JP2001098901A - Turbine and flywheel turbine - Google Patents

Turbine and flywheel turbine

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JP2001098901A
JP2001098901A JP31573499A JP31573499A JP2001098901A JP 2001098901 A JP2001098901 A JP 2001098901A JP 31573499 A JP31573499 A JP 31573499A JP 31573499 A JP31573499 A JP 31573499A JP 2001098901 A JP2001098901 A JP 2001098901A
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turbine
annular
jet
stator
working fluid
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Takeshi Hatanaka
武史 畑中
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a turbine and a flywheel turbine which can remarkably enhance the output power per unit flow rate and the efficiency, by causing a jet stream to successively impinge upon blades on several stages, which are circumferentially arranged while preventing increase in back pressure in a working fluid passage within the turbine, and outflow of unused working fluid. SOLUTION: A turbine rotor 30 is opposed to a stator 60 supported in a housing 24 having a nozzle 12 and a exhaust port 14, and is formed therein with annular rings 42b, 44b and an annular jet passage 54, and first and second guides 60b, 60b' are arranged in an annular jet passage so as to deflect the jet stream of working fluid into directions toward blades 42b", 44b". With this arrangement, the counter torque of the turbine can be minimized, and the efficiency of the turbine can be enhanced.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】 この発明はタービンに関し、と
くに、水車、蒸気タービンおよびガスタービンに利用可
能なタービンおよびフライホイールタービンに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbine, and more particularly to a turbine and a flywheel turbine that can be used for a water turbine, a steam turbine, and a gas turbine.

【0002】[0002]

【従来の技術】 米国特許第5,385,446号およ
び同第5,624,235号に代表的な蒸気タービンが
開示されている。これらタービンにおいて、静翼と動翼
が軸方向に多段列にて配置されていて、作動流体は軸方
向に流出する。一般的に動翼は凸形の羽根外面(背面)
と凹形羽根内面を備え、羽根内面に作動流体を衝突させ
て正トルクを発生させるようになっている。このとき、
背面は軸方向に流れる作動流体に衝突して動翼の回転方
向に反作用(負トルク)が発生するため、出力軸には正
負トルクで相殺された出力トルクが発生する。しかも、
この種タービンは高速回転するため、タービンロータの
周速が早くなり、このときハウジング内で強大な遠心力
により羽根と流体とが一体になった強大な流体の壁が発
生する。このとき、背圧が高くなって作動流体は軸流方
向に流れ難くなり、タービン効率が著しく低下する。さ
らに、ハウジングとタービンロータの羽根との間には多
数のスペースが存在し、これらスペースから未利用の作
動流体が動翼に衝突せずに流出するため、単位流量当た
りの出力・効率が悪化する。このため、使用流体のボリ
ュームが増大してボイラーや熱交換器が大型化してエネ
ルギーコスト増の原因となる。しかも、タービンが構造
上複雑であり、部品点数も数万点以上となって、製造コ
ストおよびメンテ保守費が高くなっていた。
2. Description of the Related Art Representative steam turbines are disclosed in U.S. Pat. Nos. 5,385,446 and 5,624,235. In these turbines, the stationary blades and the moving blades are arranged in multiple stages in the axial direction, and the working fluid flows out in the axial direction. Generally, the rotor blade has a convex blade outer surface (rear surface)
And a concave blade inner surface, and a working fluid is caused to collide with the blade inner surface to generate a positive torque. At this time,
Since the back surface collides with the working fluid flowing in the axial direction and generates a reaction (negative torque) in the rotating direction of the rotor blade, an output torque is generated on the output shaft that is offset by the positive and negative torques. Moreover,
Since this type of turbine rotates at high speed, the peripheral speed of the turbine rotor increases, and at this time, a strong fluid wall in which the blades and the fluid are integrated in the housing due to a strong centrifugal force is generated. At this time, the back pressure increases and the working fluid becomes difficult to flow in the axial flow direction, and the turbine efficiency is significantly reduced. Furthermore, there are many spaces between the housing and the blades of the turbine rotor, and unused working fluid flows out of these spaces without colliding with the rotor blades, so that the output and efficiency per unit flow rate deteriorate. . For this reason, the volume of the working fluid increases, and the boiler and the heat exchanger become large, which causes an increase in energy cost. In addition, the structure of the turbine is complicated, the number of parts is tens of thousands or more, and the manufacturing cost and the maintenance cost are high.

【0003】 米国特許第5,071,312号にはス
テータの周方向に多数の静翼を形成し、これに対向して
ロータの周方向に多数の動翼を形成したタービンが開示
されている。このタービンにおいて、ロータの動翼の背
面は半径方向に流れる作動流体に衝突して反トルクがロ
ータに作用するため、ロータの出力が減衰する。また、
タービン構造が複雑で製造コストが高い。
[0003] US Pat. No. 5,071,312 discloses a turbine in which a number of stationary blades are formed in a circumferential direction of a stator, and a number of moving blades are formed in the circumferential direction of a rotor opposed thereto. . In this turbine, the back surface of the rotor blades collides with the working fluid flowing in the radial direction and counter torque acts on the rotor, so that the output of the rotor is attenuated. Also,
The turbine structure is complicated and the manufacturing cost is high.

【0004】 特開平4−81,502号にはロータの
外周に仕切りを設けて周方向の流路を形成したタービン
が開示されている。このタービンにおいて、作動流体の
噴出流路内にこれと交差するように多数の動翼が直接配
置されているため、動翼自体が壁となって作動流体は周
方向に高速で流出できない。このとき、遠心力によって
タービンロータの動翼と作動流体は一体となり、作動流
体の流路内に強大な流体壁による背圧が生じる。しか
も、作動流体は動翼間のスペースに滞留しやすいため、
タービンロータの回転時に動翼の背面がスペースに滞留
している作動流体に衝突して大きな負(反)トルクが発
生する。このように、上記構造のタービンは効率が極め
て低く、大型のエンジンや蒸気タービンへの利用が困難
であった。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-81,502 discloses a turbine in which a partition is provided on the outer periphery of a rotor to form a circumferential flow path. In this turbine, since a large number of moving blades are directly arranged in the ejection flow path of the working fluid so as to intersect the same, the moving blade itself becomes a wall and the working fluid cannot flow out at high speed in the circumferential direction. At this time, the rotor blade of the turbine rotor and the working fluid are integrated by centrifugal force, and a strong back pressure is generated in the flow path of the working fluid by a strong fluid wall. Moreover, since the working fluid tends to stay in the space between the rotor blades,
When the turbine rotor rotates, the back surface of the rotor blade collides with the working fluid remaining in the space, and a large negative (counter) torque is generated. As described above, the efficiency of the turbine having the above structure is extremely low, and it is difficult to use the turbine for a large engine or a steam turbine.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】 上述のタービンは反
トルクが大きく、また作動流体の流路の背圧が著しく増
大するため、単位流量当たりのタービン効率が低下し、
タービン構造が複雑化するとともに大形化していた。
The above-described turbine has a large anti-torque and a remarkable increase in the back pressure in the working fluid flow path, so that the turbine efficiency per unit flow rate decreases,
The turbine structure became complicated and large.

【0006】 本発明の目的は小形高性能で低コストの
タービンおよびフライホイールタービンを提供すること
を目的とする。
It is an object of the present invention to provide a small, high performance, low cost turbine and flywheel turbine.

【0007】 本発明の他の目的は蒸気タービン、水力
タービンあるいはガスタービンとして利用可能なタービ
ンおよびフライホイールタービンを提供することを目的
とする。
Another object of the present invention is to provide a turbine and a flywheel turbine that can be used as a steam turbine, a hydraulic turbine, or a gas turbine.

【0008】 本発明の他の目的は断続的な作動流体の
供給でも安定した出力が得られるフライホイールタービ
ンを提供することを目的とする。
Another object of the present invention is to provide a flywheel turbine capable of obtaining a stable output even with intermittent supply of a working fluid.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】 本願第1の発明はター
ビンが、作動流体のジェット流を接線方向に供給するノ
ズル手段と作動流体を排出する排出口を有するハウジン
グと、ハウジングの内側に配置されたステータ手段と、
ステータ手段に隣接してハウジング内に回転可能に収納
されたタービンロータとを備え、タービンロータがノズ
ル手段と排出口に連通している環状ジェット通路と、環
状ジェット通路の両側に延びる環状リングとを備え、環
状リングの内周面が環状ジェット通路に対面するように
周方向に間隔をおいて形成された複数のブレード手段を
備え、ステータ手段がジェット流を初段のブレード手段
に衝突させる第1ガイド手段と、初段のブレード手段か
ら噴出するジェット流を後段のブレード手段に衝突させ
るための第2ガイド手段を備えることにより達成され
る。
According to a first aspect of the present invention, a turbine includes a housing having nozzle means for supplying a jet stream of a working fluid in a tangential direction and a discharge port for discharging the working fluid, and a turbine disposed inside the housing. Stator means;
A turbine rotor rotatably housed in a housing adjacent to the stator means, the turbine rotor including an annular jet passage communicating with the nozzle means and the outlet, and an annular ring extending on both sides of the annular jet passage. A first guide for causing the jet stream to impinge on the first stage blade means, the plurality of blade means being provided at intervals in a circumferential direction so that an inner peripheral surface of the annular ring faces the annular jet passage. This is achieved by providing means and second guide means for causing the jet stream ejected from the first stage blade means to impinge on the second stage blade means.

【0010】 本願第2の発明は、フライホイールター
ビンが作動流体のジェット流を接線方向に供給するノズ
ル手段と作動流体を排出する排出口を有するハウジング
と、ハウジングの内側に配置されたステータ手段と、ハ
ウジング内に回転可能に収納されたフライホイールとを
備え、フライホイールがその外周に形成された一対の環
状リングとその中間に形成された環状ジェット通路を備
え、環状リングがそれぞれその内周面において間隔をお
いて形成された複数段のブレード手段を備え、ステータ
手段がノズル手段に近接して環状ジェット通路内に配置
されていてジェット流を初段のブレード手段に偏向させ
る第1ガイド手段と、初段のブレード手段から噴出した
ジェット流を後段のブレード手段に偏向させる第2ガイ
ド手段を備えることにより達成される。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a housing having a nozzle means for supplying a jet stream of a working fluid to a flywheel turbine in a tangential direction and a discharge port for discharging the working fluid, and a stator means arranged inside the housing. A flywheel rotatably housed in a housing, the flywheel including a pair of annular rings formed on the outer periphery thereof and an annular jet passage formed therebetween, and each of the annular rings has an inner peripheral surface thereof. A first guide means for deflecting the jet stream to the first-stage blade means, comprising a plurality of stages of blade means formed at intervals in the stator, wherein the stator means is disposed in the annular jet passage close to the nozzle means; Providing a second guide means for deflecting the jet stream ejected from the first-stage blade means to the subsequent-stage blade means Is achieved by

【0011】[0011]

【作用】 本発明のタービンおよびフライホイールター
ビンにおいて、ハウジング内にタービンロータもしくは
フライホイールを回転可能に収納し、タービンロータも
しくはフライホイールに作動流体の流路として機能する
環状ジェット通路と環状リングを形成し、環状リング内
にブレード手段を配置して、環状ジェット通路内にステ
ータ手段を配置することにより、流路内の作動流体の障
害物を排除して流体を流れ易くするとともに反トルクの
発生を防止し、作動流体の背圧を最少限とし、しかも、
未利用作動流体が発生しないように流路内の作動流体を
全量ブレード手段に衝突させるようにして、タービン効
率を飛躍的に向上させ、小形コンパクト化、低コスト
化、省エネ化を図るようにしたものである。
In the turbine and flywheel turbine of the present invention, a turbine rotor or a flywheel is rotatably housed in a housing, and an annular jet passage and an annular ring functioning as a flow path of a working fluid are formed in the turbine rotor or the flywheel. By arranging the blade means in the annular ring and arranging the stator means in the annular jet passage, the obstacle of the working fluid in the flow path is eliminated to facilitate the flow of the fluid, and the generation of the anti-torque. To minimize the back pressure of the working fluid,
The entire amount of working fluid in the flow path is made to collide with the blade means so that unused working fluid is not generated, so that turbine efficiency is dramatically improved, and compactness, cost reduction, and energy saving are achieved. Things.

【0012】[0012]

【実施例】 以下、本発明の望ましい実施例について図
面を用いて詳細に説明する。図1、2において、フライ
ホイールタービン10は前段用のノズル12および排出
口14、中段用のノズル16および排出口18、および
後段用のノズル20および排出口22を有するハウジン
グ24を備える。ノズル16、18、20は作動流体の
ジェット流をハウジング24に供給し、排出口14、1
8、22はハウジング24から作動流体を排出する。図
2に示す如く、前段の排出口14は中段のノズル16に
接続され、中段の排出口18は後段のノズル20に接続
され、作動流体は前段、中段、後段にて順次膨張され、
膨張した流体は排出口22を介して次工程へ排出され
る。ハウジング24内にはフライホイールからなるター
ビンロータ26が出力軸28に連結されて回転可能に収
納される。タービンロータ26は軸方向に徐々に外径が
大きくなっている第1、第2、第3フライホイール・ロ
ータデイスク30、32、34から構成され、これらは
出力軸28上でフランジ36および押えリング38によ
り固定され、フランジ36および押えリング38は連結
ボルト40で固定されている。第1ロータデイスク30
は分割された中央デイスク部42、44からなるフライ
ホイールを構成し、中央デイスク部42、44にはそれ
ぞれ軸方向に延びる環状底部42a、44aと、環状リ
ング42b、44bおよび環状ジェット通路54が形成
されている。環状リング42b、44bは軸方向に間隔
をおいて配置されていて、それぞれ環状ジェット通路5
4に対面する内周面42b’、44b’を有する。環状
リング42b、44bはそれぞれ内周面42b’、44
b’の内側において周方向に等間隔で形成された複数の
ブレード42b”、44b”を備える。図3に示すよう
に、ブレード42b”、44b”は環状リング42b、
44bの内周面42b’、44b’の内側に形成されて
環状ジェット通路54に開口している凹部からなり、凹
部は環状ジェット通路54に対して鋭角αで交差する衝
突噴出部を備え、ジェット流を環状ジェット通路54に
還流させる。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 and 2, the flywheel turbine 10 includes a housing 24 having a nozzle 12 and an outlet 14 for a front stage, a nozzle 16 and an outlet 18 for a middle stage, and a nozzle 20 and an outlet 22 for a rear stage. The nozzles 16, 18, 20 supply a jet stream of working fluid to the housing 24 and the outlets 14, 1
Reference numerals 8 and 22 discharge the working fluid from the housing 24. As shown in FIG. 2, the front outlet 14 is connected to the middle nozzle 16, the middle outlet 18 is connected to the rear nozzle 20, and the working fluid is sequentially expanded at the front, middle, and rear stages,
The expanded fluid is discharged to the next process through the discharge port 22. A turbine rotor 26 formed of a flywheel is connected to an output shaft 28 and rotatably housed in the housing 24. The turbine rotor 26 is composed of first, second and third flywheel rotor disks 30, 32, 34 of which the outer diameter gradually increases in the axial direction. The flange 36 and the press ring 38 are fixed by connecting bolts 40. First rotor disk 30
Constitutes a flywheel composed of divided central disk portions 42, 44. The central disk portions 42, 44 are formed with annular bottom portions 42a, 44a extending in the axial direction, annular rings 42b, 44b, and an annular jet passage 54, respectively. Have been. The annular rings 42b, 44b are spaced apart in the axial direction, and
4 facing the inner peripheral surface 42b ′, 44b ′. The annular rings 42b, 44b are respectively provided with inner peripheral surfaces 42b ', 44
A plurality of blades 42b "and 44b" are formed at equal intervals in the circumferential direction inside b '. As shown in FIG. 3, the blades 42b ", 44b"
A concave portion formed inside the inner peripheral surfaces 42b 'and 44b' of the 44b and opening to the annular jet passage 54, the concave portion has a collision jet portion intersecting the annular jet passage 54 at an acute angle α, The stream is returned to the annular jet passage 54.

【0013】 図1、2に戻って、第2ロータデイスク
32は分割された中央デイスク部46、48と、環状底
部46a、48aと、環状リング46b、48bと、環
状ジェット通路56を備える。同様に、第3ロータデイ
スク34は分割された中央デイスク部50、52と、環
状底部50a、52aと、環状リング50b、52b
と、環状ジェット通路58を備える。第2、第3ロータ
デイスク32、34は図3と同様のブレード46b”、
48b”、50b”、52b”を備える。第1〜第3ロ
ータデイスク30、32、34の環状ジェット通路5
4、56、58は軸方向において順次、流路断面積が大
きくなっている。
Returning to FIGS. 1 and 2, the second rotor disk 32 includes divided central disk portions 46 and 48, annular bottom portions 46a and 48a, annular rings 46b and 48b, and an annular jet passage 56. Similarly, the third rotor disk 34 includes divided central disk portions 50 and 52, annular bottom portions 50a and 52a, and annular rings 50b and 52b.
And an annular jet passage 58. The second and third rotor disks 32, 34 have blades 46b ″, similar to FIG.
48b ″, 50b ″, 52b ″. The annular jet passage 5 of the first to third rotor disks 30, 32, 34
4, 56, and 58 have the flow path cross-sectional areas increasing in the axial direction.

【0014】 図2において、第1〜第3ロータデイス
ク30、32、34の環状ジェット通路54、56、5
8の外周を密閉するように前段、中段、後段用のステー
タ60、62、64がハウジング24内に配置される。
ステータ60、62、64はそれぞれ外径が順次大きく
なっている環状ステータリング60a、62a、64a
を備え、これらはハウジング24内に適当な手段で固定
支持されている。環状ステータリング60a、62a、
64aはそれぞれノズルに近接して環状ジェット通路5
4、56、58に配置されてジェット流を偏向して初段
のブレード手段に衝突させる第1ガイド手段60b、6
2b、64bと、初段のブレード手段から噴出したジェ
ット流を偏向させて後段のブレード手段に順次衝突させ
る第2ガイド手段60b’を備える。図3に示すよう
に、第1ガイド手段60bはジェット流を両側のブレー
ド手段に指向させるためのクサビ形状を備え、第2ガイ
ド手段60b’は内周面42b’、44b’から所定間
隔で離れていて環状ジェット通路54内に平行に延びて
いる。ステータ60はさらに環状リングの内周面42
b’、44b’に隣接して配置されていて初段のブレー
ド手段からのジェット流の噴出開口度を周期的に変化さ
せる開口度制御手段60b”を有する。環状ステータリ
ング60a、62a、64aとロータデイスク30、3
2、34の外周との間にはラビリンスシール60c、6
2c、64cが配置され、これにより環状ジェット通路
54、56、58からの作動流体の漏れが防止されてい
る。
In FIG. 2, the annular jet passages 54, 56, 5 of the first to third rotor disks 30, 32, 34 are provided.
Front, middle and rear stators 60, 62, 64 are arranged in the housing 24 so as to seal the outer periphery of 8.
The stators 60, 62, and 64 have annular stator rings 60a, 62a, and 64a, each of which has an outer diameter that is sequentially increased.
Which are fixedly supported in the housing 24 by suitable means. Annular stator rings 60a, 62a,
64a are annular jet passages 5 near each nozzle.
First guide means 60b, 6 arranged at 4, 56, 58 to deflect the jet stream and impinge on the first stage blade means
2b and 64b, and a second guide means 60b 'for deflecting the jet stream ejected from the first-stage blade means to sequentially collide with the second-stage blade means. As shown in FIG. 3, the first guide means 60b has a wedge shape for directing the jet stream to the blade means on both sides, and the second guide means 60b 'is separated from the inner peripheral surfaces 42b', 44b 'at a predetermined interval. And extends parallel into the annular jet passage 54. The stator 60 further includes an inner peripheral surface 42 of the annular ring.
b ', 44b' are arranged adjacent to each other and the opening degree control means 60b "for periodically changing the opening degree of the jet stream from the first stage blade means is provided. The annular stator rings 60a, 62a, 64a and the rotor are provided. Disk 30, 3
Labyrinth seals 60c, 6
2c, 64c are arranged to prevent leakage of the working fluid from the annular jet passages 54, 56, 58.

【0015】 図1に戻って、前段ステータ60の環状
ステータリング60aにはノズル12と排出口14との
中間位置に案内片66が支持されており、この案内片6
6は環状ジェット通路54に嵌め込まれていて環状ジェ
ット通路54に残留する作動流体を強制的に排出口14
へ排除する役目を有する。案内片66はノズル12の内
面から環状ジェット通路54の一端の接線方向に延びる
導入面66aと、環状ジェット通路54の他端に配置さ
れて作動流体を排出口14に強制的に排出させる曲面状
案内面66bを備える。案内片66の中央部近辺と環状
溝54の底部との間にラビリンスシール68が設けら
れ、ノズル12と排出口14間を流体的に分離してい
る。図2には図示されていないが、中段用ステータ62
および後段用ステータ64も上述したような案内片を備
えている。
Returning to FIG. 1, a guide piece 66 is supported at an intermediate position between the nozzle 12 and the discharge port 14 on the annular stator ring 60 a of the former stage stator 60.
Reference numeral 6 denotes a discharge port 14 which is fitted into the annular jet passage 54 and forcibly removes the working fluid remaining in the annular jet passage 54.
It has the role of eliminating. The guide piece 66 has an introduction surface 66a extending tangentially to one end of the annular jet passage 54 from the inner surface of the nozzle 12 and a curved surface disposed at the other end of the annular jet passage 54 for forcibly discharging the working fluid to the discharge port 14. A guide surface 66b is provided. A labyrinth seal 68 is provided between the vicinity of the center of the guide piece 66 and the bottom of the annular groove 54 to fluidly separate the nozzle 12 and the outlet 14. Although not shown in FIG.
The rear stage stator 64 is also provided with the guide piece as described above.

【0016】 図1、図3において、ノズル12から供
給された作動流体のジェット流はステータ60の第1ガ
イド手段60bによって2方向に分割され初段のブレー
ド42b”、44b”に衝突してタービンロータ30に
正の回転トルクを与える。初段のブレード42b”、4
4b”の衝突噴出部からそれぞれ噴出したジェット流は
それぞれ第2ガイド手段60b’により再度偏向されて
後段のブレード42b”、44b”に衝突する。このよ
うに、後段のブレード42b”、44b”には順次ジェ
ット流が膨脹しながら衝突してタービンロータ30に回
転エネルギーを与え、排出口14から中段のノズル16
へ排出される。上記工程において、タービンロータ30
が回転するときに、ブレード42b”、44b”の各々
の内周面42b’、44b’は周期的にステータ60の
開口度制御手段60b”を通過する。この場合、ブレー
ド42b”、44b”の衝突噴出部は瞬時に閉じられ
る。このとき、ジェット流はブレード42b”、44
b”に衝突して慣性力と反作用による力がブレード42
b”、44b”内で増大して圧力エネルギーを蓄積し、
初段のブレード42b”、44b”に大きな回転力を与
える。その状態でタービンロータ30の回転により、ブ
レード42b”、44b”の衝突噴出部が開口度制御手
段60b”から外れると、初段のブレードから蓄積した
流体エネルギーが一機に噴射されて第2ガイド手段60
b’によりジェット流が偏向されて後段のブレード42
b”、44b”に衝撃力を与える。タービンロータ30
は、開口度制御手段60b”をブレードの衝突噴出部が
通過する毎に低速回転となり、低速高トルクを発生す
る。このとき、環状ジェット通路54のジェット流は周
方向に高速で噴出しながら順次タービンロータ30の複
数段のブレード42b”、44b”に周方向に衝突して
正トルクのみの回転エネルギーを与える。このとき、ジ
ェット流はステータ30によって全量ブレードに衝突す
るため、未利用ジェット流の流出損失が小さくなる。前
段のタービンから排出された作動流体は、順次中段およ
び後段のタービンに供給され、作動流体は中段および後
段のタービンで膨張しながら正トルクを発生する。ター
ビンロータの各ブレードは環状ジェット通路に露出して
いないため、負トルクが発生しない。さらに、作動流体
の流出方向に遠心力による流体の壁による背圧が発生し
ない。しかも、作動流体は周方向で複数のブレードに次
々と衝突するため、単位流量当たりのタービン効率が飛
躍的に向上する。
1 and 3, the jet flow of the working fluid supplied from the nozzle 12 is divided in two directions by the first guide means 60b of the stator 60, and collides with the first-stage blades 42b ″ and 44b ″ to cause the turbine rotor to rotate. 30 is given a positive rotational torque. First stage blade 42b ", 4
The jet streams respectively ejected from the collision ejection sections 4b "are deflected again by the second guide means 60b 'and collide with the subsequent blades 42b", 44b ". In this manner, the jets flow to the subsequent blades 42b", 44b ". The jet flow expands and collides with each other to give rotational energy to the turbine rotor 30.
Is discharged to In the above process, the turbine rotor 30
Rotates, the inner peripheral surfaces 42b 'and 44b' of each of the blades 42b "and 44b" periodically pass through the aperture control means 60b "of the stator 60. In this case, the blades 42b" and 44b " The impinging jet is closed instantaneously, at which time the jet stream is displaced by the blades 42b ", 44.
b ", the inertia force and the reaction force cause the blade 42
b ", increasing pressure energy within 44b"
A large rotational force is applied to the first stage blades 42b ", 44b". In this state, when the impingement jets of the blades 42b ", 44b" deviate from the opening degree control means 60b "due to the rotation of the turbine rotor 30, the fluid energy accumulated from the first stage blade is jetted into one machine and the second guide means 60
The jet stream is deflected by b ′ so that the subsequent blade 42
b ", 44b". Turbine rotor 30
Is rotated at a low speed every time the impinging portion of the blade passes through the opening degree control means 60b ", and generates a low speed and high torque. At this time, the jet flow in the annular jet passage 54 is sequentially jetted at a high speed in the circumferential direction. The rotor 42 collides in a circumferential direction with the blades 42 b ″ and 44 b ″ of the turbine rotor 30 to apply rotational energy of only positive torque. At this time, the entire amount of the jet stream collides with the blades by the stator 30, so The working fluid discharged from the preceding turbine is sequentially supplied to the middle and subsequent turbines, and the working fluid generates positive torque while expanding in the middle and subsequent turbines. Is not exposed to the annular jet passage, no negative torque is generated, and the centrifugal force is generated in the outflow direction of the working fluid. Back pressure due to the wall of the fluid due does not occur. Moreover, the working fluid for impinging one after another into a plurality of blades in the circumferential direction, the turbine efficiency per unit flow rate is remarkably improved.

【0017】 図4は本発明の第2実施例によるタービ
ンを示し、図1〜図3と同一部品には同一符号が用いら
れる。図4において、タービン70は反時計方向に作動
流体を供給するためのノズル12と、作動流体を排出す
るための排出口14および時計方向に作動流体を導入す
るためのノズル16および流体を排出するための排出口
18を有するハウジング24を備える。排出口14はノ
ズル16に連通している。タービン70は、さらに、第
1、第2出力軸72、74にそれぞれ固定支持されたフ
ライホイールからなる第1、第2タービンロータ30、
32とステータ60、62を備える。第1出力軸72は
フランジ72aを有し、これに対してボルト76により
ロータデイスク42、44が連結される。同様に、出力
軸74はフランジ74aを有し、これに対してフランジ
78およびボルト80によってロータデイスク46、4
8が固定される。第2出力軸74は中空軸からなり、こ
れにより第1出力軸72がベアリング84、86を介し
て回転可能に支持される。第1出力軸72の左端部およ
び第2出力軸74の外周はハウジング24に支持された
ベアリング88、90により支持される。図4におい
て、時計方向駆動部94を構成するタービンロータ32
の羽根部46b”、48b”およびステータの案内羽根
62bは反時計方向駆動部92を構成するタービンロー
タ30の羽根部42b”、44b”およびステータの案
内羽根60bとは反対方向、すなわち、時計方向に第2
出力軸74を駆動するように配列される。上記構造にお
いて、第1ノズル12および第2ノズル16から環状ジ
ェット通路54、56にそれぞれ反時計方向および時計
方向に作動流体が供給されると、第1、第2タービンロ
ータ30、32はそれぞれ反時計方向および時計方向に
駆動される。このため、第1、第2出力軸72、74
は、低速、高トルクでそれぞれ矢印CCW、CWで示さ
れる方向に回転される。したがって、タービン70はジ
ャンボジェット機の二重反転ターボプロップや、ヘリコ
プターのプロペラもしくは船舶の二重反転プロペラ等の
駆動用に適する。この場合、米国特許第5,795,2
00号に開示されたような複雑なギヤ反転機構が不要と
なり、種々のメリットがある。しかも、航空機の場合、
エンジンが停止しても、フライホイール効果により、プ
ロペラは長時間の回転を継続できるため、軟着陸が可能
となり、航空安全性を飛躍的に向上できる。
FIG. 4 shows a turbine according to a second embodiment of the present invention, and the same reference numerals are used for the same parts as those in FIGS. In FIG. 4, the turbine 70 discharges the nozzle 12 for supplying the working fluid in the counterclockwise direction, the outlet 14 for discharging the working fluid, and the nozzle 16 for introducing the working fluid in the clockwise direction, and the fluid. And a housing 24 having an outlet 18 for the outlet. The outlet 14 communicates with the nozzle 16. The turbine 70 further includes first and second turbine rotors 30 each composed of a flywheel fixedly supported on the first and second output shafts 72 and 74, respectively.
32 and stators 60 and 62. The first output shaft 72 has a flange 72a, to which the rotor disks 42, 44 are connected by bolts 76. Similarly, the output shaft 74 has a flange 74a against which the rotor disks 46, 4
8 is fixed. The second output shaft 74 is formed of a hollow shaft, and thereby the first output shaft 72 is rotatably supported via bearings 84 and 86. The left end of the first output shaft 72 and the outer periphery of the second output shaft 74 are supported by bearings 88 and 90 supported by the housing 24. In FIG. 4, the turbine rotor 32 constituting the clockwise drive unit 94 is shown.
Of the turbine rotor 30 and the guide blade 60b of the stator constituting the counterclockwise driving unit 92, that is, in the clockwise direction. Second
It is arranged to drive the output shaft 74. In the above structure, when the working fluid is supplied from the first nozzle 12 and the second nozzle 16 to the annular jet passages 54 and 56 in the counterclockwise direction and the clockwise direction, respectively, the first and second turbine rotors 30 and 32 move in the opposite directions. It is driven clockwise and clockwise. Therefore, the first and second output shafts 72, 74
Is rotated at low speed and high torque in the directions indicated by arrows CCW and CW, respectively. Accordingly, the turbine 70 is suitable for driving a contra-rotating turboprop of a jumbo jet, a propeller of a helicopter, or a contra-rotating propeller of a ship. In this case, US Pat.
No complicated gear reversing mechanism as disclosed in No. 00 is required, and there are various advantages. And in the case of aircraft,
Even if the engine stops, the flywheel effect allows the propeller to continue rotating for a long time, enabling soft landing and dramatically improving aviation safety.

【0018】 以上より明らかなように、本発明のター
ビンおよびフライホイールタービンによればジェット流
の流れ方向に強大な流体の壁による背圧が存在せず、し
かも周方向のジェット流は周方向において複数段のブレ
ードに順次衝突するため、正トルクが増大してタービン
効率が飛躍的に向上する。しかも、フライホイールター
ビンは回転エネルギーを蓄積するため、回転の脈動を防
止するとともに、断続的に作動流体を供給可能とするこ
とにより、たとえば、ガスタービンに本発明のフライホ
イールタービンを応用した場合に、燃料を断続的に供給
可能にして排ガス中の有害物質の発生を少なくし、大幅
な省エネ化を達成できるため、地球環境への貢献度が高
い。
As is clear from the above, according to the turbine and flywheel turbine of the present invention, there is no back pressure due to a strong fluid wall in the flow direction of the jet flow, and the jet flow in the circumferential direction is Since the blades sequentially collide with a plurality of blades, the positive torque increases and the turbine efficiency is dramatically improved. Moreover, since the flywheel turbine accumulates rotational energy, it prevents the pulsation of rotation and enables the intermittent supply of working fluid, for example, when the flywheel turbine of the present invention is applied to a gas turbine. Since fuel can be supplied intermittently, the generation of harmful substances in exhaust gas can be reduced, and significant energy savings can be achieved, which greatly contributes to the global environment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の望ましい実施例のフライホイールタ
ービンの部分断面図である。
FIG. 1 is a partial sectional view of a flywheel turbine according to a preferred embodiment of the present invention.

【図2】 図1のII−II線から見た部分断面図であ
る。
FIG. 2 is a partial sectional view taken along line II-II in FIG.

【図3】 図2のタービンロータとステータとの位置関
係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a positional relationship between a turbine rotor and a stator shown in FIG. 2;

【図4】 本発明の望ましい第2実施例のフライホイー
ルタービンの断面図である。
FIG. 4 is a sectional view of a flywheel turbine according to a second preferred embodiment of the present invention;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 フライホイールタービン 12、16、20 ノ
ズル、14、18、22 排出口、 24 ハウジン
グ、26 タービンロータ、 28 出力軸、30、3
2、34 ロータデイスク、 36、38 フランジ、
40 連結棒、 42、44、46、48、50、52
中央デイスク部、54、56、58 環状ジェット通
路、 60、62、64 ステータ
Reference Signs List 10 flywheel turbine 12, 16, 20 nozzle, 14, 18, 22 outlet, 24 housing, 26 turbine rotor, 28 output shaft, 30, 3
2,34 rotor disk, 36,38 flange,
40 connecting rod, 42, 44, 46, 48, 50, 52
Central disk part, 54, 56, 58 Annular jet passage, 60, 62, 64 Stator

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 作動流体のジェット流を接線方向に供給
するノズル手段と作動流体を排出する排出口を有するハ
ウジングと、ハウジングの内側に配置されたステータ手
段と、ステータ手段に隣接してハウジング内に回転可能
に収納されたタービンロータとを備え、タービンロータ
がノズル手段と排出口に連通している環状ジェット通路
と、環状ジェット通路の両側に延びる環状リングとを備
え、環状リングの内周面が環状ジェット通路に対面する
ように周方向に間隔をおいて形成された複数のブレード
手段を備え、ステータ手段がジェット流を初段のブレー
ド手段に衝突させる第1ガイド手段と、初段のブレード
手段から噴出するジェット流を後段のブレード手段に衝
突させるための第2ガイド手段を備えるタービン。
1. A housing having nozzle means for supplying a jet stream of a working fluid in a tangential direction and a discharge port for discharging a working fluid; stator means disposed inside the housing; An annular jet passage communicating with the nozzle means and the discharge port, and an annular ring extending on both sides of the annular jet passage, and an inner peripheral surface of the annular ring. Is provided with a plurality of blade means formed at intervals in the circumferential direction so as to face the annular jet passage, wherein the stator means includes a first guide means for causing the jet stream to collide with the first-stage blade means, and a first-stage blade means. A turbine provided with a second guide means for causing an ejected jet stream to impinge on a subsequent blade means.
【請求項2】 請求項1において、第1ガイド手段が両
側の環状リングの内周面に隣接して配置されていてブレ
ード手段からのジェット流の噴出開口度を周期的に変化
させる開口度制御手段を備えるタービン。
2. The opening degree control according to claim 1, wherein the first guide means is arranged adjacent to the inner peripheral surfaces of the annular rings on both sides, and the opening degree of the jet flow from the blade means is periodically changed. A turbine comprising means.
【請求項3】 請求項1または2において、ブレード手
段の各々が環状ジェット通路に開口している凹部を備
え、凹部がジェット通路に対して鋭角で交差する衝突噴
出部を備えていて衝突噴出部からジェット流を環状ジェ
ット通路に還流させるタービン。
3. The impingement jet according to claim 1, wherein each of the blade means has a recess opening into the annular jet passage, and the recess has an impingement jet intersecting the jet passage at an acute angle. A turbine that recirculates the jet stream to the annular jet passage.
【請求項4】 請求項3において、タービンロータが分
割された第1および第2ロータデイスクからなり、ロー
タデイスクがそれぞれ環状リングと環状ジェット通路を
備えるタービン。
4. The turbine according to claim 3, wherein the turbine rotor comprises divided first and second rotor disks, each of which has an annular ring and an annular jet passage.
【請求項5】 請求項1または2において、ステータ手
段がタービンロータの外周に隣接してハウジング内に固
定された環状ステータリングを備え、環状ステータリン
グが環状ジェット通路に収納された第1および第2ガイ
ド手段を備えるタービン。
5. The first and second stators according to claim 1 or 2, wherein the stator means comprises an annular stator ring fixed in the housing adjacent the outer periphery of the turbine rotor, the annular stator ring being housed in the annular jet passage. A turbine comprising two guide means.
【請求項6】 作動流体のジェット流を接線方向に供給
するノズル手段と作動流体を排出する排出口を有するハ
ウジングと、ハウジングの内側に配置されたステータ手
段と、ハウジング内に回転可能に収納されたフライホイ
ールとを備え、フライホイールがその外周に形成された
一対の環状リングとその中間に形成された環状ジェット
通路を備え、環状リングがそれぞれその内周面において
間隔をおいて形成された複数段のブレード手段を備え、
ステータ手段がノズル手段に近接して環状ジェット通路
内に配置されていてジェット流を初段のブレード手段に
偏向させる第1ガイド手段と、初段のブレード手段から
噴出したジェット流を後段のブレード手段に偏向させる
第2ガイド手段を備えるフライホイールタービン。
6. A housing having nozzle means for supplying a jet stream of working fluid in a tangential direction and an outlet for discharging working fluid, stator means disposed inside the housing, and rotatably housed in the housing. A plurality of flywheels, each of which has a pair of annular rings formed on the outer periphery thereof and an annular jet passage formed therebetween, and the annular rings are respectively formed at intervals on an inner peripheral surface thereof. Comprising step blade means,
First guide means for deflecting the jet stream to the first blade means, wherein the stator means is disposed in the annular jet passage close to the nozzle means, and deflects the jet stream ejected from the first blade means to the subsequent blade means A flywheel turbine comprising a second guide means for causing the flywheel to rotate.
【請求項7】 請求項6において、フライホイールが分
割された第1および第2ロータデイスクからなり、ロー
タデイスクの各々が環状リングと環状ジェット通路を備
えるフライホイールタービン。
7. The flywheel turbine according to claim 6, wherein the flywheel comprises divided first and second rotor disks, each of the rotor disks having an annular ring and an annular jet passage.
【請求項8】 請求項6において、ノズル手段が第1お
よび第2の接線方向のジェット流を供給するための第1
および第2ノズルを備え、ステータ手段がそれぞれ第1
および第2ジェット流を偏向させるための第1および第
2ステータを備え、フライホイールがそれぞれ第1およ
び第2ステータ内に回転可能に配置されてそれぞれ第1
および第2方向に回転駆動される第1および第2タービ
ンロータを備え、第2タービンロータが中空出力軸を備
え、第1タービンロータが中空出力軸内にこれと同心的
に回転可能に収納された出力軸を備えるフライホイール
タービン。
8. The method according to claim 6, wherein the nozzle means is adapted to supply first and second tangential jet streams.
And a second nozzle, wherein the stator means are respectively the first nozzle and the second nozzle.
And a first and second stator for deflecting the first and second jet streams, wherein a flywheel is rotatably disposed within the first and second stators, respectively, and the first and second stators respectively comprise a first and a second stator.
And first and second turbine rotors driven to rotate in a second direction, the second turbine rotor having a hollow output shaft, and the first turbine rotor being rotatably housed concentrically in the hollow output shaft. Flywheel turbine with an output shaft.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013536344A (en) * 2010-07-16 2013-09-19 コン,ヤン Multistage compressed gas engine and automobile

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