本公開涉及渦輪動葉片及可變?nèi)萘繙u輪。

背景技術(shù)：

近年來，使用渦輪增壓的發(fā)動機的小型化技術(shù)正作為低油耗技術(shù)在汽車用發(fā)動機中普及開來。另外，近年來，汽車的油耗性能的評價方法也大多包含發(fā)動機極低速時和加速時等，因此對即使在發(fā)動機極低速時也發(fā)揮較高的渦輪效率的渦輪增壓器的需求正不斷提高。因此，包括對流向渦輪動葉片的流體的流動方向進行控制的可變噴嘴機構(gòu)的可變?nèi)萘繙u輪增壓器得到了普及。在這樣的背景下，正在尋求一種在從發(fā)動機極低速時到高速時的較寬運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)都發(fā)揮較高的渦輪效率且過渡響應(yīng)性也優(yōu)異的渦輪動葉片。

一般來說，為了使發(fā)動機低速時的渦輪動葉片的性能提高，需要按照小流量時的情況設(shè)定渦輪動葉片的葉片高度、喉部面積。然而，作為其互斥事件，存在大流量時的渦輪效率降低這樣的問題。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：國際公開第2014/038054號

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題

專利文獻1公開了一種具有輪轂側(cè)和護罩側(cè)的兩個渦旋流路的斜流渦輪，其在輪轂側(cè)的具有沖擊葉片渦輪特性的部分設(shè)置中間高度的中間葉片來實現(xiàn)沖擊葉片渦輪特性的改善及渦輪動葉片整體的慣性矩的降低，同時實現(xiàn)了渦輪效率的提高與過渡響應(yīng)性的提高。然而，在該專利文獻1的斜流渦輪中，存在慣性矩的降低不充分、難以改善過渡響應(yīng)性的問題。

本發(fā)明的至少一實施方式是鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)問題而完成的，其目的在于提供一種提高了小流量時的渦輪效率且提高了過渡響應(yīng)性的渦輪動葉片以及包括該渦輪動葉片的可變?nèi)萘繙u輪。

解決技術(shù)問題的技術(shù)手段

(1)本發(fā)明的至少一實施方式的渦輪動葉片包括：輪轂部，其連結(jié)于旋轉(zhuǎn)軸的一端側(cè)；多個主葉片，其隔開間隔地設(shè)于所述輪轂部的周面；短葉片，其設(shè)于多個主葉片中的相互鄰接的兩個主葉片之間。在鄰接的兩個主葉片之間，形成有供流體從渦輪動葉片的半徑方向外側(cè)向半徑方向內(nèi)側(cè)流動的葉片間流路。并且，短葉片的前緣的輪轂側(cè)端部構(gòu)成為，在子午面上位于比主葉片的前緣的輪轂側(cè)端部更靠半徑方向內(nèi)側(cè)的位置。

流入渦輪動葉片的流體從渦輪動葉片的半徑方向外側(cè)向半徑方向內(nèi)側(cè)相對于主葉片的前緣沿傾斜方向流動。因此，流入渦輪動葉片的流體碰撞于主葉片的前緣而剝離，產(chǎn)生損失。另外，據(jù)本發(fā)明人所知，流入渦輪動葉片的流體碰撞于主葉片的前緣而剝離，會導(dǎo)致在葉片間流路內(nèi)引發(fā)具有回轉(zhuǎn)成分的二次流，該二次流也會導(dǎo)致產(chǎn)生損失。

另外，據(jù)本發(fā)明人所知，通過在鄰接的兩個主葉片之間設(shè)置半徑方向上的前緣位置與主葉片的前緣位置相同的較短的短葉片，能夠抑制主葉片的前緣及短葉片的前緣處的剝離。然而，對在葉片間流路內(nèi)流動的二次流所導(dǎo)致的損失的降低效果是有限度的。對此，認為在主葉片與短葉片的一個面(例如負壓面)之間流動的二次流和在鄰接的主葉片與短葉片的另一個面(例如壓力面)之間流動的二次流在葉片間流路內(nèi)的短葉片的下游側(cè)發(fā)生碰撞而產(chǎn)生損失是它的一個原因。另外，在渦輪動葉片上的半徑方向外側(cè)設(shè)置短葉片會使得慣性矩增加，導(dǎo)致過渡響應(yīng)性變差。

相比于此，上述(1)記載的渦輪動葉片包括設(shè)于鄰接的兩個主葉片之間的短葉片，該短葉片的前緣的輪轂側(cè)端部在子午面上位于比主葉片的前緣的輪轂側(cè)端部更靠半徑方向內(nèi)側(cè)的位置。據(jù)本發(fā)明人所知，通過該結(jié)構(gòu)，能夠大大降低在葉片間流路內(nèi)流動的二次流所導(dǎo)致的損失。另外，通過在渦輪動葉片上的半徑方向內(nèi)側(cè)設(shè)置短葉片，能夠抑制設(shè)置短葉片所導(dǎo)致的慣性矩的增加。

而且，根據(jù)上述(1)記載的渦輪動葉片，通過設(shè)置這樣的短葉片，與不設(shè)置短葉片的渦輪動葉片和在半徑方向外側(cè)的位置設(shè)置短葉片的渦輪動葉片相比，能夠減少主葉片的片數(shù)。因此，雖然各主葉片的前緣的剝離所導(dǎo)致的損失變大，但是能夠抑制整個渦輪動葉片的主葉片前緣的剝離所導(dǎo)致的損失。另外，通過減少主葉片的片數(shù)，能夠降低慣性矩。

(2)在幾個實施方式中，在上述(1)記載的渦輪動葉片的基礎(chǔ)上，上述短葉片的后緣的輪轂側(cè)端部構(gòu)成為，在子午面上，位于在軸向上與主葉片的后緣的輪轂側(cè)端部相同的位置，或者位于比主葉片的后緣的輪轂側(cè)端部更靠流體的流動方向的下游側(cè)的位置。

根據(jù)上述(2)記載的實施方式，能夠防止在主葉片與短葉片的一個面之間流動的二次流和在鄰接的主葉片與短葉片的另一個面之間流動的二次流在葉片間流路內(nèi)發(fā)生碰撞。由此，能夠降低在葉片間流路內(nèi)流動的二次流所導(dǎo)致的損失。

(3)在幾個實施方式中，在上述(2)記載的渦輪動葉片的基礎(chǔ)上，在將子午面上的從主葉片的前緣的輪轂側(cè)端部至主葉片的后緣的輪轂側(cè)端部的距離設(shè)為lh1、并將子午面上的從主葉片的前緣的輪轂側(cè)端部至短葉片的前緣的輪轂側(cè)端部的距離設(shè)為lh2時，上述短葉片的前緣的輪轂側(cè)端部構(gòu)成為，位于滿足0.30＜lh2/lh1＜0.89的區(qū)域。

據(jù)本發(fā)明人所知，若從主葉片的前緣的輪轂側(cè)端部至短葉片的前緣的輪轂側(cè)端部的距離過近，則碰撞于主葉片的前緣而產(chǎn)生的剝離流會與短葉片的前緣碰撞，產(chǎn)生損失。另外，慣性矩也會增大。另一方面，若從主葉片的前緣的輪轂側(cè)端部至短葉片的前緣的輪轂側(cè)端部的距離過遠，則不能充分地抑制在葉片間流路內(nèi)流動的二次流所導(dǎo)致的損失。據(jù)本發(fā)明人的研究可知，通過如上述(3)記載的實施方式那樣，將短葉片的前緣的輪轂側(cè)端部構(gòu)成為位于滿足0.30＜lh2/lh1＜0.89的區(qū)域，能夠降低在葉片間流路內(nèi)流動的二次流所導(dǎo)致的損失，可實現(xiàn)渦輪效率的規(guī)定幅度以上的提高。

(4)在幾個實施方式中，在上述(3)記載的渦輪動葉片的基礎(chǔ)上，上述短葉片的前緣的輪轂側(cè)端部構(gòu)成為位于滿足0.52＜lh2/lh1＜0.84的區(qū)域。

據(jù)本發(fā)明人的研究可知，通過如上述(4)記載的實施方式那樣，將短葉片的前緣的輪轂側(cè)端部構(gòu)成為位于滿足0.52＜lh2/lh1＜0.84的區(qū)域，可實現(xiàn)渦輪效率的進一步提高。

(5)在幾個實施方式中，在上述(4)記載的渦輪動葉片的基礎(chǔ)上，上述短葉片的前緣的輪轂側(cè)端部構(gòu)成為位于滿足0.60＜lh2/lh1＜0.80的區(qū)域。

據(jù)本發(fā)明人的研究可知，通過如上述(5)記載的實施方式那樣，將短葉片的前緣的輪轂側(cè)端部構(gòu)成為位于滿足0.60＜lh2/lh1＜0.80的區(qū)域，可實現(xiàn)渦輪效率的更進一步的提高。

(6)在幾個實施方式中，在上述(2)至(5)中任一項記載的渦輪動葉片的基礎(chǔ)上，上述短葉片的后緣的輪轂側(cè)端部構(gòu)成為位于比主葉片的后緣的輪轂側(cè)端部更靠流體的流動方向的下游側(cè)的位置。

根據(jù)上述(6)記載的實施方式，短葉片的后緣的輪轂側(cè)端部構(gòu)成為位于比主葉片的后緣的輪轂側(cè)端部更靠流體的流動方向的下游側(cè)的位置。即，短葉片的后緣的輪轂側(cè)端部在子午面上位于在軸向上比主葉片的后緣的輪轂側(cè)端部更靠輪轂部的前端側(cè)的位置。通過該結(jié)構(gòu)，能夠使在主葉片與短葉片的一個面之間流動的二次流和在鄰接的主葉片與短葉片的另一個面之間流動的二次流碰撞的位置從主葉片的后緣向下游側(cè)遠離。由此，能夠進一步抑制在葉片間流路內(nèi)流動的二次流所導(dǎo)致的損失。

(7)在幾個實施方式中，在上述(6)記載的渦輪動葉片的基礎(chǔ)上，上述短葉片的后緣的護罩側(cè)端部構(gòu)成為在子午面上位于主葉片的后緣上。

短葉片的輪轂側(cè)的部分相比于護罩側(cè)的部分，對上述(6)記載的實施方式中的效果、即能夠使在主葉片與短葉片的一個面之間流動的二次流和在鄰接的主葉片與短葉片的另一個面之間流動的二次流碰撞的位置從主葉片的后緣向下游側(cè)遠離的效果貢獻更大。因此，根據(jù)上述(7)記載的實施方式，能夠降低二次流導(dǎo)致的損失，且與短葉片的后緣整體比主葉片的后緣更靠下游側(cè)的情況相比能夠減小短葉片的形狀，能夠?qū)崿F(xiàn)慣性矩的降低。

(8)在幾個實施方式中，在上述(1)至(7)中任一項記載的渦輪動葉片的基礎(chǔ)上，上述短葉片的葉片高度構(gòu)成為比主葉片的葉片高度低。

如上所述，短葉片的輪轂側(cè)的部分相比于護罩側(cè)的部分，對降低設(shè)置短葉片所導(dǎo)致的在葉片間流路內(nèi)流動的二次流帶來的損失的效果貢獻更大。因此，根據(jù)上述(8)記載的實施方式，通過使短葉片的葉片高度低于主葉片的葉片高度，能夠降低二次流所導(dǎo)致的損失，并且能夠?qū)崿F(xiàn)慣性矩的降低。

(9)本發(fā)明的至少一實施方式的可變?nèi)萘繙u輪包括：上述(1)至(8)中任一項記載的渦輪動葉片；渦輪殼體，其收容渦輪動葉片；可變噴嘴機構(gòu)，其用于對向渦輪動葉片流動的流體的流動方向進行控制。

在包括對向渦輪動葉片流動的流體的流動方向進行控制的可變噴嘴機構(gòu)的可變?nèi)萘繙u輪中，流入渦輪動葉片的流體的流動方向與渦輪動葉片的切線方向所成的角度在小流量時比在大流量時更小。因此，因流入渦輪動葉片的流體碰撞于主葉片的前緣而產(chǎn)生的剝離所導(dǎo)致的損失，在小流量時比在大流量時影響更大。因此，根據(jù)上述(9)記載的實施方式，由于包括上述渦輪動葉片，因此能夠在可變?nèi)萘繙u輪中提高小流量時的渦輪效率。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明的至少一實施方式，能夠提供一種提高了小流量時的渦輪效率且提高了過渡響應(yīng)性的渦輪動葉片以及包括該渦輪動葉片的可變?nèi)萘繙u輪。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明一實施方式的可變?nèi)萘繙u輪的剖視圖。

圖2是表示本發(fā)明一實施方式的渦輪動葉片的圖。

圖3是表示本發(fā)明一實施方式的渦輪動葉片的子午面形狀的圖。

圖4是表示本發(fā)明一實施方式的渦輪動葉片的子午面形狀的圖。

圖5是表示本發(fā)明一實施方式的渦輪動葉片的子午面形狀的圖。

圖6是表示本發(fā)明一實施方式的渦輪動葉片的子午面形狀的圖。

圖7是表示本發(fā)明一實施方式的渦輪動葉片的子午面形狀的圖。

圖8a是表示本發(fā)明一實施方式的渦輪動葉片的短葉片的前緣位置與渦輪效率之間的關(guān)系的圖。

圖8b是表示本發(fā)明一實施方式的渦輪動葉片的短葉片的前緣位置與慣性矩之間的關(guān)系的圖。

圖9是用于說明本發(fā)明一實施方式的可變?nèi)萘繙u輪中的大流量時及小流量時的流體的流動的說明圖。

圖10a是表示第一比較方式的渦輪動葉片的圖。

圖10b是表示第二比較方式的渦輪動葉片的圖。

具體實施方式

以下，參照附圖對本發(fā)明的幾個實施方式進行說明。不過，被記載為實施方式的或者附圖中所示的構(gòu)成部件的尺寸、材質(zhì)、形狀及其相對配置等并非是要將本發(fā)明的范圍限定于此，其只不過是說明例而已。

例如，“在某一方向上”、“沿(沿著)某一方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或者“同軸”等表示相對或者絕對配置的表述，不僅嚴格地表示那樣的配置，還表示以公差、或者以可取得相同功能的程度的角度、距離相對地發(fā)生了位移的狀態(tài)。

例如，“相同”、“相等”及“均質(zhì)”等表示事物處于相等狀態(tài)的表述，不僅嚴格地表示相等的狀態(tài)，還表示存在公差、或者存在可取得相同功能的程度的偏差的狀態(tài)。

例如，四邊形形狀、圓筒形狀等表示形狀的表述，不僅表示幾何學(xué)上嚴格意義下的四邊形形狀、圓筒形狀等形狀，還表示在可取得相同效果的范圍內(nèi)包含凹凸部、倒角部等的形狀。

而且，“包括”、“含有”、“具備”、“包含”或者“具有”一構(gòu)成要素這一表述并非是將其他構(gòu)成要素的存在排除在外的排他性表述。

另外，在以下的說明中，對于相同的結(jié)構(gòu)，有時標注相同的附圖標記并省略其詳細的說明。

另外，在以下的比較方式的說明中，對于與實施方式對應(yīng)的結(jié)構(gòu)，有時為相同的附圖標記標注“′”，并省略其詳細的說明。

圖1是表示本發(fā)明一實施方式的可變?nèi)萘繙u輪的概略剖視圖。

如圖1所示，本發(fā)明一實施方式的可變?nèi)萘繙u輪10包括渦輪動葉片1、收容渦輪動葉片1的渦輪殼體2和用于控制向渦輪動葉片1流動的流體(例如從未圖示的發(fā)動機排出的排出氣體)的流動方向的可變噴嘴機構(gòu)3。

圖2是表示本發(fā)明一實施方式的渦輪動葉片的圖。圖2的(a)是渦輪動葉片1的立體圖，圖2的(b)是對流經(jīng)渦輪動葉片1的流體的流動進行表示的圖。

如圖2所示，渦輪動葉片1包含連結(jié)于旋轉(zhuǎn)軸4的一端側(cè)的輪轂部11、隔開間隔地設(shè)于輪轂部11的周面的多個主葉片12和設(shè)于多個主葉片12中的相互鄰接的兩個主葉片12、12之間的短葉片13。并且，在鄰接的兩個主葉片12、12之間，如圖2的箭頭r所示，形成有供流體從渦輪動葉片1的半徑方向外側(cè)向半徑方向內(nèi)側(cè)流動的葉片間流路14。

在圖2所示的實施方式中，在鄰接的兩個主葉片12、12之間設(shè)有一個短葉片13。并且，8片主葉片12與8片短葉片13分別相互交替地等間隔配置。不過，本發(fā)明一實施方式的渦輪動葉片1并不限定于該方式，也可以在鄰接的兩個主葉片12、12之間設(shè)有兩個以上的短葉片13。另外，也可以不必在所有鄰接的兩個主葉片12、12之間設(shè)置短葉片13，例如也可以在鄰接的兩個主葉片12、12之間隔一個空一個地設(shè)置短葉片13等。

另外，在圖1所示的實施方式中，在渦輪殼體2的內(nèi)部形成有形成于渦輪動葉片1的外周側(cè)的渦旋流路21和沿旋轉(zhuǎn)軸4的旋轉(zhuǎn)軸線k的延伸方向形成的出口流路22。渦輪殼體2在與出口流路22的開口端相反的一側(cè)與軸承殼體5連結(jié)。軸承殼體5收容有可旋轉(zhuǎn)地支承旋轉(zhuǎn)軸4的軸承51。

圖3～圖7是表示本發(fā)明一實施方式的渦輪動葉片的子午面形狀的圖。

如圖2及圖3～圖7所示，本發(fā)明一實施方式的渦輪動葉片1構(gòu)成為，短葉片13的前緣131的輪轂側(cè)端部131a在子午面上位于比主葉片12的前緣121的輪轂側(cè)端部121a更靠半徑方向內(nèi)側(cè)的位置。

圖10a是表示第一比較方式的渦輪動葉片的圖。圖10a的(a)是渦輪動葉片1′的立體圖，圖10a的(b)是對流經(jīng)渦輪動葉片1′的流體的流動進行表示的圖。另外，圖10b是表示第二比較方式的渦輪動葉片的圖。圖10b的(a)是渦輪動葉片1′的立體圖，圖10b的(b)是對流經(jīng)渦輪動葉片1′的流體的流動進行表示的圖。

從渦旋流路21流入渦輪動葉片1的流體如圖2的(b)的箭頭f所示那樣從渦輪動葉片1的半徑方向外側(cè)向半徑方向內(nèi)側(cè)相對于主葉片12的前緣121沿傾斜方向流動。因此，如圖10a所示，流入渦輪動葉片1′的流體碰撞于主葉片12′的前緣121′而剝離，產(chǎn)生損失。另外，據(jù)本發(fā)明人所知，流入渦輪動葉片1′的流體碰撞于主葉片12′的前緣121′而剝離，會導(dǎo)致在葉片間流路14′內(nèi)引發(fā)具有回轉(zhuǎn)成分的二次流sf′，該二次流sf′也會導(dǎo)致產(chǎn)生損失。

另外，據(jù)本發(fā)明人所知，如圖10b所示，通過在鄰接的兩個主葉片12′、12′之間設(shè)置半徑方向上的前緣131′的位置與主葉片12′的前緣121′的位置相同的較短的短葉片13′，能夠抑制主葉片12′的前緣121′及短葉片13′的前緣131′處的剝離。然而，對在葉片間流路14′內(nèi)流動的二次流sf′所導(dǎo)致的損失的降低效果是有限度的。這被認為是如下原因：在主葉片12′與短葉片13′的一個面13a′(例如負壓面)之間流動的二次流sf1′和在鄰接的主葉片12′與短葉片13′的另一個面13b′(例如壓力面)之間流動的二次流sf2′在葉片間流路14′內(nèi)的短葉片13′的下游側(cè)發(fā)生碰撞而產(chǎn)生損失。另外，在渦輪動葉片1′上的半徑方向外側(cè)設(shè)置短葉片13′會使得慣性矩增加，導(dǎo)致過渡響應(yīng)性變差。

相比于此，本發(fā)明一實施方式的渦輪動葉片1包括設(shè)于鄰接的兩個主葉片12之間的短葉片13，該短葉片13的前緣131的輪轂側(cè)端部131a在子午面上位于比主葉片12的前緣121的輪轂側(cè)端部121a更靠半徑方向內(nèi)側(cè)的位置。據(jù)本發(fā)明人所知，通過該結(jié)構(gòu)，與第二比較方式的渦輪動葉片1′相比，能夠大大降低在葉片間流路14內(nèi)流動的二次流sf1、sf2所導(dǎo)致的損失。另外，通過在渦輪動葉片1上的半徑方向內(nèi)側(cè)設(shè)置短葉片13，與上述第二比較方式相比，能夠抑制設(shè)置短葉片13所導(dǎo)致的慣性矩的增加。

而且，在本發(fā)明一實施方式的渦輪動葉片1中，通過在渦輪動葉片1的半徑方向內(nèi)側(cè)設(shè)置短葉片13，與不設(shè)置短葉片的第一比較方式的渦輪動葉片1′(圖10a)以及在半徑方向外側(cè)設(shè)置短葉片13′的第二比較方式的渦輪動葉片1′(圖10b)相比，能夠減少主葉片的片數(shù)。在圖2所示的實施方式中，包括8片主葉片12與8片短葉片13，而在第一比較方式中，包括11片主葉片12′。在第二比較方式中，包括10片主葉片12′與10片短葉片13′。若在渦輪動葉片1的半徑方向內(nèi)側(cè)設(shè)置短葉片13，則成為短葉片13橫截葉片間流路14的最小寬度部的形態(tài)。因此，為了使主葉片12與短葉片13的最小寬度部(喉部)為適當?shù)暮聿繉挾?，減少主葉片12的片數(shù)。

因此，根據(jù)本發(fā)明一實施方式的渦輪動葉片1，雖然各主葉片12的前緣121的剝離所導(dǎo)致的損失變大，但是能夠抑制整個渦輪動葉片1的主葉片12的前緣121處的剝離所導(dǎo)致的損失。另外，通過減少主葉片12的片數(shù)，能夠降低慣性矩。

在幾個實施方式中，如圖2及圖3～圖7所示，渦輪動葉片1的短葉片13的后緣132的輪轂側(cè)端部132a構(gòu)成為，在子午面上，位于在軸向上與主葉片12的后緣122的輪轂側(cè)端部122a相同的位置，或者位于比主葉片12的后緣122的輪轂側(cè)端部122a更靠流體的流動方向的下游側(cè)(在軸向上為輪轂部11的前端側(cè))的位置。

在圖2及圖3、圖6所示的實施方式中，渦輪動葉片1的短葉片13的后緣132的輪轂側(cè)端部132a在子午面上位于在軸向上與主葉片12的后緣122的輪轂側(cè)端部122a相同的位置。另一方面，在圖4、圖5、圖7所示的實施方式中，渦輪動葉片1的短葉片13的后緣132的輪轂側(cè)端部132a構(gòu)成為，在子午面上位于在軸向上比主葉片12的后緣122的輪轂側(cè)端部122a更靠輪轂部11的前端側(cè)的位置。

根據(jù)這樣的實施方式，能夠防止在主葉片12與短葉片13的一個面13a之間流動的二次流sf1和在鄰接的主葉片12與短葉片13的另一個面13b之間流動的二次流sf2在葉片間流路14內(nèi)發(fā)生碰撞。由此，能夠降低在葉片間流路14內(nèi)流動的二次流sf1、sf2所導(dǎo)致的損失。

圖8a是表示本發(fā)明一實施方式的渦輪動葉片的短葉片的前緣位置與渦輪效率之間的關(guān)系的圖。圖8b是表示本發(fā)明一實施方式的渦輪動葉片的短葉片的前緣位置與慣性矩之間的關(guān)系的圖。在圖8a及圖8b中，其橫軸示出了將子午面上的從主葉片12的前緣121的輪轂側(cè)端部121a至主葉片12的后緣122的輪轂側(cè)端部122a的距離設(shè)為lh1、并將子午面上的從主葉片12的前緣121的輪轂側(cè)端部121a至短葉片13的前緣131的輪轂側(cè)端部131a的距離設(shè)為lh2時的lh2與lh1之比(lh2/lh1)。另外，圖8a的縱軸示出了渦輪效率相對于成為基準的渦輪動葉片的變化。圖8b的縱軸示出了慣性矩相對于成為基準的渦輪動葉片的變化。

在本實施方式中，如圖8a及圖8b所示，對lh2/lh1變化為“0”、“0.2”、“0.4”、“0.6”、“0.8”、“1”時渦輪效率及慣性矩的變化進行解析，求出了其近似曲線。在本實施方式中，使用了分別具有8片主葉片及短葉片的渦輪動葉片。在此，圖8a及圖8b的橫軸的lh2/lh1為“0”是指僅具有主葉片的渦輪動葉片，相當于僅具有16片主葉片的渦輪動葉片。另外，lh2/lh1為“1”是指不存在短葉片的渦輪動葉片，相當于僅具有8片主葉片的渦輪動葉片。另外，在本實施方式中，上述成為基準的渦輪動葉片是圖10a所示的僅具有11片主葉片的渦輪動葉片1′。另外，短葉片的葉片高度與主葉片的葉片高度相同。此外，在本實施方式中雖然使用計算流體動力學(xué)(cfd)進行了解析，但解析方法并不特別限定于計算流體動力學(xué)(cfd)。

如圖8a所示，若從主葉片12的前緣121的輪轂側(cè)端部121a至短葉片13的前緣131的輪轂側(cè)端部131a的距離較近(若lh2/lh1較小)，則渦輪效率不太會提高。這被認為是因為：若從主葉片12的前緣121的輪轂側(cè)端部121a至短葉片13的前緣131的輪轂側(cè)端部131a的距離過近，則碰撞于主葉片12的前緣121而產(chǎn)生的剝離流會與短葉片13的前緣131碰撞，產(chǎn)生損失。另一方面，如圖8b所示，若從主葉片12的前緣121的輪轂側(cè)端部121a至短葉片13的前緣131的輪轂側(cè)端部131a的距離過遠(若lh2/lh1接近1)，則不能充分地抑制在葉片間流路14內(nèi)流動的二次流sf1、sf2所導(dǎo)致的損失。

據(jù)本發(fā)明人的研究可知，如圖8a所示，通過將短葉片13的前緣131的輪轂側(cè)端部131a構(gòu)成為位于滿足0.30＜lh2/lh1＜0.89的區(qū)域，能夠降低在葉片間流路14內(nèi)流動的二次流sf1、sf2所導(dǎo)致的損失，相對于上述僅具有11片主葉片的成為基準的渦輪動葉片1′，可實現(xiàn)渦輪效率的1％以上的提高。

另外，據(jù)本發(fā)明人的研究可知，如圖8a所示，通過將短葉片13的前緣131的輪轂側(cè)端部131a構(gòu)成為位于滿足0.52＜lh2/lh1＜0.84的區(qū)域，相對于上述渦輪動葉片1′，可實現(xiàn)渦輪效率的1.4％以上的提高。

另外，據(jù)本發(fā)明人的研究可知，如圖8a所示，通過將短葉片13的前緣131的輪轂側(cè)端部131a構(gòu)成為位于滿足0.60＜lh2/lh1＜0.80的區(qū)域，相對于上述渦輪動葉片1′，可實現(xiàn)渦輪效率的1.6％以上的提高。

在幾個實施方式中，如圖4、圖5、圖7所示，短葉片13的后緣131的輪轂側(cè)端部131a構(gòu)成為，位于比主葉片12的后緣122的輪轂側(cè)端部122a更靠流體的流動方向的下游側(cè)(半徑方向內(nèi)側(cè))的位置。

根據(jù)這樣的實施方式，能夠使在主葉片12與短葉片13的一個面13a之間流動的二次流sf1和在鄰接的主葉片12與短葉片13的另一個面13b之間流動的二次流sf2碰撞的位置從主葉片12的后緣122向下游側(cè)遠離。由此，能夠進一步抑制在葉片間流路14內(nèi)流動的二次流sf1、sf2所導(dǎo)致的損失。

在幾個實施方式中，如圖5、圖7所示，短葉片13的后緣132的護罩側(cè)端部132b構(gòu)成為在子午面上位于主葉片12的后緣122上。

短葉片13的輪轂側(cè)的部分相比于護罩側(cè)的部分，對上述實施方式中的效果、即能夠使在主葉片12與短葉片13的一個面13a之間流動的二次流sf1和在鄰接的主葉片12與短葉片13的另一個面13b之間流動的二次流sf2碰撞的位置從主葉片12的后緣122向下游側(cè)遠離的效果貢獻更大。因此，根據(jù)這樣的實施方式，與使短葉片13的后緣132整體位于比主葉片12的后緣122更靠下游側(cè)的情況(圖4)相比，能夠降低二次流sf1、sf2所導(dǎo)致的損失，并且能夠減小短葉片13的形狀，能夠?qū)崿F(xiàn)慣性矩的降低。

在幾個實施方式中，如圖6、圖7所示，短葉片13的葉片高度h2構(gòu)成為比主葉片12的葉片高度h1低。

如上所述，短葉片13的輪轂側(cè)的部分相比于護罩側(cè)的部分，對降低設(shè)置短葉片13所導(dǎo)致的在葉片間流路14內(nèi)流動的二次流sf1、sf2帶來的損失的效果貢獻更大。因此，根據(jù)這樣的實施方式，通過使短葉片13的葉片高度h2低于主葉片12的葉片高度h1，能夠降低二次流sf1、sf2所導(dǎo)致的損失，并且能夠?qū)崿F(xiàn)慣性矩的降低。

在幾個實施方式中，短葉片13的葉片高度h2處于1/3h1≤h2＜2/3h1的范圍。根據(jù)這樣的實施方式，能夠降低二次流sf1、sf2所導(dǎo)致的損失，并且能夠適當?shù)貙崿F(xiàn)慣性矩的降低。

在幾個實施方式中，如上述圖1所示，本發(fā)明一實施方式的可變?nèi)萘繙u輪10包括收容渦輪動葉片1的渦輪殼體2和用于對向渦輪動葉片1流動的流體的流動方向進行控制的可變噴嘴機構(gòu)3。

在圖1所示的實施方式中，可變噴嘴機構(gòu)3包含噴嘴安裝座31、噴嘴板32、噴嘴支承件33和噴嘴葉片34。噴嘴安裝座31是在中央部具有開口的圓板狀的部件，通過使其外周部被渦輪殼體2與軸承殼體5夾持而固定于渦輪殼體2與軸承殼體5之間。噴嘴板32是在中央部具有開口的圓板狀的部件，且在與噴嘴安裝座31對置的位置固定于渦輪殼體2的護罩部23。噴嘴安裝座31與噴嘴板32由多個噴嘴支承件33連結(jié)。另外，在噴嘴安裝座31與噴嘴板32之間，沿周向隔開間隔地配置有多個噴嘴葉片34。在鄰接的噴嘴葉片34、34之間形成有噴嘴流路34a。噴嘴葉片34構(gòu)成為，通過利用驅(qū)動機構(gòu)36使噴嘴軸35繞其軸線轉(zhuǎn)動，從而使其葉片角變化。

圖9是用于說明本發(fā)明一實施方式的可變?nèi)萘繙u輪中的大流量時及小流量時的流體的流動的說明圖。在圖9的(b)所示的大流量時，多個噴嘴葉片34分別向鄰接的兩個噴嘴葉片34之間形成的噴嘴流路34a擴大的方向轉(zhuǎn)動。另一方面，在圖9的(a)所示的小流量時，多個噴嘴葉片34分別向鄰接的兩個噴嘴葉片34之間形成的噴嘴流路34a縮小的方向轉(zhuǎn)動。并且，流入渦輪動葉片1的流體的流動方向fa、fb與渦輪動葉片1的切線方向所成的角度在小流量時(fa)比大流量時(fb)更小。因此，因流入渦輪動葉片1的流體碰撞于主葉片12的前緣121而產(chǎn)生的剝離所導(dǎo)致的損失，在小流量時比在大流量時影響更大。

因此，根據(jù)這樣的可變?nèi)萘繙u輪10，由于包括上述那種渦輪動葉片1，因此能夠提高小流量時的渦輪效率。

以上對本發(fā)明的優(yōu)選方式進行了說明，但本發(fā)明并不限定于上述方式，能夠在不脫離本發(fā)明的目的范圍內(nèi)進行各種變更。

例如，上述圖1所示的可變?nèi)萘繙u輪10構(gòu)成為流體從半徑方向流入渦輪動葉片1的徑流式渦輪。然而，本發(fā)明一實施方式的可變?nèi)萘繙u輪10并不限定于此，也可以構(gòu)成為流體沿傾斜方向流入渦輪動葉片1的斜流渦輪。

附圖標記說明

1渦輪動葉片

2渦輪殼體

3可變噴嘴機構(gòu)

4旋轉(zhuǎn)軸

5軸承殼體

10可變?nèi)萘繙u輪

11輪轂部

12主葉片

121主葉片的前緣

121a主葉片的前緣的輪轂側(cè)端部

122主葉片的后緣

122a主葉片的后緣的輪轂側(cè)端部

13短葉片

131短葉片的前緣

131a短葉片的前緣的輪轂側(cè)端部

132短葉片的后緣

132a短葉片的后緣的輪轂側(cè)端部

132b短葉片的后緣的護罩側(cè)端部

13a短葉片的一個面

13b短葉片的另一個面

14葉片間流路

21渦旋流路

22出口流路

23護罩部

31噴嘴安裝座

32噴嘴板

33噴嘴支承件

34噴嘴葉片

34a噴嘴流路

35噴嘴軸

36驅(qū)動機構(gòu)

51軸承

權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)

1.一種渦輪動葉片，包括：

輪轂部，其連結(jié)于旋轉(zhuǎn)軸的一端側(cè)；

多個主葉片，其隔開間隔地設(shè)于所述輪轂部的周面；

短葉片，其設(shè)于所述多個主葉片中的相互鄰接的兩個主葉片之間；

所述渦輪動葉片的特征在于，

在所述鄰接的兩個主葉片之間，形成有供流體從所述渦輪動葉片的半徑方向外側(cè)向半徑方向內(nèi)側(cè)流動的葉片間流路，

所述短葉片的前緣的輪轂側(cè)端部在子午面上位于比所述主葉片的前緣的輪轂側(cè)端部更靠半徑方向內(nèi)側(cè)的位置，

所述短葉片的后緣的輪轂側(cè)端部在子午面上位于在軸向上與所述主葉片的后緣的輪轂側(cè)端部相同的位置。

2.如權(quán)利要求1所述的渦輪動葉片，其特征在于，

在將所述子午面上的從所述主葉片的前緣的輪轂側(cè)端部至所述主葉片的后緣的輪轂側(cè)端部的距離設(shè)為lh1、

并將所述子午面上的從所述主葉片的前緣的輪轂側(cè)端部至所述短葉片的前緣的輪轂側(cè)端部的距離設(shè)為lh2時，

所述短葉片的前緣的輪轂側(cè)端部位于滿足0.30＜lh2/lh1＜0.89的區(qū)域。

3.如權(quán)利要求2所述的渦輪動葉片，其特征在于，

所述短葉片的前緣的輪轂側(cè)端部位于滿足0.52＜lh2/lh1＜0.84的區(qū)域。

4.如權(quán)利要求3所述的渦輪動葉片，其特征在于，

所述短葉片的前緣的輪轂側(cè)端部位于滿足0.60＜lh2/lh1＜0.80的區(qū)域。

5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的渦輪動葉片，其特征在于，

所述短葉片的后緣的輪轂側(cè)端部位于比所述主葉片的后緣的輪轂側(cè)端部更靠所述流體的流動方向的下游側(cè)的位置。

6.如權(quán)利要求5所述的渦輪動葉片，其特征在于，

所述短葉片的后緣的護罩側(cè)端部在所述子午面上位于所述主葉片的后緣上。

7.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的渦輪動葉片，其特征在于，

所述短葉片的葉片高度比所述主葉片的葉片高度低。

8.一種渦輪動葉片，包括：

輪轂部，其連結(jié)于旋轉(zhuǎn)軸的一端側(cè)；

多個主葉片，其隔開間隔地設(shè)于所述輪轂部的周面；

短葉片，其設(shè)于所述多個主葉片中的相互鄰接的兩個主葉片之間；

所述渦輪動葉片的特征在于，

在所述鄰接的兩個主葉片之間，形成有供流體從所述渦輪動葉片的半徑方向外側(cè)向半徑方向內(nèi)側(cè)流動的葉片間流路，

所述短葉片的前緣的輪轂側(cè)端部在子午面上位于比所述主葉片的前緣的輪轂側(cè)端部更靠半徑方向內(nèi)側(cè)的位置，

所述短葉片的后緣的輪轂側(cè)端部在子午面上位于在軸向上與所述主葉片的后緣的輪轂側(cè)端部相同的位置，或者位于比所述主葉片的后緣的輪轂側(cè)端部更靠所述流體的流動方向的下游側(cè)的位置，

在將所述子午面上的從所述主葉片的前緣的輪轂側(cè)端部至所述主葉片的后緣的輪轂側(cè)端部的距離設(shè)為lh1、

并將所述子午面上的從所述主葉片的前緣的輪轂側(cè)端部至所述短葉片的前緣的輪轂側(cè)端部的距離設(shè)為lh2時，

所述短葉片的前緣的輪轂側(cè)端部位于滿足0.30＜lh2/lh1＜0.89的區(qū)域。

9.一種渦輪動葉片，包括：

輪轂部，其連結(jié)于旋轉(zhuǎn)軸的一端側(cè)；

多個主葉片，其隔開間隔地設(shè)于所述輪轂部的周面；

短葉片，其設(shè)于所述多個主葉片中的相互鄰接的兩個主葉片之間；

所述渦輪動葉片的特征在于，

在所述鄰接的兩個主葉片之間，形成有供流體從所述渦輪動葉片的半徑方向外側(cè)向半徑方向內(nèi)側(cè)流動的葉片間流路，

所述短葉片的前緣的輪轂側(cè)端部在子午面上位于比所述主葉片的前緣的輪轂側(cè)端部更靠半徑方向內(nèi)側(cè)的位置，

所述短葉片的后緣的輪轂側(cè)端部在子午面上位于在軸向上與所述主葉片的后緣的輪轂側(cè)端部相同的位置，或者位于比所述主葉片的后緣的輪轂側(cè)端部更靠所述流體的流動方向的下游側(cè)的位置，

所述短葉片的后緣的護罩側(cè)端部在所述子午面上位于所述主葉片的后緣上。

10.一種可變?nèi)萘繙u輪，其特征在于，包括：

權(quán)利要求1至9中任一項所述的渦輪動葉片；

渦輪殼體，其收容所述渦輪動葉片；

可變噴嘴機構(gòu)，其用于對向所述渦輪動葉片流動的流體的流動方向進行控制。