WO2011034044A1 - 排出スクロール及びターボ機械 - Google Patents
排出スクロール及びターボ機械 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2011034044A1 WO2011034044A1 PCT/JP2010/065802 JP2010065802W WO2011034044A1 WO 2011034044 A1 WO2011034044 A1 WO 2011034044A1 JP 2010065802 W JP2010065802 W JP 2010065802W WO 2011034044 A1 WO2011034044 A1 WO 2011034044A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- discharge
- scroll
- fluid
- flow path
- discharge scroll
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
- F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
- F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
- F04D29/441—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for elastic fluid pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
- F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
- F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
- F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
- F04D29/68—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers
- F04D29/681—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers especially adapted for elastic fluid pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2250/00—Geometry
- F05D2250/50—Inlet or outlet
- F05D2250/52—Outlet
Definitions
- the present invention relates to a discharge scroll connected to a discharge passage of a turbomachine and a turbomachine including the same.
- the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2009-214814 filed in Japan on September 16, 2009, the contents of which are incorporated herein by reference.
- a discharge scroll formed in an annular shape is attached to a discharge passage of the working fluid, and the working fluid is concentrated inside the discharge scroll and swirled along the circumferential direction. And discharged from a discharge pipe extending toward the radially outer peripheral side (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
- FIG. 8 shows a conventional view of the discharge scroll attached to the discharge flow path of the axial compressor.
- a diffuser 100 having a substantially annular cross section as a discharge flow path is provided at the end of the flow path where the moving blades and the stationary blades are disposed.
- FIG. 8 shows only one side of the center axis (rotation axis) L and omits the other side.
- the diffuser 100 is formed so that the cross-sectional area gradually increases, thereby converting the dynamic pressure of the fluid F discharged from the flow path into a static pressure.
- the diffuser 100 is based on the analysis by CFD or the like and the empirical rule.
- the diffuser 100 extends along the axial direction along with the flow path on the inlet 100a side, and is curved so as to go to the radially outer periphery side toward the outlet 100b side, and is formed in a trumpet shape as a whole. Yes.
- the discharge scroll 101 is annularly arranged on the radially outer peripheral side of the outlet 100 b so as to be connected to the outlet opening 100 c of the diffuser 100, and the fluid F flows from the diffuser 100.
- the fluid F that has flowed into the discharge scroll 101 swirls along the inner wall surface 101a of the discharge scroll 101 in the cross section including the central axis L, and is mixed with the fluid F flowing in at different positions in the circumferential direction and is circumferentially mixed. Will flow along.
- the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and collects and discharges inflowed fluid while reducing pressure loss due to collision / mixing between the fluid swirling inside and the inflowing fluid. It is possible to provide a discharge scroll that can be used.
- the present invention employs the following means in order to solve the above problems.
- the present invention is a discharge scroll that is connected to a discharge passage of a turbomachine and into which a fluid discharged from the discharge passage flows, a scroll body that forms a space having a substantially annular cross section, the discharge passage, And a connecting portion for connecting the scroll main body and forcibly decelerating the fluid discharged from the discharge flow path to flow into the scroll main body.
- the fluid flowing into the connection portion from the discharge flow path is forcibly decelerated by the connection portion. For this reason, the fluid flows into the scroll body in a sufficiently decelerated state, and the fluid flowing in and the fluid swirling the scroll body collide, mix, and gather in the scroll body. Reduction can be achieved.
- connection portion includes an inlet portion connected to the discharge passage and an outlet portion in which a flow area of the fluid is larger than the inlet portion. It is preferable to slow down the circulating fluid by increasing the area.
- the fluid flowing from the inlet portion to the outlet portion of the connecting portion can be forcibly and effectively decelerated by increasing the flow path area.
- connection portion separates the fluid along a wall portion connected from the inlet portion to the outlet portion.
- the fluid flowing from the inlet portion to the outlet portion at the connecting portion can be forcibly and effectively decelerated by peeling along the wall portion.
- connection portion is provided over the entire circumference in the inlet portion of the wall portion or in the vicinity of the inlet portion, and has a corner portion for separating the fluid, and the outlet portion is more than the corner portion. It is preferable that the fluid is peeled off at the part side.
- the fluid can be forcibly and effectively decelerated at the connecting portion by separating the fluid on the outlet portion side of the inlet portion of the wall portion or the corner portion provided in the vicinity of the inlet portion.
- the corners can surely prevent the fluid from peeling up to the discharge channel side.
- connection portion has a fluid peeling portion for forcibly peeling the fluid.
- the fluid flowing through the connection portion is effectively decelerated by being forcibly separated by the fluid separation portion.
- a turbo machine is characterized by including the above-described discharge scroll and a discharge flow path for discharging the fluid to the discharge scroll.
- the fluid swirling inside and the inflowing fluid collide and mix to collect pressure in the inflowing fluid while reducing pressure loss by gathering in the discharge scroll.
- the used fluid can be discharged from the discharge channel via the discharge scroll while reducing the loss as a whole.
- FIG. 1 shows an axial compressor 1 as an example of a turbo machine.
- the axial compressor 1 is arranged in a substantially cylindrical shape on the outer periphery of the rotor 2 and the rotor 2, and has a substantially annular cross section in which air A as a working fluid flows between the rotor 2.
- Casing 3 forming flow path 1a, stationary blade 4 and moving blade 5 disposed in flow path 1a, suction scroll 6 and discharge scroll 10 for supplying and discharging air A to flow path 1a, and suction A suction flow path 7 and a discharge flow path 8 that connect the scroll 6 and the discharge scroll 10 and the flow path 1a are provided.
- the stationary blade 4 is attached to the inner peripheral surface of the casing 3 and is provided on the radially inner peripheral side toward the rotor 2. Further, the moving blade 5 is attached to the rotor 2 and is provided so as to protrude toward the casing 3 on the outer peripheral side in the radial direction. A plurality of the stationary blades 4 and the moving blades 5 are provided radially, and a plurality of stages are alternately provided along the axial direction X.
- the suction scroll 6 is provided on one side (upstream side) of the casing 3 in the axial direction X, and is connected to the flow path 1 a by the suction flow path 7.
- the suction scroll 6 has a space formed in a substantially annular shape, and circulates air A flowing in from a suction port (not shown) along the circumferential direction Y, and a flow formed in a substantially annular cross section via the suction flow path 7. Air A is supplied over the entire path 1a.
- the discharge flow path 8 is provided on the other side (downstream side) of the casing 3 in the axial direction X, and the compressed air that flows through the flow path 8 by gradually increasing the flow cross section.
- the diffuser is configured to decelerate A without causing separation.
- the discharge flow path 8 constituting the diffuser extends along the axial direction X together with the flow path 1a on the inlet 8a side, and is curvedly formed so as to go to the outer peripheral side in the radial direction toward the outlet 8b side. The whole is formed in a trumpet shape.
- the discharge scroll 10 is annularly arranged on the radially outer peripheral side of the outlet 8b so as to be connected to the opening of the outlet 8b of the discharge channel 8.
- the discharge scroll 10 connects the scroll main body 11 forming a space having a substantially annular cross section, the discharge flow path 8 and the scroll main body 11, and forcibly decelerates the air A discharged from the discharge flow path 8 to scroll the scroll main body. 11 and a connection portion 12 that flows into the device 11.
- the outlet portion 12 b is formed with a larger flow passage area between the inlet portion 12 a connected to the discharge flow passage 8 and the outlet portion 12 b connected to the scroll body 11.
- the entrance part 12a and the exit part 12b are connected by the wall part 12c.
- connection portion 12 in the cross section including the central axis L, has a substantially trapezoidal cross section as a whole, and a corner portion 13 is formed between the inlet portion 12a and the discharge flow path 8.
- the increase amount of the channel area per unit length along the flow direction of the air A in the connection portion 12 that is, the increase rate of the channel area is set larger than the increase rate of the channel area in the discharge channel 8.
- the flow area of the flow path area is increased so that the air A flowing along the wall part 12c is separated from the wall part 12c due to a sudden increase in the flow path area from the inlet part 12a to the outlet part 12b.
- An increase rate is set.
- connection part 12 the wall part 12c which connects the entrance part 12a and the exit part 12b is, when viewed in a cross section including the central axis L, only the one side in the axial direction X (upstream side) or the other in the axial direction X. It may be only on the side (downstream side) or on both sides.
- the scroll main body 11 is configured so that the inflow air 14 is connected to the outer peripheral side in the radial direction of the outlet portion 12b of the connection portion 12 and the air A that flows in the circumferential direction in the space extending from the inflow portion 14 adjacent to the axial direction X. And a main body portion 15 that circulates as a swirl flow along Y.
- the inner wall surface 11 a constituting the scroll main body 11 is continuously curved as a smooth curve between the inflow portion 14 and the main body portion 15. is doing.
- the main body portion 15 extends toward the radially inner side from the inflow portion 14, and the wall A flows directly from the connection portion 12 to the main body portion 15 between the wall portion 15 and the connection portion 12. It is configured as an inflow restricting portion 16 that restricts
- the air A flowing into the discharge scroll 10 from the discharge flow path 8 first flows through the connection portion 12.
- the air A that has flowed into the connecting portion 12 is forcibly decelerated because the connecting portion 12 is formed so that the flow passage area increases from the inlet portion 12a to the outlet portion 12b.
- peeling A1 arises in the flow of the air A along the wall part 12c by expansion of the flow-path area from the inlet part 12a to the outlet part 12b abruptly changing, and more effectively by this. It can be decelerated.
- the wall 12c may be only on one side (upstream side) in the axial direction X or only on the other side (downstream side) in the axial direction X when viewed in a cross section including the central axis L, or on both sides. There may be.
- the air A2 flowing through the connection portion 12 and flowing into the inflow portion 14 in the scroll main body 11 in this manner further turns in the main body portion 15 along the inner wall surface 11a in the cross section including the central axis L. It will be.
- the air A3 swirling in the main body portion 15 flows toward the outer peripheral side in the radial direction along the inflow restricting portion 16 and collides with and mixes with the air A2 newly flowing into the main body portion 15 from the inflow portion 14. It will be.
- the air A2 flowing from the inflow portion 14 to the main body portion 15 is sufficiently decelerated at the connection portion 12, and therefore collides and is mixed and gathered in the scroll main body 11. Reduction of pressure loss can be achieved.
- the separation A1 is caused in the connection portion 12 to cause a pressure loss, but the collision in the scroll body 11 accompanying the deceleration at the connection portion 12 is mixed and gathered.
- the pressure loss due to this can be greatly reduced, so that the pressure loss can be reduced as a whole.
- a more efficient scroll can be implement
- peeling A1 occurs at the wall portion 12c in the connecting portion 12. However, since the corner portion 13 is formed at the inlet portion 12a, the peeling A1 is formed on the outlet portion 12b side from the corner portion 13 as a starting point.
- the corner portion is not limited to the one formed by the inner wall surfaces intersecting as described above, and a protrusion is formed over the entire circumference in the vicinity of the inlet portion 12a or the inlet portion 12a.
- the corner portion may be formed by.
- FIG. 3 shows a first modification of the present embodiment.
- the discharge flow path 20 is formed along the axial direction X as a whole, and the connection portion 22 of the discharge scroll 21 corresponds to the discharge flow path 20 in the axial direction X. It is formed along and connected to the discharge flow path 20.
- the scroll main body 23 has the inflow portion 14 connected to the connection portion 22 in the axial direction X, and the main body portion 15 extends to the radially outer peripheral side of the inflow portion 14.
- FIG. 4 shows a second modification of the present embodiment.
- the wall portion 12 c is formed in a step shape having a recess 12 d when viewed in cross section including the central axis L, and the recess 12 d is a fluid peeling portion. It is possible to forcibly separate the air A along the wall 12c. Then, the air A flowing through the connecting portion 12 is effectively decelerated by forcibly generating the separation A4 in the air A along the wall portion 12c by the depression 12d, and the collision and mixing in the scroll body 11 are performed. The pressure loss due to the assembly can be further reduced.
- the recess 12d may be provided only on one side (upstream side) in the axial direction X or only on the other side (downstream side) in the axial direction X when viewed in a cross section including the central axis L, or on both sides. There may be.
- FIG. 5 shows a third modification of the present embodiment.
- the wall portion 41 a of the connection portion 41 is formed on one side (upstream side) in the axial direction X when viewed in a cross section including the central axis L. That is, in the connection portion 41, the flow path cross-sectional area is rapidly expanded inside the turn of the air A flow.
- the main-body part 43 is formed so that it may spread in the radial direction outer peripheral side rather than the connection part 41, and it has a structure without the inflow control part 16 shown in FIG.
- peeling A5 can be produced in the air A along the wall part 41a.
- connection part 41 since the air A which distribute
- the wall 41a may be on the other side (downstream side) in the axial direction X or on both sides.
- FIG. 6 shows a fourth modification of the present embodiment.
- an intermediate portion having a substantially triangular cross section with the inlet portion 12 a side as a vertex 51 a and the outlet portion 12 b side as a bottom side
- a plurality of walls 51 are supported by the columns 52 and formed.
- the air A which flowed in from the inlet part 12a distribute
- FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention.
- the same members as those used in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
- connection portion 62 of the discharge scroll 61 the portion inside the flow path does not have a smooth curved shape but forms a corner 61a.
- a corner 61 b is further formed at the connection portion between the main body portion 15 and the connection portion 62 even at a position inside the flow path of the connection portion 62.
- a corner 61a is formed at a position inside the flow channel. Functions as a forced separation portion, and separation A7 occurs in the flow of air A.
- the corner 61b functions as a forced peeling portion. Then, separation A8 occurs in the flow of air A3.
- the exhaust scroll shown by said each embodiment and each modification was demonstrated as what is mounted in an axial flow compressor, it is not restricted to this, It is applicable also to a centrifugal compressor.
- the present invention is not limited to the compressor, and can be applied as a structure for discharging the working fluid in various turbo machines such as a gas turbine, a steam turbine, and a submersible pump.
- the fluid that has flowed into the connection portion from the discharge flow path is forcibly decelerated by the connection portion.
- the fluid that is sufficiently decelerated and flows into the scroll main body collides with and mixes with the fluid swirling the scroll main body, and collects in the scroll main body, so that pressure loss can be reduced.
- Axial flow compressor (turbo machine) 8 20, 60 Discharge flow path 10, 21, 30, 40, 50, 61 Discharge scroll 11, 42, 63 Scroll body 12, 22, 41, 62 Connection portion 12a Inlet portion 12b Outlet portion 12c Wall portion 12d Indentation (forced) Peeling part) 13 corner 51b corner (forced peeling) 61a, 61b corner (forced peeling part)
- a Air (fluid)
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
内部を旋回する流体と、流入する流体との混合損失の低減を図りつつ、流入した流体を集約して排出させることが可能な排出スクロールを提供する。排出スクロールは、断面略環状の空間を形成するスクロール本体(11)と、排出流路(8)とスクロール本体(11)とを接続し、排出流路(8)から排出される流体(A)を強制的に減速させてスクロール本体(11)に流入させる接続部(12)とを備える。
Description
本発明は、ターボ機械の排出流路に接続される排出スクロール及びこれを備えたターボ機械に関する。
本願は、2009年9月16日に、日本に出願された特願2009-214814号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、2009年9月16日に、日本に出願された特願2009-214814号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
圧縮機、タービンやポンプなどのターボ機械では、作動流体の排出流路に環状に形成された排出スクロールが取り付けられており、作動流体は該排出スクロール内部に集約されて周方向に沿って旋回流として流れて、径方向外周側に向かって延出された排出管から排出される(例えば、特許文献1、2参照)。
図8は、軸流圧縮機の排出流路に取り付けられた排出スクロールの従来図を示している。図8に示すように、軸流圧縮機において、動翼及び静翼が配設された流路流末には、排出流路として断面略環状に形成されたディフューザ100が設けられている。なお、図8は中心軸(回転軸)Lを挟んで一方側のみを表示しており、他方側を省略している。ディフューザ100は、次第に断面積が増加するように形成されていることで流路から排出された流体Fの動圧を静圧に変換させる。この際、ディフューザ100は、CFD等による解析や経験則に基づいて、断面積の変化により、流通する流体Fに剥離が生じないように、かつ、効率良く減速させるように、流路延長、流路延長方向の曲率、断面積の変化率、入口と出口との面積比等が設定される。また、ディフューザ100は、入口100a側で流路とともに軸方向に沿って延設されるとともに、出口100b側に向かうに従って径方向外周側に向かうように湾曲形成され、全体としてラッパ状に形成されている。そして、排出スクロール101は、このディフューザ100の出口開口100cと接続されるように、該出口100bの径方向外周側に環状に配置され、ディフューザ100から流体Fが流入する。排出スクロール101に流入した流体Fは、中心軸Lを含む断面内において、排出スクロール101の内壁面101aに沿って旋回するとともに、周方向に異なる位置で流入する流体Fと混合されて周方向に沿って流れることになる。
しかしながら、特許文献1、2や図8に示すような排出スクロール101の構造では、中心軸Lを含む断面内において排出スクロール101の内壁面101aに沿って旋回する流体Fと、新たに流入する流体Fとが、入口部101bで衝突、混合されることにより、圧力損失が生じてしまう問題があった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、内部を旋回する流体と、流入する流体との衝突・混合による圧力損失の低減を図りつつ、流入した流体を集約して排出させることが可能な排出スクロールを提供するものである。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。本発明は、ターボ機械の排出流路に接続され、該排出流路から排出される流体が流入する排出スクロールであって、断面略環状の空間を形成するスクロール本体と、前記排出流路と前記スクロール本体とを接続し、前記排出流路から排出される前記流体を強制的に減速させて前記スクロール本体に流入させる接続部とを備えることを特徴とする。
この構成によれば、排出流路から接続部に流入した流体は、該接続部により強制的に減速されることになる。このため、スクロール本体には、十分に減速された状態で流入することとなり、これにより流入した流体とスクロール本体を旋回する流体とが衝突、混合して、スクロール本体に集合することによる圧力損失の低減を図ることができる。
また、上記の排出スクロールにおいて、前記接続部は、前記排出流路と接続された入口部と、該入口部よりも前記流体の流路面積が拡大された出口部とを有し、該流路面積の拡大により流通する流体を減速させることが好ましい。
この構成によれば、流路面積の拡大により接続部の入口部から出口部へと流通する流体を強制的かつ効果的に減速させることができる。
また、上記の排出スクロールにおいて、前記接続部は、前記入口部から前記出口部に繋がる壁部に沿って前記流体を剥離させることが好ましい。
この構成によれば、接続部において、入口部から出口部へと流通する流体を、壁部に沿って剥離させることにより強制的かつ効果的に減速させることができる。
また、上記の排出スクロールにおいて、前記接続部は、前記壁部の前記入口部または前記入口部近傍に全周にわたって設けられ、前記流体を剥離させる角部を有し、前記角部よりも前記出口部側で前記流体を剥離させることが好ましい。
この構成によれば、壁部の入口部または入口部の近傍に設けられた角部よりも出口部側で流体を剥離させることで、接続部において強制的かつ効果的に流体を減速させることができるとともに、角部により流体の剥離が排出流路側まで及んでしてしまうことを確実に防止することができる。
また、上記の排出スクロールにおいて、前記接続部は、前記流体を強制的に剥離させる流体剥離部を有することが好ましい。
この構成によれば、接続部を流通する流体は、流体剥離部により強制的に剥離させられることにより、効果的に減速させられることになる。
また、本発明のターボ機械は、上記の排出スクロールと、該排出スクロールへ前記流体を排出させる排出流路とを備えることを特徴としている。
この構成によれば、排出スクロールにおける衝突・混合による圧力損失の低減を図ることができることで、全体として損失を効果的に低減させることができる。
本発明の排出スクロールによれば、内部を旋回する流体と、流入する流体とが衝突、混合して、排出スクロールに集合することによる圧力損失の低減を図りつつ、流入した流体を集約して排出させることができる。
また、本発明のターボ機械によれば、全体として損失低減を図りつつ、使用した流体を排出流路から排出スクロールを介して排出させることができる。
また、本発明のターボ機械によれば、全体として損失低減を図りつつ、使用した流体を排出流路から排出スクロールを介して排出させることができる。
(第1の実施形態)
本発明に係る第1の実施形態について、図1及び図2を参照して説明する。
図1は、ターボ機械の一例として軸流圧縮機1を示している。図1に示すように、軸流圧縮機1は、ロータ2と、ロータ2の外周に略筒状に配設され、ロータ2との間に作動流体である空気Aが流通する断面略環状の流路1aを形成するケーシング3と、流路1a内に配設された静翼4及び動翼5と、流路1aへの空気Aの給排気を行う吸込スクロール6及び排出スクロール10と、吸込スクロール6及び排出スクロール10と流路1aとを接続する吸込流路7及び排出流路8とを備える。
本発明に係る第1の実施形態について、図1及び図2を参照して説明する。
図1は、ターボ機械の一例として軸流圧縮機1を示している。図1に示すように、軸流圧縮機1は、ロータ2と、ロータ2の外周に略筒状に配設され、ロータ2との間に作動流体である空気Aが流通する断面略環状の流路1aを形成するケーシング3と、流路1a内に配設された静翼4及び動翼5と、流路1aへの空気Aの給排気を行う吸込スクロール6及び排出スクロール10と、吸込スクロール6及び排出スクロール10と流路1aとを接続する吸込流路7及び排出流路8とを備える。
静翼4は、ケーシング3の内周面に取り付けられて、ロータ2に向かって径方向内周側に設けられている。また、動翼5は、ロータ2に取り付けられて、ケーシング3に向かって径方向外周側に突出して設けられている。静翼4及び動翼5は、それぞれ放射状に複数設けられているとともに、軸方向Xに沿って交互に複数段設けられている。
吸込スクロール6は、ケーシング3の軸方向Xの一方側(上流側)に設けられており、吸込流路7によって流路1aと接続されている。吸込スクロール6は、略環状に形成された空間を有し、図示しない吸込口から流入した空気Aを周方向Yに沿って流通させ、吸込流路7を介して断面略環状に形成された流路1a全体にわたって空気Aを供給させる。
図2に示すように、排出流路8は、ケーシング3の軸方向Xの他方側(下流側)に設けられており、次第に流通断面が増加することで流路8を流通する圧縮された空気Aを剥離を生じさせずに減速させるディフューザとして構成されている。また、ディフューザを構成する排出流路8は、入口8a側で流路1aとともに軸方向Xに沿って延設されるとともに、出口8b側に向かうに従って径方向外周側に向かうように湾曲形成され、全体としてラッパ状に形成されている。そして、排出スクロール10は、この排出流路8の出口8bの開口と接続されるように、該出口8bの径方向外周側に環状に配置されている。
排出スクロール10は、断面略環状の空間を形成するスクロール本体11と、排出流路8とスクロール本体11とを接続し、排出流路8から排出される空気Aを強制的に減速させてスクロール本体11に流入させる接続部12とを備える。接続部12において、排出流路8と接続された入口部12aと、スクロール本体11と接続された出口部12bとでは、出口部12bの方が流路面積が大きく形成されている。また、接続部12において、入口部12aと出口部12bとは壁部12cにより接続されている。本実施形態においては、中心軸Lを含む断面において、接続部12は全体として略台形状の断面を呈し、入口部12aで排出流路8との間には角部13が形成されている。ここで、接続部12における空気Aの流通方向に沿う単位長さ当りの流路面積の増加量、すなわち流路面積の増加率は、排出流路8における流路面積の増加率よりも大きく設定されている。さらに、接続部12においては、入口部12aから出口部12bへの急激な流路面積の増加により、壁部12cに沿って流通する空気Aを壁部12cから剥離させるように、流路面積の増加率が設定されている。なお、接続部12において、入口部12aと出口部12bとを接続する壁部12cは、中心軸Lを含む断面視した場合、軸方向X一方側(上流側)のみ、または軸方向Xの他方側(下流側)のみにあってもよいし、両方側にあってもよい。
また、スクロール本体11は、接続部12の出口部12bの径方向外周側に接続される流入部14と、流入部14から軸方向Xに隣接して広がる空間で、流入した空気Aを周方向Yに沿って旋回流として流通させる本体部15とを有する。図2に示すように、スクロール本体11を中心軸Lを含む断面視した場合、スクロール本体11を構成する内壁面11aは、流入部14と本体部15との間で滑らかな曲線となって連続している。また、本体部15は、流入部14よりも径方向内周側に向かって広がっており、接続部12との間には壁体が接続部12から本体部15へ空気Aが直接流入するのを規制する流入規制部16として構成されている。
次に、この実施形態の排出スクロール10の作用を説明する。
図2に示すように、排出流路8から排出スクロール10に流入する空気Aは、まず接続部12を流通する。接続部12に流入した空気Aは、接続部12が入口部12aから出口部12bへと流路面積が大きくなるように形成されていることにより、強制的に減速されることになる。また、本実施形態では、入口部12aから出口部12bへの流路面積の拡大が急激に変化することにより、壁部12cに沿う空気Aの流れに剥離A1が生じ、これによりさらに効果的に減速させることができる。なお、壁部12cは、中心軸Lを含む断面視した場合、軸方向X一方側(上流側)のみ、または軸方向Xの他方側(下流側)のみにあってもよいし、両方側にあってもよい。
図2に示すように、排出流路8から排出スクロール10に流入する空気Aは、まず接続部12を流通する。接続部12に流入した空気Aは、接続部12が入口部12aから出口部12bへと流路面積が大きくなるように形成されていることにより、強制的に減速されることになる。また、本実施形態では、入口部12aから出口部12bへの流路面積の拡大が急激に変化することにより、壁部12cに沿う空気Aの流れに剥離A1が生じ、これによりさらに効果的に減速させることができる。なお、壁部12cは、中心軸Lを含む断面視した場合、軸方向X一方側(上流側)のみ、または軸方向Xの他方側(下流側)のみにあってもよいし、両方側にあってもよい。
そして、このように接続部12を流通して、スクロール本体11において流入部14に流入した空気A2は、中心軸Lを含む断面内において、さらに内壁面11aに沿って本体部15内で旋回することとなる。そして、本体部15内で旋回する空気A3は、流入規制部16に沿って径方向外周側へと流れて、新たに流入部14から本体部15へと流入する空気A2と衝突、混合されることとなる。しかしながら、上記のとおり、流入部14から本体部15へと流入する空気A2は、接続部12において十分に減速させられた状態にあることから、衝突、混合され、スクロール本体11に集合することによる圧力損失の低減を図ることができる。
ここで、上記のとおり接続部12においては剥離A1を生じさせることで、圧力損失が生じてしまうことになるが、接続部12における減速に伴うスクロール本体11内での衝突、混合して集合することによる圧力損失を大幅に低減させることができることで、全体としては圧力損失の低減を図ることができる。このため、効率良く内部に剥離等を発生しないように設計されたディフューザである排出流路8に対して、排出スクロール10が接続されることで、より効率的なスクロールを実現することができる。また、上記のとおり接続部12において壁部12cでは剥離A1が生じるが、入口部12aに角部13が形成されていることから、該角部13を起点として出口部12b側に剥離A1が形成されることとなり、剥離A1が上流側の排出流路8にまで生じてしまうことを防止することができる。なお、角部としては、上記のように内壁面同士が交差することで形成されるものに限られず、入口部12aまたは入口部12a近傍に全周にわたって突起が形成されていて、該突起の先端によって角部が形成されていても良い。
図3は、本実施形態の第1の変形例を示している。図3に示すように、本変形例では、排出流路20は全体として軸方向Xに沿って形成されており、排出スクロール21において接続部22も排出流路20と対応して軸方向Xに沿って形成され排出流路20と接続されている。また、排出スクロール21においてスクロール本体23は、流入部14が接続部22と軸方向Xに接続されており、本体部15は流入部14の径方向外周側に広がっている。このように軸方向Xに沿って排出流路20と排出スクロール21が接続されている場合にも、同様の構成を備えることにより、スクロール本体23内における衝突、混合して集合することによる圧力損失の低減を効果的に図ることができる。
図4は、本実施形態の第2の変形例を示している。図4に示すように、本変形例の排出ケーシング30では、壁部12cが、中心軸Lを含む断面視した場合、窪み12dを有する段状に形成されており、該窪み12dが流体剥離部として機能し、壁部12cに沿う空気Aを強制的に剥離させることが可能となっている。そして、窪み12dによって強制的に壁部12cに沿う空気Aに剥離A4を生じさせることにより、接続部12を流通する空気Aを効果的に減速させて、スクロール本体11内での衝突、混合して集合することによる圧力損失の低減をさらに図ることができる。なお、該窪み12dは、中心軸Lを含む断面視した場合、軸方向X一方側(上流側)のみ、または軸方向Xの他方側(下流側)のみにあってもよいし、両方側にあってもよい。
図5は、本実施形態の第3の変形例を示している。図5に示すように、本変形例の排気スクロール40では、接続部41の壁部41aが、中心軸Lを含む断面視した場合、軸方向X一方側(上流側)に形成されている。すなわち、接続部41においては、空気Aの流れのターンの内側で流路断面積が急激に拡大される。また、本変形例では、スクロール本体42において、本体部43は、接続部41より径方向外周側で広がるように形成されており、図2に示す流入規制部16のない構成となっている。本変形例の接続部41では、壁部41aに沿う空気Aに剥離A5を生じさせることができる。そして、このように剥離A5を生じさせることで接続部41を流通する空気Aを効果的に減速させることができるので、流入規制部16が設けられずにスクロール本体42内を旋回する空気A3が流入部14に向かって流れるような構成となっていても、衝突、混合して集合することによる圧力損失を低減させることができる。なお、壁部41aは軸方向Xの他方側(下流側)でもよいし、両方側にあってもよい。
図6は、本実施形態の第4の変形例を示している。図6に示すように、本変形例の排気スクロール50では、接続部12の内部において、流体剥離部として、入口部12a側を頂点51aとし出口部12b側を底辺とした断面略三角形状の中間壁51が、支柱52によって支持されて複数形成されている。そして、入口部12aから流入した空気Aは中間壁51同士の間、及び中間壁51と壁部12cとの間を流通し、中間壁51の底辺側の角51bを基点として剥離A6が生じることとなる。このため、接続部12を流通する空気Aは、中間壁51における剥離A6により、さらに効果的に減速させられることとなり、これによりさらに効果的にスクロール本体11内での衝突、混合されて集合することによる圧力損失の低減を図ることができる。
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図7は、本発明の第2の実施形態を示したものである。なお、この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図7は、本発明の第2の実施形態を示したものである。なお、この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図7に示すように、排出スクロール61の接続部62において、流路内側となる部分は、滑らかな曲線状とせずに、角61aを形成している。本実施形態ではさらに、接続部62の流路内側となる位置でも、本体部15と接続部62との接続部分において、角61bが形成されている。
この実施形態の排出スクロール61では、排出流路60を流通する空気Aは、接続部62に流入した際に、流路の内側となる位置に角61aが形成されていることから、該角61aが強制剥離部として機能し、空気Aの流れに剥離A7が生じることとなる。同様に、接続部62からスクロール本体63内に流入して本体部15を旋回する空気A3が、流入規制部16に沿って径方向外周側へ流通する際に、角61bが強制剥離部として機能し、空気A3の流れに剥離A8が生じることとなる。このため、接続部62を流通する空気A、及び、本体部15を流通する空気A3は、この剥離A7、A8により乱されて圧力損失を生じ、急激に減速させられることとなる。このため、接続部62を流通する空気Aと、本体部15を流通する空気A3とが衝突、混合したとしても、これにより圧力損失を低減させることができ、全体として圧力損失の低減を図ることができる。また、接続部62からスクロール本体63内に流入する空気Aと空気A3の流れ方向が略一致するので、これによっても混合する際の圧力損失の発生を抑制することができる。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
なお、上記各実施形態及び各変形例で示した排気スクロールは、軸流圧縮機に搭載されるものとして説明したが、これに限るものではなく、遠心圧縮機にも適用可能である。さらには、圧縮機に限るものでもはく、ガスタービン、蒸気タービン、水中ポンプなど、様々なターボ機械において作動流体を排出させる構造として適用可能である。
本発明の排出スクロールによれば、排出流路から接続部に流入した流体は、接続部により強制的に減速される。このスクロール本体に十分に減速されて流入した流体は、スクロール本体を旋回する流体に衝突、混合して、スクロール本体に集合するので、圧力損失の低減を図ることができる。
1 軸流圧縮機(ターボ機械)
8、20、60 排出流路
10、21、30、40、50、61 排出スクロール
11、42、63 スクロール本体
12、22、41、62 接続部
12a 入口部
12b 出口部
12c 壁部
12d 窪み(強制剥離部)
13 角部
51b 角(強制剥離部)
61a、61b 角(強制剥離部)
A 空気(流体)
8、20、60 排出流路
10、21、30、40、50、61 排出スクロール
11、42、63 スクロール本体
12、22、41、62 接続部
12a 入口部
12b 出口部
12c 壁部
12d 窪み(強制剥離部)
13 角部
51b 角(強制剥離部)
61a、61b 角(強制剥離部)
A 空気(流体)
Claims (6)
- ターボ機械の排出流路に接続され、該排出流路から排出される流体が流入する排出スクロールであって、
断面略環状の空間を形成するスクロール本体と、
前記排出流路と前記スクロール本体とを接続し、前記排出流路から排出される前記流体を強制的に減速させて前記スクロール本体に流入させる接続部とを備えることを特徴とする排出スクロール。 - 請求項1に記載の排出スクロールにおいて、
前記接続部は、前記排出流路と接続された入口部と、該入口部よりも前記流体の流路面積が拡大された出口部とを有し、該流路面積の拡大により流通する流体を減速させることを特徴とする排出スクロール。 - 請求項2に記載の排出スクロールにおいて、
前記接続部は、前記入口部から前記出口部に繋がる壁部に沿って前記流体を剥離させることを特徴とする排出スクロール。 - 請求項3に記載の排出スクロールにおいて、
前記接続部は、前記壁部の前記入口部または前記入口部近傍に全周にわたって設けられ、前記流体を剥離させる角部を有し、前記角部よりも前記出口部側で前記流体を剥離させることを特徴とする排出スクロール。 - 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の排出スクロールにおいて、
前記接続部は、前記流体を強制的に剥離させる流体剥離部を有することを特徴とする排出スクロール。 - 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の排出スクロールと、
該排出スクロールへ前記流体を排出させる排出流路とを備えることを特徴とするターボ機械。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US13/496,032 US20120171030A1 (en) | 2009-09-16 | 2010-09-14 | Discharge scroll and turbomachine |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009-214814 | 2009-09-16 | ||
JP2009214814A JP5535562B2 (ja) | 2009-09-16 | 2009-09-16 | 排出スクロール及びターボ機械 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2011034044A1 true WO2011034044A1 (ja) | 2011-03-24 |
Family
ID=43758647
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2010/065802 WO2011034044A1 (ja) | 2009-09-16 | 2010-09-14 | 排出スクロール及びターボ機械 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20120171030A1 (ja) |
JP (1) | JP5535562B2 (ja) |
WO (1) | WO2011034044A1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014203379A1 (ja) * | 2013-06-20 | 2014-12-24 | 三菱重工業株式会社 | 遠心圧縮機 |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130022444A1 (en) * | 2011-07-19 | 2013-01-24 | Sudhakar Neeli | Low pressure turbine exhaust diffuser with turbulators |
EP2821651B2 (en) | 2012-02-27 | 2022-06-15 | Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corporation | Rotary machine |
JP2013224627A (ja) * | 2012-04-23 | 2013-10-31 | Mitsubishi Electric Corp | 軸流ファン |
CN105283674B (zh) * | 2013-08-06 | 2017-08-25 | 株式会社Ihi | 离心压缩机以及增压器 |
CN105339675A (zh) | 2013-08-06 | 2016-02-17 | 株式会社Ihi | 离心压缩机以及增压器 |
KR102104415B1 (ko) * | 2015-02-05 | 2020-04-24 | 한화파워시스템 주식회사 | 압축기 |
DE102017127758A1 (de) * | 2017-11-24 | 2019-05-29 | Man Diesel & Turbo Se | Radialverdichter und Turbolader |
DE102018215888A1 (de) * | 2018-09-19 | 2020-03-19 | Robert Bosch Gmbh | Verdichter |
US20200378303A1 (en) | 2019-06-03 | 2020-12-03 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Diffuser pipe exit flare |
JP7434220B2 (ja) * | 2021-07-07 | 2024-02-20 | 株式会社三井E&S | 軸流圧縮機及び軸流圧縮機用ディフューザ |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH078597U (ja) * | 1993-07-06 | 1995-02-07 | 三菱重工業株式会社 | 遠心圧縮機 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
BE473291A (ja) * | 1946-05-10 | |||
GB1573926A (en) * | 1976-03-24 | 1980-08-28 | Rolls Royce | Fluid flow diffuser |
JPS5520607U (ja) * | 1978-07-26 | 1980-02-08 |
-
2009
- 2009-09-16 JP JP2009214814A patent/JP5535562B2/ja active Active
-
2010
- 2010-09-14 US US13/496,032 patent/US20120171030A1/en not_active Abandoned
- 2010-09-14 WO PCT/JP2010/065802 patent/WO2011034044A1/ja active Application Filing
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH078597U (ja) * | 1993-07-06 | 1995-02-07 | 三菱重工業株式会社 | 遠心圧縮機 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014203379A1 (ja) * | 2013-06-20 | 2014-12-24 | 三菱重工業株式会社 | 遠心圧縮機 |
CN105121864A (zh) * | 2013-06-20 | 2015-12-02 | 三菱重工业株式会社 | 离心式压缩机 |
EP3012461A4 (en) * | 2013-06-20 | 2017-02-08 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Centrifugal compressor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20120171030A1 (en) | 2012-07-05 |
JP5535562B2 (ja) | 2014-07-02 |
JP2011064111A (ja) | 2011-03-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5535562B2 (ja) | 排出スクロール及びターボ機械 | |
JP5221985B2 (ja) | 遠心圧縮機 | |
US10260366B2 (en) | Sealing device and turbo machine | |
RU2396436C2 (ru) | Газотурбинный двигатель и его промежуточный узел | |
US8425188B2 (en) | Diffuser pipe and assembly for gas turbine engine | |
KR101743376B1 (ko) | 원심 압축기 | |
JP6033154B2 (ja) | 軸流回転機械、及びディフューザ | |
JPWO2014102981A1 (ja) | ラジアルタービン動翼 | |
JP2010516946A (ja) | 案内リングとミキサとを備えるガスタービン | |
JP2010144698A (ja) | 遠心圧縮機 | |
JP2011132877A (ja) | 多段ラジアルタービン | |
JP5832106B2 (ja) | 回転機械 | |
CA3081250A1 (en) | Diffuser pipe with exit flare | |
CN110573748A (zh) | 离心压缩机以及具备该离心压缩机的涡轮增压器 | |
JP2012188957A (ja) | 軸流タービン | |
WO2018159681A1 (ja) | タービン及びガスタービン | |
JP6689105B2 (ja) | 多段軸流圧縮機及びガスタービン | |
JP2018135815A (ja) | 遠心回転機械 | |
WO2016157530A1 (ja) | 動翼、及び軸流回転機械 | |
JP4801377B2 (ja) | ターボ圧縮機 | |
JP4146371B2 (ja) | 遠心圧縮機 | |
JP6279524B2 (ja) | 遠心圧縮機、ターボチャージャ | |
JPWO2018179112A1 (ja) | コンプレッサのスクロール形状及び過給機 | |
CN110475948B (zh) | 燃气轮机 | |
JP5428962B2 (ja) | 軸流圧縮機及びガスタービンエンジン |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 10817157 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 13496032 Country of ref document: US |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 10817157 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |