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JP2013119801A - Supercharger - Google Patents

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JP2013119801A
JP2013119801A JP2011267893A JP2011267893A JP2013119801A JP 2013119801 A JP2013119801 A JP 2013119801A JP 2011267893 A JP2011267893 A JP 2011267893A JP 2011267893 A JP2011267893 A JP 2011267893A JP 2013119801 A JP2013119801 A JP 2013119801A
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JP
Japan
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turbine
flow
diffuser
supercharger
exhaust gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP2011267893A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuichiro Hirano
雄一郎 平野
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a supercharger capable of avoiding such a problem that an air pressure supplied to an engine becomes too high.SOLUTION: A supercharger includes a turbine 11 to rotate a rotor with exhaust gas, and a compressor to compress the fluid after being taken in by rotation of the rotor, wherein the turbine 11 includes a turbine body 16 having stator blades 20 and rotor blades 21 and a diffuser 17 whereby the exhaust gas discharged from the turbine body 16 is exhausted upon recovery of the pressure. The diffuser 17 includes a separation means 31 to generate a separation in the flow of the exhaust gas having a swirling component in the opposite direction to the rotating direction of the rotor.

Description

本発明は、内燃機関から導いた排気ガスによって駆動して圧縮した空気を内燃機関に供給する過給機に関する。   The present invention relates to a supercharger that supplies compressed air driven by exhaust gas guided from an internal combustion engine to the internal combustion engine.

低速2サイクルディーゼル機関等の舶用ディーゼル機関に装着してシリンダライナの内部に連通する給気マニホールドに、圧縮した空気を供給する過給機がある(例えば、特許文献1参照)。   There is a supercharger that supplies compressed air to an air supply manifold that is attached to a marine diesel engine such as a low-speed two-cycle diesel engine and communicates with the inside of a cylinder liner (see, for example, Patent Document 1).

ところで、ディーゼル機関である船舶の機関に用いられる過給機は、機関の負荷が低くタービン圧力比も低い状態において、機関に十分な空気を送るために高効率であることが望ましい。このような過給機は、機関の負荷が高い状態では、タービンの圧力比も高くなるため、機関ヘの供給空気圧力が高くなり過ぎる状況が発生し易い。そこで、タービンを通さずに排気ガスの一部をバイパスする方法や、タービンノズルを可変機構としてタービン圧力比を下げるような手法が取られることがある。   By the way, it is desirable that the turbocharger used in the marine engine which is a diesel engine is highly efficient in order to send sufficient air to the engine in a state where the engine load is low and the turbine pressure ratio is low. In such a supercharger, when the load on the engine is high, the turbine pressure ratio is also high, so that a situation where the supply air pressure to the engine becomes too high is likely to occur. Therefore, a method of bypassing a part of the exhaust gas without passing through the turbine or a method of lowering the turbine pressure ratio by using the turbine nozzle as a variable mechanism may be used.

しかし上記の方法は、機関の状態量をモニタしながらバルブやノズル開度を制御する必要がある。また、可動部分を有することから、コストアップや信頼性低下の要因となる。   However, the above method needs to control the valve and nozzle opening while monitoring the state quantity of the engine. Moreover, since it has a movable part, it becomes a factor of a cost increase or a reliability fall.

以上により、コストアップや信頼性低下を招くことなく、タービン低圧力比側での高効率と、タービン高圧力比側で過度の機関供給空気圧を回避する方法が求められている。このような要求を満たす、タービン高圧力比側で大幅に効率を低下させられる過給機として、図10及び図11に示すような静翼101及び動翼102の形状を有するものがある。   As described above, there is a demand for a method of avoiding excessive engine supply air pressure on the turbine high pressure ratio side and high efficiency on the turbine low pressure ratio side without causing an increase in cost and a decrease in reliability. As a turbocharger that satisfies such a requirement and can significantly reduce the efficiency on the turbine high pressure ratio side, there is one having the shape of the stationary blade 101 and the moving blade 102 as shown in FIGS. 10 and 11.

図10に示すように、従来の過給機100は、絶対速度V1と相対速度V2とからなる速度三角形において、タービン低圧力比側において性能を確保するために、タービン動翼の出口の絶対流れがほぼ軸流方向となるように静翼101及び動翼102の選定を行なわれている。ここで、タービンは、同じ圧力比及び同じ流量条件の下では、動翼出口流れが軸流方向となる条件において高性能となることが一般に知られている。   As shown in FIG. 10, the conventional turbocharger 100 has an absolute flow at the outlet of the turbine rotor blade in order to ensure performance on the turbine low pressure ratio side in the speed triangle composed of the absolute speed V1 and the relative speed V2. The stationary blade 101 and the moving blade 102 are selected so that is substantially in the axial flow direction. Here, it is generally known that a turbine has high performance under the same pressure ratio and the same flow rate condition under the condition that the rotor blade outlet flow is in the axial flow direction.

図11に示すように、従来の過給機100は、このような静翼101及び動翼102の選定を行うことにより、タービン高圧力比側では、タービン動翼出口の流れは動翼102の回転方向と逆方向の旋回流れを持つ。
そして、従来の過給機100は、旋回流れの発生によって、タービン高圧力比側でのタービン効率は、軸方向流出とする場合に比べて若干の低下がもたらされる。
As shown in FIG. 11, the conventional turbocharger 100 performs the selection of the stationary blade 101 and the moving blade 102 as described above. It has a swirling flow in the direction opposite to the rotational direction.
In the conventional turbocharger 100, the turbine efficiency on the turbine high pressure ratio side is slightly reduced by the generation of the swirling flow as compared with the case of the axial outflow.

特開2011−021497号公報JP 2011-021497 A

しかしながら、従来の過給機100においては、旋回流れの発生によってタービン高圧比側で効率が低くなるものの、機関ヘの供給空気圧力が高くなり過ぎる状況を防ぐほどの効果はない。   However, in the conventional supercharger 100, although the efficiency is lowered on the turbine high pressure ratio side due to the generation of the swirling flow, there is no effect to prevent the situation where the supply air pressure to the engine becomes too high.

本発明は、前述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、タービン動翼出口がほぼ軸方向流出の状態、すなわち機関低負荷に相当する状態ではタービンの効率を極力高く維持し、一方で、タービン動翼出口がタービン回転方向と逆向きの旋回流となる状態、すなわち機関高負荷に相当する状態では、機関ヘの供給空気圧力が高くなり過ぎる問題を回避することが可能な過給機を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to maintain the turbine efficiency as high as possible in a state where the turbine rotor blade outlet is substantially in the axial outflow, that is, in a state corresponding to engine low load. On the other hand, in a state where the turbine rotor blade outlet has a swirling flow opposite to the turbine rotation direction, that is, a state corresponding to a high engine load, it is possible to avoid the problem that the supply air pressure to the engine becomes too high. Is to provide a supercharger.

本発明に係る過給機は、排気ガスによりロータを回転駆動させるタービンと、前記ロータの回転により吸気した流体を圧縮する圧縮機と、を備えた過給機であって、前記タービンは、静翼及び動翼を有するタービン本体と、前記タービン本体から排出される排気ガスの圧力を回復させて排気させるディフューザと、を有し、前記ディフューザは、前記ロータの回転方向と逆方向の旋回成分を有する排気ガスの流れに剥離を生じさせる剥離手段を具備する。   A supercharger according to the present invention is a supercharger comprising: a turbine that rotationally drives a rotor with exhaust gas; and a compressor that compresses fluid sucked by the rotation of the rotor. A turbine body having blades and rotor blades, and a diffuser for recovering the pressure of exhaust gas exhausted from the turbine body and exhausting the diffuser, wherein the diffuser has a swirl component in a direction opposite to the rotational direction of the rotor. A stripping means for stripping the exhaust gas flow is provided.

上記構成によれば、タービン動翼出口がほぼ軸方向流出の状態、すなわち機関低負荷に相当する状態ではタービンの効率を極力高く維持し、一方で、タービン動翼出口がタービン回転方向と逆向きの旋回流となる状態、すなわち機関高負荷に相当する状態では、タービン動翼出口のディフューザにおいて剥離を発生させてタービンの効率を大幅に落とすことにより、機関ヘの供給空気圧力が高くなり過ぎる問題を回避できるという効果を奏する。   According to the above configuration, in the state where the turbine rotor blade outlet is almost in the axial outflow, that is, in the state corresponding to the engine low load, the turbine efficiency is maintained as high as possible, while the turbine rotor blade outlet is opposite to the turbine rotation direction. In a state where there is a swirl flow of the engine, that is, a state corresponding to a high engine load, the problem is that the supply air pressure to the engine becomes too high by causing separation at the diffuser at the turbine rotor blade outlet and greatly reducing the turbine efficiency. The effect that can be avoided.

また、本発明に係る過給機において、前記剥離手段は、前記ディフューザの内周側に設けられて、軸線方向に沿って配されたフィンを有することが好ましい。   Moreover, the supercharger which concerns on this invention WHEREIN: It is preferable that the said peeling means is provided in the inner peripheral side of the said diffuser, and has the fin distribute | arranged along the axial direction.

上記構成によれば、タービン動翼出口ディフューザの内部のフィンの設置位置において剥離が発生して、大幅なタービン性能低下を引き起こすことができる。   According to the said structure, peeling generate | occur | produces in the installation position of the fin inside a turbine blade exit diffuser, and can cause a significant turbine performance fall.

また、本発明に係る過給機において、前記剥離手段は、前記ディフューザの外周側の流れを回転方向逆方向に案内させる案内手段としてもよい。   Moreover, the supercharger which concerns on this invention WHEREIN: The said peeling means is good also as a guide means to guide the flow of the outer peripheral side of the said diffuser to a rotation direction reverse direction.

上記構成によれば、剥離手段の案内手段が、タービン動翼出口ディフューザの外周側の流れを回転方向逆方向に案内するために、排気ガスを確実に剥離して大幅なタービン性能低下を引き起こすことができる。   According to the above configuration, in order to guide the flow on the outer peripheral side of the turbine rotor blade outlet diffuser in the direction opposite to the rotational direction, the guide means of the peeling means reliably peels the exhaust gas and causes a significant decrease in turbine performance. Can do.

前記案内手段は、内周側から外周側に向かって回転方向逆方向に傾斜して流れを外周側に排出する孔であることが好ましい。   The guide means is preferably a hole that inclines in the direction opposite to the rotation direction from the inner peripheral side toward the outer peripheral side and discharges the flow to the outer peripheral side.

上記構成によれば、案内手段が回転方向逆方向に傾斜して流れを外周側に排出する孔であるために、別部材を追加加工する場合と比べて、遥かに容易に形成できる。   According to the above configuration, since the guide means is a hole that inclines in the direction opposite to the rotation direction and discharges the flow to the outer peripheral side, it can be formed much more easily than when another member is additionally processed.

前記案内手段は、内周側から外周側に向かって回転方向逆方向に螺旋状に形成された溝としてもよい。   The guide means may be a groove formed in a spiral shape in the direction opposite to the rotation direction from the inner peripheral side toward the outer peripheral side.

上記構成によれば、タービン動翼からの排気ガスの流出流れがタービン回転方向と逆向きの旋回流を有する状態になると、排気ガスは自身の遠心力によって積極的に溝内に進入する。そして、排気ガスは、溝によりタービン動翼出口ディフューザの出口に向かって流出し、大幅なタービン性能低下を引き起こして、機関ヘの供給空気圧力が高くなり過ぎる問題を回避できる。   According to the above configuration, when the exhaust gas flowing out from the turbine rotor blade has a swirling flow in the direction opposite to the turbine rotation direction, the exhaust gas actively enters the groove by its centrifugal force. The exhaust gas flows out toward the outlet of the turbine rotor blade outlet diffuser through the groove, causing a significant decrease in turbine performance and avoiding the problem that the supply air pressure to the engine becomes too high.

本発明に係る過給機によれば、タービン動翼出口がほぼ軸方向流出の状態、すなわち機関低負荷に相当する状態ではタービンの効率を極力高く維持し、一方で、タービン動翼出口がタービン回転方向と逆向きの旋回流となる状態、すなわち機関高負荷に相当する状態では、タービン動翼出口のディフューザにおいて剥離を発生させてタービンの効率を大幅に落とすことにより、機関ヘの供給空気圧力が高くなり過ぎる問題を回避できるという効果を奏する。   The turbocharger according to the present invention maintains the turbine efficiency as high as possible in a state where the turbine rotor blade outlet is substantially in an axial outflow, that is, in a state corresponding to a low engine load. In a swirl flow in the direction opposite to the rotation direction, that is, in a state corresponding to a high engine load, the supply air pressure to the engine is greatly reduced by causing separation at the diffuser at the turbine rotor blade outlet to greatly reduce the turbine efficiency. This has the effect of avoiding problems that become too high.

本発明に係る第1実施形態の過給機の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the supercharger of 1st Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第1実施形態の過給機のディフューザ周りの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view around the diffuser of the supercharger of 1st Embodiment which concerns on this invention. 図2のA−A線断面図である。It is the sectional view on the AA line of FIG. 本発明に係る第2実施形態の過給機のディフューザ周りの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view around the diffuser of the supercharger of 2nd Embodiment which concerns on this invention. 図4のB−B線断面図である。It is the BB sectional view taken on the line of FIG. 本発明に係る第3実施形態の過給機のディフューザ周りの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view around the diffuser of the supercharger of 3rd Embodiment which concerns on this invention. 図6のディフューザの出口側からフローガイドの内面を視た外観斜視図である。It is the external appearance perspective view which looked at the inner surface of the flow guide from the exit side of the diffuser of FIG. 本発明に係る第4実施形態の過給機のディフューザ周りの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view around the diffuser of the supercharger of 4th Embodiment which concerns on this invention. 図8のC−C線断面図である。It is CC sectional view taken on the line of FIG. 従来の過給機のタービン低圧力比側の動翼および静翼の模式的断面図である。It is a typical sectional view of a moving blade and a stationary blade on the turbine low pressure ratio side of a conventional turbocharger. 従来の過給機のタービン高圧力比側の動翼および静翼の模式的断面図である。It is a typical sectional view of a moving blade and a stationary blade on the turbine high pressure ratio side of a conventional turbocharger.

以下、本発明に係る複数の実施形態の過給機について図面を参照して説明する。
(第1実施形態)
図1に示すように、本発明に係る第1実施形態の過給機10は、タービン11と、圧縮機12と、から主として構成して、例えば低速2サイクルディーゼル機関等の舶用ディーゼル機関に搭載されている。
タービン11は、排気ガスの入口通路14と、排気ガスの出口通路15とを有するタービンハウジング13と、タービン本体16を有している。そして、タービンハウジング13は、タービン動翼出口ディフューザ(ディフューザ)17を有し、このタービン動翼出口ディフューザ17は、ハブ側ケーシング壁18に対向してフローガイド19を有している。
Hereinafter, a plurality of superchargers according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the supercharger 10 of 1st Embodiment which concerns on this invention is comprised mainly from the turbine 11 and the compressor 12, and is mounted in marine diesel engines, such as a low speed 2 cycle diesel engine, for example. Has been.
The turbine 11 includes a turbine housing 13 having an exhaust gas inlet passage 14 and an exhaust gas outlet passage 15, and a turbine body 16. The turbine housing 13 has a turbine blade outlet diffuser (diffuser) 17, and the turbine blade outlet diffuser 17 has a flow guide 19 facing the hub-side casing wall 18.

入口通路14は、不図示の排気マニホールドの下流側に連通接続されている。出口通路15は、不図示の煙突など大気につながる配管に連通接続されている。
タービン11は、タービン本体16に、静翼20及び動翼であるタービン動翼21を有している。静翼20は、タービンハウジング13の入口通路14と出口通路15とに連通する部分に取り付けられている。
タービン動翼21は、軸流型であって、静翼20に近接する入口通路14と出口通路15とに連通する部分に取り付けられている。
タービン動翼21は、そのディスク22が、タービンロータ軸23を介してアルミニウム合金からなる圧縮機羽根車24に一体的に結合されている。
The inlet passage 14 is connected to the downstream side of an exhaust manifold (not shown). The outlet passage 15 is connected to a pipe connected to the atmosphere such as a chimney (not shown).
The turbine 11 has a stationary blade 20 and a turbine blade 21 that is a moving blade in a turbine body 16. The stationary blade 20 is attached to a portion of the turbine housing 13 that communicates with the inlet passage 14 and the outlet passage 15.
The turbine rotor blade 21 is an axial flow type, and is attached to a portion communicating with the inlet passage 14 and the outlet passage 15 close to the stationary blade 20.
The turbine rotor blade 21 has a disk 22 integrally coupled to a compressor impeller 24 made of an aluminum alloy via a turbine rotor shaft 23.

圧縮機12は、圧縮機ハウジング25に、圧縮機羽根車24を収容しており、羽根車ディフューザ26を有している。
圧縮機ハウジング25は、作動流体入口27と、出口スクロール28とを有し、2個のラジアル軸受29と、軸方向のスラスト荷重を受圧するスラスト軸受30とにより、タービンロータ軸23を回転自在に支持している。
The compressor 12 accommodates a compressor impeller 24 in a compressor housing 25 and has an impeller diffuser 26.
The compressor housing 25 has a working fluid inlet 27 and an outlet scroll 28, and the turbine rotor shaft 23 is rotatable by two radial bearings 29 and a thrust bearing 30 that receives an axial thrust load. I support it.

図2に示すように、過給機10は、タービン11におけるタービン動翼出口ディフューザ17の外周側のフローガイド19に剥離手段31を設けている。
剥離手段31は、案内手段である複数のガス剥離貫通孔32を有し、これらガス剥離貫通孔32は、タービン動翼出口ディフューザ17内と、外周側のフローガイド19の外側とに連通している。ガス剥離貫通孔32はドリル等により形成することができる。
図3に示すように、ガス剥離貫通孔32は、タービン回転方向Dと逆向きの旋回流がタービン動翼21から流出した際の流れをスムーズに受け入れるようにするために、内周側から外周側に向かって半径方向に対して角度θ1だけ傾斜している。
As shown in FIG. 2, the supercharger 10 is provided with a peeling means 31 on the flow guide 19 on the outer peripheral side of the turbine rotor blade outlet diffuser 17 in the turbine 11.
The peeling means 31 has a plurality of gas peeling through holes 32 as guide means, and these gas peeling through holes 32 communicate with the inside of the turbine rotor blade outlet diffuser 17 and the outside of the flow guide 19 on the outer peripheral side. Yes. The gas peeling through hole 32 can be formed by a drill or the like.
As shown in FIG. 3, the gas separation through-hole 32 has an outer periphery from the inner peripheral side in order to smoothly receive the flow when the swirling flow opposite to the turbine rotational direction D flows out of the turbine rotor blade 21. It is inclined toward the side by an angle θ1 with respect to the radial direction.

次に、過給機10の作用について説明する。
舶用ディーゼル機関が駆動することにより排気マニホールド内に正圧の排気ガスが流通し、この排気ガスは、入口通路14を通り、静翼20で静圧膨張して軸方向の排気ガス流を発生する。
そして、排気ガス流によりタービン動翼21が回転駆動し、タービン動翼21を駆動した排気ガスは、出口通路15から外部に排出される。
タービン動翼21の回転は、タービンロータ軸23を通じて圧縮機羽根車24を回転し、圧縮機ハウジング25の作動流体入口27を通って吸入された空気は、圧縮機羽根車24で加圧される。
そして、圧縮機羽根車24で加圧された空気は、羽根車ディフューザ26および出口スクロール28を通って、舶用ディーゼル機関の吸気マニホールド内に供給される。
Next, the operation of the supercharger 10 will be described.
When the marine diesel engine is driven, positive pressure exhaust gas flows through the exhaust manifold, and the exhaust gas passes through the inlet passage 14 and is statically expanded by the stationary blade 20 to generate an axial exhaust gas flow. .
Then, the turbine rotor blade 21 is rotationally driven by the exhaust gas flow, and the exhaust gas that has driven the turbine rotor blade 21 is discharged to the outside from the outlet passage 15.
The rotation of the turbine blade 21 rotates the compressor impeller 24 through the turbine rotor shaft 23, and the air sucked through the working fluid inlet 27 of the compressor housing 25 is pressurized by the compressor impeller 24. .
The air pressurized by the compressor impeller 24 is supplied into the intake manifold of the marine diesel engine through the impeller diffuser 26 and the outlet scroll 28.

このとき、機関が低負荷の状態においては、タービン動翼21からの流出流れが概略軸方向になるため、ガス剥離貫通孔32は、ほとんど機能しないか、もしくは、フローガイド19の外側から微量の排気ガスがタービン動翼出口ディフューザ17内に漏れ込むのみで、性能に大きな影響を与えない。
一方、機関が高負荷の状態においては、タービン動翼21からの排気ガスの流出流れがタービン回転方向Dと逆向きの旋回流を有するため、ガス剥離貫通孔32のフローガイド19の内側の入口部分において、流れの旋回成分によってガス剥離貫通孔32の入口の動圧が上昇する。
そのため、ガス剥離貫通孔32の入口の動圧の上昇に伴い、フローガイド19の内側からフローガイド19の外側に向かう排気ガス流れが生ずる。
これにより、タービン動翼出口ディフューザ17の内部の排気ガスの流れがフローガイド19側に引き寄せられ、ガス剥離貫通孔32を通じて排気ガスを外周側に排出する。
従って、タービン動翼出口ディフューザ17がハブ側ケーシング壁18側において排気ガスを剥離させて大幅にタービン性能を抑制させる。
つまり、過給機10は、機関が低負荷の状態においてタービン11の効率を極力高く維持し、一方で、機関が高負荷の状態においてタービン動翼出口ディフューザ17において剥離を積極的に発生させてタービン11の効率を抑制することができる。
At this time, when the engine is in a low load state, the outflow flow from the turbine rotor blade 21 is substantially in the axial direction. The exhaust gas only leaks into the turbine rotor blade outlet diffuser 17 and does not significantly affect the performance.
On the other hand, when the engine is in a high load state, the outflow flow of the exhaust gas from the turbine rotor blade 21 has a swirling flow opposite to the turbine rotation direction D, so that the gas separation through hole 32 has an inlet inside the flow guide 19. In the portion, the dynamic pressure at the inlet of the gas separation through-hole 32 increases due to the swirl component of the flow.
Therefore, an exhaust gas flow from the inner side of the flow guide 19 toward the outer side of the flow guide 19 is generated as the dynamic pressure at the inlet of the gas separation through hole 32 increases.
Thereby, the flow of the exhaust gas inside the turbine rotor blade outlet diffuser 17 is drawn toward the flow guide 19 side, and the exhaust gas is discharged to the outer peripheral side through the gas separation through hole 32.
Accordingly, the turbine rotor blade outlet diffuser 17 separates the exhaust gas on the hub-side casing wall 18 side, thereby greatly suppressing the turbine performance.
That is, the supercharger 10 maintains the efficiency of the turbine 11 as high as possible when the engine is under a low load, while actively causing separation at the turbine blade outlet diffuser 17 when the engine is under a high load. The efficiency of the turbine 11 can be suppressed.

以上、説明したように、第1実施形態の過給機10によれば、タービン動翼出口がほぼ軸方向流出の状態、すなわち機関低負荷に相当する状態では、タービン11の効率を極力高く維持する。
また、過給機10によれば、タービン動翼出口がタービン回転方向Dと逆向きの旋回流となる状態、すなわち機関高負荷に相当する状態では、タービン動翼出口のタービン動翼出口ディフューザ17において剥離手段31が剥離を発生する。
そして、過給機10によれば、タービン動翼出口のタービン動翼出口ディフューザ17において剥離手段31が剥離を発生することにより、タービン11の効率を抑制する。
従って、過給機10によれば、機関ヘの供給空気圧力が高くなり過ぎる問題を回避できる。
As described above, according to the turbocharger 10 of the first embodiment, the efficiency of the turbine 11 is maintained as high as possible in a state where the turbine rotor blade outlet is substantially in the axial outflow, that is, a state corresponding to a low engine load. To do.
Further, according to the supercharger 10, in a state where the turbine blade outlet is in a swirling flow opposite to the turbine rotation direction D, that is, in a state corresponding to a high engine load, the turbine blade outlet diffuser 17 at the turbine blade outlet. The peeling means 31 causes peeling.
And according to the supercharger 10, when the peeling means 31 peels in the turbine blade exit diffuser 17 of a turbine blade exit, the efficiency of the turbine 11 is suppressed.
Therefore, according to the supercharger 10, the problem that the supply air pressure to the engine becomes too high can be avoided.

また、過給機10によれば、剥離手段31のガス剥離貫通孔32が、タービン動翼出口ディフューザ17の外周側の流れを回転方向逆方向に案内するために、排気ガスを確実に剥離してタービン性能を抑制することができる。   Further, according to the supercharger 10, the gas separation through-hole 32 of the separation means 31 reliably separates the exhaust gas in order to guide the flow on the outer peripheral side of the turbine rotor blade outlet diffuser 17 in the reverse direction of the rotation direction. Turbine performance can be suppressed.

そして、過給機10によれば、ガス剥離貫通孔32が、回転方向逆方向に傾斜して流れを外周側に排出する孔であるために、別部材を追加加工する場合と比べて、遥かに容易に形成できる。   And according to the supercharger 10, since the gas peeling through-hole 32 is a hole which inclines in the reverse direction of the rotation direction and discharges the flow to the outer peripheral side, it is far more than the case where additional members are additionally processed. Can be easily formed.

(第2実施形態)
次に、本発明に係る第2実施形態の過給機について説明する。
なお、以下の各実施形態において、前述した第1実施形態と重複する構成要素や機能的に同様な構成要素については、図中に同一符号あるいは相当符号を付することによって説明を簡略化あるいは省略する。
(Second Embodiment)
Next, a supercharger according to a second embodiment of the present invention will be described.
In the following embodiments, components that are the same as those in the first embodiment described above or components that are functionally similar are denoted by the same or corresponding reference numerals in the drawings, and the description thereof is simplified or omitted. To do.

図4に示すように、本発明に係る第2実施形態の過給機40は、タービン動翼出口ディフューザ17の外周側のフローガイド19に剥離手段41を設けている。
剥離手段41は、案内手段である複数の貫通スリット42を有し、これら貫通スリット42は、タービン動翼出口ディフューザ17内と、外周側のフローガイド19の外側とに連通している。
図5に示すように、貫通スリット42は、タービン回転方向Dと逆向きの旋回流がタービン動翼21から流出した際の流れをスムーズに受け入れるようにするために、内周側から外周側に向かって半径方向に対して角度θ2だけ傾斜している。
As shown in FIG. 4, the supercharger 40 according to the second embodiment of the present invention is provided with a peeling means 41 in the flow guide 19 on the outer peripheral side of the turbine rotor blade outlet diffuser 17.
The peeling means 41 has a plurality of through slits 42 which are guide means, and these through slits 42 communicate with the inside of the turbine rotor blade outlet diffuser 17 and the outside of the flow guide 19 on the outer peripheral side.
As shown in FIG. 5, the through slit 42 extends from the inner peripheral side to the outer peripheral side in order to smoothly receive the flow when the swirling flow opposite to the turbine rotation direction D flows out of the turbine rotor blade 21. Inclined toward the radial direction by an angle θ2.

次に、過給機40の作用について説明する。
機関が低負荷の状態においては、タービン動翼21からの流出流れが概略軸方向となるため、貫通スリット42は、ほとんど機能しないか、もしくは、フローガイド19の外側から微量の排気ガスがタービン動翼出口ディフューザ17内に漏れ込むのみで、性能に大きな影響を与えない。
一方、機関が高負荷の状態においては、タービン動翼21からの排気ガスの流出流れがタービン回転方向Dと逆向きの旋回流を有する状態となるため、貫通スリット42の通過流量が増大する。
そのため、貫通スリット42の入口の動圧の上昇に伴い、フローガイド19の内側からフローガイド19の外側に向かう排気ガス流れが生ずる。
これにより、タービン動翼出口ディフューザ17の内部の排気ガスの流れがフローガイド19側に引き寄せられ、貫通スリット42を通じて排気ガスを外周側に排出する。
従って、タービン動翼出口ディフューザ17がハブ側ケーシング壁18側において排気ガスを剥離してタービン性能を抑制する。
つまり、過給機10は、機関が低負荷の状態においてタービン11の効率を極力高く維持し、一方で、機関が高負荷の状態においてタービン動翼出口ディフューザ17において剥離を積極的に発生させてタービン11の効率を抑制することができる。
Next, the operation of the supercharger 40 will be described.
When the engine is in a low load state, the outflow flow from the turbine rotor blade 21 is substantially in the axial direction, so the through slit 42 hardly functions or a small amount of exhaust gas is generated from the outside of the flow guide 19 in the turbine motion. It only leaks into the blade outlet diffuser 17 and does not significantly affect the performance.
On the other hand, when the engine is in a high load state, the outflow flow of the exhaust gas from the turbine rotor blades 21 has a swirling flow opposite to the turbine rotation direction D, and thus the passage flow rate of the through slit 42 increases.
Therefore, as the dynamic pressure at the inlet of the through slit 42 increases, an exhaust gas flow from the inside of the flow guide 19 toward the outside of the flow guide 19 is generated.
As a result, the flow of the exhaust gas inside the turbine rotor blade outlet diffuser 17 is drawn toward the flow guide 19 side, and the exhaust gas is discharged to the outer peripheral side through the through slit 42.
Therefore, the turbine rotor blade outlet diffuser 17 separates the exhaust gas on the hub side casing wall 18 side to suppress the turbine performance.
That is, the supercharger 10 maintains the efficiency of the turbine 11 as high as possible when the engine is under a low load, while actively causing separation at the turbine blade outlet diffuser 17 when the engine is under a high load. The efficiency of the turbine 11 can be suppressed.

第2実施形態の過給機40によれば、案内手段機関が低負荷の状態においてタービン11の効率を極力高く維持し、一方で、機関が高負荷の状態においてタービン動翼出口ディフューザ17において剥離を積極的に発生させてタービン11の効率を大幅に落とす。
従って、過給機40によれば、機関ヘの供給空気圧力が高くなり過ぎる問題を回避できる。
According to the supercharger 40 of the second embodiment, the efficiency of the turbine 11 is maintained as high as possible when the guide means engine is in a low load state, while separation occurs in the turbine blade outlet diffuser 17 when the engine is in a high load state. Is actively generated to greatly reduce the efficiency of the turbine 11.
Therefore, according to the supercharger 40, the problem that the supply air pressure to the engine becomes too high can be avoided.

(第3実施形態)
次に、本発明に係る第3実施形態の過給機について説明する。
図6に示すように、本発明に係る第3実施形態の過給機50は、タービン動翼出口ディフューザ17の外周側のフローガイド19に剥離手段51を設けている。
剥離手段51は、フローガイド19の内周面の流れ方向に、タービン動翼21の周りに、回転方向と逆向きの螺旋状に形成された案内手段である複数の溝52を有する。
図7は、図6におけるフローガイド19を周方向に展開した図である。溝52は、軸方向Eに対して、10度〜30度の範囲の傾斜角度θ3を有し、あらかじめ定められた長さ寸法及び深さ寸法を有する。
(Third embodiment)
Next, a supercharger according to a third embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 6, the supercharger 50 according to the third embodiment of the present invention is provided with a peeling means 51 in the flow guide 19 on the outer peripheral side of the turbine rotor blade outlet diffuser 17.
The peeling means 51 has a plurality of grooves 52 which are guide means formed in a spiral shape opposite to the rotation direction around the turbine rotor blade 21 in the flow direction of the inner peripheral surface of the flow guide 19.
FIG. 7 is a developed view of the flow guide 19 in FIG. 6 in the circumferential direction. The groove 52 has an inclination angle θ3 in the range of 10 degrees to 30 degrees with respect to the axial direction E, and has a predetermined length dimension and depth dimension.

次に、過給機50の作用について説明する。
タービン動翼21からの流出流れが概略軸方向の際は、溝52は、ほとんど機能しないか、もしくは、フローガイド19の出口側から微量の排気ガスが溝に沿ってタービン動翼に向かって逆流するのみで、性能に大きな影響を与えない。
一方、タービン動翼21からの排気ガスの流出流れがタービン回転方向Dと逆向きの旋回流を有する状態になると、排気ガスは自身の遠心力によって積極的に溝52内に進入し、タービン動翼出口ディフューザ17の出口に向かって流出する。
これにより、タービン動翼出口ディフューザ17の内部の排気ガスの流れをフローガイド19側へ引き寄せる。
従って、タービン動翼出口ディフューザ17がハブ側ケーシング壁18側において排気ガスを剥離して大幅なタービン性能低下を引き起こす。
Next, the operation of the supercharger 50 will be described.
When the outflow flow from the turbine rotor blade 21 is substantially in the axial direction, the groove 52 hardly functions or a small amount of exhaust gas flows backward from the outlet side of the flow guide 19 toward the turbine rotor blade along the groove. This will not affect the performance.
On the other hand, when the exhaust gas outlet flow from the turbine rotor blade 21 has a swirling flow opposite to the turbine rotation direction D, the exhaust gas actively enters the groove 52 by its centrifugal force, It flows out toward the outlet of the blade outlet diffuser 17.
Thereby, the flow of the exhaust gas inside the turbine blade outlet diffuser 17 is drawn toward the flow guide 19 side.
Therefore, the turbine rotor blade outlet diffuser 17 separates the exhaust gas on the hub-side casing wall 18 side, causing a significant decrease in turbine performance.

第3実施形態の過給機50によれば、タービン動翼21からの排気ガスの流出流れがタービン回転方向Dと逆向きの旋回流を有する状態になると、排気ガスは自身の遠心力によって積極的に溝52内に進入する。
そして、過給機50によれば、排気ガスは、溝52によりタービン動翼出口ディフューザ17の出口に向かって流出し、タービン動翼出口ディフューザ17の内部の排気ガスの流れをフローガイド19側へ引き寄せる。
従って、過給機50によれば、タービン動翼出口ディフューザ17がハブ側ケーシング壁18側において排気ガスを剥離して大幅なタービン性能低下を引き起こして、機関ヘの供給空気圧力が高くなり過ぎる問題を回避できる。
According to the supercharger 50 of the third embodiment, when the outflow flow of the exhaust gas from the turbine rotor blade 21 has a swirling flow opposite to the turbine rotation direction D, the exhaust gas is positively generated by its centrifugal force. Thus, it enters the groove 52.
Then, according to the supercharger 50, the exhaust gas flows out toward the outlet of the turbine blade outlet diffuser 17 through the groove 52, and the flow of the exhaust gas inside the turbine blade outlet diffuser 17 is directed to the flow guide 19 side. Draw.
Therefore, according to the supercharger 50, the turbine rotor blade outlet diffuser 17 peels off the exhaust gas on the hub side casing wall 18 side, causing a significant decrease in turbine performance, and the supply air pressure to the engine becomes too high. Can be avoided.

(第4実施形態)
次に、本発明に係る第4実施形態の過給機について説明する。
図8に示すように、本発明に係る第4実施形態の過給機60は、タービン動翼出口ディフューザ17のハブ側ケーシング壁18に剥離手段61を設けている。
剥離手段61は、軸方向に沿った案内手段である複数のフィン62を有する。
図9に示すように、フィン62は、タービン動翼21の高さ寸法の1/10〜1/2の範囲の高さ寸法L1を有し、あらかじめ定められた長さ寸法及び厚み寸法を有する。
(Fourth embodiment)
Next, a supercharger according to a fourth embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 8, the turbocharger 60 of the fourth embodiment according to the present invention is provided with a peeling means 61 on the hub-side casing wall 18 of the turbine rotor blade outlet diffuser 17.
The peeling means 61 has a plurality of fins 62 that are guide means along the axial direction.
As shown in FIG. 9, the fin 62 has a height dimension L1 in a range of 1/10 to 1/2 of the height dimension of the turbine rotor blade 21, and has a predetermined length dimension and thickness dimension. .

次に、過給機60の作用について説明する。
機関が低負荷の状態においては、タービン動翼21からの流出流れが概略軸方向となるため、フィン62は、ほとんど機能しないので、性能に大きな影響を与えない。
一方、機関が高負荷の状態においては、タービン動翼21からの排気ガスの流出流れがタービン回転方向Dと逆向きの旋回流を有する状態となるため、フィン62に対して迎角を持った流れが衝突する。
そのため、タービン動翼出口ディフューザ17の内部のフィン62の設置位置において剥離が発生して、タービン性能を抑制する。
Next, the operation of the supercharger 60 will be described.
When the engine is in a low load state, the outflow flow from the turbine rotor blades 21 is substantially in the axial direction, so the fins 62 hardly function and do not greatly affect the performance.
On the other hand, when the engine is in a high load state, the exhaust gas outflow flow from the turbine rotor blade 21 has a swirl flow opposite to the turbine rotation direction D, and therefore has an angle of attack with respect to the fins 62. The flow collides.
Therefore, separation occurs at the installation position of the fin 62 inside the turbine rotor blade outlet diffuser 17 to suppress the turbine performance.

第4実施形態の過給機60によれば、タービン動翼21からの排気ガスの流出流れがタービン回転方向Dと逆向きの旋回流を有する状態になると、フィン62に対して迎角を持った流れが衝突する。
そして、過給機60によれば、タービン動翼出口ディフューザ17の内部のフィン62の設置位置において剥離が発生して、大幅なタービン性能低下を引き起こすことになる。
従って、過給機60によれば、タービン動翼出口ディフューザ17がハブ側ケーシング壁18側において排気ガスを剥離してタービン性能を抑制し、機関ヘの供給空気圧力が高くなり過ぎる問題を回避できる。
According to the turbocharger 60 of the fourth embodiment, when the outflow flow of the exhaust gas from the turbine blade 21 has a swirling flow opposite to the turbine rotation direction D, the angle of attack with respect to the fins 62 is provided. The currents collide.
According to the supercharger 60, separation occurs at the installation position of the fins 62 inside the turbine rotor blade outlet diffuser 17, which causes a significant decrease in turbine performance.
Therefore, according to the supercharger 60, the turbine rotor blade outlet diffuser 17 peels off the exhaust gas on the hub side casing wall 18 side to suppress the turbine performance, and the problem that the supply air pressure to the engine becomes too high can be avoided. .

なお、本発明の過給機は、前述した各実施形態に限定するものでなく、適宜な変形や改良等が可能である。   In addition, the supercharger of this invention is not limited to each embodiment mentioned above, A suitable deformation | transformation, improvement, etc. are possible.

以上述べたように、本発明の過給機によれば、機関ヘの供給空気圧力が高くなり過ぎる問題を回避できる。
以上の結果として、ディーゼル機関等の舶用ディーゼル機関の効率向上を図ることができる。本発明の産業上の利用可能性は大といえる。
As described above, according to the supercharger of the present invention, the problem that the supply air pressure to the engine becomes too high can be avoided.
As a result, the efficiency of marine diesel engines such as diesel engines can be improved. It can be said that the industrial applicability of the present invention is great.

10 過給機
11 タービン
12 圧縮機
16 タービン本体
17 タービン動翼出口ディフューザ(ディフューザ)
20 静翼
21 タービン動翼(動翼)
23 タービンロータ軸(ロータ)
31 剥離手段
32 ガス剥離貫通孔(孔)(案内手段)
40 過給機
41 剥離手段
42 貫通スリット(案内手段)
50 過給機
51 剥離手段
52 溝(案内手段)
60 過給機
61 剥離手段
62 フィン(案内手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Supercharger 11 Turbine 12 Compressor 16 Turbine main body 17 Turbine blade exit diffuser (diffuser)
20 Stator blade 21 Turbine blade (roof blade)
23 Turbine rotor shaft (rotor)
31 Peeling means 32 Gas peeling through hole (hole) (guide means)
40 Supercharger 41 Peeling means 42 Through slit (guide means)
50 Supercharger 51 Peeling means 52 Groove (guide means)
60 Supercharger 61 Peeling means 62 Fin (guide means)

Claims (5)

排気ガスによりロータを回転駆動させるタービンと、
前記ロータの回転により吸気した流体を圧縮する圧縮機と、を備えた過給機であって、
前記タービンは、静翼及び動翼を有するタービン本体と、
前記タービン本体から排出される排気ガスの圧力を回復させて排気させるディフューザと、を有し、
前記ディフューザは、前記ロータの回転方向と逆方向の旋回成分を有する排気ガスの流れに剥離を生じさせる剥離手段を具備することを特徴とする過給機。
A turbine that rotationally drives the rotor with exhaust gas;
A compressor that compresses fluid sucked by rotation of the rotor, and a supercharger comprising:
The turbine includes a turbine body having a stationary blade and a moving blade;
A diffuser for recovering the pressure of the exhaust gas discharged from the turbine body and exhausting it,
The turbocharger according to claim 1, wherein the diffuser includes a separation unit that causes separation in a flow of exhaust gas having a swirling component in a direction opposite to a rotation direction of the rotor.
前記剥離手段は、前記ディフューザの内周側に設けられて、軸線方向に沿って配されたフィンを有することを特徴とする請求項1に記載の過給機。   2. The supercharger according to claim 1, wherein the peeling unit includes fins provided on an inner peripheral side of the diffuser and arranged along an axial direction. 3. 前記剥離手段は、前記ディフューザの外周側の流れを回転方向逆方向に案内させる案内手段を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の過給機。   3. The supercharger according to claim 1, wherein the peeling unit includes a guide unit that guides the flow on the outer peripheral side of the diffuser in the direction opposite to the rotation direction. 4. 前記案内手段は、内周側から外周側に向かって回転方向逆方向に傾斜して流れを外周側に排出する孔であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項1項に記載の過給機。   The said guide means is a hole which inclines in the rotation direction reverse direction from the inner peripheral side to the outer peripheral side and discharges the flow to the outer peripheral side. The turbocharger described in the paragraph. 前記案内手段は、内周側から外周側に向かって回転方向逆方向に螺旋状に形成された溝であることを特徴とする請求項3に記載の過給機。   4. The supercharger according to claim 3, wherein the guide means is a groove formed in a spiral shape in the direction opposite to the rotation direction from the inner peripheral side toward the outer peripheral side.
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