JP3184980B2 - ターボ流体機械用うず巻形ケーシング - Google Patents

ターボ流体機械用うず巻形ケーシング

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、圧縮機の円板状デイフユーザ又はタービン
の入口環状空間にありかつうず巻室断面に対して非対称
に設けられる半径流又は斜流扁平環状空間を持ち、かつ
ほぼ一定の基礎円直径Dzを持つ、ターボ流体機械用うず
巻形ケーシングに関する。
米国特許第3380711号明細書から、セパレータ（図３
参照）を上流側に設けられる半径流タービンの入口うず
巻室が公知である。ここではうず巻形ケーシングは、一
定の内側半径又は基礎円半径を持ちかつ軸線方向に合わ
される流れ断面では一定の外側半径を持つうず巻室のみ
を形成している。うず巻き始め範囲における円形断面へ
の移行部における外側半径の減少について、ここには示
されていない。
ECK,Bruno:“Ventilatoren",Springer−Verlag Berli
n,Heidelberg u.a,5.Aufl.,1992,S.211,224の図１から
公知の従来技術では、うず巻室は長方形又は円形の断面
を持つように構成され、圧縮機ではうず巻き始めに達す
るとデイフユーザへ移行し、このデイフユーザが大抵の
場合円錐状デイフユーザとして構成されている。この場
合基礎円半径rzは大抵の場合ほぼ一定で、うず巻室に設
けられる扁平環状空間の外側半径rsに等しい。その際う
ず巻き始めの範囲に最適な流れ状態が生ずる。円形断面
では、高い圧力においてうず巻室が円筒状外側ケーシン
グにより包囲され、比較的大きい半径rA maxのためこの
外側ケーシングが大きい内径を持たねばならない場合、
この大きい半径rA maxが特に構造費を高くする。
扁平環状空間rsの所定の外側半径において大きい半径
rA maxを減少するため、ECK,Bruno:“Ventilatoren",Sp
ringer−Verlag Berlin,Heidelberg u.a.,5.Aufl.,199
2,S.213の図２から公知の従来技術によれば、うず巻室
断面の増大につれて基礎円直径rzが内方へ移され（rz＜
rs）、外側半径rAが一定に保たれる。
その際圧縮機では扁平環状空間の端部まで半径の増大
につれて角運動量の法則により減速される流れが、続い
て小さい半径へ移行する際角運動量の法則により再び加
速されねばならないので、うず巻室内に不利な流れ状態
が生ずる。
しかし内側輪郭の曲率半径rkにより形成される円の中
心はもはや羽根車軸線Ａ上になく、内側輪郭の湾曲はし
ばしば不連続な経過をとるので、角運動量の法則とは異
なるわかりにくい流れ状態がうず巻き始め範囲Ｚにも生
ずる。
ECK,Bruno:“Ventilatoren",Springer−Verlag Berli
n,Heidelberg u.a.,5.Aufl.,1992,S.214から公知の従来
技術により一定の基礎円半径rz及び周囲における一定の
外側半径rAを持つ軸線方向うず巻室では、その図３に従
つて、うず巻室断面の軸線方向長さＬを周方向に増大す
る容積流量に合わせることにより、うず巻室の巻き付き
角の大部分において角運動量の法則が実現されるが、
うず巻き始め範囲にはわかりにくい状態が生ずる。
本発明の課題は、最後にあげた従来技術の前述した欠
点を回避し、僅かな構造費で高い流れ効率を保証すると
いう点ですぐれているうず巻形ケーシングを提供するこ
とである。
この課題の解決は、請求項１にあげた特徴によつて行
われる。縦属請求項２及び３には、装置の有利な構成が
示されている。
本発明によりこれは、ほぼ一定の基礎円直径で、周方
向にうず巻き始め範囲Ｉ〜IIに続く範囲II〜IIIにおい
てうず巻室断面がほぼ一定であり、特定の外径DA＝DGに
達した後軸線方向にのみ増大することによつて、達せら
れる。
非対称流入によりうず巻室に生ずる通路うずの形成に
関する最適な状態は、半径RG＝（rG−rz）/2を持つ円面
積が、うず巻室の引続く範囲で、軸線に対して直角に２
つの半円面積RG 2・π/2に分割され、これらの半円面積
の間に長方形面積2RG・Ｌが挿入され、巻き付き角の
増大につれてこの長方形面積が、一定の半円面積RG 2・
π/2及び一定の半径方向長さ2RGで、Ｌに関して軸線方
向に次第に大きくなる場合に、生ずる。
一定の基礎円直径及び半円状軸線方向区画壁を持つ本
発明のうず巻室では、うず巻き始めで流れが最適に形成
される。この場合うず巻き始めの始端が下側及び上側で
同軸的に延び、うず巻室接続管片への開口個所における
接線へ周方向に連続的に移行していると、特に有利であ
る。
うず巻室部分に続くデイフユーザにおける最適な圧力
変換は、このデイフユーザが直線的な軸線を持つように
構成され、うず巻室部分の端部断面から円形断面へ連続
的に移行している場合に、行われる。
圧縮機についてここに述べたうず巻形ケーシングの構
成は、流れ方向を逆にすれば、半径流タービンのうず巻
形ケーシングにも適用される。
本発明の実施例が概略的な図面に示されている。
図１は、従来技術により一定の基礎円直径を持つ円形
うず巻室の２つの断面を示し、 図２は、従来技術により一定の外径と内方へ移るうず
巻室断面とを持つうず巻室の２つの断面を示し、 図３は、従来技術により全周にわたつて一定の外径及
び基礎円直径を持ちかつ軸線方向に増大するうず巻室断
面を持つうず巻室の２つの断面を示し、 図４は、本発明によりうず巻室断面が展開するうず巻
室の縦断面を示し、 図５は、図４によるうず巻室の横断面を示し、 図６は、うず巻室に続く終端デイフユーザの断面を示
し、 図７は、終端デイフユーザへの移行範囲におけるうず
巻き始めの展開を横断面で示し、 図８は、図７のＩ−ＩとII−IIとの間におけるうず巻
室断面の展開を縦断面で示している。
上記の図について以下に簡単に説明する。
図１は、一定の基礎円半径rzを持つ、従来技術による
うず巻室２を示している。上流側に設けられる円板状デ
イフユーザ１は、基礎円rzにより内方に対して区画され
るうず巻室２の内側にある。うず巻室断面は巻き付き角
の増大につれて増大し、従つて外側半径raも値rA maxま
で増大し、この値に達した後円錐状デイフユーザ３が続
いている。
図２は、一定の外側半径半径rA及び変化する基礎円半
径rzを持つ、従来技術によるうず巻室２を示している。
上流側に設けられる円板状デイフユーザ１は、うず巻き
始めＺを別として、うず巻室２の内側区画壁rzより大き
い外側半径rsを持つている。rkはうず巻室の内側輪郭の
変化する曲率半径を示している。うず巻室２と出口接続
管片３との間の移行部でうず巻き始め範囲Ｚに、わかり
にくい流れ状態が生ずる。
図３は、同様にうず巻き始め範囲Ｚにわかりにくい流
れ状態を持つ、従来技術による、軸線方向に従来技術す
るうず巻室を示している。
図４は本発明によるうず巻室を示し、円板状デイフユ
ーザ１に続いてうず巻室２の断面ＩないしIIIにおい
て、図１によるうず巻室におけるような展開が行われ
る。このようなうず巻室は、外側半径rA maxの所におけ
る断面IVまで延びることになる。しかし軸線方向区画壁
としての半径RGを持つ２つの半円及びその間に挿入され
る面積2RG・Ｌの長方形の形の本発明による構成によつ
て、外側半径rAはrG以上には増大しない。
図５は本発明による図４のうず巻室の横断面を示し、
これから異なる周区域Ｉ−II,II−III,III−IVがわか
る。
図６は終端デイフユーザ３を図５の矢印５の方向に見
た図を示し、矢印Ａの方向に見た図は本発明による始端
部分を示し、矢印Ｂの方向に見た図は通常の円形の終端
部分を示している。
図７は、図５の区域Ｉ−IIにおけるうず巻き始め４の
詳細を示している。
図８は、うず巻き始め４の展開を半径断面で示し、こ
のうず巻き始めの上縁５は、軸線に対して平行な方向か
ら、円面積３の円形区画壁に対する接線の方向Ｔまで、
次第に傾斜している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トウランスキー， ルボミール ドイツ連邦共和国 デー‐46145 オー ベルハウゼン ヴイルヘルムプラツツ５ (56)参考文献 特開 昭62−276296（ＪＰ，Ａ) 実開 昭54−101504（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−185897（ＪＰ，Ｕ) スイス国特許発明286975（ＣＨ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F04D 29/44 F01D 9/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ほぼ一定の基礎円半径rZを持つうず巻室
    （２）と、うず巻室（２）の外径rAが最小のうず巻室断
    面から始まってうず巻室周囲にわたって連続的に増大し
    かつうず巻室断面が上流側に設けられる扁平環状空間
    （１）に対して非対称に設けられている円形断面となる
    ように次第に移行する第１の部分と、うず巻室断面を軸
    線方向に広げながらうず巻室（２）の外側半径rAが一定
    の値rGを持つ第２の部分と、出口接続管片（３）と、う
    ず巻室（２）と出口接続管片（３）との間に設けられる
    うず巻始め（４）とを有し、 うず巻室（２）の一定の外側半径rGに達した後にうず巻
    室断面が、軸線の両側で、半径 RG＝（rG−rZ）/2 を持つ半円面積により区画され、 これらの半円面積の間に、外側及び内側で同一面をなし
    て終る長方形面積2RG・Ｌ（Ｌは長方形面の軸線方向長
    さ）が設けられ、 上流側に設けられる扁平環状空間（１）に近い方にある
    うず巻き始め（４）の下側（b,d）、及び出口接続管片
    （３）に近い方にあるうず巻き始め（４）の上側（５又
    はa,c）が、うず巻室始端で同軸的に延び、上側（５又
    はa,c）が、うず巻室（21）の軸線方向に対して傾斜し
    ながら、出口管片（３）へのうず巻室（21）の開口個所
    に対する接続へ連続的に移行している、ターボ機械用う
    ず巻形ケーシング。
  2. 【請求項２】うず巻室（２）から出口接続管片（３）へ
    の移行個所において、外側半径RGを持つ長円形断面から
    円形断面への連続的な移行が行われることを特徴とす
    る、請求項１に記載のうず巻形ケーシング。
  3. 【請求項３】逆の流れ方向を持つ半径流膨張機用にうず
    巻ケーシングを使用する場合、出口接続管片（３）が入
    口接続管片であり、上流側の扁平環状空間（１）が下流
    側の扁平環状空間であることを特徴とする、請求項１に
    記載のうず巻形ケーシング。
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