辐流式涡轮动叶片的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种辐流式涡轮动叶片，该辐流式涡轮动叶片用于内燃机的排气涡轮增压器、小型燃气轮机、膨胀式涡轮机等，构成为使工作气体从螺旋状的涡道沿半径方向流入涡轮动叶片而作用在该动叶片上之后，通过使其沿轴向流出来驱动该涡轮转子旋转。
【背景技术】
[0002]对于机动车用排气涡轮增压器，由于排气限制的强化，重视发动机低速响应的改善，期望涡轮增压器的高响应化。
[0003]在发动机加速时，首先排气压力增加而向涡轮供给能量，之后涡轮转数上升。因此，涡轮动叶片的入口与出口的压力比升高，从而使涡轮工作速度比(υ/co)与设计点相比大幅降低，涡轮的效率下降。因此，存在转数上升延迟的问题。
[0004]为使转数上升提前，虽然可以通过涡轮的小型化和斜流化来使惯性矩降低，然而这样会使涡轮工作速度比(υ/co)进一步恶化而处于使性能降低的倾向。因此，基本不能得到提高响应的效果。
[0005]图1OA表示的是使用辐流式涡轮I的可变容量型排气涡轮增压器3的一个例子，如图所示，在涡轮壳5内形成有螺旋状的涡道7，并且在内周侧形成有气体出口通路9，另夕卜，形成有设有未图不的压气机的压气机壳、祸轮壳5以及轴承壳11。
[0006]涡轮转子13由固定在转子轴15的端部上的轮毂17和在该轮毂17的外周沿圆周方向等间隔地固定的多个动叶片19构成。并且，在转子轴15的与涡轮转子13相反的一侧连接有未图示的压气机。
[0007]在轴承壳11上设有支撑转子轴15的轴承21。转子轴15以及轮毂17以旋转中心线23为中心旋转。
[0008]并且，在涡道7的内周侧沿涡轮转子13的圆周方向等间隔地配设有多个喷嘴叶片25。喷嘴叶片25利用可变喷嘴机构27来使其叶片角发生变化。
[0009]在具有该辐流式涡轮I的带有可变喷嘴机构的可变容量型排气涡轮增压器3工作时，来自内燃机(未图示)的排气进入所述涡道7，沿该涡道7内的螺旋旋转而流入喷嘴叶片25。
[0010]然后，该排气在所述喷嘴叶片25的叶片之间流过，从多个动叶片19外周侧的入口端面流入该动叶片19之间，沿半径方向朝向涡轮转子13中心侧流动，在该涡轮转子13处膨胀后，沿轴向流出，而从气体出口通路9被送出到外部。
[0011]在该可变容量型排气涡轮增压器3中，在发动机加速时关闭喷嘴叶片25，减小流量而提尚流速。
[0012]在图7、8中示出了由动叶片19的前缘20的周向速度(周速)U、流入绝对速度C以及相对流入速度W形成的速度三角形，图7表示的是低U/C0时，图8表示的是峰值效率U/C0时。理想的是，如图8所示，希望气流相对于动叶片19 一定程度上从背侧(负压面侧29)流入。
[0013]但是，在使喷嘴叶片25大幅缩合的情况下，图7的低U/C0所示的绝对流速处于极端倾斜的状态(图6的虚线)，气流从动叶片的腹侧(压力面侧)31流入。
[0014]这样，在涡轮工作速度比U/C0降低时，由于前缘的气流角度α大幅变小，因此动叶片19的前缘角(金属角)β与气流角度产生大幅偏差，气流冲击压力面侧31。因此，会产生从压力面侧31绕入负压面侧29的泄漏流、在负压面侧29上产生过大的剥离，产生冲击损失而使效率降低。在图9中表示的是低U/C0时在负压面侧29产生冲击损失的状态。
[0015]另一方面，作为使辐流式涡轮动叶片的前缘角度朝向流入气体气流的例子，例举了专利文献I (特开2011 - 132810号公报)。在该专利文献I中，如图11Α、图1lB所示，在工作气体流入的动叶片050的入口 052的高度方向形成的护罩侧056以及轮毂侧054的两壁附近，叶片前端形状的朝向，与流入动叶片050入口的工作气体的气体相对流入速度成分的流入方向一致。
[0016]现有技术文献
[0017]专利文献
[0018]专利文献1:(日本)特开2011-132810号公报
【发明内容】
[0019]发明所要解决的技术课题
[0020]在所述专利文献I中，在工作气体流入的动叶片050的入口 052的高度方向形成的护罩侧056以及轮毂侧054的两壁附近，使叶片前端形状的朝向与气体相对流入速度成分的流入方向一致，由于改变了垂直立起的叶片前端形状的前端部分的朝向(参照图11Β)，因此在该形状变化部分容易产生弯曲应力和离心应力。
[0021]并且，如前所述，在图7中，在涡轮工作速度比U/C0降低时，由于前缘的气流角度α大幅变小，因此动叶片的前缘角(金属角)β与气流(相对流速W方向)的角度产生大幅偏差，气流冲击压力面侧31。因此，会产生从压力面侧31绕入负压面侧29的泄漏流、在负压面侧29产生过大的剥离，从而产生冲击损失而使涡轮效率降低。
[0022]在这里，涡轮工作速度比U/C0中的CO表示理论气体速度，如CO = f (Τ，Π)所示地由气体温度T与涡轮压力比Π的函数表示，表示使具有某一压力、温度的气体膨胀至某一压力、温度时得到的理论气体速度。并且，U表示动叶片的周速度，以U = f(N，D)这样的转数和动叶片直径D的函数来表示。
[0023]因此，通过使动叶片直径变小来使U变小，通过使排气温度升高来使CO变大，涡轮工作速度比υ/co处于变小的倾向。并且，通过缩合可变喷嘴来增大理论气体速度，该参数的涡轮工作速度比υ/co处于变小的倾向。
[0024]于是，鉴于上述课题，本发明的目的在于提供一种辐流式涡轮动叶片，即使以缩合可变容量型排气涡轮增压器的可变喷嘴机构的方式工作而处于涡轮工作速度比为低U/C0的流场中，也能够降低在动叶片前缘产生的流入气体的冲击损失，提高涡轮效率。
[0025]用于解决技术课题的技术方案
[0026]为了达成上述目的，本发明的辐流式涡轮动叶片通过使工作气体从形成在涡轮壳内的螺旋状的涡道沿半径方向流入位于该涡道内侧的涡轮转子的动叶片而作用在该动叶片上之后，沿轴向流出，来驱动该涡轮转子旋转，该辐流式涡轮动叶片的特征在于，
[0027]所述动叶片的前缘的轮毂侧端部形成为，比前缘的护罩侧端部位于动叶片的旋转方向跟前侧，从所述动叶片的径向看，连接所述护罩侧端部与轮毂侧端部的直线，相对于从所述前缘的护罩侧端部向轮毂面上沿旋转轴方向向下的直线，以30°?70°的一定范围的角度倾斜。
[0028]根据该发明，前缘的轮毂侧端部比护罩侧端部位于动叶片的旋转方向跟前侧，成为相对于轮毂面向倾倒方向倾斜的形状。在低υ/co的低速度比流场的情况下，利用倾斜的形状，容易使压力面侧所接收到的工作气体沿动叶片的轴向流动而使该工作气体向出口方向流动而排出，因此能够抑制在现有的大致垂直立设形成的前缘部形状中直接挡住压力面侧所接收到的工作气体而产生的从压力面侧绕入负压面侧泄漏流、或者在负压面侧产生过大的剥离而使冲击损失增大。
[0029]其结果是，能够降低流入气体的冲击损失，提高涡轮效率。
[0030]并且，根据本发明，倾斜角度在30°?70°的范围。这样，连接前缘的护罩侧端部与轮毂侧端部的直线，相对于从所述前缘的护罩侧端部向轮毂面上沿旋转轴方向向下的直线，所成的倾斜角度E在30°?70°的范围内倾斜，从而能够发挥使工作气体沿动叶片的轴向排出的作用。
[0031]此外，如果不足30°，则与以往一样，直接挡住压力面侧所接收到的工作气体而难以获得抑制压力损失增大的效果，并且，如果倾斜超过70°，由于遮盖了动叶片之间，所以难以确保流路截面，难以在大流量控制时确保动叶片之间的流量。
[0032]因此，优选为30°?70。的范围，更优选