JPS6045287B2 - 混流形タ−ビン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、排気タービン過給機、ヘリウム膨張ター
ビン等に用いられる混流形タービンに関するものてある
。

まず、ハーフシユラウド形と呼ばれるインペラをそな
えた従来の混流形タービンを第１図により−説明する。

ケーシング３には、軸７に固定したインペラ１がおさ
められるとともにノズル２が設けられており、流路４が
形成されている。インペラ１の下流側のケーシング３部
につらなる壁面は、拡大され；たテイフユーザ６になつ
ている。作動流体は流路４から矢印５で示すようにノズ
ル２、インペラ１を経てテイフユーザ６に流れる。 こ
のような混流形タービンでは、インペラ１とケーシング
３との接触を防ぐため、両者間に間隙８を設けなければ
ならない。

作動流体の一部はインペラ１内を通過しないで間隙８を
通過する。間隙８を通過する作動流体は動力を発生せす
、さらにはインペラ１内の流れを乱すため、タービンの
発生動力を低下させる。すなわち、製造原価が安く、加
工精度の確保が容易である等の利点を有するハーフシユ
ラウド形のインペラを内蔵させた混流形タービンは、効
率が低い難点がある。 この発明は、ハーフシユラウド
形インペラをそなえた混流形タービンの効率を向上する
ことを目的とするものであり、インペラの出口側におけ
るケーシング内壁面部に、インペラ内の流れを整えるガ
イド、ケーシングとインペラとの間の間隙から作動流体
が漏洩するのを防ぐシール、あるいは前記のガイドとシ
ールとの両方の機能を持つシールを設けたものである。

つぎに、この発明の一実施態様を第２図により説明す
る。

同図において、第１図と同じ符号をつけたものは同じも
のを表わす。 ハーフシユラウド形のインペラ１をそな
えた混流形タービンでは、インペラ１とケーシング３と
の間隙のうち、インペラ入口１１近傍における間隙９よ
りもインペラ出口１２近傍における間隙１０の方が性能
に大きく作用し、間隙１０を減少させると効率が向上す
ることが知られている。

このことを第３図、第４図について述べる。第３図は第
１図の■一■断面図であり、第４図は第３図の■一■断
面図である。インペラ１の羽根１５とケーシング３との
間隙を通過する作動流体は、第１図の間隙８に沿つて流
れるとともに、羽根１５に対して相対的には矢印１７の
ように流れて羽根１５側に流れこみ、羽根１５間の流れ
を乱し、機械的エネルギが小さい領域１８をつくる。

このような領域１８ができると、作動流体に対する抵抗
が著しく増加し、タービンの効率が大巾に低下する。作
動流体は第４図中の羽根１５間を羽根１５に対して相対
的に矢印１９のように流れる場合に動力を発生するが、
羽根１５に対して相対的に矢印１７のように流れる場合
には動力を発生せず、単に通過するだけとなる。インペ
ラ出口１２近くでは、羽根１５は第４図に示すように屈
曲しているから、第３図に示す機械的エネルギの小さい
領域１８が発達しやすい。

また、インペラ出口１２近くで間隙８が狭くなつている
と、インペラ入口１１近くで大きな角運動量を持ちなが
ら間隙８を通過してきた作動流体が、インペラ１内の流
路を通過しなければならなくなり、動力を発生すること
になる。このような−理由で、間隙８のインペラ出口１
２近くを狭くすることがタービンの効率に大きく影響す
ると考えられる。この発明は上記に基つき、インペラ１
の出口１２近くの外縁を、軸７を軸心とする円筒面上に
あ．るように形成し、その外縁部１３をかこむケーシン
グ３の内周面部に、インペラ１が接触しても損傷を生じ
ない形式のシールガイド１４を設けたものである。

このシールガイド１４にはハニカムシールのようなもの
を用いる。シールガイド１４は円筒面上にあるインペラ
の外縁部１３のまわりにおけるケーシング内周面部に設
けられているので、回転中にインペラ１が軸７とともに
前後（軸方向）に移動することがあつても、両者間の間
隙の大きさが変化することはな・い。

また、インペラ１、軸７の半径方向の移動は、通常用い
られているインペラ１の寸法と比較すれば皆無といえる
程度のものである。シールガイド１４はインペラ１に接
触しても損傷を与えない形式のものであるので、インペ
ラ出口１２近くの流れをいちじるしく改善できる。した
がつて、タービンの効率を向上するすることができる。
ここで、シールガイド１４の構成および効果を詳細に述
べる。第５図はシールガイド１４を展関した平面図、第
６図は第５図の■−■切断端面図である。

シールガイド１４のインペラ１に対面する側には、フィ
ン２０が設けられている。フィン２０は上流側Ｊ２ｌで
は、接線方向２３に対してシールガイド１４の上流側２
１に対面する位置のインペラ１の外縁近くの流れの絶対
速度２４と同じ角度を持ち、下流に向うにつれて接線方
向２３に対してインペラ１の外縁近くの流れの絶対速度
２５と同じ角度をなしつつ下流側２２に至る。フィン２
０の断面は、第６図に示すように先端を尖鋭にし間隔を
設けたもの、第７図に示すように一様な薄い厚さのもの
、第８図に示すように先端を尖鋭にし密接させたもの、
第９図に示すように鋸歯状のもの等、先端部ないしフィ
ン自体が薄くなつており、インペラの羽根１５とフィン
との間隙１０が過小となり、万−インペラが接触しても
インペラに損傷を与えない形状にしてある。

フィン２０は常に流れの絶対速度に沿うように上流側か
ら下流側に延びているので、インペラ１０における流れ
を乱すことがない。また、各フィン間の間隙２６は、イ
ンペラの羽根１５の厚さより狭い方が望ましいが、羽根
１５の間隔２７より狭ければよい。第１０図は第５図の
インペラ出口１２のケーシング３近くにおける作動流体
の流れを示す。

インペラ１の羽根１５を通らない流れ２８は、矢印２９
，３０のように流れる。フィン２０と羽根１５との間隙
は非常に小さいので、この部分を通過する流れは無視す
ることができる。これらの流れはインペラ１を通過しな
いゆえ動力は発生しないが、インペラ１内の流れを乱す
ことが極めて少ないゆえ機械的エネルギの損失が減少す
る。フィン２０の高さは小さくできるので、各フィン２
０間を流れる作動流体の量は少なく、作動流体がフィン
２０内を通過して発生しなくなる動力より、インペラ１
内の流れの機械的エネルギの損失の減少巾の方が大きく
、タービンの出力を増大させることができる。第１１図
，第１２図は第４図と同様にこの発明によるシールガイ
ドを展関した平面図である。

第１１図は製造を容易にするためフィン２０を直線状に
したものである。このシールガイドは効果は低減するが
、工作性は良くなる。第１２図はフィンを途中で屈折さ
せ、工作性の確保と効果の低減の防止をはかつたもので
ある。

この実施態様は第１１図の実施態様にくらべて流れを円
滑にすることができる。以上説明したこの発明によれば
、前面シユラウドを設けてないインペラをそなえた混流
形タービンの効率を容易に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の混流形タービンを示す断面側面図、第２
図は土の発明による混流形タービンの一実施態様を示す
断面側面図、第３図、第４図はインペラとケーシングと
の間隙を通る作動流体の流れの作用を示す説明図で、第
３図は第１図の■−■断面拡大図、第４図は第３図の■
−■断面図てある。 第５図、第１１図、第１２図はそれぞれこの発明による
シールガイドの異なる実施態様を示す展開平面図、第６
図ないし第９図はこの発明によるシールガイドにおける
フィンの異なる形状を示す断面展開図、第１０図はこの
発明によるシールガイド部における流れを示す説明図で
ある。１・・・・・・インペラ、２・・・・・・ノズル
、３・・・・・・ケーシング、４・・・・・・流路、６
・・・・・テイフユーザ、７・・・軸、１１・・・・・
・インペラ入口、１２・・・・・・インペラ出口、１３
・・・・円筒面上にあるインペラの外縁部、１４・・・
・・・シールガイド、１５・・・・・・羽根、２０・・
フィン、２３・・・・・・接線方向、２４・・・・・・
絶対速度、２５・・・・・絶対速度。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 前面シユラウドのないインペラをそなえた混流形
   タービンにおいて、インペラ外周の出口近傍部を、イン
   ペラの軸の軸心を中心とする円筒面上にあるように形成
   し、そのインペラの出口外縁部分をかこむケーシングの
   内周面部に、インペラの羽根とケーシングとの間の間隙
   を流れる流体の流れを制御するフィンを形成し、フィン
   の形状を、フィンの入口側部に対面するインペラの外周
   近傍部における流れの絶対速度が接線方向となす角度と
   、インペラ出口の外周近傍部における流れの絶対速度が
   接線方向となす角度との中間の角度で、接線方向から傾
   いた方向に延びるように形成したことを特徴ととする混
   流形タービン。