涡轮机动叶片的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于排气涡轮增加器等辐流式涡轮机的涡轮机动叶片，特别是涉及涡轮机动叶片的共振避免技术。
【背景技术】
[0002]在汽车等使用的发动机中，为了提高发动机的输出，利用发动机的排气的能量使涡轮旋转，经由旋转轴通过与涡轮直接连接的离心压缩机对吸入空气进行压缩并向发动机供给的排气涡轮增压器是公知的。
[0003]这种排气涡轮增压器所使用的涡轮的涡轮机动叶片，通过涡轮机动叶片的周围的构造，在涡轮壳内流动的排气流产生流动变形，该流动变形成为激振源，存在涡轮机动叶片共振而产生高循环疲劳的危险。
[0004]例如，如图8所示，收纳涡轮机轮TW的壳体内的流速越接近壁面越低，所以在涡轮壳体010的涡旋管部的终端部和始端部汇合的部位即舌部012附近，由于排气流速降低而产生排气流的流动变形E，易成为激振源。因此，需要进行调节以使涡轮机动叶片的固有振动数从运转区域内偏离。
[0005]特别是，可变容量涡轮(VG涡轮(Variable Geometry))中，如图9所示，在涡轮TW的上游的静叶片喷嘴014的下游端产生的喷嘴伴流(喷嘴交流涡)F成为激振源，产生高循环疲劳危险。
[0006]该情况下，喷嘴个数X转速等于激振频率，在较高的频率即高次模式、特别是2阶模式下易引起共振。
[0007]这样，在可变容量涡轮中，由于在较高的频率的高次模式，特别是2阶模式下易引起共振，因此在转速高的运转区域不能避免2阶模式的共振时，采用通过限制静叶片的喷嘴开度，抑制施加于转子叶片的加振力而避免高循环疲劳的方法，存在不能充分地保持可在运转范围内自如地调节流量的VG涡轮的特性的问题。
[0008]另外，关于涡轮机动叶片的共振模式，图1OA表示I次模式的实例，在涡轮机动叶片016的后缘的叶片高度方向的前端部分产生大的振幅部SI。另外，图1OB表示2阶模式的实例，在涡轮机动叶片016的前缘及后缘的叶片高度方向的前端部分分别产生大振幅部S2、S3，在该强振幅部的S2和S3之间产生成为节S4的部分。
[0009]另一方面，在使用了可变喷嘴的可变容量式涡轮机中，作为降低施加在动叶片涡轮叶片的加振力而抑制涡轮叶片的共振的先进技术，可以列举专利文献I (特开2009 -185686号公报)ο
[0010]在该专利文献I中开示有下述技术，即，一种可变容量式涡轮机，在设置有涡轮叶片的涡轮的周围配置喷嘴导向叶片，通过叶片轴支承该喷嘴导向叶片并可以转动，调节喷嘴导向叶片的叶片角，从而调节喷嘴的开口面积，沿着圆以规定的节距布置上述喷嘴导向叶片的叶片轴，使上述圆的中心从上述祸轮的旋转中心向径向偏心。
[0011]专利文献1:特开2009 - 185686号公报
【发明内容】
[0012]解决问题的技术方案
[0013]但是，专利文献I所示的技术中，沿着圆以规定的节距布置喷嘴导向叶片的叶片轴，使该圆的中心从涡轮的旋转中心向径向偏心，因此可变容量式涡轮机仅径向的偏心量就使其大型化，导致车辆的搭载性变差。
[0014]本发明鉴于该现有技术的课题，目的在于，在辐流式涡轮机的涡轮机动叶片中，特别是在具备可变喷嘴的可变容量涡轮中，不使装置大型化，以简单的结构抑制涡轮机动叶片的高阶共振。
[0015]为了实现该目的，本发明提供一种辐流式涡轮机的涡轮机动叶片，其配置于在工作气体流入的涡轮壳体上形成的螺旋状的涡旋管的内侧，由通过所述涡旋管从径向外侧流入内侧的工作气体旋转驱动，其特征在于，
[0016]所述涡轮机动叶片在轮毂面上设置有多个，并且各涡轮机动叶片在从沿着气流的前缘至后缘的叶片长度的前缘到规定的位置具有叶片厚度变化部，该叶片厚度变化部至少叶片高度的中间部的截面形状的叶片厚度相对于前缘侧的叶片厚度急剧上升的叶片厚度变化部。
[0017]根据本发明，至少叶片高度的中间部的截面形状的特征为，其前缘侧薄、以所述叶片厚度变化部为界线而变厚，在变化部分以产生中间细的方式急剧变化。
[0018]根据这种形状，可以提高叶片面的一部分(叶片的长度方向的中间部分)的刚性，降低一部分(叶片的长度方向的前缘部分)的质量。因此，可以调节转子叶片的固有振动数，使前缘侧减薄，质量减小，由此可以调节提高2阶的固有振动数。
[0019]具体地说，优选的是，涡轮机动叶片的2阶模式共振的节的部分位于通过所述叶片厚度变化部而叶片厚度增大了的位置。
[0020]这样，通过使2阶模式共振的节的部分位于叶片厚度增大、强度提高的部位，提高抑制振动的效果，另外，在转子叶片的前后的振动的部分，通过将质量轻量化，使转子叶片的固有振动数上升，可以避免在常用运转区域的2阶共振。
[0021]另外，在本发明中，所述辐流式涡轮优选为可变容量涡轮，其构成为，在朝向被旋转驱动的涡轮机动叶片的气体入口流路，设置有安装于喷嘴旋转轴的可变喷嘴，通过利用喷嘴驱动装置使该可变喷嘴绕所述喷嘴旋转轴的轴心旋转，使其叶片角变化，从而使涡轮容量变化。
[0022]即，通过配设于涡轮机动叶片的周围的可变喷嘴，在涡轮机动叶片中，喷嘴个数X转速成为激振源，易引起在较高的频率即高次模式，特别是在2阶模式下的共振，因此对避免可变容量涡轮的涡轮机动叶片的2阶模式共振的效果大。
[0023]另外，本发明中优选的是，所述叶片厚度变化部在转子叶片主体的压力面侧及负压面侧的两个面，形成为相对于叶片高度方向的截面形状的中心线大致对称形状。
[0024]这样，将叶片厚度变化部在转子叶片主体的压力面侧及负压面侧的两个面形成为相对于叶片高度方向的截面形状的中心线大致对称形状，因此取得了涡轮机动叶片的压力面侧和负压面侧的质量平衡，绕喷嘴旋转轴的轴心的旋转稳定。
[0025]另外，本发明中优选的是，所述叶片厚度变化部形成于转子叶片主体的压力面侧或负压面侧的任一方。
[0026]这样，仅在转子叶片的压力面侧或负压面侧形成叶片厚度变化部，另一侧的面具有平缓地变化的形状。因此，在叶片厚度变化部不会产生流动的滞流，因此不会给工作气体的流动损失带来大的影响，可以防止转子叶片的共振。
[0027]另外，本发明中优选的是，所述辐流式涡轮机的涡轮为设置于叶片的背面的背板被切削的扇形。
[0028]在叶片背面的背板切削的扇形的涡轮中，叶片前缘部分的根部未被凸部保持，因此若使前缘部分的叶片厚度增大，则质量增大，固有振动数易降低。于是，通过将本发明用于扇形的涡轮，降低前缘部分的叶片厚度，可以使固有振动数上升，在常用旋转区域，可以避免2阶共振。另外，通过前缘附近的叶片厚度减少而获得质量减少效果。
[0029]另外，在本发明中优选的是，如图5所示，所述叶片厚度变化部相对于沿着工作气体的流动方向的叶片的全长，设置于距前缘0.1?0.6的范围。
[0030]这样，在相对于沿着工作气体的流动方向的叶片的全长，距前缘0.1?0.6的范围形成所述叶片厚度变化部。该下限值的0.1设定在没有扇形的背板的范围距前缘为叶片全长的大致0.1?0.2的范围，因此在该范围将叶片厚度形成薄的状态，以通过和扇形形状的协同作用效果而减轻前缘部分的质量为目的，将下限值设定为0.1。
[0031]另外，上限的0.6是基于通过试验或计算确认2阶模式的共振中的节的位置包括在大致0.6内的范围的值。
[0032]因此，叶片厚度变化部设定在距所述前缘0.1?0.6的范围，由此来满足不存在背板产生的轻量化和使2阶模式的节位于叶片厚度的厚的部分产生的节部分的强度提高的关系，从而，使用扇形的涡轮可有效地避免2阶模式的共振。
[0033]另外，在本发明中，优选的是，没有所述背板的部分的叶片厚度形成为与侧板部的叶片厚度大致相同的厚度。
[0034]这样，在扇壳形的涡轮中与没有背板的区域(图1的D区域)对应的动叶片的叶片厚度设定为与侧板部的叶片厚度相同，由此进一步实现前缘部分的区域的轻量化，可以使固有振动数可靠地上升。
[0035]发明效果
[0036]根据本发明，在辐流式涡轮机的涡轮机动叶片上，特别是具备可变喷嘴的可变容量涡轮中，能够不使装置大型化，以简单的结构抑制涡轮机动叶片的高次的共振，特别是2阶共振。
【附图说明】
[0037]图1是表示本发明