JPS58133403A - 流体機械の羽根付き流過通路内の二次流損失を減少するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、流体機械の羽根付き流過通路内の二次流損失
を減少するための装置であって、前記流過通路が、周方
向で隣接する２つの羽根の間においてそれぞれ、少なく
とも一方の通路壁に湾曲部を有しており、該湾曲部は、
羽根吸込側に沿って、かつ羽根吐出側から間隔を置いて
延びていてかつ通路後方範囲において最高部区域を有し
ており、さらに前記湾曲部が横方向で連続的に下降して
いる形式のものに関する。

英国特許第１１３２２５Ｑ号明細書において公知である
このような形式の装置は、通路入口から通路後方半部に
位置する流過横断面積最小個所まで先細にされる通路が
設けられている。

このような通路に存在する湾曲部は、羽根吸込側への横
勾配を有する縦方向に延びるくぼみである。このような
くぼみによって圧力流過横断面が増大され、該横断面増
大によってここでの静圧は高くなりかつこのことによっ
て通路の羽根吐出側と羽根吸込側との間の静圧差、要す
るに横方向圧力降下が減少する。通路内の二次流あるい
は線流損失又は縁に形成される渦流は、通路内に流入し
かつ通路壁において生じる境界層（壁近くの摩擦層）を
横方向圧力降下によって移動して、羽根吸込側に到達さ
せる流れ、つまり通路壁境界層の中核流に対して斜めの
横流（二次流）が吸込側における境界層を拡大すること
によって惹起される。このばあい発生する周知の壁側渦
流は、とりわけ、小さい縦横比（羽根全長二羽根拡長）
を有する羽根のばあいには、エネルギー変換効率に著し
く影響を及ぼす。横方向圧力降下の周知の減少によって
、このような壁側渦流もしくは二次流損失は減少される
。

しかしながらこのようなくぼみの構成には次のような欠
点がある。つまりくぼみが通路入口から、周知の後方の
流過横断面積最小個所の区域に位置する最深区域まで凸
面状に勾配を成すので、このことによって通路入口から
前記最小個所区域まで加速する流体がなお強く加速され
ることである。このことによって、くぼみによって達成
される圧力上昇は大体において、＜　Ｇｆみの最深区域
によって拡大された圧力流過横断面及びくぼみの凹面状
の延びによって速度を減少する最小個所の区域で限定さ
れており、これに対して周知の上昇する加速度の範囲に
沿って圧力降下が増大されかつ要するに所属の横方向圧
力降下が増大される。要するに横方向圧力降下の周知の
減少は、大体におＩ、ｚで、比較的短くかつさらに通路
の後方半部に位置してし）る最／１１個所の区域でしか
達成されず、従って周知の二次流の渦あるいは二次流の
損失は比較的わず力）しか減少させることができなし）
。さらに、く番チみは、はとんど所望の深さで形成する
こと力；できず、しかも所定の構成理由から、とりわ番
す羽根の扁平形状あるいは類似のものが適当な厚さでな
いので所望の深さで形成することができないという欠点
がある。

英国特許第９４４１６６号明細書におし）では、隣接す
る軸羽根の間の局面が部分的に***されているターＩロ
ータが公知である。この＆まあいの***部は主に羽根の
吐出側区域におし）て延びており、かつ下流側で連続的
に円筒状の周面に関して内方へ湾曲する輪郭に移行する
。

本発明の課題は、通路壁区域において羽根吸込側で、前
方へ延びる比較的長い範囲におＩする圧力上昇を達成す
ることである。

このような課題を解決するために、湾曲部が通路流過方
向で最高部区域まで大部分が、あるいは全体が凹面状に
上昇していてかつ横方向勾配が、羽根吸込側から出発す
る***部を有しているようにした。

要するに湾曲部は、流過通路方向で最高部区域まで少な
くとも部分的に凹面状に上昇してｐｚる***部として形
成されており、従って流線の積極的な湾曲が与えられか
つ流線に対して垂直に遠心力が生ぜしめられ、この遠心
力は圧力上昇によって吸収される。上昇する圧力は、凹
面状の上昇部の開始直後にすでに存在している。

通路壁区域の羽根吸込側においては、比較的長い前方範
囲及び（又は）中央範囲を介して、圧力上昇もしくは横
方向圧力降下の減少もしくは斜めの横流の減衰及びこの
ことによる周知の二次渦流あるいは二次流損失の著しい
減少が達成される。***部の上昇部の後方区域は、あま
り重要でないけれども、この後方区域の前方で高められ
る圧力によりこの後方区域でも圧力が比較的高くなる。

さらに本発明による***部は常に所望の高さで形成する
ことができる。

さらに特許請求の範囲の従属環に記載した手段によって
、本発明のさらに有利な実施態様及び改良が得られる。

たとえば上昇部に続く最高部区域で凸面状に湾曲されて
いて、かつ該最高部区域に続いて凹面状の下降部が接続
される。しかし縦勾配は直線でも凸面状でもよい。さら
に有利には、後方範囲に位置する流過横断面積最小個所
を有する通路のばあいシ、上昇部が前記最小個所の区域
の後方まで達し、ここに最高部区域も存在するさらにこ
のばあいには周知の圧力上昇が、凹面状の上昇部の縦方
向経過もしくは湾曲経過を適当に選ぶことによって、流
過横断面積最小個所の後方で一般的に生ぜしめられる遅
れを加速度に変えるような圧力に通じる。凹面状の上昇
部のために流過横断面積最小個所まで、普通よりあまり
加速されない流体は、要するに通路入口から出口まで連
続的に加速される。要するに、さもなければ周知の遅れ
と結びつく損失は減少される。このことは、付加的な効
率改良つまり二次流損失の減少によって得られる効率改
良をもたらす。

さらに特許請求の範囲第４項、第５項あるいは第６項に
記載された実施態様により、圧力上昇の範囲は前方もし
くは通路入口区域ですでに始まっている。とりわけ、隆
起部あるいは縦勾配は通路の出口区域で終わっている。

さらに横勾配は、羽根吸込側から出発して、まず凸状に
、次いで凹状で延びるＳ字状であるか、あるいは真直ぐ
であるか、あるいは単に凹面状である。さらに***部は
縦方向で見て横勾配の形状が変化される。

本発明は有利には軸流形流体機械、たとえば細流タービ
ンに使用され、しかもラジアル形流体機械にも使用され
る。

以下に図示の実施例につき本発明を説明する円筒状の通
路壁１０が、周方向で隣接する２つの羽根１１の間に縦
横比の小さい***部１３を有している。***部１３は、
明らかにするために拡大された高さで示されている。理
解し易くするために第１図においては、下方の羽根１１
は、円筒状の通路壁の区分が従来公知の構成、すなわち
***部１３を有していないように示されている。さらに
上方の羽根１１の吸込側と円筒状通路壁との間に一点鎖
線で示された縦断面を示すカーブが示されている。***
部１３は上方の羽根１１の吸込側１４に沿って延びてい
てかつ隣接する羽根の吐出側１５から間隔を置いて延び
ている。***部１３は横方向で、つまり矢印１６の方向
で見て吸込側１４から出発して連続的に下降しており、
しかもＳ字状になっている。牛つの輪郭−横線２６．２
７，２８゜２９によって示される横勾配は、吸込側１４
から出発してまず凸面状に、次いで凹面状になっている
。両方の羽根１１の間の通路は、その人口２１から連続
的に、一点鎖線で示された流過横断面積最小個所１８ま
で狭くされている。最小個所は吸込側に対してほぼ垂直
に流過面を横切っており、かつ隣接する羽根１１の出口
縁２０を通っている。このような横断面は流過通路の後
方半部に設けられている。***部１３の表面の形状は、
通路流過方向１７で見て３つの輪郭−縦線２３，２４．
２５によって明らかである。***部１３は入口２１の直
後の吸込側１４の近くで始まり、かつ流過通路内で下流
へ吸込側からさらに通路内へ延びている（一点鎖線１９
）。***部１３の最高部は流過横断面積最小個所１８の
区域に位置する。さらに***部１３は、まず凹面状に上
昇しく縦線２３）、次いで横線２７と２９との間の最高
部区域では凸面状に湾曲しており（縦１ＩＩ２＋）、続
いて出口２２まで、凹面状に下降する（縦線２５）。隆
起部１３は、横方向１６で見て最大幅の所が最高区域で
ある。***部１３が通路壁１０に接する境界線の輪郭が
一点鎖線１９で示されている。この輪郭線は羽根１１の
吸込側のほぼ前縁から出口２２のほぼ中央まで延びてい
る。このような輪郭線に沿って***部１３は通路壁１０
の円筒状部分へ連続的に移行して延びている。これに対
して羽根１１の吸込側１４は***部１３と一緒に頂部を
形成している。しかも小さな曲率が許容されている。

第２図において斜視図で示されたターヂロータは、理解
し易くするためにロータ周壁に関して著しく拡大された
３つの羽根１１を示しており、該羽根の間にそれぞれ１
つの流過通路が形成されており、この流過通路はロータ
９の周壁の本発明による***部によって形成されている
。第２図において、第１図と同じ部材には同じ符号が付
けられている。***部１３の範囲におけるロータ９の周
壁の陰影線によって、***部１３のスペース的な遊びが
浮き上がって見える。上方の２つの羽根１１の間に流過
横断面積最小個所１８が破線で示されており、このこと
によって図示の実施例のばあいに***部１３の最高部が
流過横断面積最小個所１８の下流側に位置することが判
る。

第３図には、第２図の法平面３００所でロータ９の周壁
を断面して示しており、これによって互いに隣接する羽
根１１の間の流過通路の底部輪郭−横線２８が明らかで
ある。この底部輪郭−横線２８は、羽根１１の吸込側１
４と一緒に頂部を形成する凸面状の***部を形成してお
り、−面ではこの底部輪郭はロータ９の周壁の円筒状部
分と一緒に連続的な凹面状の移行部を形成している。別
の実施例において***部の輪郭が、変曲点なしに全長さ
にわたって凹面状に延びることもできる。このような輪
郭−横線２８　が第３図における半径方向区分Ｈ，Ｔと
の間で示されている。

第１図及び第５図にはターヂロータの断面図が示されて
おり、このことによって***部１３は羽根の吸込側の範
囲にだけ存在し、吐出側の範囲には存在しないことが判
る。

第６図において斜視図で示された案内羽根１１　の実施
例は、本発明による流過通路がターヂロータの周壁の隆
起部によって形成されるのではなく、案内羽根ケーシン
グ８の内周面の***部によって形成される。第６図にお
いては、第１図及び第２図の類似する部分には同一符号
にダッシュが付けられている。案内羽根の流過方向が矢
印で示されている。

【図面の簡単な説明】

第１図はロータの隣接する羽根の間の流過通路の斜視図
、第２図は羽根を有するターゼロータの斜視図、第３図
は第２図による法平面ＦＧを通る部分横断面図・第４図
は第２′図の■−■線に沿った断面図、第５図は第２図
の■−■線に沿った断面図、第６図は案内羽根を有する
ケーシングの斜視図である。 ８・・・案内羽根ケーシング、１０・１０　・・・通路
壁、１１−１１　　・・・羽根、１３・１３　・・・隆
起部、１４・１牛　・・・吸込側、１５・１５　・・・
吐出側、１６・・・横方向、１７・・・流過方向、１８
・１８　・・・流過横断面積最小個所、１９・・・境界
線、２０・・・出口縁、２１・２１　・・・入口、２２
・２２　・・・出口、２３・２４・２５・・・輪郭−縦
線、２６・２７・２８・２８　・２９・・・輪郭−横線
、３０・・・法平面、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流体機械の羽根付き流過通路内の二次流損失を減少
   するための装置であって、１前記流過通路が、周方向で
   隣接する２つの羽根の間においてそれぞれ、少なくとも
   一方の通路壁に湾曲部を有しており、該湾曲部は、羽根
   吸込側に沿って、かつ羽根吐出側から間隔を置いて延び
   ていてかつ通路後方範囲において最高部区域を有してお
   り、さらに前記湾曲部が横方向で連続的に下降している
   形式のものにおいて、前記湾曲部が、通路流過方向（１
   ７）で最高部区域まで大部分が、あるいは全体が凹面状
   に上昇していてかつ横勾配が、羽根吸込側（１４）から
   出発する***部（１３）を有していることを特徴とする
   流体機械の羽根付き流過通路内の二次流損失を減少する
   ための装置。 ２、前記***部（１３）が通路流過方向（１７）で、上
   昇部（２３）に続く最高部区域（２４）で凸面状に湾曲
   されていて、かつ該最高部区域に続いて凹面状の下降部
   （２５）を有している特許請求の範囲第１項記載の装置
   。 ３、後方範囲に位置する流過横断面積最小個所（１８）
   を有する通路のばあいに、上昇部（２３）が前記最小個
   所（１８）の区域の後方まで達し、ここに最高部区域も
   存在する特許請求の範囲第１項又は第２項記載の装置。 先　上昇部（２３）の凹面状に上昇する部分が前方に存
   在する特許請求の範囲第３項記載の装置。 ５、前記の上昇部の凹面状上昇部分に、直線状に上昇す
   る部分が最高部区域まで接続される特許請求の範囲第１
   項記載の装置。 ６、凹面状の上昇部（２３）が、流過通路の入口（２１
   ）の区域において羽根吸込側（１４）の近くで始まって
   いる特許請求の範囲第１項〜第５項のいずれか１項記載
   の装置。 ７．横勾配が、羽根吸込側（１牛）から出発してまず凸
   状に、次いで凹状で延びるＳ字状であるか、あるいは真
   直ぐであるが、あるいは単に凹面状である特許請求の範
   囲第１項〜第６項のいずれか１項記載の装置。