CN103003527B - 径流式涡轮 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用单一或一体的涡轮叶轮来处理具有多个压力的流体，削减部件个数而实现低成本化的径流式涡轮。径流式涡轮(100)具备径流式涡轮叶轮(15)，径流式涡轮叶轮(15)具备从半径方向沿着轴向弯曲且叶片高度逐渐升高的主通路(26)，从以半径方向的流动为主分量而从外周侧的主入口(21)向主通路(26)流入的流体，将回旋能量转换成旋转动力，并将流体沿着轴向喷出，在径流式涡轮(100)中，在径流式涡轮叶轮(15)的护罩侧，在沿着半径方向及轴向而与主入口(21)分离的位置上形成有从属入口(29)，从属入口(29)使与从主入口(21)供给的流体的压力(P1)不同的压力(P2)的流体流入，构成从属入口(29)的叶片形状是：在与径流式涡轮叶轮(15)的轴线正交的面上，叶片(19)的中心线相对于半径方向而朝向旋转方向倾斜规定角度。

Description

径流式涡轮
技术领域
本发明涉及径流式涡轮。
背景技术
一种径流式涡轮，具备单一的涡轮叶轮，该涡轮叶轮从以半径方向的流速分量为主要分量并流入涡轮叶轮的回旋的流体，将流体的回旋能量转换成旋转动力，并将释放了该能量后的流体沿着轴向喷出，所述径流式涡轮从中低温或高温、高压的流体将能量转换成旋转动力，广泛地应用于从各种工业用设备的由高温、高压的流体排出的排出能量的动力回收、经由船舶或车辆用的动力源等的热循环而得到动力的系统的排热回收、利用地热和OTEC等中低温热源的双循环发电的动力回收等。
在各种能量源具有多个压力时，例如专利文献1所示，多个涡轮、即分别对应于1个压力源而使用1个涡轮。或者有时在同一轴上设置2个涡轮叶轮。
这是因为径流式涡轮对应于流体各自的压力而设计成最佳的条件。例如，径流式涡轮的入口半径R在重力加速度为g，压力头为H，涡轮叶轮入口周速为U时，由g·H≈U2的关系决定。即，当涡轮叶轮的转速为N(rpm)时，入口半径R设定为R≈U/2·π/(N/60)的附近的值。
另外，在处理流量变动大的流体的径流式涡轮中，例如专利文献2所示，已知有利用隔壁将1个入口流路分隔、分割的结构。然而，这是为了对于同一压力的流体，根据流量而使入口的大小变化。
然而，这是双方的入口流路作为同一压力的流体进行处理的情况。而且，双方的入口流路相邻设置且仅由隔壁分隔，因此在处理不同压力的流体时，高压的流体向低压的流体泄漏，会使涡轮效率下降。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平1-285607号公报
专利文献2：日本特开昭63-302134号公报
发明的概要
发明要解决的课题
然而，如专利文献1所示，若使用多个涡轮的话，制造成本增大，设置空间增大。
另外，在同一轴上设置多个涡轮叶轮时，涡轮部件个数增多，结构变得复杂，制造成本增大。
发明内容
本发明鉴于这种情况，目的在于提供一种利用单一或一体的涡轮叶轮来处理具有多个压力的流体，削减部件个数而实现低成本化的径流式涡轮。
另外，在本发明中，目的在于提供一种抑制涡轮效率的下降，或能够充分确保轴承箱等的空间的径流式涡轮。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明采用以下的手段。
即，本发明的第一形态涉及一种径流式涡轮，具备涡轮叶轮，该涡轮叶轮具备从半径方向沿着轴向弯曲且叶片高度逐渐升高的主通路，从以半径方向的流动为主分量而从位于外周侧的主入口向所述主通路流入的回旋的流体，将流体的回旋能量转换成旋转动力，并将释放了该能量后的流体沿着轴向喷出，在所述径流式涡轮中，在所述涡轮叶轮的护罩侧，在沿着半径方向及轴向而与所述主入口分离的位置上形成有从属入口，该从属入口使与从所述主入口供给的流体的压力不同的压力的流体流入，构成该从属入口的叶片形状是：在与所述涡轮叶轮的轴线正交的面上，所述叶片的中心线相对于半径方向而朝向旋转方向倾斜规定角度。
根据本形态，流体从主入口被导入到涡轮叶轮的主通路的外周端。从主入口导入的流体通过从半径方向沿着轴向弯曲且叶片高度逐渐升高的主通路而压力逐渐减少并从涡轮叶轮喷出，从而使安装有涡轮叶轮的旋转轴产生动力。
在涡轮叶轮的护罩侧，在沿着半径方向及轴向而与主入口分离的位置上形成有从属入口，与从主入口供给的流体的压力不同的压力、具体而言比向主入口流入的流体低的压力的流体流入从属入口。从从属入口导入的流体与从上游侧的主入口及从属入口导入的流体混合，压力逐渐减少并从涡轮叶轮流出，从而使安装有涡轮叶轮的旋转轴产生动力。
在主入口与从属入口之间及各从属入口之间存在壳体，因此明确地被区分开，从而能够防止流体的漏出。
如此，能够将具有多个压力的流体借助单一的涡轮叶轮作为旋转动力而取出。由此，能够减少部件个数，从而能够减少制造成本。
此时，构成从属入口的叶片形状是在与涡轮叶轮的轴线正交的面上，叶片的中心线相对于半径方向而朝向旋转方向倾斜规定角度，因此，流入的流体的回旋流速分量的大小比该位置的涡轮叶轮即叶片的周速小。
向涡轮叶轮流入的流体的压力即压力头与流体的回旋流速分量乘以叶片的周速所得到的值成比例。在与涡轮叶轮的轴线正交的面上，叶片的中心线相对于半径方向而未沿着旋转方向倾斜的涡轮叶轮中，作为一般的设计点，使涡轮叶轮的出口处的流体的回旋流速分量为零，并以流体的回旋流速分量与叶片的周速相等的方式形成入口的压力头。
在本形态中，流入的流体的回旋流速分量的大小比该位置的涡轮叶轮即叶片的周速小，因此在同一压力头，即，流体的回旋流速分量与叶片的周速之积恒定的情况下，能够使叶片的周速比一般的情况增大。换言之，能够使从属入口的半径方向位置更接近主入口。
当使从属入口的半径方向位置更接近主入口时，从主入口流入的流体与从从属入口流入的流体的流动方向交叉的角度进一步减小，能够平缓地合流，因此能够进一步减小因两者的碰撞而产生的压力损失。由此，能够抑制径流式涡轮的涡轮效率的下降。
在所述形态中，可以是，将构成所述从属入口的叶片的前缘连结的线在以所述涡轮叶轮的轴线中心为中心的圆筒面上，相对于所述轴线中心以朝向所述叶片的前端侧打开的方式倾斜。
这样的话，构成从属入口的叶片的主入口侧能够接近构成主入口的叶片。因此，能够使构成从属入口的叶片的主入口侧与构成主入口的叶片连续。
这种情况下，能够使来自主入口的叶片在以涡轮叶轮的轴线中心为中心的圆筒面上，相对于轴线中心以朝向从属入口的叶片侧打开的方式倾斜，由此能够更平缓地连续。
如此，若构成具有主入口的叶片与具有从属入口的叶片连续的叶片面，则利用现有的方法，能够设计成正好1张叶片面连续的叶片，从而利用现有的叶片制作技术能够一体地制作。
本发明的第二形态涉及一种径流式涡轮，具备涡轮叶轮，该涡轮叶轮具备从半径方向沿着轴向弯曲且叶片高度逐渐升高的主通路，从以半径方向的流动为主分量而从位于外周侧的主入口向所述主通路流入的回旋的流体，将流体的回旋能量转换成旋转动力，并将释放了该能量后的流体沿着轴向喷出，在所述径流式涡轮中，在所述涡轮叶轮且在比所述主入口靠半径方向内侧位置上，具备从所述主通路的轮毂面分支且朝向所述主通路的背面侧延伸的从属通路，在该从属通路的外周端形成有从属入口，该从属入口形成在与所述主入口不同的半径方向位置，供给与从所述主入口供给的流体的压力不同的压力的流体，构成该从属入口的叶片形状是：在与所述涡轮叶轮的轴线正交的面上，所述叶片的中心线相对于半径方向而朝向旋转方向倾斜规定角度。
根据本形态，流体从主入口被导入到涡轮叶轮的主通路的外周端。从主入口导入的流体通过从半径方向沿着轴向弯曲且叶片高度逐渐升高的主通路而压力逐渐减少并从涡轮叶轮喷出，从而使安装有涡轮叶轮的旋转轴产生动力。
与从主入口供给的流体的压力不同的压力的流体从从属入口被导入到从属通路的外周端。该流体通过从属通路而从主通路的轮毂面向主通路供给，并与从主入口导入的流体混合。混合后的流体其压力逐渐减少并从涡轮叶轮流出，从而使安装有涡轮叶轮的旋转轴产生动力。
为了明确地区分开并减少流体的漏出，而主入口与从属入口之间优选由在构成主通路的涡轮叶轮的背板与壳体之间被调整后的间隙来分隔。
如此，能够将具有多个压力的流体借助单一或一体的涡轮叶轮作为旋转动力而取出。由此，能够减少部件个数，从而能够减少制造成本。
此时，构成从属入口的叶片形状是在与涡轮叶轮的轴线正交的面上，叶片的中心线相对于半径方向而朝向旋转方向倾斜规定角度，因此，流入的流体的回旋流速分量的大小比该位置的涡轮叶轮即叶片的周速小。
向涡轮叶轮流入的流体的压力即压力头与流体的回旋流速分量乘以叶片的周速所得到的值成比例。在与涡轮叶轮的轴线正交的面上，叶片的中心线相对于半径方向而未沿着旋转方向倾斜的涡轮叶轮中，作为一般的设计点，使涡轮叶轮的出口处的流体的回旋流速分量为零，并以流体的回旋流速分量与叶片的周速相等的方式形成入口的压力头。
在本形态中，流入的流体的回旋流速分量的大小比该位置的涡轮叶轮即叶片的周速小，因此在同一压力头，即，流体的回旋流速分量与叶片的周速之积恒定的情况下，能够使叶片的周速比一般的情况增大。换言之，能够使从属入口的半径方向位置更接近主入口。
当使从属入口的半径方向位置更接近主入口时，能够将向从属入口流入的流体通路设置在从旋转轴更加分离的位置，因此能够充分确保在旋转轴的周围设置的轴承箱等的空间。
在上述各形态中，所述规定角度优选设为10°以上。
发明效果
根据本发明，在涡轮叶轮的护罩侧，在沿着半径方向及轴向与主入口分离的位置上，形成多个从属入口，或具备从主通路的轮毂面分支且朝向主通路的背面侧延伸的从属通路及从属入口，因此能够将具有多个压力的流体借助单一或一体的涡轮叶轮作为旋转动力而取出。由此，能够减少部件个数，从而能够减少制造成本。
此时，构成从属入口的叶片形状是在与涡轮叶轮的轴线正交的面上，叶片的中心线相对于半径方向而朝向旋转方向倾斜规定角度，因此，能够抑制径流式涡轮的涡轮效率的下降，或者能够充分确保旋转轴的周围设置的轴承箱等的空间。
附图说明
图1是表示使用本发明的第一实施方式的膨胀涡轮的双发电系统的结构的框图。
图2是向图1的膨胀涡轮适用了径流式涡轮的局部剖视图。
图3是图2的径向叶片的从轴线方向观察到的主视图。
图4是表示图2的径向叶片的X-X视图。
图5是表示图2的从属入口的速度三角形的图。
图6是表示本发明的第一实施方式的径流式涡轮的比较例的局部剖视图。
图7是表示图6的从属入口的速度三角形的图。
图8是表示使用本发明的第一实施方式的膨胀涡轮的双发电系统的另一结构的框图。
图9是表示使用本发明的第一实施方式的膨胀涡轮的设备系统的结构的框图。
图10是表示本发明的第二实施方式的径流式涡轮的局部剖视图。
图11是图10的径向叶片的从轴线方向观察到的主视图。
图12是表示图10的径向叶片的Y-Y视图。
具体实施方式
以下，使用附图，详细说明本发明的实施方式。
[第一实施方式]
以下，参照图1～图5，说明本发明的第一实施方式的径流式涡轮100。
图1是表示使用本发明的第一实施方式的膨胀涡轮的双发电系统的结构的框图。图2是表示作为图1的膨胀涡轮而使用本发明的径流式涡轮时的径流式涡轮形状的局部剖视图。图3是图2的径向叶片的从轴线方向观察到的主视图。图4是表示图2的径向叶片的X-X视图。图5是表示从属入口的速度三角形的图。
双发电系统3例如被使用作为进行地热发电的系统。双发电系统3具备：具有多个热源的热源部5；2个双循环7A、7B；膨胀涡轮1；借助膨胀涡轮1的旋转动力而产生电力的发电机9。
热源部5将由地热加热后的蒸气或热水向双循环7A、7B供给。热源部5供给温度T1、T2不同且压力不同的两种蒸气和热水。
双循环7A、7B由使作为工作流体的低沸点介质(流体)循环的兰金循环构成。作为低沸点介质，使用例如异丁烷等有机介质、弗利昂、替代弗利昂、氨、或氨与水的混合流体等。
在双循环7A、7B中，利用来自热源部5的高温蒸气或热水，将低沸点介质加热，形成为高压流体，并将其向膨胀涡轮1供给。从膨胀涡轮1排出的低沸点介质返回双循环7A、7B，再次由高温蒸气或热水加热，这种情况依次反复进行。
此时，在2个双循环7A、7B中，使用相同的低沸点介质。由于向双循环7A、7B供给的高温蒸气或热水的温度不同，因此由它们向膨胀涡轮1供给的低沸点介质的压力P1、P2不同。压力P1大于压力P2。
径流式涡轮100具备：壳体11；将壳体11支承为能够旋转的旋转轴13；安装在旋转轴13的外周的径流式涡轮叶轮(涡轮叶轮)15。
径流式涡轮叶轮15由安装在旋转轴13的外周的轮毂17和呈放射状地隔开间隔设置在轮毂17的外周面上的多个叶片19。
在径流式涡轮叶轮15的外周端上，在半径R1的位置上整周形成有主入口21。在主入口21的外周侧形成有环状的空间即入口流路25。在入口流路25的外周侧端部形成有将从双循环7A供给的压力P1的低沸点介质导入的主流入路23。
在入口流路25设有由沿着周向隔开间隔配置的多个叶片构成且产生高速回旋流的喷嘴27。
另外，也可以利用不具有喷嘴叶片的涡管等高速回旋流产生流路来产生高速回旋流。
在径流式涡轮叶轮15形成有以使流体从主入口21朝向涡轮叶轮出口流出的方式从半径方向朝向轴向进行弯曲的主通路26。
在径流式涡轮叶轮15的护罩侧，在沿着半径方向及轴向而与主入口21分离的半径R2的位置上形成有从属入口29。
在从属入口29的外周侧形成有环状的空间即入口流路33。在入口流路33的外周侧端部形成有将从双循环7B供给的压力P2的低沸点介质导入的从属流入路31。
在入口流路33设有由沿着周向隔开间隔配置的多个叶片构成的喷嘴35。
在图2中，通过径流式涡轮叶轮15内的流体的等压线由单点划线表示。
半径R2以从从属入口29供给的流体的压力与在径流式涡轮叶轮15内通过该位置的流体的压力大致相同的方式设定。
叶片19中的主入口21的轮毂17侧相对于轴线中心24具有大致同一角度的放射状的叶片形状，叶片19朝向径流式涡轮叶轮15的出口呈抛物线状地形成为叶片的角度相对于旋转轴13增大的叶片形状。
构成从属入口29的叶片形状如图3所示，在与旋转轴13的轴线正交的面上，叶片19的中心线相对于半径方向而向旋转方向20的下游侧倾斜角度(规定角度)β2。角度β2优选设为10°以上。
并且，将前缘连结的线22如图4所示，在以旋转轴13的轴线中心24为中心的圆筒面上，相对于轴线中心24以向叶片19的前端侧打开的方式倾斜。线22的旋转轴13的相对于轴线中心24的倾斜角设为角度γ2。
主入口21设置在半径R1的位置，从属入口29设置在半径R2的位置。
叶片19的主入口21附近的叶片形状在与旋转轴13的轴线正交的面上，叶片19的中心线大致沿着半径方向。因此，主入口21的半径R1如下设定。相对于入口压P1及压力头H1，存在g·H1≈U12的关系。若径流式涡轮叶轮15的转速为N(rpm)，则主入口21的半径R1设定为R1≈U1/2·π/(N/60)的附近的值。
对其进行更严密表示时，是g×H1＝Cu1×U1-Cud×Ud(Cu1：主入口21处的流体的回旋流速分量，Cud：径流式涡轮叶轮15出口的代表回旋流速分量，Ud：径流式涡轮叶轮15出口的代表周速)，在设计点上，通常设定为Cud≈0，Cu1≈U1，结果是按照前述的关系来设定主入口21的半径R1。
另一方面，从属入口29附近的叶片形状在与旋转轴13的轴线正交的面上，叶片19的中心线相对于半径方向而向旋转方向20的下游侧倾斜角度(规定角度)β2。
这种情况下，从属入口29的速度三角形如图5所示。即，向从属入口29流入的流体的绝对流速C2分解成子午面流速分量Cm2和回旋流速分量Cu2。而且，绝对流速C2分解成沿着叶片面的相对流速W2和径流式涡轮叶轮15的周速U2。
沿着从属入口29的附近的角度β2倾斜的叶片面的按照相对流速W2流入的流体的回旋流速分量Cu2的大小比该位置的径流式涡轮叶轮15的周速U2小。换言之，回旋流速分量Cu2与周速U2成为不同的大小。
因此，从属入口29的半径R2如下设定。相对于从属入口29的入口压P2及压力头H2，存在g×H2≈Cu2×U2的关系。当径流式涡轮叶轮15的转速为N(rpm)时，从属入口29的半径R2设定为R2≈U2/2·π/(N/60)的附近的值。
对其进行更严密表示时，是g×H2＝Cu2×U2-Cud×Ud，在设计点上通常设定为Cud≈0，因此结果是按照前述的关系来设定从属入口29的半径R2。
作为比较例，说明图6所示的径流式涡轮叶轮15，其具备从属入口30，该从属入口30具有在与旋转轴13的轴线正交的面上而叶片19的中心线大致沿着半径方向的叶片形状，除此以外与本实施方式为同样的结构。在图7中，表示图6的径流式涡轮叶轮15的从属入口30的速度三角形。
设置从属入口30的位置的半径R2′与主入口21的半径R1同样地，相对于入口压P2′及压力头H2′，存在g×H2′≈U2′2(≈Cu2′·U2′)的关系。当径流式涡轮叶轮15的转速为N(rpm)时，从属入口30的半径R2′设定为R2′≈U2′/2·π/(N/60)的附近的值。
在从属入口29中表示为g·H2≈Cu2×U2，相对于此，在从属入口30中表示为g·H2′≈U2′2(≈Cu2′×U2′)。
在该关系中，在从属入口29的压力头H2及从属入口30的压力头H2′相同的情况下，如上述那样，在从属入口29中，回旋流速分量Cu2比周速U2小，因此相对于Cu2′≈U2′的从属入口30的回旋流速分量Cu2′及周速U2′，例如，可以使用1以上的常数α，并设为Cu2＝Cu2′/α，U2＝U2′×α。此时，若转速恒定，则从属入口29的半径R2与从属入口30的半径R2′的关系成为半径R2＝R2′×α。
因此，在压力头H相同时，从属入口29的半径R2可以大于从属入口30的半径R2′。
将从属入口29的前缘连结的线22在以旋转轴13的轴线中心24为中心的圆筒面上，相对于轴线中心24以向叶片19的前端侧打开角度γ2的方式倾斜，因此构成从属入口29的叶片19的主入口21侧能够接近构成主入口21的叶片19。因此，如图4所示，能够使构成从属入口29的叶片19的叶片面与构成主入口21的叶片19的叶片面连续。
如此，若构成主入口21与从属入口29连续的叶片面，则利用现有的方法，能够设计成正好1张叶片面连续的叶片19，从而利用现有的叶片制作技术能够一体地制作。
这种情况下，在以轴线中心24为中心的圆筒面上，来自主入口21的叶片19部分也可以相对于轴线中心24以向从属入口29侧打开的方式倾斜。由此，能够使主入口21与从属入口29更平缓地连续。
以下，说明如此构成的本实施方式的径流式涡轮100的动作。
从双循环7A供给的压力P1的低沸点介质从主流入路23通过入口流路25，并借助喷嘴27来调整流量、流速，从而将流量G1的低沸点介质从主入口21向主通路26供给。该低沸点介质沿着主通路26如流体28那样弯曲并朝向径流式涡轮叶轮15的出口流动。此时，向径流式涡轮叶轮15供给的低沸点介质的压力为PN1。该压力PN1的低沸点介质通过主通路26，在到达径流式涡轮叶轮15的出口压Pd之前压力连续下降，并同时从径流式涡轮叶轮15流出，从而使安装有径流式涡轮叶轮15的旋转轴13产生旋转动力。
此时，由双循环7B供给的压力P2的低沸点介质从从属流入路31通过入口流路33，并借助喷嘴35来调整流量、流速，从而将流量G2的低沸点介质从从属入口29向径流式涡轮叶轮15供给。
此时，从该从属入口29供给到径流式涡轮叶轮15内的低沸点介质的压力PN2与在径流式涡轮叶轮15中流动的朝向径流式涡轮叶轮15出口依次下降、换言之连续下降的低沸点介质的从属入口29位置处的压力一致。
供给到从属入口29的低沸点介质如流体37那样流动并与从主入口21导入的低沸点介质合流。
径流式涡轮叶轮15的出口的半径Rd在流量大的情况下，多设定为主入口21的半径R1的0.6～0.7倍左右的大小。例如，在使用图6所示的具备从属入口30的径流式涡轮叶轮15的情况下，向从属入口30流入的低沸点介质的压力头H2′为主入口21处的压力头H1的0.5倍时，设置从属入口30的半径R2′成为主入口21的半径R1的0.707倍。
在这种状态下，从主入口21流入的流体28与从从属入口30流入的流体37的在子午面上的流体的代表速度的矢量无法平行地流动，而流体28、37相互碰撞，因此流体的压力损失增加。
在本实施方式中，从属入口29具有在与旋转轴13的轴线正交的面上叶片19的中心线相对于半径方向而向旋转方向20的下游侧倾斜角度β2的叶片形状，从属入口30具有在与旋转轴13的轴线正交的面上叶片19的中心线大致沿着半径方向的叶片形状，在与图6的方式相同的压力头的情况下，由于设置从属入口29的半径位置比从属入口30的半径位置大，因此能够使从主入口21流入的低沸点介质的流体28与从从属入口29流入的低沸点介质的流体37交叉的角度小于从主入口21流入的低沸点介质的流体28与从从属入口30流入的低沸点介质的流体交叉的角度。因此，与从属入口30相比，来自主入口21的低沸点介质与来自从属入口29的低沸点介质能够更平缓地合流，因此能够进一步减小因两者的碰撞而产生的压力损失。由此，能够抑制径流式涡轮100的涡轮效率的下降。
从从属入口29流入的流量G2的低沸点介质与从主入口21供给的流量G1的低沸点介质混合，成为一体而从径流式涡轮叶轮15的出口流出。流量G1及流量G2相加的流量的低沸点介质经由径流式涡轮叶轮15而使旋转轴13产生旋转动力。
通过旋转轴13的旋转驱动而使发电机9产生电力。
如此，通过将来自双循环7A、7B的压力不同的低沸点介质分别向径流式涡轮叶轮15的主入口21及从属入口29供给，能够借助单一的径流式涡轮叶轮15作为旋转动力而取出。
由此，本实施方式的径流式涡轮100与具备多个膨胀涡轮或多个径流式涡轮叶轮的膨胀涡轮相比，能够减少部件个数，能够减少制造成本。
需要说明的是，在本实施方式中，在径流式涡轮叶轮15未设置护罩，但并不限定于此。
例如，也可以在位于主入口21与从属入口29之间的径流式涡轮叶轮15上安装护罩。而且，除了护罩之外，还可以在从属入口29到径流式涡轮叶轮15的出口之间设置护罩。
这样的话，能够减少主入口21与从属入口29之间的叶片前端的间隙引起的低沸点介质的泄漏损失，从而能够提高涡轮效率。
此外，在本实施方式中，从属入口29为一个部位，但也可以设置在多个部位。
这样的话，能够将3个以上不同的压力的低沸点介质借助单一的径流式涡轮叶轮15作为旋转动力而取出，能够进一步减少部件个数，能够减少制造成本。
在本实施方式中，说明了具有2个双循环7A、7B且适用于双发电系统3的情况，但膨胀涡轮1的用途并未限定于此。
例如图8所示，也能够适用于具有1个双循环7C的双发电系统3。这种情况下，从双循环7C取出压力不同的低沸点介质而借助膨胀涡轮1来回收动力。
另外，在图9所示的设备系统2中也可以使用膨胀涡轮1。设备系统2中，例如，利用锅炉设备4，取出多个例如3个压力不同的蒸气(流体)而借助膨胀涡轮1来回收动力。
作为设备系统2，可以在各种工业设备例如化学设备中进行分离或混合的工艺的混合过程中使用。
[第二实施方式]
接下来，使用图10～图12，说明本发明的第二实施方式的径流式涡轮100。
本实施方式的涡轮叶轮的结构与第一实施方式不同，因此这里主要说明该不同的部分，关于与前述的第一实施方式相同的部分，省略重复的说明。
需要说明的是，对于与第一实施方式相同的构件，标注相同符号。
图10是表示本发明的第二实施方式的径流式涡轮100的局部剖视图。图11是图10的径向叶片的从轴线方向观察到的主视图。图12是表示图10的径向叶片的Y-Y视图。
在本实施方式中，在主通路26的轮毂面上具备朝向背面侧延伸的从属通路32。主通路26与从属通路32在由单点划线表示的主通路26的轮毂面的假想线即合流部34处使流体合流。换言之，从属通路32从合流部34分支，朝向主通路26的背面侧延伸形成。
在从属通路32的背面侧的外周端，在与主入口21不同的半径R2的位置上整周形成有从属入口36。
在设置在半径R2的位置上的从属入口36的外周侧形成有环状的空间即入口流路38。在入口流路38的外周端连接有将从双循环7B供给的压力P2的低沸点介质导入的从属流入路40。
在入口流路38设有由沿着周向隔开间隔配置的多个叶片构成的喷嘴42。
在径流式涡轮叶轮15的叶片19上形成有在合流部34处分支并将从属通路32的周向划分的分支通路壁(叶片)44。
在从主入口21到合流部34的叶片19的背面和分支通路壁44的护罩侧设有背板46。
通过相邻的叶片19、轮毂17、背板46、壳体11，形成主通路26。通过相邻的叶片19的分支通路壁44、轮毂17、背板46的半径方向内方的面，形成从属通路32。
如图10所示，叶片19的后缘以低沸点介质具有大致轴向的分量而流出的方式由大致半径方向的线构成。
构成主通路26的叶片19如图12所示，在主入口21处相对于旋转轴13的轴线中心24具有大致同一角度的放射状的叶片形状，形成为朝向径流式涡轮叶轮15的出口而叶片的中心线XL相对于旋转轴13呈抛物线状地增大的叶片形状。其转向点是合流部34的附近。
构成从属通路32的分支通路壁44为了承受叶片19的主入口21侧的部分即主入口部及背板46的离心力，而设置在使位于合流部34的叶片19向轮毂侧延长的位置。
需要说明的是，在离心力产生的作用于叶片19的分支通路壁44的应力充分小时，也可以使叶片19的主入口部的角度与分支通路壁44的角度不一致。
构成从属入口36的分支通路壁44的形状(叶片形状)如图11所示，在与旋转轴13的轴线正交的面上，分支通路壁44的中心线相对于半径方向而向旋转方向20的下游侧倾斜角度(规定角度)β2。需要说明的是，角度β2优选设为10°以上。
由此，与第一实施方式的从属入口29同样地，沿着从属入口36的附近的倾斜了角度β2的叶片面的以相对流速流入的流体的回旋流速分量Cu2的大小比该位置的径流式涡轮叶轮15的周速U2小。换言之，回旋流速分量Cu2与周速U2为不同的大小。
因此，从属入口36的半径R2如下设定。相对于从属入口36的入口压P2及压力头H2，存在g×H2≈Cu2×U2的关系。当径流式涡轮叶轮15的转速为N(rpm)时，从属入口36的半径R2设定为R2≈U2/2·π/(N/60)的附近的值。
更严密地表示的话，是g×H2＝Cu2×U2-Cud×Ud，在设计点上通常设定为Cud≈0，因此结果是按照前述的关系来设定从属入口36的半径R2。
从属入口36在与旋转轴13的轴线正交的面上而分支通路壁44的中心线大致沿着半径方向时，设置从属入口36的位置的半径R2′与主入口21的半径R1同样地设定。即，相对于入口压P2′及压力头H2′，存在g×H2′≈U2′2(≈Cu2′·U2′)的关系。当径流式涡轮叶轮15的转速为N(rpm)时，半径R2′设定为R2′≈U2′/2·π/(N/60)的附近的值。
在该关系中，在压力头H2及压力头H2′相同时，例如，使用1以上的常数α，并设为Cu2＝Cu2′/α，U2＝U2′×α。此时若转速恒定，则半径R2与半径R2′的关系成为R2＝R2′×α。
因此，在压力头H相同时，如图10所示，可以使半径R2大于半径R2′。
如此，由于设置从属入口36的半径R2能够增大，因此能够将从属流入路40的位置配置在从旋转轴13更加分离的位置。换言之，能够增大从从属流入路40的下端到旋转轴13为止的空间54的高度。
在旋转轴13的周围虽然设置径流式涡轮叶轮15的轴承或密封结构等，但由于能够增大空间54的高度，因此能够充分确保设置轴承和密封结构等的场所。
换言之，能够扩大以与轴承和密封结构等不干涉的方式设置从属流入路40的压力头H2的范围。
主通路26及从属通路32随着朝向涡轮叶轮出口而主通路26的叶片19的高度和从属通路32的分支通路壁44的高度均升高，在主通路26中流动的低沸点介质的流体48及在从属通路32中流动的低沸点介质的流体50随着朝向径流式涡轮叶轮15的出口而流量容积增加并同时逐渐成为低压。
图10中，通过径流式涡轮叶轮15内的流体的等压线由单点划线表示。
半径R2以从从属入口36供给且到达合流部34的流体的压力与通过主通路26的合流部34的流体的压力大致相同的方式设定。
在壳体11且在主入口21与从属入口36之间具备一个面构成入口流路38的通路壁且另一个面被调整成与背板46的间隙减小的壳体壁52。
以下，说明如此构成的本实施方式的径流式涡轮100的动作。
由双循环7A供给的压力P1的低沸点介质从主流入路23通过入口流路25，借助喷嘴27来调整流量、流速，从而将流量G1的低沸点介质从主入口21向主通路26供给。此时，向径流式涡轮叶轮15供给的低沸点介质的压力为PN1。该压力PN1的低沸点介质在成为径流式涡轮叶轮15的出口压Pd之前而压力连续下降，并同时从径流式涡轮叶轮15流出，从而使安装径流式涡轮叶轮15的旋转轴13产生旋转动力。
此时，由双循环7B供给的压力P2的低沸点介质从从属流入路40通过入口流路38，借助喷嘴42来调整流量、流速，从而将流量G2的低沸点介质从从属入口36向从属通路32供给。此时，从该从属入口36向从属通路32供给的低沸点介质的压力PN2在低沸点介质流过从属通路32期间被减压，与主通路26的合流部34位置处的压力大体一致。
主入口21与从属入口36之间具备壳体壁52，该壳体壁52在与主通路26的背板46之间以减小间隙的方式进行了间隙调整，因此即便在叶轮入口使用压力PN1与压力PN2的压力不同的低沸点介质，也能够抑制来自主入口21的压力高的低沸点介质向从属入口36的泄漏，从而能够减少泄漏。
在合流部34，从从属入口36流入的流量G2的低沸点介质与从主入口21供给的流量G1的低沸点介质混合。主通路26与从属通路32借助叶片19及分支通路壁44而连续形成，因此通过这些通路的流体能够顺畅地混合。
混合后的低沸点介质从径流式涡轮叶轮15流出。流量G1及流量G2相加的流量的低沸点介质经由径流式涡轮叶轮15而使旋转轴13产生旋转动力。
通过旋转轴13的旋转驱动而使发电机9产生电力。
如此，通过将来自双循环7A、7B的压力不同的低沸点介质分别向径流式涡轮叶轮15的主入口21及从属入口36供给，能够借助单一的径流式涡轮叶轮15作为旋转动力而取出。
由此，本实施方式的径流式涡轮100与具备多个膨胀涡轮或多个径流式涡轮叶轮的膨胀涡轮相比，能够减少部件个数，能够减少制造成本。
需要说明的是，在本实施方式中，在径流式涡轮叶轮15未设置护罩，但也可以根据需要而安装护罩。
这样的话，能够减少主通路26的低沸点介质的泄漏损失，从而能够提高涡轮效率。
在本实施方式中，说明了具有2个双循环7A、7B且适用于双发电系统3的情况，但膨胀涡轮1的用途并未限定于此。
例如图8所示，也能够适用于具有1个双循环7C的双发电系统3。
另外，在图9所示的设备系统2中也可以使用膨胀涡轮1。作为设备系统2，可以在各种工业设备例如化学设备中进行分离或混合的工艺的混合过程中使用。
需要说明的是，本发明并未限定为以上说明的各实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内可以进行各种变形。
符号说明
1 膨胀涡轮
13 旋转轴
15 径流式涡轮叶轮
19 叶片
21 主入口
26 主通路
29 从属入口
36 从属入口
44 分支通路壁
100 径流式涡轮

Claims (4)

1.一种径流式涡轮，具备涡轮叶轮，该涡轮叶轮具备从半径方向沿着轴向弯曲且叶片高度逐渐升高的主通路，从以半径方向的流动为主分量而从位于外周侧的主入口向所述主通路流入的回旋的流体中，将流体的回旋能量转换成旋转动力，并将释放了该能量后的流体沿着轴向喷出，在所述径流式涡轮中，
在所述涡轮叶轮的护罩侧，在沿着半径方向及轴向而与所述主入口分离的位置上形成有从属入口，该从属入口使与从所述主入口供给的流体的压力不同的压力的流体流入且由所述叶片的前缘构成，
构成该从属入口的叶片形状是：在与所述涡轮叶轮的轴线正交的面上，所述叶片的中心线相对于半径方向而朝向旋转方向倾斜规定角度，
所述从属入口的半径方向位置设为比所述主入口靠半径方向内侧且接近所述主入口的位置。
2.根据权利要求1所述的径流式涡轮，其中，
将构成所述从属入口的所述叶片的所述前缘连结的线在以所述涡轮叶轮的轴线中心为中心的圆筒面上，相对于所述轴线中心以朝向所述叶片的前端侧打开的方式倾斜。
3.一种径流式涡轮，具备涡轮叶轮，该涡轮叶轮具备从半径方向沿着轴向弯曲且叶片高度逐渐升高的主通路，从以半径方向的流动为主分量而从位于外周侧的主入口向所述主通路流入的回旋的流体中，将流体的回旋能量转换成旋转动力，并将释放了该能量后的流体沿着轴向喷出，在所述径流式涡轮中，
在所述涡轮叶轮且在比所述主入口靠半径方向内侧位置上，具备从所述主通路的轮毂面分支且朝向所述主通路的背面侧延伸的从属通路，
在该从属通路的外周端形成有从属入口，该从属入口形成在与所述主入口不同的半径方向位置，供给与从所述主入口供给的流体的压力不同的压力的流体，
构成该从属入口的叶片形状是：在与所述涡轮叶轮的轴线正交的面上，所述叶片的中心线相对于半径方向而朝向旋转方向倾斜规定角度。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的径流式涡轮，其中，
所述规定角度设为10°以上。
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