｐから負圧面４６ｎに向かう側を回転側Ｓｒ（図３参照）とする。また、負圧面４６ｎから正圧面４６ｐに向かう側を反回転側Ｓｏとする。

【0032】

チップ側前部４７ｎは、図３に示すように、このブレード４２に対する径方向視で、反回転側Ｓｏに凹む凹曲面を成す。チップ側後部４８ｎは、このブレード４２に対する径方向視で、回転側Ｓｒに凸の凸曲面を成す。負圧面４６ｎの根元部４９ｎは、このブレード４２に対する径方向視で、回転側Ｓｒに凸の凸曲面を成す。

【0033】

チップ側前部４７ｎにおける凹曲面の曲率半径Ｒ１は、例えば、チップ側後部４８ｎにおける凸曲面の曲率半径Ｒ２以上である。また、チップ４５と負圧面４６ｎとの境に形成されるチップライン４５ｌ上で、チップ側前部４７ｎとチップ側後部４８ｎとの境目ｂは、例えば、前縁４３からの距離がチップライン４５ｌの全長の半分以上の位置である。また、チップ側前部４７ｎと根元部４９ｎとの境目は、図２に示すように、翼高さ方向でチップ４５から翼高さの半分未満の位置である。

【0034】

正圧面４６ｐも、負圧面４６ｎと同様、図２及び図４に示すように、チップ側前部４７ｐと、チップ側後部４８ｐと、根元部４９ｐと、を有する。チップ側前部４７ｐは、チップ４５と正圧面４６ｐとの境界及び前縁４３を含む部分である。チップ側後部４８ｐは、チップ側前部４７ｐに接し、チップ４５と正圧面４６ｐとの境界及び後縁４４を含む部分である。根元部４９ｐは、チップ側前部４７ｐ及びチップ側後部４８ｐに接し、ディスク４１の外周面４１ａと正圧面４６ｐとの境界と、前縁４３と、後縁４４と、を含む部分である。正圧面４６ｐ中における、チップ側前部４７ｐとチップ側後部４８ｐと根元部４９ｐとは、互いに重なり合う部分がない。

【0035】

正圧面４６ｐのチップ側前部４７ｐは、図３に示すように、このブレード４２に対する径方向視で、半回転側Ｓｏに凸の凸曲面を成す。正圧面４６ｐのチップ側後部４８ｐも、このブレード４２に対する径方向視で、回転側Ｓｒに凹む凹曲面を成す。さらに、正圧面４６ｐの根元部４９ｐも、このブレード４２に対する径方向視で、回転側Ｓｒに凹の凹曲面を成す。

【0036】

タービンハウジング３２には、図１に示すように、タービンホイール４０が回転可能に収納されるホイール室３３と、作動流体Ｆ（ＥＸ）が流入するスクロール流路３４と、作動流体Ｆが排気される排気口３５と、が形成されている。スクロール流路３４は、周方向成分を含む方向に延びる流路である。スクロール流路３４は、ホイール室３３の軸方向後側Ｄａｂの部分であって、ホイール室３３の径方向外側Ｄｒｏの部分で、ホイール室３３と連通している。スクロール流路３４に流入した作動流体Ｆは、この連通部分を経て、径方向外側Ｄｒｏからホイール室３３内に流入する。ホイール室３３は、軸方向後側Ｄａｂの端で開口している。この開口が、前述の排気口３５である。ホイール室３３に流入した作動流体Ｆは、この排気口３５から排気される。

【0037】

ホイール室３３に流入した作動流体Ｆは、図５に示すように、タービンホイール４０における各ブレード４２の前縁４３相互間からブレード４２相互間に流入する。ブレード４２相互間に流入した作動流体Ｆは、各ブレード４２の後縁４４相互間から流出する。作動流体Ｆは、ブレード４２相互間を流れる過程で、タービンホイール４０に対して回転力を付与する。なお、本実施形態において、作動流体Ｆは、排気ガスＥＸである。

【0038】

ブレード４２のチップ４５と、タービンハウジング３２の内周面であってチップ４５と対向する部分との間には、チップクリアランスＣｔ（図２参照）と呼ばれる隙間がある。タービン効率を高めるためには、このチップクリアランスＣｔをできる限り小さくすることが好ましい。しかしながら、軸震動やタービンホイール４０の熱膨張の影響等で、ブレード４２のチップ４５とタービンハウジング３２の内周面とが接触するリスクを回避するため、このチップクリアランスＣｔの縮小には限度がある。

【0039】

チップクリアランスＣｔを抜ける作動流体Ｆの流れ、つまりクリアランスフローの存在は、タービン効率の低下につながる。このため、クリアランスフローの低減が望まれる。

【0040】

ここで、本実施形態におけるクリアランスフローについて説明するまえに、比較例のタービンホイールにおけるクリアランスフローについて、図６を参照して説明する。

【0041】

比較例のタービンホイール４０ｃも、ディスク４１ｃと複数のブレード４２ｃとを有する。ブレード４２ｃの正圧面４６ｐｃは、その全体が回転側Ｓｒに凹む凹曲面を成している。また、このブレード４２ｃの負圧面４６ｎｃは、その全体が回転側Ｓｒに凸の凸曲面を成している。

【0042】

周方向Ｄｃで隣接している第一ブレード４２ｃｘと第二ブレード４２ｃｙとの間に流入した作動流体Ｆの多くは、前述したように、これらのブレード４２ｃｘ，４２ｃｙの後縁４４相互間から流出する。しかしながら、一部の作動流体Ｆは、第二ブレード４２ｃｙの正圧面４６ｐｃ側から、この第二ブレード４２ｃｙにおけるチップクリアランスＣｔを経て、漏れ流体Ｆｌとして、この第二ブレード４２ｃｙの負圧面４６ｎｃ側に流れる。すなわち、一部の作動流体Ｆは、第二ブレード４２ｃｙにおけるチップクリアランスＣｔを経て、漏れ流体Ｆｌとして、第二ブレード４２ｃｙと第三ブレード４２ｃｚとの間に流入する。

【0043】

第二ブレード４２ｃｙと第三ブレード４２ｃｚとの間に流入した漏れ流体Ｆｌは、渦流となり、第二ブレード４２ｃｙの負圧面４６ｎｃに付着し、この負圧面４６ｎｃに沿って流れる。この第二ブレード４２ｃｙの負圧面４６ｎｃに沿った漏れ流体Ｆｌの流れにより、クリアランスフローが誘引される。よって、第二ブレード４２ｃｙの前縁４３側の部分で生じたクリアランスフローＦｃにより、第二ブレード４２ｃｙの前縁４３と後縁４４との中間部分でも、クリアランスフローが生じる。この誘引されたクリアランスフローにより、第二ブレード４２ｃｙと第三ブレード４２ｃｚとの間に流入した漏れ流体Ｆｌも、渦流となり、第二ブレード４２ｃｙの負圧面４６ｎｃに沿って流れる。この第二ブレード４２ｃｙの負圧面４６ｎｃに沿った漏れ流体Ｆｌの流れによっても、クリアランスフローが誘引される。このため、第二ブレード４２ｃｙの中間部分で生じたクリアランスフローにより、第二ブレード４２ｃｙの後縁４４側の部分でも、クリアランスフローが生じる。

【0044】

すなわち、比較例では、ブレード４２ｃの前縁４３から後縁４４までのブレード４２ｃ全体でクリアランスフローが生じる。

【0045】

次に、本実施形態におけるクリアランスフローについて、図５を用いて説明する。

【0046】

本実施形態においても、第一ブレード４２ｘと第二ブレード４２ｙとの間に流入した作動流体Ｆの一部は、第二ブレード４２ｙの前縁４３側の部分で、第二ブレード４２ｙの正圧面４６ｐ側から、この第二ブレード４２ｙにおけるチップクリアランスＣｔを経て、漏れ流体Ｆｌとして、この第二ブレード４２ｙの負圧面４６ｎ側に流れる。すなわち、一部の作動流体Ｆは、第二ブレード４２ｙの前縁４３側の部分におけるチップクリアランスＣｔを経て、漏れ流体Ｆｌとして、第二ブレード４２ｙと第三ブレード４２ｚとの間に流入する。

【0047】

第二ブレード４２ｙと第三ブレード４２ｚとの間に流入した漏れ流体Ｆｌは、本実施形態でも、渦流となる。但し、本実施形態では、この漏れ流体Ｆｌのほとんどが、第二ブレード４２ｙの負圧面４６ｎから離れて、この第二ブレード４２ｙと第三ブレード４２ｚの間をこれらのブレード４２ｙ，４２ｚの後縁４４側に流れる。

【0048】

比較例の負圧面４６ｎｃ全体は、回転側Ｓｒに凸の凸曲面である。一方、本実施形態の負圧面４６ｎにおけるチップ側前部４７ｎは、反回転側Ｓｏに凹む凹曲面である。よって、本実施形態における負圧面４６ｎに対するクリアランスフローＦｃの離角α１は、比較例における負圧面４６ｎｃに対するクリアランスフローＦｃの離角α２よりも大きくなる。なお、離角αとは、クリアランスフローＦｃが負圧面とチップとの境界を横切る位置における負圧面に対する接線と、このクリアランスフローＦｃとが成す角度である。このため、本実施形態では、第二ブレード４２ｙの前縁４３側の部分におけるチップクリアランスＣｔを経て、第二ブレード４２ｙと第三ブレード４２ｚとの間に流入した漏れ流体Ｆｌの多くは、第二ブレード４２ｙの負圧面４６ｎに付着せずに、この負圧面４６ｎから離れて流れる。この漏れ流体Ｆｌの流れと、第二ブレード４２ｙの負圧面４６ｎとの間には、第二ブレード４２ｙと第三ブレード４２ｚの間に流入した作動流体Ｆが流れる。

【0049】

この結果、本実施形態では、第二ブレード４２ｙの前縁４３側の部分でクリアランスフローＦｃが生じても、このクリアランスフローＦｃにより新たなクリアランスフローＦｃが誘引されない。このため、本実施形態では、比較例よりもクリアランスフローＦｃを低減でき、タービン効率を高めることができる。

【0050】

ところで、ラジアルタービン３０のサイズが小さくなれば、基本的にチップクリアランスＣｔも小さくなる。しかしながら、ラジアルタービン３０のサイズが小さくなっても、チップクリアランスＣｔはそれほど小さくならない。この理由は、前述したように、チップクリアランスＣｔが、軸震動やタービンホイール４０の熱膨張の影響等で、ブレード４２のチップ４５とタービンハウジング３２の内周面との接触を回避するための隙間であるからである。このため、前縁４３の長さ又は後縁４４の長さに対するチップクリアランスＣｔの割合は、ラジアルタービン３０が小型化するほど大きくなる。よって、ラジアルタービン３０が小型化するほど、ラジアルタービン３０に流入する作動流体Ｆの流量に対するクリアランスフローの流量の割合が高まる。

【0051】

このため、例えば、中型又は小型乗用車用の過給機に用いるラジアルタービン３０では、クリアランスフローの低減率を高めるため、チップライン４５ｌ上で、負圧面４６ｎにおけるチップ側前部４７ｎとチップ側後部４８ｎとの境目ｂは、前述したように、前縁４３からの距離がチップライン４５ｌの全長の半分以上の位置であることが好ましい。また、チップ側前部４７ｎにおける凹曲面の曲率半径Ｒ１は、前述したように、チップ側後部４８ｎにおける凸曲面の曲率半径Ｒ２以上であることが好ましい。

【産業上の利用可能性】

【0052】

本発明の一態様では、クリアランスフローを低減できる。

【符号の説明】

【0053】

１０：圧縮機、１１：圧縮機回転軸、１２：圧縮機ハウジング、１６：圧縮機インペラ、２０：連結部、２１：連結回転軸、２２：センターハウジング、２３：軸受、３０：ラジアルタービン、３１：タービン回転軸、３２：タービンハウジング、３３：ホイール室、３４：スクロール流路、３５：排気口、４０：タービンホイール、４１：ディスク、４１ａ：外周面、４２：ブレード、４３：前縁、４４：後縁、４５：チップ、４５ｌ：チップライン、４６ｎ：負圧面、４６ｐ：正圧面、４７ｎ，４７ｐ：チップ側前部、４８ｎ，４８ｐ：チップ側後部、４９ｎ，４９ｐ：根元部、Ｃｔ：チップクリアランスＣｔ、Ｆ：作動流体、Ｆｃ：クリアランスフロー、Ｆｌ：漏れ流体、Ａｒ：軸線、Ｄａ：軸方向、Ｄａｂ：軸方向後側、Ｄａｆ：軸方向前側、Ｄｃ：周方向、Ｄｒ：径方向、Ｄｒｉ：径方向内側、Ｄｒｏ：径方向外側、Ｓｒ：回転側、Ｓｏ：反回転側

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】