JP2015021404A - Radial turbine - Google Patents

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吉田 敦
Atsushi Yoshida
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radial turbine capable of easily discharging condensed drain from gas, and capable of improving turbine efficiency without increasing the manufacturing cost in a radial turbine allowing the gas flowing into an impeller in a radial direction through a casing suction port to flow out in an axial direction.SOLUTION: A radial turbine 1 includes a turbine casing 2, a casing suction port 3 formed in the casing 2, a gas flow passage allowing the gas sucked from the suction port 3 to inwardly flow from an outer periphery of a turbine nozzle, and an impeller having a plurality of moving blades on which the gas flowing in from the outer periphery of the turbine nozzle acts, and a center line CL of the suction port 3 is arranged in an obliquely downward direction or a directly downward direction at an angle θ less than 90 degrees with respect to a downward vertical line VL passing through an axis of a rotating shaft CA of the impeller.

Description

本発明は、タービンケーシングのケーシング吸込口から吸込まれた気体が、複数の動翼が取り付けられた羽根車に、半径方向に流入して軸方向に流出するラジアルタービンにおいて、前記気体中に含まれるドレンを前記タービンケーシングから簡便に排出可能なラジアルタービンに関するものである。   The present invention includes a gas sucked from a casing suction port of a turbine casing in a radial turbine in which the gas flows in an axial direction and flows out in an axial direction to an impeller to which a plurality of moving blades are attached. The present invention relates to a radial turbine capable of easily discharging drain from the turbine casing.

タービンは、一般的に軸流型タービンとラジアル型タービンに大別される。軸流タービンは中・大容量に適し、大型の火力発電所での蒸気タービン等には殆ど全て軸流タービンが採用されている。一方、ラジアルタービンは歴史上、ガスの寒冷発生用として発達してきた機器であり、ガスをタービンに供給し膨張させることで、気体の温度を下げることを目的としたもので、空気分離装置における寒冷発生膨張タービンがその代表例である。   Turbines are generally classified roughly into axial flow turbines and radial turbines. Axial turbines are suitable for medium and large capacity, and almost all axial turbines are used for steam turbines in large thermal power plants. On the other hand, radial turbines have historically been developed for gas cold generation, and are intended to lower the temperature of gas by supplying gas to the turbine and expanding it. A generated expansion turbine is a typical example.

そして、中・小型の軸流タービンの断熱効率は最大でも40%程度であるのに対し、ラジアルタービンでは80〜85%に達する。この決定的な違いがラジアルタービンの最大の特長であり、気体からの動力回収量は、軸流タービンのほぼ2倍(単段当り)となる。   And the heat insulation efficiency of the medium and small-sized axial flow turbines is about 40% at the maximum, whereas the radial turbine reaches 80 to 85%. This decisive difference is the greatest feature of the radial turbine, and the amount of power recovered from the gas is almost twice that of the axial flow turbine (per single stage).

ラジアルタービンは、タービンケーシング吸込口を介してタービンケーシング内に流入した気体を半径方向内向きに向かわせて、複数の動翼が取り付けられた羽根車を回転させるものであるが、前記ケーシング吸込口は、通常上向きに構成されていた。   The radial turbine is configured to rotate the impeller to which a plurality of moving blades are attached by directing the gas flowing into the turbine casing through the turbine casing suction port inward in the radial direction. Was usually configured upwards.

先ず、この様なラジアルタービンの問題点について、以下説明する。
ラジアルタービンは、タービンケーシングに設けられたケーシング吸込口から吸込まれた気体が、気体流路を経た後、タービンノズルを通って複数の動翼が取り付けられた羽根車に流入し、前記気体により羽根車を回転させることにより、気体のエネルギーが羽根車の回転エネルギーに変換される。そして、羽根車通過後の気体は、排出口を経てタービンケーシングから排出される。
First, problems of such a radial turbine will be described below.
In the radial turbine, the gas sucked from the casing suction port provided in the turbine casing passes through the gas flow path, and then flows into the impeller to which a plurality of moving blades are attached through the turbine nozzle. By rotating the car, the gas energy is converted into the rotational energy of the impeller. And the gas after impeller passage is discharged | emitted from a turbine casing through a discharge port.

ラジアルタービンには、空気、燃焼ガス或いは過熱域の気体を作動媒体として使うことが多く、気体流路を経てタービンノズルで増速された前記気体は、湿り域に入ると凝縮されて、ドレン(凝縮液)が液滴として発生する。   In a radial turbine, air, combustion gas, or superheated gas is often used as a working medium, and the gas accelerated by the turbine nozzle through the gas flow path is condensed when entering the wet region, and drain ( Condensate) is generated as droplets.

ところが、タービンケーシングに設けられたケーシング吸込口が上向きに構成されていると、前記気体は、動翼の領域に入り断熱膨張するが、タービンケーシング内に滞留した前記液滴の一部は動翼の負圧面に付着し、この負圧面上で他の液滴と合体して次第に大きくなる。そして、増大した液滴は、動翼の遠心力で外周側に飛ばされ、動翼の先端周速でタービンノズルの内向き面に衝突する。そして、衝突後の液滴は、タービンケーシング内の気体流路の最下部にドレンとして滞留する。   However, when the casing suction port provided in the turbine casing is configured to face upward, the gas enters the region of the moving blade and adiabatically expands, but a part of the droplets staying in the turbine casing is moved to the moving blade. It adheres to the negative pressure surface and merges with other droplets on the negative pressure surface and becomes gradually larger. The increased droplets are blown to the outer peripheral side by the centrifugal force of the moving blade, and collide with the inward surface of the turbine nozzle at the tip peripheral speed of the moving blade. And the droplet after a collision stays as a drain in the lowest part of the gas flow path in a turbine casing.

この液滴のタービンノズルへの衝突によって、いわゆるドレンアタックを生じ、前記ノズル面があばた状に侵食されて、ノズルの効率を低下させるばかりでなく、ノズルの一部が欠落して、その破片で動翼に損傷を与えることにもなるという問題があった。また、気体流路の最下部に滞留したドレンが、タービンケーシングを腐食させる原因ともなっていた。また、前記滞留ドレンの影響により、最悪時はタービン性能の低下やタービン軸の振動増大等の問題が生じることもあった。   The collision of the liquid droplets with the turbine nozzle causes a so-called drain attack, and the nozzle surface is eroded into a fluttering shape, not only reducing the efficiency of the nozzle, but also missing a part of the nozzle, resulting in debris. There was a problem that the blades could be damaged. Moreover, the drain staying at the lowermost part of the gas flow path has also caused corrosion of the turbine casing. Further, due to the influence of the accumulated drain, problems such as a decrease in turbine performance and an increase in turbine shaft vibration may occur in the worst case.

次に、この様な問題点を改善した従来例に係るラジアルタービンについて、以下図5を参照しながら説明する。図5は従来例に係るラジアルタービンの要部を示す縦断面図である。   Next, a radial turbine according to a conventional example in which such problems are improved will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a main part of a radial turbine according to a conventional example.

従来例に係るラジアルタービンは、動翼23の入口端23aに傾斜を付与する一方、羽根車の背板25を、動翼23の入口端23aよりも更にタービン外周側まで延長して、この延長部分25aに、動翼23と背板25との交線を起点としてタービン側面から見て斜め後方へ、また正面から見てラジアル方向へ貫通孔26が設けられている。そして、背板25の裏面には、貫通孔26の出口部に位置するように、液滴捕集器27が設置されている。   In the radial turbine according to the conventional example, the inlet end 23a of the rotor blade 23 is inclined, and the back plate 25 of the impeller is further extended to the turbine outer peripheral side than the inlet end 23a of the rotor blade 23. A through hole 26 is provided in the portion 25a from the intersection of the rotor blade 23 and the back plate 25 as a starting point, obliquely rearward when viewed from the turbine side, and radially when viewed from the front. A droplet collector 27 is installed on the back surface of the back plate 25 so as to be positioned at the outlet of the through hole 26.

この様な構成によって、動翼23の入口端23a近傍に付着した液滴は、界面張力や遠心力と動翼23の入口端23aに沿う方向の分力の作用により、凝集しながら入口端23aの傾斜に沿って背板25側へと流れる。そして、背板25側へ流れてきた液滴は、貫通孔26を通過してノズル22の後方に誘導され、液滴捕集器27に一旦捕集された後、適宜排出される。   With such a configuration, the droplets adhering to the vicinity of the inlet end 23a of the moving blade 23 are aggregated by the action of the interfacial tension and centrifugal force and the component force in the direction along the inlet end 23a of the moving blade 23, and the inlet end 23a. It flows to the back plate 25 side along the inclination. Then, the liquid droplets flowing toward the back plate 25 pass through the through-hole 26, are guided behind the nozzle 22, are once collected by the liquid droplet collector 27, and then appropriately discharged.

その結果、従来例に係るラジアルタービンは、液滴のノズル22への流れ戻り量を低減して、ドレンアタックを防止でき、凝縮液が発生する条件下で使用されるラジアルタービンの寿命を延ばすとともに、信頼性を向上し得るという効果を有していた(特許文献1参照)。   As a result, the radial turbine according to the conventional example can reduce the flow return amount of the droplets to the nozzle 22 to prevent the drain attack, and extend the life of the radial turbine used under the condition where the condensate is generated. The effect of improving the reliability was obtained (see Patent Document 1).

しかしながら、この従来例に係るラジアルタービンは、動翼23の入口端23aへの傾斜付与、羽根車の背板25を延長する延長部25aの形成、この延長部25aへの貫通孔26の形成、及び液滴捕集器27の設置を要するので、製造コストを相当増加させる要因となっていた。   However, the radial turbine according to this conventional example is provided with an inclination to the inlet end 23a of the rotor blade 23, the formation of the extension 25a that extends the back plate 25 of the impeller, the formation of the through hole 26 in the extension 25a, In addition, since it is necessary to install the droplet collector 27, the manufacturing cost is considerably increased.

実開平2−74501号公報Japanese Utility Model Publication 2-74501

従って、本発明の目的は、ケーシング吸込口を介して動翼が取り付けられた羽根車に半径方向に流入した気体が軸方向に流出するラジアルタービンにおいて、前記気体から凝縮したドレンを簡便にケーシング外に排出して、製造コストを増大させること無くタービン効率の向上可能なラジアルタービンを提供するものである。   Accordingly, an object of the present invention is to easily remove the drain condensed from the gas in a radial turbine in which the gas flowing in the radial direction flows into the impeller to which the moving blade is attached via the casing suction port. A radial turbine capable of improving turbine efficiency without increasing the manufacturing cost is provided.

前記目的を達成するために、本発明の請求項1に係るラジアルタービンが採用した手段は、半径方向内向きに流入させる気体を回転軸方向に流出させ、回転力を得るラジアルタービンであって、タービンケーシングと、前記タービンケーシングに形成されたケーシング吸込口と、前記タービンケーシングに形成され、前記ケーシング吸込口から吸込まれた気体を、タービンノズル外周から半径方向内向きに流入させる気体流路と、前記タービンノズル外周から流入する気体が作用する複数の動翼を有する羽根車とを具備している。   In order to achieve the above object, the means adopted by the radial turbine according to claim 1 of the present invention is a radial turbine that obtains a rotational force by causing a gas flowing inward in the radial direction to flow out in the direction of the rotation axis. A turbine casing, a casing suction port formed in the turbine casing, a gas flow path formed in the turbine casing and configured to flow the gas sucked from the casing suction port radially inward from the outer periphery of the turbine nozzle; And an impeller having a plurality of moving blades on which gas flowing from the outer periphery of the turbine nozzle acts.

そして、このラジアルタービンが採用した手段は、前記ケーシング吸込口の中心線が、前記羽根車の回転軸の軸心を通る下向きの垂線に対して、90度未満の角度をなして斜め下方向乃至は直下方向に配設されてなることを特徴とするものである。   And the means adopted by this radial turbine is that the center line of the casing suction port is at an angle of less than 90 degrees with respect to the downward perpendicular passing through the axis of the rotation shaft of the impeller, and the diagonally downward direction. Is arranged in the direct downward direction.

本発明の請求項2に係る圧縮機のラジアルタービンが採用した手段は、請求項1に記載のラジアルタービンにおいて、前記気体流路が、前記羽根車の外周に形成されたケーシング流路と、このケーシング流路及び前記タービンノズルを連通するノズル通路により形成され、前記ケーシング吸込口は、前記ケーシング流路の最下部が前記ケーシング吸込口の内側に位置するように接続されていることを特徴とするものである。   The means adopted by the radial turbine of the compressor according to claim 2 of the present invention is the radial turbine according to claim 1, wherein the gas flow path includes a casing flow path formed on an outer periphery of the impeller, The casing passage is formed by a nozzle passage communicating with the turbine nozzle, and the casing suction port is connected so that a lowermost portion of the casing passage is located inside the casing suction port. Is.

本発明の請求項3に係る圧縮機のラジアルタービンが採用した手段は、請求項1または2に記載のラジアルタービンにおいて、前記ケーシング吸込口の中心線が、前記回転軸の軸心を通る下向きの垂線に対して、45度以下の角度をなして斜め下方向乃至は直下方向に配設されてなることを特徴とするものである。   The means adopted by the radial turbine of the compressor according to claim 3 of the present invention is the radial turbine according to claim 1 or 2, wherein the center line of the casing suction port is directed downward through the axis of the rotary shaft. It is characterized by being arranged obliquely downward or directly downward at an angle of 45 degrees or less with respect to the perpendicular.

本発明の請求項1に係るラジアルタービンによれば、半径方向内向きに流入させる気体を回転軸方向に流出させ、回転力を得るラジアルタービンであって、タービンケーシングと、前記タービンケーシングに形成されたケーシング吸込口と、前記タービンケーシングに形成され、前記ケーシング吸込口から吸込まれた気体を、タービンノズル外周から半径方向内向きに流入させる気体流路と、前記タービンノズル外周から流入する気体が作用する複数の動翼を有する羽根車とを具備している。   The radial turbine according to claim 1 of the present invention is a radial turbine that obtains a rotational force by letting a gas flowing inward in the radial direction flow out in the direction of the rotation axis, and is formed in the turbine casing and the turbine casing. The casing suction port, the gas flow passage formed in the turbine casing and allowing the gas sucked from the casing suction port to flow radially inward from the outer periphery of the turbine nozzle, and the gas flowing from the outer periphery of the turbine nozzle act. And an impeller having a plurality of moving blades.

同時に、このラジアルタービンによれば、前記ケーシング吸込口の中心線が、前記羽根車の回転軸の軸心を通る下向きの垂線に対して、90度未満の角度をなして斜め下方向乃至は直下方向に配設されてなるので、ドレン排出用の通路やドレン捕集手段をタービンケース内に設ける必要が無くなり、製造コストを増加することなくタービン効率の向上を図り得る。   At the same time, according to this radial turbine, the center line of the casing suction port forms an angle of less than 90 degrees with respect to the downward perpendicular passing through the axis of the rotating shaft of the impeller, and is obliquely downward or directly below. Since it is arranged in the direction, there is no need to provide a drain discharge passage or drain collecting means in the turbine case, and the turbine efficiency can be improved without increasing the manufacturing cost.

また、本発明の請求項2に係るラジアルタービンによれば、前記気体流路が、前記羽根車の外周に形成されたケーシング流路と、このケーシング流路及び前記タービンノズルを連通するノズル通路により形成され、前記ケーシング吸込口は、前記ケーシング流路の最下部が前記ケーシング吸込口の内側に位置するように接続されているので、前記タービンケーシング内へのドレン溜りを効果的に排除することができる。   Moreover, according to the radial turbine which concerns on Claim 2 of this invention, the said gas flow path is the casing flow path formed in the outer periphery of the said impeller, and the nozzle channel | path which connects this casing flow path and the said turbine nozzle. The casing suction port is formed and connected so that the lowermost part of the casing flow path is located inside the casing suction port, so that drain accumulation in the turbine casing can be effectively eliminated. it can.

更に、本発明の請求項3に係るラジアルタービンによれば、前記ケーシング吸込口の中心線が、前記回転軸の軸心を通る下向きの垂線に対して、45度以下の角度をなして斜め下方向乃至は直下方向に配設されてなるので、前記タービンケーシング内の前記ドレンを、前記ケーシング吸込口からより確実に自重で排出可能となる。   Furthermore, according to the radial turbine according to claim 3 of the present invention, the center line of the casing suction port is inclined obliquely at an angle of 45 degrees or less with respect to the downward perpendicular passing through the axis of the rotating shaft. Since it is arranged in the direction or directly below, the drain in the turbine casing can be discharged more reliably by its own weight from the casing suction port.

本発明の実施の形態に係るラジアルタービンの全体構成を示す平断面図である。It is a plane sectional view showing the whole radial turbine composition concerning an embodiment of the invention. 図1の要部を矢視A−Aで示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the principal part of FIG. 1 by arrow AA. 図2の左側面図である。FIG. 3 is a left side view of FIG. 2. 図2の矢視B−Bを示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows arrow BB of FIG. 従来例に係るラジアルタービンの要部を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the principal part of the radial turbine which concerns on a prior art example.

本発明の実施の形態に係るラジアルタービンを、以下添付図1〜4を参照しながら説明する。図1は本発明の実施の形態に係るラジアルタービンの全体構成を示す平断面図、図2は図1の要部を矢視A−Aで示す縦断面図、図3は図2の左側面図、図4は図2の矢視B−Bを示す縦断面図である。   A radial turbine according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan sectional view showing the overall configuration of a radial turbine according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the main part of FIG. FIG. 4 and FIG. 4 are longitudinal sectional views showing an arrow BB in FIG.

本発明の実施の形態に係るラジアルタービンは、半径方向内向きに流入させる気体を回転軸7a方向に流出させ、気体の熱エネルギーを回転軸7aの回転エネルギーに変換するラジアルタービン1である。   The radial turbine according to the embodiment of the present invention is a radial turbine 1 that converts a gas that flows inward in the radial direction outflows in the direction of the rotation shaft 7a and converts the thermal energy of the gas into the rotation energy of the rotation shaft 7a.

そして、このラジアルタービン1は、図3に示す通り略円形状の外形を有し、内部に羽根車7等の要部を収納したタービンケーシング2と、このタービンケーシング2に形成されたケーシング吸込口3とを具備している。同時に、このラジアルタービン1は、図2に示す如く、タービンケーシング2に形成され、ケーシング吸込口3から吸込まれた気体を、タービンノズル5外周から半径方向内向きに流入させる気体流路4と、タービンノズル5外周から流入する気体が作用する複数の動翼6を有する羽根車7とを具備している。   And this radial turbine 1 has the substantially circular external shape as shown in FIG. 3, the turbine casing 2 which accommodated the principal parts, such as the impeller 7, etc., and the casing inlet formed in this turbine casing 2 3. At the same time, as shown in FIG. 2, the radial turbine 1 is formed in the turbine casing 2, and the gas flow path 4 that causes the gas sucked from the casing suction port 3 to flow inward in the radial direction from the outer periphery of the turbine nozzle 5; And an impeller 7 having a plurality of moving blades 6 on which gas flowing in from the outer periphery of the turbine nozzle 5 acts.

ここで、前記気体流路4は、ケーシング吸込口3からタービンケーシング2内に吸込んだ気体を羽根車7の外周に均等に導くため、図4に示す如く略円環状に形成されたケーシング流路4aと、このケーシング流路4aに導かれた気体をタービンノズル5に導入するため、軸心CA方向に連通して形成されたノズル通路4bからなる。   Here, the gas flow path 4 is formed in a substantially annular shape as shown in FIG. 4 in order to uniformly guide the gas sucked into the turbine casing 2 from the casing suction port 3 to the outer periphery of the impeller 7. 4a and a nozzle passage 4b formed in communication with the axial center CA in order to introduce the gas guided to the casing flow path 4a into the turbine nozzle 5.

また、ケーシング流路4aには、ケーシング吸込口3から吸込まれた気体を、流路に沿って二手に分けるための間仕切り2a,2bが形成されている。ノズル通路4b及びタービンノズル5は、ケーシング流路4aに分割導入された気体を増速するとともに、旋回エネルギーを気体に(ひいては羽根車7に)付与するため、軸心CA方向から半径方向に方向転換する様に形成されている。   Moreover, partitions 2a and 2b for dividing the gas sucked from the casing suction port 3 into two hands along the flow path are formed in the casing flow path 4a. The nozzle passage 4b and the turbine nozzle 5 increase the speed of the gas divided and introduced into the casing flow path 4a and apply the swirling energy to the gas (and thus to the impeller 7), so that the direction from the axis CA direction to the radial direction. It is formed to change.

そして、タービンケーシング2内の軸心CA近傍には、増速された気体の旋回エネルギーを羽根車7の回転エネルギーに変換するため、複数の動翼6が取り付けられた羽根車7及びこの羽根車7を回転可能に支持する回転軸7aが収納されている。   In the vicinity of the axis CA in the turbine casing 2, an impeller 7 to which a plurality of moving blades 6 are attached and the impeller for converting the swirling energy of the accelerated gas into the rotational energy of the impeller 7. The rotating shaft 7a which supports 7 so that rotation is possible is accommodated.

これら複数の動翼6間には夫々羽根車流路7bが形成され、これらの動翼6に衝突後、羽根車流路7bを通過して軸心CA方向に向かう気体を排出するための排出口8がタービンケーシング2に形成されている。そして、この排出口8には排出管9が取り付けられている。一方、動翼6の受けたエネルギーは、羽根車7を介して回転軸7aの回転エネルギーに変換可能に構成されている。   An impeller channel 7b is formed between each of the plurality of moving blades 6, and after colliding with the moving blades 6, the outlet 8 for discharging the gas passing through the impeller channel 7b and moving in the direction of the axis CA. Is formed in the turbine casing 2. A discharge pipe 9 is attached to the discharge port 8. On the other hand, the energy received by the moving blade 6 can be converted into the rotational energy of the rotary shaft 7 a via the impeller 7.

また、このラジアルタービン1には、減速機11が取り付けられており、ラジアルタービン1の回転軸7aと減速機11の高速軸12が直結されている。そして、ラジアルタービン1で得られた回転エネルギーに基づく回転軸7aにおける高速の回転数が、高速軸12に取り付けられた高速軸歯車12aから低速軸13に取り付けられた低速軸歯車13aを介して、低速軸13における低速な回転数まで減速されるように構成されている。   A reduction gear 11 is attached to the radial turbine 1, and the rotary shaft 7 a of the radial turbine 1 and the high speed shaft 12 of the reduction gear 11 are directly connected. And the high speed rotation speed in the rotating shaft 7a based on the rotational energy obtained by the radial turbine 1 is changed from the high speed shaft gear 12a attached to the high speed shaft 12 to the low speed shaft gear 13a attached to the low speed shaft 13. The speed is reduced to a low speed at the low speed shaft 13.

この様に構成された本発明の実施の形態に係るラジアルタービン1において、ケーシング吸込口3の先端には、図2〜4に示す如く吸込開口面3aが設けられている。そして、このケーシング吸込口3の中心線CLが、回転軸の軸心CAを通る下向きの垂線VLに対して、90度未満の角度θをなして斜め下方向乃至は直下方向に向けて配設され、タービンケーシング2内の前記気体から凝縮したドレンが、ケーシング吸込口3から自重で排出可能に形成されている。   In the radial turbine 1 according to the embodiment of the present invention configured as described above, a suction opening surface 3a is provided at the tip of the casing suction port 3 as shown in FIGS. The center line CL of the casing suction port 3 is disposed obliquely downward or directly downward with an angle θ of less than 90 degrees with respect to the downward perpendicular VL passing through the axis CA of the rotating shaft. The drain condensed from the gas in the turbine casing 2 is formed so as to be discharged from the casing suction port 3 by its own weight.

前記ケーシング吸込口3が、その中心線CLを回転軸7aの軸心CAを通る下向きの垂線VLに対して、90度以上の角度θをなして斜め上方向乃至は直上方向に向けて配置されていると、タービンケーシング2内のドレンがケーシング吸込口3から自重で排出されることは困難となるからである。   The casing suction port 3 is disposed with its center line CL directed obliquely upward or directly upward at an angle θ of 90 degrees or more with respect to a downward vertical line VL passing through the axis CA of the rotating shaft 7a. This is because it becomes difficult for the drain in the turbine casing 2 to be discharged from the casing suction port 3 by its own weight.

ケーシング吸込口3の吸込開口面3aには、この気体を供給するための図示しない給気配管が接続されている。この給気配管内にドレンが滞留すれば配管の腐食等の原因となるため、給気配管に開閉弁(図示せず)の介設されたドレン排出管(図示せず)を接続し、その開閉弁を所定時間ごとに開放させるよう構成してドレンを回収可能とすることが好ましい。   An air supply pipe (not shown) for supplying this gas is connected to the suction opening surface 3 a of the casing suction port 3. If drain stays in this air supply pipe, it may cause corrosion of the pipe. Connect a drain discharge pipe (not shown) with an open / close valve (not shown) to the air supply pipe. It is preferable that the valve can be opened every predetermined time so that the drain can be collected.

また、タービンケーシング2内の前記ドレンを、ケーシング吸込口3からより確実に自重で排出可能とするには、前記ケーシング吸込口3が、その中心線CLを回転軸の軸心CAを通る下向きの垂線VLに対して、45度以下の角度θをなして斜め下方向乃至は直下方向に配設されるのが、タービンケーシング2内の気体から凝縮したドレンを、ケーシング吸込口3から自重により確実に排出可能とする点で更に好ましい。   In addition, in order to allow the drain in the turbine casing 2 to be discharged from the casing suction port 3 with its own weight more reliably, the casing suction port 3 has its center line CL downwardly passing through the axis CA of the rotating shaft. It is arranged in an obliquely downward direction or a direct downward direction with an angle θ of 45 degrees or less with respect to the vertical line VL, so that the drain condensed from the gas in the turbine casing 2 can be reliably obtained by its own weight from the casing suction port 3. It is further preferable in that it can be discharged.

尚、上述した様な構成を有するケーシング吸込口3を形成するには、タービンケーシング2を鋳造等により形成する際、当初よりケーシング吸込口3aの中心線CLを、回転軸7aの軸心CAを通る下向きの垂線VLに対して、90度未満の角度θ、更には45度以下の角度θをなして斜め下方向乃至は直下方向に配設して形成すれば良い。   In order to form the casing suction port 3 having the above-described configuration, when the turbine casing 2 is formed by casting or the like, the center line CL of the casing suction port 3a from the beginning is set to the axis CA of the rotary shaft 7a. What is necessary is just to form in the diagonally downward direction or the direct downward direction, forming the angle (theta) below 90 degree | times with respect to the downward perpendicular line VL which passes, and also the angle (theta) below 45 degree | times.

また、前記ケーシング吸込口3は、図2に示す如く、ケーシング流路の最下部4cがケーシング吸込口3に形成された吸込流路3bの内側に位置するように接続されているのが、前記タービンケーシング2内へのドレン溜りを効果的に排除することができる点で好ましい。   Further, as shown in FIG. 2, the casing suction port 3 is connected so that the lowermost part 4c of the casing channel is located inside the suction channel 3b formed in the casing suction port 3. It is preferable in that drain accumulation in the turbine casing 2 can be effectively eliminated.

そして、ケーシング吸込口3の中心線CLと軸心CAを通る下向きの垂線VLとなす角度θが90度に近い場合は、吸込流路3bの流路断面最下部に、中心線CLに沿って溝、例えばV字状溝やU字状溝を形成して、ドレンがこの溝に沿ってタービンケーシング2外に排除し易くするのが好ましい。   When the angle θ formed between the center line CL of the casing suction port 3 and the downward vertical line VL passing through the axis CA is close to 90 degrees, along the center line CL at the bottom of the cross section of the suction flow path 3b. It is preferable to form a groove, such as a V-shaped groove or a U-shaped groove, so that the drain can be easily removed out of the turbine casing 2 along the groove.

それに対し、ケーシング吸込口3の中心線CLが、軸心CAを通る下向きの垂線VLとなす角度θが90度より離れ、45度以下の角度θをなして斜め下方向乃至は直下方向に向けて配置される場合も、上記同様、吸込流路3bの流路断面最下部に、中心線CLに沿って溝を形成しても良い。   On the other hand, the angle θ between the center line CL of the casing suction port 3 and the downward vertical line VL passing through the axis CA is more than 90 degrees, and the angle θ is 45 degrees or less and obliquely downward or directly downward. In the same manner as described above, a groove may be formed along the center line CL at the lowest part of the cross section of the suction flow path 3b.

また、ケーシング吸込口3の吸込流路3bは、少なくとも間仕切り2aの存在しない流路断面において、ケーシング流路4aの最大流路断面の2倍以上の断面積を有するのが好ましい。吸込流路3bにおける気体の吸込流速がケーシング流路4aにおける流速より速いと、タービンケーシング2から吸込流路3bまで排出されてきたドレンが、逆向きに吸込まれた吸込気体の摩擦抵抗によって、吸込開口面3a方向への更なる排出が阻止される可能性があるためである。   Moreover, it is preferable that the suction flow path 3b of the casing suction port 3 has a cross-sectional area at least twice as large as the maximum flow path cross section of the casing flow path 4a in the flow path cross section where the partition 2a does not exist. When the gas suction flow velocity in the suction flow passage 3b is faster than the flow velocity in the casing flow passage 4a, the drain discharged from the turbine casing 2 to the suction flow passage 3b is sucked by the frictional resistance of the suction gas sucked in the opposite direction. This is because further discharge in the direction of the opening surface 3a may be prevented.

更に、吸込流路3bの流路断面形状は、円形断面、楕円形断面或いは多角形断面等、特に限定されるものではないが、製作のし易さの点から円形断面とするのが好ましい。   Furthermore, the cross-sectional shape of the suction flow passage 3b is not particularly limited, such as a circular cross-section, an elliptical cross-section, or a polygonal cross-section, but it is preferably a circular cross-section from the viewpoint of ease of manufacture.

次に、以上の様に構成された本発明の実施の形態に係るラジアルタービン1の作動について、以下気体の流れに沿って説明する。   Next, the operation of the radial turbine 1 according to the embodiment of the present invention configured as described above will be described along the flow of gas.

このラジアルタービン1の作動媒体となる気体は、図3,4に示す如く、回転軸7aの軸心CAを通る下向きの垂線VLに対して、中心線CLが90度未満の角度θをなして斜め下方向乃至は直下方向に配置されたケーシング吸込口3の吸込開口面3aから、図示しない給気配管を介してタービンケーシング2内に吸込まれる。   As shown in FIGS. 3 and 4, the gas serving as the working medium of the radial turbine 1 forms an angle θ with the center line CL being less than 90 degrees with respect to the downward vertical line VL passing through the axis CA of the rotating shaft 7 a. The air is sucked into the turbine casing 2 through an air supply pipe (not shown) from the suction opening surface 3a of the casing suction port 3 arranged obliquely downward or directly downward.

吸込開口面3aから吸込まれた気体は、図2,4の矢印で示す如く、ケーシング吸込口3の吸込流路3bに導入されるとともに、間仕切り2aで二手の流れに分割されて、略円環状に形成されたケーシング流路4aに至る。次いで、図2に示す如く、軸心CA方向に向かうノズル通路4bから半径方向内向きに向かうタービンノズル5に流入した気体は、このタービンノズル5によって、軸心CA周りの旋回流として加速されて動翼6に衝突する。そして、動翼6に衝突した気体は、これら動翼6間に形成された羽根車流路7bに流入する。   The gas sucked from the suction opening surface 3a is introduced into the suction flow path 3b of the casing suction port 3 as shown by the arrows in FIGS. To the casing flow path 4a. Next, as shown in FIG. 2, the gas that has flowed into the turbine nozzle 5 inward in the radial direction from the nozzle passage 4 b in the axial center CA direction is accelerated by the turbine nozzle 5 as a swirl flow around the axial center CA. Collides with the moving blade 6. And the gas which collided with the moving blade 6 flows into the impeller channel 7b formed between these moving blades 6.

その際、動翼6に衝突した気体は、羽根車7中で外周側から内周側に向うにつれて、この羽根車7に連結された回転軸7aにトルクを与えた後、回転方向速度を減じながら軸心CA方向に流出し、排出口8を経てタービンケーシング2に取り付けられた排出管9から排出される。   At that time, the gas colliding with the moving blade 6 gives torque to the rotating shaft 7a connected to the impeller 7 as it goes from the outer peripheral side to the inner peripheral side in the impeller 7, and then decreases the rotational speed. However, it flows out in the direction of the axis CA and is discharged from the discharge pipe 9 attached to the turbine casing 2 through the discharge port 8.

そして、回転軸7aの回転は、減速機11の高速軸12の回転に伝達される。そして、高速軸12の高速な回転数は、高速軸12に取り付けられた高速軸歯車12aから低速軸13に取り付けられた低速軸歯車13aを介して、低速軸13において必要に応じた低速な回転数まで減速される。   Then, the rotation of the rotating shaft 7 a is transmitted to the rotation of the high speed shaft 12 of the speed reducer 11. The high speed shaft 12 rotates at a low speed as needed in the low speed shaft 13 from the high speed shaft gear 12a attached to the high speed shaft 12 to the low speed shaft gear 13a attached to the low speed shaft 13. Decelerated to a number.

この様に構成された本発明の実施の形態に係るラジアルタービン1によれば、ケーシング吸込口3の中心線CLが、羽根車7の回転軸7aの軸心CAを通る下向きの垂線VLに対して、90度未満の角度θをなして斜め下方向乃至は直下方向に配設され、ケーシング吸込口3の形状は、前記気体から凝縮したドレンがケーシング吸込口3から自重で排出可能な形状に形成されている。   According to the radial turbine 1 according to the embodiment of the present invention configured as described above, the center line CL of the casing suction port 3 is directed to the downward vertical line VL passing through the axis CA of the rotating shaft 7a of the impeller 7. The casing suction port 3 is arranged in an obliquely downward direction or a direct downward direction with an angle θ of less than 90 degrees, and the shape of the casing suction port 3 is such that drain condensed from the gas can be discharged from the casing suction port 3 by its own weight. Is formed.

その結果、ドレン排出用の通路やドレン捕集器をタービンケーシング2内に設ける必要が無くなり、かつタービンケーシング2内の気体流路4へのドレンの滞留が解消されるので、製造コストを増加することなくタービン効率の向上を図り得るのである。   As a result, there is no need to provide a drain discharge passage or drain collector in the turbine casing 2 and the retention of drain in the gas flow path 4 in the turbine casing 2 is eliminated, thereby increasing the manufacturing cost. The turbine efficiency can be improved without any problem.

CA:(回転軸の)軸心
CL:ケーシング吸込口の中心線
VL:軸心CLを通る下向きの垂線
θ:ケーシング吸込口の中心線CLが軸心CAを通る下向きの垂線VLとなす角度
1:ラジアルタービン 2:タービンケーシング
2a,2b:間仕切り
3:ケーシング吸込口 3a:吸込開口面
3b:吸込流路
4:気体流路 4a:ケーシング流路
4b:ノズル流路 4c:ケーシング流路の最下部
5:タービンノズル 6:動翼
7:羽根車 7a:回転軸
7b:羽根車流路
8:排出口 9:排出管
11:減速機
12:高速軸 12a:高速軸歯車
13:低速軸 13a:低速軸歯車
CA: axial center (of rotating shaft) CL: center line of casing suction port VL: downward vertical line passing through axis CL CL: angle formed by downward vertical line VL passing through center line CL of casing suction port 1 : Radial turbine 2: Turbine casing 2a, 2b: Partition 3: Casing suction port 3a: Suction opening surface 3b: Suction channel 4: Gas channel 4a: Casing channel 4b: Nozzle channel 4c: Bottom of casing channel 5: Turbine nozzle 6: Moving blade 7: Impeller 7a: Rotating shaft 7b: Impeller flow path 8: Discharge port 9: Discharge pipe 11: Reducer 12: High speed shaft 12a: High speed shaft gear 13: Low speed shaft 13a: Low speed shaft gear

Claims (3)

半径方向内向きに流入させる気体を回転軸方向に流出させ、回転力を得るラジアルタービンであって、
タービンケーシングと、
前記タービンケーシングに形成されたケーシング吸込口と、
前記タービンケーシングに形成され、前記ケーシング吸込口から吸込まれた気体を、タービンノズル外周から半径方向内向きに流入させる気体流路と、
前記タービンノズル外周から流入する気体が作用する複数の動翼を有する羽根車とを具備し、
前記ケーシング吸込口の中心線が、前記羽根車の回転軸の軸心を通る下向きの垂線に対して、90度未満の角度をなして斜め下方向乃至は直下方向に配設されてなることを特徴とするラジアルタービン。
A radial turbine that obtains a rotational force by causing a gas flowing inward in a radial direction to flow out in a rotational axis direction,
A turbine casing;
A casing suction port formed in the turbine casing;
A gas flow path that is formed in the turbine casing and allows the gas sucked from the casing suction port to flow radially inward from the outer periphery of the turbine nozzle;
An impeller having a plurality of moving blades on which gas flowing from the outer periphery of the turbine nozzle acts;
A center line of the casing suction port is disposed in an obliquely downward direction or a direct downward direction at an angle of less than 90 degrees with respect to a downward perpendicular passing through the axis of the rotation shaft of the impeller. A characteristic radial turbine.
前記気体流路が、前記羽根車の外周に形成されたケーシング流路と、このケーシング流路及び前記タービンノズルを連通するノズル通路により形成され、
前記ケーシング吸込口は、前記ケーシング流路の最下部が前記ケーシング吸込口の内側に位置するように接続さ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。
The gas flow path is formed by a casing flow path formed on the outer periphery of the impeller, and a nozzle passage communicating the casing flow path and the turbine nozzle,
The radial turbine according to claim 1, wherein the casing suction port is connected so that a lowermost portion of the casing flow path is located inside the casing suction port.
前記ケーシング吸込口の中心線が、前記回転軸の軸心を通る下向きの垂線に対して、45度以下の角度をなして斜め下方向乃至は直下方向に配設されてな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。   A center line of the casing suction port is disposed obliquely downward or directly downward at an angle of 45 degrees or less with respect to a downward perpendicular passing through the axis of the rotating shaft. The radial turbine according to claim 1 or 2.
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