JP2011202623A

JP2011202623A - Radial flow turbo machine

Info

Publication number: JP2011202623A
Application number: JP2010072197A
Authority: JP
Inventors: Katsuki Yagi; 克記八木
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2011-10-13

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the decline of turbine efficiency in a radial flow turbo machine configured in a multistage form.SOLUTION: A radial flow turbo machine includes: a rotor 2 provided with a plurality of impellers 21 provided on multiple stages in the axial direction of a rotary shaft 20; and a stator 1 partitioning and storing the plurality of impellers 21, and formed with flow passages of two mutually adjacent impellers 21. The impeller 21 is equipped with a disk 22 penetrated by the rotary shaft 20 and a plurality of blades 23 extended from the disk 22, and is configured so that mainstream flowing in from a mainstream inflow part 21a of a radial outer peripheral side is discharged from a mainstream discharge part 21b of an axial one side. The radial flow turbo machine is provided with a circumferential direction velocity component imparting unit 30 provided in a clearance between a disk back extended to the axial other side of the disk 22 of the impeller 21 and a stator opposite part opposing to the disk back out of the stator 1, and imparting a circumferential velocity component to a leakage flow toward the mainstream inflow part 21a of the impeller 21 in the clearance.

Description

本発明は、半径流ターボ機械に関するものである。 The present invention relates to a radial flow turbomachine.

従来、ターボ機械の一種として、ディスクから複数のブレードが延出したインペラが回転軸に固定されてなるロータを備え、作動流体を半径方向外周側からインペラに流入させた後に軸方向一方側から排出させる半径流ターボ機械が知られている。この半径流ターボ機械は、インペラが有する複数のブレードが作動流体から圧力を受けることにより、ロータ全体が回転するようになっている。 Conventionally, as a kind of turbomachine, an impeller with a plurality of blades extending from a disk has a rotor fixed to a rotating shaft, and the working fluid is discharged from one side in the axial direction after flowing into the impeller from the radially outer side. Radial flow turbomachines are known. In this radial flow turbomachine, a plurality of blades of an impeller receive pressure from a working fluid so that the entire rotor rotates.

このような半径流ターボ機械は、単段で高い膨張比が得られるために、単段に構成されるのが一般的である（例えば、下記特許文献１）。 Such a radial flow turbomachine is generally configured in a single stage in order to obtain a high expansion ratio in a single stage (for example, Patent Document 1 below).

特開２００３−１７６７０２号公報JP 2003-176702 A

ところで、高圧力比で大きな熱落差を持つ作動流体のエネルギーを有効に活用するために、また、インペラへの負荷を分散するために、上記半径流ターボ機械を多段に構成することが考えられる。より具体的には、回転軸に複数のインペラを多段に配置してなるロータを用いて、このロータを収容するステータに、相互に隣接する二つのインペラのうち上流側のインペラから排出された主流を下流側のインペラに流入させる戻り流路を形成することが考えられる。
ここで、インペラのディスク背部と、ステータのうちディスク背部に対向するステータ対向部との間には、両者の接触を防止するために隙間を形成する必要がある。 By the way, in order to effectively utilize the energy of the working fluid having a large heat drop at a high pressure ratio, and to distribute the load on the impeller, it is conceivable to configure the radial flow turbomachine in multiple stages. More specifically, using a rotor in which a plurality of impellers are arranged in multiple stages on a rotating shaft, a mainstream discharged from an upstream impeller of two adjacent impellers to a stator that accommodates the rotor. It is conceivable to form a return flow path for allowing the air to flow into the impeller on the downstream side.
Here, a gap needs to be formed between the disk back portion of the impeller and the stator facing portion of the stator that faces the disk back portion in order to prevent contact between the two.

しかしながら、半径流ターボ機械を多段に構成にすると、上記隙間を作動流体が流れて戻り流路の圧力の高い上流側から圧力の低い下流側に作動流体が漏れてしまう。この漏れ流れは、戻り流路の下流側で主流に合流する際に主流の流れを乱してしまうために、主流の角運動量を低下させタービン効率を低下させてしまうという問題がある。 However, when the radial flow turbomachine is configured in multiple stages, the working fluid flows through the gap, and the working fluid leaks from the upstream side where the pressure in the return flow path is high to the downstream side where the pressure is low. This leakage flow disturbs the mainstream flow when it joins the mainstream downstream of the return flow path, so that there is a problem that the angular momentum of the mainstream is reduced and the turbine efficiency is lowered.

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、多段に構成した半径流ターボ機械においてタービン効率の低下を抑止することを課題とする。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and an object of the present invention is to suppress a decrease in turbine efficiency in a multi-stage radial flow turbomachine.

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る半径流ターボ機械は、回転軸と該回転軸に軸方向に多段に設けられた複数のインペラとを備えるロータと、前記複数のインペラを区画収容すると共に相互に隣接する二つのインペラのうち上流側から排出された主流を下流側に流入させる戻り流路が形成されたステータとを備え、前記インペラは、前記回転軸が貫通したディスク及び該ディスクから延出する複数のブレードを具備し、半径方向外周側の主流流入部から流入する主流を軸方向一方側の主流排出部から排出する構成とされており、前記インペラのディスクの軸方向他方側に延在するディスク背部と、前記ステータのうち前記ディスク背部に対向するステータ対向部との隙間に設けられ、該隙間において前記インペラの主流流入部に向かう漏れ流れに対して周方向速度成分を付与する周方向速度成分付与手段を備えることを特徴とする。
この構成によれば、漏れ流れに対して周方向速度成分を付与する周方向速度成分付与手段を備えるので、漏れ流れの周方向速度成分を変更することができる。これにより、漏れ流れと主流とをスムーズに合流させることが可能となり、混合損失を低減させることが可能となる。従って、タービン効率が低減することを抑止することが可能となる。 In order to achieve the above object, the present invention employs the following means.
That is, a radial flow turbomachine according to the present invention includes a rotor including a rotating shaft and a plurality of impellers provided in multiple stages in the axial direction on the rotating shaft, and a plurality of the impellers that are separated from each other and adjacent to each other. A stator formed with a return flow path for allowing the main flow discharged from the upstream side to flow downstream, and the impeller includes a disk through which the rotating shaft passes and a plurality of blades extending from the disk A main flow inflow from a main flow inflow portion on the radially outer peripheral side is discharged from a main flow discharge portion on one axial side, and a disc back portion extending to the other axial side of the impeller disc; , Provided in a gap between the stator and the stator facing part facing the back of the disk, and in the gap against the leakage flow toward the main flow inflow part of the impeller Characterized in that it comprises a circumferential velocity component assigning means for assigning direction velocity component.
According to this configuration, since the circumferential velocity component applying means for applying the circumferential velocity component to the leakage flow is provided, the circumferential velocity component of the leakage flow can be changed. As a result, the leakage flow and the main flow can be smoothly merged, and the mixing loss can be reduced. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in turbine efficiency.

また、前記周方向速度成分付与手段は、前記ディスク背部において凹状に形成されて前記漏れ流れに対して周方向速度成分を付与するディスク凹部を具備することを特徴とする。
この構成によれば、ディスク背部において凹状に形成されて漏れ流れに対して周方向速度成分を付与するディスク凹部を具備するので、ディスク凹部の壁面が漏れ流れを押圧する。これにより、単純な構成で漏れ流れに対して周方向速度成分を付与することができる。
また、比較的に加工が容易であるので、調整が容易となって漏れ流れに対して適切な周方向速度成分を付与することができる。 In addition, the circumferential speed component applying means includes a disk recess that is formed in a concave shape at the back of the disk and applies a circumferential speed component to the leakage flow.
According to this configuration, since the disk recess is formed in a concave shape on the back of the disk and imparts a circumferential velocity component to the leakage flow, the wall surface of the disk recess presses the leakage flow. Thereby, the circumferential velocity component can be given to the leakage flow with a simple configuration.
Moreover, since processing is relatively easy, adjustment is facilitated, and an appropriate circumferential speed component can be imparted to the leakage flow.

また、前記ディスク凹部は、径方向外方側に形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、ディスク凹部が径方向外方側に形成されているので、上記隙間の下流側において漏れ流れに周方向速度成分が付与される。これにより、漏れ流れが周方向速度成分を付与された後に速やかに主流に合流するので、漏れ流れに対して周方向速度成分を効果的に付与することができる。
また、ディスク背部のうち径方向外方側は、径方向内方側と比較して相対的に周速度が大きくなっているので、漏れ流れに対して大きい周方向速度成分を付与することができる。 The disk recess is formed on the radially outer side.
According to this configuration, since the disk recess is formed on the radially outer side, a circumferential velocity component is added to the leakage flow on the downstream side of the gap. As a result, since the leakage flow joins the main flow immediately after the circumferential velocity component is applied, the circumferential velocity component can be effectively applied to the leakage flow.
Moreover, since the circumferential speed is relatively larger on the radially outer side of the disk back than on the radially inner side, a large circumferential speed component can be imparted to the leakage flow. .

また、前記ディスク凹部は、ディスク背面から、前記ブレードが複数延出して前記主流を前記主流排出部に案内するディスク案内面まで貫通する貫通部を有し、前記貫通部の前記ディスク案内面側の案内面開放端が前記ブレードの外端よりも径方向外方側に形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、ディスク背面からディスク案内面まで貫通する貫通部を有するので、漏れ流れが周方向速度成分を付与された後に直ちに主流に合流する。これにより、漏れ流れに対して周方向速度成分をより効果的に付与することができる。
また、貫通部のディスク案内面側の開放端が、ブレードの外周端よりも径方向外方側に形成されているので、ブレードの性能が変化することを防止することができる。 In addition, the disk recess has a penetrating portion through which a plurality of blades extend from the back surface of the disk to the disk guide surface that guides the main flow to the main flow discharge portion, and the disk recess on the disk guide surface side of the through portion. The guide surface open end is formed radially outward from the outer end of the blade.
According to this configuration, since the through portion penetrates from the back surface of the disc to the disc guide surface, the leakage flow joins the mainstream immediately after the circumferential velocity component is applied. Thereby, the circumferential velocity component can be more effectively applied to the leakage flow.
Further, since the open end of the penetrating portion on the disk guide surface side is formed on the radially outer side from the outer peripheral end of the blade, it is possible to prevent the blade performance from changing.

また、前記貫通部は、前記ディスク背面側の背面開放端が前記ディスク案内面側の案内面開放端よりも開放端断面積が大きく形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、貫通部の背面開放端が案内面開放端よりも開放端断面積が大きく形成されているので、漏れ流れに周方向速度成分を付与する壁面を比較的に大きく確保することができる。これにより、漏れ流れに対して大きい周方向速度成分を付与することができるので、漏れ流れをよりスムーズに主流に合流させることができる。 Further, the through portion is characterized in that an open end cross-sectional area of the back open end on the back side of the disc is formed larger than an open end of the guide surface on the disc guide surface side.
According to this configuration, since the open end cross-sectional area of the rear open end of the penetrating portion is larger than that of the guide surface open end, a relatively large wall surface that imparts a circumferential velocity component to the leakage flow is ensured. Can do. Thereby, since a large circumferential velocity component can be given to the leakage flow, the leakage flow can be more smoothly merged with the main flow.

また、前記貫通部は、前記ディスク背面側の背面開放端と前記ディスク案内面側の案内面開放端との周方向の位置がずらされて形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、貫通部の背面開放端と案内面開放端との周方向の位置がずらされて形成されているので、漏れ流れを周方向に導くようにして周方向速度成分を付与することができる。これにより、貫通部の延在方向を調整することにより、周方向速度成分の強弱を調整することが容易となる。 Further, the through portion is formed by shifting the positions in the circumferential direction between the rear open end on the disc rear side and the guide surface open end on the disc guide surface side.
According to this configuration, since the circumferential positions of the back surface open end and the guide surface open end of the penetrating portion are shifted, the circumferential velocity component is applied so as to guide the leakage flow in the circumferential direction. be able to. Thereby, it becomes easy to adjust the strength of the circumferential speed component by adjusting the extending direction of the penetrating portion.

また、前記貫通部は、軸方向において、前記ディスク背面側の背面開放端から前記ディスク案内面側の案内面開放端が見えないように形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、軸方向において、貫通部の背面開放端から案内面開放端が見えないように形成されているので、漏れ流れが貫通部の壁面から周方向速度成分を付与されずに軸方向に通過してしまうことを防止することができる。 Further, the penetrating portion is formed so that the guide surface open end on the disc guide surface side cannot be seen from the back open end on the disc back side in the axial direction.
According to this configuration, in the axial direction, the guide surface open end is formed so as not to be seen from the back open end of the penetrating portion. It can prevent passing in the direction.

また、前記ディスク凹部は、径方向内方側から径方向外方側まで延在して前記貫通部に連通するディスク側ガイド溝部を有し、該ディスク側ガイド溝部は、径方向内方側から前記貫通部に前記漏れ流れを導くことを特徴とする。
この構成によれば、ディスク側ガイド溝部が径方向内方側から貫通部に漏れ流れを導くので、貫通部へ漏れ流れをスムーズに導入することができる。 The disk recess has a disk-side guide groove extending from the radially inner side to the radially outer side and communicating with the penetrating portion, and the disk-side guide groove is formed from the radially inner side. The leakage flow is guided to the penetration portion.
According to this configuration, the disk-side guide groove portion guides the leakage flow from the radially inward side to the penetration portion, so that the leakage flow can be smoothly introduced into the penetration portion.

また、前記周方向速度成分付与手段は、前記ステータ対向部において凹状に形成されて前記漏れ流れに対して周方向速度成分を付与するステータ凹部を具備することを特徴とする。
この構成によれば、ステータ対向部において凹状に形成されて漏れ流れに対して周方向速度成分を付与するステータ凹部を具備するので、ステータ凹部の周方向に交差する壁面が漏れ流れを押圧する。これにより、単純な構成で漏れ流れに対して周方向速度成分を付与することができる。 The circumferential speed component applying means includes a stator recess that is formed in a concave shape at the stator facing portion and applies a circumferential speed component to the leakage flow.
According to this configuration, the stator concave portion that is formed in a concave shape at the stator facing portion and imparts a circumferential speed component to the leakage flow is provided, so that the wall surface intersecting the circumferential direction of the stator concave portion presses the leakage flow. Thereby, the circumferential velocity component can be given to the leakage flow with a simple configuration.

また、前記ステータ凹部は、径方向外方側に形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、前記ステータ凹部は、径方向外方側に形成されているので、上記隙間の下流側において漏れ流れに周方向速度成分が付与される。これにより、漏れ流れが周方向速度成分を付与された後に速やかに主流に合流するので、漏れ流れに対して周方向速度成分を効果的に付与することができる。 The stator recess is formed on the radially outer side.
According to this configuration, since the stator recess is formed on the radially outer side, a circumferential velocity component is added to the leakage flow on the downstream side of the gap. As a result, since the leakage flow joins the main flow immediately after the circumferential velocity component is applied, the circumferential velocity component can be effectively applied to the leakage flow.

また、前記ステータ凹部は、前記隙間に形成された始端から前記戻り流路に開放された戻り流路開放端まで延在して前記隙間と前記戻り流路とを連通させる連通部を有することを特徴とする。
この構成によれば、隙間に形成された始端から戻り流路に開放された戻り流路開放端まで延在する連通部を有するので、漏れ流れが周方向速度成分を付与された後に直ちに主流に合流する。これにより、漏れ流れに対して周方向速度成分をより効果的に付与することができる。 Further, the stator recess has a communication portion that extends from a start end formed in the gap to a return flow path open end that is open to the return flow path, and communicates the gap and the return flow path. Features.
According to this configuration, since the communication portion extends from the start end formed in the gap to the return flow path open end opened to the return flow path, the leakage flow becomes the main stream immediately after the circumferential velocity component is applied. Join. Thereby, the circumferential velocity component can be more effectively applied to the leakage flow.

また、前記連通部は、前記始端と前記戻り流路開放端との周方向の位置がずらされて形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、始端と戻り流路開放端との周方向の位置がずらされて形成されているので、漏れ流れを周方向に導くようにして周方向速度成分を付与することができる。これにより、連通部の延在方向を調整することにより、周方向速度成分の強弱を調整することが容易となる。 In addition, the communication portion is formed by shifting a circumferential position between the start end and the return flow path open end.
According to this configuration, since the circumferential positions of the start end and the return flow path open end are shifted, the circumferential velocity component can be applied so as to guide the leakage flow in the circumferential direction. Thereby, it becomes easy to adjust the strength of the circumferential speed component by adjusting the extending direction of the communication portion.

また、前記連通部は、軸方向において、前記始端から前記戻り流路開放端が見えないように形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、軸方向において、連通部の始端から戻り流路開放端が見えないように形成されているので、漏れ流れが連通部の壁面から周方向速度成分を付与されずに軸方向に通過してしまうことを防止することができる。 Further, the communication portion is formed so that the return flow path open end cannot be seen from the start end in the axial direction.
According to this configuration, in the axial direction, the return flow path open end is formed so as not to be seen from the start end of the communication portion, so that the leakage flow is not axially applied from the wall surface of the communication portion without applying a circumferential velocity component. Can be prevented.

また、前記ステータ凹部は、径方向内方側から径方向外方側まで延在して前記連通部に連通するステータ側ガイド溝部を有し、該ステータ側ガイド溝部は、径方向内方側から前記連通部に前記漏れ流れを導くことを特徴とする。
この構成によれば、ステータ側ガイド溝部が径方向内方側から連通部に漏れ流れを導くので、連通部へ漏れ流れをスムーズに導入することができる。 The stator recess has a stator-side guide groove that extends from the radially inner side to the radially outer side and communicates with the communication part, and the stator-side guide groove is formed from the radially inner side. The leakage flow is guided to the communication part.
According to this configuration, the stator-side guide groove portion guides the leakage flow from the radially inner side to the communication portion, so that the leakage flow can be smoothly introduced into the communication portion.

また、前記周方向速度成分付与手段は、定格運転時において前記主流の絶対速度の周方向速度成分と前記漏れ流れの絶対速度の周方向速度成分との差分が小さくなるように、前記漏れ流れに対して周方向速度成分を付与することを特徴とする。
この構成によれば、周方向速度成分付与手段は、定格運転時において主流の周方向速度成分と漏れ流れの周方向速度成分との差分が小さくなるように、漏れ流れに対して周方向速度成分を付与する。これにより、漏れ流れと主流とが合流する際の混合損失をより低減させることが可能となり、タービン効率が低減することをさらに抑止することが可能となる。 In addition, the circumferential speed component applying means is arranged in the leakage flow so that a difference between the circumferential speed component of the mainstream absolute speed and the circumferential speed component of the absolute velocity of the leakage flow becomes small during rated operation. On the other hand, a circumferential velocity component is given.
According to this configuration, the circumferential speed component applying unit is configured to reduce the difference between the mainstream circumferential speed component and the leakage flow circumferential speed component during rated operation, so that the circumferential speed component with respect to the leakage flow is reduced. Is granted. As a result, it is possible to further reduce the mixing loss when the leakage flow and the main flow merge, and to further suppress the reduction in turbine efficiency.

本発明に係る半径流ターボ機械によれば、多段に構成した半径流ターボ機械においてタービン効率の低下を抑止するができる。 According to the radial flow turbomachine according to the present invention, it is possible to suppress a decrease in turbine efficiency in a multi-stage radial flow turbomachine.

本発明の第一実施形態に係るエキスパンダ（半径流ターボ機械）Ｅ１の概略構成を説明する縦断面図であり、図中の吹き出しは一点鎖線で囲んだ部分の拡大図を示している。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a longitudinal cross-sectional view explaining schematic structure of the expander (radial flow turbomachine) E1 which concerns on 1st embodiment of this invention, The blowing in the figure has shown the enlarged view of the part enclosed with the dashed-dotted line. 本発明の第一実施形態に係るエキスパンダＥ１の要部断面図であって、図１におけるII−II線断面図である。It is principal part sectional drawing of the expander E1 which concerns on 1st embodiment of this invention, Comprising: It is the II-II sectional view taken on the line in FIG. 本発明の第一実施形態に係るエキスパンダＥ１の要部断面図であって、図１におけるIII−III線断面図である。It is principal part sectional drawing of the expander E1 which concerns on 1st embodiment of this invention, Comprising: It is the III-III sectional view taken on the line in FIG. 本発明の第一実施形態に係るエキスパンダＥ１の要部拡大断面図であって、図１における要部IVの拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view of the expander E1 which concerns on 1st embodiment of this invention, Comprising: It is an expanded sectional view of the principal part IV in FIG. 本発明の第一実施形態に係るエキスパンダＥ１の要部拡大断面図であって、図２の要部Ｖの拡大図でありIt is a principal part expanded sectional view of the expander E1 which concerns on 1st embodiment of this invention, Comprising: It is an enlarged view of the principal part V of FIG. 本発明の第一実施形態に係るエキスパンダＥ１の要部拡大断面図であって、図３の要部VIの拡大図であり、It is a principal part expanded sectional view of the expander E1 which concerns on 1st embodiment of this invention, Comprising: It is an enlarged view of the principal part VI of FIG. 本発明の第一実施形態に係るエキスパンダＥ１の要部拡大図であって、図５におけるVII矢視図である。It is a principal part enlarged view of the expander E1 which concerns on 1st embodiment of this invention, Comprising: It is the VII arrow directional view in FIG. 本発明の第一実施形態に係るエキスパンダＥ１の第一の作用説明図である。なお、図８においては、理解容易のために、ブレード２３の図示を省略している。It is a 1st operation explanatory view of expander E1 concerning a first embodiment of the present invention. In FIG. 8, the blade 23 is not shown for easy understanding. 本発明の第一実施形態に係るエキスパンダＥ１の第二の作用説明図である。It is 2nd effect | action explanatory drawing of the expander E1 which concerns on 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態に係るエキスパンダＥ１の第一の変形例を示す図であって、図４に相当する図である。It is a figure which shows the 1st modification of the expander E1 which concerns on 1st embodiment of this invention, Comprising: It is a figure equivalent to FIG. 本発明の第一実施形態に係るエキスパンダＥ１の第二の変形例を示す図であって、図４に相当する図である。It is a figure which shows the 2nd modification of the expander E1 which concerns on 1st embodiment of this invention, Comprising: It is a figure equivalent to FIG. 本発明の第一実施形態に係るエキスパンダＥ１の第三の変形例を示す図であって、図４に相当する図である。It is a figure which shows the 3rd modification of the expander E1 which concerns on 1st embodiment of this invention, Comprising: It is a figure equivalent to FIG. 本発明の第一実施形態に係るエキスパンダＥ１の第四の変形例を示す図であって、図４に相当する図である。It is a figure which shows the 4th modification of the expander E1 which concerns on 1st embodiment of this invention, Comprising: It is a figure equivalent to FIG. 本発明の第二実施形態に係るエキスパンダＥ２の要部拡大図であって、第一実施形態の図４に相当する図である。It is a principal part enlarged view of the expander E2 which concerns on 2nd embodiment of this invention, Comprising: It is a figure corresponded in FIG. 4 of 1st embodiment. 本発明の第二実施形態に係るエキスパンダＥ２の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the expander E2 which concerns on 2nd embodiment of this invention.

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態に係るエキスパンダ（半径流ターボ機械）Ｅ１の概略構成を説明する縦断面図であり、図中の吹き出しは一点鎖線で囲んだ部分の拡大図を示している。
図１に示すように、エキスパンダＥ１は、多段に構成されたものであって、ケーシング１０と複数のダイヤフラム１３，１４Ａ〜１４Ｈ，１５Ａ，１５Ｂとを備えるステータ１、及び、回転軸２０と複数のインペラ２１Ａ〜２１Ｈとを備えるロータ２で概略構成されている。なお、以下の説明においては、インペラ２１とは、インペラ２１Ａ〜２１Ｈのうち任意のものをいうものとする。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a longitudinal sectional view illustrating a schematic configuration of an expander (radial flow turbomachine) E1 according to a first embodiment of the present invention, and a balloon in the drawing shows an enlarged view of a portion surrounded by a one-dot chain line. ing.
As shown in FIG. 1, the expander E 1 is configured in multiple stages, and includes a stator 1 including a casing 10 and a plurality of diaphragms 13, 14 A to 14 H, 15 A, 15 B, and a rotating shaft 20 and a plurality of rotating shafts 20. The rotor 2 includes the impellers 21A to 21H. In the following description, the impeller 21 refers to any of the impellers 21A to 21H.

ケーシング１０は、エキスパンダＥ１の外観形状をなす筒型のものである。
このケーシング１０は、作動ガス（作動流体）が回転軸２０の軸方向において反対方向に流れる二つのエキスパンダセクション１１，１２を備えており、エキスパンダセクション１１のガス入口１１ａに連通する吸込ポート１０ａと、エキスパンダセクション１１のガス出口１１ｂに連通する排出ポート１０ｂと、エキスパンダセクション１１の排出ポート１０ｂに連通すると共にエキスパンダセクション１２のガス入口１２ａに連通する吸込ポート１０ｃと、エキスパンダセクション１２のガス出口１２ｂに連通する排出ポート１０ｄとを有している。 The casing 10 has a cylindrical shape that forms the appearance of the expander E1.
The casing 10 includes two expander sections 11 and 12 in which working gas (working fluid) flows in opposite directions in the axial direction of the rotating shaft 20, and a suction port 10 a communicating with the gas inlet 11 a of the expander section 11. A discharge port 10b that communicates with the gas outlet 11b of the expander section 11, a suction port 10c that communicates with the discharge port 10b of the expander section 11 and communicates with the gas inlet 12a of the expander section 12, and an expander section 12 And a discharge port 10d communicating with the gas outlet 12b.

ダイヤフラム１３，１４Ａ〜１４Ｈ，１５Ａ，１５Ｂは、それぞれ円板環状の仕切部材であり、エキスパンダセクション１１，１２を構成している。
ダイヤフラム１５Ａ，１５Ｂは、ケーシング１０の長手方向双方の開放端をそれぞれ封止してケーシング１０の内部と外部とを区画している。
ダイヤフラム１３は、ケーシング１０内部の長手方向中央に配設されており、ケーシング１０の内部を長手方向に二つに区画している。
ダイヤフラム１４Ａ〜１４Ｄは、ケーシング１０内部におけるダイヤフラム１５Ａ側において長手方向に連接収容されており、ダイヤフラム１４Ｅ〜１４Ｈは、ケーシング１０内部におけるダイヤフラム１５Ｂ側において長手方向に連接収容されている。
これらダイヤフラム１４Ａ〜１４Ｈは、各エキスパンダセクション１１，１２において、複数のインペラ２１Ａ〜２１Ｈを区画すると共に相互に隣接する二つのインペラ２１の間で流路（後述のリターンベンド１１ｃ，１２ｃ）を形成している。 Diaphragms 13, 14 A to 14 H, 15 A, 15 B are disk-shaped partition members, and constitute expander sections 11, 12.
Diaphragms 15 A and 15 B partition the inside and the outside of the casing 10 by sealing the open ends in both the longitudinal directions of the casing 10.
The diaphragm 13 is disposed in the center of the casing 10 in the longitudinal direction, and divides the interior of the casing 10 into two in the longitudinal direction.
The diaphragms 14A to 14D are connected and accommodated in the longitudinal direction on the diaphragm 15A side in the casing 10, and the diaphragms 14E to 14H are connected and accommodated in the longitudinal direction on the diaphragm 15B side in the casing 10.
These diaphragms 14A to 14H define a plurality of impellers 21A to 21H in each expander section 11 and 12, and form a flow path (return bends 11c and 12c described later) between two adjacent impellers 21. is doing.

このような構成により、ダイヤフラム１３，１４Ａ〜１４Ｄ，１５Ａとでエキスパンダセクション１１が、ダイヤフラム１３，１４Ｅ〜１４Ｈ，１５Ｂとでエキスパンダセクション１２が構成されている。
これらダイヤフラム１３，１４Ａ〜１４Ｈ，１５Ａ，１５Ｂは、回転軸２０と複数のインペラ２１Ａ〜２１Ｈとを備えるロータ２に挿通されている。 With such a configuration, the expander section 11 is configured by the diaphragms 13, 14A to 14D, and 15A, and the expander section 12 is configured by the diaphragms 13, 14E to 14H, and 15B.
These diaphragms 13, 14 A to 14 H, 15 A, 15 B are inserted through a rotor 2 that includes a rotating shaft 20 and a plurality of impellers 21 A to 21 H.

回転軸２０は、軸方向をケーシング１０の長手方向に向けた状態で、その両端部をダイヤフラム１５Ａ，１５Ｂに配設された軸受１６Ａ，１６Ｂに回転可能に支持されている。なお、ダイヤフラム１５Ａ，１５Ｂのそれぞれの内周部のうち、軸方向において軸受１６Ａ，１６Ｂよりもケーシング１０の内側には、ドライガスシール１７Ａ，１７Ｂが配設されている。 The rotating shaft 20 is rotatably supported by bearings 16A and 16B disposed on the diaphragms 15A and 15B at both ends thereof with the axial direction directed in the longitudinal direction of the casing 10. In addition, dry gas seals 17A and 17B are disposed on the inner side of the casing 10 in the axial direction in the inner peripheral portions of the diaphragms 15A and 15B with respect to the bearings 16A and 16B.

この回転軸２０には、エキスパンダセクション１１用の四段のインペラ２１Ａ〜２１Ｄと、エキスパンダセクション１２用の四段のインペラ２１Ｅ〜２１Ｈが、互いに向きを反対にして軸方向に間隔をあけて取り付けられてロータ２が構成されている。 The rotating shaft 20 includes four-stage impellers 21A to 21D for the expander section 11 and four-stage impellers 21E to 21H for the expander section 12 that are axially spaced apart from each other. The rotor 2 is configured by being attached.

インペラ２１は、所謂クローズドインペラと称されるものであって、それぞれディスク２２と、複数のブレード２３と、シュラウド２４とを備えている。 The impeller 21 is a so-called closed impeller, and includes a disk 22, a plurality of blades 23, and a shroud 24.

ディスク２２は、筒状に形成された円盤部材であり、回転軸２０が同軸状に貫通している。
このディスク２２は、図１に示すように、軸方向の一方側において小径に形成された円環状のディスク先端部２２ａと、軸方向の他方側において大径に形成された円環状のディスク背部２２ｂとの間にディスク外周面（ディスク案内面）２２ｃが延在しており、ディスク先端部２２ａからディスク背部２２ｂに向かうほど漸次変化の度合いを強めながら拡径している。 The disk 22 is a disk member formed in a cylindrical shape, and the rotary shaft 20 penetrates coaxially.
As shown in FIG. 1, the disc 22 includes an annular disc tip 22a formed with a small diameter on one side in the axial direction and an annular disc back portion 22b formed with a large diameter on the other side in the axial direction. A disk outer peripheral surface (disk guide surface) 22c extends between the disk head and the disk, and the diameter gradually increases with increasing degree of change from the disk front end 22a toward the disk back 22b.

図２は、図１におけるII−II線断面図であり、図３は、図１におけるIII−III線断面図である。
ブレード２３は、三次元形状に湾曲した羽根状の部位であり、ディスク外周面２２ｃから径方向外方側に向けて、ディスク外周面２２ｃに沿うようにして延出している。
シュラウド２４は、ディスク外周面２２ｃに沿って、各ブレード２３の径方向外周側を連結するようにして覆っている。 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
The blade 23 is a blade-like part curved in a three-dimensional shape, and extends from the disk outer peripheral surface 22c toward the radially outer side along the disk outer peripheral surface 22c.
The shroud 24 covers the outer peripheral side of each blade 23 along the outer peripheral surface 22c of the disk so as to connect them.

このような構成のインペラ２１は、図１及び図２に示すように、ディスク２２とシュラウド２４とブレード２３との間に画成される空間Ｓが作動ガスの主流Ｇの流路となっており、ディスク背部２２ｂ側において径方向外方側に向けて開口する部分がガス流入部（主流流入部）２１ａとされ、ディスク先端部２２ａ側において軸方向に向けて開口する部分がガス流出部（主流排出部）２１ｂとされている。
すなわち、ガス流入部２１ａから空間Ｓに流入した主流Ｇがディスク外周面２２ｃに案内されてガス流出部２１ｂから流出するようになっている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the impeller 21 having such a configuration has a space S defined between the disk 22, the shroud 24, and the blade 23 as a flow path of the main flow G of the working gas. The portion that opens toward the radially outward side on the disk back portion 22b side is a gas inflow portion (main flow inflow portion) 21a, and the portion that opens in the axial direction on the disc front end portion 22a side is a gas outflow portion (main flow). Discharge part) 21b.
That is, the main flow G flowing into the space S from the gas inflow portion 21a is guided to the disk outer peripheral surface 22c and flows out from the gas outflow portion 21b.

各エキスパンダセクション１１，１２においては、以下のような作動ガスの流路が形成されている。
図１に示すように、まず上流域から説明すると、中央のダイヤフラム１３とその両側に位置するダイヤフラム１４Ａ，１４Ｅとの対向面間に、吸込ポート１０ａ及びインペラ２１Ａに連通するガス入口１１ａと、吸込ポート１０ｃ及びインペラ２１Ｅに連通するガス入口１２ａとが形成されている。
これらガス入口１１ａ，１２ａには、図１に示すように、作動ガスの主流Ｇを設定された流速まで加速すると共に、設定された流入角度となるように整流する複数枚のノズルベーン１８が設けられている（図２参照）。 In each of the expander sections 11 and 12, the following working gas flow paths are formed.
As shown in FIG. 1, first, from the upstream area, a gas inlet 11a communicating with the suction port 10a and the impeller 21A, and the suction between the opposed surfaces of the central diaphragm 13 and the diaphragms 14A and 14E located on both sides thereof, A gas inlet 12a communicating with the port 10c and the impeller 21E is formed.
As shown in FIG. 1, the gas inlets 11a and 12a are provided with a plurality of nozzle vanes 18 for accelerating the main flow G of the working gas to a set flow velocity and rectifying the set inflow angle. (See FIG. 2).

次に中流域における中間のダイヤフラム１４Ａ〜１４Ｄ，１４Ｅ〜１４Ｈには、図１に示すように、相互に隣接する二つのインペラ２１間を結ぶ断面Ｕ字状のリターンベンド（戻り流路）１１ｃ，１２ｃが形成されている。
リターンベンド１１ｃ，１２ｃには、図２に示すように、ノズルベーン１８と、図１に示すように、次段入口へのガス流れの効率を向上させるための複数枚のリターンベーン１９とがそれぞれ形成されている。 Next, in the middle diaphragms 14A to 14D and 14E to 14H in the middle basin, as shown in FIG. 1, a return bend (return flow path) 11c having a U-shaped cross section connecting the two adjacent impellers 21 is provided. 12c is formed.
As shown in FIG. 2, the return bends 11c and 12c are each formed with a nozzle vane 18 and a plurality of return vanes 19 for improving the efficiency of gas flow to the next stage inlet as shown in FIG. Has been.

そして、下流域においては、ダイヤフラム１５Ａ，１５Ｂとそれらに隣接するダイヤフラム１４Ｄ，１４Ｈとの対向面間に、排出ポート１０ｂに連通するガス出口１１ｂと、排出ポート１０ｄに連通するガス出口１２ｂが形成されている。 In the downstream area, a gas outlet 11b communicating with the discharge port 10b and a gas outlet 12b communicating with the discharge port 10d are formed between the opposed surfaces of the diaphragms 15A and 15B and the diaphragms 14D and 14H adjacent to the diaphragms 15A and 15B. ing.

このような構成により、高温・高圧の作動ガスがケーシング１０の吸込ポート１０ａに供給されると、作動ガスの主流Ｇがエキスパンダセクション１１のガス入口１１ａに流入し、インペラ２１Ａ〜２１Ｄ及びインペラ２１Ａ〜２１Ｄの間に介在するリターンベンド１１ｃを順に流れて、ガス出口１１ｂから流出する。そして、流出した主流Ｇが排出ポート１０ｂ及び吸込ポート１０ｃを介して、エキスパンダセクション１２のガス入口１２ａに流入し、インペラ２１Ｅ〜２１Ｈ及びインペラ２１Ｅ〜２１Ｈの間に介在するリターンベンド１２ｃを順に流れて、ガス出口１２ｂから流出し、最終的に排出ポート１０ｄから外部へと排出されるようになっている。 With such a configuration, when high-temperature and high-pressure working gas is supplied to the suction port 10a of the casing 10, the main flow G of the working gas flows into the gas inlet 11a of the expander section 11, and the impellers 21A to 21D and the impeller 21A. Flows in the return bend 11c interposed between ˜21D in order and flows out from the gas outlet 11b. Then, the main flow G that has flowed out flows into the gas inlet 12a of the expander section 12 via the discharge port 10b and the suction port 10c, and sequentially flows through the return bend 12c interposed between the impellers 21E to 21H and the impellers 21E to 21H. Thus, the gas flows out from the gas outlet 12b and is finally discharged from the discharge port 10d to the outside.

図４は、図１における要部IVの拡大断面図である。
上記のように構成されたエキスパンダＥ１においては、図４に示すように、インペラ２１のディスク背部２２ｂと、このディスク背部２２ｂに対向するステータ１（ダイヤフラム１３，１４Ａ〜１４Ｃ，１４Ｅ〜１４Ｇ）のステータ対向部１ｂとの間において、インペラ２１とステータ１との接触干渉を避けるための隙間Ｃが形成されている。
エキスパンダＥ１の運転を開始すると、隙間Ｃに連通するステータ１とロータ２との間の径方向の隙間ｃ１から高圧の作動ガスが侵入して漏れ流れｇが生じる。この漏れ流れｇは、図４に示すように、隙間Ｃにおいて径方向内方側から径方向外方側に向けて流れた後に、インペラ２１のガス流入部２１ａを遮るようにして軸方向に噴出する。
なお、図４中の符号１ｃで示すものはシール部材である。 FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the main part IV in FIG.
In the expander E1 configured as described above, as shown in FIG. 4, the disk back 22b of the impeller 21 and the stator 1 (diaphragms 13, 14A to 14C, 14E to 14G) opposed to the disk back 22b. A gap C for avoiding contact interference between the impeller 21 and the stator 1 is formed between the stator facing portion 1b.
When the operation of the expander E1 is started, high-pressure working gas enters from a radial gap c1 between the stator 1 and the rotor 2 communicating with the gap C, and a leakage flow g is generated. As shown in FIG. 4, this leakage flow g flows in the gap C from the radially inner side toward the radially outer side, and then is ejected in the axial direction so as to block the gas inflow portion 21a of the impeller 21. To do.
In addition, what is shown with the code | symbol 1c in FIG. 4 is a sealing member.

このエキスパンダＥ１は、上記隙間Ｃにおいて、漏れ流れｇに周方向の速度成分を付与する周方向速度成分付与手段３０を有する。本実施形態においては、周方向速度成分付与手段３０は、ディスク背部２２ｂにおいて凹状に形成された複数のディスク凹部（貫通部）３１からなっている。 The expander E1 includes a circumferential speed component applying unit 30 that applies a circumferential speed component to the leakage flow g in the gap C. In the present embodiment, the circumferential speed component applying means 30 is composed of a plurality of disk recesses (penetrating parts) 31 formed in a concave shape in the disk back portion 22b.

図２及び図３に示すように、複数のディスク凹部３１は、ディスク背部２２ｂの径方向外方側の外周端に間隔を空けて環状に形成されている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the plurality of disk recesses 31 are formed in an annular shape with an interval at the outer peripheral end on the radially outer side of the disk back portion 22 b.

図５は、図２の要部Ｖの拡大図であり、図６は、図３の要部VIの拡大図であり、図７は、図５におけるVII矢視図である。
各ディスク凹部３１は、図７に示すように、ディスク背面２２ｄからディスク外周面２２ｃまで貫通したものであり、例えば、機械加工等によって形成されている。
図４に示すように、各ディスク凹部３１の背面開放端３１ａ及び案内面開放端３１ｂは、ディスク案内面２２ｃにおけるブレード２３の外端２３ａよりも径方向外方側に形成されている。 5 is an enlarged view of the main part V of FIG. 2, FIG. 6 is an enlarged view of the main part VI of FIG. 3, and FIG. 7 is a view taken along arrow VII in FIG.
As shown in FIG. 7, each disk recess 31 penetrates from the disk back surface 22d to the disk outer peripheral surface 22c, and is formed by machining or the like, for example.
As shown in FIG. 4, the back open end 31a and the guide surface open end 31b of each disk recess 31 are formed radially outward from the outer end 23a of the blade 23 on the disk guide surface 22c.

ディスク凹部３１は、図７に示すように、それぞれ回転軸２０に沿った螺旋の一部のように延在しており、背面開放端３１ａと案内面開放端３１ｂとの周方向の位置が寸法Ｌだけずらされて形成されている。このような構成により、図６又は図７に示すように、軸方向において、背面開放端３１ａ及び案内面開放端３１ｂのうち一方から他方が見えないように形成されている。 As shown in FIG. 7, each of the disk recesses 31 extends like a part of a spiral along the rotation axis 20, and the circumferential positions of the back surface open end 31a and the guide surface open end 31b are dimensioned. It is formed by being shifted by L. With such a configuration, as shown in FIG. 6 or FIG. 7, in the axial direction, the back open end 31a and the guide surface open end 31b are formed so that one cannot be seen from the other.

このようなディスク凹部３１は、図８に示すように、エキスパンダＥ１の定格運転時において主流Ｇの絶対速度Ｃ_Ｇの周方向速度成分Ｕ_Ｇと漏れ流れｇの絶対速度Ｃ_ｇの周方向速度成分Ｕ_ｇとの差分が小さくなるように、漏れ流れｇに対して周方向速度成分Ｕ_αを付与するように、その数や傾斜角度、大きさが設定されている。このような設定は、予めディスク凹部３１の製作前に主流Ｇの流速及び流入角度を解析したデータに基づいて定めている。
ここで、漏れ流れｇの周方向速度成分Ｕ_ｇは、ディスク２２との摩擦により、ディスク２２の周方向速度成分Ｕ_Ｉの略半分程度（≒Ｕ_Ｉ／２）となるが、ディスク凹部３１は、漏れ流れｇに対して周方向速度成分Ｕ_αを付与することにより、漏れ流れｇの平均的な周方向速度成分をＵ_ｇ≒Ｕ_Ｉ／２＋Ｕ_αとする。
なお、図８中の符号Ｗ_Ｇで示すベクトルは、インペラ２１に対する主流Ｇの相対速度である。 Such disc recess 31, as shown in FIG. 8, the circumferential velocity of the absolute velocity C _g of the circumferential velocity component U _G and leakage flow g of absolute velocity C _G of the main flow G during rated operation of the expander E1 as the difference between the component U _g is reduced, so as to impart a circumferential velocity component U _alpha relative leakage flow g, the number and angle of inclination thereof, is set size. Such a setting is determined in advance based on data obtained by analyzing the flow velocity and the inflow angle of the mainstream G before manufacturing the disk recess 31.
Here, the circumferential velocity component U _g of the leakage flow g is approximately half (≈U _I / 2) of the circumferential velocity component U _I of the disk 22 due to friction with the disk 22, but the disk recess 31 By giving a circumferential velocity component U _α to the leakage flow g, the average circumferential velocity component of the leakage flow g is set to U _g ≈U _I / 2 + U _α .
Incidentally, the vector indicated by reference numeral W _G in FIG. 8, the relative velocity of the main flow G for the impeller 21.

次に、上記構成からなる周方向速度成分付与手段３０の作用について、主に図８及び図９を用いて説明する。
エキスパンダＥ１の運転を開始すると、エキスパンダセクション１１，１２に高圧高温の作動ガスが順に供給され、作動ガスの主流Ｇが各インペラ２１Ａ〜２１Ｈに流れる。
各インペラ２１の上流においては、図８に示すように、ノズルベーン１８で所定の角度に整流されると共に加速された主流Ｇがガス流入部２１ａに向かう。 Next, the operation of the circumferential speed component applying means 30 having the above configuration will be described mainly with reference to FIGS.
When the operation of the expander E1 is started, high-pressure and high-temperature working gas is sequentially supplied to the expander sections 11 and 12, and the main flow G of working gas flows to the impellers 21A to 21H.
In the upstream of each impeller 21, as shown in FIG. 8, the main flow G rectified to a predetermined angle by the nozzle vane 18 and accelerated is directed to the gas inflow portion 21a.

一方、図４に示すように、隙間Ｃに侵入した作動ガスの漏れ流れｇは、隙間Ｃを径方向内方から径方向外方に向けて流れる。この漏れ流れｇの周方向速度成分Ｕ_ｇは、ディスク背面２２ｄとの摩擦によって、ディスク２２の周方向速度成分Ｕ_Ｉの略半分程度（≒Ｕ_Ｉ／２）となる（図８参照）。 On the other hand, as shown in FIG. 4, the leakage flow g of the working gas that has entered the gap C flows from the radially inner side toward the radially outer side through the gap C. The circumferential velocity component U _g of the leakage flow g becomes approximately half (≈U _I / 2) of the circumferential velocity component U _I of the disk 22 due to friction with the disk back surface 22d (see FIG. 8).

隙間Ｃにおいてディスク背面２２ｄの径方向外方まで流れた漏れ流れｇは、図７に示すように、その一部が背面開放端３１ａからディスク凹部３１に流入して案内面開放端３１ｂに向かって流れる。
図９に示すように、ディスク凹部３１に流入した漏れ流れｇの一部は、ディスク凹部３１の周方向に交差する壁面に押圧されると共に、この壁面に沿って径方向の外方側に流れる。
この際、軸方向において背面開放端３１ａから案内面開放端３１ｂが見えないため、換言すれば、ディスク凹部３１のうち軸方向において直線的に連通している部分がないため、軸方向に直線的に抜けてしまう漏れ流れｇが生じるのを抑止する。 As shown in FIG. 7, a part of the leakage flow g flowing in the gap C to the outside in the radial direction of the disk back surface 22d flows into the disk recess 31 from the back surface open end 31a toward the guide surface open end 31b. Flowing.
As shown in FIG. 9, a part of the leakage flow g flowing into the disk recess 31 is pressed by the wall surface intersecting the circumferential direction of the disk recess 31 and flows radially outward along the wall surface. .
At this time, since the guide surface open end 31b cannot be seen from the back open end 31a in the axial direction, in other words, there is no portion of the disk recess 31 that communicates linearly in the axial direction. It is possible to suppress the occurrence of the leak flow g that escapes to the bottom.

このようにして、漏れ流れｇの一部が、ディスク凹部３１の周方向に交差する壁面に押圧されると共に、この壁面に沿って案内面開放端３１ｂに向かって流れることで、漏れ流れｇに周方向速度成分Ｕ_αが付与される。すなわち、図９に示すように、漏れ流れｇの平均的な周方向速度成分Ｕ_ｇが概ねＵ_Ｉ／２からＵ_Ｉ／２＋Ｕ_αに増加する一方、軸方向成分Ｖｇが減少し、漏れ流れｇの絶対速度成分がＣ_ｇとなる。 In this way, a part of the leakage flow g is pressed against the wall surface intersecting the circumferential direction of the disk recess 31 and flows along the wall surface toward the guide surface open end 31b, so that the leakage flow g is generated. circumferential velocity component U _alpha is given. That is, as shown in FIG. 9, while the average circumferential velocity component U _g of leakage flow g is increased substantially from the U _{I /} 2 to U _{I /} 2 + U _α, axial component Vg is reduced, leakage flow g Is the absolute velocity component of _Cg .

漏れ流れｇは、ディスク凹部３１によって周方向速度成分Ｕ_αが付与された直後に、インペラ２１のガス流入部２１ａの手前において噴出して主流Ｇと直ちに合流する。この噴出した漏れ流れｇは、主流Ｇの絶対速度Ｃ_Ｇの周方向速度成分Ｕ_Ｇとの差分が小さくなっているために、ノズルベーン１８によって整流された主流Ｇの角度に対して、殆ど影響を与えることなく、スムーズに主流Ｇに合流する。 The leakage flow g is ejected immediately before the gas inflow portion 21 a of the impeller 21 and immediately joins the main flow G immediately after the circumferential velocity component U _α is applied by the disk recess 31. The jetted leakage flow g has almost no effect on the angle of the main flow _G rectified by the nozzle vanes 18 because the difference between the absolute velocity CG of the main flow _{G and} the circumferential velocity component U _G is small. It smoothly joins the mainstream G without giving.

ガス流入部２１ａから空間Ｓに流入した主流Ｇは、適切な角度でディスク外周面２２ｃに沿って膨張しながら流れ、ガス流出部２１ｂから流出する。この際、空間Ｓを適切な角度で流れていくためにインペラ２１のブレード２３の圧力面及び負圧面にほぼ設計通りの圧力差を生じさせ、インペラ２１に適切な回転力を付与する。
このようにして、ロータ２が良好に回転することで、作動ガスの圧力エネルギー及び熱エネルギーが効率よく回転エネルギーに変換される。 The main flow G flowing into the space S from the gas inflow portion 21a flows while expanding along the disk outer peripheral surface 22c at an appropriate angle, and flows out from the gas outflow portion 21b. At this time, in order to flow through the space S at an appropriate angle, a pressure difference substantially as designed is generated between the pressure surface and the suction surface of the blade 23 of the impeller 21, and an appropriate rotational force is applied to the impeller 21.
In this way, when the rotor 2 rotates favorably, the pressure energy and heat energy of the working gas are efficiently converted into rotational energy.

以上説明したように、エキスパンダＥ１によれば、漏れ流れｇに対して周方向速度成分Ｕ_αを付与する周方向速度成分付与手段３０を備えるので、漏れ流れｇの周方向速度成分Ｕ_ｇを変更することができる。これにより、漏れ流れｇと主流Ｇとをスムーズに合流させることが可能となり、混合損失を低減させることが可能となる。従って、タービン効率が低減することを抑止することが可能となる。
ここで、周方向速度成分付与手段３０を有しないインペラ２１の場合には、図９に示すように、漏れ流れｇの絶対速度Ｃ_ｇがＣ_ｇ１となり、周方向速度成分Ｕ_ｇ１（≒Ｕ_Ｉ／２）、軸方向速度成分Ｖ_ｇ１となる。すなわち、周方向速度成分Ｕ_ｇ１（≒Ｕ_Ｉ／２）の状態で漏れ流れｇが主流Ｇに合流すると、漏れ流れｇの周方向速度成分Ｕ_ｇと主流Ｇの周方向速度成分Ｕ_Ｇとの差分が比較的に大きくなる。これにより、ノズルベーン１８で整流・加速された主流Ｇの流れを乱し、混合損失が大きくなってタービン効率が低下してしまう。
しかしながら、エキスパンダＥ１によれば周方向速度成分付与手段３０を備えるので、漏れ流れｇに周方向速度成分Ｕ_αを付与して、漏れ流れｇの周方向速度成分Ｕ_ｇと主流Ｇの周方向速度成分Ｕ_Ｇとの差分を比較的に小さくすることができる。これにより、ノズルベーン１８で整流・加速された主流Ｇの流れを乱すことなく、混合損失を比較的に小さくしてタービン効率の低下を抑止することができる。 As described above, according to the expander E1, the circumferential velocity component applying means 30 that applies the circumferential velocity component U _α to the leakage flow g is provided, so the circumferential velocity component U _g of the leakage flow g is reduced. Can be changed. As a result, the leakage flow g and the main flow G can be smoothly merged, and the mixing loss can be reduced. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in turbine efficiency.
Here, in the case of not having the impeller 21 a circumferential velocity component adding unit 30, as shown in FIG. 9, the absolute velocity C _g is C _{g 1} next to the leakage flow g, circumferential velocity component U _{g 1} (≒ U _I / 2) and the axial velocity component V _g 1. That is, when the leakage flow g merges with the main flow G in the state of the circumferential velocity component U _g 1 (≈U _I / 2), the circumferential velocity component U _{g of} the leakage flow g and the circumferential velocity component U G of the main flow _G The difference between is relatively large. As a result, the flow of the main flow G rectified and accelerated by the nozzle vanes 18 is disturbed, the mixing loss increases, and the turbine efficiency decreases.
However, since the expander E1 includes the circumferential velocity component applying means 30, the circumferential velocity component U _α is added to the leakage flow g, and the circumferential velocity component U _{g of} the leakage flow g and the circumferential direction of the main flow G are provided. it is possible to reduce the difference between the velocity component U _G relatively. Thereby, without disturbing the flow of the main flow G rectified and accelerated by the nozzle vanes 18, the mixing loss can be made relatively small to prevent the turbine efficiency from being lowered.

また、ディスク背部２２ｂにおいて凹状に形成されて漏れ流れｇに対して周方向速度成分Ｕ_αを付与するディスク凹部３１を具備するので、ディスク凹部３１の壁面が漏れ流れｇを押圧する。これにより、単純な構成で漏れ流れｇに対して周方向速度成分Ｕ_αを付与することができる。
また、比較的に加工が容易であるので、調整が容易となって漏れ流れｇに対して適切な周方向速度成分Ｕ_αを付与することができる。 Moreover, since including a disc recess 31 which imparts a circumferential velocity component U _alpha relative to a concave shape by the leakage flow g in the disk back 22b, presses the flow g leak wall surface of the disk recess 31. Thus, it is possible to impart a circumferential velocity component U _alpha relative leakage flow g with a simple structure.
Further, since the processing is relatively is easy, it is possible to impart proper circumferential velocity component U _alpha relative leakage flow g is easily adjusted.

また、ディスク凹部３１が径方向外方側に形成されているので、隙間Ｃの下流側において漏れ流れｇに周方向速度成分Ｕ_αが付与される。これにより、漏れ流れｇが周方向速度成分Ｕ_αを付与された後に速やかに主流Ｇに合流するので、周方向速度成分Ｕ_αを付与した後にディスク２２の回転による速度変化が生じ難くなり、漏れ流れｇに対して周方向速度成分Ｕ_αを効果的に付与することができる。
また、ディスク背部２２ｂのうち径方向外方側は、径方向内方側と比較して相対的に周速度が大きくなっているので、漏れ流れｇに対して大きい周方向速度成分Ｕ_αを付与することができる。 Further, since the disk recess 31 is formed on the radially outward side, the circumferential velocity component _Uα is given to the leakage flow g on the downstream side of the gap C. Accordingly, the leakage flow g is rapidly joins the mainstream G after being granted a circumferential velocity component U _alpha, speed change according to the rotation of the disk 22 after applying a circumferential velocity component U _alpha is less likely to occur, leakage The circumferential velocity component _Uα can be effectively applied to the flow g.
Moreover, since the circumferential speed is relatively larger on the radially outer side of the disk back portion 22b than on the radially inner side, a larger circumferential speed component U _α is given to the leakage flow g. can do.

また、ディスク凹部３１がディスク背面２２ｄからディスク外周面２２ｃまで貫通しているので、漏れ流れｇが周方向速度成分Ｕ_αを付与された後に直ちに主流Ｇに合流する。これにより、周方向速度成分Ｕ_αを付与した後にディスク２２の回転による影響を与えずに漏れ流れｇに対して周方向速度成分Ｕ_αをより効果的に付与することができる。
また、ディスク外周面２２ｃ側の案内面開放端３１ｂが、ブレード２３の外端２３ａよりも径方向外方側に形成されているので、ブレード２３の性能が変化することを防止することができる。 Furthermore, merging the disc recesses 31 from the disk back 22d since penetrates to the disk outer circumferential surface 22c, immediately mainstream G after leakage flow g is assigned a circumferential velocity component U _alpha. Thus, it is possible to impart a circumferential velocity component U _alpha relative leakage flow g without affecting by the rotation of the disk 22 more effectively after applying a circumferential velocity component U _alpha.
Further, since the guide surface open end 31b on the disk outer peripheral surface 22c side is formed on the radially outward side from the outer end 23a of the blade 23, it is possible to prevent the performance of the blade 23 from changing.

また、ディスク凹部３１の背面開放端３１ａと案内面開放端３１ｂとの周方向の位置がずらされて形成されているので、漏れ流れｇを周方向に導くようにして周方向速度成分Ｕ_αを付与することができる。これにより、ディスク凹部３１の延在方向を調整することにより、周方向速度成分Ｕの強弱を調整することが容易となる。 In addition, since the circumferential positions of the back open end 31a and the guide surface open end 31b of the disk recess 31 are shifted, the circumferential velocity component U _α is set so as to guide the leakage flow g in the circumferential direction. Can be granted. Thereby, it becomes easy to adjust the strength of the circumferential speed component U by adjusting the extending direction of the disk recess 31.

また、軸方向において、ディスク凹部３１の背面開放端３１ａから案内面開放端３１ｂが見えないように形成されているので、漏れ流れｇがディスク凹部３１の壁面から周方向速度成分Ｕ_αを付与されずに軸方向に通過してしまうことを防止することができる。 Further, since the guide surface open end 31b is not seen from the back open end 31a of the disk recess 31 in the axial direction, the leakage flow g is given a circumferential velocity component U _α from the wall surface of the disk recess 31. Without passing in the axial direction.

また、周方向速度成分付与手段３０は、定格運転時において主流Ｇの絶対速度Ｃ_Ｇの周方向速度成分Ｕ_Ｇと漏れ流れｇの絶対速度Ｃ_ｇの周方向速度成分Ｕ_ｇとの差分が小さくなるように、漏れ流れｇに対して周方向速度成分Ｕ_αを付与する。これにより、漏れ流れｇと主流Ｇとが合流する際の混合損失をより低減させることが可能となり、タービン効率が低減することをさらに抑止することが可能となる。 Further, the circumferential velocity component adding unit 30 has a small difference between the circumferential velocity component U _g of the absolute velocity C _g of the circumferential velocity component U _G and leakage flow g of absolute velocity C _G of the main flow G during rated operation Thus, a circumferential velocity component _Uα is given to the leakage flow g. As a result, it is possible to further reduce the mixing loss when the leakage flow g and the main flow G merge, and to further suppress the reduction in turbine efficiency.

（第一実施形態の変形例）
以下、上述した第一実施形態の変形例について、図１０〜図１２を用いて説明する。なお、図１０〜図１２において、図１〜図９と同様の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。 (Modification of the first embodiment)
Hereinafter, modified examples of the above-described first embodiment will be described with reference to FIGS. 10 to 12, the same components as those in FIGS. 1 to 9 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

上述した構成においては、ディスク凹部３１をディスク背面２２ｄからディスク外周面２２ｃに貫通させる構成としたが、必ずしも貫通させる必要はない。例えば、図１０に示すように、ディスク背面２２ｄに有底状のディスク凹部３２を形成してもよい。 In the configuration described above, the disc recess 31 is configured to penetrate from the disc back surface 22d to the disc outer peripheral surface 22c, but it is not necessarily required to penetrate. For example, as shown in FIG. 10, a bottomed disk recess 32 may be formed on the disk back surface 22d.

また、上述した構成においては、ディスク凹部３１の背面開放端３１ａと案内面開放端３１ｂとの大きさを略同大としたが、異なる大きさで形成してもよい。例えば、図１１に示すように、案内面開放端３３ｂよりも背面開放端３３ａの開放端面積（軸方向に交差する断面における面積）を大きくしたディスク凹部３３を形成してもよい。このようにすることで、漏れ流れｇに周方向速度成分Ｕ_αを与える壁面を比較的に大きく確保することができる。これにより、漏れ流れｇに対して大きい周方向速度成分Ｕ_αを付与することができるので、漏れ流れgをよりスムーズに主流Ｇに合流させることができる。
なお、上述した案内面開放端３１ｂと同様に、案内面開放端３３ｂをブレード２３の外端２３ａよりも径方向外方側に形成することで、ブレード２３の羽根性能に影響を与えることを防止することができる。
なお、ディスク凹部３３の底面３３ｃは平面に限られることなく、曲面でもよい。 In the above-described configuration, the size of the back open end 31a and the guide surface open end 31b of the disk recess 31 is substantially the same, but they may be formed in different sizes. For example, as shown in FIG. 11, a disk recess 33 having a larger open end area (area in a cross section intersecting the axial direction) of the back surface open end 33a than the guide surface open end 33b may be formed. By doing in this way, the wall surface which gives the circumferential speed component U ( _alpha) to the leakage flow g can be ensured comparatively large. This makes it possible to impart greater circumferential velocity component U _alpha relative leakage flow g, it is possible to merge the leakage flow g more smoothly mainstream G.
Similarly to the guide surface open end 31b described above, the guide surface open end 33b is formed radially outward from the outer end 23a of the blade 23 to prevent the blade performance of the blade 23 from being affected. can do.
The bottom surface 33c of the disk recess 33 is not limited to a flat surface, but may be a curved surface.

また、上述した構成においては、ディスク背面２２ｄからディスク外周面２２ｃに貫通させたディスク凹部３１を用いる構成としたが、例えば、図１２に示すように、径方向内方側から径方向外方側まで延在して、貫通部を構成するディスク凹部３１に連通するディスク側ガイド溝部３４ａを形成してもよい。すなわち、ディスク凹部３１とディスク側ガイド溝部３４ａとの全体をディスク凹部３４（周方向速度成分付与手段３０）とすることで、ディスク側ガイド溝部３４ａが径方向内方側からディスク凹部３１に漏れ流れｇを導くので、ディスク凹部３１へ漏れ流れｇをスムーズに導入することができる。
また、ディスク凹部３１に漏れ流れｇを導く過程において、ディスク側ガイド溝部３４ａの壁面が漏れ流れｇを押圧し、また、ディスク側ガイド溝部３４ａが漏れ流れｇを沿わして流すことで周方向速度成分を付与することができるので、漏れ流れｇに対して大きい周方向速度成分Ｕ_αを付与することができる。 Further, in the above-described configuration, the disk recess 31 that penetrates from the disk back surface 22d to the disk outer peripheral surface 22c is used. For example, as shown in FIG. 12, from the radially inner side to the radially outer side, A disc-side guide groove 34a that extends to the end and communicates with the disc recess 31 that forms the penetrating portion may be formed. That is, the entire disc recess 31 and the disc-side guide groove 34a serve as the disc recess 34 (circumferential velocity component applying means 30), so that the disc-side guide groove 34a leaks into the disc recess 31 from the radially inner side. Since g is guided, the leakage flow g can be smoothly introduced into the disk recess 31.
Further, in the process of guiding the leakage flow g to the disk recess 31, the wall surface of the disk-side guide groove 34a presses the leakage flow g, and the disk-side guide groove 34a flows along the leakage flow g, thereby causing a circumferential speed. it is possible to impart components, it can impart a high circumferential velocity component U _alpha relative leakage flow g.

また、上述した構成においては、径方向外方側の外周端に形成したディスク凹部３１を用いる構成としたが、例えば、図１２に示すように、径方向の内方側に形成したディスク凹部３５を単独、又は、上述したディスク凹部３１〜３４と重畳的に設けてもよい。 In the above-described configuration, the disk recess 31 formed at the outer peripheral end on the radially outer side is used. For example, as shown in FIG. 12, the disk recess 35 formed on the radially inner side. May be provided alone or in a superimposed manner with the disk recesses 31 to 34 described above.

また、上述した構成においては、図７に示すように、ディスク凹部３１を軸方向に対して斜めの方向に直線状に延在させたが、図１３に示すように、軸方向に対して斜めの方向に曲線状（円弧状）に延在させたディスク凹部３６のように構成してもよい。 Further, in the configuration described above, as shown in FIG. 7, the disk recess 31 is linearly extended in a direction oblique to the axial direction. However, as shown in FIG. Alternatively, it may be configured as a disk recess 36 that extends in a curved line (arc shape) in the direction of.

また、上述した構成においては、ディスク凹部３１を略螺旋状に形成して背面開放端３１ａと案内面開放端３１ｂとを寸法Ｌ（Ｌ´）だけずらして形成したが、必ずしもずらして形成する必要はなく、軸方向に一部を重ねて形成してもよい。 In the above-described configuration, the disk recess 31 is formed in a substantially spiral shape, and the back surface open end 31a and the guide surface open end 31b are shifted by a dimension L (L '). Instead, it may be formed by overlapping a part in the axial direction.

（第二実施形態）
図１４は、本発明の第二実施形態に係るエキスパンダＥ２の要部拡大断面図である。なお、図１４おいて、図１〜図１３と同様の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。 (Second embodiment)
FIG. 14 is an enlarged cross-sectional view of a main part of an expander E2 according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 14, the same components as those in FIGS. 1 to 13 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図１４に示すように、エキスパンダＥ２は、凹状に形成された複数のステータ凹部（連通部）４１からなる周方向速度成分付与手段４０を備えている。
複数のステータ凹部４１は、ステータ対向部１ｂのうちインペラ２１のディスク２２の外周端に対向する内周壁１ｄに、環状に形成されている。
このステータ凹部４１は、隙間Ｃとリターンベンド１１ｃ，１２ｃとをそれぞれ連通させており、始端面（始端）４１ａから、リターンベンド１１ｃ，１２ｃに開放された戻り流路開放端４１ｂまで、回転軸２０に沿った螺旋の一部のように延在している（図７参照）。 As shown in FIG. 14, the expander E 2 includes a circumferential speed component applying unit 40 including a plurality of stator concave portions (communication portions) 41 formed in a concave shape.
The plurality of stator recesses 41 are formed in an annular shape on the inner peripheral wall 1d facing the outer peripheral end of the disk 22 of the impeller 21 in the stator facing portion 1b.
The stator recess 41 allows the gap C and the return bends 11c and 12c to communicate with each other. From the start end surface (start end) 41a to the return flow path open end 41b opened to the return bends 11c and 12c, the rotating shaft 20 It extends like a part of a spiral along (see FIG. 7).

このステータ凹部４１は、上述したディスク凹部３１と同様に、始端面４１ａと戻り流路開放端４１ｂとの周方向の位置がずらされて形成されており、軸方向において始端面４１ａから戻り流路開放端４１ｂが見えないように形成されている。 Similar to the disk recess 31 described above, the stator recess 41 is formed by shifting the circumferential positions of the start end face 41a and the return flow path open end 41b, and from the start end face 41a in the axial direction. The open end 41b is formed so as not to be seen.

この構成によれば、ステータ対向部１ｂ（１ｄ）において凹状に形成されて漏れ流れｇに対して周方向速度成分Ｕ_αを付与するステータ凹部４１を具備するので、漏れ流れｇがステータ凹部４１の壁面に沿って流れる。これにより、単純な構成で漏れ流れｇに対して周方向速度成分Ｕ_αを付与することができる。 According to this configuration, since provided with a stator recess 41 which imparts a circumferential velocity component U _alpha is formed in a concave shape in the stator opposing portion 1b (1d) with respect to the leakage flow g, leakage flow g is the stator recess 41 Flows along the wall. Thus, it is possible to impart a circumferential velocity component U _alpha relative leakage flow g with a simple structure.

また、ステータ凹部４１が径方向外方側に形成されているので、隙間Ｃの下流側において漏れ流れｇに周方向速度成分Ｕ_αが付与される。
これにより、漏れ流れｇが周方向速度成分Ｕ_αを付与された後に速やかに主流Ｇに合流するので、漏れ流れｇに対して周方向速度成分Ｕ_αを効果的に付与することができる。 Further, since the stator recess 41 is formed on the radially outer side, the circumferential velocity component U _α is given to the leakage flow g on the downstream side of the gap C.
Thus, since the joins the rapidly mainstream G after leakage flow g is assigned a circumferential velocity component U _alpha, it can effectively impart a circumferential velocity component U _alpha relative leakage flow g.

また、ステータ凹部４１が隙間Ｃに形成された始端面４１ａからリターンベンド１１ｃ，１２ｃに開放された戻り流路開放端４１ｂまで延在するので、漏れ流れｇが周方向速度成分Ｕ_αを付与された後に直ちに主流Ｇに合流する。これにより、漏れ流れｇに対して周方向速度成分Ｕ_αをより効果的に付与することができる。 Also, the return bend 11c from the starting surface 41a of the stator recess 41 is formed in the gap C, so extend to open the return flow path opening end 41b to 12c, the leakage flow g is given a circumferential velocity component U _alpha Immediately after that, it joins the mainstream G. Thereby, the circumferential velocity component _Uα can be more effectively applied to the leakage flow g.

また、始端面４１ａと戻り流路開放端４１ｂとの周方向の位置がずらされて形成されているので、漏れ流れｇを周方向に導くようにして周方向速度成分Ｕ_αを付与することができる。これにより、貫通部の延在方向を調整することにより、周方向速度成分Ｕ_αの強弱を調整することが容易となる。 Further, since the circumferential position of the return channel open end 41b and the starting end face 41a is formed is offset, that in the direct leakage flow g in the circumferential direction to impart a circumferential velocity component U _alpha it can. Thus, by adjusting the extending direction of the through portion, it becomes easy to adjust a circumferential speed strength component U _alpha.

また、軸方向において、ステータ凹部４１の始端面４１ａから戻り流路開放端４１ｂが見えないように形成されているので、漏れ流れｇが、ステータ凹部４１の壁面から周方向速度成分Ｕ_αを付与されずに軸方向に通過してしまうことを防止することができる。 Further, in the axial direction, the return flow path open end 41 b is formed so as not to be seen from the start end surface 41 a of the stator recess 41, so that the leakage flow g gives a circumferential velocity component U _α from the wall surface of the stator recess 41. It is possible to prevent passage in the axial direction without being performed.

（第二実施形態の変形例）
以下、上述した第二実施形態の変形例について、図１５を用いて説明する。なお、図１５において、図１〜図１４と同様の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。 (Modification of the second embodiment)
Hereinafter, a modification of the above-described second embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 15, the same components as those in FIGS. 1 to 14 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

上述した構成においては、ステータ凹部４１を始端面４１ａからリターンベンド１１ｃ，１２ｃに連通させた構成としたが、例えば、図１５に示すように、径方向内方側から径方向外方側まで延在して、ステータ凹部４１に連通するステータ側ガイド溝部４２ａを形成してもよい。すなわち、ステータ凹部４１及びステータ側ガイド溝部４２ａの全体をステータ凹部４２とすることで、ステータ側ガイド溝部４２ａが径方向内方側からステータ凹部４１に漏れ流れｇを導くので、ステータ凹部４１へ漏れ流れｇをスムーズに導入することができる。 In the above-described configuration, the stator recess 41 is configured to communicate with the return bends 11c and 12c from the start end surface 41a. For example, as illustrated in FIG. 15, the stator recess 41 extends from the radially inner side to the radially outer side. There may be formed a stator side guide groove 42 a communicating with the stator recess 41. That is, since the stator concave portion 41 and the stator side guide groove portion 42a are the entire stator concave portion 42, the stator side guide groove portion 42a guides the leakage flow g from the radially inner side to the stator concave portion 41. The flow g can be introduced smoothly.

また、上述した構成においては、径方向の内方側の内周壁１ｄにステータ凹部４１を形成したが、例えば、図１５に示すように、径方向の内方側に形成したステータ凹部４３を単独、又は、ステータ凹部４１，４２と重畳的に用いる構成にしてもよい。 Further, in the configuration described above, the stator recess 41 is formed on the inner wall 1d on the radially inner side. For example, as shown in FIG. 15, the stator recess 43 formed on the radially inner side is provided alone. Alternatively, it may be configured to be used in a superimposed manner with the stator recesses 41 and 42.

また、上述した構成においては、ステータ凹部４１〜４３で周方向速度成分付与手段４０を構成したが、ステータ凹部４１〜４３のうち少なくとも一つと、ディスク凹部３１〜３６のうち少なくとも一つとを重畳的に用いて周方向速度成分付与手段を構成してもよい。 In the above-described configuration, the circumferential speed component applying means 40 is configured by the stator recesses 41 to 43. However, at least one of the stator recesses 41 to 43 and at least one of the disk recesses 31 to 36 are superimposed. May be used to constitute a circumferential speed component applying means.

なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、漏れ流れｇに対して周方向速度成分Ｕ_αをどの程度付与するかはロータ２（インペラ２１）の回転速度や主流Ｇの絶対速度Ｃ_Ｇの周方向速度成分Ｕ_ｇによって定まる相対的なものである。すなわち、漏れ流れｇの周方向速度成分Ｕ_ｇが主流Ｇの周方向速度成分Ｕ_Ｇよりも大きい場合には、負の周方向速度成分Ｕ_αを付与する構成としてもよい。
なお、漏れ流れｇの絶対速度Ｃ_ｇの周方向速度成分Ｕ_ｇと主流Ｇの絶対速度Ｃ_Ｇの周方向速度成分Ｕ_ｇとは必ずしも同一にする必要はなく、双方の差分を小さくすれば混合損失を低減させて、タービン効率の低下を抑止することが可能である。 Note that the operation procedure shown in the above-described embodiment, various shapes and combinations of the constituent members, and the like are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
For example, the degree to which the circumferential speed component U _{α is applied} to the leakage flow g is a relative value determined by the rotational speed of the rotor 2 (impeller 21) and the circumferential speed component U _g of the absolute velocity _CG of the main flow _G. Is. That is, when the circumferential velocity component U _{g of} the leakage flow g is larger than the circumferential velocity component U _{G of the} main flow _G , a negative circumferential velocity component U _α may be applied.
It is not always necessary to be same as the circumferential velocity component U _g of the absolute velocity C _G of the circumferential velocity component U _g and mainstream G of the absolute velocity C _g of leakage flow g, by decreasing both the differential mixing It is possible to reduce the loss and suppress the decrease in turbine efficiency.

上述した実施の形態においては、エキスパンダＥ１，Ｅ２に本発明を適用する構成としたが、他の半径流ターボ機械（例えば、水車等）に本発明を適用してもよい。 In the above-described embodiment, the present invention is applied to the expanders E1 and E2. However, the present invention may be applied to other radial flow turbomachines (for example, a water turbine).

また、上述した実施の形態においては、二つのエキスパンダセクション１１，１２を有するエキスパンダＥ１，Ｅ２に本発明を適用する構成としたが、エキスパンダセクションが一つのみ構成されたエキスパンダ、あるいは、エキスパンダセクションが三つ以上構成されたエキスパンダに本発明を適用することも可能である。
また、上述した実施の形態においては、作動流体として作動ガス（気体）を用いて説明したが、液体でも構わない。 In the above-described embodiment, the present invention is applied to the expanders E1 and E2 having the two expander sections 11 and 12. However, an expander in which only one expander section is configured, or It is also possible to apply the present invention to an expander having three or more expander sections.
Moreover, in embodiment mentioned above, although demonstrated using working gas (gas) as a working fluid, a liquid may be sufficient.

また、上述した実施の形態では、所謂クローズドインペラと称されるシュラウド２４を備えるインペラ２１を用いたが、シュラウド２４を省略した所謂オープンインペラを用いてもよい。 In the above-described embodiment, the impeller 21 including the shroud 24 referred to as a so-called closed impeller is used. However, a so-called open impeller in which the shroud 24 is omitted may be used.

また、上述した実施の形態では、インペラ２１を総計八段に構成したが、複数段であれば本発明を適用することが可能である。 Further, in the above-described embodiment, the impeller 21 is configured to have a total of eight stages, but the present invention can be applied to a plurality of stages.

また、上述した実施の形態では、ディスク凹部３１とステータ凹部４１とを、径方向に開放された溝状に形成したが、貫通孔状に形成してもよい。 Further, in the embodiment described above, the disk recess 31 and the stator recess 41 are formed in a groove shape opened in the radial direction, but may be formed in a through hole shape.

１…ステータ
１ｂ…ステータ対向部
２…ロータ
１０…ケーシング
１１ｃ，１２ｃ…リターンベンド（戻り流路）
１３，１４Ａ〜１４Ｈ，１５Ａ，１５Ｂ…ダイヤフラム
２０…回転軸
２１（２１Ａ〜２１Ｈ）…インペラ
２１ａ…ガス流入部（主流流入部）
２１ｂ…ガス流出部（主流排出部）
２２…ディスク
２２ａ…ディスク先端部
２２ｂ…ディスク背部
２２ｃ…ディスク外周面（ディスク案内面）
２２ｄ…ディスク背面
２３…ブレード
２３ａ…外端
３０，４０…周方向速度成分付与手段
３１〜３６…ディスク凹部
３１ａ，３３ａ…背面開放端
３１ｂ、３３ｂ…案内面開放端
３４ａ…ディスク側ガイド溝部
４１〜４３…ステータ凹部
４１ａ…始端面（始端）
４１ｂ…流路開放端
４２…ステータ凹部
４２ａ…ステータ側ガイド溝部
Ｃ_Ｇ…主流の絶対速度
Ｃ_ｇ…漏れ流れの絶対速度
Ｅ１，Ｅ２…エキスパンダ
Ｕ_Ｇ…主流の絶対速度の周方向速度成分
Ｕ_ｇ…漏れ流れの絶対速度の周方向速度成分
Ｃ…隙間 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Stator 1b ... Stator opposing part 2 ... Rotor 10 ... Casings 11c, 12c ... Return bend (return flow path)
13, 14A-14H, 15A, 15B ... Diaphragm 20 ... Rotating shaft 21 (21A-21H) ... Impeller 21a ... Gas inlet (mainstream inlet)
21b ... Gas outflow part (main discharge part)
22 ... Disc 22a ... Disc tip 22b ... Disc back 22c ... Disc outer peripheral surface (disc guide surface)
22d ... disk back surface 23 ... blade 23a ... outer ends 30, 40 ... circumferential speed component applying means 31-36 ... disk recesses 31a, 33a ... back surface open ends 31b, 33b ... guide surface open end 34a ... disk side guide groove 41- 43 ... Stator recess 41a ... Start end surface (start end)
41b ... flow path open end 42 ... stator recess 42a ... absolute velocity of the stator-side guide groove portion C G _... mainstream absolute velocity C g _... leakage flow E1, E2 ... expander U G _... mainstream absolute velocity of the circumferential velocity component U _g ... Circumferential velocity component C of the absolute velocity of the leak flow C ... Clearance

Claims

回転軸と該回転軸に軸方向に多段に設けられた複数のインペラとを備えるロータと、
前記複数のインペラを区画収容すると共に相互に隣接する二つのインペラのうち上流側から排出された主流を下流側に流入させる戻り流路が形成されたステータとを備え、
前記インペラは、前記回転軸が貫通したディスク及び該ディスクから延出する複数のブレードを具備し、半径方向外周側の主流流入部から流入する主流を軸方向一方側の主流排出部から排出する構成とされており、
前記インペラのディスクの軸方向他方側に延在するディスク背部と、前記ステータのうち前記ディスク背部に対向するステータ対向部との隙間に設けられ、該隙間において前記インペラの主流流入部に向かう漏れ流れに対して周方向速度成分を付与する周方向速度成分付与手段を備えることを特徴とする半径流ターボ機械。 A rotor comprising a rotating shaft and a plurality of impellers provided in multiple stages in the axial direction on the rotating shaft;
A stator in which a plurality of impellers are divided and accommodated, and a return flow path is formed in which a main flow discharged from the upstream side of two adjacent impellers flows into the downstream side.
The impeller includes a disk through which the rotating shaft passes and a plurality of blades extending from the disk, and discharges the main flow flowing in from the main flow inflow portion on the radially outer peripheral side from the main flow discharge portion on the one axial side. And
Leakage flow toward a main flow inflow portion of the impeller provided in a gap between a disc back portion extending on the other axial side of the impeller disc and a stator facing portion of the stator facing the disc back portion. A radial flow turbomachine characterized by comprising circumferential speed component applying means for applying a circumferential speed component to the cylinder.

前記周方向速度成分付与手段は、前記ディスク背部において凹状に形成されて前記漏れ流れに対して周方向速度成分を付与するディスク凹部を具備することを特徴とする請求項１に記載の半径流ターボ機械。 2. The radial flow turbocharger according to claim 1, wherein the circumferential speed component applying unit includes a disk recess that is formed in a concave shape at the back of the disk and applies a circumferential speed component to the leakage flow. machine.

前記ディスク凹部は、径方向外方側に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半径流ターボ機械。 The radial flow turbomachine according to claim 2, wherein the disk recess is formed on a radially outward side.

前記ディスク凹部は、ディスク背面から、前記ブレードが複数延出して前記主流を前記主流排出部に案内するディスク案内面まで貫通する貫通部を有し、
前記貫通部の前記ディスク案内面側の案内面開放端が前記ブレードの外端よりも径方向外方側に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の半径流ターボ機械。 The disc recess has a through portion that penetrates from the back of the disc to a disc guide surface that extends a plurality of the blades and guides the main flow to the main flow discharge portion,
4. The radial flow turbomachine according to claim 3, wherein a guide surface open end of the penetrating portion on the disk guide surface side is formed on a radially outward side from an outer end of the blade.

前記貫通部は、前記ディスク背面側の背面開放端が前記ディスク案内面側の案内面開放端よりも開放端断面積が大きく形成されていることを特徴とする請求項４に記載の半径流ターボ機械。 5. The radial flow turbocharger according to claim 4, wherein the through-hole has a larger open end cross-sectional area at a back open end on the back side of the disc than at a guide surface open end on the disc guide surface side. machine.

前記貫通部は、前記ディスク背面側の背面開放端と前記ディスク案内面側の案内面開放端との周方向の位置がずらされて形成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の半径流ターボ機械。 6. The penetrating portion is formed by shifting a circumferential position between a rear open end on the disc rear side and a guide surface open end on the disc guide surface side. Radial flow turbomachine.

前記貫通部は、軸方向において、前記ディスク背面側の背面開放端から前記ディスク案内面側の案内面開放端が見えないように形成されていることを特徴とする請求項６に記載の半径流ターボ機械。 The radial flow according to claim 6, wherein the through-hole is formed so that the guide surface open end on the disc guide surface side cannot be seen from the back open end on the disc back side in the axial direction. Turbo machine.

前記ディスク凹部は、径方向内方側から径方向外方側まで延在して前記貫通部に連通するディスク側ガイド溝部を有し、
該ディスク側ガイド溝部は、径方向内方側から前記貫通部に前記漏れ流れを導くことを特徴とする請求項４から７のうちいずれか一項に記載の半径流ターボ機械。 The disk recess has a disk-side guide groove extending from a radially inner side to a radially outer side and communicating with the penetrating part,
The radial flow turbomachine according to any one of claims 4 to 7, wherein the disk-side guide groove portion guides the leakage flow from a radially inner side to the penetration portion.

前記周方向速度成分付与手段は、前記ステータ対向部において凹状に形成されて前記漏れ流れに対して周方向速度成分を付与するステータ凹部を具備することを特徴とする請求項１から８のうちいずれか一項に記載の半径流ターボ機械。 The said circumferential direction speed component provision means comprises the stator recessed part which is formed in the concave shape in the said stator opposing part, and provides the circumferential direction speed component with respect to the said leak flow, Any one of Claim 1 to 8 characterized by the above-mentioned. A radial flow turbomachine according to claim 1.

前記ステータ凹部は、径方向外方側に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の半径流ターボ機械。 The radial flow turbomachine according to claim 9, wherein the stator recess is formed on a radially outward side.

前記ステータ凹部は、前記隙間に形成された始端から前記戻り流路に開放された戻り流路開放端まで延在して前記隙間と前記戻り流路とを連通させる連通部を有することを特徴とする請求項１０に記載の半径流ターボ機械。 The stator recess has a communication portion that extends from a start end formed in the gap to a return flow path open end that is open to the return flow path, and communicates the gap and the return flow path. A radial flow turbomachine according to claim 10.

前記連通部は、前記始端と前記戻り流路開放端との周方向の位置がずらされて形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の半径流ターボ機械。 The radial flow turbomachine according to claim 11, wherein the communication portion is formed by shifting a circumferential position between the start end and the return flow path open end.

前記連通部は、軸方向において、前記始端から前記戻り流路開放端が見えないように形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の半径流ターボ機械。 The radial flow turbomachine according to claim 12, wherein the communication portion is formed so that the return flow path open end cannot be seen from the start end in the axial direction.

前記ステータ凹部は、径方向内方側から径方向外方側まで延在して前記連通部に連通するステータ側ガイド溝部を有し、
該ステータ側ガイド溝部は、径方向内方側から前記連通部に前記漏れ流れを導くことを特徴とする請求項１１から１３のうちいずれか一項に記載の半径流ターボ機械。 The stator recess has a stator side guide groove extending from a radially inner side to a radially outer side and communicating with the communicating portion,
The radial flow turbomachine according to any one of claims 11 to 13, wherein the stator side guide groove portion guides the leakage flow from a radially inward side to the communication portion.

前記周方向速度成分付与手段は、定格運転時において前記主流の絶対速度の周方向速度成分と前記漏れ流れの絶対速度の周方向速度成分との差分が小さくなるように、前記漏れ流れに対して周方向速度成分を付与することを特徴とする請求項１から１４のうちいずれか一項に記載の半径流ターボ機械。 The circumferential speed component applying means is adapted to reduce the difference between the circumferential speed component of the mainstream absolute speed and the circumferential speed component of the absolute velocity of the leakage flow during rated operation. The radial flow turbomachine according to claim 1, wherein a circumferential velocity component is applied.