JPS6310281B2 - - Google Patents

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つて、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、羽根吸込側に沿つ
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1132259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
ぼみによつて圧力流過横断面が増大され、該横断
面増大によつてここでの静圧は高くなりかつこの
ことによつ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縁流損失又は縁に形
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
力降下によつて移動して、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
大することによつて惹起される。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：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つて、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、
このことによつ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。このことによつて、くぼみによつて達成され
る圧力上昇は大体において、くぼみの最深区域に
よつて拡大された圧力流過横断面及びくぼみの凹
面状の延びによつ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つ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
いて、比較的短くかつさらに通路の後方半部に位
置している最小個所の区域でしか達成されず、従
つて周知の二次流の渦あるいは二次流の損失は比
較的わずかしか減少させることができない。さら
に、くぼみは、ほとんど所望の深さで形成するこ
とができず、しかも所定の構成理由から、とりわ
け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号明細書においては、隣接す
る軸羽根の間の周面が部分的に***されているタ
ーボロータが公知である。このばあいの***部は
主に羽根の吐出側区域において延びており、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ける圧力
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***部を有しており、該
***部が通路流過方向で、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いる隆
起部として形成されており、従つて流線の積極的
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つて
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項に記載した手段
によつて、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に、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
に選ぶことによつて、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
よつ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つ
ている。とりわけ、***部あるいは縦勾配は通路
の出口区域で終わつている。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、たとえば軸
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、すなわち隆
起部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に沿つ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１
３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字状になつている。４つの輪郭−横線２６，
２７，２８，２９によつ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
状になつている。両方の羽根１１の間の通路は、
その入口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
切つており、かつ隣接する羽根１１の出口縁２０
を通つている。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によつて明らかである。***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（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（縦線２４）、
続いて出口２２まで、凹面状に下降する（縦線２
５）。***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
な輪郭線に沿つて***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ボロータ
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***部によつて形成されている。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
壁の陰影線によつて、***部１３のスペース的な
遊びが浮き上がつて見える。上方の２つの羽根１
１の間に流過横断面積最小個所１８が破線で示さ
れており、このことによつ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３０の所でロータ
９の周壁を断面して示しており、これによつて互
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１４と一緒に頂部を形
成する凸面状の***部を形成しており、一面では
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
全長さにわたつ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HJとの間で示されている。

第４図及び第５図にはターボロータの断面図が
示されており、このことによつて***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１
１′の実施例は、本発明による流過通路がターボ
ロータの周壁の***部によつ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
よつて形成される。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ツシユ
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ボロータの
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−線に沿つ
た断面図、第５図は第２図の−線に沿つた断
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′……
***部、１４，１４′……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つて、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、羽根吸込側に沿つて、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
   １７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を有しており、該隆
   起部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 後方範囲に位置する流過横断面積最小個所１
   ８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項記載の装
   置。 ３ 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２項記載の装置。 ４ 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３項記載の装置。 ５ 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の近くで始まつて
   いる特許請求の範囲第１項から第４項までのいず
   れか１項記載の装置。 ６ 横勾配が、羽根吸込側１４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
   る特許請求の範囲第１項から第５項までのいずれ
   か１項記載の装置。