JP2020051311A - 部分送入タービン - Google Patents

Abstract

【課題】効率を向上した部分送入タービンを提供する。【解決手段】部分送入タービンは、周方向に沿って部分的に形成されるとともに作動流体が通過可能に構成された送入部内に、互いの間に前記作動流体の流路を形成するように周方向に沿って配列された複数のノズルと、複数のノズルよりも作動流体の流通方向下流側に設けられた複数の動翼を有するロータとを備え、周方向に対向する送入部の２つの壁面部のうち、ロータの回転方向上流側の上流側壁面部が、ノズルの後縁よりも作動流体の流通方向下流側に延びる延長部を含み、延長部の下端がよりロータの回転方向上流側に位置する。【選択図】図１

Description

本開示は、部分送入タービンに関する。

蒸気タービンやガスタービン等では一般的に、円環状に形成された外輪部及び内輪部間に形成される環状開口部の全周にわたって複数のノズルが設けられ、この環状開口部の全周にわたって作業流体が流入するようになっている。これに対し、この環状開口部の周方向における一部の領域（送入部）のみに作業流体が流入し、他の領域（非送入部）は作業流体の流入を阻止する構成を有する部分送入タービンが知られている。このような部分送入タービンの構成が、例えば特許文献１に記載されている。

特許文献１の部分送入タービンでは、ノズル出口から流出する作動流体の流速は超音速ではないが、ノズル出口から流出する作動流体の流速が超音速の場合は、送入部内に設けられる複数のノズルのうちロータの回転方向に対して最も上流側のノズルと、このノズルが対向する送入部の壁面部との間に構成される流路から流出する作動流体中にプラントルマイヤーの膨張扇が形成されことにより、作動流体は大きな流出角度でロータの動翼に流入するため、出力が向上しタービン効率を向上させることができる。

特開２０１６−１７４４６号公報

しかしながら、図１２（ａ）に示されるように、送入部１００内に設けられる複数のノズルのうちロータの回転方向Ａに対して最も上流側のノズル１０１が対向する送入部１００の壁面部１０２の下流端１０２ａの位置を、作動流体の流通方向Ｂにおいてノズル１０１の後縁１０１ａと同じ位置（一点鎖線の位置）とする構成では、作動流体のサイドリークが増加するため、動翼への流入率が低下してしまう。図１２（ｂ）に示されるように、作動流体の流通方向Ｂにおいてノズル１０１の後縁１０１ａと同じ位置（一点鎖線の位置）における壁面部１０２の接線方向に壁面部１０２が作動流体の流通方向下流側に延長する構成では、図１２（ａ）の構成に比べてサイドリークは減少するものの、動翼への流入率はさらに低下してしまう。

上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも１つの実施形態は、効率を向上した部分送入タービンを提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも１つの実施形態に係る部分送入タービンは、
周方向に沿って部分的に形成されるとともに作動流体が通過可能に構成された送入部内に、互いの間に前記作動流体の流路を形成するように前記周方向に沿って配列された複数のノズルと、
前記複数のノズルよりも前記作動流体の流通方向下流側に設けられた複数の動翼を有するロータと
を備える部分送入タービンであって、
前記流路は、前記流路の入口からスロートにかけて流路面積が減少するとともに前記スロートから前記流路の出口にかけて流路面積が増加するように構成され、
前記周方向に対向する前記送入部の２つの壁面部のうち、前記ロータの回転方向上流側の上流側壁面部は、前記ノズルの後縁よりも前記作動流体の流通方向下流側に延びる延長部を含み、
前記作動流体の流通方向に平行に前記周方向に沿って切断した前記送入部の断面において、前記延長部は、前記作動流体の流通方向に前記ノズルの前記後縁と同じ位置における前記上流側壁面部の接線上又は該接線よりも前記ロータの回転方向上流側に位置し、前記延長部の少なくとも下流端部は前記接線よりも前記ロータの回転方向上流側に位置する。

上記（１）の構成によると、周方向に対向する送入部の２つの壁面部のうち、ロータの回転方向上流側の上流側壁面部が、ノズルの後縁よりも作動流体の流通方向下流側に延びる延長部を含み、延長部の下端がよりロータの回転方向上流側に位置することにより、超音速で流路の出口を流出する作動流体が過膨張し、作動流体がロータの動翼に流入する範囲がよりロータの回転方向上流側に広がるので、作動流体の動翼への流入率が向上し、部分送入タービンの効率を向上することができる。

（２）いくつかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記断面において前記延長部は、前記下流端部から前記作動流体の流通方向上流側に向かって少なくとも部分的に、前記作動流体の流通方向に沿って延びる部分を含む。

上記（２）の構成によると、延長部の下端をよりロータの回転方向上流側に位置させることができ、作動流体がロータの動翼に流入する範囲をよりロータの回転方向上流側に広げることができるので、作動流体の動翼への流入率が確実に向上し、部分送入タービンの効率を向上することができる。

（３）いくつかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記断面において前記延長部は、前記下流端部から前記作動流体の流通方向上流側に向かって少なくとも部分的に、前記延長部の接線と前記作動流体の流通方向とのなす角度が前記作動流体の流通方向上流側に向かって増加する部分を含む。

ノズルの後縁よりも作動流体の流通方向上流側の上流側壁面部に対して、延長部がロータの回転方向上流側へ急激に曲がる構成では、澱み部が生じるため作動流体の過膨張の促進が阻害されてしまう。しかしながら、上記（３）の構成によると、延長部がロータの回転方向上流側に向かって凸状に湾曲する構成にすることで澱み部の形成を抑制できるので、作動流体の過膨張を確実に促進しながら作動流体の動翼への流入率を向上し、部分送入タービンの効率を向上することができる。

（４）いくつかの実施形態では、上記（１）〜（３）のいずれかの構成において、
前記断面において、
前記作動流体の流通方向に垂直であるとともに前記下流端部を通る第１直線と、
前記作動流体の流通方向に平行であるとともに前記延長部の上流端部を通る第２直線と
を想定し、
前記第１直線と前記第２直線との交点を第１交点とし、前記第１直線と前記接線との交点を第２交点とし、前記第１直線と前記延長部との交点を第３交点とし、前記第１交点から前記第２交点までの距離をＬ１とし、前記第１交点から前記第３交点までの距離をＬ２とすると、０≦Ｌ２／Ｌ１≦０．５である。

Ｌ２／Ｌ１＞０．５の範囲では、作動流体がロータの動翼に流入する範囲のロータの回転方向上流側への広がりが小さいので、作動流体の動翼への流入率の向上が小さい。しかしながら、上記（４）の構成によると、作動流体がロータの動翼に流入する範囲をロータの回転方向上流側に大きく広げることができるので、作動流体の動翼への流入率が確実に向上し、部分送入タービンの効率を向上することができる。

（５）いくつかの実施形態では、上記（１）〜（４）のいずれかの構成において、
前記複数のノズルうち前記ロータの回転方向最上流側に位置する最上流ノズルと前記上流側壁面部とによって画定される流路である最上流流路のスロート位置における流路面積は、前記最上流流路以外の他の流路のスロート位置における流路面積よりも小さい。

上記（５）の構成によると、最上流流路を流通する作動流体の流量が減少し、他の流路を流通する作動流体の流量が増加する。一般的に、最上流流路は他の流路に比べてノズルとしての性能が低いため、最上流流路を流通する作動流体の流量を減少して、最上流流路以外の他の流路を流通する作動流体の流量を増加することにより、ノズルとしての性能を向上することができる。

（６）いくつかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記最上流ノズルの前記ロータの回転方向上流側に面する上流側側面は、前記最上流ノズル以外の他のノズルの前記ロータの回転方向上流側に面する上流側側面と比べて、前記上流側壁面に向かって大きく突出するように構成されている。

上流側壁面部を最上流ノズルの上流側側面に向かって突出させることによっても上記（５）の構成は実現できる。しかしながら、上記（６）の構成の最上流ノズルを形成し、それを送入部内に設ける方が、より簡単に上記（５）の構成を実現することができる。

（７）いくつかの実施形態では、上記（５）または（６）の構成において、
前記複数のノズルのうち前記ロータの回転方向最下流側に位置する最下流ノズルと該最下流ノズルの隣のノズルとによって画定される流路である最下流流路のスロート位置における流路面積は、前記最下流ノズル以外の他の隣り合う２つのノズルによって画定される流路のスロート位置における流路面積よりも小さい。

上記（７）の構成によると、最下流流路を流通する作動流体の流量が減少し、他の流路を流通する作動流体の流量が増加する。一般的に、最下流流路も最上流流路以外の他の流路に比べてノズルとしての性能が低いため、最上流流路及び最下流流路を流通する作動流体の流量を減少することにより、ノズルとしての性能を向上することができる。

（８）いくつかの実施形態では、上記（７）の構成において、
前記最下流ノズルの前記ロータの回転方向上流側に面する上流側側面は、前記最上流ノズル及び前記最下流ノズル以外の他のノズルの前記ロータの回転方向上流側に面する上流側側面と比べて、前記上流側壁面に向かって大きく突出するように構成されている。

最下流ノズルの隣のノズルの下流側側面を最下流ノズルの上流側側面に向かって突出させることによっても上記（７）の構成は実現できる。しかしながら、上記（８）の構成の最下流ノズルは、上記（６）の構成の最上流ノズルと同じ形状にすることができるので、異なる形状のノズルの種類を上記（６）の構成に対して増加しなくても、上記（７）の構成を実現することができる。

本開示の少なくとも１つの実施形態によれば、周方向に対向する送入部の２つの壁面部のうち、ロータの回転方向上流側の上流側壁面部が、ノズルの後縁よりも作動流体の流通方向下流側に延びる延長部を含み、延長部の下端がよりロータの回転方向上流側に位置することにより、超音速で流路の出口を流出する作動流体が過膨張し、作動流体がロータの動翼に流入する範囲がよりロータの回転方向上流側に広がるので、作動流体の動翼への流入率が向上し、部分送入タービンの効率を向上することができる。

本開示の実施形態１に係る部分送入タービンにおいて、作動流体の流通方向に平行に周方向に沿って切断した送入部の断面図である。 本開示の実施形態１に係る部分送入タービンのノズル間に形成された流路の構成を示す図である。 本開示の実施形態１に係る部分送入タービンと図１２（ｂ）に図示された部分送入タービンとにおける、動翼への作動流体の流入率の違いを説明するための図である。 本開示の実施形態１に係る部分送入タービンにおける上流側壁面部の延長部の変形例を示す部分断面図である。 本開示の実施形態１に係る部分送入タービンにおける上流側壁面部の延長部の別の変形例を示す部分断面図である。 本開示の実施形態２に係る部分送入タービンにおける上流側壁面部の延長部の部分断面図である。 本開示の実施形態２に係る部分送入タービンにおける上流側壁面部の延長部の変形例を示す部分断面図である。 本開示の実施形態３に係る部分送入タービンにおいて、作動流体の流通方向に平行に周方向に沿って切断した送入部の断面図である。 本開示の実施形態３に係る部分送入タービンの変形例において、作動流体の流通方向に平行に周方向に沿って切断した送入部の断面図である。 本開示の実施形態３に係る部分送入タービンの別の変形例において、作動流体の流通方向に平行に周方向に沿って切断した送入部の断面図である。 本開示の実施形態２に係る部分送入タービンにおいて、ロータの回転方向における位置Ｐと延長部の下流端部との好ましい相対位置関係を説明するための部分断面図である。 従来の部分送入タービンにおいて、作動流体の流通方向に平行に周方向に沿って切断した送入部の断面図である。

以下、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

（実施形態１）
本開示の実施形態１に係る部分送入タービンは、例えば、蒸気タービンの高圧タービンの調速段を構成している。ただし、蒸気タービンの高圧タービンの調速段はあくまでも例示であり、本開示の実施形態１に係る部分送入タービンは、ガスタービンに設けられてもよい。

図１に示されるように、本開示の実施形態１に係る部分送入タービン１は、ノズル構造体２と、ノズル構造体２よりも作動流体の流通方向Ｂの下流側に設けられたロータ３とを備えている。ノズル構造体２は、その周方向に沿って、作動流体が通過可能なように作動流体の流通方向Ｂに貫通する送入部４と、作動流体が通過できないように作動流体の流通方向Ｂに面する閉止部６を有した非送入部５とを備えている。すなわち、送入部４は、ノズル構造体２の周方向に沿って部分的に形成されている。ロータ３は、その周方向に沿って互いの間に間隔をあけて配列された複数の動翼７を備えている。

送入部４内には、周方向に沿って複数のノズル１０が間隔をあけて配列されている。送入部４は、周方向に対向する２つの壁面部１６，１７を有し、ロータ３の回転方向Ａの上流側の壁面部を上流側壁面部１６とし、ロータ３の回転方向Ａの下流側の壁面部を下流側壁面部１７とする。また、複数のノズル１０のうち、ロータ３の回転方向Ａにおいて最も上流側のノズルを最上流ノズル１１とし、ロータ３の回転方向Ａにおいて最も下流側のノズルを最下流ノズル１２とする。

隣り合うノズル１０，１０間にはそれぞれ、作動流体の流路１３が形成されている。流路１３のうち、最下流ノズル１２と、最下流ノズル１２の隣のノズル１０との間に形成された流路を最下流流路１４とする。また、最上流ノズル１１と上流側壁面部１６との間にも作動流体の流路が形成され、この流路を最上流流路１５とする。

図２に示されるように、流路１３は、各ノズル１０の各前縁１０ａ間に形成された入口１３ａと、一方のノズル１０の後縁１０ｂと他方のノズル１０の側面１０ｃとの間に形成された出口１３ｂとを含んでいる。各流路１３は、入口１３ａから出口１３ｂに向かって流路面積が減少し、入口１３ａと出口１３ｂとの間の位置１３ｃにおいて流路面積が最小となり、位置１３ｃから出口１３ｂに向かって流路面積が増加するように構成されている。ここで、位置１３ｃはスロート位置であり、位置１３ｃにおいてスロート１９が構成される。尚、図示しないが、最上流流路１５（図１参照）も、流路１３と同様の構成を有している。各流路１３及び最上流流路１５がこのような構成を有することにより、各流路１３及び最上流流路１５を流通して各出口から流出する作動流体の流速は超音速となる。

図１に示されるように、上流側壁面部１６は、各ノズル１０の各後縁１０ｂよりも作動流体の流通方向Ｂの下流側に延びる延長部１８を含んでいる。延長部１８は、作動流体の流通方向Ｂにおける各ノズル１０の各後縁１０ｂの位置（一点鎖線の位置）と同じ位置Ｐから、作動流体の流通方向Ｂに沿って、好ましくは作動流体の流通方向Ｂに平行に、下流側に向かって延びている。

次に、本開示の実施形態１に係る部分送入タービン１の動作について説明する。
図１に示されるように、作動流体は、ノズル構造体２の送入部４内に流入し、流路１３又は最上流流路１５を流通することで送入部４を通過し、超音速の流速で過膨張してロータ３の動翼７に流入する。動翼７が作動流体から受ける力によってロータ３が回転する。

ここで、上流側壁面部１６は、各ノズル１０の各後縁１０ｂよりも作動流体の流通方向Ｂの下流側に延びる延長部１８を含んでいるので、各流路１３及び最上流流路１５の各出口から作動流体が流出する際、延長部１８によってサイドリークが抑制される。

また、延長部１８は、作動流体の流通方向Ｂに沿って下流側に向かって延びているので、作動流体の流通方向Ｂにおいて各ノズル１０の各後縁１０ｂよりも下流側で、図１２（ｂ）の構成に比べて、延長部１８がロータ３の回転方向Ａの上流側に位置することになる。そうすると、動翼７に向かう作動流体のロータ３の回転方向Ａにおける範囲は、前者（本実施形態１）の構成の方が後者（図１２（ｂ））の構成よりも大きくなる。その結果、図３に示されるように、作動流体が動翼７に当たる範囲、すなわち動翼７への流入率が、前者では範囲Ｒ１なのに対し後者では範囲Ｒ２となり、前者の方が後者よりも大きくなるので、後者に対して前者の効率が向上する。

このように、周方向に対向する送入部４の２つの壁面部のうち、ロータ３の回転方向Ａの上流側の上流側壁面部１６が、ノズル１０の後縁１０ｂよりも作動流体の流通方向Ｂの下流側に延びる延長部１８を含み、延長部１８が作動流体の流通方向Ｂに沿って下流側に向かって延びていることにより、流路１３の出口１３ｂから超音速で流出する作動流体が過膨張し、作動流体がロータ３の動翼７に流入する範囲がよりロータ３の回転方向Ａにおける上流側に広がるので、作動流体の動翼７への流入率が向上し、部分送入タービン１の効率を向上することができる。

実施形態１では、延長部１８は、位置Ｐから作動流体の流通方向Ｂに沿って下流側に向かって延びているが、この形態に限定するものではない。図４に示されるように、延長部１８は、位置Ｐにおける上流側壁面部１６の接線Ｌに沿って位置Ｐから延びる部分１８ａと、作動流体の流通方向Ｂに沿って延びる部分１８ｂとを含む形態であってもよい。すなわち、延長部１８は、延長部１８の下流端部１８ｃから作動流体の流通方向Ｂの上流側に向かって少なくとも部分的に、作動流体の流通方向Ｂに沿って延びる部分１８ｂを含む形態であってもよい。また、図５に示されるように、部分１８ａは接線方向に延びる形態に限定するものではなく、接線Ｌよりもロータ３の回転方向Ａの上流側に向かって窪む部分１８ａ１を部分的に含んでもよい。すなわち、部分１８ａは、位置Ｐにおける上流側壁面部１６の接線Ｌ上の部分及び接線Ｌよりもロータ３の回転方向Ａの上流側に位置する部分の両方を含む形態であってもよい。

（実施形態２）
次に、実施形態２に係る部分送入タービンについて説明する。実施形態２に係る部分送入タービンは、実施形態１に対して、延長部１８の形状を変更したものである。尚、実施形態２において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図６に示されるように、延長部１８は、位置Ｐにおける上流側壁面部１６の接線Ｌよりもロータ３の回転方向Ａの上流側で、位置Ｐから下流端部１８ｃまでロータの回転方向Ａの下流側に向かって凸状に湾曲した形状を有している。言い換えると、延長部１８は、延長部１８上の任意の位置Ｅにおける延長部１８の接線Ｌ’と作動流体の流通方向Ｂとのなす角度をθ_１とし、位置Ｅよりも作動流体の流通方向Ｂの上流側の延長部１８上の任意の位置Ｆにおける延長部１８の接線Ｌ”と作動流体の流通方向Ｂとのなす角度をθ_２とすると、θ_１＜θ_２となっている。すなわち、延長部１８は、延長部１８の接線と作動流体の流通方向Ｂとのなす角度が作動流体の流通方向Ｂの上流側に向かって増加する形状を有している。その他の構成は実施形態１と同じである。

実施形態１の延長部１８（図１参照）のように、位置Ｐにおいて延長部１８が急激に作動流体の流通方向Ｂに沿って延びる構成の場合、上流側壁面部１６は位置Ｐにおいて不連続で滑らかでないので澱み部が形成されてしまい、作動流体の過膨張の促進が阻害されてしまうおそれがある。しかし、実施形態２の延長部１８は、位置Ｐから下流端部１８ｃまで凸状に湾曲した形状を有することにより、実施形態１の延長部１８に比べて、上流側壁面部１６が位置Ｐにおいてより連続的で滑らかになる。その結果、澱み部の形成を抑制できるので、作動流体の過膨張を確実に促進しながら作動流体の動翼７（図１参照）への流入率を向上し、部分送入タービン１（図１参照）の効率を向上することができる。

実施形態２では、延長部１８は、位置Ｐから下流端部１８ｃまで凸状に湾曲した形状を有しているが、この形態に限定するものではない。図７に示されるように、延長部１８は、位置Ｐにおける上流側壁面部１６の接線Ｌに沿って位置Ｐから延びる部分１８ａと、凸状に湾曲した部分１８ｄとを含む形態であってもよい。すなわち、延長部１８は、下流端部１８ｃから作動流体の流通方向Ｂの上流側に向かって少なくとも部分的に凸状に湾曲した部分、言い換えると、延長部１８の接線と作動流体の流通方向Ｂとのなす角度が作動流体の流通方向Ｂの上流側に向かって増加する部分を含む形態であってもよい。

（実施形態３）
次に、実施形態３に係る部分送入タービンについて説明する。実施形態３に係る部分送入タービンは、実施形態２に対して、最上流流路１５の構成を変更したものである。尚、実施形態３において、実施形態２の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図８に示されるように、最上流ノズル１１のロータ３の回転方向Ａの上流側に面する上流側側面１１ｃは、最上流ノズル１１以外の他のノズル１０のロータ３の回転方向Ａの上流側に面する上流側側面１０ｃと比べて、上流側壁面部１６に向かって大きく突出するように構成されている。これにより、最上流流路１５のスロート位置１５ｃにおける流路面積は、最上流流路１５以外の他の流路１３のスロート位置１３ｃにおける流路面積よりも小さくなっている。その他の構成は実施形態２と同じである。

周方向の端部に位置する最下流流路１４及び最上流流路１５は一般に、それらの間に位置する他の流路１３に比べてノズルとしての性能が悪い。実施形態３では、最上流流路１５のスロート位置１５ｃにおける流路面積を、最上流流路１５以外の他の流路１３のスロート位置１３ｃにおける流路面積よりも小さくすることにより、最上流流路１５を流通する作動流体の流量を減少して、最上流流路１５以外の他の流路１３を流通する作動流体の流量が増加するようになる。これにより、実施形態２と比べて、ノズルとしての性能を向上することができる。

実施形態３では、最上流流路１５のスロート位置１５ｃにおける流路面積を、最上流流路１５以外の他の流路１３のスロート位置１３ｃにおける流路面積よりも小さくするために、最上流ノズル１１の上流側側面１１ｃを、最上流ノズル１１以外の他のノズル１０の上流側側面１０ｃと比べて、上流側壁面部１６に向かって大きく突出するように構成しているが、この形態に限定するものではない。図９に示されるように、上流側壁面部１６の一部を上流側側面１１ｃに向かって突出するように構成することにより、スロート位置１５ｃにおける流路面積をスロート位置１３ｃにおける流路面積よりも小さくしてもよい。ただし、図９に示される構成では、上流側側面１１ｃに向かって突出する部分を上流側壁面部１６に形成する必要があるが、図８に示される構成では、上流側側面１１ｃが大きく突出した形状の最上流ノズル１１を形成して、これを送入部４内に設ければよいので、図９に示される構成に比べて図８に示される構成の方が、より簡単に、スロート位置１５ｃにおける流路面積をスロート位置１３ｃにおける流路面積よりも小さくする構成を実現することができる。

また、図１０に示されるように、最下流ノズル１２の上流側側面１２ｃを、最上流ノズル１１及び最下流ノズル１２以外の他のノズル１０の上流側側面１０ｃと比べて、上流側壁面部１６に向かって大きく突出するように構成して、最下流流路１４のスロート位置１４ｃにおける流路面積を、最下流流路１４及び最上流流路１５以外の他の流路１３のスロート位置１３ｃにおける流路面積よりも小さくしてもよい。ノズルとしての性能の悪い最下流流路１４を流通する作動流体の流量も減少することにより、最下流流路１４及び最上流流路１５以外の他の流路１３を流通する作動流体の流量がさらに増加するようになる。これにより、実施形態２と比べて、ノズルとしての性能をさらに向上することができる。

図１０に示される構成においても、最下流ノズル１２の隣のノズル１０のロータ３の回転方向Ａの下流側に面する下流側側面１０ｄを、最下流ノズル１２以外の他のノズル１０の下流側側面１０ｄと比べて、下流側壁面部１７に向かって大きく突出するように構成することにより、最下流流路１４のスロート位置１４ｃにおける流路面積を、最下流流路１４及び最上流流路１５以外の他の流路１３のスロート位置１３ｃにおける流路面積よりも小さくしてもよい。ただし、図１０に示される構成の場合、最下流ノズル１２は、最上流ノズル１１と同じ形状にすることができる、すなわち、２種類の異なる形状のノズルを用意すればよいが、最下流ノズル１２の隣のノズル１０の下流側側面１０ｄの形状を変更する場合には、異なる形状のノズルの種類が３つになる。このため、図１０に示される構成の方が、異なる形状のノズルの種類の数の観点から好ましいと言える。

実施形態１〜３のそれぞれにおいて、ロータ３の回転方向Ａにおける位置Ｐと延長部１８の下流端部１８ｃとの好ましい相対位置関係を特定していない。そこで、実施形態２の構成を例にして、当該相対位置関係を説明する。尚、当該相対位置関係は、実施形態１及び３並びにそれらの各変形例においても当てはまる。

図１１において、作動流体の流通方向Ｂに垂直であるとともに延長部１８の下流端部１８ｃを通る第１直線Ｓ１と、作動流体の流通方向Ｂに平行であるとともに延長部１８の上流端部１８ｄを通る第２直線Ｓ２とを想定する。第１直線Ｓ１と第２直線Ｓ２との交点を第１交点Ｐ１とし、第１直線Ｓ１と、位置Ｐにおける上流側壁面部１６の接線Ｌとの交点を第２交点Ｐ２とし、第１直線Ｓ１と延長部１８との交点を第３交点Ｐ３とし、第１交点Ｐ１から第２交点Ｐ２までの距離をＬ１とし、第１交点Ｐ１から第３交点Ｐ３までの距離をＬ２とすると、０≦Ｌ２／Ｌ１≦０．５であることが好ましい。

Ｌ２／Ｌ１＞０．５の範囲では、作動流体がロータ３（図１参照）の動翼７（図１参照）に流入する範囲のロータ３の回転方向Ａの上流側への広がりが小さいので、作動流体の動翼７への流入率の向上が小さい。しかしながら、０≦Ｌ２／Ｌ１≦０．５であれば、作動流体がロータ３の動翼７に流入する範囲をロータ３の回転方向Ａの上流側に大きく広げることができるので、作動流体の動翼７への流入率が確実に向上し、部分送入タービン１の効率を向上することができる。

１ 部分送入タービン
２ ノズル構造体
３ ロータ
４ 送入部
５ 非送入部
６ 閉止部
７ 動翼
１０ ノズル
１０ａ （ノズルの）前縁
１０ｂ （ノズルの）後縁
１０ｃ （ノズルの）上流側側面
１０ｄ （ノズルの）下流側側面
１１ 最上流ノズル
１２ 最下流ノズル
１３ 流路
１３ａ （流路の）入口
１３ｂ （流路の）出口
１３ｃ （流路の）スロート位置
１４ 最下流流路
１４ｃ （最下流流路の）スロート位置
１５ 最上流流路
１５ｃ （最上流流路の）スロート位置
１６ 上流側壁面部
１７ 下流側壁面部
１８ 延長部
１８ｃ （延長部の）下流端部
１８ｄ （延長部の）上流端部
１９ スロート
Ａ ロータの回転方向
Ｂ 作動流体の流通方向
Ｌ 接線
Ｌ１ 第１交点から第２交点までの距離
Ｌ２ 第１交点から第３交点までの距離
Ｐ 作動流体の流通方向における各ノズルの各後縁の位置と同じ位置
Ｐ１ 第１交点
Ｐ２ 第２交点
Ｐ３ 第３交点
Ｓ１ 第１直線
Ｓ２ 第２直線

Claims (8)

1. 周方向に沿って部分的に形成されるとともに作動流体が通過可能に構成された送入部内に、互いの間に前記作動流体の流路を形成するように前記周方向に沿って配列された複数のノズルと、
   前記複数のノズルよりも前記作動流体の流通方向下流側に設けられた複数の動翼を有するロータと
   を備える部分送入タービンであって、
   前記流路は、前記流路の入口からスロートにかけて流路面積が減少するとともに前記スロートから前記流路の出口にかけて流路面積が増加するように構成され、
   前記周方向に対向する前記送入部の２つの壁面部のうち、前記ロータの回転方向上流側の上流側壁面部は、前記ノズルの後縁よりも前記作動流体の流通方向下流側に延びる延長部を含み、
   前記作動流体の流通方向に平行に前記周方向に沿って切断した前記送入部の断面において、前記延長部は、前記作動流体の流通方向に前記ノズルの前記後縁と同じ位置における前記上流側壁面部の接線上又は該接線よりも前記ロータの回転方向上流側に位置し、前記延長部の少なくとも下流端部は前記接線よりも前記ロータの回転方向上流側に位置する部分送入タービン。
2. 前記断面において前記延長部は、前記下流端部から前記作動流体の流通方向上流側に向かって少なくとも部分的に、前記作動流体の流通方向に沿って延びる部分を含む、請求項１に記載の部分送入タービン。
3. 前記断面において前記延長部は、前記下流端部から前記作動流体の流通方向上流側に向かって少なくとも部分的に、前記延長部の接線と前記作動流体の流通方向とのなす角度が前記作動流体の流通方向上流側に向かって増加する部分を含む、請求項１に記載の部分送入タービン。
4. 前記断面において、
   前記作動流体の流通方向に垂直であるとともに前記下流端部を通る第１直線と、
   前記作動流体の流通方向に平行であるとともに前記延長部の上流端部を通る第２直線と
   を想定し、
   前記第１直線と前記第２直線との交点を第１交点とし、前記第１直線と前記接線との交点を第２交点とし、前記第１直線と前記延長部との交点を第３交点とし、前記第１交点から前記第２交点までの距離をＬ１とし、前記第１交点から前記第３交点までの距離をＬ２とすると、０≦Ｌ２／Ｌ１≦０．５である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の部分送入タービン。
5. 前記複数のノズルうち前記ロータの回転方向最上流側に位置する最上流ノズルと前記上流側壁面部とによって画定される流路である最上流流路のスロート位置における流路面積は、前記最上流流路以外の他の流路のスロート位置における流路面積よりも小さい、請求項１〜４のいずれか一項に記載の部分送入タービン。
6. 前記最上流ノズルの前記ロータの回転方向上流側に面する上流側側面は、前記最上流ノズル以外の他のノズルの前記ロータの回転方向上流側に面する上流側側面と比べて、前記上流側壁面に向かって大きく突出するように構成されている、請求項５に記載の部分送入タービン。
7. 前記複数のノズルのうち前記ロータの回転方向最下流側に位置する最下流ノズルと該最下流ノズルの隣のノズルとによって画定される流路である最下流流路のスロート位置における流路面積は、前記最下流ノズル以外の他の隣り合う２つのノズルによって画定される流路のスロート位置における流路面積よりも小さい、請求項５または６に記載の部分送入タービン。
8. 前記最下流ノズルの前記ロータの回転方向上流側に面する上流側側面は、前記最上流ノズル及び前記最下流ノズル以外の他のノズルの前記ロータの回転方向上流側に面する上流側側面と比べて、前記上流側壁面に向かって大きく突出するように構成されている、請求項７に記載の部分送入タービン。
   

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