徑流式渦輪的制作方法

專利名稱：徑流式渦輪的制作方法
技術領域：
本發明涉及徑流式渦輪。
背景技術：
一種徑流式渦輪，具備單一的渦輪葉輪，該渦輪葉輪從以半徑方向的流速分量為主要分量并流入渦輪葉輪的回旋的流體，將流體的回旋能量轉換成旋轉動力，并將釋放了該能量后的流體沿著軸向噴出，所述徑流式渦輪從中低溫或高溫、高壓的流體將能量轉換成旋轉動力，廣泛地應用于從各種工業用設備的由高溫、高壓的流體排出的排出能量的動力回收、經由船舶或車輛用的動力源等的熱循環而得到動力的系統的排熱回收、利用地熱和OTEC等中低溫熱源的雙循環發電的動力回收等。
在各種能量源具有多個壓力時，例如專利文獻I所示，多個渦輪、即分別對應于I 個壓力源而使用I個渦輪。或者有時在同一軸上設置2個渦輪葉輪。
這是因為徑流式渦輪對應于流體各自的壓力而設計成最佳的條件。例如，徑流式渦輪的入口半徑R在重力加速度為g，壓力頭為H，渦輪葉輪入口周速為U時，由g · H ^ U2 的關系決定。即，當渦輪葉輪的轉速為N(rpm)時，入口半徑R設定為U/2 · π /(Ν/60) 的附近的值。
另外，在處理流量變動大的流體的徑流式渦輪中，例如專利文獻2所示，已知 有利用隔壁將I個入口流路分隔、分割的結構。然而，這是為了對于同一壓力的流體，根據流量而使入口的大小變化。
然而，這是雙方的入口流路作為同一壓力的流體進行處理的情況。而且，雙方的入口流路相鄰設置且僅由隔壁分隔，因此在處理不同壓力的流體時，高壓的流體向低壓的流體泄漏，會使渦輪效率下降。
在先技術文獻
專利文獻
專利文獻1:日本特開平1-285607號公報
專利文獻2 :日本特開昭63-302134號公報
發明的概要
發明要解決的課題
然而，如專利文獻I所示，若使用多個渦輪的話，制造成本增大，設置空間增大。
另外，在同一軸上設置多個渦輪葉輪時，渦輪部件個數增多，結構變得復雜，制造成本增大。發明內容
本發明鑒于這種情況，目的在于提供一種利用單一或一體的渦輪葉輪來處理具有多個壓力的流體，削減部件個數而實現低成本化的徑流式渦輪。
另外，在本發明中，目的在于提供一種抑制渦輪效率的下降，或能夠充分確保軸承箱等的空間的徑流式渦輪。
用于解決課題的手段
為了解決上述課題，本發明采用以下的手段。
S卩，本發明的第一形態涉及一種徑流式渦輪，具備渦輪葉輪，該渦輪葉輪具備從半徑方向沿著軸向彎曲且葉片高度逐漸升高的主通路，從以半徑方向的流動為主分量而從位于外周側的主入口向所述主通路流入的回旋的流體，將流體的回旋能量轉換成旋轉動力， 并將釋放了該能量后的流體沿著軸向噴出，在所述徑流式渦輪中，在所述渦輪葉輪的護罩側，在沿著半徑方向及軸向而與所述主入口分離的位置上形成有從屬入口，該從屬入口使與從所述主入口供給的流體的壓力不同的壓力的流體流入，構成該從屬入口的葉片形狀是在與所述渦輪葉輪的軸線正交的面上，所述葉片的中心線相對于半徑方向而朝向旋轉方向傾斜規定角度。
根據本形態，流體從主入口被導入到渦輪葉輪的主通路的外周端。從主入口導入的流體通過從半徑方向沿著軸向彎曲且葉片高度逐漸升高的主通路而壓力逐漸減少并從渦輪葉輪噴出，從而使安裝有渦輪葉輪的旋轉軸產生動力。
在渦輪葉輪的護罩側，在沿著半徑方向及軸向而與主入口分離的位置上形成有從屬入口，與從主入口供給的流體的壓力不同的壓力、具體而言比向主入口流入的流體低的壓力的流體流入從屬入口。從從屬入口導入的流體與從上游側的主入口及從屬入口導入的流體混合，壓力逐漸減少并從渦輪葉輪流出，從而使安裝有渦輪葉輪的旋轉軸產生動力。
在主入口與從屬入口之間及各從屬入口之間存在殼體，因此明確地被區分開，從而能夠防止流體的漏出。
如此，能夠將具有多個壓力的流體借助單一的渦輪葉輪作為旋轉動力而取出。由此，能夠減少部 件個數，從而能夠減少制造成本。
此時，構成從屬入口的葉片形狀是在與渦輪葉輪的軸線正交的面上，葉片的中心線相對于半徑方向而朝向旋轉方向傾斜規定角度，因此，流入的流體的回旋流速分量的大小比該位置的渦輪葉輪即葉片的周速小。
向渦輪葉輪流入的流體的壓力即壓力頭與流體的回旋流速分量乘以葉片的周速所得到的值成比例。在與渦輪葉輪的軸線正交的面上，葉片的中心線相對于半徑方向而未沿著旋轉方向傾斜的渦輪葉輪中，作為一般的設計點，使渦輪葉輪的出口處的流體的回旋流速分量為零，并以流體的回旋流速分量與葉片的周速相等的方式形成入口的壓力頭。
在本形態中，流入的流體的回旋流速分量的大小比該位置的渦輪葉輪即葉片的周速小，因此在同一壓力頭，即，流體的回旋流速分量與葉片的周速之積恒定的情況下，能夠使葉片的周速比一般的情況增大。換言之，能夠使從屬入口的半徑方向位置更接近主入口。
當使從屬入口的半徑方向位置更接近主入口時，從主入口流入的流體與從從屬入口流入的流體的流動方向交叉的角度進一步減小，能夠平緩地合流，因此能夠進一步減小因兩者的碰撞而產生的壓力損失。由此，能夠抑制徑流式渦輪的渦輪效率的下降。
在所述形態中，可以是，將構成所述從屬入口的葉片的前緣連結的線在以所述渦輪葉輪的軸線中心為中心的圓筒面上，相對于所述軸線中心以朝向所述葉片的前端側打開的方式傾斜。
這樣的話，構成從屬入口的葉片的主入口側能夠接近構成主入口的葉片。因此，能夠使構成從屬入口的葉片的主入口側與構成主入口的葉片連續。
這種情況下，能夠使來自主入口的葉片在以渦輪葉輪的軸線中心為中心的圓筒面 上，相對于軸線中心以朝向從屬入口的葉片側打開的方式傾斜，由此能夠更平緩地連續。
如此，若構成具有主入口的葉片與具有從屬入口的葉片連續的葉片面，則利用現 有的方法，能夠設計成正好I張葉片面連續的葉片，從而利用現有的葉片制作技術能夠一 體地制作。
本發明的第二形態涉及一種徑流式渦輪，具備渦輪葉輪，該渦輪葉輪具備從半徑 方向沿著軸向彎曲且葉片高度逐漸升高的主通路，從以半徑方向的流動為主分量而從位于 外周側的主入口向所述主通路流入的回旋的流體，將流體的回旋能量轉換成旋轉動力，并 將釋放了該能量后的流體沿著軸向噴出，在所述徑流式渦輪中，在所述渦輪葉輪且在比所 述主入口靠半徑方向內側位置上，具備從所述主通路的輪轂面分支且朝向所述主通路的背 面側延伸的從屬通路，在該從屬通路的外周端形成有從屬入口，該從屬入口形成在與所述 主入口不同的半徑方向位置，供給與從所述主入口供給的流體的壓力不同的壓力的流體， 構成該從屬入口的葉片形狀是在與所述渦輪葉輪的軸線正交的面上，所述葉片的中心線 相對于半徑方向而朝向旋轉方向傾斜規定角度。
根據本形態，流體從主入口被導入到渦輪葉輪的主通路的外周端。從主入口導入 的流體通過從半徑方向沿著軸向彎曲且葉片高度逐漸升高的主通路而壓力逐漸減少并從 渦輪葉輪噴出，從而使安裝有渦輪葉輪的旋轉軸產生動力。
與從主入口供給的流體的壓力不同的壓力的流體從從屬入口被導入到從屬通路 的外周端。該流體通過從屬通路而從主通路的輪轂面向主通路供給，并與從主入口導入的 流體混合。混合后的流體其壓力逐漸減少并從渦輪葉輪流出，從而使安裝有渦輪葉輪的旋 轉軸產生動力。
為了明確地區分開并減少流體的漏出，而主入口與從屬入口之間優選由在構成主 通路的渦輪葉輪的背板與殼體之間被調整后的間隙來分隔。
如此，能夠將具有多個壓力的流體借助單一或一體的渦輪葉輪作為旋轉動力而取 出。由此，能夠減少部件個數，從而能夠減少制造成本。
此時，構成從屬入口的葉片形狀是在與渦輪葉輪的軸線正交的面上，葉片的中心 線相對于半徑方向而朝向旋轉方向傾斜規定角度，因此，流入的流體的回旋流速分量的大 小比該位置的渦輪葉輪即葉片的周速小。
向渦輪葉輪流入的流體的壓力即壓力頭與流體的回旋流速分量乘以葉片的周速 所得到的值成比例。在與渦輪葉輪的軸線正交的面上，葉片的中心線相對于半徑方向而未 沿著旋轉方向傾斜的渦輪葉輪中，作為一般的設計點，使渦輪葉輪的出口處的流體的回旋 流速分量為零，并以流體的回旋流速分量與葉片的周速相等的方式形成入口的壓力頭。
在本形態中，流入的流體的回旋流速分量的大小比該位置的渦輪葉輪即葉片的周 速小，因此在同一壓力頭，即，流體的回旋流速分量與葉片的周速之積恒定的情況下，能夠 使葉片的周速比一般的情況增大。換言之，能夠使從屬入口的半徑方向位置更接近主入口。
當使從屬入口的半徑方向位置更接近主入口時，能夠將向從屬入口流入的流體通 路設置在從旋轉軸更加分離的位置，因此能夠充分確保在旋轉軸的周圍設置的軸承箱等的 空間。
在上述各形態中，所述規定角度優選設為10°以上。
發明效果
根據本發明，在渦輪葉輪的護罩側，在沿著半徑方向及軸向與主入口分離的位置 上，形成多個從屬入口，或具備從主通路的輪轂面分支且朝向主通路的背面側延伸的從屬 通路及從屬入口，因此能夠將具有多個壓力的流體借助單一或一體的渦輪葉輪作為旋轉動 力而取出。由此，能夠減少部件個數，從而能夠減少制造成本。
此時，構成從屬入口的葉片形狀是在與渦輪葉輪的軸線正交的面上，葉片的中心 線相對于半徑方向而朝向旋轉方向傾斜規定角度，因此，能夠抑制徑流式渦輪的渦輪效率 的下降，或者能夠充分確保旋轉軸的周圍設置的軸承箱等的空間。


框圖。
圖1是表示使用本發明的第一實施方式的膨脹渦輪的雙發電系統的結構的框圖。 圖2是向圖1的膨脹渦輪適用了徑流式渦輪的局部剖視圖。圖3是圖2的徑向葉片的從軸線方向觀察到的主視圖。圖4是表不圖2的徑向葉片的X-X視圖。圖5是表示圖2的從屬入口的速度三角形的圖。圖6是表示本發明的第一實施方式的徑流式渦輪的比較例的局部剖視圖。圖7是表示圖6的從屬入口的速度三角形的圖。圖8是表示使用本發明的第一實施方式的膨脹渦輪的雙發電系統的另一結構的圖9是表示使用本發明的第一實施方式的膨脹渦輪的設備系統的結構的框圖。圖10是表示本發明的第二實施方式的徑流式渦輪的局部剖視圖。圖11是圖10的徑向葉片的從軸線方向觀察到的主視圖。圖12是表示圖10的徑向葉片的Y-Y視圖。
具體實施方式
以下，使用附圖，詳細說明本發明的實施方式。
[第一實施方式]
以下，參照圖1 圖5，說明本發明的第一實施方式的徑流式渦輪100。
圖1是表示使用本發明的第一實施方式的膨脹渦輪的雙發電系統的結構的框圖。 圖2是表示作為圖1的膨脹渦輪而使用本發明的徑流式渦輪時的徑流式渦輪形狀的局部剖 視圖。圖3是圖2的徑向葉片的從軸線方向觀察到的主視圖。圖4是表示圖2的徑向葉片 的X-X視圖。圖5是表示從屬入口的速度三角形的圖。
雙發電系統3例如被使用作為進行地熱發電的系統。雙發電系統3具備具有多 個熱源的熱源部5 ；2個雙循環7A、7B ;膨脹渦輪I ;借助膨脹渦輪I的旋轉動力而產生電力 的發電機9。
熱源部5將由地熱加熱后的蒸氣或熱水向雙循環7A、7B供給。熱源部5供給溫度 Tl、T2不同且壓力不同的兩種蒸氣和熱水。
雙循環7A、7B由使作為工作流體的低沸點介質(流體)循環的蘭金循環構成。作為低沸點介質，使用例如異丁烷等有機介質、弗利昂、替代弗利昂、氨、或氨與水的混合流體坐寸ο
在雙循環7A、7B中，利用來自熱源部5的高溫蒸氣或熱水，將低沸點介質加熱，形成為高壓流體，并將其向膨脹渦輪I供給。從膨脹渦輪I排出的低沸點介質返回雙循環7A、 7B，再次由高溫蒸氣或熱水加熱，這種情況依次反復進行。
此時，在2個雙循環7A、7B中，使用相同的低沸點介質。由于向雙循環7A、7B供給的高溫蒸氣或熱水的溫度不同，因此由它們向膨脹渦輪I供給的低沸點介質的壓力PU P2 不同。壓力Pl大于壓力P2。
徑流式渦輪100具備殼體11 ;將殼體11支承為能夠旋轉的旋轉軸13 ;安裝在旋轉軸13的外周的徑流式渦輪葉輪(渦輪葉輪)15。
徑流式渦輪葉輪15由安裝在旋轉軸13的外周的輪轂17和呈放射狀地隔開間隔設置在輪轂17的外周面上的多個葉片19。
在徑流式渦輪葉輪15的外周端上，在半徑Rl的位置上整周形成有主入口 21。在主入口 21的外周側形成有環狀的空間即入口流路25。在入口流路25的外周側端部形成有將從雙循環7A供給的壓力Pl的低沸點介質導入的主流入路23。
在入口流路25設有由沿著周向隔開間隔配置的多個葉片構成且產生高速回旋流的噴嘴27。
另外，也可以利用不具有噴嘴葉片的渦管等高速回旋流產生流路來產生高速回旋流。
在徑流式渦輪葉輪15形成有以使流體從主入口 21朝向渦輪葉輪出口 21流出的方式從半徑方向朝向軸向進行彎曲的主通路26。
在徑流式渦輪葉輪15的護罩側，在沿著半徑方向及軸向而與主入口 21分離的半徑R2的位置上形成有從屬入口 29。
在從屬入口 29的外周側形成有環狀的空間即入口流路33。在入口流路33的外周側端部形成有將從雙循環7B供給的壓力P2的低沸點介質導入的從屬流入路31。
在入口流路33設有由沿著周向隔開間隔配置的多個葉片構成的噴嘴35。
在圖2中，通過徑流式渦輪葉輪15內的流體的等壓線由單點劃線表示。
半徑R2以從從屬入口 29供給的流體的壓力與在徑流式渦輪葉輪15內通過該位置的流體的壓力大致相同的方式設定。
葉片19中的主入口 21的輪轂17側相對于軸線中心24具有大致同一角度的放射狀的葉片形狀，葉片19朝向徑流式渦輪葉輪15的出口呈拋物線狀地形成為葉片的角度相對于旋轉軸13增大的葉片形狀。
構成從屬入口 29的葉片形狀如圖3所示，在與旋轉軸13的軸線正交的面上，葉片 19的中心線相對于半徑方向而向旋轉方向20的下游側傾斜角度(規定角度)β 2。角度 β 2優選設為10°以上。
并且，將前緣連結的線22如圖4所示，在以旋轉軸13的軸線中心 24為中心的圓筒面上，相對于軸線中心24以向葉片19的前端側打開的方式傾斜。線22的旋轉軸13的相對于軸線中心24的傾斜角設為角度Y 2。
主入口 21設置在半徑Rl的位置，從屬入口 29設置在半徑R2的位置。
葉片19的主入口 21附近的葉片形狀在與旋轉軸13的軸線正交的面上，葉片19 的中心線大致沿著半徑方向。因此，主入口 21的半徑Rl如下設定。相對于入口壓Pl及壓力頭H1，存在g*Hl ^Ul2的關系。若徑流式渦輪葉輪15的轉速為N (rpm)，則主入口 21的半徑Rl設定為Rl ^ U1/2 · 31 / (N/60)的附近的值。
對其進行更嚴密表示時，是gXHl = Cul XUl-CudXUd(Cul :主入口 21處的流體的回旋流速分量，Cud :徑流式渦輪葉輪15出口的代表回旋流速分量，Ud :徑流式渦輪葉輪 15出口的代表周速)，在設計點上，通常設定為Cud ^ O, Cul ^ Ul，結果是按照前述的關系來設定主入口 21的半徑Rl。
另一方面，從屬入口 29附近的葉片形狀在與旋轉軸13的軸線正交的面上，葉片19 的中心線相對于半徑方向而向旋轉方向20的下游側傾斜角度(規定角度)β 2。
這種情況下，從屬入口 29的速度三角形如圖5所示。S卩，向從屬入口 29流入的流體的絕對流速C2分解成子午面流速分量Cm2和回旋流速分量Cu2。而且，絕對流速C2分解成沿著葉片面的相對流速W2和徑流式渦輪葉輪15的周速U2。
沿著從屬入口 29的附近的角度β 2傾斜的葉片面的按照相對流速W2流入的流體的回旋流速分量Cu2的大小比該位置的徑流式渦輪葉輪15的周速U2小。換言之，回旋流速分量Cu2與周速U2成為不同的大小。
因此，從屬入口 29的半徑R2如下設定。相對于從屬入口 29的入口壓P2及壓力頭H2，存在gXH2 Cu2XU2的關系。當徑流式渦輪葉輪15的轉速為N (rpm)時，從屬入口 29的半徑R2設定為R2 ^ U2/2 · π /(Ν/60)的附近的值。
對其進行更嚴密表示時，是gXH2 = Cu2XU2_CudXUd，在設計點上通常設定為 Cud ^ 0，因此結果是按照前述的關系來設定從屬入口 29的半徑R2。
作為比較例，說明圖6所示的徑流式渦輪葉輪15，其具備從屬入口 30，該從屬入口 30具有在與旋轉軸13的軸線正交的面上而葉片19的中心線大致沿著半徑方向的葉片形狀，除此以外與本實施方式為同樣的結構。在圖7中，表示圖6的徑流式渦輪15的從屬入口 30的速度三角形。
設置從屬入口 30的位置的半徑R,與主入口 21的半徑Rl同樣地，相對于入口壓 P2'及壓力頭H2'，存在gXH2' 一 U2, 2(^ Cu2f -U2f )的關系。當徑流式渦輪葉輪 15的轉速為N(rpm)時，從屬入口 30的半徑R2'設定為R2' &U2' /2 · π /(N/60)的附近的值。
在從屬入口 29中表示為g · Η2 ^ Cu2XU2，相對于此，在從屬入口 30中表示為 g · H2' ^ M2' 2( ^ Cu2' XU2,)。
在該關系中，在從屬入口 29的壓力頭H2及從屬入口 30的壓力頭H2'相同的情況下，如上述那樣，在從屬入口 29中，回旋流速分量Cu2比周速U2小，因此相對于 Cu2' 一 U2,的從屬入口 30的回旋流速分量Cu2'及周速U2'，例如，可以使用I以上的常數α，并設為Cu2 = CW /a，U2 = U2' X a。此時，若轉速恒定，則從屬入口 29的半徑 R2與從屬入口 30的半徑R2'的關系成為半徑R2 = R2' X a。
因此，在壓力頭H相同時，從屬入口 29的半徑R2可以大于從屬入口 30的半徑 R2'。
將從屬入口 29的前緣連結的線22在以旋轉軸13的軸線中心24為中心的圓筒面上，相對于軸線中心24以向葉片19的前端側打開角度Y 2的方式傾斜，因此構成從屬入口 29的葉片19的主入口 21側能夠接近構成主入口 21的葉片19。因此，如圖4所示，能夠使構成從屬入口 29的葉片19的葉片面與構成主入口 21的葉片19的葉片面連續。
如此，若構成主入口 21與從屬入口 29連續的葉片面，則利用現有的方法，能夠設計成正好I張葉片面連續的葉片19，從而利用現有的葉片制作技術能夠一體地制作。
這種情況下，在以軸線中心24為中心的圓筒面上，來自主入口 21的葉片19部分也可以相對于軸線中心24以向從屬入口 29側打開的方式傾斜。由此，能夠使主入口 21與從屬入口 29更平緩地連續。
以下，說明如此構成的本實施方式的徑流式渦輪100的動作。
從雙循環7A供給的壓力Pl的低沸點介質從主流入路23通過入口流路25，并借助噴嘴27來調整流量、流速，從而將流量Gl的低沸點介質從主入口 21向主通路26供給。該低沸點介質沿著主通路26如流體28那樣彎曲并朝向徑流式渦輪葉輪15的出口流動。此時，向徑流式渦輪葉輪15供給的低沸點介質的壓力為PNl。該壓力PNl的低沸點介質通過主通路26，在到達徑流式渦輪葉輪15的出口壓Pd之前壓力連續下降，并同時從徑流式渦輪葉輪15流出，從而使安裝有徑流式渦輪葉輪15的旋轉軸13產生旋轉動力。
此時，由雙循環7B供給的壓力P2的低沸點介質從從屬流入路31通過入口流路 33，并借助噴嘴35來調整流量、流速，從而將流量G2的低沸點介質從從屬入口 29向徑流式渦輪葉輪15供給。
此時，從該從屬入口 29供給到徑流式渦輪葉輪15內的低沸點介質的壓力PN2與在徑流式渦輪葉輪15中流動的朝向徑流式渦輪葉輪15出口依次下降、換言之連續下降的低沸點介質的從屬入口 29位置處的壓力一致。
供給到從屬入口 29的低沸點介質如流體37那樣流動并與從主入口 21導入的低沸點介質合流。·
徑流式渦輪葉輪15的出口的半徑Rd在流量大的情況下，多設定為主入口 21的半徑Rl的O. 6 O. 7倍左右的大小。例如，在使用圖6所示的具備從屬入口 30的徑流式渦輪葉輪15的情況下，向從屬入口 30流入的低沸點介質的壓力頭H2'為主入口 21處的壓力頭Hl的O. 5倍時，設置從屬入口 30的半徑R2'成為主入口 21的半徑Rl的V 5倍，SP， O. 707 倍。
在這種狀態下，從主入口 21流入的流體28與從從屬入口 30流入的流體37的在子午面上的流體的代表速度的矢量無法平行地流動，而流體28、37相互碰撞，因此流體的壓力損失增加。
在本實施方式中，從屬入口 29具有在與旋轉軸13的軸線正交的面上葉片19的中心線相對于半徑方向而向旋轉方向20的下游側傾斜角度β 2的葉片形狀，從屬入口 30具有在與旋轉軸13的軸線正交的面上葉片19的中心線大致沿著半徑方向的葉片形狀，在相同的壓力頭的情況下，由于設置從屬入口 29的半徑位置比從屬入口 30的半徑位置大，因此能夠使從主入口 21流入的低沸點介質的流體28與從從屬入口 29流入的低沸點介質的流體37交叉的角度小于從主入口 21流入的低沸點介質的流體28與從從屬入口 30流入的低沸點介質的流體交叉的角度。因此，與從屬入口 30相比，來自主入口 21的低沸點介質與來自從屬入口 29的低沸點介質能夠更平緩地合流，因此能夠進一步減小因兩者的碰撞而產生的壓力損失。由此，能夠抑制徑流式渦輪100的渦輪效率的下降。
從從屬入口 29流入的流量G2的低沸點介質與從主入口 21供給的流量Gl的低沸 點介質混合，成為一體而從徑流式渦輪葉輪15的出口流出。流量Gl及流量G2相加的流量 的低沸點介質經由徑流式渦輪葉輪15而使旋轉軸13產生旋轉動力。
通過旋轉軸13的旋轉驅動而使發電機9產生電力。
如此，通過將來自雙循環7A、7B的壓力不同的低沸點介質分別向徑流式渦輪葉輪 15的主入口 21及從屬入口 29供給，能夠借助單一的徑流式渦輪葉輪15作為旋轉動力而取出。
由此，本實施方式的徑流式渦輪100與具備多個膨脹渦輪或多個徑流式渦輪葉輪 的膨脹渦輪相比，能夠減少部件個數，能夠減少制造成本。
需要說明的是，在本實施方式中，在徑流式渦輪葉輪15未設置護罩，但并不限定 于此。
例如，也可以在位于主入口 21與從屬入口 29之間的徑流式渦輪葉輪15上安裝護 罩。而且，除了護罩之外，還可以在從屬入口 29到徑流式渦輪葉輪15的出口之間設置護罩。
這樣的話，能夠減少主入口 21與從屬入口 29之間的葉片前端的間隙引起的低沸 點介質的泄漏損失，從而能夠提聞潤輪效率。
此外，在本實施方式中，從屬入口 29為一個部位，但也可以設置在多個部位。
這樣的話，能夠將3個以上不同的壓力的低沸點介質借助單一的徑流式渦輪葉輪 15作為旋轉動力而取出，能夠進一步減少部件個數，能夠減少制造成本。
在本實施方式中，說明了具有2個雙循環7A、7B且適用于雙發電系統3的情況，但 膨脹渦輪I的用途并未限定于此。
例如圖8所示，也能夠適用于具有I個雙循環7C的雙發電系統3。這種情況下，從 雙循環7C取出壓力不同的低沸點介質而借助膨脹渦輪I來回收動力。
另外，在圖9所示的設備系統2中也可以使用膨脹渦輪I。設備系統2中，例如，利 用鍋爐設備4，取出多個例如3個壓力不同的蒸氣(流體)而借助膨脹渦輪I來回收動力。
作為設備系統2，可以在各種工業設備例如化學設備中進行分離或混合的工藝的 混合過程中使用。
[第二實施方式]
接下來，使用圖10 圖12，說明本發明的第二實施方式的徑流式渦輪100。
本實施方式的渦輪葉輪的結構與第一實施方式不同，因此這里主要說明該不同的 部分，關于與前述的第一實施方式相同的部分，省略重復的說明。
需要說明的是，對于與第一實施方式相同的構件，標注相同符號。
圖10是表示本發明的第二實施方式的徑流式渦輪100的局部剖視圖。圖11是圖 10的徑向葉片的從軸線方向觀察到的主視圖。圖12是表示圖10的徑向葉片的Y-Y視圖。
在本實施方式中，在主通路26的輪轂面上具備朝向背面側延伸的從屬通路32。主 通路26與從屬通路32在由單點劃線表示的主通路26的輪轂面的假想線即合流部34處使 流體合流。換言之，從屬通路32從合流部34分支，朝向主通路26的背面側延伸形成。
在從屬通路32的背面側的外周端，在與主入口 21不同的半徑R2的位置上整周形 成有從屬入口 36。
在設置在半徑R2的位置上的從屬入口 36的外周側形成有環狀的空間即入口流路 38。在入口流路38的外周端連接有將從雙循環7B供給的壓力P2的低沸點介質導入的從屬流入路40。
在入口流路40設有由沿著周向隔開間隔配置的多個葉片構成的噴嘴42。
在徑流式渦輪葉輪15的葉片19上形成有在合流部34處分支并將從屬通路32的周向劃分的分支通路壁(葉片)44。
在從主入口 21到合流部34的葉片19的背面和分支通路壁44的護罩側設有背板 46。
通過相鄰的葉片19、輪轂17、背板46、殼體11，形成主通路26。通過相鄰的葉片 19的分支通路壁44、輪轂17、背板26的半徑方向內方的面，形成從屬通路32。
如圖10所示，葉片19的后緣以低沸點介質具有大致軸向的分量而流出的方式由大致半徑方向的線構成。
葉片19的后緣以流體具有半徑內方向的分量而流出的方式傾斜構成也可。
構成主通路26的葉片19如圖12所示，在主入口 21處相對于旋轉軸13的軸線中心24具有大致同一角度的放射狀的葉片形狀，形成為朝向徑流式渦輪葉輪15的出口而葉片的中心線XL相對于旋轉軸13呈拋物線狀地增大的葉片形狀。其轉向點是合流部34的附近。
構成從屬通路32的分支通路壁44為了承受葉片19的主入口 21側的部分即主入口部及背板26的離心力，而設置在使位于合流部34的葉片19向輪轂側延長的位置。
需要說明的是，在離心力產生的作用于葉片19的分支通路壁44的應力充分小時， 也可以使葉片19的主入口部的角度與分支通路壁44的角度不一致。
構成從屬入口 36的分支通路壁44的形狀(葉片形狀)如圖11所示，在與旋轉軸 13的軸線正交的面上，分支 通路壁44的中心線相對于半徑方向而向旋轉方向20的下游側傾斜角度(規定角度)β 2。需要說明的是，角度β 2優選設為10°以上。
由此，與第一實施方式的從屬入口 29同樣地，沿著從屬入口 36的附近的傾斜了角度β 2的葉片面的以相對流速流入的流體的回旋流速分量Cu2的大小比該位置的徑流式渦輪葉輪15的周速U2小。換言之，回旋流速分量Cu2與周速U2為不同的大小。
因此，從屬入口 36的半徑R2如下設定。相對于從屬入口 36的入口壓P2及壓力頭H2，存在gXH2 Cu2XU2的關系。當徑流式渦輪葉輪15的轉速為N (rpm)時，從屬入口 36的半徑R2設定為R2 ^ U2/2 · π /(Ν/60)的附近的值。
更嚴密地表示的話，是gXH2 = Cu2XU2_CudXUd，在設計點上通常設定為 Cud ^ 0，因此結果是按照前述的關系來設定從屬入口 36的半徑R2。
從屬入口 36在與旋轉軸13的軸線正交的面上而分支通路壁44的中心線大致沿著半徑方向時，設置從屬入口 36的位置的半徑R'與主入口 21的半徑Rl同樣地設定。SP， 相對于入口壓P2'及壓力頭H2'，存在gXH2' ~U2' 2(~αι2' .U2,)的關系。當徑流式渦輪葉輪15的轉速為N(rpm)時，半徑R2'設定為R2' U2, /2 · π /(N/60)的附近的值。
在該關系中，在壓力頭H2及壓力頭H2'相同時，例如，使用I以上的常數α，并設為Cu2 = Cu2' /a，U2 = U2' X α。此時若轉速恒定，則半徑R2與半徑R2'的關系成為R2 = R2' X α。
因此，在壓力頭H相同時，如圖10所示，可以使半徑R2大于半徑R2'。
如此，由于設置從屬入口 36的半徑R2能夠增大，因此能夠將從屬流入路40的位置配置在從旋轉軸13更加分離的位置。換言之，能夠增大從從屬流入路40的下端到旋轉軸13為止的空間54的高度。
在旋轉軸13的周圍雖然設置徑流式渦輪葉輪15的軸承或密封結構等，但由于能夠增大空間54的高度，因此能夠充分確保設置軸承和密封結構等的場所。
換言之，能夠擴大以與軸承和密封結構等不干涉的方式設置從屬流入路40的壓力頭Η2的范圍。
主通路26及從屬通路32隨著朝向渦輪葉輪出口 21而主通路26的葉片19的高度和從屬通路32的分支通路壁44的高度均升高，在主通路26中流動的低沸點介質的流體 48及在從屬通路32中流動的低沸點介質的流體50隨著朝向徑流式渦輪葉輪15的出口而流量容積增加并同時逐漸成為低壓。
圖10中，通過徑流式渦輪葉輪15內的流體的等壓線由單點劃線表示。
半徑R2以從從屬入口 36供給且到達合流部34的流體的壓力與通過主通路26的合流部34的流體的壓力大致相同的方式設定。
在殼體11且在主入口 21與從屬入口 36之間具備一個面構成入口流路39的通路壁且另一個面被調整成與背板26的間隙減小的殼體壁52。
以下，說明如此構成的本實施方式的徑流式渦輪100的動作。
由雙循環7Α供給的壓力Pl的低沸點介質從主流入路29通過入口流路31，借助噴嘴33來調整流量、流速，從而將流量Gl的低沸點介質從主入口 27向主通路23供給。此時， 向徑流式渦輪葉輪15供給的低沸點介質的壓力為ΡΝ1。該壓力PNl的低沸點介質在成為徑流式渦輪葉輪15的出口壓Pd之前而壓力連續下降，并同時從徑流式渦輪葉輪15流出，從而使安裝徑流式渦輪葉輪15的旋轉軸13產生旋轉動力。
此時，由雙循環7Β供給的壓力Ρ2的低沸點介質從從屬流入路40通過入口流路 38，借助噴嘴42來調整流量、流速，從而將流量G2的低沸點介質從從屬入口 36向從屬通路 32供給。此時，從該從屬入口 36向從屬通路32供給的低沸點介質的壓力ΡΝ2在低沸點介質流過從屬通路32期間被減壓，與主通路26的合流部34位置處的壓力大體一致。
主入口 21與從屬入口 36之間具備殼體壁52，該殼體壁52在與主通路26的背板 46之間以減小間隙的方式進行了間隙調整，因此即便在葉輪入口使用壓力PNl與壓力ΡΝ2 的壓力不同的低沸點介質，也能夠抑制來自主入口 21的壓力高的低沸點介質向從屬入口 36的泄漏，從而能夠減少泄漏。
在合流部34，從從屬入口 36流入的流量G2的低沸點介質與從主入口 21供給的流量Gl的低沸點介質混合。主通路26與從屬通路32借助葉片19及分支通路壁44而連續形成，因此通過這些通路的流體能夠順暢地混合。
混合后的低沸點介質從徑流式渦輪葉輪15流出。流量Gl及流量G2相加的流量的低沸點介質經由徑流式渦輪葉輪15而使旋轉軸13產生旋轉動力。
通過旋轉軸13的旋轉驅動而使發電機9產生電力。
如此，通過將來自雙循環7Α、7Β的壓力不同的低沸點介質分別向徑流式渦輪葉輪15的主入口 21及從屬入口 36供給，能夠借助單一的徑流式渦輪葉輪15作為旋轉動力而取出。
由此，本實施方式的徑流式渦輪100與具備多個膨脹渦輪或多個徑流式渦輪葉輪 的膨脹渦輪相比，能夠減少部件個數，能夠減少制造成本。
需要說明的是，在本實施方式中，在徑流式渦輪葉輪15未設置護罩，但也可以根 據需要而安裝護罩。
這樣的話，能夠減少主通路26的低沸點介質的泄漏損失，從而能夠提高渦輪效率。
在本實施方式中，說明了具有2個雙循環7A、7B且適用于雙發電系統3的情況，但 膨脹渦輪I的用途并未限定于此。
例如圖8所示，也能夠適用于具有I個雙循環7C的雙發電系統3。
另外，在圖9所示的設備系統2中也可以使用膨脹渦輪I。作為設備系統2，可以 在各種工業設備例如化學設備中進行分離或混合的工藝的混合過程中使用。
需要說明的是，本發明并未限定為以上說明的各實施方式，在不脫離本發明的主 旨的范圍內可以進行各種變形。
符號說明
I膨脹渦輪
13旋轉軸
15徑流式渦輪葉輪
19 葉片
21 主入口
26主通路
29從屬入口
36從屬入口
44分支通路壁
100徑流式渦輪
權利要求
1.一種徑流式渦輪，具備渦輪葉輪，該渦輪葉輪具備從半徑方向沿著軸向彎曲且葉片高度逐漸升高的主通路，從以半徑方向的流動為主分量而從位于外周側的主入口向所述主通路流入的回旋的流體中，將流體的回旋能量轉換成旋轉動力，并將釋放了該能量后的流體沿著軸向噴出，在所述徑流式渦輪中，在所述渦輪葉輪的護罩側，在沿著半徑方向及軸向而與所述主入口分離的位置上形成有從屬入口，該從屬入口使與從所述主入口供給的流體的壓力不同的壓力的流體流入，構成該從屬入口的葉片形狀是在與所述渦輪葉輪的軸線正交的面上，所述葉片的中心線相對于半徑方向而朝向旋轉方向傾斜規定角度。
2.根據權利要求1所述的徑流式渦輪，其中，將構成所述從屬入口的葉片的前緣連結的線在以所述渦輪葉輪的軸線中心為中心的圓筒面上，相對于所述軸線中心以朝向所述葉片的前端側打開的方式傾斜。
3.一種徑流式渦輪，具備渦輪葉輪，該渦輪葉輪具備從半徑方向沿著軸向彎曲且葉片高度逐漸升高的主通路，從以半徑方向的流動為主分量而從位于外周側的主入口向所述主通路流入的回旋的流體中，將流體的回旋能量轉換成旋轉動力，并將釋放了該能量后的流體沿著軸向噴出，在所述徑流式渦輪中，在所述渦輪葉輪且在比所述主入口靠半徑方向內側位置上，具備從所述主通路的輪轂面分支且朝向所述主通路的背面側延伸的從屬通路，在該從屬通路的外周端形成有從屬入口，該從屬入口形成在與所述主入口不同的半徑方向位置，供給與從所述主入口供給的流體的壓力不同的壓力的流體，構成該從屬入口的葉片形狀是在與所述渦輪葉輪的軸線正交的面上，所述葉片的中心線相對于半徑方向而朝向旋轉方向傾斜規定角度。
4.根據權利要求1 3中任一項所述的徑流式渦輪，其中，所述規定角度設為10°以上。
全文摘要
本發明提供一種利用單一或一體的渦輪葉輪來處理具有多個壓力的流體，削減部件個數而實現低成本化的徑流式渦輪。徑流式渦輪(100)具備徑流式渦輪葉輪(15)，徑流式渦輪葉輪(15)具備從半徑方向沿著軸向彎曲且葉片高度逐漸升高的主通路(26)，從以半徑方向的流動為主分量而從外周側的主入口(21)向主通路(26)流入的流體，將回旋能量轉換成旋轉動力，并將流體沿著軸向噴出，在徑流式渦輪(100)中，在徑流式渦輪葉輪(15)的護罩側，在沿著半徑方向及軸向而與主入口(21)分離的位置上形成有從屬入口(29)，從屬入口(29)使與從主入口(21)供給的流體的壓力(P1)不同的壓力(P2)的流體流入，構成從屬入口(29)的葉片形狀是在與徑流式渦輪葉輪(15)的軸線正交的面上，葉片(19)的中心線相對于半徑方向而朝向旋轉方向傾斜規定角度。
文檔編號F01D1/08GK103003527SQ201280001973
公開日2013年3月27日 申請日期2012年1月18日 優先權日2011年1月27日
發明者東森弘高, 川見雅幸 申請人:三菱重工業株式會社