JP2004100579A - 軸流タービンとその入口部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】軸流タービンの初段翼に作動流体を均一に衝突させ、高いタービン性能を引き出す。
【解決手段】軸流タービン１の初段静翼２の前面に、軸流タービン１の翼列と直列をなすように円環形のスクロール１０を配置する。スクロール１０には接線方向から作動流体が流入する入口部１１と、初段静翼２に作動流体を均一に供給する円弧形出口部１２とが設けられる。スクロール１０は円、楕円、長円又はこれらの中間的な断面形状を有し、その内部に生じる旋回流の速度が旋回流進行方向全域で等速となるように設計されている。出口部１２はスクロール１０の断面中心と軸流タービン１の軸線方向において整列する。スクロール１０の内面と出口部１２とは軸流タービン１のハブ側とチップ側とにおいてそれぞれスクロール内部に向かって凸となる曲線部１３ａ、１３ｂで結ばれる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は軸流タービンとその入口部構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軸線方向に複数の翼列を配置した軸流タービンにあっては、まずその初段翼に作動流体を吹き付ける必要がある。作動流体を誘導する仕組みとしては、１本から数本のノズルを使用するもの、また「スクロール」と称される円環形の誘導路を用いるものなどがある。スクロールの構造例は特許文献１や特許文献２に見ることができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−６６０１６号公報
【特許文献２】
特開平６−５８１０３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
初段翼に対する作動流体の流入速度や流入角度に不均一があると、軸流タービンの性能が低下する。本発明はこの問題を解決するためになされたものであり、軸流タービンの初段翼に作動流体を均一に衝突させ、高いタービン性能を引き出すことを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、軸流タービンの入口部構造を次のようにした。
【０００６】
（１）軸流タービンの初段翼の前面に、軸流タービンの翼列と直列をなすように円環形スクロールを配置し、このスクロールには接線方向から作動流体が流入する入口部と、前記初段翼に作動流体を均一に供給する円弧形出口部とを形成した。
【０００７】
この構成によれば、スクロールに接線方向から流入した作動流体はスクロール内を旋回しつつ円弧形出口部から初段翼の各翼片にに均一速度、均一角度、均一流量で吹き付けられる。このため初段翼のどの翼片も均等に作動流体のエネルギーを受けることになり、タービンとしての性能が向上する。
【０００８】
（２）上記のような軸流タービンの入口部構造において、前記スクロールは円、楕円、長円又はこれらの中間的な断面形状を有し、その内部に生じる旋回流の速度が旋回流進行方向全域で等速となるように設計されていることとした。
【０００９】
この構成によれば、作動流体はスクロールの内部をスムーズに通り抜ける。また、作動流体の速度はどの箇所でも等しく、初段翼のどの翼片にも均一なエネルギーを与えることができる。
【００１０】
（３）上記のような軸流タービンの入口部構造において、前記スクロールの出口部は軸流タービンの軸線方向においてスクロールの断面中心と整列する位置に設けられていることとした。
【００１１】
この構成によれば、スクロール内部より作動流体を、初段翼の各翼片に対し均一角度で吹き付けることができる。
【００１２】
（４）上記のような軸流タービンの入口部構造において、前記スクロールの内面と前記出口部とが軸流タービンのハブ側とチップ側とにおいてそれぞれスクロール内部に向かって凸となる曲線部で結ばれ、前記ハブ側の曲線部と前記チップ側の曲線部とは互いにほぼ対称形状であることとした。
【００１３】
この構成によれば、境界層の成長を抑えつつ作動流体を出口部に誘導することができる。
【００１４】
（５）上記のような軸流タービンの入口部構造において、前記スクロールは前記入口部を１箇所に設けたものであることとした。
【００１５】
この構成によれば、１箇所の入口部から流入した作動流体を初段翼に均一に供給することが可能となる。
【００１６】
（６）上記のような軸流タービンの入口部構造において、前記スクロールは前記入口部を複数箇所に設けたものであることとした。
【００１７】
この構成によれば、複数箇所の入口部から流入した作動流体を初段翼に均一に供給することが可能となる。
【００１８】
（７）上記のような軸流タービンの入口部構造において、前記入口部は作動流体を水平方向に流入させるものであることとした。
【００１９】
この構成によれば、作動流体を運んでくるダクトと入口部との接続が容易で、スクロールの点検が容易になる。
【００２０】
（８）上記のような軸流タービンの入口部構造において、前記スクロールの正面形状が不完全円であることとした。
【００２１】
この構成によれば、必要な角度領域の初段翼に対し作動流体を均一に供給できる。
【００２２】
（９）上記のような軸流タービンの入口部構造において、前記出口部の内部に軸流タービンの初段静翼を形成した。
【００２３】
この構成によれば、入口部構造の簡素化及びスクロールの構造強化を図ることができる。
【００２４】
（１０）上記のような軸流タービンの入口部構造において、作動流体を静翼を介さずに軸流タービンの初段動翼に衝突させることとした。
【００２５】
この構成によれば、動翼に多くのエネルギーを与えることができる。
【００２６】
（１１）上記のような軸流タービンの入口部構造において、前記出口部に対し、通常の静翼構造より配置間隔が疎である静翼又は整流板若しくはストラットを設けた。
【００２７】
この構成によれば、作動流体をガイドしつつ動翼に多くのエネルギーを与え、且つ製作コストを引き下げることができる。
【００２８】
また本発明では、軸流タービンを次のように構成した。
【００２９】
（１２）請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の入口部構造を備えることとした。
【００３０】
この構成によれば、初段翼の各翼片が均一速度、均一角度、均一流量の作動流体を受け、性能の向上した軸流タービンを得ることができる。
【００３１】
（１３）請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の入口部構造を、低圧タービンである軸流タービンに適用した。
【００３２】
この構成によれば、作動流体がスクロールで速度を維持しつつ初段翼の各翼片に均一速度、均一角度、均一流量で吹き付けられ、低圧タービンの効率を高めることができる。
【００３３】
（１４）請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の入口部構造を、ダブルフロータービンである軸流タービンに適用した。
【００３４】
この構成によれば、作動流体がスクロールで速度を維持しつつ両側の初段翼の各翼片に均一速度、均一角度、均一流量で吹き付けられ、ダブルフロータービンの効率を高めることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図１６に基づき本発明の実施形態を説明する。
【００３６】
図１は第１実施形態に係るスクロールの正面図、図２はこのスクロールを軸流タービンの初段翼に組み合わせた状況を示す概略部分断面図である。
【００３７】
図２には軸流タービン１の構成要素のうち、初段翼である初段静翼２とそれに続く初段動翼３が図示されている。軸流タービン１は低圧タービンである。初段静翼２の前面にスクロール１０が配置される。
【００３８】
スクロール１０は次のような形状を有する。まず正面形状は円環形である。この円環形状の１箇所に入口部１１が設けられる。入口部１１はスクロール１０に対し接線をなすように配置されており、このため作動流体はスクロール１０に接線方向から流入し、スクロール１０の中で旋回する。
【００３９】
スクロール１０の断面は図２に見られるように円形とし、スクロール１０内の二次流れを抑制する。軸流タービン１の軸線方向においてスクロール１０の断面中心と整列する位置に出口部１２が設けられる。またスクロール１０の断面中心と初段静翼２及び初段動翼３の高さ方向の中心とは軸流タービン１のラジアル方向に関し同一レベルにあり、出口部１２、初段静翼２、及び初段動翼３は一直線に並ぶ。出口部１２は正面形状が円弧状であり、初段静翼２の全周にわたり作動流体を供給するようになっている。
【００４０】
出口部１２の末端の幅は初段静翼２の高さにほぼ等しい。ここに至るまでの経路には次のような工夫がなされる。すなわちスクロール１０の内面と出口部１２とは軸流タービン１のハブ側とチップ側とにおいてそれぞれスクロール内部に向かって凸となる曲線部１３ａ、１３ｂで結ばれる。ハブ側の曲線部１３ａとチップ側の曲線部１３ｂとは互いにほぼ対称形状である。
【００４１】
上記のように曲線部１３ａ、１３ｂを設けることにより、スクロール１０内の作動流体を境界層の成長を抑えつつ出口部１２に誘導することができる。
【００４２】
スクロール１０はその内部に生じる作動流体の旋回流の速度が旋回流進行方向全域で等速になるように設計されている。すなわち図１に示すように、入口部１１との接合部を角度０゜とした場合、角度が進む（図１の場合、反時計回りに角度が進んで行く）に従い、スクロール１０の断面面積が小さくなって行く。３６０゜にさしかかるあたりでは、スクロール１０の断面直径は出口部１２の幅とほぼ等しくなる。
【００４３】
上記構成により、出口部１２の角度０゜のところから作動流体の流出が始まり、角度が進むにつれ作動流体の量が少なくなって行くにもかかわらず、それに合わせてスクロール１０の断面面積が減少して行くので、スクロール１０内の流速を最後まで一定にできる。
【００４４】
軸流タービン１の動作は次のとおりである。入口部１１に作動流体が送り込まれると、作動流体はスクロール１０の内部を図１において反時計回りに旋回する。作動流体は旋回しつつ出口部１２から噴出し、初段静翼２に当たる。作動流体は初段静翼２により流れを所定速度、所定圧力、及び所定方向に整えられ、初段動翼３の各翼片に均一速度、均一角度、均一流量で吹き付けられる。初段動翼３は作動流体から運動エネルギーを受け取り、それを軸流タービン１のロータ回転エネルギーに転換する。作動流体は初段の静翼と動翼を通り抜けた後、第２段以降の翼列を次々に通り抜け、その度に動翼に運動エネルギーを与える。このようにして軸流タービン１のロータには回転が生じ、それが継続される。
【００４５】
図３は第２実施形態に係るスクロールを軸流タービンの初段翼に組み合わせた状況を示す概略部分断面図である。第１実施形態と共通する構成要素には前に使用した符号をそのまま付し、説明は省略する。同じ原則を第３実施形態以下の実施形態の説明にも適用し、既出の実施形態と共通する構成要素には支障のないかぎり前に使用した符号をそのまま付し、説明を省略する。
【００４６】
第２実施形態はスクロール１０の断面形状が第１実施形態と異なる。第２実施形態ではスクロール１０の断面は円形ではなく楕円形である。この楕円形状も、スクロール１０内の二次流れを抑制する働きをする。楕円の長径方向は軸流タービン１のラジアル方向に一致する。
【００４７】
このように楕円の長径方向を軸流タービン１のラジアル方向に一致させれば、スクロール１０の寸法が軸流タービン１の軸線方向において圧縮されることとなり、軸流タービン１の軸線方向の設置スペースが限られている場合でも無理なくスクロール１０を配置することができる。
【００４８】
出口部１２が軸流タービン１の軸線方向においてスクロール１０の断面中心と整列する位置にあり、またスクロール１０の断面中心と初段静翼２及び初段動翼３の高さ方向の中心とは軸流タービン１のラジアル方向に関し同一レベルにあって、出口部１２、初段静翼２、及び初段動翼３が一直線に並ぶ点は第１実施形態と同じである。またスクロール１０の内面と出口部１２とが軸流タービン１のハブ側とチップ側とにおいてそれぞれスクロール内部に向かって凸となる曲線部１３ａ、１３ｂで結ばれ、ハブ側の曲線部１３ａとチップ側の曲線部１３ｂとが互いにほぼ対称形状である点も第１実施形態と変わらない。
【００４９】
図４は第３実施形態に係るスクロールを軸流タービンの初段翼に組み合わせた状況を示す概略部分断面図である。第３実施形態のスクロール１０も断面形状が楕円で、スクロール１０内の二次流れを抑制する効果を奏するが、長径の配置方向が異なる。すなわち今度は楕円の長径方向が軸流タービン１の軸線方向に一致する。
【００５０】
出口部１２が軸流タービン１の軸線方向においてスクロール１０の断面中心と整列する位置にあり、またスクロール１０の断面中心と初段静翼２及び初段動翼３の高さ方向の中心とは軸流タービン１のラジアル方向に関し同一レベルにあって、出口部１２、初段静翼２、及び初段動翼３が一直線に並ぶ点は第１、第２実施形態と同じである。またスクロール１０の内面と出口部１２とが軸流タービン１のハブ側とチップ側とにおいてそれぞれスクロール内部に向かって凸となる曲線部１３ａ、１３ｂで結ばれ、ハブ側の曲線部１３ａとチップ側の曲線部１３ｂとが互いにほぼ対称形状である点も第１、第２実施形態と変わらない。
【００５１】
図５は第４実施形態に係るスクロールを軸流タービンの初段翼に組み合わせた状況を示す概略部分断面図である。今度は、スクロール１０の断面形状が円弧と直線を組み合わせた長円形になっている。この長円形状においてもスクロール１０内の二次流れを抑制する効果を確保するため、長円の短径（すなわち円弧部分の直径）は長円の長径の１／４以上とする。
【００５２】
長円の長径方向は軸流タービン１のラジアル方向に一致する。このように長円の長径方向を軸流タービン１のラジアル方向に一致させれば、スクロール１０の寸法が軸流タービン１の軸線方向において圧縮されることとなり、軸流タービン１の軸線方向の設置スペースが限られている場合でも無理なくスクロール１０を配置することができる。
【００５３】
出口部１２が軸流タービン１の軸線方向においてスクロール１０の断面中心と整列する位置にあり、またスクロール１０の断面中心と初段静翼２及び初段動翼３の高さ方向の中心とは軸流タービン１のラジアル方向に関し同一レベルにあって、出口部１２、初段静翼２、及び初段動翼３が一直線に並ぶ点は第１、第２、第３実施形態と同じである。またスクロール１０の内面と出口部１２とが軸流タービン１のハブ側とチップ側とにおいてそれぞれスクロール内部に向かって凸となる曲線部１３ａ、１３ｂで結ばれ、ハブ側の曲線部１３ａとチップ側の曲線部１３ｂとが互いにほぼ対称形状である点も第１、第２、第３実施形態と変わらない。
【００５４】
図６は第５実施形態に係るスクロールを軸流タービンの初段翼に組み合わせた状況を示す概略部分断面図である。第５実施形態のスクロール１０も断面形状が長円形であり、スクロール１０内の二次流れを抑制する効果を確保するため、長円の短径（すなわち円弧部分の直径）は長円の長径の１／４以上とされている。ただし今度は長径の配置方向が第４実施形態と異なる。すなわち長円の長径方向は軸流タービン１の軸線方向に一致する。
【００５５】
出口部１２が軸流タービン１の軸線方向においてスクロール１０の断面中心と整列する位置にあり、またスクロール１０の断面中心と初段静翼２及び初段動翼３の高さ方向の中心とは軸流タービン１のラジアル方向に関し同一レベルにあって、出口部１２、初段静翼２、及び初段動翼３が一直線に並ぶ点は第１、第２、第３、第４実施形態と同じである。またスクロール１０の内面と出口部１２とが軸流タービン１のハブ側とチップ側とにおいてそれぞれスクロール内部に向かって凸となる曲線部１３ａ、１３ｂで結ばれ、ハブ側の曲線部１３ａとチップ側の曲線部１３ｂとが互いにほぼ対称形状である点も第１、第２、第３、第４実施形態と変わらない。
【００５６】
図７は第６実施形態に係るスクロールの正面図である。スクロール１０は円環形であり、１８０゜隔たった２箇所に入口部１１を有する。入口部１１は各々スクロール１０に対し接線をなすように点対称的に配置されており、このため作動流体はスクロール１０に接線方向から流入し、スクロール１０の中で旋回する。
【００５７】
スクロール１０はその内部に生じる作動流体の旋回流の速度が旋回流進行方向全域で等速になるように設計されている。すなわち図７に示すように、スクロール１０と入口部１１との接合部は角度０゜の位置及び角度１８０゜の位置に存在するが、その接合部より反時計方向に角度が進むにつれ、スクロール１０は断面面積が小さくなって行く。１８０゜又は０゜にさしかかるあたりではスクロール１０の断面直径は出口部１２の幅とほぼ等しくなる。
【００５８】
この構成によれば、入口部１１の数が多い分だけ多量の作動流体を軸流タービン１に送り込むことができ、軸流タービン１の出力を増大させることができる。
【００５９】
図８は第７実施形態に係るスクロールの正面図である。スクロール１０は円環形であり、９０゜間隔で計４箇所に入口部１１を有する。入口部１１は各々スクロール１０に対し接線をなすように配置されており、このため作動流体はスクロール１０に接線方向から流入し、スクロール１０の中で旋回する。
【００６０】
スクロール１０はその内部に生じる作動流体の旋回流の速度が旋回流進行方向全域で等速になるように設計されている。すなわち図８に示すように、スクロール１０と入口部１１との接合部は角度０゜、９０゜、１８０゜、２７０゜の位置に存在するが、各々の接合部より反時計方向に角度が進むにつれ、スクロール１０は断面面積が小さくなって行く。角度が９０゜進んだあたりではスクロール１０の断面直径は出口部１２の幅とほぼ等しくなる。
【００６１】
第７実施形態では入口部１１の数が第６実施形態の２倍となっており、それだけ多量の作動流体を軸流タービン１に送り込むことができる。
【００６２】
図９は第８実施形態に係るスクロールの正面図である。スクロール１０は円環形であり、第６実施形態と同じく１８０゜隔たった２箇所に点対称的に入口部１１を有する。ただし今回は入口部１１は９０゜の位置と２７０゜の位置に設けられている。すなわち入口部１１は作動流体を水平方向よりスクロール１０に流入させる。
【００６３】
この構成によれば、作動流体を運んでくるダクトと入口部１１との接続が容易になる。というのは、ダクトを垂直に配置すると建物の天井高さを高くしたり床を掘り下げたりする必要が生じるので、ダクトは水平に引き回されるケースが多いからである。接続が容易であるということは分離も容易であるということであり、容易にダクトとの接続を切り離してスクロール１０のメンテナンスを行うことできる。
【００６４】
図１０は第９実施形態に係るスクロールの正面図である。スクロール１０は完全な円環形ではなく不完全円で、ここでは０゜から１８０゜までの半円区間を占めている。スクロール１０は入口部１１から反時計方向に角度が進むにつれ断面積が小さくなって行き、１８０゜のあたりではスクロール１０の断面直径は出口部１２の幅とほぼ等しくなる。
【００６５】
この構成によれば、半円領域の初段翼の各翼片に対し作動流体を均一速度、均一角度で供給できる。言うまでもないが「半円」というのは一つの角度例であり、スクロール１０にいかなる角度領域を占めさせるかは任意である。つまり作動流体の供給が必要な初段翼の角度領域に合わせてスクロール１０を設計すれば、必要な角度領域の初段翼に対し作動流体を均一速度、均一角度で供給できる。
【００６６】
第６実施形態から第９実施形態までのスクロール１０については、第１実施形態から第５実施形態までに示した円、楕円、長円といった形状、又はこれらの中間的な形状を断面形状として採用することができる。
【００６７】
図１１は第１０実施形態に係るスクロールを軸流タービンの初段翼に組み合わせた状況を示す概略部分断面図である。第１０実施形態においては、初段静翼２がスクロール１０の出口部１２の内部に形成されている。その他の点は第１実施形態と同じである。
【００６８】
スクロール１０を鋳物とし、出口部１２に初段静翼２を一体鋳造することとすれば、初段静翼２を能率良く形成できる。
【００６９】
この構成によれば、入口部構造の簡素化を図ることができるうえ、出口部１２の強度が向上する。また作動流体の全量が初段静翼２の間をくぐり抜け、初段静翼２により流れを所定速度、所定圧力、及び所定方向に整えられて初段動翼３の各翼片に均一速度、均一角度、均一流量で吹き付けるので、タービンの効率が向上する。
【００７０】
図１２は第１１実施形態に係るスクロールを軸流タービンの初段翼に組み合わせた状況を示す概略部分断面図である。第１１実施形態は、スクロール１０の出口部１２を大きく絞り、作動流体を静翼を介さずに軸流タービン１の初段動翼３に衝突させるようにした点が特徴となっている。
【００７１】
この構成によれば、作動流体が旋回流のベクトルを維持したまま初段動翼３に衝突する。静翼により流れの方向を転向させないので旋回流のエネルギーをストレートに初段動翼３に伝えることができる。低アスペクト比の初段動翼３の場合、出口部１２の絞り込みが大きくなるので作動流体の噴出速度が増し、一層効果的にエネルギーが伝達される。
【００７２】
図１３〜図１５に第１２実施形態を示す。図１３はスクロールの構成を示す正面図、図１４はスクロールを軸流タービンの初段翼に組み合わせた状況を示す概略部分断面図、図１５はスクロールの出口部に設ける静翼又は整流板若しくはストラットの構成を示す説明図である。
【００７３】
第１２実施形態はスクロール１０の出口部１２に通常の静翼構造より配置間隔を大幅に疎とした静翼又は整流板若しくはストラットを配置したことを特徴とする。図１３の中で上方に描かれた図形は第１実施形態に対応するものであり、仮想線で描かれたスクロール１０の向こう側に初段静翼２が配置されている状態を示す。その下方に描かれた図形が第１２実施形態に対応するものであり、仮想線で描かれたスクロール１０に静翼１４又は整流板（若しくはストラット）１５を設けた構成を示す。
【００７４】
第１２実施形態のスクロール１０は、図１４に見られるように、第１１実施形態と同様初段動翼３に向け絞り込んだ出口部１２を有する。この出口部１２の内部に静翼１４又は整流板（若しくはストラット）１５を形成する。形成はスクロール１０との一体鋳造により行うことができる。
【００７５】
図１５において、上段に描かれた図形は第１実施形態に対応するものであり、初段静翼２に初段動翼３が続いている状態を示す。図１５の中段ないし下段に描かれた図形が第１２実施形態に対応するものであり、初段動翼３の上流側に初段静翼２に替えて静翼１４又は整流板（若しくはストラット）１５が配置されている状態を示す。静翼１４は初段静翼２と同様の翼形断面を有する。整流板（若しくはストラット）１５は楕円形断面を有する。
【００７６】
静翼１４又は整流板（若しくはストラット）１５の配置間隔は初段静翼２のそれより疎である。「疎」の程度であるが、通常の静翼構造（この場合には初段静翼２）の翼片の配置間隔の１／３程度の配置間隔となっている。このように疎らな配置としたことにより、製作がそれだけ容易になり、製作コストも低下する。
【００７７】
この構成によれば、作動流体が静翼１４又は整流板（若しくはストラット）１５によりガイドされつつもその旋回成分が増大し、高い旋回エネルギーを持った作動流体が初段動翼３に衝突する。通常の静翼構造のように流れの方向が転向しないので旋回流のエネルギーがストレートに初段動翼３に伝えられ、軸流タービン１のロータの受け取るエネルギーが大きくなる。低アスペクト比の初段動翼３の場合、出口部１２の絞り込みが大きくなるので作動流体の噴出速度が増し、一層効果的にエネルギーが伝達される。
【００７８】
整流板１５が、単なる整流板でなく強度部材であるストラットであることとすれば、出口部１２の強度が一層向上する。
【００７９】
第１０実施形態〜第１２実施形態において、スクロール１０の断面形状は円となっているが、第２実施形態〜第５実施形態の構成を適用し、円ばかりでなく、楕円、長円、又はこれらの中間的な断面形状を採用することができる。またスクロール１０の正面形状については第１実施形態だけでなく第６実施形態〜第９実施形態のいずれかの構成を適用することが可能である。
【００８０】
第１実施形態〜第１２実施形態の軸流タービンの入口部構造は、それぞれ軸流タービンに組み合わせて用いることができる。また軸流タービンの中でも低圧タービンのカテゴリーに属するものに組み合わせて用いることができる。さらに、ダブルフロータービンに組み合わせて用いることができる。
【００８１】
図１６に第１３実施形態を示す。図１６は上記のようなスクロールをダブルフロータービンに組み合わせて用いた状況を示す概略部分断面図である。
【００８２】
第１３実施形態のスクロール１０は両側に出口部１２を有する。その出口部１２がそれぞれ軸流タービン１ａの初段静翼２及び軸流タービン１ｂの初段静翼２に向き合う。
【００８３】
両側の出口部１２はそれぞれ軸流タービン１ａ、１ｂの軸線方向においてスクロール１０の断面中心と整列する位置にあり、またスクロール１０の断面中心と初段静翼２及び初段動翼３の高さ方向の中心とは軸流タービン１ａ、１ｂのラジアル方向に関し同一レベルにあって、出口部１２、初段静翼２、及び初段動翼３は一直線に並ぶ。スクロール１０の内面と出口部１２とは軸流タービン１ａ、１ｂのハブ側とチップ側とにおいてそれぞれスクロール内部に向かって凸となる曲線部１３ａ、１３ｂで結ばれており、ハブ側の曲線部１３ａとチップ側の曲線部１３ｂとは互いにほぼ対称形状である。
【００８４】
図１６において、スクロール１０の断面形状は円となっているが、第２実施形態〜第５実施形態の構成を適用し、円ばかりでなく、楕円、長円、又はこれらの中間的な形状を採用することができる。またスクロール１０の正面形状については第１実施形態だけでなく第６実施形態〜第９実施形態のいずれかの構成を適用することが可能である。出口部１２の構成については第１０実施形態〜第１２実施形態のいずれかの構成を適用することができる。
【００８５】
以上本発明の各実施形態につき説明したが、この他、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
【００８６】
【発明の効果】
本発明は次のような効果を奏するものである。
【００８７】
（１）軸流タービンの初段翼の前面に、軸流タービンの翼列と直列をなすように円環形スクロールを配置し、このスクロールには接線方向から作動流体が流入する入口部と、前記初段翼に作動流体を均一に供給する円弧形出口部とを形成したから、スクロールに接線方向から流入した作動流体はスクロール内を旋回しつつ円弧形出口部から初段翼の各翼片にに均一速度、均一角度、均一流量で吹き付けられる。このため初段翼のどの翼片も均等に作動流体のエネルギーを受けることになり、作動流体の流入速度や流入角度の不均一によるタービン性能の低下といったマイナス要素が排除され、タービン性能が向上する。
【００８８】
（２）上記のような軸流タービンの入口部構造において、前記スクロールは円、楕円、長円又はこれらの中間的な断面形状を有し、その内部に生じる旋回流の速度が旋回流進行方向全域で等速となるように設計されていることとしたから、スクロール内の二次流れが抑制され、作動流体はスクロールの内部をスムーズに通り抜ける。また、作動流体の速度はどの箇所でも等しく、初段翼のどの翼片にも均一なエネルギーを与えることができ、タービン性能が向上する。
【００８９】
（３）上記のような軸流タービンの入口部構造において、前記スクロールの出口部は軸流タービンの軸線方向においてスクロールの断面中心と整列する位置に設けられていることとしたから、スクロール内部より作動流体を、初段翼の各翼片に対し均一角度で吹き付けることができ、タービン性能が向上する。
【００９０】
（４）上記のような軸流タービンの入口部構造において、前記スクロールの内面と前記出口部とが軸流タービンのハブ側とチップ側とにおいてそれぞれスクロール内部に向かって凸となる曲線部で結ばれ、前記ハブ側の曲線部と前記チップ側の曲線部とは互いにほぼ対称形状であることとしたから、境界層の成長を抑えつつ作動流体を出口部に誘導することができ、タービン性能が向上する。
【００９１】
（５）上記のような軸流タービンの入口部構造において、前記スクロールは前記入口部を１箇所に設けたものであることとしたから、１箇所の入口部から流入した作動流体を初段翼に均一に供給することが可能となる。
【００９２】
（６）上記のような軸流タービンの入口部構造において、前記スクロールは前記入口部を複数箇所に設けたものであることとしたから、複数箇所の入口部から流入した作動流体を初段翼に均一に供給することが可能となる。
【００９３】
（７）上記のような軸流タービンの入口部構造において、前記入口部は作動流体を水平方向に流入させるものであることとしたから、作動流体を運んでくるダクトと入口部との接続が容易で、スクロールの点検やメンテナンスが容易になる。
【００９４】
（８）上記のような軸流タービンの入口部構造において、前記スクロールの正面形状が不完全円であることとしたから、必要な角度領域の初段翼に対し作動流体を均一に供給できる。
【００９５】
（９）上記のような軸流タービンの入口部構造において、前記出口部の内部に軸流タービンの初段静翼を形成したから、入口部構造の簡素化及びスクロールの構造強化を図ることができる。
【００９６】
（１０）上記のような軸流タービンの入口部構造において、前記出口部を絞り、作動流体を静翼を介さずに軸流タービンの初段動翼に衝突させることとしたから、作動流体が静翼により転向させられることなく初段動翼に衝突し、旋回流のエネルギーをストレートに初段動翼に伝えることができる。初段動翼のアスペクト比が低ければ出口部の絞り込みが大きくなるので作動流体の噴出速度が増し、一層効果的にエネルギーが伝達される。
【００９７】
（１１）上記のような軸流タービンの入口部構造において、前記出口部に対し、通常の静翼構造より配置間隔が疎である静翼又は整流板若しくはストラットを設けたから、作動流体をガイドしつつ動翼に多くのエネルギーを与え、且つ製作コストを引き下げることができる。出口部の強度向上を図ることもできる。
【００９８】
（１２）軸流タービンが上記（１）〜（１１）のいずれかに記載の入口部構造を備えることとしたから、初段翼が均一速度、均一角度、均一流量の作動流体を受け、性能の向上した軸流タービンを得ることができる。
【００９９】
（１３）上記（１）〜（１１）のいずれかに記載の入口部構造を、低圧タービンである軸流タービンに適用したから、作動流体がスクロールで速度を維持しつつ初段翼に均一速度、均一角度、均一流量で吹き付けられ、低圧タービンの効率を高めることができる。
【０１００】
（１４）上記（１）〜（１１）のいずれかに記載の入口部構造を、ダブルフロータービンである軸流タービンに適用したから、作動流体がスクロールで速度を維持しつつ両側の初段翼に均一速度、均一角度、均一流量で吹き付けられ、ダブルフロータービンの効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスクロールの正面図
【図２】第１実施形態のスクロールを軸流タービンの初段翼に組み合わせた状況を示す概略部分断面図
【図３】第２実施形態に係るスクロールを軸流タービンの初段翼に組み合わせた状況を示す概略部分断面図
【図４】第３実施形態に係るスクロールを軸流タービンの初段翼に組み合わせた状況を示す概略部分断面図
【図５】第４実施形態に係るスクロールを軸流タービンの初段翼に組み合わせた状況を示す概略部分断面図
【図６】第５実施形態に係るスクロールを軸流タービンの初段翼に組み合わせた状況を示す概略部分断面図
【図７】第６実施形態に係るスクロールの正面図
【図８】第７実施形態に係るスクロールの正面図
【図９】第８実施形態に係るスクロールの正面図
【図１０】第９実施形態に係るスクロールの正面図
【図１１】第１０実施形態に係るスクロールを軸流タービンの初段翼に組み合わせた状況を示す概略部分断面図
【図１２】第１１実施形態に係るスクロールを軸流タービンの初段翼に組み合わせた状況を示す概略部分断面図
【図１３】第１２実施形態に係るスクロールの構成を示す正面図
【図１４】第１２実施形態のスクロールを軸流タービンの初段翼に組み合わせた状況を示す概略部分断面図
【図１５】第１２実施形態のスクロールの出口部に設ける静翼又は整流板若しくはストラットの構成を示す説明図
【図１６】スクロールをダブルフロータービンに組み合わせて用いた状況を示す概略部分断面図
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ　軸流タービン
２　　初段静翼
３　　初段動翼
１０　スクロール
１１　入口部
１２　出口部
１３ａ、１３ｂ　曲線部
１４　静翼
１５　整流板

Claims (14)

1. 軸流タービンの初段翼の前面に、軸流タービンの翼列と直列をなすようにスクロールを配置し、このスクロールには接線方向から作動流体が流入する入口部と、前記初段翼に作動流体を均一に供給する円弧形出口部とを形成したことを特徴とする軸流タービンの入口部構造。
2. 前記スクロールは円、楕円、長円又はこれらの中間的な断面形状を有し、その内部に生じる旋回流の速度が旋回流進行方向全域で等速となるように設計されていることを特徴とする請求項１に記載の軸流タービンの入口部構造。
3. 前記スクロールの出口部は軸流タービンの軸線方向においてスクロールの断面中心と整列する位置に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の軸流タービンの入口部構造。
4. 前記スクロールの内面と前記出口部とが軸流タービンのハブ側とチップ側とにおいてそれぞれスクロール内部に向かって凸となる曲線部で結ばれ、前記ハブ側の曲線部と前記チップ側の曲線部とは互いにほぼ対称形状であることを特徴とする請求項３に記載の軸流タービンの入口部構造。
5. 前記スクロールは前記入口部を１箇所に設けたものであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の軸流タービンの入口部構造。
6. 前記スクロールは前記入口部を複数箇所に設けたものであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の軸流タービンの入口部構造。
7. 前記入口部は作動流体を水平方向に流入させるものであることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の軸流タービンの入口部構造。
8. 前記スクロールの正面形状が不完全円であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の軸流タービンの入口部構造。
9. 前記出口部の内部に軸流タービンの初段静翼を形成したことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の軸流タービンの入口部構造。
10. 作動流体を静翼を介さずに軸流タービンの初段動翼に衝突させることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の軸流タービンの入口部構造。
11. 前記出口部に対し、通常の静翼構造より配置間隔が疎である静翼又は整流板若しくはストラットを設けたことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の軸流タービンの入口部構造。
12. 請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の入口部構造を備えた軸流タービン。
13. 軸流タービンが低圧タービンであることを特徴とする請求項１２に記載の軸流タービン。
14. 軸流タービンがダブルフロータービンであることを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載の軸流タービン。

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