JP2012122377A - ラジアルタービン - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の圧力を持つ流体を単一のタービンホイールで取扱い、部品点数を削減して低コスト化したラジアルタービンを提供する。
【解決手段】第一の圧力を有し、ノズル２７を通って外周端に形成された主入口２１から半径方向の流速成分を持って流入する旋回する流体の旋回エネルギーを回転動力に変換する単一のラジアルタービンホイール１５を備えているラジアルタービン１００であって、ラジアルタービンホイール１５の外周側に、主入口２１に対し半径方向および軸方向に離隔した位置に従入口２９が形成され、従入口２９には、半径方向内側に行くほど第一の圧力よりも低い圧力を有する低沸点媒体がノズル３５を通って流入するように構成されている。
【選択図】図２
【解決手段】第一の圧力を有し、ノズル２７を通って外周端に形成された主入口２１から半径方向の流速成分を持って流入する旋回する流体の旋回エネルギーを回転動力に変換する単一のラジアルタービンホイール１５を備えているラジアルタービン１００であって、ラジアルタービンホイール１５の外周側に、主入口２１に対し半径方向および軸方向に離隔した位置に従入口２９が形成され、従入口２９には、半径方向内側に行くほど第一の圧力よりも低い圧力を有する低沸点媒体がノズル３５を通って流入するように構成されている。
【選択図】図２
Description
本発明は、ラジアルタービンに関するものである。
半径方向の流速成分を主要成分として持ってタービンホイールに流入する旋回する流体から、流れの旋回エネルギーを回転動力に変換し、そのエネルギーを放出した流れを軸方向に吐出する単一のタービンホイールを備えているラジアルタービンは、中低温・高温、高圧の流体からエネルギーを回転動力に変換するものであり、各種産業用プラントから高温、高圧の流体で排出される排出エネルギーの動力回収、船舶や車両用の動力源、等の熱サイクルを経由して動力を得るシステムの排熱回収、地熱・ＯＴＥＣ等の中低温熱源を利用するバイナリーサイクル発電の動力回収、等において広く用いられている。
各種エネルギー源が複数の圧力を有する場合には、たとえば、特許文献１に示されるように、複数のタービン、すなわち、それぞれの１つの圧力源に対して１つのタービンが用いられている。あるいは、同一軸に２つのタービンホイールを設ける場合もある。
これは、ラジアルタービンが流体のそれぞれの圧力に対し最適な条件に設計されるからである。たとえば、ラジアルタービンの入口半径Ｒは、重力加速度をｇ、ヘッドをＨ、タービンホイール入口周速をＵとすると、ｇ・Ｈ≒Ｕ２の関係で決まる。すなわち、タービンホイールの回転数をＮ（ｒｐｍ）とすると、入口半径Ｒは、Ｒ≒Ｕ／２・π／（Ｎ／６０）の近傍の値が設定される。
これは、ラジアルタービンが流体のそれぞれの圧力に対し最適な条件に設計されるからである。たとえば、ラジアルタービンの入口半径Ｒは、重力加速度をｇ、ヘッドをＨ、タービンホイール入口周速をＵとすると、ｇ・Ｈ≒Ｕ２の関係で決まる。すなわち、タービンホイールの回転数をＮ（ｒｐｍ）とすると、入口半径Ｒは、Ｒ≒Ｕ／２・π／（Ｎ／６０）の近傍の値が設定される。
また、流量変動の大きな流体を扱うラジアルタービンでは、たとえば、特許文献２に示されるように、１個の入口流路を隔壁で仕切って、分割するものが知られている。しかしながら、これは同一圧力の流体を流量に応じて入口の大きさを変化させるものである。
ところで、特許文献１に示されるように複数のタービンを用いるものは、製造コストが大きくなるし、設置スペースが大きくなる。
また、同一軸に複数のタービンホイールを設ける場合、タービン部品点数が多く、構造が複雑となるし、製造コストが大きくなる。
また、同一軸に複数のタービンホイールを設ける場合、タービン部品点数が多く、構造が複雑となるし、製造コストが大きくなる。
本発明は、このような事情に鑑み、複数の圧力を持つ流体を単一のタービンホイールで取扱い、部品点数を削減して低コスト化したラジアルタービンを提供することを目的とする。また、同構造を斜流タービンに適用しても良い。
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の一態様は、第一の圧力を有し、ノズルやスクロールなどの高速旋回流発生流路を通って外周端に形成された主入口から半径方向の流速成分を主要成分として持って流入する旋回する流体の旋回エネルギーを回転動力に変換する単一のタービンホイールを備えているラジアルタービンであって、前記タービンホイールの外周側に、前記主入口および相互に対し半径方向および軸方向に離隔した位置に複数の従入口が形成され、各従入口には、半径方向内側に行くほど前記第一の圧力よりも順次低くなる圧力を有する前記流体がそれぞれノズルやスクロールなどの高速旋回流発生流路を通って流入するように構成されているラジアルタービンである。
すなわち、本発明の一態様は、第一の圧力を有し、ノズルやスクロールなどの高速旋回流発生流路を通って外周端に形成された主入口から半径方向の流速成分を主要成分として持って流入する旋回する流体の旋回エネルギーを回転動力に変換する単一のタービンホイールを備えているラジアルタービンであって、前記タービンホイールの外周側に、前記主入口および相互に対し半径方向および軸方向に離隔した位置に複数の従入口が形成され、各従入口には、半径方向内側に行くほど前記第一の圧力よりも順次低くなる圧力を有する前記流体がそれぞれノズルやスクロールなどの高速旋回流発生流路を通って流入するように構成されているラジアルタービンである。
本態様によると、最も高圧力である第一の圧力の流体は、ノズルやスクロールなどの高速旋回流発生流路を通って流量、流速等を調整され、主入口からタービンホイールの外周端に導入される。主入口に導入された流体はタービンホイールを通って順次圧力を低減されつつタービンホイールから流出し、タービンホイールが取り付けられている回転軸に動力を発生させる。
タービンホイールの外周側、言い換えれば、シュラウド側に、主入口および相互に対し半径方向および軸方向に離隔した位置に複数の従入口が形成され、各従入口には、半径方向内側に行くほど第一の圧力よりも順次低くなる圧力を有する流体がそれぞれノズルやスクロールなどの高速旋回流発生流路を通って流入するように構成されているので、各従入口では、それぞれ圧力が順次低下された流体がノズルを通って流量、流速等を調整されて導入される。各従入口から導入された流体は、上流側の主入口および従入口から導入された流体と混合され、順次圧力を低減されつつタービンホイールから流出し、タービンホイールが取り付けられている回転軸に動力を発生させる。
タービンホイールの外周側、言い換えれば、シュラウド側に、主入口および相互に対し半径方向および軸方向に離隔した位置に複数の従入口が形成され、各従入口には、半径方向内側に行くほど第一の圧力よりも順次低くなる圧力を有する流体がそれぞれノズルやスクロールなどの高速旋回流発生流路を通って流入するように構成されているので、各従入口では、それぞれ圧力が順次低下された流体がノズルを通って流量、流速等を調整されて導入される。各従入口から導入された流体は、上流側の主入口および従入口から導入された流体と混合され、順次圧力を低減されつつタービンホイールから流出し、タービンホイールが取り付けられている回転軸に動力を発生させる。
このとき、従入口は、導入される流体の圧力が、タービンホイールを流れる出口に向かい順次低下する圧力に一致するような位置に設置されるのが好適である。
主入口と従入口との間および各従入口間には、ケーシングが存在しているので、明確に区別され、流体の漏出を防止することができる。
このように、複数の圧力を有する流体を、単一のタービンホイールによって回転動力として取り出すことができる。これにより、部品点数を低減することができ、製造コストを低減することができる。
主入口と従入口との間および各従入口間には、ケーシングが存在しているので、明確に区別され、流体の漏出を防止することができる。
このように、複数の圧力を有する流体を、単一のタービンホイールによって回転動力として取り出すことができる。これにより、部品点数を低減することができ、製造コストを低減することができる。
なお、本態様のラジアルタービンは、タービンホイールの入口におけるハブ面が傾斜しているものも含むものである。
このように、入口におけるハブ面が傾斜したタービンホイールを用いると、外周部の軸方向長さが長くなるので、従入口を設置するスペースが広くなる。これにより、従入口を多数設置することが容易になる。
また、従入口に設置されるノズルを半径に対して傾斜させると、従入口から流入する流体の流れが、上流からタービンホイール出口に向けて流れる流れとほぼ平行に流入するようにできるので、流体の混合損失を低減できる。これにより、タービン効率を高くすることができる。
このように、入口におけるハブ面が傾斜したタービンホイールを用いると、外周部の軸方向長さが長くなるので、従入口を設置するスペースが広くなる。これにより、従入口を多数設置することが容易になる。
また、従入口に設置されるノズルを半径に対して傾斜させると、従入口から流入する流体の流れが、上流からタービンホイール出口に向けて流れる流れとほぼ平行に流入するようにできるので、流体の混合損失を低減できる。これにより、タービン効率を高くすることができる。
上記態様では、前記タービンホイールには、前記主入口と最も外側に位置する前記従入口との間にシュラウドが設けられていてもよい。
タービンホイールでは、出口に向かい順次圧力が低下するようにされており、かつ、それに加えてそれぞれの異なる半径方向位置に設置された各従入口から流体が流入するので、下流側に行くほど流体の体積流量が増加し、その流れを流すための翼高さが大きくなる。このため、主入口と最も外側に位置する従入口との間では、翼高さは最も小さくなる。
一方、ケーシングと翼のクリアランスはほぼ一定に製作されるので、主入口と最も外側に位置する従入口との間では、翼高さに対してクリアランスの割合が大きくなるので、漏れが大きく、漏れによる流体損失が増加し効率が低下する。
本態様では、主入口と最も外側に位置する従入口との間にシュラウドを設置することにより、最も漏れの多いこの部分での流体の漏れ損失を低減することができ、タービン効率を高くすることができる。
一方、ケーシングと翼のクリアランスはほぼ一定に製作されるので、主入口と最も外側に位置する従入口との間では、翼高さに対してクリアランスの割合が大きくなるので、漏れが大きく、漏れによる流体損失が増加し効率が低下する。
本態様では、主入口と最も外側に位置する従入口との間にシュラウドを設置することにより、最も漏れの多いこの部分での流体の漏れ損失を低減することができ、タービン効率を高くすることができる。
上記態様では、前記タービンホイールには、前記各従入口の間にシュラウドが設けられていてもよい。
また、上記態様では、前記タービンホイールには、最も内側に位置する前記従入口から吐出部の間にシュラウドが設けられていてもよい。
また、上記態様では、前記タービンホイールには、最も内側に位置する前記従入口から吐出部の間にシュラウドが設けられていてもよい。
このようにすると、シュラウドが漏れ損失を低減することができる。これにより、タービン効率を高くすることができる。
本発明によれば、タービンホイールの外周側に、主入口および相互に対し半径方向および軸方向に離隔した位置に複数の従入口が形成され、各従入口には、半径方向内側に行くほど第一の圧力よりも順次低くなる圧力を有する流体がそれぞれノズルを通って流入するように構成されているので、複数の圧力を有する流体を、単一のタービンホイールによって回転動力として取り出すことができる。これにより、部品点数を低減することができ、製造コストを低減することができる。
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。
［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態にかかるラジアルタービン１００について図１〜図３を参照して説明する。
図１は、本発明の第一実施形態にかかるエキスパンジョンタービンが用いられているバイナリー発電システムの構成を示すブロック図である。図２は、図１のエキスパンジョンタービンとして本発明のラジアルタービンが使用される場合のラジアルタービン形状を示す部分断面図である。図３は、図２のラジアル翼を円筒面に投影した状態を示す投影図である。
［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態にかかるラジアルタービン１００について図１〜図３を参照して説明する。
図１は、本発明の第一実施形態にかかるエキスパンジョンタービンが用いられているバイナリー発電システムの構成を示すブロック図である。図２は、図１のエキスパンジョンタービンとして本発明のラジアルタービンが使用される場合のラジアルタービン形状を示す部分断面図である。図３は、図２のラジアル翼を円筒面に投影した状態を示す投影図である。
バイナリー発電システム３は、たとえば、地熱発電を行うシステムとして使用されるものである。バイナリー発電システム３には、複数の熱源を有する熱源部５と、２個のバイナリーサイクル７Ａ，７Ｂと、エキスパンジョンタービン１、エキスパンジョンタービン１の回転動力によって電力を発生する発電機９とが備えられている。
熱源部５は、地熱によって加熱された蒸気や熱水をバイナリーサイクル７Ａ，７Ｂに供給する。熱源部５は、温度Ｔ１，Ｔ２が異なり圧力が異なる２種類の蒸気や熱水を供給するように構成されている。
バイナリーサイクル７Ａ，７Ｂは、作動流体である低沸点媒体（流体）を循環させるランキンサイクルで構成されている。低沸点媒体としては、たとえば、イソブタン等の有機媒体、フロン、代替フロン、またはアンモニアやアンモニアと水の混合流体、等が用いられる。
バイナリーサイクル７Ａ，７Ｂは、作動流体である低沸点媒体（流体）を循環させるランキンサイクルで構成されている。低沸点媒体としては、たとえば、イソブタン等の有機媒体、フロン、代替フロン、またはアンモニアやアンモニアと水の混合流体、等が用いられる。
バイナリーサイクル７Ａ，７Ｂでは、熱源部５からの高温蒸気や熱水によって、低沸点媒体が加熱され、高圧流体とされ、これがエキスパンジョンタービン１に供給される。エキスパンジョンタービン１から排出された低沸点媒体は、バイナリーサイクル７Ａ，７Ｂに戻され、再度高温蒸気や熱水によって加熱され、これを順次繰り返す。
このとき、２つのバイナリーサイクル７Ａ，７Ｂでは、同じ低沸点媒体が用いられている。バイナリーサイクル７Ａ，７Ｂに供給される高温蒸気や熱水の温度が異なるので、それらからエキスパンジョンタービン１に供給される低沸点媒体の圧力Ｐ１、Ｐ２は異なっている。圧力Ｐ１が圧力Ｐ２よりも大きい。
このとき、２つのバイナリーサイクル７Ａ，７Ｂでは、同じ低沸点媒体が用いられている。バイナリーサイクル７Ａ，７Ｂに供給される高温蒸気や熱水の温度が異なるので、それらからエキスパンジョンタービン１に供給される低沸点媒体の圧力Ｐ１、Ｐ２は異なっている。圧力Ｐ１が圧力Ｐ２よりも大きい。
ラジアルタービン１００には、ケーシング１１と、ケーシング１１に回転可能に支持された回転軸１３と、回転軸１３の外周に取り付けられたラジアルタービンホイール（タービンホイール）１３と、が備えられている。
ラジアルタービンホイール１５は、回転軸１３の外周に取り付けられたハブ１７とハブ１７の外周面に放射状に間隔を空けて備えられた複数のラジアル翼１９とで構成されている。
ラジアルタービンホイール１５は、回転軸１３の外周に取り付けられたハブ１７とハブ１７の外周面に放射状に間隔を空けて備えられた複数のラジアル翼１９とで構成されている。
ラジアルタービンホイール１５の外周端には、半径Ｒ１の位置に全周に亘る主入口２１が形成されている。主入口２１の外周側には、バイナリーサイクル７Ａから供給される圧力Ｐ１の低沸点媒体が導入される環状の空間である入口流路２５の一端に設けられた主流入路２３が形成されている。主流入路２３と主入口２１とは、入口流路２５で接続されている。
入口流路２５には、周方向に間隔を空けて配置された複数の翼から構成され高速旋回流を発生させるノズル２７が設けられている。
また、ノズル翼を有しないスクロールなどの高速旋回流発生流路により高速旋回流を発生させるようにしても良い。
入口流路２５には、周方向に間隔を空けて配置された複数の翼から構成され高速旋回流を発生させるノズル２７が設けられている。
また、ノズル翼を有しないスクロールなどの高速旋回流発生流路により高速旋回流を発生させるようにしても良い。
ラジアルタービンホイール１５の外周（シュラウド）側に、主入口２１に対し半径方向および軸方向に離隔した位置に従入口２９が形成されている。従入口２９の外周側には、半径Ｒ２の位置にバイナリーサイクル７Ｂから供給される圧力Ｐ２の低沸点媒体が導入される環状の空間である入口流路３３の一端に設けられた従流入路３１が形成されている。従流入路３１と従入口２９とは、入口流路３３で接続されている。
入口流路３３には、周方向に間隔を空けて配置された複数の翼から構成されるノズル３５が設けられている。
入口流路３３には、周方向に間隔を空けて配置された複数の翼から構成されるノズル３５が設けられている。
図２には、ラジアルタービンホイール１５内を通る流体の等圧線が一点鎖線で示されている。
半径Ｒ２は、従入口２９から供給される流体の圧力が、ラジアルタービンホイール１５内でこの位置を通る流体の圧力と略同一となるように設定されている。
半径Ｒ２は、従入口２９から供給される流体の圧力が、ラジアルタービンホイール１５内でこの位置を通る流体の圧力と略同一となるように設定されている。
図３は、図２のラジアル翼を円筒面に投影した状態を示す投影図である。
ラジアル翼１９は、主入口部２１のハブ１７側は回転軸１３に対してほぼ同一の角度の放射状の翼形状を有し、ラジアルタービンホイール１５の出口に向けて放物線状に回転軸１３に対して翼の角度が大きくなるという翼形状とされている。
主入口２１および従入口２９は、ラジアル翼１９の回転軸１３に対してほぼ同一の角度を有する部分に形成されている。
なお、従入口２９は、放物線状に回転軸１３に対して翼の角度が大きくなる部分に形成するようにしてもよい。
ラジアル翼１９は、主入口部２１のハブ１７側は回転軸１３に対してほぼ同一の角度の放射状の翼形状を有し、ラジアルタービンホイール１５の出口に向けて放物線状に回転軸１３に対して翼の角度が大きくなるという翼形状とされている。
主入口２１および従入口２９は、ラジアル翼１９の回転軸１３に対してほぼ同一の角度を有する部分に形成されている。
なお、従入口２９は、放物線状に回転軸１３に対して翼の角度が大きくなる部分に形成するようにしてもよい。
以下、このように構成された本実施形態にかかるラジアルタービン１００の動作について説明する。
バイナリーサイクル７Ａから供給される圧力Ｐ１の低沸点媒体は、主流入路２３から入口流路２５を通ってノズル２７によって流量、流速を調整され、流量Ｇ１の低沸点媒体が主入口２１からラジアルタービンホイール１５の外周端に供給される。このとき、ラジアルタービンホイール１５に供給される低沸点媒体の圧力はＰＮ１である。この圧力ＰＮ１の低沸点媒体は、ラジアルタービンホイール１５の出口圧Ｐｄまで連続的に圧力が低下しながらラジアルタービンホイール１５から流出し、ラジアルタービンホイール１５が取り付けられている回転軸１３に回転動力を発生させる。
バイナリーサイクル７Ａから供給される圧力Ｐ１の低沸点媒体は、主流入路２３から入口流路２５を通ってノズル２７によって流量、流速を調整され、流量Ｇ１の低沸点媒体が主入口２１からラジアルタービンホイール１５の外周端に供給される。このとき、ラジアルタービンホイール１５に供給される低沸点媒体の圧力はＰＮ１である。この圧力ＰＮ１の低沸点媒体は、ラジアルタービンホイール１５の出口圧Ｐｄまで連続的に圧力が低下しながらラジアルタービンホイール１５から流出し、ラジアルタービンホイール１５が取り付けられている回転軸１３に回転動力を発生させる。
このとき、バイナリーサイクル７Ｂから供給される圧力Ｐ２の低沸点媒体は、従流入路３１から入口流路３３を通ってノズル３５によって流量、流速を調整され、流量Ｇ２の低沸点媒体が従入口２９からラジアルタービンホイール１５に供給される。このとき、この従入口２９からラジアルタービンホイール１５内に供給される低沸点媒体の圧力ＰＮ２は、ラジアルタービンホイール１５を流れるラジアルタービンホイール１５出口に向かい順次、言い換えれば連続的に低下する低沸点媒体の従入口２９位置における圧力に一致するようにされている。
従入口２９から流入した流量Ｇ２の低沸点媒体は、主入口２１から供給された流量Ｇ１の低沸点媒体と混合され、一体となってラジアルタービンホイール１５の出口から流出される。流量Ｇ１および流量Ｇ２が合わさった流量の低沸点媒体が、ラジアルタービンホイール１５を介して回転軸１３に回転動力を発生させる。
回転軸１３の回転駆動によって発電機９が電力を発生させる。
回転軸１３の回転駆動によって発電機９が電力を発生させる。
このように、バイナリーサイクル７Ａ，７Ｂからの圧力の異なる低沸点媒体を、それぞれラジアルタービンホイール１５の主入口２１および従入口２９に供給することによって、単一のラジアルタービンホイール１５によって回転動力として取り出すことができる。
これにより、本実施形態にかかるラジアルタービン１００は、複数のエキスパンジョンタービンあるいは複数のラジアルタービンホイールを備えるエキスパンジョンタービンに比べて部品点数を低減することができ、製造コストを低減することができる。
これにより、本実施形態にかかるラジアルタービン１００は、複数のエキスパンジョンタービンあるいは複数のラジアルタービンホイールを備えるエキスパンジョンタービンに比べて部品点数を低減することができ、製造コストを低減することができる。
なお、本実施形態では、ラジアルタービンホイール１５にシュラウドが設けられていないが、これに限定されない。
たとえば、図４に示されるように、主入口２１と従入口２９との間に位置するラジアルタービンホイール１５にシュラウド３７を取り付けてもよい。
このようにすると、主入口２１と従入口２９との間における翼先端のクリアランスによる低沸点媒体の漏れ損失を低減することができ、タービン効率を高くすることができる。
たとえば、図４に示されるように、主入口２１と従入口２９との間に位置するラジアルタービンホイール１５にシュラウド３７を取り付けてもよい。
このようにすると、主入口２１と従入口２９との間における翼先端のクリアランスによる低沸点媒体の漏れ損失を低減することができ、タービン効率を高くすることができる。
すなわち、ラジアルタービンホイール１５では、出口に向かい順次圧力が低下するようにされており、かつ、それに加えて従入口２９から低沸点媒体が流入するので、下流側に行くほど低沸点媒体の体積流量が増加し、その流れを流すための翼高さが大きくなる。このため、主入口２１と従入口２９との間では、翼高さは最も小さくなる。
一方、ケーシング１１とラジアル翼１９とのクリアランスはほぼ一定に製作されるので、主入口２１と従入口２９との間では、翼高さに対してクリアランスの割合が大きくなるので、漏れが大きく、漏れによる流体損失が増加し効率が低下する。
図４に示されるように、主入口２１と従入口２９との間にシュラウド３７を設置することにより、最も漏れの多いこの部分での低沸点媒体の漏れ損失を低減することができ、エキスパンジョンタービン１の効率を高くすることができる。
一方、ケーシング１１とラジアル翼１９とのクリアランスはほぼ一定に製作されるので、主入口２１と従入口２９との間では、翼高さに対してクリアランスの割合が大きくなるので、漏れが大きく、漏れによる流体損失が増加し効率が低下する。
図４に示されるように、主入口２１と従入口２９との間にシュラウド３７を設置することにより、最も漏れの多いこの部分での低沸点媒体の漏れ損失を低減することができ、エキスパンジョンタービン１の効率を高くすることができる。
また、図５に示されるように、シュラウド３７に加えて従入口２９（最も内側に位置する従入口）からラジアルタービンホイール１５の出口（吐出部）の間にシュラウド３９を設けるようにしてもよい。
このようにすると、低沸点媒体の漏れ損失をより低減することができるので、タービン効率を一層高くすることができる。
この場合、シュラウド３７を設けないようにしてもよい。
このようにすると、低沸点媒体の漏れ損失をより低減することができるので、タービン効率を一層高くすることができる。
この場合、シュラウド３７を設けないようにしてもよい。
本実施形態では、ラジアルタービンホイール１５の出口部におけるラジアル翼１９は、半径方向に直線状に立設されているが、これに限定されない。たとえば、図６に示されるように、半径方向に対し傾斜する形状とされていてもよい。
図７は、図６のラジアル翼を軸線方向に見た正面図、図８は、図６のラジアル翼を半径方向に見た斜視図である。
図７は、図６のラジアル翼を軸線方向に見た正面図、図８は、図６のラジアル翼を半径方向に見た斜視図である。
さらに、本実施形態では、従入口２９は一箇所とされているが、複数箇所に設けるようにしてもよい。
このようにすると、３以上の異なる圧力の低沸点媒体を単一のラジアルタービンホイール１５によって回転動力として取り出すことができ、より部品点数を低減することができ、製造コストを低減することができる。
このようにすると、３以上の異なる圧力の低沸点媒体を単一のラジアルタービンホイール１５によって回転動力として取り出すことができ、より部品点数を低減することができ、製造コストを低減することができる。
本実施形態では、２つのバイナリーサイクル７Ａ，７Ｂを持つ、バイナリー発電システム３に適用するとして説明したが、エキスパンジョンタービン１の用途はこれに限定されない。
たとえば、図９に示されるように、１つのバイナリーサイクル７Ｃを有するバイナリー発電システム３にも適用できる。これはバイナリーサイクル７Ｃから圧力の異なる低沸点媒体を取り出してエキスパンジョンタービン１によって動力を回収する。
たとえば、図９に示されるように、１つのバイナリーサイクル７Ｃを有するバイナリー発電システム３にも適用できる。これはバイナリーサイクル７Ｃから圧力の異なる低沸点媒体を取り出してエキスパンジョンタービン１によって動力を回収する。
また、図１０に示されるプラントシステム２でエキスパンジョンタービン１を用いるようにしてもよい。プラントシステム２には、たとえば、ボイラプラント４で、複数、たとえば、３つの圧力の異なる蒸気（流体）を取り出してエキスパンジョンタービン１によって動力を回収するものである。
プラントシステム２としては、各種産業プラントであり、たとえば、化学プラントにおいて分離や混合が行われるプロセスの混合過程に使用されても良い。
プラントシステム２としては、各種産業プラントであり、たとえば、化学プラントにおいて分離や混合が行われるプロセスの混合過程に使用されても良い。
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態にかかるラジアルタービン１００について、図１１を用いて説明する。
本実施形態は、タービンホイールの構成が第一実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態のものと同じ部分については重複した説明を省略する。
なお、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
次に、本発明の第二実施形態にかかるラジアルタービン１００について、図１１を用いて説明する。
本実施形態は、タービンホイールの構成が第一実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態のものと同じ部分については重複した説明を省略する。
なお、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
図１１は、本発明の第二実施形態にかかるラジアルタービン１００を示す部分断面図である。
本実施形態では、タービンホイールとして入口におけるハブ面が半径方向となっている第一実施形態のラジアルタービンホイール１５に替えて入口におけるハブ面が傾斜しているラジアルタービンホイール４１が用いられている。ラジアルタービンホイール４１には、ハブ１７の外周面に放射状に間隔を空けて備えられた複数の翼４３が備えられている。ハブ１７の入口におけるハブ面は半径方向に対し傾斜している。 これに伴い、主流入路４５は、半径方向に対して角度α１傾斜している。従流入路４７は、半径方向に対して角度α２傾斜している。
主流入路４５には周方向に間隔を空けて配置された複数の翼から構成されるノズル４６が、従流入路４７には、周方向に間隔を空けて配置された複数の翼から構成されるノズル４８が設けられている。
本実施形態では、タービンホイールとして入口におけるハブ面が半径方向となっている第一実施形態のラジアルタービンホイール１５に替えて入口におけるハブ面が傾斜しているラジアルタービンホイール４１が用いられている。ラジアルタービンホイール４１には、ハブ１７の外周面に放射状に間隔を空けて備えられた複数の翼４３が備えられている。ハブ１７の入口におけるハブ面は半径方向に対し傾斜している。 これに伴い、主流入路４５は、半径方向に対して角度α１傾斜している。従流入路４７は、半径方向に対して角度α２傾斜している。
主流入路４５には周方向に間隔を空けて配置された複数の翼から構成されるノズル４６が、従流入路４７には、周方向に間隔を空けて配置された複数の翼から構成されるノズル４８が設けられている。
このように構成された本実施形態にかかるラジアルタービン１００の動作は、基本的に第一実施形態のラジアルタービン１００と同様であるので、ここでは重複した説明を省略する。
本実施形態では、翼４３の外周側が半径方向に対して傾斜されているので、外周部の軸方向長さを長くすることができる。このため、従入口２９を設置するスペースを広くすることができるので、製造し易くなる。
本実施形態では、翼４３の外周側が半径方向に対して傾斜されているので、外周部の軸方向長さを長くすることができる。このため、従入口２９を設置するスペースを広くすることができるので、製造し易くなる。
これにより、従入口２９を多数設置することが容易になる。たとえば、図１２に示されるように、従入口２９に加えて従入口５１を設けることを容易に行なうことができる。
このようにすると、３以上の異なる圧力の低沸点媒体を単一の斜流タービンホイール４１によって回転動力として取り出すことができ、より部品点数を低減することができ、製造コストを低減することができる。従入口５１の外周側には、半径Ｒ３の位置に圧力Ｐ２よりも低い圧力の低沸点媒体が導入される従流入路５３が形成されている。従流入路５３と従入口５１とは、ドーナツ状の空間である入口流路５５で接続されている。
入口流路５５には、周方向に間隔を空けて配置された複数の翼から構成されるノズル５７が設けられている。
このようにすると、３以上の異なる圧力の低沸点媒体を単一のラジアルタービンホイール４１によって回転動力として取り出すことができ、より部品点数を低減することができ、製造コストを低減することができる。
このようにすると、３以上の異なる圧力の低沸点媒体を単一の斜流タービンホイール４１によって回転動力として取り出すことができ、より部品点数を低減することができ、製造コストを低減することができる。従入口５１の外周側には、半径Ｒ３の位置に圧力Ｐ２よりも低い圧力の低沸点媒体が導入される従流入路５３が形成されている。従流入路５３と従入口５１とは、ドーナツ状の空間である入口流路５５で接続されている。
入口流路５５には、周方向に間隔を空けて配置された複数の翼から構成されるノズル５７が設けられている。
このようにすると、３以上の異なる圧力の低沸点媒体を単一のラジアルタービンホイール４１によって回転動力として取り出すことができ、より部品点数を低減することができ、製造コストを低減することができる。
また、従入口２９あるいは従入口５１に設置されるノズルを半径方向に対して傾斜させると、従入口２９あるいは従入口５１から流入する低沸点媒体の流れが、上流からラジアルタービンホイール４１の出口に向けて流れる流れとほぼ平行に流入するようになるので、低沸点媒体の混合損失を低減することができる。これにより、ラジアルタービン１００のタービン効率を向上させることができる。
なお、本実施形態では、シュラウドが取り付けられていないが、図４および図５に示されるようなシュラウドを取り付けて漏れ損失を低減させるようにしてもよい。
また、従入口２９，５１の個数を増加させてもよい。
また、従入口２９，５１の個数を増加させてもよい。
なお、本発明は以上説明した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形を行ってもよい。
１ エキスパンジョンタービン
１５ ラジアルタービンホイール
１９ ラジアル翼
２１ 主入口
２７ ノズル
２９ 従入口
３５ ノズル
４１ ラジアルタービンホイール
４３ 翼
４５ 主流入路
４６ ノズル
４８ ノズル
５１ 従入口
５７ ノズル
１００ ラジアルタービン
１５ ラジアルタービンホイール
１９ ラジアル翼
２１ 主入口
２７ ノズル
２９ 従入口
３５ ノズル
４１ ラジアルタービンホイール
４３ 翼
４５ 主流入路
４６ ノズル
４８ ノズル
５１ 従入口
５７ ノズル
１００ ラジアルタービン
Claims (4)
- 第一の圧力を有し、ノズルやスクロールなどの高速旋回流発生流路を通って、外周端に形成された主入口から半径方向の流速成分を主要成分として持って流入する旋回する流体の旋回エネルギーを回転動力に変換する単一のタービンホイールを備えているラジアルタービンであって、
前記タービンホイールの外周側に、前記主入口および相互に対し半径方向および軸方向に離隔した位置に複数の従入口が形成され、
各従入口には、半径方向内側に行くほど前記第一の圧力よりも順次低くなる圧力を有する前記流体がそれぞれノズルやスクロールなどの高速旋回流発生流路を通って旋回する流体が流入するように構成されていることを特徴とするラジアルタービン。 - 前記タービンホイールには、前記主入口と最も外側に位置する前記従入口との間にシュラウドが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のラジアルタービン。
- 前記タービンホイールには、前記各従入口の間にシュラウドが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のラジアルタービン。
- 前記タービンホイールには、最も内側に位置する前記従入口から吐出部の間にシュラウドが設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のラジアルタービン。
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- 2011-01-24 CN CN2011800378645A patent/CN103052763A/zh active Pending
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